用于监控设备的补光装置及监控设备的制作方法

本实用新型涉及光学器件技术领域，尤其涉及一种用于监控设备的补光装置及监控设备。

背景技术：

视频监控设备是安防系统中应用最多的系统之一，视频监控设备通常采用摄像机获取实时图像信息，摄像机成像的好坏受环境光照因素影响，可采用增设补光灯提升监控场景的照度，其中，红外补光灯是视频监控设备夜间监控的关键照明器件。

目前，补光灯通常采用大功率led灯，常见的大功率led灯属于朗伯光源，发光强度在各个方向上按照余弦规律分布，50％光强角在90°，在led灯补光应用中，通常在光源表面设置特定的透镜结构或者扩散膜进行二次配光，匹配视频监控设备进行大视场角补光的需求。现有的视频监控设备监控范围大，结构紧凑，导致透镜尺寸受到限制，加之受到出光面为平面结构的局限，导致补光结构的最大补光角度难以超过140°，且光能利用率低于80％，出光效率低。

针对补光角度超过140°的视频监控设备，通常在补光视窗上进行磨砂处理，以扩大补光角度，但是，磨砂结构只能实现将补光角度扩大15°左右，角度扩散能力受限，且磨砂结构会造成10％以上的光能损耗，导致补光能力降低，影响补光效果。

技术实现要素：

本实用新型提供一种用于监控设备的补光装置，解决了补光结构的补光角度受限、光能损耗大、光能利用率低的问题，有利于放大光线的扩散角度，实现大角度配光。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种用于监控设备的补光装置，包括补光光源和透光膜结构，所述透光膜结构包括透光膜本体，所述透光膜本体的折射率大于空气的折射率，所述透光膜本体包括：相对设置的入光面和出光面，所述入光面用于接收入射光线，所述出光面用于发出出射光线；所述补光光源设置于靠近所述入光面的一侧；所述出光面设有阵列排布的多个凹曲面结构，所述凹曲面结构用于调节所述出射光线的扩散角度。

可选地，所述透光膜本体呈圆形结构，所述圆形结构的直径尺寸与所述补光光源的发光角度相匹配。

可选地，所述透光膜本体呈环形结构，所述环形结构的外径尺寸与所述补光光源的发光角度相匹配。

可选地，所述凹曲面结构的纵向剖面呈圆形结构或者椭圆形结构。

可选地，所述多个凹曲面结构具有相同的曲率半径。

可选地，所述的透光膜结构还包括：透光基板，所述透光基板固定于所述透光膜本体的入光面，所述透光基板用于透射入射光线。

可选地，所述透光基板与所述入光面之间填充封装胶材料，所述封装胶材料用于将所述透光基板固定于所述透光膜本体的入光面。

可选地，所述透光基板包括：透红外光学塑料基板、透白光光学塑料基板或者玻璃基板中的任意一种。

可选地，所述补光光源包括：红外补光灯或者白光补光灯中的一种或者多种组合；所述补光光源的类型与所述透光基板的类型相匹配。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种监控设备，包括：摄像视窗、补光视窗及上述用于监控设备的补光装置，所述补光装置设置于所述补光视窗。

本实用新型实施例提供的监控设备，设置具有透光膜结构的补光装置，该透光膜结构设置透光膜本体，透光膜本体的折射率大于空气的折射率，补光光源设置于靠近入光面的一侧，透光膜本体的出光面设有阵列排布的多个凹曲面结构，该凹曲面结构用于调节出射光线的扩散角度，增大出射光线与入射光线之间的偏向角，有利于放大光线的扩散角度，实现大角度配光，结构紧凑，使用方便，将该透光膜结构与补光光源配合使用，改善补光效果。

附图说明

图1是本实用新型实施例一提供的一种用于监控设备的补光装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例一提供的一种透光膜结构的结构示意图；

图3是图2的侧视图；

图4是本实用新型实施例一提供的另一种透光膜结构的结构示意图；

图5是图4的剖面图；

图6是本实用新型实施例一提供的又一种透光膜结构的结构示意图；

图7是本实用新型实施例一提供的又一种透光膜结构的结构示意图；

图8a是本实用新型实施例一提供的一种补光光源的配光曲线示意图；

图8b是图8a所示的补光光源扩散后的的配光曲线示意图；

图9是本实用新型实施例二提供的一种监控设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1是本实用新型实施例一提供的一种用于监控设备的补光装置的结构示意图，本实施例适用于对设备尺寸小、监控视场角大的监控设备进行补光。

