一種固化光學(xué)系統(tǒng)以及印刷設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種固化光學(xué)系統(tǒng)以及印刷設(shè)備：多個(gè)LED固定在LED基板上組成的LED陣列，多個(gè)透鏡固定在透鏡基板上組成的蠅眼透鏡，會(huì)聚透鏡；所述LED的個(gè)數(shù)與透鏡的個(gè)數(shù)相等，并且采用相同的陣列排列方式以使得每一個(gè)LED的光學(xué)中心與每一個(gè)透鏡的光學(xué)中心重合；所述會(huì)聚透鏡的面積不小于LED陣列的面積；LED陣列出射的光經(jīng)過蠅眼透鏡整形后得到平行光，蠅眼透鏡出射的平行光經(jīng)會(huì)聚透鏡會(huì)聚后獲得預(yù)設(shè)面積的固化光，蠅眼透鏡以及會(huì)聚透鏡將LED陣列出射的光會(huì)聚獲得預(yù)設(shè)面積的固化光，減小了LED陣列的輻照面積，提高了輻照功率，實(shí)現(xiàn)了一種瞬間點(diǎn)亮和關(guān)閉的固化系統(tǒng)，LED陣列使用壽命長，節(jié)約能源，降低固化設(shè)備的成本。
【專利說明】一種固化光學(xué)系統(tǒng)以及印刷設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種固化光學(xué)系統(tǒng)以及印刷設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]印刷技術(shù)是采用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)以及電子刻繪等技術(shù)實(shí)現(xiàn)的一種現(xiàn)代印刷技術(shù)，使用印版或其他方式將原稿上的圖文信息轉(zhuǎn)移到承印物上的工藝技術(shù)。為了保證印刷的速度和質(zhì)量，需要采用高效的印后烘干設(shè)備。目前，印刷技術(shù)最常用的是紫外線(UV)油墨，主要采用固化設(shè)備對(duì)UV油墨進(jìn)行固化烘干。
[0003]現(xiàn)有的固化設(shè)備主要采用汞燈燈管提供固化的光源，汞燈燈管接通電源后，啟動(dòng)較慢，必須等待汞燈達(dá)到正常工作狀態(tài)后才能打印，降低網(wǎng)絡(luò)打印的效率；并且汞燈不能瞬時(shí)點(diǎn)亮和關(guān)閉，在打印過程中，印刷品面積之間存在較大的間隔不需要固化時(shí)，仍然需要保持汞燈一直處于點(diǎn)亮的狀態(tài)，造成了能源的浪費(fèi)；汞燈燈管的使用壽命只有800?3000小時(shí)，使用壽命短，造成固化設(shè)備價(jià)格昂貴，維護(hù)成本高。
[0004]為了解決汞燈燈管啟動(dòng)慢，不能瞬間點(diǎn)亮和關(guān)閉以及使用壽命短等問題，使用LED陣列替換汞燈燈管，LED可以瞬間點(diǎn)亮和關(guān)閉，并且使用壽命長達(dá)20000?30000小時(shí)，并且LED的成本低，降低了固化設(shè)備的成本，無需額外的維護(hù)成本，提高了網(wǎng)絡(luò)印刷的效率。
[0005]但是，由于單個(gè)LED的照明功率僅為Iw?10w，照明功率很低，無法滿足固化的需求，必須采用多個(gè)LED組成的陣列才能達(dá)到固化所需的輻照功率。LED陣列的輻照面積較大，單位面積的輻照功率較低，無法滿足對(duì)條形碼或二維碼等小面積印刷品，對(duì)于固化設(shè)備進(jìn)行小面積高功率的固化需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種固化光學(xué)系統(tǒng)以及印刷設(shè)備，采用蠅眼透鏡與會(huì)聚透鏡依次將LED陣列射出的光進(jìn)行會(huì)聚，減小LED陣列的輻照面積，提高LED陣列的輻照功率。
[0007]—種固化光學(xué)系統(tǒng),所述系統(tǒng)包括:
