CN106569294A - 一种使用光催化技术的自清洁摄像机镜头 - Google Patents
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Abstract
提供一种自清洁摄像机镜头。该自清洁摄像机镜头包括由透明塑料材料制成的镜头主体。该镜头主体包含UV保护剂。进一步地，自清洁摄像机镜头包括在镜头主体表面上的有机硅硬质涂层，以及在有机硅硬质涂层上的二氧化钛涂层。
Description
技术领域
本公开总体涉及光学领域，以及更具体地，涉及使用光催化技术的自清洁摄像机镜头。
背景技术
人们早已公知利用传统技术由例如聚碳酸酯这样的透明塑料材料来模塑成型低成本摄像机镜头。这种透明塑料镜头总体上显示出较差的UV(紫外线)性能和稳定性。进一步地，它们极容易被划伤，并且由于其疏水性会很快变脏。
目前最先进的塑料镜头被覆盖有硬涂层以防止划伤。该硬涂层同样包含UV稳定剂，该UV稳定剂类似于那些用于汽车前照灯的UV稳定剂。尽管这在过去的几年中提供了一些UV防护，但UV照射仍然倾向于将镜头转变为黄色或使镜头模糊，降低摄像机图像的质量并从而限制镜头的有效使用寿命。
本公开涉及一种新型改进的透明塑料镜头，该透明塑料镜头提供极好的UV性能，同时还抵抗划伤和磨损，从而保持透明并且避免图像失真以延长使用寿命。进一步地，摄像机镜头包括二氧化钛涂层，以通过光催化活性来自清洁。
更具体地，当UV光线照射在二氧化钛上时，电子被释放。这些电子与空气中的水分子相互作用，将其分解成为羟基自由基(hydroxyl radical)，尽管短暂存在,该羟基自由基是氢氧根离子高反应性的不带电形式。羟基自由基攻击形成大多数灰尘的有机(碳基)分子，破坏污垢的化学键并将较大的分子氧化成较小的、无害的物质，例如容易从二氧化钛处理过的表面冲走的二氧化碳和水。
发明内容
依据本文所描述的目的和好处，提供一种自清洁摄像机镜头。该自清洁摄像机镜头包含镜头主体，该镜头主体由透明塑料材料制成并且包含UV保护剂。该自清洁摄像机镜头还包括镜头主体表面上的有机硅硬质涂层(silicone hard-coat)，以及有机硅硬质涂层上的二氧化钛涂层。
在一个可行的实施例中，UV保护剂在镜头主体的模塑成型之前与透明塑料材料混合。在另一个可行的实施例中，UV保护剂在模塑成型之后被浸入镜头主体的外表层内。在任一实施例中，UV保护剂可以选自于以下材料组成的组：苯并三唑(benzotriazole)、二苯甲酮(benzophenone)、受阻胺光稳定剂(hindered amine light stabilizer)、及其组合。
该有机硅硬质涂层可以包括抗划伤剂，该抗划伤剂可以选自于以下材料组成的组：乙烯基(一、二和三烷氧基硅烷)(vinyl(mono-,di-and tri-alkoxysilanes))、苯基(一、二和三烷氧基硅烷)(phenyl(mono-,di-,and tri-alkoxysilanes))、二苯二烷氧基硅烷(diphenyldialkoxysilane)、乙烯基三甲氧基硅烷(vinyltrimethoxysilane)、二甲基苯基硅醇(dimethyl phenyl silanol)、甲基苯基(4-三甲基甲硅烷基甲基苯基)硅烷(methylphenyl(4-trimethyl silyl methyl phenyl)silane)、1,2,3,4-四(三甲基甲硅烷基)-5-(三-(三甲基甲硅烷基)甲硅烷基)苯(1,2,3,4-tetrakis(trimethyl silyl)-5-(tris-(trimethylsilyl)silyl)benzene)、其他硅氧烷基分子、及其混合物。
用于模塑形成镜头的透明塑料材料可以选自于以下材料组成的组：聚碳酸酯(polycarbonate)、丙烯酸树脂(acrylic)、其他透明塑料、及其组合。
