DE112017000587T5

DE112017000587T5 - Automatisches Leistungssteuergerät für mehrere Beleuchtungsarrays

Info

Publication number: DE112017000587T5
Application number: DE112017000587.6T
Authority: DE
Inventors: Salvatore T. Battaglia
Original assignee: Phoseon Technology Inc
Current assignee: Phoseon Technology Inc
Priority date: 2016-02-01
Filing date: 2017-01-24
Publication date: 2018-12-13
Also published as: CN108476580A; JP6756837B2; US20170223804A1; JP2019505068A; TW201729646A; CN108476580B; WO2017136190A1; US10117311B2; KR20180101581A

Abstract

Es werden Systeme und Verfahren zum Betreiben einer oder mehrerer Licht emittierender Vorrichtungen in einem Beleuchtungsarray offenbart. In einem Beispiel werden zwei oder mehr Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient parallel elektrisch gekoppelt, so dass mehrere unabhängig gesteuerte Beleuchtungsarrays mittels eines einzigen Verstärkers gesteuert werden können. Die zwei oder mehr Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient werden in einer Gegenkopplungsschleife des einzigen Verstärkers positioniert.

Description

HINTERGRUND/ZUSAMMENFASSUNG
Ein photoreaktives System kann ein Festkörper-Beleuchtungsarray zum Härten von photosensitiven Medien wie Beschichtungen, einschließlich Druckfarben, Klebstoffen, Konservierungsmitteln etc., umfassen. Die Härtungszeit dieser photosensitiven Medien kann auf die Bestrahlungsstärke des Festkörper-Beleuchtungsarrays ansprechen. Ferner kann die Bestrahlungsstärke eines Festkörper-Beleuchtungsarrays durch Temperaturen von Festkörper-Beleuchtungsvorrichtungen, die das Festkörper-Beleuchtungsarray bilden, beeinflusst werden. Wenn die Festkörper-Beleuchtungsvorrichtungen bei Temperaturen außerhalb ihrer Nennbetriebstemperatur arbeiten, härten photosensitive Medien daher eventuell nicht ausreichend oder der Verbrauch elektrischen Stroms kann aufgrund von Änderungen der Strahlungswerte von Festkörper-Beleuchtungsvorrichtungen steigen. Zudem können die Festkörper-Beleuchtungsvorrichtungen mit einer Wärmesenke in thermischer Verbindung stehen, um die Temperatur von Festkörper-Beleuchtungsvorrichtungen zu steuern. Die Wärmesenke kann jedoch mehrere Temperaturzonen aufweisen, deren Temperaturen gegenüber anderen Temperaturzonen der Wärmesenke variieren. Folglich können manche Festkörper-Beleuchtungsvorrichtung in dem Festkörper-Beleuchtungsarray bei anderen Temperaturen arbeiten als andere Festkörper-Beleuchtungsvorrichtungen in dem Festkörper-Beleuchtungsarray. Dadurch kann die Bestrahlungsstärke von einem Bereich des Beleuchtungsarrays gegenüber der Bestrahlungsstärke von einem anderen Bereich des Beleuchtungsarrays stärker als erwünscht variieren, insbesondere wenn die Beleuchtungsarrays unabhängig betrieben werden.
Der vorliegende Erfinder hat die vorstehend erwähnten Nachteile erkannt und ein System zum Betreiben einer oder mehrerer Licht emittierender Vorrichtungen entwickelt, welches umfasst: mindestens zwei unabhängig gesteuerte Beleuchtungsarrays, die aus mindestens einer Licht emittierenden Vorrichtung bestehen; und einen Verstärker mit einer Gegenkopplungsschleife, wobei mindestens zwei Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient elektrisch parallel gekoppelt sind und in der Gegenkopplungsschleife enthalten sind, wobei jede der mindestens zwei Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient mit einem der mindestens zwei unabhängig gesteuerten Beleuchtungsarrays in thermischer Verbindung steht.
