DE102015013697A1

DE102015013697A1 - Beleuchtungssystem und Verfahren zum Reduzieren von Rauschen an Lichterfassungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102015013697A1
Application number: DE102015013697.6A
Authority: DE
Inventors: Garth Eliason; Doug Childers; Gary McKenzie
Original assignee: Phoseon Technology Inc
Current assignee: EXCELITAS TECHNOLOGIES CORP., HILLSBORO, US
Priority date: 2014-10-24
Filing date: 2015-10-22
Publication date: 2016-04-28
Also published as: US10091852B2; KR102532618B1; TWI709837B; KR20160048679A; TW201616262A; CN105546494A; US20160119996A1; CN105546494B; JP2016086162A

Abstract

Ein Verfahren kann umfassen: Zuführen von Lichtenergie von einer Licht emittierenden Vorrichtung hauptsächlich entlang einer ersten Achse; Erfassen der Lichtenergie mit einer Lichterfassungsvorrichtung, die entlang einer zweiten Achse ausgerichtet ist, wobei die zweite Achse im Wesentlichen orthogonal zu der ersten Achse ausgerichtet ist; und Anpassen der Lichtenergie als Reaktion auf die erfasste Lichtenergie. Auf diese Weise kann eine Menge retroreflektierten Lichts, das auf der Lichterfassungsvorrichtung auftrifft, reduziert werden, ein Messfehler der Lichterfassungsvorrichtung kann reduziert werden und die Steuerpräzision und Zuverlässigkeit des Beleuchtungssystems zum Härten eines Werkstücks können verbessert werden.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen U.S. Patentanmeldung Nr. 62/068,552 mit dem Titel ”LOW-FEEDBACK LED POWER MONITOR SYSTEM”, eingereicht am 24. Oktober 2014, deren gesamter Inhalt durch Erwähnung für sämtliche Zwecke hiermit mitaufgenommen ist.
GEBIET
Die vorliegende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Steigern der Effizienz und Wirksamkeit eines Beleuchtungssystems, das Licht emittierende Vorrichtungen und eine Lichterfassungsvorrichtung umfasst.
HINTERGRUND/ZUSAMMENFASSUNG
Ein Härten von photosensitiven Flächen erfordert das Überwachen abgestrahlten Lichts, das von Festkörper-Beleuchtungsvorrichtungen wie etwa Leuchtdioden (LEDs) weiter zu den photosensitiven Flächen emittiert wird, um das Arbeiten und die Leistung der Beleuchtungsvorrichtungen zu verifizieren. Üblicherweise umfasst ein Beleuchtungssystem eine Lichterfassungsvorrichtung wie etwa eine Photodiode, die so nah wie möglich an den LEDs positioniert ist, um die maximale Menge an Licht, die von den Festkörper-Beleuchtungsvorrichtungen emittiert wird, zu detektieren. Zum Beispiel kann sich die Photodiode direkt auf einem Array von LEDs befinden, um die emittierte Lichtintensität zu messen.
Die vorliegenden Erfinder haben bei den vorstehenden Beleuchtungssystemen mögliche Probleme erkannt. Die photosensitiven Flächen können nämlich Reflexionseigenschaften aufweisen, die ein Reflektieren einer Lichtmenge zurück zu dem LED-Array und der Photodiode bewirken. Wenn von der photosensitiven Fläche zurück zu dem LED-Array und der Photodiode reflektiertes Licht, das hierin als retroreflektiertes Licht bezeichnet wird, von der Photodiode erfasst wird, führt es zu Fehlern bei der Messung des emittierten Lichts. Weiterhin macht das Anordnen der Photodiode in großer Nähe zu den LEDs, etwa direkt auf dem LED-Array, das Beleuchtungssystem anfälliger für die Detektion retroreflektierten Lichts, wodurch das Arbeiten und die Leistung des Beleuchtungssystems signifikant reduziert werden. Durch retroreflektiertes Licht an der Photodiode hervorgerufene Messfehler können weiterhin Steuerprobleme des Beleuchungssystems hervorrufen, wenn die Steuerung des LED-Arrays auf den Photodiodenmessungen beruht.
Eine Vorgehensweise, die die vorstehend erwähnten Probleme zumindest teilweise angeht, umfasst ein Verfahren, welches umfasst: Zuführen von Licht von einer Licht emittierenden Vorrichtung hauptsächlich entlang einer ersten Achse; Erfassen der Lichtenergie mit einer Lichterfassungsvorrichtung, die entlang einer zweiten Achse ausgerichtet ist, wobei die zweite Achse im Wesentlichen orthogonal zu der ersten Achse ausgerichtet ist; und Anpassen der Lichtenergie als Reaktion auf die erfasste Lichtenergie.
In einem anderen Beispiel kann ein Verfahren umfassen: Zuführen von Lichtenergie von einer Licht emittierenden Vorrichtung entlang einer ersten Achse zum Härten eines härtbaren Werkstücks; Erfassen der Lichtenergie mittels einer Lichterfassungsvorrichtung, die entlang einer zweiten Achse, die im Wesentlichen orthogonal zur ersten Achse ist, ausgerichtet ist; und Anpassen des Härtens des Werkstücks als Reaktion auf die erfasste Lichtenergie.
In einem anderen Beispiel kann ein Beleuchtungssystem umfassen: eine Licht emittierende Vorrichtung, die ausgerichtet ist, um zum Härten eines härtbaren Werkstücks Lichtenergie hauptsächlich entlang einer ersten Achse zu emittieren; eine Lichterfassungsvorrichtung, die zum Messen der von der Licht emittierenden Vorrichtung emittierten Lichtenergie entlang einer zweiten Achse, die im Wesentlichen orthogonal zur ersten Achse ist, ausgerichtet ist; und ein Steuergerät, das nichtflüchtige ausführbare Befehle umfasst, um das Härten des Werkstücks als Reaktion auf die gemessene Lichtenergie anzupassen.
Auf diese Weise kann die technische Wirkung des Reduzierens einer Menge retroreflektierten Lichts an der Lichterfassungsvorrichtung, des Reduzierens eines Messfehlers der Lichterfassungsvorrichtung und des Verbesserns der Steuerung und Gesamtleistung des Beleuchtungssystems erreicht werden.
Es versteht sich, dass die vorstehende Zusammenfassung vorgesehen ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der eingehenden Beschreibung weiter beschrieben werden. Sie dient nicht dazu, ausschlaggebende oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu benennen, dessen Schutzumfang allein durch die Ansprüche festgelegt wird, die auf die eingehende Beschreibung folgen. Der beanspruchte Gegenstand ist ferner nicht auf Umsetzungen beschränkt, die vorstehend oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung genannte Nachteile lösen.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Beleuchtungssystems.
2 zeigt ein schematisches Beispiel eines Beleuchtungssystems, das eine Licht emittierende Vorrichtung und eine Lichterfassungsvorrichtung umfasst.
3 zeigt ein beispielhaftes Schaltbild für einen Transimpedanzverstärker des Beleuchtungssystems von 2.
4 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Betreiben eines in 2 gezeigten Beleuchtungssystems.
5A–5C zeigen eine schematische Darstellung eines Teils eines in 2 gezeigten Beleuchtungssystems.
EINGEHENDE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Beschreibung betrifft ein Verfahren, das eine Licht emittierende Vorrichtung, die ein oder mehrere Leuchtdioden (LEDs) umfasst, und eine Lichterfassungsvorrichtung, wie etwa eine Photodiode, aufweist. 1 ist ein Blockdiagramm eines photoreaktiven Systems 10, das ein Licht emittierendes Subsystem 12, ein Steuergerät 108, eine Stromquelle 102 und ein Kühlsubsystem 18 umfasst. Das photoreaktive System kann auch mindestens eine Licht emittierende Vorrichtung, wie etwa ein LED-Array 20, und mindestens eine Lichterfassungsvorrichtung, die eine oder mehrere Lichterfassungsflächen aufweist, umfassen. 2 zeigt ein Beispiel eines Beleuchtungssystems, das eine Licht emittierende Vorrichtung (z. B. LED-Array 20), die Lichtenergie hauptsächlich in einer Richtung entlang einer ersten Achse emittiert, und eine Lichterfassungsvorrichtung, die entlang einer zweiten Achse, die im Wesentlichen orthogonal zu der ersten Achse ist, angeordnet oder ausgerichtet ist, umfasst. 3 veranschaulicht einen beispielhaften Schaltkreis, der den Photovoltaikstrom überwacht und an einem Steuergerät, das der Licht emittierenden Vorrichtung Strom zuführt, ein variables Vorwärtsvorspannungspotential anlegt. 4 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Implementieren des hierin beschriebenen Licht emittierenden Subsystems 12. 5A–5C zeigen einen Teil des Beleuchtungssystems von 2.
Unter Bezugnahme nun auf 1 und 2 kann das Licht emittierende Subsystem 12 ein oder mehrere Licht emittierende Vorrichtungen 110 umfassen. Die Licht emittierenden Vorrichtungen 110 können zum Beispiel Leuchtdioden(LED)-Elemente sein. Ausgewählte der mehreren Licht emittierenden Vorrichtungen 110 werden implementiert, um eine Strahlungsleistung 24 vorzusehen. Die Strahlungsleistung 24 wird auf ein Werkstück 26 gerichtet. Rückgestrahlte Strahlung 28, wie etwa retroreflektiertes Licht 260, kann von dem Werkstück 26 zurück zu dem Licht emittierenden Subsystem 12 oder zu einer Stelle nahe den Licht emittierenden Vorrichtungen 110 gerichtet werden. Retroreflektiertes Licht 260 kann jedes Licht bezeichnen, das zurück zu der Licht emittierenden Vorrichtung 110 reflektiert wird, und kann Licht, das von dem Werkstück 26, einer reflektierenden Fläche 218, einer Brechungslinse 250 reflektiert wird, Licht von anderen Quellen als der Licht emittierenden Vorrichtung 110 und anderes retroreflektiertes Licht umfassen. Die von einem bestrahlten Werkstück 26 retroreflektierte Lichtmenge kann von den Eigenschaften der bestrahlten Fläche des Werkstücks 26 abhängen. Bei stärker spiegelnden bestrahlten Flächen zum Beispiel wird die Retroreflexion des Lichts zurück zu der Licht emittierenden Vorrichtung 110 größer als bei schwächer spiegelnden Flächen sein; retroreflektiertes Licht von diffuseren Flächen wird tendenziell diffuser, und retroreflektiertes Licht hin zu der Licht emittierenden Vorrichtung 110 kann reduziert werden.
Einzelne Halbleiterelemente oder Licht emittierende Vorrichtungen 110 (z. B. LEDs) des Licht emittierenden Subsystems 12 können von dem Steuergerät 108 gesteuert werden. In einer Ausführungsform umfasst das Steuergerät 108 ein Informationsverarbeitungssystem, das einen flüchtigen Arbeitsspeicher (RAM) 231, ein oder mehrere Verarbeitungsressourcen wie etwa einen Zentralrechner (CPU) 230 oder Hardware- oder Software-Steuerlogik, einen nicht flüchtigen ROM 232 und/oder andere Arten eines nicht flüchtigen Speichers umfasst. Das Steuergerät 108 kann eine erste Gruppe von ein oder mehreren einzelnen LED-Elementen mittels Ausgängen (z. B. Ausgangssignalen) 235, einschließlich einer Stromsteuervorrichtung wie etwa eines Feldeffekttransistors und/oder eines Bipolartransistors, steuern, um Licht einer ersten Intensität, Wellenlänge und dergleichen zu emittieren, während es eine zweite Gruppe von einem oder mehreren einzelnen LED-Elementen steuert, um Licht einer zweiten anderen Intensität, Wellenlänge und dergleichen zu emittieren. Die erste Gruppe aus einem oder mehreren einzelnen LED-Elementen kann innerhalb des gleichen Arrays von Halbleiterelementen liegen oder kann aus mehr als einem Array von Halbleiterelementen kommen.
