TW201346334A - 用於減少來自ｌｅｄ陣列之光線的角度擴散之線性菲涅耳光學儀器 - Google Patents

用於減少來自ｌｅｄ陣列之光線的角度擴散之線性菲涅耳光學儀器 Download PDF

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Abstract

一種光源，可以包含一圓柱形透鏡，例如一圓柱形菲涅耳透鏡，一發光元件線性陣列，該線性陣列對齊該圓柱形菲涅耳透鏡並透過其發出光線，其中該圓柱形菲涅耳透鏡減少光線在該線性陣列之一寬度方向軸線上的角度擴散，該線性陣列擴及一透鏡長度。

Description

用於減少來自LED陣列之光線的角度擴散之線性菲涅耳光學儀器
本發明關於一種具有圓柱形透鏡的照明系統。
紫外線光源，諸如汞弧燈(mercury arc lamp)以及包含發光二極體(light-emitting diode；LED)陣列的固態UV光源，普遍地被使用於影像、印刷、及電信產業之中的塗層、油墨、和黏著劑的固化(curing)。LED技術正在取代傳統的汞弧燈，因為其較具能源效率、持續較久、具有較低的運作溫度、使用上更加安全且較為環保、能夠被製造得更小巧、等種種原因。
LED和其他類型的光源之特徵可以被界定為顯現出一朗伯(Lambertian)或近似朗伯放射圖形(emission pattern)。因此，UV固化之一挑戰係在一整個目標物體或表面上提供光線之一均勻照射度(irradiance)。特別是，大型二維表面之固化可能需要製造巨大的光源，昂貴且麻煩，或者可能需要結合多個光源，以在目標表面區域上提供照射。發明人此處意識到上述方法的一個潛在問題。意即，照射均勻度可能不佳，特別是靠近個別光源的放射圖形的邊緣處以及位於多個光源的接合處。
對付前述問題的方式之一包括一個包含一圓柱形透鏡，例如 一圓柱形菲涅耳透鏡(Fresnel lens)，的光源，以及一個對齊該圓柱形菲涅耳透鏡並透過其發出光線的發光元件線性陣列，其中該圓柱形菲涅耳透鏡減少光線在該線性陣列之一寬度方向軸線上的角度擴散(angular spread)，該線性陣列擴及一透鏡長度。此外，該光源可以包含一外殼，其中一窗口可以被設置於該外殼之一前平面上，該窗口長度擴及一前平面長度，且其中該線性陣列的第一個和最末個發光元件被安置於毗鄰該窗口之寬度方向邊緣，且其中位於該寬度方向邊緣處之窗口側壁被調整成切齊該外殼側壁。以此種方式，相較於傳統型光源，光源的放射圖形均勻度對於個別光源及跨多個光源均得以增進。
其應理解，以上摘要係提供以簡化之形式介紹將進一步詳述於實施方式中的部分概念。此並非意味認定所請求標的之主要或基本特徵，且請求標的之範疇係獨立地界定於實施方式之後的申請專利範圍之中。此外，請求標的並不限於解決上述任何缺點的實施方式，亦不限於本揭示的任何部分。
100‧‧‧放射圖形
110‧‧‧光強度分佈曲線
200‧‧‧規則間隔發光元件線性陣列
210‧‧‧基板
220‧‧‧發光元件
240‧‧‧間隔
300‧‧‧照射度圖形
310-360‧‧‧固定照射度線條
400‧‧‧照射度圖形剖面描繪圖
410‧‧‧照射度分佈曲線
420‧‧‧方塊
500‧‧‧邊緣加權間隔發光元件線性陣列
510‧‧‧基板
516‧‧‧中間部分
518‧‧‧末端部分
520‧‧‧LED
524‧‧‧第一間隔
530‧‧‧LED
536‧‧‧第二間隔
560‧‧‧第三間隔
580‧‧‧寬度方向軸線
600‧‧‧照射度圖形
610-670‧‧‧固定照射度線條
680‧‧‧寬度方向軸線
700‧‧‧照射度圖形剖面描繪圖
710‧‧‧照射度分佈曲線
720‧‧‧方塊
800‧‧‧照射度圖形剖面描繪圖
810‧‧‧照射度分佈曲線
820‧‧‧照射度分佈曲線
830‧‧‧方塊
900‧‧‧照射度圖形剖面描繪圖
940‧‧‧照射度分佈曲線
1000‧‧‧光源
1010‧‧‧外殼
1016‧‧‧前蓋
1018‧‧‧外殼側壁
1020‧‧‧窗口
1028‧‧‧窗口正面
1030‧‧‧緊固件
1050‧‧‧發光元件
1052‧‧‧中間部分
1054‧‧‧第一間隔
1060‧‧‧發光元件
1062‧‧‧末端部分
1064‧‧‧第二間隔
1068‧‧‧第三間隔
1074‧‧‧第四間隔
1082‧‧‧間隙
1086‧‧‧窗口側壁
1090‧‧‧發光元件線性陣列
1110‧‧‧光源
1120‧‧‧光源
1400‧‧‧照明系統
1412‧‧‧發光次系統
1414‧‧‧控制器
1416‧‧‧電源
1418‧‧‧冷卻次系統
1419‧‧‧半導體元件
1420‧‧‧發光元件線性陣列
1422‧‧‧耦連電子
1424‧‧‧光輸出
1426‧‧‧工件
1430‧‧‧耦合光學器件
1432‧‧‧內部元件
1434‧‧‧外部元件
1464‧‧‧窗口
1500‧‧‧方法
1510-1570‧‧‧步驟
1600‧‧‧多凹槽圓柱形菲涅耳透鏡
1602‧‧‧單凹槽圓柱形菲涅耳透鏡
1604‧‧‧寬度方向軸線
1608‧‧‧長度方向軸線
1610‧‧‧長度方向邊緣
1620‧‧‧凹槽
1630‧‧‧透鏡凹槽化表面
1640‧‧‧透鏡平面表面
1650‧‧‧單凹槽
1700‧‧‧光源
1720‧‧‧圓柱形菲涅耳透鏡
1722‧‧‧凹槽
1724‧‧‧透鏡凹槽表面
1728‧‧‧透鏡平面表面
1786‧‧‧透鏡側壁
1800‧‧‧雙重圓柱形菲涅耳透鏡
1820‧‧‧圓柱形菲涅耳透鏡
1822‧‧‧透鏡凹槽表面
1824‧‧‧透鏡平面表面
1840‧‧‧圓柱形菲涅耳透鏡
1842‧‧‧透鏡凹槽表面
1844‧‧‧透鏡平面表面
1850‧‧‧入射光
圖1例示一近似朗伯放射圖形之一實例。
圖2係一規則間隔之發光元件線性陣列之一實例之示意圖。
圖3係一例示圖2之規則間隔發光元件線性陣列之照射度圖形(irradiance pattern)之示意圖。
圖4係一顯示圖3之照射度圖形之一剖面之描繪圖。
圖5係一具有邊緣加權間隔之發光元件線性陣列之一實例之示意圖。
圖6係一例示圖5之邊緣加權發光元件線性陣列之照射度圖形之示意圖。
圖7係一顯示圖6之照射度圖形之一剖面之描繪圖。
圖8係圖4及圖7之照射度分佈曲線(irradiance profile)之描繪圖。
圖9係圖4及圖7之照射度分佈曲線之描繪圖，以及具有內部加裝透鏡LED之一邊緣加權線性陣列之照射度分佈曲線之描繪圖。
圖10係一範例光源之一正面視圖。
圖11係二個圖10之範例光源並列擺置之一局部正面視圖。
圖12係圖10之範例光源之一局部側面立體圖。
圖13係圖10之範例光源之一正面立體圖。
圖14係例示一照明系統之實例之示意圖。
圖15係使用一光源之方法之一範例流程圖。
圖16A及16C係範例圓柱形菲涅耳透鏡之立體圖。
圖16B及16D分別是圖16A及16C之範例圓柱形菲涅耳透鏡之剖面圖。
圖17係具有一圓柱形菲涅耳透鏡之一範例光源之一局部側面立體圖。
圖18係一範例雙重圓柱形菲涅耳透鏡之一剖面圖。
本說明係有關於一種光源、使用一光源之方法、以及使用於塗層、油墨、黏著劑、以及其他可固化工件之產製的照明系統。圖1例示一LED發光元件之近似朗伯放射圖形之一實例。圖2顯示一示意圖，其描繪以一規則間隔之方式配置之一發光元件線性陣列之一實例。圖3及圖4例示圖2中之規則間隔發光元件線性陣列之一照射度圖形之一實例以及其 照射度圖形之一剖面描繪圖。圖5顯示描繪一發光元件線性陣列之一實例之示意圖，其中之發光元件係以邊緣加權間隔之形式佈列。圖6及圖7例示圖5中之邊緣加權發光元件線性陣列之一照射度圖形之一實例以及其照射度圖形之一剖面描繪圖。圖8及圖9之之描繪圖係比較圖4與圖7之範例照射度分佈曲線，以及比較圖4與圖7以及具有內部加裝透鏡LED之邊緣加權線性陣列的範例照射度分佈曲線。圖10係包含一邊緣加權發光元件線性陣列之一範例光源之一正面視圖，而圖11例示包含並列配置之邊緣加權發光元件線性陣列之二光源之一局部正面視圖之一範例。圖12及圖13係圖10之範例光源之一局部側面立體圖和一正面立體圖。圖14係一光源之組態之一實例之示意圖，而圖15係一種使用光源之方法的範例流程圖。多凹槽及單凹槽圓柱形菲涅耳透鏡之實例描繪於圖16A、16B、16C、及16D之中。圖17例示包含一單凹槽圓柱形菲涅耳透鏡之光源之一實例。一雙重圓柱形菲涅耳透鏡顯示於圖18之中。
