JP7473594B2 - 集光束uvled紫外線走査方法およびその装置 - Google Patents
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20X20ミル=0.258mm2、0.258/4870.36=0.000053=0.0053%面積比である。たとえ20X20ミルの結晶粒の発光強度が100mw/cm2である場合、2cmの距離の放射強度が0.0053mw/cm2であり、
放射強度は、距離、面積に反比例し、距離は、放射光に大きな影響を与える。
先行技術では、350-405nmの光開始剤が添加されたUV液体有機接着剤、次いで、対応する波長のUVエネルギーが投射されるが、エネルギーは距離、放出角度に関連するため、長距離の大面積放射線量は非常に低く、秒硬化や光重合硬化と呼ばれることを達成することはできない。光硬化の場合、大面積での光の均一性の角度を大きくする必要があるが、角度が大きいと放射効率エネルギーが低下し、快速硬化のために出力を上げる必要があり、その結果、放射熱によって材料がコークス化され、気化した小分子がUVランプビーズを汚染する。コークス化を防ぐために、距離が長くなると、その結果、光硬化が不完全になり、べたつく表面となる欠点が生じる。
一方、我々の走査方法は、滅菌および不活化のための紫外線エネルギーを提供するか、放射ビーム領域は直接機能するか、光重合エネルギーを供給するか、またはビタミンDの合成を支援する。光受容体の記録も画像キャプチャ入力デバイスも必要ない。発光方向を持った光源線形ベクトル走査のみがあり、X、Y軸の位置、更にZ軸の変位機構も必要ない。そのため、光源と走査光とは、夾角があるように配置されている。
第二に、前記装置は、集光束UVLED発光部を使用して高放射線量のUV光源を提供し、有効なUVビーム領域の走査範囲を拡大する。
さらに、本発明の集光束UVLED紫外線走査装置により、微生物およびウイルスに対し消毒殺菌すること、有機ガスに対して酸化作用を起こして脱臭すること、有機液体に対して光開始剤を有するものを重合作用を起こすこと、真菌やキノコに対してビタミンDの合成に寄与し快速合成させること、皮膚への皮膚光医療、皮膚病変を消毒することを提供する。
また、放射線量は、物質の有効活性化エネルギーよりも大きくなければならない。ウイルスが致死量を超える放射線量を吸収すると、大腸菌(Fecal coliform)などの結合を切断することにより、該細菌を殺すか又は消毒及び不活化することができる。
K=致死量6600μW/cm2、
K=I(強度μW/cm2)*t(時間-秒)などの式を適用する。
Iは照射の放射強度である。
Iが数秒でバクテリアを殺すのに十分高い限り、それは実行可能であるが、放射線量が70μW/cm2未満の場合、ウイルス自体に補正機能があり、効果のない消毒となる。
したがって、効率的かつ迅速な滅菌と不活化だけでなく、二次汚染のない安全なものとするため、UVLEDの放射線波長領域は放射線強度に対応し、放射線強度は十分に高くなければならない。UV接着剤には通常350-405nm光開始剤(光吸収剤領域)を添加し、急速な硬化を助けるために対応する波長のUV放射を使用する。また、他の285-350nmは、光医療及び真菌、キノコ類の植物養殖、それらのビタミンDの合成のために使用される。
プリント回路基板に電源を供給し、電源を入れて集光束UVLED紫外線発光部を発光させるとともに、回転装置を駆動してモーターのスピンドル上の多角形多反射面アルミニウムミラーを回転させる工程、
集光束紫外線は、前記回転する多角形多反射面アルミニウムミラーに投射され、紫外線は、前記回転する多角形多反射面アルミニウムミラーによって反射され、反射光は変位を生じ、走査を開始させる工程、
反射された紫外線は所定規則をもって方向を変え、ホームポジション変位走査を連続的に繰り返し、線から扇形の面を形成し、複数の扇形の面が互いに接続されて、大きな紫外線放射ビーム領域が形成される工程を含む。
これを集光束UVLED紫外線走査方法と称することとする。
