用于固化和表面改性的固态光源的制作方法

专利名称：：用于固化和表面改性的固态光源的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种提供充分改进的辐射束的装置和方法，以用于处理表面、薄膜、涂层、流体或物体。更具体地，本发明涉及一种装置和方法，该装置和方法用于光学上组合至少两个阵列的固态光发射器的光输出，以产生具有被选择用于要求大范围波长的选定光谱的光束，从而改进或加速可控辐照度下的处理过程。
背景技术：
：辐射能用于处理表面、膜、涂层、覆盖层(overlayer)、粒状材料(bulkmaterial)的各种制造工艺。具体工艺包括但不限于固化、固定、聚合、氧化、净化或消毒。作为例子，汽车部件的制造包括为了包括抗腐蚀、装饰或表面防护(例如抗划伤)的各种目的而在车辆表面上应用底漆、涂漆或清漆。涂层或漆是树脂或聚合物基材料，它们作为液体或粉末来应用且需要热或辐射能处理来变成固体。通过热方法来处理涂层或涂漆很慢，且需要数分钟至数小时的时间来完成。此外，某些材料(例如基底或涂层部件)可能热敏的，且可能会被热处理破坏。使用辐射能来聚合或产生期望的化学改变的非热固化与热处理相比是快速的。在固化优先可发生于应用辐射处的意义上，辐射固化还能够局部化。固化还能够被局限在涂层或薄膜至界面区域的范围内或在大部分涂层或薄膜内。固化工艺的控制可通过选择辐射源类型、物理性能(例如光谱特性)、时间变化或固化化学性质(例如涂层组成)来实现。各种各样的辐射源用于各种目标的固化、固定、聚合、氧化、净化或消毒。这种源的实例包括但不限于光子、电子或离子束源。典型的光子束源包括但不限于弧光灯、白炽灯、无电极灯以及各种电子源(即激光器)和固态源(即固态激光器、发光二极管和二极管激光器)。具体辐射源对应用的选择随处理工艺的要求和辐射源的特性而定。这些特性涉及但不限于源的物理性能、它的效率、经济、或处理工艺或目标的特性。例如，弧光灯或射频或微波驱动"无电极"紫外线源有效地产生应用于许多"工业"过程中的高能级辐射功率，在这些"工业"过程中，需要在大面积上使用显著能级辐照度或能量密度的快速处理。弧光灯或无电极灯需要高电压、微波或射频能量供应以及在微波驱动系统情况下的微波管(即磁控管)。这些大功率灯也需要冷却和排热系统。这种工作要求将这种光子源的应用限制到能满足这种需要的场合。弧光灯和无电极灯的光谱发射由灯所工作的条件、用来填充灯泡的具体气体、和置于灯泡中的各种添加物的选择来控制。本领域的技术人员配制了满足许多光化工艺固化需要的具体灯填料，但是在某些光谱范围内，间隙存在于谱段之中。固态光源例如但不限于发光二极管(LED)、二极管激光器、二极管泵浦激光器(diodepumpedlaser)和闪光灯泵浦固态激光器(flashlamp-pumpedsolid-statelaser),这些固态光源提供能够调整到所需要的波长或能够被组合成阵列以为需要宽带源的应用提供多波长源的发射源。固态源技术的发展提供了适合作为辐射处理源的高亮度紫外线LED。目前，发射少至370nm输出的辐射的商业UV发射二极管可以从Nichia、Cree、Agilent、ToyodaGosei、Toshiba、L咖ileds和UniroyalOptoelectonics(Norlux)得至lj。UV发射LED和激光二极管用大带隙基质材料来构成。InGaN基材料可用于在370nm至520nm范围内的峰值波长(例如，从紫外线(UV-A)到可见绿光)发射的LED。GaN带隙是3.39eV且能够容纳大到363nm的发光跃迁。将In置换到GaN基质内提供了可在少至370nm的紫外线下辐射的局部态。其他氮化物材料例如InAlGaN能够在短到315nm的波长下发射紫外线辐射。InAlGaN已经用来制造在315rnn至370nm范围内工作的高亮度LED和激光二极管。Hirayama等(Appl.Phys.Lett,80，207(2002))报道了运用InxGal-xN的分层结构或在AlxGal-xN(x=0.12-0.4)上生长的四元InxAlyGal-x-yN的装置已经用在多量子阱结构中，以产生将在330nm的可比通量发射到在415-430nm下工作的InGaN装置的源。Hirayama等(Hirayama等，A卯l.Phys.Lett,80，1589(2002))还报道了室温LED源，室温LED源使用了改进的多量子阱(MQW)结构和InAlGaN材料，InAlGaN材料在320nm发射强UV辐射和在300nm发射有效发射。Hirayama等(Appl.Phys.Lett,80，37(2002))报道了AlxGal-xN(A1N)/AlyGal-yNMQWs在230nm至280nm之间呈现有效的光致发光，且该光致发光与用在目前商业上可得到的紫光二极管中的InGaN基材料的光致发光一样高。A1N基材料是用于制造工作在UV-B或UV-C范围内的紫外线LED的可能的候选材料。其他研究者正在研究碳化物和金刚石材料作为深UV基质，这是基于它们的带隙和A1N的带隙一样大的事实。在蓝、紫和UV-A波长(390nm)下工作的LED的辐射率足以作为"点"固化源而被用在紫外线和光化固化中。