CN101799615A - 反射式红外摄像仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种反射式红外摄像仪，包括投光装置、摄像装置以及调节装置。其中投光装置向监测区域发射红外光线，摄像装置接收监测区域的图像信息。投光装置包括LED发射光源以及位于LED发射光源后方的反射镜，LED发射光源发射的红外光经一次反射后照射到监测区域。所述调节装置可调节投光装置的投光角度。本发明反射式红外摄像仪更加高效，而且应用更加灵活。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种红外摄像仪，尤指一种以LED为发光光源的主动式红外摄像仪。
【背景技术】
目前LED光源以其高效、节能、环保、长寿命、小尺寸的优点已广泛用于背景光源、显示器件、复印机、激光印刷机等成像照明领域，上述应用通常局限在近距离面阵照明，单粒组合显示用途，这是由于LED散射发光特性决定，其初始发散角可接近180°，这对于近距离大面积照明是有利的，但照明距离有限。因此，LED厂家通常在封装时进行了简单的配光，收缩发散角，例如采用柱状透镜封装，可以一定量收缩发散角。市场上可见到60°、30°、15°半功率发散角，但其光利用率低，聚光透镜直接与发光芯片封装接触，工作温度高，极易老化，产生裂纹，使透镜的透光性能大大下降。大量的光在封装体内漫反射，产生更多的热能导致封装透镜进一步老化失效。有一些大功率光源用上述LED列阵组合照明，但体积大、发散角偏大，不便于大功率远距离送光。
近年来，平安城市工程等安防监控系统已趋向日夜全天候监控，对夜间监控，普遍要求采用红外照明，以减少光污染。LED红外光源制作技术和工艺已成熟，近红外LED以低耗能、长寿命特点使其成为较好的红外光源。近距离的监控系统下，无论是可见光或红外光已普遍采用LED作光源。远距离红外监控系统，目前普遍采用的是经过简单聚光封装的单颗红外LED捆绑列阵，以大面积捆绑组成大功率LED阵列向远距离送光。但由于其体积大，以及如前述之寿命短、照明系统维护费用高等原因，制约着其进一步的发展和应用。
红外摄像仪的原理是利用一投光装置向监测区域发出红外光，而由摄像装置接收此区域反射回来的红外光，经过光电转换与电路放大比较后，产生相应的信号，进而传输给控制电路或CPU处理，在最终的监控屏幕上显示图像信息。现有技术中的红外摄像仪，其投光装置所采用的LED光源除了存在上面提到的若干缺陷外，还存在无法灵活的应用于各类需要远距离和近距离均监测的场合。
因此，如何发明一种更为先进可靠的红外摄像仪，来克服目前红外摄像仪所普遍存在的诸多缺陷，成为业界所普遍专注的问题。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种高性能的反射式红外摄像仪。
本发明的目的通过如下技术方案实现：一种反射式红外摄像仪，包括投光装置和摄像装置。其中投光装置向监测区域发射红外光线，摄像装置接收监测区域的图像信息。投光装置包括LED发射光源以及位于LED发射光源后方的反射镜，LED发射光源发射的红外光经一次反射后照射到监测区域。
进一步地，LED发射光源位于反射镜的光轴上。
进一步地，LED发射光源位于反射镜的离轴上。
进一步地，反射式红外摄像仪还包括调节装置，调节投光装置的投光角度。
更进一步地，调节装置通过调节LED发射光源和反射镜的距离来调节投光装置的投光角度。
进一步地，LED发射光源包括LED集成光源。
进一步地，LED发射光源包括LED集成光源及位于LED集成光源周围的至少一圈多颗排列的传统式LED发射光源。
更进一步地，LED集成光源包括基板、矩阵式绑定在基板上的若干LED芯片、设置于基板与LED芯片之间的载片台以及封装在LED芯片外部的包覆层。
更进一步地，载片台包括上层金属箔及下层绝缘层。
更进一步地，LED芯片排列成若干横列及纵列，其中横列为串联，纵列为并联。
进一步地，反射镜为分段改变式曲率或平滑改变式曲率。
