专利名称：红外球型摄像机的制作方法
红外球型摄像机
技术领域：
本发明涉及一种红外球型摄像机，尤指一种以LED为发光光源且红外送光为可变角度的红外球型摄像机。
背景技术：
目前，现有技术中的夜视监控系统，大都采用红外摄像技术。红外摄像分为被动式红外摄像和主动式红外摄像。被动红外摄像是利用任何物体在绝对零度(一 273°C)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。主动式红外摄像的原理是利用红外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，光在最终的监控屏幕上显示图像信息。由于主动式红外摄像技术具有成像清晰、成本低等之优点，而被广泛的应用。随着目前国内外市场对红外夜视摄像机大规模的需求，对红外一体摄像机的需求也越来越大，特别是红外球型摄像机。与传统摄像机相比，红外球型摄像机具有体积小、美观，安装方便，监控范围广等优点。目前市面上的红外球型摄像机一般都采用LED作为发光光源。LED以低耗能、长寿命特点使其成为较好的红外光源。但由于LED设计及选用材料的不理想，LED产品具有散热不良和太短寿命(太快光衰)的缺点。对于远距离红外监控而言，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。另外，现有技术中所有夜视红外灯都使用固定角度的光源，投光角度一般在 10° 30°之间。但当夜视红外灯配合红外球型摄像机使用时，在远处最长焦的镜头视角往往在4°左右。若以配以常用的15°角夜视红外灯为例，由于该视红外灯角度固定，几乎93. 的红外光都在视线之外，完全看不到用不上。如果为照顾近距离广角度监控而用更大角度的红外灯时，则浪费的红外光更多。另一方面，使用固定角度的夜视红外灯光源， 当红外球型摄像机的镜头变到广角且大于红外送光角度时，监视屏上又会出现“手电筒效应”，即监视屏上出现中间亮、四角暗，在画面出现中央过度曝光而泛白现象影响图像质量。因此，开发出一种应用灵活、角度可变的红外球型摄像机，来克服目前现有技术的诸多缺陷，成为业界所迫切需要解决的问题。
发明内容本发明的目的在于提供一种能克服现有技术诸多不足、性能优异的红外球型摄像机。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红外球型摄像机， 包括壳体、接收监测区域内图像信息的摄像机镜头以及向监测区域发射红外光线的红外灯。其中摄像机镜头安装在壳体内，红外灯安装在壳体内或外挂安装在壳体外。所述红外灯为变焦红外灯，包括LED发射光源以及位于LED发射光源红外光的发射方向上且具有光学变焦功能的透射镜组。红外球型摄像机还包括可根据摄像机镜头的视角变化而同步控制变焦红外灯投光角度的控制器。所述透射镜组设有若干透镜，所述控制器通过调节透射镜组的透镜之间的相对位置来调节变焦红外灯的投光角度。进一步地，LED发射光源为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，LED发射光源为大功率LED，包括基板、绑定在基板上的一颗大功率 LED、设置于基板与大功率LED之间的载片台以及封装在大功率LED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，变焦红外灯与摄像机镜头左右并列或上下排列设置。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红外球型摄像机， 包括壳体、接收监测区域内图像信息的摄像机镜头以及向监测区域发射红外光线的红外灯。其中摄像机镜头安装在壳体内。红外灯安装在壳体内或外挂安装在壳体外。所述红外灯为变焦红外灯，包括LED发射光源、具有光学变焦功能的透射镜组以及反射镜组。所述透射镜组位于LED发射光源红外光的发射方向上，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。红外球型摄像机还包括根据摄像机镜头的视角变化而同步控制变焦红外灯投光角度的控制器。所述透射镜组设有若干透镜，而反射镜组为卡塞格林架构，包括两片反射镜一片凹面镜和一片凸面镜。所述控制器通过调节透射镜组的透镜之间的相对位置以及反射镜组内反射镜之间的相对位置来调节变焦红外灯的投光角度。