CN117129967A - 一种激光雷达视窗及其制备方法与传感器系统 - Google Patents

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CN117129967A CN202210540218.0A CN202210540218A CN117129967A CN 117129967 A CN117129967 A CN 117129967A CN 202210540218 A CN202210540218 A CN 202210540218A CN 117129967 A CN117129967 A CN 117129967A
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任天孝
杨惠尹
黄斌
王凡
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Wuxi Xinjuhong Intelligent Technology Co ltd
Covestro Deutschland AG
Original Assignee
Wuxi Xinjuhong Intelligent Technology Co ltd
Covestro Deutschland AG
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Abstract

本发明涉及一种激光雷达视窗及其制备方法与传感器系统。所述激光雷达视窗依次包括叠置在一起的保护层、粘结层和表面方阻≤200欧姆的导电加热层。本发明的激光雷达视窗能够满足激光信号穿透的功能要求，同时还具有除霜除雾的功能并且满足汽车外饰要求，可以用于传感器系统。

Description

一种激光雷达视窗及其制备方法与传感器系统
技术领域
本发明属于激光雷达视窗领域。具体地，本发明涉及一种激光雷达视窗及其制备方法与传感器系统。
背景技术
随着5G技术和电子技术的发展以及国家对节能环保的重视，汽车工业在过去的几年出现了新的发展趋势：互联互通、自动驾驶、共享汽车、电动化。自动驾驶辅助系统(简称ADAS)逐渐成了未来汽车必不可少的配置。其利用各式各样的传感器收集车内外的环境数据，利用车载计算机和算法软件进行静、动态物体的辨识、侦测与追踪等技术上的处理，从而能够让驾驶者在最快的时间察觉可能发生的危险。
ADAS 采用的传感器主要有摄像头、毫米波雷达、激光雷达和超声波雷达等，可以探测光、热、压力或其它用于监测汽车状态的变量，通常位于车辆的前格栅、前后保险杠、立柱盖板、车顶盖板、侧后视镜或者挡风玻璃上。
激光雷达，又称为LiDAR(光探测与测距) 使用激光束代替雷达中的无线电波探测障碍物和对物体定位。激光雷达可发射低功率、对人眼无害的905nm波长的红外脉冲激光束来测量激光发射器与目标之间往返所需的时间，同时所得的数据生成3D点云图像。
当激光发射器向外发射激光束时或者激光束被反射回来时必定要穿过雷达视窗，所以要求视窗的材料对于波长为905nm的红外线而言是可透射的，而且需要尽可能高的透过率。
目前激光雷达视窗的材质主要有2大类， 一类是玻璃材质，一类是塑料材质。考虑到激光雷达要安装在汽车车身上并要和汽车造型曲线融为一体，同时考虑到碰撞安全的因素，越来越多的激光雷达视窗采用塑料视窗。塑料视窗和玻璃视窗相比具有很多优点，例如重量轻、抗冲击性能好、可以做成3D曲面来匹配汽车的造型并且可以和周边的零件进行一体化整合。
由于激光雷达的工作方式是通过计算飞行时间来定位和测距的。要求激光光束通过塑料视窗时也尽可能提高红外穿透率，这样就可以尽可能地提高穿透功率以达到增加探测距离的目的。
激光雷达塑料视窗除了要满足红外线透过的功能之外，还必须要满足汽车外饰的功能和表面清洁功能的要求，汽车外饰的要求主要包括：耐候要求、耐磨和耐刮擦要求、各种的环境老化要求等等。
塑料视窗是外露件，灰尘污垢很容易附在其表面遮挡激光光束的发射和接收，从而会影响激光雷达效率和功能， 所以及时去除激光雷达塑料视窗外表面灰尘和污垢非常重要。