以下參見圖1，其例示一諸如LED型發光元件之近似朗伯光源之一放射圖形100。該放射圖形例示源自近似朗伯光源之光線的角度擴散係寬廣而分散的，且光強度分佈曲線110可以隨著自光源的發射角度從-90°變到+90°而變化。因此，被一近似朗伯光源照射之表面可能並非被光線均勻照射。
圖2例示包含十個發光元件220之一規則間隔36毫米線性陣列200之一實例之一簡單示意圖。規則間隔意味介於每一發光元件之間的間隔240可以是相同的。該等發光元件可以是裝載於一基板210之上，例如，一印刷電路板(printed circuit board；PCB)。
圖3例示位於離圖2中之LED規則間隔線性陣列6毫米之一固定平面處之一照射度圖形之一描繪圖300。照射度圖形描繪圖300可以是利用一諸如Zemax的光學模擬程式產生。曲線310、320、330、340、350及360大致代表離光源6毫米之一表面處之固定照射度線條，其方位分別垂直於1.80、1.65、1.30、0.90、0.40及0.20W/cm2之90°發射角。圖3例示發射自線性規則間隔陣列之光線在一寬度方向軸線及一長度方向軸線上之角度擴散。來自規則間隔陣列之照射度在二維圖案上變化，其強度從圖案的中心朝周邊遞減。
圖4顯示描繪圖300之照射度圖形沿著其對稱主軸線或沿著對應至該線性陣列之一中心線所取之剖面之一描繪圖400。照射度分佈曲線410例示照射度在表面之一中心部分可以是有點均勻，但可以朝邊緣大幅遞減。對於UV固化，在一目標表面提供均勻照射度之一光源可以在目標表面上提供均勻的固化速率。為了達成均勻的固化速率，可以使用一個在目標表面上提供照射度高於一最小門檻值而低於一最大門檻值之放射圖形的光源照射該表面。舉例而言，當照射度低於一最小門檻值之時，固化速率可能緩慢而目標表面之固化可能無法達成。另一方面，當照射度高於一最大門檻值之時，固化可能進行得過於迅速，導致固化過度(overcuring)，此可能損傷目標表面。一般而言，當最大與最小門檻值之間的差異愈小時，可以達成愈均勻的固化速率。例如，一個評估均勻度的量度值可以利用方程式(1)加以定義：均勻度=(最大值-最小值)/平均值(最大值，最小值) (1)，其中最大值代表最大門檻值而最小值代表對應至提供均勻固化速率的最小 門檻值照射度。給定一均勻度及最大門檻值照射度，可以從而從方程式(1)解出最小照射度：最小值=最大值*(1-均勻度/2)/(1+均勻度/2) (2)，舉例而言，最小門檻值照射度等於最大門檻值照射度之情形相當於完全均勻之照射度。進一步舉例言之，利用方程式(2)，對於一20%之均勻度，以及一1.83W/cm2之最大照射度，可以計算出最小照射度等於1.497W/cm2。以此方式，在離圖2之LED均等間隔線性陣列6毫米之平面表面處之一光線輸出之可用長度可以由圖4決定出等於32.3毫米。該可用長度等於在方塊420內的照射度分佈曲線410之X座標定義域之長度，其中方塊420代表其上發光照射度介於最小與最大門檻值之間的X座標值。因此，在此計算出之可用長度上，依據方程式(2)，照射均勻度可以是20%或更少。
以下參見圖5，其例示支承於一諸如PCB之基板510上之具有邊緣加權間隔之十個發光元件(例如，LED)之一36毫米線性陣列500之一實例。該線性陣列可以包含一中間部分516與二末端部分518，中間部分516包含六個LED 520，以一第一間隔524均勻佈列其中，而二末端部分518各自包含二LED 530，以一第二間隔536佈列其中。此外，一第三間隔560可以被提供於中間部分516與末端部分518之間。介於中間部分516的發光元件之間的第一間隔524可以是大於介於末端部分518的發光元件之間的第二間隔536，而第三間隔560可以小於第一間隔524，但大於第二間隔536。舉例而言，邊緣加權線性陣列500可以是與均勻間隔線性陣列200使用相同實體尺寸製造，可以被供應同一總額之電力，且可以使用同一數目及類型之發光元件(例如，LED)。換言之，發光元件線性陣列500與200可以僅在其 發光元件之間隔分佈上有所差異，線性陣列200在所有十個發光元件之間均採用相同之間隔，而線性陣列500則採用上述的邊緣加權間隔。
例示於圖5中之邊緣加權間隔係邊緣加權發光元件線性陣列之一範例，並非意味做為限制。例如，發光元件之邊緣加權線性陣列可以擁有較例示於圖2及圖5中的十個LED更少或更多的LED。此外，邊緣加權線性陣列的中間部分可以包含數目較多或較少的LED，且末端部分可以包含數目較少或較多的LED。另外，介於中間部分的發光元件之間的第一間隔可以是大於或小於前述的第一間隔524，介於末端部分的發光元件之間的第二間隔可以是大於或小於前述的第二間隔536，而介於中間與末端部分之間的第三間隔可以是大於或小於前述的第三間隔560。然而，邊緣加權間隔意味介於末端部分的發光元件之間的第二間隔小於介於中間部分的發光元件之間的第一間隔。
圖6例示位於離圖5中之LED邊緣加權線性陣列6毫米之一固定平面處之一照射度圖形之一描繪圖600。照射度圖形描繪圖600可以是利用一諸如Zemax的光學模擬程式產生。曲線610、620、630、640、650、660及670大致代表離光源6毫米之一表面處之固定照射度線條，其方位分別垂直於1.80、1.65、1.45、1.30、0.90、0.40及0.20W/cm2之90°發射角。來自邊緣加權陣列之照射度在二維圖案上變化，其強度從位於圖案中心處之曲線620所包含的區域向外朝周邊遞減。
以下參見圖7，其顯示描繪圖600之照射度圖形沿著其對稱主軸線或沿著對應至邊緣加權線性陣列之一中心線所取之剖面之一描繪圖700。照射度分佈曲線710例示照射度在表面之一中心部分相較於均勻間隔 線性陣列之照射度分佈曲線410可以是稍微更加均勻，但亦可以朝分佈曲線之邊緣顯著地遞減。利用上述之方程式(2)，對於一20%之均勻度，以及一1.83W/cm2之最大照射度，可以計算出最小照射度等於1.497W/cm2。以此方式，在離圖5之LED邊緣加權線性陣列6毫米之一固定平面處之一光線輸出之可用長度可以由圖7決定出等於37.8毫米。該可用長度相當於在方塊720內的照射度分佈曲線710之X座標定義域之長度，其中方塊720代表其上之光照射度介於最小與最大門檻值之間的X座標值。
以下參見圖8，其例示比較分別來自圖4與圖7之均勻間隔與邊緣加權線性陣列之照射度分佈曲線810與820之一描繪圖800。如圖8所示，對發光元件進行邊緣加權，例如像圖5之線性陣列，可以在離光源6毫米處分別對應至最大與最小門檻值照射度之1.83W/cm2與1.497W/cm2的20%均勻度條件下，相對於一均勻間隔線性陣列，提供一個5.5毫米的可用長度光線輸出之增加。方塊830，對應至介於最小與最大門檻值照射度之間的照射度數值，在一個比照射度分佈曲線810長的可用長度上與照射度分佈曲線820相交。因此，藉由將一均勻間隔線性陣列重新佈列成一邊緣加權線性陣列，能夠增加光源之均勻度，同時維持線性陣列之尺寸(例如，整體長度)以及對光源的電力供應。
對於照射度分佈曲線的進一步改進可以利用不同強度之LED達成。例如，較高強度之LED可以使用於線性陣列的中間部分(例如，圖5的中間部分516)，而較低強度之LED可以使用於末端部分。增加或減少個別發光元件的發光強度之達成可以是藉由利用來自不同儲存筐的LED，其中來自不同儲存筐的LED發出不同強度的光、利用諸如透鏡的光 學元件以對發自個別發光元件的光進行折射、反射及/或繞射。例如，光學元件可以耦接至線性陣列的中間部分的發光元件以對光線進行準直化而增加來自該等元件的光線照射度。舉另一例而言，其可以將一漫射器(diffuser)耦接至線性陣列之末端部分中之發光元件以降低發自該等元件的光線照射度。此外，光學元件之組合可以耦接至位於中間及/或末端部分之發光元件以增大或降低發自個別發光元件的光的強度。以上述之方式，除了先前於圖5之中所描述及例示的邊緣加權間隔之外，發光元件之線性陣列之邊緣加權因此可以透過加入透鏡、施加差別性電力、以及藉由以不同強度之LED组構陣列而達成。
