TWI423676B - Application of coated substrate imaging - Google Patents
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Description
本發明涉及一種鍍多層介電質膜基板,特別涉及一對可見光呈現高反射低穿透與對紅外呈現高穿透低反射的成像裝置。
近年來,全球各地治安敗壞、歐美地區的恐怖活動往往造成政府投資在公共設施上,有必要安裝更多監視用的安全攝影機(Security Camera),用以對惡徒並進行適當的防患與嚇阻。例如在社區、都會區街道、賣場與其他的公共場所等,遇有竊盜、性侵或重大事件時,可藉由監視用安全攝影機所攝錄的影像加以觀察追蹤與還原真相狀況。
但是,科技的進步連帶使得竊賊惡徒或恐怖份子們的惡行知識與技巧也跟進有所進步,明顯的例子是偷竊破壞監視攝影機或刻意迴避各處監視地點。
因此,防盜監視用的偽裝隱藏機型(Concealed Camera)在歐美與全球其他國家地區已是迫切需求的安全裝置,尤其是對於美國911恐怖事件後公共安全的防護領域,與美國國土安全部宣告的「公共安全重於個人隱私」更為明顯。
對於防盜防恐監視用的偽裝隱藏機型,主要是把監視用的攝影機本體或其攝影鏡頭加以隱藏遮住,使監視用的攝影機不易被發現而遭偷竊破壞,或被刻意迴避其監視的地點,近年來代表性的有如針孔攝影機(Pin-hole Camera)。
有關先前1974
年公開的第3,819,856
號美國發明專利「CAMERA CAPULE」,如其摘要(ABSTRACT)之「The dome is coated on it’s inside concave surface with a fine layer of chromium which renders the dome transparent from it’s relatively dark inside area and opaque or reflective from the lighter area outside the housing」主要是說其攝影機15
的透明球罩26
內凹表面上,鍍有Cr
(金屬鉻),使人眼從透明球罩26
外表面看透明球罩26
內是呈現不透明的...等。
實際上,透明球罩26
內凹表面上鍍有的Cr
層是呈現半透明狀(如是不透明則可見光無法或不容易進入攝影機15
成像),來做攝影機15
的隱藏,觀察者近看容易看到球罩26
內的攝影機15
。
又,如1973年公開的第3,739,703號美國發明專利「CONCEALMENT OF CAMERAS FOR OBSERVATIONAL PURPOSES」,如其專利資料圖二所示,是在透明球罩9內放置一不透明遮罩10(an opaque mask)用以遮著從透明球罩9進入的入射光。該不透明遮罩10並無遮罩其攝影機鏡頭(否則可見光無法或不容易進入其攝影機成像),因此觀察者近看也容易看到透明球罩9內的攝影機鏡頭。
又,如1980
年公開的第4,225,881
號美國發明專利「DISCRETE SURVEILANCE SYSTEM AND METHOD FOR MAKING A COMPONENT THEREOF」,該發明說明書摘要指出:重要的是,有一具會掃瞄轉動的攝影機安置在一具有反射效果的球罩內,該球罩的內部鍍有數個重疊的塗層。在球罩上鍍有一金屬銀層,與一保護層SiO層。然後除了保留攝影機的窗口以外再將內部全部塗黑。該攝影機的鏡頭裝備有一碟型遮罩(該發明說明書摘要第1欄第63~第2欄第2行)。
也就是說,球罩外的光僅能由攝影機的窗口進入,其餘的光被內部的塗黑層擋掉。這塗黑層是一種高度吸收光的物質(第2欄第28~29行)。
請參閱該發明圖8、與該發明說明書第7欄第29~38行:該玻璃球罩220的內部鍍有數個重疊的塗層:其中鍍鉻層222是用以增加鍍銀層224與玻璃球罩220之間的附著力。其中SiO層226是用以保護鍍銀層224而且可控制球罩220上入射光穿透的範圍(to control the transmission sensitivity range of the coated sphere 220)。至於如何控制?請參閱該發明說明書第3欄第22~30行記載:鍍在鍍銀層上的SiO層數量,可決定玻璃球罩外部的顏色與鍍膜玻璃球罩的光譜的感度。如何決定?請參閱該發明說明書第8欄第12~21行之記載:在SiO層未鍍在鍍銀層224前,在光穿透玻璃球罩220時人眼看到呈現藍色。當SiO層數量增加時,其光譜在玻璃球罩220發生移動,人眼看到呈現變成綠-黃-褐的顏色。這種光譜變化率取決於放置在鎢絲燈內SiO層的數量、真空室內的溫度、以及待鍍區域的大小等因素。當蒸鍍的SiO在玻璃球罩呈現所期望的顏色時,就停止蒸鍍。
因為SiO層在空氣中的折射率與SiO層在塗黑層的折射率不相同,所以再批覆此透明塑膠層(該發明說明書第2欄第31~34行)。
如上揭露有關遮蔽攝影機的方法是屬鍍金屬薄膜或不透明遮罩,像第3,819,856號是以鍍半透明度的金屬鉻Cr
來做攝影機15
的隱藏。又,像第4,225,881號外罩(globe)是鍍銀的高反射金屬。又再如第3,739,703號是在透明球罩9內放置一不透明遮罩10(an opaque mask)用以遮著從透明球罩9進入的入射光。
鍍鉻Cr
(Chromium)、鍍銀(Ag
)等稱為鍍金屬薄膜(Metallic coatings)。由於鍍鉻呈現淺茶色近看隱藏效果不佳,而鍍銀又容易氧化變黑,因此大都淡出國際市場。目前,實際應用上有人以金屬鋁(Al
)取代。
例如,本人於2007年的新型專利證號M326646「鍍鋁半球型罩攝影裝置」、與本人於2007年中國大陸公開的實用新型專利200720154044.5「具減反射膜鍍鋁鏡面的攝影用半球型遮罩」等,均是在一透明基板上鍍有高反射的金屬鋁薄膜11b,藉正面入射光的反射用以遮住(隱藏)攝影機、與藉正面入射光的透射可進入攝影機成像,以及在金屬鋁膜上面再鍍具減反射作用的金屬鉻(Cr
)膜,用以吸收與減少鍍膜遮罩內的反光所造成的鬼影,以免影響成像品質。
鍍反射膜,主要是增加光學元件表面的反射率。一般可分為兩大類,一類是金屬反射膜,一類是全介電質反射膜。此外,還有把兩者結合起來的金屬介電質反射膜。
金屬反射膜的優點是製備工藝簡單,工作的波長範圍寬;缺點是光能損耗大,入射金屬膜的光能除必須保留一設定的穿透率(讓部份入射光進入攝影機成像)外,剩餘的反射率不可能很高。如不考慮穿透率,單獨的金屬銀Ag在可見光的反射率可高達約98%。
金屬膜(Metallic coatings)反射帶比較寬,對入射光角度相對不敏感。金屬膜對紅外有吸收帶,不利紅外夜視攝影。
多層介電質(dielectric coatings)膜,在特定波長可以達到很高的反射率,對入射光小角度不敏感,當大角度變化時(如45度),反射率將有變化。一般說來,多層介電膜比金屬膜反射率高,牢固度好,抗損傷力強,在可見光與紅外大都是呈透明狀。
如先前技術提及:鍍金屬膜遮罩作為遮住(隱藏)攝影機的缺點有二:一是光能損耗大,光能入射到鍍金屬膜遮罩,除了必須保留一定的穿透光能進入攝影機成像與金屬膜的吸收(損耗)以外,還必須提高其剩餘的反射光能。其反射光能過低則形成鏡面反射效果就差,反射效果差就不容易(或無法)對鍍金屬膜遮罩背面所遮住(隱藏)之攝影機達到隱藏裝飾的目的。如果刻意降低穿透光用以相對提高反射光,則可能因穿透光能不足在進入攝影機後不易或無法成像,影響成像品質。
二是鍍金屬膜遮罩對紅外光範圍有吸收帶,使穿透的紅外光能衰減,在夜間或照度不足(例如在10Lux
)環境與備有紅外輔助光源下,對攝影機攝取紅外影像的有效距離也會產生非常顯著的衰減,所以不適合夜視攝影。
以一種鍍(多層介電膜)膜基板取代先前技術的鍍金屬膜遮罩。
取代後的優點有二:一是無光能損耗,多層介電質膜「吸收」的光能損耗相對金屬膜而言,幾乎近於零。
二是鍍多層介電質膜現在的技術對紅外的穿透率很容易達到90%
以上甚至於達到99%
。
鍍膜基板為一透明基材(Substrate)上形成有一多層介電質膜層(multi-layer dielectric coatings),利用多層介電質膜的光學干涉效應,使入射的可見光與紅外分別可以達成一預定的分光比。例如,使入射的可見光入射到此鍍膜基板時可分成兩路光:其中的一路光(例如約佔入射光的70%
)在此鍍膜基板上呈現高反射,用以隱藏鍍膜基板背後的監視攝影機;另一路光(例如約佔入射光的30%
)則穿透此鍍膜基板進入監視攝影機成像(可見光影像)。以及;使入射的紅外入射到此鍍膜基板時也可分成兩路光:其中的一路光(例如約佔入射紅外的96%
)呈現「極高」(相對於鍍金屬膜的反射率而言)穿透率穿透進入監視攝影機成像(紅外影像)。
其中讓可見光呈現高反射的目的有二:一是使人眼目光不能(或不容易)看穿此鍍膜基板,用以達到此鍍膜基板隱藏裝飾監視攝影機的作用。二是人眼近距離可透過鏡面的反射增加周圍的監控視野,例如像大賣場轉角處或停車場的廣角(有曲面狀的鍍膜基板)反射鏡。
也就是說,此鍍膜基板成像裝置對可見光呈現的高反射可達到近端與遠端監視的雙重用途。
讓可見光呈現低穿透的目的是:使搭配收納於鍍膜基板背後的監視攝影機,在可成像的最低進光量條件下,儘量壓低其穿透光以便提高其反射光的相對比例。也就是說,對於市售的各類型攝影機(一般稱CCD
)因品質等級不同,在同樣環境照度下如果穿透光有20%~50%
的進光量下可使攝影機成像,那麼穿透光的最低進光量就控制在20%
,不必控制在50%
。這樣就可以提高其反射光的相對比例(因為在一定條件下,穿透光與反射光成反比),目的是儘可能提高反射光。反射光越大越像鏡子。
