一種用于公路隧道快速檢測的紅外補光燈的制作方法

本發明涉及汽車照明領域，尤其是涉及一種用于公路隧道快速檢測的紅外補光燈。

背景技術：

汽車紅外補光燈對于夜間行駛的汽車起著極為重要的作用，然而，紅外補光燈除了用于夜間行駛的汽車外，對于在公路隧道進行快速檢測也起著十分重要的作用。現有的紅外相機，快門速度一般為1/4000s，在這種速度下，若想滿足紅外補光的要求，紅外補光燈的輻射通量至少要是目前輸出水平的4倍。現有的市面上的紅外補光燈，多為了保證散熱而采用單芯片進行照明，這種照明方式使得只能通過提升紅外芯片的質量來提高照明強度，導致紅外補光燈的輸出通量大大受限，無法滿足對照明強度的需求。

技術實現要素：

本發明的目的是針對上述問題提供一種用于公路隧道快速檢測的紅外補光燈。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種用于公路隧道快速檢測的紅外補光燈，包括防水外殼和位于防水外殼內部的紅外燈陣，所述紅外燈陣包括鋁基板和至少3個在鋁基板上均勻排布的紅外燈具，所述紅外燈具包括大功率紅外封裝芯片和發光杯，所述大功率紅外封裝芯片和發光杯均位于鋁基板上，所述大功率紅外封裝芯片位于發光杯內部。

所述大功率紅外封裝芯片包括至少9個封裝為一體的紅外芯片，所述紅外芯片通過串聯和并聯形成正方形排布，所述紅外芯片的底部電極與鋁基板連接，所述紅外芯片的上部電極通過打線的方式與鋁基板連接。

所述紅外芯片的峰值波長為865nm。

所述紅外芯片的上部還覆蓋有藍寶石光學窗口。

所述紅外芯片的底部電極與鋁基板通過錫焊連接。

所述紅外燈具在鋁基板上的排布方式通過光環境仿真模擬確定。

所述鋁基板為熱阻值小于0.5的高導熱鋁基板。

所述鋁基板下方還設有條形鋁材散熱器，所述條形鋁材散熱器通過螺栓與鋁基板連接。

所述防水外殼包括玻璃蓋板、堵頭和彈簧墊圈，所述玻璃蓋板位于發光杯上部，所述堵頭分別與條形鋁材散熱器的兩端連接，所述彈簧墊圈位于鋁基板的螺栓孔上。

所述堵頭與條形鋁材散熱器之間還設有密封墊。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

(1)采用大功率紅外封裝芯片實現照明，與傳統的單芯片照明相比，大功率和國內外封裝芯片封裝了至少9個呈正方形排布的紅外芯片，無需提升紅外芯片的質量即可實現大功率照明，便于實現且節省成本，實用性能強。

(2)紅外芯片的峰值波長為865nm，可以避免出現730nm左右的光線來對駕駛員造成干擾。

(3)紅外芯片之間通過串聯和并聯形成正方形排布，且電極直接與鋁基板連接，無需填充硅膠，減少熱損失的同時也增強了散熱性能。

(4)紅外芯片的上部還覆蓋有藍寶石光學窗口，增加散熱的同時可以提高紅外出光效率。

(5)紅外芯片的底部電極與鋁基板通過錫焊連接，大大降低了熱阻，提升了芯片性能。

(6)紅外燈具在鋁基板上的排布方式通過光環境仿真模擬確定，使得紅外補光燈的照射范圍可以均勻的對隧道內部實現全覆蓋，實現光照均勻度的最優化。

(7)鋁基板采用熱阻值小于0.5的高導熱鋁基板，滿足局部大熱流散熱的需求。

(8)鋁基板下方還設有條形鋁材散熱器，通過螺栓與鋁基板連接，形成散熱一體化，進一步提升了燈具的散熱性能。

(9)通過玻璃蓋板、堵頭和彈簧墊圈組裝成防水外殼，保證了燈具具有良好的防塵防水性能，不易損壞。

(10)堵頭與條形鋁材散熱器之間還設有密封墊，進一步提高了燈具的防水性能。

附圖說明

圖1為本發明裝置的整體結構示意圖；

圖2為單個燈具的橫截面圖；

其中，1為堵頭，2為大功率紅外封裝芯片，3為發光杯，4為玻璃蓋板，5為彈簧墊圈，6為密封墊，7為條形鋁材散熱器。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。本實施例以本發明技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。

如圖1所示為本實施例中提供的一種用于公路隧道快速檢測的紅外補光燈，包括防水外殼和位于防水外殼內部的紅外燈陣，紅外燈陣包括鋁基板和至少3個在鋁基板上均勻排布的紅外燈具(如圖2所示)，紅外燈具包括大功率紅外封裝芯片2和發光杯3，大功率紅外封裝芯片2和發光杯3均位于鋁基板上，大功率紅外封裝芯片2位于發光杯3內部。

