CN201126516Y - 具减反射膜镀铝镜面的摄影用半球型屏蔽 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种具减反射膜镀铝镜面的摄影用半球型屏蔽，适用于摄影，其至少包括有一镀铝镜面半球型屏蔽，该镀铝镜面半球型屏蔽外表面呈现反射镜面，以及；该镀铝镜面半球型屏蔽上镀有减反射薄膜。在此屏蔽内部安置有一彩色摄影机，屏蔽外表面让大部分的入射光做高反射，用以隐藏摄影机镜头所能摄影的方向，少部分的入射光经过屏蔽面的透射后进入摄影机镜头摄影成像，在屏蔽内部透射后的反射光因减反射膜的作用减少振幅衰减光能，因此无法因再反射进入镜头造成重迭的鬼影，可稳定成像质量。

Description

具减反射膜镀铝镜面的摄影用半球型屏蔽

技术领域

本实用新型涉及一种摄影用半球型屏蔽，特别是涉及一种具有减反射薄膜的镜面屏蔽。

背景技术

对于美国911事件后的公共安全防护领域，摄影监控防盗闭路电视(CCTV)行业中，出现大量称为高速球摄影机(Speed Dome Camera)的产品，其产品中特色是摄影机均设置有一半球型的透明球罩保护摄影机镜头。摄影机镜头在球罩内部作垂直(Tilt)与水平(Pan)移动以及放大(Zoom)摄取多方向环境状况的影像，近年来为了防止有心人的故意回避镜头或某些需求有必要将摄影机镜头隐藏，让人无法看到目前摄影机镜头移动到何位置？或让人无法看到摄影机镜头固定安置在何方向？一般是将半球型透明球罩镀金属铬(Cr)呈现浅茶色，意图隐藏(遮蔽)摄影机镜头，但隐藏效果不佳。

上面镀铬球罩内，隐藏有一彩色摄影机其摄影镜头必须经常转动，所以，设置时摄影镜头无法紧密靠近球罩面，由于在球罩面与摄影镜头远离有一段距离，这一段距离会造成球罩内部的再反射光进入摄影镜头，这时会在后端的影像显示器上显示出重迭鬼影，造成监视比对的困扰。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种具减反射膜镀铝镜面的摄影用半球型屏蔽，用以克服现有技术存在的不足。

本实用新型所要解决的问题：1、要可隐藏(遮蔽)摄影机镜头。2、不受球罩内部的再反射干扰成像质量。

一种具减反射膜镀铝镜面的摄影用半球型屏蔽，适用于摄影，其特征在于：至少包括有一镀铝镜面半球型屏蔽，该镀铝镜面半球型屏蔽外表面呈现反射镜面，以及；

该镀铝镜面半球型屏蔽上镀有减反射薄膜。

本实用新型所采取的技术方案有：

为解决上述第一项达到隐藏(遮蔽)摄影机镜头的问题，就是在透明球罩上镀高反射膜用以增加可见光的大量反射能量。

为解决上述第二项达到不受透明球罩内的反射干扰成像质量，就是在透明球罩上镀减反射膜用以衰减透明球罩内反射光的能量。

为了兼顾镀铝镜面反射光可以造成亮丽镜面度，以及可以使一般彩色摄影机得到有效感应成像最佳的适当照度，最后完成一镀铝半球型屏蔽的设计最终制作成具有约15％左右的透光率。

其主要的特征就是：

镀铝半球型屏蔽外表呈现亮丽反射镜，使人眼看不到在球罩内部的彩色摄影机。

穿透镀铝半球型屏蔽后的透射光一部分直接进入该彩色摄影机镜头成像，另一部分未直接进入该彩色摄影机镜头的透射光，在屏蔽内产生的反射到达减反射薄膜后被衰减以至于不容易达到成像最低照度。

