TWI690240B - 輻照步階響應輸出之發光裝置驅動電流調整系統及其方法 - Google Patents

輻照步階響應輸出之發光裝置驅動電流調整系統及其方法 Download PDF

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Abstract

一種操作至少一發光裝置之系統及方法。於一實施例中，該至少一發光裝置所提供之光線強度係經過調整，以響應該至少一發光裝置之溫度。該光線係經由調整供給至該至少一發光裝置之電流的方式進行調整。

Description

輻照步階響應輸出之發光裝置驅動電流調整系統及其方 法
本發明係關於改善發光裝置(LED)之輻照及/或發光響應之系統與方法，更詳而言之，係特指可用於受指令進行步階輸出之發光陣列的系統與方法。
固態發光裝置所消耗之能量遠低於白熾燈，且亦可設計為輸出不同波長之光線，如此特性使固態發光裝置廣用於居家與商業用途。某些種類之固態發光裝置可包括雷射二極體與發光裝置(LED)，紫外線(UV)固態發光裝置可用於使光敏媒體固化之用途，例如各種塗層，包括墨水、接著劑與防腐劑等。於某些用途中，理想效果係於產品製作流程中，自一單一發光陣列提供不同強度之輻照光線。舉例而言，於一生產流程中，目標效果係為使發光裝置以100%功率輸出光線一段時間，再於產品後續之固化階段中降低至60%功率輸出光線。另舉一例，可藉此裝置提供對於單一發光裝置陣列具有不同光線強度需求之兩不同工作件，可透過將發光裝置陣列之輸出依照不同工作件之需求進行調整，使該兩不同工作件可分別藉由發光裝置陣列達到固化效果。然而，當 調整不同輻照輸出強度時，發光裝置陣列之輻照光線並不會恆久保持穩定。故，發光裝置陣列於不同輻照輸出強度間調整時，需要提供更加穩定且一致的光線輸出。
為解決上述問題，本發明提供一種操作至少一發光裝置的方法，其包含：選擇對應於該至少一發光裝置一目標輻照輸出之一電流，以響應該至少一發光裝置之目標輻照輸出的改變；以及將該電流透過一線性化電流調整輸出至該至少一發光裝置。
藉由透過一線性化電流調整，修改或調整供給於至少一發光裝置之一電流之作法，可於對應依目標輻照之改變調整發光系統之輻照光線後，提供一實質上穩定之輻照光線。舉例而言，一操作者或控制者可要求增加或減少油一發光陣列所提供之輻照光線，供給至該陣列之電流可經過一線性化電流調整進行調整，以提供強度具有些微差異之新的輻照(例如步階遞增之輻照)光線強度。藉此，可於實行步階遞增後，於輻照光線並未產生過大差異的情況下，自一輻照強度改變至次一輻照強度。
本發明可提供諸多優點，更詳而言之，該方法可改善發光系統之輸出穩定性。另外，該方法可簡化發光系統之計算流程。再者，該方法可快速且精確地提供不同發光輸出強度。
透過下述詳細實施方式說明，並配合說明圖式，可更詳知本發明其他目的、優點與創新特色。
雖然本創作是以特定實施例說明，但精於此技藝者能在不脫離本 創作精神與範疇下進行各種不同形式的改變。以上所舉實施例僅用以說明本創作而已，非用以限制本創作之範圍。舉凡不違本創作精神所從事的種種修改或變化，俱屬本創作申請專利範圍。
10:光反應系統
100:發光子系統
101:散熱器
102:電源
108:控制器
110:發光裝置
12:元件、子系統
18:冷卻子系統
20:陣列
22:耦合電路
24:光線輸出
26:工作件
28:反射光線
201:陽極
202:陰極
204:電壓調節器
208:封閉電流迴路
212:使用者介面
220:可變電阻
222:驅動電路
230:通道、導線
236:通道、導線
240:通道、導線
242:通道、導線
245:箭頭
255:電流感測電阻
260:接地介面
264:導線
288:輸入與輸出端
290:中央處理單元
292:唯讀記憶體
293:電壓回饋輸入端
294:隨機存取記憶體
299:輸入端
30:耦合光學元件
301:區段
302:導線
304:電壓調節器
305:輸入端
308:開關
310:分壓器
313:電阻
315:電阻
319:導線
321:節點
326:誤差放大器
328:脈寬調變器
330:降壓調節器
340:導線
36:監測裝置
502:實線
504:虛線
602:曲線
604:曲線
606:曲線
700:方法
702:步驟
704:步驟
706:步驟
708:步驟
710:步驟
712:步驟
714:步驟
716:步驟
800:方法
802:步驟
804:步驟
806:步驟
808:步驟
810:步驟
812:步驟
814:步驟
816:步驟
820:步驟
822:步驟
圖1係為光反應系統之示意圖。
圖2及圖3係為圖1所示光反應系統之電流調節系統實施例示意圖。
圖4係為發光裝置輻照光線與電流之線性關係示意圖。
圖5係為正常化發光裝置之輸出與發光裝置溫度之線性關係示意圖。
圖6係為圖1至圖3所示光反應系統模擬響應之實施例示意圖。
圖7及圖8係為控制光反應系統輸出之方法示意圖。
本發明係關於一光反應系統，其可具有不同強度之輻照輸出，如圖1所示，係為具有經調節可變電流控制之光反應系統實施例；該發光電流控制之提供方式可如圖2至圖3所示；光反應系統電流調節之提供方式可根據如圖4及圖6所示之線性關係圖所示；光反應系統之電流控制提供方式可如圖6所示；光反應系統之操作方法可如圖7及圖8所示；於各電子圖中各元件間之相互電性連接方式係代表所示裝置間之電流通道。
