CH701249A2 - Trockner-Lichtquelle. - Google Patents

Abstract

Eine Trockner-Lichtquelle, bei welcher das Licht einer Mehrzahl von LEDs oder LED-Arrays (3) mit Hilfe von optischen Elementen (6, 4, 7, 8) überlagert und gebündelt auf eine Objektebene (5) gebracht wird.

Description

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Trockner-Lichtquelle gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Solche Lichtquellen finden ihre bevorzugte Verwendung in Mehrfarbendruckmaschinen, wie sie in der DE-44 ́42 ́557 (Heidelberger) beschrieben sind. Diese Mehrfarbendruckmaschinen, wie sie auch aus der DE-102 ́25 ́198 bekannt sind, übertragen nasse Teilbilder, welche nach einem Farbübertragungsvorgang einer Trocknungsstation zugeführt werden. Diese Trocknungsstationen können ein Warmluftgebläse, einen Elektronen-Strahler gemäss DE-10 ́2007 ́048 ́282 oder einen UV-Trockner mit UV-Leuchtdioden-Arrays, wie aus der DE-10 ́2007 ́028 ́403 bekannt, aufweisen.

[0003] Für manche Anwendungen ist es aber vorteilhaft, eine UV-Trocknung mit unterschiedlichen Wellenlängen vorzunehmen, beispielsweise um eine Druckfarbe zunächst einmal nur anzutrocknen und dann im Volumen durchzuhärten oder um unterschiedliche Initiatoren zu aktivieren. Eine derartige Trockner-Lichtquelle, im Folgenden auch Mehrfach-Wellenlängen-Lichtquelle genannt, ist beispielsweise mit der DE-10 ́2004 ́015 ́700 vorgeschlagen worden. Die verwendeten Leuchtdioden sind in Reihen angeordnet und weisen nicht nur unterschiedliche Wellenlängen auf, sondern sind auch getrennt einschaltbar, um ggf. einzelne der Wellenlängen getrennt zu nutzen.

[0004] Leider macht diese temperaturempfindliche Trockner-Lichtquelle wegen ihrer dichten Bauweise aufwendige Kühlmittel erforderlich. Darüber hinaus müssen diese Trockner-Lichtquellen wegen der grossaperturigen Abstrahlcharakteristik der LEDs sehr nahe am zu beleuchtenden Objekt angebracht werden. Dies führt zu äusserst engen Platzverhältnissen, was die Variabilität der Lichtquelle und damit die Einsatzmöglichkeiten derselben stark einschränkt.

[0005] Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Trockner-Lichtquelle zu schaffen, mit welcher die Nachteile der bekannten Trockner-Lichtquellen überwunden werden. Insbesondere sollen keine aufwendige resp. störanfällige Kühlmittel erforderlich sein und sollen die Platzverhältnisse eine vereinfachte Abstimmung an die besondere Verwendung der Trockner-Lichtquelle erlauben.

[0006] Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch eine Trockner-Lichtquelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst und insbesondere durch eine Mehrfach-Wellenlängen-Lichtquelle mit einer geeigneten optischen Anordnung.

[0007] Im Folgenden soll die Erfindung an einzelnen Ausführungsbeispielen und mit Hilfe der Figuren näher erläutert werden.

[0008] Dabei zeigt: <tb>Fig. 1:<sep>eine Trockner-Lichtquelle gemäss Stand der Technik; <tb>Fig. 2: <sep>eine optische Anordnung einer erfindungsgemässen Trockner-Lichtquelle; <tb>Fig. 3:<sep>eine Kondensor-Optik mit sphärischen Linsen: <tb>Fig. 4:<sep>eine Kondensor-Optik mit einer Linse und einem Lichtleiterelement; <tb>Fig. 5:<sep>eine Kondensor-Optik mit geeignet geformten Reflektor; <tb>Fig. 6:<sep>ein LED-Array mit LEDs unterschiedlicher Wellenlänge; <tb>Fig. 7:<sep>ein LED-Array mit dominanter Wellenlänge; <tb>Fig. 8:<sep>eine lineare Anordnung mehrerer LED-Arrays; <tb>Fig. 9:<sep>eine lineare Anordnung mehrerer LED-Arrays mit gleicher spektraler Abstrahlung; <tb>Fig. 10a),b):<sep>feldförmige Anordnungen mehrerer LED-Arrays; <tb>Fig. 11:<sep>eine kreuzförmige Anordnung mehrerer LED-Arrays; <tb>Fig. 12:<sep>eine weitere optische Anordnung einer erfindungsgemässen Trockner-Lichtquelle;

[0009] Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung einer UV-Trockner-Lichtquelle (1) ist aus der Offenlegungsschrift DE-10 ́2004 ́015 ́700 A1 bekannt. Dabei sind die einzelnen LEDs (2) derart in einem Gehäuse angeordnet, dass deren Strahlen gemeinsam auf eine Objektzone gerichtet sind. Wegen der kurzen Distanzen zur Objektzone und der unerwünschten Wärmebildung in Nähe dieser Objektzone werden die LEDs mit einem Kühlluft umströmt.

