JP7025757B2 - 赤外線ランプ - Google Patents

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Description

本発明は、赤外線カメラで撮像する対象物を照らす赤外線ランプに関する。
従前より、赤外光を放出する赤外線ランプが提案されている（例えば、特許文献１）。
加えて、近年、赤外光で照らされた対象物を撮像することのできる赤外線カメラも開発されてきており、赤外光が人の目で感得し難いことを利用して、例えば、線路や道路に設置して夜間における鉄道や自動車の通行監視に役立てられている。
特開２００５－８５７５５号公報
ところで、赤外線ランプから放出される光の波長は所定の幅を有しており、可視光に近い近赤外光を主に発するように設計された赤外線ランプからの光には可視光（赤色光）も含まれる場合があった。
このように可視光（赤色光）が含まれる光を放出する赤外線ランプは、人が見たときに赤色に見えることから、上記のように線路や道路に設置した場合、鉄道の職員や自動車の運転手が赤信号と間違えてしまうおそれがあった。
このように可視光（赤色光）が見えてしまう問題を回避するため、例えば、より長い波長の赤外光を放出する赤外線ランプを使用して、放出する光の波長に幅があったとしても可視光（赤色光）が含まれないようにすることも考えられる。
しかし、光源としてＬＥＤ（発光ダイオード）を用いる場合、一般に、放出する赤外光の波長が長くなるほど発光効率が悪くなるという問題があった。また、赤外線カメラの方でも、対象物を照らす赤外光の波長が長くなるほど対象物を撮像し難くなるという問題があった。
加えて、一般にＬＥＤは自身の温度が上昇すると放射する光の強度が低下することから、点灯開始段階における光の強度と定常点灯段階における光の強度との間の変化が大きく、不安定であるという問題もあった。
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、可視光（赤色光）に近い近赤外線を高効率で放出することと、放出する光に可視光（赤色光）が含まれないようにすることとを両立でき、さらには、点灯開始段階と定常点灯段階との間で放出する光の強度の変化が小さく、安定した強度の光を放出できる赤外線ランプを提供することにある。
本発明の一局面によれば、
赤外光を発するＬＥＤと、
前記ＬＥＤからの光の一部を透過するカットフィルタとを備える赤外線ランプであって、
点灯開始段階において前記ＬＥＤから発せられる光のピーク波長が、前記カットフィルタのカットオン波長よりも短い側にあり、かつ、定常点灯段階における前記ＬＥＤから発せられる光のピーク波長よりも短い側にあることを特徴とする赤外線ランプが提供される。
好適には、
点灯開始段階における前記ＬＥＤから発せられる光のピーク波長が９００ｎｍ以上９５０ｎｍ以下であり、
前記カットフィルタの前記カットオン波長は、前記ピーク波長に対して０ｎｍ以上３０ｎｍ以下だけ長い。
本発明によれば、可視光（赤色光）に近い近赤外線を高効率で放出することと、放出する光に可視光（赤色光）が含まれないようにすることとを両立できる赤外線ランプを提供できた。さらに、この赤外線ランプによれば、点灯開始段階と定常点灯段階との間で放出する光の強度の変化が小さく、安定した強度の光を放出できる。
実施形態に係る赤外線ランプ１００を示す図である。 点灯開始段階から時間が経過するとともにピーク波長がシフトすることを示す、ＬＥＤ１１０からの光の発光スペクトルを示すグラフである。なお、すべて、カットフィルタ１２０なしの場合を示している。 カットフィルタ１２０による光の遮断性能を示すグラフである。 実施形態に係る赤外線ランプ１００から放出される光の発光スペクトルを示すグラフである。なお、本グラフでは、「点灯開始段階」の発光スペクトルのみがカットフィルタ１２０なしの場合を示しており、残りの「３０秒後」、「５分後」、「２０分後」、および「４０分後」については、カットフィルタ１２０を通した場合を示している。 実施形態に係る赤外線ランプ１００の使用状態を示す図である。 他の実施に係る赤外線ランプ１００の使用状態を示す図である。