其中讓紅外(光)高穿透的目的是讓紅外的幅射量(不論是紅外輔助光源或是存在於環境中的紅外幅射),進出於鍍膜基板後可讓監視攝影機攝達到最大的進光量,以利監視攝影機攝取到高品質的紅外影像。對一般攝影機的透明玻璃遮罩對紅外的穿透約92%
(並非100%
)。也就是說,鍍膜基板與一般透明玻璃對紅外具有相同的穿透率,但前者更具有隱藏性。
其中低反射最好是低到等於0%或趨近於0%。因為此紅外的低反射對本發明成像的實施中並無其他功能,詳如圖四。
下面對本發明的透明基材、多層介電質膜層與監視攝影機作以下名詞定義:
(1)透明基材,透明基材大約可分為光學級的透明玻璃與透明樹脂兩大類。透明基材首先必須有高透明度,必然表面質量要求嚴格,盡量不要有任何斑紋、氣孔、泛白、霧暈、黑點、變色、粗糙光澤不佳等缺陷。可見光與紅外在透明基材的透明性,一般同樣是受到「光」的反射、穿透、吸收、與散射等因素影響。本實施例中,在光學級透明基材中其入射光的散射與吸收現象相對金屬膜而言幾乎可忽略不計。
(1A)透明玻璃,透明玻璃有青、白板玻璃與BK-7等。
(1B)透明樹脂,透明樹脂是具光散射少的非結晶體。
一般透明高分子聚合物,其內部有微細界面,也會發生光散射,其典型就是結晶結構。
例如,同樣是H2
O構成的水和冰。水是透明的,冰多半不透明,這是因為冰是結晶體,會發生光散射使光透過減少。水是非結晶體,發生光散射少,故呈現透明。
在工業用塑料中透明性好的透明樹脂大約有:PMMA(透明度約93%)、PC(透明度約88%)、PS(透明度約89%)、CR-39(透明度約90%)、SAN樹脂(透明度約90%)、MS樹脂(透明度約90%)、聚-4甲基戊烯-(TPX)(透明度>90%)。另外,像聚甲烯酸甲酯、苯乙烯共聚物(MAS)、PET、PP以及PVC等透明度均很好。
上述這些汎用透明樹脂中,其透光性不僅是包含可見光範圍,實際上也涵蓋波長在的近紅外範圍,也就是包含波長在400nm~1000nm的範圍。
可見光與紅外在透明樹脂的透明性,一般同樣是受到「光」的反射、穿透、吸收、與散射等因素影響。
當光進入透明樹脂時,一部份會在表面反射而損失。反射的例子通常是以光的折射率n1(=1)由空氣垂直射入折射率n2的聚合物時,所算出的表面反射率R%
是以(n-1)的平方除以(n+1)的平方表示之。由廠商的資料顯示,透明壓克力(有機玻璃)PMMA(Polymethylmethacrylate)的折射率是1.49,算出表面反射率R%
約為4%。
PMMA的全透光率約為93%,這種光的損失大部份是表面來回二次反射造成的,而吸收和散射等內部的損失則非常小。
當光碰到透明樹脂分子後,分子將吸收其能量而發生旋轉運動,引起光吸收於是降低透光性。在光吸收的同時發生的散射也會就大大降低透光性。由於透明樹脂內部固有的散射係與折射率8乘方成正比,與波長4乘方成反比,因此,折射率低的材料散射損失少,在波長較長的可見光領域,散射的影響較小。在波長更長的紅外領域,散射的影響幾乎小到等於零。
另外,透明樹脂或一透明高分子聚合物在製造過程產生或是參入的一些異物,也會因為散射而降低透光性。由製造廠商資料顯示,光學級的PMMA的異物僅有一般成型用PMMA的十分之一,異物粒徑在0.5μm~0.07μm時,光學級PMMA的異物量約為600~2000個/g,一般級PMMA的異物量約為4000~20000個/g。在實際應用上,有時因為環境的溫度和溼度的變動,也大大影響折射率。一般來說,透明樹脂的折射率愈大,則反射率會大。透明樹脂的構造不均勻,光學上引起微觀上折射率的不均而有散射的現象,光學級的折射率則比較均勻。這也就是本實施例建議使用光學級PMMA的原因。
目前,壓克力PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)在塑料中透明度首屈一指,在澆鑄板的厚度為100mm時也可完全透視物體。它表面光澤度很好、對人體無毒性。
日本三菱Rayon製的PMMA其資料顯示的分光光線透過率在紫外線從250nm附近上升,在可見光領域完全不吸收。
PMMA是屬於一種非結晶性塑料(Amorphous),高分子鏈凌亂排列糾纏,未形成井然有序的排列結構,在凝固過程中沒有晶核及晶粒生長過程,僅是自由的高分子鏈被"凍結"(frozen)的現象。所以多具高透明外觀。非結晶性塑料聚合體皆有良好的光透性、其材質的密度性也較低;至於,結晶形(Crystalline)聚合體由於球晶和不定形區域的折射率不同,其材質密度較大,光透性較差不適合本實施例攝影成像使用。
PMMA壓克力板有良好的加工性能,既可採用熱成型(包括模壓、吹塑和真空吸塑),也可用機械加工方式鑽、車、切割等。用微電腦控制的機械切刮和雕刻不僅使加工精度大提高,而且還可製作出用傳統方式無法完成的圖案和造型。另外還可接著與鍍膜等,適合本發明實施例的使用。
比PMMA透明度稍差一點點(透光度約88%)的聚碳酸樹脂PC(Polycarbonate),也是本實施例應用的另一個透明樹脂。兩者比較不同點如下:PMMA缺點:吸水率高、耐熱性稍差、較不耐衝擊、較容易起燃。PC缺點:成形性差。
因為PC的黏度較高,成形溫度也高些。但不需要特別困難的成形技術。
本實施例採用的鍍膜方式是在真空蒸鍍中,透明玻璃的耐溫約300℃,PC的耐溫約130℃與PMMA的耐溫約70°C中,以PMMA的冷處理較具困難(溫度太高會變形,溫度太低則膜層附著力不好),但這對目前國內有鍍膜經驗與較佳設備的廠商而言並無技術上的困難。
(2
)多層介電質膜,本實施例所採取的多層介電質膜膜材(Material
)例如TiO 2
、Ti 2 O 5
、Ti 3 O 5
、Nb 2 O 5
、ZrO 2
、SiO 2
等氧化物膜,在可見光與紅外雙波域範圍都是透明的。而這透明區主要決定於材料的價電子能階到導電子能階的能差△E與晶格振盪能的吸收。△E決定了透明區的短波極限(λs
),波長小於λs
的光波會激發電子跳遷而被吸收(Fundamental absorption);而晶格振盪能決定了透明區的長波極限(λL
),波長長於λL
的光波會晶格振盪而被吸收(Lattive vibration absorption)。對純正的材料而言,△E很大,λs
落在紫外光區,所以在可見光與紅外雙波域範圍都是透明的。膜層中發生吸收損耗的原因除價電子能階到導電子能階的能差△E與晶格振盪能的吸收以外,還有像雜質的存在。但是,這些「吸收」在膜層設計與下面的實施例中對成像影響不大可忽略不計。
若無離子源助鍍(IAD)透明基板適宜者加高溫到250℃~300℃,並在抽真空後加以約15mPa之氧氣下蒸鍍,可得到堅固透明的氧化膜。但如透明基材為PC基板或PMMA基板,如果要得到良好的膜質一般都補以離子源助鍍。
請參閱圖一為薄膜(鍍膜膜材)反射率與光學厚度的變化關係圖。
由光學薄膜干涉現象可知,當光垂直入射單層膜時,且光學厚度Nd(為薄膜折射率與薄膜厚度的乘積)為(2λ0
/2)、λ0
、(3λ0
/2)…膜層對波長的反光強度不變;若光學厚度Nd為(λ0
/4)、(3λ0
/4)、(5λ0
/4)…,反射率將為極大值或極小值,且其值決定於膜的折射率n是大於還是小於基板的折射率nS。當n
>nS時,反射率為極大值,在n
<nS時,反射率為極小值,如圖一所示。由圖一可見,一層光學厚度為入射光波長四分之一奇數倍,讓反射波形成破壞性干涉,即可得反射率為0之抗反射效果。但對其他波長的反射率並非為0,因而為了在可見光範圍可得到寬廣的反射率通常都是多層架構,適當選擇膜層的折射率與膜層設計就可得到適當的反射率。由圖一可見,一層光學厚度為四分之一波長,且折射率夠低的薄膜,可作為抗反射膜,使表面反射率降低,例如在玻璃(BK7,n
=1.53)表面鍍上單層氟化鎂(MgF
2,n
=1.38),即為一種簡單架構的抗反射膜。相對的,若在玻璃表面鍍上一層折射率足夠高的材料,它將大大增加玻璃表面的反射率,因此這種薄膜可作為一種很好的分光鏡,單層的二氧化鈦(TiO2
,n
=2.2)或硫化鋅(ZnS,n
=2.35)薄膜常作為這種用途,反射率約可達30%左右。
基本上單層膜的疊加就是多層膜。當使用多層薄膜時,可以依照我們的需要,運用高低折射率薄膜堆疊,做各式各樣的薄膜設計,以產生我們所要求的光學特性。常見的如減反射鏡、高反射鏡、截止濾光鏡、帶通濾光鏡、帶止濾光鏡還有與本實施相對應分光鏡效果等等。而電腦的出現,不但使光學薄膜設計(電腦輔助軟體)更為方便,且光學薄膜的相關研究更是一日千裡。至今,光學薄膜製作的困難點已經很少出現在設計上,只要特性要求合理例如本實施例的監視用途,總是能設計出適用的多層膜架構。
關鍵的問題在於薄膜製鍍工藝的改進,如何精確地控制每一層的厚度和折射率,以得到期望的光學性質和機械特性,甚至考量製作的量產化及成本的降低。另外,如薄膜材料的開發、先進鍍膜技術的開發與薄膜的量測等,但皆非為本實施例的範圍,不宜詳述。
有關多層介電質膜,今日在薄膜光學上,我們初始很容易由向量法或導納軌跡法在光學級透明基板上,鍍折射率高低交互變化的多層四分之一波膜堆,可獲得預期的穿透率T
%。而且理論上也同時可以證明用相同多膜層數,四分之一波膜堆比非四分之一波膜堆所得到的反射率R%要高。而膜層數越多則反射率也越大。也就是說,吾人很容易控制穿透與反射的分光比例。