以下參見圖9，其例示比較分別來自圖4與圖7之均勻間隔與邊緣加權線性陣列之照射度分佈曲線810與820之一描繪圖900。此外，其描繪出一個與陣列500類似之LED邊緣加權線性陣列之照射度分佈曲線940，然而其中四個最靠近中央處之LED元件被加裝透鏡以在其照射度上提供一20%提升。如圖9所示，耦接光學透鏡元件至最中央處之LED元件使發光元件線性陣列之均勻度更加增強，無須供應額外電力或者增加線性陣列光源之長度。
圖10例示一光源1000之正面視圖，此光源1000包含二十七個發光元件(例如，LED)之邊緣加權線性陣列包含於一外殼1010之內。光源1000可以另包含一前蓋1016於外殼1010之前平面處、一窗口1020、以及複數緊固件(fastener)1030以將前蓋固定至外殼1010。外殼1010與前蓋1016可以是由一剛性材料製造而成，諸如金屬、金屬合金、塑膠、或其他材料。發光元件可以被安裝於一基板(圖中未顯示)之上，諸如一PCB，且基板之前 方表面可以具有一反射性塗層或表面，使得自發光元件照射至基板前方表面之光被朝窗口反射。
窗口1020可以是可被諸如可見光及/或UV光之光線穿透的。窗口1020因此可以由玻璃、塑膠、或其他透光材料構製而成。窗口1020可以被安置於前蓋的寬度方向尺寸的大約中央處，且窗口1020之長度可以擴及外殼1010之前平面與前蓋1016之長度。此外，窗口1020可以被設置成使得其正面(圖12中之1028)切齊外殼1010之前蓋，且使得窗口側壁(圖12中之1086)切齊外殼側壁(圖13中之1018)以及前蓋側壁(圖中未顯示)。換言之，窗口側壁、外殼側壁、以及前蓋側壁均對齊於同一平面。窗口1020可以充當包含於外殼內之發光元件邊緣加權線性陣列之一透明外蓋，其中從線性陣列照射出來的光穿透窗口1020被傳送至一目標表面，舉例而言，一固化反應可以於此處驅動。
發光元件線性陣列可以被凹置於窗口1020之下且相對於該窗口之長度方向與寬度方向尺寸大約位於窗口下方中心處。使發光元件線性陣列位於窗口1020下方中心處可以有助於防止照射光線被位於窗口接觸前蓋處的窗口長度方向之邊緣阻擋。
邊緣加權線性陣列包含一中間部分1052，介於二末端部分1062之間。中間部分1052包含二十一個均勻間隔發光元件1050以一第一間隔1054佈列於其中，而末端部分1062各自包含具有一第二間隔1064之二發光元件1060。
此外，光源1000可以在末端部分1062與中間部分1052之間包含一第三間隔1068，其中該第三間隔1068小於第一間隔1054且大於第 二間隔1064。另外，光源1000可以在該末端部分1062與中間部分1052之間包含一第四間隔1074。
例示於圖10中之邊緣加權間隔係發光元件邊緣加權線性陣列之一範例，但並非意味做為限制。例如，發光元件之邊緣加權線性陣列可以擁有較例示於圖10中的二十七個LED更少或更多的LED。此外，邊緣加權線性陣列的中間部分可以包含數目較多或較少的LED，且末端部分可以包含數目較少或較多的LED。另外，介於中間部分的發光元件之間的第一間隔可以是大於或小於前述的第一間隔1054，介於末端部分的發光元件之間的第二間隔可以是大於或小於前述的第二間隔1064，而介於中間與末端部分之間的第三間隔可以是大於或小於前述的第三間隔1068。然而，邊緣加權間隔意味介於末端部分的發光元件之間的第二間隔小於介於中間部分的發光元件之間的第一間隔。
邊緣加權線性陣列中的第一個及最末個發光元件可以被直接安置於毗鄰窗口1020之窗口側壁1086處。以此方式，發光元件邊緣加權線性陣列可以擴及窗口1020之長度以及外殼1010之前蓋1016。如圖10之中所例示，窗口側壁1086可以具有一厚度，其中從線性陣列的第一個或最末個發光元件到對應窗口側壁的外部表面之距離可以是介於中間部分發光元件之間的第一間隔的一半或更小。在某些實例之中，窗口側壁與線性陣列的第一個及最末個發光元件之間可以存在一間隙1082。間隙1082可以允許光源之堆積及組裝具備容忍度。
光源1000可以另外包含耦合光學器件(coupling optics)或透鏡構件(圖中未顯示)，安置於發光元件線性陣列與窗口之間。耦合光學器件 可用以對來自線性陣列的照射光線至少進行反射、折射、準直化及/或繞射。耦合光學器件亦可以與窗口1020整合。例如，一漫射器或繞射層可以被蝕刻或層壓至面對線性陣列的窗口1020之背側表面。另外，耦合光學器件亦可以被整合至面對目標表面的窗口1020之前方表面。在某些實例之中，耦合光學器件可以進一步包含一圓柱形透鏡，例如一圓柱形菲涅耳透鏡(參見圖17)，其中該等發光元件線性陣列可以對齊該圓柱形透鏡並透過其發出光線。以此方式，該圓柱形透鏡可以減少光線在線性陣列之一寬度方向軸線上的角度擴散，從而增強在一寬度方向軸線上的發光均勻度。在某些實例之中，該圓柱形透鏡可以是一圓柱形菲涅耳透鏡。因此，寬度方向軸線(例如，圖5中之軸線580，以及圖6中之軸線680)上之發射光線之均勻度，相較於圖4及圖6之中例示的用於透過一窗口發光之發光元件線性陣列之照射度圖形，可以被增強。另外，耦合光學器件可以另包含一雙重圓柱形菲涅耳透鏡(參見圖18)，其中二個圓柱形菲涅耳透鏡彼此疊蓋於另一者的頂部，使得相較於包含單一圓柱形菲涅耳透鏡的耦合光學器件，更達成增強準直化及聚焦能力以減少光線在一寬度方向軸線上的角度擴散。
以下參見圖11，其例示並列配置之二個光源1110、1120之一局部正面視圖。光源1110與1120可以各自與光源1000完全相同。因此，光源1110、1120可以各自包含一邊緣加權之發光元件線性陣列。包含發光元件1050的每一個線性陣列以一第一間隔1054佈列於一中間部分，且發光元件1060以一第二間隔1064佈列於末端部分。此外，光源1110與1120分別在中間與末端部分的發光元件1050、1060之間包含一第三間隔1068與一第四間隔1074。第三間隔1068可以是大於第二間隔1064並小於第一間隔 1054。如前所述，對發光元件線性陣列進行邊緣加權，增加來自每一光源的光線輸出之可用長度。
此外，位於光源1120與1110的末端部分中的第一個和最末個發光元件分別被安置於毗鄰窗口側壁1086處，其中窗口側壁1086擴及每一光源外殼之前方平面之長度。將線性陣列之中的第一個和最末個發光元件安置於毗鄰窗口側壁1086處可以允許光源1120與1110將光照射到窗口的整個長度上。將第一個和最末個發光元件安置於毗鄰窗口側壁1086的線性陣列之中可以包含安置第一個和最末個發光元件使得其中分別存在一微小間隙1082於窗口側壁與第一個和最末個發光元件之間。
另外，窗口側壁1086切齊光源1120與1110的外殼之側壁，窗口及外殼側壁自外殼的前方平面向後垂直延伸。將窗口側壁調整成切齊外殼側壁可以降低其間的間隔，且可以在並列配置的多個光源上維持照射光線的連續性。
以此方式，從光源1120之一線性陣列的最末個發光元件到光源1110的第一個發光元件在並列安置時的總距離可以等於或小於中間部分發光元件之間的第一間隔。因此，對於單一光源而言，從線性陣列的最末個發光元件到對應窗口側壁之外部表面的距離可以是介於中間部分發光元件間的第一間隔的一半或更小。因此，相較於從傳統型並列配置之光源所發出之光，從並列配置的光源1120與1110發出之光更加均勻。
圖12例示圖10之光源1000之一局部側面立體圖，包含前蓋1016、窗口1020、緊固件1030以及發光元件線性陣列1090。窗口1020包含正面1028和窗口側壁1086。窗口正面1028和窗口側壁1086二者均係 透明的。因此，從毗鄰鄰近窗口側壁1086的末端部分發光元件發出的一部分光線可以透過窗口側壁1086發出。相較於傳統型並列配置的光源，透過光源之窗口側壁1086的光的發出，可以從而降低毗鄰並列配置的多個光源上的發出光線的不均勻度。窗口側壁1086切齊前蓋1016的側邊以及外殼側壁1018，使得光源可以被以一切齊的配置形式並列置放，其中介於並列光源之間的間隙被縮減。針對此目的，安裝於外殼側壁1018中的緊固件1030在完全緊固安裝時亦可以從外殼側壁1018之平面凹陷。如前所述，將窗口側壁調整成切齊外殼側壁可以降低其間的間隔，且可以在並列配置的多個光源上維持照射光線的連續性。
