(57)【要約】      （修正有）【課題】赤外線発光ダイオードで光を発生する電荷結合素子モニター及びその照明装置を提供する。【解決手段】本電荷結合素子モニターは照明装置と、１つ以上の電荷結合ユニットと、処理ユニットとを備える。該照明装置は赤外線発光ダイオードと電気伝導ユニット１２と光ガイドユニット１３とを備える。該赤外線発光ダイオードは電力供給を受けて光を出射する。該電気伝導ユニットは該赤外線発光ダイオードの一方の側に配置され、該赤外線発光ダイオードに電気的に接続されて電力を供給する。該光ガイドユニットは該赤外線発光ダイオードの他方の側に配置され、該光の投光プロファイルを１つ以上の直線縁を含む所定の投光プロファイルに変える。該電荷結合ユニットは該照明装置が出射した該所定の投光プロファイルの該光を受光し、該光を１つ以上の電気信号に変換する。該処理ユニットは該電荷結合ユニットに電気的に接続され、該電気信号に応じた画像を表示させる。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
電力供給を受けて光を出射する赤外線発光ダイオードと、
該赤外線発光ダイオードの一方の側に配置され、該光の投光プロファイルを１つ以上の直線縁を含む所定の投光プロファイルに変える光ガイドユニットと
を備える照明装置。
【請求項２】
前記所定の投光プロファイルは、正方形様、矩形、及び多角形を含む形状群から選択される請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記光ガイドユニットは光入力領域と光出力領域とを備え、該光入力領域は前記赤外線発光ダイオードに近接し、前記光が該光入力領域から前記光ガイドユニットに入った後、該光は該光出力領域から前記所定の投光プロファイルで投光される請求項１に記載の照明装置。
【請求項４】
前記光出力領域は１つ以上のフランジと、該フランジの内側に形成された凸レンズとを備える請求項３に記載の照明装置。
【請求項５】
前記光出力領域の直径は１０．８〜１１．８ｍｍの範囲である請求項３に記載の照明装置。
【請求項６】
前記凸レンズの曲率半径は５〜５．３ｍｍの範囲である請求項４に記載の照明装置。
【請求項７】
前記赤外線発光ダイオードと前記凸レンズの上面との距離は１０．８〜１２ｍｍの範囲である請求項４に記載の照明装置。
【請求項８】
１つ以上の溝が前記フランジと前記凸レンズとの間に形成され、該溝の曲率半径は１１〜１１．９ｍｍの範囲である請求項４に記載の照明装置。
【請求項９】
前記光ガイドユニットはアクリル樹脂レンズである請求項１に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記光ガイドユニットは内部全反射レンズである請求項１に記載の照明装置。
【請求項１１】
前記赤外線発光ダイオードと前記光入力領域との間に配置されたバッファを更に備える請求項３に記載の照明装置。
【請求項１２】
前記赤外線発光ダイオードの一方の側に配置され、前記赤外線発光ダイオードに電気的に接続されて電力を供給する電気伝導ユニットを更に備える請求項１に記載の照明装置。
【請求項１３】
前記電気伝導ユニットは前記赤外線発光ダイオードに結合されたヒートシンクを備える請求項１２に記載の照明装置。
【請求項１４】
前記電気伝導ユニットは前記赤外線発光ダイオードに隣接して配置された反射性カップを更に備える請求項１２に記載の照明装置。
【請求項１５】
前記電気伝導ユニットは電源の陽極と陰極とにそれぞれ電気的に接続された２つの電極を更に備える請求項１２に記載の照明装置。
【請求項１６】
赤外線発光ダイオードと電気伝導ユニットと光ガイドユニットとを備える１つ以上の照明装置であって、該赤外線発光ダイオードは電力供給を受けて光を出射し、該電気伝導ユニットは該赤外線発光ダイオードの一方の側に配置され、該赤外線発光ダイオードに電気的に接続されて電力を供給し、該光ガイドユニットは該赤外線発光ダイオードの他方の側に配置され、該光の投光プロファイルを１つ以上の直線縁を含む所定の投光プロファイルに変える１つ以上の照明装置と、
