KR20190133099A - 적외선 램프 - Google Patents

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KR20190133099A
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cut filter
infrared
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KR1020190053836A
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테츠야 고다
켄이치 야마시타
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페닉스덴키가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 가시광(적색광)에 가까운 근적외선을 고효율로 방출하는 것과, 방출하는 광에 가시광(적색광)이 포함되지 않도록 하는 것을 양립시킬 수 있고, 또한 점등 개시 단계와 정상 점등 단계 사이에서 방출하는 광의 강도의 변화가 작고, 안정된 강도의 광을 방출할 수 있는 적외선 램프를 제공하는 것으로,
적외선 램프(100)를, 적외광을 발하는 LED(110)와, LED(110)로부터의 광의 일부를 투과하는 컷 필터(120)로 구성하고, 또한 점등 개시 단계에서 LED(110)로부터 발해지는 광의 피크 파장이 컷 필터(120)의 컷 온 파장보다 짧은 측에 설정한다.

Description

적외선 램프{INFRARED LAMP}
본 발명은 적외선 카메라로 촬상하는 대상물을 비추는 적외선 램프에 관한 것이다.
종전부터 적외광을 방출하는 적외선 램프가 제안되어 있다(예를 들어, 특허 문헌 1).
또한, 최근 적외광으로 비추어진 대상물을 촬상할 수 있는 적외선 카메라도 개발되어 오고 있고, 적외광이 사람의 눈으로 감지하기 어려운 것을 이용하여, 예를 들어 선로나 도로에 설치하여 야간에서의 철도나 자동차의 통행 감시에 도움을 받고 있다.
일본 공개특허공보 제2005-85755호
그런데, 적외선 램프로부터 방출되는 광의 파장은 소정의 폭을 갖고 있고, 가시광에 가까운 근적외광을 주로 발하도록 설계된 적외선 램프로부터의 광에는 가시광(적색광)도 포함되는 경우가 있었다.
이와 같이 가시광(적색광)이 포함되는 광을 방출하는 적외선 램프는 사람이 보았을 때 적색으로 보이는 점에서, 상기와 같이 선로나 도로에 설치한 경우, 철도의 직원이나 자동차의 운전수가 적신호로 오인할 우려가 있었다.
이와 같이 가시광(적색광)이 보이는 문제를 피하기 위해, 예를 들어 보다 긴 파장의 적외광을 방출하는 적외선 램프를 사용하여, 방출하는 광의 파장에 폭이 있었다고 해도 가시광(적색광)이 포함되지 않도록 하는 것도 생각된다.
그러나, 광원으로서 LED(발광 다이오드)를 사용하는 경우, 일반적으로 방출하는 적외광의 파장이 길어질수록 발광 효율이 나빠진다는 문제가 있었다. 또한, 적외선 카메라의 경우에도, 대상물을 비추는 적외광의 파장이 길어질수록 대상물을 촬상하기 어려워진다는 문제가 있었다.
또한, 일반적으로 LED는 자신의 온도가 상승하면 방사하는 광의 강도가 저하되는 점에서, 점등 개시 단계에서의 광의 강도와 정상 점등 단계에서의 광의 강도 사이의 변화가 크고, 불안정하다는 문제도 있었다.
본 발명은 상술한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 가시광(적색광)에 가까운 근적외선을 고효율로 방출하는 것과, 방출하는 광에 가시광(적색광)이 포함되지 않도록 하는 것을 양립시킬 수 있고, 또한 점등 개시 단계와 정상 점등 단계 사이에서 방출하는 광의 강도의 변화가 작고, 안정된 강도의 광을 방출할 수 있는 적외선 램프를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 일 형태에 의하면,
적외광을 발하는 LED와,
상기 LED로부터의 광의 일부를 투과하는 컷 필터를 구비하는 적외선 램프로서,
점등 개시 단계에서 상기 LED로부터 발해지는 광의 피크 파장이, 상기 컷 필터의 컷 온 파장보다 짧은 측에 있는 것을 특징으로 하는 적외선 램프가 제공된다.
