KR102368806B1 - 감소된 스트레이 광에 대한 방출 오프셋 조명을 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

감소된 스트레이 광에 대한 방출 오프셋 조명을 위한 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

예를 들어, 광-경화가능 재료를 방사처리하는 방법은, 발광 요소들의 어레이로부터 제 1 축을 중심으로 광-경화가능 표면을 향해 광을 방사하는 단계, 방사된 광을 발광 요소들의 어레이와 광-경화가능 표면 사이에 개재되는 광학 요소를 통해 지향시키는 단계 ―광학 요소의 중심 축은 제 1 축으로부터 오프셋됨―, 광학 요소를 통해 지향되는 방사된 광을 제 1 축으로부터 광-경화가능 표면을 향해 비대칭적으로 편향시키는 단계를 포함할 수 있다.

Description

감소된 스트레이 광에 대한 방출 오프셋 조명을 위한 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR EMITTING OFFSET ILLUMINATION FOR REDUCED STRAY LIGHT}
본 출원은, 2013년 12월 5일에 출원되고 발명의 명칭이 "METHOD AND SYSTEM FOR EMITTING OFFSET ILLUMINATION FOR REDUCED STRAY LIGHT"인 미국 가특허 출원 제 61/912,477호에 대해 우선권을 주장하며, 상기 가특허 출원의 전체 내용들은 이로써 모든 목적들을 위해 참조로 통합된다.
종래의 프린팅 및 경화 시스템들 및 방법들은, UV-경화가능 잉크 등과 같은 광-경화가능 재료들을 폴리머 필름 또는 페이퍼와 같은 기판에 도포 및 경화하는 것을 포함할 수 있다. 특히, 잉크와 같은 광-경화가능(light-curable) 재료는 먼저, 프린터 헤드를 통해 기판에 도포될 수 있다. 후속적으로, 광-경화가능 재료는, 광원을 이용하여 기판 상에서 경화될 수 있다. 종래의 시스템들에서는, 프린터 헤드가 광원에 인접하게 위치되어, 프린터 헤드를 통한 기판 상으로의 광-경화가능 재료의 도포에 후속하여, 광-경화가능 재료가 신속하게 경화될 수 있다. 따라서, 광원으로부터 방출되는 광의 일부는, 타겟 기판을 타격한 후 프린터 헤드로 역으로 반사될 수 있어서, 프린터 헤드 표면의 광-경화가능 재료(예를 들어, 광-경화가능 잉크)가 타겟 기판에 도포될 수 있기 전에 광-경화가능 재료의 경화를 초래하여, 가속된 프린터 헤드 악화를 야기할 수 있다. 프린터 헤드에서 잉크의 경화를 완화하기 위한 종래의 접근법은, 타겟 기판으로부터 프린터 헤드에 입사하는 반사된 광이 감쇠되도록, 프린터 헤드(및 광원)를 기판으로부터 증가된 거리에 위치시키는 것을 포함한다. 다른 종래의 접근법은, 잠재적으로 프린터 헤드 상으로 반사될 수 있는, 광원으로부터 방출된 광의 일부를 차단하기 위해 위치되는 배플(baffle)들, 및 반사된 광이 프린트 헤드에 도달할 수 있기 전에 이를 차단하기 위해 위치되는 배플들을 포함한다.
본 발명자들은, 상기 접근법들에 있어서의 잠재적인 문제들을 인식하였다. 즉, 기판으로부터의 프린터 헤드의 거리를 증가시키는 것은, 기판 표면에서 광의 조도를 감쇠시켜, 더 긴 경화 시간들 및 더 낮은 시스템 효율을 야기할 수 있다. 또한, 배플들의 이용은, 장비 셋업의 비용 및 복잡도를 증가시키고, 프린터 헤드 및 광원 인근에 배플들의 존재는, 광-경화가능 표면에서 프린팅 신뢰도 및 광 방출과 간섭할 수 있다.
상기 문제들을 적어도 부분적으로 처리하는 하나의 접근법은, 발광 요소들의 어레이로부터 제 1 축을 중심으로 광-경화가능 표면을 향해 광을 방사하는 단계, 방사된 광을 발광 요소들의 어레이와 광-경화가능 표면 사이에 개재되는 광학 요소를 통해 지향시키는(directing) 단계 ―광학 요소의 중심 축은 제 1 축으로부터 오프셋됨―, 및 광학 요소를 통해 지향되는 방사된 광을 제 1 축으로부터 광-경화가능 표면을 향해 비대칭적으로 편향시키는(deflecting) 단계를 포함하는, 광-경화가능 재료를 방사처리하는(irradiating) 방법을 포함한다.
다른 실시예에서, 프린팅 및 경화 시스템은, 발광 요소들의 어레이를 포함하는 조명 모듈, 커플링 옵틱스(coupling optics) 및 제어기를 포함할 수 있고, 제어기는, 커플링 옵틱스를 어레이 위에 위치시키고 ―발광 요소의 중심 축은 발광 요소들의 어레이의 제 1 축으로부터 오프셋됨―, 발광 요소들의 어레이로부터 제 1 축을 중심으로 광-경화가능 표면을 향해 광을 방사하고, 방사된 광을 커플링 옵틱스를 통해 지향시키고, 커플링 옵틱스를 통해 지향되는 방사된 광을 제 1 축으로부터 광-경화가능 표면을 향해 비대칭적으로 편향시키기 위한 실행가능한 명령들을 갖는다.
추가적인 실시예에서, 조명 모듈은 발광 요소들의 어레이를 포함할 수 있다. 어레이는, 제 1 축을 중심으로 광-경화가능 표면을 향해 대칭적으로 광을 방출하고, 광학 요소는 어레이와 광-경화가능 표면 사이에 개재되고, 광학 요소의 중심 축은 발광 요소들의 어레이로부터 방출된 광을 제 1 축으로부터 광-경화가능 기판을 향해 비대칭적으로 지향시키기 위해 제 1 축으로부터 오프셋된다.
이러한 방식으로, 타겟 기판으로부터의 광의, 프린터 헤드로의 반사를 감소시키고, 프린터 헤드에서 광-경화가능 재료의 경화를 감소시키고, 프린터 헤드 악화를 감소시키기 위해, 프린팅 및 경화 시스템에서 광원으로부터 방출된 광을 프린터 헤드로부터 편향시키는 것의 기술적 결과가 달성될 수 있다.
상기 요약은, 상세한 설명에서 추가로 설명되는 개념들의 선택을 단순화된 형태로 소개하기 위해 제공됨을 이해해야 한다. 상기 간략한 설명은 청구된 요지의 핵심적인 또는 필수적인 특징들을 식별하려는 의도가 아니며, 청구된 요지의 범주는 상세한 설명에 후속하는 청구항들에 의해 고유하게 정의된다. 게다가, 청구된 요지는 전술된 또는 본 개시의 임의의 부분에서 언급되는 임의의 단점들을 해결하는 구현들로 제한되지 않는다.
도 1은, 근사-랑베르(near-Lambertian) 방출 패턴의 예를 예시한다.
도 2는, 발광 요소들의 규칙적으로 이격된 선형 어레이의 예에 대한 개략이다.
도 3은, 도 2의 발광 요소들의 규칙적으로 이격된 선형 어레이에 대한 조도 패턴의 예를 예시하는 개략이다.
도 4a 및 도 4b는, 예시적인 광원들 및 인접한 프린터 헤드를 예시한다.
도 5a 및 도 5b는, 광원으로부터의 광 방출 패턴에 대한 측단면도들이다.
도 6a 및 도 6b는, 광원으로부터의 광 방출 패턴에 대한 측단면도들이다.
도 7a 및 도 7b는, 광원으로부터의 광 방출 스펙트럼에 대한 측단면도들이다.
도 8은, 조명 시스템의 예를 예시하는 개략이다.
도 9는, 예시적인 광학 요소 모듈을 예시한다.
도 10은, 예시적인 광원의 정면 사시도이다.
도 11a 및 도 11b는, 예시적인 광학 요소 모듈의 정면 사시도 및 단면도를 예시한다.
도 12는, 렌즈의 중심 축을 도시하는 개략을 예시한다.
도 13은, 광-경화가능 코팅을 방사처리하는 방법에 대한 예시적인 흐름도이다.
도 14a 및 도 14c는, 예시적인 원통형 프레넬(Fresnel) 렌즈들의 사시도들이다.
도 14b 및 도 14d는, 각각 도 14a 및 도 14c의 예시적인 원통형 프레넬 렌즈들의 단면도들이다.
도 15는, 원통형 프레넬 렌즈를 갖는 예시적인 광원의 부분 측면 사시도이다.
본 설명은 프린터 및 코팅 시스템, 및 이를 이용한 방법에 관한 것이다. 광-경화가능 잉크를 이용하는 종래의 프린팅 및 경화 시스템들에서, 광원으로부터 방출된 광은, 타겟 기판을 타격한 후 프린터 헤드로 역으로 반사되어, 잉크가 타겟 기판에 도포될 수 있기 전에 잉크의 경화를 초래하고 프린터 헤드 악화를 초래할 수 있다. 본 발명자들은, 광원으로부터 방출된 광의 광선들을 오프셋 또는 편향시켜, 반사된 광의 광선들이 프린트 헤드로 진입하는 것을 방지하기 위해 렌즈를 이용한다. 이러한 구성은, 재료가 타겟 기판에 도달하기 전에 경화되는 것을 방지하는 이점을 갖는다.
도 1은 LED 발광 요소에 대한 근사-랑베르 방출 패턴의 예를 예시한다. 도 2는 규칙적으로 이격된 방식으로 배열되는 발광 요소들의 선형 어레이의 예를 나타내는 개략을 도시하고, 도 3은 도 2에 도시된 발광 요소들의 규칙적으로 이격된 선형 어레이에 대한 조도 패턴의 예를 예시한다. 도 4a 및 도 4b는 각각 오프셋 원통형 렌즈를 갖고 옵틱스(optics)를 갖지 않는 예시적인 광원 및 프린터 헤드를 예시한다. 도 5는 광원으로부터의 광 방출의 측단면도의 개략을 도시한다. 도 6은 오프셋 원통형 렌즈를 포함하는 광원으로부터의 광 방출의 측단면도의 개략을 도시한다. 도 7은 (오프셋 막대형(rod) 렌즈에 의한) 광 방출의 측면도를 도시한다. 도 8은 광원에 대한 예시적인 구성의 개략이다. 도 9는 예시적인 광학 요소 모듈을 예시하고, 도 10은 예시적인 광원의 정면 사시도이다. 광학 요소 모듈의 예가 도 11a 및 도 11b에 도시된다. 도 12는 광학 요소의 중심 축을 예시한다. 도 13은 광-경화가능 코팅을 방사처리하는 방법에 대한 예시적인 흐름도이다. 다중-그루브(multi-groove) 및 단일-그루브 원통형 프레넬 렌즈들의 예들이 도 14a, 도 14b, 도 14c 및 도 14d에 도시된다. 도 15는 단일-그루브 원통형 프레넬 렌즈를 포함하는 광원의 예를 예시한다.
