Улыбнитесь, вас снимают, или Практическое применение инфракрасных светодиодов

Представить современный мир без
видеонаблюдения практически невозможно. Видеокамеры окружают нас
повсюду — в банках и аэропортах, магазинах
и супермаркетах, школах и детских садах,
офисах и заводах. Еще бы, ведь системы видеонаблюдения имеют немаловажное значение
при решении задач обеспечения безопасности,
будь то человек или его жилище, публичное
или рабочее место. С помощью правильно
построенной системы видеонаблюдения
человек за пультом может заменить не один
десяток сотрудников охраны.

Но эффективность любой системы видеонаблюдения резко снижается в условиях недостаточной освещенности, будь то темное
время суток или просто закрытое помещение
без окон с выключенным освещением. В этом
случае на помощь может прийти установка
прожекторов для подсветки объекта.
В настоящее время на рынке представлено
множество прожекторов для систем видеонаблюдения, и основная задача — сделать такой
выбор среди разнообразия этих аксессуаров,
чтобы максимально эффективно использовать
возможности систем видеонаблюдения.
Рассмотрим данный вопрос подробнее.

Все прожекторы для видеонаблюдения условно можно разделить на две группы — обычного (видимого) света и инфракрасные. Безусловно,
прожекторы видимого света понятнее обычному человеку, но даже если опустить все аргументы «за» и «против» в техническом и экономическом аспектах выбора между обычной
и инфракрасной подсветкой, несомненно одно:
только инфракрасное излучение решает задачу
организации по-настоящему скрытого видеонаблюдения, ведь установить прожектор видимого света — это почти то же самое, что написать крупными буквами «ВЕДЕТСЯ
ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЕ». Кроме того, есть такое
понятие как «световое загрязнение», которое,
например, в скандинавских странах запрещено
законодательством.

Итак, выбор сделан — инфракрасный прожектор. Принцип его работы построен на том,
что инфракрасное излучение, невидимое человеческому глазу, воспринимается ПЗСматрицей видеокамеры и позволяет получать
изображение вполне приличного качества.
На графиках (рис. 1) показаны оптимизированные спектральные чувствительности
человеческого глаза и некоторых ПЗС-матриц
компании Sony. Как видно, пик чувствительности глаза приходится на излучение с длиной
волны примерно 550 нм, а ПЗС-матрица видеокамеры сохраняет чувствительность в области излучения, длины волн которой лежат за пределами 700 нм, то есть в инфракрасной
части спектра. Кстати, по диаграмме чувствительности ПЗС-матриц можно сделать вывод
о том, что чем меньше длина волны инфракрасной области спектра, тем лучше такое
излучение воспринимается видеокамерой
(рис. 2).

Современные инфракрасные прожекторы
разделяются на две категории по типу светоизлучающего элемента: в одних используется
галогенная лампа, другие построены на основе инфракрасных светодиодов. В галогенном
прожекторе установлена мощная лампа, а инфракрасное излучение получается при помощи специального светофильтра, отсекающего весь спектр излучения, кроме
инфракрасного. Такая конструкция, наверное,
имеет право на существование и подкупает,
в первую очередь, своей простотой и дешевизной, но… Впрочем, давайте для начала подробно рассмотрим светодиодный инфракрасный прожектор.

В светодиодном прожекторе инфракрасный
спектр излучения создается непосредственно
светодиодами. Угол подсветки формируется
либо теми же диодами, либо с помощью специальных оптических систем. Конечно, для
одного такого прожектора, как правило, потребуется не один и не два светодиода (в самых
мощных прожекторах компании «Микролайт»
их количество приближается к тысяче), что,
естественно, делает процесс изготовления
прожектора более трудоемким, а сам прожектор более дорогим. Но так кажется только
на первый взгляд.

