TWM497788U - 夜視裝置 - Google Patents

Description

夜視裝置

本創作係關於一種夜視裝置，尤其係關於一種可發出紅外線以輔助觀測的夜視裝置。

在夜間，可見光很微弱，人眼不易在夜間觀測物體。由於人眼無法感知紅外光，因此夜視裝置可以利用紅外線可以幫助人們在缺乏可見光的環境裡重新獲得視覺。儘管人們很早就發現了紅外線，但受到紅外線部件的限制，紅外線感測技術發展很緩慢。

應用紅外線感測技術的夜視鏡是最早被軍方用來在夜間觀測敵方目標。直至今日，夜視鏡仍被各國軍隊廣泛地使用。而除了上述軍用以外，夜視鏡還可應用在例如導航、監視、瞄準等用途。

鑑於上述，本創作旨在提供一種更能在缺乏可見光環境中清楚感測到物體的夜視裝置。此夜視裝置可以針對使用環境來調整紅外線發射角度並從而改變紅外線的發光強度，提供額外的紅外線光源，以使其影像擷取模組能取得更多反射自所欲觀測的物體的紅外線光，藉此提高在所述缺乏可見光環境中的觀測 品質。

本創作提供了一種夜視裝置用於在缺乏可見光源時觀測物體。所述夜視裝置包含紅外線發光模組、光學模組、影像擷取模組、控制模組與電源模組。光學模組設置於紅外線發光模組的出光處，所述出光處係為紅外線發光模組輸出紅外線光的所在處。控制模組電性連接紅外線發光模組、影像擷取模組與電源模組。紅外線發光模組用以產生紅外線光。光學模組用以調整紅外線光的出光角度或光密度，並輸出經調整後的紅外線光，以及指示光學模組調整紅外線光的出光角度與光密度。影像擷取模組用以擷取反射於物體的紅外線光，並據以形成對應於物體的夜視影像。控制模組用以產生第一控制訊號以控制紅外線發光模組產生紅外線光。電源模組用以供給夜視裝置所需的電能。

其中，當以紅外線光的行進方向上的軸線為中心軸時，所述出光角度係為紅外線光往中心軸兩側張開的最大角度，所述光密度係為紅外線光通過垂直於中心軸的虛擬有限平面上的光通量密度。

綜上所述，本創作提供了一種能在缺乏可見光的環境中清楚感測到欲觀測物體的夜視裝置。經由所述夜視裝置本身所具有的紅外線光源，夜視裝置的影像擷取模組更能取得清晰成像的夜視影像。除此之外，本創作的夜視裝置更可以藉由光學模組調整所發出的紅外線光的出光角度與光密度，使紅外線光可以傳播到更遠的地方；或者根據使用目的而據以改變紅外線的特 徵。藉此，本創作的夜視裝置能應用在更廣的用途。

以上關於本創作的內容及以下關於實施方式的說明係用以示範與闡明本創作的精神與原理，並提供對本創作的申請專利範圍更進一步的解釋。

1、1a~1d‧‧‧夜視裝置

10‧‧‧紅外線發光模組

100a‧‧‧第一紅外線發光單元

100b‧‧‧第二紅外線發光單元

100c‧‧‧第三紅外線發光單元

11、11’‧‧‧光學模組

110a‧‧‧第一鏡片

110b‧‧‧第二鏡片

112a‧‧‧第一鏡頭組

112b‧‧‧第二鏡頭組

112c‧‧‧第三鏡頭組

12‧‧‧影像擷取模組

13‧‧‧控制模組

14‧‧‧電源模組

15‧‧‧驅動模組

16‧‧‧切換模組

17‧‧‧電壓調整模組

18‧‧‧顯示模組

19‧‧‧殼體

Θ‧‧‧第一出光角度

Θ’‧‧‧第二出光角度

A、A’‧‧‧有限虛擬平面

IR、IR’‧‧‧紅外線光

第1圖係本創作一實施例中夜視裝置的立體示意圖。

第2圖係本創作一實施例中夜視裝置其基本架構的功能方塊示意圖。

第3圖係本創作一實施例中光學模組改變紅外線光的出光角度與光密度的示意圖。

第4圖係本創作一實施例中夜視裝置的功能方塊示意圖。

第5圖係本創作另一實施例中夜視裝置的功能方塊示意圖。

第6圖係本創作更一實施例中夜視裝置的功能方塊示意圖。

第7圖係本創作再一實施例中夜視裝置的功能方塊示意圖。

以下在實施方式中敘述本創作之詳細特徵，其內容足以使任何熟習相關技藝者瞭解本創作之技術內容並據以實施，且依據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本創作相關之目的及優點。以下實施例係進一步說明本創作之諸面向，但非以任何面向限制本創作之範疇。