采取的技术方案与特征的技术效果：

本新型的有益效果之一，镀铝半球型屏蔽外表呈现亮丽反射镜，达到隐藏与装饰彩色摄影机的功能。

本新型的有益效果之二，因为有镀铝半球型屏蔽的减反射膜处理，使彩色摄影机所摄取的影像不会有反射重迭的鬼影，提高成像质量。

附图说明

图1为本装置镀铝半球型球罩摄影装置示意图；

图1A为现有镀铝半球型球罩摄影装置示意图；

图2为屏蔽11的侧视示意图；

图3为屏蔽11的15％透光率之测试报告图；

图4为屏蔽11的金属铝(AL)薄膜11b之测试报告图；

图4A为屏蔽11的镀减反射膜11c之测试报告图；

图5为入射光入射屏蔽11示意图。

【主要组件符号说明】

Rb金属铝薄膜11b反射光量

Rc薄膜11c反射光量

％R反射率

％T透射率百分比

L1入射光

L1a透射光

L1b反射光

L2入射光

L2a透射光

L2b反射光

11一镀铝半球型球罩

11a透明球罩

11b镀反射膜

11c镀抗反射膜

12一不透明机壳

13彩色摄影机

13a摄影镜头

具体实施方式

请参阅图1，为本装置镀铝半球型屏蔽实施示意图。

请参阅图1A，为现有镀铝半球型球罩实施示意图。

图1本装置由外观看来，包含有一镀铝半球型屏蔽11与一不透明机壳12。

屏蔽11外表呈现亮丽反射镜，所以观察者看不清屏蔽11内部。不透明机壳12除可固定支撑屏蔽11与安置彩色摄影机13外，尚可作为本装置安置在墙壁或屋顶上的支持体。

图1A由现有技术装置外观看来，包含有一无色透明半球型球罩11a、一不透明机壳12以及一彩色摄影机13。

球罩11a外表呈现透明镜或镀铬浅茶色，所以观察者容易看到屏蔽11内部的彩色摄影机13以及其镜头13a，也就是说观察者容易看到镜头13a正在进行摄影的方向。

如图1、图2所示，两者外观上主要差别在于镀铝半球型屏蔽11与无色透明半球型球罩11a的不同。

如图1，屏蔽11的表面呈现亮丽反射镜面，主要是镀有高反射率的金属铝薄膜。另外，屏蔽11内部又镀有减反射膜。对入射光而言，扣除基材吸收、高反射与减反射等损失后大约具有15％左右的透光率。

如图1A，球罩11a的表面呈现高度透明大约具有90％左右的透光率。

对彩色摄影机13感应照度而言，当然是透光率越大则进光量越大，成像品质更好。

但是，透光率过大则屏蔽11的表面越趋于浅灰暗色不亮丽的镜面，而且会增加透明度失去隐藏效果。透光率太小则屏蔽11的表面越趋于深暗色，入射的进光量越少成像品质相对越不好。当进光量越少时必须采用更高阶彩色摄影机13或外加辅助光源才能提高成像质量，这会增加成本。

屏蔽11的15％透光率，并非一定刚好是15％(请参阅图4)。尤其对更高阶彩色摄影机13的影像传感器(image sensor)来说，可以设定在13％或是更低。但采用Color CMOS时的透光率则要调整为17％到25％之间比较适合。

一般彩色摄影机13有俗称日夜型(Day&Night)。在可见光(380nm～780nm)与红外线波段(以850nm中心)都能响应。在足够的光环境可摄取可见光的彩色影像。在黑暗或不足够光的环境藉以红外辅助光源下也可看到黑白的红外影像。

如图1A，考虑到彩色摄影机13因为安置在一可转动的机械结构上，常见的是在一可作上下(Tilt)90度水平(Pan)360度的载具上。所以，彩色摄影机13的镜头13a与屏蔽11罩面不可能紧密贴近，都保持一设定的距离，而这一设定的距离就常会造成反射光的干扰。

请参阅图2为屏蔽11的侧视示意图。

如图2包含有屏蔽11与不透明机壳12。屏蔽11又是由有透明球罩11a、镀高反射膜11b、镀减反射膜11c等组成(当然还有图面上被忽略的其它介电质)。

又屏蔽11内置有一彩色摄影机镜头13a，以及解释说明代表性的光线，例如包含有入射光L1与L2、透射光L1a与L2a、反射光L1b与L2b。

透明球罩11a与现有技术的透明球罩一样是由透明树脂(PC聚碳酸酯树脂塑料Polycarbonate透光率约为90％或是PMMA压克力透光率约为93％)射出成型的一个半球型的透明球罩。

在透明球罩11a的内表面先镀一层金属铝(AL)薄膜11b然后再镀减反射膜11c。也可以在透明屏蔽11a的外表面镀一层金属铝(AL)薄膜11b，然后在透明屏蔽11a的内表面再镀减反射膜11c。本实施例说明前者。

整个屏蔽11设计要求最后的透光率为15％，也就是说入射光L1进到球罩内的透射光L1a最后是具有15％的透光光能，15％的透光光能是希望直接入射到彩色摄影机镜头13a的光能量，或是称为彩色摄影机镜头13a的较适当照度。

入射光L1为直接入射到彩色摄影机镜头13a的代表光线。入射光L2为由屏蔽11另一边方向进入的代表光线，也可以是说L2a也可以代表是在屏蔽11内将造成彩色摄影机镜头13a成像干扰质量的反光。

