DE112019001927T5

DE112019001927T5 - Verfahren und system zum kalibrieren von uv-lichtquellen

Info

Publication number: DE112019001927T5
Application number: DE112019001927.9T
Authority: DE
Inventors: Tegan Lamoureux
Original assignee: Phoseon Technology Inc
Current assignee: Phoseon Technology Inc
Priority date: 2018-05-31
Filing date: 2019-05-28
Publication date: 2021-03-11
Also published as: US20190365937A1; WO2019231932A1; US11523480B2

Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zum Kalibrieren einer UV-Lampe mit mehreren Arrays oder Kanälen von Leuchtdioden bereitgestellt. Die Kalibrierung beinhaltet ein Anpassen eines auf die UV-Lampe angelegten Ansteuerungsstroms auf der Grundlage eines tatsächlichen Bestrahlungsstärkenausgangs durch seine Leuchtdioden bezogen auf eine Zielbestrahlungsstärke. Die Kalibrierung wird selektiv durchgeführt, wenn eine stabilisierte Temperaturbedingung der Lampe erfüllt wird.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/678,769 mit dem Titel „METHOD AND SYSTEM FOR CALIBRATION OF UV LIGHT SOURCES“ („VERFAHREN UND SYSTEM ZUM KALIBRIEREN VON UV-LICHTQUELLEN“), die am 31. Mai 2018 eingereicht wurde. Der gesamte Inhalt der oben angeführten Anmeldung wird hiermit durch Bezugnahme für alle Zwecke aufgenommen.
GEBIET
Die vorliegende Beschreibung bezieht sich im Allgemeinen auf Verfahren und Systeme zum gleichzeitigen Kalibrieren mehrerer UV-Lichtquellen.
HINTERGRUND/KURZDARSTELLUNG
Festkörper-Beleuchtungsvorrichtungen haben in gewerblichen Anwendungen viele Verwendungen. Beispielsweise sind Ultraviolett(UV)-Beleuchtungsvorrichtungen zum Aushärten von lichtempfindlichen Medien, wie etwa Beschichtungen, einschließlich Druckfarben, Klebstoffen, Konservierungsmitteln etc., ziemlich häufig geworden. Die Aushärtungszeit dieser lichtempfindlichen Medien kann durch Anpassen der Lichtintensität, die auf die lichtempfindlichen Medien gerichtet wird, oder der Menge an Zeit, mit der die lichtempfindlichen Medien Licht von der Festkörper-Beleuchtungsvorrichtung ausgesetzt werden, gesteuert werden. Als ein weiteres Beispiel können UV-Beleuchtungsvorrichtungen in keimtötender ultravioletter Bestrahlung (ultraviolet germicidal irradiation - UVGI), einem Desinfektionsverfahren, das kurzwelliges ultraviolettes (UV-C und/oder UV-B) Licht verwendet, um Mikroorganismen und Enzyme (z. B. RNase) zu töten oder zu deaktivieren, verwendet werden. UVGI wird umfassend zum Dekontaminieren von Laborausrüstung und Reagenzien, einschließlich Mikroplatten, verwendet. Insgesamt verwenden Festkörper-Beleuchtungsvorrichtungen üblicherweise weniger Energie, kosten weniger und können leichter entsorgt werden als aktuelle Quecksilberbogenlampenvorrichtungen.
Festkörper-Beleuchtungsvorrichtungen können beispielsweise aus Laserdioden oder Leuchtdioden (LEDs) bestehen. Die Vorrichtung hat üblicherweise ein Array oder mehrere Arrays, die angeordnet sind, um Licht mit einem bestimmten Profil, wie etwa einer langen, dünnen Lichtregion oder breiteren und tieferen Lichtregionen, bereitzustellen. Die einzelnen Elemente befinden sich in Arrays oder parallel und/oder in Reihe geschalteten Emittern, um eine einzelne Halbleiter-Licht-Matrix (oder SLM) auszubilden. Eine Beleuchtungsvorrichtung kann mehrere Arrays oder mehrere in Modulen angeordnete Arrays aufweisen, wobei die Beleuchtungsvorrichtung mehrere Module hat.
Derartige Festkörper-Beleuchtungsvorrichtungen, die auch als eine Halbleiter-Licht-Matrix(SLM)-Lampe bezeichnet werden, können betrieben werden, um ultraviolettes (UV) Licht zum Aushärten von lichtempfindlichen Klebstoffen und Medien oder zum Dekontaminieren von Laborausrüstung und Reagenzien bereitzustellen. Üblicherweise erfordern derartige Lampen einen Ausgangsausgleich über SLM-Kanäle und Kalibrierung auf eine Zielbestrahlungsstärke, bevor die Lampe verwendbar ist, da die einzelnen Diodeneigenschaften dazu führen, dass verschiedene Ansteuerungsströme erforderlich sind, um eine gegebene Ausgangsintensität zu erzielen. Diese beiden Prozesse bedingen sich gegenseitig. Das bedeutet, um unter der gesamten Beleuchtungsfläche durch die Lampe eine bekannte Zielbestrahlungsstärke zu haben, muss die Bestrahlungsstärke aller Kanäle innerhalb eines gegebenen Ausgangsprozentsatzes voneinander liegen. Beispielsweise, falls die SLM-Kanäle nicht vor der Verwendung beim Aushärten von lichtempfindlichen Klebstoffen und Medien kalibriert werden, kann die Zielbestrahlungsstärke über die bestrahlten Medien möglicherweise nicht erzielt werden, was zu einem ungleichen und/oder unvollständigen Aushärten führt. Als weiteres Beispiel, falls die SLM-Kanäle vor der Verwendung bei der UVGI nicht kalibriert werden, kann die Zielbestrahlungsstärke über die bestrahlte Laborausrüstung möglicherweise nicht erzielt werden, was zu einer unvollständigen Dekontaminierung führt.
Bestehende Verfahren zum Ausgleichen von Ausgang über eine Multikanallampe beinhalten ein manuelles Anpassen des Ansteuerungsstroms von einzelnen SLM-Kanälen über ein fixiertes Messgerät außerhalb des Endgeräts. Jedoch gibt es mit einem derartigen Ansatz mehrere potenzielle Probleme. Die Probleme können menschlichen Fehler, verringerte Wiederholbarkeit von Temperatur- und Umgebungsfaktoren und das Potenzial, dass der Bediener gefährlichen Wellenlängen von UV-Licht ausgesetzt wird, einschließen. Die manuelle Anpassung kann das Modifizieren von entweder einem digitalen oder einem mechanischen Potentiometer, das den Ansteuerungsstrom des SLM-Kanals steuert, beinhalten. Im Fall eines mechanischen Potentiometers erfordert die Anpassung physischen Zugang zur Treiberleiterplatte und Lampe und beinhaltet die Feineinstellung einer Komponente auf der Leiterplatte, um den Ansteuerungsstrom zu steuern, während der Ausgang von einem befestigten externen Bestrahlungsstärkemessgerät beobachtet wird. Im Fall eines digitalen Potentiomenters erfordert die Anpassung einen Steuerungscomputer, der mit der Lampe verbunden ist, um den Ansteuerungsstrom durch numerische Eingabe in ein Programmfeld zu verändern, während der Ausgang von einem befestigten externen Bestrahlungsstärkemessgerät beobachtet wird.
Beide Anpassungsverfahren können einen potenziellen Fehler in den Vorgang einführen, da alle Anpassungen und die Bestrahlungsstärkemesswerte, auf die sich diese Anpassungen stützen, durch einen menschlichen Bediener durchgeführt und beobachtet werden. Darüber hinaus ist die Bestrahlungsstärke der SLM-UV-Dioden abhängig von der Temperatur, die mit der Zeit auf ein letztendliches Gleichgewicht steigt. Jegliches Ausgleichen oder Kalibrieren des Ausgangs kann nicht fortgesetzt werden, bis dieser Gleichgewichtspunkt erreicht ist. Die Bestimmung dessen, wann dieses Gleichgewicht erreicht ist, ist auch auf die Beobachtung eines Bedieners angewiesen. Diese Verfahren können auch das Potenzial dafür, dass Bediener Wellenlängen von ultravioletter Strahlung ausgesetzt wird, einführen, da sie die Lampe physisch bewegen müssen, um den einzelnen Kanal über das befestigte Bestrahlungsstärkemessgerät zu indizieren.
Ferner stecken UVC-Wellenlängen-Dioden in ihren Kinderschuhen, nachdem sie erst aus Forschung und Entwicklung gekommen sind. Demzufolge haben sie einen äußerst variablen und höheren Lebensdauerintensitätsabklingfaktor als höherwellige UV-Dioden. Demzufolge sind höherwellige Dioden üblicherweise im Laufe der Produktlebensdauer stabil und erfordern lediglich ein einmaliges Ausgleichen und Zielkalibrieren während des Herstellungsvorgangs. Dies steht im Gegensatz zu UVC-Dioden, die mehrere erneute Ausgleichs- und Zielausgangskalibrierabläufe im Laufe ihrer Lebensdauer erfordern, um über die gesamte Bestrahlungsfläche einen homogenen Ausgang mit der Zielbestrahlungsstärke aufrechtzuerhalten. Durch die Variabilität von Abkling- und Ansteuerungsstromanforderungen können einzelne SLM-Kanäle verschiedene Ausmaße an Stromzunahmen im Laufe ihrer Lebensdauer erfordern, um das gesamte Array in Gleichgewicht zu halten.
Die Erfinder haben hierin die oben genannten Probleme erkannt und eine Möglichkeit technisch ausgeführt, um sich wenigstens teilweise mit diesen zu befassen. Ein beispielhafter Ansatz zum Verbessern von UV-Lampenkalibrierung schließt die Nutzung, über einen auf einer Steuerung ausgeführten Algorithmus, schmalbandiger UVC-Fotodioden ein, um sowohl einen Ausgang über eine Multikanal-Halbleiter-Licht-Matrix(SLM)-Lampe auszugleichen als auch die Lampe auf eine Zielausgangsbestrahlungsstärke zu kalibrieren. Zusätzlich kann eine Temperaturregressionsanalyse über den Algorithmus in Verbindung mit einem digitalen Thermoelement verwendet werden, um ein thermisches Gleichgewicht über eine breite Reichweite von betrieblichen Umgebungsbedingungen genau zu bestimmen. Dies ermöglicht es, den erhöhten Ausgangsabklingfaktor der Dioden beim Auftreten einer steigenden Gleichgewichtstemperatur wirksam einzusetzen, zusammen mit einer sich verändernden Zeit zum Gleichgewicht im Laufe der Betriebslebensdauer des Beleuchtungssystems.
Die vorliegende Beschreibung kann mehreren Vorteile bereitstellen. Insbesondere kann der Ansatz die Beleuchtungssystemkalibrierung verbessern, indem ermöglicht wird, dass das Beleuchtungssystem über eine breite Reichweite an Betriebsbedingungen kalibriert wird. Ferner kann das Beleuchtungssystem im Laufe der Lebensdauer des Produkts kalibriert und ausgeglichen werden, ohne einen Bediener UV-Strahlung auszusetzen. Durch Verringern der Anforderung, dass ein Techniker Zugang erhält oder eingreift, kann der menschliche Fehleranteil an der Kalibrierroutine erheblich verringert werden.
Die obigen Vorteile und weitere Vorteile sowie Merkmale der vorliegenden Beschreibung sind bei Berücksichtigung allein oder in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung leicht ersichtlich.
Es versteht sich, dass die obige Kurzdarstellung bereitgestellt wird, um eine Auswahl an Konzepten, die in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben sind, in vereinfachter Form zu präsentieren. Es soll keine Hauptmerkmale oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstandes identifizieren, dessen Schutzbereich ausschließlich durch die Patentansprüche, die der ausführlichen Beschreibung folgen, definiert wird. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die jegliche oben oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung angegebene Nachteile lösen.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Halbleiterbeleuchtungssystems.
2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum gleichzeitigen Kalibrieren des Beleuchtungssystems aus 1 und Ausgleichen der Dioden des Beleuchtungssystems.
3 stellt eine beispielhafte Beleuchtungssystemschaltung dar, die das Beleuchtungssystem aus 1 mit unterschiedlichen Ansteuerungsstrommengen versorgt.
4 zeigt eine vorausschauende Zeitleiste einer Kalibrierung einer Festkörper-UV-Lampe.
5 zeigt ein beispielhaftes Array eines Halbleiterbeleuchtungssystems, das über einem Array aus Linsen, die eine Mikroplatte bedecken, positioniert ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Beschreibung bezieht sich auf ein Halbleiterbeleuchtungssystem, wie etwa das Beleuchtungssystem aus 1. Das Beleuchtungssystem kann gemäß dem Verfahren aus 2 betrieben werden, um zu ermöglichen, dass jedes der Lichtarrays des Beleuchtungssystems aneinander ausgeglichen und kalibriert wird. Während der Kalibrierung kann ein Ansteuerungsstrom, der zum Festkörperbeleuchtungssystem geleitet wird, über eine Schaltung, wie etwa die Schaltung aus 3, angepasst werden. Ein vorausschauendes Beispiel einer Kalibrierung eines Halbleiterbeleuchtungssystems wird in 4 gezeigt. Sobald es kalibriert ist, kann das Halbleiterbeleuchtungssystem verwendet werden, eine Mikroplatte, wie etwa in 5 gezeigt, zu dekontaminieren.