Durch elektrisches paralleles Koppeln von zwei oder mehr Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient in einer Gegenkopplungsschleife eines Verstärkers, der Stromfluss durch eine oder mehrere Licht emittierende Vorrichtungen steuert, kann es möglich sein, die Bestrahlungsstärke von zwei oder mehr Beleuchtungsarrays in einem photoreaktiven System mit einem einzigen Verstärker zu steuern. Der Erfinder hat erkannt, dass eine Vorrichtung des Typs negativer Temperaturkoeffizient in einer parallelen elektrischen Schaltung mit anderen Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient bei der Ermittlung der Verstärkung dominierend sein kann, so dass die Verstärkung stärker durch die eine Vorrichtung des Typs negativer Temperaturkoeffizient als durch die anderen Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient in der parallelen elektrischen Schaltung beeinflusst wird, wenn ein von der einen Vorrichtung des Typs negativer Temperaturkoeffizient überwachtes Beleuchtungsarray aktiv ist, während andere Beleuchtungsarrays, die von anderen Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient überwacht werden, inaktiv sind. Folglich kann die Verstärkung für das aktivierte Beleuchtungsarray, das von der einen Vorrichtung des Typs negativer Temperaturkoeffizient überwacht wird, geeignet sein. In einem Beispiel stehen zwei oder mehr Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient mittels einer Wärmesenke mit zwei oder mehr Beleuchtungsarrays in thermischer Verbindung. Die an der Wärmesenke mittels der zwei oder mehr Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient abgetasteten Temperaturen liefert dem Verstärker Temperaturrückmeldung für die einzelnen Beleuchtungsarrays, so dass die Strahlung jedes Beleuchtungsarrays so gesteuert werden kann, dass sie einen gewünschten Bestrahlungswert für das photoreaktive System liefert.
Die vorliegende Beschreibung kann mehrere Vorteile bieten. Im Einzelnen kann die Vorgehensweise die Lichtintensitätssteuerung eines Beleuchtungssystems verbessern. Zusätzlich kann die Vorgehensweise mittels eines einzigen Verstärkers eine Regelung für mehr als zwei unabhängig gesteuerte Beleuchtungsarrays 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 näher 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 und 3 zeigen Schaltbilder eines beispielhaften Systems zur Strahlungssteuerung von Beleuchtungsvorrichtungen;
4 zeigt eine grafische Darstellung der Verstärkung für Systeme, bei denen eines von drei Beleuchtungsarrays aktiviert ist und bei denen drei von drei Beleuchtungsarrays aktiviert sind; und
5 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern von Strahlung in einem Beleuchtungssystem.

EINGEHENDE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Beschreibung betrifft ein Beleuchtungssystem, das einen im Wesentlichen konstanten Strahlungswert (z.B. + 5 %) abgibt. 1 zeigt ein beispielhaftes Beleuchtungssystem, das einen einzigen Verstärker zum Steuern von Bestrahlungsstärke von zwei oder mehr unabhängig gesteuerten Beleuchtungsarrays umfasst. Die Steuerung der Strahlung des Beleuchtungs-Arrays kann mittels der in 2 und 3 gezeigten beispielhaften Schaltkreise vorgesehen werden. Das Beleuchtungssystem kann gemäß den grafischen Darstellungen von 4 arbeiten. In 5 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Beleuchtungssystems zum Vorsehen einer im Wesentlichen konstanten Strahlung gezeigt. Zwischen Komponenten in den verschiedenen elektrischen Schaltbildern vorgesehene 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 Leistungsquelle 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. Zurückgeworfene 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. Bei 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 Differenzen solcher Brechungsindizes an einer ausgewählten Grenzfläche, die zwischen den Halbleitervorrichtungen angeordnet ist, zu dem Werkstück 26 kann die Reflexion an dieser Grenzfläche reduziert, beseitigt oder minimiert werden, um die Transmission von Strahlungsleistung an dieser Grenzfläche für letztendliche 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 Liefern 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 Leistungsquelle 102 und dem Kühlsubsystem 18 verbunden und implementiert, um diese zu steuern. Zudem kann das Steuergerät 108 Daten von der Leistungsquelle 102 und dem Kühlsubsystem 18 empfangen.
Die von dem Steuergerät 108 empfangenen Daten von einem oder mehreren von Leistungsquelle 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 als Reaktion auf solche Daten von einer solchen Komponente implementiert sein, um ein oder mehrere von Leistungsquelle 102, Kühlsubsystem 18 und 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 Punkten ungenügend ist, kann das Steuergerät 108 implementiert sein, um entweder (a) die Strom- und/oder Spannungszufuhr von der Leistungsquelle zu einem 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 der Vorstehenden.
