DE102015013767B4

DE102015013767B4 - Automatisches leistungssteuergerät sowie system und verfahren zum betreiben einer oder mehrerer licht emittierender vorrichtungen

Info

Publication number: DE102015013767B4
Application number: DE102015013767.0A
Authority: DE
Inventors: Salvatore Battaglia
Original assignee: Phoseon Technology Inc
Current assignee: Phoseon Technology Inc
Priority date: 2014-12-08
Filing date: 2015-10-23
Publication date: 2023-05-17
Anticipated expiration: 2035-10-24
Also published as: US9398647B2; CN105682280A; JP6693734B2; DE102015013767A1; US20160165683A1; JP2016111022A; KR20160069465A; KR102482794B1; US9693420B2; TW201632030A; CN105682280B; US20160262225A1

Abstract

System (10) zum Betreiben einer oder mehrerer Licht emittierender Vorrichtungen (110), umfassend:mindestens eine Licht emittierende Vorrichtung (110);eine Vorrichtung mit negativem Temperaturkoeffizienten (225; 314; 405), die mit der mindestens einen Licht emittierenden Vorrichtung (110) in thermischer Verbindung steht; undeinen Verstärker (222), der eine Gegenkopplungsschleife (350) umfasst, wobei die Vorrichtung mit negativem Temperaturkoeffizienten (225; 314; 405) in der Gegenkopplungsschleife (350) enthalten ist dadurch gekennzeichnet, dasseine Steilheit der Verstärkung des Verstärkers (222) bei einer Gleichgewichtstemperatur der mindestens einen Licht emittierenden Vorrichtung (110) am größten ist.

Description

HINTERGRUND/ZUSAMMENFASSUNG
Die Bestrahlungsleistung von Festkörper-Beleuchtungsvorrichtungen kann durch eine Betriebstemperatur beeinflusst werden. Wenn die Festkörper-Beleuchtungsvorrichtung bei Raumtemperatur liegt und an der Festkörper-Beleuchtungsvorrichtung eine konstante Spannung angelegt wird, kann die Bestrahlungsleistung der Festkörper-Beleuchtungsvorrichtung folglich größer als bei Anlegen der gleichen konstanten Spannung an der gleichen Festkörper-Beleuchtungsvorrichtung bei der Nennbetriebstemperatur der Festkörper-Beleuchtungsvorrichtung sein.
Festkörper-Beleuchtungsvorrichtungen können in industriellen Anwendungen vielfältig genutzt werden. Zum Beispiel können Ultraviolett(UV)-Festkörper-Beleuchtungsvorrichtungen zum Härten von photosensitiven Medien wie etwa Beschichtungen, einschließlich Druckfarben, Klebstoffen, Konservierungsmitteln etc., verwendet werden. Die Härtungszeit dieser photosensitiven Medien kann auf die Bestrahlungsleistung der Festkörper-Beleuchtungsvorrichtung reagieren. Wenn die Festkörper-Beleuchtungsvorrichtungen bei Temperaturen außerhalb ihrer Nennbetriebstemperatur arbeiten, härten photosensitive Medien folglich eventuell nicht ausreichend oder der Stromverbrauch kann aufgrund von Änderungen der Bestrahlungsstärkewerte von Festkörper-Beleuchtungsvorrichtungen steigen.
Die US 7,777,430 B2 und die DE 603 14 767 T2 zeigen jeweils eine Offenbarung zur thermischen Regelung von LED, in denen die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 behandelt sind.
Der vorliegende Erfinder hat die vorstehend erwähnten Nachteile erkannt und ein System zum Betreiben einer oder mehrerer Licht emittierender Vorrichtungen entwickelt, welchesdie Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Durch Integrieren einer Vorrichtung mit negativem Temperaturkoeffizienten in eine Gegenkopplungsschleife eines Verstärkers, die einen Stromfluss durch eine oder mehrere Licht emittierende Vorrichtungen steuert, kann es möglich sein, die Bestrahlungsstärke einer Licht emittierenden Vorrichtung über einem breiten Betriebstemperaturbereich präziser zu steuern. Wenn zum Beispiel die Temperatur der Licht emittierenden Vorrichtungen niedriger als eine Nennbetriebstemperatur der Licht emittierenden Vorrichtungen ist, kann ein durch die Licht emittierenden Vorrichtungen fließender elektrischer Strom begrenzt oder beschränkt werden, so dass die Licht emittierenden Vorrichtungen einen im Wesentlichen konstanten Bestrahlungsstärkewert abgeben, der einem Bestrahlungsstärkewert bei Betreiben der Licht emittierenden Vorrichtungen bei der Nennbetriebstemperatur entspricht. Auf diese Weise kann die Bestrahlungsleistung von Licht emittierenden Vorrichtungen auf einen im Wesentlichen konstanten Wert gesteuert werden, so dass ein Härten von photosensitiven Medien präziser gesteuert werden kann.
Die vorliegende Beschreibung kann mehrere Vorteile bieten. Insbesondere kann die Vorgehensweise die Lichtintensitätssteuerung eines Beleuchtungssystems verbessern. Ferner kann die Vorgehensweise durch Vorsehen einer effizienten Stromsteuerung einen niedrigeren Energieverbrauch vorsehen. Des Weiteren kann die Vorgehensweise ein einheitlicheres Härten von photosensitiven Medien vorsehen.
Die vorstehenden Vorteile und andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Beschreibung gehen ohne Weiteres aus der folgenden eingehenden Beschreibung allein genommen oder in Verbindung mit den Begleitzeichnungen hervor.
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.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Beleuchtungssystems;
2-4 zeigen Schaltbilder von beispielhaften Systemen zur Bestrahlungsstärkesteuerung von Beleuchtungsvorrichtungen;
5 und 6 zeigen beispielhafte graphische Darstellungen von ausgewählten Steuerparametern des Bestrahlungsstärkesteuerungssystems; und
7 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern von Bestrahlungsstärke in einem Beleuchtungssystem.

EINGEHENDE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Beschreibung betrifft ein Beleuchtungssystem, das einen im Wesentlichen konstanten (z.B. ± 5 %) Bestrahlungsstärkewert abgibt. 1 zeigt ein beispielhaftes Beleuchtungssystem, das einen Verstärker zum Steuern der Bestrahlungsleistung eines Beleuchtungs-Arrays umfasst. Die Steuerung der Bestrahlungsstärke des Beleuchtungs-Arrays kann mittels der in 2-4 gezeigten beispielhaften Schaltkreise vorgesehen werden. Andere Schaltkreise, die die beschriebene Funktion vorsehen oder die ähnlich den gezeigten Schaltkreisen arbeiten, sind jedoch ebenfalls in dem Schutzumfang dieser Beschreibung umfasst. Das Beleuchtungssystem kann Parameter umfassen, die gemäß den graphischen Darstellungen von 5 und 6 arbeiten. In 7 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Beleuchtungssystems zum Vorsehen einer im Wesentlichen konstanten Bestrahlungsstärke gezeigt. Zwischen Komponenten in den verschiedenen elektrischen Schaltbildern gezeigte elektrische Verbindungen stellen Stromwege zwischen den dargestellten Vorrichtungen dar.
Unter Bezugnahme nun auf 1 ist ein Blockdiagramm eines photoreaktiven Systems 10 gemäß dem hierin beschriebenen System und Verfahren gezeigt. In diesem Beispiel umfasst das photoreaktive System 10 ein Beleuchtungssubsystem 100, ein Steuergerät 108, eine Stromquelle 102 und ein Kühlsubsystem 18.
