点阵式红外技术及发展趋势

点阵式红外技术及发展趋势

一、红外夜视发光元器件的发展

随着技术的进步，红外夜视使用的发光元器件也在不断更新。以进入市场时间先后来分，可用三代元器件做表述：

1、**代：传统LED灯

安防市场对夜视的需求在过去的5-6年中急剧扩大，但几乎99%的夜视产品都是采用“主动红外技术”，它是一种主动发出红外光，人眼看不见而摄像头可看到的技术。而大家采用的发光元器件清一色都是“发光二极管”，又称LED（Light Emission Diode）。它是目前使用较普遍的红外发光元器件，几乎占有95%以上的市场，但品质参差不齐，所以价格差异也大，每颗LED灯从人民币3角到1元不等。

但由于：1）传统LED散热处理不良，造成周遭温度太高而影响附近电子元器件的寿命（如摄像机板，控制电路板等）。

2）较为人垢病的是它的光衰减太快，一般不到一年就看不清夜视画面了。传统LED用“环氧树脂”（Epoxy）进行封装，但“环氧树脂”遇热后会产生断裂，随着时间长了，断裂面就愈来愈多，我们可以在显微镜下看下它明显的断裂面（请参考附图1、2所示）。红外光线通过每个断裂面时，有部分光穿过了，也有部分光折射回头了，而剩余的光线再次遇到下一个断裂面时，又会发生折射，通过的断裂面愈多则折射回头的光就愈多，出去的光就愈少。这就是为什么传统LED灯光衰减快、寿命短的主要原因。若改采用其它不断裂材料（如硅胶Silicon）取代环氧树脂，则其生产成本将**过现在的数十倍以上，从而*失去了市场竞争力。 

2、*二代：阵列式集成红外光源

它集成了多颗红外发光芯片在一个小范围内，并作了“热电分离”处理，使得整个零件能置于任意大小、任意形状的散热体上，从而解决了散热问题，不再会由于高温而伤害了周遭其它电子元器件。又由于使用的硅胶(Silicon)封装，材料不断裂而较大的减少了光衰减，寿命较传统LED灯长了5-10倍。但：

1、阵列式集成红外光源的价格较传统LED灯高出甚多。

2、为了配合摄像机镜头的角度而使用透镜来缩小送光角度时，无可避免的有许多发光点偏离了透镜的*（俗称：偏心现象）而造成送光效率不佳，以致相较于相同功率的传统LED灯而言，“不够亮”是其缺点。

3、*三代：点阵式红外光源

2009年，赛博优讯**的*三代 “点阵式红外光源”， 以*特的封装技术将新红外光源18个月内的光衰控制在10%以内，电光转化效能较**代、*二代使用的三元晶片高出50%以上，降低了功耗，使用寿命是激光红外与传统红外的5倍以上，散热性能良好，质量等级高。*三代 “点阵式红外光源”出色地解决了**代传统红外LED和*二代阵列式红外灯热量过大和亮度不足的问题，从而避免了传统红外LED灯在使用三个月后便出现光衰减的现象产生，而且大幅缩小了产品的体积。亦即在相同相同发光功率下，单颗点阵式红外光源相当于40颗传统∮8 LED灯的光亮度，或换一种说法：单颗点阵式在体积小于传统∮8 LED灯下，其发光功率好比传统红外LED灯的5倍光亮度。

它既有*二代体积小，散热处理好，寿命长的优势，又解决了因偏心现象而不够亮的缺点，价格更接近或低于传统LED。这是集**代、*二代优点于一身，并*避免了两者缺陷的较新一代红外光源。试想：有谁愿用约略相同的价格去买1/5或1/10寿命的产品？

二、点阵式红外光源产品特点
（1）不再以封装的晶片数量为标准；

特殊的“长晶工艺”，特殊的“晶片结构”，特殊的“封装技术”，颠覆了传统的红外产品的亮度标准。10年前，在一定的摄象机条件下，若识别距离要求 

达到50米，普通的**红外灯至少需要60颗24MIL，体积很大，约 40，寿命较长1年；阵列式集成红外光源产品诞生后，仍然是60颗24MIL，但体积已经1，寿命5-10倍于传统LED；而今，只需要1颗42MIL，体积更小，寿命更长，识别距离可达到80米。追根究底，奥妙在于该晶片的光电转换效率较高，是世面上普通阵列式红外灯的两倍以上。正因为如此，由采用该晶片组装的产品，热量较小，寿命更长。
（2）不再以封装的Mil数为标准；
（3）不再以输入/输出的功率为标准。

人们以红外芯片的点数来区别红外灯的强弱、亮暗。之后，由于芯片大小不同而功率不同，就改以输入功率的大小来区别红外灯的强弱、亮暗。但以输入功率来区分亮暗，须以芯片的“发光效率“（efficiency）相同为前题。以往，确实各厂牌芯片发光的“发光效率“略同，以致如此的亮暗比较方法并不存在争议，但在本公司新推出的高有效率红外芯片问世后，人们将只能以光学输出（mW）来区别红外灯的强弱、亮暗了。

赛博优讯研发的芯片，从较上游的特殊长晶方法到之后的热电分离的封装技术，使我们的发光元器件大大优于传统红外发光LED，也突破了大家认定多时的“发光效率“（efficiency），从而减少了发热。这样，在相同的亮度下，除了功耗小外，由于热量不大所需的散热体就小了，可使整体产品的体积变得更小，更重要的是由于温度不高，它对周遭其他的电子元器件的伤害也就不存在了。