美国专利6,331,111(Cao)和EP0-780-1014(Breuer等)描述了使用由发光二极管或二极管激光芯片(diodelaserchip)组成的固态光源的手持便携式点固化光系统(handheldportablespotcuringlightsystem)。Cao的光源可包括发射多、波长的源以便在光起始剂对不同波长敏感的材料中的许多组分可被立刻固化。在Cao所描述的优选的实施方案中，光直接传播到固化表面，并不穿过光学装置如光导(lightguide)或光纤。Breuer等描述了被优化来固化牙用树脂且也扩充了对装置的权利要求的类似设备，其中辐照器是固定式固化装置，这种固定式固化装置的光源芯片固定到固化室的壁。各种光源已经用于固化复合材料的目的。这些光源包括等离子体、卤素、荧光和弧光灯。各种激光器已经结合到固化装置中。发射紫外线束的激光器包括倍频源或再次倍频的源如266mn的Nd-YAG系统、氩离子系统和Nd-YAG泵浦0P0s(光参量振荡器)。Cao引用了美国专利5，420，768、5,395,768、5，890，794和5，161,879，在这些专利中，LED已经用作固化光源。美国专利Nos.6，127，447和5,169，675也描述了应用于固化工艺的固态源。处理工艺中需要应用固态源的技术可在用于照明和固态显示的配备LED和激光二级管的系统的发展中找到。这些系统包括可被结合到手持灯中的LED照明装置，这些系统由电池产生动力且配备有电子设备，这种电子设备提供脉冲功率来控制灯泡辐射并补偿在电池放电期间电池电压的减少。公布的美国专利申请2002/0017844A1讲授了光学系统的使用以改变LED发射器在显示器中的视域，其中视域受到限制。在已有技术中有许多使用以阵列形式的LED以合成多波长发射的实施例。美国公布的专利申请NO.2001/0032985A1讲授了在芯片上安装有色LED阵列来制造多色或白色固态照明源。美国专利Nos.6,016,038和6，150，774公开了在任何环境中需要产生复杂的、预先设计的光模式的方法和电子设备。美国专利6,211，626详述了使用计算机控制的LED阵列来提供能够快速改变照明和光谱选择的光源，该专利描述了使用主色(红、绿和蓝)LED的子阵列的系统，主色(红、绿和蓝)LED的子阵列的单个元素是可寻址的且能够通过脉冲调制被控制以发射不同数量的光来合成第三色。美国专利6,211,626表明这种计算机控制的光发射器阵列不是新的，但早先的系统有局限性，其降低了照明系统的灵活性或效率。美国专利Nos.5,420，482、4,845,481和5，184，114描述了使用计算机控制来照亮用在照明中的网络。美国公布的专利申请NO.2002/0191349讲授了使用衍射光学元件(衍射光栅)来混合来自单色光源如LED的光且来产生多色或白色束。单色光源相对于光栅定位，其中那个频率的光被发现在高于零级的衍射级束中。混合束是零级束。如果在光栅上引导的第一和更高级束呈现足够的频率，那么将提供白色束。福隆霍弗(fraunhoffer)衍射用来混合单色束。这不同于实现多辐射源耦合的菲涅耳波带片(FresnelZoneplate)的使用。
发明内容本发明提供了一种固态光源和方法，其光学上组合(混合)至少两个且优选地额外独立可控离散固态光发射器阵列的光输出，以在波长的大范围内例如从深UV到接近IR产生具有选定多波长光谱的光束，从而提供目标表面的具有控制功率级的辐照度。光学混合器组合由光发射器阵列提供的光谱，以产生可控多波长光谱。这种光源的具体特征允许光的光谱、空间和时间分布的变化以用在固化、表面改性和其他用途中。这种光源可调节成使所应用的光的物理特性与材料的化学特性精确匹配，以提供一种改进在纳米和更大长度规内处理的方法，步骤如下(1)优化聚合物材料的交叉联接(cross-linking)程度和比率；(2)在聚合物中选择具体的交叉联接结合；(3)将光源特性与具体光起始剂进行匹配；(4)控制材料中光能沉积的分布、透入或比率以产生新的形态；以及(5)优化表面处理的光源特性。本发明的优选实施方案包括至少两个固态发光阵列、光学混合器、反射器，固态发光阵列优选地是LED阵列，LED阵列的每一个都具有特征发射频率(波长)，光学混合器混合来自LED阵列的辐射，反射器集中来自阵列的辐射并在任选地基本上均匀的待处理目标表面上提供二维能量分布。可提供任选的冷却系统来提供高稳定性的光谱输出并提高阵列的寿命。本发明或者通过优化现有紫外线处理过程和结果、或者通过产生全新的处理过程或结果，来增加光化工艺的适应性(尤其但不限于墨水等、塑料、热敏纸、液晶体等的UV固化)。本发明通过提供一种光源来完成这些任务，可改变这种光源的光谱发射来提供紫外线光的变化例如可见光的亮度、色度、比色纯度、色调、饱和度、明亮度的变化。光的物理特性的改变提供了最佳使用可固化材料的物理和化学性能的光源配置。本发明克服的其他问题包括固化应用，其中由于技术上的、工艺上的或经济上的原因，不能使用通常包括在光源中的技术的运用。这包括但不限于-(1)高电压电缆、电子设备和电源；(2)RF或微波电缆、波导、电子设备和电源；(3)气态电子部件，包括电极灯泡或无电极灯泡；(4)高功率电子设备和必要的热散逸系统。