CN107735711A - 辐射源的射束分布的优化 - Google Patents

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CN107735711A CN201680039909.5A CN201680039909A CN107735711A CN 107735711 A CN107735711 A CN 107735711A CN 201680039909 A CN201680039909 A CN 201680039909A CN 107735711 A CN107735711 A CN 107735711A
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J·迪特里希
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M·霍夫曼
J·施特劳斯
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Abstract

本发明涉及一种辐射源(10)，其包括：a.发光器件(12)；b.第一光学元件(14)；c.传感器(15，16，17)，其中，传感器(15，16，17)被如此地设计并且这样地与第一光学元件(14)连接，使得借助于传感器(15，16，17)可以确定第一光学元件(14)的参数在时间上的变化，其中，该参数影响辐射源(10)的光学特性。此外，描述了一种用于在提供根据本发明的辐射源(10)的条件下制造产品的方法以及辐射源(10)的用于提高由反应物向产品的转化或状态改变的效率的应用。

Description

辐射源的射束分布的优化
技术领域
本发明涉及一种辐射源，其包括发光器件、第一光学元件、传感器，其中，传感器被如此设计并且被这样地与光学元件连接，即：使得传感器确定光学元件的参数随时间的变化，该参数影响辐射源的光学特性。本发明还涉及一种用于在提供反应物/分解物(Edukte)、根据本发明的辐射源和用该辐射源照射反应物的条件下制造产品/产物的方法。
背景技术
辐射源被用于各种各样的应用。视使用领域而定，对精度、耐久性或强度的要求可以是非常不同的。因此，对用于均匀地照射表面、物品或液体的辐射源的一个重要要求是持续地保证辐射源的均匀的辐射。在现有技术中试图通过各种方式来实现这种保证，例如通过检查辐射源的特性。因此，DE102012008930A1描述了借助于摄像机对光源的发光功率的监测，该摄像机在代表性的空间上连续地测量发光源的强度。但是，这只考虑了发光源的发光强度而不是整个照射系统的发光强度。通过这个系统不能够监测受其它的部件如遮光板、透镜或其它光学元件影响的射束分布。
发明内容
一般地，本发明的目的在于，至少部分地克服由现有技术中产生的缺点。
一个目的在于，提供一种能够尽可能高效运行的辐射源。
另一个目的在于，提供一种辐射源，其产生尽可能少的维护费用并具有尽可能低的故障率。
另一个目的在于，提供一种保证尽可能均匀的辐射分布的辐射源。
另一个目的在于，提供一种能够监测辐射分布的辐射源。
此外一个目的在于，实现对通过辐射源进行的照射的质量控制。
一个目的在于，提供一种能够高效地、成本有利地且安全地实施的、用于制造产品的方法。
另一个目的在于，使用一种能够高效地利用辐射源的传感器。
此外一个目的在于，优化由反应物制造产品的制造方法。
一个目的在于，能够以较低的废品率并且整体上较高效地制造产品，所述产品尤其是物品和涂装/漆的干燥以及低聚物的聚合。
另一个目的在于，提供具有更均匀的质量和更低的维护强度的打印机。
另一个目的在于，优化打印机的使用寿命。
实施形式：
1.一种辐射源，包括：
a.发光器件；
b.第一光学元件；
c.传感器，
其中，传感器被如此地设计并且这样地与第一光学元件连接，即：借助于传感器可以确定第一光学元件的参数随时间的变化，其中，该参数影响辐射源的光学特性。
2.根据实施形式1所述的辐射源，其中，第一光学元件包括支架/保持件，并且其中，传感器通过支架与第一光学元件连接。
3.根据前述实施形式1或2所述的辐射源，其中，支架沿着周线在周线的至少50％上围住第一光学元件。
4.根据前述实施形式1至3中任一项所述的辐射源，其中，支架包含支架总重量的至少50重量％(重量百分比)的金属、陶瓷、金属陶瓷、聚合物或其中的至少两种的组合。
5.根据前述实施形式4所述的辐射源，其中，金属选自包括以下内容的组：铁、钢、铜、铝、镁、钛、钨、镍、钽、铌、这些金属中的至少两种金属的合金、铜与锌、铅、镍、锰或硅的合金或其中的至少两种的混合物。
6.根据前述实施形式1至5中任一项所述的辐射源，其中，传感器选自包括以下内容的组：温度传感器、应变传感器、光学传感器、电容传感器、电感传感器或其中的至少两种的组合。
7.根据前述实施形式1至6中任一项所述的辐射源，其中，传感器以如下方式与光学元件连接，即：使得大于10％的由发光器件发出的辐射落到传感器上。
8.根据前述实施形式1至7中任一项所述的辐射源，其中，传感器以如下方式与光学元件连接，即：使得小于20％的由发光器件发出的辐射落到传感器上。
9.根据前述实施形式1至8中任一项所述的辐射源，其中，传感器以如下方式与光学元件连接，即：使得光学元件在所有三个空间方向上的膨胀/伸长可以被确定。
10.根据前述实施形式1至9中任一项所述的辐射源，其中，辐射源包含在从1到100个的范围中的数量的传感器。
11.根据前述实施形式1至10中任一项所述的辐射源，其中，传感器被布置在光学元件的边缘上。
12.根据前述实施形式1至11中任一项所述的辐射源，其中，传感器至少包围光学元件的垂直于发光器件的主发射方向的表面。
