DE102021132609A1 - Verschachtelter elliptischer reflektor zum härten optischer fasern - Google Patents

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Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zur Ultraviolett-Härtung und insbesondere für die Ultraviolett-Härtung von Oberflächenbeschichtungen für optische Fasern bereitgestellt. In einem Beispiel beinhaltet eine Härtungsvorrichtung einen ersten elliptischen Zylinderreflektor, wobei ein zweiter elliptischer Zylinderreflektor innerhalb des ersten elliptischen Zylinderreflektors eingehaust ist. Der erste elliptische Zylinderreflektor und der zweite elliptische Zylinderreflektor haben einen gemeinsam angeordneten Brennpunkt auf und ein Werkstück, das von der Härtungsvorrichtung gehärtet werden soll, kann in dem gemeinsam angeordneten Brennpunkt angeordnet sein.

Description

  • Gebiet
  • Die vorliegende Beschreibung betrifft allgemein Verfahren und Systeme zur Ultraviolett-Härtung und insbesondere zur Ultraviolett-Härtung von Oberflächenbeschichtungen für optische Fasern.
  • Hintergrund/Kurzdarstellung
  • Optische Fasern bzw. Lichtleitfasern sind in Beleuchtungs- und Bildgebungsanwendungen sowie in der Telekommunikationsindustrie allgegenwärtig, wo sie im Vergleich zu elektrischen Leitungen höhere Datenübertragungsraten über größere Entfernungen bereitstellen. Darüber hinaus sind optische Fasern flexibler, leichter und können dünner gezogen werden als Metalldrähte, was das Bündeln von Fasern zu Kabeln mit höherer Kapazität ermöglicht. Oberflächenbeschichtungen, die mit Hilfe eines Ultraviolett-(UV-)Härtungsprozesses aufgebracht werden, werden eingesetzt, um optische Fasern vor physischen Schäden und dem Eindringen von Feuchtigkeit zu schützen und ihre Leistungsfähigkeit langfristig zu erhalten. Mit zunehmender Gleichmäßigkeit des Härtens der Oberflächenbeschichtungen kann sich auch die Haltbarkeit der optischen Fasern erhöhen. Jedoch ist es oft schwierig, ein ausreichend gleichmäßiges Härten der Oberflächenbeschichtungen bereitzustellen. Ein Ansatz besteht darin, ein Werkstück, wie etwa eine optische Faser, in der Nähe einer UV-Lichtquelle anzuordnen, wobei die Oberflächenbeschichtungen durch das von der UV-Lichtquelle emittierte UV-Licht gehärtet werden. Um die Effizienz des Aushärtens zu erhöhen, kann ein Reflektor verwendet werden, der einen Teil des UV-Lichts zurück auf das Werkstück leitet. Das UV-Licht kann jedoch durch den Reflektor in Richtungen weg vom Werkstück gestreut werden, was zu Effizienzverlusten führen kann. Außerdem kann sich mit zunehmender Größe des Reflektors auch der Abstand des Werkstücks von der UV-Lichtquelle vergrößern, was zu einer Verringerung des vom Werkstück absorbierten UV-Lichts führt.
  • In einem Beispiel können die vorstehend beschriebenen Probleme durch eine Härtungsvorrichtung gelöst werden, die aufweist: einen größeren, ersten elliptischen Zylinderreflektor und einen kleineren, zweiten elliptischen Zylinderreflektor, wobei der zweite elliptische Zylinderreflektor im Innern des ersten elliptischen Zylinderreflektors verschachtelt ist und wobei der erste elliptische Zylinderreflektor und der zweite elliptische Zylinderreflektor so angeordnet sind, dass sie einen gemeinsam angeordneten ersten Brennpunkt aufweisen. Auf diese Weise können der erste elliptische Zylinderreflektor und der zweite elliptische Zylinderreflektor, der in den ersten elliptischen Zylinderreflektor verschachtelt ist, jeweils Licht von einer Lichtquelle auf ein Werkstück reflektieren, das sich am gemeinsam angeordneten ersten Brennpunkt befindet.
  • So kann beispielsweise der gesamte zweite elliptische Zylinderreflektor im Inneren des ersten elliptischen Zylinderreflektors sitzen, wobei der gemeinsam angeordnete erste Brennpunkt an einer ersten Öffnung des zweiten elliptischen Zylinderreflektors zwischen einem geschlossenen Ende des ersten elliptischen Zylinderreflektors und einer gegenüberliegenden zweiten Öffnung des zweiten elliptischen Zylinderreflektors angeordnet ist. Infolgedessen kann das Werkstück, das am gemeinsam angeordneten ersten Brennpunkt angeordnet ist, näher an der Lichtquelle positioniert werden, und die Größe der Härtungsvorrichtung kann verringert werden.
  • Es wird angemerkt, dass die vorstehende Kurzdarstellung vorgesehen ist, in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben werden. Sie ist nicht dazu gedacht, die wichtigsten oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, dessen Umfang ausschließlich durch die Ansprüche definiert wird, die auf die ausführliche Beschreibung folgen. Darüber hinaus ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die die vorstehenden oder in anderen Teilen dieser Offenbarung genannten Nachteile beheben.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt ein Beispiel für ein photoreaktives System, aufweisend eine Stromquelle, eine Steuerung und ein lichtemittierendes Teilsystem.
    • 2 zeigt einen Querschnitt eines elliptischen Zylinderreflektor für eine UV-Härtungsvorrichtung mit einer einzelnen Lichtquelle.
    • 3 zeigt einen Querschnitt durch eine erste UV-Härtungsvorrichtung mit ineinander verschachtelten elliptischen Reflektoren mit einem gemeinsam angeordneten Brennpunkt.
    • 4 zeigt ein Diagramm, das die Beziehung zwischen inkohärenter Bestrahlungsstärke und Positionsbeziehung der UV-Härtungsvorrichtung aus 3 veranschaulicht.
    • 5 zeigt einen Querschnitt durch eine zweite UV-Härtungsvorrichtung mit ineinander verschachtelten elliptischen Reflektoren mit einem gemeinsam angeordneten Brennpunkt.
    • 6 zeigt ein Diagramm, das die Beziehung zwischen inkohärenter Bestrahlungsstärke und Positionsbeziehung der UV-Härtungsvorrichtung von 5 veranschaulicht.
    • 7 zeigt einen Querschnitt eines beispielhaften photoreaktiven Systems mit einer UV-Härtungsvorrichtung mit ineinander verschachtelten elliptischen Reflektoren, die einen gemeinsam angeordneten Brennpunkt aufweisen.
    • 8 zeigt einen perspektivischen Querschnitt eines beispielhaften photoreaktiven Systems.
    • 9 zeigt eine perspektivische Ansicht eines verschachtelten elliptischen Reflektors für ein photoreaktives System.
    • 10 zeigt einen Endquerschnitt des verschachtelten elliptischen Reflektors von 9.
    • 11 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Härten eines Werkstücks, wie etwa einer optischen Faser, unter Verwendung einer UV-Härtungsvorrichtung mit ineinander verschachtelten elliptischen Reflektoren, die einen gemeinsam angeordneten Brennpunkt aufweisen.
  • 3, 5 und 7-10 sind maßstabsgetreu gezeigt, obwohl auch andere relative Abmessungen verwendet werden können, falls gewünscht.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren für eine UV-Härtungsvorrichtung, insbesondere eine UV-Härtungsvorrichtung für die Ultraviolett-Härtung von Oberflächenbeschichtungen für optische Fasern. Die UV-Härtungsvorrichtung kann in ein photoreaktives System, wie etwa das in 1 gezeigte photoreaktive System, integriert sein. Üblicherweise beinhalten UV-Härtungsvorrichtungen einen einzelnen elliptischen Reflektor, wie in 2 gezeigt. Die UV-Härtungsvorrichtungen gemäß der vorliegenden Offenbarung beinhalten jedoch verschachtelte elliptische Reflektoren, wie in den 3 und 5 gezeigt. Die verschachtelten elliptischen Reflektoren beinhalten einen äußeren, ersten elliptischen Reflektor, der einen inneren, zweiten elliptischen Reflektor einhaust. Der erste elliptische Reflektor und der zweite elliptische Reflektor sind so konfiguriert, dass ein erster Brennpunkt des ersten elliptischen Reflektors und ein erster Brennpunkt des zweiten elliptischen Reflektors jeweils an derselben Stelle angeordnet ist. Eine Lichtquelle, die in einem zweiten Brennpunkt des ersten elliptischen Reflektors positioniert ist, richtet UV-Lichtstrahlen auf ein Werkstück, wie etwa eine optische Faser, die im ersten Brennpunkt angeordnet sind. Die UV-Lichtstrahlen können von reflektierenden Oberflächen des ersten elliptischen Reflektors und des zweiten elliptischen Reflektors in Richtung des Werkstücks reflektiert werden, was zu einer erhöhten UV-Lichtbestrahlungsstärke an der Stelle des Werkstücks führt, wie in den Diagrammen von 4 und 6 veranschaulicht. Die elliptischen Reflektoren können in einem Gehäuse der UV-Härtungsvorrichtung angeordnet sein, wie in den 7-8 veranschaulicht, und einer oder beide elliptischen Reflektoren können aus separaten Teilen gebildet sein, wie in den 9-10 veranschaulicht. Das Werkstück kann mit der UV-Härtungsvorrichtung gemäß dem in 11 veranschaulichten Ablaufdiagramm gemäß dem beispielhaften Verfahren ausgehärtet werden. Durch Konfigurieren der UV-Härtungsvorrichtung mit den ineinander verschachtelten elliptischen Reflektoren wird die UV-Bestrahlungsstärke an der Stelle des Werkstücks im Vergleich zu herkömmlichen UV-Härtungsvorrichtungen erhöht. Die erhöhte Bestrahlungsstärke kann die Härtungszeit des Werkstücks verkürzen, was die Produktionseffizienz erhöhen und die Kosten senken kann. Darüber hinaus kann aufgrund der erhöhten Bestrahlungsstärke, die von den verschachtelten Reflektoren bereitgestellt wird, die von der Lichtquelle zum Erzeugen der UV-Strahlung für das Härten des Werkstücks verbrauchte Energiemenge reduziert und die Größe und/oder Komplexität der Lichtquelle verringert werden, was zusätzlich die Betriebskosten und/oder die Herstellungskosten der UV-Härtungsvorrichtung senken kann.
  • Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Blockdiagramm für eine beispielhafte Konfiguration eines photoreaktiven Systems, wie etwa eine Härtungsvorrichtung 10 (die hierin als UV-Härtungsvorrichtung bezeichnet werden kann), gezeigt. Die Härtungsvorrichtung 10 umfasst ein lichtemittierendes Teilsystem 12, eine Steuerung 14, eine Stromquelle 16 und ein Kühl-Teilsystem 18. Das lichtemittierende Teilsystem 12 kann eine Vielzahl von Halbleitervorrichtungen 19 umfassen. Bei der Vielzahl von Halbleitervorrichtungen 19 kann es sich um eine Anordnung 20 von lichtemittierenden Elementen handeln, wie etwa beispielsweise um eine lineare Anordnung von LED-Vorrichtungen. Die Anordnung 20 der lichtemittierenden Elemente kann beispielsweise auch eine zweidimensionale Anordnung von LED-Vorrichtungen oder eine Anordnung von LED-Arrays umfassen. Halbleitervorrichtungen können die Strahlungsleistung 24 bereitstellen. Die Strahlungsleistung 24 kann auf ein Werkstück 26 gerichtet werden, das sich in einer festen Ebene von der Härtungsvorrichtung 10 befindet. Die zurückgeworfene Strahlung 28 kann vom Werkstück 26 zum lichtemittierenden Teilsystem 12 zurückgeleitet werden (z. B. durch Reflexion der Strahlungsleistung 24).
  • Die Strahlungsleistung 24 kann über eine Kopplungsoptik 30 auf das Werkstück 26 gerichtet werden. Die Kopplungsoptik 30 kann auf verschiedene Weise implementiert sein. Die Kopplungsoptik kann beispielsweise eine oder mehrere Schichten, Materialien oder andere Strukturen beinhalten, die zwischen den Halbleitervorrichtungen 19 und dem Fenster 64 angeordnet sind und die Strahlungsleistung 24 an die Oberflächen des Werkstücks 26 bereitstellen. Die Kopplungsoptik 30 kann beispielsweise ein Mikrolinsenarray beinhalten, um die Sammlung, Verdichtung, Kollimation oder anderweitig die Qualität oder effektive Quantität der Strahlungsleistung 24 zu verbessern. Ein weiteres Beispiel ist die Kopplungsoptik 30, die eine Mikroreflektorarray beinhalten kann. Bei der Verwendung eines solchen Mikroreflektorarrays kann jede Halbleitervorrichtung, die die Strahlungsleistung 24 bereitstellt, in einem jeweiligen Mikroreflektor auf einer Eins-zu-Eins-Basis angeordnet sein. Als ein weiteres Beispiel kann die Anordnung 20 der lichtemittierenden Elemente, die die Strahlungsleistung 24 bereitstellen, in Makroreflektoren auf einer Viele-zu-Eins-Basis angeordnet sein. Auf diese Weise kann die Kopplungsoptik 30 sowohl Mikroreflektorarrays, wobei jede Halbleitervorrichtung auf Eins-zu-Eins-Basis in einem jeweiligen Mikroreflektor angeordnet ist, als auch Makroreflektoren beinhalten, wobei die Quantität und/oder Qualität der von den Halbleitervorrichtungen abgegebenen Strahlungsleistung 24 durch Makroreflektoren weiter verbessert wird. Makroreflektoren können beispielsweise elliptische Zylinderreflektoren, Parabolspiegel, verschachtelte elliptische Zylinderreflektoren und dergleichen umfassen.
  • Jede der Schichten, Materialien oder anderen Strukturen der Kopplungsoptik 30 kann einen bestimmten Brechungsindex aufweisen. Durch ordnungsgemäßes Wählen der einzelnen Brechungsindizes kann die Reflexion an den Grenzflächen zwischen Schichten, Materialien und anderen Strukturen in der Strahlungsleistung 24 (und/oder der zurückgeworfenen Strahlung 28) selektiv gesteuert werden. Beispielsweise kann durch das Steuern von Unterschieden in solchen Brechungsindizes an einer ausgewählten Grenzfläche, beispielsweise dem Fenster 64, das zwischen den Halbleitervorrichtungen und dem Werkstück 26 angeordnet ist, die Reflexion an dieser Grenzfläche verringert oder erhöht werden, um die Übertragung der Strahlungsleistung an dieser Grenzfläche zur endgültigen Abgabe an das Werkstück 26 zu verbessern. Die Kopplungsoptik kann beispielsweise einen dichroitischen Reflektor beinhalten, bei dem bestimmte Wellenlängen des einfallenden Lichts absorbiert werden, während andere reflektiert und auf die Oberfläche des Werkstücks 26 gebündelt werden.
  • Die Kopplungsoptik 30 kann für verschiedene Zwecke eingesetzt werden. Beispielhafte Zwecke beinhalten, unter anderem, das Verringern der Wahrscheinlichkeit einer Verschlechterung der Halbleitervorrichtungen 19, das Zurückhalten von Kühlflüssigkeit in Verbindung mit dem Kühl-Teilsystem 18, das Sammeln, Verdichten und/oder Kollimieren der Strahlungsleistung 24, das Sammeln, Ausrichten oder Abweisen zurückgeworfener Strahlung 28 oder andere Zwecke, einzeln oder in Kombination. Als weiteres Beispiel kann die Härtungsvorrichtung 10 eine Kopplungsoptik 30 verwenden, um die effektive Qualität, Gleichmäßigkeit oder Quantität der Strahlungsleistung 24 zu verbessern, insbesondere beim Abgeben an das Werkstück 26.
  • Die mehreren Halbleitervorrichtungen 19 können über eine Kopplungselektronik 22 mit der Steuerung 14 gekoppelt sein, um der Steuerung 14 Daten bereitzustellen. Wie nachstehend ferner beschrieben, kann die Steuerung 14 auch zum Steuern solcher datenliefernden Halbleitervorrichtungen bereitgestellt werden (z. B. über die Kopplungselektronik 22). Die Steuerung 14 kann mit der Stromquelle 16 und dem Kühl-Teilsystem 18 verbunden sein und diese steuern. Beispielsweise kann die Steuerung einen größeren Treiberstrom an die lichtemittierenden Elemente liefern, die im Mittelabschnitt der Anordnung 20 verteilt sind, und einen kleineren Treiberstrom an die lichtemittierenden Elemente, die in den Endabschnitten der Anordnung 20 verteilt sind, um die nutzbare Fläche des auf das Werkstück 26 gestrahlten Lichts zu vergrößern. Darüber hinaus kann die Steuerung 14 Daten von der Stromquelle 16 und dem Kühl-Teilsystem 18 empfangen. In einem Beispiel kann die Bestrahlungsstärke an einer oder mehreren Stellen auf der Oberfläche des Werkstücks 26 von Sensoren erfasst und in einem Rückkopplungssteuerschema an die Steuerung 14 übertragen werden. In einem weiteren Beispiel kann die Steuerung 14 mit einer Steuerung eines anderen Beleuchtungssystems (in 1 nicht gezeigt) verbunden sein, um die Steuerung beider Beleuchtungssysteme zu koordinieren. Beispielsweise können die Steuerung 14 mehrerer Beleuchtungssysteme in einem Master-Slave-Kaskadensteuerungsalgorithmus arbeiten, bei dem der Sollwert von einer der Steuerungen durch die Ausgabe der anderen Steuerung vorgegeben wird. Andere Steuerstrategien für das Betreiben der Härtungsvorrichtung 10 in Verbindung mit einem anderen Beleuchtungssystem können ebenfalls verwendet werden. Als weiteres Beispiel können Steuerungen 14 für mehrere nebeneinander angeordnete Beleuchtungssysteme Beleuchtungssysteme auf die gleiche Weise steuern, um die Gleichmäßigkeit des abgestrahlten Lichts über mehrere Beleuchtungssysteme hinweg zu erhöhen.
