ИНФРАКРАСНЫЙ ПОДСВЕТЧИК С ОПТИМИЗИРОВАННОЙ ДИАГРАММОЙ НАПРАВЛЕННОСТИ СИСТЕМЫ ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ (ВАРИАНТЫ)

Заявленная полезная модель относится к полупроводниковой оптоэлектронике и может быть использована при изготовлении светоизлучающих устройств, в том числе на основе диодов (светодиодов).
При работе видеокамеры в среде с недостаточной освещенностью, в темное время суток, в темном помещении, необходимо создавать освещение зоны обзора. В данных условиях огромное значение имеют различные устройства подсветки. Однако, устройства подсветки используемые в большинстве видеокамер осуществляют освещение незначительной зоны, в связи с этим краевые участки кадров зачастую бывают затемненными.
Данная проблема успешно решается за счет включения в устройства подсветки сложных систем линз, равномерно распределяющих световую энергию в заданной области. Подобные системы известны, например, из заявок США №№2009013780, 2009016061, 2009016195. Однако, эти системы линз сложны в своем изготовлении, требуют больших трудозатрат при изготовлении и имеют высокую стоимость.
При выполнении контроля за автоматизированными процессами производства используют в качестве подсветки крупногабаритные светодиодные решетки известные, например, из заявки США №2009016753. Эти устройства хорошо выполняют функции устройств подсветки, однако основным их недостатком являются большие габариты, что не позволяет использовать их в помещениях, пространство которых ограничено. Кроме того, данные решетки невозможно установить на видеокамеры, осуществляющие круговую съемку или на бытовые видеокамеры.
Известна видеокамера, в которой устройство подсветки выполнено в виде источников излучения, равномерно размещенных вокруг объектива, оси излучения которых параллельны оптической оси объектива (Патент на изобретение США №2971259, опубл. 14.02.1961)
Недостатком данного устройства подсветки является то, что оно освещает ограниченную область, при этом граничные участки кадра недостаточно освещаются.
Известна, выбранная в качестве ближайшего аналога, видеокамера в которой устройство подсветки выполнено в виде светоизлучающих диодов, соединительные ножки которых равномерно размещены по окружности вокруг объектива, оси излучения диодов расположены под углом к оптической оси объектива, расходясь от нее, при этом ось излучения каждого диода расположена в одной плоскости с соответствующим радиусом указанной окружности, а соединительные ножки каждого диода соединены с источником питания и расположены в плоскостях параллельных плоскости в которой расположена ось излучения (Патент на изобретение США №5089895, кл. МПК H04N 5/30, опубл. 18.02.1992 г.)
Недостатками данного устройства подсветки является то, что угол наклона осей излучения диодов для осуществления оптимальной подсветки и радиус окружности, на которой размещены соединительные ножки светодиодов, должны выбираться для каждой конкретной видеокамеры отдельно опытным путем, кроме того, одного ряда светодиодов будет недостаточно для осуществления качественной подсветки при работе видеокамеры.
Техническим результатом, который может быть получен в заявленной полезной модели, является создание инфракрасного подсветчика с оптимизированной диаграммой направленности системы видеонаблюдения, который будет осуществлять эффективную подсветку заданной по площади области, для приема изображения видеокамерой, входящей в состав системы видеонаблюдения.