[0010] Die in Fig. 2 gezeigte Anordnung gemäss vorliegender Erfindung umfasst Lichtquellen (3, 3 ́, 3 ́ ́) mit je einer dominanten Wellenlänge A1, A2, A3, bspw. LEDs, Halogenlampen, Entladungslampen zur Beleuchtung eines Objektfeldes (5). Für Linienlichter sind die Lichtquellen sequentiell entlang einer Linie anzuordnen. Diese Anordnung umfasst erfindungsgemäss je eine dazugehörige Kondensor-Optik (6, 6 ́, 6 ́ ́), einen ersten (4) und zweiten (4 ́) Strahlenteiler, eine Optik zur Homogenisierung (7) des zusammengeführten Lichtstrahlenbündels und einen Kollektor (8). Dabei ist der erste Strahlenteiler (4) stark reflektierend für A1 und stark durchlässig für A2 und A3, während der Strahlenteiler (4 ́) stark reflektierend für A2 und stark durchlässig für A3 ausgelegt ist. Die Optik zur Homogenisierung (7) kann mit einem Mikrolinsen-Array, mit einer sphärischen Linse oder einer asphärischen Linse realisiert sein. Der Kollektor (8) kann eine asphärische, sphärische oder anamorphe Linse umfassen.

[0011] Die erfindungsgemässe Anordnung kann sowohl eine zylindrische Optik (für Linienlichter) als auch eine sphärische Optik (für Lichtquellen) aufweisen. Die möglichen Wellenlängen liegen im Bereich vom UV bis zum IR des elektromagnetischen Spektrums. Die Superposition von Licht mehrerer Wellenlängen mit begrenzter Bandbreite ist möglich. Dabei können die Bandbreiten voneinander separiert oder teilweise überlappend sein. Die Lichtquellen sind typischerweise LEDs mit grossaperturiger Abstrahlung, können jedoch auch klassische Leuchtkörper sein, z.B. Halogenstrahler oder Gasentladungslampen.

[0012] Fig. 3, 4 und 5zeigen geeignete Konfigurationen für die Kondensor-Optik (6, 6 ́, 6 ́ ́). Dabei zeigt Fig. 3 eine Konfiguration mit sphärischen Linsen (9, 10), Fig. 4eine Konfiguration mit einem Lichtleiter-Element (11) mit Linse (12) und Fig. 5eine Konfiguration mit besonders geformter Optik (13). Diese geformte Optik (13) erzeugt aus derselben Lichtquelle mehrere unterschiedlich geführte Strahlenbündel.

[0013] Dabei kann die erfindungsgemässe Kondensor-Optik (6, 6 ́, 6 ́ ́) rotationssymmetrisch oder linear ausgedehnt sein. Für lineare Systeme, wie Linienlichter, kann die lineare Ausdehnung durch eine sequentielle Anordnung von einzelnen optischen Elementen, wie in der Fig. 3, 4 und 5 gezeigt, realisiert werden. Bei der Verwendung solcher Kondensor-Optiken (6, 6 ́, 6 ́ ́) kann auch auf eine Optik zur Homogenisierung (7) und auf einen Kollektor (8) verzichtet werden.

[0014] Um eine hohe Bestrahlungsstärke auf dem Objektbereich (5) zu erreichen können die Lichtquellen (3, 3 ́, 3 ́ ́) auch aus LED-Arrays mit n x n oder m x n LED-Elementen (Chips) bestehen. Es versteht sich, dass die erfindungsgemässe Anordnung damit sowohl für die Verwendung kleiner LED-Elemente als auch für die Verwendung mit grösseren LED-Arrays geeignet ist. Für Linienlichter können die LED-Elemente oder LED-Arrays sequentiell entlang einer Linie angeordnet werden.

[0015] Fig. 6 macht deutlich, dass bei der Verwendung von LED-Arrays ein uniformes Mehrfachwellenlängen-LED-Array (14) erzeugt werden kann, indem LED-Chips mit unterschiedlichen Wellenlängen in einem Array verteilt angeordnet werden. Hier sind die roten, grünen und blauen LED-Chips gleichmässig verteilt.

