CN109080259B - 一种uvled固化光源系统及其设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的UVLED固化光源系统及其设计方法，包括沿弧形面排列的若干个UVLED及对应于任意一所述UVLED前的自由曲面透镜，任意一所述UVLED出射的光束经对应的所述自由曲面透镜后均匀照射至曝光目标面上，并对所述UVLED所在弧形面的圆弧半径，UVLED所在位置坐标，UVLED到曝光面的高度以及UVLED的偏转角度进行设计，以保证若干个所述UVLED的光束均能正好照射在曝光目标面上，从而提高了UVLED的能量利用率。

Description

一种UVLED固化光源系统及其设计方法
技术领域
本发明涉及固化光源技术领域，尤其涉及一种UVLED固化光源系统。
背景技术
紫外固化油墨具有抗污染、抗磨损、可快速固化、生产效率高、印刷适应性好等优点，在平印、凸印、网版、柔印等印刷方式中得到了广泛的应用。紫外油墨固化(UV固化)是指在紫外光的照射下，由光引发剂产生自由基，引起油墨聚合和光交联反应，是油墨固化的过程。紫外油墨固化的光源通常是汞灯，其光谱覆盖了从300nm到1000nm的光谱范围；不过由于其中能够被光引发剂吸收的紫外波段约只占总能量的20％，导致固化效率较低。
随着紫外光发光二极管(UVLED)的发展成熟，采用UVLED作为固化光源具有节电、寿命长、固化效率高等优点，已逐步开始替代汞灯固化光源。
现有UVLED固化光源多采用单一波长的UVLED直接进行光斑拼接，如图1所示，1为UVLED灯珠阵列所在平面，2为UVLED灯珠，3为曝光目标面，L为曝光目标面的长度，由图1中可见光强分布的均匀性较低，光能量利用率低，且单一波长的LED光源与传统油墨的光谱范围不兼容，导致有些曝光不良的现象，限制了UVLED光源在固化领域的推广和使用。
发明内容
有鉴如此，有必要针对现有技术存在的UVLED固化光源系统中UVLED波长与传统油墨光谱不兼容的问题，导致曝光不良的缺陷，提供一种光利用率更高的UVLED固化光源系统。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一方面，本发明提供了一种UVLED固化光源系统，包括：沿弧形面排列的若干个UVLED及对应于任意一所述UVLED前的自由曲面透镜，任意一所述UVLED出射的光束经对应的所述自由曲面透镜后均匀照射至曝光目标面上，且若干个所述UVLED的光束均正好照射在曝光目标面上；其中：
所述弧形面的圆弧半径R为：
Figure GDA0002495385650000021
L为所述曝光目标的面长度、d为所述弧形面的顶部到所述曝光目标的垂直距离；
任意一所述UVLED位置点p的坐标可表示为：
x＝Rsinβ y＝Rcosβ
β为弧形面上的UVLED间隔角，所述间隔角为所述UVLED与所述弧形面所在圆心的连线与所述圆心所在垂线之间的夹角；
任意一所述UVLED到曝光面的高度h可表示为：
h＝y+d-R
任意一所述UVLED所需偏转的角度可表示为：
Figure GDA0002495385650000022
在一些较佳实施例中，任意一个UVLED的波长不同。
另一方面，本发明提供了一种UVLED固化光源系统的设计方法，包括下述步骤：
将若干个UVLED沿弧形面排列设置；
在任意一所述UVLED前对应设置自由曲面透镜，任意一所述UVLED出射的光束经对应的所述自由曲面透镜后均匀照射至曝光目标面上，且若干个所述UVLED的光束均能正好照射在曝光目标面上；其中：
所述弧形面的圆弧半径R为：
Figure GDA0002495385650000031
L为所述曝光目标的面长度、d为所述弧形面的顶部到所述曝光目标的垂直距离；
任意一所述UVLED位置点p的坐标可表示为：
x＝Rsinβ y＝Rcosβ
β为弧形面上的UVLED间隔角，所述间隔角为所述UVLED与所述弧形面所在圆心的连线与所述圆心所在垂线之间的夹角；
