安防領(lǐng)域紅外攝像模組鏡頭專利技術(shù)進展

■文/國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心 房元鋒 崔 振 于子江

安防領(lǐng)域紅外攝像模組鏡頭專利技術(shù)進展

■文/國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心 房元鋒 崔 振 于子江

本文從專利的視角分析了安防領(lǐng)域紅外攝像模組中的鏡頭技術(shù)在中國的發(fā)展?fàn)顩r及其趨勢，為眾多國內(nèi)安防企業(yè)進行專利布局提供一定的借鑒。

安防 攝像 紅外 鏡頭 專利

1 引言

隨著全球安防市場的需求快速增長以及用戶的使用要求變得越來越高，迫切需要我們對現(xiàn)有攝像模組進行不斷的改進和提升，以達到更好的效果進而滿足市場的更多需求和用戶的更高要求。

相對于其他的攝像模組來說，安防攝像模組的主要特點是其鏡頭被配置了一個濾光片切換器，其作用是使安防攝像模組無論是在白天還是在夜晚都可以獲得所處環(huán)境的圖像。相比普通鏡頭，安防攝像模組的鏡頭需要更合理的光學(xué)設(shè)計、更先進的鍍膜水平、更高品質(zhì)的鏡片材料、更精密的加工以及更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难b配等才能實現(xiàn)更清晰的畫質(zhì)。目前的市場對安防攝像模組鏡頭的需求主要集中如下幾個方面：更大的相對孔徑、24小時全天候、變焦距監(jiān)控鏡頭、日夜共焦式光學(xué)系統(tǒng)。此類監(jiān)控鏡頭將會成為市場主要的競爭趨勢之一，因此,此類鏡頭的精湛設(shè)計便顯得尤為重要。

基于市場的需要和技術(shù)的發(fā)展，越來越多的公司和研究機構(gòu)開始從事相關(guān)研究。與此同時，近些年隨著我國知識產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略的實施，知識產(chǎn)權(quán)觀念漸入人心，這些公司和研究機構(gòu)的相關(guān)技術(shù)成果大部分以專利的形式得以體現(xiàn)。因此，本文擬從專利的角度對安防攝像模組鏡頭關(guān)鍵技術(shù)的進展進行分析，以期為相關(guān)機構(gòu)和公司提供一定的參考[1]。

2 安防攝像模組鏡頭專利技術(shù)情況分析

本文的分析樣本來源于中國專利文摘數(shù)據(jù)庫（CNABS），為近年來公開的安防攝像模組鏡頭技術(shù)相關(guān)專利文獻。具體來說，筆者利用分類號、關(guān)鍵詞、申請人等多種檢索手段對在我國申請的安防攝像模組鏡頭技術(shù)相關(guān)專利進行了檢索。

經(jīng)檢索分析發(fā)現(xiàn)，安防攝像模組鏡頭領(lǐng)域的中國專利技術(shù)改進基本集中在這樣幾個方向：一是優(yōu)化鏡頭的光學(xué)結(jié)構(gòu)來優(yōu)化校正像差并獲得較大的相對孔徑；二是采用特定的方法改進日夜共焦技術(shù)以保證成像清晰；三是采用非球面透鏡消除像差并促進鏡頭小型化；四是通過對鏡座和殼體等結(jié)構(gòu)進行組合設(shè)計以消除加工誤差和裝配誤差，從而提高成像品質(zhì)。

基于上述對安防攝像模組鏡頭領(lǐng)域的中國專利技術(shù)的分析，筆者從四個方面對安防攝像模組鏡頭技術(shù)中的幾個關(guān)鍵技術(shù)進展進行了分析。

（一）光學(xué)系統(tǒng)

安防攝像模組鏡頭的光學(xué)系統(tǒng)通常采用的都是變焦距光學(xué)系統(tǒng)，要想在其變焦范圍內(nèi)實現(xiàn)變焦，通常需要改變各個組分之間的距離，同時為避免由于變焦組分的移動而引起的系統(tǒng)像面的偏移,需要有其他組份做補償移動來消除這種偏移，從而得到大小不同的影像和景物范圍。因此，安防攝像模組中變焦距光學(xué)系統(tǒng)要具有焦距均勻變化、變焦過程中像面位置及大小保持穩(wěn)定、相對孔徑控制在要求范圍內(nèi)及連續(xù)成像質(zhì)量符合要求這四個特點[2]。

