TW201729646A - 用於複數個照明陣列之自動功率控制器 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示用於操作一照明陣列中之一或多個發光裝置的系統及方法。在一個實例中，平行地電耦接兩個或多於兩個負溫度係數裝置，以使得可經由一單一放大器控制複數個獨立控制的照明陣列。該兩個或多於兩個負溫度係數裝置定位於該單一放大器之一負回饋迴路中。

Description

用於複數個照明陣列之自動功率控制器
本發明係關於自動功率控制器，且更特定言之，係關於用於複數個照明陣列之自動功率控制器。
光反應性系統可包括用以固化光敏性媒介(諸如，塗層)的固態照明陣列，包括油墨、黏著劑、防腐劑等。此等光敏性媒介之固化時間可回應於固態照明陣列輻照度輸出。另外，固態照明陣列輻照度輸出可受補償該固態照明陣列之固態照明裝置的溫度影響。因此，若固態照明裝置在偏離其標稱操作溫度之溫度下操作，則光敏性媒介可不充分地固化或電功率消耗量可由於固態光裝置輻照度位準改變而增加。另外，固態照明裝置可與散熱片熱連通，以控制固態照明裝置溫度。然而，散熱片可具有若干溫度區，該等溫度區溫度不同於來自散熱片之其他溫度區的溫度。因此，固態照明陣列中之一些固態照明裝置可在與固態照明陣列中之其他固態照明裝置溫度不同的溫度下操作。因此，(尤其)若獨立地操作照明陣列，則來自照明陣列之一個區域的輻照度輸出與來自照明陣列之不同區域的輻照度輸出之差異可能超過所要之程度。
發明者在此已認識到上述缺點且已開發用於操作一或多個發光裝置的一系統，該系統包含：至少兩個獨立控制的照明陣列，該等照明陣列包含至少一個發光裝置；及一放大器，其包括一負回饋迴路，平行地電耦接且包括於該負回饋迴路中之至少兩個負溫度係數裝置，該至少兩個負溫度係數裝置中之每一者與該至少兩個獨立控制的照明陣列中之一者熱連通。
藉由平行地且在控制穿過一或多個發光裝置之電流之一放大器的一負回饋迴路中電耦接兩個或多於兩個負溫度係數裝置，有可能控制具有一單一放大器之一光反應性系統中兩個或多於兩個照明陣列之輻照度輸出。發明者已認識到與其他負溫度係數裝置在一並聯電路中之一個負溫度係數裝置可支配放大器增益之判定，以使得當由該一個負溫度係數裝置監視之一照明陣列在作用中而由其他負溫度係數裝置監視之其他照明陣列在非作用中時，與該並聯電路中之其他負溫度係數裝置相比放大器增益更多地受該一個負溫度係數裝置影響。因此，該放大器增益可適合於由該一個負溫度係數裝置監視之該經啟動照明陣列。在一個實例中，兩個或多於兩個負溫度係數裝置經由一散熱片與兩個或多於兩個照明陣列熱連通。經由該兩個或多於兩個負溫度係數裝置在該散熱片上取樣的該等溫度將該等單獨照明陣列之溫度回饋供應至該放大器，以使得每一照明陣列之輻照度可經控制，以提供用於該光反應性系統之一所要輻照度位準。
本發明可以提供若干優點。具體言之，該途徑可改良照明系統光強度控制。另外，該途徑可經由一單一放大器為超過兩個獨立控制的照明陣列提供回饋控制。另外，該途徑可提供更加堅固的光敏性媒介之固 化。
當單獨或結合附圖時，自以下實施方式，本說明之上述優點及其他優點以及特徵將顯而易見。
應理解，提供以上發明內容而以簡化形式引入於實施方式中進一步描述的概念的選擇。其並非意欲識別所主張標的物的關鍵或必需特 徵，所主張標的物的範疇唯一地由實施方式之後的申請專利範圍來界定。 此外，所主張標的物並不限於解決上文或在本發明之任何部分中指出的任何缺點之實施。
10‧‧‧光反應性系統
12‧‧‧子系統
18‧‧‧冷卻子系統
20‧‧‧陣列
20A、20B、20C‧‧‧照明陣列
22‧‧‧耦接電子件
24‧‧‧輻射輸出
26‧‧‧工件
28‧‧‧返回輻射
30‧‧‧耦接光學件
36‧‧‧監視裝置
100‧‧‧照明子系統
102‧‧‧電源
108‧‧‧控制器
110‧‧‧發光裝置/半導體裝置/發光半導體裝置/發光二極體(LED)
201‧‧‧陽極
202‧‧‧陰極
204‧‧‧電壓調整器
208‧‧‧閉合迴路電流控制電路
220‧‧‧可變電阻器
221‧‧‧散熱片
222‧‧‧放大器
225、226、227‧‧‧負溫度係數裝置
230‧‧‧導體
231‧‧‧導體/路徑
236‧‧‧導體/路徑
240‧‧‧導體
242‧‧‧導體/路徑
245‧‧‧箭頭
255‧‧‧電流感測電阻器
260‧‧‧電接地
264‧‧‧導體/路徑
270、271、272‧‧‧開關
288‧‧‧輸入及輸出
290‧‧‧中央處理單元
292‧‧‧非暫時性記憶體/唯讀記憶體
