CN109073167A - 利用窄宽度辐射进行照射固化的方法和系统 - Google Patents

Abstract

边缘固化装置可包括圆柱形透镜、发光元件线性阵列和光圈，所述圆柱形透镜、发光元件线性阵列和光圈中的每个在壳体中相对于纵向平面对称地相互对准，其中所述圆柱形透镜位于所述发光元件线性阵列和所述光圈之间，所述光圈跨越所述圆柱形透镜的长度并且与所述圆柱形透镜的发射面直接相邻，从所述发光元件线性阵列发射并穿过所述圆柱形透镜的光从所述发射面发出并被所述光圈聚焦到以所述纵向平面为中心的光束宽度内。

Description

利用窄宽度辐射进行照射固化的方法和系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年4月15日提交的名称为“利用窄宽度辐射进行照射固化的方法和系统”的美国临时申请No.62/323,474的优先权，其全部内容通过引用并入本文中用于所有目的。

背景技术和发明内容

诸如现代显示器之类的装置的制造采用光活性粘合剂将玻璃层和其他物品层固化在一起以形成显示器叠层。光活性粘合剂的固化可以用于常规的LED器件，以“区域”固化的形式在器件的前面以及以“边缘”固化的形式在器件的侧面进行。边缘固化过程的关键是在窄的目标光束宽度线上发射足够高的辐照度，以避免目标区域外的敏感物品“过度固化”。示例目标区域在10mm的工作距离处具有小于3mm的期望线宽。

Childers(美国专利9,101,777)描述了一种具有发光元件线性阵列的光源，发光元件线性阵列与圆柱形透镜对准并且发射的光通过圆柱形透镜发出，其中圆柱形透镜减小了光在线性阵列的横向轴上的角展度。

本发明人已经认识到上述方法的潜在问题。即，传统的LED器件是朗伯发射器，并且在所有方向上具有角度含量(angular content)的宽目标区域上发射辐射。由传统LED器件发出的光在靠近LED的短距离内在宽度方向上快速地发散并超出窄宽度目标区域。此外，尽管使朗伯发射器发出的光通过圆柱形透镜有助于聚焦并减小发射光的横向色散，但是从圆柱形透镜发出的光发散并超出窄光束宽度目标的边界。因此，对敏感工件的目标区域外的过度固化可能不会显著减少。

一种至少部分地解决上述问题的方法包括边缘固化装置，其包括圆柱形透镜、发光元件线性阵列和光圈(aperture)，每个在壳体中都相对于纵向平面对称地相互对准，其中圆柱形透镜位于发光元件线性阵列和光圈之间，光圈跨越圆柱形透镜的长度且与圆柱形透镜的发射面直接相邻，从发光元件线性阵列发射并且穿过圆柱形透镜的光从所述发射面发出并由光圈聚焦到以纵向平面为中心的光束宽度内。

在另一个实施例中，边缘固化工件的方法可以包括：将发光元件线性阵列、圆柱形透镜和光圈中的每一个的纵轴在纵向平面上相互对准，在所述圆柱形透镜的入射面处接收来自发光元件线性阵列的光，将所述光圈设置为与所述圆柱形透镜的发射面直接相邻，其中在所述入射面处接收的光被圆柱形透镜准直并从所述发射面发出，以及通过所述光圈将所述发出的光聚焦成在所述工件上位于以所述纵向平面为中心的光束宽度内，其中所述工件被置于沿所述纵向平面距离所述发射面工作距离处。

在另一个实施例中，边缘固化系统可包括壳体，还可包括安装在所述壳体中的发光元件线性阵列、圆柱形透镜和光圈，其中所述圆柱形透镜位于所述发光元件线性阵列和所述光圈之间，所述发光元件线性阵列、所述光圈和所述圆柱形透镜中的每一个在长度上相对于纵向平面对称地相互对准，所述光圈跨越所述圆柱形透镜的长度和发光元件的长度，且与所述圆柱形透镜的发射面直接相邻，从所述发光元件线性阵列发射并穿过所述圆柱形透镜的光从所述发射面发出并由所述光圈聚焦到以所述纵向平面为中心的光束宽度内。

这样，发射窄光束宽度辐射以用于边缘固化工件可以实现的技术效果包括窄光束宽度目标区域，同时减少对工件的窄宽度区域之外的过度固化。此外，在一些实施例中，光圈可以可拆卸地安装到壳体，从而便于现有发光装置的改装。此外，将光圈可拆卸地安装到壳体上使得可以调节边缘固化装置的光圈尺寸，使得边缘固化装置更灵活地适应各种边缘固化应用。

应当理解，提供以上发明内容是为了以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的一些概念。并不意味着识别所要求保护的主题的关键或必要特征，其范围由具体实施方式之后的权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上文或本公开的任何部分中提到的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1A示出了从发光元件线性阵列发出的近朗伯发射光谱的示例。

图1B示出了图1A的发射光谱的横截面处的辐照光谱。

图2是发光元件的规律排布的线性阵列的示例的示意图。

图3是示出图2的发光元件的规律排布线性阵列的辐照光谱的示意图。

图4是来自图1的发光元件线性阵列的发光光谱的横截面视图。

图5A示出来自图6和图10A-10D的边缘固化装置的发射光谱的示例。

图5B示出了图5A的发射光谱的横截面处的辐照光谱。

图6示出了边缘固化装置的示意图。

图7是示出包括边缘固化系统的发光系统的示例的示意图。

图8-9是示出图6和图10A-10D的边缘固化装置的光束尺寸及辐照度和光圈宽度之间的关系的示例图。

图10A-10D分别示出了边缘固化装置的正视图、俯视图、侧视图和截面图。

图11A和11B分别示出了不具有集成光圈和具有集成光圈的边缘固化装置的发射光谱。

图12示出了边缘固化工件的示例性方法的流程图。

图13是两个图6所示的边缘固化装置端对端串联排列的示例的示意图。

具体实施方式

本具体实施方式涉及一种边缘固化装置、系统和方法，用于将窄光束宽度的光发射到工件上，所述工件位于距边缘固化装置和/或系统工作距离处。在传统的照射固化系统中，从光源发出的光可以在宽目标区域上发射到工件上。通过包括圆柱形透镜和集成光圈(integrated aperture)等耦合光学器件，来自发光元件线性阵列的辐射可以被重定向并聚焦到窄宽度目标光束宽度，从而有利地增强窄宽度目标区域内的固化并减少在窄光束宽度目标区域之外的区域中对工件的过度固化。

传统的LED发光系统，如图1A和1B所示，发射宽朗伯辐射光谱。例如，具有如图2所示的发光元件线性阵列的发光装置具有图3A所示的宽发射光谱。图4中示出了发光元件线性阵列的辐射发射光谱的横截面。通过在发光元件线性阵列和目标工件之间放置圆柱形透镜和集成光圈，可以将来自发光元件线性阵列的辐射重定向并聚焦到的窄宽度目标区域中，如图5A和5B所示。图6中示出了包括圆柱形透镜和集成光圈的、用于发射窄束宽辐射的边缘固化装置的示例。边缘固化装置可以端对端地串联布置，并且可以包括边缘加权的发光元件线性阵列，如图13所示。图7示出了包括图6的边缘固化装置的示例性边缘固化系统的示意图。可以通过改变光圈和/或圆柱形透镜的尺寸来调整边缘固化系统的目标光束宽度和辐照度，如图8-9的示例图所示。示例性边缘固化系统的各种示意性视图在图10A-10D中示出。图11A和图11B示出了边缘固化系统的发射光谱，该边缘固化系统包括圆柱形透镜、在圆柱形透镜的发射面处具有以及不具有光圈。最后，图12中示出了用于边缘固化工件的方法的流程图。