由反射量公式：R＝(n1-n2)^2/(n1+n2)^2。

其中R为球罩11a的单面反射量n为球罩11a的折射率。

例如球罩11a的折射率为1.50(PMMA的折射率为1.495)，反射光R＝(1.50-1)^2/(1.50+1)^2＝0.04＝4％。球罩11a有两个表面，如果R1为球罩11a前表面的反射量，R2为球罩11a后表面的反射量，则球罩11a的总反射量R＝R1+R2(计算R2的反射量时，入射光为100％-R1)。例如：PMMA的折射率为1.495，其反射率为3.5％。若再加入内部的反射，则全反射率为7％，亦即理论上PMMA可达到93％的透过率。此一理论值，需要在不含有杂质(亦即没有任何吸收)的情况下才能达成。

如图2所示，将L1b代表为球罩11a的总反射量。

现就本实施例中，将其中一次的样品作了三个测试报告

图3为屏蔽11的15％透光率之测试报告图。

图4为屏蔽11的金属铝(AL)薄膜11b之测试报告图。

图4A为屏蔽11的镀减反射膜11c之测试报告图。

如图3所示，纵坐标为％T透射率百分比，横坐标为可见光与红外波长400～900nm，测试机为日本日立U3000光谱分析仪。

图3屏蔽11的透射测试曲线图得知：

一、屏蔽11已镀抗UV(紫外线)，紫外线波段(380nm以下)已无透过。

二、在400nm至880nm时的透射率％T在10～20％之间。其中大部分平均在15％。

三、在可见光(400nm～700nm)部分，往长波方向的透射率％T有增加的趋向。

透光量是指入射光量减去对金属铝薄膜11b反射光量Rb与镀减反射膜11c反射光量Rc再减去吸收光量，假如不计算复杂的材质的吸收，则屏蔽11的透光量T简单表示为：T＝100％-Rb-Rc＝15％。

如图3所示，这15％是一个适当的代表数值，也就是说它是本实施例采用一般彩色摄影机13的一个代表数值。它随着高低阶的彩色摄影机13不同会有减少或增加的可能。

请参阅图4为屏蔽11外表面的测试报告图。

通常铝薄膜11b的反射率都大于80％，一般的定义单层铝薄膜11b折射率小于PMMA的折射率，且膜厚为四分之一波长的状况下就可降低反射。

由图4屏蔽11外表面之测试报告图可知：

在可见光(400nm～700nm)部分的反射率％R，平均控制在60％。其中往长波部分有下降趋势，长波方向的能量较低反射量也小。

一般折射率愈大，则反射率会大。在可见光部分不同颜色的光折射率n依序从小变大属于正色散情形(normal dispersion)，但是变动幅度很小，如图4。

由图4A为屏蔽11内表面之测试报告图可知：

在可见光(400nm～700nm)部分的反射率％R，平均控制在5％，红外部分平均控制在10％。

上面报告是由日本日立U3000光谱分析仪的测试，因其测试窗口是5cm*5cm，而本实施例测试样品尺寸比较大一些，所以用手拿样品难免会有一点误差。

通常，屏蔽11如果R角大或是说曲面弯度很大，则增加镀膜(镀高反射或减反射膜)不均匀的困难，本实施例另外委托专业镀膜厂商设计专用的不锈钢镀膜治具让透明球罩11a在镀膜过程可作均匀转动，增加镀膜的均匀。这种镀膜过程也就是所说的光学镀膜(optical thin films)。

光学薄膜，这一领域主要的光学薄膜器件包括抗反射膜、反射膜、偏振膜、干涉滤光片和分光镜等等。主要内容有以下的几方面：薄膜的光学性质、力学性质以及其它有关性质的研究；薄膜的生长、薄膜的结构以及它们对薄膜性质的影响；光学薄膜组件的设计、制备及其性能的测试等。

光学镀膜的实际作业流程简化如下：PC基材以超音波洗净机洗净，洗净后排上夹具，送入镀膜机，开始加热及抽真空，由于为求制得之薄膜，能拥有高纯度，因此镀膜制程是在高真空环境下完成。本实施例早期制作的屏蔽11发现罩表面的亮丽度不佳，可能是抽真空未作好使得铝与氧接触氧化，后来增加抽取真空动作已经改善。达到高真空后，开始镀膜。镀膜时，以电子枪或电阻式加热，将镀膜材料变成离子态，镀膜时间则视层数及程序不同而有长短。镀膜完毕后，待温度冷却后取出。

