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HINTERGRUND
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Diese Offenbarung betrifft Lichtquellen und insbesondere die Überwachung und/oder Steuerung von Temperaturen von Lichtquellen.
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Lichtquellen werden für verschiedenste Anwendungen genutzt. Zum Beispiel können Lichtquellen verwendet werden, um Tinten, Klebstoffe oder dergleichen auszuhärten. Die Erzeugung des Lichts kann mit einer Erzeugung eines signifikanten Wärmebetrags einhergehen. Um Wärme abzuführen, kann an der Lichtquelle eine Wärmesenke angeordnet werden. Ein Defekt kann aber ein Steigen der Temperatur der Lichtquelle über einen Schwellenwert hinaus, über dem die Lichtquelle beschädigt werden kann, verursachen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Querschnittansicht einer Lichtquelle nach einer Ausführungsform.
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2 ist eine Querschnittansicht einer Lichtquelle mit Flüssigkeitskühlung nach einer Ausführungsform.
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3 ist eine Querschnittansicht einer Lichtquelle mit einem in einem Lichtsender angeordneten Temperatursensor nach einer Ausführungsform.
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4–6 sind Querschnittansichten der Positionierung eines Temperatursensors in einer Lichtquelle nach einigen Ausführungsformen.
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7 ist ein Diagramm, das die Temperatur an verschiedenen Stellen einer Lichtquelle gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.
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8 ist ein anderes Diagramm, das die Temperatur an verschiedenen Stellen einer Lichtquelle gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.
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9 ist ein Blockdiagramm eines Systems zur Überwachung und Steuerung von Temperatur gemäß einer Ausführungsform.
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EINGEHENDE BESCHREIBUNG
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Unter Bezug auf die Zeichnungen werden Ausführungsformen beschrieben. Insbesondere ist in einer Ausführungsform ein Temperatursensor so in einer Lichtquelle angeordnet, dass der Temperatursensor relativ zu einem Lichtsender eine reduzierte thermische Zeitkonstante aufweist.
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1 ist eine Querschnittansicht einer Lichtquelle nach einer Ausführungsform. In dieser Ausführungsform umfasst die Lichtquelle 10 einen Lichtsender 12, der konfiguriert ist, um Licht 20 zu erzeugen. Der Lichtsender 12 kann auch Wärme 22 erzeugen. Zum Beispiel kann ein Lichtsender 12 eine Ultraviolett(UV)-Licht abstrahlende Diodenanordnung (LED) sein. In einem anderen Beispiel kann der Lichtsender 12 eine Anordnung von Gasentladungslampen sein. Jede Vorrichtung, die Licht erzeugen kann, kann ein Lichtsender 12 sein.
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Mit dem Lichtsender 12 ist eine Wärmesenke 14 verbunden. Die Wärmesenke ist konfiguriert, um Wärme 22 weg von dem Lichtsender 12 zu befördern. In einer Ausführungsform erzeugt der Lichtsender 12 bei Betrieb die Wärme 22, wenn er das Licht 20 erzeugt. Unter manchen Umständen kann aber eine Temperatur des Lichtsenders 12 steigen. Zum Beispiel kann ein Lichtsender 12 ausfallen, die Wärmesenke 14 kann von dem Lichtsender 12 abgelöst werden oder dergleichen. In einem anderen Beispiel kann eine Kühlungsquelle, wie etwa ein Flüssigkeitskühlsystem, ein thermoelektrischer Kühler oder dergleichen ausfallen. Dadurch kann eine Temperatur des Lichtsenders 12 steigen und bei oder jenseits einer Schwellentemperatur kann der Lichtsender 12 beschädigt werden.