293‧‧‧電壓回饋輸入
294‧‧‧隨機存取記憶體
297‧‧‧FET源極
298‧‧‧FET閘極
299‧‧‧可變電阻器之輸入/可變電阻器之輸入側
302‧‧‧運算放大器
303‧‧‧反相輸入
304‧‧‧非反相輸入
305‧‧‧輸出
310‧‧‧第一電阻器
312‧‧‧第二電阻器
314、316、318‧‧‧負溫度係數裝置
350‧‧‧負回饋迴路
402‧‧‧曲線
404‧‧‧曲線
500‧‧‧方法
R1‧‧‧第一電阻器/第一電阻器之值
R2‧‧‧第二電阻器/第二電阻器之值
RT1、RT2、RT3‧‧‧負溫度係數裝置之值
圖1展示照明系統之示意性描述；圖2及圖3展示實例照明裝置輻照度控制系統之示意圖；圖4展示用於系統之放大器增益的曲線圖，其中啟動三個照明陣列中之一者且啟動其中三個照明陣列中之三者；且圖5展示用於控制照明系統中之輻照度的實例方法。
本發明係關於輸出實質上恆定(例如，±5%)輻照度位準的照明系統。圖1展示一個實例照明系統，其包括單獨的放大器，以控制兩個或多於兩個獨立控制的照明陣列之輻照度輸出。照明陣列輻照度控制可經由圖2及圖3中所展示之實例電路提供。照明系統可根據圖4之曲線圖操作。用於操作照明系統以提供實質上恆定之輻照度的方法在圖5中予以展示。各種電路圖中構件之間所展示之電互連表示所說明之裝置之間的電 流路徑。
現參看圖1，展示根據本文中所描述之系統及方法的光反應性系統10之方塊圖。在此實例中，光反應性系統10包含照明子系統100、控制器108、電源102及冷卻子系統18。
照明子系統100可包含複數個發光裝置110。發光裝置110可為(例如)LED裝置。實施選定的複數個發光裝置110，以提供輻射輸出24。輻射輸出24經導引至工件26。返回輻射28可自工件26經導引回至照明子系統100(例如，經由輻射輸出24之反射)。
輻射輸出24可經由耦接光學件30導引至工件26。耦接光學件30(若使用)可以不同之方式實施。作為實例，耦接光學件可包括插入於提供輻射輸出24及工件26之發光裝置110之間的一或多個層、材料或其他結構。作為實例，耦接光學件30可包括微透鏡陣列，以促進收集、聚集、準直或以其他方式促進輻射輸出24之品質或有效量。作為另一實例，耦接光學件30可包括微反射體陣列。在採用此微反射體陣列時，提供輻射輸出24之每一半導體裝置可在一對一之基礎上安置於各別微反射體中。
層、材料或其他結構中之每一者可具有選定折射率。藉由適當地選擇每一折射率，可選擇性地控制輻射輸出24(及/或返回輻射28)之路徑中之層、材料及其他結構之間的界面處的反射。作為實例，藉由控制安置於半導體裝置之間選定界面處之至工件26之此等折射率的差異，可減少、消除或最小化彼界面處的反射，以便促進用於最終傳遞至工件26的彼界面處之輻射輸出的傳輸。
耦接光學件30可用於各種目的。實例目的包括(尤其)保 護發光裝置110，截留與冷卻子系統18相關聯之冷卻流體，收集、聚集及/或準直輻射輸出24，收集、導引或退回返回輻射28，或用於單獨或組合形式之其他目的。作為另一實例，光反應性系統10可採用耦接光學件30，以便促進(特定而言)如傳遞至工件26之輻射輸出24的有效品質或有效量。
選定之複數個發光裝置110可經由耦接電子件22耦接至控制器108，以便將資料提供至控制器108。如下文進一步描述，亦可實施控制器108，以(例如)經由耦接電子件22控制此等提供資料的半導體裝置。
控制器108較佳為亦連接至且經實施以控制電源102及冷卻子系統18中之每一者。此外，控制器108可自電源102及冷卻子系統18接收資料。
由控制器108自電源102、冷卻子系統18、照明子系統100中之一或多者所接收之資料可具有各種類型。作為實例，資料可表示分別與經耦接之半導體裝置110相關聯之一或多個特性。作為另一實例，資料可表示與提供資料之各別構件12、102、18相關聯之一或多個特性。作為又一實例，資料可表示與工件26相關聯之一或多個特性(例如，表示導引至工件之輻射輸出能量或光譜分量)。此外，資料可表示此等特性之某一組合。
可實施接收任何此等資料之控制器108，以回應於彼資料。舉例而言，回應於來自任何此構件之此等資料，可實施控制器108，以控制電源102、冷卻子系統18，及照明子系統100(包括一或多個此等經耦接之半導體裝置)中之一或多者。作為實例，回應於來自指示光能在與工件相關聯之一或多個點處不充足的照明子系統之資料，可實施控制器108，以(a)增加至半導體裝置110中之一或多者之電源的電流及/或電壓供應，(b)經 由冷卻子系統18增加照明子系統之冷卻(亦即，某些發光裝置(若經冷卻)提供更大的輻射輸出)，(c)增加電力供應至此等裝置的時間，或(d)上述各者之組合。