13.根据前述实施形式1至12中任一项所述的辐射源，其中，传感器沿着光学元件的周线包围光学元件。
14.根据前述实施形式1至13中任一项所述的辐射源，其中，辐射源包括至少三个传感器。
15.根据前述实施形式14所述的辐射源，其中，所述至少三个传感器被布置在一个平面中，其中，通过传感器限定的最大可能的表面(面积)至少具有与传感器位于相同的平面中的光学元件的表面(面积)的三分之一。
16.根据前述实施形式1至15中任一项所述的辐射源，其中，传感器的长度至少等于光学元件的最大外周的长度。
17.根据前述实施形式1至16中任一项所述的辐射源，其中，光学元件选自包括以下内容的组：透镜、反射器、遮光板、棱镜、反光镜或其中的至少两个的组合。
18.根据前述实施形式17所述的辐射源，其中，辐射源包含另外的光学元件。
19.根据前述实施形式1至18中任一项所述的辐射源，其中，发光器件发出波长范围为100nm至10μm的光。
20.一种用于制造产品的方法，包括以下步骤：
i.提供反应物；
ii.提供根据实施形式1至19中任一项所述的辐射源；
iii.用辐射源照射反应物以获得产品。
21.根据实施实施形式20所述的方法，其中，通过改变反应物的状态获得产品。
22.根据实施实施形式20所述的方法，其中，由反应物通过转化获得产品。
23.根据实施实施形式20或21所述的方法，其中，产品选自包括以下内容的组：液相、物品、反应物的状态的变化。
24.传感器的使用，其用于使根据实施形式1至19中任一项所述的辐射源的射束分布均匀化。
25.根据实施形式1至19中任一项所述的辐射源的使用，其用于提高从反应物向产品的转化或状态改变的效率。
独立权利要求的主题有助于实现开头所述目的中的至少一个目的。从属于独立权利要求的从属权利要求的主题是优选的设计方案。
本发明的第一主题是一种辐射源，其包括：
a.发光器件；
b.第一光学元件，
c.传感器，
其中，传感器被如此地设计并且这样地与光学元件连接，即：使得借助于传感器可以确定光学元件的参数随时间的变化，其中，该参数影响辐射源的光学特性、例如辐射分布。
辐射源可以是专业人员用来产生辐射的任何辐射源。优选地，辐射源具有壳体，以保护例如发光器件、第一光学元件或传感器免受外部的影响。壳体可以由专业人员会为此选择的任何材料制成。优选地，壳体包含从包括金属、陶瓷、金属陶瓷、塑料、木材、玻璃或其中的至少两种材料的组合的组中选择的材料。优选地，壳体包括从包括金属、陶瓷、金属陶瓷、聚合物或其中的至少两种材料的组合的组中选择的材料。金属、陶瓷、塑料可以从与针对支架描述的相同的列表中选择。优选地，壳体包括与针对支架描述的一样的材料。此外，壳体优选包含壳体总重量的至少90重量％的铝。壳体的形状可以是专业人员会为此选择的任何形状。优选地，壳体的形状被如此地选择，即它可以容纳辐射源的所有部件并且同时包括开口，以能够利用壳体外部的发光器件的光。
发光器件可以是专业人员会将其用于辐射源的任何发光器件。发光器件被理解为是分别被分配给辐射源的光学元件的、用于产生辐射的部件。在这种情况下，发光器件可以具有多个发光源，例如一个或多个LED，例如以一个或多个LED芯片的形式，或者一个或多个具有多个LED或LED芯片的LED阵列。同样，第一光学元件可以包含多个光学单元，例如透镜、反射器、反光镜或类似物。优选地，发光器件具有特定的波长范围，以便能够由此有针对性地照射反应物。这例如可以是在IR范围或在UV范围中的发光器件，但也可以是在可见光范围中的发光器件。发光器件优选如此设计，即它在期望的波长范围中有效地发射光。优选地，发光器件在期望的空间方向上发射光。优选地，发光器件具有主发射方向。优选地，主发射方向通过发光器件在辐射源内的取向被预先给定。此外，发光器件的主发射方向优选通过发光器件自身的结构来确定。如果发光器件本身没有主发射方向，则主发射方向通过发光器件相对于所述第一元件和所述另外的元件的布置来限定。优选地，发光器件的主发射方向延伸穿过所述第一光学元件和所述另外的光学元件的中心。主发射方向可以通过所述光学元件例如遮光板、透镜、反射器、棱镜或其组合的布置来确定。
发光器件优选地从包括卤素灯、汞蒸气灯、LED、LED芯片、LED阵列、激光器和节能灯的组中选择。此外优选地，发光器件从包括LED、LED芯片、LED阵列或其中的至少两个的组合的组中选择。LED阵列优选具有在1至2000个的范围中、或者优选在2至1500个的范围中、或者优选在3至1000个范围中的数量的LED。发光器件优选具有多个LED阵列，它们优选地彼此并排地布置，由此所有LED阵列的发射方向优选是相同的。优选地，在离开发光器件0.5cm到1m的距离上，由发光器件发出的光达到在1000mW/cm2至15000W/cm2的范围中或优选在2000mW/cm2至10000W/cm2的范围中或优选在5000mW/cm2至5000W/cm2的范围中的照射强度。辐射源可以具有多于一个的发光器件。优选地，辐射源具有在1至100个的范围中、或者优选地在2至50个的范围中、或者优选地在2至40个的范围中的数量的发光器件。
优选地，发光器件与冷却单元连接，以避免发光器件和辐射源过热。冷却单元优选适合于至少将发光器件冷却到在20℃至100℃的范围中、优选在25℃至95℃的范围中、或优选在30℃至90℃的范围中的温度。发光器件优选具有至少部分包围属于发光器件的相应的发光源的托座。优选地，该托座具有射出口形式的开口。托座可以从与用于壳体的材料相同的列表中选择。托座优选地包含与辐射源的壳体相同的材料。发光器件或发光器件的托座优选具有在1mm3至500m3的范围中的尺寸，或者优选在1.5mm3至300m3的范围中的尺寸，或者优选在3mm3至200m3的范围中的尺寸。这种体积可以通过假设托座的开口也被封闭来求得。此外优选地，发光器件具有在2：1至1：2的范围中、优选1：1的射出窗口的纵横比。射出窗口的纵横比被理解为其宽度与其高度的比。射出窗口的高度优选在2mm至10m的范围中或优选在0.5cm至5m的范围中，或者优选在1cm至1m的范围中。射出窗口的高度优选在2mm至10m的范围中，或优选在1cm至1m的范围中，或者优选在1cm至1m的范围中。