任意一所述UVLED到曝光面的高度h可表示为：
h＝y+d-R
任意一所述UVLED所需偏转的角度可表示为：
Figure GDA0002495385650000032
在一些较佳实施例中，任意一个UVLED的波长不同。
此外，本发明还提供了一种UVLED油墨固化系统，包括所述的UVLED固化光源系统。
本发明采用上述技术方案的优点是：
一方面，本发明提供的UVLED固化光源系统及其设计方法，包括沿弧形面排列的若干个UVLED及对应于任意一所述UVLED前的自由曲面透镜，任意一所述UVLED出射的光束经对应的所述自由曲面透镜后均匀照射至曝光目标面上，并对所述UVLED所在弧形面的圆弧半径，UVLED所在位置坐标，UVLED到曝光面的高度以及UVLED的偏转角度进行设计，以保证若干个所述UVLED的光束均能正好照射在曝光目标面上，从而提高了UVLED的能量利用率。
此外，本发明提供的UVLED固化光源系统及其设计方法，采用多波长的UVLED，从而能够满足不同场所的需求，扩大其应用范围。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明现有技术提供的UVLED固化光源系统的结构示意图。
图2为本发明实施例1提供的UVLED固化光源系统的结构示意图。
图3为本发明实施例1提供的UVLED间隔角的结构示意图。
图4为本发明实施例2提供的UVLED固化光源系统的设计方法步骤流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅图2及图3，为本发明实施例提供的UVLED固化光源系统10的结构示意图，包括：沿弧形面1排列的若干个UVLED 2及对应于任意一所述UVLED 2前的自由曲面透镜3。其中：
任意一所述UVLED 2出射的光束经对应的所述自由曲面透镜3后均匀照射至曝光目标面5上，且若干个所述UVLED 2的光束均正好照射在曝光目标面上，其中：
所述弧形面的圆弧半径R为：
Figure GDA0002495385650000051
L为所述曝光目标面5的长度、d为所述弧形面的顶部到所述曝光目标的垂直距离；
任意一所述UVLED位置点p的坐标可表示为：
x＝Rsinβ y＝Rcosβ
β为弧形面上的UVLED间隔角，所述间隔角为所述UVLED与所述弧形面所在圆心4的连线与所述圆心所在垂线之间的夹角；
任意一所述UVLED到曝光面的高度h可表示为：
h＝y+d-R
任意一所述UVLED所需偏转的角度可表示为：
Figure GDA0002495385650000052
可以理解，任意一所述UVLED 2出射的光束经对应的所述自由曲面透镜3后可使得光束均匀。
在一些较佳的实施例中，任意一个UVLED 2的波长不同。
可以理解，由于采用多波长的UVLED，从而能够满足不同场所的需求，扩大其应用范围。
本发明提供的UVLED固化光源系统，包括沿弧形面排列的若干个UVLED 2及对应于任意一所述UVLED 2前的自由曲面透镜3，任意一所述UVLED 2出射的光束经对应的所述自由曲面透镜3后均匀照射至曝光目标面上，并对所述UVLED所在弧形面的圆弧半径，UVLED所在位置坐标，UVLED到曝光面的高度以及UVLED的偏转角度进行设计，以保证若干个所述UVLED的光束均能正好照射在曝光目标面上，从而提高了UVLED的能量利用率。
实施例2
请参阅图2，为本发明实施例2提供的UVLED固化光源系统的设计方法的步骤流程图，包括下述步骤：
步骤S110：将若干个UVLED沿弧形面排列设置；
在一些较佳实施例中，任意一个UVLED的波长不同。
可以理解，由于采用多波长的UVLED，从而能够满足不同场所的需求，扩大其应用范围。
步骤S120：在任意一所述UVLED前对应设置自由曲面透镜；
可以理解，任意一所述UVLED出射的光束经对应的所述自由曲面透镜后可使得光束均匀。
步骤S130：任意一所述UVLED出射的光束经对应的所述自由曲面透镜后均匀照射至曝光目标面上，且若干个所述UVLED的光束均能正好照射在曝光目标面上；其中：