其中，大功率紅外封裝芯片2包括至少9個封裝為一體的紅外芯片，紅外芯片通過串聯和并聯形成正方形排布，紅外芯片的底部電極與鋁基板連接，紅外芯片的上部電極通過打線的方式與鋁基板連接。紅外芯片的峰值波長為865nm。紅外芯片的上部還覆蓋有藍寶石光學窗口。紅外芯片的底部電極與鋁基板通過錫焊連接。紅外燈具在鋁基板上的排布方式通過光環境仿真模擬確定。鋁基板為熱阻值小于0.5的高導熱鋁基板。鋁基板下方還設有條形鋁材散熱器7，條形鋁材散熱器7通過螺栓與鋁基板連接。防水外殼包括玻璃蓋板4、堵頭1和彈簧墊圈5，玻璃蓋板4位于發光杯3上部，堵頭1分別與條形鋁材散熱器7的兩端連接，所述彈簧墊圈5位于鋁基板的螺栓孔上。堵頭1與條形鋁材散熱器7之間還設有密封墊6。

根據上述思想設計滿足如下指標的紅外補光燈：單個燈具寬度在0.5米以內，照射寬度為2米；單個燈具在物距3.5米至7.5米的任意照射距離下，使被照面的照度均勻度(最低照度/最高照度)需達到95％以上；一次連續工作時間不超過1小時；對整個隧道斷面的照明通過燈陣的方式進行覆蓋，需解決相鄰燈光照明交界處的均勻度問題，以保證整個燈陣照射范圍內的均勻度也達到95％以上。

根據設計要求，本設計主要設計思路如下：采用高功率低熱阻的高密度光源(HPP)技術設計，實現類點光源模式，以便在7米距離上實現光投射；采用一體式光學反光杯設計，實現高的紅外光光效率系統；采用低熱阻大熱流散熱系統，滿足局部大熱流散熱要求；選擇865nm峰值波長的，避免出現730nm左右的光線干擾駕駛員；采用條形鋁型材結構，保持單燈的防塵防水性；每根條形燈采用獨立可調光電源控制，在裝配時，可根據照射區域要求進行獨立調節，使滿足整體光照效果；電源采取外置結構，方便維護。具體各部位的設計方法如下：

根據原紅外燈與拍攝結果顯示，初步判斷紅外燈的輻射通量至少是要目前輸出水平的4倍，才能在1/4000s條件下滿足要求。

(1)芯片封裝

芯片封裝原理及工藝：

采用高密度封裝技術，芯片采用3串3并結構。具體工藝如下：采用垂直結構紅外芯片，底部電極焊接在基板上，上部電極通過打線方式連接到基板。采用特殊工藝包括以下幾個方面：固晶采用錫焊工藝，大大降低熱阻；器件內部無硅膠填充，減少熱損失，增加散熱；采用藍寶石窗口取光機構(專利技術)，增加散熱同時提高紅外出光效率。

(2)反光杯設計

由于該紅外燈具在7米的遠端有較高的光照要求，所以需根據采用的器件設計窄光束光學系統。基于鏡面鋁對紅外線的高反射特性，本實施例將采用鋁反光杯來實現光學系統。反光杯直徑41mm，高度32mm，底部孔徑8mm，發光角度為10度，采用鋁沖壓后電鍍制備。

(3)亮度測試

利用試制的三組紅外芯片及反光杯樣品進行亮度測試，測試條件如下：照射距離為3.5米；照射對象為水泥材質測試板，大小為60cm*40cm；相機參數為光圈f4，增益20，曝光時間0.25ms。對采集的圖像進行灰度值提取，得到圖像平均灰度值為15.4，且燈光可照亮整個相機拍攝范圍。實際使用時，圖像平均灰度值需達到50以上，后續通過增加芯片數量來達到亮度指標。

(4)均勻度控制

設計思路：為了便于整體的調整，初步設定每個燈由8個模塊組成，模塊成條形排列，實現單燈的條形光斑輸出。之后采用DIALUX光環境模擬軟件進行模擬。由于對于紅外光線，在模擬過程中較困難建立評價方法，所以在模擬過程中采用可見光進行設計，通過改變條形燈具的角度、輸出功率、相對位置以及數量，來實現均勻度的優化。配光方法：首先根據DIALUX模擬出來的結果搭建出初步的燈具布置方案。建立一個水平放置的模擬隧道測試平臺(燈具則垂直放置)。然后設計一個投射面的測試點陣，通過對點陣實際的照度的測量來比照調節燈具布燈參數。調節過程中與攝像機實測數據來比照調節光強度參數。通過仿真分析，由于單顆LED光源的亮度分布函數已知，可以得到單個模組的光照均勻度與模組的邊長對應關系曲線，以此確定單個模組的LED光源排布尺寸，然后就可以得到單個模組的亮度分布函數，包括亮度的角度分布與距離衰減情況，相鄰模組的安裝排布通過仿真分析，滿足過渡區間的光照均勻度要求。

(5)燈具整體機構設計

設計指標：防護等級達到IP66；滿足發光芯片散熱性要求；可方便進行配光調整以及安裝維護。設計思路：由于紅外LED器件耐熱性較差，結構設計中對散熱要求是比較高的。結構計劃采用鋁拉伸結構(該工藝鋁材的熱導率較高)，將光源腔與散熱器一體化，減少傳熱途徑。防水結構方面，將采用塑料堵頭1配合彈簧鋼壓片與玻璃蓋板4來實現防水要求。考慮的到系統聯調的要求，燈具計劃采用條形結構設計。每條燈采用獨立可調節的外置電源進行驅動。燈與電源之間采用防水接頭進行連接，方便維護與調整。整體采用條形燈拼裝結構，根據扇形面排布數量與單燈的輸出功率來調節照射效果。