JP2019514212A - 幅狭の放射線の放射およびそれによる硬化のための方法およびシステム - Google Patents

幅狭の放射線の放射およびそれによる硬化のための方法およびシステム Download PDF

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Abstract

エッジ硬化デバイスは、ハウジング内の縦断面に対称的に整列された、円柱レンズと、直線アレイの発光素子と、開口とを含む。円柱レンズは、直線アレイの発光素子と、開口との間に位置される。開口は、円柱レンズの長さにわたり、円柱レンズの放射面に隣接して直接位置される。直線アレイの発光素子から放射され、円柱レンズを通過する光は、放射面から放射され、縦断面上のビーム幅内に開口によって集束される。【選択図】図５Ａ

Description

関連出願
本出願は、２０１６年４月１５日に出願された、「狭幅の放射線の放射およびそれによる硬化のための方法およびシステム」と題された米国仮特許出願第６２／３２３，４７４号の優先権を主張する。その出願の全ての内容はここに挿入される。
現代のディスプレイのようなデバイスの製造は、光活性接着剤を用いて、ガラスおよび他の材料の層を一緒に硬化させて、ディスプレイスタックを形成する。光活性接着剤の硬化は、「領域」硬化としてデバイスのフロントおよび「エッジ」硬化としてデバイスのサイドの両方で、従来のＬＥＤデバイスを用いて実行される。エッジ硬化プロセスのキーは、ターゲット領域外の敏感な材料の「過剰硬化」を避けるために、狭いターゲットビーム幅線に対して十分高い放射照度を放射することである。例示的なターゲット領域は、１０ｍｍの動作距離で３ｍｍ未満の所望の線幅を有する。
チルダーズ（米国特許第９，１０１，７７７号）は、円柱レンズと整列し、円柱レンズを介して光を放射する直線アレイの発光素子を有する光源を開示する。円柱レンズは、直線アレイの横方向の軸における光の角度広がりを低減する。
本発明者らは、上記アプローチによる潜在的な問題を認識した。すなわち、従来のＬＥＤデバイスは、ランバートエミッタであり、あらゆる方向の角度容量（angular content）で、広いターゲット領域にわたって放射線（radiation）を放射する。従来のＬＥＤバイスから放射された光は、ＬＥＤの近位の小さな距離内で、幅狭のターゲット領域を越えて横方向（widthwise direction）に迅速に広がる。また、ランバートエミッタから放射された光を円柱レンズを通過させることは、発光された光の横方向の分散を低減し、集束を支援する。しかし、円柱レンズから発せられた光は、狭いビーム幅のターゲットの境界を越えて発散する。したがって、高感度なワークピースのターゲット領域を超える過剰硬化は、実質的に低減されない。
上記課題を少なくとも部分的に解決する１つのアプローチは、円柱レンズと、直線アレイの発光素子と、開口（aperture）とを含むエッジ硬化デバイスを含む。それらは、ハウジング内の縦断面（longitudinal plane）に対称的に整列されている。円柱レンズは、直線アレイの発光素子と、開口との間に配置されている。開口は、円柱レンズの長さに及んで、円柱レンズの放射面に隣接して直接配置されている。直線アレイの発光素子から放射され、円柱レンズを通過する光は、放射面から放射され、縦断面に集中されたビーム幅内に開口によって集束される。
別の実施形態では、ワークピースをエッジ硬化させる方法は、縦断面上で、直線アレイの発光素子と、円柱レンズと、開口とのそれぞれを長手方向軸に整列させる工程と、円柱レンズの入射面で直線アレイの発光素子から光を受け取る工程と、円柱レンズの放射面に隣接して開口を直接配置する工程と、を有する。入射面で受光された光は、円柱レンズによってコリメートされ、放射面で放射される。前記方法はまた、放射面からの動作距離において、縦断面に沿って配置されたワークピース上に、縦断面に集中されたビーム幅内に、開口によって放射された光を収束する工程を有する。
別の実施形態では、エッジ硬化システムは、ハウジングを含む。そのハウジングは、直線アレイの発光素子と、円柱レンズと、ハウジング中に取り付けられた円柱レンズとを含む。円柱レンズは、直線アレイの発光素子と開口との間に位置される。直線アレイの発光素子と、開口と、円柱レンズとの各々の長さは、縦断面に対称的に整列されている。開口は、円柱レンズの長さと、発光素子の長さとに及び、円柱レンズの放射面に隣接して直接配置されている。直線アレイの発光素子から放射され、円柱レンズを通過した光は、放射面から放射され、縦断面に中心を置くビーム幅内に、開口によって収束される。
このようにして、幅狭の領域の外側のワークピースの過剰硬化を低減しつつ、狭いビーム幅のターゲット領域を含むワークピースをエッジ硬化するための、狭いビーム幅の放射強度を放射する技術的結果が成し遂げられる。さらに、いくつかの実施形態において、開口は、ハウジングに着脱可能に取り付けられる。それにより、既存の照明装置を容易に改造することができる。また、開口をハウジングに着脱可能に取り付けることによって、エッジ硬化デバイスの開口のサイズを調整することができ、さまざまなエッジ硬化の用途に、より柔軟に対応できるエッジ硬化デバイスを作成することができる。
上記の概要は、詳細な説明でさらに説明される概念の選択を簡略化した形で導入するために提供されることを理解されたい。クレームされた主題の重要なまたは本質的な特徴を特定することを意味するものではなく、その範囲は、詳細な説明に続く特許請求の範囲によって一義的に定義される。さらに、特許請求の範囲に記載の主題は、上記の欠点または本開示の任意の部分を解決する形態に限定されない。
図１Ａは、直線アレイの発光素子から放射される近ランバート放射光スペクトルの例を示す。
図１Ｂは、図１の発光スペクトルの横断面における照射スペクトルを示す。
図２は、規則的な間隔で離間した発光素子の直線アレイの一例の概略図である。
図３は、図２の、規則的な間隔で離間した直線アレイの発光素子の放射照度スペクトルを示す概略図である。
図４は、図１の直線アレイの発光素子からの発光スペクトルの側断面図である。
図５Ａは、図６および図１０Ａ〜１０Ｄのエッジ硬化デバイスからの発光スペクトルの一例を示す。
図５Ｂは、図５Ａの発光スペクトルの横断面における放射照度スペクトルを示す。
図６は、エッジ硬化デバイスの概略図である。
図７は、エッジ硬化システムを含む照明システムの一例を示す概略図である。
図８は、図６および図１０Ａ〜１０Ｄのエッジ硬化デバイスのビームサイズと、開口幅との間の関係を示す例示的なプロットである。 図９は、図６および図１０Ａ〜１０Ｄのエッジ硬化デバイスの放射照度と、開口幅との間の関係を示す例示的なプロットである。
図１０Ａは、エッジ硬化デバイスの正面図を示す。 図１０Ｂは、エッジ硬化デバイスの上面図を示す。 図１０Ｃは、エッジ硬化デバイスの側面図を示す。 図１０Ｄは、エッジ硬化デバイスの断面図を示す。
図１１Ａは、一体化開口を有さないエッジ硬化デバイスの発光スペクトルを示す。 図１１Ｂは、一体化開口を有するエッジ硬化デバイスの発光スペクトルを示す。
図１２は、ワークピースをエッジ硬化させる例示的な方法のフローチャートを示す。
図１３は、図６の２つのエッジ硬化デバイスの端部と端部とを直列に配置した例示的な概略図である。
本明細書は、エッジ硬化デバイス、エッジ硬化システム、および、エッジ硬化デバイスおよび／またはシステムから動作距離（working distance）に配置されたワークピースに、狭いビーム幅の光を放射する方法に関する。従来の放射線および硬化システムでは、光源から放射された光を、広いターゲット領域にわたってワークピース上に放射する。円柱レンズカップリング光学系と、一体化開口とを含むことによって、直線アレイの発光素子からの放射線を、幅狭のターゲットビーム幅に向け直して、集束させることができる。それにより、幅狭のターゲット領域内の硬化を有利に増大させ、狭いビーム幅のターゲット領域の外側の領域のワークピースの過剰硬化を低減することができる。
図１Ａおよび図１Ｂに示される従来のＬＥＤ照明システムは、ブロードのランベルトスペクトルの放射線を放射する。例えば、図２に示されるような発光素子の直線アレイを有する発光デバイスは、図３に示されるブロードの発光スペクトルを有する。直線アレイの発光素子の放射線放射スペクトルの断面が図４に示される。直線アレイの発光素子と、ターゲットワークピースとの間に一体化開口と円柱レンズとを配置することによって、直線アレイの発光素子からの放射線を、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、幅狭のターゲット領域に向け直し（redirected）、集束させることができる。エッジ硬化デバイスの一例は、図６に示される。そのデバイスは、狭いビーム幅の放射線放射のための一体化開口と、円柱レンズとを含む。エッジ硬化デバイスは、図１３に示されるように、端部から端部まで直列に配置され、エッジ加重直線アレイの発光素子を含む。図７は、図６のエッジ硬化デバイスを含むエッジ硬化システムの一例を示す概略図である。エッジ硬化システムのターゲットビーム幅および放射照度は、図８、９の例示的なプロットによって示されるように、開口および／または円柱レンズのサイズを変更することによって調整される。例示的なエッジ硬化システムの種々の概略図が図１０Ａ〜１０Ｄに示される。図１１Ａは、円柱レンズの放射面に配置された開口を有さない、円柱レンズを含むエッジ硬化システムからの発光スペクトルを示している。また、図１１Ｂは、円柱レンズの放射面に配置された開口を有する、円柱レンズを含むエッジ硬化システムからの発光スペクトルを示している。最後に、ワークピースをエッジ硬化する方法のフローチャートは、図１２に示されている。
