JP2015522835A - 組付けのための構成を備えた光学モジュール - Google Patents

Abstract

本発明は、光学モジュールであって、互いに反対側に位置する２つの表面（１ａ，１ｂ）と１つの縁部（１ｃ）とを有する、確定された形状の基板（１）と、両表面（１ａ，１ｂ）のうちの少なくとも１つの表面に、該表面を覆うように被着された層（２）と、を有しており、該層（２）は、透明なポリマ材料から成っていて、少なくとも１つの光学素子（３）を有しており、該光学素子（３）を用いて、基板（１）を起点として光学素子（３）を透過する光線が、屈折させられる光学モジュールにおいて、層（２）の組付け領域に、当該光学モジュールの組付け及び／又は調整のための構成（４，５）が設けられており、該構成は、材料均一にかつ層（２）と一体に構成されている。

Description

本発明は、光学モジュールであって、特に、互いに反対側に位置する２つの表面と１つの縁部とを有する、確定された形状の基板と、両表面のうちの少なくとも１つの表面に、該表面を覆うように被着された層と、を有しており、該層は、透明なポリマ材料から成っていて、少なくとも１つの光学素子を有しており、該光学素子を用いて、前記基板を起点として前記光学素子を透過する光線が、屈折させられる光学モジュールに関する。

国際公開第２０１２／０３１７０３号パンフレットには、チップ・オン・ボード・モジュール（Chip-On-Board-Module）の製造方法が記載されている。このチップ・オン・ボード・モジュールでは、基板が、複数のＬＥＤを備えたプレート状の担体を有しており、基板の表面には、開放式の注型用の型内で、光学系を形成する層が、該基板の表面を覆うように、設けられている。

本発明の課題は、広範な使用可能性を有する、光学モジュールを製造する方法を提供することである。

この課題を解決する本発明に係る光学モジュールは、互いに反対側に位置する２つの表面と１つの縁部とを有する、確定された形状の基板と、両表面のうちの少なくとも１つの表面に、該表面を覆うように被着された層と、を有しており、該層は、透明なポリマ材料から成っていて、少なくとも１つの光学素子を有しており、該光学素子を用いて、前記基板を起点として前記光学素子を透過する光線が、屈折させられるようになっており、前記層の縁部領域に、当該光学モジュールの組付け及び／又は調整のための構成が設けられており、該構成は、材料均一にかつ前記層と一体に構成されている。

本発明において光学モジュールというのは、アクティブに光を放射する又はパッシブに光束に確定されたように屈折によって影響を及ぼす、如何なる部材をも意味している。この場合屈折は少なくとも部分的に、透明な層に形成されている光学素子によって行われる。特に好適な態様では、光学素子は特にレンズ、例えば収束レンズ、拡散レンズ、円柱レンズ、フレネルレンズ又はこれに類したものであってよい。しかしながらまた他の態様では、屈折は光学素子によって、光の拡散、プリズムによる分光又はこれに類したことによっても行うことができる。内部に光学素子を形成されたポリマ層は、基板に直に配置された光学系を形成する。

モジュールの組付け及び／又は調整のための構成というのは、本発明では、例えば保持体における構造体のクランプによって、モジュールを固定するために直接的に役立つ、又はモジュールの位置決めのために直接的に役立つ、層の如何なるストラクチャリングを意味する。

多くの場合、基板はプレート状の構造体である。この構造体は、例えば方形、円形又は多角形の周囲を有することができる。このようなプレート状の構造体では、両方の表面は互いに平行に延びている。本発明の意味では、１つの表面が例えば被着されたＬＥＤ又は他のコンポーネントに基づいてある程度の凹凸を有する場合でも、平行な表面を備えたプレート状の構造体という。

本発明の一般的に好適な態様では、光学素子及び組付け及び／又は調整のための構成は、１つの注型工程において、基板への層の被着中に、材料均一に層と一体に形成される。１つの注型工程における光学素子を備えたこのような層の製造は、例えば国際公開第２０１２／０３１７０３号パンフレットに記載されている。本発明に係る追加的な構成は、この場合注型用の型の相応な変更によって得ることができる。この場合特に好適には、国際公開第２０１２／０３１７０３号パンフレットに記載されているように、注型は、開放式の注型用の型内への基板の浸漬によって行われる。