  • Neben der Stromquelle 16, dem Kühl-Teilsystem 18 und dem lichtemittierenden Teilsystem 12 kann die Steuerung 14 auch mit dem internen Element 32 und dem externen Element 34 verbunden sein und diese steuern. Das interne Element 32 kann, wie gezeigt, innerhalb der Härtungsvorrichtung 10 liegen, während das externe Element 34, wie gezeigt, außerhalb der Härtungsvorrichtung 10 liegen kann, aber mit dem Werkstück 26 verbunden sein kann (z. B. Handhabung, Kühlung oder andere externe Geräte) oder anderweitig mit einer Photoreaktion (z. B. Härtung) einhergehen kann, die die Härtungsvorrichtung 10 unterstützt.
  • Die Daten, die die Steuerung 14 von der Stromquelle 16, dem Kühl-Teilsystem 18, dem lichtemittierenden Teilsystem 12 und/oder dem internen Element 32 und dem externen Element 34 empfängt, können unterschiedlicher Art sein. Die Daten können beispielsweise repräsentativ für eine oder mehrere Eigenschaften der gekoppelten Halbleitervorrichtungen 19 sein. Als weiteres Beispiel können die Daten für eine oder mehrere Eigenschaften repräsentativ sein, die mit dem jeweiligen lichtemittierenden Teilsystem 12, der Stromquelle 16, dem Kühl-Teilsystem 18, dem internen Element 32 und dem externen Element 34, das die Daten liefert, verbunden sind. Ein weiteres Beispiel ist, dass die Daten für eine oder mehrere Eigenschaften des Werkstücks 26 repräsentativ sein können (z. B. repräsentativ für die auf das Werkstück gerichtete Strahlungsleistung oder Spektralkomponente(n)). Außerdem können die Daten für eine Kombination dieser Merkmale repräsentativ sein.
  • Die Steuerung 14, die solche Daten empfängt, kann so implementiert sein, dass sie auf diese Daten reagiert. Beispielsweise kann die Steuerung 14 als Reaktion auf solche Daten von einer solchen Komponente implementiert sein, um eine oder mehrere der folgenden Komponenten zu steuern: die Stromquelle 16, das Kühl-Teilsystem 18, das lichtemittierende Teilsystem 12 (einschließlich einer oder mehrerer solcher gekoppelter Halbleitervorrichtungen) und/oder das interne Element 32 und das externe Element 34. Beispielsweise kann die Steuerung 14 als Reaktion auf Daten aus dem lichtemittierenden Teilsystem, die anzeigen, dass die Lichtenergie an einem oder mehreren Punkten, die mit dem Werkstück verbunden sind, geringer ist als ein Schwellenwert der Lichtenergie (z. B., wobei der Schwellenwert der Lichtenergie einer Lichtenergiemenge entspricht, die für das Härten des Werkstücks 26 wünschenswert ist), so implementiert sein, dass sie entweder (a) die Energiezufuhr der Stromquelle zu einer oder mehreren Halbleitervorrichtungen erhöht, (b) das Kühlen des lichtemittierenden Teilsystems über das Kühl-Teilsystem 18 erhöht (z. B. stellen bestimmte lichtemittierende Vorrichtungen, wenn sie gekühlt werden, eine größere Strahlungsleistung bereit), (c) die Zeit erhöht, während der die Energie an solche Vorrichtungen geliefert wird, oder (d) eine Kombination der vorstehend genannten.
  • Einzelne Halbleitervorrichtungen 19 (z. B. LED-Vorrichtungen) des lichtemittierenden Teilsystems 12 können von der Steuerung 14 unabhängig gesteuert werden. Beispielsweise kann die Steuerung 14 eine erste Gruppe von einer oder mehreren einzelnen LED-Vorrichtungen so steuern, dass sie Licht mit einer ersten Stärke, Wellenlänge und dergleichen emittieren, während eine zweite Gruppe von einer oder mehreren einzelnen LED-Vorrichtungen so gesteuert wird, dass sie Licht mit einer anderen Stärke, Wellenlänge und dergleichen emittieren. Die erste Gruppe von einer oder mehreren einzelnen LED-Vorrichtungen kann sich in derselben Anordnung 20 von lichtemittierenden Elementen befinden oder aus mehr als einer Anordnung 20 von lichtemittierenden Elementen aus mehreren Beleuchtungssystemen stammen. Die Anordnung 20 der lichtemittierenden Elemente kann von der Steuerung 14 auch unabhängig von anderen Anordnungen lichtemittierender Elemente (z. B. Halbleitervorrichtungen 19) in anderen Beleuchtungssystemen gesteuert werden. Beispielsweise können die Halbleitervorrichtungen eines ersten Arrays so gesteuert werden, dass sie Licht mit einer ersten Stärke, Wellenlänge und dergleichen emittieren, während die Halbleitervorrichtungen eines zweiten Arrays in einer anderen Härtungsvorrichtung so gesteuert werden können, dass sie Licht mit einer zweiten Stärke, Wellenlänge und dergleichen emittieren.
  • Als weiteres Beispiel kann die Steuerung 14 unter einem ersten Satz von Bedingungen (z. B. für ein bestimmtes Werkstück, eine Photoreaktion und/oder einen Satz von Betriebsbedingungen) die Härtungsvorrichtung 10 so betreiben, dass eine erste Steuerstrategie implementiert wird, während die Steuerung 14 unter einem zweiten Satz von Bedingungen (z. B. für ein bestimmtes Werkstück, eine Photoreaktion und/oder einen Satz von Betriebsbedingungen) die Härtungsvorrichtung 10 so betreiben kann, dass eine zweite Steuerstrategie implementiert wird. Wie vorstehend beschrieben, kann die erste Steuerstrategie den Betrieb einer ersten Gruppe von einer oder mehreren einzelnen Halbleitervorrichtungen (z. B. LED-Vorrichtungen) beinhalten, um Licht mit einer ersten Stärke, Wellenlänge und dergleichen zu emittieren, während die zweite Steuerstrategie den Betrieb einer zweiten Gruppe von einer oder mehreren einzelnen LED-Vorrichtungen beinhalten kann, um Licht mit einer zweiten Stärke, Wellenlänge und dergleichen zu emittieren. Die erste Gruppe von LED-Vorrichtungen kann dieselbe Gruppe von LED-Vorrichtungen sein wie die zweite Gruppe und kann sich über eine oder mehrere Anordnungen von LED-Vorrichtungen erstrecken, oder sie kann eine andere Gruppe von LED-Vorrichtungen als die zweite Gruppe sein, aber die andere Gruppe von LED-Vorrichtungen kann eine Untergruppe von einer oder mehreren LED-Vorrichtungen der zweiten Gruppe beinhalten.
  • Das Kühl-Teilsystem 18 kann zum Verwalten des thermischen Verhaltens des lichtemittierenden Teilsystems 12 implementiert sein. Beispielsweise kann das Kühl-Teilsystem 18 das Kühlen des lichtemittierenden Teilsystems 12 und insbesondere der Halbleitervorrichtungen 19 bereitstellen. Das Kühl-Teilsystem 18 kann auch zum Kühlen des Werkstücks 26 und/oder des Raums zwischen dem Werkstück 26 und der Härtungsvorrichtung 10 (z. B. dem lichtemittierenden Teilsystem 12) implementiert sein. Das Kühl-Teilsystem 18 kann beispielsweise ein Luft- oder ein anderes Flüssigkeitskühlsystem (z. B. Wasser) umfassen. Das Kühl-Teilsystem 18 kann auch Kühlelemente, wie etwa Kühlrippen, beinhalten, die an den Halbleitervorrichtungen 19 oder deren Anordnung 20 oder an der Kopplungsoptik 30 angebracht sind. Das Kühl-Teilsystem kann beispielsweise Kühlluft über die Kopplungsoptik 30 blasen, wobei die Kopplungsoptik 30 mit externen Rippen ausgestattet ist, um die Wärmeübertragung zu verbessern.
  • Die Härtungsvorrichtung 10 kann für verschiedene Anwendungen verwendet werden. Beispiele hierfür beinhalten u. a. die Härtungsanwendungen für optische Fasern, den Druck von Tinte, die Herstellung von DVDs, Lithografie usw. Die Anwendungen, in denen die Härtungsvorrichtung 10 eingesetzt werden kann, können entsprechende Betriebsparameter aufweisen. Das heißt, eine Anwendung kann mit folgenden Betriebsparametern verbunden sein: Erbringung einer oder mehrerer Stufen der Strahlungsleistung bei einer oder mehreren Wellenlängen, die über einen oder mehrere Zeiträume angewendet werden. Um die mit der Anwendung einhergehende Photoreaktion ordnungsgemäß umzusetzen, kann die optische Leistung am oder in der Nähe des Werkstücks 26 bei oder über einer oder mehreren vorbestimmten Stufen eines oder mehrerer dieser Parameter (und/oder für eine bestimmte Zeit, Zeiten oder Zeitspanne) abgegeben werden.
  • Um den Parametern einer vorgesehenen Anwendung zu folgen, können die Halbleitervorrichtungen 19, die die Strahlungsleistung 24 bereitstellen, in Übereinstimmung mit verschiedenen Eigenschaften betrieben werden, die mit den Parametern der Anwendung verbunden sind (z. B. Temperatur, Spektralverteilung und Strahlungsleistung). Gleichzeitig können für die Halbleitervorrichtungen 19 bestimmte Betriebsspezifikationen gelten, die mit der Herstellung der Halbleitervorrichtungen verbunden sein können und unter anderem eingehalten werden müssen, um die Wahrscheinlichkeit einer Beeinträchtigung der Vorrichtung zu verringern. Andere Komponenten der Härtungsvorrichtung 10 können ebenfalls entsprechende Betriebsspezifikationen aufweisen. Diese Spezifikationen können unter anderem Bereiche (z. B. Maximal- und Minimal-) für die Betriebstemperatur und die angelegte elektrische Leistung beinhalten.
  • Dementsprechend kann die Härtungsvorrichtung 10 das Überwachen der Parameter der Anwendung unterstützen. Darüber hinaus kann die Härtungsvorrichtung 10 das Überwachen von Halbleitervorrichtungen 19, einschließlich ihrer jeweiligen Eigenschaften und Spezifikationen, bereitstellen. Darüber hinaus kann die Härtungsvorrichtung 10 auch das Überwachen ausgewählter anderer Komponenten der Härtungsvorrichtung 10, einschließlich seiner Eigenschaften und Spezifikationen, bereitstellen.
  • Ein solches Überwachen kann die Verifizierung des ordnungsgemäßen Betriebs des Systems ermöglichen, so dass der Betrieb der Härtungsvorrichtung 10 zuverlässig bewertet werden kann. Beispielsweise kann die Härtungsvorrichtung 10 in Bezug auf einen oder mehrere Parameter der Anwendung (z. B. Temperatur, Spektralverteilung, Strahlungsleistung usw.), auf die mit diesen Parametern verbundenen Eigenschaften einer Komponente und/oder auf die jeweiligen Betriebsspezifikationen einer Komponente fehlerhaft arbeiten. Die Durchführung des Überwachens kann in Übereinstimmung mit den Daten erfolgen, die die Steuerung 14 von einer oder mehreren Komponenten des Systems empfängt.
  • Das Überwachen kann auch das Steuern des Betriebs des Systems unterstützen. Beispielsweise kann eine Steuerstrategie über die Steuerung 14 implementiert werden, wobei die Steuerung 14 Daten von einer oder mehreren Systemkomponenten empfängt und auf diese reagiert. Diese Steuerstrategie kann, wie vorstehend beschrieben, direkt (z. B. durch die Steuerung einer Komponente durch an die Komponente gerichtete Steuersignale anhand von Daten, die den Betrieb dieser Komponente betreffen) oder indirekt (z. B. durch die Steuerung des Betriebs einer Komponente durch Steuersignale, die zum Einstellen des Betriebs anderer Komponenten gerichtet sind) implementiert werden. Beispielsweise kann die Strahlungsleistung einer Halbleitervorrichtung indirekt durch Steuersignale an die Stromquelle 16, die die dem lichtemittierenden Teilsystem 12 zugeführte Leistung anpassen, und/oder durch Steuersignale an das Kühl-Teilsystem 18, die das dem lichtemittierenden Teilsystem 12 zugeführte Kühlen anpassen, eingestellt werden.
  • Steuerstrategien können eingesetzt werden, um den ordnungsgemäßen Betrieb des Systems und/oder die Leistung der Anwendung zu ermöglichen und/oder zu verbessern. In einem spezifischeren Beispiel kann die Steuerung auch eingesetzt werden, um ein Gleichgewicht zwischen der Strahlungsleistung des Arrays und seiner Betriebstemperatur zu ermöglichen und/oder zu verbessern (z. B. um die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass die Halbleitervorrichtungen 19 über eine gewünschte Betriebsschwellentemperatur hinaus erhitzt werden, während gleichzeitig genügend Strahlungsenergie auf das Werkstück 26 gerichtet wird), um eine Photoreaktion der Anwendung durchzuführen.
  • Bei einigen Anwendungen kann eine hohe Strahlungsleistung an das Werkstück 26 abgegeben werden. Dementsprechend kann das lichtemittierende Teilsystem 12 mit einer Anordnung 20 von lichtemittierenden Elementen (z. B. Halbleitervorrichtungen 19) implementiert werden. Das lichtemittierende Teilsystem 12 kann beispielsweise mit einem Array von Leuchtdioden (LED) hoher Dichte implementiert werden. Obwohl LED-Arrays verwendet werden können und hierin detailliert beschrieben sind, können die Halbleitervorrichtungen 19 und deren Arrays (z. B. Array 20) mit anderen lichtemittierenden Technologien implementiert werden, ohne von den Prinzipien der Erfindung abzuweichen; Beispiele für andere lichtemittierende Technologien sind unter anderem organische LEDs, Laserdioden und andere Halbleiterlaser.
  • Wie in 1 dargestellt, kann die Vielzahl von Halbleitervorrichtungen 19 in Form von Arrays (z. B. Array 20) oder eines Arrays von Arrays (z. B. wie in 1 gezeigt) bereitgestellt werden. Das Array kann so implementiert werden, dass eine oder mehrere oder die meisten der Halbleitervorrichtungen 19 so konfiguriert sind, dass sie Strahlungsleistung bereitstellen. Gleichzeitig können jedoch ein oder mehrere Halbleitervorrichtungen 19 des Arrays so implementiert werden, dass eine Auswahl der Eigenschaften des Arrays überwacht werden kann. Die Überwachungsvorrichtungen 36 können beispielsweise aus den Vorrichtungen in der Anordnung ausgewählt werden und beispielsweise die gleiche Struktur wie die anderen, emittierenden Vorrichtungen aufweisen. Der Unterschied zwischen emittierenden Vorrichtungen und überwachenden Vorrichtungen kann durch die Kopplungselektronik 22 bestimmt werden, die mit der jeweiligen Halbleitervorrichtung verbunden ist (z. B. kann ein LED-Array in einer Grundform Überwachungs-LED-Vorrichtungen aufweisen, bei denen die Kopplungselektronik einen Rückstrom bereitstellt, und emittierende LED-Vorrichtungen, bei denen die Kopplungselektronik einen Vorwärtsstrom bereitstellt).
  • Darüber hinaus können die Halbleitervorrichtungen in dem Array anhand der Kopplungselektronik entweder/beide Multifunktionsvorrichtungen und/oder Multimode-Vorrichtungen sein, wobei (a) Multifunktionsvorrichtungen in der Lage sein können, mehr als ein Merkmal zu erfassen (z. B., entweder Strahlungsleistung, Temperatur, Magnetfelder, Vibration, Druck, Beschleunigung und andere mechanische Kräfte oder Verformungen) und zwischen diesen Erfassungsfunktionen in Übereinstimmung mit den Anwendungsparametern oder anderen bestimmenden Faktoren umgeschaltet werden können und (b) Multimode-Vorrichtungen in der Lage sein können, zu emittieren, zu erfassen und in einem anderen Modus (z. B. aus) zu arbeiten und zwischen den Modi in Übereinstimmung mit den Anwendungsparametern oder anderen bestimmenden Faktoren umgeschaltet werden können.
