KR101577490B1 - 교정 광원 - Google Patents

교정 광원 Download PDF

Info

Publication number
KR101577490B1
KR101577490B1 KR1020117028066A KR20117028066A KR101577490B1 KR 101577490 B1 KR101577490 B1 KR 101577490B1 KR 1020117028066 A KR1020117028066 A KR 1020117028066A KR 20117028066 A KR20117028066 A KR 20117028066A KR 101577490 B1 KR101577490 B1 KR 101577490B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light source
housing
substrate
temperature
support element
Prior art date
Application number
KR1020117028066A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20120018175A (ko
Inventor
토마스 나젤
데트레프 한낙
시몬 스투름
Original Assignee
인스트루먼트 시스템즈 옵티쉐 메스테크닉 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 인스트루먼트 시스템즈 옵티쉐 메스테크닉 게엠베하 filed Critical 인스트루먼트 시스템즈 옵티쉐 메스테크닉 게엠베하
Publication of KR20120018175A publication Critical patent/KR20120018175A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101577490B1 publication Critical patent/KR101577490B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/10—Arrangements of light sources specially adapted for spectrometry or colorimetry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02—Details
    • G01J1/08—Arrangements of light sources specially adapted for photometry standard sources, also using luminescent or radioactive material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/52—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using comparison with reference sources, e.g. disappearing-filament pyrometer
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/52—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using comparison with reference sources, e.g. disappearing-filament pyrometer
    • G01J5/53—Reference sources, e.g. standard lamps; Black bodies
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/345—Current stabilisation; Maintaining constant current
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02—Details
    • G01J1/0252—Constructional arrangements for compensating for fluctuations caused by, e.g. temperature, or using cooling or temperature stabilization of parts of the device; Controlling the atmosphere inside a photometer; Purge systems, cleaning devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0286—Constructional arrangements for compensating for fluctuations caused by temperature, humidity or pressure, or using cooling or temperature stabilization of parts of the device; Controlling the atmosphere inside a spectrometer, e.g. vacuum

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Arrangement Of Elements, Cooling, Sealing, Or The Like Of Lighting Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 개구(12)를 갖는 하우징(2), 상기 하우징(2) 내에 유지되는 기판(22), 광 비임을 발생하기 위해 상기 기판(22) 상에 장착되는 반도체 광원(18), 상기 개구(12)의 영역에 상기 하우징(2)의 외부로 광 비임을 방출하는 광 방출 개구(15)를 갖는 방출 개구 지지 요소(14)를 포함하는 교정 광원에 관한 것이다. 상기 방출 개구 지지 요소(14)는 상기 하우징(2)으로부터 분리되고, 상기 반도체 광원(18)의 기판(22)에 부착된다.

