(57)【要約】      （修正有）【課題】照明システムにおいて、発光デバイスの光エネルギーを検出する光検出デバイスに入射する再帰反射光の量を減少し、光検出デバイスの測定エラーを低減する方法を提供する【解決手段】第１軸２２０に沿って発光デバイス１１０から光エネルギーを供給し、第１軸に実質的に直交して配向される第２軸２２２に沿って光検出デバイス２０２を配置することにより、光エネルギーを検出する光検出デバイスにおけるワークピース２６からの再帰反射光２６０の量を減少し、検出された光エネルギーに応じて、光エネルギーを調整する。【選択図】図２
2016086162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主に第１軸に沿って発光デバイスから光エネルギーを供給し、
前記第１軸に実質的に直交して配向された第２軸に沿って配向された光検出デバイスで前記光エネルギーを検出し、
検出された前記光エネルギーに応じて、前記光エネルギーを調整する、
方法。
【請求項２】
前記第１軸に実質的に直交する前記第２軸の配向は、前記第２軸を前記第１軸に直交する状態から１０度以内とすることを含む、
請求項１の方法。
【請求項３】
前記光検出デバイスによる前記光エネルギーの検出は、前記第２軸に沿って配向されたフォトダイオードにより前記光エネルギーを検出することを含む、
請求項２の方法。
【請求項４】
さらに、ワークピースへ前記光エネルギーを供給し、
前記発光デバイスと前記ワークピースとの間に位置する反射面を介して、前記光エネルギーをコリメートする、
請求項３の方法。
【請求項５】
さらに、前記反射面に前記光検出デバイスを配置し、
前記光検出デバイスの光検出面を前記反射面と同一平面に配置する、
請求項４の方法。
【請求項６】
さらに、前記反射面に前記光検出デバイスを配置し、
前記光検出デバイスの光検出面を前記反射面から引っ込んだ位置に配置する、
請求項４の方法。
【請求項７】
さらに、前記反射面と前記ワークピースとの間に位置する屈折レンズを介して、前記光エネルギーをコリメートする、
請求項５の方法。
【請求項８】
検出された前記光エネルギーに応じた前記光エネルギーの調整は、検出された前記光エネルギーと目標光エネルギーとの差が閾値差よりも大きいことに応じた前記光エネルギーの調整を含む、
請求項７の方法。
【請求項９】
光硬化性ワークピースに第１軸に沿って光検出デバイスから光エネルギーを供給し、
前記第１軸に実質的に直交する第２軸に沿って配向された光検出デバイスを介して、前記光エネルギーを検出し、
検出された前記光エネルギーに応じて、前記光硬化性ワークピースの硬化を調整する、
方法。
【請求項１０】
さらに、検出された前記光エネルギーに基づいて、コントローラへ前記光検出デバイスから信号を出力し、
検出された前記光エネルギーに応じた前記光硬化性ワークピースの硬化の調整は、出力信号に応じ前記コントローラを介して発光デバイスによって供給される前記光エネルギーの調整を含む、
請求項９の方法。
【請求項１１】
さらに、前記光検出デバイスと前記発光デバイスの前記コントローラとの間に電気的に結合されたトランスインピーダンス増幅器を介して、前記出力信号を増幅する、
請求項１０の方法。
【請求項１２】
前記発光デバイスによって供給された前記光エネルギーの調整は、前記発光デバイスへ供給される電流の調整を含む、
請求項１１の方法。
【請求項１３】
前記トランスインピーダンス増幅器を介した前記出力信号の増幅は、前記トランスインピーダンス増幅器を介してバイアス電位を供給することによる、前記光検出デバイスから出力される光電流の増幅を含む、
請求項１２の方法。
【請求項１４】
光硬化性ワークピースを硬化させるために、主に第１軸に沿って光エネルギーを放射するよう配向された発光デバイスと、
前記発光デバイスから放射された前記光エネルギーを測定するために、前記第１軸に実質的に直交する第２軸に沿って配向された光検出デバイスと、
測定された前記光エネルギーに応じて、前記光硬化性ワークピースの硬化を調整する非一時的な実行可能な命令を含むコントローラと、
を備える、
照明システム。
【請求項１５】
前記第１軸に実質的に直交する第２軸は、前記第１軸に直交する状態から１０度以内の前記第２軸を含む、
請求項１４の照明システム。
【請求項１６】
前記光硬化性ワークピースの硬化を調整する、前記非一時的な実行可能な命令は、前記発光デバイスから供給された光の強度の調整を含む、
請求項１５の照明システム。
【請求項１７】
前記光硬化性ワークピースの硬化を調整する、前記非一時的な実行可能な命令は、前記光硬化性ワークピースが、前記発光デバイスから供給された光で照射される継続時間の調整を含む、
請求項１６の照明システム。
【請求項１８】
さらに、前記発光デバイスと前記光硬化性ワークピースとの間に位置する反射面を備え、
前記光検出デバイスは、前記反射面に位置する、
請求項１７の照明システム。
【請求項１９】
さらに、前記反射面と前記光硬化性ワークピースとの間に配置された屈折レンズを備える、
請求項１８の照明システム。
【請求項２０】
さらに、前記光検出デバイスと前記コントローラとの間に電気的に結合されたトランスインピーダンス増幅器を備える。
請求項１９の照明システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、発光デバイスと光検出デバイスを備える照明システムの効果及び効率を増大させるシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
照明デバイスの動作及び性能を検証するために、光反応面の硬化には、光反応面上への発光ダイオード（ＬＥＤ）などの固体照明デバイスから放出された放射光の監視が必要である。従来から、照明システムは、固体照明デバイスから放出される光の最大量を検出するために、ＬＥＤにできるだけ近くに位置する、フォトダイオード等の光検出デバイスを含む。例えば、フォトダイオードは、放射光強度を測定するために、ＬＥＤアレイ上に直接配置されうる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明者らは、上記照明システムの潜在的な問題を認識している。すなわち、光反応面は、ＬＥＤアレイ及びフォトダイオードへの光の反射を引き起こす反射特性を有している場合がある。ＬＥＤアレイ及びフォトダイオードへ光反応面から反射した光（再帰反射光（retro-reflected light）とする）がフォトダイオードで検出されると、放射光の測定にエラーが生じる。さらに、ＬＥＤアレイ上に直接配置するように、ＬＥＤに近接してフォトダイオードを配置することは、照明システムが再帰反射光の検出の影響を最も受けやすくし、照明システムの動作や性能を大幅に低下させる。さらに、フォトダイオードでの再帰反射光に起因する測定エラーは、ＬＥＤアレイの制御がフォトダイオードの測定結果に基づく場合、照明システムの制御の問題を引き起こす可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
少なくとも部分的に上記の問題に対処する一つの方法は、以下を備える方法を含む。すなわち、主に第１軸に沿って発光デバイスから光エネルギーを供給し、前記第１軸に実質的に直交する第２軸に沿って配向された光検出デバイスで前記光エネルギーを検出し、検出された前記光エネルギーに応じて、前記光エネルギーを調整する。
【０００５】
他の例では、方法は以下を備える。硬化性ワークピースを硬化するために、第１軸に沿って光検出デバイスから光エネルギーを供給し、前記第１軸に実質的に直交する第２軸に沿って配向された光検出デバイスを介して、前記光エネルギーを検出し、検出された前記光エネルギーに応じて、前記ワークピースの硬化を調整する。
【０００６】
他の例では、照明システムは、硬化性ワークピースを硬化させるために、主に第１軸に沿って光エネルギーを放射するよう配向された発光デバイスと、前記発光デバイスから放射された前記光エネルギーを測定するために、前記第１軸に実質的に直交する第２軸に沿って配向された光検出デバイスと、測定された前記光エネルギーに応じて、前記ワークピースの硬化を調整する非一時的な実行可能な命令を含むコントローラと、を備える。
【０００７】
このようにして、光検出デバイスでの再帰反射光の量を減少させ、光検出デバイスの測定エラーを低減し、照明システムの制御及び全体的な性能を増大させる技術的効果を達成することができる。