Unter Bezugnahme auf 1 veranschaulicht es ein Blockdiagramm für eine beispielhafte Konfiguration einer Beleuchtungsvorrichtung 100, die in einem Bestrahlungssystem 10 enthalten sein kann. In einem Beispiel kann die Beleuchtungsvorrichtung 100 ein lichtemittierendes Untersystem 112, eine Steuerung 114, eine Energiequelle 116 und ein Kühluntersystem 118 aufweisen. Das lichtemittierende Untersystem 112 kann mehrere Halbleiterbauelemente 119 aufweisen. In einem Beispiel, in dem die mehreren Halbleiterbauelemente als eine Matrix angeordnet sind, kann das lichtemittierende Untersystem 112 auch als eine Halbleiter-Licht-Matrix (semiconductor light matrix - SLM) bezeichnet werden. Die mehreren Halbleiterbauelemente 119 können ein lineares oder ein zweidimensionales Array 120 von lichtemittierenden Elementen, wie beispielsweise etwa ein Array aus LED-Vorrichtungen, aufweisen. In einem Beispiel kann das lineare Array 120 aus lichtemittierenden Elementen einen Halbleiter-Licht-Matrix(SLM)-Kanal erzeugen. Halbleiterbauelemente können Strahlungsausgang 124, einschließlich eines sichtbaren Lichts, eines ultravioletten (UV) Lichts und/oder einer Infrarot(IR)-Strahlung, bereitstellen. Der Strahlungsausgang 124 kann von der Beleuchtungsvorrichtung 100 auf ein Werkstück 126, das sich auf einer festen Ebene befindet, gerichtet sein. Zurückgegebene Strahlung 128 kann von dem Werkstück 126 zurück zum lichtemittierenden Subsystem 112 retroreflektiert werden (z. B. über Reflexion des Strahlungsausgangs 124). In einigen Beispielen kann das Werkstück 126 eine retroreflektierende Oberfläche aufweisen.
Eine Energiequelle 116 kann konfiguriert sein, um einen Ansteuerungsstrom an das lichtemittierende Subsystem 112 bereitzustellen, um den Strahlungsausgang 124 zu erzeugen. In einem Beispiel ist eine Energiequelle 116 eine Batterie.
Der Strahlungsausgang 124 kann über Koppeloptik 130 zum Werkstück 126 gerichtet sein. Die Koppeloptik 130, falls sie verwendet wird, kann verschiedenartig implementiert sein. Als ein Beispiel kann die Koppeloptik eine/ein oder mehrere Schichten, Materialien oder andere Strukturen aufweisen, die zwischen den Halbleiterbauelementen 119 und dem Werkstück 126 angeordnet sind und Strahlungsausgang 124 an Oberflächen des Werkstücks 126 bereitstellen. Als ein Beispiel kann die Koppeloptik 130 ein Mikrolinsenarray aufweisen, um das Sammeln, Kondensieren, Kollimieren oder sonstiges der Qualität oder effektiven Menge des Strahlungsausgangs 124 zu verbessern. Als ein weiteres Beispiel kann die Koppeloptik 130 ein Mikroreflektor-Array aufweisen. Beim Einsetzen eines derartigen Mikroreflektor-Arrays kann jedes Halbleiterbauelement, das Strahlungsausgang 124 bereitstellt, auf einer Basis von eins zu eins in einem entsprechenden Mikroreflektor angeordnet sein. Als ein weiteres Beispiel kann ein lineares Array von Halbleiterbauelementen 120, die Strahlungsausgang 124 bereitstellen, auf einer Basis von viele zu eins in Makroreflektoren angeordnet sein. Auf diese Weise kann Koppeloptik 130 sowohl Mikroreflektor-Arrays, wobei jedes Halbleiterbauelement auf einer Basis von eins zu eins in einem entsprechenden Mikroreflektor angeordnet ist, als auch Makroreflektoren, wobei die Menge und/oder Qualität des Strahlungsausgangs 124 von den Halbleiterbauelementen durch Makroreflektoren weiter verbessert wird, aufweisen. Die Beleuchtungsvorrichtung 100 kann ferner ein transparentes Fenster 164 (oder Kammerglas), das zwischen der Koppeloptik 130 und dem Werkstück 126 angeordnet ist, aufweisen.
Jede der Schichten, Materialien oder anderen Struktur der Koppeloptik 130 kann einen ausgewählten Brechungsindex haben. Durch ordnungsgemäßes Auswählen jedes Brechungsindex kann eine Reflexion an Grenzflächen zwischen Schichten, Materialien und anderen Strukturen im Pfad des Strahlungsausgangs 124 (und/oder retroreflektierter Strahlung 128) selektiv gesteuert werden. Beispielsweise kann durch Steuern von Unterschieden derartiger Brechungsindizes an einer ausgewählten Grenzfläche, zum Beispiel Fenster 164, das zwischen den Halbleiterbauelementen und dem Werkstück 126 angeordnet ist, eine Reflexion an dieser Grenzfläche verringert oder vergrößert werden, um die Übertragung von Strahlungsausgang an dieser Grenzfläche für endgültige Abgabe an das Werkstück 126 zu verbessern. Beispielsweise kann die Koppeloptik einen Kaltlichtspiegel aufweisen, wo bestimmte Wellenlängen von einfallendem Licht absorbiert werden, während andere auf die Oberfläche des Werkstücks 126 reflektiert und gebündelt werden.
Die Koppeloptik 130 kann für verschiedene Zwecke eingesetzt werden. Beispielhafte Zwecke schließen unter anderem Folgendes ein: Schützen der Halbleiterbauelemente 119, Halten von Kühlflüssigkeit, die zum Kühluntersystem 118 gehört, Sammeln, Kondensieren und/oder Kollimieren des Strahlungsausgangs 124, Sammeln, Leiten oder Ablehnen von retroreflektierter Strahlung 128 oder zu anderen Zwecken, allein oder in Kombination. Als ein weiteres Beispiel kann die Beleuchtungsvorrichtung 100 Koppeloptik 130 einsetzen, um die wirksame Qualität, Gleichmäßigkeit oder Quantität des Strahlungsausgangs 124 zu verbessern, insbesondere bei Lieferung zum Werkstück 126.
Als ein weiteres Beispiel kann die Koppeloptik 130 eine zylinderförmige Linse aufweisen, durch die von dem linearen Array von lichtemittierenden Elementen abgegebenes Licht geleitet wird. Wie zuvor beschrieben, kann von dem linearen Array von lichtemittierenden Elementen abgegebenes Licht an einer Einfallfläche der zylinderförmigen Linse einfallen und kann aus einer emittierenden Fläche der zylinderförmigen Linse kollimiert und umgeleitet werden. Die zylinderförmige Linse kann eine oder mehrere einer Stablinse, einer halbkreisförmigen Linse, einer plankonvexen Linse, einer bikonvexen Linse und einer facettierten Fresnel-Linse einschließen. Die zylinderförmige Linse kann eine zylinderförmige Linse mit einer zylinderförmigen Leistungsachse und einer orthogonalen Planachse zum Kollimieren und/oder Bündeln des von dem linearen Array 120 von Halbleiterbauelementen 119 abgegebenen Lichts aufweisen.
Ausgewählte der mehreren Halbleiterbauelemente 119 können mit der Steuerung 114 über LED-Antriebselektronik 122 gekoppelt sein, um Daten an die Steuerung 114 bereitzustellen. Wie weiter unten beschrieben, kann die Steuerung 114 auch implementiert sein, um derartige Daten bereitstellende Halbleiterbauelemente, z. B. über die LED-Antriebselektronik 122, zu steuern. Die Steuerung 114 kann mit der Energiequelle 116 und dem Kühluntersystem 118 verbunden sein und kann implementiert sein, diese zu steuern. Darüber hinaus kann die Steuerung 114 Daten von der Energiequelle 116 und dem Kühluntersystem 118 empfangen. In einem Beispiel kann die Bestrahlungsstärke an einem oder mehreren Standorten an der Oberfläche des Werkstücks 126 durch Sensoren erfasst werden und in einem Rückkopplungssteuerungsplan an die Steuerung 114 übertragen werden. In einem weiteren Beispiel kann die Steuerung 114 mit einer Steuerung eines anderen Beleuchtungssystems (nicht in 1 dargestellt) kommunizieren, um das Steuern von beiden Beleuchtungssystemen zu koordinieren. Beispielsweise kann die Steuerung 114 mehrerer Beleuchtungssysteme in einem Master-Slave-Kaskadensteuerungsalgorithmus betrieben werden, wo der Sollwert einer der Steuerungen durch den Ausgang der anderen Steuerung festgelegt wird. Es können auch andere Steuerungsstrategien zum Betreiben der Beleuchtungsvorrichtung 100 in Verbindung mit einem anderen Beleuchtungssystem verwendet werden. Als ein weiteres Beispiel kann die Steuerung 114 für mehrere Beleuchtungssysteme, die nebeneinander angeordnet sind, Beleuchtungssysteme auf identische Weise steuern, um die Gleichmäßigkeit von eingestrahltem Licht über mehrere Beleuchtungssysteme hinweg zu verstärken. Als noch ein weiteres Beispiel kann die Steuerung 114 einen Ansteuerungsstrom, der auf das lichtemittierende Untersystem 112 angelegt wird, auf der Grundlage von Rückkopplung bezogen auf den Strahlungsausgang 124 anpassen (z. B. auf der Grundlage dessen, ob die Bestrahlungsstärke bei oder innerhalb von einem Schwellenwert eines Zielwerts liegt).
Zusätzlich zur Energiequelle 116, dem Kühluntersystem 118 und dem lichtemittierenden Untersystem 112 kann die Steuerung 114 auch mit einem internen Element 132 und einem externen Element 134 verbunden sein und implementiert sein, diese zu steuern. Element 132, wie dargestellt, kann sich in der Beleuchtungsvorrichtung 100 befinden, während sich Element 134, wie dargestellt, außerhalb der Beleuchtungsvorrichtung 100 befinden kann, kann jedoch mit dem Werkstück 126 verknüpft sein (z. B. Handhabungs-, Kühlungs- oder andere externe Ausrüstung) oder kann anderweitig mit einer Fotoreaktion (z. B. Aushärten) verbunden sein, die die Beleuchtungsvorrichtung 100 unterstützt.
Die durch die Steuerung 114 von einer/einem oder mehreren der Energiequelle 116, dem Kühluntersystem 118, dem lichtemittierenden Untersystem 112 und/oder Elementen 132 und 134 empfangenen Daten können von verschiedenen Arten sein. Beispielsweise können die Daten eine oder mehrere mit den gekoppelten Halbleiterbauelementen 119 verknüpften Eigenschaften darstellen. Als weiteres Beispiel können die Daten eine oder mehrere Eigenschaften darstellen, die mit dem/der entsprechenden lichtemittierenden Untersystem 112, Energiequelle 116, Kühluntersystem 118, internen Element 132 und externen Element 134, die die Daten bereitstellen, verknüpft sind. Als noch ein weiteres Beispiel können die Daten eine oder mehrere Eigenschaften darstellen, die mit dem Werkstück 126 verknüpft sind (z. B. die Strahlungsausgangsenergie oder spektrale Komponente(n), die zum Werkstück gerichtet sind, darstellen). Darüber hinaus können die Daten irgendeine Kombination dieser Eigenschaften darstellen.
Die Steuerung 114 kann beim Empfangen derartiger Daten implementiert sein, auf diese Daten zu reagieren. Beispielsweise kann die Steuerung 114 als Reaktion auf derartige Daten von einer beliebigen derartigen Komponente implementiert sein, eine/eines oder mehrere der Energiequelle 116, des Kühluntersystems 118, des lichtemittierenden Untersystems 112 (einschließlich eines oder mehrerer derartiger gekoppelter Halbleiterbauelemente) und/oder der Elemente 132 und 134 zu steuern. Als ein Beispiel, als Reaktion auf Daten von dem lichtemittierenden Untersystem, die anzeigen, dass die Lichtenergie an einem oder mehreren mit dem Werkstück verknüpften Punkten nicht ausreicht, kann die Steuerung 114 implementiert sein, entweder (a) die Energieversorgung der Energiequelle (z. B. Ansteuerungsstrom oder Spannung) zu einem oder mehreren der Halbleiterbauelemente zu steigern, (b) das Kühlen des lichtemittierenden Untersystems über das Kühluntersystem 118 zu erhöhen (z. B. bestimmte lichtemittierende Vorrichtungen, falls gekühlt, stellen einen größeren Strahlungsausgang bereit), (c) die Zeit, während der die Energie an derartige Vorrichtungen geliefert wird, zu steigern oder (d) eine Kombination der oben genannten.