进一步地，反射式红外摄像仪还包括与LED发射光源连接并起到散热作用的热导管。
进一步地，反射式红外摄像仪还包括与LED发射光源连接并起到散热作用的水冷或风冷系统。
进一步地，摄像装置位于投光装置的孔径外。
进一步地，摄像装置有一部份位于投光装置的孔径内。
进一步地，摄像装置位于投光装置的孔径内。
更进一步地，投光装置和摄像装置同轴设置。
本发明的目的还可通过以下技术方案实现：一种反射式红外摄像仪，包括投光装置和摄像装置。其中投光装置向监测区域发射红外光线，摄像装置接收监测区域的图像信息。投光装置包括LED发射光源以及反射红外光线到监测区域的反射镜，LED发射光源包括LED集成光源。
进一步地，LED集成光源包括基板、矩阵式绑定在基板上的若干LED芯片、设置于基板与LED芯片之间的载片台以及封装在LED芯片外部的包覆层。
更进一步地，载片台包括上层金属箔及下层绝缘层。
更进一步地，LED芯片排列成若干横列及纵列，其中横列为串联，纵列为并联。
进一步地，反射式红外摄像仪还包括调节装置，调节投光装置的投光角度。
更进一步地，调节装置通过调节LED发射光源和反射镜的距离来调节投光装置的投光角度。
本发明的目的还可通过以下技术方案实现：一种反射式红外摄像仪，包括投光装置和摄像装置。其中投光装置向监测区域发射红外光线，摄像装置接收监测区域的图像信息。投光装置包括LED发射光源以及反射红外光线到监测区域的反射镜，反射镜具有改变式曲率。
进一步地，反射镜具有分段改变式曲率。
进一步地，反射镜具有平滑改变式曲率。
进一步地，反射式红外摄像仪还包括调节装置，调节投光装置的投光角度。
更进一步地，调节装置通过调节LED发射光源和反射镜的距离来调节投光装置的投光角度。
本发明的目的还可通过以下技术方案实现：一种反射式红外摄像仪，包括投光装置和摄像装置。其中投光装置向监测区域发射红外光线，摄像装置接收监测区域的图像信息。投光装置包括LED发射光源、反射红外光线到监测区域的反射镜以及帮助LED发射光源散热的热导管。
本发明的发明目的还可通过以下技术方案实现：一种反射式红外摄像仪，包括投光装置和摄像装置。其中投光装置向监测区域发射红外光线，摄像装置接收监测区域的图像信息。投光装置包括LED发射光源、反射红外光线到监测区域的反射镜以及帮助LED发射光源散热的水冷或风冷系统。
与现有技术相比，本发明反射式红外摄像仪通过一次反射式的投光方式，使得红外光发射效率更高、性能更佳。
与现有技术相比，本发明反射式红外摄像仪将集成LED光源作为发射光源，使得体积更小、性能更佳。
与现有技术相比，本发明反射式红外摄像仪采用具有改变式曲率的反射镜，使得投光效果更好、性能更佳。
与现有技术相比，本发明反射式红外摄像仪采用导热管，或水冷或风冷系统来散热，从而不必将散热块安装在LED发射光源上，而可有效避免了阻挡红外发射光线的缺陷，使得投光效果更好、性能更佳。
【附图说明】
图1为本发明反射式红外摄像仪的结构示意图。
图2为本发明LED集成光源的结构示意图。
图3为图2沿A-A线的剖面图。
【具体实施方式】
以下结合附图对本发明具体实施方式进行说明。应该指出的是，附图的目的只是便于对本发明具体实施例的说明，不是一种多余的叙述或是对本发明范围的限制。此外，附图没有必要按比例画出。
如图1所示，本发明反射式红外摄像仪100包括投光装置1和摄像装置2，其中投光装置1向监测区域发射红外光A，而摄像装置2则接收监测区域的图像信息，经过处理后在监控屏幕(未图示)上显示图像。
所述投光装置1包括LED发射光源10以及用以将LED发射光源10的发射光线反射到监测区域内的反射镜11。所述LED发射光源10位于反射镜11的前方，或称反射镜11位于LED发射光源10的后方。在图1所示的实施方式中，所述LED发射光源10位于反射镜11的光轴上，亦即两者同轴设置。所述LED发射光源10向后发射红外光线到反射镜11上，红外光线经过反射镜11一次反射后照射到监测区域。