如图1所示，该补光装置100包括：补光光源02及上述透光膜结构01，补光光源02设置于靠近透光膜结构01的入光面的一侧。

如图2所示，该透光膜结构01包括透光膜本体10，透光膜本体10的折射率大于空气的折射率，透光膜本体10包括：相对设置的入光面101和出光面102，入光面101用于接收入射光线，出光面102用于发出出射光线；出光面102设有阵列排布的多个凹曲面结构，凹曲面结构用于调节出射光线的扩散角度γ。

本实施例中，透光膜本体10可采用pet(polyethyleneterephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯)材料、pc(polycarbonate，聚碳酸脂)材料或者pmma(polymethylmethacrylate，聚甲基丙烯酸甲脂)材料中的任意一种制作而成，本实施例中，透光膜本体10的折射率n大于空气的折射率n＇，其中，空气的折射率n＇近似等于1，对透光膜本体10的折射率n的具体数值不作限制，例如，透光膜本体10的折射率n可介于1.4至1.6之间。

具体地，出光面102设置阵列排布的凹曲面结构，在透光膜本体10的出光面102形成凹透镜型结构，根据凹透镜的光学特性，光线透过透光膜本体10时，会发生扩散，影响光线的扩散角度的因素包括：凹曲面结构表面的曲率半径r、光源与透光膜本体10之间的间距d及光源的发光角度。

参考图1所示，定义透光膜本体10的光轴为k-k＇，以光源设置于光轴k-k＇上为例，对透光膜本体10的扩散性能进行说明，其中，m点为光源位置，光源m发出的光线为入射光线，经过透光膜本体10折射作用后发出的光线为出射光线；p点为入射光线与透光膜本体10的交点，在本实施例中，透光膜本体10的厚度低于1毫米，可采用位于出射面的表面的p点表示入射光线与透光膜本体10的交点；o为设于出光面102的凹曲面结构的圆心；h为p点至光轴k-k＇的间距；α为入射光线与光轴k-k＇的夹角；d为光源至透光膜本体10的入光面101的间距，其中，可用光源位置m点与入射光线与透光膜本体10的交点p沿光轴k-k＇延伸方向的间距d，表示光源至透光膜本体10的入光面101的间距；θ为凹曲面结构表面p点处的法线与光轴k-k＇的夹角；r为凹曲面结构表面的曲率半径；i为入射光线与p点处的法线的夹角，即入射角；i＇为出射光线与p点处的法线的夹角，即出射角，定义出射光线与光轴k-k＇的夹角为扩散角度γ，若已知凹曲面结构表面的曲率半径r、光源与透光膜本体10之间的间距d及光源的发光角度，则可依次按照如下所示的公式一至公式七进行计算，得到出射光线的扩散角度γ：

参照图1，入射光线与光轴k-k＇的夹角α、p点至光轴k-k＇的间距h及光源至透光膜本体10的入光面101的间距d之间，满足下式：

h＝d*tan(α)(公式一)

又，参照图1，p点处的法线与光轴k-k＇的夹角θ、p点至光轴k-k＇的间距h及入射光线与凹曲面结构表面的曲率半径r之间，满足下式：

根据公式一和公式二，可得：

又，参照图1，入射光线与光轴k-k＇的夹角α、p点处的法线与光轴k-k＇的夹角θ及入射光线与p点处的法线的夹角i之间，满足下式：

i＝α+θ(公式四)

根据折射率特性，可知：

n*sini＝n＇*sini＇(公式五)

根据公式五，可得

又

γ＝i＇-α(公式七)

将公式三、公式四及公式六代入公式七，经过计算，可得出射光线的扩散角度γ。

示例性地，定义透光膜本体10的折射率n等于1.56，空气的折射率n＇等于1，凹曲面结构表面的曲率半径r等于10毫米，光源与透光膜本体10之间的间距d等于5毫米，光源的发光角度等于30度，即入射光线与光轴k-k＇的夹角α等于15度，将对应参数代入公式三，计算得到p点处的法线与光轴k-k＇的夹角θ等于7.7°，将该计算结果及对应参数代入公式四，计算得到入射光线与p点处的法线的夹角i等于22.7°，将该计算结果代入公示六，计算得到出射光线与p点处的法线的夹角i＇等于37°，将计算结果代入公式七，计算得到出射光线的扩散角度γ等于22°。