Das Beleuchtungssubsystem 100 kann mehrere Licht emittierende Vorrichtungen 110 umfassen. Die Licht emittierenden Vorrichtungen 110 können zum Beispiel LED-Vorrichtungen sein. Ausgewählte der mehreren Licht emittierenden Vorrichtungen 110 werden implementiert, um eine Strahlungsleistung 24 vorzusehen. Die Strahlungsleistung 24 wird auf ein Werkstück 26 gerichtet. Rückgeworfene Strahlung 28 kann von dem Werkstück 26 (z.B. mittels Reflexion der Strahlungsleistung 24) zurück zu dem Beleuchtungssubsystem 100 gelenkt werden.
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 Mikrolinsen-Array umfassen, um das Sammeln, Bündeln, Kollimieren oder anderweitig die Qualität oder effektive Größe der Strahlungsleistung 24 zu verbessern. Als weiteres Beispiel kann die Koppeloptik 30 ein Mikroreflektor-Array umfassen. Beim Nutzen eines solchen Mikroreflektor-Arrays kann jede Halbleitervorrichtung, die Strahlungsleistung 24 liefert, in einem jeweiligen Mikroreflektor auf Eins-zu-Eins-Basis angeordnet werden.
Jede der Schichten, jedes der Materialien oder jede andere Struktur 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 zurückgeworfenen Strahlung 28) selektiv gesteuert werden. Durch Steuern zum Beispiel von Unterschieden bei solchen Brechungsindizes an einer ausgewählten Grenzfläche, die zwischen den Halbleitervorrichtungen zu dem Werkstück 26 angeordnet ist, kann die Reflexion an dieser Grenzfläche reduziert, beseitigt oder minimiert werden, um die Transmission von Strahlungsleistung 24 an dieser Grenzfläche für letzendliches Bereitstellen an 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 zurückgeworfener 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 dem Werkstück 26.
Ausgewählte der mehreren Licht emittierenden Vorrichtungen 110 können mittels Koppelelektronik 22 mit dem Steuergerät 108 gekoppelt werden, um dem Steuergerät 108 Daten zu liefern. Wie nachstehend weiter beschrieben kann das Steuergerät 108 auch implementiert werden, um diese Daten liefernden Halbleitervorrichtungen zu steuern, z.B. mittels der Koppelelektronik 22.
Das Steuergerät 108 ist bevorzugt auch jeweils mit der Stromquelle 102 und dem Kühlsubsystem 18 verbunden und implementiert, um diese 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, Beleuchtungssubsystem 100 können von unterschiedlicher Art sein. Zum Beispiel können die Daten für ein oder mehrere Eigenschaften, die jeweils gekoppelten Halbleitervorrichtungen 110 zugeordnet sind, repräsentativ sein. Als weiteres Beispiel können die Daten für ein oder mehrere Eigenschaften repräsentativ sein, die der jeweiligen Komponente 12, 102, 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/werden). 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 solche Daten von einer solchen Komponente implementiert sein, um ein oder mehrere von Stromquelle 102, Kühlsubsystem 18, Beleuchtungssubsystem 100 (einschließlich ein oder mehrere solche gekoppelte Halbleitervorrichtungen) zu steuern. Als Reaktion zum Beispiel auf Daten von dem Beleuchtungssubsystem, die anzeigen, dass die Lichtenergie an einem oder mehreren dem Werkstück zugeordneten Punkte ungenügend ist, kann das Steuergerät 108 implementiert sein, um entweder (a) die Strom- und/oder Spannungszufuhr von der Stromquelle zu einer oder mehreren der Halbleitervorrichtungen 110 zu steigern, (b) ein Kühlen des Beleuchtungssubsystems mittels des Kühlsubsystems 18 zu steigern (d.h. bestimmte Licht emittierende Vorrichtungen liefern bei Kühlung eine größere Strahlungsleistung), (c) die Zeit zu verlängern, während der diesen Vorrichtungen Strom geliefert wird, oder (d) eine Kombination des Genannten.
Einzelne Halbleitervorrichtungen 110 (z.B. LED-Vorrichtungen) des Beleuchtungssubsystems 100 können von dem Steuergerät 108 unabhängig gesteuert werden. Zum Beispiel kann das Steuergerät 108 eine erste Gruppe aus einer oder mehreren einzelnen LED-Vorrichtungen steuern, um Licht einer ersten Intensität, Wellenlänge und dergleichen zu emittieren, während es eine zweite Gruppe von einer oder mehreren einzelnen LED-Vorrichtungen steuert, um Licht einer anderen Intensität, Wellenlänge und dergleichen zu emittieren. Die erste Gruppe aus einer oder mehreren einzelnen LED-Vorrichtungen kann innerhalb des gleichen Arrays von Halbleitervorrichtungen 110 liegen oder kann aus mehr als einem Array von Halbleitervorrichtungen 110 kommen. Arrays von Halbleitervorrichtungen 110 können von dem Steuergerät 108 auch unabhängig von anderen Arrays von Halbleitervorrichtungen 110 in dem Beleuchtungssubsystem 100 von dem Steuergerät 108 gesteuert werden. Zum Beispiel können die Halbleitervorrichtungen eines ersten Arrays gesteuert werden, um Licht einer ersten Intensität, Wellenlänge und dergleichen zu emittieren, während die eines zweiten Arrays gesteuert werden können, um Licht einer zweiten Intensität, Wellenlänge und dergleichen zu emittieren.
Als weiteres Beispiel kann unter einem ersten Satz von Bedingungen (z.B. für ein bestimmtes Werkstück, Photoreaktion und/oder Satz von Betriebsbedingungen) das Steuergerät 108 das photoreaktive System 10 betreiben, um eine erste Steuerungsstrategie zu implementieren, wogegen unter einem zweiten Satz von Bedingungen (z.B. für ein bestimmtes Werkstück, Photoreaktion und/oder Satz von Betriebsbedingungen) das Steuergerät 108 das photoreaktive System 10 betreiben kann, um eine zweite Steuerungsstrategie zu implementieren. Wie vorstehend beschrieben kann die erste Steuerungsstrategie das Betreiben einer ersten Gruppe von einer oder mehreren einzelnen Halbleitervorrichtungen (z.B. LED-Vorrichtungen) umfassen, um Licht einer ersten Intensität, Wellenlänge und dergleichen zu emittieren, während die zweite Steuerungsstrategie das Betreiben einer zweiten Gruppe von einer oder mehreren einzelnen LED-Vorrichtungen umfassen kann, um Licht einer zweiten Intensität, Wellenlänge und dergleichen zu emittieren. Die erste Gruppe von LED-Vorrichtungen kann die gleiche Gruppe von LED-Vorrichtungen wie die zweite Gruppe sein und kann ein oder mehrere Arrays von LED-Vorrichtungen überspannen oder kann eine andere Gruppe von LED-Vorrichtungen als die zweite Gruppe sein, und die unterschiedliche Gruppe von LED-Vorrichtungen kann eine Teilmenge von einer oder mehreren LED-Vorrichtungen aus der zweiten Gruppe umfassen.
Das Kühlsubsystem 18 wird implementiert, um das Wärmeverhalten des Beleuchtungssubsystems 100 zu steuern. Zum Beispiel sieht das Kühlsubsystem 18 im Allgemeinen ein Kühlen dieses Subsystems 12 und im Einzelnen der Halbleitervorrichtungen 110 vor. Das Kühlsubsystem 18 kann auch implementiert werden, um das Werkstück 26 und/oder den Raum zwischen dem Stück 26 und dem photoreaktiven System 10 (z.B. insbesondere dem Beleuchtungssubsystem 100) zu kühlen. Zum Beispiel kann das Kühlsubsystem 18 ein Luft- oder anderes Fluidkühlsystem (z.B. Wasserkühlsystem) sein.