Einzelne Halbleiterbauelemente 119 (z. B. LED-Vorrichtungen) des lichtemittierenden Untersystems 112 können unabhängig von der Steuerung 114 gesteuert werden. Beispielsweise kann die Steuerung 114 eine erste Gruppe von einer oder mehreren einzelnen LED-Vorrichtungen steuern, um Licht mit einer ersten Intensität, Wellenlänge und Ähnlichem abzugeben, während sie eine zweite Gruppe von einer oder mehreren einzelnen LED-Vorrichtungen steuert, um Licht mit einer anderen Intensität, Wellenlänge und Ähnlichem abzugeben. Die erste Gruppe von einer oder mehreren einzelnen LED-Vorrichtungen kann sich innerhalb des gleichen linearen Arrays 120 von Halbleiterbauelementen befinden oder kann von mehr als einem linearen Array von Halbleiterbauelementen 120 von mehreren Beleuchtungsvorrichtungen 100 sein. Das lineare Array 120 eines Halbleiterbauelements kann auch unabhängig durch die Steuerung 114 von anderen linearen Arrays von Halbleiterbauelementen in anderen Beleuchtungssystemen gesteuert werden. Beispielsweise können die Halbleiterbauelemente eines ersten linearen Arrays gesteuert werden, um Licht mit einer ersten Intensität, Wellenlänge und Ähnlichem abzugeben, während jene eines zweiten linearen Arrays in einem anderen Beleuchtungssystem gesteuert werden können, um Licht mit einer zweiten Intensität, Wellenlänge und Ähnlichem abzugeben.
Als weiteres Beispiel kann eine Steuerung 114, unter einer ersten Reihe an Bedingungen (z. B. für ein bestimmtes Werkstück, Fotoreaktion und/oder Reihe an Betriebsbedingungen) ein Bestrahlungssystem 10 betreiben, um eine erste Steuerstrategie zu implementieren, während eine Steuerung 114 unter einer zweiten Reihe an Bedingungen (z. B. für ein bestimmtes Werkstück, Fotoreaktion und/oder Reihe an Betriebsbedingungen) ein Bestrahlungssystem 10 betreiben kann, um eine zweite Steuerstrategie zu implementieren. Wie oben beschrieben, kann die erste Steuerstrategie ein Betreiben einer ersten Gruppe (z. B. ein erstes Beleuchtungs-Subarray) eines oder mehrerer einzelner Halbleiterbauelemente (z. B. LED-Vorrichtungen) zum Abgeben eines Lichtes mit einer ersten Intensität, Wellenlänge und Ähnlichem, einschließen, während die zweite Steuerstrategie ein Betreiben einer zweiten Gruppe (z. B. ein zweites Beleuchtungs-Subarray) eines oder mehrerer einzelner LED-Vorrichtungen zum Abgeben eines Lichtes mit einer zweiten Intensität, Wellenlänge und Ähnlichem, einschließen kann. Die erste Gruppe von LED-Vorrichtungen kann die gleiche Gruppe an LED-Vorrichtungen wie die zweite Gruppe sein und kann ein oder mehrere Arrays von LED-Vorrichtungen umfassen oder kann eine andere Gruppe an LED-Vorrichtungen von der zweiten Gruppe sein, und die andere Gruppe an LED-Vorrichtungen kann eine Untergruppe einer oder mehrerer LED-Vorrichtungen von der zweiten Gruppe einschließen.
Das Kühluntersystem 118 kann implementiert sein, das Wärmeverhalten des lichtemittierenden Untersystems 112 zu verwalten. Beispielsweise kann das Kühluntersystem 118 für das Kühlen des lichtemittierenden Untersystems 112 und insbesondere der Halbleiterbauelemente 119 sorgen. Das Kühluntersystem 118 kann auch implementiert sein, das Werkstück 126 und/oder den Raum zwischen dem Werkstück 126 und der Beleuchtungsvorrichtung 100 (z. B. das lichtemittierende Untersystem 112) zu kühlen. Beispielsweise kann das Kühluntersystem 118 ein Kühlsystem von Luft oder einem anderen Fluid (z. B. Wasser) aufweisen. Das Kühluntersystem 118 kann auch Kühlelemente, wie etwa Kühlrippen, die an den Halbleiterbauelementen 119, oder dem linearen Array 120 davon oder an die Koppeloptik 130 angebracht sind, aufweisen. Beispielsweise kann ein Kühluntersystem das Blasen von Kühlluft über die Koppeloptik 130 aufweisen, wobei die Koppeloptik 130 mit externen Rippen ausgestattet ist, um die Wärmeübertragung zu verstärken.
Die Beleuchtungsvorrichtung 100 kann für verschiedene Anwendungen verwendet werden. Beispiele schließen ohne Beschränkung Folgendes ein: Aushärtungsanwendungen von Displays, fotoaktiven Klebstoffen und Tintendruck bis zur Herstellung von DVDs und Lithografie, sowie Dekontaminierungsanwendungen (z. B. keimtötende ultraviolette Bestrahlung). Die Anwendungen, in denen die Beleuchtungsvorrichtung 100 eingesetzt werden kann, können damit verbundene Betriebsparameter haben. Das bedeutet, eine Anwendung kann wie folgt einen damit verbundenen Betriebsparameter haben: Bereitstellung von einem oder mehreren Pegeln von Strahlungsenergie, mit einer oder mehreren Wellenlängen, angewendet über einen oder mehrere Zeiträume. Um die mit der Anwendung verbundene Fotoreaktion oder Dekontaminierung ordnungsgemäß durchzuführen, kann optische Leistung an oder nahe dem Werkstück 126 mit oder über einem oder mehreren Pegeln eines oder mehrerer dieser Parameter (und/oder eine bestimmte Zeit, Zeiten oder Zeitbereiche lang) geliefert werden.
Um die Parameter der beabsichtigten Anwendung zu befolgen, können die Halbleiterbauelemente 119, die Strahlungsausgang 124 bereitstellen, gemäß verschiedener Eigenschaften, die mit den Parametern der Anwendung, z. B. Temperatur, Spektralverteilung und Strahlungsleistung, verbunden sind, betrieben werden. Gleichzeitig können die Halbleiterbauelemente 119 bestimmte Betriebsspezifikationen haben, die mit der Herstellung der Halbleiterbauelemente verbunden sein können, und können unter anderem befolgt werden, um eine Zerstörung auszuschließen und/oder eine Verschlechterung zu verhindern. Andere Komponenten der Beleuchtungsvorrichtung 100 können auch damit verbundene Betriebsspezifikationen haben. Diese Spezifikationen können neben anderen Parameterspezifikationen Bereiche (z. B. Maximum und Minimum) für Betriebstemperaturen und angewandte elektrische Leistung einschließen.
Dementsprechend kann die Beleuchtungsvorrichtung 100 das Überwachen der Parameter der Anwendung unterstützen. Darüber hinaus kann die Beleuchtungsvorrichtung 100 die Überwachung von Halbleiterbauelementen 119, einschließlich ihrer entsprechenden Eigenschaften und Spezifikationen, unterstützen. Darüber hinaus kann die Beleuchtungsvorrichtung 100 auch die Überwachung ausgewählter anderer Komponenten der Beleuchtungsvorrichtung 100, einschließlich ihrer Eigenschaften und Spezifikationen, unterstützen.
Das Bereitstellen derartiger Überwachung kann die Überprüfung des ordnungsgemäßen Betriebs des Systems ermöglichen, sodass der Betrieb der Beleuchtungsvorrichtung 100 zuverlässig bewertet werden kann. Beispielsweise kann die Beleuchtungsvorrichtung 100 bezogen auf einen oder mehrere der Parameter der Anwendung (z. B. Temperatur, Spektralverteilung, Strahlungsleistung und Ähnliches), jegliche mit derartigen Parametern verbundene Eigenschaften der Komponente und/oder jegliche entsprechende Betriebsspezifikationen der Komponente unsachgemäß betrieben werden. Das Bereitstellen der Überwachung kann als Reaktion auf die durch die Steuerung 114 empfangenen Daten von einer oder mehreren Komponenten des Systems erfolgen und gemäß dieser durchgeführt werden.
Das Überwachen kann auch das Steuern des Betriebs des Systems unterstützen. Beispielsweise kann eine Steuerstrategie über die Steuerung 114 implementiert sein, wobei die Steuerung 114 Daten von einer oder mehreren Systemkomponenten empfängt und darauf reagiert. Die Steuerstrategie, wie oben beschrieben, kann direkt (z. B. durch Steuern einer Komponente durch Steuersignale, die an die Komponente gerichtet sind, auf der Grundlage von Daten bezüglich des Betriebs dieser Komponenten) oder indirekt (z. B. durch Steuern eines Betriebs einer Komponente durch Steuersignale, die auf das Anpassen des Betriebs anderer Komponenten ausgerichtet sind) implementiert sein. Beispielsweise kann ein Strahlungsausgang eines Halbleiterbauelements indirekt durch Steuersignale, die auf die Energiequelle 116 gerichtet werden und auf das lichtemittierende Untersystem 112 aufgebrachte Energie anpassen, und/oder durch Steuersignale, die an das Kühluntersystem 118 gerichtet werden und auf das lichtemittierende Untersystem 112 aufgebrachte Kühlung anpassen, angepasst werden.
Steuerstrategien können eingesetzt werden, um den ordnungsgemäßen Betrieb des Systems und/oder die Leistung der Anwendung zu ermöglichen und/oder zu verbessern. In einem Beispiel kann die Bestrahlungsstärke an einem oder mehreren Standorten an der Oberfläche des Werkstücks 126 durch Lichtsensoren erfasst werden und in einem Rückkopplungssteuerungsplan, wie etwa einem bezogen auf 2 beschriebenen Kalibrierungsplan, an die Steuerung 114 übertragen werden.
In einigen Anwendungen kann eine hohe Strahlungsleistung an das Werkstück 126 geliefert werden. Dementsprechend kann das lichtemittierende Untersystem 112 unter Verwendung eines Arrays von lichtemittierenden Halbleiterbauelementen 120 implementiert werden. Beispielsweise kann das lichtemittierende Untersystem 112 unter Verwendung eines Leuchtdioden(LED)-Arrays mit hoher Dichte implementiert werden. Obwohl lineare Arrays von lichtemittierenden Element verwendet werden können und hierin ausführlich beschrieben werden, wird davon ausgegangen, dass die Halbleiterbauelemente 119 und lineare Arrays 120 davon unter Verwendung anderer lichtemittierender Technologien implementiert werden können, ohne von den Grundsätzen der Erfindung abzuweichen. Beispiele anderer lichtemittierender Technologien schließen ohne Beschränkung organische LEDs, Laserdioden und andere Halbleiterlaser ein.
Um mit 1 fortzufahren, können die mehreren Halbleiterbauelemente 119 in der Form eines oder mehrerer Arrays 120 oder eines Arrays von Arrays (z. B. wie in 1 dargestellt) bereitgestellt sein. Die Arrays 120 können derart implementiert sein, dass eine oder mehrere oder die meisten der Halbleiterbauelemente 119 konfiguriert sind, Strahlungsausgang bereitzustellen. Gleichzeitig kann jedoch eines oder mehrere der Halbleiterbauelemente 119 des Arrays implementiert sein, um die Überwachung ausgewählter Eigenschaften des Arrays zu unterstützen. Eine oder mehrere Überwachungsvorrichtungen 136 können aus den Vorrichtungen in dem Array ausgewählt sein und können beispielsweise dieselbe Struktur aufweisen wie die anderen emittierenden Halbleiterbauelemente. Beispielsweise kann der Unterschied zwischen Emittieren und Überwachen durch die LED-Antriebselektronik 122, die mit dem bestimmten Halbleiterbauelement verknüpft ist, bestimmt werden (z. B. in einer Grundform kann ein LED-Array dort überwachende LED-Vorrichtungen haben, wo die Koppelelektronik einen Rückstrom bereitstellt, und dort emittierende LED-Vorrichtungen haben, wo die Koppelelektronik einen Vorwärtsstrom bereitstellt).
Des Weiteren können auf der Grundlage von Koppelelektronik ausgewählte der Halbleiterbauelemente im Array entweder/sowohl Multifunktionsvorrichtungen und/oder/als auch Multimodevorrichtungen sein, wo (a) Multifunktionsvorrichtungen in der Lage sein können, mehr als eine Eigenschaft zu erfassen (z. B. entweder Strahlungsausgang, Temperatur, Magnetfelder, Schwingung, Druck, Beschleunigung und andere mechanische Kräfte oder Umformungen) und können zwischen diesen Erfassungsfunktionen umgeschaltet werden, gemäß den Anwendungsparametern oder anderen bestimmenden Faktoren, und (b) Multimodevorrichtungen können in der Lage sein, Emission, Erfassung und einige andere Modi (z. B. Aus) durchzuführen und können gemäß den Anwendungsparametern oder anderen bestimmenden Faktoren zwischen Modi umgeschaltet werden.
Eine Strahlungsüberwachung 190 oder eine Strahlungsüberwachungsvorrichtung zum Überwachen von Strahlungsausgang durch die Beleuchtungsvorrichtung 100 kann einen ersten Sensor 194, einen zweiten Sensor 198 und Überwachungselektronik 191 aufweisen. In einem Beispiel ist die Strahlungsüberwachung ein Potentiometer. Des Weiteren kann die Strahlungsüberwachung 190 einen Strahlungsfilter 192 aufweisen. In einem Beispiel kann der Strahlungsfilter 192 eine Vorrichtung oder Struktur, die mit dem zweiten Sensor 198 gekoppelt ist, aufweisen. In einem Beispiel kann der Strahlungsfilter 192 direkt mit dem zweiten Sensor gekoppelt sein; in anderen Beispielen kann der Strahlungsfilter 192 indirekt mit dem zweiten Sensor gekoppelt sein. In anderen Beispielen kann der Strahlungsfilter eine von dem zweiten Sensor getrennte Struktur aufweisen, die, wenn sie in Verbindung mit der Positionierung des zweiten Sensors berücksichtigt wird, als ein Raumstrahlungsfilter dient, um den Strahlungsausgang direkt von der Beleuchtungsvorrichtung auszuschließen, um nicht den zweiten Sensor zu erreichen, während ermöglicht wird, dass Strahlungsausgang von externen Quellen am zweiten Sensor empfangen wird. Anders ausgedrückt kann der Strahlungsfilter 192 den zweiten Sensor 198 von dem Strahlungsausgang direkt durch das lichtemittierende Element abschirmen, während ermöglicht wird, dass die Strahlung von externen Quellen den zweiten Sensor erreicht, während der Strahlungsausgang direkt vom lichtemittierenden Element und die Strahlung von den externen Quellen am ersten Sensor 194 einfallen.
