KR20190065815A - Optical power measurement system using thermocouple and operating method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 열전대를 이용한 광출력 측정 시스템 및 그것의 동작 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an optical output measurement system using a thermocouple and an operation method thereof.
LED(light emitting diode)는 친환경적인 소자 특성과 함께 고에너지 효율 및 기존 광원대비 높은 시인성으로 인해 일반 조명기구부터 차량용 헤드 램프 광원까지 빠르게 개발 및 적용되고 있다. 이러한 광원소자의 개발에 있어 광원의 광출력 및 발열량과 이로 인한 광원 패키지의 온도 분포 변화는 대상 광원의 성능과 매우 밀접한 관련이 있으며 광출력과 패키지 온도 측정은 중요한 개발 과정 중 하나이다. 원소자의 열-구조 설계 측면에서 광출력 데이터와 광원 소자의 발열량에 의한 온도변화 데이터는 필수적이며, 종래기술에서는 두 데이터의 측정을 위해 적분구(integrating sphere)와 열전대(thermocouple) 및 IR(infrared; 적외선) 카메라를 각각 따로 사용하기 때문에 측정을 위한 장비의 구성이 복잡해지고 활용도가 떨어진다. 또한, 측정 장비의 구성 중 열전대를 제외한 적분구 및 IR카메라의 경우, 측정데이터의 수준에 비해 매우 고가의 가격이 요구되기 때문에 해당 데이터의 측정에 있어서는 해당 측정 장비의 경제성이 매우 떨어진다.LEDs (light emitting diodes) are developed and applied rapidly from general lighting devices to automotive headlamp light sources due to their high energy efficiency and high visibility compared to existing light sources, along with environmentally friendly device characteristics. In the development of such a light source device, the light output and the heat output of the light source and the temperature distribution change of the light source package are closely related to the performance of the target light source, and the light output and the package temperature measurement are important development processes. In view of the thermal structure design of the element, the optical output data and the temperature change data due to the calorific value of the light source element are essential. In the prior art, integrating sphere, thermocouple and infrared (IR) Infrared) cameras are used separately, the configuration of the equipment for measurement becomes complicated and the utilization is low. Also, in the case of integrating spheres and IR cameras except for the thermocouple, the cost of the measurement equipment is very expensive compared to the level of the measurement data, and therefore the economical efficiency of the measurement equipment is very low in the measurement of the data.
본 발명의 목적은 신규한 광출력 측정 시스템 및 그것의 동작 방법을 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to provide a novel optical output measurement system and a method of operation thereof.
본 발명의 실시 예에 따른 광출력 측정 시스템은, 광원 소자로부터 광에너지 및/혹 열에너지를 전달받는 복사형 열전대; 상기 복사형 열전대를 이용하여 전압을 측정하는 전압계; 및 상기 전압계의 출력 전압을 신호 처리하는 신호 처리 장치를 포함하고, 상기 신호 처리 장치는, 상기 광원 소자가 턴-온 될 때 측정된 제 1 전압과 상기 광원 소자가 턴-오프 될 때 측정된 제 2 전압 사이의 전압 차이를 계산하고, 상기 출력 전압과 상기 전압 차이를 이용하여 상기 광원 소자의 광출력 및 표면 온도를 동시에 추정할 수 있다.An optical output measurement system according to an embodiment of the present invention includes a radiation type thermocouple that receives optical energy and / or thermal energy from a light source device; A voltmeter for measuring a voltage using the radiation type thermocouple; And a signal processing device for signal-processing the output voltage of the voltmeter, wherein the signal processing device comprises: a first voltage measured when the light source device is turned on and a second voltage measured when the light source device is turned off; 2 voltage of the light source device, and simultaneously estimating the light output and the surface temperature of the light source device using the output voltage and the voltage difference.
실시 예에 있어서, 상기 광원 소자는 LED(light emitting diode) 혹은 LD(laser diode)을 포함할 수 있다.In an embodiment, the light source device may include a light emitting diode (LED) or a laser diode (LD).