図１Ａに戻って、図１Ａは、ＬＥＤ型発光素子のアレイのような、近ランベルト光源１０２用の発光スペクトル１００を示す。図１Ａでは、光源１０２は、ｚ軸（軸１０１）に平行な中心軸１０４を中心軸に対称的に配置されている。中心軸１０４は、ｘ軸方向に、中心軸１０４を通り、ｙ−ｚ平面に直交して向けられた長尺平面を規定する。光源１０２は、直線アレイの発光素子１２０と、ハウジング１１０と、カバーガラス１４０とを含む。発光スペクトルは、近ランベルト光源から発する光の角度の広がりが広く、０スキャン角と一致した中心軸１０４の周りに対称的に分散されていることを示す。直線アレイのＬＥＤを有する標準的なＬＥＤ光源は、全ての方向の角度容量（angular content）を有するランバート放射線を放射する。カバーガラス１４０（例えば、ｚ方向の厚さ）の寸法に応じて、放射される放射線は、光源から（ｚ方向に沿って）非常に短い距離にわたってｙ方向に広く広がる。例えば、図１Ａの発光スペクトルは、ガラス表面の放射面１４４でさえ、（ｚ方向に）短い距離にわたって、非常に速くｙ方向に広がる。その短い距離は、３ｍｍのターゲットよりもはるかに大きい断面を包含する。発光スペクトルは、点線１０８によって示されるように、＋６０度と、−６０度との間の放射角（１０６）内に主に放射される。輻射強度（irradiance intensity）は、放射面１４４に近接した部位で最も高い（青色）。そして、輻射強度は、動作距離が放射面１４４から遠ざかるにつれて減少する。これは、一定の放射照度１３２、１３４、１３６および１３８の線によって示され、緑色から黄色から赤色に変化する発光スペクトルによって示される。グレースケールに変換されたとき、青色は最も暗い灰色である。それは、明るい灰色に移行し、次いで赤色に対応する暗い灰色に再び戻る。
図１Ｂに戻って、図１Ｂは、図１Ａの発光スペクトルのｙ−ｚ面に平行な断面の輻射強度を示す。ｙ座標の値０は、中心軸１０４のｙ座標に対応する。放射線は、ｙ軸に沿って−２０ｍｍから＋２０ｍｍの幅４０ｍｍの広いターゲット領域にわたって、ランバート発光デバイスによって放射される。また、半値全幅（ＦＷＨＭ）放射照度は、矢印１９２で示すように、約２５ｍｍである。明らかに、標準ランベルト放射スペクトルを有するＬＥＤ照明システムは、狭いターゲットビーム幅を超えて光を放射し、幅狭のターゲット領域の外側のワークピースの領域を実質的に過剰硬化する。
図２は、高アスペクト比の発光素子の直線アレイ２００の一例の簡単な概略図を示す。一例では、発光素子は、ランベルト発光素子を含む。図２に示されるように、高アスペクト比の直線アレイ２００は、規則的な間隔の３６ｍｍの直線アレイの１０個の発光素子２２０を含む。規則的な間隔は、各発光素子間の間隔２４０が同じであることを意味する。発光素子は、基板２１０（例えば、プリント基板（ＰＣＢ））上に設けられている。直線アレイの発光素子に加えて、高アスペクト比のアレイは、発光素子の二次元アレイも含む。高アスペクト比の２次元アレイは、１次元の発光素子の第１の数と、２次元の発光素子の第２の数とを含む。第１の数は、第２の数よりも、少なくともかなり大きい。例えば、２×８の２次元アレイの発光素子は、高アスペクト比アレイと考えられる。
図３は、図２の発光素子の規則的な間隔で離間した直線アレイからｚ方向に６ｍｍ離れて位置された固定ｘ-ｙ平面における放射スペクトルのプロット３００を示す。プロット３００の放射スペクトルは、Ｚｅｍａｘのような光学シミュレーションプログラムを用いて生成される。曲線３１０、３２０、３３０、３４０、３５０、３６０は、それぞれ、１．８０、１．６５、１．３０、０．９０、０．４０、０．２０Ｗ／ｃｍ２の９０°放射角に直交して配向された光源から６ｍｍ離れた面で、一定の放射照度の直線に近似する。図３は、幅方向のｙ軸および長さ方向のｘ軸で、直線状に規則的に離間したアレイから放出された光の角度広がりを示す。規則的に離間したアレイからの放射は、スペクトルの中心からｘ方向およびｙ方向の両方の周辺に向かって、強度が減少した２次元スペクトルにわたって変化する。図３の放射スペクトルに示されるように、光の分散は、主発光軸３０４の周りに広く分散されている。ｙ方向に発光された光の分散は、境界を超える。そのことは、エッジ硬化用途の狭いターゲットビーム幅と呼ばれている。したがって、高アスペクト比の直線アレイの発光素子は、カップリング光学系（例えば、円柱レンズおよび一体化開口）がない場合、狭いターゲットビーム幅によって照射されるエッジの外側の領域に位置するワークピースの感応領域を過剰硬化させる。
図４は、高アスペクト比の（例えば、直線）アレイの発光素子の長手方向ｘ軸に沿った断面図を示す概略図である。図２において、上述された高アスペクト比のアレイ２００と同様に、発光素子は、主発光軸４５０の周りに近ランベルトのプロファイルを有する光を放射する。図４は、光源１０２から放射された光の輻射強度スペクトルの光線４７０をさらに示す。輻射強度は、一定の輻射強度の曲線４２０、４３０、４４０によって示されるように、光源１０２から近い距離に最も集中しており、光源１０２から遠い距離に素早く分散する。光線４７０は、主発光軸４５０の両側に対称的に延びている。
図５Ａおよび図５Ｂを参照すると、図５Ａは、エッジ硬化デバイス５０２の集束発光スペクトル５００の例を示す。図５Ｂは、集束発光スペクトル５００の断面（ｙ−ｚ平面に平行）の放射スペクトル５９０の例を示す。エッジ硬化デバイス５０２は、ハウジング５１０と、直線アレイの発光素子５２０と、円柱レンズ５４０と、一体化開口５５０とを含む。直線アレイの発光素子は、アレイの発光素子と、円柱レンズとの間に介挿された光透過性窓５１８を含む。直線アレイの発光素子５２０と、円柱レンズ５４０と、一体化開口５５０のそれぞれは、中心軸１０４を中心として横方向（ｙ軸に平行）にあり、中心軸１０４を通り、ｘ軸に平行な方向に延びる縦断面に関して平行かつ対称的に長手方向に整列されている。一体化開口５５０は、円柱レンズ５４０の放射面５４４の平面に直接隣接して配置される。そして、（ｙ方向の）開口の幅は、円柱レンズ５６０の直径より小さい。さらに、一体化開口５５０の長さは、円柱レンズ５４０の長さと、発光素子５２０の直線アレイの長さとに及ぶ。一体化開口５５０は、ハウジング５１０と一体化されている。その結果、一体化開口５５０は、ハウジング５１０内に円柱レンズ５４０を配置し、ハウジング５１０を組み立てることによって、放射面５４４に形成され、位置決めされる。円柱レンズ５４０は、直線アレイの発光素子５２０と、ｚ軸に沿って（軸５０１を参照）、直線アレイの発光素子５２０から離れた距離に位置するターゲットワークピースとの間に配置される。例えば、ワークピースは、中心軸１０４を中心として、エッジ硬化デバイス５０２から離れた動作距離に配置される。さらに、直線アレイの発光素子５２０は、直線アレイの発光素子５２０と、円柱レンズの入射面との間の距離５３０が円柱レンズの背面焦点距離（ＢＦＬ）と同等であるように、位置される。ＢＦＬは、ＢＦＬ＝（２−Ｎ）×Ｒ／２×（Ｎ―１）の関係から計算される。ここで、Ｎは円柱レンズの屈折率であり、Ｒは円柱レンズの半径である。このように、直線アレイの発光素子５２０から放射された実質的に全ての放射線は、円柱レンズの入射面５４２に向けられる。入射面５４２は、窓５１８に接触する円柱レンズ５４０の外部表面領域を含む。円柱レンズ５４０に直面する窓５１８の表面は、円柱レンズ５４０をぴったりと取り付けられるように形成されている。その結果、円柱レンズ５４０がぴったりとそこに取り付けられ、ハウジング５１０に搭載されたとき、円柱レンズ５４０は、上述のように、直線アレイの発光素子５２０および中心軸１０４に対して位置決めされる。
円柱レンズ５４０の断面は、直線アレイの発光素子５２０の中心軸１０４を含む。その結果、直線アレイの発光素子５２０から円柱レンズ５４０の入射面５４２に入射する放射線は、円柱レンズ５４０内で屈折され、コリメートされ、放射面５４４に位置された放射面から一体化開口５５０に向けられる。一体化開口５５０は、一体化開口５５０を通過する放射線がターゲットワークピースの幅狭領域に集束されるように、円柱レンズ５４０と、ターゲットワークピースとの間に配置され、中心軸１０４の周りに集中されている。円柱レンズの長さ（例えば、図５のページ内のｘ方向）は、発光素子５２０の直線アレイの長さに及ぶ。円柱レンズは、ハウジングの境界面５６０で、入射放射線を吸収および／または反射し分光する。これは、一体化開口５５０に向かって放射線を屈折させることを含む。境界面５６０は、ハウジング５１０の内面を含む。このハウジング５１０の内面は、円柱レンズ５４０の外部に隣接して直接位置される、または、当該外部と接触する。境界面５６０は、一体化開口５５０によって露出されたままである円柱レンズ５４０の外面の部分と、（例えば、直線アレイの発光素子５２０から円柱レンズ５４０に放射された入射光の経路における）窓５１８と接触している円柱レンズ５４０の外面の部分とを除く。境界面５６０は、反射性材料（反射性コーティングを含む）を含む。これは、入射光を円柱レンズ５４０に向け直す（一体化開口５５０に向かって光を向け直すことを含む）。境界面５６０は、吸収性材料（吸収性コーティングを含む）をさらに含む。これは、入射光または放射線を吸収する。境界面５６０から円柱レンズ５４０に入射光を向け直すことは、ハウジング内の熱の蓄積を低減するのに役立つ。しかし、それは、エッジ硬化デバイス５０２から発光される迷光の量を増加させる。境界面５６０から向き直された入射光は、それが発光されたビーム幅の境界５０８内に入る位置に向けられないので、迷光とみなされる。逆に、境界面５６０で入射光を吸収することは、エッジ硬化デバイス５０２から放射される迷光の量を減少させる。しかし、それは、エッジ硬化デバイスの熱負荷を増加させる。熱負荷を消散させるために、追加の熱管理デバイスおよび構造物（例えば、ファンや冷却フィン）は、エッジ硬化デバイス５０２に取り付けられてもよい。
