CN206894774U - 远红外测温热成像模组和电子设备 - Google Patents

Abstract

远红外测温热成像模组以及电子设备，该模组包括远红外镜头和远红外感光元件。由于8～14μm远红外光线传输距离远，穿透能力强，相比普通可见光摄像模组所述远红外热成像模组所拍摄图像的景深范围和透视性变得更远、更良好。而且能够使拍摄较为隐秘，不易被发现。并且能检测并显示所拍图片中各个目标物体的实时温度，有助于设备使用者或智能家居设备迅速判断目标区域温度，及时调节设备工作参数和方式。还能及时发现所拍摄区域中温度异常点，可以及时发现火情隐患并报警。在应用于车载设备，在行驶过程中尤其在黑夜、大雾天气等恶劣天气条件下帮助驾驶员预判汽车周围有无人员及小动物走动并及时发现报警。

Description

远红外测温热成像模组和电子设备

技术领域

本实用新型涉及一远红外测温热成像模组，特别是一种可以检测温度的远红外摄像模组。

背景技术

目前市场上手机摄像模组通常为可见光摄像模组，只能在有可见光线的地方进行拍摄，一旦可见光线变弱或到了黑夜手机摄像模组成像质量就大幅降低，即使有闪光灯补光也只能对近距离的物体进行成像，所成像的景深范围也相对有限。虽然目前部分数码相机已具备夜视成像功能，主要是采用主动式红外灯辐射“照明”(大部分为红外光线)，应用普通低照度黑白摄像机、彩色转黑白摄像机或红外低照度彩色摄像机，感受周围景物和环境反射回来的红外光实现夜视监控和成像，此原理和我们日常打手电筒照亮物体的原理一样，缺点是需在数码成像设备上装置额外的红外线辐射光源，结构较复杂，而且红外线辐射光源长时间工作会产生大量热量，影响红外摄像模组的成像稳定性；另外所述红外线辐射光源打开工作时很容易暴露目标，容易被发现，不能实现隐秘拍摄；其次主动红外技术的摄像模组需要借助于红外发射灯，其照射距离相对较近，覆盖范围相对较窄，成像效果也很容易受外界环境因素影响，尤其是在雾、雪、雨等恶劣的天气下。

其次所述数码相机红外模组接受到的大部分红外线不是目标区域物体自身发出的红外线，而是数码相机设备上所述红外辐射光源发射至目标物体反射回来的红外光线，不能真实反映及测量所拍摄目标物体的真实实际温度。

目前安防市场上也存在一种被动红外成像技术，所述被动红外摄像技术是利用任何物质在绝对零度(-273)℃以上都有红外线辐射，物体的温度越高，辐射出的红外线越多，而且自然界常温物体所发出的红外线多集中于8～14μm，而这一范围波段的红外线刚好处于大气窗口(通常把太阳光透过大气层时透过率较高的光谱段称为大气窗口。大气窗口的红外光线光谱段主要有：远(热)红外波段(8～14um)，中红外波段(3.5～5.5um)，近红外波段(1.5～1.9um))，传输距离远，具有良好的穿透性，对雾、雪、雨、雾霾等恶劣天气受影响程度较小，利用此原理制成的电子摄像设备最典型的就是目前市场上的红外热像仪，值得一提的是所述红外热像仪的热图像有别于普通摄像模组可见光图像，它不是人眼所能看到的可见光图像，而是所拍目标物体表面温度分布图像，图片细节展现能力不如可见光图像。目前这种特殊高分辨率的全天候的红外摄像机造价昂贵，仅限于军事、国防、安检或特殊场合使用。

能否提供一种普通民用的能全天候成像及测温的手持设备远红外摄像模组或安装于普通家电设备中的远红外摄像模组，一直是广大消费者所期盼的，也是手机生产厂商、摄像模组厂商及研发工程师所持之努力所追求的。