第一光学元件可以是专业人员会将其用于辐射源的任何光学元件。如果在下面提到光学元件而没有指明其是第一光学元件还是另外的光学元件，则这总是指第一光学元件。优选地，第一光学元件选自于包括透镜、反射器、遮光板、棱镜、反光镜或其中的至少两个的组合的组。此外优选地，辐射源包含多于一个的光学元件。第一光学元件优选为透镜。此外优选地，第一光学元件是从以下组中选择的透镜，该组包括：双凸透镜、平凸透镜、凹凸透镜、双凹透镜、平凹透镜、凸凹透镜或其中的至少两个的组合。该透镜优选为双凸透镜。光学元件可以包含优选选自于包括玻璃、石英、聚合物、硅或其中的至少两种的组合的组中的材料。玻璃或石英可以是专业人员会用于光学元件的任何玻璃或石英。聚合物优选选自于包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、环烯烃(共)聚合物如乙烯-降冰片烯共聚物、或其中的至少两种的混合物的组。
优选地，光学元件具有在0.1cm3至5000cm3的范围中，或者优选在0.5m3至3000cm3的范围中，或者优选在1cm3至1500cm3的范围中的尺寸。优选地，光学元件具有与发光器件的托座相同的尺寸。优选地，光学元件具有至少一种从包括圆形、椭圆形、三角形、四角形、五角形、六角形、多角形(优选为七角形至二十角形)、或者其中的至少两种的组合的组中选择的形状的周线。优选地，光学元件具有矩形、正方形或椭圆形的形状。优选地，光学元件的周线具有与发光器件的托座的射出窗口相同的形状和尺寸。
传感器可以是专业人员会将其选择用于辐射源的任何传感器。作为传感器可以使用能够检测光学元件的参数的变化的任何传感器。在本发明的意义上，参数应被理解为可对与光学元件相互作用的发光器件的辐射产生影响的光学元件特性。优选地，参数从包括温度、形状、体积、第一光学元件相对于发光器件的位置、或其中的至少两个的组合的组中选择。在本发明的意义上，光学元件的参数随时间的变化应当理解为，光学元件的参数随时间例如辐射源的使用寿命或者运行时间变化至一可检测的量。是否可以检测到变化取决于多个因素。例如，参数的变化的可检测性取决于传感器的灵敏度。根据传感器在何处被使用，光学元件或支架的材料属性也会影响参数变化的可检测性。同样，光学元件与支架之间的连接的方式也会影响参数变化的可检测性。优选地，传感器选自于包括温度传感器、应变传感器、光学传感器、电容式传感器、电感式传感器或其中的至少两个的组合的组。作为传感器，可以使用在其性能和尺寸方面适合在辐射源中使用的常规传感器。传感器可以直接地或间接地通过另外的材料例如以支架的形式与光学元件接触。该另外的材料优选为具有与第一光学元件相似的与温度有关的热导率或应变特性的材料。优选地，该另外的材料具有比第一光学元件的材料更高的热导率。优选地，该另外的材料具有的热导率是该光学元件的热导率的2至1000倍或优选3至800倍或优选5至500倍。
温度传感器可以是能够确定在一个地点上的温度变化或绝对温度的任何传感器。优选地，温度传感器是选自于包括基于金属氧化物或半导体的热敏电阻、基于铂测量电阻、硅测量电阻或陶瓷测量电阻的正温度系数半导体元件、压电石英、热电材料或其中的至少两种的组合的组的传感器。优选正温度系数半导体元件作为温度传感器。温度传感器优选具有在0℃至500℃的范围中的测量范围，或优选在10℃至450℃的范围中的测量范围，或优选在20℃至400℃的范围中的测量范围。温度传感器优选具有在0.01℃至5℃的范围中、或优选为在0.05℃至0.9℃的范围中、或优选为在0.08℃至0.8℃的范围中的灵敏度。
作为应变传感器，可以使用能够检测第一光学元件的形状变化、体积变化或位置变化的任何传感器。如果在材料的不同温度下的应变特性是已知的，则可以从材料的变形中推断出在一个地点处的温度变化或绝对温度。通过应变传感器可以检测与应变传感器接触的材料的极小的局部位移。优选地，应变传感器从包括模拟位置传感器、增量位置传感器或其组合的组中选择。优选地，应变传感器被设计为电阻应变传感器例如应变计、激光伸长计或者光学伸长计。对于电阻应变计而言例如可以列举TML Tokyo Sokki Kenkyujo Co.，Ltd公司的“QF”系列。应变传感器优选如此地设计，即它可以检测光学元件在至少一个空间方向上的、在0.001mm至0.1mm的范围中、或优选在0.005mm至0.08mm的范围中、或优选在0.008mm至0.05mm的范围中的位置变化或形状变化。优选地，电阻应变传感器具有在-200至200的范围中、或者优选在-190至190的范围中、或者优选在-180至180的范围中的灵敏度k。其中，k＝(ΔR/R)/(ΔL/L)；其中R＝测量值；L＝长度；ΔL＝长度变化。根据传感器类型，R代表从包括电阻、电压、电容或其中的至少两个的组合的组中选择的测量值。长度L涉及在辐射源开始使用时的光学元件的长度。长度变化ΔL表示在辐射源的使用时间内该长度的变化。
应变传感器可以或者直接地布置在光学元件上，或者间接地与光学元件连接。应变传感器优选以在光学元件总表面的0至50％的范围中、或优选在1％至40％的范围中、或优选在2％至30％的范围中的大小与光学元件连接。