（赤外線ランプ１００の構造）
本発明が適用された赤外線ランプ１００について、図面を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る赤外線ランプ１００を示す図である。
本実施形態に係る赤外線ランプ１００は、大略、ＬＥＤ１１０と、カットフィルタ１２０と、リフレクタ１３０とを備えている。なお、リフレクタ１３０は、本発明に必須の構成ではなく、ＬＥＤ１１０と、カットフィルタ１２０とで赤外線ランプ１００を構成してもよい。
ＬＥＤ１１０は、図示しない給電装置からの電力を受けることによって赤外光を含む所定の発光スペクトルの光を放射する素子である。この発光スペクトルにおいて、分光放射照度が最大となる光の波長をＬＥＤ１１０から放射される光の「ピーク波長」という。なお、ＬＥＤ１１０のタイプは、表面実装型（ＳＭＤ）でもよいし、チップオンボード型（ＣＯＢ）であってもよい。一般に、表面実装型は、チップの裏面に給電端子があり、ハンダ付けするだけで点灯させられることからチップを小さくすることができる点で有利である。また、チップオンボード型は、チップの表面に給電端子があることから、放熱性の高いアルミシート等に直接チップを貼り付けて放熱性能を容易に高めることができる点で有利である。
一般に、ＬＥＤ１１０から放射される光は、当該ＬＥＤ１１０の点灯開始段階から、その後、定常点灯段階となるに連れて、ＬＥＤ１１０自身の温度が上昇することにより、この「ピーク波長」が長くなる方向にずれていく傾向にある。このような現象を「ピーク波長がシフトする」という。例えば、図２に示すような発光スペクトルを有するＬＥＤ１１０の場合、点灯開始段階における「ピーク波長」は９４８ｎｍであるが、以降、点灯開始から３０秒後には「ピーク波長」が９６６ｎｍ、５分後には９７０ｎｍ、２０分後には９７７ｎｍ、そして、４０分後には９８２ｎｍといったように長波長側にシフトしていく。
なお、点灯開始段階においてＬＥＤ１１０から放射される光のピーク波長は、９００ｎｍ以上９５０ｎｍ以下であることが好適である。なぜならば、点灯開始段階におけるＬＥＤ１１０から放射される光のピーク波長が９００ｎｍより短い場合、後述するカットフィルタ１２０のカットオン波長によっては人が見たときに赤外線ランプ１００から可視光（赤色光）が見えてしまうおそれがあり、逆に当該ピーク波長が９５０ｎｍより長い場合、前述のようにＬＥＤ１１０の発光効率が悪くなること、および、現在のところ、９５０ｎｍよりも長い波長側にピーク波長の感度を有する赤外線カメラが存在しないからである。
図１に戻り、カットフィルタ１２０は、表面に誘電体多層膜等が形成された板状あるいはフィルム状の部材であり、ＬＥＤ１１０からの光を受ける入光面１２２から入った光のうち、所定の波長よりも長い波長の光を透過して出光面１２４から放出し、所定の波長よりも短い波長の光を遮断する。
カットフィルタ１２０による光の遮断性能について、図３を用いて説明する。一般に、カットフィルタ１２０による光の遮断性能は幅があり、図３に示す例でいえば、９６５ｎｍよりも長い波長の光は、入光面１２２から入った光の１００％が出光面１２４から放出される。つまり、９６５ｎｍよりも長い波長の光は、このカットフィルタ１２０では遮断されない。
逆に、９４０ｎｍよりも短い波長の光は、入光面１２２から入った光のすべてが遮断される。つまり、９４０ｎｍよりも短い波長の光は、このカットフィルタ１２０では透過率が０％である。