照明子系統100之單獨的半導體裝置110(例如，發光二極體(light emitting diode；LED)裝置)可藉由控制器108獨立地控制。舉例而言，控制器108可控制第一組之一或多個單獨的LED裝置，以發射具有第一強度、波長及類似者的光，同時控制第二組之一或多個單獨的LED裝置，以發射具有不同強度、波長及類似者的光。第一組之一或多個單獨的LED裝置可在半導體裝置110之同一陣列內，或可來自半導體裝置110之超過一個陣列。半導體裝置110之陣列亦可由控制器108獨立地控制，不同於由控制器108控制之照明子系統100中之半導體裝置110之其他陣列。舉例而言，第一陣列之半導體裝置可經控制以發射具有第一強度、波長及類似者之光，而第二陣列之彼等半導體裝置可經控制以發射具有第二強度、波長及類似者之光。
作為另一實例，在第一集合之條件下(例如，用於特定工件、光反應，及/或操作條件之集合)，控制器108可操作光反應性系統10，以實施第一控制策略，然而在第二集合之條件下(例如，用於特定工件、光反應，及/或操作條件之集合)，控制器108可操作光反應性系統10，以實施第二控制策略。如上文所描述，第一控制策略可包括操作第一組之一或多個單獨的半導體裝置(例如，LED裝置)以發射具有第一強度、波長及類似者的光，而第二控制策略可包括操作第二組之一或多個單獨的LED裝置，以發射具有第二強度、波長及類似者的光。第一組之LED裝置可為與第二 組相同組之LED裝置，且可涵括LED裝置之一或多個陣列，或可為與第二組不同組之LED裝置，且不同組之LED裝置可包括來自第二組之一子集之一或多個LED裝置。
實施冷卻子系統18，以管理照明子系統100之熱行為。舉例而言，通常冷卻子系統18提供此子系統12及(更具體而言)半導體裝置110之冷卻。亦可實施冷卻子系統18，以冷卻工件26及/或該工件26與光反應性系統10(例如，特定而言，照明子系統100)之間的空間。舉例而言，冷卻子系統18可為空氣或其他流體(例如，水)冷卻系統。
光反應性系統10可用於各種應用。實例包括(但不限於)範圍涉及油墨印刷至DVD及微影製造的固化應用。通常，採用光反應性系統10之應用具有相關聯之參數。亦即，應用可包括以下相關聯之操作參數：輻射功率之一或多個位準的供應，以一或多個波長，遍及一或多個時段應用。為了適當地實現與應用相關聯之光反應，可能需要在或接近處於或高於一個或複數個此等參數(及/或用於某一時間、某些時間或時間區間)之一或多個預定位準之工件處傳遞光功率。
為了遵循預期應用的參數，提供輻射輸出24之半導體裝置110可根據與應用之參數(例如，溫度、光譜分佈及輻射功率)相關聯之各種特性。同時，半導體裝置110可具有某些操作規範，此等規範可與半導體裝置之製造相關聯，且尤其可遵循此等規範，以排除損壞及/或防止裝置之降級。光反應性系統10之其他構件亦可具有相關聯之操作規範。此等規範可包括用於操作溫度及應用之範圍(例如，最大值及最小值)、電功率，以及其他參數規範。
因此，光反應性系統10支援應用之參數之監視。此外，光反應性系統10可提供半導體裝置110(包括該等半導體裝置之各別特性及規範)的監視。此外，光反應性系統10亦可提供光反應性系統10之經選定之其他構件(包括該等構件之各別特性及規範)的監視。
提供如此監視可致能驗證系統之適當操作，以使得光反應性系統10之操作可經可靠地評估。舉例而言，根據應用之參數(例如，溫度、輻射功率等)、與此等參數相關聯之任何構件特性及/或任何構件之各別操作規範中之一或多者，系統10可以不合需要之方式操作。可根據由控制器108所接收之資料藉由系統之構件中之一或多者回應及實行監視之供應。
監視亦可支援系統之操作之控制。舉例而言，控制策略可經由接收及回應於來自一或多個系統構件之資料之控制器108實施。如上文所描述，此控制可經直接地(亦即，藉由基於關於彼構件操作之資料，經由導引至構件之控制信號控制構件)或間接地(亦即，藉由經由經導引以調整其他構件之操作之控制信號控制構件操作)實施。作為實例，可經由導引至電源102之控制信號(調整應用至照明子系統100之功率)及/或經由導引至冷卻子系統18之控制信號(調整應用至照明子系統100之冷卻)來間接地調整半導體裝置之輻射輸出。
可採用控制策略以實現及/或促進系統之適當操作及/或應用之效能。在更特定實例中，亦可採用控制以實現及/或促進陣列輻射輸出與其操作溫度之間的平衡，以便(例如)阻止半導體裝置110或半導體裝置110之陣列之加熱溫度超過其規範，且亦將輻射能量充分導引至工件26，以適當地完成應用之光反應。