由此，通过调整凹曲面结构表面的曲率半径r、光源与透光膜本体10之间的间距d及光源的发光角度，可调整补光光源02的出射光线的扩散角度γ，使得出射光线的扩散角度γ满足预设补光光线角度需求。

本实施例中，出光面102的多个凹曲面结构可采用相同或者不相同的曲率半径r，对此不作限制。

由此，本实用新型实施例提供的补光装置，设置透光膜结构，该透光膜结构设置透光膜本体，透光膜本体的折射率大于空气的折射率，透光膜本体的出光面设有阵列排布的多个凹曲面结构，该凹曲面结构用于调节补光光源的出射光线的扩散角度，增大出射光线与入射光线之间的偏向角，有利于放大光线的扩散角度，实现大角度配光，曲面结构表面结构紧凑，使用方便，将该透光膜结构与补光光源配合使用，改善补光效果。

图2是本实用新型实施例一提供的一种透光膜结构的结构示意图。图3是图2的侧视图。

可选地，结合图1至图3所示，凹曲面结构的纵向剖面呈圆形结构或者椭圆形结构。

具体地，参考图1至图3所示，若凹曲面结构的纵向剖面呈圆形结构，则曲面结构的凹曲面表面的各个点具有相同的曲率半径r，透光膜结构10的出光面形成凹透镜结构，入射光线与透光膜本体10的交点p处的曲率半径r等于该圆形结构的半径，可将该曲率半径r代入上述公式三，计算光线的扩散角度；若凹曲面结构的纵向剖面呈椭圆形结构，则曲面结构的凹曲面表面的曲率半径不相同，透光膜结构10的出光面形成凹透镜结构，定义入射光线与透光膜本体10的交点p处的曲率半径为r＇，r＇由该椭圆形结构的长轴长度、短轴长度及交点p的具体位置决定，可将该曲率半径r＇代入上述公式三，计算光线的扩散角度，规则的凹曲面结构有利于扩散效果的验证，简化试验测试复杂度。

应当理解的是，凹曲面结构的纵向剖面还可呈不规则弧形结构，同样可以达到增大出射光线与入射光线之间的偏向角的目的，有利于放大光线的扩散角度，实现大角度配光。

参考图2和图3所示，多个凹曲面结构具有相同的曲率半径。

具体地，可设置多个凹曲面结构为相同的曲面结构，按照相同的排列规则对曲面结构进行阵列排布设置，使得透光膜结构10的出光面形成蜂窝状结构的凹曲面，简化制备工艺，出光均匀，有利于改善光线扩散效果。当然，凹曲面结构的曲率半径也可设置为不相等，对此不做限制。

图4是本实用新型实施例一提供的另一种透光膜结构的结构示意图。图5是图4的剖面图。本实施例中，适用于透光膜本体与透光基板结合使用的应用场景。

可选地，如图4和图5所示，透光膜结构01还包括：透光基板20，透光基板20固定于透光膜本体10的入光面101，透光基板20用于透射入射光线。

其中，透光基板20的透过率大于80％，透光基板20的折射率大于空气的折射率，入射光线透射穿过透光基板20，出射光线的折射角大于入射光线的折射角，透光基板20对入射光线进行初步扩散，初步扩散后的光线进入透光膜本体10发生二次扩散，有利于放大光线的扩散角度，实现大角度配光。

可选地，透光基板20包括：透红外光学塑料基板、透白光光学塑料基板或者玻璃基板中的任意一种，透红外光学塑料基板用于透射红外入射光线；透白光光学塑料基板用于透射可见光入射光线；玻璃基板用于透射全波段入射光线。

具体地，透光基板20的材料与透光膜本体10的应用场景有关，若将透光膜本体10应用于对红外光源进行扩散的应用场景，则设置透光膜本体10与透红外光学塑料基板结合使用，可以增强扩散作用，同时有利于提高红外光线的透过率，降低光线的反射和散射现象，提高光能利用率；若将透光膜本体10应用于对可见光源进行扩散的应用场景，则设置透光膜本体10与透白光光学塑料基板或者玻璃基板结合使用，可以增强扩散作用，提高光线的透过率，降低边缘区域的能量浪费，有利于提高光能利用率，减小对光源的发光角度的要求。