製鍍膜材關係著製鍍後的成果(例如圖九說明),雖然可查核與陳列的材質相當多,但真正可用於光學薄膜需求的卻不多,因此我們在不同的光譜區選用不同的材料。在目前現有可用的鍍膜材料中,在可見光區高折射率小於等於2.4而低折射率大於等於1.35,所以單一的四分之一波膜堆的高反射帶的寬度是有限的。因此,要滿足本實施例在可見光區能夠像金屬膜一樣有較寬的反射帶,有必要將介電質膜高反射帶拓寬。拓寬的方法其中之一,是使膜系之每層厚度有規則的遞增(可依等比級數或等差級數),如此可使很寬的區域內的任何波長都有足夠多的膜層,其光學厚度也比較接近四分之一波。不過如此作成之高反射區反射率會有許多下降的波紋,必須用優化法(Simplex method)再行優化之。其他的方法還有將一個中心波長稍短之四分之一波膜堆疊加在另一個四分之一波膜堆上。有關鍍膜的設計基本上可從標準膜系開始著手,例如高反射鏡不管波寬大小或單或雙波數,都一律先以四分之一波膜堆基礎來設計。當初始設計無法滿足需求的光學成效時,就利用目前商用設計的電腦軟體來優化或修正後再合成(如後面實施例)。
藉由多層介電質膜的鍍膜層數與其鍍膜厚度就可控制對入射可見光的分光比,任意控制入射可見光有多少比例在膜層面反射或多少比例穿透膜層面。同樣,也可以藉由多層介電質膜的鍍膜層數與其鍍膜厚度就可控制提高對紅外的高穿透。
下面對可見光的控制反射與穿透而言,說明鍍多層介電質膜的確比鍍金屬膜為何更具彈性與實用。
假設入射光為L,其入射光L在基板上的反射率為R%、入射光L在基板上的穿透率為T%、入射光L在基板上的吸收率為A%。以數學式表示如下:
L=R%+T%+A%
假設對鍍金屬膜基板而言:L%=R1
%+T1
%+A1
%
假設對本鍍膜基板而言:L=R2
%+T2
%
若對同一攝影機有同樣的進光量,則T1
%=T2
%
所以,R2
%=R1
%+A1
%。
因為A1
%≠0顯然,R2
%>R1
%
這表示,同一攝影機在同一照度環境下,鍍多層介電質膜後的反射率R2
%必然可以比鍍金屬膜後的反射率R1
%大。也就是說,鍍多層介電質膜後呈現的反射比鍍金屬膜後更像一亮麗的鏡面。
同理,若R2
%=R1
%
則T2
%>T1
%
這又表示,鍍多層介電質膜後的反射率R2
%與鍍金屬膜後的反射率R1
%若一樣大,呈現一樣鏡面的反射時。則同一攝影機在同一照度環境下,鍍多層介電質膜後的攝影機,必然可以比鍍金屬膜後的攝影機取得更多的進光量(成像品質相對更好)。
由上可知,對可見光的控制反射與穿透而言,鍍多層介電質膜的確比鍍金屬膜更具彈性與實用。
另外,鍍多層介電質膜的膜材對紅外呈現透明,因此對紅外的吸收而言,鍍多層介電質膜比鍍金屬膜更適合紅外夜視的條件。
(3)監視攝影機,本實施例所述監視攝影機之「監視」主要是指防盜反恐等安全環境上的監視。而監視攝影機之「攝影機」指一般對波長範圍在400nm~1,000nm
的可見光與紅外均可感應的可成像單元,包含可攝錄影機、一般常見的CCD(Charge-Coupled Device)
與CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)
攝影機,其中以CCD
攝影機在防盜保全之業界採用居多。
請參閱圖二為本實施例裝置應用示意圖一。
圖二中包含有一鍍膜基材1、一不透光的殼體2、一攝影機3、一影像顯示器4。其中殼體2的一側放置有一鍍膜基板1與殼體2的內部容納有一攝影機3。入射光穿透鍍膜基材1後由監視攝影機3的鏡頭31進入成像。其成像經由監視攝影機3的影像輸出(Video out
)連接到影像顯示器(Video Monitor
)4上顯示出來。圖二中也包含有便利說明的代表性的光線,例如L1、L1a、L1b、與L2、L2a、L2b、L2c。
入射光L1(100%)入射到鍍膜基材1正表面時,假如反射光L1a佔60%與透射光L1b佔40%。
其中60%的反射光L1a在鍍膜基材1正表面呈現亮麗的反射鏡面(乍看像一面鏡子)。
其中40%的透射光L1b進入攝影鏡頭31成像。
另一入射光L2(100%)入射到鍍膜基材1正表面時,其穿透鍍膜基材1的透射光L2a(透射光L1b相同)約佔40%。但透射光L2a並無直接進入攝影鏡頭31成像而是在殼體2內反射形成另一反射光L2b。
反射光L2b反射到鍍膜基材1背表面時會再產生再一的反射光L2c(約佔L2b的60%
),這反射光L2c有機會再度反射進入攝影鏡頭31成像,反射光L2c與透射光L1b一起進入攝影鏡頭31造成重疊的影像,俗稱鬼影而影響成像的品質。
反射光L2b反射到鍍膜基材1背表面時約有60%的反射,則反射光L2c的光能約佔入射光L2的光能約24%(100%*40%*60%)。
若在照度約為200Lux的環境下,入射光L2約為200Lux,則透射光L2a約80Lux(200Lux*40%),透射光L2a入射到殼體2的內表面,若暫時不計算殼體2的內表面的光能耗損(例如在殼體2內表面的吸收與散射)下,這時反射光L2b則與透射光L2a同為80Lux。而反射光L2b在鍍膜基材1背表面形成的反射光L2c約有48Lux(80Lux*60%
)。
這個約有48Lux的反射光L2c與約有80Lux的透射光L1b兩者一起進入攝影鏡頭31後,在影像顯示器4上顯示出混在一起造成的重疊影像。
為了阻止反射光L2c進入攝影鏡頭31有四個方法:第一,在攝影鏡頭31外圍套入一不透光的黑色軟套32,把反射光L2c擋住不要進入攝影鏡頭31內。這黑色軟套32必須與鍍膜基材1背表面緊緊貼近不要有透光的間隙,非直接由攝影鏡頭31前所進入的雜光,通通被黑色軟套32擋住。這黑色軟套32最好用黑色或深色,如用白色則會造成白色的反射光讓人眼從鍍膜基材1看到內部白色軟套的影像。
關於第一個方法,若套用在目前市場流行的高速球攝影機(High Speed Dome Camera
),則有一定程度的困難。因為,這類高速球攝影機的鏡頭31常要作高速度旋轉,其鏡頭31上的黑色軟套32會被碰擊造成鍍膜基材1背表面而損壞。
因此,黑色軟套32僅適用於固定式的鏡頭31而不適用於可自動旋轉式的鏡頭31。
第二,在殼體2的內部表面21形成有黑色或深色的粗糙表面。目的是吸收與散射掉透射光L2a,使L2b光能大大受損而不易形成。也就是說,間接使L2c不容易(或無法)形成,這就沒有反射光L2c進入攝影鏡頭31內的問題發生。
關於第二個方法,若鍍膜基材1不是平板狀,而是像本人的新型專利證號M326646「鍍鋁半球型罩攝影裝置」呈現半球狀,則入射光L2透射到半球狀的鍍膜基材1內時,可能又從鍍膜基材1的另一側再透射出去,入射光L2根本沒有透射進入到殼體2的內部表面21。這時如果有人從L2入射方向看去,就容易看到鍍膜基材1後的的攝影機3了。
因此,僅在殼體2的內部表面21形成有黑色或深色的粗糙表面用以吸收與散射掉L2a,適用於平板狀的鍍膜基材1而不適用於曲率過大的鍍膜基材1。
第三,在鍍膜基材1前加鍍上一約3nm
厚的金屬Cr
膜層,用「吸收」方式來降低L2c的光能。
關於第三個方法,鍍上一金屬Cr
膜層多少會在鍍膜基材1上吸收一些入射的光能,使入射可見光的反射率與穿透率均受下降的影響。其影響嚴重者會如同鍍金屬膜一樣,應注意Cr
膜層的厚度控制。
第四,在鍍膜基材1前形成一像是抗眩AG
(Anti-Glare)膜層,把L2c的光能散射掉。使L2c的光能衰減到即使有進入攝影鏡頭也無法成像。
關於第四個方法,為了避免AG
膜層對透射光L1b的散射而影響成像,有必要在AG
膜層的一部份(例如AG
膜層的中央部份)挖一圓孔(配合圓形的攝影鏡頭31)形成一窗口,讓透射光L1b可直接由此圓形窗口進入攝影鏡頭31成像。
由於各個使用環境與使用條件不同,必要時將四個方法分別使用或交差合併使用,則可在應用上可發揮更不錯的效果。
請參閱圖三為本實施例裝置應用示意圖二。
圖三所示與圖二不同處在於;在圖三中移除了圖二的殼體2。
如圖三所示,入射光L2入射到鍍膜基材1後的透射光L2a並無觸及任何物體(例如殼體2)時,L2a就繼續直線往前走直到光能耗盡,因此就不會有產生像圖二中反射光L2b的問題。
這時若人眼從L2的方向看鍍膜基材1,會發現鍍膜基材1呈現透明狀態(其透明度如透射光L1b的40%),人眼容易看到鍍膜基材1背後的物體,尤其是在鍍膜基材1背後的光照度大於鍍膜基材1前面(與人眼同側)的光照度時,更是明顯。
當鍍膜基材1的背景環境是深色(例如深藍)或黑色時(例如在殼體2內),在一般環境下(例如約200Lux
的照度環境)對人眼從鍍膜基材1的正面觀察,因為有60%的反射光所以看起來像一面鏡面。而其中40%的透射光進入鍍膜基材1後,被深色或黑色的背景所「吸收」與「散射」後的光能,所剩無幾,加上被強勢的60%反射光所蓋過。人眼從鍍膜基材1的正面觀察,幾乎都是這60%的反射光所呈現的鏡面影像。
通常具有50%以上的反射光時就可顯示出鏡面反射的效果。當然70%、或80%以上的反射光又更像一面鏡子。如果鍍膜基材1沒有背景環境如圖三所示,鍍膜基材1的鏡面反射則不明顯。人眼從鍍膜基材1的正面觀察,大部份會看到像L1a鏡面反射的影像與透射光L2a所看到的影像等兩種影像的重疊影像。
實際上,圖三所示,僅是鍍膜基材1量產完成時的測試工作之一。主要測試鍍膜基材1背表面的成像效果。這工作是將攝影機3的鏡頭31對準鍍膜基材1背表面,再將影像顯示器4連接起來,測試透射光L1b
對攝影機3的成像效果。例如在量產完成的鍍膜基材1上,抽檢是否有鍍膜基材1表面刮傷或鍍膜層膜厚不均等造成的成像效果。
事實上,在影像顯示器4顯示的成像效果,如果在一定的環境照度下,其成像效果主要取決於(一)透射光L1b的光能大小、以及(二)攝影機3影像感測器(Image Sensor)的品質。
對於(一)透射光L1b的光能比(佔入射光L1的百分比)越大則在影像顯示器4顯示的成像效果越好。
但是,透射光L1b的光能比越大,相對的反射光L1a就越小。反射光L1a越小就越顯不出亮麗的反射鏡面,沒有了亮麗的反射鏡面,就不容易隱藏裝飾鍍膜基材1背後的物體(例如攝影機3),這也就失去本實施例要達成隱藏裝飾成像的目的。由圖二實際應用上透射光L1b的光能比在10%~45%是較適用的選擇範圍。