Технический результат достигается тем, что в инфракрасном подсветчике с оптимизированной диаграммой направленности системы видеонаблюдения содержащем круговой ряд светоизлучающих диодов, равномерно концентрично размещенных вокруг объектива, оси излучения светоизлучающих диодов расположены под углом к оптической оси объектива, расходясь от нее, при этом ось излучения каждого светоизлучающего диода расположена в одной плоскости с соответствующим радиусом кругового ряда, а соединительные ножки каждого светоизлучающего диода концентрично размещены вокруг объектива, соединены с источником питания и расположены в плоскостях параллельных плоскости, в которой расположена ось излучения соответствующего светоизлучающего диода, между светоизлучающими диодами и объективом размещены дополнительные концентрические круговые ряды светоизлучающих диодов, расположенные концентрично круговому ряду светоизлучающих диодов, при этом оси излучения светоизлучающих диодов каждого кругового ряда отклонены от осей излучения светоизлучающих диодов смежных рядов в направлении от объектива на угол, соответствующий половине угла излучения при котором сила света соответствует 50% от максимального значения, кроме того, оси излучения светоизлучающих диодов, образующих дополнительные концентрические круговые ряды, расположены в одной плоскости с соответствующими радиусами кругового ряда, при этом оси излучения светоизлучающих диодов смежного объективу дополнительного кругового ряда параллельны оптической оси объектива, а соединительные ножки светоизлучающих диодов каждого дополнительного кругового ряда соединены с источником питания и расположены в плоскостях параллельных плоскости, в которой расположена ось излучения соответствующего светоизлучающего диода.
В других вариантах исполнения технический результат достигается тем, что в инфракрасном подсветчике с оптимизированной диаграммой направленности системы видеонаблюдения, содержащем светоизлучающие диоды, размещенные вокруг объектива, соединительные ножки которых соединены с источником питания, оси излучения светоизлучающих диодов расположены под углом к оптической оси объектива и направлены от нее, а между светоизлучающими диодами и объективом размещены дополнительные светоизлучающие диоды, при этом все размещенные вокруг объектива светоизлучающие диоды, образуют светодиодную матрицу из взаимопересекающихся продольных и поперечных рядов, а оси излучения светоизлучающих диодов каждого поперечного или продольного ряда отклонены от осей излучения светоизлучающих диодов смежных продольных рядов в направлении от объектива на угол, соответствующий половине угла излучения при котором сила света соответствует 50% от максимального значения, при этом оси излучения светоизлучающих диодов смежных объективу рядов параллельны оптической оси объектива, а светоизлучающие диоды образуют светодиодную матрицу с одинаковым шагом в поперечном и продольном направлениях, кроме того, соединительные ножки каждого светоизлучающего диода расположены в одной плоскости с осью излучения, а оси излучения всех светоизлучающих диодов расположены в параллельных плоскостях.
Заявленная полезная модель поясняется при помощи изображений приведенных на фигурах 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8.
При этом на фиг.1 представлен инфракрасный подсветчик с оптимизированной диаграммой направленности системы видеонаблюдения соответствующий первому варианту осуществления настоящей полезной модели;
на фиг.2 представлено сечение по линии А-А на фиг.1;
на фиг.3 представлен инфракрасный подсветчик с оптимизированной диаграммой направленности системы видеонаблюдения соответствующий второму варианту осуществления настоящей полезной модели;
на фиг.4 представлен вид по стрелке Б на фиг.3;
на фиг.5 представлен инфракрасный подсветчик с оптимизированной диаграммой направленности системы видеонаблюдения соответствующий третьему варианту осуществления настоящей полезной модели;
на фиг.6 представлен вид по стрелке В на фиг.5;
на фиг.7 представлена диаграмма направленности излучения подсветки выполненной в соответствии с ближайшим аналогом;
на фиг.8 представлена диаграмма направленности излучения инфракрасного подсветчика с оптимизированной диаграммой направленности системы видеонаблюдения выполненного в соответствии с настоящей полезной моделью.