目前有些厂家采用专门的喷淋头对塑料视窗表面进行冲洗，从而去除灰尘和污垢。尽管喷淋头冲水可以把表面的灰尘和污垢去除，但是残留的水滴或者水膜会留在塑料视窗的表面。这些水滴和水膜会引发一些不希望出现的光折射、吸收、反射等光学现象，从而影响塑料视窗原有的光学设计。在一些极端的天气情况下，比如冬天的雨雪天气会在塑料视窗表面积冰和积霜，冰霜会损害塑料视窗的光学设计进而影响了激光雷达的性能。针对上述这些现象， 激光雷达供应商要求塑料视窗必须具有除霜、除冰和除去积水的功能。
一些厂商采用导电银浆或导电细丝加热来除霜除雾，然而会存在温度分布不均匀和/或对激光光束的透过产生负面影响。
因此，本领域中希望开发一种激光雷达视窗，其既能满足激光雷达红外线光学透过的要求，又能具有除霜除雾功能，同时还能满足汽车外饰要求。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种激光雷达视窗，其既能满足激光雷达红外线光学透过的要求，又能具有除霜除雾功能，同时还能满足汽车外饰要求。
本发明的另一目的是提供制备上述激光雷达视窗的方法。
因此，根据第一方面，本发明提供一种激光雷达视窗，其特征在于，依次包括叠置在一起的：
保护层；
基底，所述基底采用维卡软化温度不低于170°C的热塑性材料制备；
粘结层；和
表面方阻≤200欧姆的导电加热层，
其中按照ISO13468-2：2006中所述的方法测定时，所述激光雷达视窗对0°入射角下波长为905nm的红外线的透过率为至少80%；
按照ASTM D 1044-05测试时，所述激光雷达视窗的光泽保持率为至少70%。
根据第二方面，本发明提供制备上述激光雷达视窗的方法，其特征在于，包括以下步骤：
i)提供基底；
ii)在基底的两个相对表面上分别形成粘结层和保护层；
iii)在粘结层上形成导电加热层；和
iv)任选地，在导电加热层上形成增透层。
根据第三方面，提供一种传感器系统，其特征在于，包括：
发射具有800至1600 nm波长的激光的激光雷达传感器；和
上述的激光雷达视窗，其部分或完全包围所述激光雷达传感器，
其中所述保护层和所述激光雷达传感器布置在所述基底的相对两侧。
根据第四方面，提供一种车辆，其特征在于，包括上述传感器系统。
本发明的激光雷达视窗能够满足激光信号穿透的功能要求，同时还具有除霜除雾的功能并且满足汽车外饰要求，可以用于传感器系统。
附图说明
下面结合附图对本发明进行更详细地说明和解释，其中：
图1显示了实施例1中制备的激光雷达视窗通过导电胶与电极结合后得到的结构1的示意图，其中，1：基底；2：第二保护层；3：第一保护层；4：粘结层；5：导电加热层；7：导电胶和电极。
图2显示了实施例2中制备的激光雷达视窗通过导电胶与电极结合后得到的结构2的示意图，其中，1：基底；2：第二保护层；3：第一保护层；4：粘结层；5：导电加热层；6：增透层；7：导电胶和电极。
图3显示了根据本发明的一个方案中电极设置示意图，其中，5：导电加热层；8：导电胶；9：电极。
具体实施方式
在下文中，将更全面地体现本发明的各方面以及更进一步的目的、特征和优点。
如上所述，本发明的一个目的是提供一种激光雷达视窗，其既能大面积均匀地加热而实现除霜除雾功能，同时又能满足激光雷达红外线光学透过的要求。
作为激光雷达视窗，例如用于汽车的激光雷达视窗，需要满足以下主要要求：
I) 光学要求
按照ISO13468-2：2006中所述的方法测定，当入射角为0°时，对波长为905nm的红外线的透过率为至少80%。
针对汽车外饰的粘附性、耐候性、耐刮擦性、耐盐雾性、耐环境性要求
III) 加热功能要求：
·表面方阻： ≤200欧姆；
·有效视窗区域的最大温差：≤10°C；
·至少能达到的温度：50℃；
·从20℃到达40-60℃的加热时间：≤5分钟。
激光雷达视窗
根据第一方面，本发明提供一种激光雷达视窗，其特征在于，依次包括叠置在一起的：
保护层；
基底，所述基底采用维卡软化温度不低于170°C的热塑性材料制备；
粘结层；和
表面方阻≤200欧姆的导电加热层，
其中按照ISO13468-2：2006中所述的方法测定时，所述激光雷达视窗对0°入射角下波长为905nm的红外线的透过率为至少80%；
按照ASTM D 1044-05测试时，所述激光雷达视窗的光泽度保持率为至少70%。
优选地，本发明激光雷达视窗还包括与粘结层相对设置于导电加热层上的增透层。
在本申请中，除非另外明确说明，光泽度按照ASTM D523-2014进行测定。