이제 도 1을 참조하면, 도 1은, LED 타입 발광 요소와 같은 근사-랑베르(near-Lambertian) 광원에 대한 방출 패턴(100)을 예시한다. 방출 패턴은, 근사-랑베르 광원으로부터 시작된 광의 각도 확산이, 0 스캔 각도와 일치하는 메인 발광 축(104)을 중심으로 넓고 대칭적으로 분산되는 것을 예시한다. 또한, 방사 강도 프로파일(110)은, 광원으로부터의 방출 각도가 -90°로부터 +90°로 변함에 따라 가변적이다. 따라서, 근사-랑베르 광원에 의해 조명되는 표면은 광에 의해 균일하게 방사처리되지 않을 수 있다.
도 2는, 발광 요소들의 높은 종횡비 어레이(high aspect ratio array)(200)의 예에 대한 간단한 개략을 예시한다. 일례에서, 발광 요소들은 랑베르 발광 요소들을 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 높은 종횡비 어레이(200)는, 10개의 발광 요소들(220)의 규칙적으로 이격된 36mm 선형 어레이를 포함한다. 규칙적으로 이격되는 것은, 각각의 발광 요소 사이의 간격(240)이 동일할 수 있음을 의미한다. 발광 요소들은, 기판(210), 예를 들어, 인쇄 회로 보드(PCB) 상에 장착될 수 있다. 발광 요소들의 선형 어레이들 이외에, 높은 종횡비 어레이들은 발광 요소들의 2차원 어레이들도 포함할 수 있다. 2차원의 높은 종횡비 어레이들은, 제 1 차원에서 제 1 발광 요소들의 수 및 제 2 차원에서 제 2 발광 요소들의 수를 포함할 수 있고, 여기서 상기 제 1 발광 요소들의 수는 적어도 상기 제 2 발광 요소들의 수보다 훨씬 더 크다. 예를 들어, 발광 요소들의 2×8 2차원 어레이가 높은 종횡비 어레이로 고려될 수 있다.
도 3은, 도 2의 LED들의 규칙적으로 이격된 선형 어레이로부터 6mm 떨어져 위치된 고정 평면에서의 조도 패턴의 플롯(300)을 예시한다. 플롯(300)의 조도 패턴은, Zemax와 같은 광학 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 생성될 수 있다. 곡선들(310, 320, 330, 340, 350 및 360)은, 각각 1.80, 1.65, 1.30, 0.90, 0.40 및 0.20 W/cm2의 90°방출 각도에 수직으로 배향된 광원으로부터 6mm 떨어진 표면에서 일정한 조도의 라인들을 근사화한다. 도 3은, 폭방향 축 및 길이방향 축에서 선형의 규칙적으로 이격된 어레이로부터 방출된 광의 각도 확산을 예시한다. 규칙적으로 이격된 어레이로부터의 조도는, 패턴의 중심으로부터 둘레를 향해 강도가 감소하는 2차원 패턴을 통해 변한다. 도 3의 조도 패턴에 도시된 바와 같이, 광의 분포는 메인 발광 축(304)을 중심으로 널리 분산된다.
이제 도 10을 참조하면, 도 10은, 예시적인 광원(1000)의 정면 사시도를 예시한다. 광원은, 발광 요소들의 선형 어레이를 포함하는 하우징(1010), 하우징(1010)의 정면 평면에 있는 윈도우 및 정면 커버(1016), 측벽들(1018) 및 패스너들(fasteners)(1030)을 포함한다. 예시된 바와 같이, 광원(1000)은, 정사각형 또는 둥근 직사각형 박스로 형상화된 하우징(1010)을 가질 수 있다. 하우징의 정면 평면으로부터 후방으로 수직으로 측벽들이 연장되고, 광원들이 나란히 있는 경우 동일 높이에 위치될 수 있는 다른 하우징 형상들이 이용될 수 있다.
도 4a를 참조하면, 도 4a는, 앞서 도 10에서 설명된 광원(1000)과 같은 광원(1000)의 하우징(1010)을 포함하는 프린터 및 코팅 시스템(400)의 개략을 예시한다. 프린터 및 코팅 시스템(400)은 프린터(410)를 포함할 수 있다. 프린터(410)는 장착 및/또는 위치되는 프린터 헤드(430)를 포함할 수 있고, 여기서 바닥 표면(450)은 광원(1000)의 하우징(1010)의 바닥 표면(예를 들어, 정면 커버(1016))과 동일 높이이다. 바닥 표면(450)은 또한 프린터 헤드 표면으로 지칭될 수 있는데, 이는 프린팅 잉크가 바닥 표면(450)을 통해 프린터 헤드로부터 분사되기 때문이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 광은 정면 커버(1016)를 통해 광원(1000)으로부터 방출된다. 따라서, 프린팅 잉크 및 광 모두는, 프린터 헤드(430)의 바닥 표면(450) 및 광원(1000)의 정면 커버(1016) 모두와 정렬되는 공통 평면을 통해 방출된다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 광의 광선들(420)은, 메인 발광 축(470)을 중심으로 광원(1000)에 의해 대칭적으로 방출될 수 있고, 타겟 기판(440)에서 반사될 수 있다. 도 4a에 예시된 바와 같이, 타겟 기판(440)으로부터 반사된 광의 광선들 중 일부는 기판으로부터 역으로 프린터 헤드(430)로 반사되어, 프린터 헤드 노즐들에서 잉크의 경화로 인해 프린터 헤드 불발(misfiring) 또는 프린터 헤드 분사 문제들을 초래할 수 있다. 프린터 헤드는 프린터 헤드 표면 상으로 방사된 광을 측정하기 위해 프린터 헤드에 걸쳐 분포되는 센서들(436)을 더 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 타겟 기판(440)으로부터 프린터 헤드 상으로 반사된 광이 측정되어 제어기(1414)에 입력될 수 있다.
도 4b를 참조하면, 도 4b는, 광원(1000)의 하우징(1010) 내부에 위치되는 원통형 렌즈(660)를 더 포함하는 변형된 프린팅 및 경화 시스템(401)의 개략을 예시한다. 원통형 렌즈(660)는, 원통형 렌즈(660)의 바닥 발광 표면이 정면 커버(1016)와 동일 높이이거나 그로부터 약간 오목하게 되어, 정면 커버(1016)가 프린터 헤드(430)의 바닥 표면(450)과 동일 높이를 유지하도록 위치된다. 도 4b에 예시된 바와 같이, 원통형 렌즈(660)는 광원으로부터 비축(off-axis) 정렬되어, 광원의 발광 표면으로부터 및 정면 커버(1016)로부터 방출된 광의 광선들이 기울어진 전파 축(480)(예를 들어, 방출된 광의 광선들이 원통형 렌즈를 통과하여 분산되는 발광 중심축)을 중심으로 재지향되게 할 수 있다. 기울어진 전파 축(axis of propagation)(480)은, 광원의 메인 발광 축(470)으로부터 기울어져 있으며, 각(예를들어, 도 4b의 Φ)을 이룬다. 기울어진 전파 축(480)이 메인 발광 축(470)에 대해 기울어진 정도(예를들어, 도 4b의 Φ 각도 편향)는, 광원의 메인 발광 축(470)에 대한 원통형 렌즈(660)의 오프셋(예를 들어, 비축 정렬)의 크기 뿐만 아니라 원통형 렌즈의 형상 및 기하구조를 포함하는 다른 요인들에 의존할 수 있다. 원통형 렌즈(660)의 오프셋은 원통형 렌즈(660)의 중심 축(404)이 메인 발광 축(470)과 떨어져있는 거리(402)에 의해 특징지어 질 수 있다. 렌즈의 중심 축이 광원(1000)의 메인 발광 축(470)과 정렬되면(예를 들어, 오프셋이 없고 거리(402)가 제로이면), 방출된 광의 광선들은 프린터 헤드(430)로부터 편향되지 않을 수 있다.
일부 예들에서, 렌즈의 중심 축은 렌즈의 물리적 중심을 관통할 수 있다. 중심 축은 또한 렌즈의 종방향 축과 정렬될 수 있고, 렌즈의 종방향 축은 렌즈의 종방향 중심을 관통한다. 예를 들어, 회전방향에서 대칭적인 렌즈의 경우, 중심 축은 통상적으로 렌즈의 물리적 중심에서 정점(포지티브 렌즈) 또는 골짜기(네거티브 렌즈)에 수직일 수 있다. 비회전방향에서 대칭적인 렌즈의 경우, 중심 축은 일 축(예를 들어, 단축(short axis))의 정점 또는 골짜기, 및 제 2 축(예를 들어, 종방향 축)의 정점 또는 골짜기에 의해 정의되는 2개의 평면들의 교차부일 수 있다. 도 12에 도시된 바와 같이, 일 축이 파워(power)를 갖지 않으면(예를 들어, 원통형 렌즈), 파워된(powered) 축의 정점 또는 골짜기에 수직인 평면, 및 넌-파워된(non-powered) 축의 물리적 중심에 의해 중심 축이 주어질 수 있다.
예를 들어, 메인 발광 축(470)으로부터 원통형 렌즈(660)의 오프셋 정도(메인 발광 축(470)과 원통형 렌즈(660)의 중심 축(404)간의 거리(402))를 증가시키는 것은, 기울어진 전파 축(480)의 기울기 정도(예를 들면, 도 4b의 Φ에 의한 기울기)를 증가시킬 수 있다. 따라서, 방출된 광은 그에 따라, 오프셋의 양에 의해 결정되는 각도(예를 들면, 도4b의 Φ)로 메인 발광 축(470)의 일 측으로 편향될 수 있다. 방출된 또는 방사된 광의 광선들을 편향시키는 것은, 광의 광선들의 굴절, 반사, 회절, 시준(collimating) 및 포커싱 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 기울어진 그리고 오프셋된 반사된 광의 광선들(460)의 프린터 헤드(430)로의 반사는 감소될 수 있다. 따라서, 프린터 헤드의 표면에서 광-경화가능 재료의 경화는 완화될 수 있고, 프린터 헤드 악화는 감소될 수 있다. 또한 추가로, 프린터 헤드와 타겟 기판(440) 사이의 거리(490)가 감소되어, 종래의 시스템들 및 방법들에 비해 경화 레이트들을 증가시키고 프린터 및 코팅 시스템의 효율을 증가시킬 수 있다.
이제 도 9를 참조하면, 도 9는, 광학 요소(910)에 대한 광학 요소 모듈(900)의 그림을 예시하고, 광학 요소(910)는 중심 축(916)을 포함한다. 광학 요소 모듈(900)의 둘레는, 오목 렌즈 구역(906)에 대해 그리고 오목화된(recessed) 장착 구역(912)에 대해 상승된 광학 요소 모듈(900)의 외측 에지(outer edge)(902)에 의한 윤곽을 갖는다. 광학 요소(910)는, 다양한 기하학적 구성들(예를 들어, 막대형, 프레넬, 원통형 등)일 수 있고, 오목 렌즈 구역(906)의 오목화된 형상은 다양한 기하구조들의 광학 요소들을 수용하는 것을 도울 수 있다. 오목화된 정렬 구역(902)은, 광학 요소 모듈(900)을 광원에 정렬시키는 것을 보조할 수 있다. 예를 들어, 광학 요소들은, 패스너 홀더들(904)에 위치될 수 있는 패스너들에 의해 제위치에 고정될 수 있다. 오목화된 정렬 구역은 복수의 조절 리지들(adjustment ridges)(908)을 더 포함할 수 있다. 광학 요소(910)의 장착 에지(mounting edge)를 조절 리지들(908) 중 하나 이상에 정렬시키는 것은, 도 4b를 참조하여 앞서 설명된 바와 같이, 광학 요소(910)의 중심 축(916)과 방출된 광의 광선들의 메인 발광 축 사이에 특정 오프셋 거리(402)를 달성하도록 광학 요소(910)를 위치시키는 것을 보조할 수 있다. 또한, 광학 요소 모듈(900)은, 광학 요소 모듈(900)의 외측 에지(902) 근처에 위치되는 하나 이상의 이격 지지부들(914)을 포함할 수 있다. 이격 지지부들(914)은, 광학 요소 모듈(900)에 광학 요소(910)를 고정시키기 위한 추가적인 지지부를 제공할 수 있다.