现在转向图1A，其示出了近朗伯光源102(例如LED型发光元件阵列)的发射光谱100。在图1A中，光源102相对于与z轴(参见轴101)平行的中心轴104对称地设置。中心轴104可以限定沿x方向穿过中心轴104并且被定向为垂直于y-z平面的纵向平面。光源102可包括发光元件线性阵列120、壳体110和盖玻璃140。从发射光谱可以看出，源自近朗伯光源的光的角展度是宽的并且围绕与0扫描角重合的中心轴104对称地分散。因此，具有LED线性阵列的标准LED光源在所有方向上发射具有角度含量的朗伯辐射。取决于盖玻璃140的尺寸(例如，z方向上的厚度)，发射的辐射在(沿z方向)离光源非常短的距离处在y方向上扩散。例如，图1A的发射光谱如此快速地在(沿z方向)短距离处在y方向上扩展，使得其包含比3mm目标大得多的横截面，即使是在玻璃表面的发射面144处。发射光谱主要在如虚线108所示的+60度和-60度(106)之间的发射角内发射。辐射强度在靠近发射面144处最高(蓝色)，并且随着工作距离越远离发射面144增加而减小，如发射光谱从绿色变为黄色到红色所示，如等辐照度线132、134、136和138所示。当转换为灰度时，蓝色是最深的灰色，其过渡为较浅的灰色，然后再返回到与红色对应的较深的灰色。

现在转向图1B，它示出了图1A所示发射光谱平行于y-z平面的横截面的辐照强度。y坐标值0对应于中心轴104的y坐标。朗伯发光装置发出的辐射沿y轴跨越从-20mm到+20mm的40mm宽的宽目标区域。此外，如箭头192所示，辐照度的半峰全宽(FWHM)约为25mm。显然，具有标准朗伯发射光谱的LED发光系统发射超出窄目标光束宽度的光，并且基本上可以过度固化工件的位于窄宽度目标区域外的区域。

图2示出了发光元件线性阵列200的高纵横比的示例的简单示意图。在一个示例中，发光元件可包括朗伯发光元件。如图2所示，高纵横比线性阵列200包括由以36mm间隔规律排布的10个发光元件220组成的线性阵列。规律排布意味着每个发光元件之间的间隔240可以是相同的。发光元件可以安装在基板210、例如印刷电路板(PCB)上。除了发光元件线性阵列之外，高纵横比阵列还可以包括发光元件二维阵列。二维高纵横比阵列可包括第一维中的第一数量的发光元件和第二维中的第二数量的发光元件，其中第一数量至少远大于第二数量。例如，2×8的二维发光元件阵列可以被认为是高纵横比阵列。

图3示出了固定的x-y平面的辐照光谱的图300，该固定的x-y平面在z方向上距图2中的发光元件规律排布线性阵列6mm处。可以使用诸如Zemax的光学模拟程序生成图300的辐照光谱。曲线310、曲线320、曲线330、曲线340、曲线350和曲线360为接近在距垂直于90°发射角定向的光源6mm的表面处的1.80、1.65、1.30、0.90、0.40和0.20W/cm²的等辐照度线。图3示出了从规律排布的线性阵列发出的光在横向y轴和纵向x轴上的角展度。来自规律排布阵列的辐照度在二维光谱中变化，在x和y方向上从光谱中心向外围强度减小。如图3的辐照光谱所示，光的分布大体上围绕主发光轴304分散。发射光在y方向上的发散超出了用于边缘固化应用的窄目标光束宽度的边界。因此，在没有诸如圆柱形透镜和集成光圈的耦合光学器件的情况下，发光元件高纵横比线性阵列可能过度固化工件的敏感区域，该敏感区域为位于被窄目标光束宽度照射的边缘之外的区域。

图4是示出发光元件高纵横比(例如，线性)阵列沿纵向x轴的横截面图的示意图。类似于如上在图2中描述的高纵横比阵列200，发光元件可以发射围绕主发光轴450具有近朗伯轮廓的光。图4还示出了光线470，以表示从光源102发出的光的辐照强度光谱。辐照强度在距光源102短距离处最集中，并且在远离光源102的距离处快速发散，如等辐照强度线420、430和440所示。光线470围绕主发光轴450的两侧对称地延伸。

现在转向图5A和5B，它们分别示出了边缘固化装置502的聚焦的发射光谱500和聚焦的发射光谱500的(平行于y-z平面)截面的辐照光谱590的示例。边缘固化装置502包括壳体510、发光元件线性阵列520、圆柱形透镜540和集成光圈550。发光元件线性阵列可包括置于发光元件线性阵列和圆柱形透镜之间的透光窗518。发光元件线性阵列520、圆柱形透镜540和集成光圈550均可以在(平行于y轴)的横向上以中心轴104为中心，并且相对于通过中心轴104并沿平行于x轴的方向延伸的纵向平面在纵向上相互平行地对准且对称。集成光圈550可以被设置为直接邻近圆柱形透镜540的发射面544的平面，并且光圈(在y方向上)的宽度可以小于圆柱形透镜的直径560。此外，集成光圈550的长度可以跨越圆柱形透镜540的长度和发光元件线性阵列520的长度。集成光圈550可以与壳体510集成在一起，这样，通过将圆柱形透镜540设置在壳体510中并组装壳体510就可形成集成光圈550并使得光圈550位于发射面544处。圆柱形透镜540可以设置于(或置于)发光元件线性阵列520和目标工件之间，目标工件位于沿着z轴(参见坐标系501)距发光元件线性阵列520一定距离处。例如，工件可以以中心轴线104为中心并且放置于距边缘固化装置502工作距离处。此外，发光元件线性阵列520可以被放置为，使得发光元件线性阵列520与圆柱形透镜的入射面之间的距离530等于圆柱形透镜的后焦距(BFL)。BFL可以根据以下关系计算：BFL＝(2-N)*R/2*(N-1)；其中，N是圆柱形透镜的折射率，R是圆柱形透镜的半径。这样，从发光元件线性阵列520发出的所有辐射基本上都被引导到圆柱形透镜的入射面542中。入射面542可以包括圆柱形透镜540的与窗518接触的外表面区域。窗518正对圆柱形透镜540的表面可以被成形为紧密地容纳圆柱形透镜540，使得当圆柱形透镜540被紧密地固定并安装在壳体510中时，它相对于发光元件线性阵列520和中心轴104的位置关系如上所述。

圆柱形透镜540的横截面可以以发光元件线性阵列520的中心轴104为中心，使得从发光元件线性阵列520进入圆柱形透镜540的入射面542的辐射在圆柱形透镜540内被折射和准直，并从位于发射平面544的发射面被导向集成光圈550。集成光圈550可以位于圆柱形透镜540和目标工件之间并且以中心轴线104为中心，使得穿过集成光圈550的辐射聚焦到目标工件的窄宽度区域上。圆柱形透镜的长度(例如，沿x方向进入图5的页面)可以跨越发光元件线性阵列520的长度。圆柱形透镜可以吸收和/或反射和分散在壳体的边界表面560处的入射辐射，包括将辐射折射为朝向集成光圈550。边界表面560可以包括壳体510的与圆柱形透镜540的外部接触或直接相邻的内表面，该外部不包括圆柱形透镜540的由集成光圈550保持暴露的外表面部分，也不包括圆柱形透镜540的与窗518接触(例如，在从发光元件线性阵列520发射到圆柱形透镜540的入射光的路径中)的外表面部分。边界表面560可以包括反射材料、例如反射涂层，其可以将入射光重定向回圆柱形透镜540，例如将光重定向为朝向集成光圈550。边界表面560还可包括吸收性材料、例如吸收性涂层，其可吸收入射光或辐射。将入射光从边界表面560重定向回圆柱形透镜540可有助于减少壳体内的热量积聚，但可增加从边缘固化装置502发出的杂散光的量。被边界表面560重定向的入射光可以被认为是杂散光，因为它可能不被导向位于发射光束宽度的边界508内的位置。相反，在边界表面560处吸收入射光可以减少从边缘固化装置502发出的杂散光的量，但是可能增加边缘固化装置的热负荷。诸如风扇和散热片的额外热管理装置和结构可以安装在边缘固化装置502中，以便耗散热负荷。

如图5所示，相对于图1A所示不含有集成光圈550和圆柱形透镜540的光源102的发射光谱100，包括圆柱形透镜和集成光圈的边缘固化装置502的发射光谱500跨越更大的工作距离(在z方向上)在窄光束宽度(在y方向上)更加聚焦。特别地，发射光谱500主要在以中心轴104为中心并在所示的光束宽度边界508间的窄发射角内发射。发射光谱的辐照强度在以光圈550和发射面544为中心并且邻近光圈550和发射面544的区域(蓝色)中最高，并且随着距离发射面544的工作距离越长而减小(绿色到黄色到橙色到红色)，如等辐照度线521、522、524、526和527所示。