Description

교정 광원{CALIBRATION LIGHT SOURCE}
본 발명은 특히 LED(발광 다이오드)를 이용한 교정 광원에 관한 것이다.
교정 광원은 특히 분광계, 광도계 및 방사계와 같은 광 측정 장치 또는 방사 측정 장치의 절대 교정을 위해 사용된다. 종래 전류 및 온도 안정성 기준 LED는 교정 방사원으로서 사용될 수 있다는 것이 공지되어 있다. LED는 가시광, 적외광 또는 자외광 파장 범위의 방사선을 방출할 수 있다. 회로 기판 상에 장착된 반도체 칩은 LED 방사선을 발생한다. 요구되는 파장들은 반도체 생산에 사용되는 재료의 상이한 물리적 특성들에 기초하여 달성될 수 있다.
교정 광원이 충족시켜야 할 핵심적인 요구조건들 중 하나는 스펙트럼 방사 분포 및 강도의 높은 안정성이다. 종래, 약 20mA의 전형적인 동작 전류를 갖는 표준 LED가 전적으로 사용되어 왔다. 정전력 UF*IF (UF = 순방향 전압 및 IF = 순방향 전류)는 LED가 교정 광원으로서 사용되는데 요구되는 균일한 발광력을 제공한다. 일반적으로, IF를 제공하기 위해 안정한 전류원이 사용된다. 반도체 칩의 횡방향을 따라 강하하는 순방향 전압(UF)은 LED의 커넥터들에서 측정된다. 정전류 IF에서 LED의 순방향 전압 UF는 온도에 의해서만 변화하므로 구성부품의 온도를 조절하는 것에 의해 순방향 전압 UF 및 따라서 그 발광 출력을 안정화하는 것이 가능하다. 일반적으로, LED가 동작하는 동작점은 주변 온도보다 현저히 높은 약 40℃이다. 종래에 사용되는 표준 LED의 경우, 약 40℃의 칩 온도를 유지하기 위해 구성부품을 가열해 주어야 한다. 히팅 리지스터, 히팅 다이오드 등의 형태의 가열소자는 이 안정화를 달성화기 위해 통상 사용된다. 구성부품과 그에 따른 LED 칩은 순방향 전압 UF의 측정 및 그에 따른 가열력의 변경에 의해 일정 온도에 유지된다. 전술한 교정 광원의 결점은 사용되는 표준 LED이 달성할 있는 낮은 발광력에 있다.
람버트 방사 패턴(Lambertian radiation pattern)을 확보하기 위해, LED의 전방에 캡으로서 디퓨저가 배치된다. 디퓨저는 교정 광원을 주변의 영향들로부터 보호하는 외부 하우징 내에 삽입된다.
그러나, 주변 온도도 발광 출력 및 교정 광원에 의해 방사되는 방사 스텍트럼(LED 컬러)에 영향을 준다. 따라서, 종래의 교정 광원에서, 주변 온도의 급격한 변화가 LED 온도의 적극적인 온도 제어에 의해서도 충분히 신속하게 보정될 수 없고, 그 결과 교정 광원의 발광 강도가 원하지 않는 일시적 변화를 겪게 된다.
미국 특허 출원 공개 제 US 2004/0120156 A1 호에는, 무용 조명 또는 유사한 것을 위한 고성능 스포트라이트가 개시되어 있으며, 이 라이트상에 고성능 LED를 갖는 열 전도성 기판은 단열성 지지 요소를 통해 하우징에 기계적으로 결합되어 있다. 고성능 LED에 의해 발생된 열은 기판 내로 통과되고, 지지 요소내의 개구에 마련된 펠티에 소자에 의해 하우징 내부로 전달된다. 기판은 열적으로 단열되어서, 하우징의 내측으로부터 LED로 열적 역류를 방지하고, 하우징 열로부터 LED를 분리시킨다.
미국 특허 출원 공개 제 2008/028271 호에는 조명 광원이 개시되어 있으며, LED에 의해 발생된 열의 발산은, 하우징 내부내로의 인렛(inlet)이 충분히 크다는 사실에 의해 용이해진다. 굴뚝 효과에 의해서, 이들 인렛을 공기 대류 속도는 하우징 내부로의 열교환을 보장하기에 충분히 높다.
본 발명의 목적은 온도 안정성 교정 광원을 제공하는 것이다.
이 목적은 청구항 1에 기재된 주제를 통해 달성된다. 바람직한 실시예들은 종속 청구항들에 기재되어 있다.
본 발명 및 본 발명의 추가의 특징들 및 장점들을 이하의 기재 및 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 교정 광원의 개략도이다.
도 2는 고성능 LED를 둘러싸는 영역 내의 도 1의 확대 단면도이다.
도 3은 온도 제어의 블록도이다.
도 4는 고성능 LED의 다른 실시예의 개략도이다.
도 1은 외부 하우징(4)을 갖는 본 발명에 따른 교정 광원(2)의 개략도이다. 외부 하우징은 전후방의 중공 원통상 하우징 부분(6, 8)을 포함하고, 이들 하우징 부분은 상호 나사체결된다. '전방' 및 '후방'이라 함은 광원에 의해 하우징(4)으로부터 방사되는 광 비임의 방향에 관련되는 표현이다. '광 비임(Light beam)'이라 함은 예를 들면 대응하는 광학적 및/또는 기계적 비임 가이드에 의해 안내되는 적외선, 가시광선 및 자외선 범위의 비임을 의미한다. 전방 하우징 부분(6)은 중앙 개구(12)를 갖는 원형 커버 영역(10)에 의해 폐쇄된다. 폐쇄되는 것이 바람직한 관형 측벽 (및 필요시 반사 내벽) 및 광원에 의해 발생되는 광 비임이 방출하는 전방 광방출 개구(15)를 갖는 강성의 방출 개구 지지 요소(14)가 개구(12)를 통해 돌출한다. 지지 요소(14)의 후방의 개방 단부는 고성능 LED를 위한 기판(22)에 부착되고, 이 기판 내에 LED가 유지된다.