На фиг.1-8 приняты следующие обозначения:
светоизлучающие диоды 1, образующие круговой ряд;
светоизлучающие диоды 2, образующие дополнительный круговой ряд смежный объективу;
светоизлучающие диоды 3 образующие дополнительный круговой ряд концентрично расположенный между круговыми рядами, образованными светоизлучающими диодами 1 и 2;
объектив 4;
оптическая ось 5 объектива 4;
ось 6 излучения светоизлучающих диодов 1, образующих круговой ряд;
ось 7 излучения светоизлучающих диодов 2, образующих образующие дополнительный круговой ряд смежный объективу 4;
ось 8 излучения светоизлучающих диодов 3, образующих дополнительный круговой ряд концентрично расположенный между круговыми рядами, образованными светоизлучающими диодами 1 и 2;
соединительные ножки 9 светоизлучающих диодов 3;
соединительные ножки 10 светоизлучающих диодов 2;
соединительные ножки 11 светоизлучающих диодов 1;
радиус 12 кругового ряда, образованного светоизлучающими диодами 1;
светоизлучающие диоды 13, образующие смежные объективу 4 продольные или поперечные ряды светодиодной матрицы;
светоизлучающие диоды 14, образующие ряды светодиодной матрицы смежные рядам, образованным светоизлучающими диодами 13;
светоизлучающие диоды 15, образующие ряды светодиодной матрицы смежные рядам, образованным светоизлучающими диодами 14;
ось 16 излучения светоизлучающих диодов 13;
ось 17 излучения светоизлучающих диодов 14;
ось 18 излучения светоизлучающих диодов 15;
соединительные ножки 19 светоизлучающих диодов 13;
соединительные ножки 20 светоизлучающих диодов 14;
соединительные ножки 21 светоизлучающих диодов 15;
угол 22, отклонения осей излучения светоизлучающих диодов одного ряда от осей излучения светоизлучающих диодов смежного ряда.
Инфракрасный подсветчик с оптимизированной диаграммой направленности системы видеонаблюдения содержит ряды светоизлучающих диодов, размещенных в определенном порядке вокруг объектива 4 (например, круговые концентричные ряды или взаимопересекающиеся ряды), оси излучения светоизлучающих диодов каждого ряда отклонены от осей излучения светоизлучающих диодов смежных ему рядов в направлении от объектива на угол, соответствующий половине угла излучения, при котором сила света соответствует 50% от максимального значения. Перераспределение светового излучения осуществляется за счет создания угла 22 отклонения осей излучения светоизлучающих диодов одного ряда от осей излучения светоизлучающих диодов смежных рядов. Данное отклонение формирует необходимую диаграмму направленности излучения, представленную на фиг.8.
Обратив внимание на диаграммы направленности представленные на фиг.7 и фиг.8, можно видеть, что диаграмма на фиг.7 построена для одного светоизлучающего диода, а диаграмма на фиг.8 построена для трех светоизлучающих диодов, расположенных в одном направлении от оси объектива, оси светоизлучающих диодов для диаграммы на фиг.8 отклонены друг от друга на угол обозначенный позицией 22. При этом на фиг.7 и 8 можно видеть следующее, угол излучения инфракрасного подсветчика с оптимизированной диаграммой направленности системы видеонаблюдения, выполненного в соответствии с настоящей полезной моделью (фиг.8), значительно увеличивается по сравнению с углом излучения подсветки, выполненной в соответствии с ближайшим аналогом (фиг.7). Одновременно с увеличением угла излучения, увеличивается площадь освещения, на которой будет выполняться условие, необходимое для получения качественного принимаемого изображения, а именно, площадь на которой сила света соответствует 50% от максимального значения.
Далее будут описаны три варианта осуществления настоящей полезной модели.
На фиг.1 и 2 представлен инфракрасный подсветчик с оптимизированной диаграммой направленности системы видеонаблюдения, соответствующий первому варианту осуществления настоящей полезной модели. В этом варианте будет описан инфракрасный подсветчик с оптимизированной диаграммой направленности системы видеонаблюдения выполненный из трех круговых рядов, однако количество круговых рядов не ограничивается данным примером и может быть любым в зависимости от требуемой площади поверхности с заданной освещенностью. Инфракрасный подсветчик с оптимизированной диаграммой направленности системы видеонаблюдения выполненный в соответствии с данным вариантом осуществления полезной модели предназначен для создания требуемой освещенности, равномерно распределенной вдоль множества радиусов окружности. Здесь и далее под понятием «окружность» понимается условная окружность проходящая через центры круглых оснований светоизлучающих диодов 1 кругового ряда.