在本申请中，除非另外明确说明，红外线的透过率按照ISO13468-2：2006中所述的方法进行测定。
保护层
根据本发明的激光雷达视窗包括保护层。
所述保护层具有以下性能中的至少一种：耐候性、耐刮擦性、耐化学腐蚀性、防渗透。
优选地，所述保护层用于保护整个激光雷达视窗免受环境以及刮擦的影响，同时与基底以及其它层一起起到增透作用。
在本申请说明书和权利要求书中，增透作用指是减少红外线反射光的强度，从而增加红外线透射光的强度，即指能够提高基底的红外线透过率。
优选地，所述保护层采用折射率在1.20-1.55之间的有机硅涂料、丙烯酸酯涂料或有机硅-丙烯酸酯涂料形成。
这里有机硅-丙烯酸酯涂料是指有机硅与丙烯酸酯的混合物。
在本申请说明书和权利要求书中，如果没有特别说明，折射率一般是指波长在589nm处的折射率。
本申请说明书和权利要求书中所述的折射率按照标准GB/T7962.1-2010《无色光学玻璃测试方法》第一部分：折射率和色散系数测定。
作为可以用作本发明激光雷达视窗的保护层的涂料，可以提及来自MomentivePerformance Materials公司的AS4700(其折射率在1.40-144范围内)和SHP 470 FT2050、PHC587C-2、UVHC3000、UVHC5000。
所述保护层可以为一层或由至少两个子层组成。
例如，所述保护层可以由两层组成，其中接触基底的第一保护层起耐候作用，朝向环境的第二保护层主要起耐刮擦作用。
优选地，所述保护层的总厚度在0.5-20µm范围内。
优选地，所述保护层不仅具有增透作用还具有优异的耐磨性、耐刮擦、耐盐雾和耐环境性，可以很好地保护基底， 并且满足汽车外饰要求。
基底
根据本发明的激光雷达视窗包括基底。
所述基底采用热塑性材料制备。
所述热塑性材料由聚合物树脂和任选的添加剂组成。所述添加剂可为热塑性材料中通常所用的添加剂，例如着色剂、热稳定剂、脱模剂、紫外线吸收剂、阻燃剂、抗静电剂和/或流动改进剂，其量为常规添加量。条件是，所述添加剂的种类及其量不会不利地影响本发明的目的。
优选地，所述基底采用包含维卡软化温度不低于180°C的聚合物树脂的热塑性材料制备。
优选地，所述基底对对0°入射角下波长为905nm的红外线的透过率为至少70%。
优选地，基底采用折射率在1.45-1.75范围内的热塑性材料制备。
优选地，热塑性材料在380至780 nm范围的光透射率小于25.0%，根据DIN ISO13468-2:2006(D65，10°)在4 mm的层厚下测定。
优选地，所述基底采用包含选自以下的聚合物树脂的热塑性材料制备：共聚碳酸酯(PC)、聚醚酰亚胺 (PEI)、聚酰亚胺(PI)、聚砜 (PSU)、聚芳酯 (PAR)、聚醚砜(PES)和聚苯砜 (PPSU)。
在本申请中，提及包含某种聚合物树脂的热塑性材料意味着该聚合物树脂构成该热塑性材料的主体，相对该热塑性材料的总重量计，该聚合物树脂占该热塑性材料的至少70重量%。
更优选地，所述聚合物树脂选自基于单体双酚A和1,1-双(4-羟苯基)-3,3,5-三甲基环己烷的共聚碳酸酯。
作为共聚碳酸酯的实例，可以采用来自科思创聚合物(中国)公司的APEC® 系列、沙特基础沙伯基础工业公司的LEXAN™ XHT系列和SLX系列产品。
作为共聚碳酸酯的具体商品实例，可以提及来自Covestro Deutschland AG的Apec®系列产品，例如Apec®1895(其维卡软化温度为183℃)、APEC®2095(其维卡软化温度为202℃)、Apec®2097(其维卡软化温度为202℃)和Apec®DP1-9389(其维卡软化温度为218℃)。
优选地，所述基底的厚度在0.5-5mm范围内。
粘结层
根据本发明的激光雷达视窗包括粘结层。
所述粘结层用于增强基底与导电加热层之间的结合，同时还起着增透作用。
优选地，所述粘结层采用折射率在1.20-1.55之间的有机硅、丙烯酸酯或者有机硅-丙烯酸酯涂料形成。
这里有机硅-丙烯酸酯涂料是指有机硅与丙烯酸酯的混合物。
作为可以用作本发明激光雷达视窗的粘结层的涂料，可以提及来自MomentivePerformance Materials公司的PHC587C-2(其折射率为1.42)。
优选地，所述粘结层的厚度在0.5-10µm范围内。
