本实用新型涉及视频监控技术领域，特别是涉及一种LED光源和具有其的监控设备及其镜头组件。
背景技术：
现在的安防监控设备绝大部分都带有补光灯，用于在环境比较暗的情况下，使用该补光灯进行补光，使得监控中的画面能够清晰地成像。目前，监控设备中使用的补光方案主要有如下两种：一种方案是使用不同角度的插件灯，对摄像机进行补光，这种方案达到的效果如图1示意出来地，镜头监控范围B呈现为矩形，而补光灯的补光辐照范围A呈现为椭圆形，补光辐照范围面积远远大于摄像机监控范围；另一种方案是使用大功率红外LED光源，加上一个二次透镜，来改变红外灯的出光角度，使之能够与摄像机的视场角匹配。但是这种补光范围仍然呈圆形，补光辐照范围面积远远大于摄像机监控范围，这样会造成很多光利用率不高。
因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷中的至少一个。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种LED光源来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷中的至少一个。
为实现上述目的，本实用新型提供一种LED光源，所述LED光源包括发光元件和布置在所述发光元件的光线辐照路径上的透镜，所述透镜的形状被构造成经由所述透镜出射的光线辐照区域呈矩形。
进一步地，所述LED光源还包括基板，所述发光元件安装在所述基板上；所述透镜在所述基板的投影区域的形状呈“中心对称及轴对称”状。
进一步地，所述透镜在所述基板的投影区域的形状为椭圆形。
进一步地，所述LED光源还包括光反射罩，所述光反射罩的一端安装在所述基板上，且罩设在所述发光元件外，所述光反射罩的另一端安装所述透镜，所述透镜、基板和光反射罩共同限定容置所述发光元件的密封空间，所述光反射罩的内反射表面的口径从所述基板指向所述透镜的方向逐渐增大，所述内反射表面与所述基板之间的角度与所述LED光源中的透镜的折射率和曲率相匹配，使经由所述透镜出射的光线辐照区域呈矩形。
进一步地，所述发光元件为尺寸范围在14mil至30mil的发光芯片。
本实用新型还提供一种监控设备的镜头组件，包括镜头和临近所述镜头设置的补光灯，所述补光灯为如上所述的LED光源。
进一步地，经由所述LED光源中的透镜出射的光线辐照区域面积与所述镜头的监控范围相匹配。
本实用新型还提供一种监控设备，包括外壳及内置于所述外壳中的镜头组件，所述镜头组件为如上所述的LED光源。
进一步地，所述LED光源安装在灯板上，并通过导线由主板供电。
本实用新型能够形成矩形的光线辐照区域，与监控设备的矩形监控范围相匹配，从而提高补光灯的利用范围。
附图说明
图1是采用现有技术的监控设备中的补光灯的补光辐照范围与镜头监控范围的对比示意图。
图2是根据本实用新型所提供的LED光源一实施例的结构示意图。
图3a是图2中的LED光源的俯视图。
图3b是图3a中的LED光源的补光辐照范围示意图。
图4是采用图2中的LED光源的补光辐照范围与镜头监控范围的对比示意图。
图5是具有图2中的LED光源的监控设备一实施例的结构示意图。
附图标记：
具体实施方式
在附图中，使用相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。
在本实用新型的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
如图2所示，本实施例所提供的LED光源110包括发光元件111和布置在发光元件111的光线辐照路径上的透镜112，透镜112的形状被构造成经由透镜112出射的光线辐照区域呈矩形(如图3b所示)，再将矩形的光线辐照区域与监控设备的矩形监控范围相匹配，这样补光灯的利用范围比圆形的光线辐照区域将会有显著提高。
在一个实施例中，LED光源110还包括基板113，发光元件111安装在基板113上。透镜112在基板113的投影区域具有中心对称性及轴对称性(如图3a所示)。
在一个实施例中，透镜112在基板113的投影区域的形状为椭圆形。
在一个实施例中，LED光源110还包括光反射罩114，光反射罩114的一端安装在基板113上，且罩设在发光元件111外，光反射罩114的另一端安装透镜112，透镜112、基板113和光反射罩114共同限定容置发光元件111的密封空间。光反射罩114的内反射表面S的口径从基板113指向透镜112的方向逐渐增大，内反射表面S和基板113之间的角度e与LED光源110中的透镜112的折射率、LED光源110中的透镜112的曲率相匹配，使经由透镜112出射的光线辐照区域呈矩形。
透镜112的曲率包括水平截面曲线的曲率、竖直截面曲线的曲率和对角截面曲线的曲率。如图3a所示，由于透镜112为曲面立体结构，且厚度较薄，因此透镜112的截面可以视为曲线，那么图中的“水平截面曲线h”可以理解为透镜112沿水平方向的截面曲线，“竖直截面曲线v”可以理解为透镜112沿竖直(与“水平”垂直)方向的截面曲线，“对角截面曲线o”可以理解为透镜112沿与水平方向或竖直方向夹角为45度的平面方向的截面曲线。