如圖1所示，係為本發明所提供系統及方法之一光反應系統10之方塊圖，於此實施例中，光反應系統10具有一發光子系統100，一控制器108， 一電源102，以及一冷卻子系統18。
發光子系統100可具有複數發光裝置110，發光裝置110可為發光二極體裝置或半導體裝置，該等複數發光裝置110係用以提供光線輸出24，該光線輸出24係照射至一工作件26，而工作件26可將反射光線28回射至發光子系統100(例如將該光線輸出24反射)。
光線輸出24可透過耦合光學元件30投射至工作件26，而所用之該等耦合光學元件30可有多種實施選擇。舉例而言，該等耦合光學元件30可包含單一層或多層層面、材料或其他結構，設置於提供光線輸出24之發光裝置110與工作件26之間。於一實施例中，耦合光學元件30可包含一微鏡片陣列，以加強光線之集光、聚光與瞄準或其他效果品質，抑或是提升光線輸出24之輸出量。於另一實施例中，耦合光學元件30可包含一微反射鏡陣列，其於實施時，提供光線輸出24之各發光裝置可以一對一方式，與一微反射鏡對應設置。
各該層面、材料或其他結構可具有一特定反射係數，藉由妥善選擇不同反射係數，則光線輸出24(以及/或反射光線28)路徑間各層面、材料或其他結構間之介面的反射作用可受到妥善控制。於一實施例中，藉由控制設於各發光裝置與工作件26之間的特定介面之折射係數差異，可降低、消除或盡可能縮小該介面之折射作用，藉以增強最終輸送至工作件26之光線輸出24。
耦合光學元件30可用於各種用途，例如可包括但不限於保護該發光裝置110；維持該冷卻子系統18之冷卻液；將該光線輸出24加以集合、聚集以及/或瞄準；以及將該反射光線28加以集合、聚集以及/或瞄準，或用於其他單一或綜合用途。於另一實施例，該光反應系統10可利用耦合光學元件30以增強光線輸出24之質或量，尤其針對指照射至工作件26之光線輸出24而言。
實施例所選用之複數發光裝置110可藉由耦合電路22與控制器108加以耦合，藉以提供資料予控制器108。如下所述，控制器108可用以透過如耦合電路22之結構控制此類提供資料之發光裝置。
控制器108較佳者亦連接至各電源102以及冷卻子系統18，藉以控制該等電源102及冷卻子系統18。再者，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自至少一電源102、冷卻子系統18以及發光子系統100所接收之資料係可為多種資料。舉例而言，該資料可代表與至少一經耦合之發光裝置110性質分別相關之資料。於另一實施例中，該資料係可為與各元件12、電源102以及冷卻子系統18性質相關之資料。於另一實施例中，該資料係可為與工作件26性質相關之資料(例如與該光線輸出24之能量或對應於工作件26之光譜元件相關之資料)。再者，該資料亦可代表上述各項性質之綜合資料。
控制器108於接收上述任何資料時，可實施以對該等資料發出響應。舉例而言，用以響應接收自該等元件之資料時，控制器108可實施以控制該至少一電源102、冷卻子系統18以及發光子系統100(包括至少一經耦合之發光裝置)。於一實施例中，用以響應接收自該發光子系統100並表示工作件26上某一點位置光線能量不足之資料時，控制器108可實施以(a)增加對於該至少一發光裝置110之電流以及/或電壓、(b)透過冷卻子系統18增加對於發光子系統100之冷卻效果(例如若特定發光裝置110冷卻時可提供更強之光線輸出24)、(c)增加電源供給於該等裝置之時間、或(d)上述作用之結合手段。
該發光子系統100之各發光裝置110(例如發光二極體裝置)可藉由控制器108進行個別控制。舉例而言，控制器108可控制具有至少一發光二極 體裝置之第一組發光二極體裝置以發出具有第一強度、波長與類似性質之光線，並同時控制具有至少一發光二極體裝置之第二組發光二極體裝置以發出具有不同強度、波長與類似性質之光線。該第一組發光二極體裝置係可設置於相同之發光裝置110陣列內，或可設置於超過一組發光裝置110陣列內。該等發光裝置110陣列亦可受其他發光子系統100內用於控制其他發光裝置110陣列之控制器108所獨立控制。舉例而言，一第一陣列之半導體裝置可受控制以發出具有一第一強度、波長與類似性質之光線，而一第二陣列之半導體裝置可受控制以發出具有一第二強度、波長與類似性質之光線。
於另一實施例中，於第一組條件(例如針對一特定工作件、光反應作用，以及/或特定操作條件)之下，控制器108可操作光反應系統10以實施一第一控制策略，而在一第二組條件(例如針對另一特定工作件、光反應作用，以及/或特定操作條件)之下，控制器108可操作光反應系統10以實施一第二控制策略。如上所述，該第一控制策略可包含操作具有至少一發光裝置(例如發光二極體裝置)之一第一組裝置，以發出具有一第一強度、波長與類似性質之光線，且第二控制策略可包含操作具有至少一發光裝置之一第二組裝置，以發出具有一第二強度、波長與類似性質之光線。第一組發光二極體裝置可與第二組發光二極體裝置設於同一組內，或可與第二組發光二極體裝置設於不同組別內，且該不同組別之發光二極體裝置可包含設置於第二組之至少一發光二極體裝置子集組別。
冷卻子系統18係實施以管理發光子系統100之熱狀態。舉例而言，一般來說，冷卻子系統18可提供該等子系統12之冷卻效果，更詳而言之，係提供該等發光裝置110之冷卻效果。冷卻子系統18亦可實施以冷卻工作件26以 及/或工作件26與光反應系統10(例如該發光子系統100)之間的空間。該冷卻子系統18係可為例如空氣或液體(水)冷卻系統。