前記回転装置は、モーターと多角形多反射面アルミニウムミラーを含み、前記多角形多反射面アルミニウムミラーは、モーターのスピンドルに取り付けられ、前記スピンドルと多角形多反射面アルミニウムミラーとは、ホールツーホールセットまたはユニバーサルジョイントセットを介して両側の中心線のずれをなくすように取り付けられる。
前記集光束UVLED発光光源ユニットは、少なくとも1つの集光束UVLED紫外線ランプビーズとPCB(プリント回路基板)を含み、前記集光束UVLED紫外線ランプビーズは、前記PCB上に固定されている。
また、前記固定座は本体と複数の固定支架を有し、前記固定座本体は構成素子を搭載するために使用され、本体と固定支架は一体成形または別体であり、
固定支架の1つに電源導入穴があり、固定座の材料は、表面に金属材料でメッキされた有機材料、無機材料金属材料又は有機材料のいずれかである。
前記中空金属管を再加工処理し、與結晶粒から放出される放射光の表面への垂直な方向、連続内側凹凸円弧アルミニウム反射ミラー(図3c)、連続内側凹凸三角反射ミラー(図3d)、連続内側凹凸長方形反射ミラー(図3e)に形成してもよく、反射光は連続ミラーに反射して垂直な子午線平面に線を形成し、放射光線は結晶粒の表面に垂直方向に外側に投影され、結晶粒光源に平行な方向の直進的集光束UVLED紫外線発光部を形成し、二次光学系の中空金属管の制御により、この集光光束は、光の角度と進行方向を変更して、集光光束の光の均一性を形成し、また、進行方向は前記中空金属管の直線方向と平行であり、小角度が小さいため、長距離投影走査に適しており、また、高紫外線放射線量光束を提供することができ、それらの二次封止である中空金属管は、内側方形と外側円、または、内側円と外側円、または内側円と外側方形の形をしてもよく、前記中空金属管は、アルミニウム、銅、ニッケル、スズ、またはアルミニウム粉末などでコーティングされた金属のいずれかであり、PCBに固定でき、本発明の集光束UVLED紫外線走査方法では、紫外線放射光源ユニットとして使用する。
また、前記固定座の材料は、有機材料、無機材料、金属材料などのいずれかであり得る。前記固定座本体は、前記回転装置モーターおよびPCBの固定ねじ穴を有し、前記固定座は、複数の固定支架を含む。前記PCB基板は、PCB(RF4有機材料)、MPCB(金属PCB)、CPCB(セラミックPCB)のいずれかで有り得る。
1.ウイルスを数秒で殺すために高放射線量の紫外線を提供する。
2.長距離にわたって放射線量を投射できる(表1を参照)。
3.大面積を均一に走査し、高い均一性と高い放射線量を投射する。
4.単位面積あたりの紫外線照射量を増やして、輻射熱を減らす。
5.死角無しで、高放射線量の左右前後変位走査ができる(図5a)。
6.上下左右立体式往復3D変位走査をできる(図5b)。製品の幅広い応用が期待できる。
本発明の実施例1に係る集光束UVLED紫外線走査装置の構造分解模式図である。(図2を参照する)
前記多角形多反射面アルミニウムミラー12は、前記モーター(モーター)スピンドルに直接付けるか、またはユニバーサルベアリングで間接的に付けて、多角形多反射面アルミニウムミラー12のスピンドル中心および中心線に対する偏心を排除することができる。
次いで、前記集光束UVLED発光光源ユニット20は、前記PCB22と、前記PCB22上に提供される少なくとも1つの前記集光束UVLED紫外線発光部3と、を含む。さらに、前記固定座30は、本体31および複数の固定支架32を含む。前記本体31は、前記モーター11および前記PCB22などの構成素子を支えるためのプラットフォームとして使用される。前記モーター11は、モーターベースのねじ穴112を介して固定座本体31に固定される。前記PCB22は、PCBのねじ穴113を介して前記本体31に固定されている。前記固定支架32の1つは、電源導入穴321を有する。前記固定座30は、金属アルミニウムでめっきされた有機材料、金属アルミニウム、無機材料、金属材料等のいずれかである。前記電源導入穴321は、少なくとも1つの集光束UVLED紫外線ランプビーズ3およびモーター11と接続している。電源がオンになると、電源はPCB22に入り、モーター11および少なくとも1つの集光束UVLED紫外線発光部3が同時に始動し、前記多角形の多反射アルミニウムミラー12も回転駆動する。また、前記PCB22上の前記集光束UVLED紫外線発光部3は、生成された光束を多角形多反射面アルミニウムミラー12の反射面121に投射し、反射光は、均一に分散された扇形を形成するように作業領域に投射される。反射ビーム領域では、複数の扇形領域が接続されて、一つ大きな面積を持つビーム領域を形成する。