实用新型内容

本实用新型的一个目的在于提供一种远红外测温热成像模组，其中该远红外测温热成像模组通过被动地接收物体辐射出的远红外光线而成像，从而进行摄像和检测物体温度。

本实用新型的另一个目的在于提供一种远红外测温热成像模组，适于便携、隐秘地使用，并可靠地检测温度，从而在民用级别下广泛地应用而进行摄像。

本实用新型的另一个目的在于提供一种远红外测温热成像模组，其中该远红外测温热成像模组不仅利用物体辐射出的远红外光线而成像，而且可以检测出物体的相对变化温度，方便对目标物体进行判断和温控。

本实用新型的另一个目的在于提供一种远红外测温热成像模组，其中该远红外测温热成像模组优选为一体成型的，进而适于配装在不同的设备中，对不同的环境进行摄像。

本实用新型的另一个目的在于提供一种远红外测温热成像模组，其中该远红外测温热成像模组可以测量物体的相对变化温度，利用得到的温度进一步的与其他设备通信和控制。

本实用新型的另一个目的在于提供一种远红外测温热成像模组，其中该远红外测温热成像模组包括一支架进行支撑和保护，从而形成定焦摄像模组，或该支架进一步地优选为自动对焦组件，使得所拍图片景深范围可以在一定距离内调节。

本实用新型的另一个目的在于提供一种远红外测温热成像模组，其中该远红外测温热成像模组在保证功能可靠、全面的基础上，其结构简单紧凑，适用于大规模的应用。

为了达到以上至少一个目的，本实用新型提供一远红外测温热成像模组，其包括：

至少一远红外镜头，其允许透过的红外线波长范围为8-14μm；

至少一远红外感光元件；

至少一线路板，所述感光元件可导通地连接于所述线路板，其中穿过所述远红外镜头的红外线到达所述远红外感光元件并经感光作用以提供至少一目标物体的表面温度分布图像。

在一些实施例中，其还包括至少一温度传感器，用于检测所述远红外测温热成像模组的环境温度，所述远红外测温热成像模组检测到的为所述目标物体的相对变化温度，利用所述温度传感器测到的所述远红外测温热成像模组的环境温度和所述相对变化温度得到所述目标物体实际温度。

在一些实施例中，所述温度传感器连接于所述线路板。

在一些实施例中，其还包括一支架，所述支架贴装或一体成形于所述线路板，所述远红外镜头安装于所述支架。

在一些实施例中，所述远红外测温热成像模组是定焦热成像模组。

在一些实施例中，所述支架进一步配置有至少一自动对焦机构，以用于驱动所述远红外镜头，从而使所述远红外测温热成像模组形成自动对焦热成像模组。

在一些实施例中，其还包括至少一快门装置，其连接于所述线路板，以用于所述远红外测温热成像模组的重新校准和复位归零。

在一些实施例中，所述快门装置为机械式快门或电子式快门。

在一些实施例中，所述快门装置为一外置机械式快门，安装于所述远红外镜头前端面外侧。

在一些实施例中，所述快门装置为一内置机械式快门，安装于所述远红外镜头的下端面的那一侧。

在一些实施例中，所述远红外镜头材料是硫系玻璃。

在一些实施例中，所述远红外感光元件的红外感应材料为α-VWOx材料。

在一些实施例中，其中所述线路板一端还被配置有至少一连接器，以用于与至少一外部设备相连接。

本实用新型还提供一电子设备，其包括上述的远红外测温热成像模组。其中所述电子设备包括但不限于手机、电脑、交通工具、飞行器、可穿戴电子设备、监控设备或家居设备。

附图说明

图1是根据本实用新型的一个优选实施例的一远红外测温热成像模组透视示意图。

图2是根据本实用新型的上述优选实施例的所述远红外测温热成像模组的爆炸示意图。

图3是根据本实用新型的上述优选实施例的一种可选模式的所述远红外测温热成像模组的爆炸示意图。

图4是根据本实用新型的另一个优选实施例的所述远红外测温热成像模组的剖视图。

图5是根据本实用新型的上述优选实施例的所述远红外测温热成像模组的应用于智能手机的结构示意图。

图6是根据本实用新型的上述优选实施例的所述远红外测温热成像模组所拍摄的室内的图像。

图7是根据本实用新型的上述优选实施例的所述远红外测温热成像模组所拍摄的室外的图像。

具体实施方式

以下描述用于揭露本实用新型以使本领域技术人员能够实现本实用新型。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本实用新型的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本实用新型的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本实用新型的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本实用新型的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