需先一提的是，為使圖式簡明易懂，所附圖式均為簡化之示意圖，僅以示意方式說明本創作之基本結構與方法。因此，所顯示之元件並非以實際實施時之數目、形狀、尺寸比例等加以繪製，其實際實施時之規格尺寸以及殼體外型實為一種選擇性之設計，且其元件佈局形態可能更為複雜，先于敘明。

本創作提供了一種夜視裝置，用於在缺乏可見光源時觀測物體。請參照第1圖與第2圖以協助說明，第1圖係本創作一實施例中夜視裝置的立體示意圖。第2圖係本創作一實施例中夜視裝置其基本架構的功能方塊示意圖。如第1圖所示，夜視裝置1的殼體19的近似一立方體，其上下表面的形狀接近梯形。而殼體19的一端包含有光學模組11與影像擷取模組12，殼體19的另一端則包含有顯示模組18用以顯示夜視影像。本創作在此不加以限制夜視裝置1的殼體19結構。

更詳細地來說，如第2圖所示，夜視裝置1主要包含了紅外線發光模組10、光學模組11、影像擷取模組12、控制模組13與電源模組14。光學模組11設置在紅外線發光模組10的出光處，所述出光處係為紅外線發光模組10輸出紅外線光的所在處；而控制模組13電性連接紅外線發光模組10、光學模組11、影像擷取模組12與電源模組14。

紅外線發光模組10用以發射出紅外線光IR，所述紅外線光IR的發光波長通常為780奈米到950奈米。於本創作實施例中，紅外線光IR為不能被人眼所察覺的不可見光。紅外線發光 模組10可例如藉由發光二極體(light emitting diode,LED)發出所述紅外線光IR。光學模組11則用以調整紅外線光IR的出光角度與光密度。請參照第3圖，第3圖係本創作一實施例中光學模組改變紅外線光的出光角度與光密度的示意圖。如圖所示，紅外線發光模組10以第一出光角度θ發射出紅外線光IR，光學模組11接收紅外線光IR後，以一第二出光角度θ’發射出紅外線光IR’。

請再參照第3圖，圖中的虛線係用以示意一條沿所述紅外線光其傳播路徑上的軸線。而有限虛擬平面A、A’係垂直於所述的軸線，且有限虛擬平面A、A’不但具有相同的面積以及相同的形狀，有限虛擬平面A與紅外線發光模組10的距離也等同於有限虛擬平面A’與光學模組11的距離。由第3圖可以理解，第二出光角度θ’小於第一出光角度θ，此時紅外線光IR’比紅外線光IR更往虛線所示意的軸線集中。

而對於同樣面積大小的有限虛擬平面A與A’來說，有限虛擬平面A’比有限虛擬平面A通過了更多的光通量，亦即紅外線光IR’具有比紅外線光IR更密集的光密度。換句話說說，光學模組11可以藉由縮小出光角度θ以提高紅外線IR’的光密度。而所屬技術領域具通常知識者應可理解，光學模組11也可藉由放大出光角度θ以使紅外線IR’的光密度低於紅外線IR的光密度。光學模組11可例如是聚光杯或者是各種光學透鏡形成的鏡片組合，在此僅為舉例，並不以此為限。

事實上，光學模組11可以根據控制模組13的指示 以調整其內部構件，以即時地對應調整紅外線光IR’的出光角度與光密度。請再參照第2圖，夜視裝置1尚可包含影像擷取模組12、控制模組13與電源模組14。如前述，紅外線發光模組10發出紅外線光IR，紅外線光IR經光學模組11調整出光角度與光密度後形成紅外線光IR’，並被發射至物體20，再被物體20所反射。影像擷取模組12係用以擷取所述被反射的紅外線光IR’，同時也擷取其他自然環境中自然產生並被物體20反射而可被影像擷取模組12所感知的各種色光。

