ES2848184T3

ES2848184T3 - Calibrating the output of a light emitting diode

Info

Publication number: ES2848184T3
Application number: ES17701166T
Authority: ES
Inventors: Steinar Sælid
Original assignee: Prediktor Holdco AS
Current assignee: Prediktor Holdco AS
Priority date: 2016-01-25
Filing date: 2017-01-25
Publication date: 2021-08-05
Anticipated expiration: 2037-01-25
Also published as: EP3409077B1; CN107926093A; EP3409077A1; WO2017129633A1; CN107926093B

Abstract

Un método para calibrar una salida de un diodo de emisión de luz, LED, para utilizar en aplicaciones espectroscópicas, comprendiendo el método las etapas de: determinar un voltaje directo de referencia, Vf0, una corriente directa de referencia, If0, y una intensidad detectada de referencia de luz emitida, S0, del LED a una temperatura de unión inicial, T0; variar la temperatura de unión del LED para proporcionar una pluralidad de temperaturas de unión Tj y en cada temperatura de unión: ajustar la corriente directa a una pluralidad de valores de corriente directa If, y en cada corriente directa: determinar la desviación de voltaje directo ΔVf respecto al voltaje de referencia Vf0; determinar la desviación en la corriente directa ΔIf respecto a la corriente de referencia If0; y determinar la desviación en la intensidad de luz detectada ΔS respecto a la intensidad de referencia S0; calcular los parámetros sV, sI, sIV, sII, y sVV de manera que: se cumpla aproximadamente para todos los conjuntos de desviación del voltaje directo, ΔVf, desviación de corriente directa, ΔIf, y desviación de intensidad detectada, ΔS.A method for calibrating an output of a light emitting diode, LED, for use in spectroscopic applications, the method comprising the steps of: determining a reference forward voltage, Vf0, a reference forward current, If0, and a detected intensity emitted light reference, S0, of the LED at an initial junction temperature, T0; vary the LED junction temperature to provide a plurality of junction temperatures Tj and at each junction temperature: set the forward current to a plurality of forward current values If, and at each forward current: determine the forward voltage deviation ΔVf with respect to the reference voltage Vf0; determining the deviation in the forward current ΔIf with respect to the reference current If0; and determining the deviation in the detected light intensity ΔS from the reference intensity S0; calculate the parameters sV, sI, sIV, sII, and sVV such that: is approximately true for all sets of forward voltage deviation, ΔVf, forward current deviation, ΔIf, and sensed current deviation, ΔS.

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Calibración de la salida de un diodo de emisión de luzCalibrating the output of a light emitting diode

Campo técnicoTechnical field

La presente invención se refiere a la calibración de la salida de un diodo de emisión de luz (LED) para uso en aplicaciones espectroscópicas y de sensor, en particular, a la calibración de la salida en base al entorno en el cual funciona el LED.The present invention relates to the calibration of the output of a light emitting diode (LED) for use in spectroscopic and sensor applications, in particular, to the calibration of the output based on the environment in which the LED operates.

AntecedentesBackground

Los diodos de emisión de luz (LEDs) tienen muchos usos en los componentes electrónicos modernos. Debido a su peso ligero, tamaño compacto, y elevada elasticidad, los LEDs pueden ser utilizados como fuentes de luz en dispositivos que están diseñados para ser portátiles. Debido a esto, el entorno en el que funciona un LED es raramente constante. Los cambios en el entorno pueden afectar a la salida o al funcionamiento de un LED.Light Emitting Diodes (LEDs) have many uses in modern electronic components. Due to their light weight, compact size, and high elasticity, LEDs can be used as light sources in devices that are designed to be portable. Because of this, the environment in which an LED operates is rarely constant. Changes in the environment can affect the output or operation of an LED.

En particular, un LED puede funcionar en cualquier rango amplio de temperaturas. Sin embargo, el espectro y la intensidad de la luz emitida por el LED varían en base a la temperatura y a las condiciones de funcionamiento, tales como la corriente del LED. En general, la longitud de onda de emisión de pico tiende a aumentar con la temperatura de unión del LED, y la energía emitida total tiende a disminuir con el aumento de la temperatura. La temperatura de unión se ve particularmente afectada por la temperatura ambiente en la que está situado el LED.In particular, an LED can operate in any wide range of temperatures. However, the spectrum and intensity of the light emitted by the LED varies based on temperature and operating conditions, such as the current from the LED. In general, the peak emission wavelength tends to increase with the junction temperature of the LED, and the total emitted energy tends to decrease with increasing temperature. The junction temperature is particularly affected by the ambient temperature in which the LED is located.

Los documentos US 2016/066384 A1, US 9 237 620 B1, US 2015/377695 A1 y WO 2011/123800 A2 describen diferentes métodos para la calibración de la intensidad de la luz emitida por un LED en base a la medida de la temperatura, la corriente del LED y del voltaje directo.Documents US 2016/066384 A1, US 9 237 620 B1, US 2015/377695 A1 and WO 2011/123800 A2 describe different methods for the calibration of the intensity of the light emitted by an LED based on the measurement of temperature, the LED current and forward voltage.

Un uso de LEDs es una disposición de sensor foto-óptico. La luz procedente de uno o más LEDs pasa a través de, o es reflejada por, un medio y es recibida por un detector. Un ordenador conectado y componentes electrónicos asociados pueden calcular la atenuación de la luz cuando pasa a través del medio o es reflejada desde el medio, y puede producir esto como un valor. Por ejemplo, en aplicaciones del dispositivo médico, la atenuación puede ser utilizada para analizar el nivel de una sustancia, tal como glucosa, en la sangre del usuario. Sin embargo, esta atenuación solo puede ser valorada de forma precisa si la salida inicial del LED es conocida con alguna precisión. Dado que la salida del LED difiere en base a la temperatura de la unión (y de este modo en base a la temperatura ambiente), la salida del detector por tanto también depende de la temperatura de unión (y por consiguiente de la temperatura ambiente). El voltaje directo de un LED es al menos parcialmente dependiente de la temperatura de unión del LED. David S Meyaard et al "Analysis of the temperature dependence of the forward characteristics of GalnN light-emitting diodes" proporciona un modelo de esta dependencia:One use of LEDs is a photo-optical sensor arrangement. Light from one or more LEDs passes through, or is reflected by, a medium and is received by a detector. A connected computer and associated electronic components can calculate the attenuation of light as it passes through the medium or is reflected from the medium, and can produce this as a value. For example, in medical device applications, attenuation can be used to analyze the level of a substance, such as glucose, in the user's blood. However, this attenuation can only be accurately assessed if the initial output of the LED is known with some precision. Since the LED output differs based on junction temperature (and thus based on ambient temperature), the detector output therefore also depends on junction temperature (and therefore ambient temperature). . The forward voltage of an LED is at least partially dependent on the junction temperature of the LED. David S Meyaard et al "Analysis of the temperature dependence of the forward characteristics of GalnN light-emitting diodes" provides a model of this dependency:

en donde:where:

Vf es el voltaje de directo de unión;Vf is the direct junction voltage;

Tj es la temperatura de unión;Tj is the junction temperature;

k es la constante de Boltzmann;k is Boltzmann's constant;

e es la carga elemental;e is the elemental charge;

N^d es la concentración de dopante de n-material; N ^d is the dopant concentration of n-material;

N^p es la concentración de dopante de p-material; N ^p is the dopant concentration of p-material;

N^c es la densidad de electrones de banda de conducción; N ^c is the density of conduction band electrons;

N^v es la densidad de electrón de banda de valencia; y N ^v is the valence band electron density; and

a y p son parámetros de Varshni (que pueden ser a = 0,77 meV/k y p = 600 K para un LED con base de GaN). En la práctica, esto puede ser aproximado a una ecuación lineal dentro de un rango de temperatura limitado por:a and p are Varshni parameters (which can be a = 0.77 meV / k and p = 600 K for a GaN-based LED). In practice, this can be approximated to a linear equation within a temperature range limited by:

Vf = a + bT j cJf Vf = a + bT j cJf

en donde a, b y c son constantes e If es la corriente directa del LED. where a, b and c are constant and If is the direct current of the LED.

Bender, Vitar C., et al, en "Electro thermal feedbaek of a LEO lighting system; Modeling and control" describen el siguiente modelo aproximado para la salida de luz emitida desde un LEDBender, Vitar C., et al, in "Electro thermal feedbaek of a LEO lighting system; Modeling and control" describe the following approximate model for the light output emitted from an LED

En dondeWhere

St flujo luminoso total St total luminous flux

Tj temperatura de unión Tj junction temperature

If corriente directa de LED If LED direct current

co, ci, do, di coeficientes de constante adaptados co, ci, do, di adapted constant coefficients

Insertando la temperatura obtenida mediante la primera ecuación (voltaje directo) en la segunda ecuación (luz emitida) se muestra que la intensidad de luz emitida puede ser aproximada como un modelo cuadrático de la corriente directa de LED y el voltaje directo de LED solos.Inserting the temperature obtained by the first equation (direct voltage) into the second equation (emitted light) shows that the emitted light intensity can be approximated as a quadratic model of the direct current of LEDs and the direct voltage of LEDs alone.