図５に示すように、エッジ硬化デバイス５０２（円柱レンズおよび一体化開口を含む）からの発光スペクトル５００は、円柱レンズ５４０および一体化開口５５０の両方が存在しない場合、図１Ａの光源１０２の発光スペクトル１００に対して、（ｚ方向に）より大きな動作距離で、（ｙ方向に）狭いビーム幅にわたってより一層集束される。特に、発光スペクトル５００は、ビーム幅境界５０８によって示されるように、中心軸１０４に中心を置く狭い放射角内に主に放射される。発光スペクトルの輻射強度は、一定の放射照度５２１、５２２、５２４、５２６、５２７の線によって示されるように、開口５５０および放射面５４４に隣接して配置され、集中された領域（青色）において最も高い。そして、その輻射強度は、放射面５４４からより長い動作距離で減少する（緑色から黄色から橙色から赤色）。
図５Ｂは、ｙ座標軸に沿って、図５Ａの発光スペクトルの断面の輻射強度（irradiance intensity）を示す。ｙ座標値０は、中心軸１０４のｙ座標に対応する。放射線は、ｙ軸に沿って、−２ｍｍから＋２ｍｍまでの幅８ｍｍの集束されたターゲット領域にわたって、エッジ硬化デバイス５０２によって放射される。したがって、円柱レンズ５４０および一体化開口５５０を含めることによって、エッジ硬化デバイス５０２は、幅狭のターゲット領域の外側で過剰の硬化および放射照度を減少させながら、（ｚ軸に沿って）離れた距離に位置されたワークピースの幅狭のターゲット領域を硬化させることができる集束発光スペクトルを達成することができる。さらに、半値全幅（ＦＷＨＭ）放射照度は、矢印５９２で示されるように約２．５ｍｍであり、ＦＷＨＭビーム内で、輻射強度はほぼ７．０でピークに達する。これに対し、光源１０２は、２５ｍｍのＦＷＨＭビームおよび３．０の輻射強度ピークのみを達成する。明らかに、円柱レンズ５４０および一体化開口５５０を組み込んだエッジ硬化デバイス５０２は、より高く集束されたビーム幅を達成することができる。そのビーム幅は、エッジ硬化の用途に関連するより狭いターゲットビーム幅をより容易に実現することができる。それにより、幅狭のターゲット領域の外側のワークピースの領域での過剰硬化を、防止するとまでは言わないが、実質的に低減させている。さらに、エッジ硬化デバイスによって達成されるより狭いビーム幅は、より高い輻射強度で放射される（エッジ硬化デバイス５０２の７．０対照明デバイス１０２の３．０）。それにより、より速い硬化速度およびエッジ硬化システムの性能改善を可能にする。
円柱レンズ５４０、一体化開口５５０、およびターゲット幅狭領域の相対的な寸法は、適切に選択される。例えば、円柱レンズ５４０の寸法が直線アレイの発光素子に対して小さすぎる（例えば、半径Ｒが小さすぎる）場合、直線アレイの発光素子からの放射線の大部分は、円柱レンズに向けられない。円柱レンズ５４０の寸法が一体化開口５５０に対して大きすぎる場合、放射線の大部分は、開口を通して失われるか、または「カット」（たとえば、方向付けされない）される。一実施形態では、６ｍｍ径の円柱レンズおよび４ｍｍ幅の開口は、一体化開口５５０から（ｚ方向に沿って）１０ｍｍ離れて位置決めされたターゲットワークピース表面上の３ｍｍの領域を硬化させるため、３ｍｍの幅狭ビーム（半値全幅ＦＷＨＭ）の放射線を放射するために利用される。ＦＷＨＭは、そのピーク放射照度の５０％ポイントで測定されたビーム幅を指す。幅狭ビームの幅を３ｍｍ未満にすると、より大きな輻射強度の損失をもたらす。なぜなら、円柱レンズのＢＦＬは、（円柱レンズの寸法が小さくなるにつれて）直線アレイの発光素子の寸法に対して、より小さくなるからである。一体化開口の寸法（例えば、ｙ方向の長さ）が増大するにつれて、開口から放出されるビームの幅が増大する。円柱レンズの半径が増大すると、一般に、開口から放出されるビームの幅が増大する。
次に図６を参照すると、図６は、ハウジング６１０を含む例示的なエッジ硬化デバイス６００の概略図を示す。そのハウジングは、円柱レンズ６４０と、直線アレイの発光素子６２０と、中心軸１０４を通る縦断面に中心を置かれた一体化開口６５０とを含む。図６に示すように、一体化開口６５０の長さと、円柱レンズ６４０の長さとは、それぞれ、直線アレイの発光素子６２０の長さに及ぶ。さらに、一体化開口６５０、円柱レンズ６４０、発光素子６２０の直線アレイは、中心軸１０４に直交する長軸に平行に整列される。このようにして、発光素子６２０の直線アレイの全長から放射された光は、入射面６４２で円柱レンズ６４０を通過し、方向修正され、放射面６４４で一体化開口６５０を通って放射される。
前述したように、直線アレイの発光素子６２０は、円柱レンズ６４０の入射面６４２から距離６２４に位置付けられる。その距離６２４は、円柱レンズのＢＦＬに対応する。入射面６４２を位置決めすることにより、直線アレイの発光素子６２０からのＢＦＬ、直線アレイの発光素子６２０から放射された光のより高い割合は、円柱レンズ６４０に向けられ、コリメートされ、放射面６４４に隣接して配置された一体化開口６５０から放射される。直線アレイの発光素子６２０からの放射線は、円柱レンズ６４０に入射し、一体化開口６５０に向かって、円柱レンズによって屈折される。一体化開口６５０は、中心軸に沿ってエッジ硬化デバイス６００から離れた距離に配置されたワークピースのターゲット表面に、幅狭の放射ビームを集束させるようにサイズ設定された幅６５２を有する。例えば、開口の幅６５２は、円柱レンズ６４０の直径より小さい。円柱レンズ６４０の直径よりも小さい開口６５２の幅を有することは、図８及び図９を参照して説明したように、一体化開口６５０から放射されるビーム幅を狭めるのを助けることができる。
図６に示すように、円柱レンズ６４０、一体化開口６５０、および直線アレイの発光素子６２０は、ハウジング６１０の長さに及ぶ。その結果、複数のエッジ硬化デバイス６００は、幅狭のターゲット領域の歪みおよび複数のデバイスにわたる輻射強度の損失を低減しながら、幅狭の領域（単一のエッジ硬化デバイス６００の長さよりも長い）を硬化させるために、端部間を直列に配置し、整列させる。この目的のために、直線アレイの発光素子は、エッジ加重直線アレイの発光素子を含む。これは、直線アレイの各長手方向のエッジに２つ以上のより近接して離間した（例えば、より高密度の）発光素子を含む。言い換えれば、エッジ加重直線アレイの中央部分の近くの発光素子は、直線アレイの長手方向のエッジで、近くに離間した発光素子よりもさらに離間している。エッジ加重直線アレイの発光素子は、特に、隣接する端部同士のエッジ硬化デバイス間の領域において、発光された光の均一性を高める。
次に図１３を参照すると、図１３は、端部間を直列に配置した２つのエッジ硬化デバイス１３１０、１３２０の部分正面図を示す。エッジ硬化デバイス１３１０および１３２０は、均等に離間した直線アレイの発光素子６２０が、エッジ加重直線アレイの発光素子で置き換えられている点を除いて、エッジ硬化デバイス６００と同一である。したがって、エッジ硬化デバイス１３１０、１３２０は、それぞれ、エッジ加重直線アレイの発光素子を含む。エッジ加重直線アレイの発光素子は、図６を参照して上述したように、円柱レンズおよび一体化開口（１３９２、１３９４で示される）と、中心軸１０４を通る縦断面面に沿って縦方向に整列する。
各エッジ加重直線アレイは、中間（中央）部に第１の間隔１３５４で分布された発光素子１３５０と、端部に第２の間隔１３６４で分布された発光素子１３６０とを含む。さらに、エッジ硬化デバイス１３１０、１３２０は、中間部の発光要素１３５０と、端部の発光要素１３６０との間の、第３の間隔１３６８と、第４の間隔１３７４とを含む。第３の間隔１３６８は、第２の間隔１３６４よりも大きく、第１の間隔１３５４よりも小さい。上述したように、直線アレイの発光素子のエッジ加重は、各光源からの光出力の使用可能な幅を増大させる。
さらに、エッジ硬化デバイス１３２０の端部の第１の発光素子およびエッジ硬化デバイス１３１０の端部の最後の発光素子は、窓（またはハウジング）側壁１３８６に隣接して配置されている。ハウジング側壁１３８６は、各光源ハウジングの前面の長さに及ぶ。ハウジング側壁１３８６に隣接する直線アレイにおける第１および最後の発光素子を配置することにより、直線アレイの発光素子が、エッジ硬化デバイスの全長にわたってより均一に光を照射することができる。
さらに、ハウジング側壁１３８６の厚さは薄く、ハウジング側壁１３８６は、ハウジングの前面から垂直後方に延びている。その結果、エッジ硬化デバイスは、エッジ硬化デバイスが端部間で直列に配置されたとき、隣接するハウジング側壁が面一に接触するように位置される。薄い窓およびハウジング側壁を備えた光源を構築し、ハウジング側壁と同一平面になるように窓側壁を整列させることにより、並んで配置された複数の光源間の間隔を減少させ、並んで配置された複数の光源にわたって照射された光の連続性を維持する。このように、端部間で直列に配置されたエッジ硬化デバイス１３２０、１３１０から照射された光は、端部間で直列に配置された従来の光源から照射された光と比較して、より均一である。
次に図７を参照する。図７は、エッジ硬化システム１４００の例示的な構成のブロック図である。一例において、エッジ硬化システム１４００は、発光サブシステム１４１２と、コントローラ１４１４と、電源１４１６と、冷却サブシステム１４１８とを含む。発光サブシステム１４１２は、複数の半導体デバイス１４１９を含む。複数の半導体デバイス１４１９は、例えば、エッジ加重直線アレイの発光素子を含む直線アレイ１４２０の発光素子（例えば、直線アレイのＬＥＤデバイス）である。半導体デバイスは、放射出力１４２４を提供する。放射出力１４２４は、エッジ硬化システム１４００から固定平面に位置されたワークピース１４２６に向けられる。さらに、直線アレイの発光素子は、エッジ加重直線アレイの発光素子であってもよい。１以上の方法は、ワークピース１４２６における光出力の使用可能な長さを増加させるために使用される。例えば、１つまたは複数のエッジ加重された間隔は、上記のように使用される。その間隔は、個々の発光素子をレンジングし（lensing）（例えば、カップリング光学系を提供する）、異なる強度の個々の発光素子を提供し、および個々のＬＥＤに差分電流を供給する。例えば、直線アレイの発光素子のエッジ（例えば、端部）に近いＬＥＤは、直線アレイの発光素子の中心にあるＬＥＤと比較して、より密な間隔を有するように配置されている。その結果、直線アレイの発光素子から放射された輻射強度は、発光素子の直線アレイの長さにわたって（特に、発光素子の直線アレイの端部領域の近くで）、より均一である。さらに、エッジ加重された間隔は、特に、発光素子の隣接する直線アレイの２つの端部が会う領域において、並んで配置されたとき（例えば、端部間）、複数の直線アレイの発光素子から放射された光の不均一な放射照度の領域および歪みを低減することができる。