실시 예에 있어서, 상기 복사형 열전대는, 제 1 금속; 상기 제 1 금속과 다른 제 2 금속; 상기 일측면에 상기 제 1 금속이 연결되고, 상기 일측면의 대향면에 상기 제 2 금속이 연결되는 용접 비드; 및 상기 용접 비드를 부착시키는 금속 박판을 포함할 수 있다.In an embodiment, the radiative thermocouple comprises a first metal; A second metal different from the first metal; A welding bead in which the first metal is connected to the one side and the second metal is connected to the opposite side of the one side; And a metal foil for attaching the weld bead.
실시 예에 있어서, 상기 용접 비드와 상기 금속 박판은 열 접착제에 의해 부착될 수 있다.In an embodiment, the weld bead and the thin metal plate may be attached by a thermal adhesive.
실시 예에 있어서, 상기 신호 처리 장치는 상기 전압 차이와 상기 광원 소자의 광출력은 교정 계수들에 의해 선형적인 관계를 가질 수 있다.In the embodiment, the voltage difference and the optical output of the light source device may have a linear relationship by the calibration coefficients.
본 발명의 실시 예에 따른 열전대를 이용한 광출력 측정 시스템의 동작 방법은: 복사형 열전대를 이용하여 광원 소자에 대응하는 전압을 측정하는 단계; 상기 측정된 전압에 대하여 신호 처리를 수행하는 단계; 및 상기 신호 처리된 전압으로부터 상기 광원 소자의 광출력 및 표면 온도를 동시에 산출하는 단계를 포함할 수 있다.A method of operating an optical output measurement system using a thermocouple according to an embodiment of the present invention includes: measuring a voltage corresponding to a light source element using a radiation type thermocouple; Performing signal processing on the measured voltage; And simultaneously calculating the light output and the surface temperature of the light source device from the signal-processed voltage.
실시 예에 있어서, 상기 복사형 열전대는, 제 1 금속; 상기 제 1 금속과 다른 제 2 금속; 상기 일측면에 상기 제 1 금속이 연결되고, 상기 일측면의 대향면에 상기 제 2 금속이 연결되는 용접 비드; 및 상기 용접 비드를 부착시키는 금속 박판을 포함할 수 있다.In an embodiment, the radiative thermocouple comprises a first metal; A second metal different from the first metal; A welding bead in which the first metal is connected to the one side and the second metal is connected to the opposite side of the one side; And a metal foil for attaching the weld bead.
실시 예에 있어서, 상기 광원 소자를 온/오프 시키면서 전압 차이를 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include calculating a voltage difference while turning on / off the light source device.
실시 예에 있어서, 상기 광원 소자의 광출력과 상기 전압 차이는 선형회귀 특성을 가질 수 있다.In an embodiment, the light output of the light source device and the voltage difference may have a linear regression characteristic.
실시 예에 있어서, 상기 신호 처리를 수행하는 단계는, 상기 측정된 전압을 열 에너지에 의한 전압과 광 에너지에 의한 전압으로 구분하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, performing the signal processing may include dividing the measured voltage into a voltage by thermal energy and a voltage by light energy.
본 발명의 실시 예에 따른 광출력 측정 시스템 및 그것의 동작 방법은, 열전대를 이용하여 광 소자의 온도와 광출력을 동시에 측정함으로써, 기존의 측정 장비보다 활용도를 높이고, 저가의 센서 구조로 구성함으로써 구현시 경제성을 향상시킬 수 있다.The optical output measurement system and the method of operating the same according to the embodiment of the present invention can measure the temperature and optical output of an optical element simultaneously by using a thermocouple to increase the utilization rate of the existing measurement instrument and configure it with a low- It is possible to improve the economical efficiency in implementation.
이하에 첨부되는 도면들은 본 실시 예에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 실시 예들을 제공한다. 다만, 본 실시예의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시 예로 구성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 광출력 측정 시스템(100)을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 복사형 열전대(120)를 제조하는 과정을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 광파워 출력에 따른 LED 온/오프시 온도 차이를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 광출력 측정 시스템(100)의 과도 응답 비교를 예시적으로 보여 주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 광출력 측정 시스템(100)의 광출력 교정 계수 정의를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 광출력 측정 시스템(100)의 동작 방법을 예시적으로 보여주는 흐름도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the invention and are incorporated in and constitute a part of this application, illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention. However, the technical features of the present embodiment are not limited to the specific drawings, and the features disclosed in the drawings may be combined with each other to constitute a new embodiment.