三、****智能红外技术：“可改变角度红外灯”

点阵式红外光源的成功研发无疑是安防夜视监控技术的一大重要突破，当所有人开始关注点阵式光源的使用时，赛博作为红外夜视技术的**研发机构，再次将红外技术推到另一高峰，并运用点阵式红外光源“小巧”的特性，研发出点阵式光源的升级版（俗称三代半红外光源），红外送光距离更远，光电转化效能更高，寿命更长，光亮度甚至提升到*三代点阵式光源的1.5倍。

赛博优讯**停止过对红外夜视技术的研发及**，三代半红外光源的成功面世，让多年来“可改变角度红外灯”的不可能变成现实。

为了满足市场需求----既要能看得远，又要能在镜头广角时不出现“手电筒效应”，还得使近处目标不要因为过度曝光产生泛白现象而看不清。较经济有效的方法就是运用可改变角度的送光方式。在远处，小角度将能量集中不浪费，在近处，张大角度避免手电筒效应。所以“智能变焦红外灯”一直是业界多年来许多*试图努力开发的产品。

1、设计构想

此前，所有夜视红外灯皆使用固定角度的光源，一般是在10°～30°之间。但夜间红外灯配合一体机使用时，在远处较长焦的镜头视角往往在3°～4°左右，若以配以常用的15°角红外灯为例，几乎93.1%的红外光都在视线之外，*看不到用不上，若为照顾近距离监控而用更大角度的红外灯时，则浪费的红外光更多。 

纵使考虑到发光元器件的光能量分布不均匀的因素在内，也有约70%的红外光浪费了。另一方面，使用固定角度的光源，当一体机的镜头变到大角度时（如4mm，6mm，8mm），监视屏上会出现“手电筒效应“。以上充分说明了“固定角度”红外灯在应用上的缺陷，因此而有了研发“可变角度红外灯”的构想。

2、实施原理

众所周知，若置“点光源”于凹面反射镜焦点轴上前后移动，光线透过凹面镜反射出的角度就会发生大小变化，有如我们平时熟知的手电筒光束改变角度的原理一样，这也就是智能变焦红外灯实施变焦的原理。

但这理论仅适用于“点”光源而不能用在“多点“或“面”光源上。传统LED红外灯为多点光源，因而难使用此原理实现改变角度，而赛博公司使用的点阵式红外光源为高度集成的光源，发光面积极小，相对于合适大小的凹面镜而言，可视为点光源。

3、达到效果

以大家熟知的Sony480一体机做实验，不论坊间其他红外灯声称能“看”多远，但搭配Sony480一体机在光学18倍（73.8mm）时，绝少有一款红外灯能将室外70米之外的人、物自动聚焦清晰，而赛博公司的“智能变焦红外灯”（功率约为22.5W）搭配Sony480一体机可在室外150米处将人、物清晰自动聚焦。这说明了它在远处的亮度远远大于坊间其他红外灯。

按前述计算得知，我们将浪费而没有用上的93.1%红外光收集起来照射在150米处的物体上，原本22.5W功率在4°角时几乎相当于近200W 15°固定角的红外灯。同时，在大于6mm镜头视角时不出现“手电筒”效应。由于红外灯张大角度时把红外能量散开，使得近处目标物不会因为过度曝光产生泛白现象而看不清。

4、技术难点

1、为了能使尽可能的远处照亮，必需要能发出尽可能大功率的红外光。故大功率零件的开发是**的。

2、发光面积需小到相对于反光碗而言能视为点光源。

3、红外光单点20W的芯片目前不存在，即便存在也不易处理散热，故现阶段采用的光源必为多点集成。而多点集成光源在特定距离时会“成像”，因而造成画面不均匀，需克服并消除“成像现象”。

4、机械结构设计要能**移动的部件在长期使用下不故障。

赛博优讯成功地将三代半红外光源的红外亮度强、送光远、光电转化效能高、寿命长的优势发挥得**，结合全新的市场策略，推出市场期待已久的智能变焦红外灯，亦即“可改变角度红外灯”。

目前，采用“可改变角度红外灯”技术的产品已置入计算软件功能，可配合多数市面上不同**的一体机使用。随着一体机镜头视角的改变，智能地跟着改变送光角度自4°～45°之间，当然，也可配合使用两可变或三可变镜头，其夜视距离更能达到数百米之远。

相信它是目前世界上一能做到**长距离夜视的智能红外灯，能替工程商解决长距离夜视的较佳方案。赛博优讯将此技术运用到高速球机上，生产了小体积长距离的“红外变焦高速球”，该产品在2010年3月份即将上市，并已申请了地区**。

四、未来预告

赛博优讯一直专注于红外夜视技术的研发，从1998年赛博优讯核心研发团队集合美国、中国大陆、中国台湾三地的研发力量，成功在美国德州达拉斯市的研究室，研发出针对解决传统红外LED缺陷的*二代阵列集成技术，并在2003年将*二代阵列集成光源从美国引入中国国内生产。

再到2009年，赛博优讯推出颠覆传统LED光源的*三代点阵光源及成功将三代半升级版点阵光源应用于“红外变焦高速球”。

现在赛博优讯不曾停止对更新技术的追求，在不久的将来2011年11月赛博优讯将会将仍在实验室处于调试和测控状态的*四代红外光源，正式投入应用，势必给红外摄像机夜间监控带来全新的景象。