DE3345922A1

DE3345922A1 - Lichterzeugendes element

Info

Publication number: DE3345922A1
Application number: DE19833345922
Authority: DE
Inventors: Christer Dr. Västerås Ovrén
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1982-12-30
Filing date: 1983-12-20
Publication date: 1984-07-12
Also published as: SE8207510L; US4607158A; SE455345B; SE8207510D0; JPS59139685A

Description

Lichterzeugendes Element

Die Erfindung betrifft ein lichterzeugendes Element gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Lichterzeugende Elemente, wie z.B. Leuchtdioden, Laser, foto- oder elektrolumineszierendes Material, haben viele Anwendungsgebiete. Eine gemeinsame Eigenschaft solcher Elemente besteht darin, daß die Intensität des emittierten Lichtes bei gegebener Anregung in der Regel temperaturabhängig ist, d.h., die Quanteneffektivität des Elementes ist temperaturabhängig. In vielen Anwendungsfällen ist die Temperaturabhängigkeit solcher lichterzeugenden Elemente sehr nachteilig, und man ist gezwungen, entweder die Temperatur des Elementes konstant zu halten, oder die Temperatur zu messen. Als Beispiel für Anwendungsgebiete, in denen eine temperaturunabhängige Quanteneffektivität gewünscht wird, können bestimmte Arten von faseroptischen Meßgeräten genannt werden. Siehe beispielsweise die DE-OS 30 39 471 oder die schwedische Patentanmeldung 81 05 954-5. Die erstgenannte Druckschrift beschreibt die faseroptische Strommessung an einer Diode, und die letztgenannte Druckschrift beschreibt einen faseroptischen Lagegeber.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein lichterzeugendes Element der eingangs genannten Art zu entwickeln, das hinsichtlich der genannten temperaturabhängigen Intensitätsvariationen kompensiert ist.

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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein iichterzeugendes Element nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welches erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat»
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Vorteilhafte Anwendungsgebiete für lichterzeugende Elemente gemäß der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Die Erfindung gründet sich darauf, daß eine Änderung der wellenlängenmäßigen Zusammensetzung des emittierten Signals bei Änderung der Temperatur des Elementes stattfindet. Es erfolgt somit eine Anpassung der Transmissionskurve des optischen Filters einerseits an die ¥eränderungen der wellenlängenmäßigen Zusammensetzung des emittierten Signals und andererseits an die temperaturabhängige Quanteneffektivität des optischen Elementes„

Anhand der Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen
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Fig. 1a ein Iichterzeugendes Element in Form einer

Leuchtdiode in seiner Ausgestaltung gemäß der Erfindung,

Fig. 1b das Emissionsspektrum einer Leuchtdiode bei /—

verschiedenen Temperaturen,

Fig. 1a zeigt als Iichterzeugendes Element eine Leuchtdiode

1. Statt einer Leuchtdiode kann es sich beispielsweise auch um einen Halbleiterlaser oder um ein Stück fotolumineszierenden Materials handeln«, Fig₀ la geigt ferner ein optisches Filter 2, das eine solche Transmissionskurve als Funktion der Wellenlä nge hat_s daß die Ausgangsleistung des emittierten Signalsnach dem Passieren des Filters temperaturunabhängig ist.

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In Fig» 1b zeigt die Kurve 3 das Emissionsspektrum einer Leuchtdiode bei der Temperatur T₁ und die Kurve 4 das ent-

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jNACHGEKBCHT - 4 -

sprechende Emissionsspektrum bei der Temperatur T„. Außerdem zeigt die Figur die Transmissionskurve 5 für das optische Filter 2.

Die Transmissionskurve S(^ ) für ^das Filter (5) wird wie folgt berechnet:

Das Spektrum L' für die Leuchtdiode wird wie folgt geschrieben··

L¹U₁T₁I) = f(I) x η(Τ) X L

Darin ist λ die Wellenlänge des Lichtes, I der durch die Leuchtdiode fließende Strom, und T ist die Temperatur der Leuchtdiode. Es wird angenommen, daß L(A ) genormt ist,d.h.

J L_xU)dx = 1 für alle T.

Die Transmission S(λ ) des Filters wird wie folgt eingesetzt:

S (X) = Σ α λ¹
i=0

Das transmittierte Signal φ wird

CO OO

φ= S(X) χ L-(X₁T₁I) = ffl)n(T) x L (X) χ Σ α.λ¹

^ i -η ^χ

25cC. = Konstante in der Reihenentwicklung von S(A ).

Die Bedingung dafür, daß das Signal γ von der Temperatur T unabhängig ist, kann wie folgt geschrieben werden: Ό f -y*Mx - ., ] xyx>dx^₂ j χ² χ L₁(XMx ♦ .... ^g

-^e ->» _co

d. Ii. aus den Spektren für verschiedene Temperaturen kann cc - nit imhrsaiti_frer Eegressionsanalyse bestirnt werden. Die !"!ethode >;anri d\;rch -i-trachtunr; C33 '.achstehenden .Sr: izial-ΓίΙΙ-jj vj;ran3c::ai.li : ht ;;erden:

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nachqereicht]

L₇(X) = L_Q 6(λ - λ_ο(Τ)) , wobei β eine Dirac-Funktion ist.

CO

Ψ = f(I) χ η(Τ) X J L₀ 6(X-X₀(T)) X S(X) X dX= f(I) χ η(Τ) χ L_Q X S(X_Q)

Mit ausreichender Näherung kann beispielsweise für Leuchtdioden bei Temperaturen, die ungefähr im Raumtemperaturbereich liegen, angenommen werdenό

η (T) = F - G χ Τ

(T) = D + E χ Τ

wobei F, G, D und E
beliebig gewählte Konstanten sind.