La aplicación práctica de esto y cómo un sistema que hace uso de uno o más LEDs puede ser calibrado a la vista de la temperatura y de otras condiciones de funcionamiento, tales como la corriente de LED, no ha sido explorada previamente para uso espectroscópico. Existe por tanto la necesidad en la técnica de proporcionar un método para calibrar la salida de un LED y controlar la salida de un LED en base al entorno que en el que funciona.The practical application of this and how a system that makes use of one or more LEDs can be calibrated in view of temperature and other operating conditions, such as LED current, has not previously been explored for spectroscopic use. There is therefore a need in the art to provide a method for calibrating the output of an LED and controlling the output of an LED based on the environment in which it operates.

Compendio de la invenciónCompendium of the invention

En un primer aspecto, se proporciona un método para calibrar la intensidad de salida de un diodo de emisión de luz (LED) para utilizar en aplicaciones espectroscópicas, comprendiendo el método las etapas de; determinar un voltaje directo de referencia, Vfo, una corriente directa de referencia, Im, y una intensidad detectada hace referencia de luz emitida, So, del LED a una temperatura que unían inicial, 70; variar la temperatura de unión del LED para proporcionar una pluralidad de temperaturas de unión Tj y en cada temperatura de unión; ajustar la corriente directa a una pluralidad de valores de corriente directa If, y en cada corriente directa; determinar la desviación del voltaje directo AVf a partir del voltaje de referencia Vfo; determinar la desviación de la corriente directa Aif con respecto a la corriente de referencia Iw, y determinar la desviación en la intensidad de los detectada AS con respecto a la intensidad de referencia So, calcular los parámetros sv, si, ^siv, ^sii, y sw de manera que; S = So AS = So SvAVf siAIf sivAVfAIf siiAIf2 SvvAVf2 aproximadamente se mantiene para todo los conjuntos de desviación de voltaje directo AVf, desviación de corriente directa, Aif, y desviación de intensidad detectada, AS.In a first aspect, a method is provided for calibrating the output intensity of a light emitting diode (LED) for use in spectroscopic applications, the method comprising the steps of; determining a direct reference voltage, Vfo, a direct reference current, Im, and a sensed intensity referenced from emitted light, So, from the LED at an initial bonding temperature, 70; varying the junction temperature of the LED to provide a plurality of junction temperatures Tj and at each junction temperature; adjusting the direct current to a plurality of direct current values If, and at each direct current; determining the deviation of the forward voltage AVf from the reference voltage Vfo; determine the deviation of the direct current Aif with respect to the reference current Iw, and determine the deviation in the intensity of the detected AS with respect to the reference intensity So, calculate the parameters sv, si, ^siv , ^sii , and sw so that; S = So AS = So SvAVf siAIf sivAVfAIf siiAIf2 SvvAVf2 approximately holds for all sets of forward voltage deviation AVf, direct current deviation, Aif, and detected current deviation, AS.

De esta manera, un modelo de la relación entre la intensidad de la luz detectada (que es proporcional a la luz emitida desde el LED) y el voltaje directo de LED y la corriente pueden ser establecidos (el primero variando con la temperatura de unión). Tal modelo puede ser utilizado para controlar la salida emitida de un LED, o para corregir la intensidad de luz detectada (transmitida por la reflexión difusa o por la transmisión) para los efectos de un cambio la temperatura, de manera que una primera salida y una segunda salida pueden ser comparadas sin un cambio que intervenga en el entorno que limita la precisión de cualquier comparación.In this way, a model of the relationship between the intensity of the detected light (which is proportional to the light emitted from the LED) and the LED forward voltage and current can be established (the former varying with the junction temperature). . Such a model can be used to control the emitted output of an LED, or to correct the intensity of detected light (transmitted by diffuse reflection or by transmission) for the effects of a change in temperature, so that a first output and a Second outputs can be compared without a change in the environment that limits the precision of any comparison.

El uso de un modelo matemático construido para calibrar los cambios en el entorno de funcionamiento del LED no requiere que ningún dato de calibración sea almacenado en el dispositivo o sea valorado desde una memoria remota con el fin de calibrar la salida durante el uso. Dado que el modelo no es lineal, evita cualquier necesidad de interpolación lineal entre los valores de calibración almacenados y proporciona una precisión incrementada. No es requisito que el LED experimente un proceso de compensación especial cuando se calibra o ajusta la salida del LED. Por ejemplo, los valores de funcionamiento del LED no tienen que ser alterados para medir un voltaje o una corriente durante una rutina de calibración. En este método, los valores de funcionamiento normales son utilizados durante la calibración y cuando se utiliza el LED calibrado, de manera que el funcionamiento normal del LED no tiene que ser interrumpido.The use of a mathematical model built to calibrate changes in the LED operating environment does not require that any calibration data be stored in the device or evaluated from remote memory in order to calibrate the output during use. Since the model is not linear, it avoids any need for linear interpolation between stored calibration values and provides increased precision. There is no requirement that the LED undergo a special compensation process when calibrating or adjusting the LED output. For example, the LED operating values do not have to be altered to measure a voltage or current during a calibration routine. In this method, normal operating values are used during calibration and when using the calibrated LED, so that normal LED operation does not have to be interrupted.

Los valores de desviación, indicados por A, son cambios en los valores medidos respecto a algunos de los valores de referencia estándar (Vo, io, So) alrededor de los cuales se realiza la modelización.The deviation values, indicated by A, are changes in the measured values with respect to some of the standard reference values (Vo, io, So) around which the modeling is performed.

Para cada media de desviación en el voltaje directo, Vf, y la corriente de LED, if, es medida también la desviación de intensidad medida resultante AS respecto al valor estándar So.For each mean deviation in the forward voltage, Vf, and the LED current, if, the resulting measured intensity deviation AS from the standard value So is also measured.

La temperatura de unión es modificada variando la temperatura ambiente del LED en etapas. La temperatura de unión no entra en el modelo de predicción directamente, sino que produce cambios en el voltaje y la corriente directos como se ha descrito anteriormente. Para los fines de adaptación del modelo, la temperatura ambiente, así como la corriente de LED, son variadas independientemente durante el proceso de calibración. La corriente de LED es controlada de manera estándar mediante componentes electrónicos de control de corriente de LED que reciben un punto de ajuste para la corriente directa de LED. En base este proceso, cuando los valores correspondientes del voltaje y corriente directos de LED (entradas al modelo), así como la detección de luz registrada (salida del modelo) son detectados, los parámetros de modelo pueden ser calculados minimizando los errores de predicción del modelo basados en alguna función objetiva. La luz emitida se mide mediante reflexión difusa a partir de un disco de material de referencia estándar o de otro modo (es decir, trasmisión).The junction temperature is modified by varying the ambient temperature of the LED in stages. Junction temperature does not enter the prediction model directly, but instead produces forward voltage and current changes as described above. For the purposes of model adaptation, the ambient temperature, as well as the LED current, are varied independently during the calibration process. LED current is controlled as standard by LED current control electronics that receive a set point for direct LED current. Based on this process, when the corresponding values of the Direct voltage and current of LEDs (inputs to the model), as well as the detection of registered light (output from the model) are detected, the model parameters can be calculated minimizing the model prediction errors based on some objective function. The emitted light is measured by diffuse reflection from a disc of standard reference material or otherwise (ie, transmission).

En algunas realizaciones las variaciones de temperatura ambiente y de corriente directa abarcan el rango de funcionamiento planeado de los LEDs en términos de temperaturas y corrientes de LED. En particular, en algunas realizaciones, los valores de referencia Vfo, Ifo, So, To son seleccionados de manera que; la temperatura inicial, To, cae dentro de un rango de temperatura operacional esperado predefinido, y la intensidad de referencia, So, está dentro de un rango deseado predeterminado para la operación en cuestión.In some embodiments, the ambient temperature and direct current variations span the planned operating range of the LEDs in terms of LED temperatures and currents. In particular, in some embodiments, the reference values Vfo, Ifo, So, To are selected such that; the initial temperature, To, falls within a predefined expected operational temperature range, and the reference intensity, So, is within a predetermined desired range for the operation in question.

En ciertas realizaciones, la intensidad de luz de referencia detectada So es medida mediante reflexión difusa o transmisión desde un material de referencia estándar y es proporcional a la intensidad de luz emitida.In certain embodiments, the detected reference light intensity So is measured by diffuse reflection or transmission from a standard reference material and is proportional to the intensity of the emitted light.