【０００８】
なお、上記の要約は、さらに詳細な説明に記載される概念の選択を紹介するために、簡略化して、提供されていることが理解されるべきである。これは、特許請求の範囲に記載された内容、詳細な説明に続く特許請求の範囲によって一意に定義される範囲の主要な又は本質的な特徴を特定するものではない。さらに、特許請求の範囲に記載された内容は、上記又は本開示の任意の部分で述べた欠点を解決する実施に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】照明システムの模式図である。
【図２】発光デバイス及び光検出デバイスを備える照明システムの模式的な例である。
【図３】図２の照明システムのトランスインピーダンス増幅器の回路図の例である。
【図４】図２の照明システムの動作方法の例のフローチャートである。
【図５Ａ】図２に示された照明システムの一部の模式図である。
【図５Ｂ】図２に示された照明システムの一部の模式図である。
【図５Ｃ】図２に示された照明システムの一部の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書は、１以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む発光デバイスと、フォトダイオードなどの光検出デバイスを有する方法に関する。図１は、発光サブシステム１２、コントローラ１０８、電源１０２、冷却サブシステム１８を含む、光反応システム１０のブロック図である。光反応システムは、また、ＬＥＤアレイ２０のような、少なくとも１つの発光デバイスと、１以上の光検出面を有する少なくとも１つの光検出デバイスを含む。図２は、主に第１軸に沿った方向に光エネルギーを放射する発光デバイス（例えば、ＬＥＤアレイ２０）、第１軸に実質的に直交する第２軸に沿って配置又は配向された光検出デバイスを備えた照明システムの一例を示している。図３は、光起電流を監視し、発光デバイスに電流を供給するコントローラに可変順バイアス電位を印加する回路の例を示している。図４は、ここで説明される発光サブシステム１２を実現する方法の一例を示している。図５Ａ〜５Ｃは、図２の照明システムの一部を示している。
【００１１】
ここで図１、２を参照すると、発光サブシステム１２は、１以上の発光デバイス１１０を具備しうる。発光デバイス１１０は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）でありうる。複数の発光デバイス１１０から選択されたものは、放射出力（radiant output）２４を提供するように実装される。放射出力２４は、ワークピース２６に向けられる。再帰反射光２６０のような戻り放射線（returned radiation）２８は、ワークピース２６から発光サブシステム１２へ、又は、発光デバイス１１０の近位に向けて戻されうる。再帰反射光２６０は、発光デバイス１１０に向かって反射された任意の光であり、ワークピース２６、反射面２１８、屈折レンズ２５０から反射された光、発光デバイス１１０以外の光源からの光、及び、他の再帰反射光を含みうる。照射されたワークピース２６から再帰反射された光の量は、ワークピース２６の照射された表面特性に依存しうる。例えば、多くの鏡面反射性の照射面がある場合、発光デバイス１１０に戻る光の再帰反射は少ない鏡面反射性の面の場合よりも大きくなり、多くの散乱性の面からの再起反射光はより拡散する傾向にあり、発光デバイス１１０への再起反射光は低減しうる。
【００１２】
個々の半導体素子又は発光サブシステム１２の発光デバイス１１０（例えば、ＬＥＤ）は、コントローラ１０８によって制御されうる。一実施形態では、コントローラ１０８は、一時的なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２３１、中央処理装置（ＣＰＵ）２３０又はハードウェア又はソフトウェア制御論理のような１以上の処理資源、非一時的なＲＯＭ２３２及び／又は不揮発性メモリの他のタイプを含む情報処理システムを備える。コントローラ１０８は、電界効果トランジスタ及び／又はバイポーラトランジスタのような電流制御デバイスを含む、１以上の個々のＬＥＤ素子の第１グループを、出力（例えば、出力信号）２３５を介して制御し、第１の強度、波長などの光を放射する一方、１以上の個々のＬＥＤ素子の第２グループを制御し、異なる第２の強度、波長などの光を放射する。１以上の個々のＬＥＤ素子の第１グループは、半導体素子の同一のアレイ内のものであってもよいし、半導体素子の複数のアレイからのものであってもよい。
【００１３】
放射出力２４は、カップリング光学系３０を介してワークピース２６に向けられる。カップリング光学系３０は、使用される場合には、様々に実装されうる。一例として、カップリング光学系は、放射出力２４を供給する発光デバイス１１０とワークピース２６との間に配置される１以上の層、材料又は他の構造を具備しうる。一例として、カップリング光学系３０は、放射出力２４の収集（collection）、集光（condensing）、視準（collimation）を、あるいはさもなければ、品質又は実効量を高めるために、１以上のレンズを具備しうる。他の例として、カップリング光学系３０は、放射出力２４の一部又は全てを反射及び／又は視準するリフレクタのような１以上の反射面を具備しうる。例えば、リフレクタ２０４の反射面２１８は発光デバイス１１０とワークピース２６との間に配置され、ワークピース２６に向かう放射出力２４の一部又は全てを反射及び／又は視準しうる。さらに、屈折レンズ２５０は、リフレクタ２０４の反射面２１８とワークピース２６との間の位置に配置することができる。カップリング光学系３０は、さらに、発光デバイス１１０とワークピース２６との間に配置されたマイクロリフレクタアレイと、マイクロリフレクタアレイとワークピース２６との間に配置されたマイクロレンズアレイとを含みうる。このようなマイクロリフレクタアレイとマイクロレンズアレイを用いる場合には、放射出力２４を供給する各発光デバイス１１０は、１対１ベースで、それぞれのマイクロリフレクタ内に配置されうる。また、各マイクロリフレクタは、対応するマイクロレンズを含みうる。各マイクロリフレクタは、それぞれの発光デバイス１１０からの放射出力の一部又は全てを反射及び／又は視準し、各マイクロレンズは、さらに、それぞれの発光デバイス１１０からの放射出力の一部又は全部を視準しうる。
【００１４】
一以上の光検出デバイス３６は、発光デバイス１１０からの放射出力２４を監視、検出、測定するために用いられうる。図１に示すように、光検出デバイスは、以下にさらに説明するように、カップリング光学系３０に配置されうる。
【００１５】
カップリング光学系３０の層、材料又は他の構造のそれぞれは、選択された屈折率を有しうる。各屈折率を適切に選択することにより、放射出力２４（及び／又は戻り放射線２８）の経路内の層、材料又は他の構造間の界面における反射が選択的に制御されうる。一例として、テーパードリフレクタ（tapered reflector）のような、ワークピース２６と半導体素子の間にカップリング光学系を介して配置された、選択された界面における屈折率の差を制御することにより、ワークピース２６への最大限の配送のためのその界面における放射出力２４の伝送を向上させるように、その界面における反射が低減され、排除され、又は最小限に抑えられうる。
【００１６】
カップリング光学系３０は、種々の目的のために使用されうる。例示の目的は、とりわけ、発光デバイス１１０を保護するため、冷却サブシステム１８に関連した冷却流体を保持するため、放射出力２４を収集し、集光し、及び／又は視準するため、戻り放射線２８を収集し、案内し又は拒否するため、又は他の目的のため、を単独に又は組み合わせて含む。他の例として、光反応システム１０は、特にワークピース２６に配送される放射出力２４の実効的な品質又は量を高めるために、カップリング光学系３０を使用しうる。
【００１７】