图5B示出了图5A的发射光谱沿y坐标轴的横截面的辐照强度。y坐标值0对应于中心轴104的y坐标。从边缘固化装置502发出的辐射跨越沿y轴从-2mm到+2mm的8mm宽的聚焦目标区域。因此，通过包括圆柱形透镜540和集成光圈550，边缘固化装置502能够实现聚焦的发射光谱，该聚焦的发射光谱可以固化位于一定距离(沿z轴)处的工件的窄宽度目标区域，同时减少对窄宽度目标区域之外的过度照射固化。此外，如箭头592所示，辐照度的半峰全宽(FWHM)约为2.5mm，而在FWHM光束内，辐照强度峰值接近7.0。相比之下，光源102仅实现25mm FWHM光束和3.0的辐照强度峰值。显然，包含圆柱形透镜540和集成光圈550的边缘固化装置502可以实现更聚焦的光束宽度，其可以更容易地获得与边缘固化应用相关的更窄的目标光束宽度，从而大大减少(如果没有避免的话)对工件位于窄宽度目标区域之外的区域的过度固化。此外，由边缘固化装置实现的窄光束宽度被以较高的辐照强度(对于边缘固化装置502为7.0，对于发光装置102为3.0)发射，从而实现更快的固化速率和增强的边缘固化系统性能。

可以适当地选择圆柱形透镜540、集成光圈550和目标窄宽度区域的相对尺寸。例如，在圆柱形透镜540的尺寸相对于发光元件线性阵列太小(例如，半径R太小)的情况下，来自发光元件线性阵列的大部分辐射不会被引导进入圆柱形透镜。在圆柱形透镜540的尺寸相对于集成光圈550太大的情况下，大部分辐射将被光圈丢失或“切割”(例如，未被引导)。在一个实施例中，可以使用6mm直径的圆柱形透镜和4mm宽的光圈来发射(半峰全宽FWHM)3mm宽的窄光束辐射，用于固化位于与集成光圈550相距10mm(沿z方向)处的目标工件表面上的3mm区域。FWHM是指在峰值辐照度的50％点处测量的光束宽度。将窄宽度光束的宽度减小到小于3mm可能导致更大的辐射强度损失，因为相对于发光元件线性阵列尺寸，圆柱形透镜的BFL变得更小(因为圆柱形透镜尺寸减小)。随着集成光圈的尺寸(例如，y方向上的长度)增加，从光圈发出的光束的宽度增加。通常，随着圆柱形透镜的半径增加，从光圈发出的光束的宽度增加。

现在转向图6，其示出了示例性边缘固化装置600的示意图，边缘固化装置600包括壳体610，壳体610包括以穿过中心轴104的纵向平面为中心的圆柱形透镜640、发光元件线性阵列620以及集成光圈650。如图6所示，集成光圈650的长度和圆柱形透镜640的长度各自跨越发光元件线性阵列620的长度。此外，集成光圈650、圆柱形透镜640和发光元件线性阵列620以垂直于中心轴线104的纵轴相互平行地对准。这样，从发光元件线性阵列620的整个长度发出的光可以在入射面642处穿过圆柱形透镜540，并且在发射面644处重定向为穿过集成光圈650。

如前所述，发光元件线性阵列620可以放置在距圆柱形透镜640的入射面642距离624处，并且距离624可以对应于圆柱形透镜的BFL。通过将入射面642放置为与发光元件线性阵列620相距BFL，从发光元件线性阵列620发出的光的较高部分可以被引导到圆柱形透镜640中，并且可以被准直为从与发射面644相邻放置的集成光圈650发射。来自发光元件线性阵列620的辐射进入圆柱形透镜640并被圆柱形透镜折射为朝向集成光圈650。集成光圈650可以具有宽度652，其尺寸被设计成将窄宽束的辐射聚焦到工件的目标表面上，该工件的该目标表面被放置于沿着中心轴距边缘固化装置600一距离处。例如，光圈的宽度652可以小于圆柱形透镜640的直径。光圈的宽度652小于圆柱形透镜640的直径可有助于使从集成光圈650发出的光束宽度变窄，如参考图8和图9所述。

如图6所示，圆柱形透镜640、集成光圈650和发光元件线性阵列620可以跨越壳体610的长度，使得多个边缘固化装置600可以端对端地串联放置并对准，以固化比单个边缘固化装置600的长度更长的窄宽度区域，同时减小窄宽度目标区域的变形和跨多个装置的辐照强度的损失。为此，发光元件线性阵列可包括边缘加权的发光元件线性阵列，例如在线性阵列的每个长度方向边缘处的两个或更多个发光元件之间的间隔更小(例如，更高密度)。换句话说，在边缘加权的线性阵列中，靠近中心部分的发光元件可以比位于长度方向边缘处的间隔更小的发光元件被隔开得更远。边缘加权的发光元件线性阵列可以增加发射光的均匀性，尤其是在相邻的端对端边缘固化装置之间的区域中。

现在转向图13，其示出了端对端串联排列的两个边缘固化装置1310、1320的局部正视图。边缘固化装置1310和1320可各自与边缘固化装置600相同，除了均匀间隔的发光元件线性阵列620被边缘加权的发光元件线性阵列代替。因此，边缘固化装置1310、1320可各自包括边缘加权的发光元件线性阵列。边缘加权的发光元件线性阵列可以包括沿着穿过中心轴104的纵向平面在纵向上对准的圆柱形透镜和集成光圈(由1392、1394表示)，如上面参考图6所述。

每个边缘加权的线性阵列包括以第一间隔1354分布于中间(中心)部的发光元件1350以及以第二间隔1364分布于端部的发光元件1360。此外，边缘固化装置1310和1320分别包括位于中间部的发光元件1350和位于端部的发光元件1360之间的第三间隔1368和第四间隔1374。第三间隔1368可以大于第二间隔1364并且小于第一间隔1354。如上所述，对发光元件线性阵列进行边缘加权增加了从每个光源输出的光的可用宽度。

此外，边缘固化装置1320和1310的端部中的第一个发光元件和最后一个发光元件分别与窗(或壳体)侧壁1386相邻设置，其中壳体侧壁1386跨越每个光源的前平面的长度。将线性阵列中的第一个发光元件和最后一个发光元件设置得与壳体侧壁1386相邻可以允许发光元件线性阵列在边缘固化装置的整个长度上更均匀地辐射光。

此外，壳体侧壁1386的厚度是薄的，并且壳体侧壁1386可以从壳体的前平面垂直向后延伸，这样，边缘固化装置可以被放置为当边缘固化装置端对端地串联设置时它们的相邻壳体侧壁齐平地接触。构建具有薄的窗和壳体侧壁的光源并将窗侧壁排列为与壳体侧壁齐平，可以减小相互之间的间隔，并且可以保持并排排列的多个光源的辐射光的连续性。这样，从端对端串联排列的边缘固化装置1320和1310辐射的光可以比从端对端串联排列的传统光源辐射的光更均匀。

现在参考图7，其示出了边缘固化系统1400的示例性配置的框图。在一个示例中，边缘固化系统1400可以包括发光子系统1412、控制器1414、电源1416和冷却子系统1418。发光子系统1412可以包括多个半导体器件1419。多个半导体器件1419可以是发光元件线性阵列1420，例如LED器件的线性阵列，包括例如边缘加权的发光元件线性阵列。半导体器件可以提供辐射输出1424。辐射输出1424可以被引导到位于边缘固化系统1400外的固定平面处的工件1426。此外，发光元件线性阵列可以是边缘加权的发光元件线性阵列，其中采用一种或多种方法来增加工件1426处的光输出的可用长度。例如，如上所述，可以采用以下一种或多种：边缘加权的间隔、为各个发光元件设置透镜(例如，提供耦合光学器件)，提供不同强度的发光元件以及向各个LED提供差动电流。例如，发光元件线性阵列的边缘(例如，端部)附近的LED可以设置成具有比发光元件线性阵列的中心的LED具有更密集的间隔，从而使得从发光元件线性阵列发出的辐照强度在发光元件线性阵列的长度上、特别是在发光元件线性阵列的端部区域附近更均匀。此外，当多个发光元件线性阵列并排(例如，端对端)设置时，边缘加权的间隔可以减少多个发光元件线性阵列的发射光的变形和不均匀辐照度的区域，特别是在相邻的发光元件线性阵列的两端接合的区域。