Das photoreaktive System 10 kann für verschiedene Anwendungen verwendet werden. Beispiele umfassen ohne Einschränkung Härtungsanwendungen, die von Farbdruck bis zur Herstellung von DVDs und Lithographie reichen. Im Allgemeinen weisen die Anwendungen, bei denen das photoreaktive System 10 genutzt wird, zugeordnete Parameter auf. D.h. eine Anwendung kann wie folgt zugeordnete Betriebsparameter umfassen: Vorsehen eines oder mehrerer Strahlungsleistungswerte bei einer oder mehreren Wellenlängen, die über einen oder mehrere Zeiträume angelegt werden. Um die der Anwendung zugeordnete Photoreaktion ordnungsgemäß zu verwirklichen, muss eventuell optische Leistung bei oder nahe dem Werkstück bei oder über einem oder mehreren vorbestimmten Werten eines oder mehrerer dieser Parameter (und/oder über eine bestimmte Zeit, Zeiten oder Zeitbereiche) zugeführt werden.
Um den Parametern einer geplanten Anwendung zu folgen, können die Halbleitervorrichtungen 110, die Strahlungsleistung 24 liefern, gemäß verschiedenen Eigenschaften betrieben werden, die den Parametern der Anwendung zugeordnet sind, z.B. Temperatur, spektrale Verteilung und Strahlungsleistung. Gleichzeitig können die Halbleitervorrichtungen 110 bestimmte Betriebsspezifikationen haben, die eventuell der Herstellung der Halbleitervorrichtungen zugeordnet sind und unter anderem befolgt werden könnten, um eine Zerstörung auszuschließen und/oder einer Degradation der Vorrichtungen vorzubeugen. Andere Komponenten des photoreaktiven Systems 10 können ebenfalls zugeordnete Betriebsspezifikationen aufweisen. Diese Spezifikationen können neben anderen Parameterspezifikationen Bereiche (z.B. Höchst- und Mindestbereiche) für Betriebstemperaturen und angelegte elektrische Leistung umfassen.
Demgemäß unterstützt das photoreaktive System 10 das Überwachen der Parameter der Anwendung. Ferner kann das photoreaktive System 10 das Überwachen von Halbleitervorrichtungen 110, einschließlich ihrer jeweiligen Eigenschaften und Spezifikationen, vorsehen. Zudem kann das photoreaktive System 10 auch das Überwachen von ausgewählten anderen Komponenten des photoreaktiven Systems 10, einschließlich ihrer Eigenschaften und Spezifikationen, vorsehen.
Das Vorsehen einer solchen Überwachung kann das Prüfen des ordnungsgemäßen Systembetriebs ermöglichen, so dass der Betrieb des photoreaktiven Systems 10 zuverlässig beurteilt werden kann. Zum Beispiel kann das photoreaktive System 10 bezüglich eines oder mehrerer der Anwendungsparameter (z.B. Temperatur, Strahlungsleistung, etc.), Eigenschaften von Komponenten, die diesen Parametern zugeordnet sind, und/oder jeweiligen Betriebsspezifikationen der Komponente in unerwünschter Weise arbeiten. Das Vorsehen der Überwachung kann gemäß den Daten ansprechen und ausgeführt werden, die von dem Steuergerät 108 von einer oder mehreren der Systemkomponenten erhalten werden.
Das Überwachen kann auch die Steuerung des Systembetriebs unterstützen. Zum Beispiel kann eine Steuerungsstrategie mittels des Steuergeräts 108 implementiert werden, welches Daten von einer oder mehreren Systemkomponenten erhält und darauf reagiert. Diese vorstehend beschriebene Steuerung kann direkt (d.h. durch Steuern einer Komponente durch Steuersignale, die zu der Komponente gesendet werden, beruhend auf Daten, die den Betrieb dieser Komponente berücksichtigen) oder indirekt (d.h. durch Steuern des Betriebs einer Komponente durch Steuersignale, die ausgelegt sind, um den Betrieb anderer Komponenten anzupassen) implementiert werden. Zum Beispiel kann eine Strahlungsleistung einer Halbleitervorrichtung indirekt durch Steuersignale, die zu der Stromquelle 102 gesendet werden, die die dem Beleuchtungssubsystem 100 gelieferte Leistung anpassen, und/oder durch Steuersignale, die zu dem Kühlsubsystem 18 gesendet werden, die die an dem Beleuchtungssubsystem 100 angelegte Kühlung anpassen, angepasst werden.
Steuerungsstrategien können genutzt werden, um einen ordnungsgemäßen Systembetrieb und/oder die Leistung der Anwendung zu ermöglichen und/oder zu verbessern. In einem spezifischeren Beispiel kann die Steuerung auch genutzt werden, um ein Gleichgewicht zwischen der Strahlungsleistung des Arrays und seiner Betriebstemperatur zu ermöglichen und/oder zu verbessern, um z.B. ein Erwärmen der Halbleitervorrichtungen 110 oder des Arrays von Halbleitervorrichtungen 110 über ihre Spezifikationen hinaus zu verhindern, während auch ausreichend Strahlungsenergie auf das Werkstück 26 gerichtet wird, um die Photoreaktion(en) der Anwendung ordnungsgemäß abzuschließen.
In manchen Anwendungen kann dem Werkstück 26 eine hohe Strahlungsleistung zugeführt werden. Demgemäß kann das Subsystem 12 unter Verwenden eines Arrays von Licht emittierenden Halbleitervorrichtungen 110 implementiert werden. Zum Beispiel kann das Subsystem 12 unter Verwenden eines Leuchtdioden(LED)-Arrays hoher Dichte implementiert werden. Auch wenn LED-Arrays verwendet werden können und hierin näher beschrieben werden, versteht sich, dass die Halbleitervorrichtungen 110 und Array(s) derselben unter Verwenden anderer Licht emittierender Technologien implementiert werden können, ohne von den Grundsätzen der Beschreibung abzuweichen, Beispiele für andere Licht emittierende Technologien umfassen ohne Einschränkung organische LEDs, Laserdioden, andere Halbleiterlaser.
Die mehreren Halbleitervorrichtungen 110 können in der Form eines Arrays 20 oder eines Arrays von Arrays vorgesehen werden. Das Array 20 kann so implementiert werden, dass eine oder mehrere oder die meisten der Halbleitervorrichtungen 110 ausgelegt sind, Strahlungsleistung bereitzustellen. Gleichzeitig werden aber eine oder mehrere der Halbleitervorrichtungen 110 des Arrays so implementiert, dass sie ein Überwachen ausgewählte Eigenschaften des Arrays vorsehen. Die Überwachungsvorrichtungen 36 können aus den Vorrichtungen in dem Array 20 gewählt werden und können zum Beispiel den gleichen Aufbau wie die anderen emittierenden Vorrichtungen aufweisen. Der Unterschied zwischen Emittieren und Überwachen kann zum Beispiel durch die Koppelelektronik 22 bestimmt werden, die den bestimmten Halbleitervorrichtungen zugeordnet ist (in einer Grundform kann ein LED-Array z.B. überwachende LEDs, wobei die Koppelelektronik einen Rückwärtsstrom vorsieht, und emittierende LEDs, wobei die Koppelelektronik einen Durchlassstrom vorsieht, aufweisen).