Инфракрасный подсветчик с оптимизированной диаграммой направленности системы видеонаблюдения состоит из трех круговых концентричных объективу 4 рядов светоизлучающих диодов 1, 2, 3.
Светоизлучающие диоды 2, как можно видеть на фиг.1, равномерно концентрично размещены вокруг объектива 4 и образуют дополнительный круговой ряд смежный объективу 4. Как показано на фиг.2, оси 7 излучения каждого светоизлучающего диода 2 параллельны оптической оси 5 объектива 4.
Светоизлучающие диоды 1, как показано на фиг.1, равномерно концентрично размещены вокруг объектива 4 и образуют круговой ряд, являющийся периферийным круговым рядом. Светоизлучающие диоды 3, как показано на фиг.1, равномерно концентрично размещены вокруг объектива 4 и образуют дополнительный круговой ряд, являющийся смежным круговым рядам, образованным светоизлучающими диодами 1 и 2.
На фиг.1 и 2 показано, что оси 8 излучения светоизлучающих диодов 3 отклонены от осей 7 излучения светоизлучающих диодов 2 на угол обозначенный позицией 22 в направлении от объектива 4 (фиг.2) и расположены в одних плоскостях с соответствующими радиусами 12 кругового ряда (фиг.1), образованного светоизлучающими диодами 1, а оси 6 излучения светоизлучающих диодов 1 отклонены от осей 8 излучения светоизлучающих диодов 3 на угол обозначенный позицией 22 в направлении от объектива 4 (фиг.2) и расположены в одних плоскостях с соответствующими радиусами 12 кругового ряда (фиг.1), образованного светоизлучающими диодами 1. Угол, обозначенный позицией 22, соответствует половине угла излучения при котором сила света соответствует 50% от максимального значения.
Инфракрасный подсветчик с оптимизированной диаграммой направленности системы видеонаблюдения, данного варианта исполнения, работает следующим образом.
На Светоизлучающие диоды 1, 2, 3, через соединительные ножки 11, 10, 9 соответственно, подается электропитание и они излучают оптические волны, осуществляя освещение заданной области.
Во время работы инфракрасного подсветчика с оптимизированной диаграммой направленности системы видеонаблюдения, при описанном выше расположении светоизлучающих диодов 1, 2, 3 диаграмма направленности излучения, представленная на фиг.8, наблюдается в направлении всего множества радиусов 12. Таким образом во время работы инфракрасного подсветчика с оптимизированной диаграммой направленности системы видеонаблюдения площадь освещенности увеличивается. При этом величина увеличения зависит от угла излучения применяемых диодов и количества круговых рядов.
При проведении испытаний было выявлено, что при увеличении количества круговых рядов светоизлучающих диодов площадь освещения, на которой сила света соответствует 50% от максимального значения, увеличивается прямо пропорционально количеству круговых рядов светоизлучающих диодов, при этом испытания проводились с применением диодов, излучающих волны в инфракрасном диапазоне с углом излучения 4 -16°, которому соответствует 50% от максимального значения силы света. Иными словами площадь освещения, на которой сила света соответствует 50% от максимального значения, с применением инфракрасного подсветчика с оптимизированной диаграммой направленности системы видеонаблюдения, состоящего из двух круговых рядов светоизлучающих диодов, увеличивается в два раза по сравнению с применением подсветчика, состоящего из одного кругового ряда светоизлучающих диодов. Площадь освещения, на которой сила света соответствует 50% от максимального значения, с применением подсветчика, состоящего из трех круговых рядов светоизлучающих диодов, увеличивается в три раза по сравнению с применением подсветчика, состоящего из одного кругового ряда светоизлучающих диодов и т.д.