도 5a 및 도 5b는, 발광 요소들의 높은 종횡비 어레이의 종방향 축을 따른 단면도들을 도시하는 예시들이다. 도 2에서 앞서 설명된 도 4a의 높은 종횡비 어레이(200)와 유사하게, 발광 요소들은 메인 방출 축(550)을 중심으로 근사-랑베르 프로파일을 갖는 광을 방출할 수 있다. 메인 방출 축(550)에 평행한 프린팅 축(560)은, 프린팅 잉크가 프린터 헤드로부터 기판에 제공된 후 이동하는 예시적인 경로를 도시하고, 여기서 프린터 헤드는 도 4a에 도시된 바와 같이 광원(1000)에 인접하게 위치될 수 있다. 따라서, 도 4a 및 도 4b에 따라, 잉크를 제공하는 프린터 헤드 및 프린터 헤드 표면은, 프린팅 축(560)을 따라, 정면 커버(1016)의 발광 표면과 동일평면 위치에 위치될 수 있다.
도 5a는, 광원(1000)으로부터 방출된 광의 음영된(shaded) 광 강도 스펙트럼(502)을 추가로 예시한다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 광 강도는 광원(1000)으로부터 짧은 거리에 대부분 집중되고, 광원(1000)으로부터 더 먼 거리들에서는 빠르게 분산된다. 도 5b는, 도 5a의 광 강도 스펙트럼(502)을 선형 등고선들(520, 530 및 540)로 개략적 형태로 겹쳐 놓은 예시이다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 광의 광선들(570)은 메인 발광 축(550)의 양 측 모두를 중심으로 대칭적으로 연장되고, 프린팅 축(560)을 넘어 연장되는 것을 포함한다. 도 4a와 유사한 상황이 표현되고, 여기서 프린팅 축(560)을 넘어 이동하는 광의 광선들은 기판으로부터 프린터 헤드로 반사될 수 있다.
도 6a 및 도 6b는, 오프셋 원통형 렌즈(660)에 의해 광원으로부터의 광 방출 스펙트럼에 대한 측단면도들을 도시한다. 도 6a는, 광원(1000)으로부터 방출된 광의 음영된 광 강도 스펙트럼(602)을 추가로 예시한다. 도 6b는, 도 6a의 광 강도 스펙트럼(602)을 선형 등고선들(610, 620 및 630)로 개략적 형태로 겹쳐 놓은 예시이다. 도 6b에 예시된 선형 등고선들(610, 620 및 630)은 동일한 광 강도의 구역들을 표현한다. 도 6b에 도시된 바와 같이 방출된 광의 광선들(680)은, 광원(1000)으로부터 나오는 광의 광선들이 오프셋 원통형 렌즈(660)에 의해 지향될 수 있는 방향을 예시한다. 도 5b와는 달리, 도 6b의 방출된 광의 광선들(680)은, 메인 발광 축(550)의 양 측 모두를 중심으로 대칭적으로 연장되지 않는다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 오프셋 원통형 렌즈(660)의 포함으로 인해, 방출된 광의 중심 축(650)은 메인 발광 축(550)으로부터 오프셋된다. 메인 발광 축(550)의 중심 축(650)으로의 이동은 방출된 광의 광선들(680)이 프린팅 축(560)으로부터 멀어지도록 편향되는 것을 나타낸다. 중심 축(650)에 대한 메인 발광 축(550)의 이러한 시프트는, 방출된 광의 광선들(680)의, 프린팅 축(560)으로부터의 편향을 표시한다. 도 6b에 도시된 바와 같은 원통형 렌즈(660)는 다양한 기하구조 구성일 수 있다.
도 6a 및 도 6b와 유사한 상황이 도 7a 및 도 7b에 표현된다. 도 7a 및 도 7b는, 오프셋 막대형 렌즈(740)에 의해 광원으로부터의 광 방출 스펙트럼에 대한 측단면도들을 도시한다. 도 7a는, 광원(1000)으로부터 방출된 광의 음영된 광 강도 스펙트럼(702)을 추가로 예시한다. 도 7b는, 도 6a의 광 강도 스펙트럼(702)을 선형 등고선들(710, 720 및 730)로 개략적 형태로 겹쳐 놓은 예시이다. 도 7b에 예시된 선형 등고선들(710, 720 및 730)은 동일한 광 강도의 구역들을 표현한다. 도 5b와는 달리, 도 7b의 방출된 광의 광선들(760)은, 메인 발광 축(550)의 양 측 모두를 중심으로 대칭적으로 연장되지 않는다. 도 7b는, 광원(1000)으로부터 방출된 광의 광선들이 오프셋 막대형 렌즈(740)에 의해 지향될 수 있는 방향을 예시한다. 도 7b에 도시된 바와 같이, 중심 축(750)은 메인 발광 축(550)으로부터 오프셋된다. 중심 축(750)에 대한 메인 발광 축(550)의 이러한 시프트는, 방출된 광의 광선들(760)의, 프린팅 축(560)으로부터의 편향을 표시한다. 도 7b에 도시된 바와 같이, 막대형 렌즈(740)의 포함으로 인해, 방출된 광의 중심 축(750)은 메인 발광 축(550)으로부터 오프셋된다. 여기서 막대형 렌즈란 막대형상의 원통형 렌즈를 의미한다. 메인 발광 축(550)의 중심 축(750)으로의 이동은 방출된 광의 광선들(760)이 프린팅 축(560)으로부터 멀어지도록 편향되는 것을 나타낸다. 추가적으로, 막대형 렌즈(740)의 포함은 광의 광선들(760)을 타겟 기판(440) 상에 집중시킨다. 도 5b의 방출된 광의 광선들(570) 및 도 6b의 방출된 광의 광선들(680)에 비해, 도 7b의 방출된 광의 광선들(760)은 더 집중될 수 있고, 더욱 포커싱된 방출된 광의 광선들은 메인 발광 축(550)으로부터 도 4a에 앞서 설명된 타겟 기판(440)을 향해 편향된다. 방출된 광의 광선들(570) 및 방출된 광의 광선들(680)에 비해 방출된 광의 광선들(760)의 증가된 집중은, 경화 레이트(curing rate)를 증가시키고 프린팅 및 경화 시스템의 효율을 증가시키는 잠재적인 이점을 갖는다.
이제 도 8을 참조하면, 도 8은, 조명 시스템(1400)의 예시적인 구성에 대한 블록도를 예시한다. 예시로, 프린팅 및 경화 시스템은 조명 시스템(1400)을 포함할 수 있고, 여기서, 프린터 헤드(430)를 포함하는 프린터(410)는 조명 시스템(1400)에 인접하게 위치될 수 있다. 예를 들어, 도 4b는 프린팅 및 경화 시스템을 예시하고, 여기서, 프린터(410)는 광원(1000)(예를 들어, 조명 서브시스템)에 인접하게 위치된다.
일례에서, 조명 시스템(1400)은, 발광 서브시스템(1412), 제어기(1414), 전원(1416) 및 냉각 서브시스템(1418)을 포함할 수 있다. 발광 서브시스템(1412)은 복수의 반도체 디바이스들(1419)을 포함할 수 있다. 복수의 반도체 디바이스들(1419)은, 예를 들어, LED 디바이스들의 선형 어레이와 같은 발광 요소들의 선형 어레이(1420)일 수 있다. 반도체 디바이스들은 방사 출력(1424)을 제공할 수 있다. 방사 출력(1424)은, 조명 시스템(1400)으로부터 고정된 평면에 위치된 공작물(workpiece)(1426)로 지향될 수 있다. 또한, 발광 요소들의 선형 어레이는 발광 요소들의 에지 가중된(edge weighted) 선형 어레이일 수 있다. 여기서, 공작물(1426)에서 조사되는 광의 이용가능한 길이를 증가시키기 위해 여러가지 방법들이 이용된다. 예를 들어, 모서리 부분(edge)에 치우치도록 선형 어레이의 발광 요소들을 이격시키는 것, 발광 요소별로 렌즈화(lensing)하는 것(예를 들어, 커플링 옵틱스의 제공), 상이한 발광 강도를 갖는 개별 발광 요소들의 제공, 및 개별적인 LED들에 차동 전류의 공급하는 방법 중 하나 이상의 방법이 이용될 수 있다.
방사 출력(1424)은, 커플링 옵틱스(1430)를 통해 공작물(1426)로 지향될 수 있다. 커플링 옵틱스(1430)는, 이용된다면, 다양하게 구현될 수 있다. 일례로, 커플링 옵틱스는, 반도체 디바이스들(1419)과 윈도우(1464) 사이에 개재되고 공작물(1426)의 표면들에 방사 출력(1424)을 제공하는 하나 이상의 층들, 재료들 또는 다른 구조들을 포함할 수 있다. 일례로, 커플링 옵틱스(1430)는, 방사 출력(1424)의 집광, 농축, 시준 또는 다른 품질 또는 유효량을 향상시키기 위한 마이크로-렌즈 어레이를 포함할 수 있다. 다른 예로, 커플링 옵틱스(1430)는 마이크로-반사체(micro-reflector) 어레이를 포함할 수 있다. 이러한 마이크로-반사체 어레이를 이용할 때, 방사 출력(1424)을 제공하는 각각의 반도체 디바이스는 일대일 기반으로 각각의 마이크로-반사체에 배치될 수 있다. 다른 예로, 방사 출력(24 및 25)을 제공하는 반도체 디바이스들(1420)의 선형 어레이는 다대일 기반으로 매크로-반사체들에 배치될 수 있다. 이러한 방식으로, 커플링 옵틱스(1430)는, 각각의 반도체 디바이스가 각각의 마이크로-반사체에 일대일 기반으로 배치되는 마이크로-반사체 어레이들, 및 반도체 디바이스들로부터의 방사 출력(1424)의 양 및/또는 품질이 매크로-반사체들에 의해 추가로 향상되는 매크로-반사체들 둘 모두를 포함할 수 있다.
커플링 옵틱스(1430)의 층들, 재료들 또는 다른 구조 각각은 선택된 굴절률을 가질 수 있다. 각각의 굴절률을 적절하게 선택함으로써, 방사 출력(1424)의 경로 내의 층들, 재료들 및 다른 구조들 사이의 계면들에서의 반사가 선택적으로 제어될 수 있다. 일례로, 예를 들어, 공작물(1426)에 대한 반도체 디바이스들 사이에 배치된 윈도우(1464)와 같은 선택된 계면에서 이러한 굴절률들의 차이들을 제어함으로써, 그 계면에서의 반사는 감소 또는 증가되어, 공작물(1426)로의 궁극적 전달을 위해 그 계면에서의 방사 출력의 투과를 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 커플링 옵틱스는, 입사광의 특정 파장들은 흡수되는 한편 다른 파장들은 반사되고 공작물(1426)의 표면에 포커싱되는 이색성 반사체를 포함할 수 있다.