  • Wie vorstehend beschrieben, kann die Härtungsvorrichtung 10 so konfiguriert sein, dass sie das Werkstück 26 aufnehmen kann. Das Werkstück 26 kann zum Beispiel eine UV-härtbare optische Faser, ein Band oder ein Kabel sein. Außerdem kann das Werkstück 26 im oder in der Nähe des Brennpunkts der Kopplungsoptik 30 der Härtungsvorrichtung 10 positioniert werden. Auf diese Weise kann das von der Härtungsvorrichtung 10 abgestrahlte UV-Licht über eine Kopplungsoptik auf die Oberfläche des Werkstücks gerichtet werden, um das UV-Härten und die Photoreaktionen dort auszulösen. Die Kopplungsoptik 30 der Härtungsvorrichtung 10 kann so konfiguriert sein, dass sie einen gemeinsam angeordneten Brennpunkt aufweist, wie nachstehend ferner beschrieben wird.
  • Im Folgenden ist in 2 ein Beispiel für eine Kopplungsoptik veranschaulicht, die einen einzelnen elliptischen Reflektor 200 umfasst. Einzelne elliptische Reflektoren werden in konventionellen UV-Härtungsvorrichtungen zum Härten von Beschichtungen auf faseroptischen Werkstücken verwendet.
  • Eine Ellipse, wie sie hierin beschrieben wird, ist eine ebene Kurve, die sich aus dem Schnittpunkt eines Kegels mit einer Ebene ergibt, so dass eine geschlossene Kurve entsteht, und ist definiert als geometrischer Ort aller Punkte der Ebene, deren Abstände zu zwei festen Punkten (den Brennpunkten der Ellipse) die gleiche Konstante ergeben. Der Abstand zwischen antipodischen Punkten auf der Ellipse oder Punktepaaren, deren Mittelpunkt im Zentrum der Ellipse liegt, ist auf der Hauptachse oder dem Querdurchmesser der Ellipse maximal und auf der senkrechten Nebenachse oder dem konjugierten Durchmesser minimal. Eine Ellipse ist symmetrisch um ihre Haupt- und Nebenachse. Die Brennpunkte der Ellipse sind zwei spezielle Punkte auf der Hauptachse der Ellipse, die gleich weit vom Mittelpunkt der Ellipse entfernt sind (wo sich die Haupt- und Nebenachse schneiden). Die Summe der Entfernungen von jedem Punkt der Ellipse zu diesen beiden Brennpunkten ist konstant und gleich der Hauptachse. Jeder dieser beiden Punkte wird als Brennpunkt der Ellipse bezeichnet. Ein elliptischer Zylinder ist ein Zylinder mit einem elliptischen Querschnitt.
  • Der elliptische Reflektor 200 umfasst einen elliptischen Zylinder mit einem elliptischen Querschnitt. Der elliptische Reflektor 200 weist somit zwei Brennpunkte auf, wobei das von einem Brennpunkt entlang der axialen Länge des elliptischen Zylinders abgestrahlte Licht im zweiten Brennpunkt entlang der axialen Länge des Zylinders konzentriert wird. Die elliptische Reflektorfläche 210 ist ein Beispiel für eine Lichtsteuervorrichtung mit einer elliptischen zylindrischen Form und einem elliptischen Querschnitt, so dass Lichtstrahlen 250, die von einer einzelnen Lichtquelle 230 in einem ersten Brennpunkt (z. B. einem Brennpunkt entlang einer Achse des elliptischen Zylinders) des elliptischen Reflektors ausgehen, auf einen zweiten Brennpunkt 240 des elliptischen Reflektors (z. B. einen Brennpunkt entlang einer zweiten Achse des elliptischen Zylinders) gerichtet werden. Für das UV-Härten kann die Innenfläche des elliptischen Reflektors UVreflektierend sein, um das UV-Licht im Wesentlichen auf die Oberfläche eines im zweiten Brennpunkt 240 angeordneten Werkstücks zu richten.
  • Bei einzelnen elliptischen Reflektorvorrichtungen mit einer einzelnen Lichtquelle können die Werkstückoberflächen im Nahfeld (z. B. die der Lichtquelle zugewandten Werkstückoberflächen) Licht mit höherer Stärke empfangen als die Werkstückoberflächen im Fernfeld (z. B. die der Lichtquelle abgewandten Werkstückoberflächen). So können einzelne elliptische Reflektoren auch einen zylindrischen rückwärtigen Hilfsreflektor 260 beinhalten, um beim Bündeln der von der Lichtquelle 230 ausgehenden und auf die Fernfeldoberfläche des Werkstücks gerichteten UV-Lichtstrahlen 264 zu helfen. Die Verwendung von rückwärtigen Hilfsreflektoren kann dabei eine gleichmäßigere Bestrahlung eines Werkstücks bereitstellen.
  • Wie vorstehend beschrieben, weist ein herkömmlicher einzelner elliptischer Reflektor (z. B. der elliptische Reflektor 200) zwei Brennpunkte auf, wobei das von einer Lichtquelle (z. B. der Lichtquelle 230) in einem ersten Brennpunkt ausgehende Licht im Wesentlichen in einem zweiten Brennpunkt (z. B. dem zweiten Brennpunkt 240) konzentriert werden kann.
  • Unter Bezugnahme auf 3 ist eine Härtungsvorrichtung 300 gezeigt. Die Härtungsvorrichtung 300 (die hierin auch als UV-Härtungsvorrichtung, UV-Härtungssystem und/oder photoreaktives System bezeichnet werden kann) ist in 3 mit einem Punktmuster gezeigt, um die Bestrahlungsstärke von Abschnitten der Härtungsvorrichtung 300 während des Betriebs der Härtungsvorrichtung 300 anzuzeigen, wie nachstehend ferner beschrieben. Die Härtungsvorrichtung 300 beinhaltet einen ersten elliptischen Reflektor 302 und einen zweiten elliptischen Reflektor 304 in einer verschachtelten Anordnung. Der erste elliptische Reflektor 302 und der zweite elliptische Reflektor 304 können auch als verschachtelte elliptische Reflektoren bezeichnet werden. Der erste elliptische Reflektor 302 kann hierin als erster elliptischer Zylinderreflektor bezeichnet werden und der zweite elliptische Reflektor 304 kann hierin als zweiter elliptischer Zylinderreflektor bezeichnet werden. Insbesondere ist der zweite elliptische Reflektor 304 in einem Innenraum 303 des ersten elliptischen Reflektors 302 eingehaust. Die Nebenachse 308 des ersten elliptischen Reflektors 302 ist koaxial zur Nebenachse 306 des zweiten elliptischen Reflektors 304 angeordnet und die Hauptachse 310 des ersten elliptischen Reflektors 302 ist koaxial zur Hauptachse 312 des zweiten elliptischen Reflektors 304 angeordnet. Der zweite elliptische Reflektor 304 ist kleiner als der erste elliptische Reflektor 302, wobei die Nebenachse 306 des zweiten elliptischen Reflektors 304 eine geringere Länge als die Nebenachse 308 des ersten elliptischen Reflektors aufweist.
  • Der erste elliptische Reflektor 302 und der zweite elliptische Reflektor 304 sind so angeordnet, dass sie im Wesentlichen einen gemeinsam angeordneten Brennpunkt 314 aufweisen. Der gemeinsam angeordnete Brennpunkt 314 stellt einen ersten Brennpunkt des ersten elliptischen Reflektors 302 und einen ersten Brennpunkt des zweiten elliptischen Reflektors 304 dar, wobei der erste Brennpunkt des ersten elliptischen Reflektors 302 und der erste Brennpunkt des zweiten elliptischen Reflektors 304 im Wesentlichen an der gleichen räumlichen Stelle angeordnet sind und hierin allgemein als gemeinsam angeordneter Brennpunkt 314 bezeichnet werden. Der erste elliptische Reflektor 302 beinhaltet reflektierende Innenflächen 316 und der zweite elliptische Reflektor 304 beinhaltet reflektierende Innenflächen 318. Zusätzlich kann der zweite Brennpunkt 322 ein Brennpunkt sowohl des ersten elliptischen Reflektors 302 als auch des zweiten elliptischen Reflektors 304 sein, wobei der zweite Brennpunkt 322 gegenüber dem gemeinsam angeordneten Brennpunkt 314 angeordnet ist. Der gemeinsam angeordnete Brennpunkt 314 ist näher an einem geschlossenen ersten Ende 311 des ersten elliptischen Reflektors 302 angeordnet als an einem offenen zweiten Ende 313 des ersten elliptischen Reflektors 302, während der zweite Brennpunkt 322 näher an dem offenen zweiten Ende 313 des ersten elliptischen Reflektors 302 angeordnet ist als an dem geschlossenen ersten Ende 311 des ersten elliptischen Reflektors 302.
  • Eine Lichtquelle 320 kann an oder in der Nähe eines zweiten Brennpunkts 322 positioniert werden, der sich entlang der Hauptachse 312 und der Hauptachse 310 gegenüber dem gemeinsam angeordneten Brennpunkt 314 befindet oder diesen umgibt. Bei der Lichtquelle 320 kann es sich beispielsweise um eine einzelne LED-Vorrichtung handeln, aufweisend ein Array von LEDs oder ein Array von LED-Arrays. In dieser Anordnung können die verschachtelten elliptischen Flächen das von der Lichtquelle 320, die sich am oder in der Nähe des zweiten Brennpunkts 322 der verschachtelten elliptischen Reflektoren befindet, abgestrahlte Licht im Wesentlichen auf die Oberflächen des Werkstücks 324 konzentrieren, das sich am gemeinsam angeordneten Brennpunkt 314 befindet. Das Werkstück 324 kann in einem Probenröhrchen 326 angeordnet sein, wobei das Material des Probenröhrchens 326 (z. B. Glas, Quarz usw.) für das von der Lichtquelle 320 emittierte Licht im Wesentlichen transparent ist. Zusätzlich kann das Material des Probenröhrchens einen entsprechend niedrigen Brechungsindex aufweisen, um eine größere Menge der von der Lichtquelle 320 erzeugten Lichtstrahlen auf das Werkstück 324 im Probenröhrchen 326 zu richten. Das Probenröhrchen 326 ist in der Härtungsvorrichtung 300 so angeordnet, dass die Mittelachse des Probenröhrchens 326 im Wesentlichen um den gemeinsam angeordneten Brennpunkt 314 zentriert ist. In dem in 3 gezeigten Beispiel kann das Probenröhrchen 326 einen Durchmesser von 22 Millimetern aufweisen. In anderen Beispielen (z. B. in dem in 5 gezeigten und nachstehend ferner beschriebenen Beispiel) kann das Probenröhrchen jedoch einen anderen Durchmesser aufweisen. In anderen Beispielen kann das Werkstück 324 an einem gemeinsam angeordneten Brennpunkt 314 im Inneren der Härtungsvorrichtung 300 ohne das Probenröhrchen 326 angeordnet sein. Beispielsweise kann sich das Werkstück 324 innerhalb der Härtungsvorrichtung 300 erstrecken und am gemeinsam angeordneten Brennpunkt 314 zentriert sein, ohne vom Probenröhrchen 326 umschlossen zu sein (z. B. kann das Probenröhrchen 326 im Inneren der Härtungsvorrichtung 300 weggelassen werden).
  • In dieser Konfiguration kann aufgrund der Reflexion der von der Lichtquelle 320 erzeugten Lichtstrahlen über die reflektierenden Innenflächen 316 und die reflektierenden Innenflächen 318 die Beleuchtungsstärke des Werkstücks 324 leichter auf einer gewünschten Beleuchtungsstärke gehalten werden und die Härtungsvorrichtung 300 kann ohne rückwärtige Reflektoren hergestellt oder eingesetzt werden. Infolgedessen können die Kosten und/oder die Komplexität der Härtungsvorrichtung 300 reduziert werden. Auf diese Weise kann die in 3 gezeigte Konfiguration im Vergleich zu UV-Härtungsvorrichtungen mit einzelnen elliptischen Reflektoren auch eine höhere Bestrahlungsstärke und eine gleichmäßigere Bestrahlungsstärke über die Werkstückoberflächen erreichen. Eine höhere und gleichmäßigere Bestrahlungsstärke kann möglicherweise höhere Produktionsraten und/oder kürzere Härtungszeiten ermöglichen und damit die Herstellungskosten des Produkts senken.
  • Mit den ineinander verschachtelten elliptischen Reflektoren kann das UV-Licht im Vergleich zu Konfigurationen mit einzelnen elliptischen Reflektoren gleichmäßiger auf alle Oberflächen des Werkstücks konzentriert werden, wobei die hohe Stärke im Vergleich zu einzelnen elliptischen UV-Härtungsvorrichtungen erhalten bleibt. Da elliptische Reflektoren ineinander verschachtelt sind, kann das von der Lichtquelle abgestrahlte Licht im Wesentlichen auf die Oberfläche des Werkstücks gerichtet werden, selbst wenn das Werkstück gegenüber dem gemeinsam angeordneten Brennpunkt oder eine oder mehrere Lichtquellen gegenüber einem der Brennpunkte leicht falsch ausgerichtet sind. In Fällen, in denen der Querschnitt des Werkstücks unregelmäßig geformt oder asymmetrisch ist, oder in Fällen, in denen der Querschnitt des Werkstücks groß sein kann, kann das von den Lichtquellen abgestrahlte Licht im Wesentlichen auf die Oberfläche des Werkstücks gerichtet werden, wenn verschachtelte elliptische Reflektoren verwendet werden.
  • Die verschachtelte elliptische Reflektorkonfiguration der Härtungsvorrichtung 300 kann zusätzlich die Größe der Härtungsvorrichtung 300 im Vergleich zu Härtungsvorrichtungen, die nicht die verschachtelte Konfiguration beinhalten, verringern. So kann beispielsweise die Größe der Härtungsvorrichtung 300 im Vergleich zu Härtungsvorrichtungen mit doppelten elliptischen Reflektoren in einer nicht verschachtelten Konfiguration (z. B. Konfigurationen, bei denen eine Nebenachse eines ersten elliptischen Reflektors nicht koaxial mit einer Nebenachse eines zweiten elliptischen Reflektors angeordnet ist) verringert werden. Die reduzierte Größe der Härtungsvorrichtung 300 kann die Handhabung und/oder den Transport der Härtungsvorrichtung 300 erleichtern, und mit der reduzierten Größe der Härtungsvorrichtung 300 kann die Lichtquelle 320 näher am Werkstück 324 positioniert werden, was die vom Werkstück 324 absorbierte Lichtmenge und die Härtungsgeschwindigkeit des Werkstücks 324 erhöhen kann. Da der zweite elliptische Reflektor 304 zusätzlich in den ersten elliptischen Reflektor 302 verschachtelt ist, kann die Wahrscheinlichkeit einer Beeinträchtigung des zweiten elliptischen Reflektors 304 verringert werden (z. B. während des Transports der Härtungsvorrichtung 300). Darüber hinaus kann die verschachtelte Konfiguration des ersten elliptischen Reflektors 302 und des zweiten elliptischen Reflektors 304 die Herstellungskomplexität der Härtungsvorrichtung 300 (z. B. die Komplexität des Formens und/oder Gießens, die Komplexität der reflektierenden Oberflächenbeschichtung usw.) im Vergleich zu Härtungsvorrichtungen reduzieren, die keine elliptischen Reflektoren in der verschachtelten Konfiguration beinhalten (z. B. Härtungsvorrichtungen, die duale elliptische Reflektoren in axial versetzten oder nicht-konzentrischen Konfigurationen beinhalten).
  • Reflektierende Innenflächen 316 und reflektierende Innenflächen 318 können im Wesentlichen elliptisch oder mindestens teilweise elliptisch sein. Der erste elliptische Reflektor 302 und der zweite elliptische Reflektor 304 sind jeweils als im Wesentlichen elliptische Zylinder ausgebildet, wobei das von der im zweiten Brennpunkt 322 angeordneten Lichtquelle 320 abgestrahlte Licht von den reflektierenden Innenflächen 316 und den reflektierenden Innenflächen 318 in Richtung des gemeinsam angeordneten Brennpunkts 314 reflektiert wird. Beispielsweise können die Formen der reflektierenden Innenflächen 316 und 318 geringfügig von der perfekten Ellipsenform abweichen, ohne die Konvergenz des von der Lichtquelle 320 auf den gemeinsam angeordneten Brennpunkt 314 abgestrahlten Lichts wesentlich zu beeinträchtigen. Als weiteres Beispiel können die Formen der reflektierenden Innenflächen 316 und der reflektierenden Innenflächen 318, die geringfügig von einer perfekten Ellipsenform abweichen, facettierte elliptische Flächen beinhalten, wobei die allgemeine Form des ersten elliptischen Reflektors 302 und des zweiten elliptischen Reflektors 304 elliptisch sein kann, wobei jedoch einzelne Abschnitte facettiert sind, um geringfügig von einer Ellipsenform abzuweichen. Facettierte oder teilweise facettierte elliptische Flächen können möglicherweise eine Steuerung des reflektierten Lichts in einer Weise ermöglichen, die die Gleichmäßigkeit oder Stärke des Lichts auf der Werkstückoberfläche für eine bestimmte Lichtquelle verbessert. Die Facetten können beispielsweise flach oder gekrümmt, glatt oder durchgängig sein, um sich einer elliptischen Form anzunähern, und sie können leicht von einer elliptischen Form abweichen, um die Emissionsform der Lichtquelle zu berücksichtigen und dadurch die Bestrahlungsstärke auf einer Werkstückoberfläche zu verbessern. Jede der Facetten kann flach sein, wobei die Ecken mehrere der flachen Facetten verbinden, um die elliptische Fläche zu bilden. Alternativ können die Facetten auch eine gekrümmte Oberfläche aufweisen.