辐射输出1424可以经由耦合光学器件1430被引导到工件1426，耦合光学器件1430包括圆柱形透镜和集成光圈。如果使用耦合光学器件1430，则可以多种形式不同地实现。作为示例，耦合光学器件可以包括置于半导体器件1419和窗1464之间并且向工件1426的表面提供辐射输出1424的一个或多个层、材料或其他结构。作为示例，耦合光学器件1430可以包括微透镜阵列，以增强辐射输出1424的收集、凝聚、准直，或者说增强辐射输出的质量或有效量。作为另一示例，耦合光学器件1430可包括微反射器阵列。在采用这种微反射器阵列时，提供辐射输出1424的每个半导体器件可以一对一地设置在相应的微反射器中。作为另一个示例，提供辐射输出1424的半导体器件的线性阵列1420可以以多对一的方式设置在宏反射器中。相应地，耦合光学器件1430可以包括微反射器阵列，每个半导体器件在相应的微反射器中一对一地设置；或者，耦合光学器件1430可以包括宏反射器，半导体器件的辐射输出1424的数量和/或质量由宏反射器进一步增强。

耦合光学器件1430的每个层、材料或其他结构可具有选定的折射率。通过适当地选择每个折射率，可以选择性地控制辐射输出1424的路径中的层、材料和其他结构之间的界面处的反射。作为示例，通过控制设置在半导体器件与工件1426之间的所选界面(例如窗1464)处的折射率的差异，可以减小或增加该界面处的反射，从而增强在该界面处的辐射输出的传输，以最终输送到工件1426。例如，耦合光学器件可以包括二向色反射器，其中某些波长的入射光被吸收，而其他波长被反射并聚焦到工件1426的表面。

耦合光学器件1430可用于各种目的。示例性目的包括单独的或组合的保护半导体器件1419，保持与冷却子系统1418相关联的冷却流体，收集、冷凝和/或准直辐射输出1424，或者出于其他目的。作为另一个示例，边缘固化系统1400可以采用耦合光学系统1430，以便增强辐射输出1424、特别是传递到工件1426的有效量、均匀性或数量。

作为另一示例，耦合光学器件1430可包括圆柱形透镜，通过该圆柱形透镜引导从发光元件线性阵列发出的光。如前所述，从发光元件线性阵列发出的光可以入射在圆柱形透镜的入射面上，并且可以被准直并重定向为从圆柱形透镜的发射面发出。圆柱形透镜可包括棒透镜、半圆透镜、平凸透镜、双凸透镜和刻面菲涅耳透镜中的一种或多种。圆柱形透镜可包括具有圆柱形动力轴和正交平面轴的圆柱形透镜，用于准直和/或聚焦从半导体器件1419的线性阵列1420发出的光。特别地，圆柱形菲涅耳透镜可以与线性阵列1420对准，从线性阵列1420发出的光通过圆柱形菲涅耳透镜被发射，并且圆柱形菲涅耳透镜减小光在线性阵列的横向轴上的角展度，该线性阵列跨越透镜长度。圆柱形透镜的发射面可以跨越集成光圈的宽度方向尺寸。在圆柱形透镜包括圆柱形菲涅耳透镜的情况下，与单个圆柱形菲涅耳透镜相比，可以利用单凹槽菲涅耳透镜或多凹槽菲涅耳透镜来进一步减小发射光在横向轴上的角展度。

作为另一个示例，耦合光学器件1430可以包括跨越发光元件线性阵列的长度的圆柱形透镜与集成光圈的组合(如图6所示)。集成光圈可以放置在发射面处，用于将从发射面发出的较窄宽束的光聚焦到工件表面上，以适合于边缘固化应用。圆柱形透镜可以被放置成与发光元件线性阵列相距对应于圆柱形透镜的BFL的距离，从发光元件线性阵列发出的辐射进入圆柱形透镜，在圆柱形透镜中被折射为朝向集成光圈。离开集成光圈的辐射被聚焦成窄宽束于目标工件表面上，用于固化目标工件表面上的窄宽度区域。圆柱形透镜和集成光圈都可以被设置为相对于发光元件线性阵列的中心轴对称，如图5A、图5B和图6所示。

所选择的多个半导体器件1419可以经由耦合电子器件1422耦合到控制器1414，以便向控制器1414提供数据。如下面进一步描述的，控制器1414还可以被实现为例如经由耦合电子器件1422控制这种提供数据的半导体器件。控制器1414可以连接到并且可以实现为控制电源1416和冷却子系统1418。例如，控制器可以向分布在线性阵列1420的中间部的发光元件提供更大的驱动电流并且向分布在线性阵列1420的端部的发光元件提供更小的驱动电流，以便增加在工件1426处辐射的光的可用长度。此外，控制器1414可以从电源1416和冷却子系统1418接收数据。在一个示例中，工件1426表面处的一个或多个位置处的辐照度可以由传感器检测并且传输到控制器1414以反馈到控制方案中。在另一示例中，控制器1414可以与另一个发光系统的控制器(图7中未示出)通信以协调两个发光系统的控制。例如，多个发光系统的控制器1414可以根据主-从级联控制算法运行，其中一个控制器的设定点由另一个控制器的输出设置。还可以使用操作发光系统10与另一发光系统一同运行的其他控制策略。作为另一示例，并排排列的多个发光系统的控制器1414可以以相同的方式控制发光系统，以增加多个发光系统间的辐射光的均匀性。

除了电源1416、冷却子系统1418和发光子系统1412之外，控制器1414还可以被连接并实现为控制内部元件1432和外部元件1434。如图所示元件1432可以在边缘固化系统1400的内部；而如图所示元件1434可以在边缘固化系统1400的外部，但是可以与工件1426(例如，处理、冷却或其他外部设备)相关联，或者可以与边缘固化系统1400支持的光反应(例如固化)相关。

由控制器1414从电源1416、冷却子系统1418、发光子系统1412和/或元件1432和元件1434中的一个或多个接收的数据可以是各种类型。作为示例，数据可表示与耦合的半导体器件1419相关联的一个或多个特性。作为另一示例，数据可以表示分别与提供数据的发光子系统1412、电源1416、冷却子系统1418、内部元件1432和外部元件1434相关联的一个或多个特性。作为又一个示例，数据可以表示与工件1426相关联的一个或多个特性(例如，表示被导向工件的辐射输出的能量或光谱分量)。而且，数据可以表示这些特征的某种组合。

接收到任何这样的数据后，控制器1414可以被实现为响应该数据。例如，响应于来自这样的组件的任何这样的数据，控制器1414可以被实现为控制电源1416、冷却子系统1418、发光子系统1412(包括一个或多个这样的耦合的半导体器件)和/或元件1432和元件1434中的一个或多个。作为示例，响应于来自发光子系统的指示在与工件相关联的一个或多个点处光能量不足的数据，控制器1414可以被实现为(a)增加电源对一个或者更多的半导体器件的供电，(b)通过冷却子系统1418增加对发光子系统的冷却(例如，某些发光装置如果被冷却，可提供更大的辐射输出)，(c)增加向这些器件供电的时间，或(d)上述的组合。

在打印固化系统包括边缘固化系统1400的示例中，控制器1414还可以从位于打印头处的光传感器436接收输入。例如，响应于对从工件1426反射到打印头上的光的测量强度，控制器1414可以调整光学元件(例如，边缘固化系统1400的耦合光学器件1430)的横向偏移，以便降低从工件1426反射到打印头上的光的强度。

