CN108227343A - 相机光学加热窗口 - Google Patents

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闫阿奇
张志�
武力
梅超
曹剑中
杨洪涛
王浩
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    • G03B17/55—Details of cameras or camera bodies; Accessories therefor with provision for heating or cooling, e.g. in aircraft

Abstract

本发明属于光学成像技术领域，具体涉及一种相机光学加热窗口。其结构包括窗口本体，窗口本体包括第一表面和第二表面；所述第一表面包括位于中心的透光区和环绕透光区设置的加热区，所述加热区上设置导电膜，所述导电膜与加热电路相连。本发明解决了现有的相机光学窗口除霜、雾效果差且容易影响相机成像的技术问题。本发明通过设置环形导电膜的方式为相机光学窗口进行加热，不仅加热均匀、速度快、加热效果良好，而且窗口透过率高，不会对光学系统成像造成影响，也不存在加热丝遮挡问题。在强光下窗口也不会产生鬼像等杂光，特别适用于在潮湿、寒冷环境下工作的相机或者摄像机。

Description

相机光学加热窗口
技术领域
本发明属于光学成像技术领域，具体涉及一种相机光学加热窗口。
背景技术
加热窗通常用作交通工具的挡风玻璃或后灯以便能够在寒冷或潮湿的天气条件下为车窗除雾或除霜。相机用的光学窗口位于光路最前端，一般为圆形或者方形等平板，为了防止寒冷或潮湿的天气条件下窗口结雾、结霜影响相机观察，除了需要考虑窗口的除雾、除霜功能以外，还要满足光学系统成像对窗口面型精度、牢固度、杂光等光学要求。
现有的相机光学窗口通常采用主动加热的方法除雾、除霜。窗口加热既要考虑到加热性能，又要保证不会对相机成像造成影响，还要求窗口具有很高透过率。常用的光学窗口加热方法主要有：
(1)窗口表面设置电热丝
在相机窗口玻璃表面设置栅格状细电热丝，通过加热丝发热将热量传导至窗口表面，该方法类似于汽车后挡风玻璃的除霜雾用的加热丝。该方法若用于摄像机窗口中，由于加热丝直接处于光学系统光路中，严重遮挡视场并影响摄像机成像效果。
(2)窗口外圆端面设置加热丝
窗口外圆端面设置加热丝，加热丝的热量通过窗口外圆端面将热量传导至玻璃上，这种方法存在的缺点主要有两个：1.窗口圆周方向设置电热丝，结构复杂，而若要将加热丝嵌入到平板窗口玻璃内，则玻璃需要开槽，光学加工也很复杂。2.加热效果较差。电加热丝位于窗口圆周面上，而玻璃热传导率很低只有1.5W/m.K，窗口中心处很难达到较高的温度。3.窗口玻璃导热系数差，导致窗口存在较大的温度梯度，容易引起热应力变形，影响成像质量。
(3)窗口表面镀制透明导电膜
在窗口上镀制透明导电膜，则窗口整个通光面都具有导电功能，合理选择导电膜电阻可以实现均匀加热的效果，该方法已广泛应用于高低温环境试验箱的窗口、飞机观察窗等领域，但该方法存在明显缺点：一方面该窗口无法满足光学系统对光学加热窗口的面型精度、透过率等光学要求，另一方面，透明导电膜反射率较高，若直接应用在摄像机前，强光下透明导电膜容易产生明显的鬼像，影响摄像机观察。
(4)摄像机整体加热
用电阻丝加热膜或者多层隔热薄膜包裹整个摄像机，对整个摄像机加热。这种方法加热效率更低，功耗大，效果不明显。
发明内容
本发明目的是提供一种相机光学加热窗口，解决了现有的相机光学窗口除霜、雾效果差且容易影响相机成像的技术问题。
本发明的技术解决方案是：一种相机光学加热窗口，其特殊之处在于：包括窗口本体，窗口本体包括第一表面和第二表面；所述第一表面包括位于中心的透光区和环绕透光区设置的加热区，所述加热区上设置导电膜，所述导电膜与加热电路相连。
进一步地，上述加热电路包括在加热区上对称设置的两个条形的加热电极。
优选地，上述第二表面上设置憎水膜。
进一步地，上述第一表面的透光区以及第二表面上均设置增透膜。
进一步地，上述憎水膜以及增透膜的反射率均小于或者等于0.5％。
进一步地，上述窗口本体为K9玻璃窗或者JGS1玻璃窗。
进一步地，上述导电膜为透过率大于或者等于88％的透明导电膜。
进一步地，上述导电膜为氧化铟锡薄膜。
进一步地，上述加热电极为紫铜电极。
进一步地，上述窗口本体通过隔热框固定于相机镜筒内的窗口安装座上。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明通过设置环形导电膜的方式为相机光学窗口进行加热，不仅加热均匀、速度快、加热效果良好，而且窗口透过率高，不会对光学系统成像造成影响，也不存在加热丝遮挡问题。在强光下窗口也不会产生鬼像等杂光，特别适用于在潮湿、寒冷环境下工作的相机或者摄像机。