本発明の別の好適な態様では、層は、シリコーンから成っている。この場合シリコーンは特に、ＵＶ光線に対して高い耐性を有する高純度のシリコーンであってよい。高純度のシリコーンというのは、１パーミル未満、特に１０ｐｐｍの未満の不純物及び異物しか含有しないシリコーンのことを意味する。その中には、本発明の意味では高純度のシリコーンには含有されていない炭素も含まれる。

本発明の別の態様では、モジュールの組付け及び／又は調整のための構成は、層の表面を越えて突出する少なくとも１つの突出部を有していて、この場合光学モジュールのための保持装置のクランプジョーが、突出部に接触している。このような突出部は、簡単に良好な保持のために役立ち、この場合確定された支持面もしくは接触面が提供される。これによって正確な位置決めが達成され、さらに損傷を惹起しないクランプが可能になる。突出部の寸法設定は、硬度や弾性度のようなポリマ層の材料特性に適合させることができる。突出部は例えば突子、隆起又はこれに類したものであってよい。個々の構成の大きさは、モジュールが例えば１ｃｍ〜１００ｃｍの寸法の側部長さを有している場合、典型的には例えば１０μｍ〜約１ｍｍの範囲に達することができる。

突出部を介したモジュールのクランプ時に、突出部は確定されたようにクランプジョーによって押し潰されるか又は弾性的に押し込まれることができる。

上に述べた態様に対して択一的な又は補足的な態様では、組付け及び／又は調整のための構成は、調整方向において寸法通りに位置決めするストッパを有している。このような態様は特に、モジュールの位置決めされた取付け時に、層自体によって、確定された基準点が与えられている、ということを意味する。このことは好適に、各調整方向における三次元的な位置決めが光学素子の位置に対して確定されて行われる、ということをも意味する。この場合層に対する基板の位置決めは、その都度の使用によって確定されている比較的大きな許容誤差内にあってよい。

この場合好適な態様では、層による基板の縁部の被覆部が形成されており、この場合調整方向は少なくともほぼ、基板の表面に対して平行に延びている。このことは、放射方向に対して垂直に延びる空間方向における正確な位置決めを可能にし、この空間方向における光学素子の正確な位置は、しばしば特に重要である。調整方向におけるストッパの位置の精度は、好ましくは、調整方向における光学モジュールの長さの２０パーミル以下、特に好ましくは５パーミル以下である。ポリマ層の材料が比較的軟らかい場合には、正確な当接位置が層の圧縮によって劣化しないようにするために、組付け時における圧着力のコントロールに注意する必要がある。寸法通りのストッパと、特に開放式の注型用の型におけるモジュールの製造との組合せは、特に好適である。それというのは、このような注型用の型は、基準通りに高い精度で製造されるからである。相応に、正確に位置決めされたストッパのための型の形成も、注型用の型のデザインにおいて大きな手間もしくはコストを掛けることなく行うことができる。

本発明の択一的又は補足的な別の態様では、組付け及び／又は調整のための構成は、別の光学モジュールの構成との、少なくとも１つの方向における形状結合式（formschluessig）の引っ掛かりもしくは係合のために形成されている。このように構成されていると、１つの空間方向又は複数の空間方向において、複数のモジュールを互いに直に接合させることが可能になる。形状結合によって、少なくとも１つの空間方向における保持もしくは少なくとも相対的な位置決めが与えられている。例えば１つの長手方向において、互いに直に直列的に接触配置されたモジュールを位置決めする構成は、少なくとも横方向における相対的な滑りもしく外れを阻止するキー・溝形式を有している。しかしながらまた構成は、例えばジグソーパズルのピースと同様な構成を有するピン及び受容部のような、複数の空間方向における形状結合式の係合部を有することもできる。これによって必要に応じて、互いに直に隣接して位置する複数の光学モジュールを、直列に又は面状に位置決めして結合させることができる。これらの光学モジュールは、特にそれぞれ同じ構造を有することができる。