本实用新型阐述的一优先实施例中的一远红外测温热成像模组，其整体示意图如图1所示。所述远红外测温热成像模组包括一远红外镜头11，一远红外感光元件12，一线路板13和一支架14，其中所述远红外镜头11、所述远红外感光元件12以及所述线路板13依次排列而相邻地设置，以使穿透所述远红外镜头11的光线被所述远红外感光元件12接受并被所述线路板13处理进而成像，其中所述支架14支撑并保护着所述远红外镜头11、所述远红外感光元件12以及所述线路板13，其中所述线路板13与所述远红外感光元件12可通信地连接。值得一提的是，所述远红外感光元件12被设置于所述远红外镜头11的通光侧与所述远红外镜头11同轴地设置，使得穿透所述远红外镜头11的光线可以完整地被所述远红外感光元件12接收。所述远红外镜头11、所述远红外感光元件12以及所述线路板13被所述支架14固定以形成完整的所述远红外测温热成像模组。优选地，所述远红外镜头11允许通过的光线的波长范围为8-14μm。当所述远红外测温热成像模组接收物体所发出的红外光线时，所述远红外镜头11将光线聚集并由所述远红外感光元件12接收。所述远红外镜头11会将物体所发出的红外光线聚集，所述远红外感光元件12通过吸收红外光线而检测出物体的相对变化温度。所述线路板13根据所述远红外感光元件12所检测的温度进行处理。即所述远红外测温热成像模组所拍摄的图片为目标物体的热图像，即目标物体表面温度分布图像。通过所拍摄物体表面温度的差异来展现图片灰度的层次感，从而再现所拍物体的表面轮廓。值得一提的是，较传统的红外摄像而言，本实用新型所提供的所述远红外测温热成像模组没有光源，也就没有发热问题，具有较高的稳定性。同时，在应用于隐秘场合时，也可以避免被发现，也提高了隐秘性。并且，所述远红外测温热成像模组为被动式红外感应成像模组，主要接受外界物体所辐射出的8～14μm这一波段范围的远红外线，而所述8～14μm波段范围远红外线刚好位于大气窗口，具有传输距离远、穿透性良好等优点，对雾、雪、雨、雾霾等恶劣天气受影响程度较小，能全天候24小时连续拍摄。

进一步地，所述支架14设置于所述线路板13，并且其内容纳所述远红外镜头11和所述远红外感光元件12，使所述远红外测温热成像模组具有较高的整体性。所述远红外镜头11被所述支架14稳定的支撑。不仅保证了所述远红外镜头11与所述远红外感光元件12之间的距离，利于成像，还保证穿过所述远红外镜头11的光线能够完全被所述远红外感光元件12吸收。优选地，所述远红外镜头11被置于所述支架14的一端，所述线路板13被置于所述支架14的另一端，从而方便所述远红外感光元件12将感测到的温度信息直接传至所述线路板13。值得一提的是，所述支架14可以固定所述远红外镜头11。也可以是具有自动对焦机构如驱动马达的一可对焦支架，所述远红外镜头11被固定于所述支架14中时，和所拍图片景深范围可以在一定距离内调节。这样，所述远红外镜头11可以被调节焦距，更方便进行使用。所述支架14的所述自动对焦机构被所述线路板13控制，实现自动对焦。所述远红外镜头11被调节焦距，在所述远红外感光元件12接收的图像可以被相应的调节。