进一步地，LED发射光源为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，LED发射光源为大功率LED，包括基板、绑定在基板上的一颗大功率 LED、设置于基板与大功率LED之间的载片台以及封装在大功率LED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，变焦红外灯与摄像机镜头左右并列或上下排列设置。为了实现上述之发明目的，本发明提供技术方案之三如下一种红外球型摄像机， 包括壳体、接收监测区域内图像信息的摄像机镜头以及向监测区域发射红外光线的红外灯。其中摄像机镜头安装在壳体内。红外灯安装在壳体内或外挂安装在壳体外。所述红外灯为变焦红外灯，包括LED发射光源、具有光学变焦功能的透射镜组以及反射镜组。所述透射镜组位于LED发射光源红外光的发射方向上，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。红外球型摄像机还包括根据摄像机镜头的视角变化而同步控制变焦红外灯投光角度的控制器。所述透射镜组设有若干透镜，而反射镜组只包括一片反射镜。所述控制器通过调节透射镜组的透镜之间的相对位置以及LED发射光源与反射镜的相对位置来调节变焦红外灯的投光角度。进一步地，LED发射光源为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，LED发射光源为大功率LED，包括基板、绑定在基板上的一颗大功率 LED、设置于基板与大功率LED之间的载片台以及封装在大功率LED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，变焦红外灯与摄像机镜头左右并列或上下排列设置。与现有技术相比，本发明红外球型摄像机的变焦红外灯采用具有光学变焦功能的透射镜组或反射镜组，使红外光得到充分利用的同时又不会形成监视屏四周暗角的“手电筒效应”。并且通过控制器将变焦红外灯的投光角度与摄像机镜头的视角变化同步起来。从而使得本发明红外球型摄像机应用更为广泛，性能更为优异，达到更为理想的监测效果。进一步地，LED发射光源采用大功率LED或LED集成光源，使得红外球型摄像机克服了传统的LED发射光源由于体积太大且散热差等缺陷。
图1为本发明红外球型摄像机的结构示意图。图2为本发明红外球型摄像机的透射镜组的结构示意图。图3为本发明红外球型摄像机的变焦红外灯的结构示意图。图4为图3沿A-A线的剖面图。图5为本发明红外球型摄像机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6为本发明红外球型摄像机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。图7为本发明红外球型摄像机的变焦红外灯与摄像机镜头采取上下排列组合的结构示意图。图8为本发明红外球型摄像机的变焦红外灯外挂在壳体上的结构示意图。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，本发明红外球型摄像机100包括壳体1、安装在壳体1内的摄像机镜头2以及红外灯3，其中红外灯为变焦红外灯。所述变焦红外灯3向监测区域发射红外光， 而摄像机镜头2则接收监测区域的图像信息，经过处理后在监控屏(未图示)上显示图像。 在图1所示的实施方式中，所述摄像机镜头2以及红外灯3呈左右并列设置。图2所示为本发明一优选的实施方式。在该实施方式中，所述变焦红外灯3包括 LED发射光源30以及具有光学变焦功能的透射镜组31。所述透射镜组11设有若干透镜。 所述透射镜组31安装于LED发射光源30的前方，即所述透射镜组31位于LED发射光源30 的红外光发射方向上。在以下的描述中，将本发明红外球型摄像机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30发射红外光到该透射镜组 31上。在本发明中，可以通过改变透射镜组31内透镜的相对位置，从而达到改变LED发射光源30发射角度的效果(容后详述)。