至於(二)主要是指攝影機3的影像感測器的感應度品質。國內外市場上常用的有許多種款式,包含有日本Sony、Sharp與韓國三星等廠牌,都有生產不同高階(High end)、中階(Mid-end)、低階(Low end)的各型號產品。如圖三本實施例的攝影機3就測試了十餘型號的CCD與CMOS。在不同照度環境也取得不同的成像效果。如果為了節省購買高階攝影機的錢,取代購買低階的攝影機時,選擇鍍膜基材透射光L1b的進光量大一點的,或者再適當的搭配輔助光源也是一個替代採用高階攝影機的方案。
如圖三是鍍膜基材1完成時的測試工作,也就是說鍍膜基材1量產時,可單獨出售測試OK
的鍍膜基材1給攝影機廠商,以便攝影機廠商將不同的攝影機3與不同形式的殼體2可以組裝成可直接讓消費者應用的產品。
在圖三中,如果把鍍膜基材1披覆一不透光層,此披覆的不透光層不包含攝影機3鏡頭31的窗口。也就是說,此披覆的不透光層的區域中,有一部份不披覆。此不披覆的區域就作為攝影機3鏡頭31的窗口。
則入射光L1經由此不披覆的區域(攝影機3鏡頭31的窗口)進入攝影機3成像。而像入射光L2則不能穿透此披覆的不透光區域。如此,則披覆有不透光層區域的鍍膜基材1,也可與攝影機3組合成一個產品。
例如把此披覆有不透光層區域的鍍膜基材1,與攝影機3組合成一個「隱藏式門口安全監視器」的一個產品應用。
此產品應用,是在一扇門上挖一空洞用以置入攝影機3,然後將此披覆有不透光層區域的鍍膜基材1的背部,黏貼在門面上。並事先在未披覆有不透光層區域的鍍膜基材1上,黏貼或噴塗彩色的數字圖案與姓名文字。注意此黏貼或噴塗的區域不要擋住攝影機3鏡頭31的窗口,以免擋住進入攝影機3鏡頭31的光。完成後僅在門面上看到一個裝飾的門牌(鍍膜基材1)。當有訪客按鈴時,攝影機3鏡頭31可攝取訪客的影像以供監視或錄影。
此產品應用中,上述的門面在黏貼有鍍膜基材1的範圍內,若剛好是有不透光門面區域時,則鍍膜基材1不一定要披覆有不透光層的區域。
以此類推,由圖二、圖三可知,將鍍膜基材1與攝影機3的組合確有許多應用空間。
請參閱圖四為本實施例裝置應用示意圖三。
如圖四所示是另一個應用裝置。圖四所示與圖二、圖三主要不同處在於;在圖四中增加了一輔助攝影機3的紅外光源5,以及便利說明紅外光源5的L3、L3a、L3b與L3c。
事實上,圖四所示之與近年國際安全器材展上常出現有日夜型的防盜監視攝影機(俗稱Day & Night CCD
),除了鍍膜基材1取代了其透明玻璃以外,大致相同。此類型攝影機的的設計大都以把夜視用的輔助紅外光源5與攝影機鏡頭31組合在一起後,再置入同一鋁製的殼體2內,用以施工方便。白天(環境光能充足)利用可見光攝影,夜間(環境光能不足)利用輔助紅外光源攝影。
對於夜視輔助光源5,常用的有稱為IR-LED
的紅外發光二極體,是市場上最廉價與方便的夜視輔助光源。其中心波長常用的是850nm,單顆功率約為100mW,產品製造廠商在日夜型防盜攝影機成品中,常以12、24、36顆甚至有一百多棵的IR-LED
圍繞在一電路板的四周,而電路板的中央留有一圓形空洞是直接套在攝影機鏡頭31周圍上。如此,可保證紅外幅射方向與攝影機鏡頭31攝取影像的方向是一致的。
本實施例在圖四中所增加的一紅外光源5,同目前市售的小型的防盜監視的攝影裝置(台灣與中國大陸俗稱槍機)一樣,也是將紅外光源5與攝影機鏡頭31組合在一起後,再置入同一殼體2內。
近年來新出產的槍機,大都採用了單或雙層透明玻璃的防護罩,圖四是以一片鍍膜基材1取代其單層式或雙層式的透明玻璃。
IR-LED
光源所幅射的光其中心波長為850nm的紅外範圍,是人眼可辨識的範圍內,所以人眼常看到紅色光點(Red glow)業界稱為「紅爆」,是夜間暴露出槍機攝影位置的主要原因。
如圖四所示,本實施例也改採用一中心波長為920nm~940nm的紅外光源5,它所幅射的光是以中心波長為920nm或是940nm的紅外範圍,是人眼不可辨識的範圍內,所以人眼看不到「紅爆」。
一般日夜型攝影機在紅外部份幾乎都是內置有以中心波長為850nm可通過的濾光片,則以中心波長為920nm~940nm的紅外光源5所幅射的紅外能量通過此濾光片時,將衰減到約三分之一左右。本實施例對此衰減的紅外能量,採取兩個彌補的方法:一是將以中心波長為850nm可通過的濾光片改為以中心波長為920nm~940nm可通過的濾光片。二是增加IR-LED
以中心波長為920nm~940nm的相對數量,用以增加紅外光源5所幅射的紅外能量。
如圖四所示,新增的紅外光源5在殼體2內所幅射的紅外線為紅外L3(其紅外幅射能量假設為100%),紅外L3入射到鍍膜基材1時,如果紅外L3入射到鍍膜基材1的穿透率與可見光L1一樣僅約有40%。那麼,紅外透射光L3b所幅射的光能僅剩四成。
當紅外透射光L3b穿透鍍膜基材1出去入射到物體A,物體A吸收後再放射出去穿透鍍膜基材1後成為透射光L3c,再進入攝影機鏡頭31成像(紅外影像)。這進入攝影機鏡頭31的透射光L3c在來回進出鍍膜基材1後,紅外光源5在殼體2內所幅射的紅外L3c僅剩不到兩成(40%*40%),在市場應用上顯然不實用。
因此,本發明的實施例務必將紅外透射光L3b在鍍膜基材1的穿透率提高到約有90%~96%
,才容易被市場接受。這也是本發明以鍍多層介電質膜取代鍍金屬膜的用意之一。
目前,市售日夜型防盜監視攝影機所內置的IR-LED
,大都是透過一層透明玻璃的保護罩幅射出去,與再穿透回來進入攝影機鏡頭成像。透明玻璃的反射率4%,來回使IR-LED
所幅射的紅外光能損失了8%。如鍍膜基材1的穿透率提高到96%
,對IR-LED
所幅射的紅外光能也是損失了8%。如果鍍膜基材1的穿透率為96%
的話(詳見圖十二),至少,鍍膜基材1對IR-LED
所幅射的紅外光能損失不比透明玻璃對IR-LED
所幅射的紅外光能損失多。在此情形下,鍍膜基材1相對於透明玻璃不但無紅外光能的耗損,而且更具隱藏裝飾效果。
如圖四,紅外反射光L3a若沒有黑色軟套32的阻擋,則可能會進入攝影機鏡頭31成像,在影像顯示器4上顯示出白色曝光區塊的影像,這白色曝光區塊是紅外光源5輻射紅外的區塊影像。例如若僅有一顆圓形狀10mm直徑寬的紅外發光二極體(IR-LED
)時,這白色曝光區塊就是一圓形點狀的白色曝光區塊。
若有一物體A在鍍膜基材1前,在可見光L1的入射下,其透射光L1b進入攝影機鏡頭31成像,最後在影像顯示器4上顯示出物體A的可見光影像。若攝影機3為彩色攝影機時則這可見光影像為彩色的影像。若攝影機3為黑白攝影機時則這可見光影像為黑白的影像。
若有一物體A在鍍膜基材1前,在紅外光源5發光時,其穿透鍍膜基材1的透射紅外L3c進入攝影機鏡頭31成像,最後在影像顯示器4上顯示出物體A的紅外影像。這紅外影像是單色的影像,對人眼而言與黑白的影像很相似但不完全相同。
若有一物體A在鍍膜基材1前,當有可見光L1的入射與紅外光源5啟動幅射時,則在影像顯示器4上顯示出物體A的可見光影像與紅外影像的重疊影像。
這時若可見光影像大於紅外影像,則可見光影像「蓋過」紅外影像,使影像顯示器4上顯示出物體A的可見光影像。
這時若可見光影像小於紅外影像,則紅外影像「蓋過」可見光影像,使影像顯示器4上顯示出物體A的紅外影像。
這時若可見光影像接近或等於紅外影像,則可見光影像以及紅外影像兩者同時存在,使影像顯示器4上顯示出物體A的可見光影像,但帶有類似過度曝光的區塊,這可見光影像以及紅外影像兩者同時存的重疊,將造成觀察者所稱成像品質的「不良」。
市售的日夜型攝影機,為了避免造成在影像顯示器4上顯示出物體A的可見光中,帶有類似過度曝光的區塊的紅外影像,通常都是以透明玻璃罩內的一光敏電阻(CDS)元件做為偵測與控制。當環境照度不足(例如剩餘約10Lux)時,因CDS元件啟動的控制電路,打開紅外光源5的電源而發出紅外L3,這時應是紅外影像大於可見光影像,使影像顯示器4上顯示出物體A的紅外影像。圖四省略CDS元件乃因CDS是市售日夜型監視攝影機常用的習知元件,所以不在圖中繪出,以免圖四的繪製複雜。唯一要注意的是;在圖四中CDS元件接受入射可見光的方向,不要經過鍍膜基材1(例如安置在殼體2上的一處),因為鍍膜基材1對可見光的穿透率只有40%(如果鍍膜基材1的穿透率為40%
),與常用CDS元件的安置於透明玻璃內(幾乎接受入射可見光的92%)不同。如果一定要安置於經過鍍膜基材1的位置時,則必須調整CDS元件的靈敏度。也就是說,若安置於透明玻璃內CDS元件調整在10Lux時啟動,則安置於鍍膜基材1後的CDS元件調整在2
0~30Lux之間。
目前高階產品都在攝影機3的鏡頭31後面與影像感測器前面,兩者之間的空間上加設有一自動雙濾光片切換裝置。
目前市場上的自動雙濾光片切換裝置,簡單說就是自動切換紅外截止濾光片ICF(Infrared cut filtter)與普通透明玻璃濾光片等兩個濾光片的裝置。紅外截止濾光片切入到影像感測器前時,阻擋了紅外的進入,其影像感測器僅感測到可見光,在影像顯示器4上可看到不含紅外的真實色彩(True Color)。紅外截止濾光片移除離開影像感測器前時,因其普通透明玻璃濾光片所切入的關係,其影像感測器則可感測到可見光與紅外兩者的入射光。因此,可攝取到可見光與紅外的影像,這時也有機會造成可見光與紅外的重疊影像。
本實施例再依圖四所示的攝影機3,移除並置換為一具有雙濾光片可切換的一種攝影機,並且把此雙濾光片中的普通透明玻璃濾光片移除後,再置入一紅外通過濾光片。使得圖四所示的攝影機3具有紅外截止濾光片ICF(Infrared Cut filtter)與紅外通過濾光片IPF(Infrared Pass filtter)等雙濾光片可切換的一種攝影機3。
如此一來,當切入紅外通過濾光片時,影像顯示器4上僅會顯示紅外影像而看不到可見光與紅外的重疊影像。