[0008]多個(gè)LED固定在LED基板上組成LED陣列，多個(gè)透鏡固定在透鏡基板上組成蠅眼透鏡，會(huì)聚透鏡；
[0009]所述LED的個(gè)數(shù)與透鏡的個(gè)數(shù)相等，并且采用相同的陣列排列方式以使得每一個(gè)LED的光學(xué)中心與每一個(gè)透鏡的光學(xué)中心重合；
[0010]所述會(huì)聚透鏡的面積不小于LED陣列的面積；
[0011]LED陣列出射的光經(jīng)過蠅眼透鏡整形后得到平行光，蠅眼透鏡出射的平行光經(jīng)會(huì)聚透鏡會(huì)聚后獲得預(yù)設(shè)面積的固化光。
[0012]可選的，所述會(huì)聚透鏡包括:
[0013]凸透鏡、平凸透鏡或菲涅爾透鏡。
[0014]可選的，[0015]所述菲涅爾透鏡為薄片，鏡片表面一面為光面，另一面刻錄了由小到大的同心圓。
[0016]可選的，
[0017]所述LED基板為印刷電路板，多個(gè)LED焊接在印刷電路板上組成LED陣列。
[0018]可選的，
[0019]所述蠅眼透鏡中的每個(gè)透鏡可以是一個(gè)整體，鑲嵌固定在透鏡基板上；
[0020]或者，
[0021]蠅眼透鏡中的每個(gè)透鏡分為上半透鏡和下半透鏡分別固定在透鏡基板上，上半透鏡與下半透鏡光學(xué)中心重合，上半透鏡接收LED出射的光，下半透鏡輸出整形后的平行光。
[0022]可選的，所述透鏡基板的材料包括:
[0023]透鏡和透鏡基板為一個(gè)整體時(shí)，所述透鏡基板的材料包括紫外光玻璃或紅外光玻璃；
[0024]透鏡和透鏡基板不是一個(gè)整體時(shí)，所述透鏡基板的材料包括紫外光玻璃、紅外光玻璃或聚甲基丙烯酸甲酯。
[0025]可選的，確定透鏡的上表面曲率半徑和下表面曲率半徑的參數(shù)包括:
[0026]LED的發(fā)光角度，LED與透鏡的距離，LED的波長和LED的配光曲線。
[0027]可選的，所述LED包括:
[0028]紫外LED或紅外LED。
[0029]一種印刷設(shè)備，所述印刷設(shè)備包括權(quán)利要求1-8任意一項(xiàng)所述的固化光學(xué)系統(tǒng)。
[0030]由上述內(nèi)容可知，本發(fā)明有如下有益效果:
[0031]本發(fā)明提供了一種固化光學(xué)系統(tǒng)以及印刷設(shè)備，所述系統(tǒng)包括=SfLED固定在LED基板上組成的LED陣列，多個(gè)透鏡固定在透鏡基板上組成的蠅眼透鏡，會(huì)聚透鏡；所述LED的個(gè)數(shù)與透鏡的個(gè)數(shù)相等，并且采用相同的陣列排列方式，以使得每一個(gè)LED的光學(xué)中心與每一個(gè)透鏡的光學(xué)中心重合；所述會(huì)聚透鏡的面積不小于LED陣列的面積；LED陣列出射的光經(jīng)過蠅眼透鏡整形后得到平行光，蠅眼透鏡出射的平行光經(jīng)會(huì)聚透鏡會(huì)聚后獲得預(yù)設(shè)面積的固化光，蠅眼透鏡以及會(huì)聚透鏡將LED陣列出射的光會(huì)聚獲得預(yù)設(shè)面積的固化光，減小了 LED陣列的輻照面積，提高了輻照功率，實(shí)現(xiàn)了一種瞬間點(diǎn)亮和關(guān)閉的固化系統(tǒng)，LED陣列使用壽命長，節(jié)約能源，降低固化設(shè)備的成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0033]圖1為本發(fā)明一種固化光學(xué)系統(tǒng)實(shí)施例一結(jié)構(gòu)不意圖；
[0034]圖2為本發(fā)明LED陣列結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖3為本發(fā)明多個(gè)透鏡103組成的蠅眼透鏡結(jié)構(gòu)正視圖；
[0036]圖4為本發(fā)明多個(gè)透鏡103組成的蠅眼透鏡結(jié)構(gòu)右視圖；