发光子系统1412的各个半导体器件1419(例如，LED器件)可以由控制器1414独立控制。例如，控制器1414可以控制包含一个或多个单独LED器件的第一组发射第一强度、波长等的光，并控制包含一个或多个单独的LED器件的第二组发射不同强度、波长等的光。包含一个或多个单独的LED器件的第一组可以在同一个半导体器件线性阵列1420内，或者可以来自多个边缘固化系统1400的多于一个的半导体器件线性阵列1420。半导体器件线性阵列1420也可以与其他发光系统中的其他半导体器件线性阵列相互独立地被控制器1414。例如，可以控制第一线性阵列的半导体器件发射第一强度、波长等的光，而可以控制另一个发光系统中的半导体器件的第二线性阵列发射第二强度、波长等的光。

作为另一示例，在第一组条件下(例如，对于特定工件、光反应和/或一组操作条件)，控制器1414可以操作边缘固化系统1400以实现第一控制策略，而在第二组条件下(例如，对于特定工件、光反应和/或一组操作条件)控制器1414可以操作边缘固化系统1400以实现第二控制策略。如上所述，第一控制策略可以包括操作包含一个或多个单独的半导体器件(例如，LED器件)的第一组以发射第一强度、波长等的光，而第二控制策略可以包括操作包含一个或多个单独的LED器件的第二组以发射第二强度、波长等的光。第一组LED器件可以是与第二组相同的LED器件组，并且可以跨越一个或多个LED器件阵列；或者，第一组LED器件可以是与第二组不同的LED器件组，并且可能包括由来自第二组的一个或多个LED器件组成的子集。

冷却子系统1418可以被实现为管理发光子系统1412的热行为。例如，冷却子系统1418可以提供发光子系统1412、更具体地来说半导体器件1419的冷却。冷却子系统1418还可以被实现为冷却工件1426和/或工件1426与边缘固化系统1400(例如，发光子系统1412)之间的空间。例如，冷却子系统1418可包括空气或其他流体(例如，水)冷却系统。冷却子系统1418还可以包括冷却元件，例如附接到半导体器件1419、或半导体器件1419的线性阵列1420或者耦合光学器件1430的冷却翅片。例如，冷却子系统可以包括对耦合光学器件1430吹冷却空气，其中耦合光学器件1430配备有外部翅片以增强热传递。

边缘固化系统1400可用于各种应用。示例包括但不限于从显示器、光活性粘合剂和油墨印刷到DVD制造和光刻的固化应用。可以采用边缘固化系统1400的应用可以具有相关的操作参数。也就是说，应用可以具有如下的相关操作参数：提供一个或多个辐射功率水平，一个或多个波长，在一个或多个时间段上施加。为了适当地完成与应用相关的光反应，可以在一个或多个这些参数的一个或多个预定水平或者预定水平之上(和/或一定时间、次数或者次数范围)在工件1426处或附近传递光功率。

为了遵循所期望的应用参数，提供辐射输出1424的半导体器件1419可以根据与例如温度、光谱分布和辐射功率等的应用参数相关的各种特性运行。同时，半导体器件1419可以具有某些操作规范，这些操作规范可以与半导体器件的制造相关联，并且可以被遵循，以便排除器件的破坏和/或防止器件的退化。边缘固化系统1400的其他组件也可具有相关的操作规范。这些规范可以包括操作温度和施加的电功率的范围(例如，最大值和最小值)以及其他参数规范。

因此，边缘固化系统1400可以支持对应用参数的监视。另外，边缘固化系统1400可以提供对半导体器件1419的监控，包括它们各自的特性和规格。此外，边缘固化系统1400还可以提供对边缘固化系统1400的所选其他部件的监控，包括其特性和规格。

提供这样的监控使得能够验证系统的正确操作，从而可以可靠地评估边缘固化系统1400的操作。例如，相对例如温度、光谱分布、辐射功率等的一个或多个应用参数、任何组件与这些参数相关联的特性和/或任何组件各自的操作规范而言，边缘固化系统1400可能不正确地操作。提供监视使得可以根据控制器1414从一个或多个系统组件接收的数据进行快速响应并执行。

监控还可以支持对系统操作的控制。例如，控制策略可以通过控制器1414实现，控制器1414接收并响应来自一个或多个系统组件的数据。如上所述，该控制策略可以直接执行，例如通过基于与组件操作相关的数据、利用指向组件的控制信号来控制组件；或者，该控制策略可以间接地执行，例如通过指向调整其他组件的操作的控制信号来控制组件的操作。作为示例，可以通过指向电源1416以调节施加到发光子系统1412的功率的控制信号，和/或通过指向冷却子系统1418以调节施加到发光子系统1418的冷却的控制信号，来间接实现对半导体器件的辐照度的调节。

可以采用控制策略来实现和/或增强系统的操作适当性和/或应用的性能。在更具体的示例中，还可以采用控制来实现和/或增强线性阵列的辐射输出与线性阵列的工作温度之间的平衡，以便例如阻止半导体器件1419被加热至超出其规格，同时还将足够的辐射能量引导到工件1426以进行例如应用的光反应。此外，在一些示例中，控制器可用于自动调整透镜相对于光源的主发光轴的偏移位置，以便调整从边缘固化装置1000发出的光朝向目标基板1426的角度偏转。因此，印制固化系统可以以连续的方式自动调节适应各种固化条件和目标基板，而不必手动调节印制固化系统。

在另一示例中，工件1426表面处的一个或多个位置处的辐照度可以由传感器检测并且传输到控制器1414以反馈到控制方案中。在控制器1414在边缘固化应用中检测到辐照度不足的情况下，可以发送例如音频警报或操作员界面处的视觉警报等的信号，以调整圆柱形透镜直径或调整光圈宽度，从而增减光束宽度或者增减辐照度。可以根据如参考图8和图9所述的预定的(经验性或其他的)光圈宽度、圆柱形透镜直径、辐照度和光束宽度之间的关系来执行对圆柱形透镜直径或光圈宽度的调节。此外，调节光圈宽度和/或圆柱形透镜直径可以包括可拆卸地安装集成光圈(或者如参考图10A-10D描述的与集成光圈相关联的壳体部件)，和/或可拆卸地安装圆柱形透镜(或者如参考图10A-10D描述的与集成光圈相关联的壳体部件)。允许可拆卸地安装圆柱形透镜和/或集成光圈有助于调节光圈宽度和圆柱形透镜直径(以及所致的光束宽度和辐照度)，而不用改变边缘固化装置和工件之间的位置或对准关系，这可以减少制造停机时间，提高运营效率。

在一些应用中，高辐射功率可以被传递到工件1426，并且工件1426可以包括光固化材料，例如印刷有光固化材料的基板。因此，可以使用发光半导体器件的线性阵列1420来实现发光子系统1412。例如，发光子系统1412可以使用高密度发光二极管(LED)阵列来实现。尽管可以使用并且在本文中详细描述了发光元件线性阵列，但是应当理解，半导体器件1419及半导体器件线性阵列1420可以在不脱离本发明的原理的情况下使用其他发光技术来实现。其他发光技术的示例包括但不限于有机LED、激光二极管、其他半导体激光器。

现在转向图8和图9，它们示出了曲线图，该曲线图示出了：对于3mm棒透镜(趋势线810)、4mm棒透镜(趋势线820)和5mm棒透镜(趋势线830)的光束宽度与光圈宽度之间关系，以及对于3mm棒透镜(趋势线930)、4mm棒透镜(趋势线920)和5mm棒透镜(趋势线910)的辐照度与光圈宽度之间关系。在边缘固化应用中，可以选择圆柱形透镜直径和光圈宽度，以使得期望的光束宽度和期望的辐照度发射至工件表面。参考图8所示，对于给定的圆柱形透镜直径，发射光束宽度随着光圈宽度增加到阈值光圈宽度而增加，并在光圈宽度大于阈值光圈宽度之后趋于平稳。例如，对于3mm的棒透镜直径，光束宽度随着光圈宽度增加到接近0.5mm的阈值光圈宽度而增加，并在光圈宽度高于该阈值光圈宽度后保持在约3.5mm(趋势线810)。类似地，对于4mm的棒透镜直径，光束宽度随着光圈宽度增加到接近0.8mm的阈值光圈宽度而增加，并在光圈宽度高于该阈值光圈宽度后保持在约3.0mm(趋势线820)；对于5mm的棒透镜直径，光束宽度随着光圈宽度增加到接近1.0mm的阈值光圈宽度而增加，并在光圈宽度高于该阈值光圈宽度后保持在约2.4mm(趋势线830)。通过比较趋势线810、趋势线820和趋势线830这些曲线所示，对于给定光圈宽度，光束宽度可随着圆柱形透镜直径的增加而减小。此外，阈值光圈宽度(在光圈宽度大于该阈值光圈宽度之后，光束宽度趋于平稳)可随着棒透镜直径的增加而增加。换句话说，采用较大圆柱形透镜直径的边缘固化装置600可以有助于实现更窄的光束宽度，并且可以通过调节光圈宽度使得能够在更大的范围内切换光束宽度。然而，采用较大圆柱形透镜直径的边缘固化装置可能因需要较大尺寸的壳体610而增大整个边缘固化装置的尺寸和负担，并且使得在狭窄空间中进行的或涉及较小组件固化的边缘固化应用更加困难。此外，在任何特定的边缘固化应用中，可以选择与期望的光束宽度和圆柱形透镜直径相对应的光圈宽度。

