CN113454483A - 设有可释放保护层的激光雷达检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种检测装置(1)，所述检测装置包括：(a)固态光探测和测距(激光雷达)装置(21)，所述固态激光雷达装置被封闭在以下项中；(b)壳体(11)，所述壳体设有由玻璃或聚合物制成的透明壁部分(12)，其特征在于，可释放保护层(31)覆盖所述透明壁部分的外表面(12o)，并且在于，(c)所述可释放保护层(31)保护所述透明壁部分免受如在SAE J400中所定义的多次碎石撞击，(d)所述可释放保护层对在750nm至1650nm的波长范围内的IR辐射具有至少90％、优选地至少95％的平均透射率，并且(e)用所述可释放保护层覆盖的所述透明壁部分对所述IR辐射具有至少85％、优选地至少90％、更优选地至少92％的平均透射率。
Description
技术领域
本发明属于适用于在机动车辆中用来辅助驾驶员(ADAS＝Advanced DriverAssistance System，高级驾驶员辅助系统)的检测装置的领域，机动车辆包括自主车辆或自动驾驶车辆。更具体地，本发明涉及一种激光雷达系统，该激光雷达系统由壳体和固定在壳体中的固态激光雷达装置组成，该激光雷达系统以极低的成本实现增加的服务时间和可靠性。本发明涉及一种施加在壳体的透明壁部分的外表面上的可移除保护层。当损坏到了IR透射或雾度超出激光雷达系统的可靠运行所要求的值的程度时，可以移除保护层并且用新的保护层替换。
背景技术
机动车辆正配备越来越多的系统来辅助车辆驾驶员。这些系统被统称为ADAS(高级驾驶员辅助系统)。ADAS包括能够检测并且在一些情况下识别车辆的即刻环境中的障碍物的检测系统。例如，检测系统包括光学或IR相机、雷达以及激光雷达(LiDAR，光探测和测距)。激光雷达通过计算光脉冲以光速行进到其视野中的物体并返回到激光雷达所花费的时间来测量其本身与该物体之间的距离。激光雷达包括光发射器(通常为激光源)和光接收器。在激光雷达的光发射器发射的光脉冲撞到不规则形状的物体时，入射光信号被散射并且只有一部分的光返回到光接收器。US 20150029487描述了一种配备有激光雷达型装置的机动车辆。
机械扫描激光雷达构成第一代激光雷达，它们使用强大的准直激光源并且通过高度聚焦的光学器件将返回信号集中在接收器上。通过使激光器和接收器组件旋转，机械扫描激光雷达可以扫描其周围的区域并且收集高达360度的广泛区域内的数据。然而，机械扫描激光雷达通常是笨重、易碎且非常昂贵的。固态激光雷达是第二代激光雷达，它们没有机械扫描激光雷达的缺点。
机械扫描激光雷达依赖于用单个激光源扫描其周围的区域的机电结构，而固态激光雷达不包括移动部件。固态激光雷达使用光学相控阵列，其中光学发射器以特定的模式和相位发出光子爆发以形成定向发射，该定向发射的焦点和大小可以被调整。光学相控阵列是一排发射器(例如，激光器)，这一排发射器可以通过调整从一个发射器到下一个发射器的信号的相对相位来改变电磁波束的方向。固态激光雷达被构建在电子芯片上并且因此比机械扫描激光雷达更便宜且更耐受振动。与包括单个激光源的机械扫描激光雷达相比，固态激光雷达的一个缺点是在相同的能量消耗下，由光学相控阵列发射的光的强度要除以光学发射器的数量。光学现象(比如光的反射、吸收和散射)可能比用单个激光源更成问题。
机动车辆中越来越多地实施固态激光雷达。它们可以安装在机动车辆的外部上，机动车辆外部是暴露于雨水、冰雹、大的温度变化以及包括碎石的各种物体的撞击的极具侵蚀性环境。为了保护激光雷达免受这种环境影响，将激光雷达装置封闭在包括透明壁部分的壳体中，该透明壁部分能透过激光雷达使用的波长。激光雷达可以使用UV光、可见光或IR光。然而，汽车工业中使用的激光雷达通常发射处于750nm与1650nm之间的近红外光谱中的光。透明壁部分当然必须维持对光源发射的光的高透射率。为此，许多汽车生产商纳入了擦拭系统，从而确保透明壁部分保持干净。然而，擦拭系统不能防止透明壁部分因诸如碎石的物体的各种撞击导致在透明壁部分的外表面上产生刮痕而劣化。透明壁部分可能会被刮伤到透射率被降低的程度，或者雾度增加到激光雷达装置不再可靠的程度。迄今为止，当发生这种情况时并不替换透明壁部分，而是必须更换整个激光雷达系统，从而给用户带来了成本。类似地，在透明壁部分被撞击破坏的情况下，激光雷达装置不再免于外部侵蚀，并且必须替换整个激光雷达系统。