导电加热层
根据本发明的激光雷达视窗包括导电加热层。
所述导电加热层用于提供加热以实现除霜除雾的功能。
优选地，所述导电加热层包含掺锡氧化铟(ITO)，其中In2O3：Sn质量比为85：15至95：5。
更优选地，掺锡氧化铟以90-100wt%存在于所述导电加热层中。
最优选地，所述导电加热层由掺锡氧化铟构成。
掺锡氧化铟属于半导体物质， 其电导率ρ = 5×10-4 Ω•cm。掺锡氧化铟具有优良的可见光和近红外线穿透性。
掺锡氧化铟也是一种晶体，其结晶温度是350°C。当温度越高时，其结晶度越高，透明度也越高，电导率也越高。
所述导电加热层可产生小于或等于200欧姆的表面方阻。优选地，导电加热层的表面方阻优选小于或等于150欧姆， 更优选小于或等于100欧姆。
优选地，所述导电加热层的厚度在50-500nm范围内。
所述导电加热层可实现大面积均匀地加热。
在直流电源下驱动下，在安全电压(例如12V，DC)下可以产生 3-8W的电功率，在不超过5分钟内把表面温度从20°C提高到40-60°C。这样的温度可以很好地起到除霜除雾的作用。
本发明激光雷达视窗通过包括一层低电阻的导电加热层解决现有技术使用导电银浆加热和导电细丝加热导致的温度分布不均匀和对红外激光干扰的问题。本发明激光雷达视窗中的导电加热层不仅不会干扰外表面增透涂层的增透效果， 还能与其产生光学协同效应以实现增透效果。
增透层
优选地，本发明激光雷达视窗还包括与粘结层相对设置于导电加热层上的增透层。
所述增透层可采用折射率在1.3-2.4之间的材料制备。例如所述增透层可以采用选自MgF2、SiO2、Al2O3、Ti2O3、Ti3O5、Nb2O3、ZrO2、氮化硅的材料形成。
优选地，增透层的厚度在50-600nm范围内。
所述增透层可以由厚度相同或不同的包含选自MgF2、SiO2、Al2O3、Ti2O3、Ti3O5、Nb2O3、ZrO2、氮化硅的不同材料的两个或更多个子层组成，各子层的厚度在10-300nm范围内。
优选地，所述增透层包括SiO2层和Ti3O5。
优选地，所述增透层包括交替设置的SiO2层和Ti3O5层，其中各SiO2层在10-60nm范围内，各Ti3O5层的厚度在10-200nm范围内。
优选地，所述增透层包括以下各子层或者由以下各子层组成：
成分 厚度
SiO2 10-40 nm
Ti3O5 50-200 nm
SiO2 30-60 nm
Ti3O5 20-50 nm
在本发明的激光雷达视窗使用时，将电极附着在导电加热层上以与电源连接进行加热。
对所述电极没有特别要求，可以采用例如普通铜片。
可以通过导电胶粘接、柔性电路板(FPC)或金属弹簧片搭接等方式将电极附着在导电加热层上。
制备激光雷达视窗的方法
根据第二方面，本发明提供制备上述激光雷达视窗的方法，其特征在于，包括以下步骤：
i)提供基底；
ii)在基底的两个相对表面上分别形成粘结层和保护层；
iii)在粘结层上形成导电加热层；和
iv)任选地，在导电加热层上形成增透层。
步骤i：提供基底
可以通过购买或者自行制备提供基底。
例如可以通过标准注塑成型来制备基底。
优选地，通过标准注塑成型采用包含选自以下的聚合物树脂的热塑性材料制备基底：共聚碳酸酯、聚醚酰亚胺 (PEI)、聚酰亚胺 (PI)、聚砜(PSU)、聚芳酯(PAR)、聚醚砜(PES)和聚苯砜(PPSU)。
更优选地，通过标准注塑成型采用包含基于单体双酚A和1,1-双(4-羟苯基)-3,3,5-三甲基环己烷的共聚碳酸酯的热塑性材料制备基底。
可以采用高精密注塑机、更好地电动注塑机进行注塑成型，其可以精确地控制射出行程、模具行程以及压力和速度。
在注塑成型过程中，模具温度控制在90-160°C范围内。
步骤ii：在基底的两个相对表面上分别形成粘结层和保护层
优选地，在形成粘结层和保护层之前先对基底进行除静电和/或清洁处理。
除静电可以通过例如用去离子风吹扫(例如10秒-1分钟)来进行。
清洁可以通过例如用异丙醇清洗来进行。
施加粘结层和保护层的方法没有特别限定，包括但不限于淋涂、 浸涂、 旋涂、 喷涂、刮涂和滚涂。
例如，可以通过淋涂工艺或其它工艺在基底的两个相对表面上分别形成粘结层和保护层。