Überwachungselektronik 191 kann über einen Temperatursensor 150 mit dem lichtemittierenden System gekoppelt sein. In einem Beispiel kann eine Vorrichtung oder Struktur 152 die Überwachungselektronik 191 mit dem Temperatursensor 150 koppeln.
Beispiele des Strahlungsfilters 192 können ein Überwachungsmittel zum Positionieren des zweiten und/oder ersten Sensors sowie Lichtkapillaren aufweisen. Ferner kann das Abschirmen des zweiten Sensors 198 von dem Strahlungsausgang direkt von dem lichtemittierenden Element beim Ermöglichen, dass die Strahlung von externen Quellen den zweiten Sensor erreicht, durch eines oder mehrere der Folgenden implementiert werden: Positionieren des zweiten Sensors 198 auf einer nichtlichtemittierenden Seite einer lichtemittierenden Ebene des lichtemittierenden Elements 119, Unterstützen des lichtemittierenden Elements 119 auf einer Basis, die zwischen einer Leiterplatte der Beleuchtungsvorrichtung 100 und dem lichtemittierenden Element 119 angeordnet ist, um das Positionieren des zweiten Sensors 198 auf der nichtlichtemittierenden Seite der lichtemittierenden Ebene des lichtemittierenden Elements 119 zu erleichtern, und Koppeln einer Lichtkapillare an den zweiten Sensor 198.
Der erste Sensor 194 und der zweite Sensor 198 können Thermoelemente aufweisen. In einem weiteren Beispiel können der erste Sensor 194 und der zweite Sensor 198 Fotodioden aufweisen. In weiteren Beispielen können der erste Sensor 194 und der zweite Sensor 198 eine andere Art von Lichtsensor oder Strahlungssensor aufweisen. Die Strahlungsüberwachung 190 kann eine eigenständige Vorrichtung sein (wie am unteren Rand in 1 dargestellt) und kann auf Beleuchtungsvorrichtungen zum Überwachen des Ausgangs der Leistung (oder Strahlungsintensität) nachgerüstet werden. Das Nachrüsten der Strahlungsüberwachung 190 mit einer Beleuchtungsvorrichtung 100 kann das Positionieren des ersten Sensors 194 und des zweiten Sensors 198 neben einem lichtemittierenden Element der Beleuchtungsvorrichtung 100 aufweisen. Zusätzlich dazu kann die Strahlungsüberwachung 190 durch konduktives Koppeln der Überwachungselektronik 191 mit LED-Antriebselektronik 122 und/oder der Steuerung 114 der Beleuchtungsvorrichtung mit einer Beleuchtungsvorrichtung enger integriert sein (wie in 1 dargestellt). Auf diese Weise kann der Beleuchtungsvorrichtungsbetrieb als Reaktion auf Messungen von der Strahlungsüberwachung 190, einschließlich als Reaktion auf Signale von dem ersten und dem zweiten Sensor 194 und 198 und Überwachungselektronik 191, moduliert und gesteuert werden.
Beispielsweise, falls die Strahlungsüberwachung 190 direkt von der Beleuchtungsvorrichtung einen Strahlungsausgang erfasst, der größer als ein Schwellenwertstrahlungsausgang ist, kann die Steuerung 114 ein Signal zur LED-Antriebselektronik 122 der Beleuchtungsvorrichtung 100 senden, um einen Leistungsausgang von dem Array 120 der lichtemittierenden Elemente 119 zu verringern. Als ein weiteres Beispiel, falls die Strahlungsüberwachung 190 direkt von der Beleuchtungsvorrichtung einen Strahlungsausgang erfasst, der kleiner als ein Schwellenwertstrahlungsausgang ist, kann die Steuerung 114 ein Signal zur LED-Antriebselektronik 122 der Beleuchtungsvorrichtung 100 senden, um einen Leistungsausgang von dem Array 120 der lichtemittierenden Elemente 119 zu erhöhen. Eine genauere und zuverlässigere Messung des Strahlungsausgangs direkt von der Beleuchtungsvorrichtung 100 mit der Strahlungsüberwachung 190 kann weiter integriert sein, um eine Genauigkeit und Zuverlässigkeit bestehender Steuerstrategien und -algorithmen der Beleuchtungsvorrichtung 100, wie oben beschrieben, zu steigern. Auf diese Weise können Unstimmigkeiten zwischen dem Strahlungsausgang der Beleuchtungsvorrichtung 100 und einem Schwellenwert oder Zielstrahlungsausgang von der Beleuchtungsvorrichtung 100 verringert werden.
Beispielsweise kann die Steuerung 114 die Energiequelle 116 und/oder das Kühluntersystem 118 als Reaktion auf von Überwachungselektronik 191 empfangenen Daten anpassen. In einem Beispiel kann ein Strahlungsausgang, der durch die Strahlungsüberwachung 190 für einen gegebenen Leistungseingang von der Energiequelle 116 gemessen wird und geringer als ein Schwellenwert ist, anzeigen, dass die Beleuchtungsvorrichtung 100 überhitzt sein kann. In diesem Fall kann die Steuerung 114 das Kühluntersystem 118 anpassen, um eine an das lichtemittierende Untersystem 112 gelieferte Kühlkapazität zu erhöhen, um eine Temperatur dort zu verringern. In einem weiteren Beispiel können mehrere Beleuchtungsvorrichtungen 100 jeweils integrierte Strahlungsüberwachungen 190 zum Messen des Strahlungsausgangs davon und zum parallelen Koordinieren der Steuerung beider Beleuchtungsvorrichtungen aufweisen. Beispielsweise kann die Steuerung 114 mehrerer Beleuchtungssysteme in einem Master-Slave-Kaskadensteuerungsalgorithmus betrieben werden, wo der Sollwert einer der Steuerungen durch den Ausgang der anderen Steuerung festgelegt wird. Es können auch andere Steuerungsstrategien zum Betreiben der Beleuchtungsvorrichtung 100 in Verbindung mit einem anderen Beleuchtungssystem verwendet werden. In einer weiteren Darstellung kann die Steuerung 114 für mehrere Beleuchtungssysteme, die nebeneinander angeordnet sind, Beleuchtungssysteme auf identische Weise steuern, um die Gleichmäßigkeit von eingestrahltem Licht über mehrere Beleuchtungssysteme hinweg zu verstärken. In einer Ausführungsform kann ein Satz von Überwachungselektronik 191 zum Kommunizieren mit und Messen von Strahlungsausgang von mehreren Beleuchtungsvorrichtungen 100 mit mehreren Paaren von ersten und zweiten Sensoren 194 und 198 gekoppelt sein. Auf diese Weise kann eine Steuerung 114 für mehrere Beleuchtungsvorrichtungen zum Steuern der mehreren Beleuchtungsvorrichtungen 100 mit einer einzigen Überwachungselektronik 191 kommunizieren, wodurch die Verkabelung und Programmierung der Steuerung vereinfacht wird.
Die Kanäle oder Arrays 120 der SLM können bezogen auf UV-Lichtsensoren 156 (z. B. Lichtschrankensensoren) über motorisierte Linearführung 155 auf der Grundlage von Steuersignalen 154, die an der Linearführung von der Steuerung 114 empfangen werden, positioniert sein. Die Lichtsensoren 156 können beispielsweise Fotodioden sein und können ein Ausgangssignal 153 an die Steuerung 114 entsprechend einem erfassten Ausmaß an Bestrahlungsstärke übertragen. Die Linearführung kann einen Motor, wie etwa einen Stufenmotor, aufweisen, um die Position der SLM, Optik etc. anzupassen. Beispielsweise können die Lichtsensoren 156 an einer bestimmten Stelle auf der Oberfläche des Werkstücks 126 positioniert sein und eine Position der Kanäle oder Arrays 120 der SLM kann entlang einer einzigen horizontalen Achse (z. B senkrecht zu einer Richtung des Strahlungsausgangs 124) durch die motorisierte Linearführung 155 angepasst werden, sodass die SLM oberhalb der Lichtsensoren 156 zentriert ist, anstelle eines Zielbereichs einer Bestrahlungsstärke des Werkstücks 126, der für Fotoreaktionen und/oder Dekontaminierung verwendet wird. In einem Beispiel, wie bezogen auf 2 ausgeführt, sind Lichtsensoren während der Lampenkalibrierung und des Kanalausgleichens unter den oberhalb platzierten Kanälen zentriert, wenn die SLM-Einheit sich in der Grundstellung befindet. Die Grundstellung kann durch einen oder mehrere Sensoren erfasst werden. In einem alternativen Beispiel kann die Position der SLM statisch sein und kann die Position der Lichtsensoren 156 durch eine ähnliche Linearführung angepasst werden, sodass die Lichtsensoren 156 unter den Kanälen oder Arrays 120 der SLM zentriert sind. In einem weiteren Beispiel kann die motorisierte Linearführung 155 als Reaktion auf die Steuersignale 154 das Array 120 entlang der einzigen, horizontalen Achse bewegen, um eine Bestrahlungsstärke auf andere Bereiche einer Mikroplatte zu zielen, wie unten bezogen auf 5 weiter beschrieben ist.
Die Erfinder haben hierin erkannt, dass ein genauer Bestrahlungsstärkemesswert von dem lichtemittierenden System und darin enthaltenen SLM-UVC-Dioden nicht abgelesen werden kann, bis die Beleuchtungsvorrichtung ein thermisches Gleichgewicht erreicht hat. Das liegt daran, dass sich der Ausgang einzelner Halbleiterbauelemente (z. B. Dioden) mit Temperaturschwankungen dramatisch verändern kann. Die Zeit zum Erreichen dieses Temperaturgleichgewichts wird durch mehrere Faktoren, von Umgebungsbetriebsbedingungen bis Diodeneigenschaften und -alter, beeinflusst. Dies kann es äußerst schwierig machen, eine bestimmte Beleuchtungsvorrichtung (hierin auch als eine Lampe bezeichnet) zu kennzeichnen. In einem Beispiel, wie unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, kann eine lineare Regressionsanalyse der Temperatur im Laufe der Zeit verwendet werden, um zu bestimmen, wann das thermische Gleichgewicht erreicht ist.
Eine beispielhafte Implementierung der Regressionsanalyse setzt ein Thermoelement, das am Kühlkörper der Lampe angebracht ist, wirksam ein. Mit einem am Kühlkörper der Lampe angebrachten Thermoelement, an dem die SLM-Kanäle und Arrays alle montiert sind, kann ein Temperaturmesswert in Firmware abgelesen werden, um eine geschätzte Betriebstemperatur der Diode zu bestimmen. Da es schwierig sein kann, diese Temperatur im Laufe der Zeit zu überwachen und zu verfolgen, kann ein Ringpuffer verwendet werden, um die letzten n Temperaturmesswerte im Überblick zu behalten. Im Anbetracht eines Puffers mit n = 120 und einer Messfrequenz von 0,5 Sekunden kann die letzte Minute des Wärmeverhaltens der Lampe gespeichert werden. Durch Durchführen einer linearen Regressionsanalyse dieses Ringpuffers einmal pro Sekunde und Überwachen der Steigung dieser Linie kann eine Charakterisierung für die Veränderungsrate der Temperatur (in Grad Celsius pro Sekunde) vorgenommen werden. Durch Einstellen und Überprüfen einer festen Schwellenwertveränderungsrate, wie etwa 0,25 °C/Sekunde, kann die Steuerung genau und zuverlässig bestimmen, wann eine Lampe sich in einem ausreichenden Gleichgewicht befindet, ungeachtet der endgültigen Gleichgewichtstemperatur, der Zeit bis zum Gleichgewicht und Umgebungsbetriebsbedingungen.
Weitere Verbesserungen beim Korrelieren zwischen einem vorgegebenen UV-Diodenleistungsausgang (in mW/cm²) und einem Fotostromausgang von der Diode (in nA) können über die Verwendung von AlGaN-Schottky-Fotodioden, die für gewünschte UV-Wellenlängen empfindlich sind, erzielt werden. Analoge Modifikation des Signals, das in einen Analog-Digital-Wandler (ADC) eingespeist wird, kann ermöglichen, dass der Fotostromausgang leicht gemessen wird. Da es beim Auslesen eine geringe Variabilität geben kann, kann eine Reihe von mehreren (z. B. fünf) Messungen von dem ADC bei einer Frequenz (z. B. 200 ms) genommen und gemittelt werden, was eine Gesamtzeit von 1 Sekunde zum Erfassen ergibt. Dieser Ansatz bietet verschiedene Vorteile. Beispielsweise können die Fotodioden im Endgerät platziert sein, das vor dem Austritt von UV-Strahlung ausreichend abgeschirmt ist, was den Bediener vor UV-Belastung schützt. Darüber hinaus sind die Ausrüstung, Mittel zum Erfassen der Daten und die Analyse der Daten alle höchst zuverlässig und nicht mehr anfällig für menschliche Fehler.