また、前記多角形多反射面アルミニウムミラー12は、プラスチック射出成形によって形成され、さらに金属アルミニウムに真空電気めっきされるか、またはアルミニウム、ニッケル、銅、および亜鉛のうちの1つによって直接一体的形成されてもよい。前記多角形多反射面アルミニウムミラー12は、モーター11のスピンドル111にスリーブを付けて固定するために、中央にハウジングの開口部123を有する。前記モーター11は、交流(AC)モーター、DCモーター、ブラシレスモーター、ステッピングモーターなどのうちの1つであり得る。
図6aは、本発明の反射キャバティの側面図である。図6bは、本発明の反射キャバティの上面図である。図6cは、本発明の実施例2における反射キャバティ式集光束UVLED紫外線走査装置の模式図である。(図6aから図6cを参照する)
マドックスロッド(Maddox rod)の反射ミラーの原理により、円柱軸方向に光が入射すると、反射光は柱軸に垂直な反射光線として現れ、そして、反射キャバティ内の光を制御して、繰り返し反射するようになり、キャバティを出ることない。反射光は柱軸に垂直な二次反射光として形成され、さらに光が減衰するまで放射光は作業領域と再び重なり、均一に分布した高放射線量の放射ビーム領域を形成し、紫外線反射光は内部放射強度を増加させる。そして、反射キャバティから漏れる外部放射が少なくなり、二次汚染が減少し、ユーザーの身体的安全が確保される。
図7は、本発明の実施例3が本発明の実施例2に係る集光束UVLED紫外線走査装置をセントラルエアコンに応用する模式図である。(図7を参照する)
図8は、本発明の実施例4に係るサイドオープン反射キャバティ集光束UVLED紫外線走査装置の模式図である。(図8を参照する)
図9aは、本発明の実施例5に係る細長い形サイドオープン反射キャバティ集光束UVLED紫外線走査装置の模式図である。また、図9bは本発明の多角形特殊形状の多面柱形反射面アルミニウムミラーの模式図である。(図9aを参照する)
また、細長いPCB22は、サイドオープン反射キャバティ40-1の内部で開口部の近くに対応して配置されている。複数の集光束UVLED紫外線発光部3が前記PCB22上に固定されている。また、固定座30は、回転装置のモータ11と多角形多反射面アルミニウムミラー12とを固定するために使用される。複数の固定支架32はサイドオープン反射キャバティ40-1に固定するために使用され、固定支架32の1つが、前記PCB22に接続するための電源導入穴321を有する。本実施例では、波長350-405nmの紫外線発光ダイオードが使用され、多角形多反射面アルミニウムミラー12が開口部から放射光を放出するために使用される。
放射光線は開口部から放射され、放射光線は重合と硬化のために準備されたUV接着剤の表面に垂直であり、上下左右往復にスキャンして高放射線量の放射ビーム領域を形成する。大面積のUV接着剤は重合硬化作用(硬化プロセス)を受け、UV接着剤の光開始剤は、高放射エネルギーによる過熱によるコークス化なしに、迅速に重合および硬化することができる。
本発明の集光束UVLED紫外線走査方法および装置によれば、放射光線は、UV接着剤の表面に垂直な開放方向に投射される。電源を入れて左右往復の変位走査を行い、大面積のUV接着剤の硬化固化作用を行う。高放射エネルギーが得られ、液体UV接着剤が高速で移動するとしても、過熱によるコークス化なしで、高速重合および硬化、低放射熱、により、低分子量の気化を抑制し、ランプビーズへの汚染が少ない、ランプビーズの長寿命化を実現できる。光硬化を必要とする産業での用途に適する。
図10は、本発明の実施例6に係る排気・送風機を含む反射キャバティ式集光束UVLED紫外線走査装置の模式図である。(図10を参照する)
図11は、本発明の実施例7に係る殺菌用集光束UVLED紫外線走査装置の模式図である。(図11を参照する。)
図12は、本発明の実施例8に係る集光束UVLED紫外線走査方法のフローチャートである。(図12を参照する。)