在一些應用中，高輻射功率可傳遞至工件26。因此，可使用發光半導體裝置110之陣列實施子系統12。舉例而言，可使用高密度發光二極體(LED)陣列實施子系統12。儘管可使用LED陣列且其在本文中予以詳細描述，但應理解在不背離描述之原則的情況下可使用其他發光技術實施半導體裝置110及其陣列，其他發光技術之實例包括(但不限於)有機LED、雷射二極體、其他半導體雷射。
複數個半導體裝置110可以陣列20之形式予以提供，或陣列20可包含圖2中所展示之多個陣列(例如，20A、20B，及20C)。可實施陣列20，以使得一或多個，或大部分半導體裝置110經組態以提供輻射輸出。然而，同時，實施陣列之半導體裝置110中之一或多者，以便提供監視選定之陣列特性。監視裝置36可選自陣列20中之裝置，且舉例而言，可具有與另一發射裝置相同之結構。舉例而言，發射與監視之間的差異可藉由與特定半導體裝置相關聯之耦接電子件22判定(例如，在基本形式中，LED陣列可監視LED，其中耦接電子件提供反向電流，且發射LED，其中耦接電子件提供正向電流)。
此外，基於耦接電子件，陣列20中選定之半導體裝置可為多功能裝置及/或多模式裝置中任一者/兩者，其中(a)多功能裝置能夠偵測超過一個特性(例如，輻射輸出、溫度、磁場、振動、壓力、加速度，及其他機械力或變形)且可根據應用參數或其他決定因素在此等偵測功能之間進行切換，且(b)多模式裝置具有發射、偵測及一些其他模式(例如，關斷)且根據應用參數或其他決定因素在模式之間進行切換。
參看圖2，展示可向照明陣列供應變化量之電流的第一照明 系統電路的示意圖。照明系統100包括一或多個發光裝置110。在此實例中，發光裝置110為發光二極體(LED)。每一LED 110包括陽極201及陰極202。圖1中所展示之開關電源102經由路徑或導體264將48V DC電力供應至電壓調整器204。電壓調整器204經由導體或路徑242將DC電力供應至LED 110之陽極201。電壓調整器204亦經由導體或路徑240電耦接至LED 110之陰極202。電壓調整器204經參考展示至電接地260且在一個實例中可為降壓調整器。電壓調整器204經由開關270、271及272選擇性地將電功率供應至包含獨立控制的照明陣列20A、20B及20C的照明陣列20。控制器108經展示與電壓調整器204及開關270、271及272電連通。開關270至272提供照明陣列20A、20B及20C之獨立控制。在其他實例中，若需要，則離散輸入產生裝置(例如，開關)可替換控制器108。控制器108包括用於執行儲存於非暫時性記憶體292中之指令的中央處理單元290。控制器108亦包括用於操作電壓調整器204及其他裝置的輸入及輸出(I/O)288。非暫時性可執行指令可儲存於唯讀記憶體292中，而變數可儲存於隨機存取記憶體294中。電壓調整器204將可調整的電壓供應至LED 110。
呈場效電晶體(field-affect transistor；FET)形式之可變電阻器220自控制器108或經由另一輸入裝置自放大器222接收強度或輻照度控制信號電壓。放大器222經由導體231將控制信號或輸出供應至FET閘極298。放大器222在非反相輸入處自控制器108接收強度或輻照度命令，如圖3中所展示。負溫度係數裝置(例如，熱敏電阻器)225、226及227位於放大器222之負回饋迴路或電路中，如圖3所展示。另外，負溫度係數裝置225、226及227經由散熱片221與LED 110熱連通。FET源極297電耦 接至電流感測電阻器255。雖然本發明實例將可變電阻器描述為FET，但應注意電路可採用其他形式之可變電阻器。
在此實例中，陣列20之至少一個元件包括固態發光元件，諸如發光二極體(LED)或雷射二極體產生光。元件可經組態為在基板上之單一陣列、在基板上之多個陣列、在連接在一起之若干基板上之若干單一或數個陣列等。在一個實例中，發光元件之陣列可包含Phoseon Technology,Inc.製造的Silicon Light MatrixTM(SLM)。