随着ADAS以及需要大量检测系统的自主车辆的发展，每次壳体的透明壁部分被刮伤就必须更换激光雷达系统是不可接受的。本发明提出了这个问题的解决方案，从而与当前系统相比，允许以低成本大幅增加激光雷达系统的使用寿命。在下面部分中更详细地描述了这些和其他优点。
发明内容
所附独立权利要求中限定了本发明。从属权利要求中限定了优选实施例。特别地，本发明涉及一种检测装置，所述检测装置包括：
(a)固态光探测和测距(激光雷达)装置，所述固态激光雷达装置被封闭在以下项中
(b)壳体，所述壳体设有由玻璃或聚合物制成的透明壁部分，
其特征在于，可释放保护层覆盖所述透明壁部分的外表面，并且在于，
(c)所述可释放保护层保护所述透明壁部分免受如在SAE J400中或在ISO 20567-1:2017中所定义的多次碎石撞击，
(d)所述可释放保护层对在750nm至1650nm的波长范围内的IR辐射具有至少90％、优选地至少95％的平均透射率，并且
用所述可释放保护层覆盖的所述透明壁部分对所述IR辐射具有至少85％、优选地至少90％、更优选地至少92％的平均透射率。
所述可释放保护层可以是以下项中的一者：
·厚度等于或低至5mm、优选地低至2mm的玻璃片，所述玻璃片优选地通过粘合剂粘附到所述透明壁部分，
·厚度为1000μm或更少、优选地不超过500μm的聚合物片，所述聚合物片优选地通过粘合剂粘附到所述透明壁部分，或者
·涂覆层，所述涂覆层通过浸涂、喷涂或溅镀施加到所述透明壁部分的外表面上，并且能够用溶剂或通过热处理来移除。
在优选的实施例中，所述可释放保护层可以是以下项中的一者：
·厚度不超过1mm、优选地不超过0.7mm的玻璃片，所述玻璃片优选地通过粘合剂粘附到所述透明壁部分，
·厚度不超过500μm、优选地不超过150μm的聚合物片，所述聚合物片优选地通过粘合剂粘附到所述透明壁部分，或者
·涂覆层，所述涂覆层通过浸涂、喷涂或溅镀施加到所述透明壁部分的外表面上，并且能够用溶剂或通过热处理来移除。
所述可释放保护层优选地向被其覆盖的透明壁部分赋予如在SAE J400中所定义的对多次碎石片撞击的抵抗力，使得在移除所述保护层之后，对于与不超过3mm的撞击大小相对应的大小类别A&B，所述透明壁部分的外表面具有至少8A和8B、优选地至少9A和9B的评级，并且对于与大于3mm的撞击大小相对应的大小类别C&D，优选地具有10C和10D的评级。
替代性地或附随地，所述可释放保护层可以向被其覆盖的透明壁部分赋予如在ISO 20567-1:2017的方法A中所定义的对多次金属砂粒撞击的抵抗力，使得在移除所述保护层之后，所述透明壁部分的外表面在测试之后具有不超过0.2％的受影响区域，其中评级为0.5。
在优选的实施例中，所述可释放保护层是包括防反射层的层压件，所述防反射层包括低折射率多孔硅中的一者。替代性地，所述可释放保护层可以是多层介电材料交替层的层压件，所述介电材料交替层具有低折射率和高折射率并且终止于具有低折射率的层，或者是它们的混合物。所述可释放保护层优选地对所述IR辐射具有小于7％、优选地小于5％的反射率。
除非另有定义，否则在使用表述“IR辐射”时，该表述是指在750nm至1650nm之间的波长的辐射。
在优选的实施例中，被所述可释放保护层覆盖的所述透明壁部分的特征在于雾度，所述雾度不超过3％、优选地不超过2％，如使用浊度计根据ASTM-D1003-11的程序A所测量。在优选的实施例中，所述可释放保护层优选地对在400nm与700nm之间的波长的可见光具有低于60％、优选地低于20％、更优选地低于5％的平均透射率。在又一优选的实施例中，所述可释放保护层优选地具有疏水外表面，所述疏水外表面在覆盖所述透明壁部分时暴露于大气。疏水表面被定义为水滴在上面形成至少90°的静态接触角的表面。
在一个实施例中，所述可释放保护层是钠钙玻璃片。替代性地，所述可释放保护层可以是聚合物片，所述聚合物片包含聚氨酯、聚碳酸酯、聚酯、共聚物或其共混物。
所述检测装置优选地安装在机动车辆上。例如，不包括所述透明壁部分的所述壳体可以是机动车辆的不透明元件的整体部分，所述不透明元件包括挡泥板、保险杠、格栅、侧翼后视镜盖、后视镜盖、发动机罩、行李箱、侧车门、柱、或后车门、透镜反射罩。在另一个示例中，所述透明壁部分可以是机动车辆的透明部件的一部分，所述透明部件包括前挡风玻璃、后车窗、侧车窗、大灯或尾灯罩。
本发明还涉及一种将如前文所定义的可释放保护层用于保护封闭固态激光雷达的壳体的透明壁部分的用途。
