CN101813869B

CN101813869B - 主动式红外摄像仪

Info

Publication number: CN101813869B
Application number: CN2009100464838A
Authority: CN
Inventors: 王尤山; 李锦泉; 李嘉穗; 李富峰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-02-23
Filing date: 2009-02-23
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2029-02-23
Also published as: CN101813869A

Abstract

本发明公开了一种主动式红外摄像仪(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线，摄像装置(2)接收监测区域的图像信息。所述投光装置(1)包括LED发射光源(10)以及具有光学变倍功能的透射镜组(11)。所述透射镜组(11)包括若干透镜。LED发射光源(10)发射的红外光线通过透射镜组(11)后照射到监测区域。这样设置，使得本发明主动式红外摄像仪(100)更加灵活高效，且应用更加广泛。

Description

主动式红外摄像仪

【技术领域】

本发明涉及-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】

现有技术中的夜视监控，目前都是采用红外摄像技术。红外摄像仪分为被动式红外摄像仪和主动式红外摄像仪。被动红外摄像仪是利用任何物体在绝对零度(-273℃)以上都有红外光发射的原理。被动红外不发射红外线，依靠目标自身的红外辐射形成热图像，故又称为热像仪。但是，热像仪由于对感应技术要求很高，制造难度大，成本很高，因此在夜视系统中应用较少。

主动式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，而由摄像装置接收监测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。主动式红外摄像仪具有成像清晰、成本比被动红外低而被广泛的应用。

现有技术中的主动红外摄像仪，其投光装置与摄像装置一般都是上下或左右紧邻在一起，产品单一且不利于小型化。同时，有效探测方向只有其正前方区域，且无法探测某特定距离的区域。因此，在一些特定要求场合下的应用，例如需要灵活的应用于远、近距离监测的场合，受到了很大的限制。

主动式红外摄像仪一般采用近红外LED作为发光光源。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。

因此，开发出一种更为先进的红外摄像仪，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主动式红外摄像仪。

为了实现上述之发明目的，本发明提供技术方案之一如下：

一种主动式红外摄像仪，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。投光装置还包括位于LED发射光源红外光发射方向上且具有光学变倍功能的透射镜组。所述透射镜组包括一片或一片以上的透镜。

进一步地，主动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，调节装置通过调节透射镜组内透镜与LED发射光源之间的相对位置来调节投光装置的投光角度。

更进一步地，所述透射镜组至少包括一片菲涅耳(Fresnel)透镜。

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。

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。

与现有技术相比，本发明主动式红外摄像仪投光装置采用具有光学变倍功能的透射镜组，使得投光效果得到明显提升，性能优良。

进一步地，通过调节装置对透射镜组的透镜位置进行调整，而可以使得当摄像装置摄像视角的改变时，投光装置的投光角度也能随之改变，应用更加灵活广泛。

为了实现上述之发明目的，本发明提供技术方案之二如下：

一种主动式红外摄像仪，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。投光装置还包括具有光学变倍功能的透射镜组和反射镜组。该LED发射光源发射的红外光透过透射镜组并经反射镜组反射到监测区域。所述透射镜组包括一片或一片以上的透镜。

进一步地，调节装置通过调节反射镜组内反射镜与LED发射光源之间的相对位置来调节投光装置的投光角度。

更进一步地，反射镜组为卡塞格林(Cassegrain)架构，包括一片凹面镜和一片凸面镜。

进一步地，调节装置通过调节LED发射光源与反射镜的相对位置来调节投光装置的投光角度。

更进一步地，反射镜组只包括一片反射镜。

进一步地，LED发射光源包括LED集成光源。

更进一步地，载片台包括上层金属箔及下层绝缘层。

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。

与现有技术相比，本发明主动式红外摄像仪的投光装置同时采用具有光学变倍功能的透射镜组与反射镜组，使得投光性能得到进一步提升，从而使得本发明主动式红外摄像仪的监测距离更远，且监测效果更为理想。

进一步地，通过调节装置可以分别对透射镜组与反射镜组进行调节，从而使得投光角度的变化更加灵活，应用更为广泛。

【附图说明】

图1为本发明主动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。

图4为本发明主动式红外摄像仪在窄角操作状态下的示意图。

图5为本发明主动式红外摄像仪在广角操作状态下的示意图。

图6为本发明主动式红外摄像仪中投光装置与摄像装置非同轴设置的结构示意图。

图7为本发明主动式红外摄像仪投光装置同时应用透射镜组与反射镜组在一实施方式中的机构示意图。

图8为本发明主动式红外摄像仪投光装置同时应用透射镜组与反射镜组在另一实施方式中的机构示意图。

【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，本发明主动式红外摄像仪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，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。其中图1中所示的区域A表示投光装置1投射红外光的投光角，而区域B表示为摄像装置2的摄像视角。