参考图9所示，对于给定的圆柱形透镜直径，发射至工件表面的辐照度随着光圈宽度增加而增加，直到光圈宽度高于该阈值光圈宽度之后，辐照度趋于平稳。例如，对于3mm的棒透镜直径，辐照度随着光圈宽度增加到接近0.5mm的阈值光圈宽度而增加(趋势线930)，并在光圈宽度高于该阈值光圈宽度之后保持在约1.3W/cm²。类似地，对于4mm的棒透镜直径，辐照度随着光圈宽度增加到接近0.9mm的阈值光圈宽度而增加(趋势线920)，并在光圈宽度高于该阈值光圈宽度之后保持在约2.3W/cm²。如通过比较趋势线910、趋势线920和趋势线930这些曲线所示，对于给定的光圈宽度，发射至工件表面处的辐照度可随着圆柱形透镜直径的增加而增加。此外，阈值光圈宽度(在光圈宽度高于该阈值光圈宽度之后，辐照度水平可以趋于平稳)可以随着棒透镜直径的增加而增加。换句话说，采用较大圆柱形透镜直径的边缘固化装置600可以有助于实现更高的辐照度水平，并且可以通过调节光圈宽度使得能够在更大的范围内切换辐照度。然而，如上所述，采用较大圆柱形透镜直径的边缘固化装置可能因需要较大尺寸的壳体610而增大整个边缘固化装置的尺寸和负担，并使得在狭窄空间中进行的或涉及较小组件固化的边缘固化应用更加困难。此外，在任何特定的边缘固化应用中，可以选择与期望的辐照度水平和圆柱形透镜直径相对应的光圈宽度。

现在转向图10A-10D，它们示出了边缘固化装置1000的正视图、侧面视图和截面视图，边缘固化装置1000包括发光元件线性阵列1020、圆柱形透镜1040和集成光圈1050，发光元件线性阵列1020、圆柱形透镜1040和集成光圈均相对于穿过中心轴104并沿平行于x轴的方向延伸的纵向平面在纵向上相互平行地对准且对称。边缘固化装置还可包括一个或多个导管1002，用于将边缘固化装置的电子件1080和发光元件线性阵列1020的导线电连接到边缘固化系统(例如边缘固化系统1400)的控制器、人机界面等。内部导管1070可便于在壳体1010内纵向分布电线和部件，以沿着边缘固化装置1000的整个长度进行电连接。示出导管1002从边缘固化装置1000的后侧朝向底部方向延伸，然而，导管1002也可以从边缘固化装置1000的后侧朝向顶部方向延伸。

圆柱形透镜1040和发光元件线性阵列1020可以包括在壳体1010内，壳体1010包括朝向边缘固化装置1000的光发射侧设置的前部1012和后部1015。前部1012可包括顶盖1013和底盖1014，顶盖1013和底盖1014可通过紧固件1008可拆卸地安装或固定。紧固件1008可包括螺钉、夹具、支架和其他类型的紧固件，其能够可拆卸地紧固而不损坏壳体1010并且不需要重新确定边缘固化装置1000相对于工件表面的位置。可移除的顶盖1013和底盖1014可包括在宽度方向上彼此相对的前唇状边缘1090，前唇状边缘1090跨越壳体1010的长度(以及圆柱形透镜1040的长度和集成光圈1050的长度)并且悬垂在顶盖1013和底盖1014上。唇状边缘1090可以相对于顶盖1013和底盖1014的后安装部分1016悬垂在顶盖1013和底盖1014上。此外，当圆柱形透镜1040以及顶盖1013和底盖1014可拆卸地安装到边缘固化装置1000的壳体1010上时，顶盖1013和底盖1014的内表面1018可成形为紧密地容纳圆柱形透镜1040。这样，顶盖1013和底盖1014可以用作圆柱形透镜1040的透镜架。此外，发光元件线性阵列1020的圆柱形透镜表面1042可以成形为例如呈井状、呈开槽状等，以在长度和宽度上与圆柱形透镜1040紧密接触并容纳圆柱形透镜1040的入射面，使得将圆柱形透镜1040可拆卸地安装在壳体1010中包括将圆柱形透镜1040紧密地固定在发光元件线性阵列上，从而使得这两个部件在纵向上相对于彼此对准，如上所述。

集成光圈1050可以被描述为与壳体1010集成在一起，因为在顶盖和底盖可拆卸地安装到壳体1010上时，集成光圈1050可以被形成为与发射面1044直接相邻并且在顶盖1013和底盖1014的前唇状边缘1090之间。然后可以通过设计唇形边缘1090的尺寸或突出量来调节集成光圈1050的宽度1060，光圈宽度1060可随着突出量的增加而减小。例如，减小唇状边缘1090的突出程度可增加其间的间隙，从而增加集成光圈的宽度1060。或者，对于给定的圆柱形透镜直径和形状(例如，棒状、菲涅耳、双凸等)，可以制造一组顶盖和底盖以产生一系列光圈宽度。因此，可以通过移除第一组顶盖和底盖，并用具有不同唇状边缘1090的第二组可拆卸安装的顶盖和底盖替换它们来调整光圈宽度1060。这样，圆柱形透镜1040和集成光圈1050都可以被可拆卸地安装、调节和/或选择尺寸和形状(例如，如参考图8-9所示)，以使得从边缘固化装置发出的光在工件表面上获得期望的辐照度和光束宽度。

在一些情况下，唇状边缘1090的悬垂可以是对称的，而在其他情况下，唇状边缘1090的悬垂可以是不对称的，并且集成光圈可以从中心轴104做偏离中心移动。偏离中心移动光圈(以及使面向透镜的表面1042偏离中心移动)可以允许圆柱形透镜1040和集成光圈中的一个或两个从中心轴线104偏离中心设置，这可以允许从边缘固化装置发出的光束宽度相对于中心轴104成角度，这可以有助于在有限空间中更容易地固化工件。

现在转向图11A和图11B，它们分别示出了对应于没有集成光圈的边缘固化装置1102的发射光谱1100和具有集成光圈的边缘固化装置502的发射光谱500。特别地，边缘固化装置1102可以与边缘固化装置502相同，除了边缘固化装置1102不包括集成光圈550。换句话说，穿过边缘固化装置1102的圆柱形透镜540的光可以从边缘固化装置的发射面1144发射。尽管圆柱形透镜540有助于将发射光中相对集中在中心轴104附近的(例如，在边界1108内的)部分聚焦，但是与针对来自包括圆柱形透镜540和集成光圈550的边界固化装置502的发射光并以边界508标识的光束宽度相比，以边界1108标识的光束宽度在z方向上与(没有集成光圈550的)边缘固化装置1102相隔工作距离的位置处更宽。此外，由于没有集成光圈550，其他的发射光从边缘固化装置1102的发射面1144更广泛地散布(如边界1112所标识)。因此，通过包括光圈宽度小于圆柱形透镜直径的集成光圈550，可以从边缘固化装置发射更窄的光束宽度，该边缘固化装置可以提供工件的边缘固化，同时减少对位于较窄的目标光束宽度以外的表面的过度固化。