圖2中所展示之電路為閉合迴路電流控制電路208。在閉合迴路電路208中，可變電阻器220經由穿過放大器222之導體或路徑231接收強度電壓控制信號。將可變電阻器220與陣列20之間的電壓控制至如電壓調整器204所判定之所要電壓。所要電壓值可藉由控制器108或另一裝置供應，且電壓調整器204將導體或路徑242處之電壓控制至在陣列20與可變電阻器220之間的電流路徑中提供所要電壓的位準。可變電阻器220控制電流沿箭頭245之方向自陣列20至電流感測電阻器255。所要電壓亦可回應於照明裝置之類型、工件之類型、固化參數及各種其他操作條件經調整。電流信號可沿導體或路徑236回饋至調整所提供之強度電壓控制信號的控制器108或另一裝置。詳言之，若電流信號不同於所要電流，則增加或減少穿過導體230之強度電壓控制信號，以調整穿過陣列20之電流。指示穿過陣列20之電流的回饋電流信號經由導體236導引為如穿過電流感測電阻器255之電流改變一樣改變的電壓位準。
在將可變電阻器220與陣列20之間的電壓調整為恆定電壓的一個實例中，經由調整可變電阻器220之電阻來調整穿過陣列20及可變 電阻器220之電流。因此，在此實例中，自可變電阻器220沿導體240攜載之電壓信號並未到達陣列20。而是，陣列20與可變電阻器220之間的電壓回饋沿導體240且到達電壓調整器204。接著，電壓調整器204將電壓信號242輸出至陣列20。因此，電壓調整器204回應於陣列20之電壓下游調整其輸出電壓，且經由可變電阻器220調整穿過陣列20之電流。控制器108可包括回應於經由導體236回饋為電壓之陣列電流調整可變電阻器220之電阻值之指令。導體240允許LED 110之陰極202、可變電阻器220之輸入299(例如，N通道MOSFET之汲極)及電壓調整器204之電壓回饋輸入293之間的電連通。因此，LED 110之陰極202、可變電阻器220之輸入側299及電壓回饋輸入293均在同一電壓電位上。
可變電阻器可呈FET、雙極電晶體、數位電位計或任何可電控制之電流限制裝置之形式。驅動電路可取決於所使用之可變電阻器而呈不同形式。閉合迴路系統操作使得輸出電壓調整器204保持在操作陣列20之電壓之上約0.5V。調整器輸出電壓調整施加至陣列20之電壓且可變電阻器將穿過陣列20之電流控制至所要位準。本發明電路可改良自陣列20之恆定輻照度輸出之產生。在圖2之實例中，可變電阻器220通常產生0.6V範圍內之電壓降。然而，可變電阻器220處之電壓降可取決於可變電阻器之設計而小於或大於0.6V。
現參看圖3，展示用於向控制穿過獨立控制的照明陣列之電流的可變電阻器供應輻照度或強度控制電壓的實例放大器222。放大器222包括運算放大器302。用於輸出所要輻照度或光強度之控制電壓在非反相輸入304處經輸入至放大器222。放大器222包括輸出305，以操作圖2中所 展示之可變電阻器220。負回饋迴路350包括僅有的兩個固定值電阻器(例如，取決於規定溫度範圍，具有改變小於預定百分比(例如2%)之電阻值之電阻器)，該等固定值電阻器包括第一電阻器(R1)310及第二電阻器(R2)312。負回饋迴路350亦包括平行地電耦接之三個負溫度係數裝置314、316及318。在一些實例中，裝置314、316及318可被稱為溫度敏感電阻器，以使得負回饋迴路包括僅有的五個電阻器。在此實例中，負溫度係數裝置314、316及318各自包括直接電耦接至電接地260之一側。第一電阻器(R1)設定自最低至最高照明陣列溫度之增益改變。第二電阻器(R2)將斜率最大值設定為預定照明陣列平衡溫度。R1及R2之值經調整，以為回饋迴路提供等效增益，該回饋迴路包括僅有的一個負溫度係數裝置及具有不同於圖3中所展示之R1及R2之值的電阻器R1及R2。以此方式，放大器222之增益可經調整，以使得包括三個負溫度係數之圖3中所展示之電路可類似於包括僅有的一個負溫度係數裝置之電路。
因此，放大器222為非反相放大器，其包括負回饋迴路350中之負回饋。該反相輸入303及非反相輸入304均具有十分高的阻抗。因此，實質上無電流流入反相輸入303或非反相輸入304中。放大器增益可表達為：
其中Vo為305處之放大器222之輸出電壓，Vin為反相輸入303處之電壓，R1為電阻器310之值，R2為電阻器312之值，且RT等於1/(1/RT1+1/RT2+1/RT3)(例如，RT1至RT3為圖3中所展示之負溫度係數裝置之值)。因此，若照明陣列溫度冷且1/RT之值較高，則增益更接近1。若照明陣列溫度為溫且1/RT之值較低，則增益更接近1+R1/R2。若僅有的一 個照明陣列在作用中，則與作用中照明陣列相關聯之負溫度係數裝置之電阻隨作用中照明陣列之溫度升高而減小，以使得增益與1相比更接近1+R1/R2而移動。另外，與作用中照明陣列相關聯之負溫度係數裝置之較低電阻支配並聯電阻值，以使得放大器增益適合於一個作用中照明陣列且較少地受非作用中照明陣列及其對應負溫度係數裝置影響。詳言之，若圖3中所展示之所有三個照明陣列均在作用中且其各別負溫度係數裝置均在同一溫度下，則用於操作單一照明陣列之放大器增益在放大器增益之2%內。以此方式，用於操作僅有的一個照明陣列之放大器增益可實質上與用於操作超過一個照明陣列之放大器增益相同(例如，在2%內)。在一些實例中，放大器222之輸出可被稱為自動功率控制(automatic power control；APC)命令或信號。