一般的に好適な態様では、層は、１０〜９０の範囲のショアＡ硬度、特に好ましくは５０〜７５の範囲のショアＡ硬度を有している。このような比較的低い硬度は、光学素子を形成する媒体として例えば高純度のシリコーンのような特別なポリマの使用を可能にする。好適な硬度範囲は、必要な場合に層の構成による十分に正確な位置決め及び／又は保持を保証するのに、十分である。例えば本発明に係る突出部におけるクランプ式の保持では、前記硬度範囲において、突出部の十分な弾性変形を得ることができる。そして全体として、当接、振動及び／又は例えば熱膨張に基づく機械的な応力に対する良好な固定が達成される。

本発明の別の可能な態様では、基板は、１つの担体と該担体に配置された少なくとも１つのＬＥＤとを備えた、チップ・オン・ボード・モジュールを含む。このようなモジュールは、例えば国際公開第２０１２／０３１７０３号パンフレットに記載されている。

好ましくは、ＬＥＤから放射された光の少なくとも５０％が、４７０ｎｍよりも短い波長範囲にある。このことは、照明を少なくとも大部分ＵＶ照射器として設計することを可能にする。本発明に係る特徴のさらなる組合せによって、ＵＶ照射器を、例えば印刷機のような技術的な装置にフレキシブルに取り付けることができる。

択一的な態様では、ＬＥＤから放射された光の少なくとも５０％が、７８０ｎｍよりも長い波長範囲にある。この態様は、照明を少なくとも大部分ＩＲ照射器として設計することを可能にする。本発明に係る特徴の別の組合せによって、ＩＲ照射器は、例えば印刷機のような技術的な装置にフレキシブルに取り付けることができる。

別の態様では、基板は、光透過性又は光反射性の担体を含んでいて、この担体及び層によって全体として、光線の所望の屈折を得るための光学系が形成されている。このような光学系は、好ましくは、国際公開第２０１２／０３１７０３号パンフレットに記載された方法におけるように製造され、この場合チップ・オン・ボード・モジュールは、光透過性又は反射性の、つまり光学的に有効な担体と交換されている。この担体は、互いに反対側に位置する２つの側において、ポリマ層及び光学素子によって被覆されている。必要に応じて層はそれぞれ、本発明に係る構成を有することができる。担体のための簡単な例は、ポリマ層を用いて例えばレンズのような単数又は複数の光学素子が被着されているガラスプレートである。

本発明の課題はさらに、本発明に係る光学モジュールを備えた照明を有する、コーティングを乾燥させる装置によって解決される。本発明に係るモジュールは、このような照明もしくは装置のために特に良好に適している。それというのは、高い放射力と、フレキシブルでかつ特にコンパクトな構造形態とが組み合わせられるからである。

この場合好適な態様では、乾燥させられるコーティングを備えた面状の基板と、照明とが、搬送方向において相対的に可動であり、照明は横方向において少なくとも部分的に、基板の幅にわたって延在していて、確定された間隔をおいて前記基板の上方に配置されている。この態様は、複数の軌道における基板面のラスタ状の移動をも意味することができる。基板は例えば、印刷機においてプリントされたラッカ又は他の物質でコーティングされる印刷物であってよい。

本発明の課題はさらに、特に印刷法におけるコーティングを乾燥させるための、本発明に係る光学モジュールの使用によって解決される。

本発明のその他の利点及び特徴は、以下に説明する実施の形態及び従属請求項に記載されている。

次に、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を説明する。

保持部に挿入される途中における、本発明に係る光学素子を示す図である。 図１に示した光学素子を、クランプジョーの間で固定された位置において示す図である。

図１に示した光学エレメントは、プレート状の基板、つまり平行な２つの表面１ａ，１ｂを備えた担体を有している。この担体は、本実施形態では、長方形に成形された縁部１ｃを有している。略示されたこの担体１は、ＬＥＤモジュールであり、国際公開第２０１２／０３１７０３号パンフレットに記載されたモジュールによる、ラスタに配置された複数のＬＥＤを備えている。このようなモジュールは、チップ・オン・ボード・モジュール（Chip-On-Board-Module）とも呼ばれ、ＬＥＤの他に、接続ライン及び場合によっては、ＬＥＤを制御するための別の電子素子をも含む。