  • Die Härtungsvorrichtung 300 beinhaltet eine Öffnung 328, die im ersten elliptischen Reflektor 302 ausgebildet ist. Die Öffnung 328 ist gegenüber dem gemeinsam angeordneten Brennpunkt 314 und dem Werkstück 324 angeordnet und die Öffnung 328 liegt symmetrisch um die Hauptachse 310 und die Hauptachse 312. Die Öffnung 328 kann beim Befestigen, Positionieren und/oder Ausrichten und Integrieren des ersten elliptischen Reflektors 302 und des zweiten elliptischen Reflektors 304 mit anderen Komponenten der UV-Härtungsvorrichtung 300, wie etwa der Lichtquelle 320, hilfreich sein. Die Kanten 332 der Öffnung 328 sind so angeordnet, dass die Öffnung 328 nicht größer ist als eine Länge 334 zwischen gegenüberliegenden Seiten des ersten elliptischen Reflektors 302 am zweiten Brennpunkt 322 in einer Richtung parallel zur Nebenachse 308 des ersten elliptischen Reflektors 302. Ferner beinhaltet der zweite elliptische Reflektor 304 eine erste Öffnung 340, die zur Öffnung 328 hin angeordnet ist (z. B. an einem ersten Ende des zweiten elliptischen Reflektors 304), und eine zweite Öffnung 342, die von der Öffnung 328 weg angeordnet ist (z. B. an einem gegenüberliegenden zweiten Ende des zweiten elliptischen Reflektors 304). Die erste Öffnung 340 kann Zugang zu den inneren Abschnitten des zweiten elliptischen Reflektors 304 bereitstellen, während die von der Lichtquelle 320 abgestrahlten Lichtstrahlen 336 durch die zweite Öffnung 342 hindurchtreten können, um das im gemeinsam angeordneten Brennpunkt 314 angeordnete Werkstück 324 zu durchdringen (z. B. indem sie direkt von der Lichtquelle 320 zum Werkstück 324 gelangen und/oder über reflektierende Innenflächen 316 zum Werkstück 324 reflektiert werden).
  • Wie vorstehend beschrieben, ist die Härtungsvorrichtung 300 so konfiguriert, dass sie das Werkstück 324 an dem Probenröhrchen 326 aufnimmt, wobei das Werkstück 324 innerhalb des Probenröhrchens 326 verlaufen kann, so dass die Mittelachse des Werkstücks 324 und die Mittelachse des Probenröhrchens 326 jeweils parallel verlaufen und jeweils den gemeinsam angeordneten Brennpunkt 314 schneiden. In dieser Konfiguration mit dem ersten elliptischen Reflektor 302 und dem zweiten elliptischen Reflektor 304, die in der verschachtelten Konfiguration angeordnet sind, kann die Härtungsvorrichtung 300 die von der Lichtquelle 320 abgestrahlten Lichtstrahlen 336 im Wesentlichen gleichmäßig und mit hoher Stärke auf die Oberflächen des Werkstücks 324 bündeln und richten. Dabei kann sich das im Wesentlichen gleichmäßige Bestrahlen des Werkstücks auf das Bestrahlen aller in der Härtungsvorrichtung 300 angeordneten Werkstückoberflächen mit im Wesentlichen gleicher Bestrahlungsstärke (z. B. Leistung pro Flächeneinheit) beziehen. Das Werkstück 324 kann beispielsweise eine optische Faser umfassen, und das Anordnen der Lichtquelle 320 im Wesentlichen am zweiten Brennpunkt 322 kann das Bestrahen der optischen Faser mit einem Strahl konstanter Bestrahlungsstärke innerhalb eines Schwellenabstands um die optische Faser erleichtern. Der Schwellenabstand kann beispielsweise einen konstanten Strahl von 1 mm um die optische Faser umfassen. Der Schwellenabstand kann ferner beispielsweise einen konstanten Strahl von 3 mm um die optische Faser umfassen.
  • Da der erste elliptische Reflektor 302 und der zweite elliptische Reflektor 304 in der verschachtelten Konfiguration angeordnet sind, können die Oberflächen des Werkstücks 324 gleichmäßig bestrahlt werden, so dass die Verwendung von rückwärtigen Reflektoren oder anderen reflektierenden Oberflächen als den Innenflächen der verschachtelten elliptischen Reflektoren zum Ausrichten des Lichts auf das Werkstück 324 ausgeschlossen ist. In Fällen, in denen das Werkstück 324 innerhalb des Probenröhrchens 326 verläuft, kann die Größe des Probenröhrchens 326 mindestens teilweise anhand der Größe der elliptischen Reflektoren bestimmt werden, um die Wahrscheinlichkeit eines Kontakts des Probenröhrchens 326 mit den reflektierenden Innenflächen 316 des ersten elliptischen Reflektors 302 und den reflektierenden Innenflächen 318 des zweiten elliptischen Reflektors 304 zu verringern. Wie vorstehend beschrieben, kann die Größe der Härtungsvorrichtung 300 aufgrund der verschachtelten Konfiguration der elliptischen Reflektoren im Vergleich zu Härtungsvorrichtungen, die keine verschachtelten elliptischen Reflektoren beinhalten, verringert werden. Ein Verringern der Größe der Härtungsvorrichtung 300 kann zusätzlich dazu beitragen, die Lichtquelle 320 näher am Werkstück 324 zu positionieren (z. B. indem die Größe des ersten elliptischen Reflektors 302 und des zweiten elliptischen Reflektors 304 so konfiguriert wird, dass die Länge zwischen dem gemeinsam angeordneten Brennpunkt 314 und dem zweiten Brennpunkt 322 in Richtung der Hauptachse 310 und der Hauptachse 312 verringert wird).
  • Wie gezeigt, kann das von der Lichtquelle 320 abgestrahlte Licht Lichtstrahlen 336 umfassen, die von den reflektierenden Innenflächen 316 des ersten elliptischen Reflektors 302 und den reflektierenden Innenflächen 318 des zweiten elliptischen Reflektors 304 auf die Oberflächen des Werkstücks 324 reflektiert werden. Das von der Lichtquelle 320 abgestrahlte Licht kann ferner Lichtstrahlen umfassen, die von der Lichtquelle 320 direkt auf die Oberflächen des Werkstücks 324 gestrahlt werden.
  • Die reflektierenden Innenflächen 316 und 318 können sichtbare und/oder UV- und/oder IR-Lichtstrahlen mit minimaler Absorption oder Brechung des Lichts reflektieren. Alternativ können die reflektierenden Innenflächen 316 und 318 dichroitisch sein, so dass ein bestimmter Wellenlängenbereich des Lichts reflektiert werden kann, während Licht mit Wellenlängen außerhalb eines bestimmten Bereichs an den reflektierenden Innenflächen 316 und 318 absorbiert werden kann. Beispielsweise können die reflektierenden Innenflächen 316 und 318 so konzipiert sein, dass sie UV- und sichtbare Lichtstrahlen reflektieren, aber IR-Lichtstrahlen absorbieren. Eine solche reflektierende Innenfläche kann bei wärmeempfindlichen Beschichtungen oder Werkstücken nützlich sein oder die Geschwindigkeit und Gleichmäßigkeit der Härtungsreaktion an der Oberfläche des Werkstücks 324 verringern. Andererseits können die reflektierenden Innenflächen 316 und 318 vorzugsweise sowohl UV- als auch IR-Strahlen reflektieren, da die Härtungsreaktionen bei höheren Temperaturen schneller ablaufen können.
  • Wie vorstehend beschrieben, kann das Werkstück 324 optische Fasern beinhalten. Das Werkstück 324 kann zusätzlich und/oder alternativ Bänder oder Kabel mit unterschiedlichen Größen und Abmessungen beinhalten. Das Werkstück 324 kann auch eine UV-härtbare Verkleidung und/oder Oberflächenbeschichtung sowie eine UV-härtbare Tinte beinhalten, die auf seine Oberfläche gedruckt ist. UV-härtbare Verkleidungen können ein oder mehrere UV-härtbare Polymersysteme und auch mehr als eine UV-härtbare Schicht beinhalten, die in einer oder mehreren Härtungsstufen UV-härtbar sein können. UV-härtbare Oberflächenbeschichtungen können einen dünnen Film oder eine Tinte beinhalten, die auf der Oberfläche der optischen Faser oder des optischen Fasermantels härtbar ist. Bei dem Werkstück kann es sich beispielsweise um eine optische Faser handeln, die einen Kern und eine Mantelschicht beinhaltet, wobei der Mantel eine Beschichtung mit einem UV-härtbaren Polymer, wie etwa einem Polyimid- oder Acrylatpolymer oder einem anderen oder mehreren UV-härtbaren Polymeren, umfassen kann. Ein weiteres Beispiel ist die Beschichtung in mehreren Schichten, wobei das Werkstück mit einer Innenschicht beschichtet werden kann, die nach dem Härten weich und gummiartig ist, um die Dämpfung durch Mikrobiegung zu minimieren, und mit einer äußeren Schicht, die steifer ist und das Werkstück (z. B. die optische Faser) vor Abnutzung und Umwelteinflüssen (z. B. Feuchtigkeit, UV-Strahlung) schützt. Die Innen- und die Außenschichten können ein Polymersystem umfassen, z. B. einem Epoxidsystem, aufweisend Initiatoren, Monomere, Oligomere und andere Zuschlagstoffe.
  • Während des Härtens kann das Werkstück 324 durch die Härtungsvorrichtung 300 in axialer Richtung innerhalb des Probenröhrchens 326 hindurchgezogen oder gezogen werden, wobei das Werkstück 324 im Wesentlichen um den gemeinsam angeordneten Brennpunkt 314 axial zentriert ist. Außerdem kann das Probenröhrchen 326 axial um den gemeinsam angeordneten Brennpunkt 314 zentriert sein und das Werkstück 324 konzentrisch umgeben. Das Probenröhrchen 326 kann aus Glas, Quarz oder einem anderen optisch und/oder UV- und/oder IR-transparenten Material bestehen und darf nicht zu dick dimensioniert sein, so dass das Probenröhrchen 326 die von der Lichtquelle 320 abgestrahlten Lichtstrahlen, einschließlich der von den reflektierenden Innenflächen 316 des ersten elliptischen Reflektors 302 und den reflektierenden Innenflächen 318 des zweiten elliptischen Reflektors 304 durch das Probenröhrchen 326 auf die Oberflächen des Werkstücks 324 reflektierten Lichtstrahlen, nicht blockiert oder wesentlich stört. Das Probenröhrchen 326 kann einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen oder einen anderen geeignet geformten Querschnitt aufweisen. Das Probenröhrchen 326 kann auch ein Inertgas, wie etwa Stickstoff, Kohlendioxid, Helium o. Ä. enthalten, um eine inerte Atmosphäre um das Werkstück 324 aufrechtzuerhalten und die Sauerstoffhemmung zu verringern, die die UV-Härtungsreaktion verlangsamen kann.
  • Die Lichtquelle 320 kann ein oder mehrere Halbleitervorrichtungen oder Arrays von Halbleitervorrichtungen beinhalten, wie etwa LED-Lichtquellen, LED-Array-Lichtquellen oder mikrowellenbetriebene Lichtquellen oder Halogenbogenlichtquellen oder Arrays davon. Die Lichtquelle 320 kann beinhaltet mehrere Halbleitervorrichtungen beinhalten, die den vorstehend unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Halbleitervorrichtungen 19 ähnlich sind. Darüber hinaus kann sich die Lichtquelle 320, die sich im Wesentlichen am zweiten Brennpunkt 322 befindet, entlang einer axialen Länge des zweiten Brennpunkts 322 erstrecken, so dass sie sich entlang einer Länge (z. B. der axialen Länge) des ersten elliptischen Reflektors 302 und einer Länge (z. B. der axialen Länge) des zweiten elliptischen Reflektors 304 der Härtungsvorrichtung 300 erstreckt. Die Lichtquelle 320, insbesondere Arrays von Lichtquellen oder Arrays von Arrays von Lichtquellen, kann ferner den zweiten Brennpunkt 322 entlang oder an Punkten entlang der Länge des ersten elliptischen Reflektors 302 und der Länge des zweiten elliptischen Reflektors 304 umgeben oder sich darüber hinaus erstrecken. Auf diese Weise wird das von der Lichtquelle 320 über die Länge des ersten elliptischen Reflektors 302 und die Länge des zweiten elliptischen Reflektors 304 abgestrahlte Licht im Wesentlichen auf die Oberflächen des Werkstücks 324 über die gesamte Länge des Werkstücks 324 umgerichtet.
  • Außerdem kann die Lichtquelle 320 sichtbares, UV- oder IR-Licht emittieren. Als weiteres Beispiel kann die Lichtquelle 320 UV-Licht eines ersten Spektrums während einer ersten Zeitspanne abstrahlen und dann UV-Licht eines zweiten Spektrums während einer zweiten Zeitspanne abstrahlen. Das erste und das zweite von der Lichtquelle 320 emittierte Spektrum können sich überschneiden oder nicht. Wenn die Lichtquelle 320 beispielsweise ein erstes LED-Array mit einer ersten Art von LED-Lichtquelle und ein zweites LED-Array mit einer zweiten Art von LED-Lichtquelle umfasst, können sich ihre Emissionsspektren überschneiden oder nicht. Darüber hinaus können die Stärken des von der Lichtquelle 320 abgestrahlten Lichts aus dem ersten LED-Array und dem zweiten LED-Array identisch oder unterschiedlich sein, und ihre Stärken können unabhängig voneinander von einem Bediener über eine Steuerung 14 oder eine Kopplungselektronik 22 gesteuert werden. Auf diese Weise können sowohl die Lichtstärke als auch die Wellenlängen der Lichtquelle 320 flexibel und unabhängig voneinander gesteuert werden, um eine gleichmäßige UV-Bestrahlungsstärke und UV-Härtung eines Werkstücks zu erreichen. Ist das Werkstück 324 beispielsweise unregelmäßig geformt und/oder nicht symmetrisch um den gemeinsam angeordneten Brennpunkt 314 des ersten elliptischen Reflektors 302 und des zweiten elliptischen Reflektors 304 angeordnet, kann die Härtungsvorrichtung 300 einen Abschnitt des Werkstücks 324 anders als einen anderen Abschnitt bestrahlen, um ein gleichmäßiges Härten zu erreichen. Als weiteres Beispiel kann die Härtungsvorrichtung 300, wenn verschiedene Beschichtungen oder Drucktinten bzw. -farben auf die Oberfläche des Werkstücks 324 aufgetragen werden, einen Abschnitt des Werkstücks 324 anders als einen anderen Abschnitt bestrahlen, um ein vollständiges Härten jeder der verschiedenen auf das Werkstück 324 aufgetragenen Beschichtungen oder Drucktinten zu erreichen.
  • Durch Konfigurieren der Härtungsvorrichtung 300, um den zweiten elliptischen Reflektor 304 in der verschachtelten Konfiguration mit dem ersten elliptischen Reflektor 302 zu beinhalten, kann eine Härtungsrate, die mit der Härtungsvorrichtung 300 verbunden ist, erhöht werden, und eine Gleichmäßigkeit des Härtens des Werkstücks 324 über die Härtungsvorrichtung 300 kann erhöht werden. Das Werkstück 324 kann beispielsweise eine Beschichtung beinhalten, die durch Bestrahlung mit UV-Licht gehärtet werden kann. Wenn die Beschichtung nicht gleichmäßig oder ungleichmäßig auf das Werkstück aufgetragen wird, kann das Werkstück ungleichmäßigen Kräften ausgesetzt sein, während sich die Beschichtung ausdehnt oder zusammenzieht. Handelt es sich bei dem Werkstück um eine optische Faser, kann die ungleichmäßige Beschichtung zu einer erhöhten Wahrscheinlichkeit einer Signaldämpfung führen. Das Erreichen eines gleichmäßigeren Härtens der Beschichtung kann eine höhere prozentuale Umwandlung von reaktivem Monomer und Oligomer und einen höheren Vernetzungsgrad im Polymersystem beinhalten, zusätzlich zum Erreichen konzentrischer Beschichtungen um das Werkstück, die eine annähernd konstante Dicke aufweisen und über die Anwendungslänge des Werkstücks (z. B. eine optische Faser) kontinuierlich sind.