光反應系統10可具有各種實施方式，實施例可包括但不限於用於固化作用，範圍可自墨水印刷至DVD製作以及平板印刷領域。一般而言，光反應系統10之運用可具有各種相關係數性質，亦即，實施方式可包含下列操作係數：供應於一少一種波長之至少一種程度之光線能量，並於至少一段期間內實施。為了更妥善達成各運用方式中之光反應作用，可能需要於工作件上或工作件鄰近位置，提供相關係數(以及/或於一特定時間或一時間範圍內)達到或超過至少一該等係數程度之光學能量。
為了遵照預定之實施係數，提供光線輸出24之發光裝置110可根據與實施係數相關之各種性質與以操作，例如溫度、光譜分布與光線能量等係數。同時，發光裝置110可具有特定操作規格，其可根據該發光裝置110之製作過程加以制定，以排除該裝置之破損以及/或預防損壞。該光反應系統10之其他元件亦可具有相關之操作規格，該等規格可包含操作與實施溫度、電力與其他係數之規格範圍(例如最大與最小值)。
依此，光反應系統10可支援對於該等實施參數之監測作用。另外，光反應系統10可提供對於發光裝置110之監測作用，包含該等發光裝置110之性質與規格。再者，光反應系統10亦可提供對於光反應系統10所選用之其他元件之監測作用，包含該等元件之個別性質與規格。
提供如此監測作用，可確認系統之妥善運作與否，藉以可靠地評估該光反應系統10之運作狀況。舉例而言，光反應系統10可於至少一實施參數(例如溫度、光線能量等)、任何元件性質之該等參數以及/或任何元件之操作 規格為非理想狀態下進行操作。提供如此監測作用，亦可根據系統至少一元件之控制器108所接收之資料加以對應實施。
監測作用亦可支持對於系統運作之控制。舉例而言，可透過接收並響應至少一系統元件所發出資料的控制器108，加以實施一控制策略。此種控制策略，如前所述，可直接實施(例如根據元件之運作資料，透過發送至一元件之控制訊號控制該元件)或間接實施(例如透過用以調整其他元件運作之控制訊號，控制一元件之運作)。舉例而言，一發光裝置之光線輸出，可透過發送至電源102以調整輸送至發光子系統100之控制訊號，以及/或透過發送至冷卻子系統18用以調整發光子系統100冷卻效果之控制訊號加以調整。
可使用不同控制策略以使系統得以妥善操作以及/或改善系統操作以及/或實施效果。於特定實施例中，亦可以不同控制方式使陣列之光線輸出以及操作溫度之間取得平衡以及/或改善其平衡，藉以達成例如排除發光裝置110或發光裝置110陣列的規格外升溫情況，並亦可將光線能量引導至工作件26，使其足以達成實施用途中的光反應作用。
於某些實施狀態中，可將高光線能量傳輸至工作件26。依此，子系統12可利用發光裝置110陣列加以實施。舉例而言，子系統12可利用一高密度發光裝置(LED)陣列加以實施。雖然本發明於此界定發光裝置陣列之詳細使用狀態，但仍可於不違背前述內容原則之前提下使用發光裝置110以及相同裝置之陣列，該等發光技術可包括但不限於有機發光二極體、雷射二極體與其他半導體雷射裝置。
複數發光裝置110可以一陣列20之方式實施，藉以使該等發光裝置110一併設置以提供光線輸出。然而，至少一陣列之發光裝置110可同時實施， 以對於所選定陣列之性質提供監測作用。該等監測裝置36可選自以陣列20設置之裝置，以及，舉例而言，可具有與其他發光裝置相同之結構。例如，發光與監測裝置間之作用差別可藉由與特定發光裝置相連接之耦合電路22來加以判定(例如於基本型態中，發光裝置陣列可於耦合電路22提供一逆向電流時，具有監測發光裝置之效果，並於耦合電路22提供一正向電流時，具有使發光裝置之發光效果)。
再者，根據耦合電路22，所選之陣列20中之發光裝置可為多功能裝置以及/或多模式裝置，其中(a)多功能裝置可檢測至少一種性質(例如光線輸出、溫度、磁場、震動、壓力、加速度與其他機械力或變形狀態)並可依照實施參數或其他決定性因素而轉換於該等檢測功能之間，以及(b)多模式裝置可具有於發光、檢測與其他模式(例如關閉模式)，並可依照實施參數或其他決定性因素而轉換於該等模式之間。
如圖2所示，係為可供給不同電流量之第一發光系統電路示意圖。發光子系統100包含至少一發光裝置110，其與一散熱器101為熱連通狀態。於此實施例中，發光裝置110係為發光二極體(LED)，各發光裝置110包含一陽極201以及一陰極202。將圖1所示之電源102打開可將48伏特的直流電透過通道或導線供給於電壓調節器204。電壓調節器204可透過導線或通道242供給直流電予發光裝置110之陽極201；電壓調節器204亦透過導線或通道240電性連接於發光裝置110之陰極202。電壓調節器204並同時接於接地介面260，並於一實施例中可為一降壓調節器。電壓調節器204將一可調電壓供給至發光裝置110。
控制器108與電壓調節器204電性連接。於其他實施例中，獨立之輸出產生裝置(例如開關)可依需求用以取代控制器108。控制器108包含中央 處理單元290，用以處理指示。控制器108亦具有輸入與輸出端(I/O)288，用以操作電壓調節器204以及其他裝置。非暫態可執行指示可儲存於唯讀記憶體292(例如非暫態記憶體)中，且相關變數亦可儲存於隨機存取記憶體294中。
控制器108可電連接於使用者介面212，使用者可藉以調整發光子系統100之輻照輸出。於某些實施例中，使用者介面212可包含儲存於非暫態記憶體中之指令，該等指令係用以提供一數位電位計，其使電流流經發光裝置110，以調整於0-255之範圍或更為離散之電流強度。故，發光子系統之輻照輸出可於256種強度間調整。