對於圖四中,如果鍍膜基板1
對可見光L1
的穿透率平均在40%
時(如下面的圖五所示),則人眼面對鍍膜基板1
傾斜某一角度看鍍膜基板1
,這時常會看到紅外光源5的IR-LED
,目前常用的IR-LED
大部份是以透明樹脂封裝,在鍍膜基板1
透過的入射光中常會在透明樹脂上造成一部份反光,讓有心人士在近端觀察時會看到紅外光源5的「存在」。
請參閱圖四A為紅外黑色遮罩示意圖。
圖四A中增加了包含有一黑色遮罩片51,遮罩在IR-LED
上、與一代表人眼目光的L4。
L4在鍍膜基板1
表面產生的反射光L4a
,讓人眼正面看鍍膜基板1
表面時,會看到人眼自己反射的影像。當人眼斜視鍍膜基板1
時,會因為有40%
透射光L4a
而看到IR-LED
透明樹脂封裝表面上的反光,知道紅外光源5的存在。
為了避免人眼斜視鍍膜基板1
時,看到IR-LED
透明樹脂封裝表面上的反光,因此在圖中增加了一片黑色遮罩片51覆蓋在IR-LED
透明樹脂封裝表面上方。
黑色遮罩片51是將藍色與紅色兩種透明色料混合後,再與透明樹脂混合後射出成型的,黑色遮罩片51不可有粗糙的表面否則造成紅外光的散射。黑色遮罩片51可以截止可見光、而且可讓紅外光源5幅射的紅外L3,可以穿透黑色遮罩片51。此黑色遮罩片51中央留有一空心孔用以可套入攝影機鏡頭31,而空心孔的周圍則遮罩在紅外光源5上方。使人眼入射光L4在鍍膜基板1
表面產生的透射光L4b
,被黑色遮罩片51吸收而擋住。這樣人眼目光的L4就看不到紅外光源5上的IR-LED
與其反光。
有關黑色遮罩片51製造方法與應用,本人在世界知識產權組織國際局按照專利合作條約PCT,所公開的國際公告號WO 2008/006260A1「一種可透紅外黑色塑料製品的製造方法」中已有揭露,現僅就部份有關內容簡單說明如圖四B。
請參閱圖四B為三原色光與三色料關係示意圖。
圖四中,其中三個大圓圖分別為青色(C
)Cyan、洋紅(M
)Magenta、與黃色(Y
)Yellow。三個小橢圓形圖分別為藍色(B)、紅(R)、與綠色(G)。
把青色(C)、洋紅(M)、與黃色(Y)等三原色依相同比例成份混合可組成一黑色色體(如中央所示的Black)。同樣再把藍色(B)、紅(R)、與綠色(G)等三原色依相同比例成份混合也可組成一黑色色體(如中央所示的Black)。
再如果把藍色(B)、紅(R)、與綠色(G)等三原色依不相同比例成份混合也可組成一黑色色體。例如再將黃色(Y)料和藍色(B)料兩色料相混合也可以得到黑色(Black),洋紅色(M
)料與綠色(G)料相混合也可以得到黑色(Black),青色(C)料與紅色(R)料相混合也可以得到黑色(Black)。
以上的黑色(如中央所示的Black)雖不完全有一樣的黑度,但可稱為黑色或稱類似黑色。
在印刷工業上把青色(C)、洋紅(M
)、與黃色(Y)等三原色依相同比例成份混合可組成黑色,但這並非純正的黑色。
由此可知,將兩種或三種色料混合可得黑色或類似黑的色料。其中黑色(圖四B
的Black
)係吸收了三原色光所致。
黑色遮罩片51之包含一種「透明」色料混合在「透明」樹脂,其中「透明」的透明主要是要讓紅外可以通過。
黑色遮罩片51之可以截止可見光L4的透射光L4b,讓人眼看不到黑色遮罩片51後面的物體(例如IR-LED
)。其可讓紅外光源5幅射的紅外L3通過,主要是因為上述的透明色料並不阻擋紅外光L3,若「透明」色料改用「不透明」色料,則紅外光L3也無法通過。
如果鍍膜基板1
對可見光L1
的穿透率平均在20%
時(如圖十三所示的樣品C
),則人眼面對鍍膜基板1
時,不論正面看或是斜視都不容易看穿鍍膜基板1
。或者將中心波長為850nm
的IR-LED
(透明無色樹脂封裝)改為中心波長為940nm
的IR-LED
(深藍色樹脂封裝)的,這時可以就不需要黑色遮罩片51了。
對於上述實施例裝置的鍍膜基板1
,其製備方法包含以下步驟:
(a)在電腦上模擬設計;
(b)提供一清潔的透明基板與選用膜材;
(c)將(b)的透明基板與膜材置入鍍膜機鍍製;
(d)鍍製膜厚監控與修正;
(e)取出後以光譜儀測試並繪出樣品完成的光譜圖與原先(a)在電腦上模擬設計的光譜圖比較。
步驟說明:
(a)在電腦上模擬設計:
首先,依據下列的兩個需求:
(一)在可見光(400nm~700nm)部份的穿透率T%
,平均控制在40%。
(二)在紅外(780nm~1,000nm)部份的穿透率T%
,平均控制在90%以上。
在電腦上模擬設計並繪出設計的光譜圖。
請參閱圖五為樣品A的電腦上模擬設計光譜圖。
圖五中縱座標為穿透率百分比T%
(Transmittance %)。橫座標為光譜波長(單位nm)。其他參數為(1)白光環境、(2)正面入射角(0度)、(3)參考波長為450nm。
(b)提供一清潔的透明基板與選用膜材:
準備一厚度為3mm長為100mm
寬為100mm
的透明PC板數片,不論何種基板首先必須做清潔處理,否則會影響鍍膜成效。本實施例的透明PC板經清洗後以熱風快速烘乾,不可留有水份。
鍍多層介電質膜膜材的選用,儘量選擇最少的兩種搭配開始,不容易找到適當的搭配時則多增加一或兩種以上也可。通常選用兩種折射率高低不同的膜材中,有常用的氧化物膜,例如有高折射率的TiO2
與低折射率的SiO2
。由於TiO2
容易失氧,且會有不同的結構(因氧化不完全)。因此為了得到完好的TiO2
,起始材料以Ti3
O5
為最常用。鍍膜方式以電子槍蒸鍍加離子助鍍(IAD),將高折射率的Ti3
O5
與低折射率的SiO2
兩種膜材交替蒸鍍了18層。鍍膜機內放有二個以上的坩鍋分別裝有Ti3
O5
、與SiO2
等膜材。此兩種膜材加熱後變成蒸汽分別附著於透明PC板上。
事實上,若去檢測預熔良好的TiO2
,可發現坩鍋上的膜料含有大量的Ti2
O5
與Ti3
O5
。所以,在後面實施例如圖十二是以TiO2
與SiO2
搭配的。
(c)將(b)的透明基板與膜材置入鍍膜機鍍製:
置入台灣製鍍膜機編號為LP1300進行鍍膜。
第一層:鍍Ti3
O5
。光學膜厚=0.5075
第二層:鍍SiO2
。光學膜厚=0.4615
第三層:鍍Ti3
O5
。光學膜厚=2.0697
第四層:鍍SiO2
。光學膜厚=0.3996
第五層:鍍Ti3
O5
。光學膜厚=1.2309
第六層:鍍SiO2
。光學膜厚=0.9521
第七層:鍍Ti3
O5
。光學膜厚=0.6556
第八層:鍍SiO2
。光學膜厚=1.2178
第九層:鍍Ti3
O5
。光學膜厚=1.4742
第十層:鍍SiO2
。光學膜厚=0.3776
第十一層:鍍Ti3
O5
。光學膜厚=4.1621
第十二層:鍍SiO2
。光學膜厚=0.8100
第十三層:鍍Ti3
O5
。光學膜厚=1.7303
第十四層:鍍SiO2
。光學膜厚=1.5163
第十五層:鍍Ti3
O5
。光學膜厚=1.1209
第十六層:鍍SiO2
。光學膜厚=1.7299
第十七層:鍍Ti3
O5
。光學膜厚=1.4229
第十八層:鍍SiO2
。光學膜厚=2.8657
(d)膜厚監控與修正:
每個膜層厚度的控制在±1%,離子源的工作氣體適當充入氧氣,在蒸發源附近也需充入適量氧氣。本實施例樣品A使用的鍍膜機若無具備自動控制的電腦計算,不能算出反射率(或是穿透率)到何數值該停,若帶有光譜掃瞄的自動控制系統則可隨時比較,比較鍍製膜層之光學成效是否與理論值相符合。若不符合,則要快速計算下一層甚至以後其他層要如何修正(例如製備樣品C)。樣品A採用的鍍膜機若無電腦自動計算,則需事先計算鍍每一層後的反射率(或是穿透率),用以確定停鍍點。
本實施例如圖四的透明基板為平面型,但若為一曲率較大的半球型,為了使整個球罩內部膜厚均勻,其支撐架的設計必須同時具有公轉與自轉的功能,使球罩內部的膜厚儘量可保持均勻。
本實施例的透明基板是屬鍍多層薄膜,故以光學監控其膜厚,通常膜厚增加時其反射率和穿透率會起變化。當反射率和穿透率走到極值點時,可知所鍍膜之光學厚度nd為監控波長λ0
的四分之一的整數倍(如圖一薄膜反射率與光學厚度的變化關係圖),這種方法雖有容許的誤差但很簡單容易辨識。
(e)取出後以光譜儀測試並繪出樣品完成的光譜圖:
因為採用離子助鍍為低溫(室溫)冷鍍,鍍好後約十分鐘可取出。然後以日本Hitachi
製的U-4100光譜儀繪出的光譜圖如圖六。
圖六為設計樣品A第一次鍍後的實際光譜圖。
將圖五原先設計的光譜圖與圖六第一次鍍後的實際光譜圖作比較。
如圖六,發現有三點不符合理想:(1)是在400nm
處有出現一異常。(2)是在550nm
處有一高凸點。(3)是在紅外波域850nm處穿透率約在70%
。
其中(1)與(2)使得樣品A膜面略呈現偏黃紫色。
其中(3)在波長850nm
處的穿透率僅約在70%
,這使得市場上絕大多數的日夜型攝影機中,所採用850nm
的LED光源,就衰減了約25%
的紅外能量。
由上述三缺點,有必要再加以修正。
原先的膜層與膜厚設計不變,調整一下真空壓再嘗試:例如,固定通氧的真空度調在1.8 *10 -4 torr
,保持室溫冷鍍,起鍍真空度調在2*10 -5 torr
以下。初步修正後再鍍一次。
結果第二次鍍完後再經U-4100光譜儀繪出的光譜圖如圖七。
圖七為設計樣品A第二次鍍後的實際光譜圖。
如圖七,發現(1)在400nm
處出現的異常不見了。(2)是在550nm
處的高凸點位移到了520nm
處,而且其穿透率由45%
上升60%
到使得樣品膜面呈現偏黃色。。(3)是在紅外波域780nm~1,000nm
呈現約95%
的高穿透,改善了850nm
的衰減。
上述的圖六與圖七在樣品A表面帶有一點顏色,這是否可以應用?是否對樣品A後面的監視攝影機,在攝影成像過程造成色偏的不良品質?