工程1(12-1):PCB22に電源導入穴321を通して導入された電源を提供し、PCB22上の少なくとも1つの集光束UVLED紫外線発光部3を点灯させ、同時に回転装置10を駆動し、モーター11のスピンドル111上の多角形の多反射アルミニウムミラー12を駆動して回転させる工程、
工程2(12-2):さらに、少なくとも1つの集光束UVLED紫外線発光部3によって放出された紫外線を多角形多反射面アルミニウムミラー12の反射面121に投射し、反射定理から、回転中に入射角が連続的に変化し、反射光の角度も規則正しく方向を変え、反射光は変位を生じ、走査を開始させる工程、
工程3(12-3):反射された紫外線は、所定規則をもって方向を変え、ホームポジション変位走査を連続的に繰り返し、反射光は、裏返しに投射され、外側へ行くほど、面積は大きくなる扇形の放射光面が形成され、複数の扇形の面を接続して大きな放射作業領域を形成する工程。
2 反射キャバティ式集光束UVLED紫外線走査装置
3 集光束UVLED紫外線発光部
10 回転装置
11 モーター
111 スピンドル
112 モーターベースのねじ穴
113 PCB(プリント回路基板)のねじ穴
12 多角形多反射面アルミニウムミラー
121 反射面
122 多角形表面
123 ハウジングの開口部
20 集光束UVLED発光光源ユニット
21 一次封止の紫外線ランプビーズ
211 中空金属管
2111 アルミニウム反射ミラー
2112 連続内側凹凸円弧アルミニウム反射ミラー
2113 連続内側凹凸三角アルミミウム反射ミラー
2114 連続内側凹凸長方形アルミミウム反射ミラー
212 UVLEDリードフレーム(
22 PCB(プリント回路基板)
30 固定座
31 本体
32 固定支架
321 電源導入穴
40 反射キャバティ
40-1 サイドオープン反射キャバティ
401 固定支架の穴
41 通気配管
411 気流進行方向
42 排気口
43 排気・送風機
44 石英ガラススリーブ
12-1 走査工程1
12-2 走査工程2
12-3 走査工程3
θ 多角形面と多反射面の側面との夾角
Claims (18)
- 集光束UVLED紫外線走査方法であって、
工程1: 固定座の電源導入孔を介してプリント回路基板に電源を供給し、前記プリント回路基板に搭載されていて紫外線の光を発する集光束UVLED紫外線発光部に電源を入れて発光させるとともに、回転装置を駆動してモーターのスピンドルに直接または間接的に取り付けられた多角形多反射面アルミニウムミラーを回転させる工程であって、
ここで、前記プリント回路基板と前記モーターとはそれぞれ前記固定座に固定され、
前記多角形多反射面アルミニウムミラーは、前記モーターの前記スピンドルに直接または間接的に取り付けられる面を底面とするとき、この底面に隣接した側面として3つ又は3つ以上の反射面を有していて、
前記集光束UVLED紫外線発光部は前記モーターの前記スピンドルの周囲に配置されていて、前記集光束UVLED紫外線発光部から発せられた光が前記多角形多反射面アルミニウムミラーの前記反射面に入射して反射するようになっており、
工程2: 前記集光束UVLED紫外線発光部の紫外線は、前記回転する多角形多反射面アルミニウムミラーに投射され、紫外線は、前記回転する多角形多反射面アルミニウムミラーによって反射され、反射光は変位を生じ、走査を開始させる工程であって、
このとき、前記多角形多反射面アルミニウムミラーが回転することで前記各反射面が位置と向きを変え、また、反射面同士が互いの位置を順繰りに切り替わっていくことで、各反射面に対する光の入射角が変化し、これにより光の反射方向も変化し、各反射光は往復的な変位走査を繰り返し、
工程3: 前記多角形多反射面アルミニウムミラーの各前記反射面によって反射された紫外線は、前記多角形多反射面アルミニウムミラーから遠く拡がっていく方向に投射され、往復的な変位走査を繰り返し、扇形の面を形成し、複数の扇形の面が互いに接続されて、大きな紫外線放射ビーム領域が形成される工程、を含む
ことを特徴とする集光束UVLED紫外線走査方法。 - 集光束UVLED紫外線走査装置であって、
回転装置と、
集光束UVLED発光光源ユニットと、