作为光学传感器，可以使用能够光学地检测第一光学元件的形状变化、体积变化或位置变化的任何传感器。为此可以使用能够借助于光来确定材料的位置的任何传感器。光学传感器优选从包括摄像机、光电二极管传感器或其组合的组中选择。优选地，光学传感器以如下方式被相对于光学元件定向，使得没有直接的辐射落到光学传感器上。优选地，光学传感器在辐射源中布置在射出窗口与光学元件之间。光学传感器优选地被设置用于，检测光学元件的形状。光学传感器优选具有在0.001mm至0.1mm的范围中、或者优选在0.005mm至0.08mm的范围中、或者优选在0.008mm至0.05mm的范围中的灵敏度。备选地或附加地，可以如此地设计光学传感器，使得它检测光量，其代表辐射源的工作方式。在这种情况下，光学传感器优选具有在0.0001W/cm2至0.1W/cm2范围中的灵敏度。
电容式传感器可以是能够通过电容方式检测第一光学元件的形状变化、体积变化或位置变化的任何传感器。电容传感器的例子是在德国Kelkheim(克尔克海姆)的AlthenMess-und Sensortechnik(Althen测量和传感器技术)公司的MHR产品系列。小型传感器是优选的，例如该产品系列的MHR005。
电感式传感器可以是能够通过感应方式检测第一光学元件的形状变化、体积变化或位置变化的任何传感器。电感式传感器的例子是在德国Hagen(哈根)的Sicatron GmbH&Co.KG(Sicatron有限两合)公司的Centrinex产品系列。
优选地，传感器直接地或间接地与光学元件连接。根据本发明，直接连接被理解为，传感器和光学元件有至少一部分材料直接相互接触。这可以例如通过将传感器粘合到光学元件的至少一部分上来实现。间接连接例如可以通过将光学元件夹持在支架中来实现，其中，支架与传感器连接。在传感器与光学元件直接地连接的情况下，要通过传感器测量的光学元件的特性可以被直接地确定或监测。因此，例如可以通过使用温度传感器或应变传感器直接地确定光学元件的温度或膨胀。在传感器与光学元件间接地连接的情况下，检测不是直接地在光学元件上进行，而是通过确定例如支架的特性推断出光学元件的状态。传感器和光学元件之间的间接的连接是优选的，尤其是当光学元件的特性会受到直接连接影响时。传感器可以被布置在具有光学元件的辐射源内部的各种位置上。优选地，传感器被布置在光学元件的背离发光器件的一侧上。在传感器的一个备选的优选布置中，传感器被布置在光学元件上的面向发光器件的一侧上。
根据本发明，传感器此外被设计用于，确定光学元件在时间上的参数。该参数影响辐射源的光学特性。通过传感器确定的光学元件的参数优选地选自于包括光学元件的温度、体积、厚度、形状、折射率的变化、或者其中的至少两个的组合的组。通过确定这些参数，优选可以推断出光学元件的光学特性。因此已知的是，例如材料的折射率可以随着温度而变化。折射率的这种变化可以导致，通过光学元件引导的光在第一温度下与在另外的温度下被不同地偏转。由此例如可以改变辐射源的辐射分布。辐射分布是辐射源的均匀性的量度。辐射分布被理解为在要通过辐射源照射或透射的面上的各个点处的辐射强度的分布。尽可能均匀的辐射分布被理解为，在被照射或透射的面上的各个点处的辐射强度的偏差不大于整个要被照射或透射的面上的平均辐射强度的10％、优选不大于8％或优选不大于5％。因此，例如通过确定在光学元件处的温度可以推断出光学元件的折射率并且由此推断出辐射源的辐射分布的均匀性。折射率的变化通常由在不同位置上在光学元件中的材料的厚度变化引起，该厚度变化可以由于温度变化而发生。因此同样可能的是，通过测量光学元件的厚度、体积或形状基于温度变化来推断出光学元件的光学特性和因此推断出辐射源的辐射分布的质量。因此，参数的变化可以不仅通过确定在光学元件上的温度或形状变化来确定。借助于传感器如上所述确定参数在时间上的变化。在这种情况下，时间优选为辐射源的运行时间，即从辐射源开始运行以来的时间跨度。优选地，传感器在辐射源的运行时间期间确定测量值。优选地，确定参数的时间在1分钟至20000小时的范围中，或者优选在1小时至18000小时的范围中，或者优选在10小时至15000小时的范围中。为了使用传感器的在时间上的测量结果来监测辐射分布，优选地，将传感器在特定的时间点的相应的测量值与存储在评价单元中的目标值进行比较。优选地，传感器在此被如此地与评价单元连接，即由传感器确定的测量值可以被及时地、例如每秒钟至每分钟地传送到评价单元。如果传感器测量的测量值与存储的目标值的偏差超过预先给定的阈值，则优选以所导致的措施的形式对偏差产生的原因施加影响。优选地，所导致的措施选自于包括冷却辐射源、冷却光学元件、关闭辐射源、更换光学元件、减少对光学元件的能量输入或其中的至少两个的组合的组。优选地，在确定光学元件的参数的改变超过预先给定的阈值的情况下，关闭辐射源。
在使用监测第一光学元件的膨胀的传感器时，如果光学元件在至少一个空间方向上的形状的偏差ΔL/L在5*10-4至5*10-2的范围中，或者优选在3*10-4至3*10-2的范围中，或者优选在10-3至10-2的范围中，其中L代表光学元件在三个空间方向之一上的膨胀，则优选引入所导致的措施。在使用监测第一光学元件的温度的传感器时，如果与预先给定的目标温度Tsoll的偏差为优选在20℃至50℃的范围中、或优选地在25℃至35℃的范围中、或优选地在27℃至32℃的范围中的一个值，则优选引入所导致的措施。优选地，Tsoll处于20℃至600℃的温度范围中，或优选在30℃至400℃的范围中，或优选在40℃至300℃的范围中。