應瞭解，R1、R2及RT之值可在不同照明系統之間變化。另外，在不背離本發明之範疇及意圖的情況下，在一些具體實例中，放大器增益可能不同。
因此，圖1至圖3之系統提供用於操作一或多個發光裝置之系統，其包含：至少兩個獨立控制的照明陣列，其包含至少一個發光裝置；及放大器，其包括負回饋迴路、平行地電耦接且包括於該負回饋迴路中之至少兩個負溫度係數裝置，至少兩個負溫度係數裝置中之每一者與至少兩個獨立控制的照明陣列中之一者熱連通。系統包括放大器為運算放大器，且進一步包含可變電阻裝置及控制器，該可變電阻裝置與至少兩個獨立控制的照明陣列之陰極側電連通的情況。
在一些實例中，系統包括至少兩個獨立控制的照明陣列經由 至少兩個開關控制的情況。系統包括至少兩個負溫度係數裝置中之每一者之至少一側直接電耦接至電接地的情況。系統進一步包含負回饋迴路中僅有的兩個固定值電阻器。系統包括兩個固定值電阻器中之僅一者直接耦接至至少兩個負溫度係數裝置的情況。系統包括至少兩個負溫度係數裝置與一散熱片熱連通，且其中至少兩個獨立控制的照明陣列與該散熱片熱連通的情況。
圖1至圖3之系統亦提供用於操作一或多個發光裝置之系統，其包含：照明陣列，其包含至少一個發光裝置；至少兩個負溫度係數裝置，其與照明陣列熱連通；及放大器，其包括負回饋迴路、平行地電耦接且包括於負回饋迴路中之至少兩個負溫度係數裝置。系統包括至少兩個負溫度係數裝置中之每一者之一側直接電耦接至電接地的情況。系統包括負回饋迴路提供放大器之反相輸入與放大器之輸出之間的電連通的情況。系統包括照明陣列由至少兩個獨立控制的照明陣列組成的情況及至少兩個獨立控制的照明陣列經由至少兩個開關控制的情況。系統進一步包含負回饋迴路中僅有的兩個固定值電阻器。系統包括僅有的兩個固定值電阻器中之第一者與放大器之反相輸入及放大器之輸出直接電連通，及僅有的兩個固定值電阻器中之第二者與僅有的兩個固定值電阻器中之第一者、放大器之反相輸入及至少兩個負溫度係數裝置直接電連通的情況。
現參看圖4，展示用於圖3中之放大器222之放大器增益的曲線圖。垂直軸表示放大器增益且放大器增益沿垂直軸箭頭方向增加。水平軸表示與一或多個照明陣列及一或多個負溫度係數裝置熱連通之散熱片的溫度。溫度自圖4之左側升高至圖4之右側。
曲線402表示用於當光反應性系統之三個獨立控制的照明陣列經啟動且自三個負溫度係數裝置之回饋經提供至圖3中所展示之放大器222時的放大器增益。曲線404表示用於當光反應性系統之一個獨立控制的照明陣列經啟動且自三個負溫度係數裝置之回饋經提供至圖3中所展示之放大器222時的放大器增益。當啟動僅有的一個照明陣列時，散熱片可展現自散熱片之一端至散熱片之另一端的20°K溫度差。曲線402及404之放大器增加在2%內。因此，放大器222可以幾乎等效於放大器222控制三個照明陣列之輻照度輸出之方式控制單一照明陣列之輻照度輸出。因此，單一放大器可用於控制兩個或多於兩個照明陣列，在過去之情況下，已使用兩個或多於兩個放大器。另外，操作單一照明陣列之放大器222提供與當操作超過一個照明陣列時實質上相同的增益(例如，2%內)。
現參看圖5，展示用於控制照明陣列電功率及輻照度的實例方法。圖5之方法可包括為儲存於如圖1及圖2中所展示之控制器之非暫時性記憶體中的指令。
在502處，判定照明陣列所要強度或輻照度。所要強度可因照明系統及工件不同而不同。在一個實例中，可自控制參數檔案判定所要強度或操作者可手動選擇所要強度或輻照度位準。控制參數檔案可包括憑經驗判定之用於照明陣列之輻照度的值。在判定照明陣列輻照度或強度之後，方法500進行至504。
在504處，方法500判定電流及/或功率，從而以在502處判定之輻照度位準操作照明陣列。在一個實例中，照明陣列功率可經由給函式或表編索引來判定，函式或表包括可經由所要輻照度編索引的憑經驗判 定之電流或功率位準。表或函式輸出所要照明陣列電流及/或功率且進行至506。
在506處，方法500將所要電流或功率轉化為用於操作控制穿過照明陣列之電流的可變電阻器的控制電壓或電流。在一個實例中，方法500經由轉換函式傳送所要電流或功率值，以判定照明陣列輻照度命令。輻照度命令可呈電壓或參數之值的形式。在判定輻照度命令之後，方法500進行至508。