При изготовлении инфракрасного подсветчика с оптимизированной диаграммой направленности системы видеонаблюдения соединительные ножки 9, 10, 11 каждого светоизлучающего диода 3, 2, 1 следует соединять с источником питания (на фиг.1-8 не показан) и располагать в плоскостях параллельных плоскости, в которой расположена ось излучения соответствующего светоизлучающего диода. Такое расположение соединительных ножек 9, 10, 11 позволяет легко изготавливать инфракрасный подсветчик с оптимизированной диаграммой направленности системы видеонаблюдения и дорабатывать его в процессе эксплуатации простым подгибом указанных соединительных ножек.
На фиг.3 и 4 представлен инфракрасный подсветчик с оптимизированной диаграммой направленности системы видеонаблюдения, соответствующий второму варианту осуществления настоящей полезной модели, а на фиг.5 и 6 представлен инфракрасный подсветчик с оптимизированной диаграммой направленности системы видеонаблюдения, соответствующий третьему варианту осуществления настоящей полезной модели. Отличие между вторым и третьим вариантами заключается только в направлении оси вдоль которой оптимизируется диаграмма направленности. Во втором варианте исполнения данное направление обозначено как поперечное, а в третьем варианте исполнения данное направление обозначено как продольное. Данные варианты исполнения инфракрасного подсветчика с оптимизированной диаграммой направленности системы видеонаблюдения предназначены для наблюдения за длинномерными объектами или для их съемки.
В данных вариантах исполнения светоизлучающие диоды размещены вокруг объектива, образуя светодиодную матрицу из взаимопересекающихся продольных и поперечных рядов.
На фиг.3 и 5 видно что светоизлучающие диоды 13 образуют смежные объективу 4 продольные или поперечные ряды светодиодной матрицы, светоизлучающие диоды 14 образуют ряды светодиодной матрицы смежные рядам, образованным светоизлучающими диодами 13, а светоизлучающие диоды 15, образуют ряды светодиодной матрицы смежные рядам, образованным светоизлучающими диодами 14.
На фиг.4 и 6 показано взаимное расположение осей 16, 17, 18 излучения светоизлучающих диодов 13, 14, 15, соответственно, и расположение указанных осей относительно оптической оси 5 объектива 4.
Оси 16 излучения светоизлучающих диодов 13, образующих смежные объективу 4 продольные или поперечные ряды светодиодной матрицы, параллельны оптической оси 5 объектива 4. Оси 17 излучения светоизлучающих диодов 14, образующих ряды светодиодной матрицы смежные рядам, образованным светоизлучающими диодами 13, отклонены от осей 16 излучения светоизлучающих диодов 13 на угол, обозначенный позицией 22, в продольном, для второго варианта исполнения настоящей полезной модели, или поперечном, для третьего варианта исполнения настоящей полезной модели, направлении и направлены от объектива 4. Оси 18 излучения светоизлучающих диодов 15, образующих ряды светодиодной матрицы смежные рядам, являющихся смежными рядам, образованным светоизлучающими диодами 14, отклонены от осей 17 излучения светоизлучающих диодов 14 на угол, обозначенный позицией 22, в продольном, для второго варианта исполнения настоящей полезной модели, или поперечном, для третьего варианта исполнения настоящей полезной модели, направлении и направлены от объектива 4. Как видно на фиг.3 и 5, оси 16, 17, 18 излучения всех светоизлучающих диодов 13, 14, 15 расположены в параллельных плоскостях, при этом, для равномерного распределения световой энергии, все светоизлучающие диоды 13, 14, 15 образуют светодиодную матрицу с одинаковым шагом в поперечном и продольном направлениях. Угол, обозначенный позицией 22, соответствует половине угла излучения при котором сила света соответствует 50% от максимального значения.
Инфракрасный подсветчик с оптимизированной диаграммой направленности системы видеонаблюдения, второго и третьего вариантов исполнения, работает следующим образом.
На светоизлучающие диоды 13, 14, 15, через соединительные ножки 19, 20, 21 соответственно, подается электропитание от источника питания (на фиг.1-8 не показан) и они излучают оптические волны, осуществляя освещение заданной области.