도 1에 도시된 예시적 실시예에서, 디퓨저(16)는 광 방출 개구(15) 내에 배치된다. 디퓨저(16)는 (표면 스캐터에 대비되는) 체적 스캐터로서, 모든 공간 방향에서 가능한 균일하게, 바람직하게는 람버트 방사 패턴으로, 광을 방사한다. 교정 가이드라인에는 디퓨저(16)의 방사 표면에 관한 필요조건들이 기술되어 있다. 다른 예시적 실시예들(도시 생략)에서, 광 방출 개구(15)는 개방되거나 광 비임에 대해 투명한 일부의 다른 재료(예, 가시광 파장 범위의 비임을 위한 유리창)에 의해 차폐될 수도 있다. 디퓨저(16), 개방 구멍 (또는 그 전방의 내부 에지) 또는 투명한 재료는 고성능 LED(18)으로부터 일정 거리에서 방출하는 광 비임을 위한 특정한 개구를 형성하고, 따라서 교정 광원의 방사 특성에 영향을 준다. 더욱, 광학 요소들을 반도체 광원(18)과 광 방출 개구(15)의 사이의 비임 경로 내에 배치할 수 있다.
고성능 또는 고전류 LED(18)는 고전원(통상, 최소 350Ma 이상의 동작 전류 및 예를 들면 1㎜의 칩 에지 길이에서 최소 1 와트 이상)을 갖는 반도체 광원으로서, 이 광원은 수십 밀리루멘(millilumen)에 불과한 종래의 LED에 비해 수 루멘의 비임을 발광할 수 있다. 고성능 LED(18)는 노출계 및 방사계의 교정을 가능하게 하는 충분한 발광력을 제공하는 목적에 사용되는 것이 바람직하다. 그러나, 특히 고성능 LED의 경우의 공급 전력은 일부만이 광으로 변환되고, 나머지는 열로서 발산된다. 고성능 LED의 상당히 높은 전력 밀도로 인해 구성부품은 적극적 또는 소극적 냉각이 필요하다. 더욱, 추가의 열을 제공하는 것에 의해 LED를 안정화하는 것이 더 이상 가능하지 않다.
외부 하우징(4) 및 지지 요소(14)는 매우 낮은 열전도율을 갖는 재료(예를 들면, 적합한 플라스틱)로 제작된다. 디퓨저(16)는 소결 석영 유리로 제작될 수 있고, 이것은 예를 들면 지지 요소(14)의 플라스틱 재료 내에 접착제에 의해 부착된다. 디퓨저(16) 대신에, 또는 이 디퓨저에 추가하여, 유리, 석영 또는 일부의 다른 광학적 투명 재료로 제작되는 광학적 투명창(도시 생략)이 광 방출 개구(15)에 제공될 수 있다. 도시된 유형의 실시예에서, 디퓨저(16)를 유지하는 지지 요소(14)는 개구(12)로부터 약간 전방으로 돌출하거나 커버 영역(10)과 동일면을 이룰 수 있다. 지지 요소(14)의 외벽과 개구(12)의 원형의 내측 에지 사이에는 작은 환형 틈새(13)가 제공되므로 내측 에지는 지지 요소(14)와 접촉하지 않는다. 환형 틈새(13)는 외부의 영향으로부터 외부 하우징(4)의 내부를 밀봉하기 위해 예를 들면 가요성 실리콘 시일에 의해 밀봉될 수 있다. 이것과 별도로, 지지 요소(14)는 예를 들면 열에 관련된 종방향 변화들의 전달을 방지하기 위해 외부 하우징(4)으로부터 기계적으로 분리되어 있다. 따라서, 지지 요소 (14)는 비강제적으로 외부 하우징(4) 내에 삽입되고, 이 외부 하우징(4)에 대해 자유롭게 이동할 수 있다. 환형 틈새(13)는 외부 하우징(4)과 지지 요소(14) 사이의 간격을 형성하고, 이 간격은 단열성 에어 버퍼로 충만된다(필요시, 기계적 분리 및 자유로운 이동이 보장되어 외부 하우징(4)이 지지 요소(14)에 가하는 외력을 무시할 수 있는 경우, 환형 틈새 내의 이 빈 공간은 일부의 다른 단열성 물질로 충만시킬 수 있다). 이 간격의 치수는 예를 들면 주위 온도의 변화에 기인하여 외부 하우징(4)의 종방향 변화가 지지 요소(14)에 영향을 주지 않고, 그 결과 고성능 LED(18)와 결합된 지지 요소(14)가 외부 하우징(4)으로부터 기계적으로 구속되지 않은 상태를 유지하는 치수로 한다.
기계적 분리는 광 방출 개구(15)를 반도체 광원(18)으로부터 일정 거리에 유지시키는 것 및 그 결과 반도체 광원에 의해 방사되는 광속(luminous flux)을 일정하게 유지하는 것을 보장한다. 따라서, 광 방출 개구(15)로부터 반도체 광원(18)까지의 거리는 개구(15)로부터 방출되는 광 비임의 방출각도를 결정하고, 따라서 개구(15)로부터 방출되는 광속을 결정한다. 분명히 지지 요소(14)는 이하에서 상술되는 바와 같이 외부 하우징(4)으로부터 간접적으로 현가된다. 따라서, 기계적 분리는 직접적인 기계적 결합의 방지 및 특히 온도 변화의 경우에 이들 두 요소들 사이의 관련되는 직접적인 힘의 전달의 방지에만 관련된다.