延續先前所述，影像擷取模組12根據接收到的紅外線IR’以及自然產生並被反射的各種色光，據以產生相對應的夜視影像。此夜視影像例如係以綠色或白色或其他各種單色色階顯示出物體20的輪廓。於實務上，夜視裝置1可更包含顯示模組18以顯示所述夜視影像；而影像擷取模組12則可例如是以電荷耦合元件(Charge-coupled Device,CCD)或互補式金屬半氧化物半導體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,CMOS)製成的鏡頭模組。

控制模組13可以包含有圖形處理器(Graphics Processing Unit,GPU)，用以對所述夜視影像進行更細緻的後製處理，例如去除熱雜訊(thermal noise)、強化物體20在夜視影像中的輪廓等。控制模組13更可包含一中央處理器(Central Processing Unit,CPU)，用以根據預設的演算法產生相對應的控制訊號以控制紅外線發光模組10發出對應的紅外線光。電源模組 14用以提供夜視裝置1內所述各模組的所需電能，其可透過控制模組13傳輸電能予所述各模組，也可另外拉線而直接電性連接所述各模組以直接供電。電源模組14可例如為鋰電池或鎳氫電池，但並不以此為限。

請參照第4圖，第4圖係本創作一實施例中夜視裝置的功能方塊示意圖。在此實施例中，光學模組11更包含第一鏡片110a與第二鏡片110b。第一鏡片110a與第二鏡片110b分別具有不同的曲率、焦距或透光度，並可例如為凹透鏡或凸透鏡。光學模組11可以改變該第一鏡片110a與該第二鏡片110b間的距離。根據習知的光學原理，當入射光連續透射兩具有曲率的透鏡時，最後的透射光的特徵(例如出光角度與光密度)會根據兩透鏡間的距離不同而有所不同。是故，光學模組11可以經由調整所述鏡片間的距離，進而調整所述紅外線光IR’的出光角度與光密度。

更具體地來說，夜視裝置1可例如在殼體19設置有轉動機構(未繪示於第4圖)，且所述轉動機構暴露於殼體19以供使用者操作。當使用者以第一方向或第二方向轉動該轉動機構的時候，第一鏡片110a會被該轉動機構所帶動而對應地遠離或靠近第二鏡片110b，進而調整調整所述紅外線光IR’的出光角度與光密度。而在實務上，所述轉動機構可以設置於殼體19內而不暴露於外，此時，使用者可以根據預設的操作介面輸入指令，控制模組13根據使用者所輸入的指令產生對應的控制訊號，以指示所 述轉動機構以第一方向或第二方向轉動，使光學模組11得以對應調整第一鏡片110a與第二鏡片110b之間的距離，進而調整輸出紅外線光IR’的出光角度與光密度。

請參照第5圖，第5圖係本創作另一實施例中夜視裝置的功能方塊示意圖。在第5圖所對應實施例中，夜視裝置1b更包含驅動模組15，而光學模組11更包含第一鏡頭組112a、第二鏡頭組112b與第三鏡頭組112c。所述每一鏡頭組可例如包含如第4圖中的第一鏡片110a與第二鏡片110b，或是其他的鏡片組合。驅動模組15電性連接於控制模組13與光學模組11之間。值得注意的是，第一、第二、第三鏡頭組112a、112b、112c分別具有不同的鏡片組合，使得紅外線光IR在分別經過第一、第二、第三鏡頭組112a、112b、112c後，會分別具有不同的出光角度與光密度。

請繼續參照第5圖，在實務上，控制模組13可以藉由驅動模組15指示光學模組11選擇所述鏡頭組其中之一來調整紅外線光IR’的出光角度與光密度。在一實施例中，驅動模組15例如為馬達，控制模組13根據使用者經由操作界面給予的指令啟動馬達(驅動模組15)，馬達(驅動模組15)轉動對應齒輪組以改變所述各鏡頭組的位置，讓使用者所欲使用的鏡頭組(例如第一鏡頭組112a)可以移動至紅外線發光模組10的出光處，以接收紅外線發光模組10發出的紅外線光IR，並調整其出光角度與光密度。