El cálculo de los parámetros puede ser realizado de cualquier manera adecuada. Sin embargo, en realizaciones preferidas, el cálculo de los parámetros comprende utilizar un análisis de recesión parcial de mínimos cuadrados. En algunas realizaciones, el método puede comprender además las etapas de; iluminar un material objetivo para la medida; detectar una intensidad de luz reflejada o trasmitida desde el material objetivo cuando una intensidad de medida detectada, o;, determinar la desviación en el voltaje directo ñVf respecto al voltaje de referencia Vfo durante la medida; determinar la desviación en la corriente directa AIf respecto a la corriente de referencia Ifo durante la medida; calcular una intensidad predicha S ' en donde S' es la intensidad detectada predicha dada por S ' = So svAVf s¡úIf sivAVfAIf siiAIf2 svvAVf2; y calcular una atenuación calibrada, w, de manera que; w = o / S', en donde el atenuación calibrada, w, proporciona una medida del atenuación para la intensidad debida al material objetivo, compensando la variación de temperatura.The calculation of the parameters can be carried out in any suitable way. However, in preferred embodiments, the calculation of the parameters comprises using a least squares partial recession analysis. In some embodiments, the method may further comprise the steps of; illuminating a target material for measurement; detecting an intensity of light reflected or transmitted from the target material when a detected measurement intensity, or ;, determining the deviation in the forward voltage ñVf from the reference voltage Vfo during the measurement; determining the deviation in the direct current AIf from the reference current Ifo during the measurement; calculate a predicted intensity S 'where S' is the predicted detected intensity given by S '= So svAVf s¡úIf sivAVfAIf siiAIf2 svvAVf2; and calculating a calibrated attenuation, w, such that; w = o / S ', where the calibrated attenuation, w, provides a measure of attenuation for the intensity due to the target material, compensating for the temperature variation.

Es convencional para otros componentes utilizar la salida no calibrada del LED. Sin embargo, en realizaciones preferidas, el método comprende además la etapa ante utilizar atenuación calibrada, w, para determinar la cantidad de una sustancia específica de material objetivo.It is conventional for other components to use the uncalibrated LED output. However, in preferred embodiments, the method further comprises the step before using calibrated attenuation, w, to determine the amount of a specific target material substance.

En algunas realizaciones, la salida calibrada w puede ser utilizada para inferir el nivel de una sustancia en el medio objetivo.In some embodiments, the calibrated output w can be used to infer the level of a substance in the target medium.

En algunas realizaciones, el método comprende además las etapas de obtener una intensidad deseada, So', en donde la intensidad deseada puede ser expresada en términos de intensidad de referencia por So' = So AS'; determinar la desviación del voltaje directo AVf respecto o al voltaje de referencia Vfo bajo las condiciones de funcionamiento actuales; calcular el punto de ajuste de corriente If, en donde If = Ifo+ AIf de manera que AS = 0, en dondeIn some embodiments, the method further comprises the steps of obtaining a desired intensity, So ', wherein the desired intensity can be expressed in terms of reference intensity by So' = So AS '; determining the deviation of the forward voltage AVf from or the reference voltage Vfo under current operating conditions; calculate the current set point If, where If = Ifo + AIf so that AS = 0, where

S = So' AS = So' svAVf siAIf sivAVfAIf siiAIf2 svvAVf2; y aplicar el punto de ajuste de corriente calculado al LED, de manera que S = So', proporcionando la intensidad deseada.S = So 'AS = So' svAVf siAIf sivAVfAIf siiAIf2 svvAVf2; and applying the calculated current set point to the LED, such that S = So ', providing the desired intensity.

El punto de ajuste de corriente puede ser controlado en tiempo real, de manera que la emisión de luz predicha desde un LED se mantiene constante e independiente de la temperatura de unión del LED.The current set point can be controlled in real time, so that the predicted light output from an LED remains constant and independent of the junction temperature of the LED.

Como se explicará más adelante, no es esencial que la temperatura de unión del LED sea medida en absoluto, dado que la temperatura precisa no es utilizada en los cálculos. Sin embargo, puede ser útil asegurar que la temperatura varía suficientemente para asegurar que la calibración sea precisa. Sin embargo, puede ser difícil medir la temperatura de unión directamente. De este modo, en algunas realizaciones, la temperatura de unión es modificada variando la temperatura del sustrato, comprendiendo el método además las etapas de; medir la temperatura del sustrato del LED; e inferir la temperatura de unión de LED como la temperatura de sustrato; en donde la desviación en la corriente directa, el voltaje directo, y la intensidad se determina si la temperatura de sustrato medida difiere de una temperatura de sustrato previa en la que los valores fueron determinados, en más de una cantidad predeterminada. Esto permite que la temperatura de sustrato relativamente fácil de medir sea utilizada como un elemento análogo de la temperatura de unión relativamente difícil de medir. Los datos recogidos de esta forma permiten el cálculo de los parámetros del modelo.As will be explained later, it is not essential that the LED junction temperature be measured at all, since the precise temperature is not used in the calculations. However, it can be useful to ensure that the temperature varies sufficiently to ensure that the calibration is accurate. However, it can be difficult to measure the junction temperature directly. Thus, in some embodiments, the bonding temperature is modified by varying the temperature of the substrate, the method further comprising the steps of; measure the temperature of the LED substrate; and infer the LED junction temperature as the substrate temperature; wherein the deviation in forward current, forward voltage, and intensity is determined if the measured substrate temperature differs from a previous substrate temperature at which the values were determined, by more than a predetermined amount. This allows the relatively easy to measure substrate temperature to be used as an analog of the relatively difficult to measure bond temperature. The data collected in this way allows the calculation of the model parameters.

En un segundo aspecto, se proporciona un dispositivo configurado para realizar el método del primer aspecto. Dicho dispositivo puede ser un dispositivo de análisis médico, tal como un dispositivo para analizar el nivel de una sustancia en la sangre de un usuario. En algunas realizaciones, el nivel de la sustancia en la sangre de un usuario es interpolado a partir de la atenuación calibrada w.In a second aspect, a device configured to perform the method of the first aspect is provided. Said device can be a medical analysis device, such as a device for analyzing the level of a substance in the blood of a user. In some embodiments, the level of the substance in a user's blood is interpolated from the calibrated attenuation w.

Breve descripción de las figurasBrief description of the figures

Ejemplos de la presente invención serán descritos con referencia los dibujos adjuntos, los que;Examples of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, which;

La Figura 1 es un diagrama esquemático de un sistema para realizar el método de acuerdo con la presente invención; Figure 1 is a schematic diagram of a system for carrying out the method according to the present invention;

La Figura 2 muestra un resumen del método a modo de ejemplo para calibrar la salida de un LED en condiciones de referencia y el uso del LED calibrado durante el funcionamiento;Figure 2 shows a summary of the exemplary method for calibrating the output of an LED under reference conditions and the use of the calibrated LED during operation;

La Figura 3 muestra un método a modo de ejemplo para calibrar la salida de un LED bajo condiciones de referencia; La Figura 4 muestra un método a modo de ejemplo para producir una salida calibrada de un LED durante su uso; La Figura 5 muestra un método a modo de ejemplo para controlar la salida de un LED calibrado durante su uso; La Figura 6 muestra un sistema para utilizar en la realización de los métodos de la presente invención; yFigure 3 shows an exemplary method for calibrating the output of an LED under reference conditions; Figure 4 shows an exemplary method of producing a calibrated output from an LED during use; Figure 5 shows an exemplary method of controlling the output of a calibrated LED during use; Figure 6 shows a system for use in performing the methods of the present invention; and

La Figura 7 muestra un dispositivo de análisis médico que incorpora un sistema de hace uso de los métodos de la presente invención.Figure 7 shows a medical analysis device incorporating a system that makes use of the methods of the present invention.

Descripción detalladaDetailed description

Como se ha descrito anteriormente, los LEDs pueden ser utilizados en aplicaciones espectroscópicas y de sensor, un ejemplo de las cuales es proporcionar información sobre las sustancias constituyentes de un medio. La Fig. 1 ilustra un sistema para realizar los métodos de la presente invención en el que la atenuación de la luz procedente de un LED 11 puede ser medida cuando pasa a través de un medio 20. El sistema comprende uno o más LEDs 11, dispuestos para emitir luz hacia un medio 20 para realizar la medida y un detector 14 dispuesto para recibir la luz emitida una vez que ha sido reflejada o trasmitida a través del medio 20. Un ordenador que comprende una memoria 13 y un procesador 12 está configurado para controlar el punto de ajuste de corriente del LED 11 utilizando componentes electrónicos controladores de corriente 15. El ordenador 13, 12 está configurado además para recibir la intensidad de luz S detectada en el detector además del voltaje directo a través y la corriente a través del LED 11 -esta última medida mediante componentes apropiados, tales como un voltímetro o un amperímetro.As described above, LEDs can be used in spectroscopic and sensor applications, one example of which is to provide information on the constituent substances of a medium. Fig. 1 illustrates a system for carrying out the methods of the present invention in which the attenuation of light from an LED 11 can be measured as it passes through a medium 20. The system comprises one or more LEDs 11, arranged to emit light towards a means 20 to perform the measurement and a detector 14 arranged to receive the emitted light once it has been reflected or transmitted through the means 20. A computer comprising a memory 13 and a processor 12 is configured to control the current set point of the LED 11 using current control electronics 15. The computer 13, 12 is further configured to receive the light intensity S detected in the detector in addition to the direct voltage across and the current through the LED 11 -the latter measure by means of appropriate components, such as a voltmeter or an ammeter.