在辐射源的一个优选实施形式中，第一光学元件包括支架，其中，传感器通过支架与光学元件连接。支架优选具有在1至1000W/(m*K)的范围中、或优选在5至420W/(m*K)的范围中、或优选在10至400W/(m*K)的范围中的相对导热率λ。支架优选具有在1*10-6至50*10-6/K的范围中、或优选在2*10-6至40*10-6/K的范围中、或优选在3*10-6至30*10-6/K的范围中的线膨胀系数α。支架包含优选在支架总重量的10～100重量％的范围中、或优选在20～100重量％的范围中、或优选在50～100重量％的范围中的其它的材料。支架优选如此地与光学元件连接，即满足以下特性中的至少一个、优选至少两个、或优选全部的特性：
a.支架沿第一光学元件的周线包围该光学元件的至少30％；
b.支架沿光学元件的最长的周线延伸；
c.支架覆盖光学元件的表面的不到10％；
d.支架如此地与第一光学元件连接，即支架尽可能少地干扰由发光器件射出到光学元件上的光的光路或尽可能少地与其相互作用；
e.支架直接地接触第一光学元件；
f.支架不影响光学元件的光学特性或以可测量和可重现的方式影响光学元件的光学特性；
g.支架由具有尽可能低的热膨胀系数的材料建造。
尽可能低的热膨胀系数被理解为小于40*10-6/K的线性膨胀系数α。
优选地，支架具有从以下组中选择的特征组合，该组包括：a.b.；a.c.；a.d.，a.e.，a.f.，a.g.，b.c.，b.d.，b.e.，b.f.，b.g.，c.d.，c.e.，c.f.，c.g.，d.e.，d.f.，d.g.，e.f.，e.g.，f.g.，a.b.c.，a.b.d.，a.b.e.，a.b.f.，a.b.g.，a.c.d.，a.c.e.，a.c.f.，a.c.g.，a.d.e.，a.d.f.，a.d.f.，a.d.e.，a.d.f.，a.d.g.，a.e.f.，a.e.g.，a.f.g.，b.c.d.，b.c.e.，b.c.f.，b.c.g.，b.d.e.，b.d.f.，b.d.g.，b.e.f.，b.e.g.，c.d.e.，c.d.f.，c.d.g.，c.e.f.，c.f.g.，d.e.f.，d.f.g.，e.f.g.，a.b.c.d.，a.b.c.e.，a.b.c.f.，a.b.c.g.，a.b.d.e.，a.b.e.f.，a.b.f.g.，a.c.d.e.，a.c.e.f.，a.c.f.g.，a.d.e.f.，a.d.e.g.，a.e.f.g.，a.b.c.d.e.，a.b.c.d.f.，a.b.c.d.g.，a.b.c.e.f.，a.b.c.e.g.，a.b.d.e.f.，a.b.d.f.g.，a.b.e.f.g.，a.c.d.e.f.，a.c.d.f.g.，a.d.e.f.g.，b.c.d.e.f.，b.c.d.e.g.，b.c.d.f.g.，b.d.e.f.g.，c.d.e.f.g。
优选地，支架的任务是精确地保持和定位第一光学元件，以避免在使用辐射源期间第一光学元件运动。支架优选被设计成，即它可以在任何空间方向上以在0.01mm至1mm的范围中、优选在0.02mm至0.8mm的范围中或优选在0.05mm至0.5mm的范围中的精度固定光学元件。支架和第一光学元件之间可以存在直接的或间接的连接。直接的连接被理解为第一光学元件的材料和支架的材料的直接的接触。这可以例如通过简单的堆摞、夹紧、保持或其组合来实现。直接的连接可以例如通过将支架与第一光学元件粘合来实现。优选地，用于粘合的粘合剂选自于包括环氧树脂、聚氨酯、硅树脂、不饱和聚酯、甲基丙烯酸甲酯或其中的至少两种的组合的组。优选地，支架和光学元件之间的连接被如此地设计，即两者之间的温度传递可以在没有附加的热阻的情况下进行。
在辐射源的一个优选实施形式中，支架沿着周线在周线的至少50％上围住第一光学元件。优选地，支架沿着周线在周线的100％上围住第一光学元件。优选地，支架在其具有最大长度的周线上围住第一光学元件。优选地，支架沿着垂直于发光器件的主发射方向的周线围住第一光学元件。此外优选地，支架沿着垂直于发光器件的主发射方向的周线在该周线的100％上围住第一光学元件。
在辐射源的一个优选实施形式中，支架包含支架总重量的至少50重量％、优选至少60重量％、或优选至少70重量％的金属、陶瓷、金属陶瓷、聚合物、硅树脂或其中的至少两种的组合。
金属可以是专业人员会为此选择的任何金属。优选地，金属是具有高导热率的金属。
在辐射源的一个优选实施形式中，支架包含的金属选自于包括铁、钢、铜、铝、镁、钛、钨、镍、钽、铌、这些金属中的至少两种的合金、铜与锌、铅、镍、锰或硅的合金、或其中的至少两种的混合物的组。优选地，金属是铝或钢，例如VA钢如V2A或V4A钢。此外优选地，支架在支架总重量的至少90重量％上由铝构成。
陶瓷可以是专业人员会为此选择的任何陶瓷。优选地，陶瓷选自于包括氮化铝(AlN)、氧氮化铝(AlON)、氧化铝(Al2O3)、硅酸铝(Al2SiO5)、如针对金属陶瓷提及的陶瓷、或者它们其中的至少两种的混合物的组。
在本发明的范围中，“金属陶瓷”被理解为由在至少一种金属基体中的一种或多种陶瓷材料构成的复合材料或由在至少一种陶瓷基体中的一种或多种金属材料构成的复合材料。为了制造金属陶瓷，例如可以使用由至少一种陶瓷粉末和至少一种金属粉末构成的混合物，它例如可以被掺入至少一种粘合剂、如甲基纤维素，和必要时至少一种溶剂、如醇(乙醇)。用于金属陶瓷的金属可以选自于包括铁(Fe)、不锈钢、铂(Pt)、铱(Ir)、铌(Nb)、钼(Mo)、钨(W)、钛(Ti)、钴(Co)、铬(Cr)、钴铬合金、钽(Ta)、钒(V)和锆(Zr)或其中的至少两种的混合物的组，其中，尤其优选的是钛、铌、钼、钴、铬、钽、锆、钒和它们的合金。尤其是用于金属陶瓷的陶瓷可以选自于包括氧化铝(Al2O3)、二氧化锆(ZrO2)、羟基磷灰石、磷酸三钙、玻璃陶瓷、氧化铝增强的氧化锆(ZTA)、含氧化锆的氧化铝(ZTA-氧化锆增韧的铝-Al2O3/ZrO2)、含钇的氧化锆(Y-TZP)、氮化铝(AlN)、氮化钛(TiN)、氧化镁(MgO)、压电陶瓷、钡(Zr，Ti)氧化物、钡(Ce，Ti)氧化物和铌酸钾钠或其中的至少两种的混合物的组。