(f)成像測試:
將圖六與圖七中表面帶有一點顏色的樣品A,分別再置入如圖四中所示鍍膜基材1的位置,進行測試。
若如圖四所在的環境照度在200Lux
,以普遍的影像顯示器4觀看所顯示樣品A的影像,看不出有色偏現象。
若如圖四所在的環境照度改變在400Lux
,以專業級的影像顯示器4觀看,所顯示樣品A的影像,就略可看出有色偏現象。
業界包工程的系統廠商,對於樣品A在應用市場上產生的色偏有不同看法。以金融銀行體系的客戶而言,他們不接受有色偏現象的監視攝影產品。但以商店賣場等的客戶,只要價格相對低廉,還是可接受有色偏現象的監視攝影產品,因為他們僅要監視是否有竊盜的行動。
如上述製備步驟再製備一樣品B。
樣品B是在鍍膜基材1上,加鍍有一層金屬鉻Cr
作減反射層。如前述說明,因為金屬鉻Cr
對光能的吸收而造成光的損耗。所以,可見光與紅外的平均穿透率會下降。
請參閱圖八為本實施例樣品B的設計光譜圖。
如圖八所示,本實施例樣品B設計的兩個需求是:
(一)在可見光(400nm~700nm)部份的穿透率T%
,平均控制在18%。
(二)在紅外(780nm~1,000nm)部份的穿透率T%
,平均控制在70%以上。
(a)在電腦上模擬設計:
圖八中縱座標為穿透率百分比T%
(Transmittance%)。橫座標為光譜波長(單位nm)。其他參數為(1)白光環境、(2)正面入射角(0度)、(3)參考波長為420nm。
(b)提供一清潔的透明基板與選用膜材:
準備一厚度為3mm的透明青板玻璃數片,選用的膜材也是Ti3
O5
、與SiO2
。
(c)將(b)的透明基板與膜材置入鍍膜機鍍製:
將透明基板放入台灣製的鍍膜機(LP-1300)進行鍍膜。鍍膜機內放有三個以上的坩鍋分別裝有Ti3
O5
、與SiO2
、與Cr等膜材。
製備樣品B與樣品A的鍍膜機若不是在同一台製鍍,其結果不會相同。在鍍膜機內任何的一些改變,例如加熱溫度的分佈、透明基板形狀與大小、充氧量等等都會影響鍍每一膜層的特性。對於量產的產品,最好試鍍後就採用同一機台以保證每次的鍍膜都一樣。
對於製備樣品B試鍍以後,將製備樣品A的18層中鍍Ti3
O5
的每一層光學膜厚,以及將鍍SiO2
的每一層光學膜厚作對應的修正。參考波長改為420nm,如下:
第一層:鍍Ti3
O5
。光學膜厚=0.5728
第二層:鍍SiO2
。光學膜厚=0.6037
第三層:鍍Ti3
O5
。光學膜厚=2.3361
第四層:鍍SiO2
。光學膜厚=0.5228
第五層:鍍Ti3
O5
。光學膜厚=1.3893
第六層:鍍SiO2
。光學膜厚=1.2455
第七層:鍍Ti3
O5
。光學膜厚=0.7400
第八層:鍍SiO2
。光學膜厚=1.5931
第九層:鍍Ti3
O5
。光學膜厚=1.6639
第十層:鍍SiO2
。光學膜厚=0.4940
第十一層:鍍Ti3
O5
。光學膜厚=4.6978
第十二層:鍍SiO2
。光學膜厚=1.0596
第十三層:鍍Ti3
O5
。光學膜厚=1.9530
第十四層:鍍SiO2
。光學膜厚=1.9836
第十五層:鍍Ti3
O5
。光學膜厚=1.2652
第十六層:鍍SiO2
。光學膜厚=2.2631
第十七層:鍍Ti3
O5
。光學膜厚=1.6060
第十八層:鍍SiO2
。光學膜厚=3.7489
(d)膜厚監控與修正。
膜厚監控如樣品A,最後再鍍上厚度3nm
(Physical thickness
)的一金屬Cr
層。
樣品B製備了兩個樣品,分別為樣品B1與樣品B2。
樣品B1的Cr層是在鍍介電質膜面的同一面上加鍍疊上去,也就是說Cr層與介電質膜層是鍍在透明基板的同一面,可稱為單面鍍膜。而樣品B2的Cr
層是在鍍介電質膜面的另一面上,也就是說Cr層與介電質膜層是鍍在透明基板的不同面,可稱為雙面鍍膜。
(e)取出後以光譜儀測試並繪出樣品B完成的光譜圖:
請參閱圖九為樣品B完成的光譜圖。
圖九中顯示兩條曲線:樣品B1的光譜曲線B1a與樣品B2的光譜曲線B2a。曲線B1a看到(1)在570nm
處有一高峰點,使得樣品B外表面略呈黃色。(2)可見光穿透率上升到平均約27%
。(3)紅外穿透率約75%
。
曲線B2a看到(1)在570nm
處的一高峰點不見了,使得樣品B外表面看不出略呈黃色。(2)可見光穿透率上升到平均約23%
。(3)紅外穿透率降低到約70%
。
從圖九樣品B完成的光譜圖與圖八本實施例樣品B的設計光譜圖,看到兩圖的光譜曲線有落差;圖八在可見光400nm~700nm
部份的穿透率T%
平均為18%,但圖九在可見光400nm~700nm
部份確上升到約27%
。而圖八在紅外780nm~1,000nm
部份的穿透率T%
由在75%
降至70%
,此部份變動範圍相對不大。
其中,就在可見光400nm~700nm
部份的穿透率T%
會上升,這個現象有可能是鍍Cr膜層對鍍介電質膜層的干涉出了問題。
但就曲線B1a與曲線B2a看來,鍍單面膜與鍍雙面膜的差異,均對如圖四的影響成像效果不是很大。僅是鍍雙面膜所花的工時相對多(本實施例鍍雙面時鍍完一面後要再翻轉再鍍另一面)、成本也相對比較高。而且,鍍雙面在基板外表面的膜面容易沾污與刮傷常需另加保護膜。又,鍍單面膜時如圖九所示,在可見光部份會有些明顯凸出的曲線(如在570nm
處),這是鍍多層介電質與鍍金屬Cr
膜的過於接近疊起,影響到多層介電質膜的干涉。而鍍雙面膜的多層介電質膜與金屬Cr
膜間隔了一透明基板,影響到多層介電質膜干涉的程度相對較不大。
樣品B1在外表上以人眼靠近仔細看,相對於樣品B2顯然也些帶黃綠色色彩。但是,將樣品B1依圖四測試可知,在一般監視器4(非專業高解析度型)上,對攝影機3成像影響不大(看不出在570nm
處有色偏現象)。
如果圖九的曲線B1a在可見光部份曲線高凸點與曲線低凹點之間的差距太大的話,則有可能在差距間對應的波長產生此波長對應的「色」偏。簡單說,如果這些差距間對應的波長大部份落在長波的黃光範圍,則攝影機所攝取的可見光影像會產生帶有偏「黃」的色彩。
如有明顯產生色偏時,可以增加膜層數的設計,將圖九在可見光部份彎彎曲曲的曲線(Ripple
)做上下的「拉」平,減少其高凸點與低凹點之間的差距。在本實施中,若透明基板採以PMMA
時會因為增加膜層數(例如增加到28層),將導致其產生高溫而會使PMMA
變形,初步解決的方式是,再鍍下一層時的時間間隔稍拉長一點,使有足夠時間降溫。但是,這解決的方式不是很好(增加鍍膜過程的時間),較好的方式還是重新設計,將膜層數儘量降到最低,如後面所製備的樣品C。
事實上,對於像圖八的設計,由於不同的鍍膜機也會有不同的結果,如前述方法可以電腦再修正或再多作一兩次鍍膜實作測試修正。修正後在鍍膜機電腦內存檔,並在往後量產時,儘量以專用的一台鍍膜機生產可取得穩定的產品。
另外,在圖八中鍍Cr
層的3nm厚度依最後光譜儀測試,如測試(如圖四所示L1b)後的穿透率不符理想,則再將鍍Cr
層的厚度減低再鍍一次,直到L1b的穿透率接近於理想值。
接下來看看鍍完金屬Cr
膜後有何效果?