そして、９４０ｎｍ以上、９６５ｎｍ以下の波長の光については、入光面１２２から入った光のうち所定の割合の光が出光面１２４から放出される。例えば、９５６ｎｍの光の場合、入光面１２２から入ったうちの７５％が出光面１２４から放出されることになる。また、９５２ｎｍの光の場合、入光面１２２から入ったうちの５０％が出光面１２４から放出される。本明細書全体を通して、このように透過率が５０％となる光の波長をそのカットフィルタ１２０の「カットオン波長」という。
本実施形態に係るカットフィルタ１２０の「カットオン波長」は、上述した、点灯開始段階におけるＬＥＤ１１０から発せられる光のピーク波長よりも長い側に設定されている。さらに言えば、当該「カットオン波長」は、定常点灯段階におけるＬＥＤ１１０から発せられる光のピーク波長よりも短い側に設定されている。
なお、カットフィルタ１２０のカットオン波長は、ＬＥＤ１１０のピーク波長に対して０ｎｍ以上３０ｎｍ以下だけ長くなるように設定するのが好適である。なぜならば、カットフィルタ１２０のカットオン波長が、ＬＥＤ１１０のピーク波長よりも短い場合、ＬＥＤ１１０の点灯開始段階ですでにＬＥＤ１１０からの光の多くがカットフィルタ１２０を透過してしまい、定常点灯段階に至るとほぼすべての光がカットフィルタ１２０を透過するため、カットフィルタ１２０を用いる意義が失われてしまうからである。また、点灯開始段階におけるＬＥＤ１１０からの光の強度と、定常点灯段階におけるＬＥＤ１１０からの光の強度との間の差を狭めることができなくなるという問題も生じる。
他方、カットフィルタ１２０のカットオン波長がＬＥＤ１１０のピーク波長に対して３０ｎｍよりも長くなると、ＬＥＤ１１０が定常点灯段階になっても大半の光がカットフィルタ１２０を透過することができず、赤外線ランプ１００全体として考えたときに非効率になるからである。
図１に戻り、リフレクタ１３０は、椀状に形成された部材であり、その内側底部にＬＥＤ１１０が配設されている。また、リフレクタ１３０の内面には、ＬＥＤ１１０からの光を反射する反射面１３２が形成されている。本実施形態における反射面１３２は、回転放物面で規定されているが、反射面１３２の形状はこれに限定されるものではなく、回転楕円面であってもよいし、他の形状であってもよい。
さらに、リフレクタ１３０は、ＬＥＤ１１０からの光を外部へ放出する開口１３４を有している。本実施形態において、カットフィルタ１２０は、この開口１３４を覆うようにして配設されている。
なお、リフレクタ１３０の材質としては、ガラス、アルミニウム、あるいは樹脂等が使用され、アルミニウムの場合は、例えば、反射面１３２に金属蒸着がなされている（あるいは、金属蒸着ではなく、アルマイト処理してもよい。）。また、ガラスの場合は、アルミニウム等の金属膜の他、多層膜コートによる可視光反射膜も用いることができる。
（赤外線ランプ１００の作用）
次に、上述した本実施形態に係る赤外線ランプ１００を発光させたときの作用について説明する。図示しない給電装置からＬＥＤ１１０に給電すると、ＬＥＤ１１０は赤外光を含む所定の発光スペクトルの光を放射する。この光の一部は、直接、リフレクタ１３０の開口１３４に配設されたカットフィルタ１２０の入光面１２２に入り、残部は、リフレクタ１３０の反射面１３２で反射した後、同じくカットフィルタ１２０の入光面１２２に入る。
図４に示すように、点灯開始段階においてＬＥＤ１１０から発せられる光のピーク波長は、カットフィルタ１２０のカットオン波長よりも短い側にある。このため、点灯開始段階の光はその大部分がカットフィルタ１２０を透過できず、カットフィルタ１２０の出光面１２４から外部へ放出される光（赤外光）の量は少ない。