  • Das Erzielen schnellerer Härtungsraten in einem kontinuierlichen oder chargenweisen Herstellungsprozess von optischen Fasern, Kabeln, Bändern oder dergleichen kann die Herstellungszeit und -kosten verringern. Darüber hinaus kann das Erzielen eines gleichmäßigeren Härtens dem Werkstück möglicherweise eine höhere Haltbarkeit und Festigkeit verleihen. Im Falle einer optischen Faserbeschichtung kann eine gleichmäßigere Beschichtung die Festigkeit der Faser erhalten und so die Haltbarkeit der optischen Fasern erhöhen, um eine Dämpfung der Signalübertragung aufgrund von Phänomenen, wie etwa Mikroverformungen, Spannungskorrosion oder anderen mechanischen Schäden in der optischen Faser zu verhindern. Ein höherer Vernetzungsgrad kann auch die chemische Beständigkeit der Beschichtung erhöhen und so das Eindringen von Chemikalien und die chemische Korrosion oder Beeinträchtigung der optischen Faser verhindern. Optische Fasern können durch Oberflächenfehler stark beeinträchtigt werden. Bei herkömmlichen UV-Härtungsvorrichtungen können die Härtungsraten auf Kosten einer geringeren Gleichmäßigkeit des Härtens erhöht werden; ebenso kann die Gleichmäßigkeit des Härtens erhöht werden, jedoch auf Kosten geringerer Härtungsraten.
  • Wie vorstehend beschrieben, ist die Härtungsvorrichtung 300 mit einem Punktmuster gezeigt, um die Bestrahlungsstärke verschiedener Abschnitte des Innenraums 303 der Härtungsvorrichtung 300 während des Betriebs der Härtungsvorrichtung 300 anzuzeigen. Insbesondere ist das Punktmuster, das die Abschnitte des Innenraums 303 der Härtungsvorrichtung 300 anzeigt, die eine höhere Bestrahlungsstärke aufweisen, mit einer größeren Punktgröße veranschaulicht, während das Punktmuster, das Abschnitte des Innenraums 303 der Härtungsvorrichtung 300 anzeigt, die eine geringere Bestrahlungsstärke aufweisen, mit einer kleineren Punktgröße veranschaulicht ist. Bereiche des Innenraums 303 der Härtungsvorrichtung 300 in der Nähe des zweiten Brennpunkts 322 und des gemeinsam angeordneten Brennpunkts 314 weisen jeweils eine höhere Bestrahlungsstärke auf als Bereiche des Innenraums 303, die vom zweiten Brennpunkt 322 und dem gemeinsam angeordneten Brennpunkt 314 entfernt sind, wobei die Bestrahlungsstärke am gemeinsam angeordneten Brennpunkt 314 höher ist als die Bestrahlungsstärke am zweiten Brennpunkt 322. Zum Beispiel können die von der Lichtquelle 320 abgestrahlten Lichtstrahlen 336 das Werkstück 324 emittieren und von den Oberflächen des Werkstücks 324 absorbiert werden, um das Werkstück 324 zu härten, wie vorstehend beschrieben. Ein Abschnitt der Lichtstrahlen 336 kann zur Lichtquelle 320 zurückreflektiert werden, aber der Abschnitt der Lichtstrahlen 336, der zur Lichtquelle 320 zurückreflektiert wird, kann kleiner sein als der Abschnitt der Lichtstrahlen 336, der von dem Werkstück 324 absorbiert wird (z.B. kann das Werkstück 324 einen Großteil des von der Lichtquelle 320 abgestrahlten Lichts absorbieren, weil die Lichtstrahlen 336 von den reflektierenden Innenflächen 316 des ersten elliptischen Reflektors 302 und den reflektierenden Innenflächen 318 des zweiten elliptischen Reflektors 304 in Richtung des gemeinsam angeordneten Brennpunkts 314 reflektiert werden).
  • Unter Bezugnahme auf 4 ist ein Diagramm 400 mit einer Grafik 402 gezeigt, das die Bestrahlungsstärke an verschiedenen Stellen im Inneren 303 der in 3 gezeigten und vorstehend beschriebenen Härtungsvorrichtung 300 anzeigt. Insbesondere zeigt die vertikale Achse des Diagramms 400 die inkohärente Bestrahlungsstärke an, und die horizontale Achse des Diagramms 400 zeigt die Position innerhalb des Innenraums 303 der Härtungsvorrichtung 300 an. Die mit „0“ bezeichnete Position entlang der horizontalen Achse kann der Lage des in 3 gezeigten und vorstehend beschriebenen gemeinsam angeordneten Brennpunkts 314 entsprechen, wobei positive Werte entlang der horizontalen Achse Stellen anzeigen, die an der rechten Seite des gemeinsam angeordneten Brennpunkts 314 angeordnet sind, wie in 3 veranschaulicht (z. B. in Richtung der Öffnung 328), und wobei negative Werte entlang der horizontalen Achse Stellen anzeigen, die an der linken Seite des gemeinsam angeordneten Brennpunkts 314 angeordnet sind, wie in 3 veranschaulicht (z. B. von der Öffnung 328 weg). Der Abschnitt der Grafik 402, der zwischen den Werten „30“ und „40“ der x-Achse des Diagramms 400 angeordnet ist, kann der Stelle des zweiten Brennpunkts 322 entsprechen, der in 3 gezeigt und vorstehend beschrieben ist.
  • Wie in der Grafik 402 gezeigt, weist die Bestrahlungsstärke an der Stelle des gemeinsam angeordneten Brennpunkts 314 einen höheren Peak-Wert im Vergleich zur Bestrahlungsstärke in anderen Abschnitten des Innenraums 303 der Härtungsvorrichtung 300 auf. Infolgedessen können die Härtungsraten und die Gleichmäßigkeit des Härtens eines Werkstücks erhöht werden, das an einem gemeinsam angeordneten Brennpunkt 314 angeordnet ist, wie etwa das in 3 gezeigte und vorstehend beschriebene Werkstück 324. In einigen Beispielen kann die Peak-Bestrahlungsstärke an der Stelle des gemeinsam angeordneten Brennpunkts 314 66,452 Watt pro Quadratzentimeter betragen, und die von der Lichtquelle abgegebene Gesamtleistung kann 109,53 Watt betragen. In anderen Beispielen können die Peak-Bestrahlungsstärke und/oder die Gesamtleistung unterschiedliche Werte aufweisen. In jedem Beispiel tritt jedoch die Peak-Bestrahlungsstärke im Inneren 303 der Härtungsvorrichtung 300 an der Stelle auf, an der sich der gemeinsam angeordnete Brennpunkt 314 befindet.
  • Unter Bezugnahme auf 5 wird ein weiteres Beispiel für eine Härtungsvorrichtung 500 gezeigt. Die Härtungsvorrichtung 500 kann mehrere Komponenten beinhalten, die ähnlich konfiguriert sind wie die vorstehend unter Bezugnahme auf die in 3 gezeigte und vorstehend beschriebene Härtungsvorrichtung 300. Insbesondere beinhaltet die Härtungsvorrichtung 500 einen ersten elliptischen Reflektor 502 und einen zweiten elliptischen Reflektor 504, wobei der zweite elliptische Reflektor 504 innerhalb des ersten elliptischen Reflektors 502 in einer verschachtelten Konfiguration eingehaust ist. Der erste elliptische Reflektor 502 kann hierin als erster elliptischer Zylinderreflektor bezeichnet werden und der zweite elliptische Reflektor 504 kann hierin als zweiter elliptischer Zylinderreflektor bezeichnet werden. Die Konfiguration des ersten elliptischen Reflektors 502 kann dem vorstehend unter Bezugnahme auf 3 beschriebenen ersten elliptischen Reflektor 302 ähnlich sein, und die Konfiguration des zweiten elliptischen Reflektors 504 kann dem vorstehend unter Bezugnahme auf 3 beschriebenen zweiten elliptischen Reflektor 304 ähnlich sein. Der erste elliptische Reflektor 502 und der zweite elliptische Reflektor 504 weisen jeweils einen gemeinsam angeordneten Brennpunkt 514 auf, ähnlich dem vorstehend beschriebenen gemeinsam angeordneten Brennpunkt 314. Insbesondere ist der gemeinsam angeordnete Brennpunkt 514 jeweils ein Brennpunkt des ersten elliptischen Reflektors 502 und des zweiten elliptischen Reflektors 504. Reflektierende Innenflächen 516 des ersten elliptischen Reflektors 502 und reflektierende Innenflächen 518 des zweiten elliptischen Reflektors 504 sind so konfiguriert, dass sie Lichtstrahlen 536, die von der im zweiten Brennpunkt 522 angeordneten Lichtquelle 520 emittiert werden, auf das Werkstück 524 reflektieren, das sich im gemeinsam angeordneten Brennpunkt 514 innerhalb des Probenröhrchens 526 befindet, ähnlich dem vorstehend unter Bezugnahme auf 3 beschriebenen Beispiel. Der zweite Brennpunkt 522 kann ein Brennpunkt sowohl des ersten elliptischen Reflektors 502 als auch des zweiten elliptischen Reflektors 504 sein, wobei der zweite Brennpunkt 522 gegenüber dem gemeinsam angeordneten Brennpunkt 514 angeordnet ist. Der gemeinsam angeordnete Brennpunkt 514 ist näher an einem geschlossenen ersten Ende 511 des ersten elliptischen Reflektors 502 angeordnet als an einem offenen zweiten Ende 513 des ersten elliptischen Reflektors 502, während der zweite Brennpunkt 522 näher an dem offenen zweiten Ende 513 des ersten elliptischen Reflektors 502 angeordnet ist als an dem geschlossenen ersten Ende 511 des ersten elliptischen Reflektors 502. Ein Material des Probenröhrchens 526 (z. B. Glas, Quarz usw.) ist für das von der Lichtquelle 520 emittierte Licht im Wesentlichen transparent (z. B. können in einigen Beispielen mindestens 95 % des von der Lichtquelle 520 emittierten und auf die Oberflächen des Probenröhrchens 526 auftreffenden Lichts das Probenröhrchen 526 ohne Reflexion durch das Probenröhrchen 526 hindurchtreten). Die Härtungsvorrichtung 500 beinhaltet ferner eine Öffnung 528, die zwischen den Kanten 532 angeordnet ist, wobei die Öffnung 528 beim Befestigen, Positionieren und/oder Ausrichten und Integrieren des ersten elliptischen Reflektors 502 und des zweiten elliptischen Reflektors 504 mit anderen Komponenten der Härtungsvorrichtung 500, wie etwa der Lichtquelle 520, hilfreich sein kann. Der zweite elliptische Reflektor 504 beinhaltet eine erste Öffnung 540 und eine zweite Öffnung 542, wobei die erste Öffnung 540 Zugang zu den inneren Abschnitten des zweiten elliptischen Reflektors 504 bereitstellen kann und die von der Lichtquelle 520 emittierten Lichtstrahlen 536 durch die zweite Öffnung 542 hindurchtreten können, um das im gemeinsam angeordneten Brennpunkt 514 angeordnete Werkstück 524 zu schneiden.
  • Die relativen Abmessungen des ersten elliptischen Reflektors 502 und des zweiten elliptischen Reflektors 504 können im Vergleich zu den relativen Abmessungen des ersten elliptischen Reflektors 302 und des zweiten elliptischen Reflektors 304, die vorstehend unter Bezugnahme auf 3 beschrieben wurden, unterschiedlich sein. Insbesondere kann eine Länge 534 zwischen gegenüberliegenden Seiten des ersten elliptischen Reflektors 502 im zweiten Brennpunkt 522 größer sein als die vorstehend unter Bezugnahme auf 3 beschriebene Länge 334. Zusätzlich kann eine Länge des ersten elliptischen Reflektors 502 entlang der Hauptachse 510 und/oder der Nebenachse 508 größer sein als die entsprechenden Längen des ersten elliptischen Reflektors 302, der in 3 gezeigt und vorstehend beschrieben ist, und eine Länge des zweiten elliptischen Reflektors 504 entlang der Hauptachse 512 und/oder der Nebenachse 506 kann größer sein als die entsprechenden Längen des zweiten elliptischen Reflektors 304, der in 3 gezeigt und vorstehend beschrieben ist. Die vergrößerte Größe des ersten elliptischen Reflektors 502 und des zweiten elliptischen Reflektors 504 kann zusätzlichen Innenraum für das Aufnehmen des Werkstücks 524 und des Probenröhrchens 526 im Vergleich zu der vorstehend unter Bezugnahme auf 3 beschriebenen Härtungsvorrichtung 300 bereitstellen. Als ein Beispiel kann das Probenröhrchen 526 einen Durchmesser von 28 Millimetern aufweisen, verglichen mit dem Durchmesser von 22 Millimetern, der als ein Beispiel für den Durchmesser des Probenröhrchens 326 bereitgestellt und in 3 gezeigt und vorstehend beschrieben ist. Das größere Probenröhrchen 526 kann in einigen Beispielen größere Werkstücke als das Probenröhrchen 326 aufnehmen. In anderen Beispielen kann das Werkstück 524 an einem gemeinsam angeordneten Brennpunkt 514 im Inneren der Härtungsvorrichtung 500 ohne das Probenröhrchen 526 angeordnet sein. Beispielsweise kann sich das Werkstück 524 innerhalb der Härtungsvorrichtung 500 erstrecken und am gemeinsam angeordneten Brennpunkt 514 zentriert sein, ohne vom Probenröhrchen 526 umschlossen zu sein (z. B. kann das Probenröhrchen 526 im Inneren der Härtungsvorrichtung 500 weggelassen werden).
  • Ähnlich wie das vorstehend unter Bezugnahme auf 3 beschriebene Beispiel ist die in 5 gezeigte Härtungsvorrichtung 500 mit einem Punktmuster gezeigt, um die Bestrahlungsstärke verschiedener Abschnitte des Innenraums 503 der Härtungsvorrichtung 500 während des Betriebs der Härtungsvorrichtung 500 anzuzeigen. Die Abschnitte des Innenraums 503, die eine höhere Bestrahlungsstärke aufweisen, sind mit größerer Punktgröße veranschaulicht, während die Abschnitte des Innenraums, die eine geringere Bestrahlungsstärke aufweisen, mit kleinerer Punktgröße veranschaulicht sind. Wie an dem Punktmuster zu erkennen ist, ist die Bestrahlungsstärke im zweiten Brennpunkt 522 höher als die Bestrahlungsstärke im gemeinsam angeordneten Brennpunkt 514.
  • Unter Bezugnahme auf 6 ist ein Diagramm 600 mit einer Grafik 602 gezeigt, das die Bestrahlungsstärke an verschiedenen Stellen im Inneren 503 der in 5 gezeigten und vorstehend beschriebenen Härtungsvorrichtung 500 anzeigt. Insbesondere zeigt die vertikale Achse des Diagramms 600 die inkohärente Bestrahlungsstärke an, und die horizontale Achse des Diagramms 600 zeigt die Position innerhalb des Innenraums 503 der Härtungsvorrichtung 500 an. Die mit „0“ bezeichnete Position entlang der horizontalen Achse kann der Lage des in 5 gezeigten und vorstehend beschriebenen gemeinsam angeordneten Brennpunkts 514 entsprechen, wobei positive Werte entlang der horizontalen Achse Stellen anzeigen, die an der rechten Seite des gemeinsam angeordneten Brennpunkts 514 angeordnet sind, wie in 5 veranschaulicht (z. B. in Richtung der Öffnung 528), und wobei negative Werte entlang der horizontalen Achse Stellen anzeigen, die an der linken Seite des gemeinsam angeordneten Brennpunkts 514 angeordnet sind, wie in 5 veranschaulicht (z. B. von der Öffnung 528 weg). Der Abschnitt der Grafik 602, der zwischen den Werten „30“ und „40“ der x-Achse des Diagramms 600 angeordnet ist, kann der Stelle des zweiten Brennpunkts 522 entsprechen, der in 5 gezeigt und vorstehend beschrieben ist.
  • Wie in der Grafik 602 gezeigt, weist die Bestrahlungsstärke an der Stelle des gemeinsam angeordneten Brennpunkts 514 einen höheren Peak-Wert im Vergleich zur Bestrahlungsstärke in anderen Abschnitten des Innenraums 503 der Härtungsvorrichtung 500 auf. Infolgedessen können die Härtungsraten und die Gleichmäßigkeit des Härtens eines Werkstücks erhöht werden, das an einem gemeinsam angeordneten Brennpunkt 514 angeordnet ist, wie etwa das in 5 gezeigte und vorstehend beschriebene Werkstück 524. In einigen Beispielen kann die Peak-Bestrahlungsstärke an der Stelle des gemeinsam angeordneten Brennpunkts 514 53,494 Watt pro Quadratzentimeter betragen, und die von der Lichtquelle abgegebene Gesamtleistung kann 116,47 Watt betragen. In anderen Beispielen können die Peak-Bestrahlungsstärke und/oder die Gesamtleistung unterschiedliche Werte aufweisen. In jedem Beispiel tritt jedoch die Peak-Bestrahlungsstärke im Inneren 503 der Härtungsvorrichtung 500 an der Stelle auf, an der sich der gemeinsam angeordnete Brennpunkt 514 befindet.