複数の発光デバイス１１０から選択されたものが、ＣＰＵ２３０、ＲＯＭ２３２、ＲＡＭ２３１および１以上の入力（例えば、入力信号）２３６及び出力（例えば、出力信号）２３５を含むコントローラ１０８にデータを供給するように、カップリング電子機器２２によってコントローラ１０８に結合されうる。一例として、コントローラ１０８は、入力２３６からデータを受信しうる。入力２３６は、トランスインピーダンス増幅器２７５から受信したデータを含みうる。一例として、トランスインピーダンス増幅器２７５は、１以上の光検出デバイス２０２から配送された電流を電圧に変換しうる。一例として、コントローラ１０８は、また、１以上の出力２３５から送信される非一時的な実行可能な命令介して、発光デバイス１１０を制御するように実装されうる。コントローラ１０８は、また、電源１０２及び冷却サブシステム１８のそれぞれに接続され、電源１０２及び冷却サブシステム１８のそれぞれを制御するように実装される。さらに、コントローラ１０８は、電源１０２及び冷却サブシステム１８からデータを受信しうる。
【００１８】
電源１０２、冷却サブシステム１８、発光サブシステム１２のうちの１以上からコントローラ１０８によって受信されるデータは、様々なタイプでありうる。一例として、データは、発光デバイス１１０、光検出デバイス２０２等の、結合された半導体素子に関連した１以上の特性を表わしうる。他の例として、データは、各冷却サブシステム１８、電源１０２、又はそのデータを提供する冷却サブシステム１８に関連した１以上の特性を表わしうる。さらに、他の例として、データは、ワークピース２６に関連した１以上の特性を表わしうる（例えば、ワークピースに向けられる放射出力エネルギー又はスペクトル成分を表わしうる）。さらに、データは、これらの特性のある組み合わせを表わしうる。
【００１９】
コントローラ１０８は、任意のこのようなデータの受信において、そのデータに応答するように実装されうる。例えば、任意のこのようなコンポーネントからのデータに応答して、コントローラ１０８は、電源１０２、冷却サブシステム１８、及び発光サブシステム１２（１以上の、このような結合された半導体素子を含む）のうちの１以上を制御するように実装されうる。一例として、ワークピースの１以上の位置において、放射出力２４の光エネルギーが不十分であることを示す発光サブシステム１２の光検出デバイス２０２の光検出面２５５からのデータに応答して、コントローラ１０８は、（ａ）１以上の出力２３５を介して１以上の発光デバイス１１０への電流及び／又は電圧の電源からの供給を増大する、（ｂ）冷却サブシステム１８による発光サブシステム１２の冷却を増大する（すなわち、ある発光デバイスが冷却されると、より大きな放射出力を提供するためである）、（ｃ）出力２３５のような、１以上の出力２３５を介して、このようなデバイスに電源が供給される期間を増大する、又は（ｄ）上記の組み合わせをするように実装されうる。
【００２０】
冷却サブシステム１８は、発光サブシステム１２の熱挙動を管理するように実装されうる。すなわち、一般的に、冷却サブシステム１８は、このような発光サブシステム１２、特に、発光デバイス１１０の冷却を提供する。冷却サブシステム１８は、また、ワークピース２６及び／又はワークピース２６と光反応システム１０（例えば、特に、発光サブシステム１２）との間の空間を冷却するように実装されうる。
【００２１】
さらに、光反応システム１０は、１以上のアプリケーションパラメータの監視をサポートする。光反応システム１０は、入力、及び／又は、例えば光検出デバイス３６、２０２のような他の半導体素子からの信号を介して、これらのそれぞれの特性及び仕様を含む、発光デバイス１１０の監視を提供しうる。例えば、光検出デバイス３６、２０２は、フォトダイオードを含みうる。また、光反応システム１０は、また、これらのそれぞれの特性及び仕様を含む、光反応システム１０の選択された他のコンポーネントの監視を提供し、この監視データを１以上の入力２３６を介してコントローラ１０８に送信しうる。
【００２２】
このような監視の提供により、光反応システム１０の動作及び性能の信頼性のある評価を助けることができる。例えば、光反応システム１０は、１以上のアプリケーションパラメータ（例えば、放射出力２４が高すぎる、又は、低すぎる）、このようなパラメータに関連した任意のコンポーネントの特性（例えば、発光デバイス１１０に供給された入力電圧及び／又は電流）、及び／又は、任意のコンポーネントのそれぞれの動作特性、に関して望ましくない方法で動作しうる。光反応システム１０の動作は、このような監視に応答してもよく、光反応システム１０の１以上のコンポーネントにより、コントローラ１０８によって受信されたデータに基づいて行うことができる。
【００２３】
このように、監視は、また、光反応システム１０の信頼性のある制御をサポートする。制御戦略及び制御動作は、１以上のシステムコンポーネントから受信したデータに応答して、コントローラ１０８を介して実行されうる。応答制御動作は、直接（例えば、コンポーネントの動作を示すデータに基づいて、コンポーネントの出力を直接制御する制御信号によって）、又は、間接的に（例えば、他のコンポーネントの動作を調整するように指示する制御信号を介して、コンポーネントの動作を制御することによって）、実行されうる。例えば、発光デバイスの放射出力２４は、発光サブシステム１２に印加される電源を調整する電源１０２へ向けられた制御信号を介して、及び／又は、発光サブシステム１２に供給される冷却を調整する冷却サブシステム１８に向けられた制御信号を介して、間接的に調整されうる。放射出力２４の上述の調整は、フォトダイオード等の光検出デバイス２０２からの１以上の信号に基づいていてもよい。
【００２４】
光反応システム１０は、インク印刷からＤＶＤの製造、リソグラフィーに及ぶ硬化用途（curing applications）を含む種々の用途に用いられうるが、これに限定されない。その用途に関連した光反応を遂行するために、放射出力２４は、所定の強度、波長、及び所定の時間で、ワークピース２６又はその近傍の領域（region）又はエリア（area）に配送されうる。例えば、放射出力２４は、ＵＶ硬化性コーティング及びインクのためのＵＶ光を含みうる。ＵＶ光は、コーティング及び／又はインクの硬化（例えば、光反応）が発生する、ワークピース２６の表面上に向けられうる。
【００２５】
いくつかの用途において、放射出力は、発光デバイス１１０を備える発光サブシステム１２によってワークピース２６に配送されうる。例えば、発光デバイス１１０は、１以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイとすることができる。ＬＥＤアレイが用いられうるが、ここで詳細に説明されるように、発光デバイス１１０及びそれらのアレイは、本説明の原理から逸脱することなく、他の発光技術を用いて実施することができることが理解される。他の発光技術の例は、有機ＬＥＤ、レーザーダイオード、他の半導体レーザーを含むが、これに限定されない。さらに、例えば、ＬＥＤアレイから出射される放射出力をコリメート及び／又はフォーカスするために、放射出力２４の強度は、ＬＥＤアレイの強度を変化させる、アレイ内のＬＥＤの数を変更する、マイクロレンズ、屈折レンズ２５０及び／又はリフレクタ２０４のようなリフレクタ、等のカップリング光学系を用いることにより調整される。
【００２６】
図１に示すように、ＬＥＤアレイ２０の発光デバイス１１０は、ＬＥＤアレイ２０が放射出力２４を供給するように構成されている。一実施形態では、フォトダイオードを含む光検出デバイス３７のような、一以上の半導体素子が、一以上のアレイの特性を監視するために設けられる。光検出デバイスは、ＬＥＤアレイ２０内の素子から選択され、他の発光デバイス１１０と同一の構成を有しうる。図１及び図２に示すように、他の実施の形態では、光検出デバイス３６、２０２は、カップリング光学系３０に配置されうる。例えば、光検出デバイス２０２は、リフレクタ２０４のリフレクタハウジング２１３に組み込まれうる。光検出デバイス２０２は、発光素子のＬＥＤアレイ２０によって放射出力２４が主に放射される第１軸に実質的に直交する第２軸に沿って、配置又は配向されうる。第１軸は、発光サブシステム１２の光学軸に対応しうる。リフレクタ２０４は、放射出力２４が少なくとも部分的にコリメートされ、ワークピース２６へ向けて反射されるように、ＬＥＤアレイ２０の周りに少なくとも部分的に延びるように構成されうる。このように、光検出デバイス２０２は、発光デバイス１１０の放射出力を測定しうる。放射出力２４が第１軸に対して対照的に放射されるように、第１に沿った放射出力２４の主な放射は、発光素子の配向（orienting）を備えうる。第１に沿った放射出力２４の主な放射は、さらに、第１軸に沿った方向に最も高い強度での放射出力の放射を備えうる。
【００２７】