도 2에 도시된 확대 단면도에서, 고성능 LED(18)의 구조 및 장착이 상세히 도시되어 있다. LED 칩(20)은 예를 들면 금속 코어 기판 또는 세라믹 기판과 같은 특수한 열 전도성 기판(22) 상에 지지된다. LED 칩(20) 상에는 디퓨저(16) 및 광 방출 개구(15)의 방향으로 발광된 광을 집속시키는 렌즈(24)가 제공될 수 있다. 본딩 와이어(26)는 LED 칩(20)을 기판(22)에 전기적으로 접속하고, 본딩 와이어로부터 커넥터들(도시 생략)이 교정 광원(2)의 전력 커넥터(도시 생략)에 연결된다. 지지 요소(14)는 그 하단의 접착제 결합을 통해 기판(22)의 상측에 직접 부착된다. 대안으로서, 지지 요소는 그 하단의 내측 에지를 렌즈(24)의 측면 또는 LED의 측면에 부착함으로써 기판(22)에 간접적으로 부착시키거나, 또는 일부의 다른 방법으로 기판(22)에 간접적으로 부착시킬 수 있다. 그 주 목적은 렌즈(24)(또는 렌즈(24)가 제공되어 있지 않은 경우에는 LED 칩(20))와 광 방출 개구(15)의 사이에 일정 간격이 유지되도록 보장하기 위한 것으로서, 이 간격은 교정 광원(2)의 광속과 광강도에 영향을 주기 때문이다.
고성능 LED(18)의 출력 밀도는 표준 LED의 20 내지 50배이므로 본딩 와이어의 접촉 저항이 변화될 수 있다. 그 결과, 고성능 LED(18)의 전원으로서 일반적으로 사용되는 그리고 고성능 LED(18)의 전기 커넥터들을 통해 측정되는 순방향 전압은 일부의 경우에 고성능 LED(18)의 안정화를 위한 제어 변수로서 부적합하다. 온도는 이하에서 상술되는 바와 같이 제어 변수로서 사용되고, 일정치로 안정화된다. 일정한 공급 전류에서, LED 칩(20)의 p/n접합을 통한 순방향 전압의 강하도 일정한 값을 유지하므로 고성능 LED(18)의 전기 출력 및 광학 출력(방출되는 광강도 및 방사 스펙트럼)이 안정화된다. 순방향 전압 UF는 온도 및 전류 IF의 함수이다. 일정한 전류에서 순방향 전압의 전형적인 온도 계수는 약 -1.5 내지 -2.5 mV/K이다. 따라서, 더 높은 온도 및 일정 전류 IF에서, 순방향 전압은 더 낮아진다. 따라서, 광출력은 LED 칩(20)의 칩 온도가 상승함에 따라 감소한다. 또, 그 방사 스펙트럼(컬러)도 변화한다.
전술한 온도 안정화는 고성능 LED(18)을 위한 열 보호로서 작용한다. 수 와트(예, 최대 2A의 동작 전류에서 5W)의 전력에서, 고성능 LED(18)는 높은 발광 효율 및 증가된 소산 에너지(dissipated energy)를 생성하고, 따라서 LED 칩(20)은 현저히 가열된다. 이 소산 에너지는 LED 칩(20)의 작업 수명을 단축화 또는 파손을 방지하기 위해 배출시켜 주어야 한다.
LED 칩(20)의 온도 제어는 구리 지르코늄(또는 열 전도율이 우수한 일부의 다른 재료)으로 제작되는 열 전도율이 우수한 제 1 블록(28)을 통해 달성된다. 이 블록의 전단부는 기판(22)의 하측에 접착제로 부착되고, 후단부는 펠티에 소자(Peltier element; 30)의 냉각측에 부착된다. (예를 들면 수십 와트의 냉각 성능/가열 성능을 가지는) 사용된 제 1 블록(28) 및 펠티에 소자(30)의 높은 열 전도율에 의해 LED 칩(20)은 + 5℃ 내지 + 85℃의 온도 범위, 바람직하게는 응축물의 형성을 회피하기 위해 이슬점을 초과하는 온도, 더 바람직하게는 + 25℃ 내지 + 35℃의 온도 범위, 가장 바람직하게는 약 + 30℃의 원하는 온도로 신속하게 설정될 수 있다. 더욱, 온도 센서(32)는 기판(22)을 지지하는 블록(28)의 표면의 하측에 밀링가공된 중공 공간 내에 삽입된다. 대안으로서, 온도 센서(32)는 LED 칩(20)의 바로 옆의 기판(22)의 상면에 설치할 수도 있다. 온도 센서는 측정된 온도와 LED 칩(20)의 온도가 일치하도록 가능한 한 LED 칩(20)에 근접시켜야 한다.