优选地，通过淋涂的方式将用于形成粘结层的涂料施加到基底的一个表面上，在室温(23-25°C)和35-55RH%的湿度下闪干5-30分钟，然后在100-140°C之间的温度下烘烤15-60分钟，从而在基底上形成粘结层。
优选地，通过淋涂工艺将用于形成保护层的材料施加到基底上，在室温(23-25°C)和35-55RH%的湿度下闪干5-30分钟，然后在100-140°C之间的温度下烘烤15-60分钟，从而在基底上形成保护层。
步骤iii：在粘结层上形成导电加热层
优选地，在形成导电加热层之前进行除静电处理。
除静电可以通过例如用去离子风吹扫一段时间(例如10秒-1分钟)来进行。
可以通过PVD(物理气相沉积)工艺或其它工艺形成导电加热层。
具体地，PVD工艺可以为蒸镀工艺或磁控溅射工艺。
在采用PVD工艺的情况下，优选地，沉积温度在150-300°C范围内。
优选地，通过PVD工艺将用于形成导电加热层的涂料施加到粘结层上，然后在150-250°C下退火处理1-3小时，凝结后形成导电加热层。
例如，在真空室中，加热蒸发导电加热层材料，使其原子或分子从表面气化逸出而形成蒸气流入射到粘结层表面，在150-250°C下退火处理1-3小时，该材料充分结晶后形成导电加热层。
步骤iv：在导电加热层上形成增透层
在所述激光雷达视窗还包括与粘结层相对设置于导电加热层上的增透层的情况下，通常通过PVD工艺在导电加热层上形成增透层。
优选地，在形成增透层之前进行除静电处理。
除静电可以通过例如用去离子风吹扫一段时间(例如10秒-1分钟)来进行。
可以通过PVD(物理气相沉积)工艺或其它工艺形成增透层。
具体地，PVD工艺可以为蒸镀工艺或磁控溅射工艺。
在采用PVD工艺的情况下，优选地，沉积温度在150-300°C范围内。
优选地，通过PVD工艺将用于形成增透层的涂料施加到导电加热层上，然后在150-250°C下退火处理1-3小时，凝结后形成增透层。
例如，在真空室中，加热蒸发导电加热层材料，使其原子或分子从表面气化逸出而形成蒸气流入射到粘结层表面，在150-250°C下退火处理1-3小时，该材料充分结晶后形成导电加热层。
各层的形成顺序没有特别的要求，只要最终能形成本发明的激光雷达视窗即可。当然，显而易见的是，粘结层必需在导电加热层之前形成，而增透层必需在导电加热层之后形成。
粘结层的形成可以在形成保护层之前、之后或者同时。
导电加热层的形成可以在形成保护层之前、之后或者同时。
增透层的形成可以在形成保护层之前、之后或者同时。
传感器系统和车辆
本发明的激光雷达视窗能够满足激光信号穿透的功能要求，同时还具有除霜除雾的功能并且满足汽车外饰要求。
因此，根据第三方面，提供一种传感器系统，其特征在于，包括：
发射具有800至1600 nm波长的激光的激光雷达传感器；和
上述的激光雷达视窗，其部分或完全包围所述激光雷达传感器，
其中所述保护层和所述激光雷达传感器布置在所述基底的相对两侧。
所述激光雷达传感器发射在800至1600 nm范围内，优选在820至1500 nm范围内，特别优选在850至1300 nm范围内，非常特别优选880 nm至930 nm范围内的激光脉冲。
有利地，所述激光雷达传感器至视窗的距离为0.1至1000 mm，优选1至500 mm，更优选10至300 mm，特别优选50至300 mm。所选距离基本由构造所致，因为应该选择其以充分保护传感器免受撞击事件。
根据第四方面，提供一种车辆，其特征在于，包括上述传感器系统。
本申请中，提及红外透过率时，通常是指针对波长为905nm的红外线的透过率，除非另外明确说明。
本申请中，当描述将某种材料施加到某一层上时，通常是指该材料完全覆盖该层的至少一个表面，除非另外明确说明。
本申请中，所述的“包含”和“包括”涵盖还包含或包括未明确提及的其它要素的情形以及由所提及的要素组成的情形。
除非另外限定，本文所使用的所有技术和科学术语具有本发明所属领域技术人员通常理解的相同意义。当本说明书中术语的定义与本发明所属领域技术人员通常理解的意义有矛盾时，以本文中所述的定义为准。
除非另有说明，否则在说明书和权利要求书中使用的表达成分的量、红外透过率、厚度等的所有数值被理解为在被术语“约”修饰。因此，除非有相反指示，否则在这里阐述的数值参数是能够根据需要获得的所需性能来变化的近似值。
实施例