커플링 옵틱스(1430)는 다양한 목적들로 이용될 수 있다. 예시적인 목적들은, 다른 것들 중, 반도체 디바이스들(1419)을 보호하는 것, 냉각 서브시스템(1418)과 연관된 냉각 유체를 보유하는 것, 방사 출력(1424)을 집광, 농축 및/또는 시준하는 것, 또는 다른 목적들을, 단독으로 또는 조합하여 포함한다. 추가적인 예로, 조명 시스템(1400)은 커플링 옵틱스(1430)를 이용하여, 특히 공작물(1426)로 전달되는 방사 출력(1424)의 유효 품질, 균일성 또는 양을 향상시킬 수 있다.
추가적인 예로, 커플링 옵틱스(1430)는, 반도체 디바이스들(1419)의 선형 어레이(1420)로부터 방출되는 광을 시준 및/또는 포커싱하기 위한 선형 원통형 프레넬 렌즈와 같은 원통형 프레넬 렌즈를 포함할 수 있다. 특히, 원통형 프레넬 렌즈는 선형 어레이(1420)와 정렬될 수 있고, 여기서, 그로부터 방출된 광은 원통형 프레넬 렌즈를 통해 방출되고, 여기서, 원통형 프레넬 렌즈는 선형 어레이의 폭방향 축에서 광의 각도 확산을 감소시키고, 선형 어레이는 렌즈 길이에 걸쳐 있다. 일부 예들에서, 원통형 프레넬 렌즈는, 도 15에 도시된 바와 같이, 윈도우(1020)와 같은 윈도우 대신 이용될 수 있다. 원통형 프레넬 렌즈는, 단일 원통형 프레넬 렌즈에 비해, 폭방향 축에서 방출되는 광의 각도 확산을 추가로 감소시키기 위한 단일-그루브(single-groove) 렌즈 또는 다중 그루브(multiple groove) 렌즈일 수 있다.
선택된 복수의 반도체 디바이스들(1419)은, 제어기(1414)에 데이터를 제공하기 위해 커플링 일렉트로닉스(coupling electronics)(1422)를 통해 제어기(1414)에 커플링될 수 있다. 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이, 제어기(1414)는 또한, 예를 들어, 커플링 일렉트로닉스(1422)를 통해 이러한 데이터-제공 반도체 디바이스들을 제어하도록 구현될 수 있다. 제어기(1414)는, 전원(1416) 및 냉각 서브시스템(1418)에 접속될 수 있고 이들을 제어하도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 제어기는, 공작물(1426)에 방사되는 광의 이용가능한 길이를 증가시키기 위해, 선형 어레이(1420)의 중앙 부분에 분포된 발광 요소들에 더 큰 구동 전류를, 그리고 선형 어레이(1420)의 말단부들에 분포된 발광 요소들에 더 작은 구동 전류를 공급할 수 있다. 또한, 제어기(1414)는 전원(1416) 및 냉각 서브시스템(1418)으로부터 데이터를 수신할 수 있다. 일례에서, 공작물(1426) 표면의 하나 이상의 위치들에서의 방사는 센서들에 의해 검출되고 피드백 제어 방식으로 제어기(1414)에 송신될 수 있다. 추가적인 예에서, 제어기(1414)는, (도 8에 미도시된) 다른 조명 시스템의 제어기와 통신하여, 조명 시스템들 둘 모두의 제어를 조정할 수 있다. 예를 들어, 다수의 조명 시스템들의 제어기(1414)는 다단 제어(master-slave cascading) 알고리즘에서 동작할 수 있고, 여기서, 제어기들 중 하나의 설정점(set point)는 다른 제어기의 출력에 의해 설정된다. 다른 조명 시스템과 함께 조명 시스템(10)의 동작을 위한 다른 제어 전략들이 또한 이용될 수 있다. 다른 예로, 나란히 배열된 다수의 조명 시스템들에 대한 제어기(1414)는, 다수의 조명 시스템들에 걸쳐 방사되는 광의 균일성을 증가시키기 위해 동일한 방식으로 조명 시스템들을 제어할 수 있다.
전원(1416), 냉각 서브시스템(1418) 및 발광 서브시스템(1412) 이외에, 제어기(1414)는 또한 내부 요소(1432) 및 외부 요소(1434)에 접속되고, 이들을 제어하도록 구현될 수 있다. 도시된 바와 같은 요소(1432)는, 조명 시스템(1410)의 내부에 있을 수 있는 한편, 도시된 바와 같은 요소(1434)는 조명 시스템(1410)의 외부에 있을 수 있지만, 공작물(1426)과 연관될 수 있거나(예를 들어, 조작, 냉각 또는 다른 외부 장비) 또는 그렇지 않으면 조명 시스템(1410)이 지원하는 광반응(예를 들어, 경화)과 관련될 수 있다.
전원(1416), 냉각 서브시스템(1418), 발광 서브시스템(1412) 및/또는 요소들(1432 및 1434) 중 하나 이상으로부터 제어기(1414)에 의해 수신되는 데이터는 다양한 타입들일 수 있다. 일례로, 데이터는, 커플링된 반도체 디바이스들(1419)과 연관되는 하나 이상의 특성들을 표현할 수 있다. 다른 예로, 데이터는, 데이터를 제공하는 각각의 발광 서브시스템(1412), 전원(1416), 냉각 서브시스템(1418), 내부 요소(1432) 및 외부 요소(1434) 와 연관된 하나 이상의 특성들을 표현할 수 있다. 또 다른 예로, 데이터는, 공작물(1426)과 연관되는 하나 이상의 특성들을 표현할 수 있다 (예를 들어, 공작물로 지향되는 방사 출력 에너지 또는 스펙트럼 성분(들)을 표현할 수 있다). 또한, 데이터는 이러한 특성들의 어떠한 조합을 표현할 수 있다.
임의의 이러한 데이터를 수신한 제어기(1414)는 그 데이터에 응답하도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 임의의 이러한 구성요소로부터의 이러한 데이터에 대한 응답으로, 제어기(1414)는, 전원(1416), 냉각 서브시스템(1418), 발광 서브시스템(1412)(하나 이상의 이러한 커플링된 반도체 디바이스들을 포함함) 및/또는 요소들(32 및 34) 중 하나 이상을 제어하도록 구현될 수 있다. 일례로, 공작물과 연관된 하나 이상의 포인트들에서 광 에너지가 불충분한 것을 표시하는, 발광 서브시스템으로부터의 데이터에 대한 응답으로, 제어기(1414)는 (a) 반도체 디바이스들 중 하나 이상에 대한 전원의 전력 공급을 증가시키거나, (b) 냉각 서브시스템(1418)을 통한 발광 서브시스템의 냉각을 증가시키거나(예를 들어, 특정 발광 디바이스들은 냉각되면 더 큰 방사 출력을 제공함), (c) 이러한 디바이스들에 전력이 공급되는 시간을 증가시키거나, 또는 (d) 상기한 것의 조합을 위해 구현될 수 있다.
프린팅 및 경화 시스템이 조명 시스템(1400)을 포함하는 예에서, 제어기(1414)는 또한, 광 센서들(436)로부터의 입력을 프린터 헤드에서 수신할 수 있다. 예를 들어, 공작물(1426)로부터 프린터 헤드 상으로 반사되는 광의 측정된 강도에 대한 응답으로, 제어기(1414)는 공작물(1426)로부터 프린터 헤드 상으로 반사되는 광의 강도를 감소시키기 위해, 광학 요소(예를 들어, 조명 시스템(1400)의 커플링 옵틱스(1430))의 횡단 오프셋(transverse offset)을 조절할 수 있다.
발광 서브시스템(1412)의 개별적인 반도체 디바이스들(1419)(예를 들어, LED 디바이스들)은 제어기(1414)에 의해 독립적으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 제어기(1414)는, 하나 이상의 개별적인 LED 디바이스들의 제 1 그룹이 제 1 강도, 파장 등의 광을 방출하도록 제어하는 한편, 하나 이상의 개별적인 LED 디바이스들의 제 2 그룹이 상이한 강도, 파장 등의 광을 방출하도록 제어할 수 있다. 하나 이상의 개별적인 LED 디바이스들의 제 1 그룹은 반도체 디바이스들의 동일한 선형 어레이(1420) 내에 있을 수 있거나, 또는 다수의 조명 시스템들(1400)로부터의 반도체 디바이스들(1420)의 하나보다 많은 선형 어레이로부터의 것일 수 있다. 반도체 디바이스의 선형 어레이(1420)는 또한, 다른 조명 시스템들의 반도체 디바이스들의 다른 선형 어레이들과는 독립적으로 제어기(1414)에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 제 1 선형 어레이의 반도체 디바이스들은 제 1 강도, 파장 등의 광을 방출하도록 제어될 수 있는 한편, 다른 조명 시스템의 제 2 선형 어레이의 반도체 디바이스들은 제 2 강도, 파장 등의 광을 방출하도록 제어될 수 있다.
추가적인 예로, (예를 들어, 특정 공작물, 광반응 및/또는 동작 조건들의 세트에 대한) 제 1 조건들의 세트 하에서, 제어기(1414)는 제 1 제어 전략을 구현하기 위해 조명 시스템(1410)을 동작시킬 수 있는 한편, (예를 들어, 특정 공작물, 광반응 및/또는 동작 조건들의 세트에 대한) 제 2 조건들의 세트 하에서, 제어기(1414)는 제 2 제어 전략을 구현하기 위해 조명 시스템(1410)을 동작시킬 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 제 1 제어 전략은, 제 1 강도, 파장 등의 광을 방출하도록 하나 이상의 개별적인 반도체 디바이스들(예를 들어, LED 디바이스들)의 제 1 그룹을 동작시키는 것을 포함할 수 있는 한편, 제 2 제어 전략은, 제 2 강도, 파장 등의 광을 방출하도록 하나 이상의 개별적인 LED 디바이스들의 제 2 그룹을 동작시키는 것을 포함할 수 있다. LED 디바이스들의 제 1 그룹은 제 2 그룹과 동일한 LED 디바이스들의 그룹일 수 있고, LED 디바이스들의 하나 이상의 어레이들에 걸쳐 있을 수 있거나, 또는 제 2 그룹과는 상이한 LED 디바이스들의 그룹일 수 있지만, 상이한 LED 디바이스들의 그룹은 제 2 그룹으로부터 하나 이상의 LED 디바이스들의 서브세트(subset)를 포함할 수 있다.