以場效電晶體(FET)實施之可變電阻220可自控制器108或透過另一輸入裝置接收一強度訊號電壓。本實施例中，該可變電阻係為一場效電晶體，而該電路亦可使用其他形態之可變電阻。
於此實施例中，陣列20之至少一元件包含固態發光元件，例如發光二極體(LED)或可產生光線之雷射二極體。該等元件可設置為一基材上之單一陣列、一基材上之多重陣列，或數項相互連接之基材上之多個單一陣列或多重陣列等。於一實施例中，發光元件之陣列可由Phoseon Technology,Inc.之Silicon Light MatrixTM(SLM)產品所構成。
如圖2所示之電路係為一封閉電流迴路208。於封閉電流迴路208中，可變電阻220透過穿越驅動電路222之導線或通道230接收一強度電壓控制訊號。該可變電阻220自該驅動電路222接收驅動訊號。可變電阻220與陣列20之間的電壓係受控制於由電壓調節器204所決定之一目標電壓，該目標電壓值可受控制器108或其他裝置所支援，且電壓調節器204將一電壓訊號控制在可於陣列20與可變電阻220間之電流通道提供目標電壓之強度。可變電阻220控制自陣列20 沿箭頭245所指方向流至電流感測電阻255之電流。目標電壓亦可依照發光裝置之類型、工作件之類型、固化參數以及各種其他作業條件進行調節。一電流訊號可沿導線或通道236回饋至控制器108，或其他可依照通道236所提供之電流回饋調節供給至驅動電路222之強度電壓控制訊號的裝置。更詳而言之，若該電流訊號異於一目標電流，則藉由導線230所通過之該強度電壓控制訊號會受到增強或減弱，以調節流經陣列20之電流。可反應出流經陣列20之電流的一回饋電流，係透過導線236引導，以形成可隨著流經電流感測電阻255之電流改變一同產生變化之一電壓強度。
於一實施例中，可變電阻220及陣列20之間的電壓係經調整為一固定電壓，流經陣列20及可變電阻220之電流係透過調整可變電阻220之阻抗來加以調整。故，自可變電阻220流經導線240之一電壓訊號於此實施例中並未流向陣列20，而陣列20與可變電阻220之間的電壓回饋，係依循導線240方向並流向一電壓調節器204。該電壓調節器204並輸出一電壓訊號至該陣列20。因此，電壓調節器204調整其輸出電壓以響應陣列20之下送電壓，且流經陣列20之電流係透過可變電阻220加以調整。控制器108可包含指示調整可變電阻220之阻抗值，以響應陣列電流沿導線236所回饋之電壓。導線240使發光裝置110之陰極202、可變電阻220之輸入端299(例如N通道金氧半導體場效電晶體(N-channel MOSFET)之汲極)以及電壓調節器204之電壓回饋輸入端293可彼此電性連接。故，發光裝置110之陰極202、可變電阻220之輸入端299以及電壓調節器204之電壓回饋輸入端293皆處於同一電位。
可變電阻之形態係可為場效電晶體、雙極電晶體、數位分壓器或任何可以電子控制的電流限制裝置。驅動電路可依所使用之可變電阻以不同型 態實施。封閉迴路系統之運作使輸出電壓調節器204可維持較陣列20運作之電壓高約0.5伏特。調節器輸出電壓可調整供給於陣列20之電壓，且可變電阻可將流經陣列20之電壓控制於一目標強度。此電路可提升發光系統之效能，並較其他操作方法更降低發光系統之升溫程度。如圖2所示之實施例中，可變電阻220一般可產生範圍約0.6伏特內的電壓降；然而，可變電阻220之電壓降可能小於或大於0.6伏特，依照可變電阻220之設計有所不同。
故，圖2所示電路提供電壓回饋至一電壓調節器，以控制通過陣列20的電壓降。舉例而言，由於陣列20之運作導致一電壓降通過陣列20，故電壓調節器204之電壓輸出係為陣列20與可變電阻220間之目標電壓加上通過陣列20之電壓降。若可變電阻220之阻抗增加以減少流經陣列20之電流，則電壓調節器204之輸出可經調整(例如降低)以維持陣列20與可變電阻220之間的目標電壓。另一方面，若可變電阻220之阻抗降低以增加流經陣列20之電流，則電壓調節器204之輸出可經調整(例如增加)以維持陣列20與可變電阻220之間的目標電壓。以此方式，通過陣列20之電壓以及流經陣列20之電流可同時受到調整，以自陣列20提供目標之光線強度。於此實施例中，流經陣列20之電流係經過設置於陣列20下送位置(例如設於電流方向)及接地介面260上游位置之一裝置(例如可變電阻220)加以調整。
於此實施例中，陣列20中之所有發光裝置係同時獲得電力供給。然而，通過不同組發光裝置之電流可透過增設額外的可變電阻220(每一陣列皆增設可變電阻以控制電流供給)以獨立控制。控制器108調整通過各可變電阻之電流，以控制通過多組陣列之電流處於與陣列20相同之程度。
如圖3所示，係為可獲得不同電流量供給之一第二發光系統電路 示意圖。圖3包含如圖2所示第一發光系統電路之部分相同元件；圖3中與圖2所示相同之元件具有相同標號。為求簡單明瞭，於此不再贅述關於圖2與圖3中相同元件之敘述；然而，圖2中元件之相關敘述可套用於圖3中相同標號之元件。