Como se ha descrito, para proporcionar una medida fiable de la atenuación de la intensidad de luz cuando pasa a través de un medio 20, el LED debe estar calibrado para las condiciones ambientales cambiantes, tales como la temperatura. Los siguientes métodos proporcionan medios para calibrar un LED para efectos ambientales, para producir una salida calibrada del LED y para controlar el LED para proporcionar una intensidad requerida.As described, to provide a reliable measure of the attenuation of light intensity as it passes through a medium 20, the LED must be calibrated for changing environmental conditions, such as temperature. The following methods provide a means to calibrate an LED for environmental effects, to produce a calibrated LED output, and to control the LED to provide a required intensity.

La Fig. 2 proporciona una vista general de los métodos 100, 200, 300 de acuerdo con la presente invención. El proceso de calibración 100 puede tener lugar una vez, por ejemplo después de la fabricación en fábrica, o periódicamente durante la vida útil de un dispositivo. El método de calibración implica ajustar la variación inducida de temperatura de las características operacionales de un LED a un modelo. Esto se puede realizar para cada LED individual. Durante el funcionamiento, el modelo puede entonces ser utilizado en un método 200 para calcular una salida calibrada de LED y en un método 300 para controlar la emisión del LED a una intensidad deseada, como se describirá.Fig. 2 provides an overview of methods 100, 200, 300 in accordance with the present invention. The calibration process 100 can take place once, for example after factory manufacture, or periodically during the useful life of a device. The calibration method involves fitting the induced temperature variation of the operational characteristics of an LED to a model. This can be done for each individual LED. During operation, the model can then be used in a method 200 to calculate a calibrated LED output and in a method 300 to control the emission of the LED to a desired intensity, as will be described.

Como se ha apuntado anteriormente, la salida de un LED depende de forma aproximadamente lineal de la temperatura de unión del LED, que de nuevo es aproximadamente una función lineal del voltaje directo del LED en un valor de corriente dado. El voltaje directo es dependiente adicionalmente de la corriente del LED. En teoría, si existe un control perfecto de la corriente, no hay razón para medir la corriente con el fin de comparar dos salidas procedentes del LED para identificar los efectos de la temperatura, dado que cualquier contribución por parte de la corriente puede ser por tanto incluida en la constante a en la ecuación expuesta anteriormente. Sin embargo, en la práctica es muy difícil conseguir dicho control de corriente perfecto. Debido a esto, el voltaje directo real tenderá a depender tanto de la temperatura como de la corriente del LED.As noted above, the output of an LED is approximately linearly dependent on the junction temperature of the LED, which again is approximately a linear function of the forward voltage of the LED at a given current value. The forward voltage is additionally dependent on the LED current. In theory, if there is perfect control of the current, there is no reason to measure the current in order to compare two outputs from the LED to identify the effects of temperature, since any contribution from the current can therefore be included in the constant a in the equation above. However, in practice it is very difficult to achieve such perfect current control. Because of this, the actual forward voltage will tend to depend on both the temperature and the current of the LED.

De este modo, un modelo más práctico puede ser proporcionado como:Thus, a more practical model can be provided as:

En donde:Where:

a, b, y c son constantes; e a, b, and c are constant; and

I es la corriente del LED. I is the current of the LED.

Por consiguiente, la intensidad, S, de la luz emitida por el LED, que depende tanto de la corriente del LED como de la temperatura de unión del LED puede ser modelizada como:Consequently, the intensity, S, of the light emitted by the LED, which depends on both the LED current and the LED junction temperature can be modeled as:

En donde so, sv, si, ^siv, ^sii, y svv son parámetros.Where so, sv, si, ^siv , ^sii , and svv are parameters.

Determinando los valores de los parámetros so, sv, si, siv, sii, y svv se puede establecer un modelo de la temperatura sobre la intensidad de la luz emitida procedente de un LED. Tal modelo puede ser utilizado para calibrar la salida del LED.By determining the values of the parameters so, sv, si, siv, sii, and svv a model of the temperature can be established on the intensity of the light emitted from an LED. Such a model can be used to calibrate the LED output.

La Fig. 1 muestra un método a modo de ejemplo 100 para calibrar la salida de un LED.Fig. 1 shows an exemplary method 100 for calibrating the output of an LED.

Establecimiento de un modeloEstablishing a model

Como se ha descrito anteriormente, la calibración inicial de cada LED puede ser realizada primero antes del funcionamiento. Esto puede tener lugar durante o después de la fabricación de un dispositivo que comprende el LED. La calibración puede ser entonces programada en el dispositivo que incluye el LED para tener en cuenta las variaciones de temperatura durante la última operación del dispositivo por parte de un usuario. Alternativamente, la calibración puede tener lugar automáticamente de forma periódica durante la vida útil del dispositivo. Por ejemplo, la calibración puede tener lugar cuando el dispositivo que comprende el LED se está cargando. Alternativamente puede ser iniciada por un usuario.As described above, the initial calibration of each LED can be performed first before operation. This can take place during or after the manufacture of a device comprising the LED. Calibration can then be programmed into the device including the LED to account for temperature variations during the last operation of the device by a user. Alternatively, calibration can take place automatically on a periodic basis over the life of the device. For example, calibration can take place when the device comprising the LED is charging. Alternatively it can be initiated by a user.

Las etapas de un proceso de calibración a modo de ejemplo se describirán a continuación.The steps of an exemplary calibration process will be described below.

En la etapa 101, un voltaje directo de referencia, Vfo, una corriente directa de referencia, Ifo, y una intensidad detectada me referencia de la luz emitida, So, del LED 11 son determinadas en una temperatura de unión inicial, To. Estos valores de referencia son valores estándar dentro de los rangos de funcionamiento normales o esperados del LED y forman la base para la construcción del modelo. En particular, la temperatura de unión inicial, To, y el correspondiente el voltaje directo que referencia Vfo pueden ser valores próximos al punto medio del rango de funcionamiento normal del dispositivo. Como con todos los métodos de acuerdo con la presente invención, no es necesario conocer realmente la temperatura de unión. La temperatura de referencia puede ser seleccionada simplemente haciendo funcionar el LED en condiciones ambientales normales para duraciones que se corresponden a las previstas durante el funcionamiento. Una corriente directa de referencia, Ifo puede ser entonces seleccionada de manera que la intensidad detectada de la luz emitida (la intensidad de referencia), Sü, esté próxima a una intensidad deseada para su uso. Esta intensidad es una que proporciona una intensidad de señal detección de magnitud apropiada. Por ejemplo, para la aplicación de un dispositivo médico configurado para analizar la sangre, la intensidad puede ser suficiente para pasar a través de la muñeca y dar una lectura adecuada en un sensor opuesto 14. La intensidad detectada de referencia de la luz emitida So puede ser medida bajo condiciones de referencia mediante reflexión difusa o trasmisión desde un material de referencia estándar. La intensidad de referencia detectada So es por tanto proporcional a la intensidad de luz emitida real S^e, que está disminuida mediante un factor que corresponde con la atenuación debida al material de referencia.In step 101, a reference forward voltage, Vfo, a reference forward current, Ifo, and a reference detected intensity of the emitted light, So, from LED 11 are determined at an initial junction temperature, To. These reference values are standard values within the normal or expected operating ranges of the LED and form the basis for building the model. In particular, the initial junction temperature, To, and the corresponding forward reference voltage Vfo may be values close to the midpoint of the normal operating range of the device. As with all methods according to the present invention, it is not necessary to actually know the bonding temperature. The reference temperature can be selected simply by operating the LED under normal ambient conditions for durations that correspond to those anticipated during operation. A reference direct current, Ifo can then be selected so that the detected intensity of the emitted light (the reference intensity), Sü, is close to a desired intensity for use. This intensity is one that provides a sensing signal intensity of appropriate magnitude. For example, for the application of a medical device configured to analyze blood, the intensity may be sufficient to pass through the wrist and give an adequate reading on an opposing sensor 14. The baseline detected intensity of the emitted light So may be measured under reference conditions by diffuse reflection or transmission from a standard reference material. The detected reference intensity So is therefore proportional to the actual emitted light intensity S ^e , which is diminished by a factor corresponding to the attenuation due to the reference material.

La intensidad medida puede ser la intensidad de una longitud de onda particular o de un rango de longitudes de onda, tales como los que están dentro del rango ultravioleta, visual, y próximo al infrarrojo (aproximadamente 300 nm a aproximadamente 2500 nm). La intensidad puede ser registrara mediante un fotosensor, y el objetivo de referencia puede ser una placa gris, una pieza de tejido translúcido o similar.The measured intensity can be the intensity of a particular wavelength or of a range of wavelengths, such as those within the ultraviolet, visual, and near infrared range (about 300 nm to about 2500 nm). The intensity can be recorded by a photosensor, and the reference target can be a gray plate, a piece of translucent tissue, or the like.