該照明装置が出射した該所定の投光プロファイルの該光を受光し、該光を１つ以上の電気信号に変換する１つ以上の電荷結合ユニットと、
該電荷結合ユニットに電気的に接続され、該電気信号に応じた画像を表示させる処理ユニットと
を備える電荷結合素子モニター。
【請求項１７】
前記所定の投光プロファイルは、正方形様、矩形、及び多角形を含む形状群から選択される請求項１６に記載の電荷結合素子モニター。
【請求項１８】
前記光ガイドユニットは光入力領域と光出力領域とを備え、該光入力領域は前記赤外線発光ダイオードに近接し、前記光が該光入力領域から前記光ガイドユニットに入った後、該光は該光出力領域から前記所定の投光プロファイルで投光される請求項１６に記載の電荷結合素子モニター。
【請求項１９】
前記光出力領域は１つ以上のフランジと、該フランジの内側に形成された凸レンズとを備える請求項１８に記載の電荷結合素子モニター。
【請求項２０】
前記光出力領域の直径は１０．８〜１１．８ｍｍの範囲である請求項１８に記載の電荷結合素子モニター。
【請求項２１】
前記凸レンズの曲率半径は５〜５．３ｍｍの範囲である請求項１９に記載の電荷結合素子モニター。
【請求項２２】
前記赤外線発光ダイオードと前記凸レンズの上面との距離は１０．８〜１２ｍｍの範囲である請求項１９に記載の電荷結合素子モニター。
【請求項２３】
１つ以上の溝が前記フランジと前記凸レンズとの間に形成され、該溝の曲率半径は１１〜１１．９ｍｍの範囲である請求項１９に記載の電荷結合素子モニター。
【請求項２４】
前記光ガイドユニットは内部全反射レンズである請求項１８に記載の電荷結合素子モニター。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、電荷結合素子モニター及びその照明装置、特に、赤外線発光ダイオードで光を発生する電荷結合素子モニター及びその照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電荷結合素子（ＣＣＤ）は、光電効果を利用し、衝突光子によって励起された電子により画像を生成する。従って、電荷結合素子を使用するモニターは、夜間周囲からの不十分な光を補うよう近接して構成された別個の照明装置を必然的に必要とする。現在の電荷結合素子モニターの多くはハロゲンランプを照明装置の光源として使用するが、ハロゲンランプが持つ様々な欠点、例えば、ハロゲンランプに含まれる環境意識に反する要素であるハロゲン、大きな消費電力、短い寿命、低い組立て強度とその結果の脆さ、及び保守の難しさのために、新しいモデルの照明装置の開発が求められている。
【０００３】
全ての種類の産業用光源にとって、発光ダイオード（ＬＥＤ）は、電力節約、低消費、作動が速い、ハロゲンがいらない、及び長寿命という性質を持った冷発光体である。２０世紀に青色ＬＥＤの技術的障壁が破られて以降、多色高輝度ＬＥＤが発明され様々な種類の製品、例えば表示器、プロジェクター、照明装置等に広く適用されている。従って、ハロゲンランプを置き換えるのにあたって最も注目されている光源はＬＥＤであり、電荷結合素子モニターの新しい光源として使用される。しかし、現在の製造組立技術はＬＥＤが提供できる出射角度を制限するので、投光プロファイルは狭くなり、照度の適合性に影響する。照度を所望のレベルに維持するために多数のＬＥＤを使用する必要があるが、消費電力が大きいという問題を引き起こす。従って、電力を節約できない。
【０００４】
従って、信頼できる長寿命の照明装置を使用する環境意識に適合した電荷結合素子モニターが必要とされている。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】