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In einer Ausführungsform ist ein Temperatursensor 24 im Wesentlichen benachbart zu dem Lichtsender angeordnet. Dadurch ist eine erste thermische Zeitkonstante, die dem Temperatursensor 24 zugeordnet ist, kleiner als eine zweite thermische Zeitkonstante, die einer Strahlungsfläche 16 der Wärmesenke 14 zugeordnet ist. Zum Beispiel kann der Temperatursensor 24 in Kontakt mit der Fläche 18 des Lichtsenders 12 montiert werden. In einer Ausführungsform kann der Temperatursensor 24 zwischen dem Lichtsender 12 und der Wärmesenke 14 angeordnet sein. In anderen Ausführungsformen kann der Temperatursensor 24 aber an anderen Stellen, wie etwa an einer Seite des Lichtsenders 12, angeordnet sein.
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Demgemäß müsste sich die Wärme nicht zu der gegenüberliegenden Strahlungsfläche 16 der Wärmesenke 14 ausbreiten. D. h. eine Zeitkonstante einer Änderung der Temperatur an der Strahlungsfläche 16 aufgrund einer Änderung der Temperatur des Lichtsenders 12 kann größer als eine Zeitkonstante einer Änderung der Temperatur an der Fläche 18 des Lichtsenders 12 sein.
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Der Temperatursensor 24 kann einer einer Vielzahl von Vorrichtungen sein, die eine Temperatur erfassen können. Zum Beispiel kann der Temperatursensor 24 ein Thermistor, ein Thermoelement, eine Diode, ein Transistor oder eine andere Vorrichtung sein, die eine temperaturabhängige Eigenschaft aufweist.
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Auch wenn der Temperatursensor mit dem Lichtsender 12 in Kontakt stehen kann, kann der Temperatursensor 24 in einer Ausführungsform in der Wärmesenke angeordnet sein. Zum Beispiel kann die Wärmesenke 14 eine im Wesentlichen durchgehende Fläche zur Herstellung einer Verbindung mit dem Lichtsender 12 aufweisen. Der Temperatursensor 24 kann von der Fläche 18 versetzt in der Wärmesenke 14 angeordnet sein. Demgemäß kann der Temperatursensor immer noch im Wesentlichen benachbart zu dem Lichtsender 12 sein und entsprechend eine kleinere thermische Zeitkonstante als ein Sensor auf der Strahlungsfläche 16 aufweisen.
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2 ist eine Querschnittansicht einer Lichtquelle mit Flüssigkeitskühlung nach einer Ausführungsform. In dieser Ausführungsform umfasst die Lichtquelle 30 einen Lichtsender 38 und eine Wärmesenke 32, die der Lichtquelle 10 von 1 ähnelt. Die Wärmesenke 32 umfasst aber auch ein Flüssigkeitskühlsystem. In dieser Ausführungsform ist ein Rohr 34 gezeigt, das durch die Wärmesenke 32 tritt. Zum Kühlen des Lichtsenders 38 kann Wasser oder ein anderes Kühlfluid verwendet werden. Der Temperatursensor 36 ist zwischen dem Rohr 34 und dem Lichtsender 38 angeordnet. Demgemäß kann die Wärmesenke des Kühlsystems eine reduzierte Auswirkung auf die Temperaturempfindlichkeit des Temperatursensors 36 haben. Wenn dagegen der Temperatursensor in einer Strahlungsfläche 39 der Wärmesenke 32 angeordnet wäre, könnte das Kühlsystem Temperaturänderungen des Lichtsenders 38 maskieren.
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3 ist eine Querschnittansicht einer Lichtquelle mit einem in einem Lichtsender angeordneten Temperatursensor nach einer Ausführungsform. In dieser Ausführungsform ist der Temperatursensor 43 Teil des Lichtsenders 42. Zum Beispiel kann der Temperatursensor 43 eine Komponente oder Schaltung des Lichtsenders 42 sein, die eine temperaturabhängige Eigenschaft aufweist. Zum Beispiel kann eine Schwellenspannung, ein Widerstand, ein elektrischer Strom oder dergleichen einer Komponente verwendet werden, um die Temperatur zu erfassen. Da der Temperatursensor 43 Teil des Lichtsenders 42 ist, kann die thermische Zeitkonstante, die dem Temperatursensor 43 zugeordnet ist, reduziert werden.
