JP5008261B2 - Floodlight for surveillance camera - Google Patents
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Description
本発明は、監視カメラ用投光器に関するものであり、詳しくは暗所に於いても監視カメラによる撮像を可能にするための、LEDを光源とした監視カメラ用投光器に関する。 The present invention relates to a projector for a surveillance camera, and more particularly to a projector for a surveillance camera using an LED as a light source for enabling imaging by a surveillance camera even in a dark place.
監視カメラは昼夜を問わず常時所定の空間領域を隈無く撮像し、該監視カメラで撮像された映像をリアルタイムで監視することによって事故、犯罪等を未然に防止したり、ビデオテープに記録した画像が犯罪捜査の手掛かりになったりするものである。 A surveillance camera always captures a predetermined space area, day or night, and monitors images captured by the surveillance camera in real time to prevent accidents, crimes, etc., or images recorded on a video tape Can be a clue to criminal investigations.
また、路上に設置して走行車両のナンバープレートのナンバーを読み取ったり、車両に搭載して前方進路方向をモニターしたりして、交通分野に於いても大いに使用されているものである。 In addition, it is installed on the road and reads the number of the license plate of the traveling vehicle, or is mounted on the vehicle and monitors the direction of the forward route, and is used greatly in the traffic field.
ところで、暗所のカメラ撮像に於いては被写体を照射する投光器が必要であり、該投光器には赤外線を発するLEDを光源とするものがある。 By the way, in the camera imaging in a dark place, a projector that irradiates a subject is necessary, and there is a projector that uses an LED that emits infrared light as a light source.
それは例えば図24に示すように、中央に開孔50を設けた基板51に赤外線を発するLED52を複数個実装して発光体53を形成し、該発光体53の開孔50にカメラレンズを固定して筒状の外装ケース54に組み込んだものである。この場合、LED52が実装された発光体53による赤外線の照射方向はカメラレンズの撮像方向に連動して移動し、照射光の配光パターンは各LED52の有する指向特性をそのまま重畳したものとなる(例えば、特許文献1参照。)。 For example, as shown in FIG. 24, a plurality of LEDs 52 emitting infrared rays are mounted on a substrate 51 having an opening 50 in the center to form a light emitter 53, and a camera lens is fixed to the hole 50 of the light emitter 53. Then, it is assembled in a cylindrical outer case 54. In this case, the irradiation direction of infrared rays by the light emitter 53 on which the LED 52 is mounted moves in conjunction with the imaging direction of the camera lens, and the light distribution pattern of the irradiation light is a direct superimposition of the directivity characteristic of each LED 52 ( For example, see Patent Document 1.)
また、他の例として図25に示すように、赤外線を発し、異なる指向特性を有するLED60が複数個実装されたLEDモジュール61を光学フィルタ62に沿って所定の水平角度及び傾斜角度で分割配置したものもある。この場合、LED60が実装されたLEDモジュール61による赤外線の照射方向はLEDモジュール61の配置方向で決まり、配光パターンは各LED60の有する指向特性をそのまま重畳したものとなる(例えば、特許文献2参照。)。
上記図24で示した監視カメラ用投光器は、光源であるLEDの指向特性を利用して照射パターンを形成するものであるために構成がシンプルであり、安価なコストで製造することができる。 The projector for a monitoring camera shown in FIG. 24 has a simple configuration and can be manufactured at a low cost because it forms an irradiation pattern using the directivity characteristics of the LED that is the light source.
但し、このような構成の投光器に於いては、監視カメラの画角に対してLEDの半値角は極めて小さく、LEDの指向特性によって得られる照射パターンで監視カメラの画角内全域を網羅するように照明することは不可能である。 However, in the projector having such a configuration, the half-value angle of the LED is extremely small with respect to the angle of view of the monitoring camera, and the irradiation pattern obtained by the directivity characteristics of the LED covers the entire area of the angle of view of the monitoring camera. It is impossible to illuminate.
また、上記図25で示した監視カメラ用投光器は、LEDを実装したLEDモジュールを複数個角度を変えて配置し、LEDモジュールの配置方向とLEDの指向特性によって照射方向及び照射パターンを制御するものであり、この場合も比較的シンプルに構成することができる。 Further, the projector for the monitoring camera shown in FIG. 25 has a plurality of LED modules mounted with LEDs arranged at different angles, and controls the irradiation direction and irradiation pattern according to the LED module arrangement direction and LED directivity characteristics. In this case as well, the configuration can be made relatively simple.
但し、このような構成の投光器に於いては、LEDを実装したLEDモジュール単位で照射方向が異なり、投光時に隣接する照射パターン同士に重ならない領域が生じて均一な照射が困難になることがある。 However, in the projector having such a configuration, the irradiation direction is different for each LED module mounted with the LED, and a region that does not overlap with the adjacent irradiation patterns is generated at the time of light projection, and uniform irradiation may be difficult. is there.
そのため、LEDモジュールに実装されるLEDを夫々異なる方向に向けて実装することが考えられるが、その場合は、LEDの高い実装精度を確保することが困難であり、設計した照射パターンが高精度で再現性良く得られないために、画角内全域を均一に照射することができないことになる。 Therefore, it is conceivable to mount the LEDs mounted on the LED module in different directions, but in that case, it is difficult to ensure high mounting accuracy of the LEDs, and the designed irradiation pattern is highly accurate. Since it cannot be obtained with good reproducibility, the entire area within the angle of view cannot be irradiated uniformly.
そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、監視カメラの画角内全域を理想に近い照射パターン及び照射エネルギー分布で投光することができる、LEDを光源とした監視カメラ用投光器を提供することにある。 Therefore, the present invention was devised in view of the above problems, and the object of the present invention is to provide an LED that can project an entire area within the angle of view of a surveillance camera with an irradiation pattern and irradiation energy distribution that are close to ideal. The object is to provide a projector for a surveillance camera as a light source.
上記課題を解決するために、本発明の請求項1に記載された発明は、基板に少なくとも3個以上のLEDが実装され、該LEDの上方にマトリックスフレネルレンズが配置された監視カメラ用投光器であって、前記マトリックスフレネルレンズは前記各LEDと1対1に対応する少なくとも3個以上のフレネルレンズエレメントで構成され、前記フレネルレンズエレメントは前記LEDに対向する側の面に断面形状が略三角形の凸状のプリズムレンズが複数個連続して隣接され、前記フレネルレンズエレメントのうちの少なくとも2つは互いのプリズムレンズの方向が略直角となるように配置され、且つ他の前記フレネルレンズエレメントのうちの少なくとも1つはプリズムレンズが、前記略直角なプリズムレンズのうちのどちらか一方のプリズムレンズの方向に対して略30°の方向に向くように配置されていることを特徴とするものである。 In order to solve the above-mentioned problems, the invention described in claim 1 of the present invention is a projector for a surveillance camera in which at least three LEDs are mounted on a substrate and a matrix Fresnel lens is disposed above the LEDs. The matrix Fresnel lens is composed of at least three or more Fresnel lens elements corresponding to the LEDs in a one-to-one relationship, and the Fresnel lens element has a substantially triangular cross-section on the surface facing the LEDs . A plurality of convex prism lenses are continuously adjacent to each other, at least two of the Fresnel lens elements are arranged so that directions of the prism lenses are substantially perpendicular to each other, and among the other Fresnel lens elements At least one of the prism lenses is one of the prism lenses of the substantially right angle. And it is characterized in that it is arranged to face the direction of approximately 30 ° to the direction of Zumurenzu.
また、本発明の請求項2に記載された発明は、請求項1において、他の前記フレネルレンズエレメントのうちの少なくとも1つはプリズムレンズが、前記略直角なプリズムレンズのうちのどちらか一方のプリズムレンズの方向に対して略35°〜55°の範囲内の方向に向くように配置されていることを特徴とするものである。
Further, the invention described in
また、本発明の請求項3に記載された発明は、請求項1又は2の何れか1項において、前記LEDは監視カメラを挟んで両側に配置され、前記LEDの上方に該LEDと1対1に対応する位置に配置されたフレネルレンズエレメントは、該フレネルレンズエレメントから出射する光の光量分布が、前記フレネルレンズエレメントの平坦な光出射面に垂直な線に対して監視カメラ側に向かう光量よりも監視カメラの反対側に向かう光量を多くなるようにプリズムレンズのレンズカットが施されていることを特徴とするものである。
The invention described in
また、本発明の請求項4に記載された発明は、請求項1〜3の何れか1項において、設置された監視カメラの映像をモニターしたときの中央上方部が最大照射光度で照射されることを特徴とするものである。
Further, in the invention described in
また、本発明の請求項5に記載された発明は、請求項1〜4の何れか1項において、前記LEDは赤外線を発する表面実装型LEDであることを特徴とするものである。
The invention described in
また、本発明の請求項6に記載された発明は、請求項1〜5の何れか1項において、前記マトリックスフレネルレンズが該マトリックスフレネルレンズに設けられた係止爪を前記基板に設けられた貫通穴に係止することによって前記基板にワンタッチで装着可能とされたことを特徴とするものである。
Further, in the invention described in
本発明の監視カメラ用投光器は、基板に実装された光源となるLEDの上方に該LEDと1対1に、所望するレンズカットを有するフレネルレンズエレメントを配置するようにした。そのため、夫々のLEDから発せられた光を個別に配光制御を行なうことができるので配光設計の自由度が高く、理想に近い照射パターン及び照射エネルギー分布を実現できるという利点がある。 In the projector for a surveillance camera according to the present invention, a Fresnel lens element having a desired lens cut is arranged above the LED serving as a light source mounted on the substrate on a one-to-one basis. For this reason, since light emitted from each LED can be individually controlled for light distribution, there is an advantage that the degree of freedom of light distribution design is high, and an ideal irradiation pattern and irradiation energy distribution can be realized.
以下、この発明の好適な実施形態を図1〜図23を参照しながら、詳細に説明する(同一部分については同じ符号を付す)。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の領域は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 23 (the same parts are denoted by the same reference numerals). The embodiments described below are preferred specific examples of the present invention, and thus various technically preferable limitations are given. However, the scope of the present invention particularly limits the present invention in the following description. Unless stated to the effect, the present invention is not limited to these embodiments.