聚合物优选与用于制成第一光学元件的聚合物相同。优选地，聚合物选自于包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、环烯烃(共)聚合物如乙烯-降冰片烯共聚物、或其中的至少两种的混合物的组。
硅树脂优选从与针对第一光学元件描述的相同的组中选择。
在辐射源的一个优选实施形式中，传感器选自于包括温度传感器、应变传感器或其组合的组。
在辐射源的一个优选实施形式中，传感器以如下方式与光学元件连接，使得大于10％、或优选大于15％、或优选大于20％的由发光器件射出的辐射撞击到传感器上。在该实施形式中，传感器优选直接地被发光器件照射。这具有如下优点，即传感器被暴露在这样的光量下，该光量优选地在对于辐射源而言被称为优选的波长范围和光量范围中直接地与在第一光学元件上的光量相关联。
在辐射源的另一优选实施形式中，传感器被这样地与光学元件连接，即小于20％、或优选地小于15％、或优选地小于10％的由发光器件射出的辐射撞击到传感器上。在该实施形式中，传感器优选间接地被发光器件照射。优选地，支架位于发光器件和传感器之间。因此，传感器位于支架的光阴影中。这具有如下优点，即传感器不会被发光器件的辐射过载。
为了确定由发光器件发出的光量，优选在支架上安装光电二极管。该光电二极管优选地首先被用多个已知的光量照射，以确定校准曲线。在辐射源的使用寿命期间可以使用校准曲线来确定支架上的准确的光量。如果使用温度传感器来确定光学元件的参数的变化，则可以由入射的光量和通过传感器确定的温度来推断，在主发射方向的中心上的温度位于哪个范围中。优选可以由测量的温度计算出，第一光学元件是否具有与它在室温下的原始形状相比已改变的形状。
在辐射源的一个优选实施形式中，传感器被这样地与光学元件连接，即可以确定第一光学元件在所有三个空间方向上的膨胀。优选地，可以通过使用例如应变传感器来获得第一光学元件在所有三个空间方向上的膨胀。优选地，应变传感器被如此地与第一光学元件连接，即应变传感器的一部分沿每个空间方向延伸。优选地，应变传感器被如此地与第一光学元件连接，即应变传感器的至少一部分在主发射方向上延伸，至少一部分垂直于该发射方向延伸，而至少一部分垂直于该垂直延伸的方向延伸。优选地，应变传感器的延伸表面的至少10％、或优选至少15％、或优选至少20％在主发射方向上以及分别在两个与该主发射方向垂直地定向的方向上延伸。
在辐射源的一个优选实施形式中，辐射源包括在1至100个的范围中、或优选地在2至80个的范围中、或优选地在3至50个的范围中的数量的传感器。优选地，传感器包括成串或链形式的2至100个传感器。优选地，该链或串中的各单个传感器通过电连接(方式)彼此连接。该链或串可以通过其端部经由电连接被连接到评价单元上。优选地，该多个传感器被设计成温度传感器。
在辐射源的一个优选实施形式中，传感器被布置在光学元件的边缘上。优选地，该边缘被认为是光学元件的离开发光器件的主发射方向最远的区域，主发射方向优选地延伸穿过光学元件的中心。优选地，在垂直于发光器件的主发射方向延伸的周线上与主发射方向相距最远的区域被称为边缘。
在辐射源的一个优选实施形式中，传感器至少包围第一光学元件的与发光器件的主发射方向垂直的面。
在辐射源的一个优选实施形式中，传感器沿着第一光学元件的周线包围第一光学元件。优选地，传感器沿着第一光学元件的周线在具有第一光学元件的最大周部的位置处包围第一光学元件。
在辐射源的一个优选实施形式中，辐射源包括至少三个传感器。优选地，所有传感器与第一光学元件直接地或间接地连接。此外优选地，该至少三个传感器这样地围绕第一光学元件布置，即它们形成最大的面积。
在辐射源的一个优选实施形式中，该至少三个传感器被布置在一个平面中，其中，通过传感器形成的最大可能的面积具有光学元件的位于与传感器相同的平面中的面积的至少三分之一、优选地至少一半、或者优选地至少四分之三、或者优选地至少90％。
在辐射源的一个优选实施形式中，传感器的长度至少相当于光学元件的最大外周的长度。传感器的长度例如被理解为应变传感器的纵向延伸尺寸或如前所述的传感器链的纵向延伸尺寸。
在辐射源的一个优选实施形式中，第一光学元件选自于包括透镜、反射器、遮光板、棱镜、反光镜或其中的至少两个的组合的组。
在辐射源的一个优选实施形式中，辐射源包括另外的光学元件。另外的光学元件可以是专业人员会将其选择用于辐射源的任何光学元件。优选地，另外的光学元件从针对第一光学元件列举的光学元件组中选择。此外，另外的光学元件可以与来自该相同的组的附加的光学元件组合。优选地，另外的光学元件是反射器或透镜。优选地，另外的光学元件是会聚透镜、尤其是平凸透镜。优选地，另外的光学元件如此地与发光器件连接，使得它通过冷却单元被一并冷却。
在辐射源的一个优选实施形式中，发光器件发出在100nm至10μm的波长范围中、优选地在120nm至9μm的范围中、或优选地在140nm至8μm的范围中的光。此外优选地，发光器件发出在780nm至10μm的波长范围中的光。也优选地，发光器件发出在150nm至420nm的波长范围中、或优选在160nm至410nm范围中、或优选在170nm至400nm范围中的光。
本发明的另一个主题是一种用于制造产品的方法，其包括以下步骤：
iv.提供反应物；
v.提供根据权利要求1至18中任一项所述的辐射源；
vi.用辐射源照射反应物以获得产品。