值得一提的是，由于所述支架14将所述远红外镜头11、所述远红外感光元件12以及所述线路板13一体性的支撑，从而得到整体的模组，这样使得所述远红外测温热成像模组具有较高的完整性。所述远红外测温热成像模组适于直接装配在各种智能电子设备上，例如，智能手机、电脑、交通工具如应用为汽车的车载摄像装置、飞行器如无人机、可穿戴电子设备、监控设备、家居设备如空调等等。

根据图2，所述远红外测温热成像模组还包括一快门装置15，所述快门装置15优选地被置于所述远红外镜头11的外侧，以控制所述远红外镜头11的通光。值得一提的是，为了控制光线透过所述远红外镜头11在所述远红外感光元件12被吸收，所述快门装置15的位置可以选为在所述远红外镜头11的外侧，可以选在所述远红外镜头11与所述远红外感光元件12之间。图3提供了另一种可选的模式，即所述快门装置15位于所述红外镜头和所述远红外感光元件12之间。另外，所述快门装置15可以是机械式快门，也可以为电子式快门。所述快门装置15还起到的作用是为红外测温系统重新校准和复位归零。

可以理解的是，所述线路板13可进一步包括一图像处理单元，其中所述图像处理单元均与所述远红外感光元件可通信地连接，处理采集到的相对变化温度来成像，另外，所述线路板13还可连接一温度传感器16，用于检测实时的环境温度。可以理解的是，当所述远红外测温热成像模组安装于智能电子设备时，所述温度传感器16也可以安装于所述智能电子设备，并由所述智能电子设备的控制主板输出热成像图像以及根据所述远红外测温热成像模组提供的相对变化温度数据和所述温度传感器16提供的实时环境温度判断目标物体的实际温度。所述线路板13还连接有一连接器17，所述连接器与所述图像处理单元可通信地连接，以将成像和相应温度输出应用。

所述图像处理单元主要处理所述远红外感光元件12所吸收的光线并处理成像。优选地，所述远红外测温热成像模组检测到的为相对变化温度，利用所述温度传感器16测到的所述远红外测温热成像模组的环境温度，得到成像时物体的温度。通常的做法是，所述远红外测温热成像模组所拍摄的目标拍摄物体温度＝所述温度传感器16测到的所处环境温度+所述远红外感光元件12感测到的目标拍摄物体相对变化温度(可以为正，也可以为负)。所述连接器17将所述图像处理单元处理成像的结果进行输出。这样，所述远红外测温热成像模组可以连接到不同的设备中，展现拍摄的结果。值得一提的是，所述连接器17优选为有线输出排线、无线输出信号等等。例如所述线路板13的所述连接器17也可以通过插拔式金手指与外部设备连接，也可以是SOCKET插座形式与外部设备连接，具体连接方式不作限制。所述温度传感器16以及所述连接器17优选地被固定在所述线路板13。所述线路板13优选为硬质印刷线路板或柔性印刷线路板或软硬结合板或陶瓷板，或其它材料的线路板。可以大大提高所述远红外测温热成像模组与其他设备的适配性，拓宽了应用范围。

在拍摄时，所述支架14集成的对焦机构可以对所述远红外镜头11进行调焦，使得能准确拍摄到目标物体。目标物体所发出的红外光线被采集。红外光线穿过所述远红外镜头11被所述远红外感光元件12吸收和感测，而检测出物体的温度。所述线路板13的所述图像处理单元33根据所述温度传感器16所检测的环境温度进行处理所述远红外感光元件12感测的物体温度。进而将物体的温度图像呈现出来，即为物体表面温度分布图像。通过所拍摄物体表面温度的差异来展现图片灰度的层次感，从而再现所拍物体的表面轮廓。

如图5所示，所述远红外测温热成像模组10可以应用于智能手机100，用来拍摄得到远红外图像。图6为处理之后的成像结果。可以看到，不但将图像呈现，而且能知道物体表面的温度，这些图像和数据由所述连接器17输出并在不同应用中使用。例如，图6为所述远红外测温热成像模组安装在一智能手机100，所拍摄的人体场景。在接入物联网使用后，本实用新型的所述热远红外测温热成像模组可以将人体周围的温度反馈给智能家电等，进而调节室内温度。例如，图7为所述远红外测温热成像模组安装在一监控设备中，所拍摄的汽车场景。本实用新型的所述热远红外测温热成像模组可以将汽车周围的温度反馈，进而方便监控。本实用新型的所述热远红外测温热成像模组的成像可以被储存和进一步的分析。