本考案の目的は、赤外線発光ダイオードの投光プロファイルを変える光ガイドユニットを提供することである。可変度のより高い投光プロファイルを、従来技術の狭い投光角度、及びより多くの赤外線発光ダイオードを使用することによる大きな消費電力の問題を解決するために提供する。
【０００６】
本考案の別の目的は、電荷結合素子モニターにＬＥＤを使用し、限られた数のＬＥＤの投光プロファイルを重ね様々な光パターンを構築するために、光ガイドユニットにより投光プロファイルに１つ以上の直線縁を形成することである。このため、環境意識に適合し信頼できる長寿命の照明装置を使用して所望のレベルの照度を実現するのに必要なＬＥＤの数は少なくなる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本考案の１つの態様によれば、電力供給を受けて光を出射する赤外線発光ダイオードと、該赤外線発光ダイオードの一方の側に配置され、該光の投光プロファイルを１つ以上の直線縁を含む所定の投光プロファイルに変える光ガイドユニットとを備える照明装置が提供される。
【０００８】
本考案の別の態様によれば、電荷結合素子モニターが提供される。この電荷結合素子モニターは、赤外線発光ダイオードと電気伝導ユニットと光ガイドユニットとを備える１つ以上の照明装置であって、該赤外線発光ダイオードは電力供給を受けて光を出射し、該電気伝導ユニットは該赤外線発光ダイオードの一方の側に配置され、該赤外線発光ダイオードに電気的に接続されて電力を供給し、該光ガイドユニットは該赤外線発光ダイオードの他方の側に配置され、該光の投光プロファイルを１つ以上の直線縁を含む所定の投光プロファイルに変える１つ以上の照明装置と、該照明装置が出射した該所定の投光プロファイルの該光を受光し、該光を１つ以上の電気信号に変換する１つ以上の電荷結合ユニットと、該電荷結合ユニットに電気的に接続され、該電気信号に応じた画像を表示させる処理ユニットとを備える。
【０００９】
該照明装置は、前記赤外線発光ダイオードの一方の側に配置され前記赤外線発光ダイオードに電気的に接続されて電力を供給する電気伝導ユニットを更に備えてもよい。
【００１０】
該赤外線発光ダイオードは夜間における電荷結合素子モニターの光源であることが好ましい。前記所定の投光プロファイルは、ある距離における光の分布形状であってよく、正方形様、矩形、及び多角形を含む形状群から選択されるのが好ましい。正方形が幾つかの実施形態では最良である。このため、該光ガイドユニットから投光される光の適合性が向上し、投光プロファイルの角度が増加する。
【００１１】
本考案に係る光ガイドユニットと電気伝導ユニットとの組立ては、Lumileds Luxeon組立て、表面実装組立て、及びプラスチック・リードチップキャリア（ＰＬＣＣ）組立てに限定されず、他の種類の組立てを採用してもよい。光ガイドユニットは高い透明性を有し、電気伝導ユニットは高い電気伝導性を有し、電源の陽極と陰極とにそれぞれ電気的に接続された２つの電極を備えてもよく、ＬＥＤの２端子に接続され電力を供給する。
【００１２】
光ガイドユニットの具体例は内部全反射レンズであってもよい。この内部全反射レンズは高い透明性を有する任意の材料、例えば、これらに限定されないが、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、又は結晶化ガラスでできていてもよい。また、光ガイドユニットは、一体成形体、モノコック構造体、又は複数の部分から構成された構造体であってもよい。光ガイドユニットは光入力領域と光出力領域とを備えてよい。幾つかの実施形態では該光入力領域は前記赤外線発光ダイオードに近接し、光が該光入力領域から前記光ガイドユニットに入った後、該光は該光出力領域から前記所定の投光プロファイルで投光される。好ましくは、光入力領域と光出力領域は高い透明性を有する。幾つかの実施形態では、前記光出力領域は１つ以上のフランジと、該フランジの内側に形成された凸レンズとを備えてもよく、１つ以上の溝が前記フランジと前記凸レンズとの間に形成されてもよい。幾つかの実施形態では、凸レンズの曲率半径は５〜５．３ｍｍの範囲であるのが好ましい。該溝の曲率半径は１１〜１１．９ｍｍの範囲であり、好ましくは１１．１５〜１１．４ｍｍの範囲である。また、幾つかの実施形態では、前記光出力領域の直径は１０．８〜１１．８ｍｍの範囲であり、前記赤外線発光ダイオードと前記凸レンズの上面との距離は、例えば１０．８〜１２ｍｍの範囲であり、凸レンズの焦点距離に一致する。