[0016] Soll ein ausgewählter spektraler Bereich des emittierten Lichtes dominant sein, kann die Auswahl der einzelnen LED-Chips geändert werden. Zum Beispiel kann die dominante Emission von grünem Licht erzielt werden, indem mehr grüne LED-Chips als solche mit einer anderen Wellenlänge eingesetzt werden. Fig. 7 zeigt ein solches LED-Array (15) mit dominanter spektral Emission. Es versteht sich, dass anstelle von roten, grünen oder blauen Chips auch andere Chips mit anderen Wellenlängen verwendet werden können, bspw. Mit Wellenlängen im tiefen Blaubereich und im UV-Bereich, bspw. 365 nm, 385 nm und 395 nm. Typische Werte für die Stärke von LED-Hochleistungsdioden-Arrays sind: 365 nm > 630 mW 405 nm > 5.1 Watt High Power LED rot > 875 Lumen High Power LED grün > 2100 Lumen High Power LED blau > 400 Lumen High Power LED weiss > 800 - 1000 Lumen

[0017] Fig. 8 zeigt eine lineare Leuchtanordnung für Linienlichter, bei welcher die einzelnen Mehrfachwellenlängen-LEDs resp. Mehrfachwellenlängen-LED-Arrays (16) sequentiell entlang einer Linie angeordnet sind. Es versteht sich, dass lineare Leuchtanordnungen mit Einfachwellenlängen-LED-Arrays (17), welche, wie in Fig. 9 dargestellt, nur LEDs mit dem gleichen Wellenlängenspektrum aufweisen, ebenso realisiert werden können. Die beiden in Fig. 10a) und b) dargestellten Leuchtanordnungen stellen Felder-Anordnungen aus Mehrfachwellenlängen-LED-Arrays (16), resp. Einfachwellenlängen-LED-Arrays dar. Eine andere Ausführungsform ist in Fig. 11dargestellt. Hier bilden die LED-Arrays (16) eine Leuchtanordnung in Form eines kreuzförmiges Feldes.

[0018] Eine weitere optische Anordnung für die erfindungsgemässe Trockner-Lichtquelle weist im Strahlengang zwischen den LEDs, resp. LED-Arrays und dem Objektfeld (5) einen Reflektor (18) auf. Dieser Reflektor (18) kann einen elliptischen Querschnitt aufweisen oder in gewünschter Weise geformt sein. Hilfsweise sind die einzelnen LED-Arrays auf einem wärmeabführenen Träger-Element mit (19) oder ohne Kühlkanal befestigt.

[0019] Die Vorteile der vorliegende Erfindung sind dem Fachmann unmittelbar ersichtlich und insbesondere darin zu sehen, dass mit Hilfe von optischen Elementen und allenfalls unter Zuhilfenahme von Hochleistungs-LEDs eine auf den jeweiligen Verwendungszweck leicht abstimmbare, leistungsstarke und wenig störanfällige, d.h. sich nicht überhitzende Trockner-Lichtquelle geschaffen wird.

Claims (10)

1. Trockner-Lichtquelle (1) zur Beleuchtung eines Objektes mit mindestens einer ersten Lichtquelle (3) und einer zweiten Lichtquelle (3 ́), wobei deren abgestrahltes Licht je eine dominante Wellenlänge (A1, resp. A2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass optische Mittel (6, 6 ́, 4, 4 ́) zur Überlagerung des abgestrahlten Lichtes vorgesehen sind.

2. Trockner-Lichtquelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Mittel mindestens einen Reflektor (18) und/oder mindestens einen Strahlenteiler (4) umfassen, wobei der Reflektor (18) derart angeordnet und ausgebildet ist, dass mindestens das abgestrahlte Licht (A1) der ersten Lichtquelle (3) reflektiert und mit dem abgestrahlten Licht (A2) der zweiten Lichtquelle (3 ́) überlagert auf das zu beleuchtende Objekt auftrifft, und wobei der Strahlenteiler derart angeordnet und ausgebildet ist, dass das abgestrahlte Licht (A1) der ersten Lichtquelle (3) auf das zu beleuchtende Objekt reflektiert wird und das abgestrahlte Licht (A2) der zweiten Lichtquelle (3 ́) ungehindert passieren kann, um sich mit dem abgestrahlte Licht (A1) der ersten Lichtquelle (3) zu überlagern.

3. Trockner-Lichtquelle (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Lichtquellen (LS1, LS2, LS3) LED’s mit grossaperturiger Abstrahlung, Halogenstrahler oder Gasentladungslampen sind.

4. Trockner-Lichtquelle (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Lichtquellen (LS1, LS2, LS3) mit einer Kondensor-Optik (C01, C02, C03) versehen sind.

5. Trockner-Lichtquelle (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Strahlenteilern (4, 4 ́) und dem zu beleuchtenden Objekt ein Kollektor (8) vorgesehen ist.

6. Trockner-Lichtquelle (1) nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Strahlenteilern (4, 4 ́) und dem zu beleuchtenden Objekt eine Optik (7) zur Homogenisierung vorgesehen ist.

7. Trockner-Lichtquelle (1) nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Mittel zylindrische und/oder sphärische Optikelemente umfassen.

8. Trockner-Lichtquelle (1) nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Lichtquellen (3, 3 ́, 3») eine Leuchtanordnung mit einem LED-Array aus m x n LEDs umfasst.

9. Trockner-Lichtquelle (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der LED-Array eine Mehrzahl gleichartiger oder unterschiedlicher LEDs aufweist.

10. Trockner-Lichtquelle (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtanordnung mehrere LED-Arrays aufweist.