本发明还提供了对不需要的光发射例如来自固化表面的红外线问题的解决方案。紫外线固态光发射器阵列产生很少的红外线发射或不产生红外线发射。如果固化工艺中需要红外线辐射，那么期望波长和能量的红外线发射器可配置到提供选定波长的固态UV生成阵列中，以提供期望的遗漏的光谱，选定波长包括在固化光系统中。单个发光阵列的频谱选择成或者(1)提供由来自期望用途所要求的单个阵列的混合光谱构成的合成频率，或者(2)每一个阵列提供相同的公共频谱来增加公共频谱的辐照度的功率级。图1A是本发明的第一实施方案的侧前视图；图1B本发明的第一实施方案的透视图；以及图1C是可用来实现本发明各种实施方案的发光阵列的实施例。图2是图1中LED阵列之一的辐照度的光谱分布，显示了在390mn附近的紫外线辐射源发射。图3是图1中另一LED阵列的辐照度的光谱分布，显示了在410nm附近的紫外线辐射源发射。图4是由图1实施方案的LED阵列的单个光谱辐射分布与图2和图3中所示的光谱的光学混合所产生的辐照度的光谱分布。图5是单个LED阵列的辐照度的光谱分布，显示了图2和图3的单个组分以及其中如图4所示的光学混合。图6是测量和模拟光谱辐照度之间的对比，关于图l的实施方案，模拟光谱辐照度显示为线以及测量光谱辐照度显示为菱形。图7是图1的实施方案的辐照度的光谱分布，其用分别在47伏特的偏置电压下工作的390nmLED阵列以及在0、34、35、47伏特的偏置电压下工作的405nmLED阵列来操作。图8显示了使用如图1所示的两个固态发光阵列的本发明的实施方案，包括外壳和控制器，所述外壳具有安装在给固态发光阵列提供冷却的灯罩中的椭圆形内反射器，所述控制器用于控制由单个固态发光阵列产生的功率和光谱输出。图9是本发明的第二实施方案的透视图，利用了三个固态发光阵列、起光学混合器作用的三个半透明镜、和圆柱状内反射器。图IOA和IOB显示了图9的第二实施方案的模拟通量分布。图11展示了本发明第三实施方案的透视图，其中四个固态发光阵列放置在起光学混合元件作用的四个半透明镜和圆柱状内反射器之间。图12是本发明第四实施方案的透视图，其中，四个固态发光阵列放置在四个光学混合器的边缘和圆柱状内反射器之间。图13是本发明第五实施方案的透视图，其中，六个固态发光阵列放置在六个光学混合元件之间。图14是本发明第六实施方案的透视图，其中，六个固态发光阵列放置在六个光学混合元件的边缘上。图15是本发明第七实施方案的透视图，其中，六个固态发光阵列设置成面向以八面体设置的八个光学混合器。图16是本发明第八实施方案的透视图，其中，六个固态发光阵列面向八个光学混合器。图17是本发明第九实施方案的透视图，其中，八个固态发光阵列面向设置成面向四面体对称结构的四个光学混合器。图18是本发明第十实施方案的透视图，其中，四个固态发光阵列在包含在椭球形内反射器中的四个交叉光学混合元件之间隔开。图19显示了图18的第九实施方案的通量分布。图20是本发明第十一实施方案的透视图，其中，两个细长形固态发光阵列面向包含在向内反射的椭球形反射器中的光学混合器。图21是本发明第十二实施方案的透视图，其中，两个细长形固态发光阵列面向包含在椭圆形反射器中的棱柱形混合装置。图22是本发明第十三实施方案的透视图，其中，两个细长形固态发光阵列面向包含在椭圆形截面反射器中的一个光学混合元件。在全部附图中，相似的参考数字标识相似的部件。具体实施方式本发明是一种固态光源和一种用固态光源辐照目标表面的方法，固态光源利用了固态发光阵列，每一个固态发光阵列优选地包括安装在扁平表面上的多个发光二极管(LED)。每一个二极管离开扁平表面的一侧而朝向目标表面发射具有至少一个波长的光，至少一个波长选择成满足期望用途。提供至少一个光学混合器，每一个混合器混合一对固态发光阵列的输出。每一个光学混合器相对于一对固态发光阵列对称地设置。每一个光学混合器反射来自对称设置的二极管阵列的光输出的一部分，且透射来自另一对称设置的光阵列的光输出的一部分以提供合成的混合光谱，从而用混合光辐照目标表面，混合光具有选定的频谱，其中光谱的辐照度水平可由可变控制参数例如电压来控制，但是应当理解，本发明并不限于此。至少一个光学混合器可设计成基本上将从每一个阵列入射在其上的光分成(50-50)反射部分和穿过光学混合器的透射部分。相对于从第一发光阵列穿过光学混合器透射的光的部分，从另一发光阵列入射在光学混合器的相对表面上的被反射的光与从第一发光阵列穿过光学混合器透射的部分光在光学上相混合。由来自每一个对称设置的固态发光阵列的光的混合组分组成的合成波前向辐照目标表面透射。如以下所描述的，控制器控制应用到发光阵列的功率，以控制入射到目标表面上的辐照度。每一个发光阵列可具有基本上相似的频谱或具有不同的频谱。当对称设置的发光阵列的频谱不同时，目标表面上总辐照度频率是由单个发光阵列输出的单个频谱的总和。在本发明的每个实施方案中，混合通过一个或更多光学混合器产生，光学混合器可以是可透射和反射基本上相等的部分或透射和反射不相等部分的部分反射镜和部分透射镜、或由来自单个固态发光阵列的光辐照以提供其中的混合的棱柱。图1A和1B展示了本发明的第一实施方案10。图1A是穿过向内弯曲的反射外壳21截取的截面的前视图；图IB是实施方案10的透视图；以及图1C是可用于实现本发明的合适的发光阵列的示例。