Beruhend auf der Koppelelektronik können weiterhin ausgewählte Halbleitervorrichtungen in dem Array 20 entweder/oder bzw. sowohl/als auch Multifunktionsvorrichtungen und/oder Multimodus-Vorrichtungen sein, wobei (a) Multifunktionsvorrichtungen mehr als eine Eigenschaft (z.B. Strahlungsleistung, Temperatur, Magnetfelder, Schwingung, Druck, Beschleunigung und andere mechanische Kräfte oder Verformungen) detektieren können und zwischen diesen Detektionsfunktionen gemäß den Anwendungsparametern oder anderen maßgeblichen Faktoren umgeschaltet werden können und (b) Multimodus-Vorrichtungen für Emission, Detektion und einen anderen Modus (z.B. Aus) ausgelegt sein können und zwischen diesen Modi gemäß den Anwendungsparametern oder anderen maßgeblichen Faktoren umgeschaltet werden.
Unter Bezugnahme auf 2 ist ein Schaltbild eines ersten Beleuchtungssystemschaltkreises gezeigt, der unterschiedliche Strommengen zuführen kann. Das Beleuchtungssystem 100 umfasst ein oder mehrere Licht emittierende Vorrichtungen 110. In diesem Beispiel sind die Licht emittierenden Vorrichtungen 110 Leuchtdioden (LED). Jede LED 110 umfasst eine Anode 201 und eine Kathode 202. Eine in 1 gezeigte Schaltstromquelle 102 liefert einem Spannungsregler 204 mittels eines Wegs oder Leiters 264 48V Gleichstrom. Der Spannungsregler 204 liefert den Anoden 201 der LEDs 110 mittels des Leiters oder Wegs 242 Gleichstrom. Der Spannungsregler 204 ist ebenfalls mit Kathoden 202 der LED 110 mittels eines Leiters oder Wegs 240 elektrisch verbunden. Der Spannungsregler 204 ist mit Verweis auf die Masse 260 gezeigt und kann in einem Beispiel ein Abwärtsregler sein. Der Spannungsregler 204 liefert dem Beleuchtungs-Array 20 elektrische Leistung. Das Steuergerät 108 ist in elektrischer Verbindung mit dem Spannungsregler 204 gezeigt. In anderen Beispielen können bei Bedarf diskrete Eingang erzeugende Vorrichtungen (z.B. Schalter) das Steuergerät 108 ersetzen. Das Steuergerät 108 umfasst einen Zentralrechner 290 zum Ausführen von Befehlen. Das Steuergerät 108 umfasst auch Eingänge und Ausgänge (I/O) 288 zum Betreiben des Spannungsreglers 204 und anderer Vorrichtungen. In einem Festwertspeicher 292 können nicht flüchtige ausführbare Befehle gespeichert werden, während in einem Arbeitsspeicher 294 Variable gespeichert werden können. Der Spannungsregler 204 versorgt die LEDs 110 mit einer einstellbaren Spannung.
Der veränderliche Widerstand 220 in der Form eines Feldeffekttransistors (FET) erhält von dem Steuergerät 108 oder mittels einer anderen Eingabevorrichtung von einem Verstärker 222 eine Intensitäts- oder Strahlungssteuersignalspannung. Der Verstärker 222 liefert mittels eines Leiters 231 ein Steuersignal bzw. einen Ausgang zu einem FET-Gate 298. Der Verstärker 222 erhält von dem Steuergerät 108 an einem nicht invertierenden Eingang einen Intensitäts- oder Strahlungsbefehl, wie in 3 gezeigt ist. Wie in 3 gezeigt ist, befindet sich eine Vorrichtung mit negativem Temperaturkoeffizienten 225 (z.B. ein Thermistor) in einer Gegenkopplungsschleife oder einem Gegenkopplungsschaltkreis des Verstärkers 222. Ferner steht die Vorrichtung mit negativem Temperaturkoeffizienten mittels einer Wärmesenke 221 mit LEDs 110 in thermischer Verbindung. Die FET-Source 297 ist mit einem Stromerfassungswiderstand 255 elektrisch gekoppelt. Während das vorliegende Beispiel den veränderlichen Widerstand als FET beschreibt, sollte man beachten, dass die Schaltung andere Formen von veränderlichen Widerständen nutzen kann.
In diesem Beispiel umfasst mindestens ein Element des Arrays 20 Festkörper-Lichtemissionselemente wie etwa Leuchtdioden (LEDs) oder Laserdioden erzeugen Licht. Die Elemente können als einzelnes Array auf einem Träger, mehrere Arrays auf einem Träger, mehrere Arrays entweder einzeln oder mehrfach auf mehreren miteinander verbundenen Trägern etc. ausgelegt sein. In einem Beispiel kann das Array von Licht emittierenden Elementen aus einer Silicon Light Matrix™ (SLM), hergestellt von Phoseon Technology, Inc., bestehen.
Die in 2 gezeigte Schaltung ist ein geschlossener Stromregelkreis 208. In dem geschlossenen Stromregelkreis 208 erhält der veränderliche Widerstand 220 mittels des Leiters oder Wegs 231 mittels des Verstärkers 222 ein Intensitätsspannungssteuersignal. Die Spannung zwischen dem veränderlichen Widerstand 220 und dem Array 20 wird auf eine durch den Spannungsregler 204 ermittelte Sollspannung gesteuert. Der Sollspannungswert kann von dem Steuergerät 108 oder einer anderen Vorrichtung geliefert werden, und der Spannungsregler 204 steuert die Spannung an dem Leiter oder Weg 242 auf einen Wert, der die Sollspannung in einem Stromweg zwischen dem Array 20 und dem veränderlichen Widerstand 220 bereitstellt. Der veränderliche Widerstand 220 steuert den Stromfluss von dem Array 20 zu dem Stromerfassungswiderstand 255 in der Pfeilrichtung 245. Die Sollspannung kann auch als Reaktion auf die Art der Beleuchtungsvorrichtung, der Art von Werkstück, Härtungsparameter und verschiedene andere Betriebsparameter eingestellt werden. Ein elektrisches Stromsignal kann entlang des Leiters oder Wegs 236 zu dem Steuergerät 108 oder einer anderen Vorrichtung, die das vorgesehene Intensitätsspannungssteuersignal einstellt, zurückgeleitet werden. Wenn sich das elektrische Stromsignal von einem erwünschten elektrischen Strom unterscheidet, wird insbesondere das mittels des Leiters 230 weitergeleitete Intensitätsspannungssteuersignal vergrößert oder verringert, um den elektrischen Strom durch das Array 20 anzupassen. Ein Stromrückkopplungssignal, das ein Fließen von elektrischem Strom durch das Array 20 anzeigt, wird mittels des Leiters 236 als Spannungswert, der sich ändert, wenn sich der durch den Stromerfassungswiderstand 255 fließende elektrische Strom ändert, gelenkt.
In einem Beispiel, in dem die Spannung zwischen dem veränderlichen Widerstand 220 und dem Array 20 auf eine konstante Spannung eingestellt wird, wird der Stromfluss durch das Array 20 und den veränderlichen Widerstand 220 mittels Einstellens des Widerstands des veränderlichen Widerstands 220 eingestellt. Somit gelangt ein entlang des Leiters 240 von dem veränderlichen Widerstand 220 befördertes Spannungssignal in diesem Beispiel nicht zu dem Array 20. Stattdessen folgt die Spannungsrückführung zwischen Array 20 und veränderlichem Widerstand 220 dem Leiter 240 und geht zu dem Spannungsregler 204. Der Spannungsregler 204 gibt dann ein Spannungssignal 242 zu dem Array 20 aus. Folglich passt der Spannungsregler 204 seine Ausgangsspannung als Reaktion auf eine Spannung stromabwärts des Arrays 20 an, und der Stromfluss durch das Array 20 wird mittels des veränderlichen Widerstands 220 angepasst. Das Steuergerät 108 kann Befehle zum Einstellen eines Widerstandswerts des veränderlichen Widerstands 220 als Reaktion auf einen Array-Strom, der mittels des Leiters 236 als Spannung zurückgeleitet wird, umfassen. Der Leiter 240 ermöglicht eine elektrische Verbindung zwischen den Kathoden 202 der LEDs 110, einem Eingang 299 (z.B. einem Drain eines N-Kanal-MOSFET) des veränderlichen Widerstands 220 und dem Spannungsrückführungseingang 293 des Spannungsreglers 204. Somit befinden sich die Kathoden 202 der LEDs 110, eine Eingangsseite 299 des veränderlichen Widerstands 220 und der Spannungsrückführungseingang 293 bei dem gleichen Spannungspotential.