圖3中所示發光系統包含一SLM區段，其包含具有發光裝置110之陣列20，該SLM亦具有開關308以及電流感測電阻255。然而，開關308以及電流感測電阻255可依需求納入電壓調節器304或設為控制器108之一部份。電壓調節器304包含具有電阻313以及電阻315之分壓器310。導線340使分壓器310與發光裝置110之陰極以及開關308電性連接。故，發光裝置110之陰極、開關308之一輸入端305(例如一N通道金氧半導體場效電晶體(N-channel MOSFET)之汲極)以及電阻313與電阻315間之一陽極皆處於相同電位。開關308僅於開啟或關閉狀態間操作，且並未做為具有可線性化或比例性調整組抗之可變電阻。再者，於一實施例中，開關308具有一0伏特之輸出端耐受電壓(Vds)，而圖2所示可變電阻220之輸出端耐受電壓為0.6伏特。
圖3之發光系統電路亦包含一誤差放大器326，用以接收代表由電流感測電阻255所測得透過導線340流經陣列20之電壓。誤差放大器326亦透過導線319自控制器108或另一裝置接收一參照電壓。誤差放大器326之輸出係傳輸至一脈寬調變器(PWM)328之輸入端，脈寬調變器(PWM)328再輸出至一降壓調節器330，且降壓調節器330調整位於陣列20上游位置之一規律直流電源供給(如圖1之元件102)以及陣列20之間的電流。
於某些實施例中，目標情況係透過位於陣列20上游位置(依照電流方向)之一裝置調整流至陣列20之電流，其中該裝置並非設置於如圖2所示陣列20之下游位置。如圖3發光系統實施例所示，一電壓回饋訊號透過導線340直 接傳送至一電壓調節器304。以強度電壓控制訊號型態表現之一電流需求，可透過導線319自控制器108傳送；該訊號係成為一參照訊號Vref，並傳輸至誤差放大器326，而非傳輸至可變電阻之驅動電路。
電壓調節器304自陣列20之上流位置直接控制該SLM之電流，更詳而言之，分壓器310可使該降壓調節器330作為當SLM受開關308所關閉時，可監測降壓調節器330之輸出電壓的一傳統降壓調節器。該SLM可選擇性自導線302接收關閉開關308與啟動SLM以提供光線之訊號。當一訊號傳輸至導線302時，降壓調節器330之運作會有所差異。更詳而言之，與一般降壓調節器不同，本發明之降壓調節器可控制負載電流、流至SLM之電流，以及自SLM流出之電流量。更詳而言之，當開關308關閉時，流經陣列20之電流係依據節點321之電壓來決定。
節點321之電壓係依據流經電流感測電阻255以及分壓器310之電流來決定。故，節點321之電壓係代表流經陣列20之電流。一代表SLM電流之電壓與控制器108透過導線319所提供代表流經SLM的目標電流相互比對；若SLM電流與SLM目標電流具有差異，則誤差放大器326之輸出端即產生一誤差電壓，該誤差電壓可調整脈寬調變器(PWM)328之工作周期，且發自脈寬調變器(PWM)328之一脈衝列可控制降壓調節器330當中一線圈之充電時間與放電時間。該線圈之充電與放電時間可調整電壓調節器304之輸出電壓。流經陣列20之電流可透過調整電壓調節器304所發出至陣列20之電壓加以調整。若欲設額外之陣列電流，則增加電壓調節器304之輸出電壓；若欲減少陣列電流，則降低電壓調節器304之輸出電壓。
故，圖1至圖3所示系統可操作至少一發光裝置之系統，其包含： 具有一回饋單元之一電壓調節器，該電壓調節器電連結於至少一發光裝置；以及可發出非暫態指令之一控制器，以對於供應至該至少一發光裝置之電流提供一線性化校正。該系統所包含之線性化校正係根據正常化之光線輸出以及發光裝置之溫度而定；該系統所包含之線性化校正亦可根據一斜率及電流偏置而定。
於某些實施例中，該系統進一步包含額外之指令，以將供給於該至少一發光裝置之電流經由線性化校正加以分流。該系統進一步包含額外之指令，以將線性化校正對應於該至少一發光裝置之溫度變化進行修正。該系統進一步包含額外之指令，於該至少一發光裝置缺乏溫度變化時，不將線性化校正進行修正。該系統進一步包含額外之指令，以於一固定時間間隔後將線性化校正進行修正。
如圖4所示，係為顯示輻照光線(例如發光陣列之輸出)與發光陣列電流間之線性關係示意圖。該示意圖可藉由調整供給至如圖1至圖3所示發光陣列之電流，並記錄該發光陣列所產生之輻照光線，再記錄下不同幅照光線對應之電流而成。故，可藉此觀察到發光陣列電流與輻照光線(例如發光陣列之輸出)之間存在一線性關係。更詳而言之，供給至該發光陣列之電流增加時，輻照光線也會線性化提升。
至少一發光裝置之操作可藉由一簡單之熱力學觀點表現為：Power in =Light out +Heat
其中Powerin係為輸入至發光陣列之電力，Lightout係為光線能量輸出，Heat為熱能量輸出。故，若欲於熱量變化時將光線輸出維持恆定，則需要變動輸入能量。須注意熱量與電力輸入之間具有成比例之關係，發光陣列散熱器所消散的熱量增加，會使輸入發光陣列以提供恆定光線輸出之能量需求對應增加。輸 入至發光陣列之電力係為供給至發光陣列之電流與電壓的產物。光線的輸出，與對應於發光陣列操作時之電流曲線的一光線輸出區域中之發光陣列電流呈現線性關係。故，光線輸出、熱量與輸入電力間之線性關係，係如上述電力方程式與圖4內容所呈現。
如圖5所示，係為正常化之發光陣列輸出(例如輻照光線)對應於發光陣列溫度或發光陣列散熱槽溫度之示意圖。實線502代表可顯示實際或模擬光線輸出之曲線，虛線504代表對應於發光陣列溫度或發光陣列散熱氣溫度之光線輸出的一線性化近似值。光線輸出值與溫度值可藉由將一電流施於該發光陣列並記錄發光陣列溫度與輻照光線之方式來決定。虛線504之等式可表現為y=mx+b，其中y為輻照光線，m為斜率，x為發光陣列溫度，b為偏置值。由於虛線504為線性化表現，供給至發光陣列之驅動電流可藉由下列等式進行修正：
Figure 104116432-A0305-02-0018-1