1 is an exemplary illustration of an optical
FIG. 2 is a view illustrating a process of manufacturing the
FIG. 3 is a diagram illustrating an exemplary temperature difference during LED on / off according to optical power output.
4 is an exemplary illustration of a transient response comparison of an optical
5 is an exemplary illustration of an optical output calibration coefficient definition of an optical
6 is a flow chart illustrating an exemplary method of operating the optical
아래에서는 도면들을 이용하여 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 내용을 명확하고 상세하게 기재할 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features and advantages of the present invention will be more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 혹은 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.The terms may be used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.
구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 혹은 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Other expressions that describe the relationship between components, such as "between" and "between" or "neighboring to" and "directly adjacent to" should be interpreted as well. The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
본 출원에서, "포함하다" 혹은 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 혹은 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 혹은 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 혹은 이들을 조합한 것들의 존재 혹은 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.In this application, the terms "comprises" or "having" are intended to specify the presence of stated features, integers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof, wherein one or more other features, , Steps, operations, components, parts, or combinations thereof, as a matter of course. Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be construed as meaning consistent with meaning in the context of the relevant art and are not to be construed as ideal or overly formal in meaning unless expressly defined in the present application .
본 발명의 실시 예에 따른 광출력 측정 시스템은 열전대(thermocouple)을 이용하여 광출력을 측정할 수 있다. 일반적인 온도 측정용 단일 열전대 및 광출력 측정을 위한 적분구와 달리, 본 발명의 실시 예에 따른 광출력 측정 시스템은, 광출력이 측정 가능한 열전대에서 금속판을 이용하여 온도 및 빛에 의한 센서 신호를 함께 획득하기 때문에 광원소자의 온도 및 광출력의 측정을 용이하게 수행할 수 있다. 아래에서는 본 발명의 광출력 측정 시스템의 센서 신호의 분석, 센서의 구조, 온도 및 광출력의 추정방법 등을 설명하도록 하겠다.The optical output measurement system according to the embodiment of the present invention can measure light output using a thermocouple. Unlike a single thermocouple for general temperature measurement and an integrating sphere for optical output measurement, the optical output measurement system according to the embodiment of the present invention acquires both temperature and light sensor signals using a metal plate in a thermocouple capable of measuring optical output The temperature and the light output of the light source element can be easily measured. Hereinafter, an analysis of a sensor signal, a structure of a sensor, a method of estimating a temperature and an optical output of the optical output measurement system of the present invention will be described.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 광출력 측정 시스템(100)을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 광출력 측정 시스템(100)은 광원 소자(110), 복사형(radiation type) 열전대(120), 전압계(130) 및 신호 처리 장치(140)를 포함할 수 있다.1 is an exemplary illustration of an optical