(2)本发明在窗口本体一面设置环形导电膜，同时在另一面设置憎水膜，达到了被动防水与主动加热相结合的效果，在不影响正常成像的前提下提高了除雾、除霜效率。
(3)本发明光学加热窗口第二表面镀制憎水膜与宽带增透膜，表面反射率可小于0.5％；第一表面加热区镀制透明导电膜，透过率大于88％，透光区镀制宽带增透膜，表面反射率小于0.5％。
(4)本发明光学窗口透明导电膜加热电阻可根据功耗要求自行选择，且加热窗口安装结构简单、可靠，既考虑了窗口与摄像机镜筒隔热，又保证了两者的绝缘。
(5)本发明光学加热窗口环境适应性极强，采用的电极粘接胶应力很小，可适应-50℃～+80℃环境温度，膜层性能稳定，导电胶与透明导电膜、电极粘接牢固，不会出现因导电胶应力过大，造成粘接区域玻璃局部碎裂或电极脱落等现象。
附图说明
图1为本发明光学加热窗口的较佳实施例结构示意图(正视图)。
图2为本发明光学加热窗口的较佳实施例结构示意图(侧视图)。
图3为本发明光学加热窗口的安装示意图。
其中，附图标记为：1-第一表面，11-透光区，12-加热区，2-第二表面，3-加热电极，4-隔热框，5-窗口安装座，6-导线，7-硅橡胶，8-压板。
具体实施方式
光学加热窗口位于光学系统前端的光路中，窗口首先应满足光学系统对窗口材料在气泡度、均匀性、荧光特性、折射率一致性、应力双折射等要求；其次，光学加热窗口应满足光学系统对其面型精度(光圈、局部光圈、PV、RMS)以及窗口两表面的平行度误差(实际数值可根据光学系统选取)。除此之外，光学加热窗口不仅应能满足加热除霜、除雾作用，还应具有较高的透过率，并防止强光下产生鬼像。为此，本发明创新性地提出了环形导电膜设计方案，在光学系统通光口径内镀制增透膜，在通光口径外的环形区域镀制透明导电膜，这样合理解决了窗口加热与导电膜容易产生鬼像的问题。
参见图1和图2，本发明相机光学加热窗口的较佳实施例的结构包括窗口本体9，窗口本体9包括第一表面1和第二表面2；第一表面1包括位于中心的透光区11和环绕透光区设置的加热区12，加热区12上设置导电膜，导电膜与加热电路相连。加热电路包括在加热区12上对称设置的两个条形的加热电极3。
窗口本体为K9玻璃窗或者JGS1玻璃窗(也可选用其他光学材料)，这两种材料加工性能、机械性能、抗热冲击性能良好，且镀膜在其表面附着性良好，膜层牢固。窗口本体的工作波段为400-700nm，透光区总透过率大于98.5％。本实施例中选用厚度为5mm的JGS1玻璃窗，面型要求N＝2，ΔN＝0.2，平行差小于10＂。
本实施例相机光学加热窗口采用被动防水与主动加热相结合的思路，第二表面2上设置憎水膜，起到被动防水功能。第一表面的加热区12上设置环形透明导电膜，起到主动加热功能。另外，第一表面的透光区11以及第二表面2上均设置增透膜，提高窗口透过率。
相关光学薄膜的镀制以及电极的粘贴要求如下：
代表增透膜，波长范围：0.4μm-0.7μm，平均反射率R≤0.5％；
代表透明导电膜，波长范围：0.4μm-0.7μm，透过率τ≥88％；
代表憎水膜，波长范围：0.4μm-0.7μm，平均反射率R≤0.5％。
膜表面无色差，不应出现划伤、擦痕、针眼、疵点等，膜层与玻璃结合牢固，不能出现掉膜现象。
导电膜电性能均匀，保证加热均匀，具体可以选用ITO膜(氧化铟锡薄膜)。透明导电膜通电后可作为加热膜使用。不加电时，由于该膜在红外波段反射率较高，可起到保温作用。此外，该膜还具有电磁屏蔽的功能。
加热电极3具体可以选用厚度为0.3mm的紫铜电极，本实施例中电极间的总电阻为75Ω，在使用中可以根据需要进行调整。用导电胶粘接加热电极时，应对称分布，牢固可靠。粘接后，电极不应凸出玻璃边缘，以免入框时干涉脱胶。此外，加热电极也可以直接镀制在透明导电膜的表面。
参见图3，窗口本体通过隔热框4固定于相机镜筒内的窗口安装座5上。两根导线6分别焊接在窗口中的加热电极3上，与电源连接后即可供电加热。光学加热窗口表面，尤其是导电膜镀制面与金属镜筒之间利用隔热框4以及硅橡胶7进行隔热、绝缘，保证加热效率及加热安全。加热窗口使用时，第二表面朝外，位于相机外侧，暴露于潮湿环境中，而第一表面朝向相机内部。
本发明光学加热窗口采用被动防水与主动加热相结合的思路，创新性地提出了一种环形导电膜镀制方案，很好的解决了光学窗口潮湿环境下容易起雾，结霜的问题，该窗口不仅加热均匀、速度快、加热效果良好，而且窗口透过率高，不会对光学系统成像造成影响，也不存在加热丝遮挡问题。在强光下窗口也不会产生鬼像等杂光，特别适用于在潮湿、寒冷环境下工作的相机或者摄像机。