第一实施方案10是依据本发明的基本固态光源的例证。发光阵列12A和12B中的每一个都可根据任何众所周知的技术来制造。一对对称设置的固态发光阵列的每一个的表面14输出直接传到目标表面18的光线16，在优选的实施方案中，固态发光阵列是LED。其他光线17产生由光学混合元件20产生的组合辐照度，射线17入射到光学混合元件20上。如图1A可看到的，外壳21的内部具有向内反射表面22，向内反射表面22的作用是将来自发光阵列12A或12B的任一个的任何光输出向目标表面18反射以提供控制的辐照度，在优选的实施方案中，由于表面22的曲率是椭圆的同时光学混合器接近椭圆曲率的焦轴，其上控制的辐照度优选地基本上是均匀的，如以下结合图2-6所描述的。自发光阵列12A和12B输出的、且并不穿过光学混合器20的光线16、17和19显示为实线，以及从发光阵列12A或12B中的任一个穿过光学混合器20的光线22显示为虚线。平行的实线射线19和虚射线22代表了由光学混合器20对从发光阵列12A和12B的表面发射的射线执行的净混合，其部分地透射和部分地反射从发光阵列对发射的光。反射和透射的程度可以不同于相等的分开。外壳21尽管优选地具有椭圆形截面，但是可使用其他便于会聚由固态发光阵列12A和12B产生的发散光线的弯曲截面，发散光线指向目标表面18，如箭头24所示的。发光阵列对12A和12B展示为正方形扁平板。发光阵列由多个装置例如在紫外线范围内发射辐射的LED组成，但本发明不限于此，以下结合图1C描述了合适的结构。例如，在依据图1A和1B的实施方案10的高功率辐照装置中，阵列12A和12B可以分别是安装在近似为1平方厘米的集成电路上、在400mW、405nm下单独发射的40个LED的阵列，如图1C所描述的。另一辐射源12B没有限制性地可以是安装在近似为1平方厘米的集成电路上、在100mW、390nm下发射的40个LED的阵列，如以下所描述的。此外，光学混合元件20可以是半反射镜，其基本上将来自射线16的发射相等地分成反射射线19和透射射线22，其如由上述平行实线19和虚线22所示的被混合，以便射线互相叠加。可用作光学混合器20的半反射镜可以是涂有薄铬膜的UV透射石英板，薄铬膜反射和透射近似50%的入射光。发光二极管阵列12A和12B相对于光学混合器20对称设置，以便在优选的实施方案中辐射源的虚像被叠加以产生包括来自每个发光阵列的基本上等量的光的混合光源。图1C是展示了用于固态发光阵列12A和12B的合适结构，对于如以上所描述的第一实施方案和如以下所描述的实施方案具有近似5:1的比例。阵列60由40个LED62组成。下端汇电杆(busbar)64具有安装在其上的一组8个LED。安装在下端汇电杆64上的每个LED62借助于线接合(wirebond)68通过金属线66依次连接，线接合68连接从单个LED延伸到安装有4个LED的4个上端汇电杆64的金属线。透镜70使由单个LED62发射的光向光学混合器20聚焦。热传感器72用来为LED阵列60提供温度控制。LED阵列60安装在六边形基底74上。电终端76安装在六边形基底74上以给阵列的电源提供合适的电接触。由固态发光阵列12A和12B以及光学混合器20表示的光源近似地置于椭圆形反射器22的焦点，其优选地基本上是二分之一椭圆。然而，如果希望，反射器22可以大于或少于二分之一椭圆，且可以是非椭圆形表面。由于反射器22是椭圆的一部分，所以反射器22具有长轴、短轴、反射器内的第一焦轴和反射器外的第二焦轴。由上述发射光和光学混合器组成的光源优选地设置在第一焦轴上。来自二极管阵列12A和12B的光束由光学混合器20透射和反射并射到椭圆形反射器22上，椭圆形反射器22将光束引导到接近目标表面18的椭圆形反射器22的第二焦轴。目标表面18基本上放置在第二焦轴上，光束在第二焦轴处被引导以射到其中的辐照表面上。目标表面18位于第二焦轴使得在第二焦轴处的辐照度达到最大。辐照表面60也可置于第二焦轴之外例如在远场，以增加辐照区域。图2-6展示了使用第一实施方案10的目标表面18上的辐射的光学性能。基于照明领域中众所周知的技术使用积分球和光谱辐射计(海洋光学模型S2000)来获得光谱测量记录。辐射源是40个发光二极管，其是由NorluxMonochromaticHex(NHX)制造的高通量密度固态模块，发射峰值发射在390nm处的紫外线UV-A或者在405nm发射峰值发射在410nm处的紫外线UV-B。LED阵列12A和12B独立地连接到在恒压模式下工作的DC电源。正向偏置电压开启二极管以产生图2-6的UV光谱。图2和3显示了源12A和源12B的光谱辐照度，源12A是UV-A发射器，源12B是UV-B发射器。福射源12A在15.6伏特正向偏压和200nA电流下工作。阵列12A发射峰值在395nm且从385nm延伸到405nm(半高全宽)(FWHM)的UV-A紫外线辐射。二极管阵列12B在19伏特正向偏压和200mA电流下工作以产生峰值在410nm且从400匿延伸到418腿(FWHM)的UV-B紫外线辐射。图4显示了当辐射源12A和12B都同时工作时实施方案10的所测量的光谱辐射强度。合成光谱峰值在410nm且FW丽从392延伸到428nm。