광원 소자(110)는 광원을 조사하도록 구현될 수 있다. 실시 예에 있어서, 광원 소자(110)는 LED(light emitting diode) 일 수 있다.The
복사형 열전대(120)는 광원 소자(110)로부터 광에너지 혹은 열에너지를 수신하도록 구현될 수 있다. 복사형 열전대(120)는 제 1 금속(121), 제 2 금속(122), 용접 비드(weld bid; 123), 및 금속 박판(124)를 포함할 수 있다. 여기서\금속 박판(124)은 광원 소자(110)의 광에너지 및/혹은 열에너지를 받을 수 있다. 실시 예에 있어서, 용접 비드(123)은 금속 박판(124)에 부착될 수 있다.The
실시 예에 있어서, 복사형 열전대(120)는 용접 비드(122)의 법선 방향으로 부착될 수 있다. 실시 예에 있어서, 복사형 열전대(120)가 부착된 용접 비드(122)의 부착면에 대향하는 금속 박판(124)의 반대면은 광에너지와 열에너지가 전달되도록 구현될 수 있다.In an embodiment, the
일반적인 단일 열전대의 경우, 센서를 구성하고 있는 두 도체의 종류에 따라 같은 온도차에 의해 발생되는 기전력(seebeck voltage)의 크기가 다르다. 상용되는 열전대의 타입에 따라 정해진 제백 계수(seebeck coefficient)와 측정된 기전력을 이용해 측정점의 온도 계산이 가능하다. 또한, 열전대 두 도선의 작은 용접 비드(123)의 면적에 의해 발생하는 미세한 측정거리 차이에도 온도 측정 결과가 크게 발생하는 현상을 억제하기 위해, 열전대의 끝에 금속 박판(124)을 부착하는 복사형 열전대(120)를 사용할 수 있다.In the case of a single thermocouple, the magnitude of the seebeck voltage generated by the same temperature difference differs depending on the type of the two conductors constituting the sensor. It is possible to calculate the temperature of the measuring point by using the measured see-through coefficient and the measured electromotive force according to the type of the commonly used thermocouple. In addition, in order to suppress the phenomenon that a temperature measurement result largely occurs even in a small measurement distance difference caused by the area of the
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 복사형 열전대(120)를 제조하는 과정을 예시적으로 보여주는 도면이다. 우선적으로 이종 금속(제 1 금속(121), 제 2 금속(122))을 용접 비드(123)에 용접함으로써 일반적인 열전대가 제작될 수 있다. 실시 예에 있어서, 제 1 금속(121)은 크롬이고, 제 2 금속(122)은 알루미늄 일 수 있다. 하지만, 본 발명의 금속의 종류가 여기에 제한되지 않는다고 이해되어야 할 것이다.FIG. 2 is a view illustrating a process of manufacturing the
이 후에, 제작된 열전대를 금속 박판(124)의 일측면에 부착시킬 수 있다. 실시 예에 있어서, 열전대의 용접 비드(123)는 금속 박판(124)의 일측면에 열 접착제(thermal adhesive)를 이용하여 영구적으로 부착될 수 있다. 이로써 복사형 열전대(120)이 제조될 수 있다.Thereafter, the manufactured thermocouple can be attached to one side of the
도 3은 광파워 출력에 따른 광원 소자의 온/오프시 온도 차이를 예시적으로 보여주는 도면이다. 복사형 열전대(120)를 광원 소자의 온도측정에 사용하였을 경우, 센서 신호의 과도응답 결과에 대한 그래프와 실제 LED의 광원 유·무에 따른 신호 크기의 차이와 광출력 간의 관계가 나타난다. 광파워에 따른 LED 온/오프시 온도 차이에 관련된 관계를 추정할 수 있다.FIG. 3 is a diagram illustrating an exemplary temperature difference between on / off states of a light source device according to an optical power output. When the
복사형 열전대(120)를 사용하여 LED의 발광 시 온도를 측정할 경우, 측정부의 온도와 시트가 흡수한 광에너지에 의해 변화한 온도가 더해져 측정될 수 있다. LED를 발광시킨 상태(LED On)에서의 온도와 소등 후 2초 뒤(LED Off)의 온도 차를 LED의 광출력에 따라 확인해 보았을 때, 선형적인 관계가 있다.When the radiation temperature of the LED is measured using the