냉각 서브시스템(1418)은 발광 서브시스템(1412)의 열 거동을 관리하도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 냉각 서브시스템(1418)은, 발광 서브시스템(1412) 및 더 구체적으로는 반도체 디바이스들(1419)의 냉각을 제공할 수 있다. 냉각 서브시스템(1418)은 또한, 공작물(1426)과 조명 시스템(1410)(예를 들어, 발광 서브시스템(1412)) 사이의 공간 및/또는 공작물(1426)을 냉각시키도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 냉각 서브시스템(1418)은 공기 또는 다른 유체(예를 들어, 물) 냉각 시스템을 포함할 수 있다. 냉각 서브시스템(1418)은 또한, 반도체 디바이스들(1419) 또는 이들의 선형 어레이들(1420) 또는 커플링 옵틱스(1430)에 부착되는 냉각 핀(fin)들과 같은 냉각 요소들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 냉각 서브시스템은 커플링 옵틱스(1430)를 통해 냉각 공기를 송풍하는 것을 포함할 수 있고, 여기서 커플링 옵틱스(1430)는 열 전달을 향상시키기 위한 외부 핀들을 구비한다.
조명 시스템(1410)은 다양한 애플리케이션들에 이용될 수 있다. 예는, 제한 없이, 잉크 프린팅으로부터 DVD들 및 리소그래피의 제조에 이르는 경화 애플리케이션들을 포함한다. 조명 시스템(1410)이 이용될 수 있는 애플리케이션들은 연관된 동작 파라미터들을 가질 수 있다. 즉, 애플리케이션은, 하나 이상의 파장들로, 하나 이상의 시간 기간들(periods of time)에 걸쳐 인가되는 방사 전력(radiant power)의 하나 이상의 레벨들의 제공과 같은 연관된 동작 파라미터들을 가질 수 있다. 애플리케이션과 연관된 광반응을 적절히 달성하기 위해, 광 전력은, 하나의 또는 복수의 이러한 파라미터들의 하나 이상의 미리 결정된 레벨들에서, 또는 그 이상에서 (그리고/또는 특정 시간, 시간들 또는 시간의 범위 동안) 공작물(1426)에 또는 공작물(1426) 근처에 전달될 수 있다.
의도된 애플리케이션의 파라미터들을 따르기 위해, 방사 출력(1424)을 제공하는 반도체 디바이스들(1419)은, 애플리케이션의 파라미터들, 예를 들어, 온도, 스펙트럼 분포 및 방사 전력과 연관된 다양한 특성들에 따라 동작될 수 있다. 동시에, 반도체 디바이스들(1419)은, 반도체 디바이스의 제조와 연관될 수 있고, 다른 것들 중, 디바이스들의 파괴를 막고/막거나 악화를 미연에 방지하기 위해 따를 수 있는 특정 동작 사양들(specifications)을 가질 수 있다. 조명 시스템(1410)의 다른 구성요소들은 또한 연관된 동작 사양들을 가질 수 있다. 이러한 사양들은, 다른 파라미터 사양들 중, 동작 온도들 및 인가되는 전력에 대한 범위들(예를 들어, 최대값 및 최소값)을 포함할 수 있다.
따라서, 조명 시스템(1410)은 애플리케이션의 파라미터들의 모니터링을 지원할 수 있다. 또한, 조명 시스템(1410)은, 반도체 디바이스들(1419)의 각각의 특성들 및 사양들을 포함하는, 반도체 디바이스들(1419)의 모니터링을 제공할 수 있다. 또한, 조명 시스템(1410)은, 조명 시스템(1410)의 선택된 다른 구성요소 특성들 및 사양들을 포함하는, 선택된 다른 구성요소들의 모니터링을 또한 제공할 수 있다.
이러한 모니터링을 제공하는 것은, 조명 시스템(1410)의 동작이 신뢰가능하게 평가될 수 있도록, 시스템의 적절한 동작의 검증을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 조명 시스템(1410)은, 애플리케이션의 파라미터들(예를 들어, 온도, 스펙트럼 분포, 방사 전력 등), 이러한 파라미터들과 연관된 임의의 구성요소 특성들, 및/또는 임의의 구성요소의 각각의 동작 사양들 중 하나 이상에 대해 부적절하게 동작중일 수 있다. 모니터링의 제공은, 시스템의 구성요소들 중 하나 이상으로부터 제어기(1414)에 의해 수신되는 데이터에 대한 응답일 수 있고 그에 따라 수행될 수 있다.
모니터링은 또한 시스템의 동작의 제어를 지원할 수 있다. 예를 들어, 제어 전략은 제어기(1414)를 통해 구현될 수 있고, 제어기(1414)는 하나 이상의 시스템 구성요소들로부터의 데이터를 수신하고 그에 대해 응답한다. 앞서 설명된 바와 같이, 이러한 제어 전략은, 직접적으로(예를 들어, 구성요소 동작에 관한 데이터에 기초하여 그 구성요소로 지향되는 제어 신호들을 통해 구성요소를 제어함으로써), 또는 간접적으로(예를 들어, 다른 구성요소들의 동작을 조절하도록 지향되는 제어 신호들을 통해 구성요소의 동작을 제어함으로써) 구현될 수 있다. 일례로, 반도체 디바이스의 방사 출력은, 발광 서브시스템(1412)에 인가되는 전력을 조절하는 전원(1416)으로 지향되는 제어 신호들을 통해 및/또는 발광 서브시스템(1412)에 적용되는 냉각을 조절하는 냉각 서브시스템(1418)으로 지향되는 제어 신호들을 통해 간접적으로 조절될 수 있다.
제어 전략들은 시스템의 적절한 동작 및/또는 애플리케이션의 실행(performance)을 가능하게 하고/하거나 향상시키기 위해 이용될 수 있다. 더 특정한 예에서, 제어는, 예를 들어 애플리케이션의 광반응을 수행하기 위해, 충분한 방사 에너지를 공작물(1426)로 지향시키는 동안에, 반도체 디바이스들(1419)이 이들의 사양들을 넘어 가열되는 것을 막기 위해, 선형 어레이의 방사 출력과 선형 어레이의 동작 온도 사이의 밸런싱을 가능하게 하고/하거나 향상시키기 위해 이용될 수 있다. 또한, 일부 예들에서, 제어기는, 광원(1000)으로부터 방출되어 타겟 기판(440)을 향하는 광의 각도 편향을 조절하기 위해, 광원의 메인 발광 축에 대해 렌즈의 오프셋 위치를 자동으로 조절하기 위해 이용될 수 있다. 따라서, 프린팅 및 경화 시스템은, 프린팅 및 경화 시스템을 수동으로 조절할 필요 없이 연속적 방식으로 다양한 경화 조건들 및 타겟 기판들에 대해 자동으로 조절될 수 있다.
일부 애플리케이션들에서, 높은 방사 전력이 공작물(1426)에 전달될 수 있고, 공작물(1426)은 기판 상에서 프린팅되는 광-경화가능 재료를 갖는 기판을 포함하는 광-경화가능 재료로 구성될 수 있다. 따라서, 발광 서브시스템(1412)은 발광 반도체 디바이스들(1420)의 선형 어레이를 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 발광 서브시스템(1412)은 고밀도 발광 다이오드(LED) 어레이를 이용하여 구현될 수 있다. 본 명세서에서 LED 어레이들이 이용될 수 있고 상세히 설명되지만, 본 발명의 원리들로부터 벗어남이 없이, 다른 발광 기술들을 이용하는 반도체 디바이스들(1419) 및 이들의 선형 어레이(들)(1420)가 구현될 수 있고, 다른 발광 기술들의 예들은, 제한 없이, 유기 LED들, 레이저 다이오드들, 다른 반도체 레이저들을 포함하는 것이 이해된다.
이러한 방식으로, 프린팅 및 경화 시스템은, 발광 요소들의 어레이를 포함하는 조명 모듈, 커플링 옵틱스 및 제어기를 포함할 수 있고, 제어기는, 커플링 옵틱스를 어레이 위에 위치시키고 ―커플링 옵틱스의 중심 축은 발광 요소들의 어레이로부터 방출되는 광선들의 메인 발광 축에 해당하는 제 1 축으로부터 오프셋됨―, 발광 요소들의 어레이로부터 제 1 축을 중심으로 광-경화가능 표면을 향해 광을 방사하고, 방사된 광을 커플링 옵틱스를 통해 광-경화가능 표면을 향하도록 지향시키고, 커플링 옵틱스를 통해 지향되는 방사된 광을 제 1 축으로부터 광-경화가능 표면을 향해 비대칭적으로 편향시키기 위한 실행가능한 명령들을 갖는다. 커플링 옵틱스는 반사체 및/또는 원통형 렌즈를 포함할 수 있고, 여기서 원통형 렌즈는 프레넬 렌즈 및/또는 막대형 렌즈를 포함한다.
커플링 옵틱스(coupling optics)를 통해 지향되는 방사된 광을 제 1 축으로부터 비대칭적으로 편향시키는 것은, 방사된 광을 제 1 축에 대하여 기울어진 제 2 축을 중심으로 편향시키는 것을 포함할 수 있고, 제 2 축은 제 1 축에 대해 편향 각도(deflecting angle)로 각을 이룬다. 또한, 프린팅 및 경화 시스템은, 중심 축과 제 1 축 사이의 오프셋을 증가시킴으로써, 편향 각도를 증가시키기 위한 실행가능한 명령들을 포함할 수 있다.
이제 도 11a를 참조하면, 도 11a는, 광학 요소 하우징(1120)에 장착되는 예시적인 막대형 렌즈(1110)를 포함하는 광학 요소 모듈(1100)의 개략적인 정면 사시도를 예시한다. 광학 요소 하우징(1120)의 패스닝 홀들(fastening holes)(1170)은, 렌즈(예를 들어, 막대형 렌즈(1110))를 광학 요소 하우징(1120)에 고정시키기 위한 스크류들과 같은 하드웨어를 장착하기 위해, 그리고 장착 플레이트(1130)를 광학 요소 하우징(1120)에 고정시키기 위해 이용될 수 있다. 장착 플레이트(1130) 및 하우징 구역(1180)은 투명할 수 있어서, 광원으로부터의 광의 광선들(1190)은 장착 플레이트(1130)를 통해 그리고 막대형 렌즈(1110)를 통해 은닉되지 않고 투과될 수 있다. 막대형 렌즈(1110)는 다양한 기하구조들일 수 있고, 광학 요소 하우징(1120)의 외측 치수들은 모듈식(modular)일 수 있어서, 상이한 광학 요소 하우징들이 다양한 타입들의 막대형 렌즈들 또는 다른 렌즈 기하구조들을 수용하도록 이용될 수 있다. 따라서, 조명 모듈에 광학 요소 모듈(1100)을 장착하는 것은, 광원의 메인 발광 축이 광학 요소로부터 오프셋되도록 자동으로 정렬할 수 있다. 특히, 도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이, 광학 요소 하우징(1120)은 광학 요소 하우징(1120)의 길이를 따라 연장되는 비균등 광학 요소 지지부들(1152 및 1154)을 포함할 수 있어서, 막대형 렌즈(1110)가 장착되는 경우, 막대형 렌즈의 중심 축(1118)은 평행하지만 메인 발광 축(1136)으로부터 오프셋된다.