図1は縦、横及び高さの夫々の長さが2mの室内1を想定してその一角に監視カメラ2を設置し、室内の代表位置に1〜10の番号を付与したもの、図2は設置された監視カメラ2から室内を撮像したときのカメラ画角内の室内画像を示したものである。
FIG. 1 is a diagram in which a
図1に示すように、室内は天井3、床4、壁A5、壁B6、壁C7、壁D8で囲まれており、監視カメラ2はレンズの光軸を60°下方に向けて室内1の一角に設置されている。室内1の代表位置は1〜10の番号を付与して表されている。
As shown in FIG. 1, the room is surrounded by a
図2は図1で示した室内1を監視カメラ2から撮像したときのカメラ画角内の室内画像を示している。天井3を除く床4、壁A5、壁B6、壁C7、壁D8がカメラの画角領域を形成し、室内の各位置4、5、6、7、8及び9で囲まれた領域がカメラの画角領域を構成している。その他の各位置1、2、3及び10はその画角領域の内部に位置している。
FIG. 2 shows a room image within the camera angle of view when the room 1 shown in FIG. The
監視カメラの用途としては室内の防犯用に使用される場合が多く、室内の監視カメラ画角領域内に浸入してきた不審者を昼夜を問わず常時確実に且つ鮮明に検出することが要求される。そのためには、特に夜間に於いて、照明光となる赤外線が監視領域となる室内を均一に照射していることが重要となる。 Surveillance cameras are often used for crime prevention in the room, and it is required to reliably and clearly detect suspicious persons who have entered the field of view of the surveillance camera in the room regardless of day or night. . For this purpose, it is important that infrared rays serving as illumination light irradiate uniformly the room serving as a monitoring area, especially at night.
ところで、一般的に、光源からの距離と、その位置に到達する光の照射エネルギーの関係は、光源からの距離の二乗に反比例して到達する光の照射エネルギーが小さくなるものである。つまり、カメラの画角領域内を均一に照射するためには、光源から各照射位置までの距離の二乗に比例した照射エネルギーを、該光源から各照射位置方向に向けて放射するように制御することが必要となる。例えば、光源から近い位置と遠い位置の2箇所に照射位置があり、その位置関係が光源から遠い位置が光源から近い位置の2倍の距離にある場合、その2箇所の位置の照射エネルギーを同一にするためには、光源から遠い位置に向けて放射される照射エネルギーを、近い位置に向けて放射される照射エネルギーの4倍の大きさにする必要である。 By the way, generally, the relationship between the distance from the light source and the irradiation energy of the light reaching the position is such that the irradiation energy of the light reaching in inverse proportion to the square of the distance from the light source is small. That is, in order to irradiate uniformly within the field angle area of the camera, control is performed so that irradiation energy proportional to the square of the distance from the light source to each irradiation position is emitted from the light source toward each irradiation position. It will be necessary. For example, if there are two irradiation positions near and far from the light source, and the positional relationship is far from the light source, the irradiation energy at the two positions is the same. In order to achieve this, it is necessary to make the irradiation energy radiated toward the position far from the light source four times as large as the irradiation energy radiated toward the near position.
表1は、図2に於ける監視カメラから各番号を付与した位置までの距離、及び、監視カメラから最短距離の位置(番号6)に照射される光の照射エネルギーを1としたときの、それ以外の位置に向けて放射される照射エネルギーを示したものである。つまり、光源から番号1〜番号10の位置の夫々に向けて、表1で示す相対照射エネルギーを放射することによって各位置が受ける照射エネルギーを均一にすることができる。このことから、監視カメラから最短距離の番号6の位置と、最長距離の番号2の位置では光源からその方向に向けて放射される照射エネルギーを約3.5倍の大きさで制御する必要がある。
Table 1 shows the distance from the monitoring camera in FIG. 2 to the position assigned with each number, and the irradiation energy of the light irradiated to the position (number 6) at the shortest distance from the monitoring camera, as 1. The irradiation energy radiated toward other positions is shown. That is, the irradiation energy received at each position can be made uniform by radiating the relative irradiation energy shown in Table 1 toward each of the positions of number 1 to
そこで本発明の投光器の性能と比較するために、従来の投光器の性能を比較例として検証した。第1の比較例は、図3に示すように、プリント基板9に砲弾型と称されるLED10を複数個同一方向に向けて実装した投光器11を作成し、該投光器11を室内の一角に設置して照射領域12とエネルギー分布を測定してその結果をカメラの画角領域に重ね合わせて表したものである。
Therefore, in order to compare with the performance of the projector of the present invention, the performance of the conventional projector was verified as a comparative example. In the first comparative example, as shown in FIG. 3, a
この投光器11は複数個のLED10を単に基板9に並べただけの構造であるために、照射領域が狭く、投光器11から放射される照射エネルギーを制御する構造とはなっていない。そのため、図3のように、照射エネルギーの大きい領域は狭く、また、その外側の照射エネルギーの小さい領域も同様に狭く、投光器の光が届かない未照射部分が広範囲に存在することが分かる。従って、このような投光器11を光源とする監視カメラでは撮像範囲が限定されて監視できない位置が存在し、確実な検知ができないために監視カメラ用投光器としては適さないことが判明した。
Since the
また、第2の比較例は図4に示すように、3枚に分割したプリント基板9の夫々に砲弾型のLED10を複数個同一方向に向けて実装し、3枚のLED実装基板を少しずつ角度を変えて配置して各LED実装基板の前面に同一レンズカットされたフレネルレンズ13を設けた構造の投光器11を作成し、該投光器11を室内の一角に設置して照射領域12とエネルギー分布を測定してその結果をカメラの画角領域に重ね合わせて表したものである。
In the second comparative example, as shown in FIG. 4, a plurality of bullet-
この投光器11は、3枚のLED実装基板を少しずつ角度を変えて配置することによって左右方向の照射領域12を広げ、各LED実装基板の前面にフレネルレンズ13を設けることによって上下方向の照射領域を広げるようにしたものである。そのため、図3のように、フレネルレンズ13が設けられていない部分のLED10から放射される光によって形成される照射エネルギーの大きい領域とその外側の照射エネルギーの小さい領域、及び、LED10から放射されてフレネルレンズ13を介して広げられた光によって形成される照射エネルギーの大きい領域とその外側の照射エネルギー小さい領域の2つの照射領域が形成され、上記第1の比較例に比べて照射領域が広がっているのが分かる。
The
但し、第2の比較例に於いても、投光器の光が届かない未照射部分が存在する。従って、このような投光器を光源とする監視カメラでも撮像範囲が限定されて監視できない位置が存在するために、確実な検知が要求される監視カメラ用投光器としては不十分なものであることが判明した。 However, even in the second comparative example, there is an unirradiated portion where the light from the projector does not reach. Therefore, it has been found that even a surveillance camera using such a projector as a light source has insufficient imaging range and is not suitable as a projector for a surveillance camera that requires reliable detection. did.
