一種固化光學系統(tǒng)以及印刷設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種固化光學系統(tǒng)以及印刷設(shè)備：多個LED固定在LED基板上組成的LED陣列，多個透鏡固定在透鏡基板上組成的蠅眼透鏡，會聚透鏡；所述LED的個數(shù)與透鏡的個數(shù)相等，并且采用相同的陣列排列方式以使得每一個LED的光學中心與每一個透鏡的光學中心重合；所述會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)會聚透鏡會聚后獲得預設(shè)面積的固化光，蠅眼透鏡以及會聚透鏡將LED陣列出射的光會聚獲得預設(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，實現(xiàn)了一種瞬間點亮和關(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】一種固化光學系統(tǒng)以及印刷設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及光學【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種固化光學系統(tǒng)以及印刷設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]印刷技術(shù)是采用計算機設(shè)計以及電子刻繪等技術(shù)實現(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UV油墨進行固化烘干。
[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，啟動較慢，必須等待汞燈達到正常工作狀態(tài)后才能打印，降低網(wǎng)絡打印的效率；并且汞燈不能瞬時點亮和關(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，仍然需要保持汞燈一直處于點亮的狀態(tài)，造成了能源的浪費；汞燈燈管的使用壽命只有800?3000小時，使用壽命短，造成固化設(shè)備價格昂貴，維護成本高。
[0004]為了解決汞燈燈管啟動慢，不能瞬間點亮和關(guān)閉以及使用壽命短等問題，使用LED陣列替換汞燈燈管，LED可以瞬間點亮和關(guān)閉，并且使用壽命長達20000?30000小時，并且LED的成本低，降低了固化設(shè)備的成本，無需額外的維護成本，提高了網(wǎng)絡印刷的效率。
[0005]但是，由于單個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LED組成的陣列才能達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，無法滿足對條形碼或二維碼等小面積印刷品，對于固化設(shè)備進行小面積高功率的固化需求。
實用新型內(nèi)容
[0006]有鑒于此，本實用新型實施例提供了一種固化光學系統(tǒng)以及印刷設(shè)備，采用蠅眼透鏡與會聚透鏡依次將LED陣列射出的光進行會聚，減小LED陣列的輻照面積，提高LED陣列的輻照功率。
[0007]—種固化光學系統(tǒng),所述系統(tǒng)包括:
[0008]多個LED固定在LED基板上組成LED陣列，多個透鏡固定在透鏡基板上組成蠅眼透鏡，會聚透鏡；
[0009]所述LED的個數(shù)與透鏡的個數(shù)相等，并且采用相同的陣列排列方式以使得每一個LED的光學中心與每一個透鏡的光學中心重合；
[0010]所述會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)會聚透鏡會聚后獲得預設(shè)面積的固化光。
[0012]可選的，所述會聚透鏡包括:
[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透鏡可以是一個整體，鑲嵌固定在透鏡基板上；
[0020]或者，
[0021]蠅眼透鏡中的每個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整體時，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整體時，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任意一項所述的固化光學系統(tǒng)。
[0030]由上述內(nèi)容可知，本實用新型有如下有益效果:
[0031]本實用新型提供了一種固化光學系統(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，多個透鏡固定在透鏡基板上組成的蠅眼透鏡，會聚透鏡；所述LED的個數(shù)與透鏡的個數(shù)相等，并且采用相同的陣列排列方式，以使得每一個LED的光學中心與每一個透鏡的光學中心重合；所述會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)會聚透鏡會聚后獲得預設(shè)面積的固化光，蠅眼透鏡以及會聚透鏡將LED陣列出射的光會聚獲得預設(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，實現(xiàn)了一種瞬間點亮和關(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實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(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實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0033]圖1為本實用新型一種固化光學系統(tǒng)實施例一結(jié)構(gòu)不意圖；
[0034]圖2為本實用新型LED陣列結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖3為本實用新型多個透鏡103組成的蠅眼透鏡結(jié)構(gòu)正視圖；
[0036]圖4為本實用新型多個透鏡103組成的蠅眼透鏡結(jié)構(gòu)右視圖；
[0037]圖5為本實用新型一種固化光學系統(tǒng)實施例二結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖6為本實用新型菲涅爾透鏡結(jié)構(gòu)右視圖；[0039]圖7為本實用新型菲涅爾透鏡結(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。
【具體實施方式】
[0042]本實用新型實施例公開了一種固化光學系統(tǒng)以及印刷設(shè)備，采用蠅眼透鏡與會聚透鏡依次將LED陣列射出的光進行會聚，實現(xiàn)了固化光學系統(tǒng)瞬間點亮和關(guān)閉，輻照面積
小，功率高。