可选地，如图4和图5所示，透光基板20与入光面101之间填充封装胶材料30，封装胶材料30用于将透光基板20固定于透光膜本体10的入光面101。

其中，封装胶材料30可为uv(ultravioletrays，紫外光线)固化胶。

具体地，可将封装胶材料30涂敷于透光膜本体10的入光面101，通过封装胶材料30与透光基板20贴合，再通过工装进行压紧去除气泡，实现透光膜本体10与透光基板20的无缝隙贴合，减少气泡对光线的影响，出光均匀，有利于改善光线扩散效果。

图6是本实用新型实施例一提供的又一种透光膜结构的结构示意图。

可选地，参考图6所示，透光膜本体10呈圆形结构，圆形结构的直径尺寸与补光光源02的发光角度相匹配。

具体地，若定义补光光源02与透光膜本体10的间距为d＂，补光光源02的最大发光角度等于2α＂，则可设置透光膜本体10的直径尺寸等于d＂*tan(α＂)。

图7是本实用新型实施例一提供的又一种透光膜结构的结构示意图。

可选地，参考图7所示，透光膜本体10呈环形结构，环形结构的外径尺寸与补光光源02的发光角度相匹配。

在本实施例中，透光膜本体10与透光基板20贴合使用，在环形结构的中空区域不设置透光膜本体10，透光基板20可对补光光源02发出的补光光线进行扩散，使用透光膜本体10对补光光源02的边缘光线进行扩散，可以减小边缘能量浪费。

具体地，若定义补光光源02与透光膜本体10的间距为d＂，补光光源02的最大发光角度等于2α＂，则可设置透光膜本体10的外径尺寸等于d＂*tan(α＂)。

可选地，补光光源02包括：红外补光灯或者白光补光灯中的一种或者多种组合，补光光源02的类型与透光基板20的类型相匹配。

本实施例中，红外补光灯适用于对环境光照度不足的应用场景进行补光；白光补光灯适用于对环境光照度充足的应用场景进行补光。

图8a是本实用新型实施例一提供的一种补光光源的配光曲线示意图；图8b是图8a所示的补光光源扩散后的的配光曲线示意图。

参考图8a和图8b所示，图8a中的补光光源为裸光源，不对补光光源进行配光处理，设置上述透光膜结构01对裸光源进行扩散，根据图8a和图8b所示的补光光源在空间各个方向的光强i的分布可知，扩束后的光线的发光角度大于裸光源的发光角度。

由此，本实用新型实施例提供的补光装置，设置透光膜结构，该透光膜结构设置透光膜本体，透光膜本体的折射率大于空气的折射率，透光膜本体的出光面设有阵列排布的多个凹曲面结构，该凹曲面结构用于调节出射光线的扩散角度，增大出射光线与入射光线之间的偏向角，提高光能利用率，有利于放大补光光源的补光角度，实现大角度配光，改善补光效果，结构紧凑，使用方便，有利于减少设备尺寸。

实施例二

本实用新型实施例二还提供了一种监控设备。图9是本实用新型实施例二提供的一种监控设备的结构示意图，本实施例中，监控设备可包括摄像机或者其他视频监控设备。

如图9所示，该监控设备200包括：摄像视窗201、补光视窗202及上述补光装置100，补光装置100设置于补光视窗202。

示例性地，监控设备200可包括海螺摄像机，摄像视窗201及补光视窗202设置于海螺摄像机的壳体表面，壳体呈海螺型结构，结构紧凑，在保证监控视场角不变的前提下，视窗尺寸小于常规视窗。

具体地，可将补光装置100的补光光源设置于补光视窗202内，将透光膜结构贴合设置于补光视窗202的视窗玻璃，使得透光膜结构的入射面朝向补光光源，透光膜结构的出射面背离补光光源。

可选地，补光视窗202的尺寸小于或者等于摄像视窗201的尺寸。

具体地，补光装置100对补光光源的发光角度进行扩散，在保证补光角度不变的要求下，可以相对减小补光光源的尺寸，进而减小补光视窗202的尺寸，减小监控设备200的整体结构的尺寸。

本实用新型实施例提供的监控设备，设置具有透光膜结构的补光装置，该透光膜结构设置透光膜本体，透光膜本体的折射率大于空气的折射率，透光膜本体的出光面设有阵列排布的多个凹曲面结构，该凹曲面结构用于调节出射光线的扩散角度，增大出射光线与入射光线之间的偏向角，提高光能利用率，有利于放大补光光源的补光角度，实现大角度配光，改善补光效果，结构紧凑，使用方便，有利于减小设备尺寸，实现监控设备小型化。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。