安防领域红外摄像模组镜头专利技术进展

2017-08-07国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心房元锋于子江

中国安全防范技术与应用 2017年2期

关键词：滤光片非球面变焦

■文/国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心房元锋崔振于子江

安防领域红外摄像模组镜头专利技术进展

■文/国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心房元锋崔振于子江

本文从专利的视角分析了安防领域红外摄像模组中的镜头技术在中国的发展状况及其趋势，为众多国内安防企业进行专利布局提供一定的借鉴。

安防摄像红外镜头专利

1 引言

随着全球安防市场的需求快速增长以及用户的使用要求变得越来越高，迫切需要我们对现有摄像模组进行不断的改进和提升，以达到更好的效果进而满足市场的更多需求和用户的更高要求。

相对于其他的摄像模组来说，安防摄像模组的主要特点是其镜头被配置了一个滤光片切换器，其作用是使安防摄像模组无论是在白天还是在夜晚都可以获得所处环境的图像。相比普通镜头，安防摄像模组的镜头需要更合理的光学设计、更先进的镀膜水平、更高品质的镜片材料、更精密的加工以及更严谨的装配等才能实现更清晰的画质。目前的市场对安防摄像模组镜头的需求主要集中如下几个方面：更大的相对孔径、24小时全天候、变焦距监控镜头、日夜共焦式光学系统。此类监控镜头将会成为市场主要的竞争趋势之一，因此,此类镜头的精湛设计便显得尤为重要。

基于市场的需要和技术的发展，越来越多的公司和研究机构开始从事相关研究。与此同时，近些年随着我国知识产权战略的实施，知识产权观念渐入人心，这些公司和研究机构的相关技术成果大部分以专利的形式得以体现。因此，本文拟从专利的角度对安防摄像模组镜头关键技术的进展进行分析，以期为相关机构和公司提供一定的参考[1]。

2 安防摄像模组镜头专利技术情况分析

本文的分析样本来源于中国专利文摘数据库（CNABS），为近年来公开的安防摄像模组镜头技术相关专利文献。具体来说，笔者利用分类号、关键词、申请人等多种检索手段对在我国申请的安防摄像模组镜头技术相关专利进行了检索。

经检索分析发现，安防摄像模组镜头领域的中国专利技术改进基本集中在这样几个方向：一是优化镜头的光学结构来优化校正像差并获得较大的相对孔径；二是采用特定的方法改进日夜共焦技术以保证成像清晰；三是采用非球面透镜消除像差并促进镜头小型化；四是通过对镜座和壳体等结构进行组合设计以消除加工误差和装配误差，从而提高成像品质。

基于上述对安防摄像模组镜头领域的中国专利技术的分析，笔者从四个方面对安防摄像模组镜头技术中的几个关键技术进展进行了分析。

（一）光学系统

安防摄像模组镜头的光学系统通常采用的都是变焦距光学系统，要想在其变焦范围内实现变焦，通常需要改变各个组分之间的距离，同时为避免由于变焦组分的移动而引起的系统像面的偏移,需要有其他组份做补偿移动来消除这种偏移，从而得到大小不同的影像和景物范围。因此，安防摄像模组中变焦距光学系统要具有焦距均匀变化、变焦过程中像面位置及大小保持稳定、相对孔径控制在要求范围内及连续成像质量符合要求这四个特点[2]。

公开号为CN105334598A的专利提出了一种光学镜头（公开日为2016年2月17日），其具体公开了：沿光轴方向从物侧到像侧依次包括：光焦度为正的第一透镜组（10）、光焦度为负的第二透镜组（20）、光焦度为正的第三透镜组（30）、光焦度为正的第四透镜组（40）。

通过对上述方案中各光学透镜从物侧至像侧依次排列的顺序以及各个光学透镜的光焦度分配等设计，使得变焦光学镜头的结构形式、光焦度分配、光学玻璃的折射率和色散系数等参数与成像条件进行很好的匹配，进而使光学镜头的球差、慧差、象散、场曲、倍率色差、位置色差得到了很好的校正，从而使光学镜头能够达到更高的分辨率需求和更佳的红外夜视效果，实现全天候的超高清视频监控。