LED阵列12A在15.6伏特正向偏压下工作，而LED阵列12B在17.5伏特正向偏压下工作。光谱是两个LED阵列12A和12B的总发射的合成。图5展示了由图2和3中所展示的二极管阵列12A和12B的单个发射光谱的总和所产生的模拟光谱。图6是实施方案10的模拟和测量光谱的比较。测量光谱由菱形标示且模拟光谱由线标示。测量光谱在发光阵列12A和12B的整个发射范围内与模拟光谱匹配，且显示了来自两个辐射源的束的极好的混合。来自发光阵列12A和12B的光的功率级可通过改变施加在其上的电偏压来控制，电偏压改变二极管的正向偏置电流。通过选择由光学混合器20混合的光谱的幅度和频率，单个发光阵列12A和12B的电压或另一电参数的变化允许改变混合光的光谱特性。图7显示了实施方案IO的束的光谱合成如何能够从(1)代表二极管阵列12A的波长的光谱90、(2)具有来自二极管阵列12A和12B相等份额的光谱92、(3)具有来自阵列12B的增加光谱的光谱94连续地变化，且最终改变成(4)主要份额来自阵列12B的光谱96。这说明了本发明的实施方案的一个重要功能，包括图1的光谱合成的表示，其允许产生具有可变紫外线光谱权重的光谱。图8展示了将图1的实施方案10结合到灯外壳130的系统120，灯外壳130为LED阵列12A禾P12B配备有冷却系统。利用将空气引入外壳并吹过内部弯曲反射器21的一个或更多风扇可对空气冷却系统强加空气。如可看到的，存在使冷却空气进入和流出的路径。控制器170经由连接件172连接到固态光源。弯曲反射器21安装在灯外壳130中，以及反射器连接到具有矩形开口180的灯罩基座，光线182从矩形开口180传到目标表面18。LED阵列12A和12B由将空气推入灯罩130的两个风扇162进行空气冷却。切口190切进弯曲反射表面21使空气被推入灯罩192，以允许空气冲击连接到其上的LED阵列12A和12B的散热器194。风扇162从12伏特电源获得动力。使用目前商业上可利用产品，如果基底的表面温度超过40。C，那么LED阵列12A和12B会遭受发光功率的损失，LED12A和12B连接到所述基底上。调节二极管阵列12A和12B的功率和风扇162的速度以保持LED芯片表面低于最大温度例如4crc。控制器no可被数字地控制，这允许对应用到每个二极管阵列12A和12B的电压进行编程，以便当通过选择阵列的单个固态发光元件确定频谱时，在总的输出辐射中产生例如由图7中的曲线90-96反映的变化。图9展示了依据本发明的固态光源的第三实施方案230，其包括三个LED阵列232A、232B和232C以及三个光学混合器250，三个光学混合器250在圆柱状反射器254内交叉于中心点252。三个LED阵列232A、232B和232C产生光谱，其由位于其间对称设置的光学混合器250进行混合。上述LEO阵列和对称设置的光学混合器250执行与上面对图1的第一实施方案10描述的相同的功能。在中心点252处交叉的各个光学混合器250在相邻光学混合器之间具有120。的夹角。光学混合器250优选地是半反射镜，其将来自LED阵列232A、232B和232C的发射基本上相等地分成相互叠加的三个基本上相等强度的透射束和反射束，如图1由叠加光线19和22所示的。然而，该实施方案可使用并不透射和反射相等部分的光学混合器。三个光学混合器250当完全旋转12(T角时是对称的。图10A和10B显示了射线跟踪模拟的结果以预测在XZ平面内的辐照度分布272，如在图IOA和10B中为第二实施方案230所示的。平行且垂直于X或Z轴的穿过辐照度分布272中心的跟踪的辐射强度分布图显示微小的不对称。不对称是实施方案230不对称的结果，其沿垂直于XZ平面的轴穿过实施方案230的中心旋转90°。图11和12分别显示了第三实施方案360和第四实施方案400。两种设计分别在相对于放置光学混合器350的交叉处362来放置四个LED阵列232A-232D方面不同，以便二极管阵列332A-332D设置在图11中的边缘352之间且面向图12中的边缘350。在第三实施方案340中，LED阵列332A-332D面向交叉点362，而在第四实施方案370中，发光阵列332A-332D面向光学混合器350的边缘352。在第三和第四实施方案中，圆柱状向内反射外壳360包含了LED阵列332A-332D和四个相对其在中心设置的光学混合器350，四个光学混合器350在中心位置362处连接在一起以形成交叉。在第四实施方案370中，实线表示对观察者来说可看见的光线，以及虚线表示直观上被挡住的射线。应当理解，为了简化视图，没有展示例如图8所展示的到合适的控制器和用于发光阵列的冷却系统的连接。图13和14分别显示了本发明的第五实施方案400和第六实施方案420，其被简化成仅显示发射的LED阵列。省略了向内弯曲的反射外壳以及各个LEO阵列的控制器，控制器用来对各个LED阵列产生控制的功率应用以产生可变光谱，如以上所描述的。图13的实施方案400具有三对LED阵列432A和432B，它们相对于光学混合器440对称设置。LED阵列对432A和432B与其在中心设置的光学混合器440协同工作，以提供与对第一实施方案10描述的相同的功能，从而产生从LED阵列对的表面发射的控制的混合光。