そこで、理想的な監視カメラ用投光器の照射範囲を図5に示す。理想的な監視カメラ用投光器は、カメラの画角領域全域を照明できることが基本要件であり、図5で示すように室内の番号1〜番号10の位置全領域に亘って照明が施されるような性能を有することが求められる。 FIG. 5 shows an ideal irradiation range of the projector for the surveillance camera. An ideal projector for a surveillance camera has a basic requirement that it can illuminate the entire field of view area of the camera, and as shown in FIG. It is required to have a good performance.
以下に、本発明に係わる監視カメラ用投光器の実施形態について説明する。図6は実施形態を示す分解立体図である。本実施形態はプリント基板9、LED10、マトリックスフレネルレンズ14の3つの要素で構成されている。
Hereinafter, embodiments of a projector for a surveillance camera according to the present invention will be described. FIG. 6 is an exploded view showing the embodiment. In this embodiment, the printed
まず、プリント基板9について説明する。プリント基板9は、中央部にカメラ固定用の円形貫通穴15が設けられている。また、プリント基板9の表面には、図示してはいないが光源となるLED10を実装して電気的導通を図るための電極パッドと、該電極パッドに接続されて外部から電力を供給することによってLED10を点灯させるための配線パターンが形成されている。更に、円形貫通穴15を挟んだ両側の夫々にはプリント基板9の両端部に沿った一対のマトリックスフレネルレンズ14固定用の矩形貫通穴16が設けられている。
First, the printed
上記プリント基板には複数個のLEDが実装されるために、それらが同時に点灯するとかなりの発熱量になる。そしてその熱はLEDの発光効率を低下させ、LEDが発する光の光量を低下させることになる。つまり、LEDの発熱によって投光器の照射光量が低下することになる。 Since a plurality of LEDs are mounted on the printed board, a considerable amount of heat is generated when they are lit simultaneously. And the heat reduces the luminous efficiency of the LED, and reduces the amount of light emitted by the LED. That is, the amount of light emitted from the projector is reduced by the heat generated by the LED.
そこで、LEDから生じた熱を外部に放出することによって熱がプリント基板内にこもらないように、プリント基板を構成するベースに熱伝導率の高い材料を使用することが有効な方法である。例えば、Al、Fe、Cu等の金属ベースやセラミックベース等の使用である。プリント基板として一般的に使用される紙フェノール樹脂、紙エポキシ樹脂、ガラスエポキシ樹脂等の絶縁性の樹脂ベースでも熱の問題がなければ使用可能である。 Therefore, it is an effective method to use a material having a high thermal conductivity for the base constituting the printed circuit board so that the heat generated from the LEDs is released to the outside so that the heat is not trapped in the printed circuit board. For example, a metal base such as Al, Fe, or Cu, or a ceramic base is used. Even an insulating resin base such as paper phenol resin, paper epoxy resin, glass epoxy resin or the like generally used as a printed circuit board can be used if there is no problem of heat.