所述弧形面的圆弧半径R为：
Figure GDA0002495385650000061
L为所述曝光目标的面长度、d为所述弧形面的顶部到所述曝光目标的垂直距离；
任意一所述UVLED位置点p的坐标可表示为：
x＝Rsinβ y＝Rcosβ
β为弧形面上的UVLED间隔角，所述间隔角为所述UVLED与所述弧形面所在圆心的连线与所述圆心所在垂线之间的夹角；
任意一所述UVLED到曝光面的高度h可表示为：
h＝y+d-R
任意一所述UVLED所需偏转的角度可表示为：
Figure GDA0002495385650000071
本发明提供的UVLED固化光源系统的设计方法，包括沿弧形面排列的若干个UVLED及对应于任意一所述UVLED前的自由曲面透镜，任意一所述UVLED出射的光束经对应的所述自由曲面透镜后均匀照射至曝光目标面上，并对所述UVLED所在弧形面的圆弧半径，UVLED所在位置坐标，UVLED到曝光面的高度以及UVLED的偏转角度进行设计，以保证若干个所述UVLED的光束均能正好照射在曝光目标面上，从而提高了UVLED的能量利用率。
本发明提供的UVLED固化光源系统，可用于UVLED油墨固化系统中，能够解决灯珠波长与传统油墨光谱不兼容的问题，且采用自由曲面进行匀光设计，解决多波长UVLED均匀混合问题，并对相应位置的UVLED进行角度倾斜设计，以提高能量利用率。
当然本发明的UVLED固化光源系统还可具有多种变换及改型，并不局限于上述实施方式的具体结构。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。

Claims (5)

1.一种UVLED固化光源系统，其特征在于，包括：沿弧形面排列的若干个UVLED及对应于任意一所述UVLED前的自由曲面透镜，任意一所述UVLED出射的光束经对应的所述自由曲面透镜后均匀照射至曝光目标面上，且若干个所述UVLED的光束均正好照射在曝光目标面上；其中：
所述弧形面的圆弧半径R为：
Figure FDA0002495385640000011
L为所述曝光目标面的面长度、d为所述弧形面的顶部到所述曝光目标面的垂直距离；
任意一所述UVLED位置点p的坐标表示为：
x＝Rsinβ y＝Rcosβ
β为弧形面上的UVLED间隔角，所述间隔角为所述UVLED与所述弧形面所在圆心的连线与所述圆心所在垂线之间的夹角；
任意一所述UVLED到曝光目标面的高度h表示为：
h＝y+d-R
任意一所述UVLED所需偏转的角度表示为：
Figure FDA0002495385640000012
2.如权利要求1所述的UVLED固化光源系统，其特征在于，任意一个UVLED的波长不同。
3.一种UVLED固化光源系统的设计方法，其特征在于，包括下述步骤：
将若干个UVLED沿弧形面排列设置；
在任意一所述UVLED前对应设置自由曲面透镜，任意一所述UVLED出射的光束经对应的所述自由曲面透镜后均匀照射至曝光目标面上，且若干个所述UVLED的光束均正好照射在曝光目标面上；其中：
所述弧形面的圆弧半径R为：
Figure FDA0002495385640000021
L为所述曝光目标面的面长度、d为所述弧形面的顶部到所述曝光目标面的垂直距离；
任意一所述UVLED位置点p的坐标表示为：
x＝Rsinβ y＝Rcosβ
β为弧形面上的UVLED间隔角，所述间隔角为所述UVLED与所述弧形面所在圆心的连线与所述圆心所在垂线之间的夹角；
任意一所述UVLED到曝光面的高度h表示为：
h＝y+d-R
任意一所述UVLED所需偏转的角度表示为：
Figure FDA0002495385640000022
4.如权利要求3所述的UVLED固化光源系统的设计方法，其特征在于，任意一个UVLED的波长不同。
5.一种UVLED油墨固化系统，其特征在于，包括权利要求1所述的UVLED固化光源系统。
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