浅析几种红外光源的比较与选择

浅析几种红外光源的比较与选择

近年来，人们对电视监控系统工程的要求愈来愈规范、愈来愈高。不但要求白天可见光照明监控，而且要求夜间隐蔽性监控。传统的照明灯光经常会引起别人的注意，提醒入侵者“装有电视监控统”,或者会影响周围的住户，而安装红外光源则不存在这些问题。普通可见光的波长是380nm~780nm，而红外光是一种波长大于780nm的不可见光。

一般，产生这种红外光的方法有三种：

1、直接使用白炽灯或氙灯发出的红外光，即在这两种灯上安装可见光滤镜，即滤去可见光，

只让看不见的红外射线射出；

2、使用红外发光二极管LED或LED阵列来产生红外光。这种器件是通过半导体中的电子与

空穴复合来产生红外光的；

3、使用红外激光二极管LD，也可作红外光源。但它要把处于较低能态的电子激发或泵浦到

较高能态上去，通过大量粒子分布反转、共振而维持受激辐射。

前两种方法都能生成或窄或宽的光束。在使用对红外线较为敏感的摄像机，如固态CCD或CMOS摄像机、低照度增强型摄像机观察场景时，可以获得质量相当高的图像。

第三种光源的光束细而强，要照亮一定范围的场景，需要通过扩束镜头扩束。这种光源在安防市场资料上还未见报导，目前多用于1km以上距离监控场景的夜视照明。

下面将简介这三种红外光源的原理、特性，以及它们的比较与使用选择，供设计与使用者参

考。

通常，物体在温度较低时产生的热辐射全部是红外光，所以人眼不能直接观察到。当加热到5000C时，才会产生暗红色的可见光，随着温度的上升，光变得更亮更白。在热辐射光源中通过加热灯丝来维持它的温度，供辐射继续不断地进行。辐射体在不同加热温度时，辐射的峰值波长是不同的，其光谱能量分布也不同。根据以上原理，经特殊设计和工艺制成的红外

灯泡，其红外光成分最高可达92～95%。

红外灯泡最大的优点是可制成比较大的功率和辐照角度，因此照射的距离远。其最大不足之处是包含可见光成份，即有红暴，且使用寿命短。如果每天工作10小时，5000小时只能使用一年多，若考虑散热不够，寿命还要短。为提高热辐射红外灯的寿命，采用了光控开关电

路，以减小其工作时间。此外，还增加了延时开关电路以防环境光干扰。

一般，氙灯和白炽灯可以照亮距离摄像机一百多米外的场景，因此，在其前端配一个只让红外线通过的滤镜，完全可以为隐蔽式电视监控系统提供足够的红外射线。由于这种热红外光源要消耗大量的能量，产生大量的热，所以这种光源需要配备特制的散热器或空气冷却设备，

才可以使其能够持续工作。

另外，还有一种特别高效的配置，它使用卤钨灯作为系统的光源，同时还使用了一种独特的滤光和冷却技术。这套照明系统中装有薄漠式双向光学涂层（光束分割器）和滤光器，它可以将近红外光传到灯的前面，以形成红外光束；而可见光和远红外光则被挡回灯的后部，并在那里被外壳吸收。外壳是一个高效的散热器，可以很快地将产生的热量散走。这种系统可以在高温环境中连续工作，而不需要配备专门的冷气扇。

此外，还可使用抛物面形镀铝反射器PAR 56密封卤钨灯泡，作出500瓦红外光源。这种PAR 56灯的灯丝在约为3000K的温度下工作，其平均使用寿命为2000~4000小时（取决于工作时的温度）。反射器内表面上双向光学涂层和前折射镜头，是由多层二氧化硅和二氧化钛构成的。除干涉滤镜外，在卤钨灯和镜头涂层之间，还有一个石英基的屏蔽层——“冷镜”，以控制灯丝发出的可见光。灯和前镜头之间有一个可见光吸收滤镜，它对波长小于780nm 的光线（包括全部的可见光部分），且传输率只有0.1%。整个系统的滤光效果可以保证只有红外线才能离开灯的前表面，而可见光和长波红光就无法射出。因此，人的眼睛根本就看不到这种灯具所发出的光。热红外光源照明系统，通过配用不同的前镜头，可以发出用于覆盖较大范围场景的宽光束或用于观察远处目标的聚光光束等不同形状的光束，以适应现场的具体需要。表1列举了常用红外灯的类型，以及它们的水平和垂直光束角。光束角最窄可以

达到10度，最宽则可以达到60度。

表1 红外光源的光束角

光源的类别灯的种类输入功率及电压光束角（度）照射距离（m）

宽泛光灯带滤镜的卤钨白炽灯 100W 水平60/垂直60 9.1

聚光灯带滤镜的卤钨白炽灯 100W 水平10/垂直10 61.0

宽泛光灯带滤镜的卤钨白炽灯 500W 水平40/垂直16 27.4

聚光灯带滤镜的卤钨白炽灯 500W 水平12/垂直8 137.2

泛光灯带滤镜的弧氙灯 400W、交流 40 152.4

聚光灯带滤镜的短弧氙灯 400W、交流 12 457.2

泛光灯发光二极管(TaAs) 50W（直流12V） 30 61.0

泛光灯发光二极管(TaAs) 8W（直流12V） 40 21.3

注：1、发光二极管发出的是850nm以上的不可见红外光；

2、卤钨灯和氙弧灯使用的滤镜是可见光阻隔滤镜。

红外发光二极管（LED）光源

LED是发光二极管（Light Emitting Diode）的简称，是一种注入式电致发光器件，它主要由P型和N型半导体材料组合而成。其结构示意如图1所示(见图1）。实际是将PN结管芯烧结在金属或陶瓷底座有引线的架子上，然后四周用起到保护内部芯线作用的环氧树脂密封

就可构成。

这种LED灯的发光原理是：在半导体发光二极管（LED）的PN结上加正向电压时，使电子和空穴载流子在结区相遇复合（结区变窄），其实质是电子从高能级的导带释放能量回到价带与空穴复合，这种把多余的能量以光子的形式释放出来，就把电能直接转换成了光能，即发

光。根据半导体物理中的公式

入＝ 1240/Eg (1)

式中，Eg为某半导体材料导带与价带之间的禁带宽度，其单位为电子伏特；入为波长，式中的单位为nm。当采用砷化镓半导体(当然也还有其他材料的半导体)时，其禁带宽度Eg，

决定它只能发出近红外光。

砷化镓LED的电源线共有两根，在加正向电压通电后，即会发出红外光，光线经过前端球形镜头的放大后就会射到场景中去。要想照亮一定距离的场景，常常需要几十、几百个LED 构成的平面式阵列。发光二极管阵列的发光量，是全部发光二极管发光量的总和。因此，可根据场景的情况，尤其距离的远近来配备LED的多少。各个发光二极管的红外光输出合并起来，就可以产生足够多的光线，使其足以照亮被监视的现场，从而使得固态CCD摄像机可以