次にLED10について説明する。LED10はプリント基板9の円形貫通穴15を挟んで両側に縦・横マトリックス状に実装されており、使用されるLED10は表面実装型である。それは、プリント基板9にリフローによる実装が可能で、複数個のLED10を同時にプリント基板9上に実装することができ、このような極めて生産効率の高い実装方法が実施できるためである。また、表面実装型LED10は砲弾型LEDに比べて極めて小型・薄型であり、投光器の薄型に大いに寄与するものである。さらに、LED10を実装するプリント基板9を片面基板で構成することができ、製造コストの低価格化を図ることができる。
Next, the
LED10に組み込まれるLEDチップは近赤外〜赤外領域の光を発するものが使用される。また、1個のLED10に組み込まれるLEDチップの数は1個に限られるものではなく、要求される光量によっては複数個組み込まれることもある。
As the LED chip incorporated in the
次に、マトリックスフレネルレンズ14について説明する。マトリックスフレネルレンズ14は一対からなり、夫々のマトリックスフレネルレンズ14はプリント基板9に実装されたLED10の上に配置して夫々のLED10から発せられた照射光を個々に所望する配光パターンで且つ所望する方向に向けるためのものである。
Next, the
そこで、各LED10に1対1で対応する位置に、夫々所定のレンズカットを施したフレネルレンズエレメント17が縦・横マトリックス状に配置されて一体化され、マトリックスフレネルレンズ14を構成している。そして該マトリックスフレネルレンズ14の対向する一対の両端部にはマトリックスフレネルレンズ面から略垂直な方向に延びる一対の脚部18が設けられ、プリント基板9に取り付けたときにプリント基板9からマトリックスフレネルレンズ14面までの距離を一定に保つようになっている。また、夫々の脚部18の先端部には係止爪19が設けられており、該係止爪19をプリント基板9の矩形貫通穴16に挿入してマトリックフレネルレンズ14をプリント基板9に係止するようになっている。
Therefore,
ここで、図7〜図18に基づいてマトリックスフレネルレンズを構成するフレネルレンズエレメントについて説明する。フレネルレンズセグメントは外径が略矩形であり、LEDに対向する側の面には断面が連続する凸状の略三角形をなすように多数のプリズムレンズが並設されている。そして、下方のLEDから発せられた照射光はプリズムレンズのレンズ方向によってフレネルレンズから出射する方向が制御され、略三角形のプリズムレンズの形状によって出射する配光パターンが制御される。つまり、夫々のLEDが担う照射領域を的確に照射するように、フレネルレンズエレメントに形成されるプリズムレンズの方向及びレンズ形状が設計される。 Here, the Fresnel lens element which comprises a matrix Fresnel lens is demonstrated based on FIGS. The Fresnel lens segment has a substantially rectangular outer diameter, and a large number of prism lenses are arranged in parallel on the surface facing the LED so as to form a convex substantially triangular shape with a continuous cross section. The direction of the emitted light emitted from the lower LED is controlled by the lens direction of the prism lens, and the light distribution pattern is controlled by the shape of the substantially triangular prism lens. That is, the direction and the lens shape of the prism lens formed in the Fresnel lens element are designed so as to accurately irradiate the irradiation area of each LED.
本実施形態の場合、室内の大きさを縦、横及び高さの夫々の長さを2mとし、その一角に監視カメラ及び投光器を設置することを想定したときの理想的な照射領域を実現するために、各フレネルレンズエレメントについて理想的なプリズムレンズを設計し、シミュレーションによって検証したものである。 In the case of the present embodiment, an ideal irradiation area is realized when assuming that the indoor size is 2 m in length, width, and height, and a surveillance camera and a projector are installed at one corner. Therefore, an ideal prism lens is designed for each Fresnel lens element and verified by simulation.
検証方法は、図1に示す監視カメラの設置位置に対応する位置に投光器を配置し、且つ、図2に示すように前記監視カメラのカメラ画角領域に対応するスクリーンを想定したときに、各フレネルレンズエレメントを介して放射される照射光が前記スクリーン上に形成しる照射パターン及び照射エネルギー分布をシミュレーションすることによって解析するものである。 In the verification method, when a projector is arranged at a position corresponding to the installation position of the surveillance camera shown in FIG. 1 and a screen corresponding to the camera field angle area of the surveillance camera as shown in FIG. The analysis is performed by simulating the irradiation pattern and the irradiation energy distribution formed on the screen by the irradiation light emitted through the Fresnel lens element.
まず、第1のフレネルレンズエレメント17は、図7及び図7のA−A断面を示す図8に示すように、複数個の並設されたプリズムレンズ20の方向を略矩形のフレネルレンズエレメント17の対向する一対の両端部に略平行(スクリーン21の横方向に略平行)な方向とし、プリズムレンズ20の略三角形の頂点の角度を両端部側が互いに異なる角度となるように設計したものである。このフレネルレンズエレメント17から出射される光の出射方向及び光量分布を図7中に矢印で表されており、矢印の方向はフレネルレンズエレメント17の光出射面22の法線に対する出射光の出射方向、矢印の太さはその方向に対する相対的な出射光量を表している。細い矢印に対して太い矢印の方が照射エネルギーが大きいことを表している。このフレネルレンズエレメント17の場合、フレネルレンズエレメント17から出射される照射光の多くはプリズムレンズ20に垂直な面に沿って放射され、光量分布はフレネルレンズエレメント17の光出射面22の法線に対してスクリーン21の上側に多く、下側には少ない。
First, as shown in FIG. 8 showing the AA cross section of FIGS. 7 and 7, the first