LED의 온/오프시 온도 차이와 광파워 사이의 관계를 선형 회귀 분석함으로써, 시트 표면에서의 광흡수에 의한 온도 상승 효과를 센서 별로 수식화 가능하다. 광흡수에 의한 온도상승 효과와 실제표면의 온도는 간단한 신호 처리로 분리 평가될 수 있다.By linearly regression analysis of the relationship between the temperature difference and the optical power when the LED is on / off, the effect of temperature increase due to light absorption on the sheet surface can be formulated for each sensor. The effect of temperature rise by light absorption and the actual surface temperature can be evaluated separately by simple signal processing.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 광출력 측정 시스템(100)의 과도 응답 비교를 예시적으로 보여 주는 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 광출력 측정 시스템(100)에서 LED의 온/오프에 따른 전압 차이를 예시적으로 보여준다. LED가 턴-온 될 때 측정된 제 1 전압과 LED가 턴-오프 될 때 측정된 제 2 전압 사이의 전압 차이(ΔV)가 도시 된다.4 is an exemplary illustration of a transient response comparison of an optical
도 4에 도시된 바와 같이, 과도 응답 결과에서, 광에너지를 발산하고 있는 광원 소자(110)의 발광부에서 복사형 열전대(120)를 이용하여 측정을 수행할 경우, 측정부의 실제 온도 변화에 금속 박판(124)이 광에너지를 흡수하여 변화한 시트의 온도가 추가될 수 있다. 이 때문에, 측정부가 같은 온도일 때, 광원이 비추고 있을 조건에서 더 높은 센서 측정값을 보이는 것을 알 수 있다. 즉, 열에 의한 전압(Vthermal) 보다 측정 전압(Vmeasure)이 ΔV 만큼 높다. 4, in the transient response result, when measurement is performed using the
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 광출력 측정 시스템(100)의 광출력 교정 계수 정의를 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 광출력 측정 시스템(100)에서 LED의 광원 유/무에 따른 신호 크기(전압) 차이와 광 출력 사이의 관계를 예시적으로 보여준다. 5 is an exemplary illustration of an optical output calibration coefficient definition of an optical
본 발명의 실시 예에 따른 광출력 측정 시스템(100)은, 시트형 복사형 열전대(120)가 광원 측정부의 온도변화에 의한 기전력과 광에너지를 흡수하여 변화한 시트의 온도에 의한 기전력을 모두 측정하는 현상을 활용하여, 광출력(P)의 변화에 따른 광원의 유·무 조건 간 센서 측정값의 차이(
수학식 1과 같이 복사형 열전대(120) 센서의 광원의 유/무 조건 사이에서 센서 측정값의 차이에 대한 광출력 교정 계수(av, bv)를 미리 정의한 뒤, 센서로 측정된 전체 전압 신호(Vmeasure)는 수학식 2와 수학식 3 이용해 광출력에 의한 센서 신호(ΔVoptical)와 온도에 의한 센서 신호(ΔVthermal)로 분리될 수 있다. 이로써, 하나의 측정 신호 데이터를 이용해 온도와 광출력의 측정 데이터가 동시에 추정될 수 있다.(A v , b v ) for the difference in the measured value of the sensor between the presence / absence of the light source of the
일반적인 열전대와 적분구는 온도와 광출력의 측정을 각각 수행하였다. 그러나 LED(light emitting diode) 및 LD(laser diode)와 같은 산업용 광원 소자는 소자 자체의 개발 및 소자를 활용한 제품의 개발과정에서 온도와 광출력의 합을 동시에 측정해야 하는 경우가 많다. 특히 적분구의 경우 단순히 광출력의 합만을 측정하기에는 매우 고가의 정밀 장비이다. 따라서, 광출력의 측정이 가능한 열전대를 사용할 경우, 광소자의 온도와 광출력이 동시에 측정 가능하여 기존의 측정 장비보다 활용도가 높고, 저가의 센서 구조로 구성 되어 있어 매우 경제적이다. 이러한 하나의 센서로 광출력과 온도측정이 동시에 가능한 특징은 기존의 온도측정 센서 및 광출력 측정 시스템에서는 존재하지 않았던 기능이기 때문에, 관련 시장의 큰 전환점이 될 것을 예상된다.General thermocouples and integrals were measured for temperature and light output, respectively. However, industrial light source devices such as LED (light emitting diode) and LD (laser diode) are often required to simultaneously measure the sum of temperature and light output during the development of the device itself and the development of products utilizing the devices. Especially, in the case of integral spheres, it is a very expensive precision instrument for simply measuring the sum of light output. Therefore, when a thermocouple capable of measuring light output is used, temperature and light output of an optical device can be measured at the same time, which is more economical than a conventional measuring instrument because it has a low-cost sensor structure. The ability to simultaneously measure light output and temperature with this single sensor is expected to be a major turning point in the related market because it is a function that did not exist in existing temperature measurement sensors and optical output measurement systems.
