CN113253242B - 一种安装在车载激光雷达上的视窗组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种安装在车载激光雷达上的视窗组件，包括外侧的蓝宝石基板和内侧的光学玻璃基板，蓝宝石基板和光学玻璃基板之间设置有由聚乙烯醇缩丁醛树脂或乙烯‑醋酸乙烯共聚物制成的高分子夹胶层，蓝宝石基板和光学玻璃基板通过高分子夹胶层粘接构成视窗组件，蓝宝石基板的厚度为0.5mm~1.5mm，光学玻璃基板的厚度大于2mm，高分子夹胶层的厚度为0.36mm~0.40mm，视窗组件的总厚度小于等于6mm，优点在于由两种特定材料的基板通过特定高分子夹胶层粘接构成视窗组件，借助于中间的高分子夹胶层的弹性吸收冲击的作用，不仅可以有效阻止冲击物的穿透，而且大大降低了器件的成本。

Description

一种安装在车载激光雷达上的视窗组件

技术领域

本发明涉及一种车载激光雷达，尤其是涉及一种安装在车载激光雷达上的视窗组件。

背景技术

激光雷达是一种新型传感器，是激光主动探测传感器设备的一种统称，其主要工作原理是通过高频测距和扫描测角实现对目标轮廓三维扫描测量并成像。相比摄像头和毫米波雷达等常见的辅助驾驶传感器，激光雷达具备强大的空间三维分辨能力。

车载激光雷达在车上的理想安装位置一般位于车头的进气格栅后方，因此在车辆行驶中激光雷达的光学窗口有可能受到诸如路面飞溅的碎石子等各种硬物的冲击，如若击碎将有可能导致激光雷达失效，影响行车安全。因此安装在车载激光雷达上的光学窗口必须具备极强的抗冲击性以提升其在复杂路况下的生存能力。为此人们尝试使用蓝宝石玻璃来作为光学窗口。虽然提高了抗冲击性能，但昂贵的成本却阻碍了大批量的应用。

此外，在寒冷天气和潮湿天气这种低温高湿的环境下，激光雷达的光学窗口的表面还容易结冰、结霜或起雾，使激光雷达光学窗口透过率大幅下降，散射及干扰信号增加，导致探测距离缩短，严重时引起系统失效。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种抗冲击性能良好且成本适中的安装在车载激光雷达上的视窗组件。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种安装在车载激光雷达上的视窗组件，包括外侧的蓝宝石基板和内侧的光学玻璃基板，所述的蓝宝石基板和所述的光学玻璃基板之间设置有由聚乙烯醇缩丁醛树脂或乙烯-醋酸乙烯共聚物制成的高分子夹胶层，所述的蓝宝石基板和所述的光学玻璃基板通过所述的高分子夹胶层粘接构成视窗组件，所述的蓝宝石基板的厚度为0.5mm~1.5mm，所述的光学玻璃基板的厚度大于2mm，所述的高分子夹胶层的厚度为0.36mm~0.40mm，所述的视窗组件的总厚度小于等于6mm。

所述的蓝宝石基板的外表面可以镀设有防水增透膜。

为了保证车体外观的一致性和整体美观程度，所述的蓝宝石基板的内表面还可以镀设有黑膜。

所述的光学玻璃基板为H-K9L玻璃基板。

所述的光学玻璃基板的外表面设置有加热除雾结构。

优选地，所述的加热除雾结构包括加热电极条和与所述的加热电极条连接的终端导体，所述的加热电极条由厚膜浆料制成，设置在所述的光学玻璃基板表面四周，所述的终端导体用于连接外部电源。

优选地，所述的加热除雾结构包括ITO导电膜、加热电极条和与所述的加热电极条连接的终端导体，所述的ITO导电膜镀制在所述的光学玻璃基板表面，所述的加热电极条连接设置在所述的ITO导电膜的边缘，所述的终端导体用于连接外部电源。

所述的加热除雾结构与所述的光学玻璃基板之间设置有增透膜。

与现有技术相比，本发明的优点在于由两种特定材料的基板通过特定高分子夹胶层粘接构成视窗组件，借助于中间的高分子夹胶层的弹性吸收冲击的作用来保证整个视窗组件的抗冲击性能；将蓝宝石基板的厚度、光学玻璃基板的厚度和高分子夹胶层的厚度控制在6mm以内，在该厚度范围内保证抗冲击性能的同时，将单个视窗组件的成本控制在260元以内，最低能够达到200元。

设置加热除雾结构可以解决结冰、结霜或起雾严重时引起的系统失效情况，采用第一个优选方案即单一厚膜电阻方案，具有加热功率密度大，升温更快，且加热元件不在窗口的通光口径内，避免了透明导电膜在红外波段的吸收，在红外波段具有更高的透过率。而采用第二个优选方案即厚膜电阻+ITO透明导电膜方案具有更为均匀的加热效果，但是整体透过率相比单一厚膜电阻加热方案略有下降，成本有一定增加，加热方案可以根据应用场景进行选择。