[0037]圖5為本發(fā)明一種固化光學(xué)系統(tǒng)實(shí)施例二結(jié)構(gòu)不意圖；
[0038]圖6為本發(fā)明菲涅爾透鏡結(jié)構(gòu)右視圖；[0039]圖7為本發(fā)明菲涅爾透鏡結(jié)構(gòu)正視圖；
[0040]圖8為入射光經(jīng)菲涅爾透鏡折射示意圖；
[0041]圖9為入射光經(jīng)透鏡103折射示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042]本發(fā)明實(shí)施例公開了一種固化光學(xué)系統(tǒng)以及印刷設(shè)備，采用蠅眼透鏡與會(huì)聚透鏡依次將LED陣列射出的光進(jìn)行會(huì)聚，實(shí)現(xiàn)了固化光學(xué)系統(tǒng)瞬間點(diǎn)亮和關(guān)閉，輻照面積小，功率高。
[0043]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0044]實(shí)施例一
[0045]圖1為本發(fā)明一種固化光學(xué)系統(tǒng)實(shí)施例一結(jié)構(gòu)示意圖，所述系統(tǒng)包括:
[0046]多個(gè)LEDlOl固定在LED基板102上組成LED陣列，多個(gè)透鏡103固定在透鏡基板104上組成蠅眼透鏡，會(huì)聚透鏡105。
[0047]如圖2所示，多個(gè)LEDlOl固定在LED基板102上組成LED陣列，其中，多個(gè)LEDlOl的排列方式并不僅限于圖2所示的11X11的正方形陣列，LEDlOl的個(gè)數(shù)可以根據(jù)實(shí)際需求增加或減少。多個(gè)LEDlOl的排列方式并不僅限于正方形，還可以排列成長方形、菱形或圓形等，多個(gè)LEDlOl的排列方式主要取決于需要被固化的印刷品的形狀。
[0048]可選的，LED基板 102 為印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)，多個(gè) LEDlOl焊接在PCB板102上，PCB板給多個(gè)LEDlOl提供電能。
[0049]這里需要說明的是，LED基板除了是PCB板以外，還可以是一般的固定板，LED基板與電源相連，給多個(gè)LEDlOl提供電能。
[0050]可選的，所述LEDlOl可以采用紫外LED或紅外LED。這里需要說明的是，LEDlOl還可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置LED發(fā)光的波長，可以實(shí)現(xiàn)印刷油墨的固化即可，并不僅限于上述幾種LED，這里不再一一贅述。
[0051]可選的，所述會(huì)聚透鏡包括凸透鏡、平凸透鏡或菲涅爾透鏡。這里需要說明的是，會(huì)聚透鏡為凸透鏡和平凸透鏡時(shí)，可以采用球面透鏡或非球面透鏡，還可以采用其他種類可以將平行光會(huì)聚到一個(gè)小面積的透鏡，這里不再一一贅述。
[0052]圖3為多個(gè)透鏡103組成的蠅眼透鏡結(jié)構(gòu)正視圖，圖4為蠅眼透鏡的右視圖。
[0053]透鏡103的材質(zhì)由LEDlOl確定，例如，當(dāng)LEDlOl為紫外光LED時(shí)，透鏡103為透紫外線玻璃；當(dāng)LEDlOl為紅外光LED時(shí)，透鏡103為透紅外線玻璃。
[0054]可選的，所述蠅眼透鏡中的每個(gè)透鏡103可以是一個(gè)整體，鑲嵌固定在透鏡基板104 上。
[0055]其中，所示透鏡基板104的材料包括:
[0056]透鏡和透鏡基板為一個(gè)整體時(shí),所述透鏡基板的材料包括紫外光玻璃或紅外光玻璃；
[0057]透鏡和透鏡基板不是一個(gè)整體時(shí)，所述透鏡基板的材料包括紫外光玻璃、紅外光玻璃或聚甲基丙烯酸甲酯。。
[0058]可選的，蠅眼透鏡中的每個(gè)透鏡103分為上半透鏡和下半透鏡分別固定在透鏡基板上，上半透鏡與下半透鏡光學(xué)中心重合，上半透鏡接收LED出射的光，下半透鏡輸出整形后的平行光。