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4–6 sind Querschnittansichten der Positionierung eines Temperatursensors in einer Lichtquelle nach Ausführungsformen. Unter Bezug auf 4 umfasst die Lichtquelle 50 einen Lichtsender 54 und eine Wärmesenke 52 ähnlich anderen vorstehend beschriebenen Lichtquellen. Der Temperatursensor 56 ist aber in einem Kanal 58 der Wärmesenke angeordnet.
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In einer Ausführungsform kann der Kanal 58 mit einer wärmeleitenden Verbindung, wie etwa einer wärmeleitenden Paste, einem Metallepoxid oder dergleichen, gefüllt sein. Demgemäß kann die Wärmesenke 52 immer noch einen Wärmekontakt mit dem Lichtsender 54 herstellen.
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In einer Ausführungsform kann der Kanal 58 durch den Lichtsender im Wesentlichen verdeckt werden. D. h. der Kanal 58 kann an der Wärmesenke offen sein, doch wenn die Wärmesenke 52 mit dem Lichtsender 54 zusammengebaut wird, wird der Kanal im Wesentlichen verdeckt.
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In einer Ausführungsform kann der Kanal 58 im Wesentlichen mit einer wärmeleitenden Substanz gefüllt sein. Zum Beispiel kann ein Luftspalt oder eine andere isolierende Substanz den Temperatursensor 56 im Wesentlichen umgeben. Der Temperatursensor 56 kann aber immer noch mit der Lichtquelle 54 im Wärmekontakt stehen. Dadurch kann die Wärmemasse der Wärmesenke 52 in dem lokalen Bereich eine reduzierte Auswirkung auf die dem Temperatursensor 56 zugeordnete thermische Zeitkonstante aufweisen.
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Unter Bezug auf 5 kann die Lichtquelle 70 in einer Ausführungsform eine Öffnung 76 aufweisen, die in der Wärmesenke angeordnet werden kann, um einen Zugriff auf den Temperatursensor zu ermöglichen. Zum Beispiel können sich Drähte 80 durch die Öffnung erstrecken. In einer Ausführungsform kann die Öffnung 76 so angeordnet sein, dass die Öffnung ein Kühlsystem, wie etwa das Rohr 34 von 2, nicht durchsetzt. Auch wenn die Öffnung 76 im Wesentlichen senkrecht zu einer Ebene des Lichtsenders 74 verlaufend gezeigt ist, kann die Öffnung 76 weiterhin in unterschiedlichen Richtungen verlaufen.
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Unter Bezug auf 6 kann die Lichtquelle 82 in einer Ausführungsform Lichtsender 86 umfassen, die direkt an der Wärmesenke 84 montiert werden können. An der Wärmesenke 84 kann auch ein Temperatursensor 88 montiert sein. Insbesondere können die Lichtsender 86 und der Temperatursensor 88 an einer Fläche 89 an einer gegenüberliegenden Seite einer Strahlungsfläche 87 der Wärmesenke 84 montiert sein. Da der Temperatursensor 88 näher an dem Lichtsender 86 als der Strahlungsfläche der Wärmesenkte 87 sein kann, kann der Temperatursensor 88 auf Temperaturänderungen der Lichtsender besser ansprechen.
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Auch wenn in den obigen Beispielen ein einziger Temperatursensor beschrieben wurde, können eine Anzahl von Temperatursensoren verwendet werden. Zum Beispiel kann ein einziger Temperatursensor für eine ganze Lichtquelle verwendet werden. In einem anderen Beispiel kann jeder Lichtsender einer Lichtquelle einen zugeordneten Temperatursensor aufweisen.