Einzelne Halbleitervorrichtungen 110 (z.B. Leuchtdioden(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, eine bestimmte Photoreaktion und/oder einen bestimmten 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, eine bestimmte Photoreaktion und/oder einen bestimmten 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 zu der zweiten Gruppe unterschiedliche Gruppe von LED-Vorrichtungen 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 an 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.
Zur Befolgung der Parameter einer geplanten Anwendung 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 Bestrahlungsstärke. Gleichzeitig können die Halbleitervorrichtungen 110 bestimmte Betriebsspezifikationen haben, die eventuell der Herstellung der Halbleitervorrichtungen zugeordnet sind und unter anderem befolgt werden können, 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 Leistungsquelle 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 zu dem Werkstück 26 gerichtet wird, um die Photoreaktion(en) der Anwendung ordnungsgemäß abzuschließen.
In manchen Anwendungen kann dem Werkstück 26 eine hohe Bestrahlungsstärke 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 Licht emittierenden Dioden(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 vorgesehen werden, oder ein Array 20 kann aus mehreren Arrays bestehen (z.B. 20A, 20B und 20C), wie in 2 gezeigt ist. Das Array 20 kann so implementiert werden, dass ein oder mehr oder die meisten der Halbleitervorrichtungen 110 ausgelegt sind, Strahlungsleistung vorzusehen. Gleichzeitig werden aber ein 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 beispielsweise die gleiche Struktur wie die anderen emittierenden Vorrichtungen aufweisen. Der Unterschied zwischen Emittieren und Überwachen kann zum Beispiel durch die Koppelelektronik 22 bestimmt werden, die der bestimmten Halbleitervorrichtung zugeordnet ist (in einer Grundform kann ein LED-Array beispielsweise überwachende LEDs, wobei die Koppelelektronik einen Sperrstrom vorsieht, und emittierende LEDs, wobei die Koppelelektronik einen Durchlassstrom vorsieht, aufweisen).
Beruhend auf der Koppelelektronik können weiterhin ausgewählte der 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) geeignet 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 einem Beleuchtungsarray 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 Schaltleistungsquelle 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 LEDs 110 mittels eines Leiters oder Wegs 240 elektrisch verbunden. Der Spannungsregler 204 ist mit Verweis auf die elektrische Masse 260 gezeigt und kann in einem Beispiel ein Abwärtsregler sein. Der Spannungsregler 204 liefert dem Beleuchtungsarray 20, das aus unabhängig gesteuerten Beleuchtungsarrays 20A, 20B und 20C besteht, mittels Schaltern 270, 271 und 272 selektiv elektrische Leistung. Das Steuergerät 108 ist in elektrischer Verbindung mit dem Spannungsregler 204 und den Schaltern 270, 271 und 272 gezeigt. Die Schalter 270-272 bieten eine unabhängige Steuerung der Beleuchtungsarrays 20A, 20B und 20C. 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, die in einem nicht flüchtigen Speicher 292 gespeichert sind. 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 Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient 225, 226 und 227 (z.B. Thermistor) in einer Gegenkopplungsschleife oder -schaltung des Verstärkers 222. Ferner stehen die Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient 225, 226 und 227 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 beschriebt, 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, als mehrere Arrays auf einem Träger, als 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 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 vorsieht. 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 angepasst 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 erhöht 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 Anpassens des Widerstands des veränderlichen Widerstands 220 angepasst. 