本实用新型的另一优选实施例如图4所示。本实施例与上述实施例的原理相似。所述远红外测温热成像模组包括一远红外镜头11，一远红外感光元件12，一线路板13和一支架14，其中所述远红外镜头11、所述远红外感光元件12以及所述线路板13依次排列而相邻地设置，以使穿透所述远红外镜头11的光线被所述远红外感光元件12接受并被所述线路板13处理进而成像，其中所述支架14支撑并保护着所述远红外镜头11、所述远红外感光元件12以及所述线路板13，其中所述线路板13与所述远红外感光元件12可通信地连接。所述远红外镜头11、所述远红外感光元件12以及所述线路板13被所述支架14固定以形成完整的所述远红外测温热成像模组。值得一提的是，所述支架14与所述远红外感光元件12和所述线路板13为一体成型的。即所述支架14可以一体成型于所述线路板13，而不用通过贴装工艺。在其他变形中，还可以一体成型于所述远红外感光元件12。这样大大的提供了所述远红外测温热成像模组的整体性，也避免了由缝隙或晃动而产生的不稳定问题。本优选实施例中，所述远红外感光元件12和所述线路板13紧凑地设置。

优选地，所述远红外镜头11允许透过的红外线波长范围为8-14μm。优选采用硫系玻璃作为所述远红外镜头11的材料。所述远红外感光元件12优选为红外感光芯片，其表面感光材料为一种α-VWOx材料。红外光线穿过所述远红外镜头11被所述远红外感光元件12吸收和感测，而反映出物体的温度信息。所述线路板13的所述图像处理单元33根据所述温度传感器16所检测的环境温度进行处理所述远红外感光元件12感测的物体温度。进而将物体的温度图像呈现出来，即为物体表面温度分布图像。

所述α-VWOx材料吸收频段8～14μm的远红外线后会改变自身的温度，同时电阻率发生变化，电阻率的变化与所述热成像模组温度输出变化成线性关系，所以远红外感光芯片检测的是相对变化温度，即被测物体温度与环境温度之差。所述远红外测温热成像模组10所拍摄的图片为目标物体的热图像，即目标物体表面温度分布图像，通过所拍摄物体表面温度的差异来展现图片灰度的层次感，从而再现所拍物体的表面轮廓。

所述远红外测温热成像模组相对目前市场上普通可见光摄像模组比较而言，可以不受光线强弱的影响，即使在伸手不见五指的黑夜，所述远红外测温热成像模组在保证远红外感光芯片一定分辨率和像素的前提下依然能呈现清晰的物体轮廓图像，值得一提的是由于8～14μm远红外光线传输距离远，穿透能力强，相比普通可见光摄像模组所述远红外热成像模组所拍摄图像的景深范围和透视性变得更远、更良好。

另外，值得一提的是由于远红外光线是外界物体自身发出的电磁波，所述远红外测温热成像模组是被动接受外界物体所辐射出的远红外光线成像，所以拍摄较为隐秘，不易被发现。值得一提的是所述远红外测温热成像模组能检测并显示所拍图片中各个目标物体的实时温度，有助于设备使用者或智能家居设备(比如空调)迅速判断目标区域温度，及时调节设备工作参数和方式。值得一提的是所述远红外测温热成像模组及拍摄设备能及时发现所拍摄区域中温度异常点，可以及时发现火情隐患并报警。值得一提的是所述远红外测温热成像模组可以装载于相关车载设备，在行驶过程中尤其在黑夜、大雾天气等恶劣天气条件下帮助驾驶员预判汽车周围有无人员及小动物走动并及时发现报警。