このような構成のフレネルレンズエレメント17から出射する照射光がスクリーン21上に形成する照射パターン及び照射エネルギー分布をシミュレーションしたものが図9である。その結果、スクリーン21の中央上側が集中して照射されることが検証された。
FIG. 9 shows a simulation of the irradiation pattern and irradiation energy distribution formed on the
第2のフレネルレンズエレメント17は、図10及び図10のB−B断面を示す図11に示すように、略矩形のフレネルレンズエレメント17に於いて、複数個の並設されたプリズムレンズ20は上記第1のフレネルレンズエレメント17のプリズムレンズ20方向に対して略直角(スクリーン21の縦方向に略平行)な方向に形成され、プリズムレンズ20の略三角形の頂点の角度を両端部側が互いに異なる角度となるように設計したものである。従って、このフレネルレンズエレメント17から出射される光の出射方向及び光量分布も図10中の矢印で示すように、フレネルレンズエレメント17から出射される照射光の多くはプリズムレンズ20に垂直な面に沿って放射され、光量分布はフレネルレンズエレメント17の光出射面22の法線に対してスクリーン21の右側に多く、左側に少ない。第2のフレネルレンズエレメント17から出射される光の出射方向は、第1のフレネルレンズエレメント17から出射される光の出射方向と略直角となる。
The second
このような構成のフレネルレンズエレメント17から出射する照射光がスクリーン21上に形成する照射パターン及び照射エネルギー分布をシミュレーションしたものが図12である。その結果、スクリーン21の中央右側が集中して照射されることが検証された。
FIG. 12 is a simulation of the irradiation pattern and irradiation energy distribution formed on the
第3のフレネルレンズエレメントは、図13及び図13のC−C断面を示す図14に示すように、略矩形のフレネルレンズエレメント17に於いて、複数個の並設されたプリズムレンズ20は上記第2のフレネルレンズエレメント17のプリズムレンズ20方向に対して略40°(スクリーン21の縦方向に対して略40°)傾いた方向に形成され、プリズムレンズ20の略三角形の頂点の角度を全て同じ角度となるように、且つプリズムレンズ20の略三角形の高さを両端部側が互いに異なる高さとなるように設計したものである。従って、このフレネルレンズエレメント17から出射される光の出射方向及び光量分布も図13中の矢印で示すように、フレネルレンズエレメント17から出射される照射光の多くはプリズムレンズ20に垂直な面に沿って放射され、光量分布はフレネルレンズエレメント17の光出射面22の法線に対してスクリーン21の右斜め上方に多く、左斜め下方に少ない。第3のフレネルレンズエレメント17から出射される光の出射方向は、第1のフレネルレンズエレメント17から出射される光の出射方向と略40°傾いている。
The third Fresnel lens element is a substantially rectangular
このような構成のフレネルレンズエレメント17から出射する照射光がスクリーン21上に形成する照射パターン及び照射エネルギー分布をシミュレーションしたものが図15である。その結果、スクリーン21の中央の少し上方の斜め右側が集中して照射されることが検証された。
FIG. 15 is a simulation of the irradiation pattern and irradiation energy distribution formed on the
第4のフレネルレンズエレメントは、図16及び図16のD−D断面を示す図17に示すように、略矩形のフレネルレンズエレメント17に於いて、複数個の並設されたプリズムレンズ20は上記第2のフレネルレンズエレメント17のプリズムレンズ20方向に対して略30°(スクリーン21の縦方向に対して略30°)傾いた方向に形成され、プリズムレンズ20の略三角形の頂点の角度を全て同じ角度となるように、且つプリズムレンズ20の略三角形の高さを全て異なる高さとなるように設計したものである。従って、このフレネルレンズエレメント17から出射される光の出射方向及び光量分布も図16中の矢印で示すように、フレネルレンズエレメント17から出射される照射光の多くはプリズムレンズ20に垂直な面に沿って放射され、光量分布はフレネルレンズエレメント17の光出射面22の法線に対してスクリーン21の右斜め上方に多く、左斜め下方に少ない。第4のフレネルレンズエレメント17から出射される光の出射方向は、第1のフレネルレンズエレメント17から出射される光の出射方向と略30°傾いている。
As shown in FIG. 17 showing the DD cross section of FIGS. 16 and 16, the fourth Fresnel lens element includes a plurality of
このような構成のフレネルレンズエレメント17から出射する照射光がスクリーン21上に形成する照射パターン及び照射エネルギー分布をシミュレーションしたものが図18である。その結果、スクリーン21の右斜め上方が集中して照射されることが検証された。
FIG. 18 shows a simulation of the irradiation pattern and irradiation energy distribution formed on the
図19は上記第1〜第4の4種類のフレネルレンズエレメントを組み合わせてスクリーンの右半分を照射するようにしたマトリックスフレネルレンズである。aは第1のマトリックスエレメント、bは第2のマトリックスエレメント、cは第3のマトリックスエレメント、dは第4のマトリックスエレメントを示している。このマトリックスフレネルレンズ14から出射する照射光がスクリーン21上に形成する照射パターン及び照射エネルギー分布をシミュレーションしたものが図20である。その結果、スクリーン21の中央から右側が集中して照射されることが検証された。
FIG. 19 shows a matrix Fresnel lens in which the right half of the screen is irradiated by combining the first to fourth types of Fresnel lens elements. a is a first matrix element, b is a second matrix element, c is a third matrix element, and d is a fourth matrix element. FIG. 20 shows a simulation of the irradiation pattern and irradiation energy distribution formed on the
図21は上記スクリーンの右半分を照射するマトリックスフレネルレンズを構成するフレネルレンズエレメントの配置を換え、且つ、そのうちの一部のフレネルレンズエレメントの向きを変えることによって、左半分のスクリーンを照射するマトリックスレンズを設計し、LEDの上方に一対のマトリックスフレネルレンズを配置した状態を示している。 FIG. 21 shows a matrix that illuminates the left half screen by changing the arrangement of the Fresnel lens elements constituting the matrix Fresnel lens that illuminates the right half of the screen and changing the orientation of some of the Fresnel lens elements. A state is shown in which a lens is designed and a pair of matrix Fresnel lenses are arranged above the LEDs.