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以让本领域技术人员充分地了解本发明的目的、特征和效果。本领域技术人员不难理解，此处的实施例仅仅用于示例目的，本发明的范围并不局限于此。
实施例1
按照如下制备组合体：
步骤i：提供基底
通过标准注塑成型使用共聚聚碳酸酯(以商品名APEC®2095从科思创聚合物(中国)有限公司获得，维卡软化温度为203℃，折射率为1.566)制备得到尺寸为140mm * 50mm* 2mm的平板，模具温度控制在140°C。
步骤ii：在基底的一个表面上形成第一保护层
通过淋涂的方式将有机硅涂料(以商品名SHP470 FT2050从MomentivePerformance Materials公司获得)施加在基底上以形成厚度为2µm的第一保护层。该层主要起耐候作用。具体地，在洁净室里，用去离子风吹扫基底除静电，然后用异丙醇清洗基底表面。待异丙醇完全挥发后，用淋涂的方式将涂料施加到基底的一个表面上，在室温(23-25°C)和35-55RH%的湿度下闪干10分钟，然后放置于127 ℃烘箱中烘烤40分钟，形成第一保护层，即耐候层。
步骤iii：在第一保护层上形成第二保护层
通过淋涂工艺将有机硅涂料(以商品名AS4700从Momentive PerformanceMaterials公司获得)施加在耐候层上以形成厚度为5µm的第二保护层。第二保护层主要起耐刮擦作用。具体地，在洁净室里，用去离子风吹扫基底除静电，然后用异丙醇清洗基底表面。待异丙醇完全挥发后，用淋涂的方式将涂料施加到基底的一个表面上，在室温(23-25°C)和35-55RH%的湿度下闪干10分钟，然后放置于127 ℃烘箱中烘烤40分钟，形成第二保护层，即耐刮擦层。
步骤iv：与保护层相对在基底的另一个表面上形成粘结层
通过淋涂工艺将有机硅涂料(以商品名PHC587C-2从Momentive PerformanceMaterials公司获得)施加在基底上以形成厚度为7µm的粘结层。具体地，在洁净室里，用去离子风吹扫基底除静电，然后用异丙醇清洗基底表面。待异丙醇完全挥发后，用淋涂的方式将涂料施加到基底的一个表面上，在室温(23-25°C)和35-55RH%的湿度下闪干10分钟，然后放置于127 ℃烘箱中烘烤40分钟，获得基底与粘结层的组合体。
步骤v：在粘结层上形成导电加热层
通过PVD工艺将ITO(锡掺杂氧化铟，In2O3：Sn质量比为90：10，为n型半导体材料)施加在粘结层上以形成厚度为400nm的导电加热层。具体地，在进行PVD之前，先将基底与粘结层的组合体进行除静电处理 30秒。然后在真空室中，在200°C下烘烤10分钟，通过电子束加热蒸发容器中ITO，使其原子或分子从表面气化逸出而形成蒸气流入射到粘结层表面，然后在200°C下退火处理2小时，凝结后形成导电加热层。由此获得图1所示的组合体。
参考图3所示在导电加热层表面上贴合导电胶(来自3M公司的3307BC)和导电电极(常用的铜片电极)。由此获得结构1。
图1显示了实施例1中制备的组合体通过导电胶与电极结合后得到的结构1的示意图，其中，1：基底；2：第二保护层；3：第一保护层；4：粘结层；5：导电加热层；7：导电胶和电极。
实施例2
参考实施例1进行，在实施例1中制备的组合体导电加热层上通过PVD工艺形成由下表1中的各子层组成的增透层，厚度约为203nm。具体地，将增透靶材放置于真空室内的支架上，依次进行镀膜。每种靶材镀膜结束后，设备会按照输入的设计自动切换成其它的靶材直至镀膜完毕。
表1
SiO2 25nm
Ti3O5 100.61nm
SiO2 46.5nm
Ti3O5 30.78nm
参考图3所示在导电加热层表面上贴合导电胶(来自3M公司的3307BC)和导电电极(常用的铜片电极)。由此获得结构2。
图2显示了实施例2中制备的组合体通过导电胶与电极结合后得到的结构2的示意图，其中，1：基底；2：第二保护层；3：第一保护层；4：粘结层；5：导电加热层；6：增透层；7：导电胶和电极。
性能测试
分别对结构1和结构2进行红外透过率、粘附性、加热性能、耐候性、耐刮擦性、耐盐雾性、耐环境性测试。
红外透过率
按照ISO13468-2：2006中所述的方法采用UV-3600Plus UV-VIS-NIR分光光度计测试0°、30°、60°入射角下结构1和结构2对波长为905nm的红外线的透过率。
