[发明专利]用于立体平版印刷装置的照明系统

说明书

技术领域

本发明涉及立体平版印刷领域，尤其涉及一种用于立体平版印刷装置的照明系统。

背景技术

立体平版印刷，也称为3D印刷，是一种生产高精度零件的快速原型技术。在简单实现过程中，立体平版印刷可使用一大桶液体的可光固化的感光聚合树脂和用来固化该树脂的计算机控制的紫外激光，一次一层。该构造过程基本上是循环的。对于与待生产的一部分零件相对应的每一层来说，激光束的光斑都在液体树脂表面上描绘各个截面图案。暴露在激光下使所描绘的图案固化或凝固，并使所描绘的图案粘附于下面的层。一旦固化了一个层，则可将正在制作的零件——该零件可停在浸入大桶感光聚合树脂的升降机平台上——下降一个层的厚度，以使所述零件的顶层又正好位于所述树脂的表面的下方，以允许构造下一层。持续这样的步骤序列直至完成该零件。

代替使用激光，可以为立体平版印刷装置配备照明系统，该照明系统包括发光二极管的二维阵列和为感光聚合树脂的选择性照明而提供的透镜。可将该照明系统作为一个整体相对于工件的位置可移动地放置，同时所述发光二极管可固定地相互连接及与所述透镜连接。所述透镜可将发光二极管的发光表面成像在感光聚合树脂的表面上。优选地，每个发光二极管都与其自身的共轭图像光斑相关联，这样，就如许多图像光斑那样，可产生包含一定数量发光二极管的阵列。在生产中，照明系统可相对于装有感光聚合树脂的大桶扫描式地移动，同时，单独的发光二极管可选择性地打开或关闭从而根据待固化层的横截面图案来对树脂的表面进行照明。与激光相比，基于发光二极管发光的照明系统相对便宜。另外，基于发光二极管发光的照明系统在更快的生产速度下，提供了同样高或更高的精度。

以一种经济的式样制造合适的照明系统是富有挑战性的。其中一个挑战在于提供发射足够功率的光学系统。由该系统发射的光功率越高，立体平版印刷的过程就能越快地进行。但是，考虑到发光二极管的广角性质，将发光二极管的光耦合在光学系统内是富有挑战性的。

发明内容

本发明的目的是提供一种能克服或缓解上述一个或多个与现有技术的状况相关的问题的经济的解决方案。

为了达到这个目的，本发明提供一种用于立体平版印刷装置的照明系统。该照明系统包括：平面支撑物，用于支撑单独可控的广角发光二极管(LED)的二维阵列；以及相对于该阵列排布的多透镜投影器阵列，用于将LED的聚焦图像投影到工作区域上，所述多透镜投影器阵列具有小于中心区域聚焦误差的发光边缘区域聚焦误差。

这里，术语“聚焦误差”用于指示由光源上的单点发出的光线形成的图像平面上的光斑的大小。理想状况下图像平面上的光斑应与相应的光源点一样小，因此这是一种“误差”。典型地，图像限定了中心轴和图像周边。在一实施例中，相对于图像周边，图像边缘区域从中心轴延伸大于80％，而相对于图像周边，中心区域从中心轴延伸小于60％。将边缘区域图像光斑大小限定为在工作区域上成像的LED发光区域的边缘区域上的点的光斑大小。相反地，将中心区域图像光斑大小限定为在工作区域上成像的LED发光区域的中心区域内的点的光斑大小。参照图5对术语中心区域和边缘区域进行讨论。

作为“聚焦误差”的同义词，可使用术语“图像光斑大小”，或可替换地，指代在图4中进一步阐明的点扩散函数的平均宽度。

需要注意的是，从不同的意义上说，术语“聚焦误差”有时用于定义聚焦平面和成像平面之间的距离，该距离与光斑大小线性相关。

另一特征在于，设置多透镜投影器阵列用于对比来自传统光学设计中聚焦数值孔径角大的角的光进行投影。这里，聚焦数值孔径角定义为进入能聚焦成像的投影光学系统的最外层光线的最大进入角。更具体地说，所述多透镜投影器阵列设置为对来自LED阵列的从比进入能聚焦成像的投影器阵列的最外层光线的最大进入角大的角发出的光进行投影。这里，相对于光轴或投影器阵列的垂直方向测量进入角。因此，“聚焦数值孔径”值(FNA，Focused Numerical Aperture)定义为n*sin(θf)，其中，θf为系统准确聚焦的最外层光线的角。聚焦的另一定义可以是在距中心光线的图像大约5微米内，优选地为大约2微米内成像的光线。

通常，在光学系统的设计中，将最大进入角选择为不大于聚焦数值孔径。著名的数值孔径的特征是NA＝n sinθ，其中θ定义为进入投影器系统的光的最大进入角(不考虑光的聚焦行为)；n为投影器的折射率。典型的投影器系统的数值孔径的值为0.2。在一特性描述中，根据本发明一方面的投影器系统的数值孔径至少为大约0.3至数值达到0.8或者甚至大于0.8。