そのとき2つのマトリックスフレネルレンズ14から出射する照射光がスクリーン21上に形成する照射パターン及び照射エネルギー分布をシミュレーションしたものが図22である。その結果、スクリーン21上に形成される照射パターン及び照射エネルギー分布はスクリーン21の縦中心線を対称軸として略左右対称となっている。
FIG. 22 shows a simulation of the irradiation pattern and irradiation energy distribution formed on the
ここで、比較例として3枚に分割したプリント基板の夫々に砲弾型のLEDを複数個同一方向に向けて実装し、3枚のLED実装基板を少しずつ角度を変えて配置して各LED実装基板の前面にフレネルレンズを設けた構造の投光器の照射パターン及び照射エネルギー分布をスクリーン上にシミュレーションしたものが図23に示されている。 Here, as a comparative example, a plurality of bullet-type LEDs are mounted in the same direction on each of the three printed circuit boards, and the three LED mounting boards are arranged at slightly different angles to mount each LED. FIG. 23 shows a simulation of an irradiation pattern and irradiation energy distribution of a projector having a structure in which a Fresnel lens is provided on the front surface of the substrate on a screen.
つまり、図22によってクリーン上に表された照射パターン及び照射エネルギー分布は、本発明の投光器によって照射される照射パターン及び照射エネルギー分布のミュレーション結果であり、図23によってクリーン上に表された照射パターン及び照射エネルギー分布は、従来の投光器によって照射される照射パターン及び照射エネルギー分布のミュレーション結果である。 That is, the irradiation pattern and the irradiation energy distribution shown on the clean by FIG. 22 are the results of the simulation of the irradiation pattern and the irradiation energy distribution irradiated by the projector of the present invention, and the irradiation shown on the clean by the FIG. The pattern and the irradiation energy distribution are simulation results of the irradiation pattern and the irradiation energy distribution irradiated by the conventional projector.
そこで、図22で表される本発明の投光器による照射パターン及び照射エネルギー分布
のシミュレーション結果と、図23で表される従来の投光器による照射パターン及び照射エネルギー分布のシミュレーション結果を比較してみる。
Therefore, the simulation result of the irradiation pattern and the irradiation energy distribution by the projector of the present invention shown in FIG. 22 is compared with the simulation result of the irradiation pattern and the irradiation energy distribution by the conventional projector shown in FIG.
ところで、図2で示したカメラ画角領域内の位置番号1〜10に於いて、理想的な、位置と照射エネルギーの大きさの関係は以下のようになる。例えば、位置番号1、2、8の3つの位置に於いて照射エネルギーの大きさは番号2→8→1の順であり、同様に番号3、7、10に於いては3→10→7の順、番号4、9に於いては9→4の順、番号5、6に於いては5→6の順となる。なお、番号1及び3、番号7及び9、番号4及び5の位置は夫々同一照射エネルギーである。従って、照射エネルギーの大きい位置の番号から連続して表示すると、2→8→1=3→10→7=9→4=5→6となる。
By the way, at the position numbers 1 to 10 in the camera angle-of-view area shown in FIG. 2, the ideal relationship between the position and the irradiation energy is as follows. For example, at three positions of
そこで、図22に示す本発明の投光器による照射エネルギー分布のシミュレーション結果と、図23に示す従来の投光器による照射エネルギー分布のシミュレーション結果を比較すると、従来の投光器に於ける画角領域の位置に対する照射エネルギーの大きさの順序は、2→8→10→1=3→7=9→6→4=5の順であり、理想的な配光分布に対して番号2、8、7、9の4箇所しか一致する領域が存在しない。
Therefore, when the simulation result of the irradiation energy distribution by the projector of the present invention shown in FIG. 22 is compared with the simulation result of the irradiation energy distribution by the conventional projector shown in FIG. 23, the irradiation to the position of the field angle region in the conventional projector is compared. The order of the magnitudes of energy is in the order of 2 → 8 → 10 → 1 = 3 → 7 = 9 → 6 → 4 = 5, and
それに対し、本発明の投光器に於ける画角領域の位置に対する照射エネルギーの大きさの順序は、2→8→1=3→10→7=9→4=5→6となり、理想的な配光分布と全領域に於いて一致する。 On the other hand, the order of the magnitude of the irradiation energy with respect to the position of the field angle region in the projector of the present invention is 2 → 8 → 1 = 3 → 10 → 7 = 9 → 4 = 5 → 6. The light distribution agrees with the whole area.
以上のシミュレーション結果より、本発明の構造の投光器が、監視カメラ用の光源として理想に近い配光パターン及び配光エネルギー分布を形成するものであることが検証された。 From the above simulation results, it was verified that the projector having the structure of the present invention forms a light distribution pattern and light distribution energy distribution that are close to ideal as a light source for a surveillance camera.
ここで、本発明の監視カメラ用投光器の効果について説明する。まず、従来の監視カメラ用投光器は比較例でも示したように、監視カメラの画角領域内の横方向の配光制御をLED実装基板を曲げることによって行い、縦方向の配光制御をLED実装基板の前面に配置された同一レンズカットされたフレネルレンズによって行なうものであった。 Here, the effect of the projector for the surveillance camera of the present invention will be described. First, as shown in the comparative example, a conventional projector for a surveillance camera performs light distribution control in the horizontal direction within the field of view area of the surveillance camera by bending the LED mounting board, and performs light distribution control in the vertical direction by LED mounting. This was performed using a Fresnel lens with the same lens cut disposed on the front surface of the substrate.
このような構成の投光器は、構造が複雑な割には細かい配光制御が難しく、更に配光制御の再現性に乏しいものであった。 The light projector having such a structure is difficult to finely control light distribution even though the structure is complicated, and further, reproducibility of light distribution control is poor.