Der veränderliche Widerstand kann die Form eines FET, eines bipolaren Transistors, einen digitalen Potentiometers oder einer beliebigen elektrisch steuerbaren Strombegrenzungsvorrichtung annehmen. Die Antriebsschaltung kann abhängig von dem verwendeten veränderlichen Widerstand unterschiedliche Formen annehmen. Das geschlossene System arbeitet so, dass ein Ausgangsspannungsregler 204 etwa 0,5 V über einer Spannung zum Betreiben des Arrays 20 bleibt. Die Reglerausgangsspannung passt die an dem Array 20 angelegte Spannung an und der veränderliche Widerstand steuert einen Stromfluss durch das Array 20 auf einen Sollwert. Der vorliegende Schaltkreis kann das Erzeugen einer konstanten Bestrahlungsleistung des Arrays 20 verbessern. In dem Beispiel von 2 erzeugt der veränderliche Widerstand 220 typischerweise einen Spannungsabfall in dem Bereich von 0,6 V. Der Spannungsabfall an dem veränderlichen Widerstand 220 kann aber abhängig von der Auslegung des veränderlichen Widerstands kleiner oder größer als 0,6 V sein.
Unter Bezugnahme nun auf 3 ist ein beispielhafter Verstärker 222 zum Liefern einer Bestrahlungs- oder Intensitätssteuerspannung zu einem veränderlichen Widerstand, der einen Fluss elektrischen Stroms durch ein Beleuchtungs-Array steuert, gezeigt. Der Verstärker 222 umfasst einen Operationsverstärker 302. Zu dem Verstärker 222 wird an dem nicht invertierenden Eingang 304 eine Steuerspannung zum Ausgeben einer erwünschten Bestrahlungs- oder Lichtintensität eingegeben. Der Verstärker 222 umfasst einen Ausgang 305, um den in 2 gezeigten veränderlichen Widerstand 220 zu betreiben. Eine Gegenkopplungsschleife 350 umfasst nur drei Widerstände, die einen ersten Widerstand (R1) 310, einen zweiten Widerstand (R2) 312 und einen dritten Widerstand (R_T) 314 umfassen. In diesem Beispiel ist der Widerstand 314 eine Vorrichtung mit negativem Temperaturkoeffizienten (z.B. ein Thermistor). Der erste Widerstand (R1) legt die Änderung der Verstärkung von der Mindest- zur Höchsttemperatur des Beleuchtungs-Arrays fest. Der zweite Widerstand (R2) legt ein Steilheitsmaximum für eine vorbestimmte Gleichgewichtstemperatur des Beleuchtungs-Arrays fest.
Somit ist der Verstärker 222 ist nicht invertierender Verstärker, der in einer Gegenkopplungsschleife 350 eine Gegenkopplung umfasst. Der invertierende Eingang 303 und der nicht invertierende Eingang 304 haben eine sehr hohe Impedanz. Folglich fließt im Wesentlichen kein elektrischer Strom in den invertierenden Eingang 303 bzw. den nicht invertierenden Eingang 304. Die Verstärkung des Verstärkers kann ausgedrückt werden als: $\frac{V o}{V i n} = 1 + \frac{R 1}{R 2 + R_{T}}$
wobei Vo die Ausgangsspannung des Verstärkers 222 bei 305 ist, Vin die Spannung an dem invertierenden Eingang 303 ist, R1 der Wert des Widerstands 310 ist, R2 der Wert des Widerstands 312 ist und R_T der Widerstandswert der Vorrichtung mit negativem Temperaturkoeffizienten 314 ist. Wenn die Temperatur des Beleuchtungs-Arrays kalt ist und der Wert von R_T sehr hoch ist, ist folglich die Verstärkung in etwa gleich eins. Wenn die Temperatur des Beleuchtungs-Arrays warm ist und der Wert von R_T sehr niedrig ist, ist die Verstärkung in etwa gleich 1,22, wenn R1 gleich 499 Ohm ist und R2 gleich 2,32 K Ohm ist. In manchen Beispielen kann der Ausgang des Verstärkers 222 als Befehl oder Signal für eine automatische Leistungssteuerung (APC) bezeichnet werden.
Es versteht sich, dass die Werte von R1, R2 und R_T zwischen unterschiedlichen Beleuchtungssystemen variieren können. Ferner kann die Verstärkung des Verstärkers in manchen Ausführungsformen unterschiedlich sein, ohne vom Schutzumfang und der Intention der vorliegenden Beschreibung abzuweichen.
Unter Bezugnahme nun auf 4 ist ein Schaltbild eines zweiten Beleuchtungssystem-Schaltkreises gezeigt, der eine im Wesentlichen konstante Bestrahlungsleistung des Beleuchtungs-Arrays vorsieht. 4 umfasst einige der gleichen Elemente wie der in 2 gezeigte erste Beleuchtungssystem-Schaltkreis. Elemente in 4, die gleich den Elementen von 2 sind, sind mit den gleichen Zifferbezeichnungen kenntlich gemacht. Der Kürze halber wird auf eine Beschreibung der gleichen Elemente von 2 und 4 verzichtet; die Beschreibung der Elemente in 2 gilt jedoch für die Elemente von 4, die die gleichen Zifferbezeichnungen tragen.
Das in 4 gezeigte Beleuchtungssystem umfasst ein Beleuchtungs-Array 20, das LEDs 110 umfasst. Das System von 4 umfasst keinen externen Verstärker 222, der dem veränderlichen Widerstand 220 einen Intensitäts- oder Bestrahlungswert liefert. Stattdessen umfasst das Steuergerät 108 Mikrosteuergerätbefehle zum Implementieren des Verstärkers 222. Somit werden der Verstärker und seine Verstärkung, die in 3 beschrieben sind, mittels nicht flüchtiger Befehle in dem Steuergerät 108 implementiert. Ferner kann das Steuergerät 108 einen Widerstand oder Ausgang einer Vorrichtung 405 ermitteln und an dem Ausgang der Vorrichtung eine Transferfunktion des negativen Temperaturkoeffizienten anlegen. Die Transferfunktion des negativen Temperaturkoeffizienten kann einen Widerstandswert ausgeben, der wie durch die Kurve 502 von 5 gezeigt bei niedrigeren Temperaturen steigt und bei höheren Temperaturen sinkt. Alternativ kann die Vorrichtung 405 eine Vorrichtung mit negativem Temperaturkoeffizienten mit einem Widerstand, der durch das Steuergerät 108 ermittelt wird, sein. Dann wird der Widerstandswert bei einer Verstärkungsfunktion angewendet und der Bestrahlungsstärkebefehl wird mittels des Leiters 230 zu einer Vorrichtung veränderlichen Widerstands 220 ausgegeben. Auf diese Weise kann die in 2 gezeigte Hardware des Verstärkers 222 mittels Steuergerätbefehle, die in dem nicht flüchtigen Speicher des Steuergeräts 108 gespeichert sind, ersetzt werden.