その後、時間が経過して、点灯開始段階から定常点灯状態に入っていくと、ＬＥＤ１１０から発せられる光のピーク波長は長い方へシフトしていき、ある時間からはピーク波長がカットフィルタ１２０のカットオン波長よりも長い側になる。このように、定常点灯状態に入っていくと、ＬＥＤ１１０からの光の大部分がカットフィルタ１２０を透過するようになり、カットフィルタ１２０の出光面１２４から外部へ放出される光（赤外光）の量は十分に多くなる。
このようにして、カットフィルタ１２０の出光面１２４から外部へ放出された光（赤外光）は、所定の対象物Ｘを照らす（図５参照）。そして、赤外光で照らされた対象物Ｘを赤外線カメラＹで撮像することにより、可視光がほとんど無い暗闇の下で対象物Ｘを撮像することができる。
（赤外線ランプ１００の特徴）
上述した本実施形態の赤外線ランプ１００によれば、点灯開始段階においてＬＥＤ１１０から発せられる光のピーク波長が、カットフィルタ１２０のカットオン波長よりも短い側にあるので、定常点灯状態に入って「ピーク波長のシフト」が生じてからも比較的短い波長側にピーク波長があるＬＥＤ１１０を使用することができる。これにより、点灯中の赤外線ランプ１００が赤く見えるのを回避できるとともに、ＬＥＤ１１０としては、比較的短い波長側（つまり、可視光に近い近赤外線側）にピーク波長がある発光効率の良いものを使用することができる。また、赤外線カメラＹとしても、より可視光領域に近い赤外光で最大性能を発揮できる、一般的な赤外線カメラを使用することができる。
また、定常点灯段階においてＬＥＤ１１０から発せられる光のピーク波長は、カットフィルタ１２０のカットオン波長よりも長い側にあるので、定常点灯段階に入ってからはカットフィルタ１２０を通してより多くの赤外光を対象物Ｘに照射することができる。このため、点灯開始段階に比べて自身の温度が上昇したことからＬＥＤ１１０から放射される光の強度は低下するものの、ＬＥＤ１１０から放射される光のうち、カットフィルタ１２０を通過する光の割合が増加することから、結果として、点灯開始段階と定常点灯段階との間で赤外線ランプ１００から放出する光の強度の変化は小さく、安定した強度の光を放出することができる。
（変形例）
上述した実施形態では、ＬＥＤ１１０から放射された光を反射させるリフレクタ１３０を使用していたが、このリフレクタ１３０に変えて、例えば、図６に示すように、レンズ１４０を使用してもよい。この場合、レンズ１４０である程度集光されたＬＥＤ１１０からの光をカットフィルタ１２０の入光面１２２に入光させることになる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１００…赤外線ランプ
１１０…ＬＥＤ、１２０…カットフィルタ、１２２…入光面、１２４…出光面、１３０…リフレクタ、１３２…反射面、１３４…開口、１４０…レンズ
Ｘ…対象物、Ｙ…赤外線カメラ

Claims (2)

  1. 赤外光を発するＬＥＤと、
    前記ＬＥＤからの光の一部を透過するカットフィルタとを備える赤外線ランプであって、
    前記カットフィルタのカットオン波長は、点灯開始段階における前記ＬＥＤから発せられる光のピーク波長よりも長い側にあり、かつ、定常点灯段階における前記ＬＥＤから発せられる光のピーク波長よりも短い側にあることを特徴とする赤外線ランプ。
  2. 点灯開始段階における前記ＬＥＤから発せられる光のピーク波長が９００ｎｍ以上９５０ｎｍ以下であり、
    前記カットフィルタの前記カットオン波長は、前記ピーク波長に対して０ｎｍ以上３０ｎｍ以下だけ長いことを特徴とする請求項１に記載の赤外線ランプ。
JP2018098287A 2018-05-22 2018-05-22 赤外線ランプ Active JP7025757B2 (ja)

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