바람직하게는,
정상 점등 단계에서 상기 LED로부터 발해지는 광의 피크 파장은, 상기 컷 필터의 상기 컷 온 파장보다 긴 측에 있다.
바람직하게는,
점등 개시 단계에서의 상기 LED로부터 발해지는 광의 피크 파장이 900 ㎚ 이상 950 ㎚ 이하이고,
상기 컷 필터의 상기 컷 온 파장은 상기 피크 파장에 대하여 0 ㎚ 이상 30 ㎚ 이하만큼 길다.
본 발명에 의하면, 가시광(적색광)에 가까운 근적외선을 고효율로 방출하는 것과, 방출하는 광에 가시광(적색광)이 포함되지 않도록 하는 것을 양립시킬 수 있는 적외선 램프를 제공할 수 있었다. 또한, 이 적외선 램프에 따르면, 점등 개시 단계와 정상 점등 단계 사이에서 방출하는 광의 강도의 변화가 작고, 안정된 강도의 광을 방출할 수 있다.
도 1은 실시 형태에 관한 적외선 램프(100)를 도시한 도면이다.
도 2는 점등 개시 단계부터 시간이 경과함과 함께 피크 파장이 시프트하는 것을 도시한, LED(110)로부터의 광의 발광 스펙트럼을 나타내는 그래프이다. 또한 모두 컷 필터(120)가 없는 경우를 도시하고 있다.
도 3은 컷 필터(120)에 의한 광의 차단 성능을 나타내는 그래프이다.
도 4는 실시 형태에 관한 적외선 램프(100)로부터 방출되는 광의 발광 스펙트럼을 나타내는 그래프이다. 또한, 본 그래프에서는 「점등 개시 단계」의 발광 스펙트럼만이 컷 필터(120)가 없는 경우를 나타내고 있고, 나머지 「30분 후」, 「5분 후」, 「20분 후」 및 「40분 후」에 대해서는 컷 필터(120)를 통과한 경우를 나타내고 있다.
도 5는 실시 형태에 관한 적외선 램프(100)의 사용 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 다른 실시 형태에 관한 적외선 램프(100)의 사용 상태를 도시한 도면이다.
(적외선 램프(100)의 구조)
본 발명이 적용된 적외선 램프(100)에 대하여, 도면을 이용하여 설명한다. 도 1은 본 실시 형태에 관한 적외선 램프(100)를 도시한 도면이다.
본 실시 형태에 관한 적외선 램프(100)는 대략 LED(110), 컷 필터(120), 및 리플렉터(130)를 구비하고 있다. 또한, 리플렉터(130)는 본 발명에 필수 구성이 아니고, LED(110)와, 컷 필터(120)로 적외선 램프(100)를 구성하고 있다.
LED(110)는 도시하지 않은 급전 장치로부터의 전력을 받음으로써 적외광을 포함하는 소정의 발광 스펙트럼의 광을 방사하는 소자이다. 이 발광 스펙트럼에서 분광 방사 조도가 최대가 되는 광의 파장을 LED(110)로부터 방사되는 광의 「피크 파장」이라고 한다. 또한, LED(110)의 타입은 표면 실장형(SMD)이어도 되고, 칩 온 보드형(COB)이어도 된다. 일반적으로 표면 실장형은 칩의 이면에 급전 단자가 있고, 납땜만으로 점등시킬 수 있어 칩을 작게 할 수 있는 점에서 유리하다. 또한, 칩 온 보드형은 칩의 표면에 급전 단자가 있어, 방열성이 높은 알루미늄 시트 등에 직접 칩을 붙여 방열 성능을 용이하게 높일 수 있는 점에서 유리하다.