本发明另外涉及一种用于修复如前文所讨论的检测装置的方法，其中所述可释放保护层的外表面包括损坏区域，所述方法包括以下步骤：
(a)从所述透明壁部分的外表面移除包括所述损坏区域的所述可释放保护层，以及
(b)向所述透明壁部分的外表面上施加新的可释放保护层，使得所述新的可释放保护层粘附到所述透明壁部分的外表面并且可以从其移除。
移除包括所述损坏区域的所述可释放保护层可以包括使用机械力、溶剂或热处理。
所述新的可释放保护层可以是玻璃或聚合物片。所述玻璃或聚合物片可以通过粘合剂粘附到所述透明壁部分的外表面，所述粘合剂可以机械地、通过溶剂或通过热处理来移除。
本发明还涉及一种机动车辆，所述机动车辆包括如前文所定义的检测装置，其中，所述车辆优选地是自动驾驶车辆。
附图说明
为了更全面地理解本发明的性质，参考结合附图进行的以下详细说明，在附图中：
图1：示出了穿过透明壁部分的入射辐射(i0)的行为。
图2：示出了根据本发明的检测装置的分解图。
图3：示意性地示出了根据本发明检测装置的使用的各个阶段以及在碎石撞击之后的修复。
图4：示出了机动车辆以及可以定位根据本发明的检测装置的各种位置。
图5：示出了根据本发明的检测装置集成在机动车辆中的三个实施例：(a)整个检测装置联接到车辆的(不透明的)车身部分，(b)壳体的不透明壁部分是车辆的车身部分的整体部分，以及(c)壳体的透明壁部分是车辆的透明元件。
具体实施方式
如图2所示，本发明涉及一种检测装置，该检测装置包括封闭在壳体(11)中的固态激光雷达装置(21)，该壳体设有由玻璃或聚合物制成的透明壁部分(12)。激光雷达必须封闭在壳体中以保护该激光雷达免受外部侵蚀，诸如灰尘以及来自碎石或冰雹的撞击。本发明提出了用于通过将磨损集中到牺牲层来延长激光雷达系统的使用寿命的解决方案。当检测装置由于磨损导致透明壁部分的光学性质劣化而变得不可靠时，可以以低成本替换牺牲层。
如上所讨论，固态激光雷达包括光学发射器(激光器)的相控阵列，这些光学发射器产生光波束，该光波束可以被电子地操纵以指向不同的方向，而不用移动光学发射器。对每个光学发射器以相位关系进行设定，使得来自单独发射器的光波相加到一起以增加期望的方向上的辐射，同时进行抵消以抑制不期望的方向上的辐射。在相控阵列中，可以通过控制发射器之间的相移来将光波束转向到不同的方向。
为了保护固态激光雷达免受外部侵蚀，将其封闭在壳体中，该壳体包括透明壁部分以允许发射的辐射以及障碍物上弹回的返回辐射穿过。
透明壁部分(12)
发射的辐射必须穿过壳体(11)的透明壁部分(12)，直到其撞到障碍物并且辐射的一部分被反射回到检测装置为止，其中该部分辐射在到达光学传感器之前必须再次穿过透明壁部分(12)。入射光束(i0)以及从障碍物反射的返回光束要穿过的透明壁部分(12)必须对安装在机动车辆(40)上的激光雷达中通常使用的红外光具有高透射率。该透明壁部分可以由聚合物或玻璃制成。
如图1的简化图所示，穿过透明壁部分(12)的入射辐射(i0)可以分成以下一个或多个：反射辐射(ir)、吸收辐射(ia)、散射辐射(is)以及折射辐射(if)。反射辐射(ir)和吸收辐射(ia)并不穿过透明壁部分。参考ASTM-D1003-11的§7.2&7.3，
·透射率Tt等于已经穿过透明壁部分的辐射的通量T1与入射辐射(i0)的通量T0的比率T1/T0，其中通量T1是折射辐射(i1)和散射辐射(is)的通量总和(Tf+Ts)。
·漫透射率Td是散射辐射的通量Ts与透射辐射的通量T1的比率Ts/T1。
·雾度H等于漫透射率Td与透射率Tt的比率Td/Tt。
对于激光雷达检测装置(1)的良好运行来说必要的是透明壁部分(12)在一方面对激光雷达发射的波长具有高透射率Tt，该波长通常在IR范围内、优选地在750nm至1650nm之间)，并且在另一方面具有低值的雾度(H)。在US 20150029487中以及在EP 20170185156和专利申请PCT/EP 2018/070954中描述了适合与激光雷达检测装置一起使用的透明壁部分的示例。对于激光雷达检测装置的使用寿命而言重要的是在将透明壁部分(12)暴露于外部侵蚀(包括雨水、霜冻以及来自冰雹和碎石的撞击)的车辆使用期间维持这些值。特别地，冰雹和碎石当然可能会破坏透明壁部分，但是即使仅仅刮伤透明壁部分(12)的外表面(12o)也可能会增加雾度值，从而降低由激光雷达装置的光学传感器记录的返回信号的准确性。
保护层(31)