Die Strahlungsleistung 24 kann mittels einer Koppeloptik 30 auf das Werkstück 26 gerichtet werden. Die Koppeloptik 30 kann bei Verwendung unterschiedlich implementiert werden. Zum Beispiel kann die Koppeloptik ein oder mehrere Schichten, Materialien oder eine andere Struktur, die zwischen die Licht emittierenden Vorrichtungen 110, die Strahlungsleistung 24 vorsehen, und das Werkstück 26 gesetzt werden, umfassen. Zum Beispiel kann die Koppeloptik 30 ein oder mehrere Linsen umfassen, um das Sammeln, Bündeln, Kollimieren oder anderweitig die Qualität oder effektive Größe der Strahlungsleistung 24 zu verbessern. Als anderes Beispiel kann die Koppeloptik 30 ein oder mehrere reflektierende Flächen wie etwa einen Reflektor umfassen, um die Strahlungsleistung 24 zum Teil oder ganz zu reflektieren und/oder zu kollimieren. Zum Beispiel kann eine reflektierende Fläche 218 eines Reflektors 204 zwischen den Licht emittierenden Vorrichtungen 110 und dem Werkstück 26 positioniert werden und kann die Strahlungsleistung 24 zum Teil oder ganz zu dem Werkstück 26 reflektieren und/oder kollimieren. Weiterhin kann eine Brechungslinse 250 an einer Stelle zwischen einer reflektierenden Fläche 218 eines Reflektors 204 und dem Werkstück 26 angeordnet sein. Die Koppeloptik 30 kann ferner ein Mikroreflektor-Array, das zwischen den Licht emittierenden Vorrichtungen 110 und dem Werkstück 26 angeordnet ist, und ein Mikrolinsen-Array, das zwischen dem Mikroreflektor-Array und dem Werkstück 26 angeordnet ist, umfassen. Durch Nutzen eines solchen Mikroreflektor-Arrays und eines solchen Mikrolinsen-Arrays kann jede Licht emittierende Vorrichtung 110, die Strahlungsleistung 24 bereitstellt, auf 1-zu-1-Basis in einem jeweiligen Mikroreflektor angeordnet werden, und jeder Mikroreflektor kann eine entsprechende Mikrolinse umfassen. Jeder Mikroreflektor kann die Strahlungsleistung von jeder der jeweiligen Licht emittierenden Vorrichtungen 110 zum Teil oder ganz reflektieren und/oder kollimieren, und jede Mikrolinse kann weiterhin die Strahlungsleistung von jeder der jeweiligen Licht emittierenden Vorrichtungen 110 zum Teil oder ganz kollimieren.
Es können ein oder mehrere Lichterfassungsvorrichtungen 36 verwendet werden, um Strahlungsleistung 24 von den Licht emittierenden Vorrichtungen 110 zu überwachen, zu erfassen oder zu messen. Wie in 1 gezeigt ist, kann die Lichterfassungsvorrichtung an der Koppeloptik 30 positioniert werden, wie nachstehend näher beschrieben wird.
Jede der Schichten, jedes der Materialien oder jede andere Struktur der Koppeloptik 30 kann einen ausgewählten Brechungsindex haben. Durch richtiges Wählen jedes Brechungsindexes kann die Reflexion an Grenzflächen zwischen Schichten, Materialien und einer anderen Struktur in dem Weg der Strahlungsleistung 24 (und/oder der zurückkehrenden Strahlung 28) selektiv gesteuert werden. Durch Steuern zum Beispiel von Differenzen solcher Brechungsindizes an einer ausgewählten Grenzfläche, die zwischen den Halbleiterelementen angeordnet ist, zu dem Werkstück 26 mittels der Koppeloptik, etwa eines verjüngten Reflektors, kann die Reflexion an dieser Grenzfläche reduziert, beseitigt oder minimiert werden, um die Transmission von Strahlungsleistung 24 an dieser Grenzfläche für maximale Zufuhr zu dem Werkstück 26 zu verbessern.
Die Koppeloptik 30 kann für verschiedene Zwecke genutzt werden. Beispielhafte Zwecke umfassen u. a. allein oder kombiniert das Schützen der Licht emittierenden Vorrichtungen 110, das Zurückhalten von dem Kühlsubsystem 18 zugeordnetem Kühlfluid, das Sammeln, Verdichten und/oder Kollimieren der Strahlungsleistung 24, das Sammeln, Richten oder Abweisen von rückkehrender Strahlung 28 oder für andere Zwecke. Als weiteres Beispiel kann das photoreaktive System 10 die Koppeloptik 30 nutzen, um die wirksame Qualität oder Größe der Strahlungsleistung 24 zu verbessern, insbesondere bei Zufuhr zu der/den Zielfläche(n) in dem Werkstück 26.
Ausgewählte der mehreren Licht emittierenden Vorrichtungen 110 können mittels Koppelelektronik 22 mit dem Steuergerät 108 gekoppelt werden, um dem Steuergerät 108, das CPU 230, ROM 232, RAM 231 und ein oder mehrere Eingänge (z. B. Eingangssignale) 236 und Ausgänge (z. B. Ausgangssignale) 235 enthält, Daten zu liefern. In einem Beispiel kann das Steuergerät 108 Daten von Eingang 236 erhalten, wobei der Eingang 236 Daten umfassen kann, die von einem Transimpedanzverstärker 275 erhalten wurden. In einem Beispiel kann der Transimpedanzverstärker 275 einen aus einer oder mehreren Lichterfassungsvorrichtungen 202 gewonnenen elektrischen Strom in eine Spannung umwandeln. In einem Beispiel kann das Steuergerät 108 so implementiert werden, dass es die Licht emittierenden Vorrichtungen 110 mittels nichtflüchtiger ausführbarer Befehle, die durch einen oder mehrere Ausgänge 235 gesendet werden, steuert. Das Steuergerät 108 kann auch jeweils mit der Stromquelle 102 und dem Kühlsubsystem 18 verbunden sein und kann implementiert sein, um dieses zu steuern. Zudem kann das Steuergerät 108 Daten von der Stromquelle 102 und dem Kühlsubsystem 18 empfangen.
Die von dem Steuergerät 108 empfangenen Daten von einem oder mehreren von Stromquelle 102, Kühlsubsystem 18 und Licht emittierendem Subsystem 12 können von unterschiedlicher Art sein. Zum Beispiel können die Daten für ein oder mehrere Eigenschaften, die gekoppelten Halbleiterelementen, z. B. der Licht emittierenden Vorrichtung 110 und einer Lichterfassungsvorrichtung 202, zugeordnet sind, repräsentativ sein. Als weiteres Beispiel können die Daten für ein oder mehrere Eigenschaften repräsentativ sein, die jeweils dem Kühlsubsystem 18, der Stromquelle 102 oder dem Kühlsubsystem 18 zugeordnet sind, die die Daten liefern. Als noch weiteres Beispiel können die Daten für ein oder mehrere Eigenschaften repräsentativ sein, die dem Werkstück 26 zugeordnet sind (z. B. repräsentativ für die Energie oder spektrale(n) Komponente(n) der Strahlungsleistung, die auf das Werkstück gerichtet wird). Zudem können die Daten repräsentativ für eine Kombination dieser Eigenschaften sein.
Das Steuergerät 108 kann bei Erhalt solcher Daten implementiert sein, um auf diese Daten zu reagieren. Zum Beispiel kann das Steuergerät 108 reagierend auf Daten von einer solchen Komponente implementiert sein, um ein oder mehrere von Stromquelle 102, Kühlsubsystem 18 und Licht emittierendem Subsystem 12 (einschließlich ein oder mehrere solche gekoppelte Halbleiterelemente) zu steuern. Reagierend auf Daten von der Lichterfassungsfläche 255 der Lichterfassungsvorrichtung 202 des Licht emittierenden Subsystems 12, die anzeigen, dass die Lichtenergie der Strahlungsleistung 24 an einem oder mehreren Punkten des Werkstücks 26 ungenügend ist, kann das Steuergerät 108 zum Beispiel implementiert sein, um (a) die Strom- und/oder Spannungsversorgung der Stromquelle zu einer oder mehreren der Licht emittierenden Vorrichtungen 110 mittels eines oder mehrerer der Ausgänge 235 zu steigern, (b) ein Kühlen des Licht emittierenden Subsystems 12 mittels des Kühlsubsystems 18 zu steigern (z. B. da bestimmte Licht emittierende Vorrichtungen bei Kühlung eine größere Strahlungsleistung bereitstellen können), (c) die Zeit zu verlängern, während welcher diesen Vorrichtungen der Strom mittels eines oder mehrerer der Ausgänge 235, etwa Ausgang 235, zugeführt wird, oder (d) eine Kombination des Vorstehenden.
Das Kühlsubsystem 18 ist implementiert, um das Wärmeverhalten des Licht emittierenden Subsystems 12 zu steuern. D. h. das Kühlsubsystem 18 sieht im Allgemeinen ein Kühlen dieses Licht emittierenden Subsystems 12 und im Einzelnen der Licht emittierenden Vorrichtungen 110 vor. Das Kühlsubsystem 18 kann auch implementiert werden, um das Werkstück 26 und/oder den Raum zwischen dem Werkstück 26 und dem photoreaktiven System 10 (z. B. insbesondere das Licht emittierende Subsystem 12) zu kühlen.
Ferner unterstützt das photoreaktive System 10 das Überwachen eines oder mehrerer Anwendungsparameter. Das photoreaktive System 10 kann ein Überwachen der Licht emittierenden Vorrichtungen 110, einschließlich ihrer jeweiligen Eigenschaften und Spezifikationen, mittels Eingängen und/oder Signalen von anderen Halbleiterelementen, zum Beispiel etwa den Lichterfassungsvorrichtungen 36 und 202, vorsehen. Zum Beispiel können die Lichterfassungsvorrichtungen 36 und 202 eine Photodiode umfassen. Zudem kann das photoreaktive System 10 auch ein Überwachen von ausgewählten anderen Komponenten des photoreaktiven Systems 10 vorsehen, einschließlich ihrer jeweiligen Eigenschaften und Spezifikationen, und kann diese überwachten Daten mittels eines oder mehrerer Eingänge 236 zu dem Steuergerät 108 übermitteln.
Das Vorsehen einer solchen Überwachung kann eine zuverlässige Beurteilung des Arbeitens und der Leistung des photoreaktiven Systems 10 unterstützen. Zum Beispiel kann das photoreaktive System 10 bezüglich eines oder mehrerer der Parameter der Anwendung (z. B. kann die Strahlungsleistung 24 zu hoch oder zu niedrig sein), den diesen Parametern zugeordneten Komponenteneigenschaften (z. B. Eingangsspannung und/oder -strom, die den Licht emittierenden Vorrichtungen 110 geliefert werden) und/oder jeweiligen Arbeitsspezifikationen einer Komponente in unerwünschter Weise arbeiten. Das Arbeiten des photoreaktiven Systems 10 kann auf ein solches Überwachen ansprechen und kann gemäß den von dem Steuergerät 108 von einer oder mehreren der Komponenten des photoreaktiven Systems 10 erhaltenen Daten ausgeführt werden.
Auf diese Weise unterstützt das Überwachen auch eine zuverlässige Steuerung des photoreaktiven Systems 10. Mittels des Steuergeräts 108, das auf Daten anspricht, die von ein oder mehreren Systemkomponenten empfangen werden, können Steuerungsstrategien und Steuerungsmaßnahmen implementiert werden. Die ansprechenden Steuerungsmaßnahmen können direkt (z. B. durch manipulierende Signale, die den Ausgang der Komponente beruhend auf Daten, die den Betrieb dieser Komponente anzeigen, direkt steuern) oder indirekt (z. B. durch Steuern des Betriebs einer Komponente durch Steuersignale, die dazu dienen, den Betrieb anderer Komponenten anzupassen) implementiert werden. Zum Beispiel kann die Strahlungsleistung 24 der Licht emittierenden Vorrichtung indirekt durch Steuersignale, die zu der Stromquelle 102 gesendet werden, die den an dem Licht emittierenden Subsystem 12 angelegten Strom anpasst, und/oder durch Steuersignale, die zu dem Kühlsubsystem 18 gesendet werden, die die an dem Licht emittierenden Subsystem 12 angelegte Kühlung anpassen, angepasst werden. Die vorstehend erwähnten Anpassungen der Strahlungsleistung 24 können auf einem oder mehreren Signalen von einer Lichterfassungsvorrichtung 202, wie etwa einer Photodiode, beruhen.