担体１は、ＵＶ透過性でかつ耐ＵＶ性の高純度のシリコーンから成る層２を備えている。この層２は、表面のうちの１つの表面１ａを覆っている。ＬＥＤは表面１ａに配置されているので、この表面１ａはほぼ平らに形成されているだけである。しかしながら本発明では、両方の表面１ａ，１ｂは互いに平行と見なされる。

層２は、材料均一に一様に形成されていて、複数の成形部３を有しており、これらの成形部３は、光学素子として、本実施形態では平凸の収束レンズとして形成されている。これらの収束レンズは、それぞれＬＥＤ（図示せず）の上に位置していて、ＬＥＤから放射された光を収束させること、つまり光の可能な限り大きな開放角を伝えることができるようになっている。

層２は、プレート状の担体１の縁部１ｃをも覆っているので、モジュールの縁部側の外面４は、層２によって形成される。これらの外面４によって同時に、正確に位置決めされたストッパが形成されており、これらのストッパは、少なくとも横方向におけるモジュールの調整のための構成を可能にする。横方向は、図１の図平面の水平方向に延びている。横方向におけるストッパもしくは面４の位置決めは、横方向におけるモジュールの直径の１０パーミルよりも小さな値に正確に設定されている。この精度は特に、光学素子３の位置に対するストッパ４の位置に対して通用する。

これによりストッパ４によって、本発明における調整及び／又は組付けのための構成が形成されている。

調整及び／又は組付けのための本発明に係る別の構成は、突出部５によって形成され、これらの突出部５は、高さ方向において層２の表面を越えて突出している。突出部５は、縁部１ｃの領域において担体１の表面１ａの上方に設けられている。これらの突出部は、要求に応じて、複数の個々の突子又はウェブを有している。

本実施形態では両成形部４，５は、担体１の縁部１ｃの近傍に設けられた組付け領域に設けられている。しかしながらまた他の実施形態では組付け領域は、他の形で、例えば中央孔又はこれに類したものの周囲に配置されていてもよい。

光学モジュールは、本実施形態では、上側のクランプジョー６と下側のクランプジョー７とを用いてクランプによって装置に保持される。この場合上側のクランプジョー６は、層２の露出した平らな表面を直に押圧するのではなく、突出部５だけを押圧する。これによって確定された保持部が得られ、このような保持部は、例えば熱膨張によって生ぜしめられる機械的な応力を良好に補償することができる。

一方のクランプジョー６は、本実施形態では、モジュールの取付け位置もしくは正確な方向付けを確定し、その結果対応するストッパ面４は、クランプジョー６もしくは保持部の相応の成形部に接触している。

下側のクランプジョー７は、担体１の下側表面１ｂに接触している。しかしながらまた他の実施形態では、担体１の下側表面１ｂが層２によって被覆されていてもよく、またこの下側にも本発明による構成が設けられていてよい。

図２に示す組み立てられた状態において、クランプジョー６，７は互いに接触していて、ねじ８によって固定されている。クランプジョー６，７の間における、モジュールが収容されている固定間隙９は、その幅が予め設定されており、固定部材の過度の引き締めによってモジュール１が損傷しないようになっている。

層２は本実施形態では、約５０のショアＡ硬度を有するシリコーンから成っている。これは比較的な軟らかい材料であるので、突出部を介して行われるクランプは特に有効である。それというのは、これによって層２及び／又は光学素子３の比較的大きな弾性変形が回避されるからである。