为了防止透明壁部分(12)的外表面(12o)因外部侵蚀(包括冰雹和碎石的撞击)永久劣化，本发明提出用可释放保护层(31)覆盖透明壁部分的外表面(12o)。保护层(31)保护透明壁部分(12)的外表面(12o)免受由如在SAE J400中或在ISO 20567-1:2017中所定义的多次碎石撞击造成的永久损坏。
在本发明中，可释放保护层(31)暴露于外部侵蚀，包括冰雹或碎石的撞击。如图3所示，根据本发明的新检测装置可以安装在机动车辆上(参考图3(a))并且进行使用。如图3(b)所示，可释放保护层(31)可能会因碎石(5)或任何其他物体(包括冰雹)的撞击而劣化，从而形成劣化区域(31d)。随着时间的推移和使用，劣化区域(31d)可能变得损坏到透射率Tt和/或雾度H的光学性质降至低于预定义可靠性阈值的程度，该预定义的可靠性阈值定义了在其以下激光雷达检测装置(1)不再可靠的水平。在现有技术检测装置中，将不得不移除整个检测装置并且用新的检测装置替换，由此大幅增加了成本。在本发明中且如图3(c)所示，可以将损坏的可释放保护层(31)从透明壁部分(12)的外表面(12o)移除。透明壁部分(12)的外表面(12o)未被损坏或损坏极少，因为该外表面被可释放保护层(31)保护，该可释放保护层吸收了劣化区域(31d)中的外部侵蚀的所有或大部分能量。如图3(d)所示，可以将新的可释放保护层(31)施加到透明壁部分(12)的外表面(1o)上，从而允许激光雷达检测装置再次以足够的透射率Tt和足够低的雾度H可靠地运行，以产生清晰而可靠的信号。
在一个实施例中，可释放保护层(31)可以是玻璃片，该玻璃片可以例如通过粘合剂粘附到透明壁部分。可以使用市场上可获得的任何压敏粘合剂(PSA)，前提是在一方面，该压敏粘合剂允许例如使用除了由于下雨产生的水以外的溶剂、热或者机械力来移除玻璃片，并且在另一方面，该压敏粘合剂不会影响对IR辐射的透射率和雾度的光学性质而使其低于可靠性阈值。
为了减少对IR辐射的吸收，玻璃片应当尽可能薄。在另一方面，可释放保护层(31)必须保护透明壁部分(12)的外表面(12o)并且吸收碎石和冰雹的撞击的大部分能量。由于玻璃在撞击下易碎，因此较厚的玻璃片也将是有利的。为了平衡这两个矛盾的需求，优选的是玻璃片具有不超过1mm、优选地不超过0.7mm的厚度。玻璃片优选地具有至少0.2mm、优选地至少0.4mm的厚度。玻璃片可以具有0.6mm±0.2mm的厚度。
形成可释放保护层(31)的玻璃片可以是钠钙玻璃片。钠钙玻璃组合物的示例包括以下组分：
钠钙玻璃组合物的另一个示例包括以下组分：
专用于对1050nm至1650nm的IR辐射的高透射率以及对电磁光谱的可见部分的极低透射的钠钙玻璃组合物的另一个实施例替换了上文刚刚给出的Cr2O3、Fe2O3和Co范围，如下：
总铁(表示为Fe2O3) 0.002％至1.1％；
锰(表示为MnO) ≥0.005％；
以及任选地，
铬(表示为Cr2O3) 0至1.3％，
并且具有：
-总铁、锰和铬的含量的总和(Fe2O3+MnO+Cr2O3)(表示为重量百分比)≥1％
-定义为Fe2O3*/(49+0.43(Cr2O3*-MnO*))的比率R1<1；以及
-定义为Fe2O3*/(34+0.3(Cr2O3*-MnO*))的比率R2<1；Fe2O3*、MnO*和Cr2O3*是相对于总和(Fe2O3+MnO+Cr2O3)的相对百分比。
此类玻璃片对机动车辆中的激光雷达检测装置使用的IR辐射具有非常高的透射率。透明壁部分(12)也可以由玻璃制成。优选地，透明壁部分(12)由玻璃制成并且具有在前文针对玻璃片定义的范围内的组合物。如果可释放保护层和透明壁部分(12)都由具有相同(或相似)组合物的玻璃制成，则两块玻璃之间的粘附将会增强，从而需要较少的粘合剂、或较便宜的粘合剂，或者甚至根本不需要粘合剂，前提是两个表面是光滑的并且完美地配合。然而，为了安全起见，优选的是使用至少某种粘合剂。
在替代实施例中，可释放保护片可以是聚合物片，所述聚合物片例如通过粘合剂粘附到透明壁部分。聚合物片可以由聚氨酯、聚碳酸酯、聚酯、共聚物或其共混物制成。许多聚合物实质上比玻璃更具延展性，并且具有从击打的碎石吸收撞击能量的更大能力。聚合物片可以比对应的玻璃片更薄，并且优选地具有不超过500μm、优选地不超过150μm的厚度。