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 gelangt zu einem 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 Anpassen 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, eines 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 elektrischen Stromfluss durch das Array 20 auf einen Sollwert. Der vorliegende Schaltkreis kann das Erzeugen einer konstanten Bestrahlungsstärke 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 Strahlungs- oder Intensitätssteuerspannung zu einem veränderlichen Widerstand, der einen Fluss elektrischen Stroms durch unabhängig gesteuerte Beleuchtungsarrays 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 Strahlung oder Lichtintensität eingegeben. Der Verstärker 222 umfasst einen Ausgang 305, um den in 2 gezeigten veränderlichen Widerstand 220 zu betreiben. Die Gegenkopplungsschleife 350 umfasst nur zwei Festwertwiderstände (z.B. Widerstände, die Widerstandswerte aufweisen, die sich abhängig von einem festgelegten Temperaturbereich um weniger als einen vorbestimmten Prozentsatz, beispielsweise 2%, ändern), die einen ersten Widerstand (R1) 310 und einen zweiten Widerstand (R2) 312 umfassen. Die Gegenkopplungsschleife 350 umfasst auch drei Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient 314, 316 und 318, die elektrisch parallel gekoppelt sind. In manchen Beispielen können die Vorrichtungen 314, 316 und 318 als temperaturabhängige Widerstände bezeichnet werden, so dass die Gegenkopplungsschleife nur fünf Widerstände umfasst. In diesem Beispiel umfassen die Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient 314, 316 und 318 jeweils eine Seite, die direkt mit der elektrischen Masse 260 elektrisch gekoppelt ist. Der erste Widerstand (R1) legt die Änderung der Verstärkung von der Mindestzur Höchsttemperatur des Beleuchtungsarrays fest. Der zweite Widerstand (R2) legt ein Steilheitsmaximum für eine vorbestimmte Gleichgewichtstemperatur des Beleuchtungsarrays fest. Die Werte von R1 und R2 werden angepasst, um eine äquivalente Verstärkung für eine Rückkopplungsschleife vorzusehen, die nur eine Vorrichtung des Typs negativer Temperaturkoeffizient und Widerstände R1 und R2 mit anderen Werten als die in 3 gezeigten R1 und R2 umfasst. Auf diese Weise kann eine Verstärkung des Verstärkers 222 so angepasst werden, dass die in 3 gezeigte Schaltung, die drei negative Temperaturkoeffizienten umfasst, ähnlich einer Schaltung sein kann, die nur eine Vorrichtung des Typs negativer Temperaturkoeffizient umfasst.
Somit ist der Verstärker 222 ein 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 gleich 1/(1/R_T1 +1/R_T2 +1/R_T3 ) ist (z.B. sind R_T1 -R_T3 Werte der in 3 gezeigten Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient). Wenn die Temperatur des Beleuchtungsarrays kalt ist und der Wert von 1/R_T höher ist, liegt die Verstärkung somit näher bei 1. Wenn die Temperatur des Beleuchtungsarrays warm ist und der Wert von 1/RT niedriger ist, liegt die Verstärker näher bei 1+R1/R2. Ist nur ein Beleuchtungsarray aktiv, nimmt der Widerstand der Vorrichtung des Typs negativer Temperaturkoeffizient, die dem aktiven Beleuchtungsarray zugeordnet ist, ab, wenn die Temperatur des aktiven Beleuchtungsarrays steigt, so dass die Verstärkung sich näher zu 1+R1/R2 als 1 bewegt. Der niedrigere Widerstand der Vorrichtung des Typs negativer Temperaturkoeffizient, die dem aktiven Beleuchtungsarray zugeordnet ist, dominiert ferner den parallelen Widerstandswert, so dass die Verstärkung für das eine aktive Beleuchtungsarray geeignet ist und von den inaktiven Beleuchtungsarrays und deren entsprechenden Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient weniger beeinflusst wird. Insbesondere liegt eine Verstärkung zum Betreiben eines einzelnen Beleuchtungsarrays innerhalb von 2% der Verstärkung, sobald alle in 3 gezeigten drei Beleuchtungsarrays aktiv waren und deren jeweilige Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient eine gleiche Temperatur aufwiesen. Auf diese Weise kann eine Verstärkung zum Betreiben nur eines Beleuchtungsarrays im Wesentlichen gleich (z.B. innerhalb von 2%) der Verstärkung zum Betreiben von mehr als einem Beleuchtungsarray sein. 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 in manchen Ausführungsformen unterschiedlich sein, ohne vom Schutzumfang und der Intention der vorliegenden Beschreibung abzuweichen.
Das System von 1-3 sieht somit ein System zum Betreiben einer oder mehrerer Licht emittierender Vorrichtungen vor, umfassend: mindestens zwei unabhängig gesteuerte Beleuchtungsarrays, die aus mindestens einer Licht emittierenden Vorrichtung bestehen; und einen Verstärker mit einer Gegenkopplungsschleife, wobei mindestens zwei Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient elektrisch parallel gekoppelt sind und in der Gegenkopplungsschleife enthalten sind, wobei jede der mindestens zwei Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient mit einem der mindestens zwei unabhängig gesteuerten Beleuchtungsarrays in thermischer Verbindung steht. Das System umfasst, dass der Verstärker ein Operationsverstärker ist, wobei es weiterhin eine Vorrichtung veränderlichen Widerstands und ein Steuergerät umfasst, wobei die Vorrichtung veränderlichen Widerstands mit einer Kathodenseite der mindestens zwei unabhängig gesteuerten Beleuchtungsarrays in elektrischer Verbindung steht.