依据附加的方面，提供一种制造摄像机镜头的方法。该方法可以概括地描述为包含以下步骤：(a)由透明塑料材料模塑成型摄像机镜头的主体，(b)给该主体提供UV保护，(c)使用有机硅硬质涂层覆盖主体，以及(d)使用二氧化钛涂层覆盖有机硅硬质涂层。
在本发明的一个可行的实施例中，给主体提供UV保护的步骤包括在模塑成型之前将UV保护剂与透明塑料材料混合。在另一个可行的实施例中，给主体提供UV保护的步骤包括在模塑成型之后向主体的外表层浸入UV保护剂。
该方法还包括在模塑成型之后和浸入之前清洁主体的步骤，以及在浸入之后冲洗主体的步骤。
仍然进一步地，使用有机硅硬质涂层覆盖主体的步骤可以包括借助于物理气相沉积、化学强化等离子沉积、阴极电弧沉积、溅射或传统真空涂覆技术在外表层上沉积硅氧烷基材料。进一步地，使用二氧化钛涂层覆盖有机硅硬质涂层可以包括借助于物理气相沉积、化学强化等离子沉积、阴极电弧沉积、溅射或传统真空涂覆技术沉积二氧化钛涂层。
在一个可行的实施例中，该方法包括在第一腔室内完成有机硅硬质涂层的覆盖，以及在第二腔室内完成二氧化钛涂层的覆盖。在另一可行的实施例中，该方法包括在单独的腔室内连续地完成有机硅硬质涂层的覆盖和二氧化钛涂层的覆盖。
依据另一方面，提供一种包含本文所述的自清洁摄像机镜头的摄像机。
在下面的说明书中，显示并描述了一种自清洁摄像机镜头的一些优选的实施例。应当意识到的是，该摄像机镜头能够具有其它的、不同的实施例，并且它的一些细节能够在各种各样的、显著的方面进行修改，均不背离在以下权利要求中阐明和描述的摄像机镜头。相应地，附图和说明书应当被视为是本质上说明性的而非限制性的。
附图说明
包含于本文中并形成说明书一部分的附图说明了自清洁摄像机镜头的一些方面，并与说明书一起用于解释其某些原则。
图1是说明作为本文主题的自清洁摄像机镜头的第一实施例的示意图；
图2是说明作为本文主题的自清洁摄像机镜头的第二实施例的示意图；
现在将详细参照自清洁摄像机镜头的当前优选实施例，其示例将在附图中进行说明。
具体实施方式
现在参照1和2，说明了自清洁摄像机镜头10的两个实施例，该自清洁摄像机镜头10具有由透明塑料材料制成的镜头主体12。该透明塑料材料可以大体上是任何适用于摄像机镜头的构造的透明塑料材料，包括但不限于，聚碳酸酯、丙烯酸树脂、其他透明材料，及其混合物。
镜头主体12含有UV保护剂。在图1所示的第一说明性实施例中，UV保护剂与模塑形成镜头主体12的透明塑料材料混合。在图2所示的第二实施例中，UV保护剂被浸入镜头主体12的外表层14内。UV保护剂可以大体上是本领域技术人员公知的用于处理由塑料材料制成的摄像机镜头的任何UV保护剂或制剂，包括但不限于，苯并三唑、二苯基甲酮、受阻胺光稳定剂、及其组合。浸入UV保护剂的外表层14可以具有约5微米至约6微米之间的深度。
提供有机硅硬质涂层16覆盖镜头主体12/外表层14。该有机硅硬质涂层16包括抗划伤剂，该抗划伤剂可以选自于以下材料组成的组：乙烯基(一、二和三烷氧基硅烷)、苯基(一、二和三烷氧基硅烷)、二苯二烷氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、二甲基苯基硅醇、甲基苯基(4-三甲基甲硅烷基甲基苯基)硅烷、1,2,3,4-四(三甲基甲硅烷基)-5-(三-(三甲基甲硅烷基)甲硅烷基)苯、其他硅氧烷基分子、及其混合物。
随后在硬质涂层16上方设置二氧化钛涂层18。
在一个可行的实施例中，有机硅硬质涂层16具有约1mμ至约7mμ之间的厚度。二氧化钛涂层18具有50纳米至200纳米之间的厚度。在所有实施例中，外表层14、硬质涂层16以及二氧化钛涂层18实质上光学透明。