Das photoreaktive System 10 kann für verschiedene Anwendungen genutzt werden, einschließlich aber nicht ausschließlich Härtungsanwendungen, die von Tintendruck bis zur Herstellung von DVDs und Lithographie reichen. Zum Verwirklichen der einer bestimmten Anwendung zugeordneten Photoreaktion kann eine Strahlungsleistung 24 über einem Bereich oder einer Fläche an oder nahe dem Werkstück 26 bei einer vorbestimmten Intensität oder Wellenlänge und über eine vorbestimmte Zeit geliefert werden. Zum Beispiel kann die Strahlungsleistung 24 UV-Licht zum Härten von UV-härtbaren Beschichtungen und Druckfarben umfassen, wobei das UV-Licht weiter auf eine Fläche des Werkstücks 26 gerichtet werden kann, wo das Härten (z. B. Photoreaktion) der Beschichtungen und/oder Druckfarben auftritt.
In manchen Anwendungen kann dem Werkstück 26 eine Strahlungsleistung durch das Licht emittierende Subsystem 12 geliefert werden, das ein Array von Licht emittierenden Vorrichtungen 110 umfasst. Zum Beispiel kann die Licht emittierende Vorrichtung 110 ein oder mehrere Leuchtdioden(LED)-Arrays sein. Auch wenn LED-Arrays verwendet werden können und hierin näher beschrieben werden, versteht sich, dass die Licht emittierende Vorrichtung 110 und ein Array/Arrays derselben unter Verwenden anderer Licht emittierender Technologien implementiert werden können, ohne von den Grundsätzen der Beschreibung abzuweichen. Beispiele von anderen Licht emittierenden Technologien umfassen ohne Einschränkung organische LEDs, Laserdioden, andere Halbleiterlaser. Weiterhin kann die Intensität der Strahlungsleistung 24 durch Ändern der Intensität des LED-Arrays, Ändern der Anzahl von LEDs in dem Array und durch Verwenden von Koppeloptiken wie etwa Mikrolinsen, etwa einer Brechungslinse 250, und/oder Reflektoren wie etwa Reflektor 204 angepasst werden, um zum Beispiel die von dem LED-Array emittierte Strahlungsleistung zu kollimieren und/oder zu bündeln.
Wie in 1 gezeigt kann die Licht emittierende Vorrichtung 110 des LED-Arrays 20 so implementiert werden, dass das LED-Array 20 zum Bereitstellen der Strahlungsleistung 24 ausgelegt ist. In einer Ausführungsform sind ein oder mehrere Halbleiterelemente, wie etwa Lichterfassungsvorrichtungen 37, die Photodioden umfassen, zum Überwachen einer oder mehrerer der Eigenschaften des Arrays vorgesehen. Diese Lichterfassungsvorrichtungen können aus den Elementen in dem Array 20 gewählt werden und können den gleichen Aufbau wie andere Licht emittierende Vorrichtungen 110 aufweisen. Wie in 1 und 2 gezeigt ist, können in anderen Ausführungsformen die Lichterfassungsvorrichtungen 36 und 202 an der Koppeloptik 30 angeordnet sein. Zum Beispiel kann die Lichterfassungsvorrichtung 202 in ein Reflektorgehäuse 213 eines Reflektors 204 integriert werden, wobei die Lichterfassungsvorrichtung 202 entlang einer zweiten Achse, die im Wesentlichen orthogonal zu einer ersten Achse ist, entlang welcher die Strahlungsleistung 24 hauptsächlich von dem Array 20 Licht emittierender Elemente emittiert wird, angeordnet oder ausgerichtet werden kann. Die erste Achse kann einer optischen Achse des Licht emittierenden Subsystems 12 entsprechen. Der Reflektor 204 kann so ausgelegt sein, dass er sich zumindest teilweise um das Array 20 erstreckt, so dass die Strahlungsleistung 24 zumindest teilweise kollimiert und hin zum Werkstück 26 reflektiert wird. Auf diese Weise kann die Lichterfassungsvorrichtung 202 eine Strahlungsleistung der Licht emittierenden Vorrichtungen 110 messen. Ein hauptsächliches Emittieren von Strahlungsleistung 24 entlang der ersten Achse kann das Ausrichten der Licht emittierenden Elemente in solcher Art umfassen, dass die Strahlungsleistung 24 symmetrisch um die erste Achse emittiert wird. Ein hauptsächliches Emittieren von Strahlungsleistung 24 entlang der ersten Achse kann weiterhin das Emittieren von Strahlungsleistung mit der höchsten Intensität in der Richtung entlang der ersten Achse umfassen.
Analog zu den Lichterfassungsvorrichtungen 37 können die Lichterfassungsvorrichtungen 36 und 202, die an der Koppeloptik 30 positioniert sind, ebenfalls Daten mittels der Koppelelektronik empfangen und zu dem Steuergerät 108 übermitteln. Zum Beispiel können die Lichterfassungsvorrichtungen 202 mittels der Koppelelektronik 22 ein Sperrstromsignal (z. B. Photovoltaiksignal) bereitstellen, wogegen die Licht emittierenden Vorrichtungen 110 mittels der Koppelelektronik 22 zu dem Steuergerät 108 ein Durchlassstromsignal liefern können. Weiterhin kann das Steuergerät 108 durch Vergleichen der vorstehenden Sperr- und Durchlassstromsignale eine Differenz zwischen Strahlungsleistungsemissionssignalen von Licht emittierenden Vorrichtungen 110 und den überwachten Strahlungsleistungssignalen von den Lichterfassungsvorrichtungen 202 ermitteln.
Unter Bezugnahme nun auf 2 zeigt diese ein Beispiel eines Beleuchtungssystems 200, das ein System 100 von Licht emittierenden Vorrichtungen mit ein oder mehreren Licht emittierenden Vorrichtungen 110, Koppeloptik mit einem Reflektor 204 und einer Brechungslinse 250, eine Lichterfassungsvorrichtung 202 mit mindestens einer Lichterfassungsfläche 225 und das Steuergerät 108 umfasst. Zum Beispiel kann das Steuergerät 108 nichtflüchtige Befehle, die sich im ROM 232 befinden, umfassen, um ein Härten des Werkstücks 26 als Reaktion auf Daten, die von der Lichterfassungsvorrichtung 202 übermittelt werden, anzupassen. Wie nachstehend näher beschrieben wird, können die von der Lichterfassungsvorrichtung 202 übermittelten Daten Spannungspotentialdaten beruhend auf einer an der Lichterfassungsfläche 255 erfassten Lichtenergie umfassen und können durch einen Transimpedanzverstärker 275 verarbeitet werden, bevor sie zu dem Steuergerät 108 (z. B. mittels Eingängen 236) gesendet werden.
Wie vorstehend beschrieben können in einem Beispiel Licht emittierende Vorrichtungen 110 Leuchtdioden (LEDs) umfassen. Jede Licht emittierende Vorrichtung 110 (z. B. LED) umfasst eine Anode und eine Kathode, wobei die LEDs als einzelnes Array auf einem Substrat, mehrfache Arrays auf einem Substrat, mehrere Arrays (einzelne oder mehrfache Arrays) auf mehreren miteinander verbundenen Substraten etc. ausgelegt sein können. In einem Beispiel kann das LED-Array dem LED-Array 20 ähneln. In einem anderen Beispiel kann das LED-Array 20 von Licht emittierenden Vorrichtungen 110 eine Silicon Light Matrix^TM (SLM), hergestellt von Phoseon Technology, Inc., umfassen. Zudem kann das LED-Array 20 ausgelegt sein, um eine Strahlungsleistung 24 in einer Richtung hauptsächlich entlang oder parallel zu einer ersten Achse 220 zu emittieren. Wie in dem beispielhaften Beleuchtungssystem 200 von 2 gezeigt ist, kann die erste Achse 220 orthogonal zu einer ebenen Fläche des Werkstücks 26 sein, was ein Verstärken der Intensität des weiter zu dem Werkstück 26 geleiteten Lichts unterstützen kann und die Menge an Streulicht, das nicht weiter zu dem Werkstück geleitet wird, reduzieren kann. In anderen Beispielen kann das Werkstück 26 so positioniert werden, dass die erste Achse 220 mit der Fläche des Werkstücks 26 einen spitzen Winkel bilden kann oder die Strahlungsleistung 24 eine nicht ebene Fläche des Werkstücks bestrahlen kann, was ein Reduzieren der Menge des auf der Licht emittierenden Vorrichtung auftreffenden retroreflektierten Lichts unterstützen kann.
Es kann eine Koppeloptik wie etwa ein Reflektor 204 (im Querschnitt gezeigt) zum Bündeln, Kollimieren, Verstärken, Leiten und/oder Umleiten einer von dem LED-Array 20 von Licht emittierenden Vorrichtungen 110 erzeugten Strahlungsleistung 24 zu dem Werkstück 26 vorgesehen werden. In einem Beispiel erstreckt sich der Reflektor 204 teilweise oder vollständig um die Licht emittierenden Vorrichtungen 110. Der Reflektor 204 kann ein elliptisch-zylindrischer Reflektor, ein parabolischer Reflektor, ein doppel-elliptisch-zylindrischer Reflektor, ein verjüngter Reflektor und dergleichen sein. Weiterhin kann der Reflektor 204 eines von Totalreflexions(TIR)-Reflektor, Metallreflektor, dielektrischer Reflektor, facettierter Reflektor oder eine Kombination derselben sein. Der Reflektor 204 kann auch die einzigartige Fähigkeit aufweisen, eine Strahlungsleistung von mehreren Wellenlängen, die von mehreren Licht emittierenden Vorrichtungen emittiert werden können, zu einem homogen gemischten Lichtstrahl zu kombinieren.
Der Reflektor 204 kann ein Reflektorgehäuse 213 und eine reflektierende Fläche 218 des Reflektors umfassen. Das Reflektorgehäuse 213 kann beim Lagern und Beibehalten der Form und Intaktheit der reflektierenden Fläche 218 mitwirken und kann auch Nute 215 (oder andere Mittel wie etwa Vertiefungen, Träger, Lippen und dergleichen) zum Befestigen anderer Koppeloptiken wie etwa einer Brechungslinse 250 an dem Reflektorgehäuse 213 vorsehen. Weiterhin kann das Reflektorgehäuse 213 eine Öffnung 206 oder andere Mittel zum Befestigen einer Lichterfassungsvorrichtung 202 an dem Reflektorgehäuse 213 umfassen. Wie in 2 gezeigt ist, kann die Öffnung 206 entlang einer zweiten Achse 222, die im Wesentlichen orthogonal zu der ersten Achse 220 ist, ausgerichtet werden. Zum Beispiel kann die zweite Achse 222, die im Wesentlichen orthogonal zu der ersten Achse 220 ist, umfassen, dass die zweite Achse 222 innerhalb eines Schwellenwinkels orthogonal zu der ersten Achse 220 ist. In einem Beispiel kann eine orthogonale Positionierung zu der ersten Achse 220 innerhalb des Schwellenwinkels 10 Grad von einer orthogonalen Positionierung zur ersten Achse 220 umfassen. In manchen Beispielen kann die zweite Achse weiterhin parallel zu einer Fläche des Werkstücks 26, die von der Strahlungsleistung von den Licht emittierenden Vorrichtungen 110 bestrahlt wird, sein.