In manchen Beispielen umfasst das System, dass die mindestens zwei unabhängig gesteuerten Beleuchtungsarrays mittels mindestens zwei Schaltern gesteuert werden. Das System umfasst, dass mindestens eine Seite jeder der mindestens zwei Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient direkt mit einer elektrischen Masse elektrisch gekoppelt ist. Das System umfasst ferner nur zwei Festwertwiderstände in der Gegenkopplungsschleife. Das System umfasst, dass nur einer der zwei Festwertwiderstände direkt mit den mindestens zwei Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient gekoppelt ist. Das System umfasst, dass die mindestens zwei Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient mit einer Wärmesenke in thermischer Verbindung stehen und dass die mindestens zwei unabhängig gesteuerten Beleuchtungsarrays mit der Wärmesenke in thermischer Verbindung stehen.
Das System von 1-3 sieht auch ein System zum Betreiben einer oder mehrerer Licht emittierender Vorrichtungen vor, umfassend: ein Beleuchtungsarray, das aus mindestens einer Licht emittierenden Vorrichtung besteht; mindestens zwei Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient, die mit dem Beleuchtungsarray in thermischer Verbindung stehen; und einen Verstärker mit einer Gegenkopplungsschleife, wobei die mindestens zwei Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient elektrisch parallel gekoppelt sind und in der Gegenkopplungsschleife enthalten sind. Das System umfasst, dass eine Seite jeder der mindestens zwei Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient direkt mit einer elektrischen Masse elektrisch gekoppelt ist. Das System umfasst, dass die Gegenkopplungsschleife eine elektrische Verbindung zwischen einem invertierenden Eingang des Verstärkers und einem Ausgang des Verstärkers vorsieht. Das System umfasst, dass das Beleuchtungsarray aus mindestens zwei unabhängig gesteuerten Beleuchtungsarrays besteht und dass die mindestens zwei unabhängig gesteuerten Beleuchtungsarrays mittels mindestens zwei Schaltern gesteuert werden. Das System umfasst ferner nur zwei Festwertwiderstände in der Gegenkopplungsschleife. Das System umfasst, dass ein erster der nur zwei Festwertwiderstände mit einem invertierenden Eingang des Verstärkers und einem Ausgangs des Verstärkers in direkter elektrischer Verbindung steht und dass ein zweiter der nur zwei Festwertwiderstände mit dem ersten der nur zwei Festwertwiderständen, dem invertierenden Eingang des Verstärkers und den mindestens zwei Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient in direkter elektrischer Verbindung steht.
Anhand von 4 wird nun eine grafische Darstellung der Verstärkung für den Verstärker 222 von 3 gezeigt. Die vertikale Achse stellt die Verstärkung dar, und die Verstärkung nimmt in der Richtung des Pfeils der vertikalen Achse zu. Die horizontale Achse stellt eine Temperatur einer Wärmesenke dar, die mit einem oder mehreren Beleuchtungsarrays und einer oder mehreren Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient in thermischer Verbindung steht. Die Temperatur steigt von der linken Seite von 4 zur rechten Seite von 4.