펠티에 소자(30)의 고온측은 구리 지르코늄(또는 열 전도율이 우수한 일부의 다른 재료)으로 제작된 제 2 블록(34)의 전단부에 접착제에 의해 접합되고, 이 제 2 블록의 후단부 상에는 확대된 열교환 표면을 갖는 히트싱크(36)가 나사 체결된다. 제 2 블록의 후단부는 단열성 홀더(38)에 의해 전방 하우징 부분(6)의 하우징의 내벽에 유지된다. 따라서, 디퓨저(16), 지지 요소(14), 기판(22), LED 칩(20), 제 1 블록(28), 펠티에 소자(30) 및 제 2 블록(34)을 포함하는 전체 장치는 이 홀더(38)에 의해서만 외부 하우징에 연결되고, 이것은 주변 공기로부터 이 장치에 전달되는 열의 양을 현저히 감소시킨다.
히트싱크(36)는 열을 하우징 부분(8)의 후방의 주변 공기로 전달하고, 이 열은 하우징 부분(8)의 후방의 개방 단부에서 전동 팬(40)에 의해 대기로 분산된다. 이 구성은 LED 칩(20)의 소산 에너지를 효과적으로 배출한다.
제 1 블록(28)의 치수는 펠티에 소자에서 발생된 (배출시켜야 하는 수 와트의 소산 에너지에 대응하는) 열을 LED 칩(20)으로부터 일정 거리에 유지시키기 위해 펠티에 소자(30)의 고온측이 LED 칩(20)으로부터 충분히 이격되는 한편 열교환이 충분히 신속하게 발생하도록 펠티에 소자(30)의 고온측이 LED 칩(20)에 충분히 근접하는 치수로 결정된다.
도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이, 온도 센서(32)로부터의 측정 신호는 온도 조절을 위해 측정된 온도와 사전 결정된 온도치(기준치)를 비교하는 (PID) 조절기구(42)로 전송된다. 이 비교의 결과의 함수로서 조절기구(42)는 펠티에 소자(30)에 공급되는 전력을 가감한다. 이것을 달성하기 위해, 온도 센서(32) 및 펠티에 소자(30)는 커넥터(도시 생략)를 통해 조절기구(42)에 전기적으로 접속된다. 조절기구(42)의 조절 파라메터는 예를 들면 0.01℃의 조절 정밀도가 가능하도록 특정된다.
고성능 LED(18)가 낮은 열 전도율을 갖는 플라스틱 하우징(4) 내에 수용되므로 주변 온도 변화는 적절한 정밀도 및 속도로 조절이 수행되도록 충분히 감쇄된다. 이와 같은 하우징이 없는 경우, LED 칩(20)으로부터 펠티에 소자(30) 사이의 냉각 경로는 너무 느려서 파괴적인 영향을 신속하게 무효화시킬 수 없다. 광 방출 개구(15)(및 디퓨저(16))는 기계적 및 열적으로 외부 하우징(4)으로부터 분리되어 있고, 또 LED 칩(20) 상에 강고하게 장착되어 있으므로, 외부 하우징(4)의 길이의 온도 관련 변화는 광 방출 개구(15)(및 디퓨저(16)) 및 고성능 LED(18) 사이의 거리에 영향을 주기 않고, 따라서 교정 광원(2)에 의해 방출되는 광속에 영향을 주지 않는다. 그 결과, 20℃ - 30℃의 주변 온도에서 요구되는 0.1% 미만의 광속 안정성이 달성될 수 있다. 지지 요소(14)는 외부 하우징(4)으로부터 현가되고, 그 결과 이들 두 요소의 사이의 힘의 흐름은 기판(22), 제 1 블록(28), 펠티에 소자(30), 제 2 블록(34) 및 히트싱크(36)를 통과한다.
이와 같은 방법으로 안정되는 광원은 다양한 측광치 및 방사 계측치를 위한 전송 표준으로서 사용될 수 있다. 전형적인 값으로는 전광속(total luminous flux), 전방사 강도(total radiant power), 평균 LED 강도/CIE 127:2007이 있다.
도 4는 임의의 원하는 컬러를 생성하기 위해 컬러가 혼합될 수 있는 3개의 상이한 컬러의 고성능 LED 소자(44) 및 온도 센서(32)를 포함하는 기판(22) 상에 배열되는 칩 어레이(46)의 형태의 고성능 LED(18)의 다른 실시예를 도시한다.
고성능 LED(18) 대신 표준 LED나 고휘도 LED도 사용될 수 있다. 이 경우 펠티에 소자(30)는 LED의 온도를 주변 온도보다 높은 예를 들면 40℃의 일정치까지 가열할 수 있다. 펠티에 소자(30) 대신, LED는 저항 가열 소자로서 배열되는 본딩 와이어를 통해 직접 가열될 수도 있다. 대안으로서, 적극적인 온도 안정화가 전혀 제공되지 않는다. 이 경우, 온도는 일정 순방향 전압 UF에 도달하면 특정 시간 후에 온도치에 무관하게 자체적으로 안정화된다. 소모되는 전력, 따라서 방출되는 광 출력 및 소산되는 전력도 안정화된다. 기술된 정전류의 대안으로서, LED는 가변전류로 동작시킬 수도 있다. 이 경우, 전류를 변조시키면 온도 변화가 발생한다. LED에는 주기적으로 온오프 절환되는 고 펄스 전류가 공급될 수 있다. OLED(유기발광 다이오드) 또는 반도체 레이저도 반도체 광원으로서 사용될 수 있다.
출원인은 정전류에서 고성능 LED(18)를 갖는 교정 광원의 온도 안정화의 개념에 대해 광 방출 개구(15)를 외부 하우징(4)으로부터 분리시키는 개념과 무관한 별도의 보호책을 강구할 권리를 보유한다.