  • Im Folgenden wird in 7 eine Querschnittsansicht einer Härtungsvorrichtung 700 gezeigt. Die Härtungsvorrichtung 700 kann hierin als photoreaktives System, UV-Härtungsvorrichtung und/oder UV-Härtungssystem bezeichnet werden. Die Härtungsvorrichtung 700 ist mit einem verschachtelten elliptischen Zylinderreflektor775 gezeigt, aufweisend einen ersten elliptischen Zylinderreflektor 780 und einen zweiten elliptischen Zylinderreflektor 790. Der erste elliptische Reflektor 780 kann dem vorstehend beschriebenen ersten elliptischen Reflektor 302 oder ersten elliptischen Reflektor 502 ähnlich oder gleich sein, und der zweite elliptische Reflektor 790 kann dem vorstehend beschriebenen zweiten elliptischen Reflektor 304 oder zweiten elliptischen Reflektor 504 ähnlich oder gleich sein. Die Härtungsvorrichtung 700 kann der vorstehend beschriebenen Härtungsvorrichtung 300 oder Härtungsvorrichtung 500 ähnlich oder gleich sein. Der zweite elliptische Reflektor 790 ist innerhalb des ersten elliptischen Reflektors 780 eingehaust (z. B. in einem vom ersten elliptischen Reflektor 780 umschlossenen Innenraum), so dass der erste elliptische Reflektor 780 und der zweite elliptische Reflektor 790 ineinander verschachtelt sind. Der erste elliptische Reflektor 780 und der zweite elliptische Reflektor 790 weisen einen gemeinsam angeordneten Brennpunkt 760 auf, ähnlich dem vorstehend beschriebenen gemeinsam angeordneten Brennpunkt 314 und dem gemeinsam angeordneten Brennpunkt 514, wobei der zweite Brennpunkt 792 dem vorstehend beschriebenen zweiten Brennpunkt 322 und dem zweiten Brennpunkt 522 ähnlich ist. Insbesondere ist der gemeinsam angeordnete Brennpunkt 760 jeweils ein Brennpunkt des ersten elliptischen Reflektors 780 und des zweiten elliptischen Reflektors 790. Zusätzlich kann der zweite Brennpunkt 722 ein Brennpunkt sowohl des ersten elliptischen Reflektors 702 als auch des zweiten elliptischen Reflektors 704 sein, wobei der zweite Brennpunkt 722 gegenüber dem gemeinsam angeordneten Brennpunkt 714 angeordnet ist. Der gemeinsam angeordnete Brennpunkt 760 ist näher an einem geschlossenen, ersten Ende 791 des ersten elliptischen Reflektors 780 angeordnet als an einem offenen, zweiten Ende 793 des ersten elliptischen Reflektors 780, während der zweite Brennpunkt 792 näher am offenen, zweiten Ende 793 des ersten elliptischen Reflektors 780 angeordnet ist als am geschlossenen, ersten Ende 791 des ersten elliptischen Reflektors 780.
  • Eine im zweiten Brennpunkt 792 angeordnete Lichtquelle 710 kann mindestens teilweise in einem Gehäuse 716 eingehaust sein, wobei das Gehäuse 716 Einlass- und Auslassrohrverbindungen 714 beinhaltet, durch die Kühlflüssigkeit zirkulieren kann. Die Lichtquelle 710 kann eine oder mehrere Anordnungen von UV-LEDs umfassen, die im Wesentlichen entlang des zweiten Brennpunkts 792 angeordnet sind. Die Härtungsvorrichtung 700 kann ferner Befestigungsklammern 718 umfassen, mit denen das Gehäuse 716 an einer Grundplatte 720 der Reflektoranordnung befestigt werden kann. Die Härtungsvorrichtung 700 kann auch ein Probenröhrchen 770 und ein Werkstück (nicht gezeigt), beispielsweise eine optische Faser, beinhalten, das in das Probenröhrchen 770 hindurchgezogen oder gezogen wird und im Wesentlichen um die zentrale Längsachse des Probenröhrchens 770 positioniert wird. Die Längsachse des Probenröhrchens 770 kann im Wesentlichen entlang des gemeinsam angeordneten Brennpunkts 760 des verschachtelten elliptischen Zylinderreflektors 775 positioniert sein, wobei das von der Lichtquelle 710 ausgehende UV-Licht im Wesentlichen durch das Probenröhrchen 770 auf die Oberflächen des Werkstücks durch den ersten elliptischen Reflektor 780 und den zweiten elliptischen Reflektor 790 gerichtet werden kann. Das Probenröhrchen 770 kann aus Quarz, Glas oder einem anderen Material bestehen und eine zylindrische oder andere Geometrie aufweisen, wobei UV-Licht, das auf die Außenfläche des Probenröhrchens 770 gerichtet ist, ohne wesentliche Brechung, Reflexion oder Absorption durch das Probenröhrchen 770 hindurchtreten kann.
  • Die Grundplatte 720 der Reflektoranordnung kann mit den Stirnplatten 724 der Reflektoranordnung verbunden sein, die mechanisch an beiden axialen Enden des verschachtelten elliptischen Zylinderreflektors 775 befestigt sein können. Das Probenröhrchen 770 kann auch mechanisch an den Stirnplatten 724 der Reflektoranordnung befestigt sein. Auf diese Weise können die Befestigungsklammern 718, die Stirnplatten 724 der Reflektoranordnung und die Grundplatte 720 der Reflektoranordnung dazu dienen, die Ausrichtung der Lichtquelle 710, des verschachtelten elliptischen Zylinderreflektors 775 und des Probenröhrchens 770 zu unterstützen, wobei das von der Lichtquelle 710 ausgehende Licht im Wesentlichen um einen zweiten Brennpunkt 792 des elliptischen Zylinderreflektors 790 positioniert ist, wobei das Probenröhrchen im Wesentlichen um einen gemeinsam angeordneten Brennpunkt des verschachtelten elliptischen Zylinderreflektors 775 positioniert ist und wobei das von der Lichtquelle 710 ausgehende UV-Licht im Wesentlichen durch das Probenröhrchen 770 auf die Oberflächen des Werkstücks durch den verschachtelten elliptischen Zylinderreflektors 775 gerichtet werden kann. Die Stirnplatte 724 der Reflektoranordnung kann auch einen Ausrichtungsmechanismus (nicht gezeigt) beinhalten, mit dem die Ausrichtung und/oder Position des Probenröhrchens 770 eingestellt werden kann, nachdem die Stirnplatte 724 der Reflektoranordnung, die Grundplatte 720 der Reflektoranordnung, der erste elliptische Reflektor 780, der zweite elliptische Reflektor 790 und das Probenröhrchen 770 zusammengebaut worden sind. Die Grundplatte 720 der Reflektoranordnung kann auch an einer Seite mit einer Befestigungsplatte 740 der Reflektoranordnung verbunden sein. Die Befestigungsplatte 740 der Reflektoranordnung kann ferner mit einem oder mehreren Befestigungsschlitzen 744 (siehe 8) und einem oder mehreren Befestigungslöchern 748 (siehe 8) bereitgestellt sein, mit denen die Härtungsvorrichtung 700 befestigt sein kann. Die Härtungsvorrichtung 700 kann auch weitere Verbindungsanschlüsse 722 und 750 für andere Zwecke beinhalten, wie etwa zum Verbinden elektrischer Leitungen, Befestigen von Sensoren und dergleichen. Darüber hinaus kann die Härtungsvorrichtung 700 ein Reflektorgehäuse 712 und ein am Reflektorgehäuse 712 angebrachtes Kühlgebläse 715 zum Wärmeabführen aus der Härtungsvorrichtung 700 umfassen. In einigen Beispielen kann der zweite elliptische Reflektor 790 mit dem ersten elliptischen Reflektor 780 über einen oder mehrere dünne Stifte, wie etwa Stifte 794, fest gekoppelt sein. In einigen Beispielen kann die Lichtquelle 710 über einen oder mehrere dünne Stifte, wie etwa die dünnen Stifte 796, an der Stelle des zweiten Brennpunkts 792 angeordnet sein.
  • Im Folgenden wird in 8 eine perspektivische Querschnittsansicht der Härtungsvorrichtung 700 von 7 gezeigt, wobei die Stirnplatten 724 der Reflektoranordnung zu Veranschaulichungszwecken entfernt wurden. Zusätzlich zu den vorstehend für 7 beschriebenen Elementen umfasst die Härtungsvorrichtung 700 ferner eine Öffnung oder einen Hohlraum 840 in der Grundplatte 720 der Reflektoranordnung, durch die das von der Lichtquelle 710 (in 7 gezeigt) abgestrahlte Licht übertragen wird. Wie in 8 gezeigt, kann sich der Hohlraum 840 im Wesentlichen über die axiale Länge des verschachtelten elliptischen Reflektors 775 erstrecken. Das Licht der Lichtquelle 710 wird über die gesamte Länge des verschachtelten elliptischen Reflektors 775 abgestrahlt. Zusätzlich zum Kühlgebläse 715 und den Einlass- und Auslassrohrverbindungen 714 für die Kühlflüssigkeit kann das Reflektorgehäuse 712 auch gerippte Oberflächen 820 zum Unterstützen der Wärmeableitung von der Härtungsvorrichtung 700 umfassen.
  • In der Härtungsvorrichtung 700 von 7 und 8 ist der verschachtelte elliptische Reflektor 775 mit einer dünnen abgerundeten Blechkonstruktion gezeigt. In einem Beispiel kann der verschachtelte elliptische Reflektor aus geformten dünnen Blechen aus poliertem Aluminium bestehen, die gereinigt, wiederverwendet und ausgetauscht werden können. In einem anderen Beispiel können an der Außenfläche (z. B. außerhalb der von der Lichtquelle 710 bestrahlten Fläche) Rippen angebracht werden, um die Wärmeübertragungsfläche des verschachtelten elliptischen Reflektors 775 zu vergrößern.
  • Im Folgenden sind in den 9 und 10 perspektivische und Endquerschnittsansichten einer anderen Ausführungsform einer Härtungsvorrichtung 901 mit einem verschachtelten elliptischen Reflektor 900 gezeigt. Der verschachtelte elliptische Reflektor 900 beinhaltet einen ersten elliptischen Reflektor 950 und einen zweiten elliptischen Reflektor 952, die jeweils einen gemeinsam angeordneten Brennpunkt 982 aufweisen (z. B. ist der gemeinsam angeordnete Brennpunkt 982 ein Brennpunkt sowohl des ersten elliptischen Reflektors 950 als auch des zweiten elliptischen Reflektors 952). Der verschachtelte elliptische Reflektor 900 umfasst reflektierende Innenflächen 984 des ersten elliptischen Reflektors 950 und reflektierende Innenflächen 994 des zweiten elliptischen Reflektors. Der verschachtelte elliptische Reflektor 900 kann maschinell bearbeitet oder aus Metall gegossen und poliert sein, um reflektierende Innenflächen 984 und reflektierende Innenflächen 994 zu bilden. Alternativ kann der verschachtelte elliptische Reflektor aus Glas, Keramik oder Kunststoff maschinell bearbeitet, geformt, gegossen oder extrudiert und mit einer hochreflektierenden Beschichtung versehen werden, um reflektierende Innenflächen 984 und reflektierende Innenflächen 994 zu bilden. Darüber hinaus kann der verschachtelte elliptische Reflektor in zwei Hälften hergestellt werden, einschließlich einer ersten Hälfte 900A und einer zweiten Hälfte 900B, wobei die beiden Hälften während der Anordnung der Härtungsvorrichtung 901 zusammengefügt und/oder verbunden werden. Der verschachtelte elliptische Reflektor 900 umfasst ferner gerippte Oberflächen 918 zum Vergrößern der Wärmeübertragungsfläche. An der Unterseite 964 des verschachtelten elliptischen Reflektors 900 können Befestigungslöcher 966 bereitgestellt sein, um das Befestigen und Positionieren des verschachtelten elliptischen Reflektors 900 an anderen Komponenten der Härtungsvorrichtung 901, wie etwa einer Lichtquelle, einem Lichtquellengehäuse usw., zu erleichtern. Der verschachtelte elliptische Reflektor 900 umfasst ferner eine Öffnung oder einen Hohlraum 968 entlang seiner gesamten axialen Länge. Der Hohlraum 968 ist entlang der Hauptachse des verschachtelten elliptischen Reflektors 900 angeordnet, so dass sich der Hohlraum 968 entlang des zweiten Brennpunkts 992 des verschachtelten elliptischen Reflektors 900 erstreckt.
  • Auf diese Weise kann eine Härtungsvorrichtung einen ersten elliptischen Zylinderreflektor umfassen, der einen zweiten elliptischen Zylinderreflektor einhaust, wobei der erste elliptische Zylinderreflektor und der zweite elliptische Zylinderreflektorso angeordnet sind, dass sie einen gemeinsam angeordneten Brennpunkt aufweisen, und eine Lichtquelle, die sich in einem zweiten Brennpunkt befindet, wobei das von der Lichtquelle emittierte Licht von dem zweiten elliptischen Zylinderreflektor zu dem gemeinsam angeordneten Brennpunkt reflektiert und von dem ersten elliptischen Zylinderreflektor zu dem gemeinsam angeordneten Brennpunkt zurückreflektiert wird. Außerdem kann die Hauptachse des ersten elliptischen Zylinderreflektors größer sein als die Hauptachse des zweiten elliptischen Zylinderreflektor, und die Nebenachse des ersten elliptischen Zylinderreflektors kann größer sein als die Nebenachse des zweiten elliptischen Zylinderreflektor.
  • Der erste elliptische Zylinderreflektor und der zweite elliptische Zylinderreflektor können zum Aufnehmen eines Werkstücks konfiguriert sein. Darüber hinaus kann die Lichtquelle eine Stromquelle, eine Steuerung, ein Kühl-Teilsystem und ein lichtemittierendes Teilsystem umfassen, wobei das lichtemittierende Teilsystem eine Kopplungselektronik, eine Kopplungsoptik und mehrere Halbleitervorrichtungen beinhaltet, und das Gehäuse kann die Lichtquelle enthalten und Einlässe und Auslässe für das Fluid des Kühl-Teilsystems beinhalten.
  • Mindestens einer der ersten elliptischen Zylinderreflektoren und der zweiten elliptischen Zylinderreflektoren kann ein dichroitischer Reflektor sein, und die Vielzahl von Halbleitervorrichtungen der Lichtquelle kann ein LED-Array umfassen. Das LED-Array kann eine erste LED und eine zweite LED umfassen, wobei die erste LED und die zweite LED UV-Licht mit unterschiedlichen Peak-Wellenlängen emittieren. Die Härtungsvorrichtung kann ferner ein Quarzrohr umfassen, das axial um den gemeinsam angeordneten Brennpunkt zentriert ist und das Werkstück im Inneren der Härtungsvorrichtung konzentrisch umgibt.
  • In einer anderen Ausführungsform kann ein photoreaktives System für das UV-Härten eine Stromversorgung, ein Kühl-Teilsystem, ein lichtemittierendes Teilsystem und eine UV-Lichtquelle umfassen. Das lichtemittierende Teilsystem kann eine Kopplungsoptik umfassen, einschließlich eines ersten elliptischen Zylinderreflektor, der einen zweiten elliptischen Zylinderreflektor einhaust, wobei der erste elliptische Zylinderreflektor und der zweite elliptische Zylinderreflektor einen gemeinsam angeordneten Brennpunkt aufweisen und in einer verschachtelten Konfiguration angeordnet sind. Das photoreaktive System kann ferner eine Steuerung umfassen, die in einem Speicher gespeicherte Anweisungen beinhaltet, die ausführbar sind, um UV-Licht von der UV-Lichtquelle abzustrahlen, wobei das abgestrahlte UV-Licht von mindestens einem der beiden, dem ersten elliptischen Zylinderreflektor und dem zweiten elliptischen Zylinderreflektor, reflektiert und auf eine Oberfläche des Werkstücks gebündelt wird. Die Steuerung kann ferner Anweisungen umfassen, die ausgeführt werden können, um die Stärke des abgestrahlten UV-Lichts dynamisch zu verändern, und das photoreaktive System kann ferner die UV-Lichtquelle umfassen, die sich im Wesentlichen am zweiten Brennpunkt befindet, wobei das abgestrahlte UV-Licht einen Strahl mit räumlich konstanter Stärke umfasst, der das Werkstück umgibt.
  • Im Folgenden ist in 11 ein Verfahren 1100 zum Härten eines Werkstücks gezeigt. In einigen Beispielen kann das Werkstück eine optische Faser, eine optische Faserbeschichtung oder eine andere Art von Werkstück sein. Das Verfahren 1100 beginnt bei 1110, wo ein Werkstück, im Falle einer optischen Faser, aus einer Vorform gezogen werden kann. Das Verfahren 1100 wird dann bei 1120 fortgesetzt, wo das Werkstück mit einem UV-härtbaren Lack oder einem UV-härtbaren Polymersystem unter Verwendung eines vorbestimmten Beschichtungsprozesses beschichtet wird.