막대형 렌즈(1110)의 측면 표면(side surface)(1140)은, 광학 요소 하우징(1120)의 측면 표면(1150)과 동일 높이로 위치될 수 있다. 추가적으로, 막대형 렌즈의 정면 표면(front surface)(1116)은, 광학 요소 하우징(1120)의 정면 표면과 동일 높이이거나 그로부터 약간 돌출될 수 있다. 이러한 방식으로, 광학 요소 하우징(1120)은 막대형 렌즈(1110)로부터 방출되는 광을 간섭 또는 차단하지 않을 수 있다. 또한, 광학 요소 모듈(1100)이 조명 모듈에 장착되는 경우, 막대형 렌즈의 정면 표면(1116)은 도 4a 및 도 4b에 설명된 광원 하우징(1010)의 정면 커버(1016)와 동일 높이이거나 그로부터 약간 오목화되어, 정면 커버(1016)는 프린터 헤드(430)의 바닥 표면(450)과 동일 높이로 유지될 수 있다. 또한, 막대형 렌즈(1110)의 중심 축(1114)은, 광원(1000)(도 11에는 미도시)의 메인 발광 축(1136)으로부터 오프셋될 수 있어서, 막대형 렌즈는 방출된 광의 광선들을 프린터 헤드로부터 타겟 기판(440)을 향해 편향시킬 수 있다.
도 11b는, 종방향 축(1162) 및 횡방향 축(1164)에 의해 정의되는 평면에서 취해진 섹션(11B-11B)에서 취해진 광학 요소 모듈(1100)의 단면도를 예시한다. 광학 요소 하우징(1120)은, 장착된 광학 요소(예를 들어, 막대형 렌즈(1110))를 종방향에서 광원으로부터 멀리 위치시킨다. 광학 요소 지지부들(1152 및 1154)은 광학 요소 하우징(1120)의 막대형 렌즈(1110)의 장착을 용이하게 하기 위해 비균등한 길이이고, 여기서 막대형 렌즈(1110)는 메인 발광 축(1136)으로부터 횡방향으로 오프셋된다. 상기 오프셋은, 중심 축(1118)이 오프셋(1148)에 의해 메인 발광 축(1136)으로부터 횡방향으로 오프셋되는 것을 지칭할 수 있다. 또한, 광학 요소(예를 들어, 막대형 렌즈(1110))와 광원 사이에서 광학 요소 하우징의 구역(1180) 및 장착 플레이트(1130) 모두는 투명할 수 있어서, 광원으로부터 메인 발광 축(1136)을 중심으로 센터링된(centered) 광의 광선들(1190)은 광학 요소(예를 들어, 막대형 렌즈(1110))에 도달하기 전에 장착 플레이트(1130), 구역(1180)을 통해 은닉되지 않고 투과될 수 있다. 일례로, 구역(1180)은, 광학 요소 모듈(900)의 오목화된 렌즈 구역(906)과 유사하게, 광학 요소 하우징(1120)의 홀(hole), 갭(gap) 또는 컷아웃(cutout)일 수 있다.
이제 도 13을 참조하면, 도 13은, 광-경화가능 재료를 방사처리하는 방법(1300)의 예시적인 흐름도를 예시한다. 방법(1300)은, 제 1 축, 예를 들어, 광원의 메인 발광 축을 중심으로 광-경화가능 표면을 향해 광이 방사될 수 있는 1310에서 시작한다. 광원은, LED들의 선형 어레이와 같은 발광 요소들의 높은 종횡비 어레이일 수 있다. 다른 예에서, 광원은 랑베르 또는 근사-랑베르 광원일 수 있고, 여기서, 광원으로부터 방사된 광은 제 1 축을 중심으로 대칭적으로 방출된다. 또한, 광은, 프린터 및 광원을 포함하는 프린팅 및 경화 시스템으로부터 방사될 수 있다. 프린터의 프린터 헤드는 광원의 정면 커버에 인접하고, 정면 커버와 하나의 평면에서 정렬되고, 여기서 평면은 광-경화가능 기판 위에 위치된다. 이러한 방식으로, 프린트 헤드로부터 기판 상으로 제공된 광-경화가능 재료는 광-경화가능 표면을 형성할 수 있다. 광-경화가능 표면은, 프린터 헤드에 인접하고 같은 평면에 정렬되는 광원으로부터 광을 방출함으로써 편리한 방식으로 경화될 수 있다.
방법(1310)은, 방사된 광이 오프셋 광학 요소를 통해 지향되는 1320에서 계속된다. 도 11b에 도시된 바와 같이, 광학 요소의 중심 축은 제 1 축에 대해 횡방향으로 오프셋될 수 있다. 또한, 광학 요소는, 광원과 광-경화가능 표면 사이에 위치될 수 있다. 광학 요소는, 원통형 렌즈, 막대형 렌즈, 프레넬 렌즈 등과 같은 렌즈일 수 있다. 광학 요소는 또한, 제 1 축으로부터 횡방향으로 오프셋된 중심 축을 갖는 반사체, 회절기, 굴절기 또는 시준기를 포함할 수 있다.
다음으로, 방법(1300)은, 방사된 광이 제 1 축으로부터 광-경화가능 표면을 향해 비대칭적으로 편향되는 1330에서 계속된다. 방사된 광을 편향시키는 것은, 방사된 광의 반사, 회절, 굴절 및 시준 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 광학 요소는 광원의 제 1 축으로부터 횡방향으로 오프셋되기 때문에, 방사된 광은 제 1 축으로부터 비대칭적으로 편향된다. 이러한 방식으로, 광원으로부터 광-경화가능 기판 상으로 방출된 광은 프린터 헤드로부터 반사되어, 프린터 헤드에서 광-경화가능 재료의 경화를 감소시킬 수 있다.
1340에서, 방법(1300)은, 편향 각도가 증가되어야 하는지 또는 감소되어야 하는지를 결정하여, 광학 요소로부터 편향된 광의 편향 각도를 증가 또는 감소시키는 단계로 계속된다. 일례로, 광-경화가능 표면으로부터 프린터 헤드 상으로 반사된 광의 강도를 감소시키기 위해, 편향 각도가 증가될 수 있다. 이러한 방식으로, 프린터 헤드에서 광-경화가능 재료(예를 들어, UV-경화가능 잉크 등)의 경화가 감소될 수 있다. 반대로, 예를 들어, 경화 레이트를 증가시키기 위해, 광-경화가능 표면을 방사처리하는 광의 강도가 증가되어야 하면, 편향 각도는 감소될 수 있다. 일례에서, 프린터 헤드 표면은, 프린터 헤드에서 광-경화가능 표면으로부터 반사된 광의 조도를 측정하기 위한 센서들을 포함할 수 있다.
1350에서, 편향 각도가 조절되어야 하면, 광학 요소의 중심 축의 횡방향 오프셋이 광원의 메인 발광 축에 대해 조절될 수 있다. 예를 들어, 센서들이 광-경화가능 표면으로부터 반사된 광의 더 높은 조도를 검출하면 (또는 프린터 헤드에서 광-경화가능 재료의 경화가 관측되면), 광원의 메인 발광 축(예를 들어, 제 1 축)으로부터 광학 요소의 횡방향 오프셋이 증가될 수 있다. 반대로, 센서들이 광-경화가능 표면으로부터 반사된 광의 더 낮은 조도를 검출하면, 광원의 메인 발광 축(예를 들어, 제 1 축)으로부터 광학 요소의 횡방향 오프셋은 유지될 수 있거나, 경화 레이트를 증가시키기 위해 감소될 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 횡방향 오프셋은, 광학 요소 모듈의 광학 요소의 장착된 정렬 위치를 변경함으로써 수동으로 조절될 수 있다. 다른 예에서, 횡방향 오프셋은 제어기에 의해 자동으로 조절될 수 있다.
일부 예들에서, 광학 요소는, 광학 요소 모듈을 형성하기 위해, 광학 요소 하우징(1120)과 유사한 광학 요소 하우징에 장착될 수 있다. 또한, 광학 요소 모듈을 광원에 고정적으로 장착하는 것은, 광학 요소의 중심 축이 광원의 메인 발광 축으로부터 횡방향으로 오프셋되도록 광학 요소를 위치시킬 수 있다. 또한, 광학 요소 하우징은, 광학 요소 하우징의 광학 요소의 장착 위치가 조절될 수 있도록 정렬 그루브들을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 광학 요소 하우징의 광학 요소의 장착 위치를 조절함으로써 횡방향 오프셋의 크기(magnitude) 또는 정도(degree)가 조절될 수 있다.
다른 예들에서, 제어기는, 광학 요소 모듈이 장착될 수 있는 전자기계적 서보메커니즘(servomechanism)들을 작동시킴으로써 광학 요소 모듈의 횡방향 오프셋의 크기를 조절할 수 있다. 광학 요소 모듈을 광원에 대해 횡방향으로 병진운동시킴으로써, 제어기는 광원에 대한 광학 요소의 오프셋을 조절할 수 있다. 1350 이후, 방법(1300)이 종료된다.
이러한 방식으로, 광-경화가능 재료를 방사처리하는 방법은, 발광 요소들의 어레이로부터 제 1 축을 중심으로 광-경화가능 표면을 향해 광을 방사하는 단계, 방사된 광을 발광 요소들의 어레이와 광-경화가능 표면 사이에 개재되는 광학 요소를 통해 지향시키는 단계 ―광학 요소의 중심 축은 제 1 축으로부터 오프셋됨―, 광학 요소를 통해 지향되는 방사된 광을 제 1 축으로부터 광-경화가능 표면을 향해 비대칭적으로 편향시키는 단계를 포함할 수 있다. 중심 축은 제 1 축에 평행하지만 일치하지는 않을 수 있다. 또한, 방사된 광은, 원통형 렌즈를 포함하는 광학 요소를 통해 지향될 수 있다. 또한 추가로, 방사된 광을 편향시키는 것은, 광학 요소를 통해 광-경화가능 표면을 향해 지향되는 방사된 광을 비대칭적으로 시준하는 것, 광학 요소를 통해 광-경화가능 표면을 향해 지향되는 방사된 광을 비대칭적으로 굴절시키는 것, 광학 요소를 통해 광-경화가능 표면을 향해 지향되는 방사된 광을 비대칭적으로 회절시키는 것, 및/또는 광학 요소를 통해 광-경화가능 표면을 향해 지향되는 방사된 광을 비대칭적으로 반사하는 것을 포함할 수 있다.