以下參見圖13，其例示圖10之範例光源1000之一立體圖。該光源包含一外殼1010，內有一發光元件線性陣列、一窗口及一前蓋1016，位於外殼1010之前方平面處、側壁1018、以及緊固件1030。如同例示，光源1000可以具有一外殼1010，形狀係一正方形或是圓角矩形方盒。其亦可以採用側壁自外殼的前方平面垂直向後延伸而當並列之時光源可以被切齊置放的其他外殼形狀。
以下參看圖16A與圖16B，其分別例示一多凹槽圓柱形菲涅耳透鏡1600之一實例之立體圖與剖面視圖。圖16A與圖16B之中的多凹槽圓柱形菲涅耳透鏡具有十六個凹槽1620，然而在其他實例之中，一多凹槽圓柱形菲涅耳透鏡可以具有較少或較多凹槽。舉例而言，一多凹槽圓柱形菲涅耳透鏡可以包含50個凹槽。舉另一實例，一圓柱形菲涅耳透鏡可以包含單凹槽圓柱形菲涅耳透鏡1602，其具有一單凹槽1650(例如，一單槽稜(prism))，如圖16C與圖16D之立體圖與剖面視圖所分別例示。一般而言， 當一圓柱形菲涅耳透鏡中的凹槽數目增加時，透鏡的厚度可以減少。在某些實例之中，線性圓柱形菲涅耳透鏡可以藉由一玻璃模塑(molding)製程從玻璃製造而成，或是由透光塑膠製造而成。相較於塑膠而言，玻璃透鏡對於較高的熱負載或較高的溫度下，諸如高於120℃之溫度，可以在尺寸上對熱更為穩定。然而，相較於塑膠圓柱形菲涅耳透鏡，包含大量凹槽的玻璃圓柱形菲涅耳透鏡可能更加難以精確地製造，因為其可能難以藉由玻璃模塑精確地達成纖細的尖銳邊緣及點。舉例而言，玻璃模塑透鏡可能傾向於具有圓角的邊緣，且其可能難以針對具有大量凹槽的透鏡製做出具纖細間距的多個凹槽。利用塑膠製造菲涅耳透鏡可以允許對於具有多個凹槽的菲涅耳透鏡製做出較尖銳的槽稜壟脊(prism ridge)以及較纖細的槽稜。
為了進行準直化並減少發射光線在一寬度方向軸線1604上之角度擴散，一或多個圓柱形菲涅耳凹槽之方位可以被設置成平行於光源的長度方向軸線1608。此外，圓柱形菲涅耳透鏡之方位可以被架構成一進入凹槽(groove-in)方位，其中圓柱形菲涅耳透鏡凹槽化表面1630面朝光源，而平面透鏡表面1640則朝向遠離光源之方向，或者架構成一離開凹槽(groove-out)方位，其中圓柱形菲涅耳透鏡凹槽化表面1630朝向遠離光源之方向，而平面透鏡表面1640則面朝光源。圓柱形菲涅耳透鏡之進入凹槽及離開凹槽方位可以影響光線通過圓柱形菲涅耳透鏡的傳輸效率。顯示於圖16A、16B、16C及16D之中的圓柱形菲涅耳透鏡之凹槽的幾何結構及形狀係用於例示性目的且可能未按比例繪製。圓柱形菲涅耳透鏡可以進一步包含透光的長度方向邊緣1610。舉例而言，圓柱形菲涅耳透鏡可以安裝至位於長度方向邊緣1610處之光源。
以下參見圖18，其例示一雙重圓柱形菲涅耳透鏡1800之一實例之剖面圖，其中二個圓柱形菲涅耳透鏡1820與1840彼此疊蓋於另一者的頂部。在圖18之中，該二圓柱形菲涅耳透鏡1820與1840二者完全相同，具有相同數目及形狀的凹槽，然而，在其他範例性雙重圓柱形菲涅耳透鏡之中，透鏡1820與1840各自的凹槽數目及形狀可以不同。此外，在圖18之中，該二圓柱形菲涅耳透鏡各自均被配置成一進入凹槽方位，其中入射光1850進入圓柱形菲涅耳透鏡1840與1820各自之凹槽表面1842及1822，且離開圓柱形菲涅耳透鏡1840與1820各自之平面表面1844與1824。在其他範例性雙重圓柱形菲涅耳透鏡組態之中，菲涅耳透鏡的其中一者或二者之方位可以相對於入射光1850被配置成一離開凹槽方位。以此種方式，一雙重圓柱形菲涅耳透鏡可以由一雙重圓柱形菲涅耳透鏡組態達成增強之準直化及聚焦能力，且相較於單一圓柱形菲涅耳透鏡，可以在一寬度方向軸線上，將光線之角度擴散降低及準直化至一更大的程度。舉另一實例而言，其可以堆疊或疊蓋超過二個圓柱形菲涅耳透鏡以達成增強的準直化及聚焦能力，用以在一寬度方向軸線上，相較於單一圓柱形菲涅耳透鏡而言，將光線之角度擴散降低及準直化至一更大的程度。
以下參見圖17，其例示另一範例光源1700之一局部側面立體圖。光源1700可以是類似於上述的光源1000、1110及1120，且可以另包含耦合光學器件。舉例而言，光源1700之耦合光學器件可以包含一圓柱形透鏡，例如圓柱形菲涅耳透鏡1720。類似光源1000、1110及1120，圖17亦顯示光源1700包含前蓋1016、緊固件1030、外殼側壁1018、以及發光元件線性陣列1090。圓柱形菲涅耳透鏡1720可以包含一單凹槽或多凹槽圓柱 形菲涅耳透鏡(例如，分別是圓柱形菲涅耳透鏡16C及16A)，其中圓柱形菲涅耳透鏡1720可以在一凹槽表面1724上包含一或多個凹槽1722。圓柱形菲涅耳透鏡1720可以具有一進入凹槽方位，其中凹槽表面1724可以面朝發光元件1090，而平面表面1728可以面朝遠離發光元件1090之方向，如圖17所示。或者，圓柱形菲涅耳透鏡1720可以具有一離開凹槽方位，其中凹槽表面1724可以面朝遠離發光元件1090之方向，而平面表面1728可以面朝發光元件1090。圓柱形菲涅耳透鏡1720亦可以包含一雙重圓柱形菲涅耳透鏡。圓柱形菲涅耳透鏡之平面表面1728及側壁1786二者均係透明的。因此，從毗鄰鄰近透鏡側壁1786的末端部分發光元件發出的一部分光線可以透過透鏡側壁1786發出。相較於傳統型並列配置的光源，透過光源之透鏡側壁1786的光線發出，可以從而降低毗鄰並列配置的多個光源上的發出光線的不均勻度。透鏡側壁1786可以切齊前蓋1016的側邊以及外殼側壁1018，使得光源可以被以一切齊的配置形式並列置放，其中介於並列光源之間的間隙被縮減。針對此目的，安裝於外殼側壁1018中的緊固件1030在完全緊固安裝時亦可以從外殼側壁1018之平面凹陷。如前所述，將透鏡側壁1786調整成切齊外殼側壁可以降低其間的間隔，且可以在並列配置的多個光源上維持照射光線的連續性。此外，透鏡側壁1786可以自前方平面垂直地向後延伸。以此方式，多個光源可以被調整成以切齊之形式並列，其中並列光源(例如，分別類似圖11中之光源1120與1110之配置)的末端部分中的第一個和最末個發光元件被安置於毗鄰透鏡側壁1786處，其中透鏡側壁1786擴及每一光源外殼之前方平面之長度。將線性陣列之中的第一個和最末個發光元件安置於毗鄰透鏡側壁1786處可以允許並列光源將光照射到透鏡的 整個長度上。將線性陣列之中的第一個和最末個發光元件安置於毗鄰透鏡側壁1786處可以包含安置第一個和最末個發光元件使得其中分別存在一微小間隙(例如，間隙1082)於窗口側壁與第一個和最末個發光元件之間。
舉另一實例，光源1700可以另包含一透明窗口(圖中未顯示)，設置於外殼的前方平面且覆蓋圓柱形菲涅耳透鏡1720的正面，其中該窗口之一正面被調整成大約切齊外殼之前方平面，且窗口側壁被調整成切齊外殼側壁1018。將透鏡側壁1786與窗口側壁調整成切齊外殼側壁可以降低其間的間隔，且可以在並列配置的多個光源上維持照射光線的連續性。
此外，發光元件線性陣列1090可以包含一邊緣加權發光元件線性陣列，如之前對於光源1000、1110及1120之描述。發光元件之邊緣加權線性陣列之實例以及自其發出的光照射圖案例示於圖5至圖9。因此，線性陣列可以包含以一第一間隔佈列於一中間部分的發光元件，以及以一第二間隔佈列於末端部分的發光元件。此外，線性陣列可以包含分別介於中間與末端部分的發光元件之間之一第三間隔及一第四間隔。第三間隔可以是大於第二間隔並小於第一間隔。如前所述，針對發光元件線性陣列實施邊緣加權可以增強發射光線在一長度方向上的均勻度，且相較於一均等間隔線性陣列，可以從而增加來自每一光源的光線輸出的可用長度，同時維持線性陣列之尺寸(例如，整體長度)以及供應給光源之電力。此外，圓柱形菲涅耳透鏡1720可以增強發射光線在一寬度方向軸線上的均勻度，且相較於一個未透過一圓柱形菲涅耳透鏡發出光線的傳統型光源而言，從而可以增加來自每一光源的光線輸出的可用長度，同時維持線性陣列之尺寸(例如，整體寬度)以及供應給光源之電力。