En la etapa 102, la temperatura ambiente del LED es variada para proporcionar una temperatura de unión diferente. En la práctica es difícil medir la temperatura de unión de un LED. Sin embargo, una medida precisa de la temperatura de unión no es esencial para establecer un modelo del efecto de la temperatura sobre la salida. Siempre y cuando el voltaje directo, la corriente y la intensidad estén determinadas en una pluralidad de temperaturas de unión que sean suficientemente diferentes (independientemente de lo precisas que sean esas temperaturas), la salida puede ser calibrada. Lo tanto, cambios en la temperatura de unión pueden ser aplicados cambiando la temperatura ambiente del LED. Esto se puede conseguir de muchas formas diferentes, por ejemplo utilizando un calentador en íntima proximidad con el sustrato para impartir los cambios de temperatura necesarios. Dado que una medida precisa la temperatura de unión no es necesaria, una aproximación útil de la temperatura de unión veces sustrato de la temperatura PCB, que es mucho más fácil y más práctica de valorar. La temperatura de sustrato o PCB puede ser utilizada para inferir la temperatura de unión siempre y cuando el tiempo de activación para el LED durante la calibración sea intermitente y represente un pequeño porcentaje del tiempo total.In step 102, the ambient temperature of the LED is varied to provide a different junction temperature. In practice it is difficult to measure the junction temperature of an LED. However, an accurate measurement of the junction temperature is not essential to model the effect of temperature on the outlet. As long as the forward voltage, current, and intensity are determined at a plurality of junction temperatures that are sufficiently different (regardless of how accurate those temperatures are), the output can be calibrated. Therefore, changes in junction temperature can be applied by changing the ambient temperature of the LED. This can be accomplished in many different ways, for example by using a heater in close proximity to the substrate to impart the necessary temperature changes. Since an accurate measurement of the junction temperature is not necessary, a useful approximation of the junction temperature times substrate of the PCB temperature, which is much easier and more practical to assess. The substrate or PCB temperature can be used to infer the junction temperature as long as the activation time for the LED during calibration is intermittent and represents a small percentage of the total time.

De este modo, en algunos casos, el LED (o, de forma más general, el dispositivo que comprende el LED) puede ser llevado a una primera temperatura (tal como aproximadamente 40,02C) y después ser llevado gradualmente a una segunda temperatura (20,0 2C). Esto se puede realizar calentando el LED (o el dispositivo) hasta la primera temperatura, permitiendo después el enfriamiento natural o controlado para reducir el LED (o el dispositivo) a la segunda temperatura. Alternativamente, el cambio de temperatura se puede producir durante otro proceso del dispositivo, tal como la carga, que puede hacer que el dispositivo varíe su temperatura.Thus, in some cases, the LED (or, more generally, the device comprising the LED) can be brought to a first temperature (such as about 40.02C) and then gradually brought to a second temperature ( 20.0 2C). This can be done by heating the LED (or device) to the first temperature, then allowing natural or controlled cooling to reduce the LED (or device) to the second temperature. Alternatively, the temperature change can occur during another device process, such as charging, which can cause the device to vary in temperature.

Las medidas se pueden tomar en un cierto número de puntos entre la primera y la segunda temperaturas. Éstos pueden estar a intervalos regulares, tal como a intervalos de aproximadamente 12C entre la primera y la segunda temperaturas. Measurements can be taken at a number of points between the first and second temperatures. These can be at regular intervals, such as at intervals of about 12C between the first and second temperatures.

En algunos casos, puede ser medida la temperatura del sustrato ^oPCB. Esto se puede realizar con el fin de asegurar que la temperatura del sustrato (y de este modo la temperatura de unión) difiera suficientemente con el fin de permitir que se realice el siguiente ajuste de las determinaciones del voltaje directo, de la corriente e intensidad. En otras palabras, la determinación del voltaje directo, la corriente y la intensidad se puede producir solo si la temperatura del sustrato (y de este modo la temperatura de unión inferida) difiere de una temperatura de sustrato o de unión previa en las que las determinaciones fueron realizadas previamente por una cantidad predefinida.In some cases, the temperature of the substrate ^or PCB can be measured. This can be done in order to ensure that the substrate temperature (and thus the bonding temperature) differs sufficiently to allow the next adjustment of the forward voltage, current and intensity determinations to be made. In other words, the determination of forward voltage, current, and intensity can occur only if the substrate temperature (and thus the inferred junction temperature) differs from a previous substrate or junction temperature where the determinations were previously made for a predefined amount.

Inicialmente, después de que los valores de referencia en determinados, la temperatura de unión del LED es cambiada a una primera temperatura utilizando uno de los procesos a modo de ejemplo descritos anteriormente. El la etapa 103, la corriente directa If es modificada con los componentes electrónicos de control de corriente 15 a una pluralidad de valores de corriente directa If y en cada corriente directa seleccionada: la desviación en el voltaje directo AVf respecto al voltaje de referencia Vfo es determinada; la desviación Alf en la corriente directa respecto a la corriente referencia Ifo es calculada; y la desviación AS respecto a la intensidad de referencia So es calculada, con estos valores almacenados en una memoria.Initially, after the reference values are determined, the junction temperature of the LED is changed to a first temperature using one of the exemplary processes described above. In step 103, the direct current If is modified with the current control electronics 15 to a plurality of direct current values If and at each selected direct current: the deviation in the direct voltage AVf from the reference voltage Vfo is determined; the deviation Alf in the direct current with respect to the reference current Ifo is calculated; and the deviation AS with respect to the reference intensity So is calculated, with these values stored in a memory.

La variación en la temperatura respecto a la temperatura de referencia, To y el cambio la corriente directa If producirán el voltaje directo a través del LED 11 durante el funcionamiento para cambiar. El voltaje directo a través del LED 11 es por tanto medido (por ejemplo, utilizando voltímetro) en cada valor del conjunto de corriente empleada utilizando u los componentes electrónicos de control de corriente y estos valores obtenido mediante el ordenador 12, 13. La desviación A Vf respecto al voltaje de referencia Vf0, se calcula y este valor se almacena en la memoria 13. Además, en cada valor de la corriente directa If, en primer lugar la desviación Alf en la corriente directa respecto a la corriente de referencia Ifo se calcula y almacena en la memoria 13 y la intensidad de luz detectada es medida con el detector/sensor 14. La intensidad de luz es medida con la intensidad de referencia So por medio de la reflexión difusa o de la trasmisión desde un material de referencia estándar. La desviación AS con respecto a la intensidad de referencia So se calcula también y se almacena la memoria 13. Por lo tanto, para cada temperatura de unión (inferida por la temperatura de sustrato) del LED, es almacenada una pluralidad de conjuntos de desviación en voltaje directo Vf, corriente directa Alf y desviación asociada en la intensidad de luz detectada AS.The variation in temperature from the reference temperature, To and the change in forward current If will produce the forward voltage across the LED 11 during operation to change. The forward voltage across the LED 11 is therefore measured (for example, using a voltmeter) at each value of the current set used using the electronic current control components and these values obtained by means of the computer 12, 13. The deviation A Vf with respect to the reference voltage Vf0, is calculated and this value is stored in memory 13. Furthermore, at each value of the direct current If, first the deviation Alf in the direct current with respect to the reference current Ifo is calculated and stores in memory 13 and the detected light intensity is measured with the detector / sensor 14. The light intensity is measured with the reference intensity So by means of diffuse reflection or transmission from a standard reference material. The deviation AS from the reference intensity So is also calculated and the memory 13 is stored. Therefore, for each junction temperature (inferred by the substrate temperature) of the LED, a plurality of sets of deviation are stored in forward voltage Vf, forward current Alf and associated deviation in detected light intensity AS.

En la etapa 104 el dispositivo determina si variar la temperatura a una nueva temperatura para obtener valores de corriente e intensidad adicionales.In step 104 the device determines whether to vary the temperature to a new temperature to obtain additional current and intensity values.

Las etapas de 103 se pueden realizar repetidamente sobre la pluralidad de temperaturas de unión. Por ejemplo, las etapas 102 a 104 se pueden realizar sobre cada una de la pluralidad de temperaturas de unión durante una cantidad de tiempo predeterminada, o hasta que se haya obtenido un número predeterminado de medidas. En algunos casos, las etapas 102 a 104 pueden continuar indefinidamente hasta ser detenidas por un operador o hasta que se produzca un error (tal como un mal funcionamiento del LED). Cada temperatura utilizada no necesita ser conocida de forma precisa, dado que la temperatura no entra explícitamente en el proceso de calibración. Es suficiente que sea utilizado un rango de temperaturas.The steps of 103 can be performed repeatedly over the plurality of bonding temperatures. For example, steps 102-104 can be performed over each of the plurality of bond temperatures for a predetermined amount of time, or until a predetermined number of measurements have been obtained. In some cases, steps 102-104 may continue indefinitely until stopped by an operator or until an error (such as an LED malfunction) occurs. Each temperature used does not need to be precisely known, since the temperature does not explicitly enter the calibration process. It is sufficient that a range of temperatures is used.