实施方案400和420之间的差别在于LED阵列对432A和432B相对于光学混合器440的各自放置。在实施方案400中，432A和432B对面向光学混合器440的交叉点442，以及在实施方案420中，432A和432B对面向光学混合器440的边缘444。六个光学混合器440在中间位置442处连接在一起，中间位置442相对于LED阵列432A和432B的面在中心上设置。依据以上所描述的基本操作，来自三对LED阵列432A和432B的光通过六个光学混合器440的透射和反射被组合。尽管没有展示，图13和14的实施方案400和420可放置在图1、9、10和11中所示类型的圆柱状向内反射外壳的内部，以使光向目标表面18透射。此外，例如以上对图8所描述的控制器和冷却系统可用于控制来自LED阵列的光的发射。实施方案400和420中六个光学混合器440在交叉点442形成交叉，且优选地具有反射和透射基本上相等强度的光的特性。实线表示对观察者来说可看见的光线，以及虚线表示直观上被挡住的射线。图15显示了具有三对发光二极管阵列532A和532B的第七实施方案500，三对发光二极管阵列532A和532B围绕八个光学混合器550对称设置，光学混合器550是三角形半透明镜，其作用是将辐射源532A和532B分成基本上相等强度的透射束和反射束，透射束和反射束依据以上对图1的第一实施方案所描述的混合功能互相叠加。LED阵列532A和532B放置在位于光学混合器550边缘处的顶点。应当注意，图15A的实施方案省略了向内弯曲的反射外壳、控制器和目标表面。实线表示对观察者来说可看见的光线，以及虚线表示直观上被挡住的射线。图16的第八实施方案560利用了设置在十二个光学混合器550顶点的三对LED阵列532A和532B，光学混合器550是部分反射镜。来自LED阵列对532A和532B的光的混合按照以上所描述的方式出现。实线表示对观察者来说可看见的光线，以及虚线表示直观上被挡住的射线。图17展示了具有四对LED阵列632A和632B的第九实施方案600，四对LED阵列632A和632B面向设置在四面体对称结构中的四个光学混合器650。应当理解，为了简化插图，没有展示例如图8所展示的到合适的控制器和用于LED阵列的冷却系统的连接。实线表示对观察者来说可看见的光线，以及虚线表示直观上被挡住的射线。图18显示了具有四个LED阵列332A、332B、332C和332D结构的本发明的第十实施方案700，四个LED阵列332A、332B、332C和332D围绕四个光学混合器350在类似于图11的结构中对称设置，除了椭球反射器740设置为外壳。椭球740具有长轴、短轴、椭球内第一焦点和未展示的椭球外第二焦点，长轴也是扫过椭球表面的椭圆的旋转轴。LED辐射源在第一焦点处设置在椭球反射器740的长轴上。由于辐射源被延长，辐射源的图像不形成锐聚焦。如以上对其他实施方案所描述的，省略了向内弯曲的圆柱状反射外壳、控制器和冷却系统。实线表示对观察者来说可看见的光线，以及虚线表示直观上被挡住的射线。图19显示了在受辐照表面18上图18的实施方案700的模拟辐照度。束的辐射模式在接近峰值辐照处显示环形模式。这种模式是由于辐射源332A-332D按圆形围绕光学混合器350的放置的原因。如以上对其他实施方案所描述的，省略了向内弯曲的圆柱状反射外壳、控制器和冷却系统。图20和21显示了利用细长形二极管线性阵列12A，和12B'的本发明的第H"^—实施方案800和第十二实施方案900，实施方案800具有半透明镜的细长形光学混合器20'，以及实施方案900利用了光学混合器902，光学混合器902是棱柱以使用向内反射而不是从镜子反射来分离和混合来自阵列12A'和12B'的束。如以上对其他实施方案所描述的，省略了向内弯曲的圆柱状反射外壳、控制器和冷却系统。图22显示了第十二实施方案IOOO，其关于细长形发光二极管阵列12A'和12B'以及细长形光学混合器20'的结构与图20的实施方案800相似。实施方案1000在向内弯曲的反射外壳1002方面不同，向内弯曲的反射外壳1002是带有侧面反射器的椭圆反射器，作为具有长半轴和短半轴的椭圆，这些轴平行且垂直于光学混合器20，或棱柱例如用在图21的实施方案900中的902和其中的替代物。侧面反射器1004连接到椭圆形板1006以形成椭圆形外壳。如以上对其他实施方案所描述的，省略了向内弯曲的圆柱状反射外壳、控制器和冷却系统。尽管根据本发明优选的实施方案描述了本发明，但意图是可对其进行大量修改而不偏离附加权利要求中所限定的本发明的实质和范围。意图是所有这样的修改都落在所附权利要求的范围内。权利要求1.一种固态光源，其包括发光阵列，每一个阵列包括固态光发射器，所述固态光发射器安装成使得每一个发射器离开表面的一侧发射光且具有至少一个波长；至少一个光学混合器，每一个光学混合器相对于至少一对所述阵列对称设置、反射从所述至少一对对称设置的阵列中的一个发射的光的一部分、以及透射从所述至少一对对称设置的阵列中的另一个发射的光的一部分以混合来自所述至少一对对称设置的阵列的光，从而产生混合光，所述每一个光学混合器用所述混合光辐照表面；以及外壳，其包括内部的弯曲反射表面，所述外壳包括所述发光阵列和所述至少一个光学混合器，并包括开口，所述混合光从所述开口发射，且所述内部的弯曲反射表面将从所述阵列的所述一侧发射的光的至少一部分向所述表面反射。