自清洁摄像机机头10可用于多种应用，尤其包括附接至或承载于机动车辆的摄像机。这种摄像机被用作停车辅助以及用于事故规避系统中和智能前方照明系统中。有利地，本文所述的摄像机镜头10实际上使用光催化技术进行自清洁。更具体地，当暴露于UV光线时，二氧化钛涂层18中的二氧化钛释放电子。这些电子与空气中的水分子反应，将那些水分子分解为短期存在的高活性羟基自由基，该羟基自由基为氢氧根离子的不带电形式。羟基自由基攻击形成大多数灰尘的有机(碳基)分子，破坏污垢的化学键并将较大的分子氧化成较小的、无害的物质，例如容易被气流和雨水冲走的二氧化碳和水。
更具体地，羟基自由基使摄像机镜头10具有超亲水性。相应地，水分子横跨玻璃均匀地平铺为非常均匀的薄层，而不是停留成水滴。因此，当雨水打在自清洁摄像头镜10上时，其横跨镜头平铺并且整齐地、均匀地流掉，洗去任何污垢，和镜头干燥而不留任何条纹或污点。因此，通过镜头传输的图片保持清晰和无失真。
有利地，当暴露于UV光线时，在二氧化钛涂层18和镜头主体12的外表层14之间设置的硬质涂层16保护镜头主体的外表层免受由二氧化钛涂层产生的羟基自由基的氧化活性的影响。更具体地，硬涂层包含交替的硅和氧原子，如(-Si-O-Si-O-)。二氧化钛因经受光电效应而释放的羟基自由基不分解硬质涂层的Si-O链。因此，硬质涂层16不仅保护镜头10不被划伤和磨损，还保护镜头主体和镜头主体内(图1的实施例)或外表层14上(图2的实施例)的UV保护剂不收氧化活性的影响。因此，UV保护剂保持镜头透明，以用于长使用寿命期间无失真视野。
摄像机镜头10可以通过相对简单并且直截了当的方法来制造，该方法可以概括地描述为包含以下步骤：(a)由透明塑料材料模塑成型镜头的主体12，(b)给该主体提供UV保护，(c)使用有机硅硬质涂层覆盖主体，以及(d)在有机硅硬质涂层上沉积二氧化钛涂层。
对于图1的实施例，给镜头12提供UV保护的步骤包括在模塑成型之前将UV保护剂与透明塑料材料混合。相比之下，对于图2的实施例，给镜头12提供UV保护的步骤包括向主体12的外表层14浸入UV保护剂。如前所述，UV保护剂可以包括，例如，苯并三唑、二苯甲酮、受阻胺光稳定剂、及其组合。然而，应当领会，这个清单本质上是非限制性的，并且仅作为可用的UV保护剂的示例来提供。
该方法还可以包括步骤(a)在模塑成型之后和浸入之前清洁主体12，以及(b)在浸入之后冲洗主体。有机硅硬质涂层16可以通过借助于物理气相沉积、化学强化等离子沉积、阴极电弧沉积、溅射或传统真空涂覆技术在外表层上沉积硅氧烷基材料来提供。相似地，二氧化钛涂层18可以通过借助于物理气相沉积、化学强化等离子沉积、阴极电弧沉积、溅射或传统真空涂覆技术沉积二氧化钛涂层来提供。在一个可行的实施例中，有机硅硬质涂层的涂覆步骤在第一腔室内完成，而二氧化钛涂层的涂覆步骤在第二腔室内完成。在另一实施例中，两个涂覆步骤在同一腔室内连续地完成。
总之，本文所述的自清洁摄像机镜头10提供了许多好处和便利。镜头10包括三个独有的光学透明涂层：按规定顺序的浸入UV保护剂的外表层14、硬质涂层16、以及二氧化钛涂层18，以提高UV保护、提高抗划伤性、并且提供自清洁表面。有利地，自清洁表面显著降低了摄像机镜头10上的灰尘量，尤其是在下雨之后。
浸入或等离子沉积的UV抑制剂或保护剂被设置成较高的浓度，其高于典型存在于涂层或添加至基材中以促进UV性能的浓度。进一步地，沉积有等离子沉积层的有机硅硬质涂层16在厚度上比传统涂层更加一致，降低了光学畸变。进一步地，应当领会的是，所有覆盖方法均相对廉价，并且不需要固化步骤。
呈现前述内容是用于说明和描述的目的。它并非旨在穷尽或将实施例限制到所公开的精确形式。明显的修改和变化根据上述教导是可能的。当根据所附权利要求公平地、合法地以及公正地享有的广度进行解释时，所有这样的修改和变化都在所附权利要求的范围之内。
Claims (20)
1.一种自清洁摄像机镜头，包含：