Claims (16)

  1. 교정 광원에 있어서,
    개구(12)를 갖는 하우징(4)과,
    상기 하우징(4) 내에 유지되는 기판(22)과,
    광 비임을 발생하기 위해 상기 기판(22)에 의해 유지되는 반도체 광원(18)과,
    상기 반도체 광원(18)에 의해 발생되는 광 비임이 통과하여 상기 하우징(4)의 외부로 방사되게 하는 개구의 기능을 하는 광 방출 개구(15)를 상기 개구(12)의 영역에 갖는 방출 개구 지지 요소(14)와,
    상기 반도체 광원(18)을 냉각시키기 위해 상기 기판(22)에 연결되고 상기 하우징(4) 내에 유지되는 능동 냉각 장치(30)와,
    상기 하우징(4) 내에 유지되며, 상기 냉각 장치(30)의 냉각측을 상기 기판(22)에 연결하여 상기 반도체 광원(18)으로부터 상기 냉각 장치(30)로 열을 이동시키는 제 1 열 전도성 연결 요소(28)와,
    단열 홀더(38)에 의해 상기 하우징(4) 내에 유지되고 상기 냉각 장치(30)의 고온측에 연결되는 제 2 열 전도성 연결 요소(34)를 포함하고,
    방출 개구 지지 요소(14), 반도체 광원(18), 기판(22), 능동 냉각 장치(30), 제 1 열 전도성 연결 요소(28), 및 제 2 열 전도성 연결 요소(34)로 이루어진 어셈블리의 전체가 상기 단열 홀더(38)만을 통해서 상기 하우징(4)에 연결되고,
    상기 방출 개구 지지 요소(14), 반도체 광원(18), 기판(22), 능동 냉각 장치(30) 및 제 1 열 전도성 연결 요소(28)는 상기 하우징(4)으로부터 기계적 및 열적으로 분리되고, 상기 방출 개구 지지 요소(14)는 상기 기판(22)에 부착되며,
    상기 방출 개구 지지 요소(14)의 측벽과 상기 개구(12)의 내부 에지 사이에는 상기 내부 에지와 상기 방출 개구 지지 요소(14)가 서로 접촉함이 없이 상기 하우징(4)이 열팽창할 수 있게 하는 틈새가 마련되고,
    상기 방출 개구 지지 요소(14)는 상기 하우징(4)에 대해서 자유로이 이동할 수 있는
    교정 광원.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 방출 개구(15)는 디퓨저(16)를 포함하는
    교정 광원.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 광원(18)은 LED를 포함하는
    교정 광원.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 장치(30)로부터 먼 쪽에 있는 상기 제 2 열 전도성 연결 요소(34)의 단부에 부착되며, 상기 열을 주변 공기로 분산하기 위해 확대된 열 교환 표면을 갖는 히트싱크(36)와,
    가열된 주변 공기를 상기 히트싱크(36)로부터 배출시키는 팬(40)을 더 포함하는
    교정 광원.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징(4) 및 상기 방출 개구 지지 요소(14)는 단열 특성을 갖는 재료로 제작되는
    교정 광원.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 광원(18)의 온도를 측정하기 위해 상기 반도체 광원(18)의 근접부에 배열되는 온도 센서(32)와,
    상기 온도 센서(32)에 의해 측정된 온도의 함수로서 상기 능동 냉각 장치(30)에 공급되는 전력을 조절하기 위한 온도 조절기구(42)를 더 포함하는
    교정 광원.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 반도체 광원(18)에 정전류를 공급하기 위한 정전류 공급원을 더 포함하고,
    상기 온도 조절기구(42)는 상기 온도를 고정된 특정치의 상수로 유지하도록 설정되는
    교정 광원.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 반도체 광원(18)은 상기 온도 센서(32)를 갖는 칩 어레이(46) 상에 배열되는 복수의 LED(44)를 포함하는
    교정 광원.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 능동 냉각 장치(30)는 펠티에 소자를 포함하는
    교정 광원.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 방출 개구 지지 요소(14)는 폐쇄된 측벽 및 개방된 광 방출 개구(15)를 갖는 중공체인
    교정 광원.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 틈새는 밀봉되는
    교정 광원.
  15. 제 1 항에 있어서,
    광학적으로 투명한 재료로 제작된 광학적으로 투명한 창이 광 방출 개구(15) 내에 마련되는
    교정 광원.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 광학적으로 투명한 재료는 유리 또는 석영인
    교정 광원.
KR1020117028066A 2009-05-26 2010-05-18 교정 광원 KR101577490B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009022611A DE102009022611B4 (de) 2009-05-26 2009-05-26 Kalibrierstrahlungsquelle
DE102009022611.7 2009-05-26