固定座と、を備え、
前記回転装置は、少なくともモーターと、前記モーターのスピンドルに直接または間接的に取り付けられている多角形多反射面アルミニウムミラーと、を有し、
前記集光束UVLED発光光源ユニットは、少なくとも集光束UVLED紫外線発光部と、集光束UVLED紫外線発光部を搭載するプリント回路基板と、を有し、
前記固定座は、プラットフォームとして使用される固定座本体と、前記固定座本体に設けられた複数の固定支架と、を有し、
前記集光束UVLED紫外線発光部は、UVLED発光部のリードフレームに紫外線ランプビーズを設置し、さらに、前記紫外線ランプビーズからの光が中空金属管の中を通るように前記中空金属管を前記UVLED発光部の前記リードフレームに取り付けた構造であり、
前記固定支架の一つは電源導入孔を有し、
前記モータは、前記固定座本体に固定され、
前記プリント回路基板は、前記固定座本体に固定され、
前記多角形多反射面アルミニウムミラーは、前記モータの前記スピンドルに直接または間接的に取り付けられる面を底面とするとき、この底面に隣接した側面として3つ又は3つ以上の反射面を有していて、
前記集光束UVLED紫外線発光部は前記モーターの前記スピンドルの周囲に配置されていて、前記集光束UVLED紫外線発光部から発せられた光が前記多角形多反射面アルミニウムミラーの前記反射面に入射して反射するようになっており、
前記集光束UVLED紫外線発光部の紫外線は、前記回転する多角形多反射面アルミニウムミラーに投射され、前記多角形多反射面アルミニウムミラーが回転することで前記各反射面が位置と向きを変え、また、反射面同士が互いの位置を順繰りに切り替わっていくことで、各反射面に対する光の入射角が変化し、これにより光の反射方向も変化し、各反射光は往復的な変位走査を繰り返す
ことを特徴とする集光束UVLED紫外線走査装置。 - 請求項2に記載の集光束UVLED紫外線走査装置において、
さらに、反射キャバティを有し、
前記反射キャバティは、内側を囲む側面を有する中空の反射空洞体であって、
前記集光束UVLED発光光源ユニット、および、前記回転装置は、前記固定座を介して前記反射キャバティの内側に固定され、
前記反射キャバティの前記側面の内側面である裏壁は、高反射金属アルミニウム層であり、
前記裏壁には、細長い柱状の非球面のパターンがあり、
前記柱状の非球面のパターンは、入射光に垂直であり、
前記柱状の非球面のパターンは、円弧、三角形、または長方形のいずれかである
ことを特徴とする集光束UVLED紫外線走査装置。 - 請求項2に記載の集光束UVLED紫外線走査装置において、
石英ガラススリーブをさらに有し、
前記石英ガラススリーブは、シリコーンで前記固定座の本体に接着され、
前記集光束UVLED発光光源ユニット、および、前記回転装置は、前記石英ガラススリーブの内側に密封されている
ことを特徴とする集光束UVLED紫外線走査装置。 - 請求項2に記載の集光束UVLED紫外線走査装置において、
前記UVLED発光部からの光の波長は、250-405nmであり、
前記中空金属管の高さは1.2mm~20mmである
ことを特徴とする集光束UVLED紫外線走査装置。 - 請求項2に記載の集光束UVLED紫外線走査装置において、
前記中空金属管は、内側方形かつ外側方形、または、内側円形かつ外側円形、または、内側円形かつ外側方形の形状であり、
前記中空金属管の材料は、アルミニウム、銅、ニッケル、スズ、または金属被覆アルミニウム粉末のいずれかである
ことを特徴とする集光束UVLED紫外線走査装置。 - 請求項2に記載の集光束UVLED紫外線走査装置において、
前記中空金属管の裏表面は、連続内側凹凸円弧反射ミラー、連続内側凹凸三角反射ミラー、または連続内側凹凸長方形反射ミラーとして形成され、
連続した凹凸方向は、光の射出方向に垂直であり、
前記中空金属管の材料は、アルミニウム、銅、ニッケル、スズ、または金属被覆アルミニウム粉末のいずれかである
ことを特徴とする集光束UVLED紫外線走査装置。 - 請求項2から請求項4のいずれかに記載の集光束UVLED紫外線走査装置において、
前記多角形多反射面アルミニウムミラーは、プラスチック射出成形によって形成され、さらに真空めっきによって金属アルミニウムをめっきするか、または、直接にアルミニウムを金属加工成形によって形成され、