[0059]LEDlOl可以實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)打開和關(guān)閉，使用壽命長達(dá)20000?30000小時(shí)，被照射的印
刷品表面溫度升高在5攝氏度以下，制作成本低，無需維護(hù)成本，不會(huì)造成汞污染。
[0060]所述LEDlOl的個(gè)數(shù)與透鏡103的個(gè)數(shù)相等，并且采用相同的陣列排列方式以使得每一個(gè)LED的光學(xué)中心與每一個(gè)透鏡的光學(xué)中心重合。
[0061]每個(gè)LEDlOl的光源中心對(duì)應(yīng)一個(gè)透鏡103的光心，LED陣列的排列方式與蠅眼透鏡的排列方式相同，如圖1所示，一個(gè)LEDlOl與一個(gè)透鏡上下對(duì)應(yīng)。從而保證每個(gè)透鏡103將LEDlOl出射的整形聚成平行光。
[0062]所述會(huì)聚透鏡105的面積不小于LED陣列的面積。
[0063]為了保證LED陣列出射的光都被會(huì)聚透鏡105所會(huì)聚，則會(huì)聚透鏡105的面積不小于LED陣列的面積，即不小于蠅眼透鏡的面積。
[0064]LED陣列出射的光經(jīng)過蠅眼透鏡整形后得到平行光，蠅眼透鏡出射的平行光經(jīng)會(huì)聚透鏡105會(huì)聚后獲得預(yù)設(shè)面積的固化光。
[0065]會(huì)聚透鏡將蠅眼透鏡輸出的平行光會(huì)聚得到預(yù)設(shè)面積的固化光，預(yù)設(shè)面積根據(jù)實(shí)際印刷品的面積以及印刷品所需的固化面積所決定，預(yù)設(shè)面積應(yīng)該大于印刷品的面積,但是最好不要超過印刷品面積的二倍，會(huì)聚后的光的輻照功率應(yīng)該等于或略大于印刷品所需的固化功率。
[0066]這里需要說明的是，固化光學(xué)系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際需要可以設(shè)計(jì)的很小也可以設(shè)計(jì)的較大，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用嘗盡進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。
[0067]由上述內(nèi)容可知，本發(fā)明有如下有益效果:
[0068]多個(gè)LED固定在LED基板上組成的LED陣列，多個(gè)透鏡固定在透鏡基板上組成的蠅眼透鏡，會(huì)聚透鏡；所述LED的個(gè)數(shù)與透鏡的個(gè)數(shù)相等，并且采用相同的陣列排列方式，以使得每一個(gè)LED的光學(xué)中心與每一個(gè)透鏡的光學(xué)中心重合；所述會(huì)聚透鏡的面積不小于LED陣列的面積；LED陣列出射的光經(jīng)過蠅眼透鏡整形后得到平行光，蠅眼透鏡出射的平行光經(jīng)會(huì)聚透鏡會(huì)聚后獲得預(yù)設(shè)面積的固化光，蠅眼透鏡以及會(huì)聚透鏡將LED陣列出射的光會(huì)聚獲得預(yù)設(shè)面積的固化光，減小了 LED陣列的輻照面積，提高了輻照功率，實(shí)現(xiàn)了一種瞬間點(diǎn)亮和關(guān)閉的固化系統(tǒng)，LED陣列使用壽命長，節(jié)約能源，降低固化設(shè)備的成本。
[0069]實(shí)施例二
[0070]圖5為本發(fā)明一種固化光學(xué)系統(tǒng)實(shí)施例二結(jié)構(gòu)意圖，與實(shí)施例一相比，實(shí)施例二中會(huì)聚透鏡為菲涅爾透鏡，所述系統(tǒng)包括:
[0071]多個(gè)LEDlOl固定在LED基板102上組成LED陣列，多個(gè)透鏡103固定在透鏡基板104上組成蠅眼透鏡，菲涅爾透鏡501。