镀反射膜，它的功能是增加光学表面的反射率。一般可分为两大类，一类是金属反射膜，一类是全电介质反射膜。此外，还有把两者结合起来的金属电介质反射膜。

一般金属消光系数越大，光振幅衰减越迅速，进入金属内部的光能越少，反射率越高。简单说，光的物理性质决定于振幅与波长两因素。振幅决定了光量的强弱，波长则是区别色彩的特征与种类。换言之，振幅的差异，给予明暗的区别；而波长的差异则给予色相的区别。

人们总是选择消光系数较大，光学性质较稳定的那些金属作为镀金属膜材料。例如在紫外区常用的金属薄膜材料是铝，在可见光区常用铝和银，在红外区常用金、银和铜，此外，铬和铂也常用作一些特殊的镀膜材料。由于铝、银、铜等材料在空气中很容易氧化而降低性能，所以必须用电介质膜加以保护。常用的保护膜材料有一氧化硅、氟化镁等。

金属反射膜(例如本实施例反射模11b是镀金属铝)的优点是制备工艺简单，工作的波长范围宽；缺点是光损耗大，反射率不可能很高。有时为了使金属反射膜的反射率进一步提高，可以在膜的外侧加镀一定厚度的电介质层，组成金属电介质反射膜，例如镀二氧化硅Si02(折射率为1.54)。

为更加详细说明请参阅图5。

请参阅图5为入射光入射屏蔽11之示意图。

图5包含有透明球罩11a、金属铝薄膜11b与减反射膜11c等三个不同介质对入射光的吸收现象。

由图4可知屏蔽11外表面反射约为60％。再由图4A可知屏蔽1 1内表面反射约为5％。

假设L1入射光能为100，L1入射光经过透明球罩11a、金属铝薄膜11b与减反射膜11c后的透光量，本实施例要求为15。

计算一下，入射光L1的光能假设为100，由图4、图4A可得：

40*0.95＝38

也就是说，入射光L1最后由屏蔽11外表面经过屏蔽11再由屏蔽11内表面透射后的透射光L1a的光能应为38。

显然，有23(38-15＝23)的光能损失掉。

这23的光能损失是在透明球罩11a、金属铝薄膜11b、减反射膜11c以及其它介电质所吸收等的损失。

调整这23的光能损失可使L1a大于、小于或接近于15，例如调整镀膜厚度等。

例如，调整镀金属铝薄膜11b膜厚度，可增加屏蔽11外表面亮丽度，但也可降低L1a透光率。同理，变动减反射膜11c反射率也影响调整镀金属铝薄膜11b膜厚度。

总之，在镀膜设计时，我们就尽量朝使L1a要等于或接近入射光L1的15％来设计。

至于，另外的入射光L2由屏蔽11的透射光L2a与L1a一样具有15的光能。

L2a也可看成是入射光L1在屏蔽11内非直接进入到彩色摄影机镜头13a的反光，例如是彩色摄影机机身、发亮金属镜头盖等等的物体所造成的反光。总之，这些反光就造成重迭鬼影的主要原因。

由图2与图5看反光L2a是具有15的光能，到达镀减反射膜11c时反射回来变成0.75(15*0.05＝0.75)的L2b光能。

这时，这0.75％透光率的反射光L2b已经对彩色摄影机镜头13a而言无法成像，或是说其微弱的成像被L1a的成像盖过，也就是说，这减反射膜11c达到「不受罩内的反射干扰成像质量」的功能。

但是，如果图2的L2相对于L1是一道强光，那么，反射光L2b对彩色摄影机镜头13a而言可能成像，或是说其更强的成像盖过L1a的成像，这也造成某种程度的干扰成像质量。

所以，本实施例所说的「达到隐藏与装饰彩色摄影机的功能」，前题是L1与L2有相同或接近的照度环境下。

一般实施例环境对屏蔽11而言大都是在一个照度均匀或接近均匀的照度环境下。当把屏蔽11安置于屋顶上(Speed Dome Camera)时，观察者由底下往上观看几乎看不到L2这道强光的透射进入屏蔽11内的透射光影像。除非，L2这道强光的透射进入屏蔽11内照射到摄影机的玻璃镜头或摄影机金属支架的光华面再直接反射到人眼。也就是说，屏蔽11安置于屋顶上由底下往上观看几乎看不到屏蔽11内的影像。

从图2由L1处往L2观看，在一定照度的环境下也会看到半透明状(15％透光率)屏蔽11内的影像，这与这时后的镀减反射膜11c并无直接关系。但是，在背景(L2方向)比较暗一点的情况下，由L1处往L2观看，还是会有看不到屏蔽11内影像的机会。