Cuando han sido recogidos suficientes datos, determinados por ejemplo por la cantidad predeterminada de tiempo trascurrido o por el número predeterminado de medidas que son determinadas, cuando el dispositivo llega de nuevo a la etapa 104 el método procederá con la etapa 105.When enough data has been collected, determined for example by the predetermined amount of time elapsed or by the predetermined number of measurements that are determined, when the device again reaches step 104 the method will proceed to step 105.

En la etapa 105, los parámetros sv, si, siv, sil, y svv son entonces determinados (o al menos calculados) de manera queAt step 105, the parameters sv, si, siv, sil, and svv are then determined (or at least computed) such that

se mantiene (o al menos se mantiene en forma aproximada) para todos los conjuntos de desviación de voltaje directo, AVf, desviación de corriente directa, Alf, y desviación de intensidad detectada, AS.holds (or at least roughly holds) for all sets of forward voltage deviation, AVf, forward current deviation, Alf, and detected current deviation, AS.

En esta etapa, el procesador valora los datos adquiridos durante las etapas repetidas 102 a 104 que están almacenados en la memoria. Los parámetros son entonces calculados utilizando una técnica apropiada para encontrar los valores óptimos que se obtienen lo más cercanos a una solución en la que la ecuación anterior se cumple para todos los conjuntos de valores. Cada conjunto único de valores comprende una desviación del voltaje directo correspondiente, AVf, de la desviación de corriente directa, Alf, y de la desviación de intensidad detectada, AS.At this stage, the processor assesses the data acquired during repeated stages 102-104 that is stored in memory. The parameters are then calculated using an appropriate technique to find the optimal values that are obtained closest to a solution in which the previous equation holds for all sets of values. Each unique set of values comprises a corresponding forward voltage deviation, AVf, the forward current deviation, Alf, and the detected current deviation, AS.

La determinación de estos parámetros puede hacer uso de cualquier método apropiado implementado por ordenador, que incluye análisis de represión. En algunos casos, como método preferido para detectar los valores de los parámetros implica un análisis de regresión parcial de mínimos cuadrados.Determination of these parameters can make use of any appropriate computer-implemented method, including repression analysis. In some cases, the preferred method of detecting parameter values involves least squares partial regression analysis.

En algunos casos, si el bucle de las etapas 102 a 104 se detiene antes de que se hayan reunido suficientes datos, la etapa 105 puede comprender en su lugar recuperar los valores de los parámetros determinados previamente. In some cases, if the loop of steps 102-104 stops before sufficient data has been collected, step 105 may instead comprise retrieving previously determined parameter values.

Después de la etapa 105 se determina un modelo que proporciona la relación entre I^oscambios en voltaje directo (producido por medio de un cambio en la temperatura de unión del LED 11), la corriente e intensidad para un LED de específico 11. Este modelo puede por tanto ser utilizado para tener en cuenta los efectos de un entorno cambiante en el que funciona el LED, como se describirá a continuación.After step 105, a model is determined that provides the relationship between ^the changes in forward voltage (produced by a change in the junction temperature of LED 11), the current and intensity for a specific LED 11. This model it can therefore be used to take into account the effects of a changing environment in which the LED operates, as will be described below.

Aplicación del modelo para calcular una salida calibradaApplying the model to calculate a calibrated output

Una vez que los parámetros están determinados y de este modo el modelo establecido, el modelo puede ser aplicado para calibrar una salida particular del LED para corregir los efectos del entorno local en el que funciona el LED. Un método a modo de ejemplo 200 para proporcionar una medida de salida calibrada está ilustrado en la Fig. 4. Las posteriores etapas del método 200 se pueden producir repetidamente, sin la necesidad de realizar las etapas del método 100 cada vez posterior.Once the parameters are determined and thus the model established, the model can be applied to calibrate a particular LED output to correct for the effects of the local environment in which the LED operates. An exemplary method 200 for providing a calibrated output measurement is illustrated in Fig. 4. Subsequent steps of method 200 can occur repeatedly, without the need to perform method steps 100 each time.

El método 200 puede tener lugar durante el uso del dispositivo para tomar una medida de la atenuación de luz emitida desde el LED cuando se desplaza a través de pues reflejado por en medio de un material objetivo.The method 200 can take place during use of the device to take a measurement of the attenuation of light emitted from the LED as it travels through as reflected by the middle of a target material.

En la etapa 201 como un material objetivo 20 está destinado para que la medida sea iluminada por un LED 11 del dispositivo 10.In step 201 as a target material 20 is intended for the measurement to be illuminated by an LED 11 of the device 10.

El dispositivo puede estar dispuesto para medir una señal reflejada difusa o trasmitida procedente del material objetivo. Cuando el método se realiza mediante un dispositivo médico configurado para tomar una medida de una sustancia en la sangre, la luz emitida por el LED 11, puede ser dirigida a un tejido desde el cual se realiza una medida. Por ejemplo, en un dispositivo que se puede llevar puesto, el LED puede iluminar un lado de la muñeca y la señal trasmitida puede ser detectada en el lado opuesto.The device may be arranged to measure a transmitted or diffuse reflected signal from the target material. When the method is performed by means of a medical device configured to take a measurement of a substance in the blood, the light emitted by the LED 11 can be directed to a tissue from which a measurement is made. For example, in a wearable device, the LED can illuminate one side of the wrist and the transmitted signal can be detected on the opposite side.

La intensidad puede ser registrada por un fotosensor, y puede ser valorada o corregida con la intensidad de referencia (desde una placa blanca/gris o similar). La intensidad medida puede ser la intensidad de una longitud de onda particular o de un rango de longitudes de onda, tal como las que están dentro del rango ultravioleta, visual, y próximo al infrarrojo (aproximadamente 300 nm a aproximadamente 2500 nm).The intensity can be registered by a photosensor, and can be assessed or corrected with the reference intensity (from a white / gray plate or similar). The measured intensity can be the intensity of a particular wavelength or of a range of wavelengths, such as those within the ultraviolet, visual, and near infrared range (about 300 nm to about 2500 nm).

En la etapa 202, la intensidad o de la luz emitida es detectada después de pasar a través o de ser reflejada por el medio objetivo.In step 202, the intensity of the emitted light is detected after passing through or being reflected by the target medium.

El detector recibe la luz después de pasar a través del medio y la intensidad detectada o, después de la atenuación por parte del medio es obtenida mediante el ordenador 11, 13.The detector receives the light after passing through the medium and the intensity detected or, after attenuation by the medium, is obtained by the computer 11, 13.

En la etapa 203, se calcula la desviación en el voltaje directo, AVf, y la corriente directa, Alf, respecto a los valores de referencia lo, Vo. In step 203, the deviation in the forward voltage, AVf, and the forward current, Alf, from the reference values lo, Vo is calculated.

Durante la iluminación del material objetivo con el LED 11, ser miden el voltaje y la corriente a través del LEDs con un voltímetro y con un amperímetro (dentro el dispositivo). Estos valores se obtienen mediante el ordenador 13, 12 que calcula la desviación respecto a los valores de referencia lo, Vo determinados durante la calibración 100.During illumination of the target material with the LED 11, the voltage and current across the LEDs are measured with a voltmeter and with an ammeter (inside the device). These values are obtained by the computer 13, 12 which calculates the deviation from the reference values lo, Vo determined during calibration 100.

En la etapa 204, se calcula una intensidad predicha S ' en donde S ' es la intensidad detectada predicha cuando se mide la intensidad detectada procedente del objetivo de referencia, como viene dada porIn step 204, a predicted intensity S 'is calculated where S' is the predicted detected intensity when the detected intensity from the reference target is measured, as given by

Sr ^{= S q} + svAV^ + SjAIf + s¡vAVfAIf + s¡¡AlJ + svv¡AV^ Sr ^{= S q} + svAV ^ + SjAIf + s¡vAVfAIf + s¡¡AlJ + svv¡AV ^

Utilizando el valor almacenado de la intensidad de referencia So, y las desviaciones calculadas respecto al voltaje directo ya la corriente directa de referencia almacenados AVf, Alf, se calcula una intensidad predicha S ' Esta calibración utiliza los parámetros sv, si, siv, sil y svv determinados durante el método de calibración 100. La intensidad predicha S ' se corresponde con la intensidad de la radiación emitida que sería detectada en estos valores bajo condiciones de referencia - después de la reflexión difusa o la transmisión desde el material de referencia. Este valor por tanto tiene en cuenta las variaciones inducidas por temperatura en las características del LED.Using the stored value of the reference current So , and the deviations calculated from the direct voltage and the reference direct current stored AVf, Alf, a predicted intensity S 'is calculated. This calibration uses the parameters sv, si, siv, sil and svv determined during calibration method 100. The predicted intensity S ' corresponds to the intensity of the emitted radiation that would be detected at these values under reference conditions - after diffuse reflection or transmission from the reference material. This value therefore takes into account temperature-induced variations in the characteristics of the LED.