附图说明

图1为本发明实施例的视窗组件的结构示意图；

图2为本实施例一的防水增透膜在可见光+905nm的反射率曲线；

图3为本实施例一的防水增透膜在可见光+1550nm的反射率曲线；

图4为本实施例一示例的黑膜在可见光+905nm的透过率曲线；

图5为本实施例一示例的黑膜在可见光+905nm的反射率曲线；

图6为本实施例一示例的黑膜在可见光+1550nm的透过率曲线；

图7为本实施例一示例的黑膜在可见光+1550nm的反射率曲线；

图8为本实施例一的增透膜在可见光+905nm的反射率曲线；

图9为本实施例一的增透膜在可见光+1550nm的反射率曲线；

图10为本实施例一的H-K9L光学玻璃基板上加热除雾结构的示意图；

图11为本实施例二的H-K9L光学玻璃基板上加热除雾结构的示意图；

图12-1为本发明的方案经冲击试验后通过白炽灯观察的示意图；

图12-2为单片蓝宝石方案经冲击试验后通过白炽灯观察的示意图；

图12-3为单片K9方案经冲击试验后通过白炽灯观察的示意图；

图13-1为本发明的方案经冲击试验后通过显微镜观测的示意图；

图13-2为单片蓝宝石方案经冲击试验后通过显微镜观测的示意图；

图13-3为单片K9方案经冲击试验后通过显微镜观测的示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例一：如图1所示，一种安装在车载激光雷达上的视窗组件，包括外侧的蓝宝石基板4和内侧的H-K9L光学玻璃基板6，蓝宝石基板4和H-K9L光学玻璃基板6之间设置有PVB高分子夹胶层5，蓝宝石基板4和光学玻璃基板6通过PVB高分子夹胶层5粘接构成视窗组件。

具体到蓝宝石基板4，蓝宝石基板4外表面镀有防水增透膜1，作用是对可见光进行减反，同时对雷达波段进行增透（雷达工作波段为905nm±30nm或1550nm±30nm），分光特性如图2与图3所示；蓝宝石基板4内表面镀有黑膜2，该膜的作用是保证车体外观的一致性和整体美观程度，对可见光进行吸收，使其具有黑色的视觉效果，同时对激光雷达工作波段进行增透（雷达工作波段为905nm±30nm或1550nm±30nm）；同时为保证从蓝宝石基板4向组件观察时，无明显的反射视觉效果，因此黑膜2背面反射率必须在可见光区域有较低的反射率。

表1是黑膜2结构的一个示例（雷达工作波段为905nm±30nm），分光特性如图4所示，对可见光的反射率如图5所示。

表1：

表2是黑膜2结构的另一个示例（雷达工作波段为1550nm±30nm），分光特性如图6所示，对可见光的反射率如图7所示。

表2：

具体到H-K9L光学玻璃基板6，H-K9L光学玻璃基板6的外表面镀有增透膜3，主要作用是对雷达波段进行增透（雷达工作波段为905nm±30nm或1550nm±30nm），分光特性如图8与图9所示。

H-K9L光学玻璃基板6的外表面设置有加热除雾结构7。在本实施例中，加热除雾结构7的结构如图10所示，在H-K9L光学玻璃基板6的外表面四周涂布由厚膜浆料制成的加热电极条8和与加热电极条8连接的终端导体9，加热电极条8被涂布在H-K9L光学玻璃基板6外表面的增透膜3四周，终端导体9用于连接外部电源等控制系统。加热电极条8沿H-K9L光学玻璃基板6四周涂布，控制在H-K9L光学玻璃基板6边缘以内，也可以涂在增透膜3的下表面。

实施例二：其它结构与实施例一相同，不同之处在于加热除雾结构7如图11所示，在H-K9L光学玻璃基板6的外表面镀制ITO导电薄膜10，并在ITO导电薄膜10上涂布由厚膜浆料制成的加热电极条8和与加热电极条8连接的终端导体9，为终端导体9用于连接外部电源等控制系统。本实施例的加热除雾结构，具有更为均匀的加热效果，但是整体透过率相比实施例一的加热除雾结构略有下降，成本有一定增加。

具体到上述两个实施例的加热电极8，由厚膜浆料涂布而成，宽度为1mm~5mm，总电阻控制在10~200欧姆，亦可以增加电阻范围，通过调整电压实现加热除冰。

施加在加热电极8上的电压控制到12V~36V，承受的功率密度可达50W/cm2。

在实际应用中，控温装置会对视窗组件表面温度进行探测，并适时控制视窗组件上的温度，从而达到在保证激光雷达安全的前提下，对激光雷达视窗组件表面的霜、雾、冰进行去除的功效。