【００１３】
幾つかの実施形態では、熱拡散性を向上させるために、前記赤外線発光ダイオードと前記光入力領域との間にバッファを配置するか又は前記電気伝導ユニットに前記赤外線発光ダイオードに結合されるヒートシンクを配置するのが好ましい。しかし、これらに限定されることなく、同様の機能を有する他の要素を採用してもよい。
【００１４】
一方、光利用効率を向上させるために、反射性カップを前記電気伝導ユニット内に設けてもよく、１つの実施形態では、反射性カップは、例えば前記赤外線発光ダイオードに隣接して配置される。赤外線発光ダイオードの側面又は底面近くから出射された光は光ガイドユニットへ反射される。
【００１５】
光ガイドユニットは赤外線発光ダイオードの投光プロファイルを１つ以上の直線縁を含む形状に変え、赤外線発光ダイオードから出射される光の投光角度を広げる。従って、本考案では要求されるレベルの照度を維持するのに必要なＬＥＤの数はより少なく、消費電力が低減され、環境意識に適合し電力を節約する照明装置が提供される。
【００１６】
本考案の様々な目的と利点が添付の図面を参照しながら下記の詳細な説明を読むことで容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本考案の実施形態に係る照明装置の側面図を示す。
【図２】図１の照明装置の上面図を示す。
【図３】図１の照明装置のＡ−Ａ線に沿った断面図を示す。
【図４】図１の照明装置の光ガイドユニットを取り除いた後の上面図を示す。
【図５】本考案の実施形態に係る照明装置の照度の２次元分布を示す。
【図６】本考案の別の実施形態に係る照明装置の側面図を示す。
【図７】本考案の実施形態に係る電荷結合素子モニターを示す。
【図８】図７の電荷結合素子モニターのシステム図を示す。
【考案を実施するための形態】
【００１８】
本考案の好適な実施形態を添付の図面を参照しながら下記に詳細に説明する。描かれた要素は必ずしも実際の縮尺ではないが、同様の符号は同様の要素を示す。
【００１９】
図１〜図４を参照する。図１は本考案の実施形態に係る照明装置の側面図を示し、図２は図１の照明装置の上面図を示し、図３は図１の照明装置のＡ−Ａ線に沿った断面図を示し、図４は図１の照明装置の光ガイドユニットを取り除いた後の上面図を示す。照明装置１は赤外線発光ダイオード１１、電気伝導ユニット１２、光ガイドユニット１３、バッファ１４、及び反射性カップ１５を備える。電気伝導ユニット１２は赤外線発光ダイオード１１の一方の側に配置され、光ガイドユニット１３は赤外線発光ダイオード１１の他方の側に配置されている。赤外線発光ダイオード１１の組立構造体は電気伝導ユニット１２と光ガイドユニット１３とからなる。本実施形態では、電気伝導ユニット１２と光ガイドユニット１３は密接して互いに接続され、その中に赤外線発光ダイオード１１を収容するための収容空間が形成されている。
【００２０】
赤外線発光ダイオード１１に電力が供給されると、赤外線が出射される。これは、ＬＥＤの２端子間に電気が供給されると、ｐ型半導体とｎ型半導体とが接合されたｐｎ接合において、多数の電子正孔対が再結合するためである。この時、電子のエネルギーが光子として放出され発光する。電気伝導ユニット１２は赤外線発光ダイオード１１に必要な電力を供給し、発光させる。本実施形態では、電気伝導ユニット１２は２つの電極１２１、１２２と基部１２３とを備える。電極１２１、１２２は高い電気伝導性を有し、外部電源（不図示）の陽極と陰極とにそれぞれ電気的に接続される。基部１２３上には少なくとも１つの回路が形成され電極１２１、１２２と赤外線発光ダイオード１１とに電気的に接続される。これにより、外部電源から赤外線発光ダイオード１１への経路が形成される。