由于反射式红外摄像仪100的LED发射光源10在反射镜11前方且所述LED发射光源10位于反射镜11的光轴上，因此会阻挡从反射镜11反射过来的部分红外光。进一步的，在本发明另一优选的实施方式中，则采用离轴式，即LED发射光源10位于反射镜11的孔径外。采用离轴式，则根本不会出现LED发射光源10阻挡红外光的现象。
相比传统的LED前端需要增加聚焦的透镜来使得红外光照射到监测区域的方法而言，本发明反射式红外摄像仪100不采用透镜，只通过一次反射而将红外光照射到监测区域，从而避免了透镜对红外光的衰减，红外光使用效率更高。而且，本发明可以很方便的调节反射镜11的位置等参数来改变红外光的照射距离与范围，首次实现红外LED光源发射角度的动态变倍投光，更加方便灵活，容后详述。
如图2和图3所示，在本发明一优选的实施方式中，LED发射光源10为阵列式LED集成光源，或称多晶粒数组式封装近红外LED光源。该LED集成光源10可以参见中国专利第200720008026.6号中的描述。
所述LED集成光源10包括若干LED芯片101，该若干LED芯片101采用矩阵式的串、并联方式绑定在一基板102上。且该若干LED芯片101与基板102之间可再设置有一载片台103用以承载及连接LED芯片101，之后再于基板102绑定LED芯片101的区域以包封材料封装其上，形成一包覆层104。其中，该包封材料可为环氧树脂等。
所述若干LED芯片101可以排列成若干横列及纵列，其中横列为串联，纵列为并联。
所述基板102为铝基板为佳，也可为其它金属材质，主要目的是替代传统的PCB板，有效解决散热问题。
所述载片台103可包括上层金属箔(未图示)及下层绝缘层(未图示)，金属箔用以绑定所述的LED芯片101，绝缘层则起到绝缘的目的。在本发明一优选的实施方式中，该上层金属箔为铜箔。
在所述基板102绑定LED芯片101的区域外周，即载片台103及包覆层104的外周还设有一环形凹槽105，该环形凹槽105的设置可防止水汽等进入包覆层104，从而防止LED芯片101受潮。
由于LED集成光源10将多个(几个甚至几百个)LED芯片集成起来，以矩阵排列的方式分布在一基板102上，其相对传统的单个LED芯片而言可达到较长的照射距离。
由于LED芯片的底部直接与金属材质的基板接触，热量可直接由金属基板散发出去，从而解决了散热问题，这样即可以大大降低光衰，提高使用寿命。
由于LED集成光源10采用集成技术，将若干LED芯片紧密地按矩阵排列的方式均匀分布在基板102上，减少了光源的尺寸，有利于红外光的会聚。因此也极大地减少了产品的体积，可令产品达到超小型化。
传统的LED发射光源由于体积太大且散热差，根本无法有效应用到反射式的红外摄像仪100上。采用所述的LED集成光源10，可以克服传统LED发光源的不足。
诚然，本发明反射式红外摄像仪100的LED发射光源10也可以采用LED集成光源与传统LED发射光源相结合的方式。具体来讲，在本发明另一实施方式中，在阵列式LED集成光源的周围增加一圈或一圈以上的传统式多颗LED发射光源。根据实际测试，这样设置可以有效减少红外摄像仪100在近距离监测时存在暗区的问题。
在图1所示的实施方式中，所述反射镜11采用单一曲率的反射镜。诚然，在本发明另一优选实施方式中，所述反射镜11也可以采用改变式曲率，即可以采用分段改变式曲率或平滑改变式曲率。根据测试，这样设置也可以有效减少红外摄像仪100在近距离监测时存在暗区的问题。
本发明反射式红外摄像仪100还包括调节装置或称调节系统(未图示)。调节装置可以调节投光装置1的投先角度，即放大或缩小投光装置1的投光角度。当需要监测远距离时，摄像装置2聚焦远处的监测区域，此时调节装置缩小投光装置1的投光角度将红外光线照射到足够远的距离。当需要监测近距或较宽区域时，控制摄像装置2聚焦近处的区域，此时调节装置放大投光装置1的投光角度，将红外光线照射到足够近的距离或较宽的区域。所述投光装置1与摄像装置2之间的同步可以通过微控制器(MCU)来实现，为业界熟知的技术，在此不再详述。所述投光装置1与摄像装置2有效的同步起来，扩大了本发明反射式红外摄像仪100的应用范围。