また、LED実装基板を曲げて配置するためにフレネルレンズを直接LED実装基板に固定することができず、LEDとフレネルレンズの位置関係を精度良く設定することができなかった。そのため、細かい配光制御が難しく、更に配光制御の再現性に乏しいものであった。 Further, since the LED mounting substrate is bent and disposed, the Fresnel lens cannot be directly fixed to the LED mounting substrate, and the positional relationship between the LED and the Fresnel lens cannot be set with high accuracy. Therefore, fine light distribution control is difficult and reproducibility of light distribution control is poor.
また、上記要因によって、配光パターンが中央部に集中する傾向にあり、広範囲に亘る照射及び均一な照射エネルギー分布を得ることが困難であった。 In addition, due to the above factors, the light distribution pattern tends to concentrate in the center, and it is difficult to obtain irradiation over a wide range and uniform irradiation energy distribution.
それに対し、本発明の監視カメラ用投光器は、平面状に配置されたLED実装基板とマトリックスフレネルレンズの簡単な構造で理想に近い配光制御を行なうことができる。 On the other hand, the projector for a surveillance camera according to the present invention can perform light distribution control close to ideal with a simple structure of an LED mounting substrate and a matrix Fresnel lens arranged in a plane.
また、光源となるLEDの上方に該LEDと1対1に、所望するレンズカットを有するフレネルレンズエレメントを配置するようにした。その結果、夫々のLEDから発せられた光を個別に配光制御を行なうことができるため、理想とする照射パターンに対する設計の自由度が高く、理想に近い照射パターンを実現することができる。 In addition, a Fresnel lens element having a desired lens cut is arranged above the LED serving as the light source in a one-to-one relationship with the LED. As a result, it is possible to individually control the light distribution from each LED, so that the degree of freedom in designing the ideal irradiation pattern is high, and an irradiation pattern close to the ideal can be realized.
また、LEDを監視カメラを挟んで両側に配置し、LEDの上方に配置するフレネルレンズエレメントは、該フレネルレンズエレメントから出射する光の光量分布を、前記フレネルレンズエレメントの平坦な光出射面に垂直な線に対して監視カメラ側に向かう光量よりも監視カメラの反対側に向かう光量を多くなるようにプリズムレンズのレンズカットを施した。その結果、監視カメラの前方を横切る光が低減され、監視カメラの前方に浮遊する塵埃が赤外線を照射されて光ることによる誤認識が減少し、確実な撮像を行なうことができる。 In addition, the Fresnel lens element is arranged on both sides of the surveillance camera, and the LED is disposed above the LED. The light quantity distribution of the light emitted from the Fresnel lens element is perpendicular to the flat light emitting surface of the Fresnel lens element. The prism lens was cut so that the amount of light toward the opposite side of the surveillance camera was greater than the amount of light toward the surveillance camera side with respect to the straight line. As a result, light crossing the front of the surveillance camera is reduced, and erroneous recognition due to the dust floating in front of the surveillance camera being illuminated with infrared rays is reduced, so that reliable imaging can be performed.
また、光源となるLEDを表面実装型のものを使用するようにした、その結果、プリント基板にリフローによる実装が可能で、複数個のLEDを同時にプリント基板上に実装することができる。そのため、極めて高い生産効率を得ることができる。また、表面実装型LEDは砲弾型LEDに比べて極めて小型・薄型であり、投光器の薄型に大いに寄与するものである。さらに、LEDを実装するプリント基板を片面基板で構成することができ、製造コストの低価格化を図ることができる。 Further, the surface-mount type LED used as the light source is used. As a result, the LED can be mounted on the printed board by reflow, and a plurality of LEDs can be simultaneously mounted on the printed board. Therefore, extremely high production efficiency can be obtained. Further, the surface mount type LED is extremely small and thin compared to the bullet type LED, and greatly contributes to the thinness of the projector. Furthermore, the printed circuit board on which the LED is mounted can be formed of a single-sided board, and the manufacturing cost can be reduced.
更に、複数個のフレネルレンズエレメントで構成されるマトリックスフレネルレンズは、LED実装基板に係止爪を介してワンタッチで装着することができために、組み立て工数が少なくて製造コストを削減することができるとともに、LED実装基板に対してマトリックスフレネルレンズを精度良く装着でき、照射パターン及び照射エネルギー分布を高精度に、再現性良く得ることができる。など、多くの優れた効果を奏するものである。 Furthermore, since the matrix Fresnel lens composed of a plurality of Fresnel lens elements can be mounted on the LED mounting substrate with one-touch via the locking claw, the number of assembly steps is reduced and the manufacturing cost can be reduced. At the same time, the matrix Fresnel lens can be accurately mounted on the LED mounting substrate, and the irradiation pattern and the irradiation energy distribution can be obtained with high accuracy and good reproducibility. Many excellent effects are exhibited.
1 室内
2 監視カメラ
3 天井
4 床
5 壁A
6 壁B
7 壁C
8 壁D
9 プリント基板
10 LED
11 投光器
12 照射領域
13 フレネルレンズ
14 マトリックスフレネルレンズ
15 円形貫通穴
16 矩形貫通穴
17 フレネルレンズエレメント
18 脚部
19 係止爪
20 プリズムレンズ
21 スクリーン
22 光出射面
1 Indoor 2
6 Wall B
7 Wall C
8 Wall D
9 Printed
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