Kurve 402 stellt die Verstärkung bei Aktivieren von drei unabhängig gesteuerten Beleuchtungsarrays eines photoreaktiven Systems und Liefern von Rückkopplung von drei Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient zu dem in 3 gezeigten Verstärker 222 dar. Kurve 404 stellt die Verstärkung bei Aktivieren eines unabhängig gesteuerten Beleuchtungsarrays des photoreaktiven Systems und Liefern von Rückkopplung von drei Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient zu dem in 3 gezeigten Verstärker 222 dar. Die Wärmesenke kann von einem Ende der Wärmesenke zu dem anderen Ende der Wärmesenke eine Temperaturdifferenz von 20°K aufweisen, wenn nur ein Beleuchtungsarray aktiviert ist. Die Verstärkungen der Kurven 402 und 404 liegen innerhalb von 2%. Der Verstärker 222 kann somit die Bestrahlungsstärke eines einzelnen Beleuchtungsarrays nahezu äquivalent zu der Art und Weise steuern, wie der Verstärker 222 die Bestrahlungsstärke der drei Beleuchtungsarrays steuert. Folglich kann ein einzelner Verstärker genutzt werden, um dort, wo in der Vergangenheit zwei oder mehr Verstärker verwendet worden wären, zwei oder mehr Beleuchtungsarrays zu steuern. Der Verstärker 222 sieht bei Betreiben eines einzelnen Beleuchtungsarrays ferner eine im Wesentlichen gleiche Verstärkung (z.B. innerhalb von 2%) wie bei Betreiben von mehr als einem Beleuchtungsarray vor.
Unter Bezugnahme nun auf 5 ist ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern der elektrischen Leistung und Strahlung eines Beleuchtungsarrays gezeigt. Das Verfahren von 5 kann als Befehle, die in einem nicht flüchtigen Speicher eines Steuergeräts gespeichert sind, enthalten sein, wie in 1 und 2 gezeigt ist.
Bei 502 wird die erwünschte Intensität oder Strahlung des Beleuchtungsarrays 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 Strahlung für das Beleuchtungsarray umfassen. Nach dem Ermitteln der Strahlung oder Intensität des Beleuchtungsarrays rückt das Verfahren 500 zu 504 vor.
Bei 504 ermittelt das Verfahren 500 den Strom und/oder die Leistung zum Betreiben des Beleuchtungsarrays bei dem bei 502 ermittelten Strahlungswert. In einem Beispiel kann die Leistung des Beleuchtungsarrays mittels Indizieren einer Funktion oder Tabelle ermittelt werden, die empirisch ermittelte Strom- oder Leistungswerte umfasst, die mittels der erwünschten Strahlung indiziert werden können. Die Tabelle oder Funktion gibt den erwünschten Strom und/oder die erwünschte Leistung des Beleuchtungsarrays aus und rückt zu 506 vor.
Bei 506 wandelt das Verfahren 500 den erwünschten Strom oder die erwünschte Leistung in eine Steuerspannung oder einen Steuerstrom zum Betreiben des veränderlichen Widerstands um, der den Stromfluss durch das Beleuchtungsarray steuert. In einem Beispiel leitet das Verfahren 500 den erwünschten Strom- oder Leistungswert durch eine Transferfunktion, um einen Bestrahlungsbefehl für das Beleuchtungsarray zu ermitteln. Der Bestrahlungsbefehl kann in der Form einer Spannung oder eines Werts eines Parameters vorliegen. Nach dem Ermitteln des Bestrahlungsbefehls rückt das Verfahren 500 zu 508 vor.
Bei 508 aktiviert das Verfahren 500 ein oder mehrere SLMs oder Beleuchtungsarrays, um die erwünschte Bestrahlung vorzusehen. In einem Beispiel können ein oder mehrere Beleuchtungsarrays durch Schließen eines Schalters für jedes zu aktivierende Beleuchtungsarray aktiviert werden. Ein Schalter steuert Stromfluss zu einem Beleuchtungsarray so, dass fünf Schalter geschlossen werden, wenn fünf Beleuchtungsarrays aktiviert werden sollen. Die Anzahl der zu aktivierenden Beleuchtungsarrays kann von dem geforderten Bestrahlungswert und/oder der Prüfkörperkonfiguration abhängen. Nach Aktivieren von einem oder mehreren Beleuchtungsarrays rückt das Verfahren 500 zu 510 vor.
Bei 510 nutzt das Verfahren 500 ein oder mehrere Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient oder Transferfunktionen in einer Gegenkopplungsschleife eines Verstärkers (z.B. des Verstärkers 222 von 2), die einem veränderlichen Widerstand eine Steuerspannung oder einen Steuerstrom liefert.
In einem Beispiel können die eine oder die mehreren Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient in einer Gegenkopplungsschleife eines Verstärkers enthalten sein, wie in 2 und 3 gezeigt ist. Die Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient passen eine Verstärkung an, wenn sich eine Temperatur der Beleuchtungsarrays ändert, was sich in einer Temperaturänderung einer Wärmesenke widerspiegelt, die mit den Beleuchtungsarrays in thermischer Verbindung steht. In einem Beispiel ist die Verstärkung des Verstärkers wie in 4 beschrieben. Die bei 506 ermittelte Steuerspannung wird an einem nicht invertierenden Eingang des Verstärkers angelegt.