如图3和图4所示，所述LED发射光源30为LED集成光源。所述LED集成光源30 包括若干LED芯片301。该若干LED芯片301采用矩阵式的串、并联方式绑定在一基板302 上，且该若干LED芯片301与基板302之间可再设置有一载片台303用以承载及连接LED 芯片301。之后再于基板302绑定LED芯片301的区域以包封材料封装其上，形成一包覆层 304。其中，该包封材料可为环氧树脂等。所述若干LED芯片301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302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303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301，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302绑定LED芯片301的区域外周，即载片台303及包覆层304的外周还设有一环形凹槽305。该环形凹槽305的设置可防止水汽等进入包覆层104，从而防止 LED芯片301受潮。由于LED集成光源30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302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30采用集成技术，将若干LED芯片紧密地按矩阵排列的方式均勻分布在基板302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30，可以克服传统LED发光源的不足。在本发明另一优选的实施方式中，LED发射光源30也可为大功率LED (未图示)。 该大功率LED是将LED集成光源30的LED芯片301替换成一颗大功率LED。该大功率LED 同样包括基板、绑定在基板上的一颗大功率LED、设置于基板与该大功率LED之间的载片台以及封装在大功率LED外部的包覆层。所述载片台也包括上层金属箔及下层绝缘层。此处不再赘述。采用大功率LED，也可以克服传统LED发光源体积太大且散热差的不足。在本发明一优选的实施方式中，所述透射镜组31至少包括一片菲涅耳(Fresnel) 透镜。所述菲涅耳透镜，是一种大孔径聚光镜。菲涅耳透镜可以分成平面型和弧面型两种。 其中所述平面型一面是平面，另一面是由曲率半径不同的球面组成的不连续阶梯面。所述弧面型一面是球面，另一面是由曲率半径不同的球面组成的不连续阶梯面。菲涅耳透镜具有良好的聚光特性。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， 本发明红外球型摄像机100的变焦红外灯3利用菲涅耳透镜，不但可以使得投光效果更好， 而且可以减轻变焦红外灯3的重量。诚然，如果条件允许，本发明红外球型摄像机100变焦红外灯3也可以利用反射式投光系统。如图5所示，所述变焦红外灯3还包括反射镜组32。将透射镜组31与反射镜组 32组合在一起，形成组合式光学变焦系统。所述反射镜组32安装于透射镜组31的前端，通过两次反射将从透射镜组31出来的红外光反射到监测区域。所述反射镜组32为卡塞格林(Cassegrain)反射镜组，包括两片反射镜主级镜321与次级镜322。一般来讲，所述主级镜321为凹面镜，而次级镜322为凸面镜。该反射镜组32可以通过调节主级镜321、次级镜 322的相对位置，实现光学变焦目的，从而达到调节变焦红外灯3的投光角度的效果。本发明红外球型摄像机100变焦红外灯3的反射镜组32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。另外，变焦红外灯3的反射镜组32也可以只采用一片反射镜，即采用一次反射的方式。如图6所示的另一实施方式中，反射镜组32只包括一片反射镜323。所述LED发射光源30安装于变焦红外灯3的前端，反射镜组32安装于变焦红外灯3的后端。所述LED 发射光源30向后发射红外光。红外光通过透射镜组31，照射到反射镜组32的反射镜323 上。该红外光再被反射镜323向前反射到监测区域所述反射镜组32可以通过调节LED发射光源10与反射镜323的相对位置，来实现对投光角度的调节。