【００２１】
光ガイドユニット１３は高い透明性を有し、モノコック構造体に一体形成されるか又は複数の部分から構成されるのが好ましい。光ガイドユニット１３は光入力領域１３１と光出力領域１３５とを備え、光入力領域１３１は赤外線発光ダイオード１１に近接している。例えば、光入力領域１３１は赤外線発光ダイオード１１の上方に位置し、光出力領域１３５は赤外線発光ダイオード１１からより離れた端に位置する。従って、光が光入力領域１３１から光ガイドユニット１３に入った後、光ガイドユニット１３はその光の方向をガイドする。そして、光が光出力領域１３５から出射される時、光ガイドユニット１３は該光の投光プロファイルを所定の投光プロファイルにする。この所定の投光プロファイルはある距離における１つ以上の直線縁を有する光の照度の分布形状であってよい。従って、投光プロファイルは重ねるのが容易である。本実施形態では、光ガイドユニット１３の具体例は内部全反射レンズであり、光ガイドユニット１３に入った光が光ガイドユニット１３の側面に接触した時にその光に内部全反射効果を及ぼして、光出力領域１３５から出射される光の割合を増加させる。光ガイドユニット１３の材料はエポキシ樹脂、アクリル樹脂、結晶化ガラス等の高い透明性を有する任意の材料であってよい。
【００２２】
光出力領域１３５は１つ以上のフランジ１３２と、フランジ１３２の内側に形成された凸レンズ１３３とを備える。フランジ１３２と凸レンズ１３３との間に１つ以上の溝１３４が形成されてもよい。光ガイドユニット１３の形状は、投光プロファイルの光学的効果に影響し、照明装置１の高さＨ１、光出力領域１３５の直径Ｄ１、Ｄ２、凸レンズ１３３の上面の曲率半径Ｒ１、凸レンズ１３３の側面の曲率半径Ｒ２、及び溝１３４の曲率半径Ｒ３の全てが重要なパラメータである。照明装置１の高さＨ１は１４〜１４．４ｍｍの範囲であり、赤外線発光ダイオード１１と凸レンズ１３３の上面との距離は、凸レンズ１３３の焦点距離に一致し、光出力領域１３５の直径Ｄ１、Ｄ２は１０．８〜１１．８ｍｍの範囲であり、好ましくは１１〜１１．６ｍｍの範囲である。一方、凸レンズ１３３の曲率半径Ｒ１、Ｒ２は５〜５．３ｍｍの範囲であるのがよく、溝１３４の曲率半径Ｒ３は１１〜１１．９ｍｍの範囲であり、好ましくは１１．１５〜１１．４ｍｍの範囲である。バッファ１４は赤外線発光ダイオード１１と光ガイドユニット１３の光入力領域１３１との間に配置され、赤外線発光ダイオード１１の熱放散を増加させる。バッファ１４はシリコン等の高い熱伝導性と透明性とを有する材料から選択され、赤外線発光ダイオード１１から出射された光の光カバー効果を低減する。
【００２３】
反射性カップ１５は電気伝導ユニット１２内に赤外線発光ダイオード１１に隣接して配置される。反射性カップ１５の表面は平滑で赤外線発光ダイオード１１の側面及び底面から出射された光を光ガイドユニット１３へ反射する。従って、赤外線発光ダイオード１１の光利用効率が向上する。
【００２４】
光が光ガイドユニット１３の光出力領域１３５を通って所定の投光プロファイルで出射される時、該所定の投光プロファイルは１つ以上の直線縁を有するので、投光プロファイルの可変形状、好ましくはより広い投光角度を持った形状を提供することが出来る。光ガイドユニット１３によって投光される光の適合性は、投光プロファイルの重なり効果によっても向上する。図５を参照する。図５は本考案の実施形態に係る照明装置の照度の２次元分布を示す。図５に示されているように、本実施形態では、該所定の投光プロファイルは正方形となる傾向がある。幾つかの照明装置１の投光プロファイルをアレイ状、円状、又は他の形状に重ね、大きな照射装置を構成することが出来る。１つの照射装置を構成する複数の照明装置で同じレベルの照度を達成する場合、本実施形態では、照明装置の投光プロファイルを該所定の投光プロファイルに変え、光ガイドユニット１３から光を投光する。必要な照明装置の数は従来のＬＥＤによるものより少ない。従って、消費電力が低減される。
