CN109828260A - 一种光学功能面及其应用所述光学功能面的激光雷达外罩 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光学功能面，其特征在于：包括内侧强化膜、外侧强化膜、防水膜和增透膜；所述内侧强化膜设置于罩体内侧面，所述外侧强化膜设置于罩体外侧面，所述防水膜和增透膜依次贴设在所述外侧强化膜上；本发明结构简单，成本低廉，具备高穿透特性，保证了激光雷达探测器的接收效率。
Description
技术领域
本发明涉及光学技术领域，特别是一种光学功能面及其应用所述光学功能面的激光雷达外罩。
背景技术
激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。用激光器作为发射光源，采用光电探测技术手段的主动遥感设备。激光雷达是激光技术与现代光电探测技术结合的先进探测方式。由发射系统、接收系统 、信息处理等部分组成，并广泛运用于工业、智能机器人、汽车等领域。
因此激光雷达具有体积小、分辨率高、抗有源干扰能力强的特性，这些特性的稳定可靠工作，与激光雷达系统中的重要组成零部件—激光雷达外罩密不可分。激光雷达外罩是整套系统的外壳，对整个系统起到防护作用的同时，还需具备紫外或红外波段的高穿透率特性，穿透率可达到95%以上，即激光发射器的发射及探测器的接收效率高，激光透过外罩时衰减低，激光像斑不存在像散现象。
传统的激光雷达外罩形状呈筒形，如专利US8767190B2中HDL-32E激光雷达外罩。存在像散的问题，使像斑变大，影响到激光雷达系统中探测器的接收效率。另一方面目前市面上的激光雷达外罩多设计为筒形，具体构造为底端的内径小于顶端的内径，底端的外径小于顶端的外径，内、外侧面采用非等壁厚及特定曲率的曲线；虽然能达到相关的穿透功能，但由于结构比较单一，不够灵活，影响到激光雷达系统整体的外观效果，也无法满足不同客户的设计审美需求。
发明内容
为克服上述问题，本发明提供了一种光学功能面及其应用所述光学功能面的激光雷达外罩，具备高穿透特性，保证了激光雷达探测器的接收效率，来克服现有技术的不足。
本发明采用以下方法来实现：一种光学功能面，其特征在于：包括内侧强化膜、外侧强化膜、防水膜和增透膜；所述内侧强化膜设置于罩体内侧面，所述外侧强化膜设置于罩体外侧面，所述防水膜和增透膜依次贴设在所述外侧强化膜上。
进一步的，所述内侧强化膜厚度范围为10~20μm；所述外侧强化膜材料厚度范围为10~20μm；所述防水膜材料厚度范围为0.8~1.2μm；所述增透膜材料厚度范围为1.6~2.0μm。
进一步的，所述内侧强化膜和外侧强化膜为将塑料基材夹持浸入有机硅强化液中形成，所述有机硅强化液包括纳米金属氧化物和有机硅烷单体，所述纳米金属氧化物和有机硅烷单体占所述有机硅强化液质量百分比为40%~60%，且所述纳米金属氧化物占所述有机硅强化液质量百分比为5%~15%，所述有机硅烷单体占所述有机硅强化液质量百分比为35%~45%；所述防水膜的材料为CeF3氟化铈；所述增透膜的材料为二氧化硅。
进一步的，包括激光雷达外罩本体，所述激光雷达外罩本体上设置有所述光学功能面，所述内侧强化膜设置于激光雷达外罩本体内侧面，所述外侧强化膜设置于激光雷达外罩本体外侧面，所述防水膜和增透膜依次贴设在所述外侧强化膜上。
进一步的，所述光学功能面设置于所述激光雷达外罩本体的中段位置。
进一步的，所述激光雷达外罩本体为精密光学塑胶模具一次注塑成型的塑胶基材。
进一步的，所述塑胶基材的材料为聚碳酸酯原材料。
所述激光雷达外罩的制作工艺包括以下步骤：
步骤S1、通过模具成型机成型出所述激光雷达外罩本体；
步骤S2、操作人员调配内侧强化膜和外侧强化膜的液体材料；
步骤S3、操作人员将激光雷达外罩本体用夹子夹持住，然后将产品放在料框车上进行清洗；
步骤S4、清洗过后取下夹子，手持激光雷达外罩本体，将调配好的内侧强化膜和外侧强化膜的液体材料由水管放出，工作人员将激光雷达外罩本体手持在水管正下方，旋转均匀将内侧强化膜和外侧强化膜液体材料浇涂在激光雷达外罩本体的上半部分和下半部分；
步骤S5、浇涂完毕后，平放，并用真空吸除装置采用先吸边沿再吸中心的方式吸除多余强化液；
步骤S6、将激光雷达外罩本体放置在含乙醇的无尘纸上吸除底部多余积液，手持激光雷达外罩本体，旋转查看产品外观，将合格的激光雷达外罩本体进行预烘，预烘完成后，取出进行强固化；
步骤S7、然后将激光雷达外罩本体在精雕机的工装上，对其进行精雕，精雕完成后进行包装封箱。