광학 요소를 통해 지향되는 방사된 광을 제 1 축으로부터 비대칭적으로 편향시키는 것은, 방사된 광을 제 2 축을 중심으로 편향시키는 것을 포함할 수 있고, 제 2 축은 제 1 축에 대해 편향 각도로 각을 이룬다. 또한, 방법은, 중심 축과 제 1 축 사이의 오프셋을 증가시킴으로써, 편향 각도를 증가시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
이제 도 14a 및 도 14b를 참조하면, 이 도면들은, 각각, 다중-그루브 원통형 프레넬 렌즈(1600)의 예의 사시도 및 단면도를 예시한다. 도 14a 및 도 14b의 다중-그루브 원통형 프레넬 렌즈는 16개의 그루브들(1620)을 갖지만, 다른 예들에서, 다중-그루브 원통형 프레넬 렌즈는 더 적거나 더 많은 그루브들을 가질 수 있다. 일례로, 다중-그루브 원통형 프레넬 렌즈는 50개의 그루브들을 포함할 수 있다. 추가적인 예로, 원통형 프레넬 렌즈는, 각각 도 14c 및 도 14d의 사시도 및 단면도에 의해 예시된 바와 같이, 중심 렌즈 축(1660)을 중심으로 센터링된 단일 그루브(1650)(예를 들어, 단일 프리즘)를 갖는 단일-그루브 원통형 프레넬 렌즈(1602)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 원통형 프레넬 렌즈의 그루브들의 수가 증가함에 따라, 렌즈의 두께가 감소될 수 있다. 일부 예들에서, 선형 원통형 프레넬 렌즈들은, 유리 몰딩 공정에 의해 유리로부터 또는 광학적으로 투명한 플라스틱으로부터 제조될 수 있다. 유리 렌즈들은, 플라스틱에 비해, 더 높은 열 부하들 또는 더 높은 온도들, 예를 들어, 120℃보다 높은 온도들에서 치수적으로 더 열-안정적일 수 있다. 그러나 많은 수의 그루브들을 포함하는 유리 원통형 프레넬 렌즈들은 플라스틱 원통형 프레넬 렌즈들에 비해 정밀하게 제조하기에 더 곤란할 수 있는데, 이는 유리 몰딩에 의해 미세한 예리한 에지들 및 포인트들을 정밀하게 달성하는 것이 곤란할 수 있기 때문이다. 예를 들어, 유리 몰딩된 렌즈들은 둥근(rounded) 에지들을 갖는 경향이 있을 수 있고, 많은 수의 그루브들을 갖는 렌즈들을 위해 미세한 피치의 다수의 그루브들을 갖는 것은 더 곤란할 수 있다. 플라스틱을 이용하여 프레넬 렌즈들을 제조하는 것은, 다수의 그루브들을 갖는 프레넬 렌즈들을 위해 더 예리한 프리즘 리지들 및 더 미세한 프리즘 피치 표면들을 달성하는 것을 허용할 수 있다.
폭방향 축(1604)에서 방축되는 광의 각도 확산을 시준 및 감소시키기 위해, 하나 이상의 원통형 프레넬 그루브들은 광원의 길이방향 축(1608)에 평행하게 배향될 수 있다. 또한, 원통형 프레넬 렌즈는, 원통형 프레넬 렌즈의 그루브된 표면(1630)은 광원을 향하고, 평탄한 렌즈 표면(1640)은 광원으로부터 멀리 향하는 그루브-인(groove-in) 배향(orientation), 또는 원통형 프레넬 렌즈의 그루브된 표면(1630)은 광원으로부터 멀리 향하고, 평탄한 렌즈 표면(1640)은 광원을 향하는 그루브-아웃(groove-out) 배향으로 배향될 수 있다. 원통형 프레넬 렌즈의 그루브-인 및 그루브-아웃 배향은 원통형 프레넬 렌즈를 통한 광의 투과 효율에 영향을 미칠 수 있다. 도 14a, 도 14b, 도 14c 및 도 14d에 도시된 원통형 프레넬 렌즈들의 그루브들의 기하구조 및 형상들은 예시의 목적들이고, 축척대로 도시되지 않을 수 있다. 원통형 프레넬 렌즈는 투명한 길이방향 에지들(1610)을 더 포함할 수 있다. 일례로, 원통형 프레넬 렌즈는 길이방향 에지들(1610)에서 광원에 장착될 수 있거나, 도 11에 도시된 광학 요소 하우징과 유사한 광학 요소 하우징에 장착될 수 있다. 또한, 프레넬 렌즈의 중심 축(1632)은, 광원으로부터 방출된 광을 (도 4b와 유사한) 프린팅 및 경화 시스템의 프린터 헤드로부터 편향시키기 위해 광원의 메인 발광 축으로부터 오프셋되어, 타겟 기판으로부터 프린터 헤드로의 광의 반사, 프린터 헤드에서의 광-경화가능 재료의 경화, 및 프린터 헤드 악화를 감소시킬 수 있다.
이제 도 15를 참조하면, 도 15는, 다른 예시적인 광원(1700)의 부분 측면 사시도를 예시한다. 광원(1700)은, 앞서 설명된 광원(1000)과 유사할 수 있고, 커플링 옵틱스를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 광원(1700)의 커플링 옵틱스는 원통형 렌즈, 예를 들어, 원통형 프레넬 렌즈(1720)를 포함할 수 있다. 광원들(1000)과 유사하게, 도 15도 또한 정면 커버(1016), 패스너들(1030), 하우징 측벽들(1018) 및 발광 요소들(1090)의 선형 어레이를 포함하는 광원(1700)을 도시한다. 원통형 프레넬 렌즈(1720)는 단일-그루브 또는 다중-그루브 원통형 프레넬 렌즈(예를 들어, 도 14c 및 도 14a에 각각 도시된 바와 같은 원통형 프레넬 렌즈들)를 포함할 수 있고, 여기서 원통형 프레넬 렌즈(1720)는 그루브된 표면(1724) 상에 하나 이상의 그루브들(1722)을 포함할 수 있다. 원통형 프레넬 렌즈(1720)는, 도 15에 도시된 바와 같이, 그루브된 표면(1724)이 발광 요소들(1090)을 향할 수 있고 평탄한 표면(1728)이 발광 요소들(1090)로부터 멀리 향할 수 있는 그루브-인 배향을 가질 수 있다. 대안적으로, 원통형 프레넬 렌즈(1720)는, 그루브된 표면(1724)이 발광 요소들(1090)로부터 멀리 향할 수 있고 원통형 프레넬 렌즈의 평탄한 표면(1728)이 발광 요소들(1090)을 향할 수 있는 그루브-아웃 배향을 가질 수 있다. 원통형 프레넬 렌즈의 평탄한 표면(1728) 및 측벽들(1786) 모두는 투명할 수 있다. 따라서, 렌즈 측벽들(1786)에 인접하고 가까운 말단부 발광 요소들로부터 방사된 광의 일부는 렌즈 측벽들(1786)을 통해 방사될 수 있다. 따라서, 광원들의 렌즈 측벽들(1786)을 통한 광의 방사는, 나란히 배열된 종래의 광원들에 비해, 나란히 인접하게 배열된 다수의 광원들을 통해 방사된 광의 불균일성들을 감소시킬 수 있다. 렌즈 측벽들(1786)은 정면 커버(1016)의 측면들 및 하우징 측벽들(1018)과 동일 높이일 수 있어서, 광원들은 동일 높이 배열로 나란히 배치될 수 있고, 여기서 나란히 있는 광원들 사이의 갭은 감소된다. 이를 위해, 하우징 측벽들(1018)에 장착된 패스너들(1030)은 또한, 완전히 고정되는 경우 하우징 측벽들(1018)의 평면으로부터 오목화될 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 렌즈 측벽들(1786)을 하우징 측벽들과 동일 높이로 정렬하는 것은 사이의 간격을 감소시킬 수 있고, 나란히 배열된 다수의 광원들을 통해 방사되는 광의 연속성을 유지할 수 있다. 또한, 렌즈 측벽들(1786)은 정면 평면으로부터 수직으로 뒤로 연장될 수 있다. 이러한 방식으로, 다수의 광원들은 나란히 동일 높이로 정렬될 수 있고, 여기서, 나란히 있는 광원들의 말단부들의 처음 및 마지막 발광 요소들은 렌즈 측벽들(1786)에 인접하게 위치되고, 여기서, 렌즈 측벽들(1786)은 각각의 광원 하우징의 정면 평면의 길이에 걸쳐 있다. 선형 어레이들의 처음 및 마지막 발광 요소들을 렌즈 측벽들(1786)에 인접하게 위치시키는 것은, 나란히 있는 광원들이 렌즈 전체 길이에 걸쳐 광을 방사하도록 허용할 수 있다. 선형 어레이들의 처음 및 마지막 발광 요소들을 렌즈 측벽들(1786)에 인접하게 위치시키는 것은, 처음 및 마지막 발광 요소들을 위치시키는 것을 포함할 수 있고, 여기서, 윈도우 측벽들과 처음 및 마지막 발광 요소들 사이에 각각 작은 갭(예를 들어, 갭(1082))이 존재할 수 있다.
다른 예로, 광원(1700)은, 하우징의 정면 평면에 장착되고 원통형 프레넬 렌즈(1720)의 정면을 커버하는 투명 윈도우(미도시)를 더 포함할 수 있고, 여기서, 윈도우의 정면은 하우징의 정면 평면과 대략 동일 높이로 정렬되고, 윈도우 측벽들은 하우징 측벽들(1018)과 동일 높이로 정렬된다. 렌즈 측벽들(1786) 및 윈도우 측벽들을 하우징 측벽들과 동일 높이로 정렬하는 것은 사이의 간격을 감소시킬 수 있고, 나란히 배열된 다수의 광원들을 통해 방사되는 광의 연속성을 유지할 수 있다.
또한, 프레넬 렌즈의 중심 축(1770)은, 광원(1700)의 발광 요소들의 메인 발광 축(1772)으로부터 횡방향으로 오프셋될 수 있다. 이러한 방식으로, 광원(1700)으로부터 방출된 광은 프레넬 렌즈에 의해 (도 4b와 유사한) 프린팅 및 경화 시스템의 프린터 헤드로부터 편향되어, 타겟 기판으로부터 프린터 헤드로의 광의 반사, 프린터 헤드에서의 광-경화가능 재료의 경화, 및 프린터 헤드 악화를 감소시킬 수 있다.
이러한 방식으로, 조명 모듈은 발광 요소들의 어레이를 포함할 수 있고, 어레이는, 제 1 축을 중심으로 광-경화가능 표면을 향해 대칭적으로 광을 방출하고, 광학 요소는 어레이와 광-경화가능 표면 사이에 개재되고, 광학 요소의 중심 축은 발광 요소들의 어레이로부터 방출된 광을 제 1 축으로부터 광-경화가능 기판을 향해 비대칭적으로 지향시키기 위해, 제 1 축으로부터 오프셋된다. 조명 모듈은 광학 요소 하우징을 더 포함할 수 있고, 광학 요소는 광학 요소 모듈을 형성하도록 광학 요소 하우징에 장착되고, 여기서, 광학 요소 모듈을 조명 모듈에 장착하는 경우, 중심 축은 제 1 축으로부터 오프셋된다. 광학 요소 모듈은 착탈가능하게 장착가능한 광학 요소 모듈을 포함할 수 있다. 또한, 조명 모듈은, 복수의 광학 요소 모듈들을 더 포함할 수 있고, 복수의 광학 요소 모듈들 각각에는 상이한 광학 요소가 장착되고, 광학 요소 모듈들 각각은 조명 모듈에 한번에(at a time) 교환가능하게 장착되는 모듈일 수 있고, 여기서 상기 중심 축은 제 1 축으로부터 오프셋된다. 또한 추가로, 광학 요소 하우징은 복수의 정렬 리지들(alignment ridges)(908)을 포함할 수 있고, 복수의 정렬 리지들(908) 각각은 광학 요소의 장착 에지와 결합되는 경우 광학 요소의 중심 축과 상기 제 1 축 사이의 별개의 편차값에 해당하는 상이한 오프셋을 가진다. 위 장착 에지는 광학 요소의 일 측면 상에 홈 또는 정렬 표시를 포함할 수 있다.