放射出力１４２４は、円柱レンズおよび一体化開口を含むカップリング光学系１４３０を介して、ワークピース１４２６に向けられる。カップリング光学系１４３０は、使用される場合、様々に実施される。一例として、カップリング光学系は、半導体デバイス１４１９と、窓１４６４との間に介挿された１つまたは複数の層、材料または他の構造を含む。それにより、ワークピース１４２６の表面に放射出力１４２４を提供する。一例として、カップリング光学系１４３０は、収集、集光、視準（コリメーション）、または放射出力１４２４の品質または有効量を高めるために、マイクロレンズアレイを含んでいてもよい。別の例として、カップリング光学系１４３０は、マイクロリフレクタアレイを含んでいてもよい。このようなマイクロリフレクタアレイを使用する場合、放射出力１４２４を提供する各半導体デバイスは、１対１ベースで各マイクロリフレクタ内に配置される。別の例として、放射出力２４および２５を提供する半導体デバイス１４２０の直線アレイは、多数対１ベースでマクロリフレクタ内に配置される。このように、カップリング光学系１４３０は、両方のマイクロリフレクタアレイを含む。各半導体素子は、各マイクロリフレクタおよびマクロリフレクタ内に一対一で配置される。半導体素子からの放射出力１４２４の量および／または品質は、マクロリフレクタによってさらに増大される。
カップリング光学系１４３０の層、材料または他の構造のそれぞれは、選択された屈折率を有する。各屈折率を適切に選択することによって、放射出力１４２４の経路内の層、材料および他の構造間の界面における反射を選択的に制御する。一例として、ワークピース１４２６に対して半導体デバイス間に配置された選択された界面（例えば、窓１４６４）でこのような屈折率の差を制御することによって、その界面での反射は低減または増加される。そして、ワークピース１４２６への最終的な送達のために、その界面で放射出力の伝達を増大させる。例えば、カップリング光学系は、二色性反射器を含む。入射光の特定の波長は吸収される。一方、他のものは反射されて、ワークピース１４２６の表面に集束される。
カップリング光学系１４３０は、様々な目的のために使用される。例示目的は、とりわけ、半導体デバイス１４１９を保護すること、冷却サブシステム１４１８に関連する冷却流体を保持すること、放射出力１４２４を収集、集光および／またはコリメートすること、または他の目的を含む。それらは、単独または組み合わせて含んでもよい。さらなる例として、エッジ硬化システム１４００は、特に、ワークピース１４２６に提供されるような放射出力１４２４の有効な品質、均一性、または量を高めために、カップリング光学系１４３０を使用する。
さらなる例として、カップリング光学系１４３０は、円柱レンズを含む。それを通して、直線アレイの発光素子から放射された光が向けられる。前述したように、直線アレイの発光素子から放射された光は、円柱レンズの入射面に入射し、コリメートされ、円柱レンズの放射面の外に向け直される。円柱レンズは、ロッドレンズ、半円形レンズ、平凸レンズ、両凸レンズ、およびファセットフレネルレンズのうちの１つまたは複数を含む。円柱レンズは、直線アレイ１４２０の半導体デバイス１４１９から放射された光をコリメートおよび／または集束するために、円柱状のパワー軸および直交する平面軸を有する円柱レンズを含む。特に、円柱フレネルレンズは、直線アレイ１４２０と整列されている。そこから放射された光は、円柱フレネルレンズを介して放射される。円柱フレネルレンズは、直線アレイの横方向の軸において、光の角度広がりを低減する。その直線アレイは、レンズの長さにわたる。円柱レンズの放射面は、一体化開口の横方向の寸法に及ぶ。円柱レンズが円柱フレネルレンズを含む場合、単一溝のフレネルレンズまたは多数溝のフレネルレンズは、単一の円柱フレネルレンズに比べて、横方向の軸において放射光の角度広がりをさらに低減するために利用される。
さらなる例として、カップリング光学系１４３０は、発光素子の直線アレイの長さにわたる一体化開口（図６に示されるような）と組み合わされた円柱レンズを含む。一体化開口は、エッジ硬化の用途に適するように、ワークピースの表面上により幅狭のビームで放出された光を集束させるために、放射面に配置されている。円柱レンズは、円柱レンズのＢＦＬに対応する直線アレイの発光素子からある距離に位置されている。直線アレイの発光素子から放射された放射線は、円柱レンズに入射する。そこで、放射線は、一体化開口に向かって屈折される。一体化開口を出る放射線は、ターゲットワークピース表面上の幅狭の領域を硬化させるために、ターゲットワークピース表面上で幅狭のビームに集束される。円柱レンズおよび一体化開口の両方は、図５Ａ、５Ｂ、６に示されるように、直線アレイの発光素子の中心軸に対して対称的に配置される。
複数の半導体デバイス１４１９のうちの選択されたものは、コントローラ１４１４にデータを提供するように、カップリング電子機器１４２２を介してコントローラ１４１４に結合される。以下でさらに説明するように、コントローラ１４１４は、例えば、カップリング電子機器１４２２を介して、そのようなデータ提供半導体デバイスを制御するように実装される。コントローラ１４１４は、電源１４１６、および冷却サブシステム１４１８に接続され、それらを制御するように実装される。例えば、コントローラは、ワークピース１４２６に照射される光の使用可能な長さを増大させるために、直線アレイ１４２０の中央部に分布された発光素子により大きな駆動電流と、直線アレイ１４２０の端部に分布された発光素子により小さい駆動電流とを供給する。さらに、コントローラ１４１４は、電源１４１６および冷却サブシステム１４１８からデータを受信する。一例では、ワークピース１４２６の表面の１つまたは複数の位置における放射照度は、センサによって検出され、フィードバック制御スキームでコントローラ１４１４に送信される。さらなる例では、コントローラ１４１４は、両方の照明システムの制御を調整するために、別の照明システム（図７に図示せず）のコントローラと通信する。例えば、複数の照明システムのコントローラ１４１４は、マスタ−スレーブカスケード制御アルゴリズムで動作する。コントローラのうちの１つのセットポイントは、他のコントローラの出力によって設定される。別の照明システムと共に、照明システム１０を動作させるための他の制御ストラテジーも使用される。別の例として、並べて配置された複数の照明システム用のコントローラ１４１４は、複数の照明システムにわたって照射された光の均一性を高めるために、照明システムを同じように制御する。
電源１４１６、冷却サブシステム１４１８、および発光サブシステム１４１２に加えて、コントローラ１４１４は、内部エレメント１４３２および外部エレメント１４３４に接続され、それらを制御するように実装される。図示のように、エレメント１４３２は、エッジ硬化システム１４００の内部にある。一方、エレメント１４３４は、図示のように、エッジ硬化システム１４００の外部にある。しかし、それらは、ワークピース１４２６（例えば、取扱い、冷却、または他の外部装置）と関連し、またはエッジ硬化システム１４００が支持する光反応（例えば、硬化）に関連してもよい。
電源１４１６、冷却サブシステム１４１８、発光サブシステム１４１２、および／またはエレメント１４３２および１４３４のうちの１つまたは複数からコントローラ１４１４によって受信されるデータは、様々なタイプのものである。一例として、データは、結合された半導体デバイス１４１９に関連する１つ以上の特性の代表（representative）である。別の例として、データは、各発光サブシステム１４１２、電源１４１６、冷却サブシステム１４１８、内部エレメント１４３２、およびデータを提供する外部エレメント１４３４に関連する１つまたは複数の特性の代表であってもよい。さらに別の例として、データは、ワークピース１４２６に関連する１つまたは複数の特性の代表（例えば、ワークピースに向けられた放射出力エネルギーまたはスペクトル成分の代表）であってもよい。さらに、データは、これらの特性のいくつかの組み合わせの代表であってもよい。
コントローラ１４１４は、そのようなデータを受信すると、そのデータに応答するように実装される。例えば、そのようなコンポーネントからのそのようなデータに応答して、コントローラ１４１４は、電源１４１６、冷却サブシステム１４１８、発光サブシステム１４１２（１つ以上の結合された半導体デバイスを含む）、および／またはエレメント３２および３４の１つまたは複数を制御するように実装される。一例として、発光サブシステム（光エネルギーがワークピースに関連する１つ以上の点で不十分であることを示す）からのデータに応答して、コントローラ１４１４は、（ａ）１つ以上の半導体デバイスに電源の電力供給を増大させる、（ｂ）冷却サブシステム１４１８を介して発光サブシステムの冷却を増大させる（例えば、特定の発光デバイスが冷却された場合に、より大きな放射出力を提供する）、（ｃ）電力がそのようなデバイスに供給される時間を増加させる、または（ｄ）上記の組み合わせ、のいずれかを実行するために実装される。
印刷および硬化システムがエッジ硬化システム１４００を含む例において、コントローラ１４１４は、プリンタヘッドで光センサ４３６から入力も受ける。例えば、ワークピース１４２６からプリンタヘッド上で反射された光の測定強度に応答して、コントローラ１４１４は、ワークピース１４２６からプリンタヘッド上に反射された光の強度を減少させるために、光学素子（例えば、エッジ硬化システム１４００のカップリング光学系１４３０）の横方向オフセットを調整する。