Das Positionieren der Lichterfassungsvorrichtung 202, wobei die Lichterfassungsvorrichtung 202 und die Lichterfassungsfläche 255 hin zur Licht emittierenden Vorrichtung 110 abgewinkelt sind, kann die Lichterfassungsvorrichtung abschirmen (oder teilweise abschirmen) und eine Menge auffallenden retroreflektierten Lichts 260 an der Lichterfassungsfläche 255 und der Lichterfassungsvorrichtung 202 relativ zu einer weg von der Licht emittierenden Vorrichtung 110 abgewinkelten Lichterfassungsvorrichtung 202 und Lichterfassungsfläche 255 reduzieren. Wenn die Lichterfassungsvorrichtung 202 und die Lichterfassungsfläche 255 von der Licht emittierenden Vorrichtung 110 weg abgewinkelt sind, kann die Menge retroreflektierten Lichts 260, die auf der Lichterfassungsfläche 255 und der Lichterfassungsvorrichtung 202 auftrifft, vergrößert werden. Wie zum Beispiel in 5B gezeigt ist, kann die Lichterfassungsvorrichtung 202 durch Konstruieren einer Öffnung 538 und Positionieren der Lichterfassungsvorrichtung 202 entlang der zweiten Achse 518 bei einem Winkel 528 zu der ersten Achse 220 hin zu der Licht emittierenden Vorrichtung 110 (Quelle einer Strahlungsleistung 502) abgewinkelt werden. Der Winkel 528 kann zwischen 80 und 90 Grad liegen, so dass die zweite Achse 518 im Wesentlichen orthogonal zu der ersten Achse 220 ist. Wie als weiteres Beispiel in 5C gezeigt ist, kann die Lichterfassungsvorrichtung 202 durch Konstruieren einer Öffnung 542 und Positionieren der Lichterfassungsvorrichtung 202 entlang der zweiten Achse 532 bei einem Winkel 532 zu der ersten Achse 220 weg von der Licht emittierenden Vorrichtung 110 abgewinkelt sein. Der Winkel 532 kann zwischen 90 und 110 Grad liegen, so dass die zweite Achse 532 im Wesentlichen orthogonal zu der ersten Achse 220 ist. Auf diese Weise kann die Menge retroreflektierten Lichts, die an der Lichterfassungsfläche 255 und der Lichterfassungsvorrichtung 202 von 5B auftrifft, relativ zu der Lichterfassungsfläche 255 und der Lichterfassungsvorrichtung 202 von 5C reduziert werden.
In einem Beispiel kann die Öffnung 206 durch Bohren durch die Wände des Reflektorgehäuses 213 entlang einer Richtung parallel zu der zweiten Achse 222 hergestellt werden. Die Maße der Öffnung 206 können gerade groß genug sein, um das Einführen einer Lichterfassungsvorrichtung 202 wie etwa einer Photodiode zuzulassen. Wie in 2 gezeigt ist, kann die Öffnung 206 bezüglich einer Strecke entlang der ersten Achse 220 zwischen den Licht emittierenden Vorrichtungen 110 und dem Werkstück 26 in dem mittleren Abschnitt des Reflektorgehäuses 213 positioniert werden. Durch Positionieren der Öffnung 206 in dem mittleren Abschnitt des Reflektorgehäuses 213 kann eine Menge retroreflektierten Lichts 260 von dem Werkstück 26, die die Lichterfassungsvorrichtung 202 erreicht, reduziert werden (z. B. verglichen mit dem Fall, da sich die Öffnung 206 näher an der Licht emittierenden Vorrichtung 110 oder näher an dem Werkstück 26 befindet), da an dieser Position das retroreflektierte Licht 260 überwiegender in einer Richtung entlang der ersten Achse 220 gelenkt wird. Die Richtung und Verteilung des retroreflektierten Lichts kann durch die Richtung der Strahlungsleistung 24 von der Licht emittierenden Vorrichtung 110 und die Eigenschaften des Reflektors 204 und der Brechungsoptik 250 beeinflusst werden. Die bestrahlte Fläche des Werkstücks 26 kann weiterhin das retroreflektierte Licht so beeinflussen, dass es verglichen mit der auftreffenden Strahlungsleistung 24 mehr oder weniger diffus, mehr oder weniger spiegelnd oder eine Kombination davon ist.
In anderen Beispielen kann die Lichterfassungsvorrichtung 202 außerhalb des Reflektors 204 montiert werden. Zum Beispiel kann die Lichterfassungsvorrichtung 202 zwischen der Licht emittierenden Vorrichtung 110 und dem Reflektor 204 (oder einer anderen Koppeloptik 30) entlang der zweiten Achse 222 montiert werden, wenn die Licht emittierende Vorrichtung 110 von dem Reflektor 204 (oder einer anderen Koppeloptik 30) beabstandet ist. In einem anderen Beispiel kann die Lichterfassungsvorrichtung 202 zwischen dem Reflektor 204 und dem Werkstück 26 montiert werden, wenn der Abstand zwischen dem Reflektor 204 und dem Werkstück 26 größer ist (z. B. in dem Fall einer größeren Distanz), so dass das Positionieren der Lichterfassungsvorrichtung 202 nicht die Strahlungsleistung 24 von der Licht emittierenden Vorrichtung 110 stört oder beeinträchtigt. Der nutzbare Durchmesser der Öffnung 206 kann davon abhängig sein, dass er gerade die Maße der Lichterfassungsvorrichtung 202 aufnehmen kann. Eine Öffnung 206 mit einem kleineren nutzbaren Durchmesser relativ zum Flächeninhalt des Reflektors 204 kann den Verlustbetrag der Lichtstrahlung, die an der Öffnung 206 auftrifft (die nicht an der Lichterfassungsvorrichtung 202 auftrifft), reduzieren. In dem Fall einer Öffnung 206 mit einem nichtkreisförmigen Querschnitt kann ein nutzbarer Durchmeser den Durchmesser des kreisförmigen Querschnitts mit der gleichen Querschnittfläche wie die nichtkreisförmige Öffnung 206 bezeichnen.
Wie vorstehend beschrieben kann die reflektierende Fläche 218 des Reflektors 204 eine elliptisch-zylindrische Fläche, eine parabolische Fläche eine doppel-elliptisch-zylindrische Fläche, eine zulaufende Fläche und dergleichen sein. Weiterhin kann die reflektierende Fläche 218 des Reflektors 204 eine Gesamtreflexions(TIR)-Fläche, eine Metallfläche, eine dielektrische Fläche, eine facettierte Fläche oder eine Kombination derselben umfassen. Die reflektierende Fläche 218 kann auch die Fähigkeit aufweisen, eine Strahlungsleistung von mehreren Wellenlängen, die von mehreren Licht emittierenden Vorrichtungen emittiert werden kann, zu einem homogen gemischten Lichtstrahl zu kombinieren. Die reflektierende Fläche 218 kann auftreffende Strahlungsleistung von Licht emittierenden Vorrichtungen 110 entlang der ersten Achse 220 hin zu dem Werkstück 26 reflektieren und/oder kollimieren. Das Kollimieren von auftreffender Strahlungsleistung kann das teilweise Kollimieren von auftreffender Strahlungsleistung entlang der ersten Achse 220 umfassen. Weiterhin kann das Kollimieren von Strahlungsleistung entlang der ersten Achse 220 hin zu dem Werkstück 26 ein Reduzieren von retroreflektiertem Licht 260 von dem Werkstück 26 an einer Lichterfassungsvorrichtung 202 unterstützen, da das retroreflektierte Licht 260 vermehrt in einer Richtung parallel zu der ersten Achse 220 und vermindert in einer Richtung auftreffend hin zu der Lichterfassungsvorrichtung 202 ausgerichtet wird.
Die Koppeloptik des Beleuchtungssystems 200 kann ferner eine Brechungslinse 250 (in 2 im Querschnitt gezeigt) umfassen. Die Brechungslinse 250 kann an einer Stelle zwischen dem Reflektor 204 und dem Werkstück 26 angeordnet werden. Wie in dem Beispiel von 2 gezeigt ist, kann die Brechungslinse 250 an einem distalen Ende des Reflektorgehäuses 213 zu Licht emittierenden Vorrichtungen 110 montiert werden. Die Brechungslinse 250 kann dazu dienen, das Licht von der Licht emittierenden Vorrichtung 110 und dem Reflektor 204 zu kollimieren oder teilweise zu kollimieren, und kann verschiedene Arten von Linse umfassen, einschließlich eine ringförmige (einschließlich zylindrische) Linse, eine sphärische Linse, asphärische Linse, Fresnellinse, eine Gradientenindex(GRIN)-Linse und dergleichen. Weiterhin kann die Brechungslinse 250 als ein oder mehrere Arrays von Linsenelementen angeordnet werden. Die Brechungslinse 250 kann ein Kollimieren zumindest eines Teils der Strahlungsleistung von den Licht emittierenden Vorrichtungen 110 ermöglichen, so dass die Strahlungsleistung hauptsächlich in einer Richtung parallel zu der ersten Achse 220 ausgerichtet wird. Auf diese Weise können sowohl die Strahlungsleistungsintensität, die an dem Werkstück 26 auftrifft, als auch das resultierende Härten des Werkstücks 26 eine verstärkte Gleichmäßigkeit aufweisen. Die Brechungslinse 250 kann weiterhin auch retroreflektiertes Licht 260 von dem Werkstück 26 vorteilhaft kollimieren, wodurch das retroreflektierte Licht 260 hauptsächlich in einer Richtung parallel zu der ersten Achse 220 zurück zu den Licht emittierenden Vorrichtungen 110 ausgerichtet wird. Auf diese Weise kann eine Menge retroreflektierten Lichts 260, die an einer Lichterfassungsfläche 255 der Lichterfassungsvorrichtung 202 auftrifft, weiter reduziert werden.
Wie in 2 gezeigt ist, kann die Lichterfassungsvorrichtung 202 innerhalb der Öffnung 206 des Reflektorgehäuses 213 positioniert und entlang einer zweiten Achse, die im Wesentlichen orthogonal zur ersten Achse ist, angeordnet oder ausgerichtet werden. Die erste Achse kann einer optischen Achse des Beleuchtungssystems 200 entsprechen. Zum Beispiel können ein oder mehrere von Brechungslinse 250, Reflektor 204 und Licht emittierenden Vorrichtungen 110 Rotationssymmetrie um die erste Achse 220 aufweisen. Wie vorstehend beschrieben kann die Positionierung der zweiten Achse im Wesentlichen orthogonal zur ersten Achse umfassen, dass die zweite Achse innerhalb von 10 Grad orthogonal zu der ersten Achse ist. Die Lichterfassungsfläche 255 der Lichterfassungsvorrichtung 202 kann bündig mit der reflektierenden Fläche 218 des Reflektors 204 positioniert werden, oder die Lichterfassungsfläche kann so positioniert werden, dass sie in der Öffnung 206 von der reflektierenden Fläche 218 leicht vertieft ist. Wenn die Lichterfassungsfläche 255 bündig mit der reflektierenden Fläche 218 positioniert ist, kann ein Erfassen von Strahlungsleistung, die von Licht emittierenden Vorrichtungen 110 emittiert wird, an der Lichterfassungsfläche 255 höher sein, aber eine Intensität von retroreflektiertem Licht 260 von dem Werkstück 26 kann an der Lichterfassungsfläche 255 ebenfalls höher sein; wenn die Lichterfassungsfläche 255 vertieft zu der reflektierenden Fläche 218 positioniert ist, kann ein Erfassen von Strahlungsleistung, die von Licht emittierenden Vorrichtungen 110 emittiert wird, an der Lichterfassungsfläche 255 geringer sein, aber eine Intensität von retroreflektiertem Licht 260 von dem Werkstück 26 kann an der Lichterfassungsfläche 255 ebenfalls geringer sein. Wenn weiterhin die Lichterfassungsfläche 255 zu der reflektierenden Fläche 218 vertieft positioniert ist, kann ein optischer Verlust oder eine Beeinträchtigung der Strahlungsleistung 24 reduziert sein. Zum Beispiel kann die Lichterfassungsfläche 255 ein optisch transparentes Fenster oder eine Lichtwellenleiterverbindung umfassen, das/die hin ins Innere des Reflektors 204 weist und auftreffendes Licht an der Lichterfassungsfläche 255 zu einem photosensitiven Abschnitt der Lichterfassungsvorrichtung 202 sendet.