請參閱圖十為樣品B1的反射光譜圖。
如圖十的反射光譜圖是以U-4100
測試繪圖,縱座標為反射率百分比R%
。橫座標為光譜波長(單位nm
)。
樣品B1的反射光譜圖中,曲線B10為樣品B1的正面(無鍍膜面)反射光譜曲線。曲線B11為樣品B1的背面(鍍膜面)反射光譜曲線。
由曲線B10與曲線B11雙曲線圖中,在可見光部份較低反射的曲線B11可知,的確可看到鍍金屬Cr
膜後對可見光部份具有減反射效果,否則兩曲線應幾乎接近。在紅外光部份反射曲線也降到約在20%
附近。就是說,鍍Cr
層達到一定程度對光的「吸收」效果。
請參閱圖十一為樣品B2的反射光譜圖。
如圖十一的反射光譜圖是以U-4100測試繪圖,縱座標為反射率百分比R%
。橫座標為光譜波長(單位nm
)。
樣品B2的反射光譜圖中,曲線B20為樣品B2的正面(鍍介電質膜面)反射光譜曲線。曲線B21為樣品B2的背面(鍍金屬Cr
膜面)反射光譜曲線。
由曲線B20與曲線B21雙曲線圖很明顯可知,較低反射的曲線B21,的確鍍金屬Cr
層後具有減反射效果。在紅外光部份反射曲線也降到約在5%
附近。也就是鍍Cr
層達到一定程度「吸收」的效果。
在圖十與圖十一中,圖十對紅外的反射率比較高,這是因為鍍多層介電質與鍍金屬Cr
膜的過於接近疊起,影響到多層介電質膜的干涉。
將樣品B1與樣品B2,分別置入圖二中鍍膜基材1的位置,經測試在照度約150Lux
環境下,若把黑色軟套32移除後在影像顯示器4上也看不到鬼影。也就是說,樣品B1與樣品B2的鍍Cr
層吸收了部份的L2b,使在鍍Cr
層上的反射光L2c衰減,衰減到極小,到即使進入攝影鏡頭31也無法再成像。
經測試在照度約250Lux
環境下,若把黑色軟套32移除後在影像顯示器4上仔細近看還是看不到有明顯的鬼影。
再經測試在照度約500Lux
環境下,若把黑色軟套32移除後,在影像顯示器4上可看到一點不很明顯的鬼影。也就是說,鍍Cr層「吸收」的L2c「光能」不夠多。如增加Cr層厚度,雖然可吸收更多的L2c光能,但也會降低反射光L1a與透射光L1b的比例(如圖八所示)。這時就要再輔以黑色軟套32的套入攝影機鏡頭31週圍,用以阻止反射光L2c的進入攝影機鏡頭31。
請再參閱圖九,為了將可見光部份彎彎曲曲的曲線(Ripple)拉平。事實上,要把在可見光部份曲線高凸點與曲線低凹點之間的差距拉平,若對同一台鍍膜機的機台,再搭配更高等級的離子槍與對於鍍膜設計較有設計經驗者,重新設計製備更少層的膜層也不無可能,現將膜層18層降低到膜層12層的進階設計:進階設計之的兩個需求是:
(一)在可見光(400nm~700nm
)部份的穿透率T%
,平均控制在20%。
(二)在紅外(780nm~1,000nm
)部份的穿透率T%
,平均控制在95%以上。
請參閱圖十二為樣品C之設計光譜圖。
圖十二中,縱座標為穿透率百分比T%
(Transmittance %)。橫座標為光譜波長(單位nm
)。其他參數為(1)白光環境、(2)入射角(0度)、(3)參考波長為550nm。
製備樣品C的方法步驟同樣品A
、樣品B
一樣,為方便簡化僅就不同的膜材、膜層數與膜厚作敘述:選用的膜材為TiO2
、與SiO2
,膜層數12
層,光學厚度Nd(為鍍膜膜材折射率與鍍膜厚度的乘積)部份直接改以鍍膜厚度(Physical thickness
)表示。
第一層:鍍TiO2
。鍍膜厚度=31.04nm
第二層:鍍SiO2
。鍍膜厚度=68.82nm
第三層:鍍TiO2
。鍍膜厚度=48.84nm
第四層:鍍SiO2
。鍍膜厚度=48.79nm
第五層:鍍TiO2
。鍍膜厚度=49.86nm
第六層:鍍SiO2
。鍍膜厚度=96.54nm
第七層:鍍TiO2
。鍍膜厚度=59.74nm
第八層:鍍SiO2
。鍍膜厚度=100.55nm
第九層:鍍TiO2
。鍍膜厚度=58.06nm
第十層:鍍SiO2
。鍍膜厚度=141.89nm
第十一層:鍍TiO2
。鍍膜厚度=37.43nm
第十二層:鍍SiO2
。鍍膜厚度=236.03nm
其中TiO2
:
在波長400nm
時的折射率為2.53。
在波長450nm
時的折射率為2.449。
在波長500nm
時的折射率為2.397。
在波長550nm
時的折射率為2.362。
在波長600nm
時的折射率為2.336。
在波長650nm
時的折射率為2.318。
在波長700nm
時的折射率為2.304。
在波長750nm
時的折射率為2.293。
在波長800nm
時的折射率為2.284。
在波長850nm
時的折射率為2.277。
其中SiO2
:
在波長422nm
時的折射率為1.49。
在波長471.5nm
時的折射率為1.48。
在波長540.5nm
時的折射率為1.48。
在波長550nm
時的折射率為1.48。
在波長624.5nm
時的折射率為1.47。
在波長753.5nm
時的折射率為1.47。
圖十二中有三條曲線,分別為曲線C0為正面0度入射角、曲線C30為30度入射角、曲線C45為45度入射角。可看出當入射角增大時,曲線往短波方向位移。吾人對著正面樣品C表面看與對著30度斜視樣品C表面看,會看到不同顏色的表面,在對著45度斜視樣品C表面又看到另一不同的顏色。
請參閱圖十三為樣品C製備後之實際光譜圖。
圖十三中可清楚看到:
(一)在可見光(400nm~700nm
)部份的穿透率T%
,平均約在20%。
(二)在紅外(780nm~1,000nm
)部份的穿透率T%
,平均在95%
~96%
之間。
在圖十三的樣品C實際光譜圖與圖十二原始設計光譜圖的確是很相近。
對於樣品A、樣品B與樣品C的製備,因為是為了本實施例的測試,所以對於鍍膜基板1
的製備方法包含(a)至(e)的步驟。
但是,對於以後的量產,例如現階段要量產像樣品C
的鍍膜基板1
時,是將其膜層(例如12
層)的設計資料輸入鍍膜機的電腦,其他鍍膜過程包含膜厚的監控追蹤與修正都是自動化。吾人選擇了配備齊全的鍍膜機以外,僅要執行步驟(b)中,選擇適當的透明基板與膜材即可。
請參閱圖十四為鍍膜基板1
製備的流程圖。
圖十四包含有:
(a)輸入製程資料;
將膜層與膜厚設計資料輸入鍍膜機的控制電腦。如圖十二所示之包含鍍膜基板1
的膜層數與各膜層膜厚設計的資料。
(b)置入待鍍透明基板與膜材;
將一厚度為3mm的透明青板玻璃數片置入夾治具,選用膜材是TiO2
與SiO2
置入鍍膜機內的蒸發源(例如坩堝)。
(c)製程條件設定;
可鍍膜之條件的設定包含真空壓力與溫度。例如真空度需達2x10-5
torr,因為其透明基板為玻璃所以將溫度調到300℃
,若是採用透明PMMA
基板則溫度調設於室溫即可(冷鍍)。
(d)監控膜厚與膜層;
以石英膜厚計或是光學膜膜計,測定所鍍的薄膜厚度是否達到所設計的厚度。以及,膜層是否為到了最後一層(例如圖十二之說明,其膜層數是否已經到了第12
膜層)。3mm的透明青板玻璃取出前,如溫度調降到約200℃
時開始洩氣(打入空氣到真空室),靜待冷卻到約50~60℃
時開門取出鍍膜基板1
。若是採以透明PMMA
基板的冷鍍處理,則靜待約十幾分鐘即可取出鍍膜基板1
。
綜上敘述,揭露下列:
(1)本發明為一種鍍膜基板成像的監視用途,適用於安全監視攝影,如圖二至少包含有一鍍膜基板1與一監視攝影機3。
(2)鍍膜基板1為一透明基板的上方鍍有一多層介電質薄膜。例如樣品A、B、與C。而且可容易控制對入射光的反射率、透射率(如樣品A、B、與C)與吸收率(如樣品B)。
(3)利用鍍膜基板1的光學干涉,對入射到鍍膜基板1的可見光L1與紅外光L3分別形成一設定的分光比。
例如可見光L1形成反射光L1a、透射光L1b與紅外光L3形成反射光L3a、透射光L3b、透射光L3c。如圖四所示。
其中,僅就鍍膜基板1對本實施例的應用而言,較重要的是對入射可見光L1的反射光L1a,與對入射紅外光L3的透射光L3c。因為,反射光L1a關係到鍍膜基板1的鏡面反射效果。而透射光L3c關係到鍍膜基板1的紅外成像品質。
(4)為了阻止反射光L2c與透射光L1b一起進入攝影鏡頭31,造成重疊的影像。該鍍膜基板上更包含一鍍金屬Cr層或鍍抗眩AG層、一黑色軟套32與一雙濾光片切換裝置。其中雙濾光片係為一紅外通過濾光片與一紅外截止濾光片。
(5)一種監視用途的鍍膜基板成像,在實際的應用上更包含有一不透光的殼體2,如圖四。
(6)鍍膜基材1的背部可披覆一不透光層,此披覆的不透光層保留有一缺口,此缺口作為攝影機3鏡頭31的窗口。使在應用上可取代上述(5)的不透光的殼體2。
(7)當紅外光的穿透率都在95%
以上(例如95%~99%
)時,稱為極高透射率。此「極」字乃是相對於鍍金屬膜的低透射率而加重強調之詞。此之所以加重強調是以其「紅外光的極高穿透率是本發明的技術特徵」之一。