Die Systeme von 1-4 sehen somit ein System zum Betreiben einer oder mehrerer Licht emittierender Vorrichtungen vor, welche umfassen: mindestens eine Licht emittierende Vorrichtung; eine Vorrichtung mit negativem Temperaturkoeffizienten, die mit der mindestens einen Licht emittierenden Vorrichtung in thermischer Verbindung steht; und einen Verstärker, der eine Gegenkopplungsschleife umfasst, wobei die Vorrichtung mit negativem Temperaturkoeffizienten in der Gegenkopplungsschleife enthalten ist. Das System umfasst, dass der Verstärker ein Operationsverstärker ist, und wobei es weiterhin eine Vorrichtung veränderlichen Widerstands und ein Steuergerät umfasst, wobei die Vorrichtung veränderlichen Widerstands mit einer Kathodenseite der mindestens einen Licht emittierenden Vorrichtung in elektrischer Verbindung steht.
In manchen Beispielen umfasst das System, dass die Vorrichtung veränderlichen Widerstands ein Feldeffekttransistor ist und dass ein Ausgang des Verstärkers mit einem Gate des Feldeffekttransistors in elektrischer Verbindung steht. Das System umfasst, dass ein Drain des Feldeffekttransistors mit der mindestens einen Licht emittierenden Vorrichtung in elektrischer Verbindung steht. Das System nach Anspruch 1, wobei die Gegenkopplungsschleife einen invertierenden Eingang des Verstärkers und einen Ausgang des Verstärkers elektrisch koppelt. Das System umfasst, dass die Vorrichtung mit negativem Temperaturkoeffizienten ein Thermistor ist. Das System umfasst, dass die mindestens eine oder die mehreren Licht emittierenden Vorrichtungen eine Leuchtdiode ist.
Das System von 1-4 sieht auch ein System zum Betreiben einer oder mehrerer Licht emittierender Vorrichtungen vor, umfassend: mindestens eine oder mehrere Licht emittierende Vorrichtungen; eine Vorrichtung mit negativem Temperaturkoeffizienten, die mit der mindestens einen oder den mehreren Licht emittierenden Vorrichtung in thermischer Verbindung steht; eine Vorrichtung veränderlichen Widerstands, die mit einer oder mehreren Kathoden der mindestens einen oder mehreren Licht emittierenden Vorrichtungen in elektrischer Verbindung steht; einen Verstärker, der eine Gegenkopplungsschleife umfasst, wobei die Vorrichtung mit negativem Temperaturkoeffizienten in der Gegenkopplungsschleife enthalten ist, wobei ein Ausgang des Verstärkers mit der Vorrichtung veränderlichen Widerstands in elektrischer Verbindung steht, wobei die Gegenkopplungsschleife drei Widerstände umfasst. Das System umfasst, dass die drei Widerstände die einzigen drei Widerstände in der Gegenkopplungsschleife sind. Das System umfasst, dass die Gegenkopplungsschleife eine elektrische Verbindung zwischen einem invertierenden Eingang des Verstärkers und einem Ausgang des Verstärkers vorsieht. Das System umfasst ferner ein Steuergerät, wobei das Steuergerät mit einem nicht invertierenden Eingang des Verstärkers in elektrischer Verbindung steht. Das System umfasst, dass das Steuergerät in einem nicht flüchtigen Speicher gespeicherte Befehle zum Liefern einer Spannung zu dem Verstärker umfasst, wobei die Spannung einer erwünschten Bestrahlungsleistung der mindestens einen oder mehreren Licht emittierenden Vorrichtungen entspricht. Das System umfasst ferner einen Spannungsregler, wobei der Spannungsregler mit der mindestens einen oder den mehreren Licht emittierenden Vorrichtungen in elektrischer Verbindung steht.
Unter Bezugnahme nun auf 5 eine beispielhafte graphische Darstellung des Widerstands einer Vorrichtung mit negativem Temperaturkoeffizienten und einer normalisierten Verstärkung einer automatischen Leistungssteuerung (APC) gegen Temperatur eines Beleuchtungs-Arrays. Die linke vertikale Achse 510 stellt eine normalisierte APC-Verstärkung oder die Verstärkung des Verstärkers 222 von 2 und 3 dar. Die rechte vertikale Achse 512 stellt einen Widerstand einer Temperaturerfassungsvorrichtung, die mit Beleuchtungselementen des in 1 gezeigten Beleuchtungs-Arrays 20 in thermischer Verbindung steht, dar. Die horizontale Achse stellt die Temperatur des Beleuchtungs-Arrays dar, und die Temperatur steigt von der linken Seite der graphischen Darstellung zu der rechten Seite der graphischen Darstellung.
Die Kurve 502 stellt eine Ausgabe einer Vorrichtung mit negativem Temperaturkoeffizienten (z.B. eines Thermistors) dar. Wie gezeigt steigt der Widerstand bei kälterer Temperatur und sinkt bei höheren Temperaturen. Durch Anordnen der Vorrichtung mit negativem Temperaturkoeffizienten (z.B. 314 in 3) in einem Gegenkopplungsweg eines Verstärkers kann eine Verstärkung des Verstärkers wie durch eine Kurve 504 gezeigt geformt werden.
Die Kurve 504 stellt eine Verstärkung des in 2 und 3 gezeigten Verstärkers 222 dar. Die Verstärkung weist eine S-artige Form auf, wobei eine Verstärkung des Verstärkers bei niedrigeren Temperaturen eines Beleuchtungs-Arrays niedriger ist und bei höheren Temperaturen eines Beleuchtungs-Arrays höher ist. In diesem Beispiel beträgt die Gleichgewichtstemperatur des Beleuchtungs-Arrays 55°C, wenn die Umgebungstemperatur 20°C beträgt, und das Beleuchtungs-Array gibt einen vorbestimmten Bestrahlungsstärkewert aus. Die Gleichgewichtstemperatur ist eine Temperatur, bei der das Beleuchtungs-Array normalerweise arbeitet, wenn die Umgebungstemperatur 20°C beträgt, und das Beleuchtungs-Array den vorbestimmten Bestrahlungsstärkewert ausgibt. Es lässt sich erkennen, dass die Steilheit der Verstärkung des Verstärkers um die Gleichgewichtstemperatur von 55°C am größten ist, so dass eine Abweichung von 55°C 'bewirkt, dass der Ausgang des den Verstärkers den Widerstand des in 2 gezeigten veränderlichen Widerstands 220 steigert oder senkt. Somit wird eine dem Beleuchtungs-Array gelieferte Leistung als Reaktion auf die Temperatur des Arrays angepasst.
Unter Bezugnahme nun auf 6 ist eine beispielhafte graphische Darstellung der Änderung der Verstärkung des Verstärkers dividiert durch die Änderung der Temperatur des Beleuchtungs-Arrays gezeigt. Die vertikale Achse stellt eine Änderung der Verstärkung des Verstärkers dar. Die horizontale Achse stellt die Temperatur des Beleuchtungs-Arrays dar.