镜头主体，所述镜头主体由透明塑料材料制成，并且包含UV保护剂；
所述镜头主体表面上的有机硅硬质涂层；以及
所述有机硅硬质涂层上的二氧化钛涂层。
2.根据权利要求1所述的自清洁摄像机镜头，其中所述UV保护剂被混合入所述透明塑料材料中。
3.根据权利要求1所述的自清洁摄像机镜头，其中所述UV保护剂被浸入所述镜头主体的外表层内。
4.根据权利要求3所述的自清洁摄像机镜头，其中所述UV保护剂选自以下材料组成的组：苯并三唑、二苯甲酮、受阻胺光稳定剂、及其组合。
5.根据权利要求4所述的自清洁摄像机镜头，其中所述外表层具有约5微米至约6微米之间的深度。
6.根据权利要求5所述的自清洁摄像机镜头，其中所述有机硅硬质涂层包括抗划伤剂，所述抗划伤剂选自于以下材料组成的组：乙烯基(一、二和三烷氧基硅烷)、苯基(一、二和三烷氧基硅烷)、二苯二烷氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、二甲基苯基硅醇、甲基苯基(4-三甲基甲硅烷基甲基苯基)硅烷、1,2,3,4-四(三甲基甲硅烷基)-5-(三-(三甲基甲硅烷基)甲硅烷基)苯、其他硅氧烷基分子、及其混合物。
7.根据权利要求6所述的自清洁摄像机镜头，其中所述透明塑料材料选自于以下材料组成的组：聚碳酸酯、丙烯酸树脂、其他透明塑料、及其组合。
8.根据权利要求1所述的自清洁摄像机镜头，其中所述UV保护剂选自于以下材料组成的组：苯并三唑、二苯甲酮、受阻胺光稳定剂、及其组合。
9.根据权利要求1所述的自清洁摄像机镜头，其中所述有机硅硬质涂层包括抗划伤剂，所述抗划伤剂选自于以下材料组成的组：乙烯基(一、二和三烷氧基硅烷)、苯基(一、二和三烷氧基硅烷)、二苯二烷氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、二甲基苯基硅醇、甲基苯基(4-三甲基甲硅烷基甲基苯基)硅烷、1,2,3,4-四(三甲基甲硅烷基)-5-(三-(三甲基甲硅烷基)甲硅烷基)苯、其他硅氧烷基分子、及其混合物。
10.根据权利要求1所述的自清洁摄像机镜头，其中所述透明塑料材料选自于以下材料组成的组：聚碳酸酯、丙烯酸树脂、其他透明塑料、及其组合。
11.一种制造摄像机镜头的方法，包含：
由透明塑料材料模塑成型所述摄像机镜头的主体；
给所述主体提供UV保护；
使用有机硅硬质涂层覆盖所述主体；以及
使用二氧化钛涂层覆盖所述有机硅硬质涂层。
12.根据权利要求11所述的方法，其中给所述主体提供UV保护包括在模塑成型之前将UV保护剂与所述透明塑料材料混合。
13.根据权利要求11所述的方法，其中给所述主体提供UV保护包括向所述主体的外表层浸入UV保护剂。
14.根据权利要求13所述的方法，包括(a)在所述模塑成型之后和所述浸入之前清洁所述主体，以及(b)在所述浸入之后冲洗所述主体。
15.根据权利要求14所述的方法，其中使用有机硅硬质涂层覆盖所述主体包括借助于物理气相沉积、化学强化等离子沉积、阴极电弧沉积、溅射或传统真空涂覆技术在所述外表层上沉积硅氧烷基材料。
16.根据权利要求15所述的方法，使用二氧化钛涂层覆盖所述有机硅硬质涂层包括借助于物理气相沉积、化学强化等离子沉积、阴极电弧沉积、溅射或传统真空涂覆技术沉积所述二氧化钛涂层。
17.根据权利要求16所述的方法，包括在第一腔室内完成所述有机硅硬质涂层的覆盖，以及在第二腔室内完成所述二氧化钛涂层的覆盖。
18.根据权利要求16所述的方法，包括在单独的腔室内连续地完成所述有机硅硬质涂层的覆盖和所述二氧化钛涂层的覆盖。
19.一种包含权利要求1所述的自清洁摄像机镜头的摄像机。
20.一种包含权利要求3所述的自清洁摄像机镜头的摄像机。
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