而當使用者想使用第二鏡頭組112b時，使用者可再經由使用界面給予夜視裝置1b相對應的指令，以如前述指示馬達(驅動模組15)轉動齒輪組，並使第二鏡頭組112b移動至紅外線發光模組10的出光處。藉此，使用者可以任意選擇所欲的鏡頭組，以調整所述紅外線光具有其所欲的出光角度與光密度。事實上，所述鏡頭組更可如第4圖所對應實施例般地調整鏡片間的距離，使光學模組11除了可以藉由切換選擇相異的鏡頭組以進行較為巨觀的調整外，也可以再藉由調整單一鏡頭組內各鏡片的距離，以細部地微調紅外線光IR’的出光角度與光密度。

事實上在另一實施例中，夜視模組1b包含驅動模組15，而聚光模組11係為一可調的聚光杯。紅外線發光模組10被設置於聚光杯(聚光模組11)的一端。當紅外線發光模組10發射出紅外線光IR後，紅外線光IR經聚光杯(聚光模組11)的杯壁反射，使所述紅外線光IR’能具有所欲的出光角度與光密度，並傳播至所述待測的物體20。更詳細地來說，驅動模組15根據控制模組13的指示，產生對應的驅動訊號以驅動聚光杯(聚光模組11)縮放其杯壁，使聚光杯(聚光模組11)可選擇性地調整其開口大小或其杯壁的傾斜角度。是故，聚光杯(聚光模組11)可以藉由上述調整方式使所述紅外線光IR’具有所欲的出光角度與光密度。

請參照第6圖，第6圖係本創作更一實施例中夜視裝置的功能方塊示意圖。在第6圖所對應的實施例中，夜視裝置 1c更包含了切換模組16，其紅外線發光模組10更包含了第一、第二、第三紅外線發光單元100a、100b、100c，而其光學模組11則如前述實施例包含第一、第二、第三鏡頭組112a、112b、112c。其中切換模組16電性連接控制模組13與紅外線發光模組100之間，或者切換模組16也可以直接電性連接第一、第二、第三紅外線發光單元100a、100b、100c。而第一、第二、第三鏡頭組112a、112b、112c係分別對應於第一、第二、第三紅外線發光單元100a、100b、100c，或者可以說第一、第二、第三鏡頭組112a、112b、112c分別位於第一、第二、第三紅外線發光單元100a、100b、100c的出光處。

就前述實施例實際的運作而言，第一、第二、第三紅外線發光單元100a、100b、100c其中之一會發出相同的紅外線光IR，且紅外線光IR會對應經過第一、第二、第三鏡頭組112a、112b、112c而對應具有不同的出光角度或光密度。而在實務上，切換模組16係用以根據控制模組13的指示，選擇性地使第一、第二、第三紅外線發光單元100a、100b、100c其中之一發出紅外線光IR。換句話說，在本實施例中，不同的發光單元分別對應到不同的鏡頭組，因此使用者可以經由控制介面指示切換模組16，以選擇不同的紅外線光源與鏡頭組的組合，藉此以使輸出的紅外線光IR’具有所欲的出光角度與光密度。

請參照第7圖，第7圖係本創作再一實施例中夜視裝置的功能方塊示意圖。在第7圖所對應實施例中，夜視裝置1d 更包含了電壓調整模組17，其電性連接光學模組11、控制模組13與電源模組14。電壓調整模組17接收來自電源模組14所提供的電能，並根據控制模組13的指示調整所述電能的電壓位準後，供應經調整過電壓的電能給光學模組11。光學模組11則可根據不同的電壓準位調整前述紅外線光的出光角度與光密度。於實務上，光學模組11可具有不同的實施態樣。在一實施例中，光學模組11例如為由光學液體以及聚合物薄膜組成的變焦式液態透鏡。當光學模組11為所述變焦示液態透鏡時，其能根據前述電壓準位的不同，而使所述液態透鏡變化成不同的形狀以形成不同的曲率，藉以使前述紅外線光IR’具有不同的出光角度與光密度。