实施例三：其它结构与实施例二相同，不同之处在于蓝宝石基板4的厚度为0.5mm，H-K9L光学玻璃基板6的厚度为5.14mm，高分子夹胶层的厚度为0.36mm，整个视窗组件的总厚度等于6mm，本视窗组件的单片成本为200元。

实施例四：其它结构与实施例二相同，不同之处在于蓝宝石基板4的厚度为1.5mm，H-K9L光学玻璃基板6的厚度为4.14mm，高分子夹胶层的厚度为0.36mm，整个视窗组件的总厚度等于6mm，本视窗组件的单片成本为260元。

实施例五：其它结构与实施例二相同，不同之处在于蓝宝石基板4的厚度为0.5mm，H-K9L光学玻璃基板6的厚度为5.1mm，高分子夹胶层的厚度为0.40mm，整个视窗组件的总厚度等于6mm，本方案的单片成本为200元。

实施例六：其它结构与实施例二相同，不同之处在于蓝宝石基板4的厚度为1.5mm，H-K9L光学玻璃基板6的厚度为4.1mm，高分子夹胶层的厚度通常为0.40mm，整个视窗组件的总厚度等于6mm，本方案的单片成本为260元。

实施例七：其它结构与实施例二相同，不同之处在于蓝宝石基板4的厚度为1mm，H-K9L光学玻璃基板6的厚度为2.64mm，高分子夹胶层的厚度通常为0.38mm，整个视窗组件的总厚度等于4.02mm，本视窗组件的单片成本为230元，本视窗组件具有较好的抗冲击性能，同时又能合理的控制单个视窗组件的成本以及视窗组件的总厚度，为最优的选择。

以下对本发明与单独使用蓝宝石和单独使用H-K9L光学玻璃的视窗组件的抗冲击性能和成本进行比较，碎石冲击所使用的冲击试验机是符合DIN EN ISO 20567-1的标准，DIN EN ISO 20567-1又名《色漆和清漆 图层的耐石击性的测定 第1部分：多次冲击试验》，该标准来源于德国工业标准DIN 55996-1：2001《涂层材料的碎石冲击强度检验第1部分：多重冲击试验》，实施例三至实施例七中记载的方案均能够通过碎石冲击试验，有效阻止冲击物的穿透，取实施例七的方案与单片蓝宝石的方案、单片K9方案进行比较，具体结果见表3。

表3：

从表3可以看出：1、单片K9方案无法通过碎石冲击试验；2、本发明设计的蓝宝石夹胶方案可以通过碎石冲击测试，且相比单片蓝宝石方案具有明显的成本优势。

Claims (8)

1.一种安装在车载激光雷达上的视窗组件，其特征在于，包括外侧的蓝宝石基板和内侧的光学玻璃基板，所述的蓝宝石基板和所述的光学玻璃基板之间设置有由聚乙烯醇缩丁醛树脂或乙烯-醋酸乙烯共聚物制成的高分子夹胶层，所述的蓝宝石基板和所述的光学玻璃基板通过所述的高分子夹胶层粘接构成视窗组件，所述的蓝宝石基板的厚度为0.5mm~1.5mm，所述的光学玻璃基板的厚度大于2mm，所述的高分子夹胶层的厚度为0.36mm~0.40mm，所述的视窗组件的总厚度小于等于6mm。

2.如权利要求1所述的一种安装在车载激光雷达上的视窗组件，其特征在于，所述的蓝宝石基板的外表面镀设有防水增透膜。

3.如权利要求1所述的一种安装在车载激光雷达上的视窗组件，其特征在于，所述的蓝宝石基板的内表面镀设有黑膜。

4.如权利要求1所述的一种安装在车载激光雷达上的视窗组件，其特征在于，所述的光学玻璃基板为H-K9L玻璃基板。

5.如权利要求1~4中任一项权利要求所述的一种安装在车载激光雷达上的视窗组件，其特征在于，所述的光学玻璃基板的外表面设置有加热除雾结构。

6.如权利要求5所述的一种安装在车载激光雷达上的视窗组件，其特征在于，所述的加热除雾结构包括加热电极条和与所述的加热电极条连接的终端导体，所述的加热电极条由厚膜浆料制成，设置在所述的光学玻璃基板表面四周，所述的终端导体用于连接外部电源。

7.如权利要求5所述的一种安装在车载激光雷达上的视窗组件，其特征在于，所述的加热除雾结构包括ITO导电膜、加热电极条和与所述的加热电极条连接的终端导体，所述的ITO导电膜镀制在所述的光学玻璃基板表面，所述的加热电极条连接设置在所述的ITO导电膜的边缘，所述的终端导体用于连接外部电源。

8.如权利要求5所述的一种安装在车载激光雷达上的视窗组件，其特征在于，所述的加热除雾结构与所述的光学玻璃基板之间设置有增透膜。

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