所述投光装置1包括LED发射光源10以及透射镜组11。其中LED发射光源10或称近红外LED光源。所述透射镜组11，包括一片或一片以上的透镜。该透射镜组11具有光学变倍功能。所述透射镜组11安装于LED发射光源10的前方，即所述透射镜组11位于LED发射光源10的红外光发射方向上。在以下的描述中，将本发明主动式红外摄像仪100向监测区域投射红外线的方向称为“前”，反方向称为“后”。所述LED发射光源10发射红外光到该透射镜组11上。在本发明中，可以通过改变透射镜组11内透镜与LED发射光源10之间的相对位置，从而达到改变LED发射光源10发射角度的效果，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。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，本发明主动式红外摄像仪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。

在本发明一优选的实施方式中，所述透射镜组11至少包括一片菲涅耳(Fresnel)透镜。

所述菲涅耳透镜，是一种大孔径聚光或散光镜，其将透镜之原曲率分成若干不连续之曲率片段，再将这些曲率片段组合在同一薄平面上，因此具有原曲率下的聚光或散光效果，但是重量可大幅减轻。菲涅耳透镜可以制作成平面型或弧面型。其中弧面型可搭配产品外壳，制作成所需形状。菲涅耳透镜虽然会在不连续的曲率片段处产生散射光，但它仍具有良好的聚光或散光特性。同时，菲涅耳透镜与同样效果的其他透镜相比，重量大大减轻。

因此，本发明主动式红外摄像仪100的投光装置1利用菲涅耳透镜，不但不会减损投光效果，而且可以减轻投光装置1的重量。特别地，这里需要说明的是，对于一些需要转动摄像仪来进行全方位监测的主动式红外摄像仪100来说，重量轻是一个非常关键的条件。

本发明主动式红外摄像仪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的投光角度，即放大或缩小投光装置1的投光角度。

如图4所示，当需要监测远距离(即窄角操作)时，摄像装置2聚焦远处的监测区域，摄像视角B缩小，此时调节装置缩小投光装置1的投光角度A，将红外光线照射到足够远的距离。

如图5所示，当需要监测近距或较宽区域(即广角操作)时，控制摄像装置2聚焦近处的区域，摄像视角B变宽，此时调节装置放大投光装置1的投光角度A，将红外光线照射到足够近的距离或较宽的区域。

其中所述调节装置调节透射镜组11内透镜与LED发射光源之间与LED发射光源之间10的相对位置来实现光学变倍，从而实现对投光角度的调节。这样设置，可以使得当摄像装置摄像视角的改变时，投光装置的投光角度也能随之改变。

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，即投光装置1的光线发射角与摄像装置2的视角可同时进行变倍(放大或缩小)。此为业界熟知的技术，此处不再赘述。所述投光装置1与摄像装置2有效的同步起来，从而令本发明主动式红外摄像仪100的应用更加灵活广泛。

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。进一步的，如图1所示，两者具有相同之光轴，即两者同轴设置。因此，不管任何距离，两者皆没有视差角。且这样设置，有利于主动式红外摄像仪100的小型化。

本发明另一优选的实施方式中，如图6所示，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，会存在一视差角。但是由于投光装置1发出的红外光能不受任何阻挡的充分照射到监测区域，相比图1所示的实施方式，照射强度更强，有利于远距离照明。

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(未图示)，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1的孔径外。这样设置，可以兼顾上述图1与图6所示的两种实施方式，可既利于主动式红外摄像仪100的小型化，也利于红外光有效的照射到监测区域。

本发明主动式红外摄像仪100投光装置1的透射镜组11也可应用于反射式的投光装置内。如图7所示，投光装置1将透射镜组11与反射镜组12组合在一起，形成组合式光学变倍系统。其中，所述反射镜组12为卡塞格林(Cassegrain)反射镜组，包括主级镜121与次级镜122。一般来讲，所述主级镜121为凹面镜，而次级镜122为凸面镜。该反射镜组12通过调节主级镜121、次级镜122与LED发射光源10的相对位置，实现光学变倍目的，从而达到调节投光装置1的投光角度的效果。本发明主动式红外摄像仪100投光装置1的反射镜组12采用卡塞格林(Cassegrain)的架构，具有聚光效果好、体积小及重量轻等之特点。

