(57)【要約】【課題】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。【解決手段】中央部にカメラ固定用の円形貫通穴１５が設けられ、該円形貫通穴１５を挟んだ両側の夫々に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が設けられたプリント基板９の、前記円形貫通穴１５を挟んだ両側に複数個の表面実装型ＬＥＤ１０が縦・横マトリックス状に実装されている。そしてＬＥＤ１０の上方には、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が配置されて一体化された一対のマトリックスフレネルレンズが、前記プリント基板９に設けられた矩形貫通穴１６に前記フレネルレンズエレメント１７に設けられた係止爪１９を係止して装着されている。【選択図】  図６
2006227531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に少なくとも１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１個以上のフレネルレンズエレメントで構成されていることを特徴とする監視カメラ用投光器。
【請求項２】
前記フレネルレンズエレメントは一方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請求項１に記載の監視カメラ用投光器。
【請求項３】
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請求項２記載の監視カメラ用投光器。
【請求項４】
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請求項２又は３の何れか１項に記載の監視カメラ用投光器。
【請求項５】
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請求項２〜４の何れか１項に記載の監視カメラ用投光器。  
【請求項６】
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請求項１〜５の何れか１項に記載の監視カメラ用投光器。
【請求項７】
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請求項１〜６の何れか１項に記載の監視カメラ用投光器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。）。
【０００６】
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。）。
【特許文献１】特開平６−８５３３１号公報
【特許文献２】特開２０００−１１３３５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
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１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１個以上のフレネルレンズエレメントで構成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
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、前記フレネルレンズエレメントは一方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。
【００１５】
また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項２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。
【００１６】
また、本発明の請求項４に記載された発明は、請求項２又は３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。
【００１７】
また、本発明の請求項５に記載された発明は、請求項２〜４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。
【００１８】
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。
【００１９】
また、本発明の請求項７に記載された発明は、請求項１〜６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。
【発明の効果】
【００２０】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の監視カメラ用投光器を設置した部屋を示す概略図である。
【図２】図１で示した部屋を監視カメラで撮像したときの画角領域を示した概略図である。
【図３】図２の画角領域に於いて、比較例１の監視カメラ用投光器で照射したときの照射パターン及び照射エネルギー分布を示す概略図である。
【図４】同じく、図２の画角領域に於いて、比較例２の監視カメラ用投光器で照射したときの照射パターン及び照射エネルギー分布を示す概略図である。
【図５】同じく、図２の画角領域に於いて、理想的な照射パターン及び照射エネルギー分布を示す概略図である。
【図６】本発明の監視カメラ用投光器の実施形態を示す分解立体図である。
【図７】本発明の監視カメラ用投光器の実施形態に於けるマトリックスフレネルレンズを構成する第１のフレネルレンズエレメントをレンズ形成面から見たときの平面図である。
【図８】図７のＡ−Ａ断面図である。
【図９】図７のフレネルレンズエレメントから出射された光による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投影図である。
【図１０】本発明の監視カメラ用投光器の実施形態に於けるマトリックスフレネルレンズを構成する第２のフレネルレンズエレメントをレンズ形成面から見たときの平面図である。
【図１１】図１０のＢ−Ｂ断面図である。
【図１２】図１０のフレネルレンズエレメントから出射された光による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投影図である。
【図１３】本発明の監視カメラ用投光器の実施形態に於けるマトリックスフレネルレンズを構成する第３のフレネルレンズエレメントをレンズ形成面から見たときの平面図である。
【図１４】図１３のＣ−Ｃ断面図である。
【図１５】図１３のフレネルレンズエレメントから出射された光による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投影図である。
【図１６】本発明の監視カメラ用投光器の実施形態に於けるマトリックスフレネルレンズを構成する第４のフレネルレンズエレメントをレンズ形成面から見たときの平面図である。
【図１７】図１６のＤ−Ｄ断面図である。
【図１８】図１６のフレネルレンズエレメントから出射された光による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投影図である。
【図１９】本発明の監視カメラ用投光器の実施形態に於ける１つのマトリックスフレネルレンズをレンズ形成面から見たときの平面図である。
【図２０】図１９のフレネルレンズエレメントから出射された光による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投影図である。
【図２１】本発明の監視カメラ用投光器の実施形態に於ける一対のマトリックスフレネルレンズをレンズ形成面から見たときの平面図である。
【図２２】本発明の監視カメラ用投光器の実施形態による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投影図である。
【図２３】比較例２の監視カメラ用投光器による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投影図である。
【図２４】従来の監視カメラ用投光器の概略斜視図である。
【図２５】従来の他の監視カメラ用投光器の部分断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
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
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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