In einem anderen Beispiel werden Spannungen oder Widerstände, die Temperaturen der Beleuchtungsarrays wiedergeben, zu einem Steuergerät eingegeben, und die Spannungen oder Widerstände werden durch eine Transferfunktion geleitet, die die Spannungen oder Widerstände in Ausgabeparameter des negativen Temperaturkoeffizienten umwandelt. Wenn zum Beispiel eine Spannung zu dem Steuergerät eingegeben wird, die eine Beleuchtungsarray-Temperatur darstellt, wird die Spannung in einen Widerstandswert umgewandelt, so dass der Widerstandswert als Reaktion auf eine steigende Beleuchtungsarray-Temperatur abnimmt. Dann können die Widerstandswerte an einer Transferfunktion angelegt werden, die einen Verstärker mit einer oder mehreren Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient 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 506 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 Beleuchtungsarrays anpasst, rückt das Verfahren 500 zu 512 vor.
Bei 512 passt das Verfahren 500 den Strom und/oder die Leistung des Beleuchtungsarrays 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 510 beschriebenen digitalen Filters ermittelt wird.
Somit kann das Verfahren von 5 mittels eines digitalen Steuergeräts oder eines analogen Schaltkreises implementiert werden. Das Verfahren legt an einem Gegenkopplungsweg eines Verstärkers negative Temperaturkoeffizienten an, um bei Vorliegen von sich ändernden Beleuchtungsarray-Temperaturen eines oder mehrerer unabhängig steuerbarer Beleuchtungsarrays eine Beleuchtungsarray-Strahlung bei einem konstanten Wert zu halten.
Das Verfahren von 5 sieht ein Verfahren zum Betreiben einer oder mehrerer Licht emittierender Vorrichtungen vor, welches umfasst: Erfassen von Temperaturen an zwei oder mehr Stellen an einem Wärmeleiter, wobei der Wärmeleiter mit einem Beleuchtungsarray in thermischer Verbindung steht, wobei die Temperaturen an den zwei oder mehr Stellen mittels zwei oder mehr Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient, die elektrisch parallel gekoppelt sind, erfasst werden; und Anpassen von Stromfluss durch das Beleuchtungsarray als Reaktion auf Ausgabe eines Steuergeräts, das die zwei oder mehr Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient in einer Gegenkopplungsschleife umfasst. Das Verfahren umfasst, dass jede der zwei oder mehr Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient eine Seite umfasst, die direkt mit einer elektrischen Masse elektrisch gekoppelt ist.
In manchen Beispielen umfasst das Verfahren, dass der Stromfluss durch das Beleuchtungsarray mittels eines Operationsverstärkers angepasst wird. Das Verfahren umfasst, dass der Stromfluss durch das Beleuchtungsarray mittels Befehlen in dem Steuergerät angepasst wird. Das Verfahren umfasst, dass das Beleuchtungsarray aus mindestens zwei unabhängig gesteuerten Beleuchtungsarrays besteht. Das Verfahren umfasst, dass die mindestens zwei unabhängig gesteuerten Beleuchtungsarrays mittels mindestens zwei Schaltern gesteuert werden. Das Verfahren umfasst, dass der Stromfluss angepasst wird, um eine von dem Beleuchtungsarray ausgegebene, im Wesentlichen konstante Bestrahlung vorzusehen.
Zu beachten ist, dass die hierin enthaltenen beispielhaften Steuerungs- und Schätzroutinen bei 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 gezeigte 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 Beleuchtungssystem-Hardwarekomponenten 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 zum Betreiben einer oder mehrerer Licht emittierender Vorrichtungen, umfassend: mindestens zwei unabhängig gesteuerte Beleuchtungsarrays, die aus mindestens einer Licht emittierenden Vorrichtung bestehen; und einen Verstärker mit einer Gegenkopplungsschleife, wobei mindestens zwei Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient elektrisch parallel gekoppelt sind und in der Gegenkopplungsschleife enthalten sind, wobei jede der mindestens zwei Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient mit einem der mindestens zwei unabhängig gesteuerten Beleuchtungsarrays in thermischer Verbindung steht.