"\ξ unabhängig von T bedeutet:

(F - G χ T) χ S(X₀) = KONSTANT
Setze ein:
c

S(X' =

k - k χ λ

Das Einsetzen ergibt:

= F + G χ D/E
= G/E

Die Transmissionskurve des Filters wird:

S(X) =

GD G

"E-- Ε^Χλ

Die Gleichung gilt näherungsweise auch für Spektren mit größerer Halbwertbreite.

Filter mit der vorgenannten Transmijsionskurve können nach der Mehrschichtentechnik hergestellt werden (Interferenzfilter) .

Das vorstehend beschriebene Element kann beispielsweise in einer Anordnung nach der DE-OS 30 30 VjH verwendet werden,

ΐ - /6

id . \έ.

^{21 343 ρ}

j NACHQEREICKI i

bei der es sich um eine Anordnung zur Messung eines Stroms handelt, der eine oder mehrere Strukturen, wie beispielsweise Dioden, durchfließt. Der Stromdurchgang verursacht hierbei eine Emission von Licht (Elektrolumineszenz). Die genannten eine oder mehreren Strukturen dienen dazu, Licht in mindestens zwei nicht identischen Wellenlängenintervallen zu emittieren und haben eine solche Materialzusammensetzung und ein solches geometrisches Design , daß die Elektrolumineszenz in den genannten Wellenlängenintervallen eine unterschiedliehe, nicht gleichmäßige Stromabhängigkeit hat. Die Elektrolumineszenz in den mindestens zwei Wellenlängenintervallen wird über mindestens eine optische Faser mindestens zwei Fotodetektoren zugeführt, die verschiedene Empfindlichkeitsspektren haben und/oder mit optischen Fasern mit verschiedenen Transmissions- und/oder Reflexionsspektren versehen sind, wobei die genannten Empfindlichkeitsspektren und/oder die Transmissions- und/oder Reflexionsspektren den genannten Wellenlängenintervallen derart angepaßt sind, daß mindestens ein Fotodetektor die Elektrolumineszenz im gesamten oder in einem Teil eines der genannten Wellenlängenintervalle selektiv erfaßt. Mindestens ein weiterer Fotodetektor erfaßt selektiv die Elektrolumineszenz im gesamten oder in einem Teil eines der genannten Wellenlängenintervalle. Mindestens ein weiterer Fotodetektor erfaßt die Elektrolumineszenz im gesamten oder in einem Teil mindestens einer Anzahl der genannten Wellenlängenintervalle.

Das vorstehend beschriebene Element kann auch bei einer Anordnung nach der schwedischen Patentanmeldung 81 05 954-5 verwendet werden, in der ein faseroptischer Geber zum Messen einer Lage, einer Kraft, einer Beschleunigung, eines Druckes, eines Flusses oder einer ähnlichen Größe aus mindestens einer optischen Faser besteht, an deren einer Endfläche mindestens ein Körper vorhanden ist, der zumindest teilweise relativ zu der Faserendfläche beweglich ist. Diese Relativbewegung ist ein Maß für die zu messende Größe, und der Körper hat reflektierende und/oder fotolumineszierende

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Eigenschaften. Das bei der Beleuchtung mittels der optischen Faser auf dem beweglichen Körper erzeugte Beleuchtungsmuster hat eine Form, die im wesentlichen mit dem auf der Oberfläche des beweglichen Körpers befindlichen reflektierenden und/oder fotolumineszierenden Muster kongruent ist.

Bei diesen früher beschriebenen Anordnungen kann also die vorliegende Erfindung angewendet werden, um eine temperaturunabhängige Ausgangsleistung zu erhalten. 10

Die vorstehend beschriebene Anordnung kann im Rahmen des offenbarten allgemeinen Erfindungsgedankens in vielfacher Meise variiert werden.

Das optische Filter 2, mit welchem das lichterzeugende Element 1 versehen ist, kann - wie in Fig„ 1a dargestellt als selbständiges Bauteil im Strahlengang des lichterzeugenden Elementes angeordnet sein_? oder es kann als Schicht unmittelbar auf dem lichterzeugenden Element aufgebracht sein, so daß das lichterzeugende Element und das optische Filter ein einheitliches integrales Bauteil bilden.

Leerseite -

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Claims

PATENTANSPRÜCHE;

1/ Lichterzeugendes Element, wie zum Beispiel eine Leuchtdiode , ein Halbleiterlaser oder fotolumineszierendes Material (1), das mit einem optischen Filter (2) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Filter (2) als Funktion der Wellenlänge (% ) eine solche Transmissionskurve daß die Ausgangsleistung des emittierten Signals Passieren des Filters {2) temperaturunabhängig ist.

2 ο Lichterzeugendes Element nach Ansprach 1, gekennzeichnet durch seine Verwendung in faseroptischen Gebern.

3ο Lichterzeugendes Element nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch seine Verwendung in einer Stroaaeßanordnung, in welcher der Strom eine oder mehrere Stralsfcuren, wie z,B. Dioden, durchfließt und dabei eine Eraissioa γοη Licht verursacht.

4_O Lichterzeugendes Element naeii eiaem d©r Ansprüche 1 oder 2j gekennzeichnet durch seine f©rwendung in einem faseroptischen Geber zum Messen einer Lagej, einer Kraft, einer Beschleunigung,, eines Druckes, eines Flusses usw., welcher Geber aus mindestens einer optischen Faser besteht, an deren einer Endfläche mindestens ©la Körper angeordnet ist, der ganz oder teilweise relativ so d<SF Faserendfläche, beweglich ist ρ wobei diese Relativbetiagrag ein Maß für die zu messende Größe ist und der Körper pafl©!ctierende und/oder fotolumineszierende Eigenschaften

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