【００２５】
図６を参照する。図６は本考案の別の実施形態に係る照明装置の側面図を示す。説明を単純明快にするために、両方の実施形態で同じものは、再度の説明を省略する。本実施形態では、照明装置２の電気伝導ユニット２２内の赤外線発光ダイオード２１に向き合う位置にヒートシンク２２４が配置され赤外線発光ダイオード２１に結合される。赤外線発光ダイオード２１の熱放散が増加する。また、本実施形態では、照明装置２の高さＨ１は１４．２０ｍｍであり、光出力領域１３５の直径Ｄ１、Ｄ２は１１．６５ｍｍであり、凸レンズ１３３の上面の曲率半径Ｒ１は４．６７ｍｍであり、凸レンズ１３３の側面の曲率半径Ｒ２は５．７４ｍｍであり、溝１３４の曲率半径Ｒ３は１１．２０ｍｍである。
【００２６】
図７及び図８を参照する。図７は本考案の実施形態に係る電荷結合素子モニターを示し、図８は図７の電荷結合素子モニターのシステム図を示す。電荷結合素子モニター１００は１つ以上の照明装置３と、１つ以上の電荷結合ユニット５と、処理ユニット７とを備える。処理ユニット７は電荷結合ユニット５に電気的に接続される。照明装置３は、上記実施形態に記載した照明装置のいずれでもよい、例えば、照明装置３は赤外線発光ダイオード、電気伝導ユニット、及び光ガイドユニットを備える。明確さのために、本実施形態と上記実施形態との違いのみを説明する。電荷結合ユニット５は照明装置３に対応し、照明装置３が出射した該所定の投光プロファイルの光を受光する。光電効果が発生すると、光は１つ以上の電気信号に変換される。処理ユニット７がこの電気信号を受信した後、電気信号に応じた画像が表示パネル上に表示され観察される。本実施形態では、電荷結合素子モニター１００を夜間使用するために、照明装置３は赤外線を出射するＬＥＤであってもよい。
【００２７】
上述したように、光ガイドユニットは赤外線発光ダイオードの投光プロファイルを１つ以上の直線縁を有するように変える。投光プロファイルの重なりは、必要な赤外線発光ダイオードの数を減らし、同じレベルの照度を維持しながら消費電力を低減するために使用するのが容易である。従って、環境意識に適合し電力を節約する照明装置が提供される。また、上記の赤外線発光ダイオードと光ガイドユニットとを備える電荷結合素子モニターは、環境意識に適合し長寿命の赤外線発光ダイオードを使用するので、信頼性が向上する。
【００２８】
本考案を図面に示した実施形態により説明したが、当業者は、本考案が上記実施形態に限定されることなく、様々な変更と変形とが本考案の思想から逸脱することなく可能であることを理解するであろう。従って、本考案の範囲は添付の請求項とそれらの均等物のみによって規定されるべきである。
【符号の説明】
【００２９】
１１  赤外線発光ダイオード
１２  電気伝導ユニット
１３  光ガイドユニット
１４  バッファ
１５  反射性カップ
１３１  光入力領域
１３３  凸レンズ
１３５  光出力領域
【図１】
0003161841.tif 000003
【図２】
0003161841.tif 000004
【図３】
0003161841.tif 000005
【図４】
0003161841.tif 000006
【図５】
0003161841.tif 000007
【図６】
0003161841.tif 000008
【図７】
0003161841.tif 000009
【図８】
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