Wie in 5A–5C gezeigt ist, kann Menge der Strahlungsleistung 24 (z. B. direkte Lichteinstrahlung) von der Licht emittierenden Vorrichtung 110, die an der Lichterfassungsvorrichtung 202 auftrifft, durch Aufnehmen einer hoch reflektierenden Fläche 510 an der Oberfläche der Öffnung 206, 538 oder 542 distal zu der Licht emittierenden Vorrichtung 110 gesteigert werden. Somit kann eine Strahlungsleistung 24 von der Licht emittierenden Vorrichtung 110, die an der hoch reflektierenden Fläche 510 auftrifft, weiter zu der Lichterfassungsvorrichtung 202 reflektiert werden. Eine Menge retroreflektierten Lichts 260 kann weiterhin durch Aufnehmen einer Licht absorbierenden Fläche 512 an der Fläche der Öffnung 206, 538 oder 542 proximal zu der Licht emittierenden Vorrichtung 110 reduziert werden. Somit kann eine Menge retroreflektierten Lichts 260, die an der Licht absorbierenden Fläche 512 auftrifft, absorbiert und nicht weiter zu der Lichterfassungsvorrichtung 202 reflektiert werden. Die Licht absorbierende Fläche 512 kann auch eine Prallfläche umfassen. In diesem Fall kann eine Menge retroreflektierten Lichts 260, die an der Licht absorbierenden Fläche 512 auftrifft, von den Prallblechen gestreut und/oder absorbiert und nicht weiter zu der Lichterfassungsvorrichtung 202 reflektiert werden.
Die Lichterfassungsvorrichtung 202 kann ein oder mehrere Lichterfassungsvorrichtungen 202 oder ein oder mehrere Arrays von Lichterfassungsvorrichtungen 202 umfassen, wobei die Lichterfassungsvorrichtungen 202 an einer Stelle in dem Reflektor 204 parallel zu der zweiten Achse 222 oder im Wesentlichen orthogonal (z. B. innerhalb von 10 Grad orthogonal) zu der ersten Achse 220 angeordnet sind. Das Reflektorgehäuse 213 kann weiterhin mehrere Öffnungen 206 umfassen, wobei jede Öffnung das Positionieren einer oder mehrerer Lichterfassungsvorrichtungen 202 zulässt, die im Wesentlichen orthogonal zur ersten Achse 220 ausgerichtet sind.
Die Lichterfassungsvorrichtung 202 kann unterschiedlich ausgelegt sein, um Strahlungsleistung zu detektieren, einschließlich mit einer Vorspannung in Sperrrichtung oder einem Transimpedanzverstärker 275 und/oder einem Komparator elektrisch verbunden. In einem anderen Beispiel kann die Lichterfassungsvorrichtung 202 unterschiedlich implementiert werden, um Strahlungsleistung 24 zu detektieren (z. B. von Licht emittierenden Vorrichtungen 110), einschließlich durch eine Verzerrungspotential-Abtastschaltung. Der Transimpedanzverstärker 275 kann ein (typischerweise niedriges) Stromsignal von der Lichterfassungsvorrichtung 202 in ein verstärktes Spannungsausgangssignal umwandeln, um die Zuverlässigkeit und Robustheit des digitalen oder analogen Steuerkreises zu verbessern. Der Gain des Verstärkers kann durch Wahl eines Rückkopplungswiderstands 30 ermittelt werden, der ebenfalls beruhend auf dem Eingangsstrom von dem Photodetektor 202 die maximale Verstärkerausgangsspannung ermitteln kann. Zum Beispiel kann der Rückkopplungswiderstand 330 gewählt werden, um einen maximalen Spannungspegel von 4 Volt zu erreichen (z. B. ist das Verstärkerausgangssignal 4 Volt, wenn ein maximales auftreffendes Licht an der Lichterfassungsvorrichtung 202 empfangen wird).
Die ein oder mehreren Lichterfassungsvorrichtungen 202 können eine von der Licht emittierenden Vorrichtung 110 erzeugte Strahlungsleistung 24 detektieren, einschließlich Überwachen von Fernfeldbeleuchtung, etwa der der Fläche des Werkstücks 26 gelieferten Strahlungsleistung und dergleichen. Somit kann die Strahlungsleistung 24 bei einer Wellenlänge innerhalb des Spektralbands emittierte Strahlung, die von der Lichterfassungsvorrichtung 202 detektierbar ist, umfassen. Die an der Lichterfassungsvorrichtung 202 detektierte Strahlungsleistung 24 kann in einer Lichterfassungsvorrichtung 202 mit einer Sperrvorspannung in einen elektrischen Strom umgewandelt werden, um die Strahlungsleistung zu überwachen. Somit können ein oder mehrere Lichterfassungsvorrichtungen 202 von dem Steuergerät 108 (z. B. einer CUP 230, Mikrocontroller oder einer anderen substitutiven Vorrichtung) regelmäßig abgefragt werden. Alternativ oder zusätzlich können die Daten direkt oder indirekt (z. B. mittels Koppelelektronik 22) unter Verwenden eines geeigneten Protokolls oder Mechanismus und bei einem oder mehreren Zeitpunkten entsprechend der Steuerung der Anwendung von dem Steuergerät 108 erhalten oder diesem geliefert werden. Das Steuergerät 108 kann die Daten (entweder wie detektiert oder nach Aufbereiten oder anderer vorstehend beschriebener Verarbeitung) in einem Datenarchivierungssystem, das sich in dem ROM 232 befindet, behalten, um detektierte Eigenschaften (z. B. Strahlungsleistung 24 und dergleichen, wie vorstehend beschrieben) über Zeit zu überwachen. Auf diese Weise kann die Intaktheit der Licht emittierenden Vorrichtungen 110 mit höherer Präzision ständig überwacht werden, was dazu beitragen kann, die erwartete Lebensdauer des LED-Arrays 20 zu ermitteln und eine unerwartete Ausfallzeit des Beleuchtungssystems 200 zu reduzieren. Weiterhin kann die Fähigkeit, die Intaktheit der Licht emittierenden Vorrichtungen 110 zuverlässiger und präziser zu überwachen, eine reduzierte Redundanz bei der Konstruktion des Beleuchtungssystems ermöglichen. Zum Beispiel können weniger Lichterfassungsvorrichtungen 202 eingebaut werden, während die gleiche Ausfallzeit beibehalten wird, wodurch Herstellungskosten und -zeit reduziert werden.
Die Licht emittierenden Vorrichtungen 110 können mit der Stromquelle 102 mittels einer Koppelelektronik 22 verbunden werden, welche eine Schaltung umfasst, die den Photovoltaikstrom überwacht und ein variables Vorwärtsvorspannungspotential an der Licht emittierenden Vorrichtung 110 anlegt, während sie den Strom, der aus in elektrische Signale umgewandelter Lichtenergie gewonnen wird, durch eine oder mehrere Photoerfassungsflächen von einer oder mehreren Photoerfassungsvorrichtungen 202 erfasst. Der Photovoltaikstrom und das Vorwärtsvorspannungspotential können auf einen externen Standard für die Strahlungsleistung kalibriert werden. Die Licht emittierenden Vorrichtungen 110 können mit einer Schaltung verbunden werden, die deren separates Ansprechen durch ein separates Modul oder durch eine in die Stromversorgung integrierte Schaltung erlaubt. Zudem kann die Lichterfassungsvorrichtung 202 mit einer anderen Schaltung elektrisch verbunden werden, die eine elektrische Sperrvorspannung an diesen anlegt.
In manchen Beispielen kann ein Teil der Strahlungsleistung 24 aufgrund mindestens einer reflektierenden Eigenschaft des Werkstücks 26 zurück zu dem die Licht emittierenden Vorrichtungen 110 aufweisenden LED-Array 20 reflektiert werden. Dieses reflektierte Licht, das als retroreflektiertes Licht 260 bezeichnet wird, kann wie in 2 als gestrichelte Pfeillinien gezeigt ist, einem allgemeinen Weg folgen. Aus einem Teil der Strahlungsleistung 24, der von dem Reflektor 204 und von anderen externen Lichtquellen zurück zu den Licht emittierenden Vorrichtungen 110 reflektiert wird, kann sich zusätzliches retroreflektiertes Licht ergeben. Wie vorstehend erläutert reduziert ein Positionieren der Lichterfassungsvorrichtung 202 an einer Öffnung 206 des Reflektorgehäuses 213, die mit der zweiten Achse 222 ausgerichtet ist, die im Wesentlichen orthogonal zu der Richtung von Lichtenergie ist, die von den Licht emittierenden Vorrichtungen 110 in der ersten Achse 220 ausgegeben wird, die Menge retroreflektierten Lichts, die auf die Lichterfassungsfläche 255 auftrifft. Auf diese Weise kann eine präzisere Ermittlung der Strahlungsleistung 24 durch die Lichterfassungsvorrichtung 202 gemessen werden. Weiterhin können die von der Lichterfassungsfläche 255 gewonnenen Daten von dem Steuergerät 108 genutzt werden, um die Stromzufuhr zu einer oder mehreren Licht emittierenden Vorrichtungen 110 anzupassen, wodurch eine präzisere Steuerung des Beleuchtungssystems 200 und eine verbesserte Leistung beim Härten des Werkstücks 26 ermöglicht werden. In einem Beispiel kann ein Härten des Werkstücks 26 mittels Anpassen einer Intensität von Licht, das von der Licht emittierenden Vorrichtung 110 gesendet wird, reguliert werden. In einem anderen Beispiel kann das Härten des Werkstücks 26 mittels Anpassen einer Expositionszeit des Werkstücks gegenüber Lichtenergie angepasst werden.
Die Strahlungsleistung kann durch die Photodiode durch Umwandeln detektierter Lichtenergie in elektrische Signale (z. B. elektrischer Strom), die dann von dem Steuergerät als Daten empfangen werden können, gemessen werden. In einem Beispiel wird ein Gain-Parameter der Lichterfassungsvorrichtung 202 zum Ausgeben einer Spannung zu dem Steuergerät 108 unter Verwenden eines geeigneten Rückkopplungswiderstands in einem einfachen Transimpedanzverstärker proportional und reagierend auf den detektierten Strahlungsleistungsstrom kalibriert. Weiterhin kann der Gain-Parameter beruhend auf einer bekannten Beziehung zwischen einer Strahlungsleistungsintensität oder Bestrahlung und der zu dem Steuergerät 108 ausgegebenen Spannung entsprechend einer bestimmten Anwendung kalibriert werden. Somit kann eine Kalibrierung des Gains der Photodiode beruhend auf der gemessenen Lichtenergie, die von den Lichterfassungsvorrichtungen empfangen wird, verwirklicht werden. Ferner kann eine Menge emittierten Lichts von der Licht emittierten Vorrichtung beruhend auf ein oder mehreren Messungen durch die Lichterfassungsvorrichtung 202 auf einen Sollwert angepasst werden. Das Überwachen der Lichtenergie kann auch andere Beleuchtungssystemsteuerungen, einschließlich Anpassung(en) des angelegten Stroms und Kühlen (wie etwa durch ein systemisches Kühlsystem) ermöglichen oder verbessern. Das an der Lichterfassungsvorrichtung 202 empfangene retroreflektierte Licht kann dazu dienen, Hintergrundrauschen relativ zu dem Signal beruhend auf der Strahlungsleistung von den Licht emittierenden Vorrichtungen zu verstärken. Auf diese Weise kann das retroreflektierte Licht ein Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) durch Veranlassen, dass eine Signalmessung an der Lichterfassungsvorrichtung 202 eine höhere als die tatsächliche Ausgabe emittierten Lichts anzeigt, verringern. Demgemäß kann die Konfiguration des Beleuchtungssystems 200, das eine Lichterfassungsvorrichtung umfasst, die entlang der zweiten Achse 222 positioniert ist, die im Wesentlichen orthogonal zu der ersten Achse 220 ist, das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) vergrößern, einen niedrigeren Gain-Parameter zulassen und die Leistung durch Vorsehen einer präziseren Steuerung des Beleuchtungssystems 200 zum Härten des Werkstücks 26 steigern.