Во время работы инфракрасного подсветчика с оптимизированной диаграммой направленности системы видеонаблюдения, при описанном выше расположении светоизлучающих диодов 13, 14, 15 диаграмма направленности излучения, представленная на фиг.8, наблюдается в соответствующем для каждого варианта исполнения направлении отклонения осей 16, 17, 18 от оптической оси 5 объектива 4. Таким образом во время работы инфракрасного подсветчика с оптимизированной диаграммой направленности системы видеонаблюдения площадь освещенности увеличивается. При этом величина увеличения зависит от угла излучения применяемых диодов и количества продольных и поперечных рядов.
При проведении испытаний было выявлено, что при увеличении количества рядов светоизлучающих диодов площадь освещения, на которой сила света соответствует 50% от максимального значения, увеличивается прямо пропорционально количеству рядов светоизлучающих диодов заданного направления отклонения излучающих осей светоизлучающих диодов, при этом испытания проводились с применением диодов, излучающих волны в инфракрасном диапазоне с углом излучения 4-16°, которому соответствует 50% от максимального значения силы света. Иными словами площадь освещения, на которой сила света соответствует 50% от максимального значения, с применением инфракрасного подсветчика с оптимизированной диаграммой направленности системы видеонаблюдения, состоящего из двух поперечных или продольных рядов светоизлучающих диодов с двух сторон объектива 4, увеличивается в два раза по сравнению с применением подсветчика, состоящего из одного ряда светоизлучающих диодов с двух противоположных сторон от объектива 4. Площадь освещения, на которой сила света соответствует 50% от максимального значения, с применением подсветчика, состоящего из трех поперечных или продольных рядов светоизлучающих диодов с двух сторон объектива 4, увеличивается в три раза по сравнению с применением подсветчика, состоящего из одного ряда светоизлучающих диодов с двух противоположных сторон от объектива 4 и т.д.
При изготовлении инфракрасного подсветчика с оптимизированной диаграммой направленности системы видеонаблюдения соединительные ножки 19, 20, 21 каждого светоизлучающего диода 13, 14, 15 следует соединять с источником питания (на фиг.1-8 не показан) и располагать в плоскостях параллельных плоскости, в которой расположена ось 16, 17, 18 излучения соответствующего светоизлучающего диода. Такое расположение соединительных ножек 19, 20, 21 позволяет легко изготавливать инфракрасный подсветчик с оптимизированной диаграммой направленности системы видеонаблюдения и дорабатывать его в процессе эксплуатации простым подгибом указанных соединительных ножек.
Для подтверждения эффективности полученных результатов, были проведены сравнительные испытания инфракрасных подсветчиков, содержащих светоизлучающие диоды, размещенные вокруг объектива в виде круговых концентричных рядов, а также в виде взаимопересекающихся рядов, при этом оси излучения всех светоизлучающих диодов были параллельны оптической оси объектива. В процессе работы этих инфракрасных подсветчиков были получены кадры на которых были видны скачки освещенности в виде чередующихся ярких и темных пятен. В отличии от этих подсетчиков, заявленные варианты инфракрасного подсветчика с оптимизированной диаграммой направленности системы видеонаблюдения создают равномерно распределенное по площади всего кадра освещение.
Таким образом, за счет того, что в инфракрасном подсветчике с оптимизированной диаграммой направленности системы видеонаблюдения ряды светоизлучающих диодов, размещенных в определенном порядке вокруг объектива, а оси излучения светоизлучающих диодов каждого ряда отклонены от осей излучения светоизлучающих диодов смежных ему рядов в направлении от объектива на угол, соответствующий половине угла излучения, при котором сила света соответствует 50% от максимального значения, инфракрасный подсветчик с оптимизированной диаграммой направленности системы видеонаблюдения осуществляет эффективную подсветку заданной по площади области, для приема изображения видеокамерой, входящей в состав системы видеонаблюдения.