発光サブシステム１４１２の個々の半導体デバイス１４１９（例えば、ＬＥＤデバイス）は、コントローラ１４１４によって独立して制御される。例えば、コントローラ１４１４は、異なる強度、波長などの光を放射する１つ以上の個別のＬＥＤデバイスの第２のグループを制御しながら、第１の強度、波長などの光を放射する１つ以上の個別のＬＥＤデバイスの第１のグループを制御する。１つ以上の個別のＬＥＤデバイスの第１のグループは、半導体デバイスの同じ直線アレイ１４２０内にあってもよく、複数のエッジ硬化システム１４００からの１つの直線アレイの半導体デバイス１４２０以上からのものであってもよい。半導体デバイスの直線アレイ１４２０は、他の照明システムにおける半導体デバイスの他の直線アレイからコントローラ１４１４によって独立して制御される。例えば、第１の直線アレイの半導体デバイスは、第１の強度、波長などの光を放射するように制御される。一方、別の照明システムの第２の直線アレイの半導体デバイスは、第２の強度、波長などの光を放出するように制御される。
さらなる例として、（例えば、特定のワークピース、光反応、および／または動作条件のセットのための）第１のセットの条件下、コントローラ１４１４は、第１の制御ストラテジーを実施するためにエッジ硬化システム１４００を動作させる。（例えば、特定のワークピース、光反応、および／または動作条件のセットのための）第２のセットの条件下、コントローラ１４１４は、第２の制御ストラテジーを実施するためにエッジ硬化システム１４００を動作させる。上述したように、第１の制御ストラテジーは、第１の強度、波長などの光を放射する１つ以上の個別の半導体デバイス（例えば、ＬＥＤデバイス）の第１のグループを動作させることを含む。一方、第２の制御ストラテジーは、第２の強度、波長などの光を放射する１つ以上の個別のＬＥＤデバイスの第２のグループを動作させることを含む。第１のグループのＬＥＤデバイスは、第２のグループと同じグループのＬＥＤデバイスであり、ＬＥＤデバイスの１つ以上のアレイに及んでいる。または、第１のグループのＬＥＤデバイスは、第２のグループとは異なるグループのＬＥＤデバイスである。しかし、ＬＥＤデバイスの異なるグループは、第２のグループからの１つ以上のＬＥＤデバイスのサブセットを含んでいてもよい。
冷却サブシステム１４１８は、発光サブシステム１４１２の熱的挙動を管理するように実装される。例えば、冷却サブシステム１４１８は、発光サブシステム１４１２（より具体的には、半導体デバイス１４１９）の冷却を提供する。冷却サブシステム１４１８は、ワークピース１４２６および／またはワークピース１４２６とエッジ硬化システム１４００（例えば、発光サブシステム１４１２）との間の空間を冷却するように実装される。例えば、冷却サブシステム１４１８は、空気または他の流体（例えば、水）も冷却システムを含む。冷却サブシステム１４１８はまた、半導体素子１４１９、またはその直線アレイ１４２０、またはカップリング光学系１４３０に取り付けられた冷却素子（例えば、冷却フィン）を含む。例えば、冷却サブシステムは、カップリング光学系１４３０に冷却空気を吹き付けることを含む。カップリング光学系１４３０は、熱伝達を増大させるために、外部フィンを備えている。
エッジ硬化システム１４００は、様々な用途に使用される。例えば、ディスプレイ、光活性接着剤、およびインク印刷からＤＶＤの製造およびリソグラフィーまでの硬化アプリケーションを含むが、これに限定されない。エッジ硬化システム１４００が使用される用途は、動作パラメータを関連付けることができる。すなわち、用途は、次のような動作パラメータを関連付ける。すなわち、１つまたは複数の期間にわたって適用される、１つまたは複数の波長で、１つまたは複数のレベルの放射強度の提供などである。用途に関連する光反応を適切に達成するために、屈折率は、１つまたは複数のこれらのパラメータ（および／または特定の時間、時間または時間の範囲）の１つまたは複数の所定のレベルでまたはそれより上で、ワークピース１４２６にまたはその近傍に送達される。
意図された用途（アプリケーション）のパラメータに従うために、放射出力１４２４を提供する半導体デバイス１４１９は、アプリケーションのパラメータ（例えば、温度、スペクトル分布および放射強度）に関連する様々な特性に従って動作される。同時に、半導体デバイス１４１９は、特定の動作仕様を有する。これは、半導体デバイスの製造に関連し、とりわけ、デバイスの破壊を起きないようにするために、および／またはデバイスの劣化を未然に防ぐために従われる。エッジ硬化システム１４００の他のコンポーネントは、動作仕様を関連付けた。これらの仕様は、他のパラメータ仕様の中で、動作温度および印加電力の範囲（例えば、最大および最小）を含む。
エッジ硬化システム１４００は、アプリケーションのパラメータのモニタリングをサポートする。加えて、エッジ硬化システム１４００は、各特性および仕様を含む半導体デバイス１４１９のモニタリングを提供する。さらに、エッジ硬化システム１４００は、エッジ硬化システム１４００の選択された他のコンポーネント（その特性および仕様を含む）のモニタリングを提供する。
このようなモニタリングを提供することは、エッジ硬化システム１４００の動作が確実に評価されるように、システムの適切な動作の検証を可能にすることができる。例えば、エッジ硬化システム１４００は、アプリケーションのパラメータ（例えば、温度、スペクトル分布、放射強度など）、そのようなパラメータに関連する任意のコンポーネントの特性、および／または任意のコンポーネントの各動作仕様の１または複数に対して、不適切に動作するかもしれない。モニタリングの提供は、１つ以上のシステムのコンポーネントから、コントローラ１４１４によって受信されたデータに関連して、応答性があり、実行される。
モニタリングはまた、システムの動作の制御をサポートする。例えば、制御ストラテジーは、コントローラ１４１４によって実施されてもよい。コントローラ１４１４は、１つまたは複数のシステムコンポーネントからのデータを受け取り、それに応答する。上述のように、この制御ストラテジーは、直接的（例えば、コンポーネント動作に関連するデータに基づいて、コンポーネントに向けられた制御信号を介してコンポーネントを制御することによって）、または間接的に（例えば、他のコンポーネントの動作を調整するために向けられた制御信号を介してコンポーネントの動作を制御することによって）実行される。一例として、半導体デバイスの放射出力は、電源１４１６に向けられた制御信号（発光サブシステム１４１２に印加される電力を調整する）および／または冷却サブシステム１４１８に向けられた制御信号（発光サブシステム１４１２に適用される冷却を調整する）を介して、間接的に調整される。
制御ストラテジーは、システムの適切な動作および／またはアプリケーションの性能を可能にする、および／または、高めるために使用される。より具体的な例では、コントローラは、直線アレイの放射出力と、その動作温度との間のバランスを可能にする、および／または、向上させために使用される。例えば、ワークピース１４２６に十分な放射エネルギーを向けながら、その仕様を超えて半導体デバイス１４１９を加熱することを排除する。例えば、アプリケーションの光反応を実行する。さらに、いくつかの例では、コントローラは、ターゲット基板４４０に向かってエッジ硬化デバイス１０００から放射された光の角度偏向を調整するために、光源の主発光軸に対してレンズのオフセット位置（offset position）を自動的に調整するために使用される。したがって、印刷及び硬化システムは、印刷及び硬化システムを手動で調整する必要なく、連続状態で、様々な硬化条件及びターゲット基材に自動的に調整される。
さらなる例では、ワークピース１４２６の表面の１つ以上の位置での放射照度は、センサによって検出され、フィードバック制御スキームでコントローラ１４１４に送信される。コントローラ１４１４がエッジ硬化アプリケーションで不十分な放射照度を検出する場合、信号は、円柱レンズの直径を調整するために、または、ビーム幅を減少または増加させるためまたは放射照度を減少または増加させるための開口幅を調整するために、送信される（例えば、音声アラート、またはオペレータインターフェースでの視覚的アラート）。円柱レンズの直径または開口幅に対する調整は、図８および図９を参照して説明したように、開口幅と、円柱レンズの直径と、放射照度と、ビーム幅との間の所定の（経験的またはその他の）関係に従って行われる。さらに、開口幅および／または円柱レンズの直径を調整する工程は、一体化開口（または図１０Ａ−Ｄを参照して説明されたようなそれに関連するハウジングコンポーネント）を着脱可能に取り付ける工程および／または円柱レンズ（または図１０Ａ−Ｄを参照して説明されたようなそれに関連するハウジングコンポーネント）を着脱可能に取り付ける工程を含む。円柱レンズおよび／または一体化開口を着脱可能に取り付ける機能は、エッジ硬化デバイスとワークピースとの間の位置または相対的なアラインメントを変えることなく、開口幅および円柱レンズの直径（および、結果として生じるビーム幅および放射照度）の調整を促進する。これは、製造のダウンタイムを短縮し、運用効率を向上させることができる。
いくつかの用途では、高い輻射強度がワークピース１４２６に供給される。ワークピース１４２６は、光硬化性材料を含む。これは、光硬化性材料が印刷された基板を含む。したがって、発光サブシステム１４１２は、直線アレイの発光半導体デバイス１４２０を使用して実行される。例えば、発光サブシステム１４１２は、高密度の発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイを使用して実行される。直線アレイの発光素子が使用され、本明細書で詳細に説明されるが、半導体デバイス１４１９およびその直線アレイ１４２０は、本発明の原理から逸脱することなく、他の発光技術を使用して実行されることが理解される。他の発光技術の例として、有機ＬＥＤ、レーザーダイオード、他の半導体レーザーが挙げられるが、これらに限定されない。