Im Hinblick auf 2 wird ein beispielhaftes Verfahren 200 für das gleichzeitige Kalibrieren und Ausgleichen der mehreren Halbleiterbauelemente einer SLM-Array-Beleuchtungsvorrichtung dargestellt. In einem Beispiel ist die Vorrichtung als eine UV-Lampe konfiguriert. Anweisungen zum Durchführen des Verfahrens 200 und den Rest der hierin enthaltenen Verfahren können durch eine Steuerung (z. B. Steuerung 114 aus 1) auf der Grundlage von auf einem Speicher der Steuerung gespeicherten Anweisungen und in Verbindung mit von Sensoren der Beleuchtungsvorrichtung empfangenen Signalen, wie etwa die oben unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Sensoren, ausgeführt werden. Die Steuerung kann gemäß den unten beschriebenen Verfahren Komponenten und Aktoren des Beleuchtungssystem einsetzen, um einen Strahlungsausgang anzupassen. In einem Beispiel wird das Beispiel 200 einmal alle 24 Stunden wiederholt, beispielsweise mit einer Zeitplanung zum Ausführen des Verfahrens, das durch einen Bediener einer Lampe geplant wird. In einigen Beispielen kann das Verfahren 200 nach einer vorgegebenen Anzahl von Betriebsstunden, während vorausgewählten Zeiträumen von Systemausfallzeiten und/oder während vorausgewählten Werkszuständen, wie etwa wenn eine Temperatur in der Werksumgebung für eine Schwellenwertzeitdauer stabil war, durchgeführt werden.
Bei 202 weist das Verfahren das Zentrieren der Lampe über den Lichtsensoren auf. Beispielsweise kann die Steuerung ein Steuersignal an eine motorisierte Linearführung senden, die die Lampe entlang einer Einzelachse bewegt. Unter Verwendung der motorisierten Linearführung wird die Lampe zur Kalibrierzone bewegt, um die Lampe und Kanäle über den Lichtsensoren zu zentrieren. Durch Bewegen der Lampe zur Kalibrierzone wird die Lampe automatisch über den Lichtsensoren, im Gegensatz zum Zielbereich der Bestrahlungsstärke, zentriert. In einem Beispiel wird die Lampe über einen ersten Kanal zentriert, um kalibriert zu werden.
Außerdem weist das Verfahren bei 202 das Überprüfen auf fehlerhafte Potentiometeransteuerungsströme und das Modifizieren der Ströme, falls erforderlich, auf. In einem Beispiel werden die digitalen Potentiometer, die einen Ansteuerungsstrom der Kanäle steuern, auf fehlerhafte oder geringe Werte überprüft, was einen früheren Fehler oder ein Fehlen an früheren Kalibrierungen, wie etwa an einem neuen Produkt, anzeigt. Im Anbetracht eines nicht realisierbaren Wertes kann die Steuerung den Standardstartpotentiometerwert auf allen Kanälen, die diesen erfordern, entsprechend einem mittleren Ansteuerungsstrom von beobachteten Diodeneigenschaften festlegen. Das Verfahren weist ferner das Starten mit Ausgangsbedingungen auf, wo es korrelierte UV-Lichtsensoren gibt, sodass ein bestimmter Fotostrom einer bekannten Bestrahlungsstärke entspricht. Beispielsweise können die Lichtsensoren vor dem Beginnen von Verfahren 200 mit einem bekannten Ausgang für eine bestimmte Bestrahlungsstärke als Teil eines einmaligen Vorgangs während der Herstellung korreliert werden. Daher, falls die UV-Lichtsensoren nicht korreliert wurden, kann das Verfahren 200 bei 202 abgebrochen werden. Falls die UV-Lichtsensoren korreliert wurden, wird die Lampe eingeschaltet und die lineare Regressionsanalyse beginnt.
Bei 204 weist das Verfahren das Füllen eines Temperaturringpuffers auf. Beispielsweise kann die Firmware der Steuerung alle 500 ms den Wert eines Analog-DigitalWandlers (ADC) auslesen, um die aktuelle Temperatur des Kühlkörpers zu bestimmen. Dieser Wert wird dann in einem Ringpuffer gespeichert.
Bei 206 weist das Verfahren das Durchführen einer linearen Temperaturregression auf. Die Steuerung wiederholt dies, bis bestimmt wird, dass thermisches Gleichgewicht erreicht wurde und das System stabil ist. Beispielsweise führt die Steuerung nach dem Füllen des Ringpuffers (z. B. Zeit = 1 Minute) einen Algorithmus aus, der beginnt, einmal pro Sekunde eine lineare Regression auf diesem Puffer durchzuführen. Diese zwei Maßnahmen können fortgesetzt werden, bis die lineare Regression zu einer Steigung oder einer Temperaturveränderungsrate von 0,25 °C/Sekunde oder weniger führt, was anzeigt, dass die Lampe sich nun in einem thermischen Gleichgewicht befindet. Alternativ dazu, wenn ein Fehler beim Auslesen des ADC auftritt, die Lampe eine maximale Betriebstemperatur überschreitet oder eine 15-Minuten-Zeitüberschreitung abläuft, wird der Algorithmus mit einem Fehlercode beendet.
Bei 208 weist das Verfahren das Überprüfen der Bestrahlungsstärke des Kanals von dem entsprechenden Sensor auf. Hier ist der Sensor der Sensor, der dem Kanal entspricht, der kalibriert wird. Insbesondere, sobald thermisches Gleichgewicht erreicht wird, beginnt der Ausgleichs- und Kalibrierungsabschnitt der Routine. Dabei wird beginnend mit dem ersten Kanal der Lampe ein Messwert von dem entsprechenden Lichtsensor durch Überprüfen des Werts auf dem an diesen Sensor geknüpften ADC ausgelesen. Da der Messwert leicht variabel ist, werden mehrere (z. B. fünf) Messwerte in Abständen (z.B. einmal pro 200 ms) ausgelesen, um die Ausgangsintensität genau zu charakterisieren. Eine Berechnung wird dann vorgenommen, um den prozentualen Unterschied zwischen der durch den Lichtsensor gemessenen Intensität und der gewünschten Zielbestrahlungsstärke zu bestimmen. Das Verfahren überprüft dann vor dem Fortfahren nach bestimmten Fehlerbedingungen.
Falls die Bestrahlungsstärke des Kanals gering ist, etwa wenn die Bestrahlungsstärke unter 2,5 % des Ziels liegt (bei 214), wird bei 216 weiter bestimmt, ob der Ansteuerungsstrom ausgeschöpft wurde. Falls ja, wird bei 222 weiter bestimmt, ob die Bestrahlungsstärke innerhalb der ursprünglichen Produktspezifikation liegt. Falls ja, das bedeutet, wenn der Potentiometerwert zu einem maximalen Ansteuerungsstrom geführt hat, das Produkt jedoch noch innerhalb der ursprünglichen Produktspezifikation liegt, wird bei 224 eine Kennzeichnung gesetzt oder aufgenommen, um den Benutzer zu benachrichtigen, dass die Lampe sich dem Ende ihrer Lebensdauer nähert, da es zum Erhöhen des Ansteuerungsstroms keinen Raum mehr gibt, um den Ausgangsabfall der Diode auszugleichen. Das Verfahren fährt dann mit 226 fort.
Falls der Potentiometerwert zu einem minimalen oder maximalen Ansteuerungsstrom für das elektrische System geführt hat (bei 216) und der Unterschied größer als eine voreingestellte zulässige Ausgangsabweichung von der Zielbestrahlungsstärke für das Produkt ist (Nein bei 222), dann wird das Verfahren bei 232 verlassen und gibt einen Fehler aus, da die gewünschte Bestrahlungsstärke nicht erreicht werden konnte. Gleichermaßen, falls im Kanalausgang ein Fehler vorliegt, wie etwa wenn sich der Ausgang außerhalb der Reichweite des Sensors befindet, dann geht das Verfahren zu 232 über, um die Routine mit einem eingestellten Fehlercode zu verlassen. Bei 232 wird beispielsweise über den Fehlercode angegeben, dass die Lampe zu diesem Zeitpunkt nicht kalibriert werden kann.
Falls die Bestrahlungsstärke des Kanals hoch ist, etwa wenn der Unterschied des Ausgangs des Stromkanals größer als 2,5 % von der Zielbestrahlungsstärke ist (bei 210), geht das Verfahren zu 212 über, wo der Ansteuerungsstrom des Kanals durch Vermindern des digitalen Potentiometers um eine einzige Einheit verringert wird. Anders ausgedrückt wird der SLM-Potentiometer um einen Wert von 1 verringert. Demzufolge wird das Durchführen des Algorithmus um 1 Sekunde verzögert, um zu ermöglichen, dass sich die Intensität bei dem neuen Ansteuerungsstrom stabilisiert. Zusätzlich wird eine Kennzeichnung gesetzt, um anzugeben, dass eine Änderung des Ansteuerungsstroms vorgenommen wurde. Das Verfahren kehrt dann zu 208 zurück, um mit der Überprüfung der Bestrahlungsstärke des Kanals fortzusetzen.
Falls die Bestrahlungsstärke des Kanals gering ist, etwa wenn der Unterschied des Ausgangs des Stromkanals geringer als 2,5 % von der Zielbestrahlungsstärke ist (bei 214), und bei 216 der Ansteuerungsstrom nicht ausschöpft wurde, geht das Verfahren zu 218 über, wo der Ansteuerungsstrom des Kanals durch Erhöhen des digitalen Potentiometers um eine einzige Einheit gesteigert wird. Der Algorithmus verzögert dann um 1 Sekunde, um zu ermöglichen, dass sich die Intensität bei dem neuen Ansteuerungsstrom stabilisiert. Zusätzlich wird eine Kennzeichnung gesetzt, um anzugeben, dass eine Änderung des Ansteuerungsstroms vorgenommen wurde. Das Verfahren kehrt dann zu 208 zurück, um mit der Überprüfung der Bestrahlungsstärke des Kanals fortzusetzen.
Falls der Unterschied des Kanalausgangs innerhalb von 2,5 % in beiden Richtungen des Ziels liegt, etwa bei 220, dann wird keine Modifikation des Ansteuerungsstroms vorgenommen und das Verfahren fährt direkt mit 226 fort. Sobald der erste Kanal korrigiert ist, bewegt sich die Steuerung darin auf einen zweiten Kanal und führt Schritte ab 208 durch, um den zweiten Kanal auf der Grundlage der über einen entsprechenden Sensor geschätzten Kanalbestrahlungsstärke zu kalibrieren und auszugleichen. Dies wird wiederholt, bis alle Kanäle angepasst worden sind. Da eine Modifikation eines Kanals zum Verändern von Werten für benachbarte Kanäle aufgrund von Wärmeunterschieden und Überlappen von Flächen von Bestrahlungsstärken bei 228 führt, weist das Verfahren 200 das Überprüfen der zuvor erwähnten Kennzeichnung auf, um zu bestimmen, ob irgendwelche Änderungen an den Kanälen während der letzten Ausführung vorgenommen worden sind. Falls dies der Fall ist, wird die Routine wiederholt, um sicherzustellen, dass der Ausgang wieder neu zentriert ist. Üblicherweise sieht man drei bis fünf Zyklen dieses Abschnitts des Algorithmus. Auf diese Weise wird die Routine mehrere Male wiederholt, bis die Bestrahlungsstärke jedes Kanals innerhalb von 2,5 % des Ziels liegt. Sobald ein Ausgleichen abgeschlossen worden ist und keine Veränderungen vorgenommen wurden, wie bei 228 bestimmt, und bei 230 keine Fehler der Messung oder des Ansteuerungsstroms aufgezeichnet wurden, weist das Verfahren das Abschalten der Lampe und das Verlassen des Algorithmus mit einem Erfolgscode auf, der einen erfolgreichen Abschluss der Lampenkalibrierung und des Kanalausgleichs anzeigt.
Auf diese Weise wird jeder Abschnitt oder Kanal der Festkörper-UVC-Lampe automatisch und ohne Bedienereingabe auf andere Abschnitte abgestimmt. Durch Ermöglichen, dass die Lampe automatisch kalibriert wird, wird eine ausgeglichene Leistung und Lebensdauer der Lampe verbessert.
Unter Bezugnahme auf 3 wird ein Schaltbild einer Beleuchtungssystemschaltung dargestellt, die verschiedene Mengen an Strom an das Lampensystem aus 1 zuführen kann. In einem Beispiel wird das Verfahren von 2 über die Schaltung aus 3 implementiert, etwa wenn Potentiometeranpassungen durchgeführt werden.