광원 소자의 개발에 있어 소자로부터 발생되는 광출력과 소자 자체의 온도 변화의 측정은 매우 중요한 요소이며 나아가 광원 소자를 활용한 다양한 조명제품의 개발에 있어서도 열구조적 설계에 있어 매우 중요한 데이터이다. 그러나 지금까지의 해당 데이터의 측정을 위한 설비는, 온도와 광출력의 측정에 각각 다른 장비를 활용해 왔으며 열전대를 제외한 적분구 및 IR카메라 등의 고가의 장비가 요구되었다. 하지만, 본 발명의 실시 예에 따른 광출력 측정 시스템(100)은 금속 박판(124)이 부착된 복사형 열전대(120)를 활용함으로써, 온도 상승에 의한 센서 신호와 광원에 의한 센서 신호를 함께 측정 가능하고, 광원의 유무에 따른 센서 신호의 차이를 활용함으로써 한 센서로부터 광원소자의 온도와 광출력을 각각 분리하여 동시에 측정할 수 있다.In the development of the light source device, the measurement of the light output generated from the device and the temperature change of the device itself is very important, and furthermore, it is very important data for the thermal structural design in the development of various lighting products utilizing the light source device. However, until now, the equipment for measuring the data has used different equipment for measuring the temperature and the light output, and expensive equipments such as the integrating sphere excluding the thermocouple and the IR camera have been required. However, the optical
상술 된 바와 같이, 현재 사용되는 LED패키지 온도 및 광출력 측정 장치는 각각의 측정값을 위해 다른 장비를 활용하여 시스템의 구성이 복잡하고 고가인 것에 반해 광출력의 측정이 가능한 복사형 열전대(120)의 경우 저가의 센서 구조에 단일 센서로 두 물리량의 동시 측정이 가능하다. 따라서 종래 기술 대비 활용도가 높고 경제적인 기술이다. 그 중에서도 하나의 센서로 측정된 값을 온도와 광출력 두 가지 물리량으로 분리해 측정해내는 개념은 광출력이 측정 가능한 복사형 열전대(120)만이 가질 수 있는 핵심적인 기능이다. 뿐만 아니라, 본 발명의 광출력 측정 시스템(100)은 앞서 기술한 높은 활용도와 경제적인 장점으로 인해 광원소자 개발관련 시장뿐만 아니라 기타 조명기구의 개발과 관련한 시장에서도 넓은 파급 효과가 기대된다.As described above, currently used LED package temperature and optical output measuring apparatuses use a
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 광출력 측정 시스템(100)의 동작 방법을 예시적으로 보여주는 흐름도이다. 도 1 내지 도 6을 참조하면, 광출력 측정 시스템(100)의 광출력 측정 방법을 다음과 같다.6 is a flow chart illustrating an exemplary method of operating the optical
LED 광원 소자가 턴 온/오프 될 수 있다. 광원 소자(110)로부터 광에너지 및/혹 열에너지가 방출될 수 있다. 복사형 열전대(120)를 이용하여 대응하는 전압이 측정될 수 있다(S110). 측정된 전압 데이터를 신호 처리함으로써, 전압 데이터의 성분이 광출력 성분 및 온도 부분으로 분리될 수 있다(S120). 광출력 성분에 의거하여 LED 광원 소자의 광출력/표면 온도가 추정될 수 있다. 예를 들어, 관련된 룩업 테이블 혹은 관련 함수를 이용하여 복사형 열전대(120)에 의해 감지된 전압 데이터에 대한 광원 소자(110)의 광출력 및 표면 온도가 산출될 수 있다(S130). 본 발명의 실시 예에 따른 광출력 측정 시스템(100)은, 복사형 열전대(120)가 적외선에 의한 가열과 가시광 열에너지를 동시에 측정된 전압 데이터를 신호 처리함으로써 발광 중인 LED의 광출력을 간접적으로 측정하고, 이를 이용해 LED 형광체 표면 온도를 정확히 산출할 수 있다.The LED light source element can be turned on / off. Light energy and / or thermal energy may be emitted from the
본 발명에 따른 단계들 및/또는 동작들은 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해될 수 있는 것과 같이, 다른 순서로, 또는 병렬적으로, 또는 다른 에포크(epoch) 등을 위해 다른 실시 예들에서 동시에 일어날 수 있다.The steps and / or operations in accordance with the present invention may occur in different orders, in parallel, or concurrently in other embodiments for other epochs or the like, as may be understood by one of ordinary skill in the art .