在508處，方法500啟動一或多個SLM或照明陣列，以提供所要輻照度。在一個實例中，一或多個照明陣列可藉由關閉用於待啟動之每一照明陣列之開關而啟動。一個開關控制至一個照明陣列之電流，以使得在將啟動五個照明陣列的情況下，五個開關均關閉。待啟動之照明陣列之數目可取決於經請求之輻照度位準及/或試件組態。在啟動一或多個照明陣列之後，方法500進行至510。
在510處，方法500應用放大器之負回饋迴路中的一或多個負溫度係數裝置或轉換函式(例如，圖2之放大器222)，該放大器向可變電阻器供應控制電壓或電流。
在一個實例中，一或多個負溫度係數裝置可包括於如圖2及圖3中所展示之放大器之負回饋迴路中。負溫度係數裝置隨照明陣列之溫度改變(如反映於與照明陣列熱連通之散熱片之溫度改變)而調整放大器之增益。在一個實例中，在圖4中對放大器之增益於以描述。將在506處判定之控制電壓施加至放大器之非反相輸入。
在另一實例中，表示照明陣列之溫度的電壓或電阻經輸入至 控制器且電壓或電阻經導引穿過將電壓或電阻轉化為負溫度係數輸出參數的轉換函式。舉例而言，若電壓經輸入至表示照明陣列溫度的控制器，則電壓經轉化為電阻值，以使得回應於升高之照明陣列溫度減小電阻值。接著，可將電阻值應用至表示其負回饋路徑中具有一或多個負溫度係數裝置之放大器的轉換函式。舉例而言，控制器可實施圖3中所展示之放大器及儲存於記憶體中呈數位濾波器形式之放大器轉換函式。將在506處判定之控制電壓應用於數位濾波器。在負溫度係數被應用於調整照明陣列電流及/或功率之放大器之負回饋路徑之後，方法500進行至512。
在512處，方法500經由將電流或電壓供應至可變電阻器來調整照明陣列電流及/或功率。在一個實例中，電流或功率如圖3中所展示一樣可經由放大器而調整。在另一實例中，電流或功率可經由供應來自類比輸出之電流或電壓的控制器而調整，電流或電壓係根據510處所描述之數位濾波器之輸出來判定。
因此，圖5之方法可經由數位控制器或類比電路實施。方法將負溫度係數應用至放大器之負回饋路徑，以在變化一或多個可獨立控制的照明陣列之照明陣列溫度之情況下保持照明陣列輻照度處於恆定位準。
圖5之方法提供用於操作一或多個發光裝置之方法，其包含：感測熱導體上之兩個或多於兩個位置處的溫度，該熱導體與照明陣列熱連通，該兩個或多於兩個位置處之溫度經由平行地電耦接之兩個或多於兩個負溫度係數裝置感測；及回應於控制器之輸出調整穿過照明陣列的電流，該控制器包括負回饋迴路中之該兩個或多於兩個負溫度係數裝置。方法包括兩個或多於兩個負溫度係數裝置中之每一者包括直接電耦接至電接 地的一側的情況。
在一些實例中，方法包括穿過照明陣列之電流經由運算放大器調整的情況。方法包括穿過照明陣列之電流經由控制器中之指令調整的情況。方法包括照明陣列由至少兩個獨立控制的照明陣列組成的情況。方法包括至少兩個獨立控制的照明陣列經由至少兩個開關控制的情況。方法包括調整該電流，以提供來自照明陣列之實質上恆定的輻照度輸出的情況。
應注意，本文中包括之實例控制及估計常式可與各種照明系統組態一起使用。本文中所揭示之控制方法及常式可作為可執行指令儲存於非暫時性記憶體中，且可由包括控制器之控制系統與各種感測器、致動器及其他照明系統硬體組合地實行。本文中所描述之特定的常式可以表示任何數目之處理策略中之一或多者，諸如，事件驅動、中斷驅動、多任務、多線緒及類似者。因此，可以所說明之順序平行地執行所說明之各種動作、操作及/或功能，或者在一些情況下可將其省略。類似地，處理之次序對於獲得本文中所描述之實例具體實例之特徵及優點並非必需，而是便於說明及描述而提供。取決於所使用之特定策略，可重複地執行所說明之動作、操作及/或功能中之一或多者。另外，所描述之動作、操作及/或功能可以圖形之方式表示待程式化至照明控制系統中電腦可讀儲存媒體之非暫時性記憶體中的程式碼，其中所描述之動作藉由與電子控制器組合地執行包括各種照明系統硬體構件之系統中之指令而實行。
本說明書到此結束。熟習此項技術者閱讀此說明書之後將想起在不脫離本說明書之精神及範疇之情況下的許多更改及修改。舉例而言，產生不同波長之光的照明源極可利用本發明。
20‧‧‧陣列
20A、20B、20C‧‧‧照明陣列
100‧‧‧照明子系統
108‧‧‧控制器
110‧‧‧發光裝置/半導體裝置/發光半導體裝置/發光二極體(LED)
201‧‧‧陽極
202‧‧‧陰極
204‧‧‧電壓調整器