Das Beleuchtungssystem 300 weist eine oder mehrere lichtemittierende Vorrichtungen 110 auf. In diesem Beispiel sind lichtemittierende Vorrichtungen 110 Leuchtdioden (LEDs). Jede LED 110 weist eine Anode 301 und eine Kathode 302 auf. Die in 1 dargestellte Schaltenergiequelle 102 versorgt den Spannungsregler 304 über Bahn oder Leiter 364 mit 48 V Gleichspannung. Der Spannungsregler 304 versorgt die Anoden 301 von LEDs 110 über Leiter oder Bahn 342 mit Gleichspannung. Der Spannungsregler 304 ist auch elektrisch mit den Kathoden 302 von LEDs 110 über Leiter oder Bahn 340 gekoppelt. Der Spannungsregler 304 wird bezogen auf Masse 360 dargestellt und kann in einem Beispiel ein Abwärtswandler sein. Die Steuerung 108 wird in elektrischer Verbindung mit dem Spannungsregler 304 dargestellt. In weiteren Beispielen können getrennte Eingabeerzeugungsvorrichtungen (z. B. Schalter) die Steuerung 108, falls gewünscht, ersetzen. Die Steuerung 108 weist einen Hauptprozessor 390 zum Ausführen von Anweisungen auf. Die Steuerung 108 weist auch Eingänge und Ausgänge (E/O) 388 zum Betreiben des Spannungsreglers 304 und anderer Vorrichtungen auf. Nichtflüchtige ausführbare Anweisungen können im Festwertspeicher 392 gespeichert werden, während Regelgrößen in Direktzugriffspeichern 394 gespeichert werden können. Der Spannungsregler 304 liefert den LEDs 110 eine einstellbare Spannung.
Der Regelwiderstand 320 in der Form eines Feldeffekttransistors (FET) empfängt eine Intensitätssignalspannung von der Steuerung 108 oder über eine andere Eingabevorrichtung. Während das vorliegende Beispiel den Regelwiderstand als einen FET beschreibt, muss beachtet werden, dass die Schaltung andere Formen von Regelwiderständen einsetzen kann.
In diesem Beispiel weist wenigstens ein Element des Arrays 20 lichtemittierende Festkörperelemente, wie etwa Leuchtdioden (LEDs), auf oder erzeugen Laserdioden Licht. Die Elemente können als ein einzelnes Array auf einem Substrat, mehrere Arrays auf einem Substrat, mehrere Arrays einzeln oder mehrfach auf mehreren miteinander verbundenen Substraten etc. konfiguriert sein. In einem Beispiel kann das Array aus lichtemittierenden Elementen aus einer Semiconductor Light Matrix™ (SLM), die von Phoseon Technology Inc. hergestellt wird, bestehen.
Die in 3 gezeigte Schaltung ist ein geschlossener Stromregelkreis 308. Im geschlossenen Regelkreis 308 nimmt der Regelwiderstand 320 ein Intensitätsspannungssteuersignal über Leiter oder Bahn 330 durch den Steuerkreis 322 auf. Der Regelwiderstand 320 nimmt sein Steuersignal vom Treiber 322 auf. Spannung zwischen dem Regelwiderstand 320 und dem Array 20 wird auf eine gewünschte Spannung, wie durch den Spannungsregler 304 bestimmt, geregelt. Der gewünschte Spannungswert kann durch die Steuerung 108 oder eine andere Vorrichtung geliefert werden und der Spannungsregler 304 steuert das Spannungssignal 342 auf einen Pegel, der die gewünschte Spannung in einem Strompfad zwischen dem Array 20 und dem Regelwiderstand 320 bereitstellt. Der Regelwiderstand 320 steuert den Stromfluss von dem Array 20 zum Strommesswiderstand 355 in der Richtung des Pfeils 345. Die gewünschte Spannung kann auch als Reaktion auf die Art der Beleuchtungsvorrichtung, der Art des Werkstücks, die Aushärtungsparameter oder Dekontaminierungszyklusparameter und verschiedene andere Betriebsbedingungen angepasst werden. Ein elektrisches Stromsignal kann entlang des Leiters oder der Bahn 336 zur Steuerung 108 oder einer anderen Vorrichtung, die das bereitgestellte Intensitätsspannungssteuersignal bereitstellt, zurückgeführt werden. Insbesondere, falls das elektrische Stromsignal sich von einem gewünschten elektrischen Strom unterscheidet, steigt oder sinkt das über den Leiter 330 geführte Intensitätsspannungssteuersignal, um den elektrischen Strom durch das Array 20 anzupassen. Ein Rückkopplungsstromsignal, das einen elektrischen Stromfluss durch das Array 20 anzeigt, wird über den Leiter 336 als ein Spannungspegel geleitet, der sich verändert, wenn sich elektrischer Strom, der durch Strommesswiderstand 355 fließt, verändert.
In einem Beispiel, in dem die Spannung zwischen dem Regelwiderstand 320 und dem Array 20 auf eine Konstantspannung angepasst wird, wird ein Stromfluss durch ein Array 20 und einen Regelwiderstand 320 über das Anpassen des Widerstands des Regelwiderstands 320 angepasst. Somit geht ein Spannungssignal, das von dem Regelwiderstand 320 entlang des Leiters 340 übertragen wird, in diesem Beispiel nicht zum Array 20. Stattdessen folgt die Spannungsrückkopplung zwischen Array 20 und dem Regelwiderstand 320 dem Leiter 340 und geht zu einem Spannungsregler 304. Der Spannungsregler 304 gibt dann ein Spannungssignal 342 an das Array 20 aus. Infolgedessen passt ein Spannungsregler 304 seine Ausgangsspannung als Reaktion auf eine Spannung, die dem Array 20 nachgelagert ist, an und ein Stromfluss durch Array 20 wird über den Regelwiderstand 320 angepasst. Die Steuerung 108 kann Anweisungen zum Anpassen eines Widerstandswerts des Regelwiderstands 320 als Reaktion auf einen Arraystrom, der als eine Spannung über den Leiter 336 zurückgeführt wird, aufweisen. Der Leiter 340 ermöglicht eine elektrische Kommunikation zwischen den Kathoden 302 der LEDs 110, dem Eingang 399 (z. B. ein Drain eines N-Kanal-MOSFETs) des Regelwiderstands 320 und dem Spannungsrückführungseingang 393 des Spannungsreglers 304. Somit haben die Kathoden 302 der LEDs 110, eine Eingangsseite 399 des Regelwiderstands 320 und der Spannungsrückführungseingang 399 dasselbe Spannungspotenzial.
Der Regelwiderstand kann die Form eines FETs, eines bipolaren Transistors, eines digitalen Potentiometers oder einer anderen elektrisch steuerbaren Strombegrenzungsvorrichtung annehmen. Der Steuerkreis kann abhängig vom verwendeten Regelwiderstand verschiedene Formen annehmen. Der geschlossene Regelkreis wird so betrieben, dass ein Ausgangsspannungsregler 304 bei etwa 0,5 V über einer Spannung bleibt, um ein Array 20 zu betreiben. Die Ausgangsspannung des Reglers passt die auf das Array 20 aufgebrachte Spannung an und der Regelwiderstand steuert den Stromfluss durch das Array 20 auf einen gewünschten Pegel. Die vorliegende Schaltung kann im Vergleich zu anderen Ansätzen die Leistungsfähigkeit des Beleuchtungssystems steigern und durch das Beleuchtungssystem erzeugte Wärme verringern. Im Beispiel aus 3 erzeugt der Regelwiderstand 320 üblicherweise einen Spannungsabfall im Bereich von 0,6 V. Jedoch kann der Spannungsabfall am Regelwiderstand 320 kleiner oder größer als 0,6 V sein, abhängig von der Gestaltung des Regelwiderstands.
Somit stellt die in 3 dargestellte Schaltung eine Spannungsrückkopplung an einen Spannungsregler bereit, um den Spannungsabfall über das Array 20 zu steuern. Beispielsweise, da der Betrieb des Arrays 20 zu einem Spannungsabfall über das Array 20 führt, ist der Spannungsausgang durch den Spannungsregler 304 die gewünschte Spannung zwischen dem Array 20 und dem Regelwiderstand 320 plus der Spannungsabfall über das Array 20. Falls der Widerstand des Regelwiderstands 320 erhöht wird, um den Stromfluss durch das Array 20 zu verringern, wird der Spannungsreglerausgang angepasst (z. B. verringert), um die gewünschte Spannung zwischen dem Array 20 und dem Regelwiderstand 20 aufrechtzuerhalten. Dahingegen, falls der Widerstand des Regelwiderstands 320 verringert wird, um den Stromfluss durch das Array 20 zu erhöhen, wird der Spannungsreglerausgang angepasst (z. B. erhöht), um die gewünschte Spannung zwischen dem Array 20 und dem Regelwiderstand 20 aufrechtzuerhalten. Auf diese Weise können die Spannung über das Array 20 und der Strom über das Array 20 gleichzeitig angepasst werden, um einen gewünschten Lichtintensitätsausgang von dem Array 20 bereitzustellen. In diesem Beispiel wird ein Stromfluss durch das Array 20 über eine Vorrichtung (z. B. Regelwiderstand 220), die sich einem Array 20 nachgelagert befindet oder positioniert ist (z. B. in der Richtung des Stromflusses) und einer Bezugsmasse 360 vorgelagert ist, angepasst.
Auf diese Weise ermöglicht ein Datensammel- und -überwachungsverfahren Verbesserungen beim Kalibrieren und Ausgleichen für eine Festkörper-Beleuchtungsvorrichtung. Die Festkörper-UVC-Lampe kann nun konfiguriert sein, eine Multikanal-SLM-UV-Lampe über einen großen Bereich an Betriebsbedingungen und über die Lebensdauer des Produkts programmatisch zu kalibrieren, ohne Bediener einer UV-Strahlung auszusetzen und ohne dass der Techniker Zugang zu dem Produkt benötigt oder eingreifen muss, sobald es im Feld ist.
Es ist zu beachten, dass, während sich die Beschreibung auf eine UVC-Lampe mit einer Festkörper-SLM-Lichtquelle bezieht, wie etwa eine UVC-Lampe, die zum Deaktivieren von RNase, Bakterien und Viren verwendet wird, in anderen Beispielen ein ähnlicher Ansatz zum Kalibrieren und Ausgleichen in Maschinen angewandt werden kann, wo Licht zum Aushärten verwendet wird.
Mit Blick auf 4 wird eine beispielhafte Zeitleiste 400 zum Kalibrieren einer Festkörper-UVC-Lampe, wie etwa gemäß dem beispielhaften Verfahren 200 aus 2, dargestellt. Die Zeitleiste 400 stellt einen Ansteuerungsstrom dar, der von einem Potentiometer eines Stromkreises an einen ersten Kanal der SLM-Matrix bei der grafischen Darstellung 402 und einen zweiten Kanal der SLM-Matrix bei der grafischen Darstellung 403 bereitgestellt wird. Die Lampentemperatur wird bei der grafischen Darstellung 404 gezeigt. Der Bestrahlungsstärkenausgang durch den ersten SLM-Kanal des Beleuchtungssystem wird bei der grafischen Darstellung 406 in Bezug auf eine Zielbestrahlungsstärke und einen oberen und einen unteren Schwellenwert, die einen zulässigen Bereich der Bestrahlungsstärke definieren, gezeigt. Der Bestrahlungsstärkenausgang durch den zweiten SLM-Kanal des Beleuchtungssystem wird bei der grafischen Darstellung 408 in Bezug auf die Zielbestrahlungsstärke und einen oberen und einen unteren Schwellenwert, die den zulässigen Bereich der Bestrahlungsstärke definieren, gezeigt. Der obere und der untere Schwellenwert können in einem Beispiel +/- 2,5 % des Ziels betragen. Ein Kalibrierungskennzeichnungsstatus wird bei der grafischen Darstellung 410 gezeigt. Alle grafischen Darstellungen werden im Laufe der Zeit entlang der x-Achse gezeigt. Die grafischen Darstellungen 406 und 408 werden als Teilstücke gezeigt, da der Bestrahlungsstärkenausgang durch den ersten beziehungsweise den zweiten Kanal lediglich während bestimmter Zeiträume im Beispiel der Zeitleiste 400 gemessen werden kann. Des Weiteren werden Ansteuerungsströme aus grafischen Darstellungen 402 und 403 bezogen auf einen maximalen Strom (I_max) dargestellt, über den der Ansteuerungsstrom nicht weiter erhöht werden kann.
Vor der Zeit t1 wird die Lampe abgeschaltet und keine Energie (z. B. Strom) wird an die Lampe geliefert. Bei t1 wird eine Kalibrierzeit bestätigt und eine Energieversorgung an die Lampe wird wiederaufgenommen. Insbesondere wird ein Ansteuerungsstrom an den ersten Kanal (grafische Darstellung 402) und den zweiten Kanal (grafische Darstellung 403) bereitgestellt. Der sowohl dem ersten Kanal als auch dem zweiten Kanal zugeführte Ansteuerungsstrom wird vor t2 relativ konstant gehalten und ist für jeden des ersten Kanals und des zweiten Kanals gleich. Beispielsweise kann eine Steuerung, die die Kalibrierung durchführt, einen Standardstartpotentiometerwert auf beiden Kanälen entsprechend einem mittleren Ansteuerungsstrom von beobachteten SLM-Matrix-Eigenschaften festlegen.