光検出デバイス３７と同様に、カップリング光学系３０に位置する光検出デバイス３６、２０２は、カップリング電子機器を介して、コントローラ１０８へデータを受信、送信する。例えば、光検出デバイス２０２は、カップリング電子機器２２を介して逆方向電流信号（例えば、光起電信号）を供給するのに対して、発光デバイス１１０は、カップリング電子機器２２を介して順方向電流信号をコントローラ１０８に供給しうる。さらに、コントローラ１０８は、上記の逆方向電流と順方向電流信号とを比較することによって、発光デバイス１１０からの放射出力放射信号と、光検出デバイス２０２からの監視された放射出力信号との差を決定しうる。
【００２８】
ここで図２を参照すると、１以上の発光デバイス１１０、リフレクタ２０４、屈折レンズ２５０を含むカップリング光学系、少なくとも１つの光検出面２５５を含む光検出デバイス２０２、及びコントローラ１０８を有する発光デバイスシステム１００を備える照明システム２００の一例が示されている。一例として、コントローラ１０８は、光検出デバイス２０２から送信されたデータに応じてワークピース２６の硬化を調整するために、ＲＯＭ２３２に存在する非一時的な命令を含みうる。以下にさらに説明するように、光検出デバイス２０２から送信されるデータは、光検出面２５５で検出された光エネルギーに基づく電位データを含み、（例えば、入力２３６を介して）コントローラ１０８に送信される前に、トランスインピーダンス増幅器２７５を介して処理されうる。
【００２９】
上述したように、一例では、発光デバイス１１０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を備えうる。各発光デバイス１１０（例えば、ＬＥＤ）は、アノード及びカソードを含み、ＬＥＤは、基板上の単一のアレイ、基板上の複数のアレイ、互いに接続された複数の基板上のいくつかのアレイ（単一又は複数のアレイ）等として、構成されうる。一例として、ＬＥＤアレイは、ＬＥＤアレイ２０に類似している。他の例では、発光デバイス１１０のＬＥＤアレイ２０は、フォセオンテクノロジー（Phoseon Technology）社により製造されたシリコンライトマトリックス（Silicon Light Matrix：ＳＬＭ）（商標）を備えうる。さらに、ＬＥＤアレイ２０は、主に第１軸２２０に沿った又は平行な方向に放射出力２４を放射するように構成されうる。図２の照明システム２００の例に示すように、第１軸２２０は、ワークピース２６の平面に直交し、ワークピース２６へ向かう光の強度の増加を助け、ワークピースに向かわない迷光量を低減することができる。他の例では、発光デバイスに入射する再起反射光の量の減少を助けることができるように、第１軸２２０がワークピース２６の表面と鋭角を形成するようにワークピース２６が配置されてもよく、又は、放射出力２４がワークピース２６の非平面の表面を照射してもよい。
【００３０】
（断面で示す）リフレクタ２０４のようなカップリング光学系は、発光デバイス１１０のＬＥＤアレイ２０によって生成された放射出力２４を、ワークピース２６にフォーカスし（focusing）、コリメートし（collimating）、強化し（enhancing）、配向し（directing）、再配向する（redirecting）ように、設けられる。一例では、リフレクタ２０４は、部分的に又は完全に発光デバイス１１０の周囲に延びている。リフレクタ２０４は、楕円筒リフレクタ（elliptic cylindrical reflector）、パラボラリフレクタ（parabolic reflector）、二重楕円筒リフレクタ（dual elliptic cylindrical reflector）、テーパードリフレクタ（tapered reflector）等でありうる。さらに、リフレクタ２０４は、全内部反射（total internal reflection：ＴＩＲ）リフレクタ、金属リフレクタ、誘電体リフレクタ、ファセットリフレクタ（faceted reflector）、又はそれらの組み合わせの１つを備えうる。リフレクタ２０４は、また、複数の発光デバイスから出射された複数の波長の放射出力を、光の均一に混合されたビームに結合するユニークな能力を有しうる。
【００３１】
リフレクタ２０４は、リフレクタハウジング２１３とリフレクタの反射面２１８とを備えうる。リフレクタハウジング２１３は、反射面２１８の形状及び完全性（integrity）を支持し、維持するのを助けることができ、屈折レンズ２５０等の他のカップリング光学系のリフレクタハウジング２１３への実装のために、溝２１５（又は、へこみ（indentations）、ブラケット、ふち（lips）等）を提供しうる。さらに、リフレクタハウジング２１３は、開口部２０６又はリフレクタハウジング２１３に光検出デバイス２０２を実装するための他の手段を備えうる。図２に示すように、開口部２０６は、第１軸２２０に実質的に直交する第２軸２２２に沿って配向されうる。一例では、第１軸２２０に実質的に直交する第２軸２２２は、第１軸２２０に直交する閾値角度内にある第２軸２２２を含みうる。一例では、第１軸２２０に直交する閾値角度内にあることは、第１軸２２０に直交する状態から１０度を含みうる。さらに、いくつかの例では、第２軸は、発光デバイス１１０からの放射出力によって照射されるワークピース２６の表面に平行でありうる。
【００３２】
光検出デバイス２０２及び光検出面２５５が発光デバイス１１０に向かって傾斜しているときの光検出デバイス２０２の配置は、光検出デバイス２０２を遮蔽（又は、部分的に遮蔽）し、光検出デバイス２０２及び光検出面２５５が発光デバイス１１０から離れて傾斜しているときと比較して、光検出面２５５及び光検出デバイス２０２へ入射する再帰反射光２６０の量を減少させる。光検出デバイス２０２及び光検出面２５５が発光デバイス１１０から離れて傾斜している場合、光検出面２５５及び光検出デバイス２０２に入射する再帰反射光２６０の量は増加する。例えば、図５Ｂに示すように、光検出デバイス２０２は、開口部５３８を形成し、第１軸２２０に対して角度５２８で、第２軸５１８に沿って、光検出デバイス２０２を配置することによって、発光デバイス１１０（放射出力５０２のソース）に向かって傾斜しうる。角度５２８は、８０から９０度の間であり、第２軸５１８は、実質的に第１軸２２０に直交する。他の例では、図５Ｃに示すように、光検出デバイス２０２は、開口部５４２を形成し、第１軸２２０に対して角度５３２で、第２軸５３２に沿って、光検出デバイス２０２を配置することによって、発光デバイス１１０から離れるように傾斜しうる。角度５３２は、９０〜１１０度の間であり、第２軸５３２は、実質的に第１軸２２０に直交する。このように、図５Ｂの光検出面２５５及び光検出デバイス２０２へ入射する再起反射光の量は、図５Ｃの光検出面２５５及び光検出デバイス２０２へのものと比較して減少する。
【００３３】
一例では、開口部２０６は、第２軸２２２に平行な方向に沿って、リフレクタハウジング２１３の壁に穿孔することによって製造されうる。開口部２０６の寸法は、フォトダイオード等の光検出デバイス２０２の挿入に対応する十分な大きさとすることができる。図２に示すように、開口部２０６は、発光デバイス１１０とワークピース２６との間で第１軸２２０に沿った方向に対して、リフレクタハウジング２１３の中央部に配置することができる。リフレクタハウジング２１３の中央部に開口部２０６を配置することによって、その位置では再帰反射光２６０は主に第１軸２２０に沿った方向に向けられているため、ワークピース２６から光検出デバイス２０２に到達する再帰反射光２６０の量は（例えば、開口部２０６が発光デバイス１１０又はワークピース２６に近くに位置している場合と比較すると、）減少する。再起反射光の方向及び分布は、発光デバイス１１０からの放射出力２４の方向及びリフレクタ２０４や屈折レンズ２５０の特性に影響されうる。また、ワークピース２６の照射面は、多かれ少なかれ拡散し、多かれ少なかれ鏡面反射し、又はこれらの組み合わせであるため、入射放射出力２４と比較すると、再帰反射光に影響を与えうる。
【００３４】