실시 예에 따라서는, 단계들 및/또는 동작들의 일부 또는 전부는 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체에 저장된 명령, 프로그램, 상호작용 데이터 구조(interactive data structure), 클라이언트 및/또는 서버를 구동하는 하나 이상의 프로세서들을 사용하여 적어도 일부가 구현되거나 또는 수행될 수 있다. 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체는 예시적으로 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 및/또는 그것들의 어떠한 조합일 수 있다. 또한, 본 명세서에서 논의된 "모듈"의 기능은 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 및/또는 그것들의 어떠한 조합으로 구현될 수 있다.Depending on the embodiment, some or all of the steps and / or operations may be performed on one or more non-transitory computer-readable media, including instructions, programs, interactive data structures, At least some of which may be implemented or performed using one or more processors. The one or more non-transitory computer-readable media can be, by way of example, software, firmware, hardware, and / or any combination thereof. Further, the functions of the "module" discussed herein may be implemented in software, firmware, hardware, and / or any combination thereof.
본 발명의 실시 예들의 하나 이상의 동작들/단계들/모듈들을 구현/수행하기 위한 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체 및/또는 수단들은 ASICs(application-specific integrated circuits), 표준 집적 회로들, 마이크로 컨트롤러를 포함하는, 적절한 명령들을 수행하는 컨트롤러, 및/또는 임베디드 컨트롤러, FPGAs(field-programmable gate arrays), CPLDs(complex programmable logic devices), 및 그와 같은 것들을 포함할 수 있지만, 여기에 한정되지는 않는다.One or more non-transitory computer-readable media and / or means for implementing / performing one or more operations / steps / modules of embodiments of the present invention may be implemented as application-specific integrated circuits (ASICs), standard integrated circuits, But are not limited to, controllers that perform appropriate instructions, including microcontrollers, and / or embedded controllers, field-programmable gate arrays (FPGAs), complex programmable logic devices (CPLDs) .
본 발명의 실시 예에 따른 광출력 측정 시스템(100)은 복사형 열전대(120)의 가시광 흡수에 따른 열전대 측정 온도의 상승효과를 이용하여 발광 중인 LED의 광출력을 간접적으로 측정하고, 이를 이용해 LED 표면 온도를 정확히 산출할 수 있다. 즉, 일반적인 온도 분포를 갖는 표면에서 발산하는 적외선 외에 가시광을 방출하는 형광체의 광변환 효율과 직접적인 관계가 있는 가시광역 광열 에너지도 동시에 방출하기 때문에, LED가 발광시 형광체로부터 방출되는 광출력과 비례한 광열에너지를 측정함으로써, 간접적으로 광출력 환산이 가능하다.The optical
한편, 상술 된 본 발명의 내용은 발명을 실시하기 위한 구체적인 실시 예들에 불과하다. 본 발명은 구체적이고 실제로 이용할 수 있는 수단 자체뿐 아니라, 장차 기술로 활용할 수 있는 추상적이고 개념적인 아이디어인 기술적 사상을 포함할 것이다.The above-described contents of the present invention are only specific examples for carrying out the invention. The present invention will include not only concrete and practical means themselves, but also technical ideas which are abstract and conceptual ideas that can be utilized as future technologies.
100: 광출력 측정 시스템
110: 광원 소자
120: 복사형 열전대
121: 제 1 금속
122: 제 2 금속
123: 용접 비드
124: 금속 박판
130: 전압계
140: 신호 처리 장치100: Optical output measurement system
110: Light source element
120: Radiant type thermocouple
121: First metal
122: second metal
123: weld bead
124: metal foil
130: Voltmeter
140: Signal processing device
Claims (10)
상기 복사형 열전대를 이용하여 전압을 측정하는 전압계; 및
상기 전압계의 출력 전압을 신호 처리하는 신호 처리 장치를 포함하고,
상기 신호 처리 장치는, 상기 광원 소자가 턴-온 될 때 측정된 제 1 전압과 상기 광원 소자가 턴-오프 될 때 측정된 제 2 전압 사이의 전압 차이를 계산하고, 상기 출력 전압과 상기 전압 차이를 이용하여 상기 광원 소자의 광출력 및 표면 온도를 동시에 추정하는 광출력 측정 시스템.A radiation type thermocouple receiving light energy and / or thermal energy from a light source element;
A voltmeter for measuring a voltage using the radiation type thermocouple; And
And a signal processing device for signal processing the output voltage of the voltmeter,
Wherein the signal processing apparatus calculates a voltage difference between a first voltage measured when the light source element is turned on and a second voltage measured when the light source element is turned off, And the optical output of the light source device and the surface temperature of the light source device are estimated simultaneously.