  • Als Nächstes wird das Verfahren 1100 mit 1130 fortgesetzt, wobei das Werkstück mit UV-Licht gehärtet werden kann. Während des UV-Härtens bei 1130 kann das Werkstück durch ein Probenröhrchen eines oder mehrerer UV-Härtungsvorrichtungen bei 1132 hindurchgezogen oder gezogen werden. Die eine oder mehrere UV-Härtungsvorrichtungen können beispielsweise eine oder mehrere der folgenden Vorrichtungen beinhalten: die Härtungsvorrichtung 10, die Härtungsvorrichtung 300, die Härtungsvorrichtung 500 oder die Härtungsvorrichtung 901, die linear in Reihe angeordnet sind. Darüber hinaus kann das Werkstück entlang eines gemeinsam angeordneten Brennpunkts eines verschachtelten elliptischen Reflektors der UV-Härtungsvorrichtung positioniert sein, beispielsweise eines gemeinsam angeordneten Brennpunkts eines ersten elliptischen Zylinderreflektor und eines zweiten elliptischen Zylinderreflektor (z. B. gemeinsam angeordneter Brennpunkt 314 des ersten elliptischen Reflektors 302 und des zweiten elliptischen Reflektors 304, wie in 3 gezeigt und vorstehend beschrieben). Das UV-Härten des Werkstücks kann ferner das Bestrahlen mit UV-Licht von mindestens einer LED-Lichtquelle beinhalten, die sich in einem zweiten Brennpunkt des verschachtelten elliptischen Reflektors bei 1134 befindet. Das abgestrahlte UV-Licht kann durch den zweiten elliptischen Zylinderreflektor auf die Oberfläche des Werkstücks bei 1136 reflektiert und durch den ersten elliptischen Zylinderreflektor bei 1138 auf die Oberfläche des Werkstücks zurückreflektiert werden. Dementsprechend kann das abgestrahlte UV-Licht gleichmäßig auf eine Oberfläche des Werkstücks gerichtet werden.
  • Beim Ziehen und UV-Härten von Lichtleitfasern kann die Lineargeschwindigkeit, mit der die Lichtleitfaser hindurchgezogen oder gezogen wird, sehr hoch sein und beispielsweise 20 m/s überschreiten. Durch das Anordnen mehrerer UV-Härtungsvorrichtungen in Reihe kann die beschichtete Länge der optischen Faser eine ausreichend lange UV-Belichtungszeit erhalten, um die optische Faserbeschichtung im Wesentlichen vollständig auszuhärten. Bei einigen Beispielen wird die effektive Länge der UV-Härtungsstufe (beispielsweise die Anzahl der in Reihe angeordneten UV-Härtungsvorrichtungen) unter Berücksichtigung der Fertigungsrate oder der Zug- oder Lineargeschwindigkeit der optischen Faser oder des Werkstücks bestimmt. Wenn die Lineargeschwindigkeit des Lichtwellenleiters langsamer ist, kann die Länge oder Anzahl der Stufen des UV-Härtungssystems kürzer sein als in Fällen, in denen die Lineargeschwindigkeit des Lichtwellenleiters schneller ist. Insbesondere die Verwendung von UV-Härtungsvorrichtungen mit einem ersten elliptischen Zylinderreflektor, in dem ein zweiter elliptischer Zylinderreflektor mit einem gemeinsam angeordneten Brennpunkt eingehaust ist, kann möglicherweise eine höhere Stärke und ein gleichmäßigeres UV-Licht bereitstellen, das auf die Oberfläche des Werkstücks gestrahlt und gerichtet wird, wodurch eine schnellere und gleichmäßigere Härtung des Werkstücks erreicht wird. Auf diese Weise können optische Faserbeschichtungen und/oder Drucktinten mit höheren Produktionsraten UV-gehärtet werden, was die Herstellungskosten senkt.
  • Das vollständige UV-Härten der optischen Faserbeschichtung kann physikalische und chemische Eigenschaften, wie etwa Festigkeit, Haltbarkeit, chemische Beständigkeit, Ermüdungsfestigkeit und dergleichen, verleihen. Ein unvollständiges oder unzureichendes Härten kann die Produktleistung und andere Eigenschaften beeinträchtigen, was zu einem vorzeitigen Ausfall und Leistungsverlust der optischen Fasern führen kann. In einigen Beispielen wird die effektive Länge der UV-Härtungsstufe (beispielsweise die Anzahl der in Reihe angeordneten UV-Härtungsvorrichtungen) unter Berücksichtigung der Fertigungsrate oder der Zug- oder Lineargeschwindigkeit der optischen Faser oder des Werkstücks bestimmt. Wenn die Lineargeschwindigkeit des Lichtwellenleiters langsamer ist, kann die Länge oder Anzahl der Stufen des UV-Härtungssystems kürzer sein als in Fällen, in denen die Lineargeschwindigkeit des Lichtwellenleiters schneller ist.
  • Anschließend wird das Verfahren 1100 bei 1140 fortgesetzt, wo bestimmt wird, ob zusätzliche Beschichtungsschritte erforderlich sind. In einigen Beispielen können zwei- oder mehrlagige Beschichtungen auf die Oberfläche des Werkstücks, beispielsweise einer optischen Faser, aufgebracht werden. Wie vorstehend erörtert, können optische Fasern so hergestellt werden, dass sie zwei schützende konzentrische Beschichtungen beinhalten. beispielsweise kann auch eine zweischichtige Beschichtung verwendet werden, wobei das Werkstück mit einer Innenschicht beschichtet werden kann, die nach dem Härten weich und gummiartig ist, um die Dämpfung durch Mikrobiegung zu minimieren, und mit einer äußeren Schicht, die steifer ist und das Werkstück (z. B. die optische Faser) vor Abnutzung und Umwelteinflüssen (z. B. Feuchtigkeit, UV-Strahlung) schützt. Die Innen- und die Außenschichten können ein Polymersystem umfassen, aufweisend Initiatoren, Monomere, Oligomere und andere Zuschlagstoffe. Wenn ein zusätzlicher Beschichtungsschritt durchgeführt werden soll, kehrt das Verfahren 1100 zu 1120 zurück, wo die optische Faser oder ein anderes Werkstück (das jetzt mit einer UV-gehärteten ersten Schicht beschichtet ist) in einem zusätzlichen Beschichtungsschritt beschichtet wird, gefolgt von zusätzlichem UV-Härten. In 11 ist jeder Beschichtungsschritt zu Veranschaulichungszwecken als Beschichtungsschritt 1120 gezeigt. Die einzelnen Beschichtungsschritte sind jedoch nicht identisch, so dass in jedem Beschichtungsschritt unterschiedliche Arten von Beschichtungen, unterschiedliche Beschichtungszusammensetzungen und unterschiedliche Beschichtungsdicken aufgebracht und dem Werkstück unterschiedliche Beschichtungseigenschaften verliehen werden können. Darüber hinaus können im Beschichtungsschritt 1120 unterschiedliche Verarbeitungsbedingungen (z. B. Temperatur, Beschichtungsviskosität, Beschichtungsverfahren) verwendet werden. In ähnlicher Weise kann das UV-Härten des Werkstücks bei 1130 für verschiedene Beschichtungsschichten oder -schritte eine Reihe von Verarbeitungsbedingungen umfassen. So können beispielsweise bei verschiedenen UV-Härtungsschritten die Verarbeitungsbedingungen, wie etwa UV-Lichtstärke, UV-Belichtungszeit, UV-Lichtwellenlängenspektren, UV-Lichtquelle und dergleichen, je nach Art der Beschichtung und/oder Beschichtungseigenschaften geändert werden.
  • Zusätzliche Beschichtungsschritte können auch das Bedrucken oder Auftragen einer UV-härtbaren Tinte oder eines Lacks auf die Oberfläche des Werkstücks umfassen, beispielsweise zu Farb- oder Kennzeichnungszwecken. Das Bedrucken kann nach einem vorgegebenen Druckverfahren erfolgen und eine oder mehrere Druckstufen oder -schritte umfassen. So kann das UV-Härten bei 1130 das UV-Härten einer gedruckten Tinte oder eines Lacks auf der Oberfläche des Werkstücks umfassen. Ähnlich wie beim UV-Härten der einen oder mehreren optischen Faserbeschichtung wird die gedruckte Tinte oder der gedruckte Lack UV-gehärtet, indem das im gemeinsam angeordneten Brennpunkt des ersten elliptischen Zylinderreflektors und des zweiten elliptischen Zylinderreflektors positionierte Werkstück von einer oder mehreren linear hintereinander angeordneten UV-Härtungsvorrichtungen gezogen wird, wobei UV-Licht von den LED-Lichtquellen der UV-Härtungsvorrichtung(en) abgestrahlt und von den ineinander verschachtelten elliptischen Zylinderreflektoren auf die Oberfläche der Lichtleitfaser im gemeinsam angeordneten Brennpunkt gerichtet wird.
  • Wenn es keine weiteren Beschichtungsschritte gibt, wird das Verfahren 1100 bei 1180 fortgesetzt, wo alle Prozessschritte nach dem UV-Härten durchgeführt werden. Wenn das Werkstück beispielsweise eine optische Faser beinhaltet, können die Prozessschritte nach dem UV-Härten die Konstruktion eines Kabels oder Bandes beinhalten, bei dem mehrere beschichtete, bedruckte und UV-gehärtete optischer Fasern zu einem flachen Band oder zu einem Kabel mit größerem Durchmesser, das aus mehreren Fasern oder Bändern besteht, kombiniert werden. Weitere Prozessschritte nach dem UV-Härten können die Co-Extrusion von Außenverkleidungen oder Ummantelungen von Kabeln und Bändern beinhalten.
  • Auf diese Weise kann ein Verfahren zum Härten eines Werkstücks das Ziehen des Werkstücks entlang eines gemeinsam angeordneten Brennpunkts eines ersten elliptischen Zylinderreflektor, in dem ein zweiter elliptischer Zylinderreflektor eingehaust ist, das Bestrahlen von UV-Licht von einer Lichtquelle, die an einem zweiten Brennpunkt positioniert ist, das Reflektieren des abgestrahlten UV-Lichts von dem zweiten elliptischen Zylinderreflektor auf eine Oberfläche des Werkstücks und das Rückreflektieren des abgestrahlten UV-Lichts von dem ersten elliptischen Zylinderreflektor auf die Oberfläche des Werkstücks umfassen. Darüber hinaus kann das Ziehen des Werkstücks entlang des gemeinsam angeordneten Brennpunkts das Ziehen mindestens einer optischen Faser, eines Bandes oder eines Kabels mit mindestens einer UV-härtbaren Beschichtung, einem Polymer oder einer Tinte umfassen. Darüber hinaus umfasst das LED-Array eine erste LED und eine zweite LED, wobei die erste LED und die zweite LED UV-Licht mit unterschiedlichen Peak-Wellenlängen emittieren.
  • Das Verfahren kann das dynamische Verändern der Stärke des abgestrahlten UV-Lichts und das Positionieren der UV-Lichtquelle im Wesentlichen am zweiten Brennpunkt umfassen, wobei das abgestrahlte UV-Licht einen Strahl mit räumlich konstanter Stärke umfasst, der das Werkstück umgibt.
  • Es versteht sich, dass die hierin offenbarten Konfigurationen beispielhaft sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinne zu verstehen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Die vorstehenden Ausführungsformen können beispielsweise auch auf andere Werkstücke als optische Fasern, Kabel und Bänder angewendet werden. Außerdem können die vorstehend beschriebenen UV-Härtungsvorrichtungen und -systeme in bestehende Produktionsanlagen integriert werden und sind nicht für eine bestimmte Lichtquelle ausgelegt. Wie vorstehend beschrieben, kann jede geeignete Lichtquelle verwendet werden, wie etwa eine mikrowellenbetriebene Lampe, LEDs, LED-Arrays und Quecksilberdampflampen. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Teilkombinationen der verschiedenen Konfigurationen und andere hierin offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
  • Es wird angemerkt, dass die hierin beschriebenen Beispielprozesse mit verschiedenen UV-Härtungsvorrichtungen und UV-Härtungssystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hierin beschriebenen Prozessabläufe können eine oder mehrere beliebige Verarbeitungsstrategien darstellen, wie etwa kontinuierliches, chargenweises, halbchargenweises und halbkontinuierliches Verarbeiten und dergleichen. So können verschiedene dargestellte Handlungen, Vorgänge oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge, parallel oder in manchen Fällen auch ohne sie ausgeführt werden. Auch die Reihenfolge des Verarbeitens ist nicht unbedingt erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele zu erzielen, sondern dient lediglich der Veranschaulichung und Beschreibung. Eine oder mehrere der veranschaulichten Handlungen oder Funktionen können je nach angewandter Strategie wiederholt ausgeführt werden. Es versteht sich, dass die hierin offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhaft sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinne zu verstehen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Teilkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und andere hierin offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
  • In einer Ausführungsform umfasst eine Härtungsvorrichtung: einen größeren, ersten elliptischen Zylinderreflektor und einen kleineren, zweiten elliptischen Zylinderreflektor, wobei der zweite elliptische Zylinderreflektor im Innern des ersten elliptischen Zylinderreflektors verschachtelt ist und wobei der erste elliptische Zylinderreflektor und der zweite elliptische Zylinderreflektor so angeordnet sind, dass sie einen gemeinsam angeordneten ersten Brennpunkt aufweisen. In einem ersten Beispiel der Härtungsvorrichtung umfasst die Härtungsvorrichtung ferner eine Lichtquelle, die an einem zweiten Brennpunkt des ersten elliptischen Zylinderreflektors angeordnet ist, wobei das von der Lichtquelle emittierte Licht von dem zweiten elliptischen Zylinderreflektor zu dem gemeinsam angeordneten ersten Brennpunkt reflektiert und von dem ersten elliptischen Zylinderreflektor zu dem gemeinsam angeordneten ersten Brennpunkt zurückreflektiert wird, und wobei eine Gesamtheit des zweiten elliptischen Zylinderreflektors innerhalb des Inneren des ersten elliptischen Zylinderreflektors sitzt, wobei der gemeinsam angeordnete erste Brennpunkt an einer ersten Öffnung des zweiten elliptischen Zylinderreflektors zwischen einem geschlossenen Ende des ersten elliptischen Zylinderreflektors und einer gegenüberliegenden zweiten Öffnung des zweiten elliptischen Zylinderreflektors angeordnet ist. Ein zweites Beispiel der Härtungsvorrichtung beinhaltet optional das erste Beispiel und beinhaltet ferner, dass eine Länge des ersten elliptischen Zylinderreflektors entlang einer Hauptachse des ersten elliptischen Zylinderreflektors größer ist als eine Länge des zweiten elliptischen Zylinderreflektors entlang einer Hauptachse des zweiten elliptischen Zylinderreflektors, wobei die Hauptachse des ersten elliptischen Zylinderreflektors koaxial mit der Hauptachse des zweiten elliptischen Zylinderreflektors ist. Ein drittes Beispiel der Härtungsvorrichtung beinhaltet optional eines oder beide der ersten und zweiten Beispiele und beinhaltet ferner, dass eine Länge des ersten elliptischen Zylinderreflektors entlang einer Nebenachse des ersten elliptischen Zylinderreflektors größer ist als eine Länge des zweiten elliptischen Zylinderreflektors entlang einer Nebenachse des zweiten elliptischen Zylinderreflektors, wobei die Nebenachse des ersten elliptischen Zylinderreflektors koaxial mit der Nebenachse des zweiten elliptischen Zylinderreflektors ist. Ein viertes Beispiel der Härtungsvorrichtung beinhaltet optional eines oder mehrere oder jedes der ersten bis dritten Beispiele und beinhaltet ferner, dass eine Differenz zwischen der Länge des ersten elliptischen Zylinderreflektors entlang der Hauptachse des ersten elliptischen Zylinderreflektors und der Länge des zweiten elliptischen Zylinderreflektors entlang der Hauptachse des zweiten elliptischen Zylinderreflektors gleich einer Differenz zwischen der Länge des ersten elliptischen Zylinderreflektors entlang der Nebenachse des ersten elliptischen Zylinderreflektors und der Länge des zweiten elliptischen Zylinderreflektors entlang der Nebenachse des zweiten elliptischen Zylinderreflektors ist. Ein fünftes Beispiel der Härtungsvorrichtung beinhaltet optional eines oder mehrere oder jedes der ersten bis vierten Beispiele und beinhaltet ferner, dass der erste elliptische Zylinderreflektor und der zweite elliptische Zylinderreflektor so konfiguriert sind, dass sie ein Werkstück aufnehmen, wobei der zweite elliptische Zylinderreflektor zwischen dem Werkstück und dem ersten elliptischen Zylinderreflektor angeordnet ist. Ein sechstes Beispiel der Härtungsvorrichtung beinhaltet optional eines oder mehrere oder jedes der ersten bis fünften Beispiele und beinhaltet ferner, dass: reflektierende Oberflächen des ersten elliptischen Zylinderreflektors von reflektierenden Oberflächen des zweiten elliptischen Zylinderreflektors in einer Richtung entlang einer Nebenachse des ersten elliptischen Zylinderreflektors und einer Nebenachse des zweiten elliptischen Zylinderreflektors beabstandet sind; die Lichtquelle eine Stromquelle, eine Steuerung, ein Kühl-Teilsystem und ein lichtemittierendes Teilsystem umfasst, wobei das lichtemittierende Teilsystem eine Kopplungselektronik, eine Kopplungsoptik und mehrere Halbleitervorrichtungen beinhaltet; und ein Gehäuse der Lichtquelle Einlässe und Auslässe für das Fluid des Kühl-Teilsystems beinhaltet. Ein siebtes Beispiel der Härtungsvorrichtung beinhaltet optional eines oder mehrere oder jedes der ersten bis sechsten Beispiele und beinhaltet ferner ein Quarzrohr, das axial um den gemeinsam angeordneten ersten Brennpunkt zentriert ist und das Werkstück im Inneren der Härtungsvorrichtung zwischen dem ersten elliptischen Zylinderreflektor und dem zweiten elliptischen Zylinderreflektor konzentrisch umgibt. Ein achtes Beispiel für die Härtungsvorrichtung beinhaltet optional eines oder mehrere oder jedes der ersten bis siebten Beispiele und beinhaltet ferner, dass die mehreren Halbleitervorrichtungen der Lichtquelle ein LED-Array umfassen. Ein neuntes Beispiel der Härtungsvorrichtung beinhaltet optional eines oder mehrere oder jedes der ersten bis achten Beispiele und beinhaltet ferner, dass das LED-Array eine erste LED und eine zweite LED umfasst, wobei die erste LED und die zweite LED UV-Licht mit unterschiedlichen Peak-Wellenlängen emittieren. Ein zehntes Beispiel für die Härtungsvorrichtung beinhaltet optional eines oder mehrere oder jedes der ersten bis neunten Beispiele und beinhaltet ferner, dass mindestens einer der ersten elliptischen Zylinderreflektoren und der zweiten elliptischen Zylinderreflektoren ein dichroitischer Reflektor ist.