他の例では、光検出デバイス２０２は、リフレクタ２０４から外部に実装されうる。例えば、発光デバイス１１０がリフレクタ２０４（又は他のカップリング光学系３０）から離間しているとき、光検出デバイス２０２は、発光デバイス１１０とリフレクタ２０４（又は他のカップリング光学系３０）との間で第２軸２２２に沿って実装されうる。他の例では、光検出デバイス２０２の配置が発光デバイス１１０の放射出力２４を妨げたり、変形させたりしないよう、リフレクタ２０４とワークピース２６との間の空間が大きい場合（例えば、放射距離が大きい場合）、光検出デバイス２０２はリフレクタ２０４とワークピース２６との間に実装されうる。開口部２０６の有効径は、光検出デバイス２０２の寸法にちょうど適合できることに依存する。リフレクタ２０４の表面積と比較して、小さい有効径を有する開口部２０６は、開口部２０６に入射する（光検出デバイス２０２に入射されない）光放射の損失量を低減しうる。非円形断面を有する開口部２０６の場合には、有効径は、非円形の開口部２０６と同じ断面積を有する円形断面の直径を意味しうる。
【００３５】
上述したように、リフレクタ２０４の反射面２１８は、楕円筒面（elliptic cylindrical surface）、放物面（parabolic surface）、二重楕円筒面（dual elliptic cylindrical surface）、テーパー面（tapered surface）等でありうる。さらに、リフレクタ２０４の反射面２１８は、全内部反射（ＴＩＲ）面、金属面、誘電体表面、ファセット面（faceted surface）、又はそれらの組み合わせの１つを備えうる。反射面２１８は、また、複数の発光デバイスから出射された複数の波長の放射出力を、光の均一に混合されたビームに結合する能力を有しうる。反射面２１８は、ワークピース２６に向かって第１軸２２０に沿った発光デバイス１１０からの入射放射出力を反射及び／又はコリメートする。入射放射出力をコリメートすることは、第１軸２２０に沿って入射放射出力を部分的にコリメートすることを含みうる。さらに、ワークピース２６に向かって第１軸２２０に沿った放射出力をコリメートすることは、再帰反射光２６０は、第１軸２２０に平行な方向に徐々に配向され、光検出デバイス２０２へ入射する方向には徐々に配向されなくなるため、光検出デバイス２０２へのワークピース２６からの再帰反射光２６０を低減することを助けうる。
【００３６】
照明システム２００のカップリング光学系は、さらに、屈折レンズ２５０を備えうる（図２の断面図に示す）。屈折レンズ２５０は、リフレクタ２０４とワークピース２６との間の位置に配置されうる。図２の例に示すように、屈折レンズ２５０は、発光デバイス１１０に対して、リフレクタハウジング２１３の遠位部に実装されうる。屈折レンズ２５０は、発光デバイス１１０及びリフレクタ２０４からの光をコリメート又は部分的にコリメートするために設けられ、（シリンドリカルを含む）トロイダルレンズ、球面レンズ、非球面レンズ、フレネルレンズ、屈折率分布（ＧＲＩＮ）レンズ等の様々なタイプのレンズを含みうる。また、屈折レンズ２５０は、１以上のレンズ素子のアレイとしてもよい。屈折レンズ２５０は、発光デバイス１１０からの放射出力の少なくとも一部の視準を可能にし、放射出力は主に第１軸２２０に平行な方向に配向する。このようにして、ワークピース２６に入射する放射出力強度と、ワークピース２６の結果として得られる硬化の両方の均一性が増大する。さらに、屈折レンズ２５０は、また、ワークピース２６からの再帰反射光２６０を有利にコリメートすることにより、再帰反射光２６０を発光デバイス１１０に向かう主に第１軸２２０に平行な方向に配向させる。これにより、光検出デバイス２０２の屈折レンズ２５０に入射する再帰反射光２６０の量はさらに低減されうる。
【００３７】
図２に示すように、光検出デバイス２０２は、リフレクタハウジング２１３の開口部２０６内に配置され、第１軸に実質的に直交する第２軸に沿って配置、配向されうる。第１軸は、照明システム２００の光学軸に対応しうる。例えば、１以上の屈折レンズ２５０、リフレクタ２０４、発光デバイス１１０は、第１軸２２０に対して回転対称性を示す。上述したように、第１軸に実質的に直交する第２軸は、第１軸に対して直交する状態から１０度以内の第２軸を含みうる。光検出デバイス２０２の光検出面２５５は、リフレクタ２０４の反射面２１８と同一平面に位置するか、光検出面は、反射面２１８から開口部２０６内に僅かに引っ込んで位置してもよい。光検出面２５５が反射面２１８と同一平面に配置される場合、光検出面２５５における発光デバイス１１０から放射された放射出力の検出は高く、一方、光検出面２５５におけるワークピース２６からの再帰反射光２６０の強度もまた高くてもよい。光検出面２５５が反射面２１８から引っ込んで配置された場合、光検出面２５５における発光デバイス１１０から放射された放射出力の検出は低く、一方、光検出面２５５におけるワークピース２６からの再帰反射光２６０の強度もまた低くてもよい。さらに、光検出面２５５が反射面２１８から引っ込んで配置されている場合、光損失や放射出力２４の歪みが低減されうる。例えば、光検出面２５５は、リフレクタ２０４の内部に向かって対向し、光検出面２５５での入射光を光検出デバイス２０２の光反応部分に伝送する、光学的に透明な窓又は光ファイバを備えうる。
【００３８】
図５Ａ〜５Ｃに示すように、光検出デバイス２０２に入射する発光デバイス１１０からの放射出力２４（例えば、直接光源光）の量は、発光デバイス１１０から遠位部にある開口部２０６、５３８、５４２の表面に高反射面５１０を含むことにより増大しうる。これにより、高反射面５１０に入射する発光デバイス１１０からの放射出力２４は、光検出デバイス２０２上に反射されうる。さらに、再帰反射光２６０の量は、発光デバイス１１０に近い開口部２０６、５３８、５４２の表面に光吸収面５１２を含むことにより低減しうる。これにより、光吸収面５１２に入射する再帰反射光２６０の量は吸収され、光検出デバイス２０２上に反射されない。光吸収面５１２は、バッフル面を備えていてもよい。この場合、光吸収面５１２に入射する再帰反射光２６０の量は、バッフルにより、分散され、及び／又は、吸収され、光検出デバイス２０２へ反射されない。
【００３９】
光検出デバイス２０２は、１以上の光検出デバイス２０２又は１以上の光検出デバイス２０２のアレイを備え、光検出デバイス２０２は、第２軸２２２に平行な、又は、第１軸２２０に実質的に直交する（例えば、直交する状態から１０度以内）、リフレクタ２０４中に配置されている。さらに、リフレクタハウジング２１３は、複数の開口部２０６を備え、それぞれの開口部は、第１軸２２０に実質的に直交して配向された１以上の光検出デバイス２０２の配置を可能とする。
【００４０】
光検出デバイス２０２は、放射出力を検出するように様々に構成され、逆バイアス電圧又はトランスインピーダンス増幅器２７５及び／又は比較器に電気的に結合されることを含みうる。他の例では、光検出デバイス２０２は、（例えば発光デバイス１１０からの）放射出力２４を検出するように様々に構成され、バイアス電位走査回路を含みうる。トランスインピーダンス増幅器２７５は、光検出デバイス２０２からの（典型的に低い）電流信号を増幅した電圧出力信号へと変換し、デジタル又はアナログの制御電気回路の信頼性、ロバスト性を向上させうる。増幅回路のゲインは、帰還抵抗３３０の選択によって決定され、光検出デバイス２０２からの入力電流に基づくフルスケールアンプ出力電圧を決定しうる。例えば、帰還抵抗３３０が４ボルトのフルスケール電圧レベル（例えば、フルスケールの入射光が光検出デバイス２０２で受光されたときに、４ボルトのアンプ出力信号）を実現するように選択される。
【００４１】
１以上の光検出デバイス２０２は、発光デバイス１１０から生成された放射出力２４を検出し、ワークピース２６の表面に供給される放射出力等の遠視野照明の監視等を含みうる。従って、放射出力２４は、光検出デバイス２０２によって検出可能なスペクトル帯域内の波長で出射された放射線を含みうる。光検出デバイス２０２で検出された放射出力２４は、放射出力を監視するために、逆バイアスされた光検出デバイス２０２で電流に変換されうる。このように、１以上の光検出デバイス２０２は、定期的に、コントローラ１０８（例えば、ＣＰＵ２３０、マイクロコントローラ又は他の代替手段）によってポーリングされてもよい。代替的に又は追加的に、アプリケーションの制御に適合するように、一度に又は時々、適切なプロトコル又はメカニズムを用いて、直接又は間接的に（例えば、カップリング電子機器２２を介して）、データがコントローラ１０８によって取得又は提供されてもよい。コントローラ１０８は、ＲＯＭ２３２に存在するデータアーカイブシステムに（上述したように、検出されたか、又は、調整（conditioning）又は他の処理の後か、を問わず）データを保持し、経時的に検出された特性（上述したように、例えば放射出力２４等）を監視する。このように、発光デバイス１１０のインテグリティ（integrity）は、継続的に高い精度で監視されうる。これは、ＬＥＤアレイ２０の予想寿命を決定し、照明システム２００の予期せぬダウンタイムを減少させるのに役立つ。さらに、より確実にかつより正確に発光デバイス１１０のインテグリティを監視する能力は、照明システムの設計における冗長性の低減を可能にする。例えば、同じダウンタイムを維持し、製造コストと時間を削減するのに、少数の光検出デバイス２０２が設置されうる。