在图5和图6所示的实施方式中，变焦红外灯3可以经由透射镜组31与反射镜组 32两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，本发明红外球型摄像机100性能更佳、且应用范围更广。本发明红外球型摄像机100还包括安装在壳体1内的控制器(未图示)，即通过控制器对透射镜组31以及反射镜组32进行调节，使得变焦红外灯3可以改变投光角度。当需要本发明红外球型摄像机100监测远距离(即窄角操作)时，摄像机镜头2 聚焦远处的监测区域，摄像视角缩小，此时控制器相应地缩小变焦红外灯3的投光角度，配合摄像机镜头2，将红外光线照射到足够远的距离。当需要本发明红外球型摄像机100监测近距或较宽区域(即广角操作)时，控制摄像机镜头2聚焦近处的区域，摄像视角变宽，此时控制器相应地放大变焦红外灯3的投光角度，配合摄像机镜头2，将红外光线照射到足够近的距离或较宽的区域。其中所述控制器可以通过调节透射镜组31内透镜的相对位置来实现光学变倍， 从而实现对投光角度的调节。如果增加反射镜组32，所述控制器可以通过调节反射镜组32 内反射镜321、322之间的相对位置(如图5所示的实施方式)或者调节LED发射光源10 反射镜组32反射镜323之间的相对位置(如图5所示的实施方式)来实现光学变倍，从而实现对投光角度的调节。这样设置，可以使得当摄像机镜头2视角的改变时，变焦红外灯3 的投光角度也能随之改变。所述变焦红外灯3根据摄像机镜头2的视角变化而实现智能变焦，即变焦红外灯 3的投光角度与摄像机镜头2的视角可同时进行变倍(放大或缩小)。。所谓智能变焦就是要实现变焦红外灯3与红外球型摄像机100摄像机镜头2的同步。红外球型摄像机100的通讯协议要写到控制变焦红外灯3的软件中，以使得变焦红外灯3能识别红外球型摄像机 100的命令。并且根据其中的命令能获取红外球型摄像机100的摄像机镜头2当前的变倍定位信息，从而根据这些信息并通过控制器控制，使得变焦红外灯3的投光角度也定位到相同的最合适的位置。所述控制器之结构，可以采用诸如控制摄像机镜头2伸缩的类似结构，即利用齿轮啮合和滑动槽结构。诚然，所述控制器也可以采取业界所习知的其他控制结构，本申请在此不再赘述。这样设置，使得所述变焦红外灯3与摄像机镜头2有效的同步起来，从而令本发明红外球型摄像机100的应用更加灵活广泛。图7为本发明红外球型摄像机100另一实施方式。在该实施方式中，根据本发明红外球型摄像机100的体积及内部安装空间，所述摄像机镜头2与变焦红外灯3呈上下排列设置安装在壳体1内。诚然，变焦红外灯3也可以采取外挂的形式安装在壳体的外部。在图8所示的本发明红外球型摄像机100又一实施方式中，所述变焦红外灯3外挂安装在壳体1的下方。本发明红外球型摄像机100采用变焦红外灯3的变焦技术，并通过控制器使得摄像机镜头2的视角变化与变焦红外灯3的投射角度变化同步起来，使得摄像机镜头2在远角端和广角端都能有足够的红外光照射，从而达到理想的监测效果。进一步地，变焦红外灯 3采用LED集成光源30，克服了传统LED光源的体积太大且散热差的缺陷。上述描述的本发明红外球型摄像机100设计并未在现有的红外球型摄像机上出现过。因此，本发明红外球型摄像机100比传统的红外球型摄像机性能更为优异，应用范围更广。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。
权利要求
1.一种红外球型摄像机，包括壳体、接收监测区域内图像信息的摄像机镜头以及向监测区域发射红外光线的红外灯，其中摄像机镜头安装在壳体内，红外灯安装在壳体内或外挂安装在壳体外；其特征在于所述红外灯为变焦红外灯，包括LED发射光源以及位于LED 发射光源红外光的发射方向上且具有光学变焦功能的透射镜组；红外球型摄像机还包括根据摄像机镜头的视角变化而同步控制变焦红外灯投光角度的控制器；所述透射镜组设有若干透镜，所述控制器通过调节透射镜组的透镜之间的相对位置来调节变焦红外灯的投光角度。
2.如权利要求1所述的红外球型摄像机，其特征在于LED发射光源为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。
3.如权利要求2所述的红外球型摄像机，其特征在于载片台包括上层金属箔及下层绝缘层。
4.如权利要求1所述的红外球型摄像机，其特征在于LED发射光源为大功率LED，包括基板、绑定在基板上的一颗大功率LED、设置于基板与大功率LED之间的载片台以及封装在大功率LED外部的包覆层。