Der Betrieb des Beleuchtungssystems 200 kann somit das Detektieren eines Betrags von Strahlungsleistung 24 an der Lichterfssungsvorrichtung 202, das Umwandeln von Strahlungsleistungsstromsignalen mittels eines Transimpedanzverstärkers 275 in Spannung und das Eingeben der umgewandelten Daten zu den Eingängen 236 des Steuergeräts 108 umfassen. Weiterhin kann das Steuergerät 108 ansprechend auf die eingegebenen Daten, die anzeigen, dass die Lichtenergie an einer oder mehreren dem Werkstück 26 zugeordneten Stellen ungenügend ist, die Strahlungsleistung 24 von einer oder mehreren der Licht emittierenden Vorrichtungen 110 mittels ausführbarer Befehle, die sich in dem ROM 232 befinden, durch Ausgang 235 steigern. Zum Beispiel kann das Steuergerät 108 die Stromversorgung der Stromquelle zu einer oder mehreren der Licht emittierenden Vorrichtungen 110 steigern, um ein Unterhärten des Werkstücks 26 zu reduzieren. Dagegen kann das Steuergerät 108 ansprechend auf die eingegebenen Daten, die anzeigen, dass die Lichtenergie an einer oder mehreren dem Werkstück 26 zugeordneten Stellen zu groß ist, die Strahlungsleistung 24 von einer oder mehreren der Licht emittierenden Vorrichtungen 110 mittels ausführbarer Befehle, die sich in dem ROM 232 befinden, durch Ausgang 235 verringern. Zum Beispiel kann das Steuergerät 108 die Stromversorgung der Stromquelle zu einer oder mehreren der Licht emittierenden Vorrichtungen 110 verringern, um ein Überhärten des Werkstücks 26 zu reduzieren. Ein Steigern und Verringern der Strahlungsleistung 24 kann jeweils das Steigern und Verringern einer Strahlungsleistungsintensität und/oder ein Steigern und Verringern einer Strahlungsleistungsdauer umfassen.
Ferner können ausgewählte der Lichterfassungsvorrichtungen 202 dem Überwachen von Strahlungsleistung von einer oder mehreren jeweiligen Licht emittierenden Vorrichtungen 110 zugeordnet sein, so dass, wenn sich die in Verbindung mit diesen ausgewählten Licht emittierenden Vorrichtungen gemessene Strahlungsleistung von dem Sollwert unterscheidet, das Steuergerät 108 einen oder mehrere bestimmte Teile des Beleuchtungssystems 200, zum Beispiel eine bestimmte Auswahl der Licht emittierenden Vorrichtungen 110, steuern kann, um die Lichtemission lokal an diese bestimmten Licht emittierenden Vorrichtungen 110 anzupassen. Zudem kann eine allgemeinere umfassende systemische Steuerstrategievorgehensweise (z. B. zum Verstärken des allgemeinen Kühlens im Gleichgewicht mit einem allgemeinen Steigern des Stroms zu allen Licht emittierenden Vorrichtungen 110) abhängig von der bestimmten Anwendung ebenfalls implementiert werden.
Unter Bezugnahme nun auf 3 veranschaulicht diese ein beispielhaftes Schaltbild eines Transimpedanzverstärkers 275 zum Überwachen von Photovoltaikstrom von einer Lichterfassungsvorrichtung 202 und zum Anlegen eines Vorspannungspotentials an dem Photovoltaikstrom. Im Einzelnen kann in dieser Ausführungsform eine von der Lichterfassungsvorrichtung 202 gemessene Referenzspannung einen Betrag eines Stroms, der von der Stromquelle 102 gewonnen wird, zu einer oder mehreren Komponenten eines Licht emittierenden Subsystems 12 angeben, wie in 1 gezeigt ist. Die Stromquelle 102 kann als programmierbare Konstantstrom-Stromversorgung, die einen Strom (I) ausgibt, implementiert sein. Die Stromquelle 102 kann von einem Steuergerät 108 gesteuert werden. Das zu dem Steuergerät 108 von dem Transimpedanzverstärker 275 eingegebene Signal kann hier auf einem von einem Nutzer vorbestimmten Anpassungsmechanismus (z. B. ein variabler Rückkopplungswiderstand 330, der kalibriert sein kann, um einen Sollstrahlungsleistungswert bereitzustellen) und einem Operationsverstärker 320 beruhen. In einem Beispiel kann die Koppelelektronik 22 den Transimpedanzverstärker 275 umfassen.
Der Operationsverstärker 320 kann ausgelegt sein, um das Photostromsignal der Lichterfassungsvorrichtung 202 zu empfangen. Der nicht invertierende Eingang (+) 328 des Verstärkers kann mit Masse verbunden sein, während der invertierende Eingang (–) 324 des Operationsverstärkers mit der Lichterfassungsvorrichtung 202 sowie mit einem variablen Rückkopplungswiderstand (Rf) 330 gekoppelt sein kann. Somit kann der invertierende Eingang 324 als virtuelle Masse dienen.
Wie in dem beispielhaften Schaltbild von 3 gezeigt ist, kann der Photostrom von der Lichterfassungsvorrichtung 202 in den invertierenden Eingang 324 der virtuellen Masse gesteuert werden. Auf diese Weise kann die Lichterfassungsvorrichtung 202 in einem Photovoltaikmodus statt einem Sperrvorspannungsmodus arbeiten. Das Arbeiten in dem Photovoltaikmodus kann ein wesentlich höheres Maß an Ausgangslinearität relativ zu dem Eingangssignal vorsehen. Demgemäß kann das Ausgangspotential von dem Operationsverstärker 320 aus der Beziehung Vo = –/*Rf ermittelt werden, wobei Vo die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 320 ist, / das Photostromsignal von der Lichterfassungsvorrichtung ist und Rf der Widerstand des variablen Rückkopplungswiderstands 330 ist. In einem Beispiel kann der Gain-Parameter auf eine maximale Ausgangsspannung von 4 V kalibriert werden. Die Kalibrierung kann auf empirischen Bestrahlungsdaten von dem Beleuchtungssystem 200 beruhen. Auf diese Weise kann der Widerstand des variablen Rückkopplungswiderstands 330 den Gain-Parameter des Beleuchtungssystems 200 einstellen. Die Kalibrierung des Gain-Parameters (z. B. Widerstand des variablen Rückkopplungswiderstands) kann durch retroreflektiertes Licht, das von einer oder mehreren Lichterfassungsflächen 255 der Lichterfassungsvorrichtungen 202 empfangen wird, beeinträchtigt werden. Zum Beispiel kann ein an der Lichterfassungsvorrichtung 202 detektiertes retroreflektiertes Licht 260 das Gesamtsignal verstärken, das von der Lichterfassungsvorrichtung 202 empfangen wird, wobei das retroreflektierte Licht 260 als Rauschen für das Signal von gemessener Strahlungsleistung 24 an der Lichterfassungsvorrichtung 202 dient. Auf diese Weise kann retroreflektiertes Licht 260, das an der Lichterfassungsvorrichtung 202 auftrifft, ein Signal-Rausch-Verhältnis der Lichterfassungsvorrichtung 202 verringern und zu einer Kalibrierung eines höheren Gain-Parameters führen. Durch Verwenden eines Beleuchtungssystems 200, das eine Lichterfassungsvorrichtung 202 umfasst, die entlang einer zweiten Achse 222 ausgerichtet ist, die im Wesentlichen senkrecht zu einer ersten Achse 220 ist, kann demgemäß die Detektion von retroreflektiertem Licht an der Lichterfassungsvorrichtung 220 geringer werden, wodurch SNR erhöht und ein Gain-Parameter verringert wird.
Eine Stromquelle 102 kann in einem Gleichstrom(DC)-Modus (z. B. kontinuierlich ein) betrieben werden und kann verwendet werden, um einen Kondensator 310 auf eine Spannung bei einem Wert ähnlich oder höher als die Spannung der Licht emittierenden Vorrichtung 110 zu laden. Auf diese Weise kann der Kondensator 310 ein unerwünschtes hochfrequentes Rauschen unterbinden, das bei niedrigen Eingangsstromwerten (z. B. Strom) von der Lichterfassungsvorrichtung 202 bestehen kann. Bei Fehlen des Kondensators 310 können ein höherfrequentes Rauschen oder Schwingungen verstärkt werden und würden beim Steuern der Licht emittierenden Vorrichtung 110 zu einem verrauschten Ausgangssteuersignal von der Stromquelle 102 führen. Beim Unterbinden des Rauschens kann der Kondensator 310 somit durch Vorsehen eines klareren und saubereren verstärkten Ausgangsspannungssignals von der Stromquelle 102 zu nachgeschalteten digitalen (logischen) oder analogen Steuerschaltungen oder Komponenten, die Ausgang von dem Steuergerät 108 erhalten, ein Verbessern der Zuverlässigkeit und Robustheit des Beleuchtungssystems 200 unterstützen. Der Kondensator 310 kann mit der Licht emittierenden Vorrichtung 110 parallel geschaltet sein, wobei der Kondensator 310 parallel mit der Reihenkombination der Licht emittierenden Vorrichtung 110 und dem parallel geschalteten variablen Rückkopplungswiderstand 330 ist.
Die Stromquelle 102 kann als Konstantstromversorgung ausgelegt sein, wobei das Steuerergerät 108 einen Ausgangsstrom der Stromquelle 102 anpassen kann, um eine Sollstrahlungsleistung von der Licht emittierenden Vorrichtung 110 zu halten. Das Steuergerät 108 kann beim Steuern von Ausgangsstrom von der Stromquelle 102 zu der Licht emittierenden Vorrichtung 110 Vo mit einer eingestellten Sollspannung vergleichen.
Als weiteres Beispiel können separate Schaltungen, die jeweils einem von mehreren Transimpedanzverstärkern 275 entsprechen, zum Messen von Signalen von mehreren Lichterfassungsvorrichtungen 202 verwendet werden. Als weiteres Beispiel können statt des Verwendens von Lichterfassungsvorrichtungen 202 in dem Photovoltaikmodus und Messen mithilfe eines Transimpedanzverstärkers 275 ein oder mehrere der Lichterfassungsvorrichtungen 202 eine Vorspannung in Sperrrichtung haben und Messungen der Spannung können über einem Vorspannungswiderstand vorgenommen werden, um den Photostrom zu ermitteln und das Beleuchtungssystem 200 entsprechend zu steuern.
Auf diese Weise kann ein Beleuchtungssystem umfassen: eine Licht emittierende Vorrichtung, die ausgerichtet ist, um zum Härten eines lichthärtbaren Werkstücks Lichtenergie hauptsächlich entlang einer ersten Achse zu emittieren; eine Lichterfassungsvorrichtung, die zum Messen der von der Licht emittierenden Vorrichtung emittierten Lichtenergie entlang einer zweiten Achse, die im Wesentlichen orthogonal zur ersten Achse ist, ausgerichtet ist; und ein Steuergerät, das nichtflüchtige ausführbare Befehle umfasst, um das Härten des lichthärtbaren Werkstücks als Reaktion auf die gemessene Lichtenergie anzupassen. Dass die zweite Achse im Wesentlichen orthogonal zur ersten Achse sein kann, umfasst zusätzlich oder alternativ, dass die zweite Achse innerhalb von 10 Grad orthogonal zu der ersten Achse ist. Zusätzlich oder alternativ können die nichtflüchtigen ausführbaren Befehle, das Härten des lichthärtbaren Werkstücks anzupassen, das Anpassen einer Intensität von Licht, das von der Licht emittierenden Vorrichtung geliefert wird, umfassen. Zusätzlich oder alternativ können die nichtflüchtigen ausführbaren Befehle zum Anpassen des Härtens des lichthärtbaren Werkstücks das Anpassen einer Dauer, bei der das lichthärtbare Werkstück mit dem von der Licht emittierenden Vorrichtung zugeführten Licht bestrahlt wird, umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann das Beleuchtungssystem eine reflektierende Fläche umfassen, die zwischen der Licht emittierenden Vorrichtung und dem lichthärtbaren Werkstück positioniert ist, wobei die Lichterfassungsvorrichtung an der reflektierenden Fläche positioniert ist. Zusätzlich oder alternativ kann das Beleuchtungssystem eine Brechungslinse umfassen, die zwischen der reflektierenden Fläche und dem lichthärtbaren Werkstück positioniert ist. Zusätzlich oder alternativ kann das Beleuchtungssystem einen Transimpedanzverstärker umfassen, der zwischen der Lichterfassungsvorrichtung und dem Steuergerät elektrisch angeschlossen ist.