System nach Anspruch 1, wobei 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 zwei unabhängig gesteuerten Beleuchtungsarrays in elektrischer Verbindung steht.
System nach Anspruch 2, wobei die mindestens zwei unabhängig gesteuerten Beleuchtungsarrays mittels mindestens zwei Schaltern gesteuert werden.
System nach Anspruch 1, wobei mindestens eine Seite jeder der mindestens zwei Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient direkt mit einer elektrischen Masse elektrisch gekoppelt ist.
System nach Anspruch 4, welches weiterhin nur zwei Festwertwiderstände in der Gegenkopplungsschleife umfasst.
System nach Anspruch 5, wobei nur einer der zwei Festwertwiderstände direkt mit den mindestens zwei Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient gekoppelt ist.
System nach Anspruch 1, wobei die mindestens zwei Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient mit einer Wärmesenke in thermischer Verbindung stehen und die mindestens zwei unabhängig gesteuerten Beleuchtungsarrays mit der Wärmesenke in thermischer Verbindung stehen.
System zum Betreiben einer oder mehrerer Licht emittierender Vorrichtungen, umfassend: ein Beleuchtungsarray, das aus mindestens einer Licht emittierenden Vorrichtung besteht; mindestens zwei Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient, die mit dem Beleuchtungsarray in thermischer Verbindung stehen; und einen Verstärker mit einer Gegenkopplungsschleife, wobei die mindestens zwei Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient elektrisch parallel gekoppelt sind und in der Gegenkopplungsschleife enthalten sind.
System nach Anspruch 8, wobei eine Seite jeder der mindestens zwei Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient direkt mit einer elektrischen Masse elektrisch gekoppelt ist.
System nach Anspruch 9, wobei die Gegenkopplungsschleife eine elektrische Verbindung zwischen einem invertierenden Eingang des Verstärkers und einem Ausgang des Verstärkers vorsieht.
System nach Anspruch 8, wobei das Beleuchtungsarray aus mindestens zwei unabhängig gesteuerten Beleuchtungsarrays besteht und wobei die mindestens zwei unabhängig gesteuerten Beleuchtungsarrays mittels mindestens zwei Schaltern gesteuert werden.
System nach Anspruch 8, welches weiterhin nur zwei Festwertwiderstände in der Gegenkopplungsschleife umfasst.
System nach Anspruch 12, wobei ein erster der nur zwei Festwertwiderstände mit einem invertierenden Eingang des Verstärkers und einem Ausgangs des Verstärkers in direkter elektrischer Verbindung steht und wobei ein zweiter der nur zwei Festwertwiderstände mit dem ersten der nur zwei Festwertwiderstände, dem invertierenden Eingang des Verstärkers und den mindestens zwei Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient in direkter elektrischer Verbindung steht.
Verfahren zum Betreiben einer oder mehrerer Licht emittierender Vorrichtungen, umfassend: Erfassen von Temperaturen an zwei oder mehr Stellen an einem Wärmeleiter, wobei der Wärmeleiter mit einem Beleuchtungsarray in thermischer Verbindung steht, wobei die Temperaturen an den zwei oder mehr Stellen mittels zwei oder mehr Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient, die elektrisch parallel gekoppelt sind, erfasst werden; und Anpassen von Stromfluss durch das Beleuchtungsarray als Reaktion auf Ausgabe eines Steuergeräts, das die zwei oder mehr Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient in einer Gegenkopplungsschleife umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei jede der zwei oder mehr Vorrichtungen des Typs negativer Temperaturkoeffizient eine Seite umfasst, die direkt mit einer elektrischen Masse elektrisch gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Stromfluss durch das Beleuchtungsarray mittels eines Operationsverstärkers angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Stromfluss durch das Beleuchtungsarray mittels Befehlen in dem Steuergerät angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Beleuchtungsarray aus mindestens zwei unabhängig gesteuerten Beleuchtungsarrays besteht.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die mindestens zwei unabhängig gesteuerten Beleuchtungsarrays mittels mindestens zwei Schaltern gesteuert werden.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Stromfluss angepasst wird, um eine im Wesentlichen konstante von dem Beleuchtungsarray ausgegebene Bestrahlung vorzusehen.