在步骤i中的反应物的提供可以以专业人员已知的任何方式和方法进行。优选地，反应物被提供在可运动的支承件上。优选地，可运动的支承件选自于包括传送带、从一个辊子被传送到另一个辊子的带子、振动器或其中的至少两个的组合的组。优选地，在可运动的支承件上的反应物被如此地运动经过辐射源，使得辐射源的光照射到反应物上。优选地，反应物在辐射源的影响下的停留时间被选择为在0.1秒至10小时的范围中，或者优选地在10秒至1小时的范围中，或者优选地在30秒至10分钟的范围中。
反应物可以是在辐射源的影响下经历状态改变的任何反应物。优选地，反应物选自于包括物品、液相、空间或其中的至少两种的组合的组。
在步骤ii中的辐射源的提供可以以专业人员会为此设定的任何方式来进行。优选地，辐射源被如此地提供，使得由辐射源射出的最大的光量撞击到反应物上。
反应物的照射可以以专业人员会为此选择的任何方式进行。优选地，反应物如此地被辐射源的发光器件照射，使得反应物可以在优化的停留时间下被转化为产品。优选地，反应物在辐射源的影响下的停留时间被选择为在1毫秒至10小时的范围中，或者优选地在10毫秒至1小时的范围中，或者优选地在30毫秒至10分钟的范围中。
在该方法的一个优选实施形式中，通过反应物的状态改变获得产品。状态改变优选选自于如下组，该组包括：湿表面的干燥、涂装的硬化、暗空间的照亮或其中的至少两种的组合。
在该方法的一个优选实施形式中，产品由反应物通过转化获得，即两种起始分子的化学转化。
优选地，反应物选自于以下组，该组包括：液相、湿物品、第一状态。液相优选选自于以下组，该组包括：至少两种化学物质或材料的混合物、未交联的聚合物的溶液、或它们的混合物。
在该方法的一个优选实施形式中，产品选自于以下组，该组包括：液相、物品、反应物的状态的改变。液相优选选自于以下组，该组包括：至少两种彼此已经反应的化学物质或材料的混合物、已交联的聚合物的溶液、或它们的组合。
本发明的另一个主题是传感器的应用，该传感器用于使根据实施形式1至19中任一个所述的辐射源的射束分布均匀化。优选使用如在前面与辐射源相关地描述过的那样的传感器。辐射源的射束分布的均匀化优选地导致对反应物的均匀照射，其中，确定发光器件的射束分布与目标射束分布的偏差，并且如果射束分布与目标射束分布偏差大于10％，则发光器件被关闭。
本发明的另一个主题是根据实施形式1至19中的任何一个所述的辐射源的应用，该辐射源用于提高从反应物到产品的转化或状态变化的效率。从反应物到产品的转化或状态变化的效率优选如此实现，即传感器的测量值与预先给定的目标值的最小偏差便已导致所造成的措施。优选地，所造成的措施选自于以下组，该组包括：冷却辐射源、冷却光学元件、关闭辐射源、更换光学元件、减少向光学元件的能量输入、或其中的至少两个的组合。优选地，在确定光学元件的参数的改变超过预先给定的阈值的情况下，关闭辐射源。
附图说明
在下面在附图中：
图1a示出了根据本发明的具有透镜作为第一和另外的光学元件的辐射源的示意图；
图1b示出了根据本发明的具有透镜作为第一光学元件和反射器作为另外的光学元件的辐射源的示意图；
图2示出了根据本发明的具有作为发光器件的LED阵列和作为另外的光学元件的透镜阵列的辐射源的示意图；
图3示出了在光学元件的支架上的应变传感器的示意图；
图4示出了在光学元件的支架上的传感器链形式的温度传感器的示意图；
图5示出了在光学元件的支架上的多个单独的温度传感器的示意图；
图6示出了根据本发明的方法的方法步骤的示意图。
具体实施方式
在图1a中示意地示出了辐射源10，该辐射源具有壳体22，在该壳体中布置有发光器件12，该发光器件可以借助于冷却单元30进行调温。发光器件12的光通过另外的光学元件20朝向第一光学元件14的方向被聚集成束。第一光学元件14(在此为双凸会聚透镜14的形式)优选以这样的方式影响来自发光器件12的光的传播，即：使得尽可能均匀的波前通过辐射源10的窗口24从壳体22中射出，以便在待照射的面(在此处没有示出)上实现尽可能均匀的辐射分布。光优选地沿发光器件12的主发射方向25朝向射出窗口24的方向行进。在通向射出窗口24的途中，光通过第一光学元件14和所述另外的光学元件20形成均匀的波前。光优选地被用来均匀地照射例如空间、物品或液体形式的反应物，以获得产品。因此，例如，可以照射在相对于辐射源10运动的传送带上的一系列的物品(在此处没有示出)，以便实现例如对物品或其表面的干燥。会聚透镜14通过支架18被保持在其位于发光器件14之前的位置上。支架18与第一光学元件14如此地连接，即：一方面，第一光学元件14被精确地保持，另一方面，从该光学元件到支架的热传递尽可能地高。为此，支架优选具有在1W/(m*K)至1000W/(m*K)范围中的相对热导率λ。在这个示例中，传感器15与支架18连接。也可以设想将传感器15直接与第一光学元件14连接。传感器15通过电缆与评价单元26连接。如果传感器配备有发射器，或者如果传感器的测量数据的传输以感应方式进行，则所述连接也可以以无线方式进行。在该示例中，传感器15在背离发光器件12的一侧上被布置在支架18上。在另一实施形式(在此处没有示出)中，传感器15也可以被布置在支架18的面向发光器件的一侧上。
在图1b的示意图中的辐射源10与图1a中的辐射源10是相同地构造的，区别在于，由发光器件12发出的光通过作为另外的光学元件20的反射器被偏转到第一光学元件14上。