前記多角形多反射面アルミニウムミラーの前記底面に対向する面を多角形表面とするとき、前記多角形表面が各前記反射面と夾角θを形成し、前記夾角θの角度は、すべての反射面で同じθ角であるか、または、反射面ごとに異なるのいずれかである
ことを特徴とする集光束UVLED紫外線走査装置。 - 請求項2から請求項4のいずれかに記載の集光束UVLED紫外線走査装置において、
前記モーターは、交流(AC)モーター、直流(DC)モーター、ブラシレスモーター、ステッピングモーターのいずれかである
ことを特徴とする集光束UVLED紫外線走査装置。 - 前記請求項2から請求項4のいずれかに記載の集光束UVLED紫外線走査装置において、
前記集光束UVLED発光光源ユニットに使用されるプリント回路基板は、ポリマー、金属あるいはセラミックのいずれかである
ことを特徴とする集光束UVLED紫外線走査装置。 - 請求項2に記載の集光束UVLED紫外線走査装置において、
前記固定座本体と前記複数の固定支架は、一体成形または別体として形成されたものであり、
前記固定支架の一つには電源導入孔があり、
前記固定座の材料は、表面に金属アルミニウムでめっきされた有機材料、無機材料および金属材料のいずれかである
ことを特徴とする集光束UVLED紫外線走査装置。 - 請求項3に記載の集光束UVLED紫外線走査装置において、
さらに、排気口と通気配管とを有し、
前記排気口と前記通気配管とはそれぞれ前記反射キャバティの両側に配置されている
ことを特徴とする集光束UVLED紫外線走査装置。 - 請求項3に記載の集光束UVLED紫外線走査装置において、
さらに、排気・送風機を有し、
前記排気・送風機は前記反射キャバティに取り付けられている
ことを特徴とする集光束UVLED紫外線走査装置。 - 請求項2に記載の集光束UVLED紫外線走査装置において、
さらに、サイドオープン型の反射キャバティを有し、
前記サイドオープン型の反射キャバティは、内側を囲む側面を有する中空の反射空洞体であって、
前記集光束UVLED発光光源ユニット、および、前記回転装置は、前記固定座を介して前記サイドオープン型の反射キャバティの内側に固定され、
前記サイドオープン型の反射キャバティの側面には開口部があり、
前記開口部から放射光が放射される
ことを特徴とする集光束UVLED紫外線走査装置。 - 請求項14に記載の集光束UVLED紫外線走査装置において、
前記多角形多反射面アルミニウムミラーは、
多角形多面体の柱状型反射面アルミニウムミラー、
または、
多角形特殊形状多面の柱形反射面アルミニウムミラーであって、
前記多角形多面体の柱状型反射面アルミニウムミラーは、角柱状であって、角柱の各側面が前記反射面になっているものであり、
前記多角形特殊形状多面の柱形反射面アルミニウムミラーは、側面を前記反射面とする截頭錐型の多面体が向きを交互に変えて積み重なったような形状であって、すなわち、当該多角形特殊形状多面の柱形反射面アルミニウムミラーを側方視したとき、当該多角形特殊形状多面の柱形反射面アルミニウムミラーの側面は、屈曲方向を交互に変えながらジグザグを繰り返す形状となっている
ことを特徴とする集光束UVLED紫外線走査装置。 - 請求項2から請求項4のいずれかに記載の集光束UVLED紫外線走査装置において、
前記集光束UVLED紫外線発光部からの光の波長は250-285nmであり、殺菌に用いられる
ことを特徴とする集光束UVLED紫外線走査装置。 - 請求項14または請求項15に記載の集光束UVLED紫外線走査装置において、
前記集光束UVLED紫外線発光部からの光の波長は285-350nmであり、真菌、キノコ類の栽培及び光医療に使用される
ことを特徴とする集光束UVLED紫外線走査装置。 - 請求項14または請求項15に記載の集光束UVLED紫外線走査装置において、
前記集光束UVLED紫外線発光部からの光の波長は350-405nmであり、UV接着剤の光重合硬化に使用される
ことを特徴とする集光束UVLED紫外線走査装置。
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