208‧‧‧閉合迴路電流控制電路
220‧‧‧可變電阻器
221‧‧‧散熱片
222‧‧‧放大器
225、226、227‧‧‧負溫度係數裝置
230‧‧‧導體
231‧‧‧導體/路徑
236‧‧‧導體/路徑
240‧‧‧導體
242‧‧‧導體/路徑
245‧‧‧箭頭
255‧‧‧電流感測電阻器
260‧‧‧電接地
264‧‧‧導體/路徑
270、271、272‧‧‧開關
288‧‧‧輸入及輸出(I/O)
290‧‧‧中央處理單元
292‧‧‧非暫時性記憶體/唯讀記憶體
293‧‧‧電壓回饋輸入
294‧‧‧隨機存取記憶體
297‧‧‧FET源極
298‧‧‧FET閘極
299‧‧‧可變電阻器之輸入/可變電阻器之輸入側

Claims (20)

  1. 一種用於操作一或多個發光裝置的系統，其包含：至少兩個獨立控制的照明陣列，其包含至少一個發光裝置；及一放大器，其包括一負回饋迴路、平行地電耦接且包括於該負回饋迴路中之至少兩個負溫度係數裝置，該至少兩個負溫度係數裝置中之每一者與該至少兩個獨立控制的照明陣列中之一者熱連通。
  2. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該放大器為一運算放大器，且該系統進一步包含一可變電阻裝置及一控制器，該可變電阻裝置與該至少兩個獨立控制的照明陣列之一陰極側電連通。
  3. 如申請專利範圍第2項之系統，其中該至少兩個獨立控制的照明陣列經由至少兩個開關控制。
  4. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該至少兩個負溫度係數裝置中之每一者之至少一側直接電耦接至一電接地。
  5. 如申請專利範圍第4項之系統，其進一步包含該負回饋迴路中僅有的兩個固定值電阻器。
  6. 如申請專利範圍第5項之系統，其中該兩個固定值電阻器中之僅一者直接耦接至該至少兩個負溫度係數裝置。
  7. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該至少兩個負溫度係數裝置與一散熱片熱連通，且其中該至少兩個獨立控制的照明陣列與該散熱片熱連通。
  8. 一種用於操作一或多個發光裝置的系統，其包含：一照明陣列，其包含至少一個發光裝置； 至少兩個負溫度係數裝置，其與該照明陣列熱連通；及一放大器，其包括一負回饋迴路、平行地電耦接且包括於該負回饋迴路中之該至少兩個負溫度係數裝置。
  9. 如申請專利範圍第8項之系統，其中該至少兩個負溫度係數裝置中之每一者之一側直接電耦接至一電接地。
  10. 如申請專利範圍第9項之系統，其中該負回饋迴路提供該放大器之一反相輸入與該放大器之一輸出之間的電連通。
  11. 如申請專利範圍第8項之系統，其中該照明陣列包含至少兩個獨立控制的照明陣列，且其中該至少兩個獨立控制的照明陣列經由至少兩個開關控制。
  12. 如申請專利範圍第8項之系統，其進一步包含該負回饋迴路中僅有的兩個固定值電阻器。
  13. 如申請專利範圍第12項之系統，其中該僅有的兩個固定值電阻器中之一第一者與該放大器之一反相輸入及該放大器之一輸出直接電連通，且其中該僅有的兩個固定值電阻器中之一第二者與該僅有的兩個固定值電阻器中之該第一者、該放大器之該反相輸入及該至少兩個負溫度係數裝置直接電連通。
  14. 一種用於操作一或多個發光裝置的方法，其包含：感測一熱導體上之兩個或多於兩個位置處的溫度，該熱導體與一照明陣列熱連通，該兩個或多於兩個位置處之該等溫度經由平行地電耦接之兩個或多於兩個負溫度係數裝置感測；及回應於一控制器之輸出調整穿過該照明陣列的電流，該控制器包括一負 回饋迴路中之該兩個或多於兩個負溫度係數裝置。
  15. 如申請專利範圍第14項之方法，其中該兩個或多於兩個負溫度係數裝置中之每一者包括直接電耦接至一電接地的一側。
  16. 如申請專利範圍第14項之方法，其中穿過該照明陣列之該電流經由一運算放大器調整。
  17. 如申請專利範圍第14項之方法，其中穿過該照明陣列之該電流經由該控制器中之指令調整。
  18. 如申請專利範圍第14項之方法，其中該照明陣列包含至少兩個獨立控制的照明陣列。
  19. 如申請專利範圍第18項之方法，其中該至少兩個獨立控制的照明陣列經由至少兩個開關控制。
  20. 如申請專利範圍第14項之方法，其中該電流被調整，以提供來自該照明陣列之一實質上恆定的輻照度輸出。
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