关于玻璃片，粘合剂可以是必须允许移除聚合物片并且不能影响透明壁部分和聚合物片的组件的光学性质的PSA。它还必须与聚合物片粘附地相容。不同于玻璃，聚合物通常具有较低的表面能量，使得所有粘合剂不能令人满意地粘附到聚合物片的表面。本领域普通技术人员可以在供应商的目录中找到适合于每种类型的聚合物的粘合剂列表。
透明壁部分(12)可以由在前文针对玻璃片定义的范围内的组合物的玻璃制成。玻璃通常具有高表面能量并且很好地粘附到PSA，使得适合于粘附到聚合物片的PSA通常很好地粘附到玻璃表面。替代性地，透明壁部分(12)可以由聚合物制成。优选地，透明壁部分的聚合物可与优选地和聚合物片的聚合物属于同一族的聚合物相容。在这些条件下，使得更容易选择可与透明壁部分和可释放保护层两者粘附地相容的PSA。在一些情况下，可能在没有粘合剂的情况下进行两个表面之间的粘附。为了安全起见，优选的是使用至少某种粘合剂。
在第三实施例中，可释放保护层可以是通过任何已知的技术(诸如浸涂、喷涂或溅镀)施加到透明壁部分(12)的外表面(12o)上的涂覆层。涂层必须能用除了水(由于下雨产生)以外的溶剂、通过未不利地影响涂层所粘附到的透明壁部分的热处理或通过机械地刮擦涂层来移除。
透明壁部分(12)的外表面(12o)可以具有三维(3D)几何形状。可释放保护层(31)必须与外表面的三维几何形状配合。在玻璃片的情况下，应当表现为与外表面(12o)的3D几何形状配合。聚合物片通常足够柔性，以配合任何几何形状。涂层明显配合任何几何形状。
保护层(31)的光学性质
本发明的可释放保护层(31)必须对750nm至1650nm的波长范围内的IR辐射具有至少85％、优选地至少90％、更优选地至少92％且甚至至少95％的平均透射率。当施加到透明壁部分(12)的外表面(12o)时，被可释放保护层覆盖的透明壁部分的组件对IR辐射具有至少85％、优选地至少90％、更优选地至少92％的平均透射率。
可释放保护层(31)可以对在400nm与700nm之间的波长的可见光具有低于60％、优选地低于20％、更优选地低于5％的平均透射率。可释放保护层可以通过施加彩色层或者在可释放保护层的大部分中染色而处理成具有彩色外表面。例如，可释放保护层可以是黑色的，或者可以具有与施加该可释放保护层的车辆的车身颜色匹配的颜色。
当然，减少由可释放保护层引起的反射是非常重要的，因为这可以提高透射率。可以通过将防反射层施加到可释放保护层(31)来增强反射减少。因此，可释放保护层(31)可以是包括防反射层的层压件，该防反射层包括低折射率多孔硅中的一者；或是多层介电材料交替层的层压件，该介电材料交替层具有低折射率和高折射率并且终止于具有低折射率的层；或者是它们的混合物。可释放保护层优选地对IR辐射具有小于7％、优选地小于5％、更优选地小于3％的反射率，其中反射率被定义为反射光(ir)的通量Tr与入射光(i0)的通量T0的比率Tr/T0。
被(新的)可释放保护层覆盖的透明壁部分的组件优选地具有不超过3％、优选地不超过2％的雾度H，如使用浊度计根据ASTM-D1003-11，程序A所测量。雾度是降低激光雷达检测装置的准确性的不确定性来源。因此，雾度应当优选地保持尽可能低。
由于雨水和霜冻可能会暂时地破坏透明壁部分(12)和可释放保护层(31)的组件的光学性质，因此后者可以包括疏水外表面(31o)，该疏水外表面在覆盖透明壁部分(12)时暴露于大气。可以通过选择具有低表面能量的聚合物片或涂层或者通过将疏水层施加到可释放保护层(31)来获得疏水性。当落在表面上的水滴形成大于90°的静态水接触角时，该表面被视为是疏水的。
材料的大多数光学性质由供应商的技术表单提供。因此，可以在目录上为可释放保护层预先选择光学上适合的材料。可以测试预先选择的材料，以便证实官方数据。光学性质可能会随着层的厚度以及材料的质量等级而变化。
基于光束穿过透明壁部分的的透射，前文讨论的光学性质确保可释放保护层不会妨碍激光雷达检测装置的良好运行。然而，可释放保护层(31)的主要目的是保护透明壁部分(12)的外表面(12o)。这可以经由下文讨论的机械性质来实现。
保护层(31)的机械性质
可释放保护层(31)优选地向被其覆盖的透明壁部分赋予如在SAE J400中所定义的对多次碎石片撞击的抵抗力，使得在移除保护层之后，对于与不超过3mm的撞击大小相对应的大小类别A&B，透明壁部分的外表面(12o)具有至少8A和8B、优选地至少9A和/或9B或者甚至10A和/或10B的评级，并且对于与大于3mm的撞击大小相对应的大小类别C&D，具有优选地10C和10D的评级。下文更详细地描述了根据SAE J400的撞击测试方法。