具体来讲，调节装置如何调节投光装置1的投光角度，在本发明一优选的实施方式中，是通过调节反光镜11与LED发射光源10之间的距离来实现的。所述投光装置1可以灵活的改变投光角度，从而有效的改变红外光照射距离以及照射范围。
本发明反射式红外摄像仪100通过调节反射镜11的位置来实现LED发射光源发射角度变倍之效果。在上面的描述中已经提及调节反光镜11与LED发射光源10之间的距离来改变投光角度，最终实现LED发射光源发射角度变倍之效果。诚然，本发明反射式红外摄像仪100也可以通过调节反射镜11的形状或孔径大小等其他参数来实现LED发射光源发射角度变倍之效果。在本发明另一实施方式中，将反射镜11分成两片或三片、甚至多片，利用不同的组合，来改变形状与孔径，以此来实现LED发射光源发射角度变倍之效果。这是传统红外摄像仪所无法实现的。
进一步地，本发明反射式红外摄像仪100将热导管技术予以应用，解决LED发射光源10的散热问题。具体来讲，所述LED发射光源10利用热导管技术，避免了将大体积的散热块安装在LED发射光源上而阻挡红外发射光线，既解决了散热问题，也解决了散热块阻挡红外光线的问题。在本发明另一实施方式中，又将水冷技术应用到本发明中，利用水冷系统来替代热导管来解决LED发射光源10的散热问题。在本发明又一实施方式中，又将风冷技术应用到本发明中，通过利用风冷系统来解决LED发射光源10的散热问题。这里需要说明的是，通过将热导管、水冷或风冷技术应用到反射式红外摄像仪上，可以有效解决反射光线容易被LED发射光源巨大的散热块阻挡的问题，使得反射式红外摄像仪能充分被利用，这将对业界来说是个突破。在实际使用过程中，对于采用了LED集成光源的反射式红外摄像仪是否需要热导管、水冷或风冷系统来散热需要视情况而定。由于热导管、水冷或风冷技术等为较成熟之散热冷却技术，此处不再赘述。
在本发明一优选的实施方式中，摄像装置2位于投光装置1的孔径内，亦即两者具有相同之先轴(同轴设置)，摄像装置2位于投光装置1的正前方。这样设置，有利于反射式红外摄像仪100的小型化。
本发明另一优选的实施方式中，所述摄像装置2也可以设置在投光装置1的孔径外，即投光装置1可以设置在摄像装置2的上方或下方，也可设置在摄像装置2的左、右两侧等。这样设置，有利于红外光能不受任何阻挡的充分照射到监测区域。
本发明另一优选的实施方式中，所述投光装置1也可以与摄像装置2交叉设置，即摄像装置2有一部分位于投光装置1的孔径内，有一部分位于投光装置2的孔径外。这样设置，可既利于反射式红外摄像仪100的小型化，也利于光线有效照射到监测区域。
这里需要说明的是，本发明以上各实施方式中所揭示的技术方案除应用在一次反射的红外摄像仪上，也可应用于多次反射的红外摄像仪上。例如，本发明利用LED集成光源，也可应用于经过多次反射的红外摄像仪上。例如，本发明改变反射镜的曲率，即采用分段改变式曲率或平滑改变式曲率，也可应用于经过多次反射的红外摄像仪上。例如，本发明利用热导管、水冷或风冷技术等散热冷却技术，也可应用于经过多次反射的红外摄像仪上。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (30)
1.一种反射式红外摄像仪，包括投光装置和摄像装置，其中投光装置向监测区域发射红外光线，摄像装置接收监测区域的图像信息，其特征在于：投光装置包括LED发射光源以及位于LED发射光源后方的反射镜，LED发射光源发射的红外光经一次反射后照射到监测区域。
2.如权利要求1所述的反射式红外摄像仪，其特征在于：LED发射光源位于反射镜的光轴上。
3.如权利要求1所述的反射式红外摄像仪，其特征在于：LED发射光源位于反射镜的离轴上。
4.如权利要求1所述的反射式红外摄像仪，其特征在于：反射式红外摄像仪还包括调节装置，调节投光装置的投光角度。
5.如权利要求4所述的反射式红外摄像仪，其特征在于：调节装置通过调节LED发射光源和反射镜的距离来调节投光装置的投光角度。