ここで、図８および図９を参照すると、図８は、３ｍｍのロッドレンズ（トレンドライン８１０）、４ｍｍのロッドレンズ（トレンドライン８２０）および５ｍｍのロッドレンズ（トレンドライン８３０）のビーム幅と、開口幅との間の関係を示すプロットを示す。図９は、３ｍｍのロッドレンズ（トレンドライン９３０）、４ｍｍのロッドレンズ（トレンドライン９２０）および５ｍｍのロッドレンズ（トレンドライン９１０）の放射照度と、開口幅との間の関係を示すプロットを示す。エッジ硬化用途では、円柱レンズの直径および開口幅は、ワークピースの表面で放射される所望のビーム幅および所望の放射照度を達成するために選択される。図８を参照し、所与の円柱レンズの直径に対して、放射されたビーム幅は、開口幅の閾値まで開口幅と共に増加する。その上で、ビーム幅は平らになる。例えば、３ｍｍの直径のロッドレンズの場合、ビーム幅（トレンドライン８１０）は、０．５ｍｍ付近の閾値開口幅まで増加する。その上で、ビーム幅は、約３．５ｍｍのままである。同様に、４ｍｍの直径のロッドレンズの場合、ビーム幅（トレンドライン８２０）は、０．８ｍｍ付近の閾値開口幅まで増加する。その上で、ビーム幅は、約３．０ｍｍのままである。５ｍｍの直径のロッドレンズの場合、ビーム幅（トレンドライン８３０）は、１．０ｍｍ付近の閾値開口幅まで増加する。その上で、ビーム幅は、約２．４ｍｍのままである。曲線（トレンドライン８１０）、（トレンドライン８２０）および（トレンドライン８３０）を比較することによって示されるように、ビーム幅は、与えられた開口幅に対して円柱レンズの直径が増加するにつれて減少する。さらに、ビーム幅が平らになる閾値開口幅は、ロッドレンズの直径を増加させながら増加する。換言すれば、円柱レンズのより大きい直径を使用するエッジ硬化デバイス６００は、より狭いビーム幅を達成することを促進する。また、それは、開口幅を調整することにより、広範囲にわたってビーム幅を切り替えることができる。しかしながら、円柱レンズのより大きい直径を使用するエッジ硬化デバイスは、大きなサイズのハウジング６１０に悩まされる。このハウジング６１０は、エッジ硬化デバイス全体のサイズ及び重さを増大させ、限られた空間でのエッジ硬化用途や、より小さなコンポーネントの硬化を含むエッジ硬化用途をより困難にさせる。また、任意の特定のエッジ硬化用途において、開口幅は、所望のビーム幅および円柱レンズの直径に対応して選択される。
図９を参照すると、所与の円柱レンズの直径に対して、ワークピースの表面に放出された放射照度は、閾値開口幅まで増加する。その上で、放射照度は、平らになる。例えば、３ｍｍの直径のロッドレンズの場合、放射照度（トレンドライン９３０）は、０．５ｍｍ付近の閾値開口幅まで増加する。その上で、放射照度は、約１．３Ｗ／ｃｍ２のままである。同様に、４ｍｍの直径のロッドレンズの場合、放射照度（トレンドライン９２０）は、０．９ｍｍ付近の閾値開口幅まで増加する。その上で、放射照度は、約２．３Ｗ／ｃｍ２のままである。曲線（トレンドライン９１０）、（トレンドライン９２０）および（トレンドライン９３０）を比較することによって示されるように、ワークピースの表面で放出された放射照度は、与えられた開口幅に対して円柱レンズの直径が増加するにつれて増加する。さらに、放射照度が平らになる閾値開口幅は、ロッドレンズの直径を増加させながら増加する。換言すれば、円柱レンズのより大きい直径を使用するエッジ硬化デバイス６００は、より高い放射照度レベルを達成することを促進する。また、それは、開口幅を調整することにより、広範囲にわたった放射照度を切り替えることができる。しかしながら、前述したように、円柱レンズのより大きい直径を使用するエッジ硬化デバイスは、大きなサイズのハウジング６１０に悩まされる。このハウジング６１０は、エッジ硬化デバイス全体のサイズ及び重さを増大させ、限られた空間でのエッジ硬化用途や、より小さなコンポーネントの硬化を含むエッジ硬化用途をより困難にさせる。また、任意の特定のエッジ硬化用途において、開口幅は、所望の放射照度レベルおよび円柱レンズの直径に対応して選択される。
図１０Ａ〜１０Ｄを参照すると、それらは、エッジ硬化デバイス１０００の正面図、上面図、側面図及び断面図を示す。エッジ硬化デバイス１０００は、直線アレイの発光素子１０２０と、円柱レンズ１０４０と、開口とを含む。それらは、ｘ軸に平行な方向に延び、中心軸１０４を通る縦断面に平行かつ対称的に長尺状に整列している。エッジ硬化デバイスは、エッジ硬化システム（例えば、エッジ硬化システム１４００）の、エッジ硬化デバイスの電子機器１０８０用の電気的接続ワイヤ用の１つ以上の導管１００２と、コントローラ、ヒューマンマシンインターフェースなどに対する直線アレイの発光素子１０２０とを含む。内部導管１０７０は、エッジ硬化デバイス１０００の全長に沿って電気的接続を行うために、ハウジング１０１０内で長手方向に電気ワイヤおよびコンポーネントの分布を容易にする。導管１００２は、エッジ硬化デバイス１０００の後側から底部方向に向かって延在するように示されている。しかしながら、管１００２はまた、エッジ硬化デバイス１０００の後側から上方向に向かって延在してもよい。
円柱レンズ１０４０および直線アレイの発光素子１０２０は、ハウジング１０１０内に含まれる。ハウジング１０１０は、エッジ硬化デバイス１０００の光放射側に向かって配置された前方部（anterior portion）１０１２および後方部（posterior portion）１０１５を含む。前方部１０１２は、上部カバー１０１３および下部カバー１０１４を含む。それらは、留め具１００８によって着脱可能に取り付けられ、または着脱可能に留められる。留め具１００８は、ねじ、クランプ、ブラケット、および他のタイプの締結具を含む。その他のタイプの締結具は、ハウジング１０１０を損傷することなく、また、ワークピースの表面に対してエッジ硬化デバイス１０００を再配置することなく、取り外し可能に締結される。取外し可能な上部カバー１０１３および下部カバー１０１４は、前方リップエッジ（anterior lipped edges）１０９０を含む。この前方リップエッジ１０９０は、ハウジング１０１０の長さ（および円柱レンズ１０４０の長さおよび一体化開口１０５０の長さ）に亘り、互いに向かって横方向に、上部カバー１０１３および下部カバー１０１４の上にかかる。前方リップエッジ１０９０は、上部カバー１０１３および下部カバー１０１４の後方取り付け部１０１６に対して、上部カバー１０１３および下部カバー１０１４の上に突き出る。また、上部カバー１０１３および下部カバー１０１４の内面１０１８は、円柱レンズ１０４０と、上部カバー１０１３および下部カバー１０１４とがエッジ硬化デバイス１０００のハウジング１０１０に取り外し可能に取り付けられたとき、円柱レンズ１０４０をぴったりと収容するように形成されている。このように、上部カバー１０１３および下部カバー１０１４は、円柱レンズ１０４０用のレンズホルダであってもよい。さらに、発光素子１０２０の直線アレイの円柱レンズに直面する表面１０４２は、その長さおよび幅に沿って、円柱レンズ１０４０の入射面にぴったりと接触して、収容するよう形成されている（例えば、ウェルド、溝化など）。その結果、ハウジング１０１０内に円柱レンズ１０４０を着脱可能に取り付けることは、直線アレイの発光素子に対して円柱レンズ１０４０をぴったりと取り付けることを含む。それにより、上述のように、２つのコンポーネントを互いに長尺状に整列させている。
一体化開口１０５０は、ハウジング１０１０と一体化したものとして説明される。なぜなら、一体化開口１０５０は、放出面１０４４に隣接して直接形成されている。そして、それは、上部および底部カバーがハウジング１０１０に取り外し可能に取り付けられるとき、上部カバー１０１３および下部カバー１０１３の前方リップエッジ１０９０同士の間に形成されている。一体化開口１０５０の幅１０６０は、前方リップエッジ１０９０の突出する（overhang）寸法または量、開口の幅１０６０を減ずるために突出する量を増大した設計にすることによって調整される。例えば、前方リップエッジ１０９０の突出の程度を低減することによって、それらの間のギャップを増大させる。それによって、一体化開口の幅１０６０を増大させている。あるいは、所与の円柱レンズの直径および形状（例えば、ロッド、フレネル、両凸形など）に対して、上部および下部カバーのセットは、開口の幅の範囲得るために、組み立てられる。その結果、開口の幅１０６０は、上部及び下部カバーの第１のセットを除去し、これらを着脱可能に取り付け可能な上部及び下部カバー（異なる前方リップエッジ１０９０を有する）の第２のセットで置き換えることによって調整される。このようにして、円柱レンズ１０４０および一体化開口１０５０の両方は、ワークピースの表面でエッジ硬化デバイスから放射される光のビーム幅と所望の放射照度とを達成するために、サイズと形状（例えば、図８−９を参照して説明したように）において、着脱可能に取り付けられ、調整され、および／または選択される。
いくつかの場合には、リップエッジ１０９０の突出は対称であってもよい。一方、他の場合には、リップエッジ１０９０の突出は非対称であってもよい。一体化開口は、中心軸１０４から偏心してシフトされてもよい。開口を中心からずらすこと（およびレンズ対向面１０４２を中心からずらすこと）により、円柱レンズ１０４０および一体化開口の一方または両方を中心軸１０４から偏心して位置することができる。これは、中心軸１０４に対して、エッジ硬化デバイスから放射されるビーム幅を角度付けすることを可能にし、限られた空間内でワークピースのより容易な硬化を促進することができる。