替代性地或另外地，可释放保护层(31)可以向被其覆盖的透明壁部分赋予如在ISO 20567-1:2017的方法A中所定义的对多次金属砂粒撞击的抵抗力，使得在移除保护层之后，透明壁部分的外表面(12o)在测试之后具有不超过0.2％的受影响区域，其中评级为0.5。
这两种测试方法SAE J400和ISO 20567-1:2017实际上都是被设计用于再现碎石或其他介质击打汽车的暴露喷漆表面的影响的测试。这两种方法都包括由评定透明壁部分的外表面(12o)中不存在的脱漆区域组成的评估步骤。如果被测试损坏，则透明壁部分的外表面包括凹痕。可以通过用低角度光对外表面(12o)拍摄照片来增强凹痕的对比视图。替代性地，外表面可以涂覆有用辊施加的彩色层，应当注意不要将颜色施加到凹痕内部。
如果满足前文描述的光学要求的可释放保护层(31)确实向上面施加有可释放保护层的透明壁部分赋予了如在SAE J400或ISO 20567-1:2017中所定义的机械要求，则可以用具有相同组成但是具有更大厚度的可释放保护层来重复测试。必须注意，仍要用新的更大厚度来满足光学要求。如果仍未达到机械要求，则必须选择替代材料。在玻璃片的机械性质不足的情况下，可以通过化学或热淬火来使玻璃片硬化，并且先用相同的厚度且如果不令人满意则用层厚度来再次测试。
撞击测试方法SAE J400
SAE J400描述了用于测试涂覆表面的抗剥落性的测试方法。该测试被设计成再现碎石或其他介质击打汽车的暴露的喷漆或涂覆表面的影响。测试包括借助于受控鼓风将大小在9.5mm与15.9mm空间筛之间的标准道路碎石抛射到表面测试面板上。在此处应用处于环境温度的测试方法C。
按照定义每单位面积剥落的密度或数量的在10与0之间的数字类别(10是指低剥落密度并且0是指高剥落密度)以及定义剥落的大小的大小类别A至D(其中A是指小尺寸并且D是指大尺寸)来给出剥落评级的结果。
例如，8A的剥落评级对应于每个样本(10.6cm×10.6cm)有大小小于1mm的2至4处剥落。9B的剥落评级对应于每个样本有大小在1mm与3mm之间的1处剥落。评级10对应于无剥落。前述评级是在测试之后以及在移除可释放保护层之后对透明壁部分的外表面的可接受评级。SAE J400给出了一系列标准图案以有助于通过与标准图案比较来对剥落表面进行评级。
撞击测试方法ISO 20567-1:2017
测试方法ISO 20567-1:2017类似于SAE J400测试方法，不同之处在于代替碎石，根据所定义的大小分布将网格大小在3.55mm与5mm之间的冷淬铁砂粒抛射到要测试的表面上。冷淬铁砂粒比在每个测试阶段之后迅速地风化的碎石更易于再现并且更为耐久。测试面板的大小为100mm×100mm。根据测试方法A，两次在20s内以100kPa的压力抛射500g的砂粒。
类似于SAE J400，可以通过与标准图案比较来完成评估在移除可释放保护层之后由测试引起的对外表面(12o)的损坏。这些图案以0.5的步长跨越了包含在0.5与5.0之间的评级范围。在移除可释放保护层(31)之后的外表面(12o)优选地具有0.5或更低的评级，即，对应于标准中提供的最小标准图案。
设有检测装置的机动车辆
根据本发明的检测装置特别适用于机动车辆、船舶、飞机等中使用。优选地，根据本发明的检测装置安装在机动车辆上、更优选地安装在自动驾驶机动车辆上。机动车辆包括小轿车、厢式货车、卡车、摩托车、公交车、有轨电车、火车等等。
图4示出了典型的小轿车并且还示出了用附图标记(1)表示的检测装置的定位的示例。检测装置可以安装在不透明车身元件(41)上，所述不透明车身元件包括挡泥板、保险杠、格栅、侧翼后视镜盖、后视镜盖、发动机罩、行李箱、侧车门、柱、或后车门、透镜反射罩。检测装置还可以安装在透明车身元件(42)后方，所述透明车身元件包括前挡风玻璃、后车窗、侧车窗、大灯或尾灯罩等等。
图5示出了用于将根据本发明的检测装置安装在车辆上的各种选项，其中透明壁部分面向外；在图5(a)中，车辆的车身的不透明元件(41)设有用于装配检测装置(1)的壳体(11)的开口。检测装置可以通过本领域普通技术人员已知的任何手段(诸如焊接、螺钉、卡扣配合等等)固定到车身。
在图5(b)中，不包括透明壁部分(12)的壳体(11)可以是车辆(40)的车身的不透明元件(41)的整体部分。透明壁部分(31)可以在安装有激光雷达装置之后胶合到开口的周边。如前文所讨论，机动车辆(40)的不透明元件(41)可以包括挡泥板、保险杠、格栅、侧翼后视镜盖、后视镜盖、发动机罩、行李箱、侧车门、柱、或后车门、透镜反射罩等等(参考图4)。