2.依据权利要求1所述的固态光源，其包括一个光学混合器和相对于所述光学元件对称设置的两个发光阵列。3.依据权利要求l所述的固态光源，其包括三个光学混合器和三个发光阵列，所述三个发光阵列包括相对于所述三个光学混合器对称设置的成对的所述阵列。4.依据权利要求l所述的固态光源，其包括四个光学混合器和四个发光阵列，所述四个发光阵列包括相对于所述四个光学混合器对称设置的成对的所述阵列。5.依据权利要求1所述的固态光源，其包括六个光学混合器和六个发光阵列，所述六个发光阵列包括相对于所述六个光学混合器对称设置的成对的所述阵列。6.依据权利要求l所述的固态光源，其包括一对面向内侧的反射器，其分别连接到弯曲反射器的侧面，所述弯曲反射器将光向所述表面反射。7.依据权利要求3所述的固态光源，其中所述三个光学混合器连接在一起且所述光反射外壳包括面向内部的反射圆柱，所述三个光学混合器连接在一起的位置位于所述圆柱内。8.依据权利要求4所述的固态光源，其中所述四个光学混合器连接在一起且所述光反射外壳包括面向内部的反射圆柱，所述四个光学混合器连接在一起的位置位于所述圆柱内。9.依据权利要求5所述的固态光源，其中所述六个光学混合器连接在一起且所述光反射外壳包括面向内部的反射圆柱，所述六个光学混合器连接在一起的位置位于所述圆柱内。10.依据权利要求1所述的固态光源，其中所述光学混合器包括部分反射镜。11.依据权利要求2所述的固态光源，其中所述光学混合器包括部分反射镜。12.依据权利要求3所述的固态光源，其中所述光学混合器包括部分反射镜。13.依据权利要求4所述的固态光源，其中所述光学混合器包括部分反射镜。14.依据权利要求5所述的固态光源，其中所述光学混合器包括部分反射镜。15.依据权利要求6所述的固态光源，其中所述光学混合器包括部分反射镜。16.依据权利要求7所述的固态光源，其中所述光学混合器包括部分反射镜。17.依据权利要求8所述的固态光源，其中所述光学混合器包括部分反射镜。18.依据权利要求9所述的固态光源，其中所述光学混合器包括部分反射镜。19.依据权利要求IO所述的固态光源，其中所述部分反射镜是近似50%反射的。20.依据权利要求11所述的固态光源，其中所述部分反射镜是近似50%反射的。21.依据权利要求12所述的固态光源，其中所述部分反射镜是近似50%反射的。22.依据权利要求13所述的固态光源，其中所述部分反射镜是少于50%反射的。23.依据权利要求14所述的固态光源，其中所述部分反射镜是近似50%反射的。24.依据权利要求IO所述的固态光源，其中所述部分反射镜是少于40%反射的。25.依据权利要求1所述的固态光源，其中所述光学混合器包括棱柱。26.依据权利要求1所述的固态光源，其包括控制器，其连接到所述发光阵列，所述控制器控制从所述阵列发射的光的功率级；以及所述对称设置的发光阵列发射在选定的频段中的波长以及由所述对称设置的阵列发射的光的所述功率级选择成在所述频段中用期望功率级辐照所述表面。27.依据权利要求2所述的固态光源，其包括控制器，其连接到所述发光阵列，所述控制器控制从所述阵列发射的光的功率级；以及所述对称设置的发光阵列发射在选定的频段中的波长以及由所述对称设置的阵列发射的光的所述功率级选择成用在所述频段中的期望功率级辐照所述表面。28.依据权利要求3所述的固态光源，其包括-控制器，其连接到所述发光阵列，所述控制器控制从所述阵列发射的光的功率级；以及所述对称设置的发光阵列发射在选定的频段中的波长以及由所述对称设置的阵列发射的光的所述功率级选择成用在所述频段中的期望功率级辐照所述表面。29.依据权利要求4所述的固态光源，其包括-控制器，其连接到所述发光阵列，所述控制器控制从所述阵列发射的光的功率级；以及所述对称设置的发光阵列发射在选定的频段中的波长以及由所述对称设置的阵列发射的光的所述功率级选择成用在所述频段中的期望功率级辐照所述表面。30.依据权利要求5所述的固态光源，其包括控制器，其连接到所述发光阵列，所述控制器控制从所述阵列发射的光的功率级；以及所述对称设置的发光阵列发射在选定的频段中的波长以及由所述对称设置的阵列发射的光的所述功率级选择成用在所述频段中的期望功率级辐照所述表面。31.依据权利要求6所述的固态光源，其包括控制器，其连接到所述发光阵列，所述控制器控制从所述阵列发射的光的功率级；以及所述对称设置的发光阵列发射在选定的频段中的波长以及由所述对称设置的阵列发射的光的所述功率级选择成用在所述频段中的期望功率级辐照所述表面。32.依据权利要求7所述的固态光源，其包括控制器，其连接到所述发光阵列，所述控制器控制从所述阵列发射的光的功率级；以及所述对称设置的发光阵列发射在选定的频段中的波长以及由所述对称设置的阵列发射的光的所述功率级选择成用在所述频段中的期望功率级辐照所述表面。33.依据权利要求6所述的固态光源，其中控制器，其连接到所述发光阵列，所述控制器控制从所述阵列发射的光的功率级；以及所述对称设置的发光阵列发射在选定的频段中的波长以及由所述对称设置的阵列发射的光的所述功率级选择成用在所述频段中的期望功率级辐照所述表面。