以此方式，從一線性陣列光源1700之最末個發光元件到並列安置的的另一光源1700的第一個發光元件的總距離可以等於或小於介於中間部分發光元件之間的第一間隔。因此，對於單一光源而言，從線性陣列的最末個發光元件到對應窗口側壁之外部表面的距離可以是介於中間部分發光元件間的第一間隔的一半或更小。因此，相較於從具有並列配置發光元件之均等間隔線性陣列的傳統型光源所發出之光，從並列配置的多個光源1700所發出之光可以更加均勻。
以此方式，一光源可以包含一圓柱形菲涅耳透鏡以及一發光元件線性陣列，該線性陣列對齊該圓柱形菲涅耳透鏡並透過其發出光線，其中該圓柱形菲涅耳透鏡減少光線在該線性陣列之一寬度方向軸線上的角度擴散。該光源可以另外包含一外殼以及該外殼內之一發光元件線性陣列，其中一窗口可以被設置於該外殼之一前方平面上，該窗口長度擴及該前方平面之長度。此外，該線性陣列可以擴及窗口長度，其中該線性陣列的第一個和最末個發光元件被安置於毗鄰該窗口之寬度方向邊緣處，且其中位於寬度方向邊緣處之窗口側壁被調整成切齊外殼側壁。該窗口可以包含一正面和窗口側壁，該正面切齊前方平面，且該窗口側壁自該前方平面垂直地向後延伸。
發光元件線性陣列可以另包含一中間部分，介於二個末端部分之間，該線性陣列僅具有單一列之元件。該中間部分可以包含複數發光元件，遍及該中間部分均以一第一間隔佈列於該中間部分之上，且該等末端部分各自均可以包含複數發光元件，遍及每一末端部分均以一第二間隔佈列於末端部分之上。該第一間隔可以大於該第二間隔。
發光元件線性陣列可以另包含一第三間隔，介於該中間部分與每一末端部分之間，其中該第三間隔可以大於該第二間隔且小於該第一間隔。位於中間部分之該複數發光元件可以具有一第一照射度，且每一末端部分之中的該複數發光元件可以具有一第二照射度。位於中間部分之該複數發光元件各自均可以包含一個比位於末端部分中該複數發光元件中的每一者更高強度之發光元件，而該第一照射度可以大於該第二照射度。
另外，位於中間部分的該複數發光元件各自均可以包含一光學元件，每一光學元件均增加其對應發光元件之一第一照射度，其中該第一照射度大於該第二照射度。另外，位於末端部分的該複數發光元件各自均可以包含一光學元件，其中該光學元件減少其對應發光元件之一第二照射度，且其中該第一照射度大於該第二照射度。
另外，位於中間部分的該複數發光元件可以被供應一第一驅動電流，而位於末端部分的該複數發光元件可以被供應一第二驅動電流，其中該第一驅動電流可以大於該第二驅動電流。
以下參見圖14，其例示照明系統1400之一範例組態之一功能方塊圖。在一實例之中，照明系統1400可以包含一發光次系統1412、一控制器1414、一電源1416以及一冷卻次系統1418。發光次系統1412可以包含複數半導體元件1419。舉例而言，該複數半導體元件1419可以是諸如一LED元件線性陣列之發光元件線性陣列1420。半導體元件可以提供光輸出(radiant output)1424。光輸出1424可以被導送至位於照明系統1400外之一固定平面處之一工件1426。此外，該發光元件線性陣列可以是一邊緣加權發光元件線性陣列，其中一或多種方法被運用以增加位於工件1426處之光 線輸出之可用長度。例如，其可以使用如前所述的邊緣加權間隔、個別發光元件之透鏡加裝(例如，提供耦合光學器件)、提供不同強度的個別發光元件、以及供應差別性電流給個別的LED中的一或多者。
光輸出1424可以透過耦合光學器件1430被導送至工件1426。耦合光學器件1430，若有使用的話，可以被以各種不同的方式實施。舉例而言，耦合光學器件可以包含一或多個疊層、材料或其他結構插入半導體元件1419與窗口1464之間，並將光輸出1424提供至工件1426之表面。舉例而言，耦合光學器件1430可以包含一微透鏡陣列(micro-lens array)以增強光輸出1424之採收、聚集、準直度或其他品質或有效之量。舉另一實例，耦合光學器件1430可以包含一微反射器陣列(micro-reflector array)。在使用此一微反射器陣列時，提供光輸出1424的每一半導體元件均可以在一個一對一的基礎上分別被配置於一微反射器之中。舉另一實例，提供光輸出1424之一半導體元件線性陣列1420可以在一個多對一的基礎上被配置於巨反射器(macro-reflector)之中。以此方式，耦合光學器件1430可以包含微反射器陣列與巨反射器二者，其中每一半導體元件均在一個一對一的基礎上被配置於一對應的微反射器之中，且其中來自半導體元件之光輸出1424之量及/或品質被該等巨反射器進一步增強。
耦合光學器件1430之疊層、材料或其他結構各自均可以具有一選定之折射率。藉由適當地選擇每一個折射率，在光輸出1424的路徑中的疊層、材料和其他結構之間的交介處之反射可以被選擇性地控制。舉例而言，藉由控制配置於半導體元件至工件1426之間的例如窗口1464之一選定交介處之折射率的差異，在該交介處之反射可以被減少或增加，以增 強最終投送至工件1426之在該交介處之光輸出之傳輸。例如，該耦合光學器件可以包含一分色反射器(dichroic reflector)，其吸收特定波長之入射光，而其餘入射光則被反射並被聚焦至工件1426之表面。
耦合光學器件1430可以被使用於各種不同之用途。種種範例用途之中，包含用以保護半導體元件1419、用以維持冷卻次系統1418之中的冷卻流體、用以採收、聚焦及/或準直化光輸出1424、或者用於其他用途，單獨或組合式地。舉另一實例，照明系統1400可以使用耦合光學器件1430以增強光輸出1424之有效品質、均勻度、或量，特別是投送至工件1426之情況。
再舉另一實例，耦合光學器件1430可以包含一圓柱形菲涅耳透鏡，諸如一線性圓柱形菲涅耳透鏡，用以準直化及/或聚焦從半導體元件1419之線性陣列1420發出之光。特別是，一圓柱形菲涅耳透鏡可以對齊線性陣列1420，其中自其發出之光係透過該圓柱形菲涅耳透鏡發出，且其中該圓柱形菲涅耳透鏡減少光線在該線性陣列之一寬度方向軸線上之角度擴散，該線性陣列擴及一透鏡長度。在某些實例之中，一圓柱形菲涅耳透鏡可被用以取代一窗口，諸如窗口1020，如圖17所示。該圓柱形菲涅耳透鏡可以是一單凹槽透鏡或一多凹槽透鏡，且亦可以包含一雙重圓柱形菲涅耳透鏡(參見圖18)，以相較於一單圓柱形菲涅耳透鏡進一步減少發出光線在一寬度方向軸線上的角度擴散。
選定之該複數半導體元件1419可以透過耦連電子1422耦接至控制器1414，以提供資料給控制器1414。如同以下之進一步說明，控制器1414亦可以被實施以控制此用於資料提供之半導體元件，例如，透過上 述之耦連電子1422。控制器1414可以連接至電源1416以及冷卻次系統1418，且可以被實施成對其進行控制。舉例而言，控制器可以供應一較大之驅動電流給佈列於線性陣列1420的中間部分上的發光元件，且提供一較小之驅動電流給佈列於線性陣列1420的末端部分上的發光元件，以增加照射於工件1426處之光線的可用長度。此外，控制器1414可以自電源1416與冷卻次系統1418接收資料。在一實例之中，在位於工件1426表面上的一或多個位置處之照射度可以藉由感測器偵測，並以一回授控制機制傳送至控制器1414。在另一實例之中，控制器1414可以與另一照明系統(未顯示於圖14之中)之一控制器進行通信，以協調二照明系統之控制。舉例而言，多個照明系統之控制器1414可以利用一主從串列控制演算法運作，其中一控制器之設定點由其他控制器之輸出設定之。其亦可以使用照明系統10結合另一照明系統之運作的其他控制策略。舉另一實例，並列配置之多個照明系統之控制器1414可以使用一完全相同之方式控制照明系統，以在多個照明系統上增加照射光線之均勻度。