其中I(T)為指令驅動電流；I 0 為起始驅動電流，其可為依經驗決定之值，使其於預定溫度時可產生一目標輻照光線強度；Drive_current_adjustment係為自等式y=mx+b或m．T(℃)+b所取得之驅動電流調整方法，其中m與b之值係經由實驗決定。藉由驅動電流調整將對應於目標光線輸出之驅動電流進行分流，虛線504可能產生上下變動，以調整供給至發光陣列之電流，並達到目標之光線輸出強度。
如圖6所示，係為一發光系統模擬響應實施例之示意圖，其方法係如圖7及圖8所示。圖6之示意圖包含圖中左側之一第一Y軸，以及圖中右側之一第二Y軸。第一Y軸代表正常化之輻照光線，第二Y軸代表發光裝置接點溫度。 X軸代表時間，且時間自圖左側向圖右側增加，時間開始於時間點T0，並向X軸右側增加。當未利用圖7及圖8所示之方法控制時，該陣列之發光輸出於時間點T1時達到穩定狀態。
圖中包含三條曲線602、604、606。曲線602代表發光陣列電流受圖7及圖8之方法控制時，陣列20響應發光陣列輸出所受到步階變化要求後之輻照光線。曲線604代表陣列20響應受發光陣列輸出步階變化時之輻照光線，該發光陣列輸出之步階變化係與曲線602之步階變化相同，但供給至陣列20之電力並未受圖7及圖8所示之方法所控制。最後，曲線606代表陣列20響應於曲線602中所收到發光陣列輸出步階變化要求時，發光裝置之接點溫度。所收到要求之發光陣列的步階變化係開始於時間點T0。
於此可觀察到，曲線602極為貼近發光陣列輸出之步階變化；然而，曲線604則顯示發光陣列之輻照於初期係超越該目標輸出(例如數值為1)，而後於發光裝置接點溫度增加時，才降回目標之輸出強度。依此可知，未使用圖7及圖8所示方法控制發光陣列電流時，響應發光陣列輸出增加要求的發光陣列輸出可能大於目標值。故，若僅單純以增加電壓以及/或電流來回應額外之發光陣列輸出要求，未使用圖7及圖8所示方法時，發光陣列輸出強度可能超越目標強度。
因此，圖6顯示圖7及圖8之方法提供了更為精確之光線輸出，且更貼近於目標光線輸出之步階變化。圖7及圖8所示方法，提供了更符合需求之步驟，使輻照輸出得以響應發光陣列輸出之目標步階變化。
如圖7所示，係為發光系統之輻照輸出控制方法。圖7所示之方法可用於如圖1至圖3所示之系統。該方法可作為可執行指令儲存於一控制器之非 暫態記憶體中。再者，圖7之方法可操作如圖6所示之發光系統。再者，圖7之方法可調整發光陣列電流，以響應所收到輻照步階遞增或遞減之要求。
於步驟702，方法700可判斷一發光裝置陣列是否正受指令啟動或該等發光裝置已經啟動。於一實施例中，方法700可判斷發光裝置是否回應於一控制器輸入訊號，而正受指令啟動或已經啟動。該控制器輸入訊號可透過介面結合按鈕或操作者之控制動作。於發光裝置受指令啟動或該等發光裝置已經啟動時，該控制器輸入值可為1。若方法700判斷該等發光裝置正受指令啟動，或已經啟動，則產生一肯定答覆，且方法700繼續進行至步驟704；否則，產生一否定答覆，且方法700繼續進行至步驟716。
於步驟704，方法700決定一數位值，以對應於傳送自發光陣列之一輻照光線目標強度，且該輻照光線目標強度係與圖4所示之一目標發光陣列電流(I)相關。於一實施例中，該數位值可藉於0至255之範圍間；然而，於其他實施例中，該數位值可藉於更小或更大之數值範圍間(例如0至511之間)。方法700可自控制器108中之一變數所受到之輻照光線目標強度，該變數可為一數位電位計變數，且一操作者可透過一鍵盤或其他介面輸入該變數值。於其他實施例中，一物理電位計輸出對應於0至255範圍間之一數位值，可提供所受到發光陣列輻照強度要求之數位值，該數位值可表示為POT0，其為對應於發光陣列目標輻照強度輸出之數位電位值。方法700於判定目標輻照強度後，繼續進行至步驟706。
於步驟706，方法700判斷發光陣列是否已經啟動。於一實施例中，方法700於數值大於0時，可判斷發光陣列係為已經啟動。於其他實施例中，流經發光陣列之電流可受到感測，且倘若該電流大於一電流門檻，該發光陣列 可經判定為啟動。若方法700判斷發光陣列處於啟動狀態，即產生一肯定答覆，且方法700繼續進行至步驟710；否則，產生一否定答案，且方法700繼續進行至步驟708。
於步驟708，方法700啟動該發光陣列於步驟704中所要求之目標輻照光線。於一實施例中，該數位值係轉換供給至發光陣列之一電流量。舉例而言，若一操作員要求一POT值200，其對應於3安培，則將一3安培之電流供給至該發光陣列。該電流可透過圖2所示之一可變電阻加以調整。該可變電阻可根據該POT值200進行調整，或該數值200可轉變為一類比電壓，用以調整可變電阻之阻抗，藉以控制發光陣列電流。於發光陣列啟動於該目標輻照強度POT0後，方法700繼續進行至步驟710。
於步驟710，方法700判定發光陣列之溫度，該方光陣列溫度可取決於散熱槽或發光陣列之發光裝置接點處。於一實施例中，一電熱調節器或熱電耦可感測發光陣列之溫度，並提供一電壓或電流至一控制器。該控制器透過一轉換功能，將該電壓轉變為一溫度值。於發光陣列溫度判定完成後，方法700繼續進行至步驟712。
於步驟712，方法700藉由將步驟704中所判定之POT0值利用圖5所示之驅動電流調整進行除分，以調整發光陣列電流。更詳而言之，除分該POT0之分母值係由斜率乘以步驟710中所判定之溫度，再加上圖5中所判斷之偏置值而得。所成之電流POT經指令輸出至該發光陣列，以此方式，發光陣列電流之初始POT0值係經調整後對應於發光陣列溫度或發光陣列之散熱槽溫度，以提供一經要求之輻照強度。於發光陣列電流經調整並受指令輸出至發光陣列後，方法700繼續進行至步驟714。