在图2的示意图中示出的辐射源10具有与图1a的辐射源10相同的结构，区别在于，发光器件12由多个发光源13组成。优选地，多个发光源13是LED阵列的LED，该LED阵列可以包含1000个以上的单独的LED。第一光学元件14包括平凸透镜14，该平凸透镜优选被如此地设计，即：使得发光源13的光被平行于主发射方向25定向。第一光学元件14优选被设计成单体部件。多个发光源13在此处也通过冷却单元30进行冷却。这个传感器或这些传感器15、16、17也可以与评价单元26连接(在此处没有示出)。优选地，在此处这是温度传感器17。备选地，也可以使用应变传感器16。支架18优选完全包围第一光学元件。这在此处没有示出，因为视图是在辐射源10处剖开的横截面图。壳体22与射出窗口24一起完全包围发光器件12、支架18、传感器15、16、17和第一光学元件以及另外的光学元件20。除了多个发光源13之外，辐射源10的另外的光学元件20针对每个发光源13分别具有一成型部20a，其形式为第一光学元件20中的多个凸透镜20a。通过这种方式，每个发光源13的光能以被第一光学元件20的一个成型部20a单独地改变其传播的方式优选在主发射方向25上被聚集成束。
在图3中示意地示出了透镜14形式的第一光学元件14在支架18中的布置。支架18完全围绕透镜14的周线28布置，由此完全包围透镜14。应变传感器或温度传感器15、16、17在支架18的并且因此也在透镜14的整个周线28上被布置在支架18上。光学元件14以及支架18的材料彼此间被如此地匹配，即通过传感器15、16、17可以测量光学元件14的光学特性的改变。
图4示出了第一光学元件14、支架18和多个传感器15的另一种布置结构的示意图。优选地，传感器是温度传感器17，其通过电线21彼此连接，以便能够将传感器15的测量值传递到评价单元26。因此，这种布置形成传感器链19。
图5同样示意地示出了第一光学元件14连同支架18和多个传感器15，在本情况下是三个传感器15。优选地，这涉及温度传感器17，它们单个地通过电线21与评价单元26连接。
在图6中示意地示出了用于由反应物制造产品的方法。在第一步骤i.40中提供反应物。这例如可以以在传送带上的湿的或潮湿的物品的形式实现。在第二步骤ii.50中，如此地提供辐射源10，即：使得在第三步骤iii.60即反应物的照射中，尽可能地均匀地照射反应物，以使其转变成产品。
附图标记列表：
10 辐射源
12 发光器件
13 发光源
14 第一光学元件，透镜，会聚透镜
14a 凸拱部
15 传感器
16 应变传感器
17 温度传感器
18 支架
19 传感器链
20 另外的光学元件
20a 成型部，凸透镜
21 电线
22 壳体
24 窗口/射出窗口
25 主发射方向
26 评价单元
28 (第一光学元件的)周线
30 冷却单元
40 第一步骤i.
50 第二步骤ii.
60 第三步骤iii.

Claims (15)

1.一种辐射源(10)，包括：
a.发光器件(12)；
b.第一光学元件(14)；
c.传感器(15，16，17)，
其中，传感器(15，16，17)被设计成以及与第一光学元件(14)连接成，使得借助于传感器(15，16，17)能确定第一光学元件(14)的参数在时间上的变化，其中，该参数影响辐射源(10)的光学特性。
2.根据权利要求1所述的辐射源(10)，其中，所述第一光学元件(14)包括支架(18)，其中，所述传感器(15，16，17)通过所述支架(18)与所述第一光学元件(14)连接。
3.根据前述权利要求中任一项所述的辐射源(10)，其中，所述支架(18)沿着周线(28)在所述周线(28)的至少50％上围住所述第一光学元件(14)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的辐射源(10)，其中，支架(18)包含支架(18)总重量的至少50重量％的金属、陶瓷、金属陶瓷、聚合物或其中至少两种的组合。
5.根据前述权利要求中任一项所述的辐射源(10)，其中，所述传感器(15，16，17)选自于以下组，该组包括：温度传感器、应变传感器、光学传感器、电容传感器、电感传感器或其中至少两种的组合。
6.根据前述权利要求中任一项所述的辐射源(10)，其中，所述传感器(15，16，17)以如下方式与所述第一光学元件(14)连接，即：使得小于20％的由所述发光器件(12)发出的辐射落到传感器(15，16，17)上。
7.根据前述权利要求中任一项所述的辐射源(10)，其中，所述辐射源(10)包含在从1到100个的范围中的数量的传感器(15，16，17)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的辐射源(10)，其中，传感器(15，16，17)被布置在第一光学元件(14)的边缘上。
9.根据前述权利要求中任一项所述的辐射源(10)，其中，所述传感器(15，16，17)至少包围所述第一光学元件(14)的与发光器件(12)的主发射方向(25)垂直的面。
10.根据前述权利要求中任一项所述的辐射源(10)，其中，所述传感器(15，16，17)沿着所述第一光学元件(14)的周线(28)包围所述第一光学元件(14)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的辐射源(10)，其中，所述传感器(15，16，17)的长度至少相当于所述第一光学元件(14)的最大外周的长度。
12.根据前述权利要求中任一项所述的辐射源(10)，其中，所述辐射源(10)包含另外的光学元件(20)。
13.一种用于制造产品(60)的方法，包括以下步骤：
i.提供反应物(40)；
ii.提供根据权利要求1至19中任一项所述的辐射源(10)(50)；
iii.用发光器件(12)照射反应物(40)以获得产品(60)。
14.传感器(15，16，17)的用于使根据权利要求1至12中任一项所述的辐射源(10)的辐射分布均匀化的应用。
15.根据权利要求1至12中任一项所述的辐射源(10)的用于提高从反应物(40)向产品(60)的转化或状态改变的效率的应用。
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