Die Kurve 604 stellt eine Änderung der Verstärkung des Verstärkers dividiert durch eine Änderung der Temperatur des Beleuchtungs-Arrays dar. Die Kurve 604 kann auch als erste Ableitung der Verstärkung des Verstärkers des Beleuchtungs-Arrays bezüglich der Temperatur des Beleuchtungs-Arrays beschrieben werden. Es lässt sich somit feststellen, dass die maximale Änderung der Verstärkung bei diesem bestimmten Beispiel bei 55°C liegt. Der Ort der maximalen Verstärkung kann aber für verschiedene Eigenschaften des Beleuchtungs-Arrays angepasst werden. Durch Maximieren der Verstärkung um die Gleichgewichtstemperatur kann die Ausgangsleistung des Beleuchtungs-Arrays angepasst werden, um die Bestrahlungsstärke des Beleuchtungs-Arrays selbst bei Vorliegen einer Temperaturabweichung des Beleuchtungs-Arrays zurück auf ihren Sollwert zu steuern.
Unter Bezugnahme nun auf 7 ist ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern der elektrischen Leistung und Bestrahlungsstärke eines Beleuchtungs-Arrays gezeigt. Das Verfahren von 7 kann als Befehle, die in einem nicht flüchtigen Speicher eines Steuergeräts gespeichert sind, enthalten sein, wie in 1, 2 und 4 gezeigt ist.
Bei 702 wird die erwünschte Intensität oder Bestrahlungsstärke des Beleuchtungs-Arrays ermittelt. Die erwünschte Intensität kann von Beleuchtungssystem zu Beleuchtungssystem und von Werkstück zu Werkstück variieren. In einem Beispiel kann die erwünschte Intensität aus einer Steuerparameterdatei ermittelt werden oder ein Bediener kann den erwünschten Intensitäts- oder Bestrahlungsstärkenwert manuell wählen. Die Steuerparameterdatei kann empirisch ermittelte Werte der Bestrahlungsstärke für das Beleuchtungs-Array umfassen. Nach dem Ermitteln der Beleuchtungsstärke oder Intensität des Beleuchtungs-Arrays rückt das Verfahren 700 zu 704 vor.
Bei 704 ermittelt das Verfahren 700 den Strom und/oder die Leistung zum Betreiben des Beleuchtungs-Arrays bei dem bei 702 ermittelten Bestrahlungsstärkenwert. In einem Beispiel kann die Leistung des Beleuchtungs-Arrays mittels Indizieren einer Funktion oder Tabelle ermittelt werden, die empirisch ermittelte Strom- oder Leistungswerte umfasst, die mittels der erwünschten Bestrahlungsstärke indiziert werden können. Die Tabelle oder Funktion gibt den erwünschten Strom und/oder die erwünschte Leistung des Beleuchtungs-Arrays aus und rückt zu 706 vor.
Bei 706 wandelt das Verfahren 700 den erwünschten Strom oder die erwünschte Leistung in eine Steuerspannung oder einen Steuerstrom zum Betreiben des veränderlichen Widerstands um, der den Stromfluss durch das Beleuchtungs-Array steuert. In einem Beispiel leitet das Verfahren 700 den erwünschten Strom- oder Leistungswert durch eine Transferfunktion, um einen Bestrahlungsstärkenbefehl für das Beleuchtungs-Array zu ermitteln. Der Bestrahlungsstärkenbefehl kann in der Form einer Spannung oder eines Werts eines Parameters vorliegen. Nach dem Ermitteln des Bestrahlungsstärkenbefehls rückt das Verfahren 700 zu 708 vor.
Bei 708 nutzt das Verfahren 700 eine Vorrichtung mit negativem Temperaturkoeffizienten (z.B. Kurve 502 von 5) oder eine Transferfunktion in einer Gegenkopplungsschleife eines Verstärkers, die eine Steuerspannung oder einen Steuerstrom zu einem veränderlichen Widerstand liefert.
In einem Beispiel kann die Vorrichtung mit negativem Temperaturkoeffizienten in einer Gegenkopplungsschleife eines Verstärkers enthalten sein, wie in 2 und 3 gezeigt ist. Die Vorrichtung mit negativem Temperaturkoeffizienten passt eine Verstärkung des Verstärkers an, wenn sich eine Temperatur des Beleuchtungs-Arrays ändert. In einem Beispiel ist die Verstärkung des Verstärkers wie in 3 beschrieben. Die bei 706 ermittelte Steuerspannung wird an einem nicht invertierenden Eingang des Verstärkers angelegt.
In einem anderen Beispiel wird eine Spannung oder ein Widerstand, die/der eine Temperatur des Beleuchtungs-Arrays darstellt, zu einem Steuergerät eingegeben, und die Spannung oder der Widerstand wird durch eine Transferfunktion, die die Spannung oder den Widerstand in einen Negativtemperaturkoeffizienten-Ausgabeparameter umwandelt, geleitet. Wenn zum Beispiel eine Spannung zu dem Steuergerät eingegeben wird, die eine Temperatur des Beleuchtungs-Arrays darstellt, wird die Spannung in einen Widerstandswert umgewandelt, so dass der Widerstandswert eine Transferfunktion ähnlich der Kurve 502 von 5 hat. Dann kann der Widerstandswert an einer Transferfunktion angelegt werden, die einen Verstärker mit einer Vorrichtung mit negativem Temperaturkoeffizienten in seinem Gegenkopplungsweg darstellt. Das Steuergerät kann zum Beispiel den in 3 gezeigten Verstärker und seine Transferfunktion in der Form eines in dem Speicher gespeicherten digitalen Filters implementieren. Die bei 706 ermittelte Steuerspannung wird an dem digitalen Filter angelegt. Nach dem Anlegen des negativen Temperaturkoeffizienten an einem Gegenkopplungsweg eines Verstärkers, der einen Strom und/oder eine Leistung eines Beleuchtungs-Arrays anpasst, rückt das Verfahren 700 zu 710 vor.
Bei 710 passt das Verfahren 700 den Strom und/oder die Leistung des Beleuchtungs-Arrays mittels Zuführen eines Stroms oder einer Spannung zu einem veränderlichen Widerstand an. In einem Beispiel kann der Strom oder die Leistung mittels eines Verstärkers angepasst werden, wie in 3 gezeigt ist. In einem anderen Beispiel kann der Strom oder die Leistung mittels eines Steuergeräts, das einen Strom oder eine Spannung von einem analogen Ausgang zuführt, angepasst werden, wobei der Strom oder die Spannung aus dem Ausgang des bei 708 beschriebenen digitalen Filters ermittelt wird.
Somit kann das Verfahren von 7 mittels eines digitalen Steuergeräts oder eines analogen Schaltkreises implementiert werden. Das Verfahren legt einen negativen Temperaturkoeffizienten an einem Gegenkopplungsweg eines Verstärkers an, um bei Vorliegen von variierenden Temperaturen eines Beleuchtungs-Arrays eine Bestrahlungsstärke des Beleuchtungs-Arrays bei einem konstanten Wert zu halten.
Das Verfahren von 7 sieht ein Verfahren zum Betreiben einer oder mehrerer Licht emittierender Vorrichtungen vor, welches umfasst: Erfassen einer Temperatur eines Wärmeleiters, der mit einer oder mehreren Licht emittierenden Vorrichtungen in thermischer Verbindung steht; Transformieren oder Umwandeln der erfassten Temperatur in einen Steuerparameter mit einem negativen Temperaturkoeffizienten; und Anpassen des Stromflusses durch die eine oder die mehreren Licht emittierenden Vorrichtungen als Reaktion auf einen Ausgang eines Steuergeräts, der den Steuerparameter in einem Gegenkopplungsweg umfasst. Das Verfahren umfasst, dass die erfasste Temperatur mittels eines Thermistors in einen Steuerparameter mit einem negativen Temperaturkoeffizienten transformiert wird. Das Verfahren umfasst, dass der Stromfluss durch die eine oder die mehreren Licht emittierenden Vorrichtungen mittels eines Operationsverstärkers angepasst wird. Das Verfahren umfasst, dass der Stromfluss durch die eine oder mehreren Licht emittierenden Vorrichtungen mittels Befehlen in dem Steuergerät angepasst wird. Das Verfahren umfasst, dass das Anpassen des Stromflusses das Anpassen einer Verstärkung eines Verstärkers proportional zu der erfassten Temperatur umfasst. Das Verfahren umfasst, dass die Verstärkung bei einer Gleichgewichtstemperatur der einen oder mehreren Licht emittierenden Vorrichtungen eine maximale Steilheit aufweist. Das Verfahren umfasst, dass der Stromfluss angepasst wird, um eine von der einen oder den mehreren Licht emittierenden Vorrichtungen ausgegebene, im Wesentlichen konstante Bestrahlungsstärke vorzusehen.