现在转向图12，图12示出了边缘固化工件的方法1200的流程图。图12中示出的一些步骤可以作为边缘固化系统的计算机控制器、例如边缘固化系统1400的控制器1414的板上指令执行。方法1200可以在1210开始，以确定例如期望的光束宽度、边缘固化装置与待边缘固化的工件的表面之间的工作距离、到达工件的期望辐照度等的操作条件。在1220，方法1200继续，以将发光元件线性阵列设置在边缘固化装置的壳体内。在一个示例中，发光元件线性阵列可以包括高纵横比的一维或二维的发光元件阵列，并且还可以包括边缘加权的发光元件阵列，如参考图13所述。接下来，在1230和1240，方法1200继续，以选择与期望的例如辐照度和光束宽度的操作参数对应的圆柱形透镜尺寸和光圈宽度。例如，可以基于诸如曲线图800和曲线图900的预定关系来选择圆柱形透镜尺寸和光圈宽度。此外，可以基于期望的辐照度和光束宽度来选择圆柱形透镜的类型，例如菲涅耳透镜、棒透镜、双凸、平凸等。此外，可以选择圆柱形透镜的尺寸以符合边缘固化系统的配置；例如，在非常狭窄的边缘固化系统中，可以使用较小的圆柱形透镜。如上所述，选择光圈宽度可以包括选择壳体1010的前部1012的顶盖1013和底盖1014。顶盖1013和底盖1014包括的纵向唇状边缘1090具有适当尺寸的突出，使得当顶盖1013和底盖1014可拆卸地安装到壳体1010时形成(具有期望光圈宽度的)集成光圈。因此，步骤1240可以进一步包括将集成光圈可拆卸地安装在壳体中。类似地，步骤1230还可包括将所选择的圆柱形透镜可拆卸地安装在壳体中。所选择的圆柱形透镜可以设置于发光元件线性阵列和集成光圈之间。此外，将圆柱形透镜可拆卸地安装在壳体中可以包括，将圆柱形透镜紧密地固定在发光元件线性阵列(或其窗)的贴合圆柱形透镜的入射面的外表面中。这样，在边缘固化系统的操作期间，可以严格保持发光元件线性阵列相对于圆柱形透镜的对准。

接下来，在1250处，方法1200继续，以将集成光圈设置为与圆柱形透镜的发射面直接相邻。如上所述，顶盖1013和底盖1014的内表面可以成形为贴合圆柱形透镜的外表面。这样，将顶盖1013和底盖1014可拆卸地安装到壳体上，自动地将集成光圈定位于与圆柱形透镜的发射面直接相邻，包括在圆柱形透镜与顶盖1013和底盖1014之间没有任何间隙。换句话说，圆柱形透镜可以通过可拆卸地安装的顶盖1013和底盖1014而被紧密地固定。这样，在边缘固化系统的操作期间，可以严格保持集成光圈相对于圆柱形透镜的对准。

在1260处，方法1200继续，以将来自发光元件线性阵列的光发射到圆柱形透镜的入射表面，该入射表面紧密地靠着发光元件的贴合表面。然后，所述发射光可以通过圆柱形透镜，并在从圆柱形透镜的发射面发出之前在圆柱形透镜内被准直和聚焦。在1270处，由于集成光圈与由顶盖1013和底盖1014紧密地固定的发射面直接相邻，从圆柱形透镜的发射面发出的光可以通过集成光圈进一步聚焦。集成光圈可以以穿过边缘固化装置的中心轴104的纵向平面为中心，因此从集成光圈发出的发射光可以包括以该该纵向平面为中心的到达工件表面的窄光束宽度。

接下来，在1280处，方法1200继续以基于一个或多个标准来调整光束宽度和/或辐照度。例如，响应于光束宽度小于待固化边缘的尺寸而增加光束宽度，或者可以响应于光束宽度大于待固化边缘的尺寸而减小光束宽度。作为另一个示例，可以响应于对工件在期望光束宽度范围之外的过度固化而减小光束宽度。作为另一个示例，可以调节光束宽度和/或辐照度以增加或降低工件的固化速率。在标准指示要调整光束宽度和/或辐照度的情况下，方法1200可以返回到1230。如上所述，可以通过改变集成光圈的尺寸和/或圆柱形透镜的尺寸来调节光束宽度和/或辐照度，这可以包括选择新的圆柱形透镜和/或集成光圈尺寸。选择新的圆柱形透镜和/或集成光圈尺寸可以包括在1288移除现有的可拆卸安装的圆柱形透镜和/或集成光圈而无需重新定位边缘固化装置，并且可拆卸地安装新的可拆卸安装的圆柱形透镜和/或集成光圈以在1230和1240获得期望的光束宽度和/或辐照度。

这样，边缘固化装置可以包括圆柱形透镜、发光元件线性阵列和集成光圈，圆柱形透镜、发光元件线性阵列和集成光圈均在壳体中相对于纵向平面相互对准并对称。圆柱形透镜可以设置于发光元件线性阵列和集成光圈之间。此外，集成光圈可以跨越圆柱形透镜的长度，并且可以设置为与圆柱形透镜的发射面直接相邻。此外，从发光元件线性阵列发射并穿过圆柱形透镜的光可以从该发射面发出，并且由光圈聚焦在以纵向平面为中心的光束宽度内。在一个示例中，从圆柱形透镜发出的光可以通过集成光圈被聚焦成，在大于透镜焦距的工作距离处位于光束宽度内。此外，在没有集成光圈的情况下，从圆柱形透镜发出的光将发散超出光束宽度。在另一个示例中，圆柱形透镜可以包括具有圆柱形动力轴和正交平面轴的透镜。此外，圆柱形透镜可以包括圆柱形透镜、半圆形透镜、平凸透镜、双凸透镜或刻面菲涅耳透镜中的一种。而且，发光元件线性阵列可以被置于与圆柱形透镜相隔后焦距处。在另一个示例中，发光元件线性阵列可以包括边缘加权的发光元件线性阵列。

这样，边缘固化工件的方法可以包括：使发光元件线性阵列、圆柱形透镜和集成光圈中的每个的纵轴在纵向平面上相互对准；在圆柱形透镜的入射面处接收来自发光元件线性阵列的光；将集成光圈设置为与圆柱形透镜的发射面直接相邻，其中在入射面处接收的光被圆柱形透镜准直并从发射面处发出；以及，通过集成光圈将所述发出的光聚焦成在工件上位于以所述纵向平面为中心的光束宽度内，所述工件位于沿所述纵向平面与所述发射面相隔工作距离处。在一个示例中，光束宽度可以对应于工作距离处的半峰全宽(FWHM)光束宽度。在另一示例中，使发光元件线性阵列、圆柱形透镜和集成光圈中的每一个相对于纵向平面对称地相互对准可以包括，将发光元件线性阵列、圆柱形透镜和光圈中的每一个安装到壳体中。此外，圆柱形透镜可以置于发光元件线性阵列和集成光圈之间。在又一个示例中，将集成光圈安装在壳体中可以包括将集成光圈可拆卸地安装在壳体中，使得光圈与圆柱形透镜的发射面相邻。该方法还可以包括通过增加集成光圈宽度来增加光束宽度，以及通过减小集成光圈宽度来减小光束宽度。此外，增加集成光圈宽度可以包括用具有增加的集成光圈宽度的另一个可拆卸安装光圈替换集成光圈，并且减小光圈宽度可以包括用具有减小的集成光圈宽度的另一个可拆卸安装的集成光圈替换集成光圈。在另一个示例中，该方法可以包括通过减小圆柱形透镜的直径来增加光束宽度。