图5(c)所示的第三选项是将不包括透明壁部分(12)的壳体(11)固定到车辆(40)的透明元件(42)的内表面。因此，透明壁部分由机动车辆的透明元件的一部分形成。车辆的适合于接纳检测装置的透明元件(42)包括前挡风玻璃、后车窗、侧车窗、大灯或尾灯罩等等(参考图4)。
在所有前述选项中，可释放保护层都可以施加到透明壁部分(12)的外表面(12o)。因此，本发明涉及将如前文所定义的可释放保护层(31)用于保护封闭固态激光雷达的壳体的透明壁部分(12)。
本发明还涉及一种用于修复如前文所讨论的检测装置的方法，其中可释放保护层(31)的外表面(31o)包括损坏区域(31d)，所述方法包括以下步骤。
(a)从透明壁部分(12)的外表面(12o)移除包括损坏区域的可释放保护层(31)。可以通过使用溶剂(不同于水)、施加热或者通过机械刮擦来辅助移除损坏的可释放保护层。
(b)向透明壁部分(12)的外表面(12o)施加新的可释放保护层(31n)，使得所述新的可释放保护层粘附到透明壁部分(12)的外表面(12o)并且可以从其移除。可以使用粘合剂(诸如PSA)来确保可释放保护层良好地粘附到透明壁部分的外表面。在两者之间的接口处出现的任何气泡都可能会破坏由被可释放保护部分覆盖透明壁部分形成的组件的光学性质。必须选择粘合剂，如前文所讨论，使得粘合剂具有适合的光学性质、与要粘附的两个表面具有适合的粘附相容性，并且必须允许在有或没有溶剂、热或机械刮擦的辅助下移除新的可释放保护层。
本发明提供了一种用于通过在透明壁(12)的外表面(12o)上施加可释放保护层(31)来延长检测装置的使用寿命的解决方案。可释放保护层(31)充当牺牲层，其可以在被磨损时移除并且由新的可释放保护层替换。在装置(1)因壳体的透明壁部分(以及可释放保护层)的光学性质降低而出现功能障碍的情况下，这个解决方案比更换整个检测装置明显更便宜且更生态。
| 参考# | 特征 |
| 1 | 检测装置 |
| 11 | 壳体 |
| 12 | 透明壁部分 |
| 12o | 透明壁部分的外表面 |
| 21 | 固态激光雷达 |
| 22 | IR辐射 |
| 31 | 可释放保护层 |
| 31d | 可释放保护层的损坏区域 |
| 31n | 新的可释放保护层 |
| 31o | 可释放保护层的外表面 |
| 32 | 粘合剂 |
| 40 | 机动车辆 |
| 41 | 不透明车身元件 |
| 42 | 透明车身元件 |
| 51 | 碎石 |
| i0 | 入射辐射 |
| i1 | 透射辐射 |
| ia | 吸收辐射 |
| if | 衍射辐射 |
| ir | 反射辐射 |
| is | 散射辐射 |
| T0 | 入射辐射的通量 |
| T1 | 入射辐射的通量 |
| Td | 漫透射率＝Ts/T1 |
| Ts | 散射辐射的通量 |
| Tt | 透射率 |
Claims (16)
1.一种检测装置(1)，所述检测装置包括，
(e)固态光探测和测距(激光雷达)装置(21)，所述固态激光雷达装置被封闭在以下项中
(f)壳体(11)，所述壳体设有由玻璃或聚合物制成的透明壁部分(12)，
其特征在于，可释放保护层(31)覆盖所述透明壁部分的外表面(12o)，并且在于，
(g)所述可释放保护层(31)保护所述透明壁部分免受如在SAE J400中或在ISO 20567-1:2017中所定义的多次碎石撞击，
(h)所述可释放保护层对在750nm至1650nm的波长范围内的IR辐射具有至少90％、优选地至少95％的平均透射率，并且
(i)用所述可释放保护层覆盖的所述透明壁部分对所述IR辐射具有至少85％、优选地至少90％、更优选地至少92％的平均透射率。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其中，所述可释放保护层(31)是以下项中的一者：
·厚度等于或低至5mm、优选地低至2mm的玻璃片，所述玻璃片优选地通过粘合剂粘附到所述透明壁部分，
·厚度为1000μm或更少、优选地不超过500μm的聚合物片，所述聚合物片优选地通过粘合剂粘附到所述透明壁部分，或者
·涂覆层，所述涂覆层通过浸涂、喷涂或溅镀施加到所述透明壁部分的外表面上，并且能够用溶剂或通过热处理来移除。