ここで、図１１Ａおよび１１Ｂを参照すると、図１１Ａは、一体化開口なしのエッジ硬化デバイス１１０２に対応する発光スペクトル１１００を示す。図１１Ｂは、一体化開口ありのエッジ硬化デバイス５０２に対応する発光スペクトルを示す。特に、エッジ硬化デバイス１１０２は、エッジ硬化デバイス１１０２が一体化開口５５０を含まないことを除いて、エッジ硬化デバイス５０２と同一である。言い換えると、エッジ硬化デバイス１１０２の円柱レンズ５４０を通過する光は、エッジ硬化デバイスの放射面１１４４から放射される。円柱レンズ５４０は、中心軸１０４の周りで（例えば、境界１１０８内で）、より近位に集中された放射光の一部を収束することを助ける。しかし、境界１１０８によって描かれたビーム幅は、円柱レンズ５４０と、一体化開口５５０との両方を含むエッジ硬化デバイス５０２から放射された光の境界５０８によって描かれたビーム幅と比較して、エッジ硬化デバイス１１０２（一体化開口５５０がない場合）からｚ方向における対応する動作距離でより広い。さらに、一体化開口５５０がないため、追加の放射光は、エッジ硬化デバイス１１０２の放射面１１４４からより広範囲に（境界１１１２によって描かれているように）散乱される。したがって、円柱レンズの直径より小さい開口幅を有する一体化開口５５０を含むことによって、より狭いビーム幅がエッジ硬化デバイスから放射される。そのエッジ硬化デバイスは、より狭いターゲットビーム幅の外側の表面の過剰硬化を低減しながら、ワークピースのエッジ硬化を提供することができる。
ここで、図１２を参照すると、図１２は、ワークピースをエッジ硬化させる方法１２００のフローチャートを示す。図１２に示されるいくつかのステップは、基板上のエッジ硬化システム（例えば、エッジ硬化システム１４００のコントローラ１４１４）のコンピュータコントローラの命令として実行される。方法１２００は、１２１０で始まる。そこで、動作条件（例えば、所望のビーム幅、エッジ硬化デバイスと、エッジ硬化されるべきワークピースの表面との間の動作距離、ワークピースにおける所望の放射照度）が決定される。１２２０において、方法１２００が続く。そこで、直線アレイの発光素子は、エッジ硬化デバイスのハウジング内に配置される。一例では、直線アレイの発光素子は、高アスペクト比の１次元または２次元アレイの発光素子を含む。そして、直線アレイの発光素子は、図１３に関連して説明されたように、エッジ加重アレイの発光素子をさらに含む。次に、１２３０および１２４０で、方法１２００は、所望の動作パラメータ（例えば、放射照度およびビーム幅）に対応する開口幅および円柱レンズのサイズを選択することによって継続する。例えば、円柱レンズのサイズおよび開口幅は、所定の関係（例えば、プロット８００および９００）に基づいて選択される。さらに、所望の放射照度およびビーム幅に基づいて、円柱レンズのタイプ（例えば、フレネルレンズ、ロッドレンズ、両凸型、平凸型など）を選択する。さらにまた、円柱レンズのサイズは、エッジ硬化システムの構成に適合するように選択される。例えば、非常に限定されたエッジ硬化システムでは、より小さな円柱レンズが利用される。上述したように、開口幅を選択する工程は、ハウジング１０１０の前方部１０１２の上部カバー１０１３および下部カバー１０１４を選択する工程を含む。上部カバー１０１３および下部カバー１０１４は、適切なサイズの突出部を有する長尺リップエッジ１０９０を含む。その結果、リップエッジ１０９０は、上部カバー１０１３および下部カバー１０１４がハウジング１０１０に取り外し可能に取り付けられときに、一体化開口（所望の開口幅を有する）を形成する。したがって、ステップ１２４０は、ハウジングに、一体化開口を着脱可能に取り付ける工程をさらに含む。同様に、ステップ１２３０は、ハウジング内に選択された円柱レンズを着脱可能に取り付ける工程をさらに含む。選択された円柱レンズは、直線アレイの発光素子と、一体化開口との間に配置される。さらに、ハウジング内に円柱レンズを着脱可能に取り付ける工程は、円柱レンズの入射面に一致する直線アレイの発光素子（またはその窓）の外面に円柱レンズをぴったりと取り付ける工程を含む。このようにして、円柱レンズに対する直線アレイの発光素子の位置合わせが、エッジ硬化システムの動作中に強固に維持される。
次に、１２５０において、方法１２００は、円柱レンズの放射面に隣接する一体化開口に直接配置することによって継続する。上述したように、上部カバー１０１３及び下部カバー１０１４の内面は、円柱レンズの外面と一致するような形状にされる。このように、上部カバー１０１３及び下部カバー１０１４をハウジングに着脱可能に自動的に取り付ける工程は、円柱レンズと、上部カバー１０１３及び下部カバー１０１４との間に介挿された隙間（gaps）なく、円柱レンズの放射面に隣接する一体化され開口を直接に位置決めする。言い換えれば、円柱レンズは、着脱可能に取り付けられた上部カバー１０１３及び下部カバー１０１４によってぴったりと取り付けられる。このようにして、円柱レンズに対する一体化開口のアライメントは、エッジ硬化システムの動作中に堅く維持される。
１２６０において、方法１２００は、発光素子の適合する表面に対してぴったりと位置決めされた円柱レンズの入射面に、直線アレイの発光素子からの光を放射する。放射された光は、円柱レンズを通過する。そこで、光は、円柱レンズの放射面から放射される前に、コリメートされ、集束される。１２７０において、円柱レンズの放射面から放射された光は、その場所にぴったりと取り付けられた上部カバー１０１３および下部カバー１０１４によって、放射面に隣接して直接配置された一体化開口によってさらに集束される。一体化開口は、エッジ硬化デバイスの中心軸１０４を通る縦断面に中心を置かれている。したがって一体化開口から出る放射された光は、ワークピースの表面上に、この縦断面に集中された狭いビーム幅を含む。
次に、１２８０において、方法１２００は、１つまたは複数の基準に基づいて、ビーム幅および／または放射照度を調整する。例えば、硬化されるべきエッジの寸法よりも小さいビーム幅に応答して増大されるビーム幅、またはビーム幅は、硬化されるべきエッジの寸法よりも大きいビーム幅に応答して減少される。別の例として、ビーム幅は、所望のビーム幅の境界外でワークピースの過剰硬化に応じて減少される。さらなる例として、ビーム幅および／または放射照度を調整して、ワークピースにおける硬化速度を増大または減少させる。基準に基づいて、ビーム幅および／または放射照度が調整されるべきことを示す場合、方法１２００は、１２３０に戻る。上述したように、ビーム幅および／または放射照度は、一体化開口のサイズおよび／または円柱レンズのサイズを変更することによって調整される。これは、新しい円柱レンズおよび／または一体化開口のサイズの選択工程を含む。新しい円柱レンズおよび／または一体化開口のサイズを選択する工程は、１２８８で、エッジ硬化デバイスを再位置決めすることなく、既存の着脱可能に取り付けることができる円柱レンズおよび／または一体化開口を除去する工程と、１２３０および１２４０で、所望のビーム幅および／または放射照度を達成するために、着脱可能に取り付け可能な新しい円柱レンズおよび／または一体化開口を着脱可能に取り付ける工程とを含む。
このようにして、エッジ硬化デバイスは、円柱レンズ、直線アレイの発光素子、および一体化開口を備える。それぞれは、ハウジング内で縦断面に対称的に整列される。円柱レンズは、直線アレイの発光素子と、一体化開口との間に配置される。さらに、一体化開口は、円柱レンズの長さに及び、円柱レンズの放射面に隣接して直接配置される。またさらに、直線アレイの発光素子から放射され、円柱レンズを通過する光は、放射面から放射され、縦断面に集中されたビーム幅内で、開口によって集束される。一例では、円柱レンズから放射された光は、レンズの焦点距離よりも長い動作距離で、ビーム幅内の一体化開口によって集束される。さらに、円柱レンズから放射された光は、一体化開口がない場合、ビーム幅を超えて発散する。別の例では、円柱レンズは、円柱状のパワー軸および直交する平面軸を有するレンズを含む。さらに、円柱レンズは、円柱レンズ、半円形レンズ、平凸レンズ、両凸レンズ、またはファセットフレネルレンズのうちの１つを含む。さらに、直線アレイの発光素子は、円柱レンズから離れた後方焦点距離に配置される。別の例では、直線アレイの発光素子は、エッジ加重直線アレイの発光素子を含む。
このようにして、ワークピースをエッジ硬化させる方法は、縦断面上に、直線アレイの発光素子、円柱レンズ、および一体化開口のそれぞれの長尺軸を整列させる工程と、円柱レンズの入射面で直線アレイの発光素子から光を受光する工程と、円柱レンズの放射面に隣接する一体化開口を直接位置決めする工程（入射面で受光した光は、円柱レンズでコリメートされ、放射面で放射される）と、前記放射面からの動作距離で、縦断面に沿って位置されたワークピース上に縦断面に集中されたビーム幅内で一体化開口による放射された光を収束する工程とを含む。一例では、ビーム幅は、動作距離における半値全幅（ＦＷＨＭ）ビーム幅に対応する。別の例では、直線アレイの発光素子、円柱レンズ、および一体化開口のそれぞれを縦断面に対称的に位置合わせする工程は、ハウジング内にある、直線アレイの発光素子、円柱レンズ、および開口のそれぞれを取り付ける工程を含む。さらに、円柱レンズは、直線アレイの発光素子と、一体化開口との間に介挿される。さらに別の例では、ハウジングに一体化開口を取り付ける工程は、開口が円柱レンズの放射面に隣接して位置決めされるように、ハウジングに一体化開口を着脱可能に取り付ける工程を含む。この方法は、一体化開口の幅を増大させることによってビーム幅を増大させる工程と、一体化開口の幅を減少させることによってビーム幅を減少させる工程とをさらに含む。さらに、一体化開口の幅を増大させる工程は、開口を、一体化開口の増大した幅を有する別の着脱可能に取り付け可能な開口で置き換える工程を含む。また、開口の幅を減少させる工程は、一体化開口を、一体化開口の減少した幅を有する別の着脱可能に取り付け可能な一体化開口で置き換える工程を含む。別の例では、この方法は、円柱レンズの直径を減少させることによって、ビーム幅を増大させる工程を含む。