【００４２】
発光デバイス１１０は、光起電流を監視し、１以上の光検出デバイス２０２の１以上の光検出面によって電気信号に変換された、光エネルギーに由来する電流を検出し、発光デバイス１１０に可変順方向バイアス電位を供給する回路を備える、カップリング電子機器２２を介して、電源１０２に接続されている。光起電流及び順方向バイアス電位は、放射出力のための外部基準に対して較正されうる。発光デバイス１１０は、独立したモジュール又は電源に組み込まれた回路を介して、それらが独立してアドレスすることを可能にする回路に接続されうる。さらに、光検出デバイス２０２は、逆方向電気バイアスをそれらに印加する異なる回路に電気的に接続されうる。
【００４３】
いくつかの例では、放射出力２４の一部は、ワークピース２６の少なくとも一方の反射特性に起因して、発光デバイス１１０を有するＬＥＤアレイ２０へと反射されうる。再帰反射光２６０と呼ばれる、この反射された光は、図２において破線矢印で示すように、一般的なパスに従いうる。追加の再起反射光は、リフレクタ２０４及び他の外部光源から発光デバイス１１０へ反射された放射出力２４の一部から生じる。上述したように、第２軸２２２に整列したリフレクタハウジング２１３の開口部２０６における光検出デバイス２０２の配置は、第１軸２２０の発光デバイス１１０によって出力された光エネルギーの方向に実質的に直交し、光検出面２５５における再起反射光の量を低減させる。このように、放射出力２４のより正確な決定が、光検出デバイス２０２によって測定されうる。さらに、光検出面２５５から得られたデータは、コントローラ１０８によって用いられ、１以上の発光デバイス１１０への電源供給が調整され、照明システム２００のより正確な制御とワークピース２６の硬化の性能の向上を可能にする。一例では、ワークピース２６の硬化は、発光デバイス１１０から伝送された光の強度の調整により制御されうる。他の例では、ワークピース２６の硬化は、光エネルギーへのワークピースの露光時間を調整することにより調節されうる。
【００４４】
放射出力は、検出された光エネルギーを電気信号（例えば、電流）に変換することによってフォトダイオードによって測定されうる。これは、コントローラによってデータとして受信されうる。一例では、光検出デバイス２０２のゲインパラメータは、基本的なトランスインピーダンス増幅器に比例し、検出された放射出力電流に応じた、適切な帰還抵抗を用いて、コントローラ１０８へ電流を出力するために較正されうる。さらに、ゲインパラメータは、放射出力強度又は放射照度と、特定のアプリケーションに対応するコントローラ１０８へ出力される電圧との間の既知の関係に基づいて較正されうる。従って、フォトダイオードのゲインの較正は、光検出デバイスによって受信された測定された光エネルギーに基づいて実現されうる。さらに、発光デバイスによって放射された光の量は、光検出デバイス２０２による１以上の測定値に基づいて、所望のレベルに調整されうる。光エネルギーの監視もまた、印加電力の調整、（例えば、システムの冷却システムを介した）冷却を含む、他の照明システムの制御を可能にし、向上させうる。光検出デバイス２０２で受信された再帰反射光は、発光デバイスからの放射出力に基づく信号に対して、バックグラウンドノイズを増加させる。このように、再帰反射光は、光検出デバイス２０２おける信号測定が放射された光の実際の出力よりも高いことを示すようにすることにより、信号対雑音比（ＳＮＲ）を減少させることができる。従って、第１軸２２０に実質的に直交する第２軸２２２に沿って配置された発光デバイスを含む、照明システム２００の構成は、信号対雑音比（ＳＮＲ）を増加し、より低いゲインパラメータを可能とし、ワークピース２６を硬化するための照明システム２００のより正確な制御を提供することにより、性能を向上させうる。
【００４５】
このように、照明システム２００の動作は、光検出デバイス２０２の放射出力２４量の検出、トランスインピーダンス増幅器２７５を介した放射出力電流信号の電圧への変換、コントローラ１０８の入力２３６への変換データの入力を含みうる。さらに、光エネルギーがワークピースに関連付けられた１以上の位置において不十分であることを示す入力データに応じて、コントローラ１０８は、出力２３５を介し、ＲＯＭ２３２存在する実行可能な命令を用いて、１以上の発光デバイス１１０からの放射出力２４を増加させる。例えば、コントローラ１０８は、ワークピース２６の硬化不足を減少させるために、１以上の発光デバイス１１０への電源の電力の供給を増大させる。これに対し、光エネルギーがワークピースの１以上の位置において過剰であることを示す入力データに応じて、コントローラ１０８は、出力２３５を介し、ＲＯＭ２３２存在する実行可能な命令を用いて、１以上の発光デバイス１１０からの放射出力２４を減少させる。例えば、コントローラ１０８は、ワークピース２６の過剰硬化を減少させるために、１以上の発光デバイス１１０への電源の電力の供給を減少させる。放射出力２４の増加及び減少は、それぞれ、放射出力強度の増加及び減少、及び／又は、放射出力の継続時間の増加及び減少を含む。
【００４６】
さらに、光検出デバイス２０２の選択されたものは、１以上のそれぞれの発光デバイス１１０からの放射出力の監視に関連し、これらの選択された発光デバイスに関連して測定された放射出力が期待値と異なる場合、コントローラ１０８は、照明システム２００の特定の部分、例えば、発光デバイス１１０の特定の選択部を制御し、これら特定の発光デバイス１１０への発光を局所的に調整する。また、さらに一般的には、全体的なシステムの制御戦略（例えば、すべての発光デバイス１１０への電力の一般的な増加と釣り合った一般的な冷却の増加）アプローチは、特定のアプリケーションに応じて、同様に実施されうる。
【００４７】
ここで、図３に戻ると、光検出デバイス２０２からの光起電流を監視し、光起電流にバイアス電位を印加する、トランスインピーダンス増幅器２７５の例示的な回路図が示される。具体的には、本実施形態では、光検出デバイス２０２によって測定された基準電圧は、図１に示すように、発光サブシステム１２の１以上の構成要素に対し、電源１０２からくる電力量を示しうる。電源１０２は、電流（Ｉ）を出力する定電流プログラマブル電源として実現されうる。電源１０２は、コントローラ１０８によって制御されうる。ここで、トランスインピーダンス増幅器２７５からコントローラ１０８に入力される信号は、ユーザがあらかじめ定めた調整メカニズム（例えば、所望の放射出力レベルを供給するように較正されうる、可変帰還抵抗３３０）、及び演算増幅器３２０に基づく。一例では、カップリング電子機器２２は、トランスインピーダンス増幅器２７５で構成されうる。
【００４８】
演算増幅器３２０は、光検出デバイス２０２の光電流信号を受信するように構成されうる。増幅器の反転入力（＋）３２８は接地され、演算増幅器の反転入力（−）３２４は光検出デバイス２０２並びに可変帰還抵抗（Ｒｆ）３３０に結合されうる。このように、反転入力３２４は、仮想接地として機能しうる。
【００４９】
図３の例示的な回路図に示すように、光検出デバイス２０２からの光電流は、仮想接地反転入力３２４へ向かって流れる。このように、光検出デバイス２０２は、逆バイアスモードではなく、光起電モードで動作しうる。光起電モードにおける動作は、入力信号に対する実質的に高い出力線形性を提供しうる。従って、演算増幅器３２０からの出力電位は、Ｖｏ＝−Ｉ＊Ｒｆの関係式から決定されうる。ここで、Ｖｏは、演算増幅器３２０の出力電圧であり、Ｉは光検出デバイスからの光電流信号であり、Ｒｆは可変帰還抵抗３３０の抵抗である。