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120018175A KR20120018175A (ko) 2012-02-29
KR101577490B1 true KR101577490B1 (ko) 2015-12-14

Family

ID=42671835

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020117028066A KR101577490B1 (ko) 2009-05-26 2010-05-18 교정 광원

Country Status (9)

Country Link
US (1) US8998453B2 (ko)
EP (1) EP2435808B8 (ko)
JP (1) JP5731487B2 (ko)
KR (1) KR101577490B1 (ko)
CN (1) CN102449446B (ko)
DE (1) DE102009022611B4 (ko)
HU (1) HUE032828T2 (ko)
TW (1) TWI529342B (ko)
WO (1) WO2010136140A1 (ko)

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009022611B4 (de) 2009-05-26 2012-03-08 Instrument Systems Optische Messtechnik Gmbh Kalibrierstrahlungsquelle
DE102011004811A1 (de) * 2011-02-28 2012-08-30 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen von Licht mit hoher Lichtintensität
US8754593B2 (en) 2011-05-02 2014-06-17 Tyco Electronics Corporation Light emitting diode assembly having active cooling
US9549440B2 (en) * 2012-05-29 2017-01-17 Vektrex Electronic Systems, Inc. Solid-state auxiliary lamp
CN103672475B (zh) * 2012-09-20 2017-10-24 欧司朗股份有限公司 照明装置及其制造方法
RU2642128C2 (ru) 2012-12-26 2018-01-24 Конинклейке Филипс Н.В. Светочувствительная система и способ калибровки светочувствительного устройства
US9526150B1 (en) * 2013-04-02 2016-12-20 Kla-Tencor Corporation LED calibration standard having fast stabilization and lasting stability
DE102013207479B3 (de) * 2013-04-24 2014-10-02 Bundesdruckerei Gmbh Verfahren zur schnellen Bestimmung der absoluten Lumineszenzintensität
EP2886936A1 (de) * 2013-12-23 2015-06-24 odelo GmbH Leuchtmittel und hiermit ausgestattete Kraftfahrzeugleuchte
CN104279518B (zh) * 2013-12-30 2017-03-29 漳州立达信灯具有限公司 Led灯组装方位矫正装置和led灯组装方位矫正方法
EP2908609A1 (de) * 2014-01-27 2015-08-19 odelo GmbH Leuchtmittel und hiermit ausgestattete Kraftfahrzeugleuchte sowie Verfahren zu deren Betrieb
JP6578470B2 (ja) * 2014-08-18 2019-09-25 国立大学法人 東京大学 画像表示方法、画像表示プログラム、画像表示装置、および画像表示物
GB2540000A (en) 2015-04-23 2017-01-04 Horiba Ltd Radiation detector and radiation detection apparatus
CN105021291B (zh) * 2015-08-07 2018-06-01 广州赛西标准检测研究院有限公司 Led模块热学接口测量系统及其测量方法
JP6296024B2 (ja) * 2015-08-28 2018-03-20 日亜化学工業株式会社 半導体レーザ装置
RU2630857C1 (ru) * 2016-04-20 2017-09-13 Федеральное государственное унитарное предприятие "ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ" (ФГУП "ВНИИОФИ") Эталонный источник лазерного излучения для калибровки измерителей мощности
US11064582B1 (en) 2017-07-21 2021-07-13 Lumileds Llc Method of controlling a segmented flash system
JP6681967B2 (ja) * 2018-12-19 2020-04-15 国立大学法人 東京大学 画像表示方法、画像表示プログラム、および画像表示装置
WO2020135957A1 (en) * 2018-12-27 2020-07-02 ams Sensors Germany GmbH Compensation of temperature effects in a sensor system
US20230145676A1 (en) * 2020-08-18 2023-05-11 Mitsubishi Electric Corporation Infrared sensor device
DE102021134127A1 (de) 2021-12-21 2023-06-22 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Leuchtensystem sowie Strahlungssensorsystem mit Leuchtensystem