3.根据权利要求1或2所述的检测装置，其中，所述可释放保护层(31)是以下项中的一者：
·厚度不超过1mm、优选地不超过0.7mm的玻璃片，所述玻璃片优选地通过粘合剂粘附到所述透明壁部分，
·厚度不超过500μm、优选地不超过150μm的聚合物片，所述聚合物片优选地通过粘合剂粘附到所述透明壁部分，
·涂覆层，所述涂覆层通过浸涂、喷涂或溅镀施加到所述透明壁部分的外表面上，并且能够用溶剂或通过热处理来移除。
4.根据前述权利要求中任一项所述的检测装置，其中，
·所述可释放保护层(31)具有如在SAE J400中所定义的对多次碎石片撞击的抵抗力，使得在移除所述保护层之后，对于与不超过3mm的撞击大小相对应的大小类别A&B，所述透明壁部分的外表面(12o)具有至少8A和8B、优选地至少9A和9B的评级，并且对于与大于3mm的撞击大小相对应的大小类别C&D，优选地具有10C和10D的评级，并且/或者
·所述可释放保护层(31)向被其覆盖的所述透明壁部分赋予如在ISO 20567-1:2017的方法A中所定义的对多次金属砂粒撞击的抵抗力，使得在移除所述保护层之后，所述透明壁部分的外表面(12o)在测试之后具有不超过0.2％的受影响区域，其中评级为0.5。
5.根据前述权利要求中任一项所述的检测装置，其中，所述可释放保护层(31)是包括防反射层的层压件，所述防反射层包括低折射率多孔硅中的一者；或者是多层介电材料交替层的层压件，所述介电材料交替层具有低折射率和高折射率并且终止于具有低折射率的层；或者是它们的混合物，并且其中所述可释放保护层优选地对所述IR辐射具有小于7％、优选地小于5％的反射率。
6.根据前述权利要求中任一项所述的检测装置，其中，被所述可释放保护层覆盖的所述透明壁部分的特征在于雾度，所述雾度不超过3％、优选地不超过2％，如使用浊度计根据ASTM-D1003-11的程序A所测量。
7.根据前述权利要求中任一项所述的检测装置，其中，所述可释放保护层对在400nm与700nm之间的波长的可见光具有低于60％、优选地低于20％、更优选地低于5％的平均透射率。
8.根据前述权利要求中任一项所述的检测装置，其中，所述可释放保护层(31)具有疏水外表面(31o)，所述疏水外表面在覆盖所述透明壁部分(12)时暴露于大气。
9.根据前述权利要求中任一项所述的检测装置，其中，所述可释放保护层(31)是钠钙玻璃片。
10.根据前述权利要求中任一项所述的检测装置，其中，所述可释放保护层(31)是聚合物片，所述聚合物片包括聚氨酯、聚碳酸酯、聚酯、共聚物或其共混物。
11.根据前述权利要求中任一项所述的检测装置，其中，
·不包括所述透明壁部分的所述壳体(11)是机动车辆(40)的不透明元件(41)的整体部分，所述不透明元件包括挡泥板、保险杠、格栅、侧翼后视镜盖、后视镜盖、发动机罩、行李箱、侧车门、柱、或后车门、透镜反射罩，和/或
·所述透明壁部分(12)是机动车辆的透明部件的一部分，所述透明部件包括前挡风玻璃、后车窗、侧车窗、大灯或尾灯罩。
12.一种将如权利要求1至9中任一项中定义的可释放保护层(31)用于保护封闭固态激光雷达的壳体的透明壁部分(12)的用途。
13.一种用于修复根据权利要求1至10中任一项所述的检测装置的方法，其中，所述可释放保护层(31)的外表面(31o)包括损坏区域(31d)，所述方法包括以下步骤：
(c)从所述透明壁部分(12)的外表面(12o)移除包括所述损坏区域的所述可释放保护层，
(d)向所述透明壁部分(12)的外表面(12o)施加新的可释放保护层(31n)，使得所述新的可释放保护层粘附到所述透明壁部分(12)的外表面(12o)并且能够从其移除。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，移除包括所述损坏区域(31d)的所述可释放保护层(31)包括使用机械力、溶剂或热处理。
15.根据权利要求12或13所述的方法，其中，所述新的可释放保护层(31n)是玻璃或聚合物片，并且其中所述玻璃或聚合物片通过粘合剂粘附到所述透明壁部分(12)的外表面(12o)，所述粘合剂能够机械地、通过溶剂或通过热处理来移除。
16.一种机动车辆(40)，所述机动车辆包括根据权利要求1至10中任一项所述的检测装置，其中，所述机动车辆优选地是自动驾驶车辆。
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