5.如权利要求4所述的红外球型摄像机，其特征在于载片台包括上层金属箔及下层绝缘层。
6.如权利要求1所述的红外球型摄像机，其特征在于变焦红外灯与摄像机镜头左右并列或上下排列设置。
7.—种红外球型摄像机，包括壳体、接收监测区域内图像信息的摄像机镜头以及向监测区域发射红外光线的红外灯，其中摄像机镜头安装在壳体内，红外灯安装在壳体内或外挂安装在壳体外；其特征在于所述红外灯为变焦红外灯，包括LED发射光源、具有光学变焦功能的透射镜组以及反射镜组；所述透射镜组位于LED发射光源红外光的发射方向上， 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；红外球型摄像机还包括根据摄像机镜头的视角变化而同步控制变焦红外灯投光角度的控制器；所述透射镜组设有若干透镜，而反射镜组为卡塞格林架构，包括两片反射镜一片凹面镜和一片凸面镜；所述控制器通过调节透射镜组的透镜之间的相对位置以及反射镜组内反射镜之间的相对位置来调节变焦红外灯的投光角度。
8.如权利要求7所述的红外球型摄像机，其特征在于LED发射光源为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所述的红外球型摄像机，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7所述的红外球型摄像机，其特征在于LED发射光源为大功率LED，包括基板、绑定在基板上的一颗大功率LED、设置于基板与大功率LED之间的载片台以及封装在大功率LED外部的包覆层。
11.如权利要求10所述的红外球型摄像机，其特征在于载片台包括上层金属箔及下层绝缘层。
12.如权利要求7所述的红外球型摄像机，其特征在于变焦红外灯与摄像机镜头左右并列或上下排列设置。
13.—种红外球型摄像机，包括壳体、接收监测区域内图像信息的摄像机镜头以及向监测区域发射红外光线的红外灯，其中摄像机镜头安装在壳体内，红外灯安装在壳体内或外挂安装在壳体外；其特征在于所述红外灯为变焦红外灯，包括LED发射光源、具有光学变焦功能的透射镜组以及反射镜组；所述透射镜组位于LED发射光源红外光的发射方向上， 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；红外球型摄像机还包括根据摄像机镜头的视角变化而同步控制变焦红外灯投光角度的控制器；所述透射镜组设有若干透镜，而反射镜组只包括一片反射镜；所述控制器通过调节透射镜组的透镜之间的相对位置以及LED发射光源与反射镜的相对位置来调节变焦红外灯的投光角度。
14.如权利要求13所述的红外球型摄像机，其特征在于LED发射光源为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。
15.如权利要求14所述的红外球型摄像机，其特征在于载片台包括上层金属箔及下层绝缘层。
16.如权利要求13所述的红外球型摄像机，其特征在于LED发射光源为大功率LED， 包括基板、绑定在基板上的一颗大功率LED、设置于基板与大功率LED之间的载片台以及封装在大功率LED外部的包覆层。
17.如权利要求16所述的红外球型摄像机，其特征在于载片台包括上层金属箔及下层绝缘层。
18.如权利要求13所述的红外球型摄像机，其特征在于变焦红外灯与摄像机镜头左右并列或上下排列设置。
全文摘要
本发明公开了一种红外球型摄像机，包括壳体、接收监测区域内图像信息的摄像机镜头以及向监测区域发射红外光线的红外灯。其中摄像机镜头安装在壳体内。红外灯安装在壳体内或外挂安装在壳体外。所述红外灯为变焦红外灯，包括LED发射光源以及位于LED发射光源红外光的发射方向上且具有光学变焦功能的透射镜组。红外球型摄像机还包括可根据摄像机镜头的视角变化而同步控制变焦红外灯投光角度的控制器。所述控制器通过调节透射镜组内透镜之间的相对位置来调节变焦红外灯的投光角度。这样设置，使得本发明红外球型摄像机应用性能更为优异，范围更广。
文档编号G03B17/12GK102346355SQ201010241390
公开日2012年2月8日 申请日期2010年7月30日 优先权日2010年7月30日
发明者李锦泉, 胡团 申请人:李锦泉, 胡团