상기 광원 소자는 LED(light emitting diode) 혹은 LD(laser diode)을 포함하는 광출력 측정 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the light source element comprises a light emitting diode (LED) or a laser diode (LD).
상기 복사형 열전대는,
제 1 금속;
상기 제 1 금속과 다른 제 2 금속;
일측면에 상기 제 1 금속이 연결되고, 상기 일측면의 대향면에 상기 제 2 금속이 연결되는 용접 비드; 및
상기 용접 비드를 부착시키는 금속 박판을 포함하는 광출력 측정 시스템.The method according to claim 1,
The radiation type thermocouple includes:
A first metal;
A second metal different from the first metal;
A welding bead in which the first metal is connected to one side and the second metal is connected to an opposite side of the one side; And
And a thin metal plate for attaching the weld bead.
상기 용접 비드와 상기 금속 박판은 열 접착제에 의해 부착되는 광출력 측정 시스템.The method of claim 3,
Wherein the weld bead and the thin metal plate are attached by a thermal adhesive.
상기 신호 처리 장치는 상기 전압 차이와 상기 광원 소자의 광출력은 교정 계수들에 의해 선형적인 관계를 갖는 광출력 측정 시스템. The method according to claim 1,
Wherein the signal processing apparatus has a linear relationship in which the voltage difference and the optical output of the light source element are linearly related by calibration coefficients.
복사형 열전대를 이용하여 광원 소자에 대응하는 전압을 측정하는 단계;
상기 측정된 전압에 대하여 신호 처리를 수행하는 단계; 및
상기 신호 처리된 전압으로부터 상기 광원 소자의 광출력 및 표면 온도를 동시에 산출하는 단계를 포함하는 방법.A method of operating an optical output measurement system using a thermocouple, comprising:
Measuring a voltage corresponding to the light source element using a radiation type thermocouple;
Performing signal processing on the measured voltage; And
And simultaneously calculating the light output and the surface temperature of the light source element from the signal processed voltage.
상기 복사형 열전대는, 제 1 금속; 상기 제 1 금속과 다른 제 2 금속; 일측면에 상기 제 1 금속이 연결되고, 상기 일측면의 대향면에 상기 제 2 금속이 연결되는 용접 비드; 및 상기 용접 비드를 부착시키는 금속 박판을 포함하는 방법.The method according to claim 6,
The radiation type thermocouple includes a first metal; A second metal different from the first metal; A welding bead in which the first metal is connected to one side and the second metal is connected to an opposite side of the one side; And a metal foil for attaching the weld bead.
상기 광원 소자를 온/오프 시키면서 전압 차이를 계산하는 단계를 더 포함하는 방법.The method according to claim 6,
Further comprising calculating a voltage difference while turning on / off the light source element.
상기 광원 소자의 광출력과 상기 전압 차이는 선형회귀 특성을 갖는 방법.9. The method of claim 8,
Wherein the light output of the light source device and the voltage difference have a linear regression characteristic.
상기 신호 처리를 수행하는 단계는,
상기 측정된 전압을 열 에너지에 의한 전압과 광 에너지에 의한 전압으로 구분하는 단계를 포함하는 방법.9. The method of claim 8,
The step of performing the signal processing includes:
Dividing the measured voltage into a voltage by thermal energy and a voltage by light energy.
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|---|---|---|---|---|
| KR20210032110A (en) * | 2019-09-16 | 2021-03-24 | 광주과학기술원 | Real-time optical power measurement device including a pair of thermocouples and method for operating thereof |
Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| KR20110099772A (en) * | 2009-01-28 | 2011-09-08 | 가부시키가이샤 알박 | Temperature sensing device, heating device |
| KR20130123793A (en) | 2012-05-03 | 2013-11-13 | (주)애니캐스팅 | Apparatus and method for measuring temperature of led package |
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