Zu beachten ist, dass die hierin enthaltenen beispielhaften Steuerungs- und Schätzroutinen mit verschiedenen Beleuchtungssystemkonfigurationen genutzt werden können. Die hierin offenbarten Steuerverfahren und -routinen können 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. 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 Beleuchtungssteuersystem zu programmieren ist, wobei die beschriebenen Schritte durch Ausführen der Befehle in einem System ausgeführt werden, das die verschiedenen Beleuchtungssystemhardware-Komponenten kombiniert mit dem elektronischen Steuergerät umfasst.
Dies beendet die Beschreibung. Das Lesen derselben durch Fachleute könnte viele Änderungen und Abwandlungen nahe legen, ohne vom Wesen und Schutzumfang der Beschreibung abzuweichen. Zum Beispiel können Beleuchtungsquellen, die unterschiedliche Wellenlängen von Licht erzeugen, von der vorliegenden Beschreibung profitieren.

Claims

System (10) zum Betreiben einer oder mehrerer Licht emittierender Vorrichtungen (110), umfassend: mindestens eine Licht emittierende Vorrichtung (110); eine Vorrichtung mit negativem Temperaturkoeffizienten (225; 314; 405), die mit der mindestens einen Licht emittierenden Vorrichtung (110) in thermischer Verbindung steht; und einen Verstärker (222), der eine Gegenkopplungsschleife (350) umfasst, wobei die Vorrichtung mit negativem Temperaturkoeffizienten (225; 314; 405) in der Gegenkopplungsschleife (350) enthalten ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Steilheit der Verstärkung des Verstärkers (222) bei einer Gleichgewichtstemperatur der mindestens einen Licht emittierenden Vorrichtung (110) am größten ist.
System (10) nach Anspruch 1, wobei der Verstärker (222) ein Operationsverstärker (302) ist, und welches weiterhin eine Vorrichtung veränderlichen Widerstands (220) und ein Steuergerät (108) umfasst, wobei die Vorrichtung veränderlichen Widerstands (220) mit einer Kathodenseite der mindestens einen Licht emittierenden Vorrichtung (110) in elektrischer Verbindung steht.
System (10) nach Anspruch 2, wobei die Vorrichtung veränderlichen Widerstands (220) ein Feldeffekttransistor ist und wobei ein Ausgang des Verstärkers (222) mit einem Gate (298) des Feldeffekttransistors in elektrischer Verbindung steht.
System (10) nach Anspruch 3, wobei eine Source (297) des Feldeffekttransistors mit der mindestens einen Licht emittierenden Vorrichtung (110) in elektrischer Verbindung steht.
System (10) nach Anspruch 1, wobei die Gegenkopplungsschleife (350) einen invertierenden Eingang (303) des Verstärkers (222) und einen Ausgang (305) des Verstärkers (222) elektrisch koppelt.
System (10) nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung mit negativem Temperaturkoeffizienten (225; 314; 405) ein Thermistor ist.
System (10) nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine oder die mehreren Licht emittierenden Vorrichtungen (110) eine Leuchtdiode ist.
System (10) zum Betreiben einer oder mehrerer Licht emittierender Vorrichtungen (110), umfassend: mindestens eine oder mehrere Licht emittierende Vorrichtungen (110); eine Vorrichtung mit negativem Temperaturkoeffizienten (225; 314; 405), die mit der mindestens einen oder den mehreren Licht emittierenden Vorrichtungen (110) in thermischer Verbindung steht; eine Vorrichtung veränderlichen Widerstands (220), die mit einer oder mehreren Kathoden der mindestens einen oder der mehreren Licht emittierenden Vorrichtungen (110) in elektrischer Verbindung steht; einen Verstärker (222), der eine Gegenkopplungsschleife (350) umfasst, wobei die Vorrichtung mit negativem Temperaturkoeffizienten (225; 314; 405) in der Gegenkopplungsschleife (350) enthalten ist, wobei ein Ausgang des Verstärkers (222) mit der Vorrichtung veränderlichen Widerstands (220) in elektrischer Verbindung steht, wobei die Gegenkopplungsschleife (350) drei Widerstände umfasst (310, 312, 314), dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (108) in einem nicht flüchtigen Speicher gespeicherte Befehle zum Liefern einer Spannung zu dem Verstärker (222) umfasst, wobei die Spannung einer erwünschten Bestrahlungsleistung der mindestens einen oder der mehreren Licht emittierenden Vorrichtungen (110) entspricht.
System (10) nach Anspruch 8, wobei die drei Widerstände (310, 312, 314) die einzigen drei Widerstände in der Gegenkopplungsschleife (350) sind.
System (10) nach Anspruch 9, wobei die Gegenkopplungsschleife (350) eine elektrische Verbindung zwischen einem invertierenden Eingang (303) des Verstärkers (222) und einem Ausgang (305) des Verstärkers (222) vorsieht.
System (10) nach Anspruch 9, welches weiterhin ein Steuergerät (108) umfasst, wobei das Steuergerät (108) mit einem nicht invertierenden Eingang (304) des Verstärkers (222) in elektrischer Verbindung steht.
System (10) nach Anspruch 9, welches weiterhin einen Spannungsregler (204) umfasst, wobei der Spannungsregler (204) mit der mindestens einen oder den mehreren Licht emittierenden Vorrichtung (110) in elektrischer Verbindung steht.
Verfahren zum Betreiben einer oder mehrerer Licht emittierender Vorrichtungen (110), umfassend: Erfassen einer Temperatur eines Wärmeleiters, der mit einer oder mehreren Licht emittierenden Vorrichtungen (110) in thermischer Verbindung steht; Transformieren der erfassten Temperatur in einen Steuerparameter mit einem negativen Temperaturkoeffizienten; und Anpassen des Stromflusses durch die eine oder die mehreren Licht emittierenden Vorrichtungen (110) als Reaktion auf einen Ausgang eines Steuergeräts (108), der den Steuerparameter in einem Gegenkopplungsweg (350) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassen des Stromflusses das Anpassen einer Verstärkung eines Verstärkers (222) proportional zu der erfassten Temperatur umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die erfasste Temperatur mittels eines Thermistors in einen Steuerparameter mit einem negativen Temperaturkoeffizienten transformiert wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Stromfluss durch die eine oder mehreren Licht emittierenden Vorrichtungen (110) mittels eines Operationsverstärkers (302) angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Stromfluss durch die eine oder die mehreren Licht emittierenden Vorrichtungen (110) mittels Befehlen in dem Steuergerät (108) angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Verstärkung bei einer Gleichgewichtstemperatur der einen oder mehreren Licht emittierenden Vorrichtungen (110) eine maximale Steilheit aufweist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Stromfluss angepasst wird, um eine von der einen oder den mehreren Licht emittierenden Vorrichtungen (110) ausgegebene, im Wesentlichen konstante Bestrahlungsstärke vorzusehen.