4 zeigt ein Flussdiagramm für ein beispielhaftes Verfahren 400 zum Betreiben eines Beleuchtungssystems 200. Das Verfahren 400 kann nichtflüchtige ausführbare Befehle umfassen, die von einem Steuergerät wie etwa Steuergerät 108 zum Betreiben des Beleuchtungssystems 200 ausgeführt werden. Das Verfahren 400 beginnt bei 410, wo Lichtenergie hauptsächlich entlang einer ersten Achse 220 mittels einer oder mehreren Licht emittierenden Vorrichtungen 110 einem Werkstück 26 zugeführt werden kann. Die Licht emittierenden Vorrichtungen 110 können ein oder mehrere LEDs oder ein oder mehrere Arrays von LEDs sein. Das Zuführen von Lichtenergie hauptsächlich entlang der ersten Achse 220 kann das Zuführen von Lichtenergie hauptsächlich in einer Richtung parallel zu der ersten Achse 220 umfassen. Die erste Achse 220 kann mit einer optischen Achse des Beleuchtungssystems 200 zusammenfallen oder dazu parallel sein. Zum Beispiel können ein oder mehrere von Licht emittierenden Vorrichtungen 110, Reflektor 204 und Brechungslinse 250 so positioniert werden, dass sie um die erste Achse 220 Rotationssymmetrie aufweisen.
Das Verfahren 400 fährt bei 420 fort, wo die zugeführte Lichtenergie an einer reflektierenden Fläche 218 des Reflektors 204, der zwischen Licht emittierenden Vorrichtungen 110 und einem Werkstück 26 positioniert ist, reflektiert und/oder kollimiert wird. Der Reflektor 204 kann wie vorstehend beschrieben einen elliptisch-zylindrischen Reflektor, einen parabolischen Reflektor, einen doppelt-elliptisch-zylindrischen Reflektor, einen verjüngten Reflektor und dergleichen umfassen. Weiterhin kann die reflektierende Fläche 218 des Reflektors 204 eine Gesamtreflexions(TIR)-Fläche, eine Metallfläche, eine dielektrische Fläche, eine facettierte Fläche oder eine Kombination derselben umfassen. Die reflektierende Fläche 218 kann auch die Fähigkeit aufweisen, eine Strahlungsleistung von mehreren Wellenlängen, die von mehreren Licht emittierenden Vorrichtungen emittiert werden kann, zu einem homogen gemischten Lichtstrahl zu kombinieren.
Das Kollimieren und/oder Reflektieren der zugeführten Lichtenergie kann das Kollimieren und/oder Reflektieren des Lichts entlang der ersten Achse 220 oder in einer Richtung parallel zu dieser zu dem Werkstück 26 umfassen. Auf diese Weise kann die reflektierende Fläche 218 das Reduzieren einer Menge retroreflektierten Lichts 260, das auf die Lichterfassungsvorrichtung 202 auftrifft, unterstützen.
Das Verfahren 400 fährt bei 430 fort, wo die zugeführte Lichtenergie durch eine Brechungslinse 250, die zwischen der reflektierenden Fläche 218 des Reflektors 204 und dem Werkstück 26 positioniert ist, kollimiert werden kann. Wie vorstehend beschrieben kann die Brechungslinse 250 verschiedene Arten von Linsen, einschließlich einer zylindrischen Linse, einer Fresnellinse und dergleichen, umfassen. Weiterhin kann die Brechungslinse 250 als ein oder mehrere Arrays von Linsenelementen angeordnet werden. Die Brechungslinse 250 kann ein Kollimieren zumindest eines Teils der Strahlungsleistung von den Licht emittierenden Vorrichtungen 110 ermöglichen, so dass die Strahlungsleistung hauptsächlich in einer Richtung parallel zu der ersten Achse 220 ausgerichtet wird. Demgemäß können sowohl die Strahlungsleistungsintensität, die an dem Werkstück 26 auftrifft, als auch das resultierende Härten des Werkstücks 26 eine verstärkte Gleichmäßigkeit aufweisen. Die Brechungslinse 250 kann weiterhin auch retroreflektiertes Licht 260 von dem Werkstück 26 vorteilhaft kollimieren, wodurch das retroreflektierte Licht 260 hauptsächlich in einer Richtung parallel zu der ersten Achse 220 zurück zu den Licht emittierenden Vorrichtungen 110 ausgerichtet wird. Auf diese Weise kann eine Menge retroreflektierten Lichts 260, die an einer Lichterfassungsfläche 255 der Lichterfassungsvorrichtung 202 auftrifft, weiter reduziert werden.
Bei 440 misst das Verfahren 400 Lichtenergie an einer Lichterfassungsvorrichtung 202, die entlang einer zweiten Achse 222 ausgerichtet und an der reflektierenden Fläche 218 positioniert ist. Die Lichterfassungsvorrichtung 202 kann eine Photodiode umfassen, wobei auftreffendes Licht an einer Lichterfassungsfläche 255 der Lichterfassungsvorrichtung 202 einen Photostrom erzeugen kann. Das Ausrichten der Lichterfassungsvorrichtung 202 entlang einer zweiten Achse 222 kann das Positionieren oder Befestigen der Lichterfassungsvorrichtung 202 in einer Öffnung 206 eines Reflektorgehäuses 213 umfassen, wobei die Öffnung 206 so konzipiert ist, dass die Lichterfassungsvorrichtung 202 im Wesentlichen orthogonal zu der ersten Achse 220 positioniert wird. Weiterhin kann eine Lichterfassungsfläche 255 der Lichterfassungsvorrichtung 202 entlang der zweiten Achse 222 gerichtet sein. Das Positionieren der Lichterfassungsfläche 255 an der reflektierenden Fläche 218 kann das Positionieren der Lichterfassungsfläche 255 bündig mit der reflektierenden Fläche 218 umfassen oder kann das Positionieren der Lichterfassungsfläche 255 etwas vertieft zur der reflektierenden Fläche 218 umfassen.
Bei 446 fährt das Verfahren 400 durch Verstärken des Photostromsignals, das von auftreffendem Licht an der Lichterfassungsfläche 255 erzeugt wird, mittels eines Transimpedanzverstärkers 275, der zwischen der Lichterfassungsvorrichtung und dem Steuergerät 108 elektrisch angeschlossen ist, fort. Das verstärkte Signal wird dann zu dem Steuergerät 108 ausgegeben. Das Verstärken des Photostromsignals kann das Anlegen eines Vorspannungspotentials und das Umwandeln des Photostromsignals in ein Spannungspotential mittels eines Gain-Parameters an dem Transimpedanzwandler 275 umfassen. Wie vorstehend unter Bezug auf das Beispiel von 3 beschrieben kann der Gain-Parameter ein von einem Nutzer kalibrierter Parameter sein, der als Widerstand eines variablen Rückkopplungswiderstands eingestellt wird.
Das Verfahren 400 fährt bei 450 fort, wo es ermittelt, ob eine Differenz zwischen der gemessenen Lichtenergie an der Lichterfassungsvorrichtung 202 und einer Solllichtenergie größer als eine Schwellendifferenz ist. Die Solllichtenergie kann einer erwünschten Lichtenergieintensität, Bestrahlung oder Dauer zum Härten des Werkstücks 26 entsprechen. In einem Beispiel kann die erwünschte Lichtenergie als Sollwert zum Steuern des Beleuchtungssystems 200 zu dem Steuergerät 108 eingegeben werden. Wenn die Differenz zwischen der gemessenen Lichtenergie an der Lichterfassungsvorrichtung 202 und einer Solllichtenergie (z. B. Steuergerät-Fehlersignal) größer als eine Schwellendifferenz ist, kann das Steuergerät 108 Steuermaßnahmen ausführen, um das Steuergerät-Fehlersignal zu reduzieren. Bei 454 kann das Verfahren 400 als Reaktion auf die Differenz zwischen der gemessenen Lichtenergie und der Solllichtenergie die Intensität der zugeführten Lichtenergie anpassen. Wenn zum Beispiel die gemessene Lichtenergie größer als eine Solllichtenergie ist, kann das Steuergerät 108 eine Spannung, die von der Stromquelle 102 einer oder mehreren Licht emittierenden Vorrichtungen 110 zugeführt wird, reduzieren, wodurch ein Betrag einer Strahlungsleistungsintensität von den Licht emittierenden Vorrichtungen 110 reduziert wird. Wenn als weiteres Beispiel die gemessene Lichtenergie kleiner als eine Solllichtenergie ist, kann das Steuergerät 108 eine Spannung, die von der Stromquelle 102 einer oder mehreren Licht emittierenden Vorrichtungen 110 zugeführt wird, anheben, wodurch ein Betrag einer Strahlungsleistungsintensität von den Licht emittierenden Vorrichtungen 110 angehoben wird.
Alternativ oder zusätzlich zum Anpassen der Intensität der zugeführten Lichtenergie bei 454 kann das Verfahren 400 eine Expositionszeit des Werkstücks 26 gegenüber zugeführter Lichtenergie als Reaktion auf die Differenz zwischen der gemessenen Lichtenergie und der Solllichtenergie anpassen. Wenn zum Beispiel die gemessene Lichtenergie größer als eine Solllichtenergie ist, kann das Steuergerät 108 eine Dauer, in der Spannung von der Stromquelle 102 einer oder mehreren Licht emittierenden Vorrichtungen 110 zugeführt wird, reduzieren, wodurch eine Dauer, bei der Strahlungsleistung 24 von den Licht emittierenden Vorrichtungen 110 zum Härten des Werkstücks 26 emittiert wird, reduziert wird. Wenn als weiteres Beispiel die gemessene Lichtenergie kleiner als eine Solllichtenergie ist, kann das Steuergerät 108 eine Dauer, in der Spannung von der Stromquelle 102 einer oder mehreren Licht emittierenden Vorrichtungen 110 zugeführt wird, vergrößern, wodurch eine Dauer, bei der Strahlungsleistung 24 von den Licht emittierenden Vorrichtungen 110 zum Härten des Werkstücks 26 emittiert wird, vergrößert wird. Wenn nach 458 und nach 450 die Differenz zwischen der gemessenen Lichtenergie und der Solllichtenergie nicht größer als die Schwellendifferenz ist, endet das Verfahren 400.
Auf diese Weise kann ein Verfahren umfassen: Zuführen von Lichtenergie von einer Licht emittierenden Vorrichtung hauptsächlich entlang einer ersten Achse; Erfassen der Lichtenergie mit einer Lichterfassungsvorrichtung, die entlang einer zweiten Achse ausgerichtet ist, wobei die zweite Achse im Wesentlichen orthogonal zu der ersten Achse ausgerichtet ist; und Anpassen der Lichtenergie als Reaktion auf die erfasste Lichtenergie. Zusätzlich oder alternativ kann das Ausrichten der zweiten Achse im Wesentlichen orthogonal zur ersten Achse das Ausrichten der zweiten Achse auf innerhalb von 10 Grad orthogonal zur ersten Achse umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann das Erfassen der Lichtenergie mit der Lichterfassungsvorrichtung das Erfassen der Lichtenergie mit einer entlang der zweiten Achse ausgerichteten Photodiode umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann das Verfahren das Zuführen der Lichtenergie zu einem Werkstück und das Kollimieren der Lichtenergie mittels einer reflektierenden Fläche, die zwischen der Licht emittierenden Vorrichtung und dem Werkstück positioniert ist, umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann das Verfahren das Positionieren der Lichterfassungsvorrichtung an der reflektierenden Fläche umfassen, wobei eine Lichterfassungsfläche der Lichterfassungsvorrichtung bündig mit der reflektierenden Fläche positioniert ist. Zusätzlich oder alternativ kann das Verfahren das Positionieren der Lichterfassungsvorrichtung an der reflektierenden Fläche umfassen, wobei eine Lichterfassungsfläche der Lichterfassungsvorrichtung von der reflektierenden Fläche vertieft ist. Zusätzlich oder alternativ kann das Verfahren das Kollimieren der Lichtenergie mittels einer Brechungslinse, die zwischen der reflektierenden Fläche und dem Werkstück positioniert ist, umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann das Anpassen der Lichtenergie als Reaktion auf die erfasste Lichtenergie das Anpassen der Lichtenergie als Reaktion auf eine Differenz zwischen der erfassten Lichtenergie und einer Solllichtenergie, die größer als eine Schwellendifferenz ist, umfassen.