在介绍上述实施例的工作原理之前，首先介绍监控设备的监控区域的视场角，该视场角包括水平视场角、竖直(与“水平”垂直)视场角和对角视场角，其中：“水平视场角”是监控设备的镜头所看到的范围在水平方向的角度，“竖直视场角”是监控设备的镜头所看到的范围在竖直方向的角度，“对角视场角”是监控设备的镜头所看到的范围在对角方向的角度。现有技术中的监控设备的视场角的监控区域基本呈矩形。
下面详细介绍利用上述实施例的LED光源110，获得矩形光线辐照区域的工作原理。
结合图2、图3a和图3b，首先，调整监控设备的水平监控范围，利用光学的折反射原理，求得合适的透镜112的曲面，使得LED光源110发出的入射光线将经过如图2示出的两条路径：
路径一，LED光源110发出的出射角a较小的入射光线直接经由透镜112的折射后出射。
路径二，LED光源110发出的出射角a较大的入射光线先入射到光反射罩114的内反射表面S，经过内反射表面S的反射，再经由透镜112的折射后出射，图2中示出了入射角c、出射角d和出射光线与竖直方向的夹角b。
上述的入射光线和出射光线遵循映射关系：b＝f(a)。此外，根据折射定律，可得n1*sin(c)＝n2*sin(d)，其中，n1为透镜的折射率，n2为空气的折射率。通过映射关系以及折射定律可以得出一个常微分方程，利用数值算法以及NURBS曲线拟合，可以最终得到透镜112在水平视场角方向上的截面曲线(前文的“水平截面曲线”)，也就是说，经由路径一的透镜112的出射光线在水平方向上的光分布由透镜112的水平截面曲线的曲率来控制。
而经由路径二的透镜112的出射光线首先经过内反射表面S的反射，再再经由透镜112的折射输出。可以通过调整内反射表面S与基板113之间的角度e来控制经由路径二的透镜112的出射光线的出光方向，从而满足所需的出射光分布。
然后，调整监控设备的竖直监控范围和对角监控范围，LED光源110的出射光线的分布(光线辐照区域)的控制方法与上述给出的方法相同，在此不再赘述。
最后，通过将上述3个方面的曲面的合并拟合，如果有必要可以多增加几个方向的曲面(如图3a中细实线所标识的方向，划分的份数越多最终的光分布越接近矩形分布(如图3b所示))，最终形成一个自由曲面的透镜。最终的透镜112的俯视图如图3a所示，透镜112在基板113的投影区域的形状呈“中心对称及轴对称”状，类似于椭圆形状。
因此，通过上述控制方法便可以将LED光源110的出射光线的分布(光线辐照区域)呈矩形，甚至与监控设备的视场角的监控区域完全匹配或相同(如图4所示，B是监控设备的视场角的监控区域，C是LED光源110的出射光线的分布)，因此有利于提高LED光源110作为补光灯的利用范围。
在一个实施例中，发光元件111为尺寸范围在14mil至30mil(mil(中文译音:密耳),即千分之一英寸)的发光芯片。
本实用新型还提供一种监控设备100的镜头组件，所述镜头组件包括镜头120和临近镜头120设置的补光灯，所述补光灯为上述各实施例中所述的LED光源110。监控设备100实质上是摄像机。
在一个实施例中，经由LED光源110中的透镜112出射的光线辐照区域面积与镜头120的监控范围相匹配。本实施例中的LED光源110主要用在监控设备100中与镜头120配合使用，如图5所示。LED光源110安装在镜头120组边上，根据不同视场角的镜头搭配与之相应发光角度的LED光源。LED光源110通过灯板130和导线140与主板150相连。根据不同的使用场景，可以搭配不同角度以及不同数量的LED光源。由于不需要额外的透镜，所以使用本实用新型LED光源不仅可以压缩结构空间，还能节省成本，同时还能提高光效。
在一个实施例中，一般情况下，灯板130的法线方向与镜头120的光轴的方向平行。还可以将灯板130设置为其法线方向可调节，以在某些特殊情况下，通过调节灯板130的法线方向来使得辐照范围覆盖监控范围。
本实用新型还提供一种监控设备100，监控设备100包括外壳及内置于所述外壳中的镜头组件，所述镜头组件为上述各实施例中所述的LED光源110。
在一个实施例中，LED光源110安装在灯板130上，并通过导线140由主板150供电。
本实用新型通过利用光反射罩114和透镜112，使用尺寸范围为14mil-30mil的发光芯片，利用光反射罩114的内反射表面S和透镜112的曲面，实现不同方向的不同的出光角度，之后再拟合得到矩形出光角度，从而提高补光在监控设备中的利用率，从而使整个监控画面在相同光功率的补光情况下，画面亮度更亮，监控距离更远。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制。本领域的普通技术人员应当理解：可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。