如果鍍膜基板1與鍍金屬膜基板對入射光的穿透率一樣均約為20%
的狀況下,則鍍金屬基板對紅外的穿透率也相差不多約僅20%
。就以同一紅外光源5來測試,如圖四所示,紅外光源5幅射的紅外L3,碰到物體A再反射再次穿透鍍膜基板1,其最後進入攝影機鏡頭31成像的透射光L3c,剩下約(0.96*0.96=0.92)九成光能。反觀,鍍金屬基板確僅剩下約(0.2*0.2=0.04)不到0.5成光能。也就是說,如圖四對鍍膜基板1與鍍金屬基板兩者的紅外夜視距離,兩者幾乎相差二十三倍(0.92/0.04=23)之多。
若如圖四中把紅外光源5置放於殼體2外部,則對鍍膜基板1與鍍金屬基板兩者的紅外夜視距離,兩者幾乎僅相差約五倍(0.96/0.20=4.8)。
如果把夜視用的輔助紅外光源與攝影機鏡頭組合在一起後,再置入同一鋁製的殼體內的日夜型的防盜監視攝影機,顯然,不適合把鍍金屬基板當作隱藏裝飾的遮罩。如果為了達到隱藏裝飾的目的硬是要裝置鍍金屬基板,例如先前的專利證號M326646所製成的鍍鋁基板,則僅能在日間(或環境照度充足的地方)使用,夜間(或環境照度不充足的地方)就難發揮其夜視攝影的功效。
總體說來,包含本實施例製備的鍍膜基板1與本實施例所述監視攝影機3組合的裝置,如上面所述,鍍膜基板1的反射光L1a呈現高反射鏡面使監視攝影機3達到偽裝隱藏的效果,因此具有「不易被偷竊破壞或被刻意迴避其監視地點」的功能以外;同時,兼顧有鍍膜基板1對紅外呈現極高的穿透率(約96%
),使之可以達到「夜間可攝取高品質紅外影像」效果。
也就是說,本發明對於日夜型的防盜監視攝影機,在監控用途上,已經達到了「可隱藏裝飾的日夜型成像與可攝取高品質紅外影像」之不可預期的效果。
λ0
...波長
L1...入射光
L1a...反射光
L1b...透射光
L2...入射光
L2a...透射光
L2b...反射光
L2c...反射光
L3...紅外幅射
L3a...紅外反射光
L3b...紅外反射光
L3c...紅外透射光
L4...入射光
L4a...反射光
L4b...透射光
1...鍍膜基材
2...不透光的殼體
21...殼體2的內部表面
3...攝影機
31...鏡頭
32...黑色軟套
4...影像顯示器
5...紅外光源
51...黑色遮罩片
圖一為薄膜(鍍膜膜材)反射率與光學厚度的變化關係圖。
圖二為本實施例裝置應用示意圖一。
圖三為本實施例裝置應用示意圖二。
圖四為本實施例裝置應用示意圖三。
圖四A為紅外黑色遮罩示意圖。
圖四B為三原色光與三色料關係示意圖。
圖五為樣品A的電腦上模擬設計光譜圖。
圖六為設計樣品A第一次鍍後的實際光譜圖。
圖七為設計樣品A第二次鍍後的實際光譜圖。
圖八為本實施例樣品B的設計光譜圖。
圖九為樣品B完成的光譜圖。
圖十為樣品B1的反射光譜圖。
圖十一為樣品B2的反射光譜圖。
圖十二為樣品C之設計光譜圖。
圖十三為樣品C製備後之實際光譜圖。
圖十四為鍍膜基板1製備的流程圖。
L1...入射光
L1a...反射光
L1b...透射光
L3...紅外幅射
L3a...紅外反射光
L3b...紅外反射光
L3c...紅外透射光
1...鍍膜基材
2...不透光的殼體
3...攝影機
31...鏡頭
32...黑色軟套
4...影像顯示器
5...紅外光源
Claims (24)
- 一種鍍膜基板成像裝置,適用於安全監視攝影,包含:一鍍膜基板,該鍍膜基板為一透明基板的上方鍍有一多層介電質薄膜,該鍍膜基板的光學干涉對入射到該鍍膜基板的可見光與紅外光分別形成一可設定的分光比;一監視攝影機,該監視攝影機收納於該鍍膜基板背面與該監視攝影機鏡頭面對該鍍膜基板背面;該鍍膜基板對該可見光所分光的高反射形成一反射鏡面使該監視攝影機達到隱藏裝飾、與對該可見光所分光的低穿透光進入該監視攝影機成像,以及;對該紅外光所分光的穿透光呈現極高的穿透率使該監視攝影機可以攝取高品質的紅外影像。
- 依據申請專利範圍第1項所述之一種鍍膜基板成像裝置,其中,該鍍膜基板形成的分光比為在可見光的反射率是在55%~80%之間與在紅外的穿透率是在75~96%之間。
- 依據申請專利範圍第1項所述之一種鍍膜基板成像裝置,其中,該鍍膜基板上更包含一鍍金屬Cr層或一抗眩層。
- 依據申請專利範圍第1項所述之一種鍍膜基板成像裝置,其中,該鍍膜基板上更披覆一不透光層,此披覆的不透光層保留有一缺口。
- 依據申請專利範圍第1項所述之一種鍍膜基板成像裝置,其中,該鍍膜基板為平面狀、或曲面狀或平面與曲面的混合狀。
- 依據申請專利範圍第1項所述之一種鍍膜基板成像裝置,其中,該透明基板為玻璃。
- 依據申請專利範圍第1項所述之一種鍍膜基板成像裝置,其中,該透明基板為聚碳酸樹脂PC。
- 依據申請專利範圍第1項所述之一種鍍膜基板成像裝置,其中,該透明基板為為壓克力PMMA。
- 依據申請專利範圍第1項所述之一種鍍膜基板成像裝置,其中,該多層介電質薄膜的膜材為對可見光與紅外均可呈現透明的氧化物膜。
- 依據申請專利範圍第1項所述之一種鍍膜基板成像裝置,其中, 該監視攝影機為CCD攝影機。
- 依據申請專利範圍第1項所述之一種鍍膜基板成像裝置,其中,該監視攝影機為CMOS攝影機。
- 依據申請專利範圍第10、11項所述之一種鍍膜基板成像裝置,其中,該監視攝影機更包含有一黑色軟套。
- 依據申請專利範圍第10、11項所述之一種鍍膜基板成像裝置,其中,該監視攝影機更包含有一黑色遮罩片。
- 依據申請專利範圍第10、11項所述之一種鍍膜基板成像裝置,其中,該監視攝影機的取像窗口周圍更包含有一中心波長為920nm~940nm的紅外光源。
- 依據申請專利範圍第1項所述之一種鍍膜基板成像裝置,其中,該監視攝影機更包含有一雙濾光片切換裝置。
- 依據申請專利範圍第15項所述之一種鍍膜基板成像裝置,其中,該雙濾光片切換裝置的該雙濾光片係一紅外通過濾光片與一紅外截止濾光片。
- 依據申請專利範圍第1項所述之一種鍍膜基板裝置,其中,該成像裝置更包含一不透光的殼體。
- 依據申請專利範圍第17項所述之一種鍍膜基板裝置,其中,該殼體的一側放置有一該鍍膜基板與該殼體的內部容納有一該監視攝影機。
- 依據申請專利範圍第17項所述之一種鍍膜基板裝置,其中,該殼體的內部形成有黑色或深色的粗糙表面。
- 一種鍍膜基板成像方法,適用於安全監視攝影,包含:(a)輸入製程資料,輸入包含鍍膜基板鍍膜的膜層層數與各膜層膜厚之設計資料和其他如正面入射角(例如為0度)、參考波長(例如為450nm)的參數數值到鍍模機的電腦內進行鍍膜,(b)置入待鍍透明基板與膜材,例如將該透明基板厚度為3mm的透明青板玻璃數片清洗後置入該鍍模機的夾治具,與選定的膜材例如TiO2 與SiO2 置入該鍍膜機內的蒸發源(例如坩堝),使在該透明基板上鍍有一多層介 電質薄膜,(c)製程條件設定,包含設定可鍍膜之真空壓力與溫度條件,例如調整該鍍膜機內的該真空度需達2x10-5torr,該透明基板溫度調到300℃,與該鍍膜機內離子源的工作氣體有否適當充入氧氣等,(d)監控膜厚與膜層,以石英膜厚計或是光學膜膜計測定鍍膜基板的膜厚,與監控該膜層,鍍好取出後以光譜儀測試並繪出樣品完成的光譜圖與原先在電腦上模擬設計的光譜圖比較與再修正,使該鍍膜基板形成的分光比為在可見光的反射率是在55%~80%之間與在紅外的穿透率是在75~96%之間;形成一監視攝影機,該監視攝影機可感測的波長至少從400nm至940nm,該監視攝影機內置有一包含一紅外通過濾光片與一紅外截止濾光片的雙濾光片切換裝置,使可切換為紅外通過或截止之作用以及;形成可監視的攝影方法,包含將該監視攝影機收納於該鍍膜基板背面與使該監視攝影機鏡頭面對該鍍膜基板背面,用以攝取經過該鍍膜基板之影像。
- 依據申請專利範圍第20項所述之一種鍍膜基板成像方法,其中,該(c)製程條件設定中,更包含在該3mm的透明青板玻璃取出前,將溫度調降到約200℃時開始洩氣例如(打入空氣到真空室,靜待冷卻到約50~60℃時由該鍍膜機開門取出鍍膜好的鍍膜青板玻璃基板。
- 依據申請專利範圍第20項所述之一種鍍膜基板成像方法,其中,該(c)製程條件設定中,更包含將均可呈現可見光與紅外的高折射率與低折射率之兩種透明氧化物膜的膜材交替蒸鍍,例如將TiO2 與SiO2 交替蒸鍍。
- 依據申請專利範圍第20項所述之一種鍍膜基板成像方法,其中該(d)監控膜厚與膜層中更包含測定所鍍的薄膜厚度是否達到所設計的厚度以及膜層是否為到了最後一層。
- 依據申請專利範圍第20項所述之一種鍍膜基板成像方法,其中該形成可監視的攝影方法,包含形成一不透光的殼體,該殼體內 部置入有一該監視攝影機。
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