In einem anderen Beispiel kann ein Verfahren umfassen: Zuführen von Lichtenergie von einer Licht emittierenden Vorrichtung entlang einer ersten Achse zu einem lichthärtbaren Werkstück; Erfassen der Lichtenergie mittels einer Lichterfassungsvorrichtung, die entlang einer zweiten Achse, die im Wesentlichen orthogonal zur ersten Achse ist, ausgerichtet ist; und Anpassen eines Härtens des lichthärtbaren Werkstücks als Reaktion auf die erfasste Lichtenergie. Zusätzlich oder alternativ kann das Verfahren das Ausgeben eines Signals von der Lichterfassungsvorrichtung zu einem Steuergerät beruhend auf der erfassten Lichtenergie umfassen, wobei das Anpassen des Härtens des lichthärtbaren Werkstücks als Reaktion auf die erfasste Lichtenergie das Anpassen der Lichtenergie, die von der Licht emittierenden Vorrichtung zugeführt wird, mittels des Steuergeräts als Reaktion auf das Ausgangssignal umfasst. Zusätzlich oder alternativ kann das Verfahren das Verstärken des Ausgangssignals mittels eines Transimpedanzverstärkers, der zwischen der Lichterfassungsvorrichtung und dem Steuergerät der Licht emittierenden Vorrichtung elektrisch angeschlossen ist, umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann das Anpassen der von der Licht emittierenden Vorrichtung zugeführten Lichtenergie das Anpassen eines der Licht emittierenden Vorrichtung gelieferten Stroms umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann das Verstärken des Ausgangssignals mittels des Transimpedanzverstärkers das Verstärken eines Photostromausgangs von der Lichterfassungsvorrichtung durch Anlegen eines Vorspannungspotentials mittels des Transimpedanzverstärkers umfassen.
Auf diese Weise kann ein Verfahren verwirklicht werden, welches umfasst: Zuführen von Lichtenergie von einer Licht emittierenden Vorrichtung hauptsächlich entlang einer ersten Achse; Erfassen der Lichtenergie mit einer Lichterfassungsvorrichtung, die entlang einer zweiten Achse ausgerichtet ist, wobei die zweite Achse im Wesentlichen orthogonal zu der ersten Achse ausgerichtet ist; und Anpassen der Lichtenergie als Reaktion auf die erfasste Lichtenergie kann eine technische Wirkung des Reduzierens einer Menge retroreflektierten Lichts, die auf die Lichterfassungsvorrichtung auftrifft, des Reduzierens eines Messfehlers der Lichterfassungsvorrichtung und des Verbesserns der Steuerpräzision und Gesamtleistung des Beleuchtungssystems zum Härten eines Werkstücks erreichen. Weiterhin kann die Intaktheit der Licht emittierenden Vorrichtungen mit größerer Präzision ständig überwacht werden, was helfen kann, eine erwartete Lebensdauer von Licht emittierenden Vorrichtungen zu ermitteln und dadurch eine unerwartete Ausfallzeit des Beleuchtungssystems zu reduzieren. Weiterhin kann die Fähigkeit, die Intaktheit der Licht emittierenden Vorrichtungen zuverlässiger und präziser zu überwachen, eine reduzierte Redundanz bei der Konstruktion des Beleuchtungssystems ermöglichen. Zum Beispiel können weniger Lichterfassungsvorrichtungen eingebaut werden, während die gleiche Ausfallzeit beibehalten wird, wodurch Herstellungskosten und -zeit reduziert werden.
Zu beachten ist, dass die hierin enthaltenen beispielhaften Steuerungs- und Schätzroutinen mit verschiedenen Beleuchtungssystemkonfigurationen genutzt werden können. Zu beachten ist, dass die hierin offenbarten Steuerverfahren und -routinen als ausführbare Befehle in einem nicht flüchtigen Speicher gespeichert und von dem Steuersystem, das das Steuergerät kombiniert mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und anderer Beleuchtungssystemhardware umfasst, ausgeführt werden können. Die hierin beschriebenen bestimmten Routinen können ein oder mehrere einer Anzahl von Verarbeitungsstrategien wie ereignisgesteuert, interruptgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen darstellen. Somit können verschiedene Schritte, Operationen und/oder Funktionen in der gezeigten Abfolge oder parallel durchgeführt oder in manchen Fällen übergangen werden. Analog ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht unbedingt erforderlich, um die hierin beschriebenen Merkmale und Vorteile der beispielhaften Ausführungsformen zu erreichen, wird aber für einfache Darstellung und Beschreibung vorgesehen. Abhängig von der verwendeten bestimmten Strategie können ein oder mehrere der gezeigten Schritte, Operationen und/oder Funktionen wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Schritte, Operationen und/oder Funktionen einen Code graphisch darstellen, der in einen nicht flüchtigen Speicher des maschinell lesbaren Speichermediums in dem Beleuchtungssystem zu programmieren ist, wobei die beschriebenen Schritte durch Ausführen der Befehle in einem System ausgeführt werden, das die verschiedenen Beleuchtungshardware-Komponenten kombiniert mit dem Steuergerät umfasst.
Die folgenden Ansprüche zeigen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen auf, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden.
Diese Ansprüche können auf ”ein” Element oder ”ein erstes” Element oder dessen Entsprechung hinweisen. Solche Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie das Enthalten eines oder mehrerer solcher Elemente umfassen, wobei zwei oder mehr dieser Elemente weder gefordert noch ausgeschlossen werden. Es können andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften durch Abänderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche, seien sie nun breiter, enger, gleich oder von anderem Schutzumfang als die ursprünglichen Ansprüche gefasst, werden ebenfalls im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.

Claims

Verfahren, umfassend: Zuführen von Lichtenergie von einer Licht emittierenden Vorrichtung hauptsächlich entlang einer ersten Achse; Erfassen der Lichtenergie mit einer Lichterfassungsvorrichtung, die entlang einer zweiten Achse ausgerichtet ist, wobei die zweite Achse im Wesentlichen orthogonal zu der ersten Achse ausgerichtet ist; und Anpassen der Lichtenergie als Reaktion auf die erfasste Lichtenergie.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ausrichten der zweiten Achse im Wesentlichen orthogonal zur ersten Achse das Ausrichten der zweiten Achse auf innerhalb von 10 Grad orthogonal zur ersten Achse umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Erfassen der Lichtenergie mit der Lichterfassungsvorrichtung das Erfassen der Lichtenergie mit einer entlang der zweiten Achse ausgerichteten Photodiode umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, welches weiterhin das Zuführen der Lichtenergie zu einem Werkstück und das Kollimieren der Lichtenergie mittels einer reflektierenden Fläche, die zwischen der Licht emittierenden Vorrichtung und dem Werkstück positioniert ist, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, welches weiterhin das Positionieren der Lichterfassungsvorrichtung an der reflektierenden Fläche umfasst, wobei eine Lichterfassungsfläche der Lichterfassungsvorrichtung bündig mit der reflektierenden Fläche positioniert ist.
Verfahren nach Anspruch 4, welches weiterhin das Positionieren der Lichterfassungsvorrichtung an der reflektierenden Fläche umfasst, wobei eine Lichterfassungsfläche der Lichterfassungsvorrichtung von der reflektierenden Fläche vertieft ist.
Verfahren nach Anspruch 5, welches weiterhin das Kollimieren der Lichtenergie mittels einer zwischen der reflektierenden Fläche und dem Werkstück positionierten Brechungslinse umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Anpassen der Lichtenergie als Reaktion auf die erfasste Lichtenergie das Anpassen der Lichtenergie als Reaktion auf eine Differenz zwischen der erfassten Lichtenergie und einer Solllichtenergie, die größer als eine Schwellendifferenz ist, umfasst.
Verfahren, umfassend: Zuführen von Lichtenergie von einer Licht emittierenden Vorrichtung entlang einer ersten Achse zu einem lichthärtbaren Werkstück; Erfassen der Lichtenergie mittels einer Lichterfassungsvorrichtung, die entlang einer zweiten Achse, die im Wesentlichen orthogonal zur ersten Achse ist, ausgerichtet ist; und Anpassen eines Härtens des lichthärtbaren Werkstücks als Reaktion auf die erfasste Lichtenergie.
Verfahren nach Anspruch 9, welches weiterhin das Ausgeben eines Signals von der Lichterfassungsvorrichtung zu einem Steuergerät beruhend auf der erfassten Lichtenergie umfasst, wobei das Anpassen des Härtens des lichthärtbaren Werkstücks als Reaktion auf die erfasste Lichtenergie das Anpassen der Lichtenergie, die von der Licht emittierenden Vorrichtung zugeführt wird, mittels des Steuergeräts als Reaktion auf das Ausgangssignal umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, welches weiterhin das Verstärken des Ausgangssignals mittels eines Transimpedanzverstärkers, der zwischen der Lichterfassungsvorrichtung und dem Steuergerät der Licht emittierenden Vorrichtung elektrisch angeschlossen ist, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Anpassen der von der Licht emittierenden Vorrichtung zugeführten Lichtenergie das Anpassen eines der Licht emittierenden Vorrichtung zugeführten elektrischen Stroms umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Verstärken des Ausgangssignals mittels des Transimpedanzverstärkers das Verstärken eines Photostromausgangs von der Lichterfassungsvorrichtung durch Anlegen eines Vorspannungspotentials mittels des Transimpedanzverstärkers umfasst.
Beleuchtungssystem, umfassend: eine Licht emittierende Vorrichtung, die ausgerichtet ist, um zum Härten eines lichthärtbaren Werkstücks Lichtenergie hauptsächlich entlang einer ersten Achse zu emittieren; eine Lichterfassungsvorrichtung, die zum Messen der von der Licht emittierenden Vorrichtung emittierten Lichtenergie entlang einer zweiten Achse, die im Wesentlichen orthogonal zur ersten Achse ist, ausgerichtet ist; und ein Steuergerät, das nichtflüchtige ausführbare Befehle umfasst, um das Härten des lichthärtbaren Werkstücks als Reaktion auf die gemessene Lichtenergie anzupassen.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 14, wobei die Positionierung der zweiten Achse im Wesentlichen orthogonal zur ersten Achse die Positionierung der zweiten Achse innerhalb 10 Grad orthogonal zu der ersten Achse umfasst.
System nach Anspruch 15, wobei die nichtflüchtigen ausführbaren Befehle zum Anpassen des Härtens des lichthärtbaren Werkstücks das Anpassen einer Intensität von Licht, das von der Licht emittierenden Vorrichtung zugeführt wird, umfasst.
System nach Anspruch 16, wobei die nichtflüchtigen ausführbaren Befehle zum Anpassen des Härtens des lichthärtbaren Werkstücks das Anpassen einer Dauer, bei der das lichthärtbare Werkstück mit dem von der Licht emittierenden Vorrichtung zugeführten Licht bestrahlt wird, umfassen.
System nach Anspruch 17, welches weiterhin eine reflektierende Fläche umfasst, die zwischen der Licht emittierenden Vorrichtung und dem lichthärtbaren Werkstück positioniert ist, wobei die Lichterfassungsvorrichtung an der reflektierenden Fläche positioniert ist.
System nach Anspruch 18, welches weiterhin eine Brechungslinse umfasst, die zwischen der reflektierenden Fläche und dem lichthärtbaren Werkstück positioniert ist.
System nach Anspruch 19, welches weiterhin einen Transimpedanzverstärker umfasst, der zwischen der Lichterfassungsvorrichtung und dem Steuergerät elektrisch angeschlossen ist.