Zum Zeitpunkt t2 erreicht die Lampe ein thermisches Gleichgewicht, bei dem die Temperatur größtenteils konstant ist. Als Reaktion darauf, dass die Lampe zwischen dem Zeitpunkt t2 und dem Zeitpunkt t3 ein thermisches Gleichgewicht erreicht, wird der Bestrahlungsstärkenausgang des ersten Kanals (grafische Darstellung 406) durch einen ersten Lichtsensor, der dem ersten Kanal entspricht, gemessen und wird der Bestrahlungsstärkenausgang des zweiten Kanals (grafische Darstellung 408) durch einen zweiten Lichtsensor, der dem zweiten Kanal entspricht, gemessen. Beispielsweise wird aufgrund dessen, dass die Leistung bereitgestellt wird, eine Bestrahlungsstärke vom ersten und zweiten Kanal ausgegeben, die am entsprechenden Lichtsensor empfangen wird. Obwohl eine durchgehende Messung dargestellt wird, versteht sich, dass mehrere unauffällige Bestrahlungsstärkenmessungen zwischen dem Zeitpunkt t2 und dem Zeitpunkt t3 vorgenommen werden können (z. B. eine Messung alle 200 ms für fünf Messungen). Zwischen dem Zeitpunkt t2 und dem Zeitpunkt t3 liegt die Bestrahlungsstärke des ersten Kanals (grafische Darstellung 406) unter dem oberen Schwellenwert und über dem unteren Schwellenwert und daher innerhalb des zulässigen Bereichs des Ziels, jedoch liegt die Bestrahlungsstärke des zweiten Kanals (grafische Darstellung 408) über dem oberen Schwellenwert und daher außerhalb des zulässigen Bereichs des Ziels. Als Reaktion darauf, dass die Bestrahlungsstärke des zweiten Kanals (grafische Darstellung 408) bei dem Zeitpunkt t3 über dem oberen Schwellenwert liegt, wird der Ansteuerungsstrom des zweiten Kanals (grafische Darstellung 403) verringert, während der Ansteuerungsstrom des ersten Kanals (grafische Darstellung 402) aufrechterhalten wird. Da der Ansteuerungsstrom des zweiten Kanals verringert ist, verringert sich die Lampentemperatur (grafische Darstellung 404).
Zum Zeitpunkt t4 wird erneut bestimmt, dass die Lampentemperatur (grafische Darstellung 404) im Gleichgewicht ist (z. B. bei einer geringeren Gleichgewichtstemperatur als die bei dem Zeitpunkt t2 erreichte). Als Reaktion darauf, dass die Lampe zwischen dem Zeitpunkt t4 und dem Zeitpunkt t5 ein thermisches Gleichgewicht erreicht, wird der Bestrahlungsstärkenausgang des ersten Kanals (grafische Darstellung 406) durch den ersten Lichtsensor erneut gemessen und wird der Bestrahlungsstärkenausgang des zweiten Kanals (grafische Darstellung 408) durch den zweiten Lichtsensor erneut gemessen. Da der Bestrahlungsstärkenausgang jedes Kanals der SLM temperaturabhängig ist, selbst wenn der Ansteuerungsstrom des ersten Kanals (grafische Darstellung 402) aufrechterhalten wurde, führt die untere Lampentemperatur (grafische Darstellung 404) zu einem höheren Bestrahlungsstärkenausgang durch den ersten Kanal (grafische Darstellung 406). Zwischen dem Zeitpunkt t4 und dem Zeitpunkt t5 liegt die Bestrahlungsstärke des zweiten Kanals (grafische Darstellung 408) nun zwischen dem oberen Schwellenwert und dem unteren Schwellenwert und innerhalb des zulässigen Bereichs des Ziels, jedoch liegt die Bestrahlungsstärke des ersten Kanals (grafische Darstellung 406) nun über dem oberen Schwellenwert. Als Reaktion darauf, dass die Bestrahlungsstärke des ersten Kanals (grafische Darstellung 406) bei dem Zeitpunkt t5 über dem oberen Schwellenwert liegt, wird der Ansteuerungsstrom des ersten Kanals (grafische Darstellung 402) verringert, während der Ansteuerungsstrom des zweiten Kanals (grafische Darstellung 403) aufrechterhalten wird. Da der Ansteuerungsstrom des ersten Kanals verringert ist, verringert sich die Lampentemperatur (grafische Darstellung 404) weiter.
Zum Zeitpunkt t6 wird erneut bestimmt, dass die Lampentemperatur (grafische Darstellung 404) im Gleichgewicht ist (z. B. bei einer geringeren Gleichgewichtstemperatur als die bei dem Zeitpunkt t4 erreichte). Als Reaktion darauf, dass die Lampe zwischen dem Zeitpunkt t6 und dem Zeitpunkt t7 ein thermisches Gleichgewicht erreicht, wird der Bestrahlungsstärkenausgang des ersten Kanals (grafische Darstellung 406) durch den ersten Lichtsensor erneut gemessen und wird der Bestrahlungsstärkenausgang des zweiten Kanals (grafische Darstellung 408) durch den zweiten Lichtsensor erneut gemessen. Aufgrund der verringerten Lampentemperatur ist der Bestrahlungsstärkenausgang durch den zweiten Kanal (grafische Darstellung 408) höher, obwohl der Ansteuerungsstrom des zweiten Kanals (grafische Darstellung 403) aufrechterhalten wurde. Jedoch bleibt der Bestrahlungsstärkenausgang durch den zweiten Kanal (grafische Darstellung 408) zwischen dem oberen Schwellenwert und dem unteren Schwellenwert und innerhalb des zulässigen Bereichs des Ziels. Des Weiteren liegt die Bestrahlungsstärke des ersten Kanals (grafische Darstellung 406) aufgrund des verringerten Ansteuerungsstroms zum ersten Kanal (grafische Darstellung 402) innerhalb des zulässigen Bereichs des Ziels. Als Reaktion darauf, dass die Bestrahlungsstärke sowohl des ersten Kanals als auch des zweiten Kanals zum Zeitpunkt t7 innerhalb des zulässigen Bereichs des Ziels liegt, wird eine Kennzeichnung gesetzt, um anzuzeigen, dass die Kalibrierung abgeschlossen wurde. Des Weiteren kann die Lampe abgeschaltet sein, wobei der Ansteuerungsstrom zum ersten und zum zweiten Kanal (grafische Darstellungen 402 beziehungsweise 403) auf null verringert ist.
Als Nächstes zeigt 5 eine perspektivische Ansicht 500 des Arrays der lichtemittierenden Halbleiterbauelemente 120, die in 1 vorgestellt wurden, vertikal über (z. B. bezogen auf die z-Achse der Bezugsachsen 599) einem Linsenarray 528 positioniert, das eine Mikroplatte 526, wie etwa bei einer vertikalen Entfernung 506, abdeckt. Komponenten aus 5, die zuvor in 1 vorgestellt wurden, sind gleich nummeriert und werden möglicherweise nicht erneut vorgestellt. Das Linsenarray 526 kann beispielsweise in der Koppeloptik 130 aus 1 enthalten sein. Die Mikroplatte 526 kann auf einer Oberfläche des in 1 dargestellten Werkstücks 126 positioniert sein, wie etwa zum Dekontaminieren. Die Mikroplatten 526 weisen mehrere Wannen 508 auf und das Linsenarray 528 weist mehrere Linsen 530, mit einer Linse 530 für jede Wanne 508, auf. Jede der mehreren Linsen 530 ist über einer der mehreren Wannen 508 positioniert und an dieser ausgerichtet. Das Linsenarray 528 kann Fresnel-Linsen, Halbkugellinsen, Standardlinsen etc. einschließen und kann für UV-Licht transparent sein.
Das Array von lichtemittierenden Halbleiterbauelementen 120 wird mit zwei Kanälen gezeigt und ist an einer Position der Mikroplatte 526 in der perspektivischen Ansicht 500 ganz links (z. B. kleinster y-Wert bezogen auf die Bezugsachsen 599) positioniert. Um die Mikroplatte 526 zu dekontaminieren, wird das Array von lichtemittierenden Halbleiterbauelementen 120 zuerst kalibriert, etwa gemäß dem beispielhaften Verfahren aus 2 und wie in der beispielhaften Zeitleiste aus 4 veranschaulicht, um sicherzustellen, dass die zwei Kanäle dieselbe Ausgangsintensität erreichen. Obwohl zwei Kanäle dargestellt sind, versteht sich, dass mehr oder weniger Kanäle enthalten sein können. Insbesondere, da eine Breite 512 der Mikroplatte 526 größer als eine Breite 516 des Arrays von lichtemittierenden Halbleiterbauelementen 120 ist, kann das Array von lichtemittierenden Halbleiterbauelementen 120 in der y-Richtung über die Breite der Mikroplatte 526 (z. B. in einem Raum über der Mikroplatte 526) in einer Abtastrichtung 504 linear versetzt werden, bis eine Position der Mikroplatte 526 ganz rechts erreicht ist. Das Array von lichtemittierenden Halbleiterbauelementen 120 kann beispielsweise durch die motorisierte Linearführung 155, die in 1 dargestellt ist, linear bewegt werden. Des Weiteren kann eine Länge 514 des Arrays der lichtemittierenden Halbleiterbauelemente 120 (z. B. in der x-Richtung) wenigstens in einigen Beispielen länger sein als eine Länge 510 der Mikroplatte 526. Daher überspannt das Array von lichtemittierenden Halbleiterbauelementen 120 die gesamte Breite 512 der Mikroplatte 526 nicht, sondern überspannt die gesamte Länge 510 der Mikroplatte 526.
Da das Array von lichtemittierenden Halbleiterbauelementen 120 in der Abtastrichtung 504 versetzt ist, wird die vertikale Entfernung 506 zwischen dem Linsenarray 528 und dem Array der lichtemittierenden Halbleiterbauelemente 120 derart aufrechterhalten, dass das Array aus lichtemittierenden Halbleiterbauelementen 120 das Linsenarray 528 nicht berührt. Während des Abtastens sind die mehreren Halbleiterbauelemente 119 aktiviert, um den Strahlungsausgang 124 abzugeben, der über das Linsenarray 528 vertikal nach unten zur Mikroplatte 526 gerichtet ist. Das Linsenarray 528 kann den Strahlungsausgang 124 über verschiedene, gezielte Oberflächen der Mikroplatte 526 bündeln, während das Array von lichtemittierenden Halbleiterbauelementen 120 linear versetzt ist, um die Mikroplatte 526 vollständig zu dekontaminieren. Des Weiteren ist die Bestrahlungsstärke aufgrund der Kalibrierung der zwei Kanäle für eine gleichmäßige Dekontaminierung relativ gleichmäßig.
Es ist zu beachten, dass, während das System und die Verfahren, die hierin beschrieben werden, unter Bezugnahme auf UV-Licht beschrieben werden, die Systeme und Verfahren auf ähnliche Weise angewandt werden können, um LED-Arrays mit jeder beliebigen Wellenlänge auszugleichen. Des Weiteren kann das Ausgleichen auf Verwendungen neben dem Dekontaminieren erweitert werden. Weitere Verwendungen können beispielsweise das Aushärten von Druckertinten, Aushärten von Medizinprodukten und Fertigungsanwendungen einschließen.
Ein beispielhaftes Verfahren weist Folgendes auf: während einer ersten stabilisierten Temperaturbedingung einer Halbleiter-Licht-Matrix (semiconductor light matrix - SLM), Anpassen eines Ansteuerungsstroms der SLM auf der Grundlage eines Bestrahlungsstärkenausgangs durch Leuchtdioden der SLM, um eine Zielbestrahlungsstärke zu erzielen; und als Reaktion auf das Erreichen einer zweiten stabilisierten Temperaturbedingung, erneutes Anpassen des Ansteuerungsstroms der SLM auf der Grundlage des Bestrahlungsstärkenausgangs durch die Leuchtdioden, um die Zielbestrahlungsstärke aufrechtzuerhalten. Im vorhergehenden Beispiel sind die Leuchtdioden zusätzlich oder optional konfiguriert, kurzwelliges ultraviolettes (UV) Licht, einschließlich UV-C- und/oder UV-B-Licht, abzugeben. In beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele wird der Bestrahlungsstärkenausgang durch die Leuchtdioden zusätzlich oder optional durch Lichtsensoren gemessen. In beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele wird der Bestrahlungsstärkenausgang durch die Leuchtdioden zusätzlich oder optional gemessen, während die Leuchtdioden über den Lichtsensoren zentriert sind. In beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele weist das Verfahren zusätzlich oder optional ferner Folgendes auf: Betätigen einer motorisierten Linearführung, um die SLM linear zu bewegen, sodass die Leuchtdioden der SLM über den Lichtsensoren zentriert sind.
In beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele weist das Anpassen des Ansteuerungsstroms der SLM auf der Grundlage des Bestrahlungsstärkenausgangs durch die Leuchtdioden zusätzlich oder optional Folgendes auf: als Reaktion darauf, dass der Bestrahlungsstärkenausgang durch die Leuchtdioden über einem oberen Schwellenwert liegt, Verringern des Ansteuerungsstroms; und als Reaktion darauf, dass der Bestrahlungsstärkenausgang durch die Leuchtdioden unter einem unteren Schwellenwert liegt, Erhöhen des Ansteuerungsstroms. In beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele ist zusätzlich oder optional der obere Schwellenwert 2,5 % größer als die Zielbestrahlungsstärke und ist der untere Schwellenwert 2,5 % kleiner als die Zielbestrahlungsstärke. In beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele ist zusätzlich oder optional das Verringern des Ansteuerungsstroms für Leuchtdioden eines ersten Arrays der SLM vorgesehen und wobei das Erhöhen des Ansteuerungsstroms für Leuchtdioden eines zweiten, unterschiedlichen Arrays der SLM vorgesehen ist. In beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele weist zusätzlich oder optional das Verfahren ferner Folgendes auf: Schätzen der Diodenbetriebstemperatur periodisch über ein mit der SLM gekoppeltes Thermoelement; Speichern der periodisch geschätzten Diodentemperaturwerte in einem Ringpuffer; und Bestätigen der ersten oder der zweiten stabilisierten Temperaturbedingung auf der Grundlage einer linearen Regressionsanalyse der periodisch geschätzten Diodentemperaturwerte im Ringpuffer. In beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele ist zusätzlich oder optional die Matrix zwischen der ersten und der zweiten Temperaturgleichgewichtsbedingung nicht funktionell betriebsfähig.