担体１の上に層２を備えたモジュールの製造は、ほぼ国際公開第２０１２／０３１７０３号パンフレットに記載されているように、シリコーン出発材料を満たされた開放式の注型用の型内に担体を浸漬することによって行われる。この出発材料は、１０００ｍＰａ・ｓ未満、好ましくは１００ｍＰａ・ｓ未満の粘度を有する低粘性である。追加的に本発明による構成は、注型用の型における調整及び／又は組付けのために設けられている。

図示されていない別の実施形態では、担体１の両側に、特に上に述べたのと同じ方法を用いてコーティングを行うことができる。特にこの場合基板は、例えばガラス板として透明に形成されていてよい。

Claims (15)

1. 光学モジュールであって、
   互いに反対側に位置する２つの表面（１ａ，１ｂ）と１つの縁部（１ｃ）とを有する、確定された形状の基板（１）と、
   前記両表面（１ａ，１ｂ）のうちの少なくとも１つの表面に、該表面を覆うように被着された層（２）と、を有しており、
   該層（２）は、透明なポリマ材料から成っていて、少なくとも１つの光学素子（３）を有しており、該光学素子（３）を用いて、前記基板（１）を起点として前記光学素子（３）を透過する光線が、屈折させられる光学モジュールにおいて、
   前記層（２）の組付け領域に、当該光学モジュールの組付け及び／又は調整のための構成（４，５）が設けられており、該構成は、材料均一にかつ前記層（２）と一体に構成されていることを特徴とする、光学モジュール。
2. 前記光学素子（３）及び組付け及び／又は調整のための前記構成（４，５）は、１つの注型工程において、前記基板（１）への前記層（２）の被着中に、材料均一に前記層（２）と一体に形成される、請求項１記載の光学モジュール。
3. 前記注型工程は、開放式の注型用の型内への基板（１）の浸漬を含む、請求項２記載の光学モジュール。
4. 前記層（２）は、シリコーンから成っている、請求項２又は３記載の光学モジュール。
5. 組付け及び／又は調整のための前記構成（４，５）は、前記層（２）の表面を越えて突出する少なくとも１つの突出部（５）を有していて、当該光学モジュールのための保持装置のクランプジョー（６，８）が、前記突出部（５）に接触している、請求項１から４までのいずれか１項記載の光学モジュール。
6. 組付け及び／又は調整のための前記構成（４，５）は、調整方向において寸法通りに位置決めするストッパ（４）を有している、請求項１から５までのいずれか１項記載の光学モジュール。
7. 前記ストッパ（４）は、前記層（２）による前記基板（１）の前記縁部（１ｃ）の被覆部に形成されており、前記調整方向は、前記基板（１）の表面に対して少なくともほぼ平行に延びている、請求項６記載の光学モジュール。
8. 前記調整方向における前記ストッパ（４）の位置の精度は、調整方向における光学モジュールの長さの２０パーミル以下である、請求項６又は７項記載の光学モジュール。
9. 組付け及び／又は調整のための前記構成は、別の光学モジュールの構成との、少なくとも１つの方向における形状結合式の係合のために形成されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の光学モジュール。
10. 前記層は、１０〜９０の範囲のショアＡ硬度を有している、請求項１から９までのいずれか１項記載の光学モジュール。
11. 前記基板は、１つの担体（１）と該担体に配置された少なくとも１つのＬＥＤとを備えた、チップ・オン・ボード・モジュールを含む、請求項１から１０までのいずれか１項記載の光学モジュール。
12. 前記基板は、光透過性又は光反射性の担体（１）を含んでいて、前記担体（１）及び前記層（２）によって全体として、光線の所望の屈折を得るための光学系が形成されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の光学モジュール。
13. 請求項１から１２までのいずれか１項記載の光学モジュールを備えた照明を有する、コーティングを乾燥させる装置。
14. 乾燥させられるコーティングを備えた面状の基板と、照明とが、搬送方向において相対的に可動であり、照明は横方向において少なくとも部分的に、前記基板の幅にわたって延在していて、確定された間隔をおいて前記基板の上方に配置されている、請求項１３記載の装置。
15. 特に印刷法におけるコーティングを乾燥させるための、請求項１から１４までのいずれか１項記載の光学モジュールの使用。

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