このようにして、エッジ硬化システムは、直線アレイの発光素子と、円柱レンズと、内部に取り付けられた一体化開口とを含むハウジングを備える。円柱レンズは、直線アレイの発光素子と、一体化開口との間に配置される。発光素子の直線アレイ、一体化開口、および円柱レンズのそれぞれの長さは、縦断面に対称的に整列されている。さらに、一体化開口は、円柱レンズの長さおよび発光素子の長さに及ぶ。一体化開口は、円柱レンズの放射面に隣接して直接配置される。またさらに、直線アレイの発光素子から放射され、円柱レンズを通過する光は、放射面から放射され、縦断面上のビーム幅内で一体化開口によって集束される。一例では、ハウジングは、ハウジングの発光側に配置されたレンズホルダを含む。レンズホルダは、トップカバー及びボトムカバーを有する。各トップカバー及びボトムカバーは、長尺リップエッジを有する。そのエッジは、縦断面のハウジングとは反対側に取り外し可能に取り付けられたときに、互いに向かって内方に面する。別の例では、一体化開口の幅は、円柱レンズの直径より小さい。さらに別の例では、円柱レンズに面した長尺リップエッジの内面は、間隙なく、円柱レンズの外面をぴったりと収容するように形成されている。これにより、ハウジングに取り外し可能に取り付けたときに、リップエッジが円柱レンズの位置を固定している。さらに、円柱レンズは、直線アレイの発光素子の放射側の溝付き表面内に隙間なくぴったりと取り付けられている。それによって、縦断面に対称的に円柱レンズの長尺軸を整列させている。さらに、トップカバーおよびボトムカバーは、形状および寸法で同一であってもよい。
このようにして、幅狭の領域の外側のワークピースの過剰硬化を減少させながら、狭いビーム幅のターゲット領域を含むワークピースをエッジ硬化させるため、狭いビーム幅の放射線を放射する技術的結果を達成することができる。さらに、いくつかの実施形態では、開口は、ハウジングに着脱可能に取り付けられる。それによって、既存の照明デバイスの後付けが容易になる。さらに、ハウジングに開口を着脱可能に取り付けることによって、エッジ硬化デバイスの開口のサイズを調整することができる。それにより、エッジ硬化デバイスを様々なエッジ硬化用途にさらに柔軟に適応させることができる。
本明細書に含まれる例示的な制御および推定ルーチンは、様々な照明源構成および照明システム構成と共に使用されることに留意されたい。本明細書で開示される制御方法およびルーチンは、非一時的メモリに実行可能命令として格納されてもよい。本明細書で説明する特定のルーチンは、イベント駆動、割り込み駆動、マルチタスキング、マルチスレッドなどのような任意の数の処理ストラテジーの１つ以上を表す。このように、図示の様々な動作、作用、および／または機能は、図示された順序で、並行して、または場合によっては省略されて実行されてもよい。同様に、処理の順序は、本明細書に記載の例示的な実施形態の特徴および利点を達成するために、必ずしも必要とされるものではなく、図示および説明を容易にするために提供される。図示された動作、作用および／または機能のうちの１つまたは複数は、使用される特定のストラテジーに応じて、繰り返し実行されてもよい。さらに、記載された動作、作用および／または機能は、エンジン制御システム内のコンピュータ可読記憶媒体の非一時的メモリにプログラムされるコードをグラフを使って表してもよい。
本明細書で開示される構成およびルーチンは本質的に例示的であり、これらの特定の実施形態は、多くの変形が可能であるため、限定的な意味で考慮されるべきではないことが理解される。例えば、上記の技術は、様々なランバート光源または近ランバート光源に適用することができる。本開示の主題は、本明細書で開示される、様々なシステムおよび構成、および他の特徴、機能、および／または特性の全ての新規で、自明でないコンビネーションおよびサブコンビネーションを含む。
以下の特許請求の範囲は、新規かつ非自明であると見なされる特定のコンビネーションおよびサブコンビネーションを特に指摘する。これらの請求項は、「ａｎ」要素また「第１」要素またはその等価物に言及する。１つまたは複数のそのような要素の組み込みを含み、２つ以上のそのような要素を必要としないことでも、排除するものでもないことを理解すべきである。開示された特徴、機能、要素、および／または性質の他のコンビネーションおよびサブコンビネーションは、現在の請求項の補正を通して、または、本出願または関連する出願における新規の請求項の提示を通じて請求される。そのような請求項は、当初の特許請求の範囲において、より広い、より狭い、等しい、または異なるかどうかかにかかわらず、本開示の主題内に含まれるとみなされる。

Claims (20)

  1. ハウジング内の縦断面で対称的に整列された、円柱レンズと、直線アレイの発光素子と、一体化開口とを含むエッジ硬化デバイスであって、
    前記円柱レンズは、前記直線アレイの発光素子と、前記一体化開口との間に配置され、
    前記一体化開口は、前記円柱レンズの長さにわたり、前記円柱レンズの放射面に隣接して直接配置され、
    前記直線アレイの発光素子から放射され、前記円柱レンズを通過する光は、前記放射面から放射され、前記縦断面上のビーム幅内に前記一体化開口によって集束されることを特徴とするエッジ硬化デバイス。
  2. 前記円柱レンズから放射された前記光は、前記レンズの焦点距離よりも長い動作距離で、前記ビーム幅内に前記一体化開口によって集束される請求項１に記載のエッジ硬化デバイス。
  3. 前記円柱レンズから放射された前記光は、前記一体化開口が存在しない場合に、前記ビーム幅を超えて発散する請求項２に記載のエッジ硬化デバイス。
  4. 前記円柱レンズは、円柱状のパワー軸と、直交する平面軸とを有するレンズを含む請求項３に記載のエッジ硬化デバイス。
  5. 前記円柱レンズは、円柱レンズ、半円形レンズ、平凸レンズ、両凸レンズ、またはファセットフレネルレンズのうちの１つを含む請求項４に記載のエッジ硬化デバイス。
  6. 前記直線アレイの発光素子は、前記円柱レンズから離れた後方焦点距離に配置される請求項５に記載のエッジ硬化デバイス。
  7. 前記直線アレイの発光素子は、エッジ加重直線アレイの発光素子を含む請求項６に記載のエッジ硬化デバイス。
  8. ワークピースをエッジ硬化させる方法であって、
    ハウジング内で、直線アレイの発光素子と、円柱レンズと、一体化開口とのそれぞれの長尺軸を縦断面上に整列させる工程と、
    前記円柱レンズの入射面で前記直線アレイの発光素子から光を受光する工程と、
    前記円柱レンズの放射面に隣接して前記一体化開口を直接位置決めする工程と、
    前記放射面からの動作距離で、前記縦断面に沿って位置された前記ワークピース上に、前記縦断面上のビーム幅内で、前記一体化開口によって前記放射された光を集束させる工程と、を含み、
    前記入射面で受けた前記光は、前記円柱レンズによってコリメートされ、前記放射面で放射されることを特徴とするワークピースをエッジ硬化させる方法。
  9. 前記ビーム幅は、前記動作距離における半値全幅（ＦＷＨＭ）ビーム幅に対応する請求項８に記載の方法。
  10. 前記直線アレイの発光素子、前記円柱レンズ、及び前記一体化開口のそれぞれを前記縦断面に対称的に整列させる工程は、前記ハウジング内に、前記直線アレイの発光素子、前記円柱レンズ、前記開口を取り付ける工程を含み、
    前記円柱レンズは、前記直線アレイの発光素子と、前記一体化開口との間に介在されている請求項９に記載の方法。
  11. 前記ハウジングに前記一体化開口を取り付ける工程は、前記開口が前記円柱レンズの前記放射面に隣接して位置決めされるように、前記ハウジング内に前記一体化開口を着脱可能に取り付ける工程を含む請求項１０に記載の方法。
  12. 前記一体化開口の幅を増大させることによって前記ビーム幅を増大させる工程と、前記一体化開口の幅を減少させることによって前記ビーム幅を減少させる工程とをさらに含む請求項１１に記載の方法。
  13. 前記一体化開口の前記幅を増大させる工程は、前記開口を、前記一体化開口の増大した幅を有する別の着脱可能に取り付け可能な開口で置換する工程と、前記一体化開口を、前記一体化開口の減少した幅を有する別の着脱可能に取り付け可能な一体化開口で置換する工程とを含む請求項１２に記載の方法。
  14. 前記円柱レンズの直径を減少させることによって、前記ビーム幅を増大させる工程をさらに含む請求項１３に記載の方法。
  15. ハウジングを含むエッジ硬化システムであって、
    前記ハウジングは、直線アレイの発光素子と、円柱レンズと、前記ハウジングに設けられた一体化開口とを含み、
    前記円柱レンズは、直線アレイの発光素子と、前記一体化開口との間に位置され、
    前記直線アレイの発光素子と、前記一体化開口と、前記円柱レンズとのそれぞれの長さは、縦断面に対称的に整列され、
    前記一体化開口は、前記円柱レンズの長さと、前記発光素子の長さにわたり、前記円柱レンズの放射面に隣接して直接配置され、
    前記直線アレイの発光素子から放射され、前記円柱レンズを通過する光は、前記放射面から放射され、前記縦断面上のビーム幅内に、前記一体化開口によって集束されることを特徴とするエッジ硬化システム。
  16. 前記ハウジングは、前記ハウジングの発光側に位置するレンズホルダを含み、
    前記レンズホルダは、トップカバーとボトムカバーとを有し、
    前記トップカバーと前記ボトムカバーのそれぞれは、前記縦断面のハウジングとは反対側に着脱可能に取り付けられたときに、互いに向かい合って内方に面する長尺リップエッジを有する請求項１５に記載のエッジ硬化システム。
  17. 前記一体化開口の幅は、前記円柱レンズの直径よりも小さい請求項１６に記載のエッジ硬化システム。
  18. 前記円柱レンズに面する前記長尺リップエッジの内面は、隙間なく、前記円柱レンズの前記外面をぴったりと収容するように形成され、前記長尺リップエッジは、前記ハウジングに着脱可能に取り付けられたときに、前記円柱レンズの位置を固定する請求項１７に記載のエッジ硬化システム。
  19. 前記円柱レンズは、前記直線アレイの発光素子の前記放射側の溝付き面内に前記隙間なく、ぴったりと取り付けられ、前記円柱レンズの長尺軸を、前記縦断面に対称的に整列させている請求項１８に記載のエッジ硬化システム。
  20. 前記トップカバーおよび前記ボトムカバーは、形状および寸法において同一である請求項１９に記載のエッジ硬化システム。
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