Ein weiteres beispielhaftes Bestrahlungssystem weist Folgendes auf: eine Halbleiter-Licht-Matrix (SLM), die mehrere Kanäle aufweist und konfiguriert ist, Strahlung bezogen auf eine vertikale Richtung nach unten in Richtung eines Werkstücks abzugeben; eine motorisierte Linearführung, die angepasst ist, die SLM bezogen auf die vertikale Richtung in einer orthogonalen Richtung linear zu bewegen; einen Temperatursensor, der mit der SLM gekoppelt ist; und mehrere Lichtsensoren, die bezogen auf die vertikale Richtung unter der SLM positioniert sind. In beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele weist das System zusätzlich oder optional ferner Folgendes auf: eine Steuerung, die ausführbare Anweisungen verfügt, die in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, die beim Ausführen bewirken, dass die Steuerung Folgendes durchführt: Betätigen der motorisierten Linearführung zum linearen Bewegen der SLM, sodass die SLM an den mehreren Lichtsensoren vertikal ausgerichtet ist; und Kalibrieren der mehreren Kanäle der SLM, während die SLM vertikal an den mehreren Lichtsensoren ausgerichtet ist. In beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele weisen die Anweisungen, die bewirken, dass die Steuerung die mehreren Kanäle der SLM kalibriert, während die SLM an den mehreren Lichtsensoren vertikal ausgerichtet ist, zusätzlich oder optional ferner Anweisungen auf, die beim Ausführen bewirken, dass die Steuerung Folgendes durchführt: Messen der durch die SLM über die Lichtsensoren abgegebenen Strahlung als Reaktion auf eine durch den Temperatursensor gemessene Temperaturgleichgewichtsbedingung; und Anpassen eines Ansteuerungsstroms, der der SLM bereitgestellt wird, auf der Grundlage der gemessenen Strahlung. In beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele ist zusätzlich oder optional die Temperaturgleichgewichtsbedingung eine erste Temperaturgleichgewichtsbedingung und wobei die Steuerung ferner Folgendes aufweist: Anweisungen zum Messen der durch die SLM über die Lichtsensoren abgegebenen Strahlung als Reaktion auf eine durch den Temperatursensor gemessene zweite Temperaturgleichgewichtsbedingung, und zum erneuten Anpassen des Ansteuerungsstroms, der der SLM bereitgestellt wird, auf der Grundlage der gemessenen Strahlung, wobei es keinen funktionellen Betrieb der Matrix zwischen der ersten und der zweiten Temperaturgleichgewichtsbedingung gibt. In beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele weist das Kalibrieren der Kanäle zusätzlich oder optional das Messen eines Bestrahlungsstärkenausgangs durch Leuchtdioden, die in den Kanälen angeordnet sind, über die mehreren Lichtsensoren auf.
Ein weiteres beispielhaftes Verfahren weist Folgendes auf: während einer stabilisierten Temperaturbedingung eines Arrays von Halbleiterlichtemittern, Anpassen eines auf das Array aufgebrachten Ansteuerungsstroms auf der Grundlage eines Bestrahlungsstärkenausgangs durch lichtemittierende Sensoren, die positioniert sind, einen Ausgang des Arrays aufzunehmen, wobei der Ansteuerungsstrom angepasst ist, eine Zielbestrahlungsstärke zu erzielen. In beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele sind zusätzlich oder optional die Halbleiterlichtemitter in einer kombinierten, in Reihe und parallel geschalteten elektrischen Konfiguration angeordnet, um das Array auszubilden. In beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele sind die Emitter zusätzlich oder optional Ultraviolett(UV)-C-Emitter. In beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele sind zusätzlich oder optional das Array oder die lichtemittierenden Sensoren aufeinander bezogen über einen elektrischen Antrieb, einschließlich eines Elektromotors, beweglich montiert. In beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele ist zusätzlich oder optional das Array eines von mehreren Arrays, das in einer Halbleiter-Licht-Matrix-Lampe gekoppelt ist und wobei der Ansteuerungsstrom für ein oder mehrere zusätzliche Arrays der mehreren Arrays wenigstens zweimal angepasst wird, bevor ein Ausgang, der für eine Dekontaminierungsfunktion von der Lampe emittiert wird, angelegt wird, wobei die Dekontaminierungsfunktion das Behandeln eines Organismus mit dem Ausgang, der von der Lampe emittiert wird, um getötet zu werden, einschließt.
Ein Durchschnittsfachmann erkennt, dass die in 2 beschriebenen Verfahren eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie etwa ereignisgesteuert, interruptgesteuert, Multitasking, Multithreading und Ähnliches, darstellen können. Als solches können verschiedene veranschaulichte Schritte oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge durchgeführt, parallel durchgeführt oder in manchen Fällen ausgelassen werden. Ebenso ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise erforderlich, um die hierin beschriebenen Aufgaben, Merkmale und Vorteile zu erzielen, ist jedoch zur Erleichterung der Darstellung und Beschreibung bereitgestellt. Obwohl nicht ausdrücklich veranschaulicht, wird ein Durchschnittsfachmann erkennen, dass ein/eine oder mehrere der veranschaulichten Schritte oder Funktionen abhängig von der bestimmten verwendeten Strategie wiederholt durchgeführt werden können.
Dies schließt die Beschreibung ab. Das Lesen dieser durch den Fachmann würde an viele Änderungen und Modifikationen erinnern, ohne von dem Geist und dem Schutzbereich der Beschreibung abzuweichen. Beispielsweise können Beleuchtungsquellen, die verschiedene Wellenlängen von Licht produzieren, einen Vorteil aus der vorliegenden Beschreibung ziehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 62678769 [0001]

Claims

Verfahren, umfassend: während einer ersten stabilisierten Temperaturbedingung einer Halbleiter-Licht-Matrix (semiconductor light matrix - SLM), Anpassen eines Ansteuerungsstroms der SLM auf der Grundlage eines Bestrahlungsstärkenausgangs durch Leuchtdioden der SLM, um eine Zielbestrahlungsstärke zu erzielen; und als Reaktion auf das Erreichen einer zweiten stabilisierten Temperaturbedingung, erneutes Anpassen des Ansteuerungsstroms der SLM auf der Grundlage des Bestrahlungsstärkenausgangs durch die Leuchtdioden, um die Zielbestrahlungsstärke aufrechtzuerhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Leuchtdioden konfiguriert sind, kurzwelliges ultraviolettes (UV) Licht, einschließlich UV-C- und/oder UV-B-Licht, abzugeben.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Bestrahlungsstärkenausgang durch die Leuchtdioden durch Lichtsensoren gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Bestrahlungsstärkenausgang durch die Leuchtdioden gemessen wird, während die Leuchtdioden über den Lichtsensoren zentriert sind.
Verfahren nach Anspruch 4, das ferner umfasst: Betätigen einer motorisierten Linearführung, um die SLM linear zu bewegen, sodass die Leuchtdioden der SLM über den Lichtsensoren zentriert sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Anpassen des Ansteuerungsstroms der SLM auf der Grundlage des Bestrahlungsstärkenausgangs durch die Leuchtdioden umfasst: als Reaktion darauf, dass der Bestrahlungsstärkenausgang durch die Leuchtdioden über einem oberen Schwellenwert liegt, Verringern des Ansteuerungsstroms; und als Reaktion darauf, dass der Bestrahlungsstärkenausgang durch die Leuchtdioden unter einem unteren Schwellenwert liegt, Erhöhen des Ansteuerungsstroms.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der obere Schwellenwert 2,5 % größer ist als die Zielbestrahlungsstärke und der untere Schwellenwert 2,5 % kleiner ist als die Zielbestrahl ungsstärke.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Verringern des Ansteuerungsstroms für Leuchtdioden eines ersten Arrays der SLM vorgesehen ist und wobei das Erhöhen des Ansteuerungsstroms für Leuchtdioden eines zweiten, unterschiedlichen Arrays der SLM vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Schätzen der Diodenbetriebstemperatur periodisch über ein mit der SLM gekoppeltes Thermoelement; Speichern der periodisch geschätzten Diodentemperaturwerte in einem Ringpuffer; und Bestätigen der ersten oder der zweiten stabilisierten Temperaturbedingung auf der Grundlage einer linearen Regressionsanalyse der periodisch geschätzten Diodentemperaturwerte im Ringpuffer.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Matrix zwischen der ersten und der zweiten Temperaturgleichgewichtsbedingung nicht funktionell betriebsfähig ist.
Bestrahlungssystem, welches aufweist: eine Halbleiter-Licht-Matrix (SLM), die mehrere Kanäle aufweist und konfiguriert ist, Strahlung bezogen auf eine vertikale Richtung nach unten in Richtung eines Werkstücks abzugeben; eine motorisierte Linearführung, die angepasst ist, die SLM bezogen auf die vertikale Richtung in einer orthogonalen Richtung linear zu bewegen; einen Temperatursensor, der mit der SLM gekoppelt ist; und mehrere Lichtsensoren, die bezogen auf die vertikale Richtung unter der SLM positioniert sind.
Bestrahlungssystem nach Anspruch 11, das ferner eine Steuerung aufweist, die über ausführbare Anweisungen verfügt, die in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, die beim Ausführen bewirken, dass die Steuerung Folgendes durchführt: Betätigen der motorisierten Linearführung zum linearen Bewegen der SLM, sodass die SLM an den mehreren Lichtsensoren vertikal ausgerichtet ist; und Kalibrieren der mehreren Kanäle der SLM, während die SLM vertikal an den mehreren Lichtsensoren ausgerichtet ist.
Bestrahlungssystem nach Anspruch 12, wobei die Anweisungen, die bewirken, dass die Steuerung die mehreren Kanäle der SLM kalibriert, während die SLM an den mehreren Lichtsensoren vertikal ausgerichtet ist, ferner Anweisungen aufweisen, die beim Ausführen bewirken, dass die Steuerung Folgendes durchführt: Messen der durch die SLM über die Lichtsensoren abgegebenen Strahlung als Reaktion auf eine durch den Temperatursensor gemessene Temperaturgleichgewichtsbedingung; und Anpassen eines Ansteuerungsstroms, der der SLM bereitgestellt wird, auf der Grundlage der gemessenen Strahlung.
Bestrahlungssystem nach Anspruch 13, wobei die Temperaturgleichgewichtsbedingung eine erste Temperaturgleichgewichtsbedingung ist und wobei die Steuerung ferner Folgendes aufweist: Anweisungen zum Messen der durch die SLM über die Lichtsensoren abgegebenen Strahlung als Reaktion auf eine durch den Temperatursensor gemessene zweite Temperaturgleichgewichtsbedingung, und zum erneuten Anpassen des Ansteuerungsstroms, der der SLM bereitgestellt wird, auf der Grundlage der gemessenen Strahlung, wobei es keinen funktionellen Betrieb der Matrix zwischen der ersten und der zweiten Temperaturgleichgewichtsbedingung gibt.
System nach Anspruch 12, wobei das Kalibrieren der Kanäle das Messen eines Bestrahlungsstärkenausgangs durch Leuchtdioden, die in den Kanälen angeordnet sind, über die mehreren Lichtsensoren aufweist.
Verfahren, umfassend: während einer stabilisierten Temperaturbedingung eines Arrays von Halbleiterlichtemittern, Anpassen eines auf das Array aufgebrachten Ansteuerungsstroms auf der Grundlage eines Bestrahlungsstärkenausgangs durch lichtemittierende Sensoren, die positioniert sind, einen Ausgang des Arrays aufzunehmen, wobei der Ansteuerungsstrom angepasst ist, eine Zielbestrahlungsstärke zu erzielen.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Halbleiterlichtemitter in einer kombinierten, in Reihe und parallel geschalteten elektrischen Konfiguration angeordnet sind, um das Array auszubilden.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Emitter Ultraviolett(UV)-C-Emitter sind.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Array oder die lichtemittierenden Sensoren aufeinander bezogen über einen elektrischen Antrieb, einschließlich eines Elektromotors, beweglich montiert sind.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Array eines von mehreren Arrays ist, das in einer Halbleiter-Licht-Matrix-Lampe gekoppelt ist und wobei der Ansteuerungsstrom für ein oder mehrere zusätzliche Arrays der mehreren Arrays wenigstens zweimal angepasst wird, bevor ein Ausgang, der für eine Dekontaminierungsfunktion von der Lampe emittiert wird, angelegt wird, wobei die Dekontaminierungsfunktion das Behandeln eines Organismus mit dem Ausgang, der von der Lampe emittiert wird, um getötet zu werden, einschließt.