如前可知，镀减反射膜11c不受罩内的反射干扰，确实有改善成像质量的效果。

从图2可知，屏蔽11表面呈现亮丽的镜面，主要是屏蔽11表面的反射光L1b。如果这反射光L1b的亮丽有必要提高，又如果不计较成本，一个简单的方式就是，将金属铝薄膜11b镀在透明球罩11a的外表面，减反射膜11c镀在透明球罩11a的内表面。也就是说，图2的透明球罩11a与金属铝薄膜11b位置对调。这时反射光L1b会因为减少了球罩11a内部的损失，将比原来的屏蔽11表面呈现更加亮丽的镜面。

这虽然增加镜面的更亮丽，但是在屏蔽11外表面镀膜容易污损需要在最外表增镀一介电质(例如二氧化硅)保护膜和顶膜，这也会增加制作成本。

总之，镀膜顺序、过程、材料选择可以做适当变更，只要掌握入射光L1穿透透明球罩11a、高反射金属铝薄膜11b、减抗反射膜11c以及其它介电质的吸收等损失以后，L1a的光能控制在15％左右就可。这可在制作过程以光谱分析仪量测，一边量测一边修正镀膜参数。

减抗反射膜11c，可在屏蔽11内减少反射光以及消除屏蔽11内部其它固定彩色摄影机13配件等的杂散光。

最简单的多层反射膜是由高、低折射率的二种材料交替蒸镀而成的，每层膜的光学厚度为某一波长的四分之一。在这种条件下，参加迭加的各界面上的反射光矢量，振动方向相同。合成振幅随着薄膜层数的增加而增加。

本实施例减反射模11c主要含大部分的金属铬，所以外表看有点深茶褐色，另外减反射模11c也包含有二氧化钛(TiO2，n＝2.2)，与二氧化硅(SiO2，n＝1.54)，的二种材料与其它药水等交替蒸镀。

有关镀铝反射模11b与减反射模11c之间也含有其它介电质。屏蔽11表面镀有多层减反射膜后，屏蔽11特别容易产生污渍，而污渍会破坏减反射膜的减反射效果。在显微镜下，我们可以发现减反射膜层呈孔状架构，所以油污特别浸润至减反射膜层。解决的方法是在减反射膜层上再镀一层具有抗油污和抗水性能的顶膜(抗污膜)，而且这层顶膜必须非常薄，以使其不会改变减反射膜的光学性能。抗污膜的材料以氟化物为主，而最常用的方法是真空镀膜。当减反射膜层完成后，可使用蒸发工艺将氟化物镀于减反射膜上。抗污膜可将多孔的减反射膜层覆盖起来，并且能够将水和油与镜片的接触面积减少，使油和水滴不易黏附于屏蔽11表面。

镀膜过程的技术、设备与重要参数均由厂商自行处理。由于光学薄膜技术的快速发展，因此光学薄膜的研究就跃出光学范畴而成为物理、化学、固体和表面物理的边缘学科。许多新的材料、新专利技术与新设备不断出笼，本装置镀膜屏蔽11的创作与其摄影装置其实是在这些快速发展的领域中所加以应用的一种创新装置，其中镀膜技术与镀膜设备与过程可能涉及已有的专利技术，但本实用新型专利申请范围并未涉及镀膜屏蔽11的技术、设备与过程，仅是着重于镀膜屏蔽11成像的改良与应用的装置，因此不影响本装置创作的精神与可专利性。而且，本实用新型人在此CCTV高速球摄影机行业多年经实际测试，发现在美国911恐怖事件后具有国际市场上创新、实用、进步的空间。

Claims (4)

1. 一种具减反射膜镀铝镜面的摄影用半球型屏蔽，适用于摄影，其特征在于：至少包括有一镀铝镜面半球型屏蔽，该镀铝镜面半球型屏蔽外表面呈现反射镜面，以及；

该镀铝镜面半球型屏蔽上镀有减反射薄膜。

2. 如权利要求1所述的具减反射膜镀铝镜面的摄影用半球型屏蔽，其特征在于：该镀铝镜面半球型屏蔽内容置彩色摄影机，以及；

该镀铝镜面半球型屏蔽面的透射光进入该摄影机的镜头。

3. 如权利要求1所述的具减反射膜镀铝镜面的摄影用半球型屏蔽，其特征在于：该镀铝镜面半球型屏蔽的透光率为5％至25％之间。

4. 如权利要求1所述的具减反射膜镀铝镜面的摄影用半球型屏蔽，其特征在于：该镀铝镜面半球型屏蔽的透光率为15％。

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