测试结果汇总于表2中。
表2
粘附性
按照ISO2409标准用百格刀对结构1和结构2进行粘附性测试(测试条件：98ºC下水煮4小时和60°C的水浸泡24小时)。结果评级为0-5，0为最好，5为最差。仅测试朝向外部环境的那一面(A面)
测试结果汇总于表3中。
表3
从表3可以看出，结构1和结构2具有良好的粘附性。
耐候性
按照标准SAE J2527-2004(干态和湿态下的氙灯老化测试)在Atlas4000闪灯老化箱内对以上结构1和结构2的A面的耐候性进行测试。
测试条件：光照波长：340nm；辐射强度：0.75w/cm2；干态/湿态时间：102/18min；辐射总能量：4500KJ。辐照强度：0.55W/m²。
结果显示于表4中，外观变化是观察样板表面是否会有粉化、分层、脆性、结霜、气泡、粘手等不良现象。
表4
结构1 结构2
光泽保持率(%) 90 90
颜色变化 ∆E 1.2 1.2
外观变化 外观良好 外观良好
红外透过保持率(%) 99 99
从表4可以看出，结构1和结构2具有良好的耐候性。
耐刮擦性
按照标准ASTM D 1044-05对结构1和结构2的A面进行泰伯磨轮测试。测试条件：500g负载/500转。
对刮擦后的样品的光泽保持率、红外透过保持率进行测试并观察样品的外观，结果显示于表5中。当光学保持率达到80%且红外透过保持率达到95%时，认为该样品耐刮擦性良好。
表5
结构1 结构2
光泽度保持率(%) 81 81
红外透过保持率(%) 97 97
外观变化 轻微的磨轮印 轻微的磨轮印
从表5可以看出，结构1和结构2具有良好的耐刮擦性。
耐盐雾性
按照标准GB/T2423.17-2008对结构1和结构2进行盐雾测试，然后测试0°、30°、60°入射角下的红外透过率。
结果显示于表6中。
表6
从表6可以看出，结构1和结构2在耐盐雾性测试后仍满足本申请中所述的光学要求。
耐环境性
按照标准GB/T19394－2003对结构1和结构2进行环境测试(85°C/85 RH %，300h)，然后测试0°、30°、60°入射角下的红外透过率。
结果显示于表7中。
表7
从表7可以看出，结构1和结构2在耐环境性测试后仍满足本申请中所述的光学要求。
加热性能
使用12V的直流电压(DC)进行加热。使用红外相机拍摄表面温度分布图像，图1和图2分别显示了结构1和结构2的表面温度分布图像。
从图1和图2可以看出，加热后结构1和结构2的表面温度分布均匀。
同时使用红外相机检测有效视窗区域内的最高和最低表面温度以及从室温达到50°C所需的升温时间。
测试结果汇总于表8中。
表8
结构1 结构2
表面方阻(欧姆)* 56.4 55.1
电阻率(欧姆/厘米) 15 15
最高表面温度(°C) 51.7 51.7
最低表面温度(°C) 46.7 46.7
升温时间(分钟) 5 5
*：表面方阻采用HPS2523镀膜方块电阻测试仪测定。其工作原理是： 两个探针测定恒稳电流；两个探针测量电位差，然后通过内置公式计算出表面方阻。 操作方法是：将测试仪连接220V电源上，打开电源开关， 选择自动挡工作模式； 然后将四探针探头压在被测样品表面， 等到显示屏的数字跳动稳定后，读取数字即可。
从表8中的结果可以看出，在有效视窗区域内的最高表面温度和最低表面温度之间的差异5(满足≤10°C的要求)，从室温达到50°C所需的升温时间为5分钟(满足≤5分钟的要求)。
本发明激光雷达视窗集成了加热功能，与此同时该激光雷达视窗可以满足红外线穿透性能要求和汽车外饰的使用要求。
以上仅描述了本发明的示例性实施方式或实施例，并不旨在限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以由各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本申请权利要求范围内。

Claims (16)

1.一种激光雷达视窗，其特征在于，依次包括叠置在一起的：
保护层；
基底，所述基底采用维卡软化温度不低于170°C的热塑性材料制备；
粘结层；和
表面方阻≤200欧姆的导电加热层，
其中按照ISO13468-2：2006中所述的方法测定时，所述激光雷达视窗对0°入射角下波长为905nm的红外线的透过率为至少80%；