[0043]下面結(jié)合附圖對本實用新型具體實施例進行詳細說明。
[0044]實施例一
[0045]圖1為本實用新型一種固化光學系統(tǒng)實施例一結(jié)構(gòu)示意圖，所述系統(tǒng)包括:
[0046]多個LEDlOl固定在LED基板102上組成LED陣列，多個透鏡103固定在透鏡基板104上組成蠅眼透鏡，會聚透鏡105。
[0047]如圖2所示，多個LEDlOl固定在LED基板102上組成LED陣列，其中，多個LEDlOl的排列方式并不僅限于圖2所示的11X11的正方形陣列，LEDlOl的個數(shù)可以根據(jù)實際需求增加或減少。多個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 LEDlOl焊接在PCB板102上，PCB板給多個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)實際需要設(shè)置LED發(fā)光的波長，可以實現(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，會聚透鏡為凸透鏡和平凸透鏡時，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聚到一個小面積的透鏡，這里不再一一贅述。
[0052]圖3為多個透鏡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LEDlOl為紫外光LED時，透鏡103為透紫外線玻璃；當LEDlOl為紅外光LED時，透鏡103為透紅外線玻璃。
[0054]可選的，所述蠅眼透鏡中的每個透鏡103可以是一個整體，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整體時,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整體時，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可以實現(xiàn)瞬時打開和關(guān)閉，使用壽命長達20000~30000小時，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，無需維護成本，不會造成汞污染。
[0060]所述LEDlOl的個數(shù)與透鏡103的個數(shù)相等，并且采用相同的陣列排列方式以使得每一個LED的光學中心與每一個透鏡的光學中心重合。
[0061]每個LEDlOl的光源中心對應一個透鏡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LEDlOl與一個透鏡上下對應。從而保證每個透鏡103將LEDlOl出射的整形聚成平行光。
[0062]所述會聚透鏡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聚透鏡105所會聚，則會聚透鏡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)會聚透鏡105會聚后獲得預設(shè)面積的固化光。
[0065]會聚透鏡將蠅眼透鏡輸出的平行光會聚得到預設(shè)面積的固化光，預設(shè)面積根據(jù)實際印刷品的面積以及印刷品所需的固化面積所決定，預設(shè)面積應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，會聚后的光的輻照功率應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，固化光學系統(tǒng)根據(jù)實際需要可以設(shè)計的很小也可以設(shè)計的較大，根據(jù)實際應用嘗盡進行具體設(shè)計。
[0067]由上述內(nèi)容可知，本實用新型有如下有益效果:
[0068]多個LED固定在LED基板上組成的LED陣列，多個透鏡固定在透鏡基板上組成的蠅眼透鏡，會聚透鏡；所述LED的個數(shù)與透鏡的個數(shù)相等，并且采用相同的陣列排列方式，以使得每一個LED的光學中心與每一個透鏡的光學中心重合；所述會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)會聚透鏡會聚后獲得預設(shè)面積的固化光，蠅眼透鏡以及會聚透鏡將LED陣列出射的光會聚獲得預設(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，實現(xiàn)了一種瞬間點亮和關(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]實施例二
[0070]圖5為本實用新型一種固化光學系統(tǒng)實施例二結(jié)構(gòu)示意圖，與實施例一相比，實施例二中會聚透鏡為菲涅爾透鏡，所述系統(tǒng)包括:
[0071]多個LEDlOl固定在LED基板102上組成LED陣列，多個透鏡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，NI為空氣的折射率，N2為菲涅爾透鏡材料的折射率。θη、θ’η、βη、0’?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、η分別是入射點Α、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，αη為菲涅爾透鏡每個小三角形斜面和底邊的夾角，h是每個小三角鏡的斜面中心距離平面的距離，所述菲涅爾透鏡501中各個參數(shù)滿足下述公式:
【權(quán)利要求】
1.一種固化光學系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括: 多個LED固定在LED基板上組成LED陣列，多個透鏡固定在透鏡基板上組成蠅眼透鏡，會聚透鏡； 所述LED的個數(shù)與透鏡的個數(shù)相等，并且采用相同的陣列排列方式以使得每一個LED的光學中心與每一個透鏡的光學中心重合； 所述會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)會聚透鏡會聚后獲得預設(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透鏡可以是一個整體，鑲嵌固定在透鏡基板上； 或者， 蠅眼透鏡中的每個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整體時，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整體時，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任意一項所述的固化光學系統(tǒng)。
【文檔編號】G02B27/09GK203557830SQ201320743790
【公開日】2014年4月23日 申請日期: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 申請人:北京慧眼智行科技有限公司