（二）日夜共焦

对于采用红外灯条件下监控场合来说，需要日夜的图像都能清晰。因此要求镜头的日夜共焦能力强，实现日夜不间断监控，监控像面清晰的要求。

公开号为CN105527781A的专利提出了一种免日夜共焦设计的日夜两用镜头系统及其实现方法（公开日为2016年4月27日），其具体公开了：该系统包括镜头、芯片以及设置于镜头内部或设置于镜头前端或设置于镜头与芯片之间的滤光片（B6）切换器，所述滤光片（B6）切换器上设有分别用于白天和晚上的滤光片一（C1）和滤光片二（C2），所述滤光片一（C1）和滤光片二（C2）与光轴相垂直且能分别切换至光轴的位置用于滤除不同波段的光，所述滤光片一（C1）为能滤除红外光的红外光截止滤光片，所述滤光片二（C2）为能滤除可见光的可见光截止滤光片。所述滤光片一（C1）和滤光片二（C2）采用不同的厚度，使得镜头在白光和在近红外环境的光学后焦一致。

该系统及方法无需考虑镜头复杂的日夜共焦设计，通过简单的结构或方法便可实现日夜共焦效果，且制造成本低，性能优越。

（三）非球面技术

目前，高清监控镜头的镜片技术与镜头的发展密不可分。非球面技术是当前讨论最多的镜面技术，也是衡量一个厂商镜头优劣的重要标准。非球面面形是在球面面形的基础上做细微的调整得出，其面形复杂，材料可选用光学树脂。传统球面镜片具有无法克服的球面像差，而非球面镜片可以使中央及边缘光线通过高次曲面的矫正而正确的聚焦于一点，从而清晰成像，这样也相对增大了有效通光孔径、增加了灵敏度；再者，一片非球面镜片就能实现多个球面镜片校正像差的效果，加入非球面可以简化镜头的光学结构，使镜头体积缩小、重量减轻，并可以有效地消除桶形失真。

公开号为CN203825282U的专利提出了一种非球面红外夜视变焦摄像镜头（公开日为2014年9月10日），其具体公开了：其光学系统中沿光线自左向右入射方向依次设有光焦度为负的前组A、可变光栏C以及光焦度为正的后组B，所述前组A依次设有正月牙透镜A-1、由正月牙透镜A-2和负月牙透镜A-3密接的第一胶合组、由双凹透镜A-4和双凸透镜A-5的第二胶合组、双凹透镜A-6以及双凹透镜A-7，所述后组B依次设有非球面透镜B-1、由负月牙透镜B-2和双凸透镜B-3密接的第三胶合组、由双凸透镜B-4和正月牙透镜B-5密接的第四胶合组以及负月牙透镜B-6。其中后组B在三片式结构的原型上把第一片镜片改为非球面，以分担后组B的光焦度，提高了镜头的相对孔径，并利用胶合组正负镜片的折射率和色散的差异校正镜头的象差。

显然，该结构使镜头的体积和重量减少，而且使透过的光也增加了。该非球面红外夜视变焦摄像镜头具有光学指标高、光学靶面大、分辨率高于三百万像素等优点。

（四）装配组装技术

近年来，以先进的加工技术、先进的材料技术和精湛的自动优化设计为代表的光学先进生产技术得到了迅速的发展，广泛使用的安防摄像模组镜头也充分的利用了这些先进技术，而精密、严谨的加工技术与装配工序也是安防摄像模组镜头性能的重要保证。

公开号为CN104883484A的专利提出了一种安防系统、安防摄像模组及其制造方法（公开日为2015年9月2日），其具体公开了：所述安防摄像模组包括一光学镜头（20）；一感光元件（10）；一滤光元件；以及一镜头结构（40），所述镜头结构（40）进一步包括一镜座（41），其中所述光学镜头（20）安装于所述镜座（41），并且所述光学镜头（20）位于所述感光元件（10）的感光路径；和一壳体（42），其中所述壳体（42）与所述镜座（41）一体地形成，所述滤光元件可操作地设置于所述壳体（42），并且所述滤光元件得以过滤经由所述光学镜头进入到所述安防摄像模组的光线。的发展，并进行了必要的专利布局；（2）安防摄像模组镜头在设计和生产制造中的其他一些其他键技术，比如超低色散材料、多层镀膜以及特殊透镜和机身材质等，相关的专利申请较少，这为相关企业的研发和专利布局提供了一定的机遇。