一例では、ゲインパラメータは、４Ｖのフルスケール出力電圧に較正されうる。較正は、照明システム２００からの実験に基づいた放射照度データに基づきうる。可変帰還抵抗３３０の抵抗値は、照明システム２００のゲインパラメータを設定しうる。ゲインパラメータ（例えば、可変帰還抵抗の抵抗値）の較正は、光検出デバイス２０２の１以上の光検出面２５５によって受信される再帰反射光によって影響を受けうる。例えば、光検出デバイス２０２によって検出された再帰反射光２６０は、光検出デバイス２０２から受信された全体の信号を増加する。再帰反射光２６０は、光検出デバイス２０２において測定された放射出力２４からの信号にノイズとして供給される。このように、光検出デバイス２０２に入射する再帰反射光２６０は、光検出デバイス２０２の信号対雑音比を低減させ、高いゲインパラメータの較正をもたらす。従って、実質的に第１軸２２０に直交する第２軸２２２に沿って配向された光検出デバイス２０２を備える、照明システム２００を使用することにより、光検出デバイス２０２での再帰反射光の検出を低減し、ＳＮＲを増加させ、ゲインパラメータを減少させることができる。
【００５０】
電源１０２は、直流（ＤＣ）モードで（例えば、連続的に）動作され、発光デバイス１１０の電圧と同じ又はより高いレベルの電圧まで、キャパシタ３１０を充電するために用いられうる。このように、キャパシタ３１０は、光検出デバイス２０２から低入力電流（例えば、電流）レベルで持続する、不要な高周波ノイズを抑制しうる。キャパシタ３１０が存在しない場合、より高い周波数のノイズ又は振動が増幅され、発光デバイス１１０の制御における電源１０２からの制御信号がノイズのある出力となる。ノイズを抑制するために、コントローラ１０８からの出力を受信する任意のダウンストリームのデジタル（ロジック）又はアナログ制御回路又は構成要素へ、電源１０２からよりきれいで欠点のない増幅された出力電圧信号を供給することにより、キャパシタ３１０は照明システム２００の信頼性とロバストネスを向上させるのを助けうる。キャパシタ３１０は発光デバイス１１０に並列に接続されうる。キャパシタ３１０は、発光デバイス１１０に並列に接続されうる。キャパシタ３１０は、発光デバイス１１０の直列結合と、可変帰還抵抗３３０の並列接続とに並列である。
【００５１】
電源１０２は、定電流源として構成されうる。コントローラ１０８は、発光デバイス１１０から所望の放射出力を維持するために、電源１０２の出力電流を調整する。コントローラ１０８は、電源１０２から発光デバイス１１０への出力電流を制御するのに、Ｖｏと所望の設定電圧とを比較する。
【００５２】
他の例では、複数のトランスインピーダンス増幅器２７５のうちの一つにそれぞれ対応する個別の回路が、複数の光検出デバイス２０２からの信号の測定に用いられる。他の例では、光起電モードの光検出デバイス２０２を用いたり、トランスインピーダンス増幅器２７５を用いた測定を行うのではなく、光電流を決定し、照明システム２００を制御するために、１以上の光検出デバイス２０２が逆バイアスされ、バイアス抵抗の電圧が測定されうる。
【００５３】
このように、照明システムは以下を備えうる。光硬化性ワークピースを硬化させるために、主に第１軸に沿って光エネルギーを放射するように配向された発光デバイス、発光デバイスから放射された光エネルギーを測定するための、第１軸に実質的に直交する第２軸に沿って配向された光検出デバイス、測定された光エネルギーに応じて光硬化性ワークピースの硬化を調整する非一時的な実行可能な命令を含むコントローラ。追加的に又は代替的に、第１軸に実質的に直交する第２軸とは、第２軸が第１軸に直交する状態から１０度以内であることを含む。追加的に又は代替的に、光硬化性ワークピースの硬化を調整するための非一時的な実行可能な命令は、発光デバイスから供給される光の強度を調整すること含みうる。追加的に又は代替的に、光硬化性ワークピースの硬化を調整するための非一時的な実行可能な命令は、光硬化性ワークピースに発光デバイスから供給される光が照射される継続時間の調整を含みうる。追加的に又は代替的に、照明システムは、発光デバイスと光硬化性ワークピースとの間に位置する反射面を備えうる。発光デバイスは、反射面に配置される。追加的に又は代替的に、照明システムは、反射面と光硬化性ワークピースとの間に位置する屈折レンズを含みうる。追加的に又は代替的に、照明システムは、光検出デバイスとコントローラとの間に結合されたトランスインピーダンス増幅器を含みうる。
【００５４】
図４は、照明システム２００を動作させるための方法４００の一例のフローチャートである。方法４００は、照明システム２００を動作させるための、コントローラ１０８等のコントローラによって実行される非一時的な実行可能な命令を含む。方法４００は、１以上の発光デバイス１１０を介して、主に第１軸２２０に沿って光エネルギーがワークピース２６に供給される、４１０で開始する。発光デバイス１１０は、１以上のＬＥＤ、又は１以上のＬＥＤアレイでありうる。主に第１軸２２０に沿った光エネルギーの供給は、主に第１軸２２０に平行な方向への光エネルギーの供給を含みうる。第１軸２２０は、照明システム２００の光学軸に一致又は平行である。例えば、１以上の発光デバイス１１０、リフレクタ２０４、屈折レンズ２５０は、第１軸２２０に対して回転対称性を有するように配置されうる。
【００５５】
方法４００は、発光デバイス１１０とワークピース２６との間に位置するリフレクタ２０４の反射面２１８で、供給された光エネルギーが反射及び／又はコリメートする４２０に続く。上述したように、リフレクタ２０４は、楕円筒リフレクタ、パラボラリフレクタ、二重楕円筒リフレクタ、テーパードリフレクタ等でありうる。さらに、リフレクタ２０４の反射面２１８は、全内部反射面、金属面、誘電体表面、ファセット面、又はそれらの組み合わせの１つを備えうる。反射面２１８は、また、複数の発光デバイスから放射された複数の波長の放射出力を、光の均一に混合されたビームに結合する能力を有しうる。供給された光エネルギーのコリメート及び／又は反射は、ワークピース２６に向かって、第１軸２２０に沿った又は平行なコリメート及び／又は反射を含みうる。これにより、反射面２１８は、光検出デバイス２０２に入射する再帰反射光２６０の量を低減させるのを助けうる。
【００５６】
方法４００は、供給された光エネルギーがリフレクタ２０４の反射面２１８とワークピース２６との間に位置する屈折レンズ２５０によってコリメートされる４３０に続く。屈折レンズ２５０は、シリンドリカルレンズ、フレネルレンズ等を含む様々なタイプのレンズを備えうる。また、屈折レンズ２５０は、１以上のレンズ素子のアレイとしてもよい。屈折レンズ２５０は、発光デバイス１１０からの放射出力の少なくとも一部のコリメートを可能にし、放射出力は、主に第１軸２２０に平行な方向に配向される。従って、ワークピース２６に入射する放射出力強度及びワークピース２６の結果として得られる硬化の均一性が増加する。また、屈折レンズ２５０は、ワークピース２６からの再帰反射光２６０を有利にコリメートし、発光デバイス１１０に戻る、再帰反射光２６０を主に第１軸２２０に平行な方向に向かわせる。これにより、光検出デバイス２０２の光検出面２５５に入射する再帰反射光２６０の量をさらに低減することができる。
【００５７】
４４０では、方法４００は、第２軸２２２に沿って配向され、反射面２１８に位置する光検出デバイス２０２で光エネルギーを測定する。光検出デバイス２０２はフォトダイドーを備え、光検出デバイス２０２の光検出面２５５への入射光は光電流を生成する。第２軸２２２に沿った光検出デバイス２０２の配置は、リフレクタハウジング２１３の開口部２０６に光検出デバイス２０２を配置又は実装することを含みうる。開口部２０６は、光検出デバイス２０２が第１軸２２０に実質的に直交するように、構成される。さらに、光検出デバイス２０２の光検出面２５５は、第２軸２２２に沿った方向に向けられる。反射面２１８における光検出面２５５の配置は、反射面２１８と同一平面への光検出面２５５の配置、又は、反射面２１８から僅かに引っ込んだ光検出面２５５の配置を含みうる。
【００５８】
４４６において、方法４００は、光検出デバイスとコントローラ１０８との間に電気的に結合されたトランスインピーダンス増幅器２７５を介して、光検出面２５５への入射光によって生成された光電流信号の増幅に続く。そして、増幅された信号は、コントローラ１０８へと出力される。光電流信号の増幅は、トランスインピーダンス増幅器２７５での、バイアス電位の印加及びゲインパラメータを介した光電流信号の電圧電位への変換を含みうる。図３を参照して上述したように、ゲインパラメータは、可変期間抵抗の抵抗値として設定される、ユーザ較正パラメータでありうる。
【００５９】