綜上所述，本創作提供了一種能在缺乏可見光的環境中清楚感測到欲觀測物體的夜視裝置。經由所述夜視裝置本身所具有的紅外線光源，夜視裝置的影像擷取模組更能取得清晰成像的夜視影像。除此之外，本創作的夜視裝置更具有光學模組，可以藉由調整光學鏡片的距離、改變鏡頭組合或是修正聚光杯形狀，以調整所發出的紅外線光的出光角度與光密度，使紅外線光可以傳播到更遠的地方；或者根據使用環境而據以改變紅外線的特徵。藉此，本創作的夜視裝置能應用在更廣的用途。使本創作的夜視裝置能應用在相當廣泛的用途，相當具有實用性。

雖然本創作以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本創作。在不脫離本創作之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本創作之專利保護範圍。關於本創作所界定之保護範 圍請參考所附之申請專利範圍。

1‧‧‧夜視裝置

10‧‧‧紅外線發光模組

11‧‧‧光學模組

12‧‧‧影像擷取模組

13‧‧‧控制模組

14‧‧‧電源模組

20‧‧‧物體

IR、IR’‧‧‧紅外線光

Claims (10)

1. 一種夜視裝置，用於在缺乏可見光源時觀測一物體，包含：一紅外線發光模組，用以產生一紅外線光；一光學模組，設置於該紅外線發光模組的出光處，用以調整該紅外線光的出光角度或光密度，並輸出經調整後的該紅外線光，所述出光處係為該紅外線發光模組輸出該紅外線光的所在處；一影像擷取模組，用以擷取反射於該物體的該紅外線光，並據以形成對應於該物體的一夜視影像；一控制模組，電性連接該紅外線發光模組、該光學模組與該影像擷取模組，用以指示該紅外線發光模組產生該紅外線光，以及指示該光學模組調整該紅外線光的出光角度與光密度；以及一電源模組，電性連接該控制模組，用以供給該夜視裝置所需的電能；其中，當以該紅外線光的行進方向上的一軸線為一中心軸時，所述出光角度係為該紅外線光往該中心軸兩側張開的最大角度，所述光密度係為該紅外線光通過垂直於該中心軸的一虛擬有限平面上的光通量密度。
2. 如請求項1所述的夜視裝置，其中該光學模組更包含一第一鏡片與一第二鏡片，該光學模組透過改變該第一鏡片與該第二鏡片間的距離，調整該紅外線光的出光角度與光密度。
3. 如請求項2所述的夜視裝置，該光學模組係根據該控制模組的指示改變該第一鏡片與該第二鏡片間的距離。
4. 如請求項1所述的夜視裝置，其中該光學模組更包含多個鏡頭組，用以使穿透該些鏡頭組的該紅外線光分別具有不同的出光角度或光密度。
5. 如請求項4所述的夜視裝置，其中更包含一驅動模組，該驅動模組電性連接於該控制模組與該光學模組之間，該驅動模組用以根據該控制模組的指示選擇該些鏡頭組其中之一對應至該紅外線發光模組。
6. 如請求項4所述的夜視裝置，其中該夜視裝置更包含一切換模組且該紅外線發光模組包含多個紅外線發光單元，該切換模組電性連接於控制模組與該些紅外線發光單元之間，且每一該紅外線發光單元對應於該些鏡頭組其中之一，該切換模組用以根據該控制模組的指示選擇性地使不同的該紅外線發光單元發光。
7. 如請求項1所述的夜視裝置，其中該夜視裝置更包含一電壓調整模組，且該光學模組包含一液態透鏡，該電壓調整模組電性連接該控制模組、該電源模組與該液態透鏡，該電壓調整模組用以根據該控制模組的指示調整該電源模組所輸出的電壓位準，並提供不同電壓準位的電能給該液態透鏡，藉以控制該液態透鏡的曲率，以控制該紅外線光的出光角度與光密度。
8. 如請求項1所述的夜視裝置，其中該光學模組更包含一聚光杯，該紅外線發光模組設置於該聚光杯的一端，該聚光杯可選擇性地調整其開口大小或其杯壁的傾斜角度，以控制該紅外線光的出光角度與光密度。
9. 如請求項1所述的夜視裝置，其中該夜視裝置更包含一顯示模組用以顯示該夜視影像。
10. 如請求項1所述的夜視裝置，其中該紅外線發光模組係以發光二極體產生該紅外線光。