  • In einer Ausführungsform umfasst ein photoreaktives System zum UV-Härten: eine Stromversorgung; ein Kühl-Teilsystem; ein lichtemittierendes Teilsystem, aufweisend: eine Kopplungsoptik mit einem ersten elliptischen Zylinderreflektor und einem zweiten elliptischen Zylinderreflektor, die sich einen gemeinsam angeordneten Brennpunkt teilen, wobei der zweite elliptische Zylinderreflektor in dem ersten elliptischen Zylinderreflektor eingehaust ist; ein Werkstück, das in einem Innenraum sowohl des ersten elliptischen Zylinderreflektors als auch des zweiten elliptischen Zylinderreflektors angeordnet ist; und eine UV-Lichtquelle, die im Wesentlichen in einem zweiten Brennpunkt des ersten elliptischen Zylinderreflektors angeordnet ist; und eine Steuerung, die in einem Speicher gespeicherte Anweisungen beinhaltet, die, wenn sie ausgeführt werden, die Steuerung veranlassen zum: Bestrahlen der UV-Lichtquelle mit UV-Licht, wobei das abgestrahlte UV-Licht von reflektierenden Oberflächen des ersten elliptischen Zylinderreflektors und reflektierenden Oberflächen des zweiten elliptischen Zylinderreflektors reflektiert wird, wobei das abgestrahlte UV-Licht, das von den reflektierenden Oberflächen des ersten elliptischen Zylinderreflektors reflektiert wird, durch eine Öffnung des zweiten elliptischen Zylinderreflektors reflektiert und auf das Werkstück gebündelt wird. In einem ersten Beispiel des photoreaktiven Systems für das UV-Härten umfasst die Steuerung ferner im Speicher gespeicherte Anweisungen, die bei ihrer Ausführung die Steuerung veranlassen zum: dynamischen Verändern der Stärke des abgestrahlten UV-Lichts. Ein zweites Beispiel für ein photoreaktives System zum UV-Härten schließt optional das erste Beispiel ein und beinhaltet ferner, dass das von den reflektierenden Oberflächen des ersten elliptischen Zylinderreflektors durch die Öffnung des zweiten elliptischen Zylinderreflektors reflektierte abgestrahlte UV-Licht und das von den reflektierenden Oberflächen des zweiten elliptischen Zylinderreflektors reflektierte abgestrahlte UV-Licht einen Strahl mit räumlich konstanter Stärke bilden, der das Werkstück umgibt.
  • In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren: Positionieren eines Werkstücks entlang einer Hauptachse eines ersten elliptischen Zylinderreflektors und einer koaxialen Hauptachse eines zweiten elliptischen Zylinderreflektors, wobei der zweite elliptische Zylinderreflektor innerhalb des ersten elliptischen Zylinderreflektors verschachtelt ist; Positionieren einer Lichtquelle innerhalb eines Innenraums des ersten elliptischen Zylinderreflektors und des zweiten elliptischen Zylinderreflektors, und Emittieren von Licht von der Lichtquelle, wobei das emittierte Licht von reflektierenden Oberflächen des zweiten elliptischen Zylinderreflektors und von reflektierenden Oberflächen des ersten elliptischen Zylinderreflektors durch eine Öffnung des zweiten elliptischen Zylinderreflektors auf das Werkstück reflektiert wird. In einem ersten Beispiel des Verfahrens umfasst das Verfahren ferner das Anordnen des Werkstücks in einem gemeinsam angeordneten Brennpunkt des ersten elliptischen Zylinderreflektors und des zweiten elliptischen Zylinderreflektors. Ein zweites Beispiel des Verfahrens umfasst optional das erste Beispiel und umfasst ferner, dass das emittierte Licht, das von den reflektierenden Oberflächen des zweiten elliptischen Zylinderreflektors durch die Öffnung des zweiten elliptischen Zylinderreflektors auf das Werkstück reflektiert wird, durch die Öffnung in eine erste Richtung zum ersten elliptischen Zylinderreflektor emittiert und in eine zweite Richtung zum Werkstück reflektiert wird. Ein drittes Beispiel für das Verfahren umfasst optional eines oder beide der ersten und zweiten Beispiele und umfasst ferner, dass das emittierte Licht von den reflektierenden Oberflächen des ersten elliptischen Zylinderreflektors einzeln reflektiert wird, bevor es das Werkstück erreicht. Ein viertes Beispiel für das Verfahren umfasst optional eines oder mehrere oder jedes der ersten bis dritten Beispiele und umfasst ferner, dass das emittierte Licht von den reflektierenden Oberflächen des zweiten elliptischen Zylinderreflektors mehrfach reflektiert wird, bevor es das Werkstück erreicht. Ein fünftes Beispiel des Verfahrens umfasst optional eines oder mehrere oder jedes der ersten bis vierten Beispiele und umfasst ferner, dass die Lichtquelle ein LED-Array aufweist, das eine erste LED und eine zweite LED beinhaltet, wobei Licht von der ersten LED mit einer ersten Peak-Wellenlänge und von der zweiten LED mit einer zweiten Peak-Wellenlänge emittiert wird.
  • Die 3, 5 und 7-10 zeigen beispielhafte Konfigurationen mit relativer Positionierung der verschiedenen Komponenten. Wenn diese Elemente in direktem Kontakt zueinander stehen oder direkt gekoppelt sind, können sie zumindest in einem Beispiel als direkt kontaktierend bzw. direkt gekoppelt bezeichnet werden. Gleichermaßen können Elemente, die nebeneinander oder benachbart zueinander gezeigt sind, mindestens in einem Beispiel jeweils nebeneinander oder benachbart zueinander sein. So können beispielsweise Komponenten, die in flächigem Kontakt zueinander liegen, als in flächigem Kontakt stehend bezeichnet werden. Als weiteres Beispiel können in mindestens einem Fall Elemente genannt werden, die voneinander getrennt sind und zwischen denen sich nur ein Zwischenraum befindet und die keine anderen Komponenten aufweisen. Als weiteres Beispiel können Elemente, die über/untereinander, auf gegenüberliegenden Seiten oder links/rechts voneinander gezeigt sind, als solche relativ zueinander bezeichnet werden. Wie in den Figuren gezeigt, kann in mindestens einem Beispiel ein oberstes Element oder ein oberster Punkt des Elements als „Oberseite“ der Komponente und ein unterstes Element oder ein unterster Punkt des Elements als „Unterseite“ der Komponente bezeichnet werden. Die hierin verwendeten Begriffe Oberseite/Unterseite, obere/untere, oben/unten können sich auf eine vertikale Achse der Figuren beziehen und zur Beschreibung des Positionierens von Elementen der Figuren zueinander verwendet werden. So sind in einem Beispiel Elemente, die über anderen Elementen angezeigt werden, vertikal über den anderen Elementen angeordnet. Als weiteres Beispiel können die Formen der in den Figuren dargestellten Elemente als solche bezeichnet werden (z. B. wie etwa kreisförmig, gerade, eben, gekrümmt, abgerundet, abgeschrägt, abgewinkelt oder dergleichen). Darüber hinaus können die gezeigten Elemente, die sich gegenseitig schneiden, in mindestens einem Beispiel als sich schneidende Elemente oder als einander schneidende Elemente bezeichnet werden. Darüber hinaus kann ein Element, das innerhalb eines anderen Elements oder außerhalb eines anderen Elements gezeigt wird, als solches bezeichnet werden.
  • Es wird angemerkt, dass die hierin beinhalteten beispielhaften Routinen zum Steuern und Schätzen mit verschiedenen Systemkonfigurationen verwendet werden können. Die hierin offenbarten Steuerungsverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert und vom Steuersystem, einschließlich der Steuerung, in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktuatoren und anderer Hardware ausgeführt werden. Die hierin beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere beliebige Verarbeitungsstrategien darstellen, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen. So können verschiedene dargestellte Aktionen, Vorgänge und/oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge, parallel oder in manchen Fällen auch ohne sie ausgeführt werden. Auch die Reihenfolge des Verarbeitens ist nicht unbedingt erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele zu erzielen, sondern dient lediglich der Veranschaulichung und Beschreibung. Eine oder mehrere der veranschaulichten Aktionen, Vorgänge und/oder Funktionen können je nach angewandter Strategie wiederholt ausgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Aktionen, Vorgänge und/oder Funktionen grafisch einen Code darstellen, der in den nichtflüchtig Speicher des computerlesbaren Speichermediums im Steuersystem zu programmieren ist, wobei die beschriebenen Aktionen durch Ausführen der Anweisungen in einem System ausgeführt werden, das die verschiedenen Hardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung beinhaltet.
  • Es versteht sich, dass die hierin offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhaft sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinne zu verstehen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist, sollen die Begriffe „erste/r“, „zweite/r“, „dritte/r“ und dergleichen keine Reihenfolge, Position, Menge oder Bedeutung bezeichnen, sondern dienen lediglich zur Unterscheidung der einzelnen Elemente. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Teilkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und andere hierin offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
  • Der Begriff „ungefähr“ bedeutet, sofern nicht anders angegeben, plus oder minus fünf Prozent des Bereichs.
  • Die folgenden Ansprüche weisen insbesondere auf bestimmte Kombinationen und Teilkombinationen hin, die als neu und nicht naheliegend angesehen werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sollen so verstanden werden, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer solcher Elemente beinhalten, wobei zwei oder mehr solcher Elemente weder erforderlich noch ausgeschlossen sind. Andere Kombinationen und Teilkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Einreichung neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche, ob sie weitreichender, beschränkter, gleich oder anders bezüglich des Schutzumfangs der ursprünglichen Ansprüche sind, werden ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet betrachtet.

Claims (15)

  1. Härtungsvorrichtung, aufweisend: einen größeren, ersten elliptischen Zylinderreflektor und einen kleineren, zweiten elliptischen Zylinderreflektor, wobei der zweite elliptische Zylinderreflektor im Innern des ersten elliptischen Zylinderreflektors verschachtelt ist und wobei der erste elliptische Zylinderreflektor und der zweite elliptische Zylinderreflektor so angeordnet sind, dass sie einen gemeinsam angeordneten ersten Brennpunkt aufweisen.
  2. Härtungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine Lichtquelle, die sich in einem zweiten Brennpunkt des ersten elliptischen Zylinderreflektors befindet, wobei das von der Lichtquelle emittierte Licht von dem zweiten elliptischen Zylinderreflektor zu dem gemeinsam angeordneten ersten Brennpunkt reflektiert und von dem ersten elliptischen Zylinderreflektor zu dem gemeinsam angeordneten ersten Brennpunkt zurückreflektiert wird, und wobei eine Gesamtheit des zweiten elliptischen Zylinderreflektors innerhalb des Inneren des ersten elliptischen Zylinderreflektors sitzt, wobei der gemeinsam angeordnete erste Brennpunkt an einer ersten Öffnung des zweiten elliptischen Zylinderreflektors zwischen einem geschlossenen Ende des ersten elliptischen Zylinderreflektors und einer gegenüberliegenden zweiten Öffnung des zweiten elliptischen Zylinderreflektors angeordnet ist.
  3. Härtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Länge des ersten elliptischen Zylinderreflektors entlang einer Hauptachse des ersten elliptischen Zylinderreflektors größer ist als eine Länge des zweiten elliptischen Zylinderreflektors entlang einer Hauptachse des zweiten elliptischen Zylinderreflektors, wobei die Hauptachse des ersten elliptischen Zylinderreflektors koaxial mit der Hauptachse des zweiten elliptischen Zylinderreflektors ist.
  4. Härtungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei eine Länge des ersten elliptischen Zylinderreflektors entlang einer Nebenachse des ersten elliptischen Zylinderreflektors größer ist als eine Länge des zweiten elliptischen Zylinderreflektors entlang einer Nebenachse des zweiten elliptischen Zylinderreflektors, wobei die Nebenachse des ersten elliptischen Zylinderreflektors koaxial mit der Nebenachse des zweiten elliptischen Zylinderreflektors ist.
  5. Härtungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei eine Differenz zwischen der Länge des ersten elliptischen Zylinderreflektors entlang der Hauptachse des ersten elliptischen Zylinderreflektors und der Länge des zweiten elliptischen Zylinderreflektors entlang der Hauptachse des zweiten elliptischen Zylinderreflektors gleich einer Differenz zwischen der Länge des ersten elliptischen Zylinderreflektors entlang der Nebenachse des ersten elliptischen Zylinderreflektors und der Länge des zweiten elliptischen Zylinderreflektors entlang der Nebenachse des zweiten elliptischen Zylinderreflektors ist.
  6. Härtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste elliptische Zylinderreflektor und der zweite elliptische Zylinderreflektor so konfiguriert sind, dass sie ein Werkstück aufnehmen, wobei der zweite elliptische Zylinderreflektor zwischen dem Werkstück und dem ersten elliptischen Zylinderreflektor angeordnet ist.
  7. Härtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei: reflektierende Oberflächen des ersten elliptischen Zylinderreflektors von reflektierenden Oberflächen des zweiten elliptischen Zylinderreflektors in einer Richtung entlang einer Nebenachse des ersten elliptischen Zylinderreflektors und einer Nebenachse des zweiten elliptischen Zylinderreflektors beabstandet sind; die Lichtquelle eine Stromquelle, eine Steuerung, ein Kühl-Teilsystem und ein lichtemittierendes Teilsystem umfasst, wobei das lichtemittierende Teilsystem eine Kopplungselektronik, eine Kopplungsoptik und mehrere Halbleitervorrichtungen beinhaltet; und ein Gehäuse der Lichtquelle Einlässe und Auslässe für das Fluid des Kühl-Teilsystems beinhaltet.
  8. Härtungsvorrichtung nach Anspruch 7, ferner aufweisend ein Quarzrohr, das axial um den gemeinsam angeordneten ersten Brennpunkt zentriert ist und das Werkstück im Inneren der Härtungsvorrichtung zwischen dem ersten elliptischen Zylinderreflektor und dem zweiten elliptischen Zylinderreflektor konzentrisch umgibt.
  9. Härtungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die mehreren Halbleitervorrichtungen der Lichtquelle ein LED-Array aufweisen.
  10. Härtungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei das LED-Array eine erste LED und eine zweite LED aufweist, wobei die erste LED und die zweite LED UV-Licht mit unterschiedlichen Peak-Wellenlängen emittieren.
  11. Härtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste elliptische Zylinderreflektor und/oder der zweite elliptische Zylinderreflektor ein dichroitischer Reflektor ist.
  12. Verfahren, umfassend: Positionieren eines Werkstücks entlang einer Hauptachse eines ersten elliptischen Zylinderreflektors und einer koaxialen Hauptachse eines zweiten elliptischen Zylinderreflektors, wobei der zweite elliptische Zylinderreflektor in den ersten elliptischen Zylinderreflektor verschachtelt ist; Positionieren einer Lichtquelle im Inneren des ersten elliptischen Zylinderreflektors und des zweiten elliptischen Zylinderreflektors, und Emittieren von Licht von der Lichtquelle, wobei das emittierte Licht von reflektierenden Oberflächen des zweiten elliptischen Zylinderreflektors und von reflektierenden Oberflächen des ersten elliptischen Zylinderreflektors durch eine Öffnung des zweiten elliptischen Zylinderreflektors auf das Werkstück reflektiert wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Werkstück in einem gemeinsam angeordneten Brennpunkt des ersten elliptischen Zylinderreflektors und des zweiten elliptischen Zylinderreflektors angeordnet ist.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das emittierte Licht, das von den reflektierenden Oberflächen des zweiten elliptischen Zylinderreflektors durch die Öffnung des zweiten elliptischen Zylinderreflektors auf das Werkstück reflektiert wird, durch die Öffnung in eine erste Richtung zum ersten elliptischen Zylinderreflektor emittiert und in eine zweite Richtung zum Werkstück reflektiert wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das emittierte Licht von den reflektierenden Oberflächen des ersten elliptischen Zylinderreflektors einzeln reflektiert wird, bevor es das Werkstück erreicht.
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