於步驟714，方法700判斷是否具有將發光陣列關閉之一要求。該發光陣列可響應一手動或自動關閉發光陣列之要求，進行關閉。若方法700判斷發光陣列收到要求轉為關閉狀態，則產生一肯定答覆，且方法700繼續進行至步驟716；否則，產生一否定答覆，且方法700回到步驟704。
於步驟716，方法700命令使POT值歸零，藉以指示將一零電流傳送至發光陣列。於停止輸送電流至發光陣列後，方法700進行至結束步驟。
故，方法700持續判斷發光陣列溫度並調整供給至發光陣列之電流，以響應圖5所示發光陣列輻照光線與發光陣列溫度之間的線性關係。藉此，圖7所示之方法可以固定間隔或變動間隔間執行。
如圖8所示，係為控制發光系統輻照輸出之另一方法實施例。圖8所示之方法可為一可執行指令，儲存於圖1至圖3所示非暫態記憶體中。另外，圖8之方法可操作如圖6所示之發光系統。再者，圖8之方法可調整發光陣列電流，以響應輻照光線步階遞增或遞減之要求。
於步驟802，方法800判斷一發光裝置陣列是否正受指示啟動或已經啟動，於一實施例中，方法800可判斷發光裝置是否回應於一控制器輸入訊號，而正受指令啟動或已經啟動。該控制器輸入訊號可透過介面結合按鈕或操作者之控制動作。於發光裝置受指令啟動或該等發光裝置已經啟動時，該控制器輸入值可為1。若方法800判斷該等發光裝置正受指令啟動，或已經啟動，則產生一肯定答覆，且方法800繼續進行至步驟804；否則，產生一否定答覆，且方法800繼續進行至步驟816。
於步驟804，方法800決定一數位值，以對應於傳送自發光陣列之一輻照光線目標強度，且該輻照光線目標強度係與圖4所示之一目標發光陣列電 流(I)相關。方法800可自控制器108中之一變數所受到之輻照光線目標強度，該變數可為一數位電位計變數，且一操作者可透過一鍵盤或其他介面輸入該變數值。於其他實施例中，一物理電位計輸出對應於0至255範圍間之一數位值，可提供所受到發光陣列輻照強度要求之數位值，該數位值可表示為POT0，其為對應於發光陣列目標輻照強度輸出之數位電位值。方法800於判定目標輻照強度後，繼續進行至步驟806。
於步驟806，方法800判斷發光陣列是否已經啟動。於一實施例中，方法800於數值大於0時，可判斷發光陣列係為已經啟動。於其他實施例中，流經發光陣列之電流可受到感測，且倘若該電流大於一電流門檻，該發光陣列可經判定為啟動。若方法800判斷發光陣列處於啟動狀態，即產生一肯定答覆，且方法800繼續進行至步驟810；否則，產生一否定答案，且方法800繼續進行至步驟808。
於步驟808，方法800啟動該發光陣列於步驟804中所要求之目標輻照光線。於一實施例中，該數位值係轉換供給至發光陣列之一電流量。舉例而言，若一操作員要求一POT值200，其對應於3安培，則將一3安培之電流供給至該發光陣列。該電流可透過圖2所示之一可變電阻加以調整。該可變電阻可根據該POT值200進行調整，或該數值200可轉變為一類比電壓，用以調整可變電阻之阻抗，藉以控制發光陣列電流。於發光陣列啟動於該目標輻照強度POT0後，方法800繼續進行至步驟810。
於步驟810，方法800判定發光陣列之溫度，該方光陣列溫度可取決於散熱槽或發光陣列之發光裝置接點處。於一實施例中，一電熱調節器或熱電耦可感測發光陣列之溫度，並提供一電壓或電流至一控制器。該控制器透過 一轉換功能，將該電壓轉變為一溫度值。於發光陣列溫度判定完成後，方法800繼續進行至步驟812。
於步驟812，方法800藉由將步驟804中所判定之POT0值利用圖5所示之驅動電流調整進行除分，以調整發光陣列電流。更詳而言之，除分該POT0之分母值係由斜率乘以步驟810中所判定之溫度，再加上圖5中所判斷之偏置值而得(請協助判斷此句意義正確否)。所成之電流POT經指令輸出至該發光陣列，以此方式，發光陣列電流之初始POT0值係經調整後對應於發光陣列溫度或發光陣列之散熱槽溫度，以提供一經要求之輻照強度。於發光陣列電流經調整並受指令輸出至發光陣列後，方法800繼續進行至步驟814。
於步驟814，方法800判斷是否具有將發光陣列關閉之一要求。該發光陣列可響應一手動或自動關閉發光陣列之要求，進行關閉。若方法800判斷發光陣列收到要求轉為關閉狀態，則產生一肯定答覆，且方法800繼續進行至步驟816；否則，產生一否定答覆，且方法800繼續進行至步驟820。
於步驟816，方法800命令使POT值歸零，藉以指示將一零電流傳送至發光陣列。於停止輸送電流至發光陣列後，方法800進行至結束步驟。圖8所示之方法可以固定間隔或變動間隔間執行。
於步驟820，方法800判定發光陣列溫度並調整溫度變數T至當下所判定之發光陣列溫度。換句話說，儲存於記憶體中之發光陣列溫度係調整為當下之發光陣列溫度值。於發光陣列溫度更新為發光陣列或發光陣列散熱槽之溫度後，方法800繼續進行至步驟822。
於步驟822，方法800判斷發光陣列溫度或發光陣列散熱槽溫度之變化的絕對值(例如T-T0)是否大於-1/(m．POT 0+1)，或所要求之輻照光線(例 如改變至步驟804所測定之值POT0)是否有所改變。若為肯定，則產生一肯定答覆，且方法800回到步驟810；否則，產生一否定答覆，且方法800回到步驟820。若輻照光線收到改變要求，則根據受到要求之輻照光線強度輸出一新的POT0值。以此方式，直到發光陣列溫度顯然足以導致POT值增加或減少時，發光陣列電流才會受到調整。