일반적으로 LED(110)로부터 방출되는 광은 상기 LED(110)의 점등 개시 단계로부터, 그 후 정상 점등 단계가 됨에 따라서, LED(110) 자신의 온도가 상승함으로써, 이 「피크 파장」이 길어지는 방향으로 어긋나 가는 경향이 있다. 이와 같은 현상을 「피크 파장이 시프트한다」라고 한다. 예를 들어, 도 2에 도시한 바와 같은 발광 스펙트럼을 갖는 LED(110)의 경우, 점등 개시 단계에서의 「피크 파장」은 948 ㎚이지만, 이후 점등 개시로부터 30 초 후에는「피크 파장」이 966 ㎚, 5 분 후에는 970 ㎚, 20 분 후에는 977 ㎚, 그리고 40 분 후에는 982 ㎚라고 하는 것처럼 장파장측에 시프트해 간다.
또한, 점등 개시 단계에서 LED(110)로부터 방사되는 광의 피크 파장은 900 ㎚ 이상 950 ㎚ 이하인 것이 바람직하다. 왜냐하면, 점등 개시 단계에서의 LED(110)로부터 방사되는 광의 피크 파장이 900 ㎚보다 짧은 경우, 후술하는 컷 필터(120)의 컷 온 파장에 따라서는 사람이 보았을 때 적외선 램프(100)로부터 가시광(적색광)이 보일 우려가 있고, 반대로 상기 피크 파장이 950 ㎚보다 긴 경우, 상술한 바와 같이 LED(110)의 발광 효율이 나빠지는 것, 및 현재로서는 950 ㎚ 보다 긴 파장측에 피크 파장의 감도를 갖는 적외선 카메라가 존재하지 않기 때문이다.
도 1로 돌아가, 컷 필터(120)는 표면에 유전체 다층막 등이 형성된 판 형상 또는 필름 형상의 부재이고, LED(110)로부터 광을 받는 입광면(122)으로부터 들어간 광 중, 소정의 파장보다 긴 파장의 광을 투과하여 출광면(124)으로부터 방출하고, 소정의 파장보다 짧은 파장의 광을 차단한다.
컷 필터(120)에 의한 광의 차단 성능에 대하여, 도 3을 사용하여 설명한다. 일반적으로 컷 필터(120)에 의한 광의 차단 성능은 폭이 있고, 도 3에 도시한 예에서 말하면, 965 ㎚보다 긴 파장의 광은, 입광면(122)으로부터 들어 온 광의 100 %가 출광면(124)으로부터 방출된다. 즉, 965 ㎚보다 긴 파장의 광은 이 컷 필터(120)로는 파단되지 않는다.
반대로, 940 ㎚보다 짧은 파장의 광은 입광면(122)으로부터 들어온 광 전체가 차단된다. 즉, 940 ㎚보다 짧은 파장의 광은, 이 컷 필터(120)에서는 투과율이 0 %이다.
그리고, 940 ㎚ 이상, 965 ㎚ 이하의 파장의 광에 대해서는, 입광면(122)으로부터 입사된 광 중 소정 비율의 광이 출광면(124)으로부터 방출된다. 예를 들어, 956 ㎚의 광의 경우, 입광면(122)으로부터 들어간 광 중의 75 %가 출광면(124)으로부터 방출된다. 또한, 952 ㎚의 광의 경우, 입광면(122)으로부터 들어간 광 중의 50 %가 출광면(124)으로부터 방출된다. 본 명세서 전체를 통하여, 이와 같이 투과율이 50 %가 되는 광의 파장을 그 컷 필터(120)의 「컷 온 파장」이라고 한다.
본 실시 형태에 관한 컷 필터(120)의 「컷 온 파장」은 상술한 점등 개시 단계에서의 LED(110)로부터 발해지는 광의 피크 파장보다 긴 측에 설정되어 있다. 추가로 말하면, 상기 「컷 온 파장」은 정상 점등 단계에서의 LED(110)로부터 발해지는 광의 피크 파장보다 짧은 측에 설정되어 있다.