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6179465B1 (en) * 1996-03-28 2001-01-30 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for infrared pyrometer calibration in a thermal processing system using multiple light sources
GB2329756A (en) * 1997-09-25 1999-03-31 Univ Bristol Assemblies of light emitting diodes
DE19839088B4 (de) 1998-08-27 2006-08-03 Avalon Photonics Ltd. Vorrichtung und Verfahren zur Temperaturstabilisierung einer Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung
JP2002101274A (ja) * 2000-09-26 2002-04-05 Fuji Photo Film Co Ltd 光源装置、画像読取装置及び画像読取方法
JP3423304B1 (ja) * 2001-11-09 2003-07-07 シーシーエス株式会社 光照射装置及び光照射ユニット
EP1512180A2 (en) 2002-03-26 2005-03-09 Enfis Limited Cooled light emitting apparatus
US7111961B2 (en) * 2002-11-19 2006-09-26 Automatic Power, Inc. High flux LED lighting device
US6964501B2 (en) * 2002-12-24 2005-11-15 Altman Stage Lighting Co., Ltd. Peltier-cooled LED lighting assembly
JP2005072218A (ja) 2003-08-25 2005-03-17 Tdk Corp 発光素子の温度管理方法および管理装置、および照明装置
JP2005149943A (ja) * 2003-11-17 2005-06-09 Seiko Epson Corp 光源装置及びこれを用いたプロジェクタ
US7095187B2 (en) * 2004-01-20 2006-08-22 Dialight Corporation LED strobe light
DE102004035786B4 (de) 2004-03-23 2010-04-01 Koenig & Bauer Aktiengesellschaft Inline-Inspektionssysteme
US7628507B2 (en) * 2004-06-04 2009-12-08 The United States of America as represented by the Secretary of Commerce, the National Institute of Standards and Technology Radiance output and temperature controlled LED radiance source
DE102004047682A1 (de) 2004-09-30 2006-04-06 Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH LED-Array
WO2006066459A1 (fr) * 2004-12-23 2006-06-29 Beijing Yuande Bio-Medical Engineering Co., Ltd. Source de lumiere standard pour un compteur a photon unique
CN101147270B (zh) 2005-03-24 2010-05-26 京瓷株式会社 发光装置
CN100510659C (zh) * 2005-07-26 2009-07-08 潘建根 一种led光源结点温度的控制方法及制得的led校准光源
DE102005058884A1 (de) 2005-12-09 2007-06-14 Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH Leuchtdiodenmodul, Verfahren zur Herstellung eines Leuchtdiodenmoduls und optische Projektionsvorrichtung
JP4841284B2 (ja) * 2006-03-28 2011-12-21 京セラ株式会社 発光素子用配線基板ならびに発光装置
KR101555894B1 (ko) * 2007-05-04 2015-09-30 코닌클리케 필립스 엔.브이. 열 관리를 위한 ｌｅｄ 기반 설비들 및 관련 방법들
US20080295522A1 (en) * 2007-05-25 2008-12-04 David Allen Hubbell Thermo-energy-management of solid-state devices
DE102009022611B4 (de) 2009-05-26 2012-03-08 Instrument Systems Optische Messtechnik Gmbh Kalibrierstrahlungsquelle

Also Published As

Publication number Publication date
CN102449446A (zh) 2012-05-09
TW201100714A (en) 2011-01-01
JP5731487B2 (ja) 2015-06-10
DE102009022611B4 (de) 2012-03-08
EP2435808A1 (de) 2012-04-04
TWI529342B (zh) 2016-04-11
EP2435808B8 (de) 2017-02-22
CN102449446B (zh) 2014-08-06
JP2012528302A (ja) 2012-11-12
WO2010136140A1 (de) 2010-12-02
KR20120018175A (ko) 2012-02-29
HUE032828T2 (en) 2017-11-28
EP2435808B1 (de) 2016-11-16
DE102009022611A1 (de) 2011-01-13
US8998453B2 (en) 2015-04-07
US20120140472A1 (en) 2012-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101577490B1 (ko) 교정 광원
US7628507B2 (en) Radiance output and temperature controlled LED radiance source
KR100969907B1 (ko) Ｌｅｄ 조명 기구
TWI500880B (zh) 發光裝置及冷卻發光裝置的方法
RU2583901C2 (ru) Осветительное устройство
US20080136331A1 (en) Light-Emitting Element Light Source and Temperature Management System Therefor
US9024535B2 (en) Stabilized light source having luminance feedback control
RU2010118617A (ru) Сборное осветительное устройство на основе сид для общего освещения
JP2007281471A (ja) 半導体光放射線源ならびに光硬化装置
US20130155674A1 (en) Light-emitting device lamp
US20090168126A1 (en) Light Emitting Unit, Lighting Apparatus and Image Reading Apparatus
CN114145081A (zh) 无线可控照明装置
JP2014154230A (ja) ランプ装置、発光装置および照明装置
KR20190091114A (ko) 온도에 따라 개폐가 가능한 개폐부를 구비한 led 조명기구
US9506622B2 (en) Illumination device with carrier and envelope
JP2008153529A (ja) 光送信器
KR20090008634U (ko) 엘이디 조명장치
US8686642B2 (en) Stabilized high brightness LED suitable as calibration standard
KR101473650B1 (ko) 온도 조절이 가능한 고속 전송용 레이저 다이오드
JP2020140937A (ja) 放熱機構および車両用灯具
KR101067120B1 (ko) 발광다이오드 접합부의 온도 저감 장치
KR101170937B1 (ko) 광통신용 광모듈
JP2004296805A (ja) 光送信器
KR20090073601A (ko) 백색 발광 조명장치
CN110715729A (zh) 一种光源强度标准灯及其用途

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191224

Year of fee payment: 5