Дело в том, что, во-первых, галогенный прожектор работает от сети переменного тока 220 В,
и для его установки, скорее всего, потребуется
проводить отдельную линию питания. Для работы же светодиодного ИК-прожектора необходимо 12 В постоянного тока, т. е. при его установке возможно использовать уже подведенную к видеокамере сеть. Во-вторых, потребляемая мощность галогенного ИК-прожектора
может достигать 500 Вт. Для сравнения: самый
мощный прожектор компании «Микролайт»
имеет потребляемую мощность 84 Вт. По фотографиям (рис. 3) можно сравнить освещенность,
создаваемую инфракрасным галогенным прожектором потребляемой мощностью 500 Вт и прожекторами Микролайт IR-16 (5,4 Вт) и IR-1 Гелиос
(4 Вт). Таким образом, расходы на электроэнергию при использовании галогенного ИК-прожектора
будут на порядок выше. Далее. Средний срок
службы одной галогенной лампы — примерно
полгода. То есть два раза в год предстоят расходы на покупку лампы и работы по ее замене.
Срок службы светодиодного ИК-прожектора
при правильных условиях эксплуатации может
составлять до десяти лет, то есть так часто дополнительных работ по обслуживанию он не
потребует, это третье. И, наконец, в-четвертых.
Различия в принципах формирования потока
излучения обуславливают преимущества светодиодного ИК-прожектора над галогенным при
подсветке в плохих погодных условиях — во время
дождя, снега или тумана, т. е. тогда, когда в воздухе присутствуют капельки воды или кристаллики снега, каждый из которых представляет
собой миниатюрную линзу, отражающую или
преломляющую свет.

Таким образом, получается, что хотя светодиодный ИК-прожектор изначально дороже
прожектора с галогенной лампой, затраты
на обслуживание и эксплуатацию легко компенсируют разницу в стоимости. Да и в эксплуатации светодиодный прожектор оказывается лучше и безопаснее галогенного (де-факто
стандартом электропитания прожекторов
на светодиодах, как уже было сказано выше,
является напряжение 12 В постоянного тока,
что значительно снижает последствия от возможного поражения электричеством).

Теперь, когда появилась ясность в том, что
светодиодный инфракрасный прожектор выгоднее галогенного, можно подробнее остановиться на его конструкции и основных направлениях его проектирования. Светодиодный
ИК-прожектор представляет собой построенный
на основе светодиодов излучающий элемент,
который установлен в массивный корпус, служащий одновременно радиатором для отвода
тепла (как известно, перегрев — самая большая
опасность для любого светодиода). Перед излучающим элементом устанавливается светофильтр из специального полимера, адаптированного под максимальное пропускание
в инфракрасной части спектра. Эта конструкция
является классической. Различия в проектировании начинаются в выборе способа формирования угла излучения прожектора (угла подсветки). Требуемый угол можно получать двумя
способами — при помощи оптической системы
(для стандартных светодиодов с широким углом
излучения) либо используя светодиоды со встроенной формирующей оптикой. Оба метода
имеют свои преимущества и недостатки.
Применение внешней оптической системы
позволяет использовать множество светодиодов,
предназначенных для поверхностного монтажа
(SMD), который, несомненно, более технологичный, нежели монтаж в отверстие (PHT),
но необходимость использования дополнительной оптики для формирования угла излучения
усложняет конструкцию прожектора. Инфракрасные
светодиоды со встроенной формирующей
оптикой, как правило, предназначены для
монтажа в отверстие. Их применение позволяет отказаться от использования внешней оптики. Таким образом, самое главное при определении стратегии проектирования — подбор
элементной базы, т. е. определение золотой
середины между оптическими свойствами
светодиодов и технологичностью производства.

Есть ли будущее у светодиодных инфракрасных прожекторов? Несомненно. Пока существуют системы видеонаблюдения, этот продукт
будет востребован. Дальнейшие направления
развития светодиодных ИК-прожекторов —
это, во-первых, улучшение их техникоэксплуатационных показателей в связи с развитием технологии производства светодиодов
и применением дополнительных систем отвода тепла от них, например термоэлектрических модулей Пельтье. Во-вторых, оптимизация конструкции самих прожекторов — будь
то возможность регулирования угла излучения,
использование технологии Power over Ethernet
и интеграция протоколов управления прожекторами в сети Ethernet.