除了電源1416、冷卻次系統1418、以及發光次系統1412之外，控制器1414亦可以連接至內部元件1432以及外部元件1434，並被實施成對其進行控制。元件1432，如圖所示，可以是位於照明系統1400之內部，而元件1434，如圖所示，可以是位於照明系統1400之外部，但可以連接工件1426(例如，處置、冷卻或其他外部設備)或者可以以其他方式關聯照明系統1400所支援的光反應(photoreaction；例如，固化)。
控制器1414自電源1416、冷卻次系統1418、發光次系統1412、及/或元件1432與1434中的一或多者接收之資料可以是各種不同之 類型。舉例而言，該等資料可以代表與耦接半導體元件1419有關聯的一或多個特性。舉另一實例，該等資料可以分別代表與提供資料的發光次系統1412、電源1416、冷卻次系統1418、內部元件1432、與外部元件1434有關聯的一或多個特性。再舉另一實例而言，該等資料可以代表與工件1426有關聯的一或多個特性(例如，代表導送至工件的光輸出能量或光譜成分)。此外，該等資料可以代表此等特性的某種組合。
控制器1414，針對任何此等資料之接收，可以被實施成回應該資料。例如，回應來自任一該等組件之此等資料，控制器1414可以被實施成控制電源1416、冷卻次系統1418、發光次系統1412(包含一或多個此種耦接半導體元件)、及/或元件1432及1434中的一或多者。舉例而言，對於來自發光次系統指出工件上的一或多點之光線能量不足的資料的回應，控制器1414可以被實施成擇一執行以下動作(a)增加電源對一或多個半導體元件之電力供應、(b)透過冷卻次系統1418增強發光次系統之冷卻(例如，某些發光元件，若經過冷卻，則提供較大的光輸出)、(c)增加電力供應至該等元件之時間、或者(d)以上動作之組合。
發光次系統1412中的個別半導體元件1419(例如，LED元件)可以受控制器1414獨立地控制。例如，控制器1414可以控制一第一群組之一或多個個別LED元件以發出一第一強度、波長、及類似特性之光，同時控制一第二群組之一或多個個別LED元件以發出一不同強度、波長、及類似特性之光。該第一群組之一或多個個別LED元件可以是位於同一個半導體元件線性陣列1420之內，或者可以來自多個照明系統1400中的一個以上的半導體元件線性陣列1420。半導體元件線性陣列1420亦可以由來自其他 照明系統中的其他半導體元件線性陣列的控制器1414獨立地控制。例如，一第一線性陣列之半導體元件可以被控制成發出一第一強度、波長、及類似特性之光，同時一位於另一照明系統中的第二線性陣列之元件可以被控制成發出一第二強度、波長、及類似特性之光。
舉另一實例而言，在一第一组條件之下(例如，針對一特定工件、光反應、及/或操控條件组)，控制器1414可以操控照明系統1400以實施一第一控制策略，而在一第二组條件之下(例如，針對一特定工件、光反應、及/或操控條件组)，控制器1414可以操控照明系統1400以實施一第二控制策略。如前所述，第一控制策略可以包含操控一第一群組之一或多個個別半導體元件(例如，LED元件)以發出一第一強度、波長、及類似特性之光，而第二控制策略可以包含操控一第二群組之一或多個個別LED元件以發出一第二強度、波長、及類似特性之光。該第一群組之LED元件可以是與該第二群組相同群組之LED元件，且可以擴及一或多個LED元件陣列，或者可以是異於該第二群組之一不同群組之LED元件，但該不同群組之LED元件可以包含來自該第二群组之一或多個LED元件之一子集合。
冷卻次系統1418可以被實施成管控發光次系統1412之熱行為(thermal behavior)。例如，冷卻次系統1418可以提供發光次系統1412之冷卻，更具體言之，提供半導體元件1419之冷卻。冷卻次系統1418亦可以被實施成冷卻工件1426及/或介於工件1426與照明系統1400(例如，發光次系統1412)之間的空間。例如，冷卻次系統1418可以包含一空氣或其他流體(例如，水)冷卻系統。冷卻次系統1418亦可以包含冷卻元件，諸如冷卻散熱片，加裝至半導體元件1419，或其線性陣列1420，或耦合光學器件1430。例如， 冷卻次系統可以包含在耦合光學器件1430上吹送冷卻空氣，其中耦合光學器件1430配備外部散熱片以增強熱傳輸。
照明系統1400可以被使用於各種不同之應用。實例包含，但不限於，從油墨印刷到DVD製造以及微影蝕刻(lithography)的固化應用範圍。照明系統1400可以被運用於其中的應用可以具有相關的運作參數。換言之，一應用可以具有如下的相關運作參數：一或多個位準的發光功率之提供、在一或多個波長處、套用於一或多段時間。為了正確地完成與應用相關聯之光反應，其可以在一或複數個該等參數(及/或一特定時間、次數、或次數之範圍)的一或多個特定位準處或該等位準處以上，將光功率投送於工件1426或其附近。
為了配合一預定應用之參數，提供光輸出1424之半導體元件1419可以依據關聯於該應用之參數的各種特性運作，例如，溫度、光譜分佈、以及光功率。同時，半導體元件1419可以具有特定的運作規格，其可以是關聯於半導體元件之製造，且在種種動作之外，其可以被遵循以排除元件的損壞及/或避免元件的品質下降。照明系統1400之其他組件亦可以具有相關之運作規格。此等規格可以包含對於運作溫度及施用電力的範圍(例如，最大值和最小值)，以及其他種種參數規格。
因此，照明系統1400可以支援應用參數之監測。此外，照明系統1400可以提供半導體元件1419之監測，包含其各別的特性及規格。並且，照明系統1400亦可以提供照明系統1400之中所選定的其他組件之監測，包含其特性及規格。
提供此等監測可以致能系統正確運作之驗證，使得照明系統 1400之動作可以被確實地評估。舉例而言，照明系統1400可能在有關一或多個應用的參數(例如，溫度、光譜分佈、發光功率、及類似項目)、關聯此等參數之任一組件之特性及/或任一組件的個別運作規格上不正確地運作。監測之提供可以是回應性的，且依據控制器1414自一或多個系統組件接收的資料執行。
監測亦可以支援系統運作之控制。例如，其可以透過控制器1414實施一控制策略，控制器1414接收來自一或多個系統組件之資料並對其做出回應。此控制策略，如前所述，可以被直接實施(例如，藉由透過導送至一組件之控制信號控制該組件，根據關於該組件運作之資料)或者間接實施(例如，藉由透過被導送用以調整其他組件運作之控制信號，控制一組件之運作)。舉例而言，其可以透過導送至電源1416用以調整施加至發光次系統1412之電力的控制信號，及/或透過導送至冷卻次系統1418用以調整施用於發光次系統1412之冷卻的控制信號，間接地調整一半導體元件之光輸出。
控制策略可以被使用以致能及/或增強系統的正確運作及/或應用的效能。在一更特別的實例之中，控制亦可以被用以致能及/或增強線性陣列之光輸出與其運作溫度之間的平衡，例如，以防止對於半導體元件1419之加熱超出其規格，同時亦將充足的光能量導送至工件1426，舉例而言，以執行應用之光反應。
在一些應用之中，可以將高發光功率投送至工件1426。因此，其可以利用一發光半導體元件線性陣列1420實施發光次系統1412。舉例而言，發光次系統1412可以利用一高密度發光二極體(LED)陣列實施而 成。雖然其可以使用LED陣列且於本說明書之中詳細描述，但其應理解，半導體元件1419和其線性陣列1420均可以採用其他的發光技術實施而成且並未脫離本發明之原理；其他發光技術之實例包含，但不限於，有機LED、雷射二極體(laser diode)、以及其他半導體雷射等等。
以此種方式，一照明系統可以包含一電源、一冷卻次系統、以及一發光次系統。該發光次系統可以包含一外殼、一設置於該外殼之一前方平面中之窗口、擴及一前方平面長度之窗口長度、以及一包含於該外殼內的發光元件線性陣列。該發光次系統可以另包含耦合光學器件，其中該耦合光學器件包含一圓柱形菲涅耳透鏡，安裝於該外殼之一前方平面之中。該線性陣列可以對齊該圓柱形菲涅耳透鏡並透過其發出光線，其中該圓柱形菲涅耳透鏡減少光線在該線性陣列之寬度方向軸線上之角度擴散，該線性陣列擴及一透鏡長度。此外，該線性陣列可以擴及窗口長度，其中該線性陣列之第一個及最末個發光元件可以被安置於毗鄰該窗口之寬度方向邊緣處。位於該寬度方向邊緣處之窗口側壁可以被調整成切齊外殼側壁，該窗口側壁自該前方平面垂直地向後延伸。