进一步的，所述步骤S6的强固化按照以下方式实现，开启镀膜机，预热80℃，时间30min-60min，更换坩埚内膜料；将合格的产品固定在夹具上，再附着在镀膜机伞架上；将防水膜和增透膜依次镀在所述激光雷达外罩本体上，镀膜完成后，设备自动充气，打开镀膜室门，待产品冷却后取出。
本发明的有益效果在于：结构造型多样化，满足不同客户对外观造型设计的需求，满足激光雷达的接收和发射效率。由于该外罩的基材采用工程塑胶，具有可塑性强、轻量化，以及采用多层复合膜材料叠加技术，不仅能够实现激光雷达系统发射及接收高穿透率特性，而且具有结构强度高、耐候性佳、抗表面划伤的特性，特别是可根据不同客户的需求，设计成各种外观造型。目前可实现的造型有圆柱形、锥形、C形、D形、异形等形状。但又不局限于上述造型，通过本发明的导入，整套激光雷达系统的防护性能（防尘、防水）得以提升，实测可达到IP65以上，与其他系统的可兼容性和硬件可装配对接性更加顺畅。
附图说明
图1为所述光学功能区的结构示意图。
图2为本发明的主视图。
图3为所述激光雷达外罩本体第一实施例的结构示意图。
图4为所述激光雷达外罩本体第二实施例的结构示意图。
图5为所述激光雷达外罩本体第三实施例的结构示意图。
图6为所述激光雷达外罩本体第四实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
请参阅图1和图2，本发明提供了一实施例：一种光学功能面1，包括内侧强化膜11、外侧强化膜12、防水膜13和增透膜14；所述内侧强化膜11设置于罩体内侧面，所述外侧强化膜12设置于罩体外侧面，所述防水膜13和增透膜14依次贴设在所述外侧强化膜12上。使得能够实现既定的紫外、红外激光的高穿透功能，穿透率可达95%；能够更好的用于加强激光雷达接收和发射效率。
本发明中激光雷达外罩的面粗糙度Ra可达到20nm以下，但不仅限于此。
所述内侧强化膜11厚度范围为10~20μm，提升整体外罩的穿透率1%；所述外侧强化膜材料12厚度范围为10~20μm，提升整体外罩的穿透率1%；所述防水膜13材料厚度范围为0.8~1.2μm，对外罩的整体穿透率提升无贡献；所述增透膜14材料厚度范围为1.6~2.0μm，可提升整体外罩的穿透率3%。
所述内侧强化膜11和外侧强化膜12为将塑料基材夹持浸入特定配比的有机硅强化液中形成，所述有机硅强化液包括纳米金属氧化物和有机硅烷单体，所述纳米金属氧化物和有机硅烷单体占所述有机硅强化液质量百分比为40%~60%，且所述纳米金属氧化物占所述有机硅强化液质量百分比为5%~15%，所述有机硅烷单体占所述有机硅强化液质量百分比为35%~45%，使得内侧强化膜11和外侧强化膜12能够起到修复磨平塑胶基材的正反面产生的轻微划伤划痕作用；所述防水膜13的材料为CeF3氟化铈，主要能够起到防护光学表面作用和避免反射镜光学成像面产生结霜结雾，在极限环境下能够令水和油与光学面的接触面积减少，使得油和水滴不易粘附于反射镜光学表面，可提升其抗湿性，抗氧化性，抗划伤性，同时避免光学功能面1的复合膜材料因外界环境因素导致失效，划伤、甚至脱落剥离；所述增透膜14的材料为二氧化硅，主要起到进一步增强激光雷达外罩的透过率指标，同时也可起到一定的防护产品表面被划伤及增强产品耐候性的目的。
本发明中的防水膜13通常为CeF3氟化铈，但不仅限于此，可根据具体的防护等级，更换不同的防护膜层材料。
包括激光雷达外罩本体2，所述激光雷达外罩本体2上设置有所述光学功能面1，所述内侧强化膜11设置于激光雷达外罩本体2内侧面，所述外侧强化膜12设置于激光雷达外罩本体2外侧面，所述防水膜13和增透膜14依次贴设在所述外侧强化膜12上。所述光学功能面1设置于所述激光雷达外罩本体2的中段位置21。使得能够更好的对激光雷达起到保护功能。
所述激光雷达外罩本体2为精密光学塑胶模具一次注塑成型的塑胶基材。使得塑胶基材可用于确保激光雷达外罩与其他组件相互配合良好，或仅需起到防护外罩的功能，可设计成各种造型，适应外观及装配要求。
请参阅图3至图6所示，本发明的激光雷达外罩本体2可设计成多种造型外观，可实现的造型有圆柱形3、锥形4、C形5、D形6和异形，但不仅限于此。
所述塑胶基材的材料为聚碳酸酯原材料。本发明中的聚碳酸酯原材料具有紫外或红外高透过特性。
所述激光雷达外罩的制作工艺包括以下步骤：
步骤S1、通过模具成型机成型出所述激光雷达外罩本体；
步骤S2、操作人员调配内侧强化膜和外侧强化膜的液体材料；