En la etapa 205 se calcula una atenuación calibrada de la intensidad de luz, w, debido al medio objetivo 20, en donde w = o / S'.In step 205 a calibrated light intensity attenuation, w, is calculated due to the target medium 20, where w = o / S '.

La salida, w, proporciona la intensidad de reducción fraccional debida a la atenuación en el material objetivo en comparación con el material de referencia - teniendo en cuenta la diferencia en la temperatura de unión. Esto es, w, es una cantidad proporcional a la atenuación de intensidad de luz debida a la dispersión y a la absorción en el desplazamiento a través del material objetivo (tal como tejido), compensada para las variaciones de intensidad del lado de emisión medioambientalmente derivadas.The output, w, gives the fractional reduction intensity due to attenuation in the target material compared to the reference material - taking into account the difference in bonding temperature. That is, w, is an amount proportional to the attenuation of light intensity due to scattering and absorption in travel through the target material (such as tissue), compensated for environmentally derived emission side intensity variations.

Esta salida puede ser relacionada con el nivel de atenuación de la luz emitida debido al propio material objetivo que puede estar relacionado de nuevo con el nivel de una sustancia en el material. Por ejemplo, las investigaciones anteriores pueden producir un modelo que describe una relación entre el nivel de atenuación en una cierta longitud de onda de luz y el porcentaje de composición de una sustancia específica en el material objetivo. Esta salida por tanto proporciona una medida del cambio en la absorción debido al material objetivo, independientemente de cualquier variación de temperatura que pueda haber ocurrido. Una medida para un primer material objetivo puede por tanto ser comparada de forma fiable con una medida de un segundo material objetivo en donde la temperatura del LED puede ser cambiada en el periodo de intervención.This output can be related to the level of attenuation of the emitted light due to the target material itself, which can again be related to the level of a substance in the material. For example, previous research can produce a model that describes a relationship between the level of attenuation at a certain wavelength of light and the percentage composition of a specific substance in the target material. This exit by Both provide a measure of the change in absorption due to the target material, regardless of any temperature variations that may have occurred. A measurement for a first target material can therefore be reliably compared with a measurement for a second target material where the temperature of the LED can be changed in the intervention period.

De esta manera, la salida del LED es sustancialmente corregida para las diferencias medioambientales, con lo que se permite que una primera salida calibrada de un LED sea comparada con una segunda salida calibrada de un LED, incluso si la temperatura no es constante. Por ejemplo, en el caso de un dispositivo médico configurado para detectar la atenuación de la luz emitida cuando pasa a través del tejido que un usuario se puede tomar una primera lectura en un ambiente frío (por ejemplo fuera) y se puede tomar una segunda lectura en un ambiente cálido (por ejemplo, dentro de un edificio calentado) y los valores de salida de la atenuación relativa en cada caso pueden ser comparados directamente. De esta manera, los efectos medioambientales de la temperatura no influyen en la salida de un dispositivo 10 que incorpora el LED calibrado 11.In this way, the output of the LED is substantially corrected for environmental differences, thereby allowing a first calibrated output of an LED to be compared to a second calibrated output of an LED, even if the temperature is not constant. For example, in the case of a medical device configured to detect the attenuation of light emitted as it passes through tissue a user can take a first reading in a cold environment (for example outside) and a second reading can be taken. in a warm environment (eg inside a heated building) and the output values of the relative attenuation in each case can be directly compared. In this way, the environmental effects of temperature do not influence the output of a device 10 incorporating the calibrated LED 11.

El orden de las etapas 202, 203 y 204 mostradas en el método 200 es meramente un ejemplo, y se apreciará que estas etapas se pueden realizar en cualquier orden.The order of steps 202, 203, and 204 shown in method 200 is merely an example, and it will be appreciated that these steps can be performed in any order.

Control del LEDLED control

En algunas realizaciones, en lugar de utilizar la salida calibrada de un LED, es deseable ajustar el funcionamiento de un LED para emitir una luz en una intensidad deseada particular. Por ejemplo, puede ser particularmente deseable con el fin de obtener dos o más medidas de intensidad que puedan ser comparadas sin la precisión de las medidas que son reducidas por un cambio de la temperatura ambiente. Un método preferido 300 para realizar su realización se muestra la Fig. 5. El método 300 de nuevo hace uso de los parámetros sv, si, ^siv, ^siiy svv y de los valores de referencia Vfo, ifo, So obtenidos en el método 100.In some embodiments, rather than using the calibrated output of an LED, it is desirable to adjust the operation of an LED to emit light at a particular desired intensity. For example, it may be particularly desirable in order to obtain two or more intensity measurements that can be compared without the precision of measurements that are reduced by a change in ambient temperature. A preferred method 300 to carry it out is shown in Fig. 5. The method 300 again makes use of the parameters sv, si, ^siv , ^sii and svv and the reference values Vfo, ifo, So obtained in method 100 .

En la etapa 301, una intensidad deseada, So', se obtiene, en donde la intensidad deseada puede ser expresada en términos de intensidad de referencia por So'= So AS'. In step 301, a desired intensity, So ', is obtained, where the desired intensity can be expressed in terms of reference intensity by So' = So AS '.

Esta expresión de la intensidad deseada define meramente el valor en términos de su desviación AS ' respecto a la intensidad de referencia So. La intensidad deseada puede ser predeterminada, introducida por el usuario, o calculada de forma algorítmica. Por ejemplo, la intensidad deseada puede simplemente ser la intensidad de referencia utilizada en el método 100 en cuyo caso AS ' = 0, así So' = So. This expression of the desired intensity merely defines the value in terms of its deviation AS 'from the reference intensity So. The desired intensity can be predetermined, entered by the user, or calculated algorithmically. For example, the desired intensity can simply be the reference intensity used in method 100 in which case AS '= 0, thus So' = So.

En la etapa 302, la desviación del voltaje directo AVf respecto al voltaje directo de referencia Vfo del LED se determina por las condiciones de funcionamiento actuales.In step 302, the deviation of the forward voltage AVf from the direct reference voltage Vfo of the LED is determined by the current operating conditions.

Esto puede ocurrir de la misma manera cuando el voltaje directo es determinado en el método 100, utilizando un voltímetro integral en el dispositivo o cualquier pieza adecuada de equipamiento. La desviación en el voltaje directo se mide en ese punto de corriente en el tiempo en el que la intensidad del LED está ajustada.This can occur in the same way when forward voltage is determined in method 100, using a voltmeter integral to the device or any suitable piece of equipment. The deviation in forward voltage is measured at that current point in time when the intensity of the LED is set.

En la etapa 303, se calcula un punto de ajuste de corriente deseado if, en donde if = ifo Aif, de manera que AS = 0 en dondeIn step 303, a desired current set point if is calculated, where if = if or Aif, so that AS = 0 where

De nuevo, la formulación del punto de ajuste de corriente if = ifo Aif, meramente expresa el punto de ajuste de corriente en términos de cambio requerido respecto a la corriente de referencia ifo. En esta etapa, el punto de ajuste de corriente requerido se calcula de manera que AS = 0. Por ejemplo, en el caso en el que la intensidad deseada So' sea la intensidad de referencia So (AS' = 0), el punto de ajuste de corriente requerido if es aquel que proporciona un valor de corriente directa desviación Aif, tal que AS = svAVf siAif sivAVfAif siiAif2 svvAVf2 = 0, dado el valor de corriente de la desviación en el voltaje directo.Again, the current set point formulation if = ifo Aif merely expresses the current set point in terms of the required change from the reference current ifo. In this stage, the required current set point is calculated so that AS = 0. For example, in the case where the desired current So ' is the reference current So ( AS' = 0), the set point required current setting if is one that provides a value of direct current deviation Aif, such that AS = svAVf siAif sivAVfAif siiAif2 svvAVf2 = 0, given the current value of the deviation in forward voltage.

En la etapa 304, el punto de ajuste de corriente deseado, if, se aplica al LED.In step 304, the desired current set point, if, is applied to the LED.

Esto dará lugar a que la salida calibrada del LED sea sustancialmente igual a la intensidad deseada, So'. This will result in the calibrated output of the LED being substantially equal to the desired intensity, So '.

En algunos casos, las etapas 302, 303 y 304 pueden ser repetidas de forma continua o de forma periódica. Esto puede tener en cuenta los cambios en, por ejemplo, la temperatura ambiental que daría lugar a un cambio en el voltaje directo del LED. De esta manera, la corriente aplicada LED será ajustada de forma continua o de forma periódica de manera que la salida calibrada continuará coincidiendo sustancialmente con la intensidad deseada. SistemaIn some cases, steps 302, 303, and 304 can be repeated continuously or periodically. This can take into account changes in, for example, the ambient temperature that would result in a change in the forward voltage of the LED. In this way, the LED applied current will be adjusted continuously or periodically so that the calibrated output will continue to substantially match the desired intensity. System

La Fig. 6 muestra un sistema modo de ejemplo 10 que es adecuado para realizar los métodos de la presente invención.FIG. 6 shows an exemplary mode system 10 that is suitable for performing the methods of the present invention.