[0072]圖6為菲涅爾透鏡的右視圖，所述菲涅爾透鏡為薄片，鏡片表面一面為光面基底601，另一面刻錄了由小到大的同心圓602。圖7為菲涅爾透鏡的正視圖，可以看出，菲涅爾透鏡501的同心圓602是以菲涅爾透鏡的幾何中心為圓心的同心圓，從菲涅爾透鏡501的幾何中心到邊緣，同心圓的直徑由小到大均勻增大。
[0073]圖8為入射光經(jīng)菲涅爾透鏡折射示意圖，其中，N1為空氣的折射率，N2為菲涅爾透鏡材料的折射率。θη、<、βη、歡分別為菲涅爾透鏡斜面和平面兩側(cè)的入射角和折射角，rn> r:分別是入射點(diǎn)A、B距離透鏡光軸00’的距離，f、f’分別是菲涅爾透鏡的物方焦距和
像方焦距，αn為菲涅爾透鏡每個(gè)小三角形斜面和底邊的夾角，h是每個(gè)小三角鏡的斜面中心距離平面的距離，所述菲涅爾透鏡501中各個(gè)參數(shù)滿足下述公式:
【權(quán)利要求】
1.一種固化光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括:多個(gè)LED固定在LED基板上組成LED陣列，多個(gè)透鏡固定在透鏡基板上組成蠅眼透鏡，會(huì)聚透鏡；所述LED的個(gè)數(shù)與透鏡的個(gè)數(shù)相等，并且采用相同的陣列排列方式以使得每一個(gè)LED的光學(xué)中心與每一個(gè)透鏡的光學(xué)中心重合；所述會(huì)聚透鏡的面積不小于LED陣列的面積；LED陣列出射的光經(jīng)過蠅眼透鏡整形后得到平行光，蠅眼透鏡出射的平行光經(jīng)會(huì)聚透鏡會(huì)聚后獲得預(yù)設(shè)面積的固化光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其特征在于，所述會(huì)聚透鏡包括:凸透鏡、平凸透鏡或菲涅爾透鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述菲涅爾透鏡為薄片，鏡片表面一面為光面，另一面刻錄了由小到大的同心圓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述LED基板為印刷電路板，多個(gè)LED焊接在印刷電路板上組成LED陣列。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述蠅眼透鏡中的每個(gè)透鏡可以是一個(gè)整體，鑲嵌固定在透鏡基板上；或者，蠅眼透鏡中的每個(gè)透鏡分為上半透鏡和下半透鏡分別固定在透鏡基板上，上半透鏡與下半透鏡光學(xué)中心重合，上半透鏡接收LED出射的光，下半透鏡輸出整形后的平行光。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述透鏡基板的材料包括:透鏡和透鏡基板為一個(gè)整體時(shí)，所述透鏡基板的材料包括紫外光玻璃或紅外光玻璃；透鏡和透鏡基板不是一個(gè)整體時(shí)，所述透鏡基板的材料包括紫外光玻璃、紅外光玻璃或聚甲基丙烯酸甲酯。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，確定透鏡的上表面曲率半徑和下表面曲率半徑的參數(shù)包括:LED的發(fā)光角度，LED與透鏡的距離，LED的波長和LED的配光曲線。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述LED包括:紫外LED或紅外LED。
9.一種印刷設(shè)備，其特征在于，所述印刷設(shè)備包括權(quán)利要求1-8任意一項(xiàng)所述的固化光學(xué)系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】B41F23/04GK103568544SQ201310590628
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月20日
【發(fā)明者】徐衛(wèi)瓊, 柯有勇, 敖日塔, 鄧偉 申請(qǐng)人:北京慧眼智行科技有限公司