步骤S3、操作人员将激光雷达外罩本体用夹子夹持住，然后将产品放在料框车上进行清洗；
步骤S4、清洗过后取下夹子，手持激光雷达外罩本体，将调配好的内侧强化膜和外侧强化膜的液体材料由水管放出，工作人员将激光雷达外罩本体手持在水管正下方，旋转均匀将内侧强化膜和外侧强化膜液体材料浇涂在激光雷达外罩本体的上半部分和下半部分；
步骤S5、浇涂完毕后，平放，并用真空吸除装置采用先吸边沿再吸中心的方式吸除多余强化液；
步骤S6、将激光雷达外罩本体放置在含乙醇的无尘纸上吸除底部多余积液，手持激光雷达外罩本体，旋转查看产品外观，将合格的激光雷达外罩本体进行预烘，预烘完成后，取出进行强固化；
步骤S7、然后将激光雷达外罩本体在精雕机的工装上，对其进行精雕，精雕完成后进行包装封箱。
所述步骤S6的强固化按照以下方式实现，开启镀膜机，预热80℃，时间30min-60min，更换坩埚内膜料；将合格的产品固定在夹具上，再附着在镀膜机伞架上；将防水膜和增透膜依次镀在所述激光雷达外罩本体上，镀膜完成后，设备自动充气，打开镀膜室门，待产品冷却后取出。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (9)
1.一种光学功能面，其特征在于：包括内侧强化膜、外侧强化膜、防水膜和增透膜；所述内侧强化膜设置于罩体内侧面，所述外侧强化膜设置于罩体外侧面，所述防水膜和增透膜依次贴设在所述外侧强化膜上。
2.根据权利要求1所述的一种光学功能面，其特征在于：所述内侧强化膜厚度范围为10~20μm；所述外侧强化膜材料厚度范围为10~20μm；所述防水膜材料厚度范围为0.8~1.2μm；所述增透膜材料厚度范围为1.6~2.0μm。
3.根据权利要求1所述的光学功能面，其特征在于：所述内侧强化膜和外侧强化膜为将塑料基材夹持浸入有机硅强化液中形成，所述有机硅强化液包括纳米金属氧化物和有机硅烷单体，所述纳米金属氧化物和有机硅烷单体占所述有机硅强化液质量百分比为40%~60%，且所述纳米金属氧化物占所述有机硅强化液质量百分比为5%~15%，所述有机硅烷单体占所述有机硅强化液质量百分比为35%~45%；所述防水膜的材料为CeF3氟化铈；所述增透膜的材料为二氧化硅。
4.一种应用权利要求1、2或3所述光学功能面的激光雷达外罩，其特征在于：包括激光雷达外罩本体，所述激光雷达外罩本体上设置有所述光学功能面，所述内侧强化膜设置于激光雷达外罩本体内侧面，所述外侧强化膜设置于激光雷达外罩本体外侧面，所述防水膜和增透膜依次贴设在所述外侧强化膜上。
5.权利要求4所述的激光雷达外罩，其特征在于：所述光学功能面设置于所述激光雷达外罩本体的中段位置。
6.根据权利要求4所述的激光雷达外罩，其特征在于：所述激光雷达外罩本体为精密光学塑胶模具一次注塑成型的塑胶基材。
7.根据权利要求6所述的激光雷达外罩，其特征在于：所述塑胶基材的材料为聚碳酸酯原材料。
8.一种如权利要求7所述的激光雷达外罩的制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、通过模具成型机成型出所述激光雷达外罩本体；
步骤S2、操作人员调配内侧强化膜和外侧强化膜的液体材料；
步骤S3、操作人员将激光雷达外罩本体用夹子夹持住，然后将产品放在料框车上进行清洗；
步骤S4、清洗过后取下夹子，手持激光雷达外罩本体，将调配好的内侧强化膜和外侧强化膜的液体材料由水管放出，工作人员将激光雷达外罩本体手持在水管正下方，旋转均匀将内侧强化膜和外侧强化膜液体材料浇涂在激光雷达外罩本体的上半部分和下半部分；
步骤S5、浇涂完毕后，平放，并用真空吸除装置采用先吸边沿再吸中心的方式吸除多余强化液；
步骤S6、将激光雷达外罩本体放置在含乙醇的无尘纸上吸除底部多余积液，手持激光雷达外罩本体，旋转查看产品外观，将合格的激光雷达外罩本体进行预烘，预烘完成后，取出进行强固化；
步骤S7、然后将激光雷达外罩本体在精雕机的工装上，对其进行精雕，精雕完成后进行包装封箱。
9.根据权利要求8所述的激光雷达外罩的制作工艺流程，其特征在于：所述步骤S6的强固化按照以下方式实现，开启镀膜机，预热80℃，时间30min-60min，更换坩埚内膜料；将合格的产品固定在夹具上，再附着在镀膜机伞架上；将防水膜和增透膜依次镀在所述激光雷达外罩本体上，镀膜完成后，设备自动充气，打开镀膜室门，待产品冷却后取出。
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