按照ASTM D 1044-05测试时，所述激光雷达视窗的光泽保持率为至少70%。
2.根据权利要求1所述的激光雷达视窗，其特征在于，还包括与粘结层相对设置于导电加热层上的增透层。
3.根据权利要求1或2所述所述的激光雷达视窗，其特征在于，所述保护层采用折射率在1.20-1.55之间的有机硅涂料、丙烯酸酯涂料或者有机硅-丙烯酸酯涂料形成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的激光雷达视窗，其特征在于，所述基底采用折射率在1.45-1.75范围内的热塑性材料制备。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的激光雷达视窗，其特征在于，用于制备所述基底的热塑性材料在380至780 nm范围的光透射率小于25.0%，根据DIN ISO 13468-2:2006中(D65，10°)在4 mm的层厚下测定。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的激光雷达视窗，其特征在于，所述基底采用包含选自以下的聚合物树脂的热塑性材料制备：共聚碳酸酯、聚醚酰亚胺、聚酰亚胺、聚砜、聚芳酯、聚醚砜和聚苯砜，优选地，所述聚合物树脂选自基于单体双酚A和1,1-双(4-羟苯基)-3,3,5-三甲基环己烷的共聚碳酸酯。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的激光雷达视窗，其特征在于，所述粘结层采用折射率在1.20-1.55之间的有机硅涂料、丙烯酸酯涂料或者有机硅-丙烯酸酯涂料形成。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的激光雷达视窗，其特征在于，所述导电加热层包含掺锡氧化铟(ITO)，其中In2O3：Sn质量比为85：15至95：5，优选地，掺锡氧化铟以90-100wt%存在于所述导电加热层中。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的激光雷达视窗，其特征在于，还包括与粘结层相对设置于导电加热层上的增透层，优选地，所述增透层的折光指数在1.3-2.4范围，厚度在50-600 nm范围内。
10.根据权利要求9所述的激光雷达视窗，其特征在于，所述增透层采用选自MgF2、SiO2、Al2O3、Ti2O3、Ti3O5、Nb2O3、ZrO2、氮化硅的材料形成，更优选地，所述增透层包括交替设置的SiO2层和Ti3O5层，其中各SiO2层在10-60nm范围内，各Ti3O5层的厚度在10-200nm范围内。
11.制备根据权利要求1至10中任一项所述激光雷达视窗的方法，其特征在于，包括以下步骤：
i)提供基底；
ii)在基底的两个相对表面上分别形成粘结层和保护层；
iii)在粘结层上形成导电加热层；和
iv)任选地，在导电加热层上形成增透层。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，通过注塑成型制备基底，其中模具温度控制在90-160°C范围内。
13.根据权利要求或12所述的方法，其特征在于，通过PVD工艺形成导电加热层，优选地，通过PVD工艺将用于形成导电加热层的涂料施加到粘结层上，然后在150-250°C下退火处理1-3小时，凝结后形成导电加热层。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其特征在于，通过PVD工艺在导电加热层上形成增透层，优选地，通过PVD工艺将用于形成增透层的涂料施加到导电加热层上，然后在150-250°C下退火处理1-3小时，凝结后形成增透层。
15.一种传感器系统，其特征在于，包括：
发射具有800至1600 nm波长的激光的激光雷达传感器；和
根据权利要求1至10中任一项所述的激光雷达视窗，其部分或完全包围所述激光雷达传感器，
其中所述保护层和所述激光雷达传感器布置在所述基底的相对两侧。
16.一种车辆，其特征在于，包括根据权利要求15所述的传感器系统。
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