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7 ist ein Diagramm, das die Temperatur an verschiedenen Stellen einer Lichtquelle gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht. Das Diagramm veranschaulicht die Zeitabhängigkeit von Temperaturen. Mit der Kurve 92 wird eine steigende Temperatur eines Lichtsenders veranschaulicht. Durch die Kurve 94 wird eine Zeitabhängigkeit einer erfassten Temperatur an einem Temperatursensor, der im Wesentlichen benachbart zu dem Lichtsender ist, dargestellt. Analog wird durch Kurve 96 ein Temperatursensor dargestellt, der weiter weg von dem Lichtsender ist, zum Beispiel an einer Strahlungsfläche einer Wärmesenke, wie vorstehend beschrieben wurde.
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Die Temperatur T1 stellt eine Temperatur dar, bei der an dem Lichtsender ein Schaden auftreten kann. Die Temperatur T2 ist ein Temperaturschwellenwert eines Temperatursensors, wie er vorstehend beschrieben wurde, oberhalb dessen der Lichtsender abgeschaltet werden kann. In dieser Ausführungsform kann der Schwellenwert so gewählt werden, dass die Isttemperatur des Lichtsenders kleiner als die Beschädigungstemperatur T1 ist, um einem Überschreiten entgegenzutreten.
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Um die gleiche Angabe mit einem Temperatursensor mit einer erhöhten thermischen Zeitkonstante zu erreichen, ist eine durch Temperatur T3 veranschaulichte niedrigere Schwellentemperatur nötig. Demgemäß kann der Lichtsender bei der gleichen Zeit t1 abgeschaltet werden, so dass die Temperatur nicht die Temperatur T1 erreicht. Bei einer vorgegebenen Temperaturerfassungsempfindlichkeit führt aber ein niedrigerer Schwellenwert zu einer größeren Fehlerwahrscheinlichkeit. D. h. eine höhere thermische Zeitkonstante hat unter Berücksichtigung des Messfehlers eine längere Zeit zum Überschreiten des Schwellenwerts zur Folge. Bei einer niedrigeren thermischen Zeitkonstante kann die Entscheidung, den Lichtsender abzuschalten, früher erfolgen.
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8 ist ein anderes Diagramm, das die Temperatur an verschiedenen Stellen einer Lichtquelle gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht. In dieser Ausführungsform ist ein Wechsel zu stationären Temperaturen veranschaulicht. In dem stationären Zustand kann zwischen der Lichtsendertemperatur 100, einer Temperatur 102 eines Temperatursensors mit niedrigerer thermischer Zeitkonstante und einer Temperatur 104 eines Temperatursensors mit höherer thermischer Zeitkonstante eine Differenz vorliegen. Insbesondere kann die Temperaturdifferenz eine Funktion der Entfernung von der Wärmequelle, nämlich dem Lichtsender, sein.
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In dieser Ausführungsform kann die Temperatur 100 der Lichtquelle einen stationären Zustand erreichen, der unter der Beschädigungstemperatur T1 liegt. Die Temperatur 102 des Temperatursensors kann unter dem Schwellenwert T2 bleiben. Auch wenn die Temperatur 104 des Temperatursensors dagegen einen niedrigeren stationären Zustand erreichen kann, kann der niedrigere Schwellenwert, der aufgrund der höheren thermischen Zeitkonstante erforderlich ist, die Temperatur des Lichtsenders unnötig beschränken. Dadurch kann eine Höchstbetriebstemperatur, die unter dem Beschädigungsschwellenwert liegt, beschränkt werden, da die Schwellentemperatur T3 gesenkt wird, um der langsameren transienten Reaktion zu entsprechen, wie unter Bezug auf 6 beschrieben wurde. D. h. die Temperatur 100 des Lichtsenders kann auf weniger beschränkt werden, als der Lichtsender andernfalls aufgrund der vorstehend beschriebenen transienten Reaktionsschwellenwerte leisten könnte.