34.依据权利要求7所述的固态光源，其包括控制器，其连接到所述发光阵列，所述控制器控制从所述阵列发射的光的功率级；以及所述对称设置的发光阵列发射在选定的频段中的波长以及由所述对称设置的阵列发射的光的所述功率级选择成用在所述频段中的期望功率级辐照所述表面。35.依据权利要求8所述的固态光源，其包括控制器，其连接到所述发光阵列，所述控制器控制从所述阵列发射的光的功率级；以及所述对称设置的发光阵列发射在选定的频段中的波长以及由所述对称设置的阵列发射的光的所述功率级选择成用在所述频段中的期望功率级辐照所述表面。36.依据权利要求9所述的固态光源，其包括控制器，其连接到所述发光阵列，所述控制器控制从所述阵列发射的光的功率级；以及所述对称设置的发光阵列发射在选定的频段中的波长以及由所述对称设置的阵列发射的光的所述功率级选择成用在所述频段中的期望功率级辐照所述表面。37.—种用固态光源辐照目标表面的方法，所述固态光源包括固态发光阵列、至少一个光混合器、光外壳、控制器和开口，每一个阵列包括固态光发射器，所述固态光发射器安装成使得每一个光发射器离开表面的一侧发射光且具有多个波长，每一个光学混合器相对于至少一对所述阵列对称设置，反射从所述至少一对对称设置的阵列中的一个发射的光的一部分、以及透射从所述至少一对对称设置的阵列中的另一个发射的光的一部分以混合来自所述至少一对对称设置的阵列的光，从而产生混合光，所述每一个光学混合器以所述混合光辐照目标表面，所述光外壳包括内部的弯曲反射表面，所述外壳包括所述发光阵列和所述至少一个光混合器，所述控制器连接到所述发光阵列以控制从所述阵列发射的光的功率级，所述混合光从所述开口发射以及所述内部的弯曲反射表面将从所述阵列的所述一侧发射的至少一些光反射到所述目标表面，所述方法包括将所述目标表面设置成用从所述开口发射的所述混合光辐照；以及控制从所述阵列发射的光的所述功率级以提供混合光的控制的功率级来辐照所述目标表面。38.依据权利要求37所述的方法，其中所述对称设置的阵列分别发射在频段中的光且由所述阵列的所述固态光发射器发射的光的所述功率级选择成用在混合频段中的期望功率级辐照所述目标表面。39.依据权利要求37所述的方法，其包括一个光学混合器和相对于所述光学混合器对称设置的两个发光阵列。40.依据权利要求37所述的方法，其包括三个光学混合器和三个发光阵列，所述三个发光阵列包括相对于所述三个光学混合器对称设置的成对的所述阵列。41.依据权利要求37所述的方法，其包括四个光学混合器和四个发光阵列，所述四个发光阵列包括相对于所述四个光学混合器对称设置的成对的所述阵列。42.依据权利要求37所述的方法，其包括六个光学混合器和六个发光阵列，所述六个发光阵列包括相对于所述六个光学混合器对称设置的成对的所述阵列。43.依据权利要求38所述的方法，其包括-一个光学混合器和相对于所述光学混合器对称设置的两个发光阵列。44.依据权利要求38所述的方法，其中三个光学混合器和三个发光阵列，所述三个发光阵列包括相对于所述三个光学混合器对称设置的成对的所述阵列。45.依据权利要求38所述的方法，其中四个光学混合器和四个发光阵列，所述四个发光阵列包括相对于所述四个光学混合器对称设置的成对的所述阵列。46.依据权利要求38所述的方法，其中六个光学混合器和六个发光阵列，所述六个发光阵列包括相对于所述六个光学混合器对称设置的成对的所述阵列。47.依据权利要求37所述的方法，其中所述三个光学混合器连接在一起且所述光反射外壳包括面向内部的反射圆柱，所述三个光学混合器连接在一起的位置位于所述圆柱内。48.依据权利要求37所述的方法，其中所述四个光学混合器连接在一起且所述光反射外壳包括面向内部的反射圆柱，所述四个光学混合器连接在一起的位置位于所述圆柱内。49.依据权利要求37所述的方法，其中所述六个光学混合器连接在一起且所述光反射外壳包括面向内部的反射圆柱，所述六个光学混合器连接在一起的位置位于所述圆柱内。50.依据权利要求38所述的方法，其中所述三个光学混合器连接在一起且所述光反射外壳包括面向内部的反射圆柱，所述三个光学混合器连接在一起的位置位于所述圆柱内。51.依据权利要求38所述的方法，其中所述四个光学混合器连接在一起且所述光反射外壳包括面向内部的反射圆柱，所述四个光学混合器连接在一起的位置位于所述圆柱内。52.依据权利要求38所述的方法，其中所述六个光学混合器连接在一起且所述光反射外壳包括面向内部的反射圆柱，所述六个光学混合器连接在一起的位置位于所述圆柱内。全文摘要在此描述的系统和方法涉及能够产生用于但不限于表面、粒状材料、膜和涂层的处理的辐射束的固态光源。固态紫外线源光学上组合至少两个且优选地多达四个独立可控离散固态光发射器的光输出，以在波长的大范围内(即深UV至接近IR)产生具有可控多波长光谱的光束。这种光源的具体特征允许光的光谱、空间和时间分布的变化以用在固化、表面改性和其他用途中。文档编号F21K7/00GK101238324SQ200680028627公开日2008年8月6日申请日期2006年6月6日优先权日2005年6月7日发明者杰弗里·奥卡米奇,米奥德拉格·切凯西,马克·W.·拉克曼,鲍里斯·盖勒申请人:熔融Uv体系股份有限公司