본 명세서에 포함된 예시적인 제어 및 추정 루틴들은 다양한 광원들 및 조명 시스템 구성들과 함께 이용될 수 있음을 주목한다. 본 명세서에 개시된 제어 방법들 및 루틴들은 비일시적 메모리에 실행가능한 명령들로 저장될 수 있다. 본 명세서에 설명된 특정 루틴들은, 이벤트-구동, 인터럽트-구동, 멀티-태스킹, 멀티-스레딩 등과 같은 임의의 수의 프로세싱 전략들 중 하나 이상을 표현할 수 있다. 따라서, 예시된 다양한 액션들, 동작들 및/또는 기능들은 예시된 시퀀스로, 병렬적으로 수행될 수 있거나 또는 일부 경우 생략될 수 있다. 유사하게, 프로세싱 순서는, 본 명세서에 설명된 예시적인 실시예들의 특징들 및 이점들을 달성하기 위해 반드시 요구되지는 않지만, 예시 및 설명의 용이함을 위해 제공된다. 예시된 액션들, 동작들 및/또는 기능들 중 하나 이상은, 이용되고 있는 특정 전략에 따라 반복적으로 수행될 수 있다. 추가로, 설명된 액션들, 동작들 및/또는 기능들은, 엔진 제어 시스템의 컴퓨터 판독가능 저장 매체의 비일시적 메모리에 프로그래밍될 코드를 도식적으로 표현할 수 있다.
본 명세서에 개시된 구성들 및 루틴들은 성질상 예시적이고, 다수의 변화들이 가능하기 때문에, 이러한 특정 실시예들은 제한적인 관점으로 고려되지 않아야 함을 인식할 것이다. 예를 들어, 상기 기술은 다양한 랑베르 또는 근사-랑베르 광원들에 적용될 수 있다. 본 개시의 요지는, 본 명세서에 개시된 다양한 시스템들 및 구성들의 모든 신규하고 자명하지 않은 조합들 및 하위조합들, 및 다른 특징들, 기능들 및/또는 특성들을 포함한다.
하기 청구항들은 특히, 신규하고 자명하지 않은 것에 관한 특정 조합들 및 하위조합들을 명시한다. 이러한 청구항들은 "일" 요소 또는 "제 1" 요소 또는 이의 균등물을 지칭할 수 있다. 이러한 청구항들은, 둘 이상의 이러한 요소들을 요구하거나 배제함이 없이, 하나 이상의 이러한 요소들의 통합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 개시된 특징들, 기능들, 요소들 및/또는 특성들의 다른 조합들 및 하위조합들은, 본 청구항들의 개정을 통해 또는 본 출원 또는 관련 출원의 새로운 청구항들의 제시를 통해 청구될 수 있다. 이러한 청구항들은, 원 청구항들에 대해 범위가 더 넓든, 더 좁든, 동일하든 또는 상이하든, 본 개시의 요지 내에 포함되는 것으로 또한 간주된다.

Claims (20)

  1. 선형으로 배치된 발광 요소들의 어레이에서 방출되는 광들의 메인 발광 축인 제 1 축을 따라, 광-경화가능 표면을 향해 광을 방사하는 단계로서, 상기 발광 요소들은 어레이의 긴 방향 축을 따라 일렬로 배치되며, 상기 발광 요소들의 어레이에 평행하게 다른 어레이가 배치되지 않는, 광을 방사하는 단계;
    상기 발광 요소들의 어레이와 상기 광-경화가능 표면 사이에 개재되는 광학 요소로서, 중심 축이 상기 제 1 축에서 평행하게 떨어져 있는 상기 광학 요소를 향해 상기 방사된 광을 지향시키되,
    상기 광학 요소의 중심축이 상기 제1축으로부터 떨어진 정도는 조절 가능하게 형성되며,
    상기 광학 요소는 막대형상의 원통형 렌즈이고,
    상기 막대형상의 원통형 렌즈는 광학 요소 하우징 내에 정렬되되, 상기 광학 요소 하우징은 상기 막대형상의 원통형 렌즈로부터 방사되는 광을 간섭하거나 차단하지 않게 형성되며,
    상기 막대형상의 원통형 렌즈의 전면 표면이 상기 광학 요소 하우징의 전면 커버와 동일한 높이, 또는 전면 커버로부터 소정 돌출되는, 방사된 광을 지향시키는(directing) 단계; 및
    상기 광학 요소를 통해 방사된 광 각각을 모두 상기 제 1 축으로부터 제 2 축으로 광-경화가능 표면을 향해 비대칭적으로 편향시키는(deflecting) 단계로서, 상기 제 2 축은 상기 제 1 축에 대해 예각의 편향 각을 갖도록 경사진, 광을 편향시키는 단계;를 포함하는, 미광 감소를 위한 광 방출 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 방사된 광을 편향시키는 단계는, 상기 광학 요소를 통해 상기 광-경화가능 표면을 향해 지향되는 상기 방사된 광을 비대칭적으로 시준하는(collimating) 단계를 포함하는, 미광 감소를 위한 광 방출 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 방사된 광을 편향시키는 단계는, 상기 광학 요소를 통해 상기 광-경화가능 표면을 향해 지향되는 상기 방사된 광을 비대칭적으로 굴절시키는 단계를 포함하는, 미광 감소를 위한 광 방출 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 방사된 광을 편향시키는 단계는, 상기 광학 요소를 통해 상기 광-경화가능 표면을 향해 지향되는 상기 방사된 광을 비대칭적으로 회절시키는 단계를 포함하는, 미광 감소를 위한 광 방출 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 방사된 광을 편향시키는 단계는, 상기 광학 요소를 통해 상기 광-경화가능 표면을 향해 지향되는 상기 방사된 광을 비대칭적으로 반사하는 단계를 포함하는, 미광 감소를 위한 광 방출 방법.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 중심 축과 상기 제 1 축 사이의 오프셋을 증가시킴으로써, 상기 편향 각도를 증가시키는 단계를 더 포함하는, 미광 감소를 위한 광 방출 방법.
  10. 발광 요소들의 어레이를 포함하는 조명 모듈;
    커플링 옵틱스(coupling optics); 및
    제어기;를 포함하는 프린팅 및 경화 시스템에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 커플링 옵틱스를 상기 어레이 위에 위치시키되, 상기 커플링 옵틱스의 중심 축이 상기 발광 요소들의 어레이로부터 방출되는 광들의 메인 발광 축인 제 1 축으로부터 평행하게 떨어져 있도록 위치시키고;
    상기 발광 요소들의 어레이로부터 제 1 축을 따라 광-경화가능 표면을 향해 광을 방사하되, 상기 발광 요소는 상기 발광 요소 어레이의 긴 방향 축을 따라 배치되고, 상기 발광요소의 어레이에 평행하게 발광요소의 다른 어레이가 배치되지 않으며,;
    상기 방사된 광을 상기 커플링 옵틱스를 통해 지향시키되, 상기 커플링 옵틱스는 막대형상의 원통형 렌즈이고,;
    상기 커플링 옵틱스의 중심축이 상기 제1축으로부터 떨어진 정도는 조절 가능하게 형성되며,

    상기 막대형상의 원통형 렌즈는 커플링 옵틱스의 하우징 내에 정렬되되, 상기 커플링 옵틱스의 하우징은 상기 막대형상의 원통형 렌즈로부터 방사되는 광을 간섭하거나 차단하지 않게 형성되며,
    상기 막대형상의 원통형 렌즈의 전면 표면이 상기 커플링 옵틱스의 하우징의 전면 커버와 동일한 높이, 또는 전면 커버로부터 소정 돌출되고,
    상기 커플링 옵틱스를 통해 방사된 광 각각을 모두 상기 제 1 축으로부터 제 2 축으로 광-경화가능 표면을 향해 비대칭적으로 편향시키되, 상기 제 2 축은 상기 제 1 축에 대해 예각의 편향 각을 갖도록 경사지도록 하는,
    프린팅 및 경화 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 커플링 옵틱스는 반사체(reflector)를 포함하는 프린팅 및 경화 시스템.
  12. 삭제
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 원통형 렌즈는 프레넬(Fresnel) 렌즈를 포함하는 프린팅 및 경화 시스템.
  14. 삭제
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 중심 축과 상기 제 1 축 사이의 오프셋을 증가시킴으로써 편향 각도를 증가시키기 위한 실행가능한 명령들을 더 포함하는 프린팅 및 경화 시스템.
  16. 발광 요소들의 어레이로서, 발광 요소들부터 방출되는 광들의 메인 발광 축인 제 1 축을 따라 광-경화가능 표면을 향해 대칭적으로 광을 방출하는 발광 요소 어레이; 및
    상기 발광 요소 어레이와 상기 광-경화가능 표면 사이에 개재되는 광학 요소를 포함하고,
    상기 발광 요소들은 어레이의 긴 방향 축을 따라 일렬로 배치되되, 상기 발광 요소들의 어레이에 평행하게 다른 어레이가 배치되지 않으며,
    상기 광학 요소는 막대형상의 원통형 렌즈이고,
    상기 광학 요소의 중심 축은 상기 발광 요소들의 어레이로부터 방출된 광 각각을 모두 상기 제 1 축으로부터 제 2 축으로 광-경화가능 기판을 향해 비대칭적으로 편향시킬 수 있도록 상기 제 1 축으로부터 평행하게 떨어져 있고,
    상기 광학 요소의 중심축이 상기 제1축으로부터 떨어진 정도는 조절 가능하게 형성되며,
    상기 광학 요소는 막대형상의 원통형 렌즈이고,
    상기 막대형상의 원통형 렌즈는 광학 요소 하우징 내에 정렬되되, 상기 광학 요소 하우징은 상기 막대형상의 원통형 렌즈로부터 방사되는 광을 간섭하거나 차단하지 않게 형성되며,
    상기 막대형상의 원통형 렌즈의 전면 표면이 상기 광학 요소 하우징의 전면 커버와 동일한 높이, 또는 전면 커버로부터 소정 돌출되고,
    편향된 광들의 상기 제 2 축은 상기 제 1 축에 대해 예각의 편향 각을 갖도록 경사진,
    조명 모듈.
  17. 제 16 항에 있어서,
    광학 요소 하우징을 더 포함하고, 상기 광학 요소는 광학 요소 모듈을 형성하도록 상기 광학 요소 하우징에 장착되며,
    상기 광학 요소 모듈을 상기 조명 모듈에 장착할 때, 상기 중심 축은 상기 제 1 축으로부터 오프셋되는 조명 모듈.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 광학 요소 모듈은 착탈가능하게 장착가능한 광학 요소 모듈을 포함하는 조명 모듈.
  19. 제 18 항에 있어서,
    복수의 광학 요소 모듈들을 더 포함하고, 상기 복수의 광학 요소 모듈들 각각에는 상이한 광학 요소가 장착되며, 상기 광학 요소 모듈들 각각은 상기 조명 모듈에 한번에 교환가능하게 장착되는 모듈일 수 있고, 상기 중심 축은 상기 제 1 축으로부터 오프셋되는 조명 모듈.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 광학 요소 하우징은 복수의 정렬 리지(alignment ridge)들을 포함하고, 상기 복수의 정렬 리지들 각각은 상기 광학 요소의 장착 에지(mounting edge)와 정렬되는 경우 상기 중심 축과 상기 제 1 축 사이의 상이한 오프셋에 대응하는 조명 모듈.
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