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9 ist ein Blockdiagramm eines Systems zur Überwachung und Steuerung von Temperatur gemäß einer Ausführungsform. In dieser Ausführungsform umfasst das System 110 einen Temperatursensor 114, der mit einem Lichtsender 112 gekoppelt ist. Mit dem Temperatursensor 114 und dem Lichtsender 112 ist ein Steuergerät 116 gekoppelt. Das Steuergerät ist konfiguriert, um den Lichtsender 112 als Reaktion auf den Temperatursensor 114 zu steuern.
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Das Steuergerät 116 kann einen Prozessor oder Prozessoren wie etwa digitale Signalprozessoren, programmierbare oder nicht programmierbare Logikbausteine, Mikrosteuergeräte, anwendungsspezifische integrierte Schaltungen, Zustandsmaschinen oder dergleichen umfassen. Das Steuergerät 116 kann auch zusätzliche Schaltungen umfassen, wie etwa Speicher, Eingangs-/Ausgangspuffer, Sender-Empfänger, Analog/Digital-Wandler, Digital/Analog-Wandler oder dergleichen. In einer noch anderen Ausführungsform kann das Steuergerät 116 eine beliebige Kombination solcher Schaltungen umfassen. Es können beliebige solcher Schaltungen und/oder Logik verwendet werden, um das Steuergerät 116 in analoger und/oder digitaler Hardware, Software, Firmware etc. oder einer beliebigen Kombination derselben zu implementieren.
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In einer Ausführungsform kann das Steuergerät 116 konfiguriert sein, um zu erfassen, dass eine von dem Temperatursensor 114 erfasste Temperatur eine Schwellentemperatur übersteigt, und als Reaktion einen Lichtsender deaktivieren. Zum Beispiel kann die vorstehend beschriebene Temperatur T2 die Schwellentemperatur sein. In einer anderen Ausführungsform kann das Steuergerät 116 konfiguriert sein, um den Lichtsender 112 zu steuern, um als Reaktion auf die Temperatur andere Maßnahmen durchzuführen. Wenn der Temperatursensor 114 zum Beispiel anzeigt, dass die Temperatur eine Schwellentemperatur überschritten hat, kann das Steuergerät 116 konfiguriert sein, um einen Ansteuerungspegel des Lichtsenders 112 zu reduzieren.
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Wie vorstehend beschrieben kann eine Schwellentemperatur verwendet werden, um den Betrieb des Lichtsenders 112 zu steuern. Von dem Steuergerät 116 können aber andere Aspekte der Temperatur genutzt werden. In einer Ausführungsform kann das Steuergerät 116 konfiguriert sein, um als Reaktion auf den Temperatursensor 114 eine Temperaturänderungsrate zu ermitteln. Das Steuergerät kann konfiguriert sein, um den Lichtsender 112 als Reaktion auf die Temperaturänderungsrate zu deaktivieren. Wie vorstehend beschrieben kann der Lichtsender 112 zum Beispiel bei einer höheren Temperatur arbeiten, die immer noch niedriger als ein Schwellenwert für eine Beschädigung ist. Die Temperaturänderungsrate kann verwendet werden, um zu ermitteln, ob diese höhere Temperatur lediglich ein höherer stationärer Zustand oder ein potentieller Ausfall ist. D. h. in einer Ausführungsform kann die Temperaturänderungsrate mit der Temperaturmessung kombiniert werden, um den Betrieb des Lichtsenders zu steuern. Da der Temperatursensor 114 eine niedrigere thermische Zeitkonstante aufweisen kann, kann analog zu der vorstehend beschriebenen erhöhten Empfindlichkeit bei der Temperaturmessung für die Temperaturänderungsrate vermehrte Empfindlichkeit erhalten werden.
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Auch wenn bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurden, versteht sich, dass die Grundsätze der Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt sind. Es können Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden, ohne von den Grundsätzen der Erfindung, die in den folgenden Ansprüchen dargelegt sind, abzuweichen.