这样，边缘固化系统可以包括壳体，该壳体包括安装在其中的发光元件线性阵列、圆柱形透镜和集成光圈。圆柱形透镜可以位于发光元件线性阵列和集成光圈之间，并且发光元件线性阵列、集成光圈和圆柱形透镜在长度上均相对于纵向平面对称地相互对准。此外，集成光圈可以跨越圆柱形透镜的长度和发光元件的长度，并且可以与圆柱形透镜的发射面直接相邻。此外，从发光元件线性阵列发射并穿过圆柱形透镜的光可以从该发射面发出，并且由集成光圈聚焦到以纵向平面为中心的光束宽度内。在一个示例中，壳体可以包括位于壳体的光发射侧的透镜架，透镜架具有顶盖和底盖，顶盖和底盖均具有纵向唇形边缘，当将顶盖和底盖可拆卸地安装到壳体在纵向平面上的相对两侧时，两个纵向唇形边缘向内朝向彼此。在另一个示例中，集成光圈宽度可以小于圆柱形透镜的直径。在又一个示例中，纵向唇形边缘的面向圆柱形透镜的内表面可以成形为紧密且无间隙地容纳圆柱形透镜的外表面，唇形边缘由此在被可拆卸地安装到壳体上时能够固定圆柱形透镜的位置。

而且，圆柱形透镜可以紧密且无间隙地固定在发光元件线性阵列的发射侧上的沟槽面内，从而使圆柱形透镜的纵轴相对于纵向平面对称地被对准。此外，顶盖和底盖的形状和尺寸可以相同。

这样，可以实现发射窄光束宽度辐射用于边缘固化工件的技术结果包括窄光束宽度目标区域，并同时减少对工件的窄宽度区域之外的过度固化。此外，在一些实施例中，光圈可以可拆卸地安装到壳体，从而便于现有发光装置的改装。此外，将光圈可拆卸地安装到壳体上使得可以调节边缘固化装置的光圈尺寸，使得边缘固化装置更灵活地适应各种边缘固化应用。

注意，这里包括的示例性控制和评估例程可以与各种光源和发光系统配置一起使用。这里公开的控制方法和例程可以作为可执行指令存储在非暂时性存储器中。这里描述的特定例程可以表示任何数量的处理策略中的一个或多个，例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。这样，所示的各种动作、操作和/或功能可以以所示顺序地、并行地或在某些情况下被省略地来执行。同样地，处理顺序不一定是实现本文描述的示例性实施例的特征和优点所必需的，而是为了便于说明和描述而提供的。可以根据所使用的特定策略重复执行所示动作、操作和/或功能中的一个或多个。此外，所描述的动作、操作和/或功能可以图形地表示要编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中的代码。

应当理解，本文公开的配置和程序本质上是示例性的，并且这些具体实施例不应被视为具有限制意义，因为许多变型是可能的。例如，上述技术可以应用于各种朗伯或近朗伯光源。本公开的主题包括本文公开的各种系统和配置以及其他特征、功能和/或特性的所有新颖和非显而易见的组合和子组合。

以下权利要求具体指出被视为新颖和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可以提及“一个”要素或“第一”要素或其等同物。这些权利要求应理解为包括一个或多个这样的元件的结合，既不要求也不排除两个或更多个这样的元件。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其他组合和子组合可以通过修改本权利要求或通过在该申请或相关申请中呈现新的权利要求来要求保护。这些权利要求，无论是否与原始权利要求的范围相比更宽、更窄、相同或不同，也被认为包括在本公开的主题内。

Claims (20)

1.一种边缘固化装置，包括：

圆柱形透镜、发光元件线性阵列和集成光圈，它们在壳体中都相对于纵向平面对称地相互对准，其中，

所述圆柱形透镜位于所述发光元件线性阵列和所述集成光圈之间，

所述集成光圈跨越所述圆柱形透镜的长度，并且与所述圆柱形透镜的发射面直接相邻，并且

从所述发光元件线性阵列发射并穿过所述圆柱形透镜的光从所述发射面发出，并被所述光圈聚焦到以所述纵向平面为中心的光束宽度内。

2.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，从所述圆柱形透镜发出的光被所述集成光圈聚焦成在比所述透镜的焦距大的工作距离处位于所述光束宽度内。

3.根据权利要求2所述的发光装置，其特征在于，在不存在所述集成光圈的情况下，从所述圆柱形透镜发出的光将发散并超出所述光束宽度。

4.根据权利要求3所述的发光装置，其特征在于，所述圆柱形透镜包括具有圆柱形动力轴和正交平面轴的透镜。

5.根据权利要求4所述的发光装置，其特征在于，所述圆柱形透镜包括圆柱形透镜、半圆形透镜、平凸透镜、双凸透镜或刻面菲涅耳透镜中的一种。

6.根据权利要求5所述的发光装置，其特征在于，所述发光元件线性阵列被设置为与所述圆柱形透镜相隔后焦距。

7.根据权利要求6所述的发光装置，其特征在于，所述发光元件线性阵列包括边缘加权的发光元件线性阵列。

8.一种边缘固化工件的方法，包括：

将壳体中的发光元件线性阵列、圆柱形透镜和集成光圈中的每一个的纵轴在纵向平面上相互对准，

在所述圆柱形透镜的入射面处接收来自所述发光元件线性阵列的光，

将所述集成光圈设置为与所述圆柱形透镜的发射面直接相邻，其中在所述入射面处接收的光被所述圆柱形透镜准直并从所述发射面发出，并且

通过所述集成光圈将所述发出的光聚焦成在所述工件上位于以所述纵向平面为中心的光束宽度内，所述工件被置于沿所述纵向平面距所述发射面工作距离处。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述光束宽度对应于所述工作距离处的半峰全宽(FWHM)光束宽度。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，将所述发光元件线性阵列、所述圆柱形透镜和所述集成光圈中的每一个相对于所述纵向平面对称地相互对准包括：

将所述发光元件线性阵列、所述圆柱形透镜和所述光圈中的每一个安装在所述壳体中，

其中，所述圆柱形透镜被置于所述发光元件线性阵列和所述集成光圈之间。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，将所述集成光圈安装在所述壳体中包括：

将所述集成光圈可拆卸地安装在所述壳体中，使得所述光圈被设置为与所述圆柱形透镜的所述发射面相邻。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括：

通过增加集成光圈宽度来增加所述光束宽度，以及

通过减小所述集成光圈宽度来减小所述光束宽度。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，

增加所述集成光圈宽度包括：用具有增加的集成光圈宽度的另一个可拆卸安装的光圈替换所述光圈，以及

减小所述光圈宽度包括：用具有减小的集成光圈宽度的另一个可拆卸安装的集成光圈替换所述集成光圈。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括：

通过减小所述圆柱形透镜的直径来增加所述光束宽度。

15.一种边缘固化系统，包括壳体，包括：

安装在所述壳体中的发光元件线性阵列、圆柱形透镜和集成光圈，其中

所述圆柱形透镜位于所述发光元件线性阵列和所述集成光圈之间，

所述发光元件线性阵列、所述集成光圈和所述圆柱形透镜中的每一个在长度上相对于纵向平面对称地相互对准，

所述集成光圈跨越所述圆柱形透镜的长度和所述发光元件的长度，并且与所述圆柱形透镜的发射面直接相邻，并且

从所述发光元件线性阵列发射并穿过所述圆柱形透镜的光从所述发射面发出，并由所述集成光圈聚焦到以所述纵向平面为中心的光束宽度内。

16.根据权利要求15所述的边缘固化系统，其特征在于，

所述壳体包括设置于所述壳体的光发射侧的透镜架，

所述透镜架具有顶盖和底盖，

所述顶盖和底盖中的每一个具有纵向唇形边缘，

当所述顶盖和底盖可拆卸地安装到所述壳体在所述纵向平面上的相对两侧时，所述纵向唇形边缘向内面向彼此。

17.根据权利要求16所述的边缘固化系统，其特征在于，所述集成光圈的宽度小于所述圆柱形透镜的直径。

18.根据权利要求17所述的边缘固化系统，其特征在于，

所述纵向唇形边缘的面向所述圆柱形透镜的内表面被成形为紧密地且无间隙地容纳所述圆柱形透镜的外表面，

由此，所述唇形边缘在被可拆卸地安装到所述壳体上时能够固定所述圆柱形透镜的位置。

19.根据权利要求18所述的边缘固化系统，其特征在于，

所述圆柱形透镜紧密地且无间隙地固定在所述发光元件线性阵列的所述光发射侧的沟槽面内，

从而使得所述圆柱形透镜的纵轴相对于所述纵向平面对称地被对准。

20.根据权利要求19所述的边缘固化系统，其特征在于，所述顶盖与所述底盖的形状和尺寸相同。