또한, 컷 필터(120)의 컷 온 파장은 LED(110)의 피크 파장에 대하여 0 ㎚ 이상 30 ㎚ 이하만큼 길어지도록 설정하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 컷 필터(120)의 컷 온 파장이, LED(110)의 피크 파장보다 짧은 경우, LED(110)의 점등 개시 단계에서 이미 LED(110)로부터의 광의 대부분이 컷 필터(120)를 투과하여, 정상 점등 단계에 이르면 거의 모든 광이 컷 필터(120)를 투과하므로, 컷 필터(120)를 사용하는 의의가 상실되기 때문이다. 또한, 점등 개시 단계에서의 LED(110)로부터의 광의 강도와, 정상 점등 단계에서의 LED(110)로부터의 광의 강도 사이의 차를 좁힐 수 없게 된다는 문제도 발생한다.
한편, 컷 필터(120)의 컷 온 파장이 LED(110)의 피크 파장에 대하여 30 ㎚보다 길어지면, LED(110)가 정상 점등 단계가 되어도 대부분의 광이 컷 필터(120)를 투과할 수 없고, 적외선 램프(100) 전체로서 생각했을 때 비효율적이 되기 때문이다.
도 1로 돌아가 리플렉터(130)는 공기 형상으로 형성된 부재이고, 그 내측 저부에 LED(110)가 배치되어 있다. 또한, 리플렉터(130)의 내면에는 LED(110)로부터의 광을 반사하는 반사면(132)이 형성되어 있다. 본 실시 형태에서의 반사면(132)은 회전 포물면으로 규정되어 있지만, 반사면(132)의 형상은 이에 한정되는 것은 아니고, 회전 타원면이어도 되고, 다른 형상이어도 된다.
또한, 리플렉터(130)는 LED(110)로부터의 광을 외부로 방출하는 개구(134)를 갖고 있다. 본 실시 형태에서 컷 필터(120)는 이 개구(134)를 덮도록 하여 설치되어 있다.
또한, 리플렉터(130)의 재질로는 유리, 알루미늄, 또는 수지 등이 사용되고, 알루미늄의 경우에는, 예를 들어 반사면(132)에 금속 증착이 이루어져 있다(또는 금속 증착이 아니고 알루마이트 처리해도 된다.). 또한, 유리의 경우는, 알루미늄 등의 금속막 외에, 다층막 코팅에 의한 가시광 반사막도 사용할 수 있다.
(적외선 램프(100)의 작용)
다음에, 상술한 본 실시 형태에 관한 적외선 램프(100)를 발광시켰을 때의 작용에 대해서 설명한다. 도시하지 않은 급전 장치로부터 LED(110)에 급전하면, LED(110)는 적외광을 포함하는 소정의 발광 스펙트럼의 광을 방사한다. 이 광의 일부는, 직접 리플렉터(130)의 개구(134)에 배치된 컷 필터(120)의 입광면(122)에 들어가고, 잔부는 리플렉터(130)의 반사면(132)에서 반사된 후, 동일하게 컷 필터 (120)의 입광면(122)에 들어간다.
도 4에 도시한 바와 같이, 점등 개시 단계에서 LED(110)로부터 발해지는 광의 피크 파장은, 컷 필터(120)의 컷 온 파장보다 짧은 측에 있다. 이 때문에, 점등 개시 단계의 광은 그 대부분이 컷 필터(120)를 투과하지 못하고, 컷 필터(120)의 출광면(124)으로부터 외부로 방출되는 광(적외광)의 양은 적다.
그 후, 시간이 경과하여 점등 개시 단계로부터 정상 점등 상태에 들어가면, LED(110)로부터 발해지는 광의 피크 파장은 긴 쪽으로 시프트해 가고, 어느 시간부터는 피크 파장이 컷 필터(120)의 컷 온 파장보다 긴 측이 된다. 이와 같이, 정상 점등 상태에 들어가면, LED(110)로부터의 광의 대부분이 컷 필터(120)를 투과하게 되고, 컷 필터(120)의 출광면(124)으로부터 외부로 방출되는 광(적외광)의 양은 충분히 많아진다.