El sistema 10 comprende el uno o más LEDs 11, uno o más procesadores 12 que están en combinación con una o más memorias 13. Una ^omás de las memorias 13 puede ser un medio leíble con ordenador que comprenda Instrucciones ejecutables por un ordenador que, cuando son ejecutadas por el procesador, hacen que procesador realice un método de la presente invención.The system 10 comprises the one or more LEDs 11, one or more processors 12 which are in combination with one or more more memories 13. One ^or more of the memories 13 may be a computer-readable medium comprising Instructions executable by a computer which, when executed by the processor, cause the processor to perform a method of the present invention.

El sistema 10 puede comprender además uno o más sensores 14 que están en comunicación con el uno o más procesadores 12 y que están configurados para medir una o más características del uno o más LEDs 11. Los sensores 13 pueden comprender un amperímetro que está configurado para medir la corriente de uno o más de los LEDs 11, un voltímetro que está configurado para medir el voltaje directo de uno o más de los LEDs 11, un fotodetector que está configurado para medir la intensidad de la luz emitida desde uno o más de los LEDs 11 y/o un sensor de temperatura que está configurado para medir la temperatura del sustrato de uno o más de los LEDs 11. Las lecturas procedentes de uno o más de los sensores 14 pueden ser almacenadas por uno o más de los procesadores 12 en una o más de las memorias 13.The system 10 may further comprise one or more sensors 14 that are in communication with the one or more processors 12 and that are configured to measure one or more characteristics of the one or more LEDs 11. The sensors 13 may comprise an ammeter that is configured to measure the current of one or more of the LEDs 11, a voltmeter that is configured to measure the forward voltage of one or more of the LEDs 11, a photodetector that is configured to measure the intensity of the light emitted from one or more of the LEDs 11 and / or a temperature sensor that is configured to measure the substrate temperature of one or more of the LEDs 11. Readings from one or more of the sensors 14 can be stored by one or more of the processors 12 in one or more of the memories 13.

Dispositivo de análisis médicoMedical analysis device

El método de acuerdo con la invención se utiliza en una disposición de sensor que hace uso de un LED. Una aplicación particular de los métodos expuestos anteriormente se lleva a cabo en el campo de los dispositivos de análisis médico y hacen uso de LEDs. Un ejemplo consiste en la determinación del nivel de una sustancia (tal como glucosa) en la sangre del usuario, particularmente de una forma no invasiva.The method according to the invention is used in a sensor arrangement that makes use of an LED. A particular application of the methods outlined above is carried out in the field of medical analysis devices and makes use of LEDs. An example is the determination of the level of a substance (such as glucose) in the user's blood, particularly in a non-invasive way.

La Fig. 7 muestra una realización particular del sistema 10 que comprende un dispositivo de análisis médico. El dispositivo de análisis médico 10 está dispuesto adyacente a la muñeca del usuario 20. Tal dispositivo puede estar situado alternativamente junto a otras partes del cuerpo del usuario.Fig. 7 shows a particular embodiment of the system 10 comprising a medical analysis device. Medical analysis device 10 is disposed adjacent to the user's wrist 20. Such a device may alternatively be located adjacent to other parts of the user's body.

El dispositivo 10 comprende un LED 11 próximo al infrarrojo. El LED 11 está situado de manera que puede emitir luz hacia la muñeca del usuario o hacia alguna otra parte del cuerpo 20. Uno o más fotodetectores 14 están dispuestos adyacentes (o paralelos) al LED 11 y están configurados para detectar la intensidad de la luz que es emitida desde el LED 11, pasa a través de la muñeca del usuario 20, y es dispersada de forma difusa a través de la muñeca de usuario 20 hasta el fotodetector 14, generalmente a lo largo de una trayectoria sustancialmente curvada (dispersión de luz).The device 10 comprises an LED 11 near infrared. The LED 11 is positioned so that it can emit light towards the user's wrist or towards some other part of the body 20. One or more photodetectors 14 are arranged adjacent (or parallel) to the LED 11 and are configured to detect the intensity of the light. that is emitted from LED 11, passes through wearer's wrist 20, and is diffusely scattered through wearer's wrist 20 to photodetector 14, generally along a substantially curved path (light scattering ).

En base a las medidas tomadas por el fotodetector(es) 14, un procesador 12 puede calcular una estimación del nivel de glucosa (o de otra sustancia) en la sangre del usuario. Tales lecturas pueden ser tomadas periódicamente y pueden ser almacenadas en la memoria 13.Based on the measurements taken by the photodetector (s) 14, a processor 12 can calculate an estimate of the level of glucose (or other substance) in the user's blood. Such readings can be taken periodically and can be stored in memory 13.

El procesador 12 puede ajustar la corriente aplicada al LED 11 para asegurar que la intensidad de la luz emitida por el LED 11 es constante a lo largo del tiempo. Esto permite que la variación del nivel de glucosa en la sangre del usuario sea mapeada y comparada en el tiempo, sin que la temperatura ambiente afecte negativamente a la precisión de dichas comparaciones. Processor 12 may adjust the current applied to LED 11 to ensure that the intensity of the light emitted by LED 11 is constant over time. This allows the variation of the user's blood glucose level to be mapped and compared over time, without the ambient temperature adversely affecting the accuracy of said comparisons.

Claims

1. A method for calibrating an output of an I ^uz emitting diode, LED, for use in spectroscopy applications, the method comprising the steps of:

determining a reference forward voltage, Vfo, a reference forward current, Ifo, and a reference detected intensity of emitted light, So, of the LED at an initial junction temperature, To;

vary the junction temperature of the LED to provide a plurality of junction temperatures Tj and at each junction temperature:

adjusting the direct current to a plurality of direct current values fy at each direct current: determining the direct voltage deviation AVf from the reference voltage Vm;

determining the deviation in the forward current AIf from the reference current Ifo; and determining the deviation in the detected light intensity AS from the reference intensity So ;

calculate the sv, si, ^siv , ^sii , and svv parameters such that:

is approximately true for all sets of forward voltage deviation, AVf, direct current deviation, AIf, and detected current deviation, AS.

The method of claim 1 wherein the reference values Vfo, Im, So, To are selected such that:

the initial junction temperature, To, is within a predefined expected operational temperature range; and

the reference intensity, So , is within a predetermined desired range for the intended operation.

The method of claim 1 or claim 2, wherein the detected reference light intensity So is measured by diffuse reflection or transmission from a standard reference material and is proportional to the emitted light intensity.

The method of any preceding claim, wherein varying the junction temperature comprises varying the ambient temperature of the LED.

The method of any preceding claim, wherein the bonding temperature is varied by varying the temperature of the substrate or device, the method further comprising the steps of:

measure the temperature of the LED substrate; and

infer the junction temperature of the LED as the substrate temperature;

wherein the deviation in forward current, forward voltage, and intensity are determined if the measured substrate temperature differs from the previous substrate temperature by the values that were determined, by more than a predetermined amount.

The method of any preceding claim, wherein the calculation of the parameters comprises using a partial least squares regression analysis.

The method of any preceding claim, further comprising the steps of:

illuminate target material for the measurement;

detecting a diffuse or transmitted reflected light intensity from the target material as the detected measurement intensity, or;

determining the deviation in the forward voltage AVf from the reference voltage Vfo during the measurement; determining the deviation in the direct current AIf from the reference current Ifo during the measurement;

calculate a Predicted Intensity S 'where S' is the Predicted Detected Intensity when measured under reference conditions given by

calculate a calibrated attenuation, ^w , such that

^w = o / S '

where the calibrated attenuation, ^w , provides an average of the attenuation of the light intensity due to the target material, compensating for the temperature variation.

The method of claim 7, the method further comprising the steps of:

use the calibrated attenuation, ^w , to determine the amount of a specific substance in the target material.

The method of any of claims 1 to 6, further comprising the steps of:

obtaining a desired intensity So ', where the desired intensity can be expressed in terms of reference intensity by So' = So AS ';

determining the deviation in forward voltage AVf from the reference voltage Vfo under present operating conditions;

calculate a current set point f where If = If or A f so that AS = 0 in the model:

apply the calculated current set point to the LED, such that S = S ⁰ ', providing the desired intensity.

The method of claim 9 wherein the forward current is controlled in real time to maintain the desired intensity output from the LED.

11. A device configured to perform the method of any preceding claim.

The device of claim 11, wherein the device is a medical analysis device.

The device of claim 12, wherein the medical analysis device is a device configured to analyze the level of a substance in the blood of a user.

The device of claim 13, wherein the device is configured to perform the method of claim 7 or 8 and to interpolate the level of the substance in the user's blood from the calibrated attenuation ^w .