例如，所述远红外测温热成像模组10被安装在家庭监控设备时，可以对室内环境做温度分析。环境中的物体所发出的红外光线被采集，所述快门装置15则控制拍摄频率。红外光线穿过所述远红外镜头11被所述远红外感光元件12吸收和感测，而检测出室内环境中的温度。所述线路板13的所述图像处理单元33根据所述温度传感器16所检测的环境温度进行处理所述远红外感光元件12感测的室内环境中温度。若有异常温度，所述连接器17会将异常情况输出。有利于监控设备根据呈现的室内环境的温度图像做控制。

所述远红外测温热成像模组10被安装在车载设备时，可以对车周围或车身的环境做温度分析。例如，车周围环境中的物体所发出的红外光线被采集。红外光线穿过所述远红外镜头11被所述远红外感光元件12吸收和感测，而检测出周围环境中的温度。所述线路板13的所述图像处理单元生成热成像图像。若有异常温度，表明有人体或动物在车附近，在图像中会将显示异常温度区域，以提示对应区域有生命体。有利于判断车周围人体或动物的情况，及时做出判断，这在行驶中是很有帮助的。并且在启动汽车前，也可以判断周围或车身附近是否有动物如猫、狗等，以避免对动物的伤害。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本实用新型的实施例只作为举例而并不限制本实用新型。本实用新型的目的已经完整并有效地实现。本实用新型的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本实用新型的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (15)

1.一远红外测温热成像模组，其特征在于，包括：

至少一远红外镜头，其允许透过的红外线波长范围为8-14μm；

至少一远红外感光元件；

至少一线路板，所述感光元件可导通地连接于所述线路板，其中穿过所述远红外镜头的红外线到达所述远红外感光元件并经感光作用以提供至少一目标物体的表面温度分布图像。

2.根据权利要求1所述的远红外测温热成像模组，还包括至少一温度传感器，用于检测所述远红外测温热成像模组的环境温度，所述远红外测温热成像模组检测到的为所述目标物体的相对变化温度，利用所述温度传感器测到的所述远红外测温热成像模组的环境温度和所述相对变化温度得到所述目标物体实际温度。

3.根据权利要求2所述的远红外测温热成像模组，其中所述温度传感器连接于所述线路板。

4.根据权利要求1中的所述远红外测温热成像模组，还包括一支架，所述支架贴装或一体成形于所述线路板，所述远红外镜头安装于所述支架。

5.根据权利要求4中的所述远红外测温热成像模组，其中所述远红外测温热成像模组是定焦热成像模组。

6.根据权利要求4中的所述远红外测温热成像模组，其中所述支架进一步配置有至少一自动对焦机构，以用于驱动所述远红外镜头，从而使所述远红外测温热成像模组形成自动对焦热成像模组。

7.根据权利要求1所述的远红外测温热成像模组，还包括至少一快门装置，其连接于所述线路板，以用于所述远红外测温热成像模组的重新校准和复位归零。

8.根据权利要求7所述的远红外测温热成像模组，其中所述快门装置为机械式快门或电子式快门。

9.根据权利要求7所述的远红外测温热成像模组，其中所述快门装置为一外置机械式快门，安装于所述远红外镜头前端面外侧。

10.根据权利要求7所述的远红外测温热成像模组，其中所述快门装置为一内置机械式快门，安装于所述远红外镜头的下端面的那一侧。

11.根据权利要求1至10中任一所述的远红外测温热成像模组，其中所述远红外镜头材料是硫系玻璃。

12.根据权利要求1至10中任一所述的远红外测温热成像模组，其中所述远红外感光元件的红外感应材料为α-VWOx材料。

13.根据权利要求1至10中任一所述的远红外测温热成像模组，其中线路板一端还被配置有至少一连接器，以用于与至少一外部设备相连接。

14.一电子设备，其特征在于，包括如权利要求1至13中任一所述的远红外测温热成像模组。

15.根据权利要求14所述的电子设备，其中所述电子设备是手机、电脑、交通工具、飞行器、可穿戴电子设备、监控设备或家居设备。