公開號為CN105334598A的專利提出了一種光學(xué)鏡頭（公開日為2016年2月17日），其具體公開了：沿光軸方向從物側(cè)到像側(cè)依次包括：光焦度為正的第一透鏡組（10）、光焦度為負的第二透鏡組（20）、光焦度為正的第三透鏡組（30）、光焦度為正的第四透鏡組（40）。

通過對上述方案中各光學(xué)透鏡從物側(cè)至像側(cè)依次排列的順序以及各個光學(xué)透鏡的光焦度分配等設(shè)計，使得變焦光學(xué)鏡頭的結(jié)構(gòu)形式、光焦度分配、光學(xué)玻璃的折射率和色散系數(shù)等參數(shù)與成像條件進行很好的匹配，進而使光學(xué)鏡頭的球差、慧差、象散、場曲、倍率色差、位置色差得到了很好的校正，從而使光學(xué)鏡頭能夠達到更高的分辨率需求和更佳的紅外夜視效果，實現(xiàn)全天候的超高清視頻監(jiān)控。

（二）日夜共焦

對于采用紅外燈條件下監(jiān)控場合來說，需要日夜的圖像都能清晰。因此要求鏡頭的日夜共焦能力強，實現(xiàn)日夜不間斷監(jiān)控，監(jiān)控像面清晰的要求。

公開號為CN105527781A的專利提出了一種免日夜共焦設(shè)計的日夜兩用鏡頭系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法（公開日為2016年4月27日），其具體公開了：該系統(tǒng)包括鏡頭、芯片以及設(shè)置于鏡頭內(nèi)部或設(shè)置于鏡頭前端或設(shè)置于鏡頭與芯片之間的濾光片（B6）切換器，所述濾光片（B6）切換器上設(shè)有分別用于白天和晚上的濾光片一（C1）和濾光片二（C2），所述濾光片一（C1）和濾光片二（C2）與光軸相垂直且能分別切換至光軸的位置用于濾除不同波段的光，所述濾光片一（C1）為能濾除紅外光的紅外光截止濾光片，所述濾光片二（C2）為能濾除可見光的可見光截止濾光片。所述濾光片一（C1）和濾光片二（C2）采用不同的厚度，使得鏡頭在白光和在近紅外環(huán)境的光學(xué)后焦一致。

該系統(tǒng)及方法無需考慮鏡頭復(fù)雜的日夜共焦設(shè)計，通過簡單的結(jié)構(gòu)或方法便可實現(xiàn)日夜共焦效果，且制造成本低，性能優(yōu)越。

（三）非球面技術(shù)

目前，高清監(jiān)控鏡頭的鏡片技術(shù)與鏡頭的發(fā)展密不可分。非球面技術(shù)是當(dāng)前討論最多的鏡面技術(shù)，也是衡量一個廠商鏡頭優(yōu)劣的重要標(biāo)準(zhǔn)。非球面面形是在球面面形的基礎(chǔ)上做細微的調(diào)整得出，其面形復(fù)雜，材料可選用光學(xué)樹脂。傳統(tǒng)球面鏡片具有無法克服的球面像差，而非球面鏡片可以使中央及邊緣光線通過高次曲面的矯正而正確的聚焦于一點，從而清晰成像，這樣也相對增大了有效通光孔徑、增加了靈敏度；再者，一片非球面鏡片就能實現(xiàn)多個球面鏡片校正像差的效果，加入非球面可以簡化鏡頭的光學(xué)結(jié)構(gòu)，使鏡頭體積縮小、重量減輕，并可以有效地消除桶形失真。