이와 같이 하여, 컷 필터(120)의 출광면(124)으로부터 외부로 방출된 광(적외광)은 소정의 대상물(X)을 비춘다(도 5 참조). 그리고, 적외광으로 비추어진 대상물(X)을 적외선 카메라(Y)로 촬상함으로써, 가시광이 거의 없는 어둠 하에서 대상물(X)을 촬상할 수 있다.
(적외선 램프(100)의 특징)
상술한 본 실시 형태의 적외선 램프(100)에 따르면, 점등 개시 단계에서 LED(110)로부터 발해지는 광의 피크 파장이, 컷 필터(120)의 컷 온 파장보다 짧은 측에 있으므로, 정상 점등 상태에 들어가 「피크 파장의 시프트」가 생기고 나서도 비교적 짧은 파장측에 피크 파장이 있는 LED(110)를 사용할 수 있다. 이에 의해, 점등 중의 적외선 램프(100)가 붉게 보이는 것을 피할 수 있고, 또한 LED(110)로서는 비교적 짧은 파장측(즉, 가시광에 가까운 근적외선측)에 피크 파장이 있는 발광 효율이 좋은 것을 사용할 수 있다. 또한, 적외선 카메라(Y)로서도 보다 가시광 영역에 가까운 적외광으로 최대 성능을 발휘할 수 있는, 일반적인 적외선 카메라를 사용할 수 있다.
또한, 정상 점등 단계에서 LED(110)로부터 발해지는 광의 피크 파장은 컷 필터(120)의 컷 온 파장보다 긴 측에 있으므로, 정상 점등 단계에 들어가고 나서는 컷 필터(120)를 통하여 보다 많은 적외광을 대상물(X)에 조사할 수 있다. 이 때문에, 점등 개시 단계에 비하여 자신의 온도가 상승한 점에서 LED(110)로부터 방출되는 광의 강도는 저하되지만, LED(110)로부터 방사되는 광 중, 컷 필터(120)를 통과하는 광의 비율이 증가하는 점에서, 결과로서 점등 개시 단계와 정상 점등 단계 사이에서 적외선 램프(100)로부터 방출되는 광의 강도의 변화는 작고, 안정된 강도의 광을 방출할 수 있다.
(변형예)
상술한 실시 형태에서는 LED(110)로부터 방사된 광을 반사시키는 리플렉터(130)를 사용하고 있었지만, 이 리플렉터(130) 대신, 예를 들어 도 6에 도시한 바와 같이, 렌즈(140)를 사용해도 된다. 이 경우, 렌즈(140)로 어느 정도 집광된 LED(110)로부터의 광을 컷 필터(120)의 입광면(122)에 입광시키는 것이 된다.
이번에 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이고, 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 할 것이다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니라, 특허청구범위에 의해 나타내어지고, 특허청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
100: 적외선 램프 110: LED
120: 컷 필터 122: 입광면
124: 출광면 130: 리플렉터
132: 반사면 134: 개구
140: 렌즈
X: 대상물 Y: 적외선 카메라

Claims (3)

  1. 적외광을 발하는 LED, 및
    상기 LED로부터의 광의 일부를 투과하는 컷 필터를 구비하는 적외선 램프로서,
    상기 컷 필터의 컷 온 파장은 점등 개시 단계에서의 상기 LED로부터 발해지는 광의 피크 파장보다 긴 측에 있는, 적외선 램프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컷 필터의 상기 컷 온 파장은 정상 점등 단계에서의 상기 LED로부터 발해지는 광의 피크 파장보다 짧은 측에 있는, 적외선 램프.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    점등 개시 단계에서의 상기 LED로부터 발해지는 광의 피크 파장이 900 ㎚ 이상 950 ㎚ 이하이고,
    상기 컷 필터의 상기 컷 온 파장은 상기 피크 파장에 대하여 0 ㎚ 이상 30 ㎚ 이하만큼 긴, 적외선 램프.
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