另外，發光元件線性陣列可以包含一中間部分，介於二個末端部分之間，該線性陣列僅具有單一列之元件。該中間部分可以包含複數發光元件，遍及該中間部分均以一第一間隔佈列於該中間部分之上，且該等末端部分各自均可以包含複數發光元件，遍及每一末端部分均以一第二間隔佈列於末端部分之上，該第一間隔大於該第二間隔。
該發光系統可以另包含一控制器，包含可執行指令以自佈列於中間部分之上具有一第一照射度之發光元件發出光線，且自佈列於末端 部分之上具有一第二照射度之發光元件發出光線，其中該第一照射度大於該第二照射度。此外，前述之耦合光學器件可以另包含位於中間部分複數發光元件中的每一者處之第一光學元件以及位於末端部分複數發光元件中的每一者處之第二光學元件。該冷卻次系統可以包含一具有冷卻散熱片之散熱器(heat sink)，以可導電之形式加裝至該發光元件線性陣列之一背側表面，以及一冷卻扇。
以下參見圖15，其例示照射一目標表面之一範例方法1500之一流程圖。方法1500開始於1510，此處決定預定被照射的目標表面之尺寸。該目標表面可以包含一表面的一部分或者一整個表面。該目標表面可以另外包含一個預定被均勻照射之表面或者物體的一部分。例如，該目標表面之一第一部分可以被以增強之照射均勻度(例如，利用方程式(1)及(2)決定之均勻度)加以固化，而該目標表面之一第二部分可以被以一未增強之照射均勻度加以固化。舉例而言，該第一部分可以是一中心部分，而該第二部分可以是一周邊部分。在其他實例之中，該第一以及第二部分可以是一左側及右側部分，且其可以針對預定被照射的目標表面採用其他適當的的畫分機制。
繼續進行至1520，此處決定邊緣加權線性陣列光源之數目。例如，其可以使用並列配置之一或複數個邊緣加權線性陣列光源照射該目標表面。其可以根據一或多個因素決定光源的數目，該等因素包含預定被照射的目標表面的尺寸、一或複數個光源的照射度圖形、該等光源之尺寸、供應至該等光源之電源、以及目標表面曝光時間、等等。例如，若目標表面的長度非常長，則可以使用並列配置之多個光源照射該目標表面的整個 長度。此外，一或複數個光源中的每一者均可以包含耦合光學器件，其中之耦合光學器件包含一發光元件線性陣列對齊一圓柱形菲涅耳透鏡且透過其發出光線。另外，上述之耦合光學器件可以包含一雙重圓柱形菲涅耳透鏡。
接著，方法1500繼續進行至1530，此處可以執行照射均勻度之估算。均勻度之估算可以利用方程式(1)及(2)以及對於光源之照射度圖形及照射度分佈曲線的知識計算之。例如，其可以根據感測器量測及/或光學模擬，預先決定照射度圖形及照射度分佈曲線。此外，利用方程式(2)，可以針對位於與一或多個光源相距特定距離處之一固定平面上之一目標表面之照射度，計算一最大照射度、一預定均勻度等級、以及一最小照射度強度。另外，執行均勻度之估算可以包含切換供應至光源的一或多個電源、光源發出的最大照射度、目標表面離光源的距離、照射曝光時間、以及其他因素。例如，將目標表面安置於一個較接近一或多個光源之固定平面處可以增加目標表面符合一特定照射均勻度之區域，然而，該較接近固定平面處之最大照射度等級可能超過一最大照射度門檻值。因此，供應給該一或多個光源之電力可以被縮減以降低最大照射度門檻值，同時維持相同的照射均勻度。
方法1500繼續進行至1540，此處其判定照射度均勻度是否應被增強。例如，根據1520與1530，其可以判定照射均勻度應被增強，以在一預定的照射曝光時間內，用一預定的照射均勻度照射一目標表面。例如，一預定的照射度曝光時間可以對應至在目標表面上預定被照射光線驅動之一固化反應之一特定的固化速率或者固化時間。舉另一實例而言，其 可以增強照射均勻度，以提供高於一最小照射度門檻值之均勻照射度。
若其判定照射均勻度應被增強，則方法1500繼續進行至1550，此處一或多個邊緣加權線性陣列光源之中間部分發光元件之照射度可以被提升。例如，前述之提升可以包含利用位於邊緣加權線性陣列光源中間部分的較高強度發光元件(例如，LED)、利用位於邊緣加權線性陣列光源末端部分的較低強度發光元件、整合透鏡構件或其他光學元件與線性陣列發光元件、或者分別供應發光元件不同的驅動電流之中的一或多項。例如，提升中間部分發光元件之照射度可以包含供應更多的驅動電流給中間部分的發光元件，或者供應較低的驅動電流給末端部分之發光元件。舉另一實例而言，提升中間部分發光元件之照射度可以包含在中間部分之發光元件加入透鏡，以準直化自其發出之光線及/或供應更多的驅動電流給中間部分的發光元件。其亦可以使用提升中間部分發光元件照射度之其他方法以及組合以增強照射均勻度。
接著，方法1500繼續進行至1560，此處一或複數個邊緣加權線性陣列光源被並列配置於位於一固定平面處之目標表面的對面。該固定平面距該一或多個光源之距離可以根據1520、1530、1540與1550之中的一或多個步驟加以判定，其中將位於該固定平面處之目標表面配置於該一或多個光源的對面可以達成目標表面的均勻照射度。
方法1500繼續進行至1570，此處電力被供應給該一或複數個邊緣加權線性陣列光源，以照射該目標表面。供應電力給該一或複數個邊緣加權線性陣列光源可以包含供應更多的驅動電流給中間部分之發光元件，或者供應較低之驅動電流給末端部分之發光元件，以增強照射均勻度， 如同在1540與1550之中所述者。供應電力給該一或複數個邊緣加權線性陣列光源可以進一步包含供應電力一預定長度之時間或者依規定藉由一控制器控制機制進行。舉例而言，一或多個控制器(例如，1414)可以供應電力給該一或複數個邊緣加權線性陣列光源，以依據一回授控制機制照射目標表面。控制機制的其他實例參照圖14描述於前。在1570之後，方法1500結束。
以此方式，一種發出光線的方法可以包含自一發光元件線性陣列發出光線，該發光元件線性陣列對齊一圓柱形菲涅耳透鏡並透過其發出光線，其中該圓柱形菲涅耳透鏡減少光線在該線性陣列之一寬度方向軸線上的角度擴散。發光元件線性陣列可以包含一中間部分，介於二個末端部分之間，該線性陣列僅具有單一列之元件。該中間部分可以包含複數發光元件，遍及該中間部分均以一第一間隔佈列於該中間部分之上，且該等末端部分各自均可以包含複數發光元件，遍及每一末端部分均以一第二間隔佈列於末端部分之上，其中該第一間隔大於該第二間隔。介於該中間部分與每一末端部分間之一第三間隔可以大於該第二間隔而小於該第一間隔。
此外，位於中間部分之該複數發光元件可以具有一第一照射度，且每一末端部分之中的該複數發光元件可以具有一第二照射度。從佈列於中間部分之上的複數發光元件發出之光可以具有一第一強度，且從佈列於末端部分之上的發光元件發出之光可以具有一第二強度，其中該第一強度大於該第二強度。
另外，一第一驅動電流可以被供應至位於中間部分的複數發 光元件之中的每一者，且一第二驅動電流可以被供應至位於末端部分的複數發光元件之中的每一者，其中該第一驅動電流大於該第二驅動電流，且該第一照射度大於該第二照射度。
另外，此方法可以包含透過光學元件對來自中間部分的複數發光元件中的每一者的光線進行反射、折射、及繞射的其中一或多個動作，其中位於中間部分的複數發光元件中的每一者均包含該等光學元件的其中一者，且其中該第一照射度大於該第二照射度。此方法可以另外包含透過光學元件對來自末端部分的複數發光元件中的每一者的光線進行反射、折射、及繞射的其中一或多個動作，其中位於末端部分的複數發光元件中的每一者均包含該等光學元件的其中一者，且其中該第一照射度大於該第二照射度。