判定發光陣列溫度以調整發光陣列電流之根據，可如下所示：POT 1=POT 0+1
Figure 104116432-A0305-02-0025-3
and
Figure 104116432-A0305-02-0025-4
Figure 104116432-A0305-02-0025-5
其中POT1係為POT0加上一增加值1(例如POT0為200、POT1為201)，m係為先前所述之斜率，T0係為與POT0有關之溫度，T1係為與POT1相關之溫度，b係為先前所述之偏置值，且△T係為發光陣列溫度之變化，其可導致POT0產生增加值1，以維持恆定之光線輸出。可假設該方光陣列於兩種情況下皆輸出相同之輻照光線強度。由POT1值產生之驅動電流較POT0大，且具有偏置大於T0之偏置值T1。
故，圖7及圖8所示之方法可用以操作至少一發光二裝置，其包含：選定一電流，以響應該至少一發光二裝置之一目標輻照輸出之變化；以及將藉由一線性化電流調整所修正之電流輸出至該至少一發光裝置。該方法所包含之線性化電流調整，係根據該至少一發光裝置之溫度而定。
於某些實施例中，該方法中之電流係經該線性化電流調整所進行分壓。該方法中之線性化電流調整係根據一斜率與偏置值而定。該方法中之斜率與偏置值係根據一正常化輻照光線以及該至少一發光裝置之溫度而定。該方法中之可變電阻係經過調整，以透過一線性化電流調整將修正後之電流提供至該至少一發光裝置。該方法中之變化係為一步階遞增變化。該方法中之變化亦可為一步階遞減變化。
於另一實施中，圖7及圖8所示提供用以操作方法至少一發光裝置，包含：為響應該至少一發光裝置低於一門檻值之溫度變化，持續監測該至少一發光裝置之溫度，且未對於供給至該至少一發光裝置之電流進行校正；且為響應該至少一發光裝置高於一門檻值之溫度變化，將供給至該至少一發光裝置之電流進行校正，以對應於以溫度為根據之一線性化電流調整。該方法中之門檻值係根據一斜率而定。該方法中之斜率係根據該至少一發光裝置之光照與該至少一發光裝置之溫度間的線性關係而定。該方法中之光照係為正常化光照。該方法中供給至該至少一發光裝置之電流係經由一電流調節器進行分壓。
精於此技藝者能在不脫離本發明精神與範疇下進行各種不同形式的改變。例如，可產生不同光線波長之光源亦可利用於本發明所述內容。
10:光反應系統
12:元件、子系統
100:發光子系統
102:電源
108:控制器
110:發光裝置
18:冷卻子系統
20:陣列
22:耦合電路
24:光線輸出
26:工作件
28:反射光線
30:耦合光學元件
36:監測裝置

Claims (17)

  1. 一種操作至少一發光裝置之系統，其包含：一電壓調節器，具有一回饋輸入，該電壓調節器電連接於該至少一發光裝置；以及一控制器，具有一非暫態指令及一額外指令，該非暫態指令對於供給至該至少一發光裝置之電流提供一線性化校正，該額外指令藉由該線性化校正將供給至該至少一發光裝置之電流進行分壓。
  2. 如請求項1所述之系統，其中，該線性化校正係為以正常化光線輸出及發光裝置溫度為根據之校正。
  3. 如請求項2所述之系統，其中，該線性化校正係以一斜率及偏置為根據。
  4. 如請求項1所述之系統，其中，該額外指令藉以對應該至少一發光裝置之溫度變化，修正該線性化校正。
  5. 如請求項1所述之系統，其中，該額外指令藉以在該至少一發光裝置之溫度未發生變化時，不對該線性化校正進行修正。
  6. 如請求項1所述之系統，其中，該額外指令以於固定時間間隔之間修正該線性化校正。
  7. 一種操作至少一發光裝置之方法，其包含：選定一電流，其可對應於該至少一發光裝置之一目標輻照輸出，以響應該至少一發光裝置目標輻照輸出之變化；以及將經過一線性化電流調整所修正之電流輸出至該至少一發光裝置，該電流係藉由該線性化電流調整進行分壓。
  8. 如請求項7所述之方法，其中，該線性化電流調整係以該至少一發光裝置之溫度為基礎。
  9. 如請求項7所述之方法，其中，該線性化電流調整係以一斜率及偏置值為基礎。
  10. 如請求項9所述之方法，其中，該斜率及偏置值係根據正常化之輻照以及該至少一發光裝置之溫度所決定。
  11. 如請求項7所述之方法，其中，一可變電阻係經過調整，以將藉由一線性化電流調整所修正之電流提供至該至少一發光裝置。
  12. 如請求項7所述之方法，其中，該變化係為一步階遞增變化。
  13. 如請求項7所述之方法，其中，該變化係為一步階遞減變化。
  14. 一種操作至少一發光裝置之方法，其包含：為響應該至少一發光裝置低於一門檻值之溫度變化，持續監測該至少一發光裝置之溫度，且未對於供給至該至少一發光裝置之電流進行校正；以及為響應該至少一發光裝置高於一門檻值之溫度變化，將供給至該至少一發光裝置之電流進行校正，以對應於以溫度為根據之一線性化電流調整，其中，供給至該至少一發光裝置之電流係藉由一電流調節器進行分壓。
  15. 如請求項14所述之方法，其中，該門檻值係以一斜率為根據。
  16. 如請求項15所述之方法，其中，該斜率係以該至少一發光裝置之光照以及該至少一發光裝置之溫度為根據。
  17. 如請求項16所述之方法，其中，該光照係為正常化光照。
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