公開號為CN203825282U的專利提出了一種非球面紅外夜視變焦攝像鏡頭（公開日為2014年9月10日），其具體公開了：其光學(xué)系統(tǒng)中沿光線自左向右入射方向依次設(shè)有光焦度為負的前組A、可變光欄C以及光焦度為正的后組B，所述前組A依次設(shè)有正月牙透鏡A-1、由正月牙透鏡A-2和負月牙透鏡A-3密接的第一膠合組、由雙凹透鏡A-4和雙凸透鏡A-5的第二膠合組、雙凹透鏡A-6以及雙凹透鏡A-7，所述后組B依次設(shè)有非球面透鏡B-1、由負月牙透鏡B-2和雙凸透鏡B-3密接的第三膠合組、由雙凸透鏡B-4和正月牙透鏡B-5密接的第四膠合組以及負月牙透鏡B-6。其中后組B在三片式結(jié)構(gòu)的原型上把第一片鏡片改為非球面，以分擔(dān)后組B的光焦度，提高了鏡頭的相對孔徑，并利用膠合組正負鏡片的折射率和色散的差異校正鏡頭的象差。

顯然，該結(jié)構(gòu)使鏡頭的體積和重量減少，而且使透過的光也增加了。該非球面紅外夜視變焦攝像鏡頭具有光學(xué)指標(biāo)高、光學(xué)靶面大、分辨率高于三百萬像素等優(yōu)點。

（四）裝配組裝技術(shù)

近年來，以先進的加工技術(shù)、先進的材料技術(shù)和精湛的自動優(yōu)化設(shè)計為代表的光學(xué)先進生產(chǎn)技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，廣泛使用的安防攝像模組鏡頭也充分的利用了這些先進技術(shù)，而精密、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)募庸ぜ夹g(shù)與裝配工序也是安防攝像模組鏡頭性能的重要保證。

公開號為CN104883484A的專利提出了一種安防系統(tǒng)、安防攝像模組及其制造方法（公開日為2015年9月2日），其具體公開了：所述安防攝像模組包括一光學(xué)鏡頭（20）；一感光元件（10）；一濾光元件；以及一鏡頭結(jié)構(gòu)（40），所述鏡頭結(jié)構(gòu)（40）進一步包括一鏡座（41），其中所述光學(xué)鏡頭（20）安裝于所述鏡座（41），并且所述光學(xué)鏡頭（20）位于所述感光元件（10）的感光路徑；和一殼體（42），其中所述殼體（42）與所述鏡座（41）一體地形成，所述濾光元件可操作地設(shè)置于所述殼體（42），并且所述濾光元件得以過濾經(jīng)由所述光學(xué)鏡頭進入到所述安防攝像模組的光線。的發(fā)展，并進行了必要的專利布局；（2）安防攝像模組鏡頭在設(shè)計和生產(chǎn)制造中的其他一些其他鍵技術(shù)，比如超低色散材料、多層鍍膜以及特殊透鏡和機身材質(zhì)等，相關(guān)的專利申請較少，這為相關(guān)企業(yè)的研發(fā)和專利布局提供了一定的機遇。

通過一體制成的所述鏡座和所述殼體，能夠消除現(xiàn)有技術(shù)的存在于所述鏡座和所述殼體之間的加工誤差和裝配誤差，從而提高所述安防攝像模組的成像品質(zhì)。

3 總結(jié)

通過檢索和分析，可以得到以下結(jié)論：（1）在安防攝像模組鏡頭技術(shù)領(lǐng)域，我國的安防企業(yè)在光學(xué)系統(tǒng)、日夜共焦、非球面技術(shù)以及裝配組裝工藝等方面都有了一定

綜上所述，筆者對中國專利數(shù)據(jù)庫相關(guān)文獻進行了檢索采集，在此基礎(chǔ)上對我國安防攝像模組鏡頭技術(shù)相關(guān)專利進行了分析研究，并獲得了上述的初步結(jié)論，希望能為安防企業(yè)和研究機構(gòu)利用和開發(fā)安防攝像模組鏡頭技術(shù)提供決策參考。

[1]于子江等 從專利視角分析安防領(lǐng)域紅外成像技術(shù) 中國安全防范認證 2015，第2期。

[2]姚多舜 連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計講座機械補償式三組元連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計方法應(yīng)用光學(xué)，2008，37(2)：7~12。