Claims (10)

1.一种相机光学加热窗口，其特征在于：包括窗口本体，窗口本体包括第一表面和第二表面；所述第一表面包括位于中心的透光区和环绕透光区设置的加热区，所述加热区上设置导电膜，所述导电膜与加热电路相连。
2.根据权利要求1所述的相机光学加热窗口，其特征在于：所述加热电路包括在加热区上对称设置的两个条形的加热电极。
3.根据权利要求1或2所述的相机光学加热窗口，其特征在于：所述第二表面上设置憎水膜。
4.根据权利要求3所述的相机光学加热窗口，其特征在于：所述第一表面的透光区以及第二表面上均设置增透膜。
5.根据权利要求4所述的相机光学加热窗口，其特征在于：所述憎水膜以及增透膜的反射率均小于或者等于0.5％。
6.根据权利要求3所述的相机光学加热窗口，其特征在于：所述窗口本体为K9玻璃窗或者JGS1玻璃窗。
7.根据权利要求3所述的相机光学加热窗口，其特征在于：所述导电膜为透过率大于或者等于88％的透明导电膜。
8.根据权利要求7所述的相机光学加热窗口，其特征在于：所述导电膜为氧化铟锡薄膜。
9.根据权利要求3所述的相机光学加热窗口，其特征在于：所述加热电极为紫铜电极。
10.根据权利要求3所述的相机光学加热窗口，其特征在于：所述窗口本体通过隔热框固定于相机镜筒内的窗口安装座上。
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