在图7所示的实施方式中，所述LED发射光源10安装于投光装置1的后端，向前方发射红外光。所述红外光通过透射镜组11后，照射到反射镜组12的次级镜122上。所述次级镜122将红外光向后反射到位于其后端的主级镜121上。所述红外光继续又被主级镜121向前反射到监测区域。这样，所述红外光经过二次反射后，照射到监测区域。

诚然，投光装置1的反射镜组12也可以只采用一片反射镜，即采用一次反射的方式。图8所示为本发明主动式红外摄像仪投光装置同时应用透射镜组与反射镜组在另一实施方式中的机构示意图。在图8所示的实施方式中，反射镜组12只包括一片反射镜123。所述LED发射光源10安装于投光装置1的前端，向后发射红外光。所述红外光通过透射镜组11后，照射到反射镜组12的反射镜123上。该红外光再被反射镜123向前反射到监测区域。所述反射镜组12通过调节LED发射光源10与反射镜123的相对位置，来实现对投光角度的调节。

在图7和图8所示的实施方式中，投光装置1可以经由透射镜组11与反射镜组12两套光学变倍系统来对投光角度进行调节。这样设置，使得投光角度的变化更加灵活，本发明主动式红外摄像仪100性能更佳、且应用应用更为广泛。

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

1.一种主动式红外摄像仪，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，其特征在于：投光装置还包括位于LED发射光源红外光发射方向上且具有光学变倍功能的透射镜组，所述透射镜组包括一片或一片以上的透镜；主动式红外摄像仪还包括调节装置；调节装置通过调节透射镜组内透镜与LED发射光源之间的相对位置来调节投光装置的投光角度；所述投光装置与摄像装置通过微控制器实现同步。

2.如权利要求1所述的主动式红外摄像仪，其特征在于：所述透射镜组至少包括一片菲涅耳(Fresnel)透镜。

3.如权利要求1所述的主动式红外摄像仪，其特征在于：LED发射光源包括LED集成光源。

4.如权利要求1所述的主动式红外摄像仪，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。

5.如权利要求3或4所述的主动式红外摄像仪，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。

6.如权利要求5所述的主动式红外摄像仪，其特征在于：载片台包括上层金属箔及下层绝缘层。

7.如权利要求1所述的主动式红外摄像仪，其特征在于：摄像装置位于投光装置的孔径外。

8.如权利要求1所述的主动式红外摄像仪，其特征在于：摄像装置有一部份位于投光装置的孔径内。

9.如权利要求1所述的主动式红外摄像仪，其特征在于：摄像装置位于投光装置的孔径内。

10.如权利要求9所述的主动式红外摄像仪，其特征在于：投光装置和摄像装置同轴设置。

11.一种主动式红外摄像仪，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，其特征在于：投光装置还包括具有光学变倍功能的透射镜组和反射镜组，该LED发射光源发射的红外光透过透射镜组并经反射镜组反射到监测区域；所述透射镜组包括一片或一片以上的透镜；主动式红外摄像仪还包括调节装置，调节投光装置的投光角度；调节装置通过调节透射镜组内透镜与LED发射光源之间的相对位置来调节投光装置的投光角度；调节装置通过调节反射镜组内反射镜与LED发射光源之间的相对位置来调节投光装置的投光角度；所述投光装置与摄像装置通过微控制器实现同步。

12.如权利要求11所述的主动式红外摄像仪，其特征在于：所述透射镜组至少包括一片菲涅耳(Fresnel)透镜。

13.如权利要求11所述的主动式红外摄像仪，其特征在于：反射镜组为卡塞格林(Cassegrain)架构，包括一片凹面镜和一片凸面镜。

14.如权利要求11所述的主动式红外摄像仪，其特征在于：反射镜组只包括一片反射镜。

15.如权利要求11所述的主动式红外摄像仪，其特征在于：LED发射光源包括LED集成光源。

16.如权利要求11所述的主动式红外摄像仪，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。

17.如权利要求15或16所述的主动式红外摄像仪，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。

18.如权利要求17所述的主动式红外摄像仪，其特征在于：载片台包括上层金属箔及下层绝缘层。

19.如权利要求11所述的主动式红外摄像仪，其特征在于：摄像装置位于投光装置的孔径外。

20.如权利要求11所述的主动式红外摄像仪，其特征在于：摄像装置有一部份位于投光装置的孔径内。

21.如权利要求11所述的主动式红外摄像仪，其特征在于：摄像装置位于投光装置的孔径内。

22.如权利要求21所述的主动式红外摄像仪，其特征在于：投光装置和摄像装置同轴设置。