6.如权利要求1所述的反射式红外摄像仪，其特征在于：LED发射光源包括LED集成光源。
7.如权利要求1所述的反射式红外摄像仪，其特征在于：LED发射光源包括LED集成光源及位于LED集成光源周围的至少一圈多颗排列的传统式LED发射光源。
8.如权利要求6或7所述的反射式红外摄像仪，其特征在于：LED集成光源包括基板、矩阵式绑定在基板上的若干LED芯片、设置于基板与LED芯片之间的载片台以及封装在LED芯片外部的包覆层。
9.如权利要求8所述的反射式红外摄像仪，其特征在于：载片台包括上层金属箔及下层绝缘层。
10.如权利要求8所述的反射式红外摄像仪，其特征在于：LED芯片排列成若干横列及纵列，其中横列为串联，纵列为并联。
11.如权利要求1所述的反射式红外摄像仪，其特征在于：反射镜为分段改变式曲率或平滑改变式曲率。
12.如权利要求1所述的反射式红外摄像仪，其特征在于：反射式红外摄像仪还包括与LED发射光源连接并起到散热作用的热导管。
13.如权利要求1所述的反射式红外摄像仪，其特征在于：反射式红外摄像仪还包括与LED发射光源连接并起到散热作用的水冷或风冷系统。
14.如权利要求1所述的反射式红外摄像仪，其特征在于：摄像装置位于投光装置的孔径外。
15.如权利要求1所述的反射式红外摄像仪，其特征在于：摄像装置有一部份位于投光装置的孔径内。
16.如权利要求1所述的反射式红外摄像仪，其特征在于：摄像装置位于投光装置的孔径内。
17.如权利要求16所述的反射式红外摄像仪，其特征在于：投光装置和摄像装置同轴设置。
18.一种反射式红外摄像仪，包括投光装置和摄像装置，其中投光装置向监测区域发射红外光线，摄像装置接收监测区域的图像信息，其特征在于：投光装置包括LED发射光源以及反射红外光线到监测区域的反射镜，LED发射光源包括LED集成光源。
19.如权利要求18所述的反射式红外摄像仪，其特征在于：LED集成光源包括基板、矩阵式绑定在基板上的若干LED芯片、设置于基板与LED芯片之间的载片台以及封装在LED芯片外部的包覆层。
20.如权利要求19所述的反射式红外摄像仪，其特征在于：载片台包括上层金属箔及下层绝缘层。
21.如权利要求20所述的反射式红外摄像仪，其特征在于：LED芯片排列成若干横列及纵列，其中横列为串联，纵列为并联。
22.如权利要求18所述的反射式红外摄像仪，其特征在于：反射式红外摄像仪还包括调节装置，调节投光装置的投光角度。
23.如权利要求22所述的反射式红外摄像仪，其特征在于：调节装置通过调节LED发射光源和反射镜的距离来调节投光装置的投光角度。
24.一种反射式红外摄像仪，包括投光装置和摄像装置，其中投光装置向监测区域发射红外光线，摄像装置接收监测区域的图像信息，其特征在于：投光装置包括LED发射光源以及反射红外光线到监测区域的反射镜，反射镜具有改变式曲率。
25.如权利要求24所述的反射式红外摄像仪，其特征在于：反射镜具有分段改变式曲率。
26.如权利要求24所述的反射式红外摄像仪，其特征在于：反射镜具有平滑改变式曲率。
27.如权利要求24所述的反射式红外摄像仪，其特征在于：反射式红外摄像仪还包括调节装置，调节投光装置的投光角度。
28.如权利要求27所述的反射式红外摄像仪，其特征在于：调节装置通过调节LED发射光源和反射镜的距离来调节投光装置的投光角度。
29.一种反射式红外摄像仪，包括投光装置和摄像装置，其中投光装置向监测区域发射红外光线，摄像装置接收监测区域的图像信息，其特征在于：投光装置包括LED发射光源、反射红外光线到监测区域的反射镜以及帮助LED发射光源散热的热导管。
30.一种反射式红外摄像仪，包括投光装置和摄像装置，其中投光装置向监测区域发射红外光线，摄像装置接收监测区域的图像信息，其特征在于：投光装置包括LED发射光源、反射红外光线到监测区域的反射镜以及帮助LED发射光源散热的水冷或风冷系统。
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