方法４００は、光検出デバイス２０２で測定された光エネルギーと目標光エネルギーとの差が閾値差よりも大きいかを決定する４５０に続く。目標光エネルギーは、所望の光エネルギーの強度、放射照度、硬化性ワークピース２６への継続時間に対応しうる。一例では、所望の光エネルギーは、照明システム２００を制御するための、コントローラ１０８へのセットポイントとして入力されうる。光検出デバイス２０２で測定された光エネルギーと目標光エネルギー（例えば、コントローラエラー信号（error signal））が閾値差よりも大きい場合、コントローラ１０８は制御動作を実行し、コントローラエラー信号を減少させる。４５４では、方法４００は、光エネルギーの測定値と目標値との差に応じて、供給光エネルギーの強度を調整する。例えば、測定された光エネルギーが、目標光エネルギーよりも大きい場合、コントローラ１０８は、１以上の発光デバイス１１０に電源１０２から供給される電圧を減少させ、発光デバイス１１０からの放射出力の強度の量を減少させる。他の例では、測定された光エネルギーが目標光エネルギーよりも小さい場合、コントローラ１０８は、１以上の発光デバイス１１０に電源１０２から供給される電圧を増加させ、発光デバイス１１０からの放射出力の強度の量を増加させる。
【００６０】
代替的に又は供給される光エネルギーの強度の調整に加えて、４５４において、方法４００は、光エネルギーの測定値と目標値との差に応じて、供給される光エネルギーのワークピース２６の露光時間を調整しうる。例えば、測定された光エネルギーが目標光エネルギーよりも大きい場合、コントローラ１０８は、電圧が、電源１０２から１以上の発光デバイス１１０へ供給される継続時間を減少させ、ワークピース２６を硬化させるために、放射出力２４が発光デバイス１１０から出射される継続時間を減少させる。他の例では、測定された光エネルギーが目標光エネルギーよりも小さい場合、コントローラ１０８は、電圧が、電源１０２から１以上の発光デバイス１１０へ供給される継続時間を増加させ、ワークピース２６を硬化させるために、放射出力２４が発光デバイス１１０から出射される継続時間を増加させる。４５８の後、及び、光エネルギーの測定値と目標値との差が閾値差よりも大きくない場合の４５０の後、方法４００は終了する。
【００６１】
このように、方法は、以下を含みうる。主に第１軸に沿って発光デバイスから光エネルギーを供給する。第２軸に沿って配向した光検出デバイスで光エネルギーを検出する。第２軸は、第１軸に実質的に直交する方向に配向している。検出された光エネルギーに応じて光エネルギーを調整する。追加的に又は代替的に、第１軸に実質的に直交するように第２軸を配向することは、第２軸を第１軸に直交する状態から１０度以内に配向することを含みうる。追加的に又は代替的に、光検出デバイスで光エネルギーを検出することは、第２軸に沿って配向されたフォトダイオードで光エネルギーを検出することを含みうる。追加的に又は代替的に、方法は、ワークピースへ光エネルギーを供給すること、発光デバイスとワークピースとの間に位置する反射面を介して光エネルギーをコリメートすることを含みうる。追加的または代替的に、方法は、光検デバイスを反射面に配置することを含み、光検出デバイスの光検出面が、反射面と同一平面に配置されうる。追加的又は代替的に、方法は、光検出デバイスを反射面に配置することを含み、光検出デバイスの光検出面が反射面から引っ込んで配置されうる。追加的又は代替的に、方法は、反射面とワークピースとの間に位置する屈折レンズを介して、光エネルギーをコリメートすることを含みうる。追加的又は代替的に、検出された光エネルギーに応じて光エネルギーを調整することは、閾値差よりも大きい、検出された光エネルギーと目標光エネルギーとの差に応じて、光エネルギーを調整することを含みうる。
【００６２】
他の例では、方法は以下を含みうる。光硬化性ワークピースに第１軸に沿って、発光素子から光エネルギーを供給する。第１軸に対して実質的に直交する第２軸に沿って配向された発光デバイスを介して、光エネルギーを検出する。検出された光エネルギーに応じて、光硬化性ワークピースの硬化を調整する。追加的又は代替的に、方法は、検出された光エネルギーに基づいて、コントローラへ発光デバイスから信号を出力することを含みうる。検出された光エネルギーに基づく光硬化性ワークピースの硬化の調整は、出力信号に応じてコントローラを介して発光デバイスによって供給される光エネルギーの調整を含む。追加的又は代替的に、方法は、光検出デバイスと発光デバイスコントローラとの間に電気的に結合されたトランスインピーダンス増幅器を介して、出力信号を増幅することを含みうる。追加的又は代替的に、発光デバイスによって供給された光エネルギーの調整は、発光デバイスに供給される電流の調整を含みうる。追加的又は代替的に、トランスインピーダンス増幅器を介した出力信号の増幅は、トランスインピーダンス増幅器を介してバイアス電位を印加することにより、光検出デバイスから出力される光電流の増幅を含みうる。
【００６３】
このように、方法は以下を備える。主に第１の軸に沿って、発光デバイスから光エネルギーを供給する。第２軸に沿って配向した光検出デバイスで光エネルギーを検出する。第２軸は、第１軸に実質的に直交する方向に配向している。検出された光エネルギーに応じた光エネルギーの調整は、光検出デバイスに入射する再帰反射光の量を減少させ、発光デバイスの測定エラーを低減させ、ワークピースを硬化させるための照明システムの制御精度及び全体的な性能を向上させる技術的効果を達成できる。さらに、発光デバイスのインテグリティは、さらに正確に連続的に監視され、発光デバイスの予想寿命を決定するのに役立ち、照明システムの予期せぬダウンタイムを減少させる。さらに、より確実にかつ正確に発光デバイス１１０のインテグリティを監視する能力は、照明システムの設計における冗長性の低減を可能にする。例えば、同じダウンタイムを維持し、製造コストと時間を削減するのに、少数の光検出デバイスが設置されうる。
【００６４】
なお、ここに含まれる例示的な制御及び推定ルーチンは、様々な照明システムの構成に用いられうる。ここに開示された制御方法及びルーチンは、非一時的なメモリに実行可能な命令として格納され、各種のセンサ、アクチュエータ、他の照明システムのハードウェアとの組み合わせで、コントローラを含む制御システムによって実行されうる。ここに開示された特定のルーチンは、イベント駆動、割り込み駆動、マルチタスク、マルチスレッド等の１以上の任意の数の処理戦略を表しうる。このように、図示された様々な動作、操作、及び／又は機能は、図示された順序で、並行して、又は、場合によっては省略されて、実行されうる。同様に、処理の順序は、必ずしも、ここに記載の例示的な実施形態の特徴及び利点を達成するために必要とされず、図示及び説明を容易にするために設けられている。１以上の図示された動作、操作、及び／又は機能は、用いられる特定の戦略に応じて繰り返し行われうる。さらに、説明された動作、操作、及び／又は機能は、照明システム内のコンピュータ読み取り可能な記録媒体の非一時的なメモリにプログラムされるコードをグラフィカルに表しうる。説明された動作は、コントローラと組み合わせて、様々な照明ハードウェアコンポーネントを含むシステムにおいて命令を実行することにより、行われる。
【００６５】
以下の請求項は、特に、新規かつ非自明とみなされるコンビネーション及びサブコンビネーションを指摘する。これらのクレームは、「１つ（an）」のエレメント、「第１の（a first）」エレメント又はその等価物に言及する。そのようなクレームは、１以上のこのようなエレメントの組み合わせを含むように理解されるべきであり、２以上のこのようなエレメントを要求し、除外するように理解されるべきではない。開示された特徴、機能、エレメント及び／又は性質の他のコンビネーション及びサブコンビネーションは、本請求項の補正により、又は、本出願又は関連出願における新たな請求項の存在によってクレームされうる。当初請求項の範囲に対して、より広い、より狭い、等価の又はこのような異なる請求項は、本開示の範囲内に含まれるものとみなされる。
【００６６】
本出願は、２０１４年１０月２４日に提出された、「低フィードバックＬＥＤパワーモニターシステム」と題する、米国仮特許出願第６２／０６８，５５２号に対する優先権を主張し、それらの出願の全内容はすべての目的のために参照によりここに取り込まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【外国語明細書】
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