Содержание
I. Основные функции окон LiDAR: помимо простой защиты
II. Сравнение материалов: баланс характеристик между плавленым кварцем и сапфиром
III. Технология нанесения покрытий: краеугольный камень улучшения оптических характеристик
IV. Ключевые параметры эффективности: количественные показатели оценки
V. Сценарии применения: панорама от автономного вождения до промышленных датчиков
VI. Технологическая эволюция и будущие тенденции
В современных сенсорных технологиях лидар (Light Detection and Ranging) действует как «глаза» машин, точно воспринимая трёхмерный мир посредством излучения и приёма лазерных лучей. Этим «глазам» необходима прозрачная «защитная линза» для защиты — это защитное стекло окна лидара. Это не просто кусок обычного стекла, а высокотехнологичный компонент, сочетающий в себе материаловедение, оптический дизайн и точное машиностроение. Его характеристики напрямую определяют точность, дальность и общую надёжность лидарных систем.
Оптические окна 1
I. Основные функции: за пределами «защиты»
Защитное окно LiDAR представляет собой плоский или сферический оптический экран, закрывающий внешнюю часть датчика LiDAR. Его основные функции включают:
- Физическая защита:Эффективно изолирует пыль, влагу, масло и даже летящие частицы, защищая внутренние компоненты (например, лазерные излучатели, детекторы, сканирующие зеркала).
- Герметизация окружающей среды:Являясь частью корпуса, он образует герметичное уплотнение с конструктивными компонентами для достижения требуемых рейтингов IP (например, IP6K7/IP6K9K), гарантируя стабильную работу в суровых условиях, таких как дождь, снег и песчаные бури.
- Оптическая передача:Его важнейшая функция — обеспечение эффективного прохождения лазеров с определённой длиной волны с минимальными искажениями. Любое заграждение, отражение или аберрация напрямую снижают точность измерения дальности и качество облака точек.
Оптические окна 2
II. Основные материалы: битва стекол
Выбор материала определяет эксплуатационные характеристики оконных переплетов. В отрасли широко используются материалы на основе стекла, в основном двух типов:
1. Плавленое кварцевое стекло
- Характеристики:Абсолютно популярный материал для автомобильной и промышленной промышленности. Изготовлен из высокочистого диоксида кремния и обладает исключительными оптическими свойствами.
- Преимущества:
- Отличная пропускаемость от УФ до ИК при сверхнизком поглощении.
- Низкий коэффициент теплового расширения позволяет выдерживать экстремальные температуры (от -60°C до +200°C) без деформации.
- Высокая твердость (по шкале Мооса ~7), устойчивость к истиранию песком/ветром.
- Приложения:Автономные транспортные средства, высокопроизводительные промышленные роботизированные транспортные средства, геодезические лидары.
Ступенчатое оконное стекло из сапфира
2. Сапфировое стекло
- Характеристики:Синтетический монокристаллический α-оксид алюминия, обладающий сверхвысокими эксплуатационными характеристиками.
- Преимущества:
- Чрезвычайная твердость (по шкале Мооса ~9, уступает только алмазу), практически не царапается.
- Сбалансированное оптическое пропускание, высокая термостойкость (температура плавления ~2040°C) и химическая стабильность.
- Проблемы:Высокая стоимость, сложная обработка (требуются алмазные абразивы) и высокая плотность.
- Приложения:Высокоточные военные, аэрокосмические и сверхточные измерения.
Двусторонняя антибликовая оконная линза
III. Покрытие: основная технология, превращающая камень в золото
Независимо от подложки, покрытия необходимы для удовлетворения строгих оптических требований LiDAR:
- Антибликовое (AR) покрытие:Самый важный слой. Наносится методом вакуумного напыления (например, электронно-лучевым испарением, магнетронным распылением), снижая коэффициент отражения поверхности до <0,5% на заданных длинах волн, увеличивая коэффициент пропускания с ~92% до >99,5%.
- Гидрофобное/олеофобное покрытие:Предотвращает налипание воды и масла, сохраняя прозрачность в условиях дождя или загрязненной среды.
- Другие функциональные покрытия:Подогреваемые пленки для предотвращения запотевания (с использованием ITO), антистатические слои и т. д. для специальных нужд.
Схема завода по вакуумному покрытию
IV. Ключевые параметры эффективности
При выборе или оценке защитного покрытия окна LiDAR обратите внимание на следующие показатели:
- Коэффициент пропускания при целевой длине волны:Процент света, передаваемого на рабочей длине волны LiDAR (например, >96% на длине волны 905 нм/1550 нм после нанесения AR-покрытия).
- Совместимость с браслетами:Должны соответствовать длинам волн лазера (905 нм/1550 нм); коэффициент отражения должен быть минимизирован (<0,5%).
- Точность рисунка поверхности:Ошибки плоскостности и параллельности должны быть ≤λ/4 (λ = длина волны лазера), чтобы избежать искажения луча.
- Твердость и износостойкость:Измеряется по шкале Мооса; имеет решающее значение для долговечности.
- Устойчивость к воздействию окружающей среды:
- Защита от воды и пыли: не менее IP6K7.
- Температурный режим: рабочий диапазон обычно составляет от -40°C до +85°C.
- Устойчивость к УФ-излучению и соляному туману для предотвращения деградации.
LiDAR, устанавливаемый на транспортное средство
V. Сценарии применения
Почти все системы LiDAR, подверженные воздействию окружающей среды, требуют установки защитных экранов для окон:
- Автономные транспортные средства:Устанавливается на крышах, бамперах или боковых поверхностях, подвергаясь прямому воздействию погодных условий и ультрафиолетового излучения.
- Усовершенствованные системы помощи водителю (ADAS):Интегрированы в кузов транспортного средства, что требует эстетической гармонии.
- Промышленные AGV/AMR:Работа на складах/заводах с наличием пыли и риском столкновений.
- Геодезия и дистанционное зондирование:Системы, устанавливаемые на бортах самолетов/транспортных средств, выдерживающие изменения высоты и колебания температуры.
Заключение
Несмотря на простоту физического компонента, защитное стекло окна LiDAR критически важно для обеспечения чёткого и надёжного «зрения» LiDAR. Его разработка основана на глубокой интеграции материаловедения, оптики, технологий нанесения покрытий и экологического инжиниринга. По мере развития эры автономного вождения это «окно» будет продолжать развиваться, обеспечивая точное восприятие для машин.
Время публикации: 17 октября 2025 г.