其應理解，本文所揭示之組態在本質上均係示範性的，且該等特定實施例不能被認定為具有限制之意涵，因為其可能存在眾多變異。例如，以上的實施例可應用於諸如油墨、塗層表面、黏著劑、光纖、纜線、及緞帶等工件。此外，前述的光源與照明系統可以與現有之製造設備整合，且並非專為某一特定類型之光引擎設計。如前所述，任何適當之光引擎均可被使用，諸如一微波供電燈具、LED、LED陣列、以及汞弧燈。本揭示之主要標的包含各種組態的所有新穎及非顯而易見的組合及次组合，以及本說明書揭示的其他特徵、功能、及/或性質。
其應注意，本文所述之範例流程可以配合各種不同之光源及照明系統組態使用。本文所述之流程可以代表任何數目之處理策略中的一或多種，諸如連續、批次、半批次、以及半連續處理、以及類似策略。依 此觀點而言，例示的各種動作、運算、或者功能均可以是以例示之順序執行、平行處理、或者在某些情況下被省略。同樣地，召用流程之順序對於達成本文所述之示範實施例之特徵及優點並非必然需要，而是提供以便於例示及說明。例示之動作或者功能中的一或多者可以被反複地執行，取決於所採用的特定策略。其應理解，本文所揭示之組態及程序在本質上均係示範性的，且該等特定實施例不能被認定為具有限制之意涵，因為其可能存在眾多變異。本揭示之主要標的包含各種系統及組態的所有新穎及非顯而易見的組合及次组合，以及本說明書揭示的其他特徵、功能、及/或性質。
以下的申請專利範圍特別指出被認為係新穎及非顯而易見的特定組合及次组合。申請專利範圍請求項之中可能提及"一"元件或者"一第一"元件或者其等效用語。此等請求項應被理解成包含一或多個該等元件之納入，不必然表示納入二或多個該等元件，但也不排除。所揭示特徵、功能、元件、及/或性質之其他組合及次组合可以透過目前申請專利範圍請求項之修訂或是透過本次申請或其相關申請之新的申請專利範圍請求項之提出而請求本發明之權利範圍。此等申請專利範圍請求項，無論範圍較寬、較窄、相等、或者相異於原始請求項之範疇，均亦被視為包含於本揭示的請求標的之內。
1700‧‧‧光源
1720‧‧‧圓柱形菲涅耳透鏡
1722‧‧‧凹槽
1724‧‧‧透鏡凹槽表面
1728‧‧‧透鏡平面表面
1786‧‧‧透鏡側壁

Claims (20)

  1. 一種光源，包含：一圓柱形透鏡；以及一發光元件線性陣列，該線性陣列對齊該圓柱形透鏡並透過其發出光線，其中該圓柱形透鏡減少光線在該線性陣列之一寬度方向軸線上之一角度擴散，該線性陣列擴及一透鏡長度。
  2. 申請專利範圍第1項之光源，其中該圓柱形透鏡係僅具有一單凹槽之一圓柱形菲涅耳透鏡(Fresnel lens)。
  3. 申請專利範圍第1項之光源，其中該圓柱形透鏡為包含一雙重圓柱形菲涅耳透鏡之一圓柱形菲涅耳透鏡。
  4. 申請專利範圍第1項之光源，另包含一外殼，其中一窗口被設置於該外殼之一前方平面之中，該窗口長度擴及一前方平面長度，且其中該線性陣列的第一個和最末個發光元件被安置於毗鄰該窗口之寬度方向邊緣處，且其中位於該寬度方向邊緣處之窗口側壁被調整成切齊外殼側壁。
  5. 申請專利範圍第4項之光源，其中該發光元件線性陣列另包含一中間部分，介於二個末端部分之間，該線性陣列僅具有單一列之元件，其中：該中間部分包含複數發光元件，遍及該中間部分均以一第一間隔佈列於該中間部分之上；並且該末端部分各自均包含複數發光元件，遍及每一末端部分均以一 第二間隔佈列於該末端部分之上，該第一間隔大於該第二間隔。
  6. 申請專利範圍第5項之光源，其中介於該中間部分與每一末端部分間之一第三間隔可以大於該第二間隔而小於該第一間隔。
  7. 申請專利範圍第6項之光源，其中：該位於中間部分之複數發光元件具有一第一照射度；該位於每一末端部分之複數發光元件具有一第二照射度。
  8. 申請專利範圍第7項之光源，其中該位於中間部分之複數發光元件中的每一者相較於位於該末端部分中之複數發光元件中的每一者均包含一更高強度之發光元件，且其中該第一照射度大於該第二照射度。
  9. 申請專利範圍第7項之光源，其中該位於中間部分的複數發光元件各自均包含一光學元件，該光學元件增加其發光元件之該第一照射度，且其中該第一照射度大於該第二照射度。
  10. 申請專利範圍第7項之光源，其中該位於末端部分的複數發光元件各自均包含一光學元件，該光學元件減少其發光元件之該第二照射度，且其中該第一照射度大於該第二照射度。
  11. 申請專利範圍第7項之光源，其中：該位於中間部分之複數發光元件被供應一第一驅動電流；該位於末端部分之複數發光元件被供應一第二驅動電流；且該第一驅動電流大於該第二驅動電流。
  12. 申請專利範圍第4項之光源，其中：該窗口包含一正面和窗口側壁，該正面切齊該前方平面，且該窗口側壁自該前方平面垂直地向後延伸。
  13. 一種發出光線的方法，包含：自一發光元件線性陣列發出光線，該發光元件線性陣列對齊一圓柱形菲涅耳透鏡並透過其發出光線，其中該圓柱形菲涅耳透鏡減少光線在該線性陣列之一寬度方向軸線上之一角度擴散，該發光元件線性陣列包含一中間部分介於二末端部分之間，該線性陣列僅具有單一列之元件，其中：該中間部分包含複數發光元件，遍及該中間部分均以一第一間隔佈列於該中間部分之上；該末端部分各自均包含複數發光元件，遍及每一末端部分均以一第二間隔佈列於該末端部分之上，該第一間隔大於該第二間隔；介於該中間部分與每一末端部分間之一第三間隔大於該第二間隔而小於該第一間隔；該位於中間部分之複數發光元件具有一第一照射度；且該位於每一末端部分之複數發光元件具有一第二照射度。
  14. 申請專利範圍第13項之發出光線的方法，其中自該發光元件線性陣列發出光線另包含自佈列於該中間部分之上具有一第一強度之該複數發光元件發出光線，以及自佈列於該末端部分之上具有一第二強度之發光元件發出光線，其中該第一強度大於該第二強度。
  15. 申請專利範圍第13項之發出光線的方法，其中自該發光元件線性陣列發出光線另包含：供應一第一驅動電流給該位於中間部分的複數發光元件中的每一 者；以及供應一第二驅動電流給該位於末端部分的複數發光元件中的每一者，其中該第一驅動電流大於該第二驅動電流，且該第一照射度大於該第二照射度。
  16. 申請專利範圍第13項之發出光線的方法，另包含透過光學元件對來自該位於中間部分的複數發光元件中的每一者的光線進行反射、折射、及繞射的其中一或多個動作，其中該位於中間部分的複數發光元件中的每一者均包含該等光學元件的其中一者，且其中該第一照射度大於該第二照射度。
  17. 申請專利範圍第13項之發出光線的方法，另包含透過光學元件對來自該位於末端部分的複數發光元件中的每一者的光線進行反射、折射、及繞射的其中一或多個動作，其中該位於末端部分的複數發光元件中的每一者均包含該等光學元件的其中一者，且其中該第一照射度大於該第二照射度。
  18. 一種照明系統，包含；一電源；一冷卻次系統；一發光次系統，包含，一外殼；耦合光學器件，其中該耦合光學器件包含一圓柱形菲涅耳透鏡； 一窗口，設置於該外殼之一前方平面之中；以及一發光元件線性陣列，包含於該外殼之內，該線性陣列對齊該圓柱形菲涅耳透鏡並透過其發出光線，其中該圓柱形菲涅耳透鏡減少光線在該線性陣列之一寬度方向軸線上之一角度擴散，該線性陣列擴及一透鏡長度，其中：該線性陣列之第一個和最末個發光元件被安置於毗鄰該窗口之寬度方向邊緣處，位於該寬度方向邊緣處之窗口側壁被調整成切齊外殼側壁，該窗口側壁自該前方平面垂直地向後延伸，該發光元件線性陣列包含一中間部分，介於二個末端部分之間，該線性陣列僅具有單一列之元件，其中：該中間部分包含複數發光元件，遍及該中間部分均以一第一間隔佈列於該中間部分之上；且該末端部分各自均包含複數發光元件，遍及每一末端部分均以一第二間隔佈列於該末端部分之上，該第一間隔大於該第二間隔；一控制器，包含可執行指令以自佈列於該中間部分之上具有一第一照射度之發光元件發出光線，且自佈列於該末端部分之上具有一第二照射度之發光元件發出光線，其中該第一照射度大於該第二照射度。
  19. 申請專利範圍第18項之照明系統，其中該圓柱形菲涅耳透鏡包含僅具有一單凹槽之一圓柱形菲涅耳透鏡。
  20. 申請專利範圍第18項之照明系統，其中該圓柱形菲涅耳透鏡包含一雙重圓柱形菲涅耳透鏡。
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