CN214846048U - 光学装置、光学视窗 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种光学装置和应用于该光学装置中的光学视窗。该光学装置包括光学模块和透光模块。透光模块设置在光学模块的通光路径上。透光模块包括：发热线条，设置在透光模块背离外界环境的表面上，通电时发出热量。

Description

光学装置、光学视窗

技术领域

本申请涉及光学元件领域，更具体地，涉及一种光学装置和应用于该光学装置中的光学视窗。

背景技术

随着智能驾驶领域的快速发展，激光雷达、抬头显示(HUD)等技术在汽车上的应用越来越广泛。通常情况下，需要使用透光模块如光学视窗玻璃来阻隔激光雷达和HUD等装置与外界环境的直接接触，以避免激光雷达和HUD等装置受到外界环境的污染，进而影响正常工作。

然而，当光学视窗玻璃的内、外部温差较大且湿度较高时，视窗玻璃的内外面均会产生雾气。雾气附着在玻璃表面会造成光线的折射和反射，进而容易影响激光雷达通过视窗玻璃进行的光信号的接收与发送，以及装置内部镜头和HUD之间的光路传输。此外，当外界温度低于0℃时视窗玻璃表面的雾气会凝结成冰，会加剧对视窗玻璃内部的信号接收或光路传输的影响。

目前，为了去除视窗玻璃表面的雾气或冰霜，多采用在视窗玻璃表面增镀一层透明导电膜并对该透明导电膜通电以将电能转化为热能，加热该视窗玻璃表面，实现除雾除冰的效果。但是，激光雷达和 HUD等装置对外界可见光和/或红外光的透过率要求较高(如应大于或等于94％)，因此，增镀在视窗玻璃表面上透明导电膜的厚度需要尽可能地小。然而，当透明导电膜的厚度较小时，其产生的热量就会降低，进而不能快速去除视窗玻璃表面的雾气或冰霜。

实用新型内容

本申请提出的实施方式可解决或部分解决上述背景技术部分提出的不足或现有技术中的其它不足。

本申请一方面提供了这样一种光学装置。所述光学装置包括光学模块；以及透光模块，设置在所述光学模块的通光路径上。所述透光模块包括发热线条，设置在所述透光模块背离外界环境的表面上，通电时发出热量。在示例性实施方式中，所述发热线条的宽度小于或等于0.3mm。

在示例性实施方式中，所述发热线条设置在所述透光模块中与所述光学模块的非光学区域对应的位置。

在示例性实施方式中，所述发热线条设置在所述透光模块中与所述光学模块的光学区域对应的位置。

在示例性实施方式中，所述发热线条的厚度为5um～15um。

在示例性实施方式中，所述透光模块还包括：第一透光模块，设置在所述透光模块中靠近所述光学模块的一侧；第二透光模块，设置在所述透光模块中靠近外界的一侧；以及粘黏层，设置在所述第一透光模块与所述第二透光模块之间，用于粘结所述第一透光模块与所述第二透光模块。

在示例性实施方式中，所述发热线条设置在所述第一透光模块靠近所述光学模块的一侧面上。

在示例性实施方式中，所述发热线条设置在所述第二透光模块靠近所述粘黏层的一侧面上。

在示例性实施方式中，所述发热线条设置在所述第一透光模块靠近所述第二透光模块的一侧面上。

在示例性实施方式中，所述发热线条由烧结银浆制成。

在示例性实施方式中，所述发热线条包括直线和曲线中的至少一种形状。

在示例性实施方式中，所述发热线条以串联和并联中的至少一种连接方式设置在所述透光模块上。

在示例性实施方式中，所述光学装置包括：至少两个连接件，设置在所述发热线条的两端，所述至少两个连接件适于与外部电源连接，从而为所述发热线条供电。

在示例性实施方式中，所述至少两个连接件包括第一连接件和第二连接件，所述第一连接件和所述第二连接件分别与所述外部电源的正负极连接。

在示例性实施方式中，所述光学装置为光学镜头、激光雷达以及抬头显示装置中的至少一种。

在示例性实施方式中，所述透光模块为所述光学镜头的最外侧保护玻璃、所述光学镜头的最外层镜片、所述激光雷达的防护罩、所述抬头显示装置的自由曲面反射镜、所述抬头显示装置的平面反射镜、以及所述抬头显示装置的出光侧保护罩中的至少一种。

在示例性实施方式中，所述发热线条通过丝网印刷、喷涂以及转印中的至少一种工艺设置在所述透光模块中背离外界环境的表面上。

在示例性实施方式中，所述发热线条通电时发出热量 Q＝U²DT/ρL，其中，U为所述外部电源的电压；ρ为所述发热线条电阻率；L为所述发热线条的长度；D为所述发热线条的宽度；以及T 为所述发热线条的厚度。

在示例性实施方式中，所述发热线条的宽度根据所述发热线条设置在所述透光模块上的位置而改变。

本申请另一方面提供了一种光学视窗。该光学视窗包括：本体；以及发热线条，设置在所述本体中背离外界环境的表面上，通电时发出热量。所述光学视窗应用于上述光学装置中。

根据本申请提供的光学装置和光学视窗至少具有以下其中之一的优点：

1)可以提高发热线条的发热功率，以有效去除透光模块上的雾气和冰晶；

2)可以提高透光模块的透光率，提高光信号的传递；以及

3)可以提高光学模块传输光信号的准确度。

附图说明

结合附图，通过以下非限制性实施方式的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将变得更加明显。在附图中：

图1是根据本申请实施方式的光学装置的示意性框图；

图2是根据本申请实施方式的透光模块的结构示意图；

图3A和3B是根据本申请实施方式的光学装置的结构示意图；

图4A-4C是根据本申请另一实施方式的透光模块的结构示意图；以及

图5A-8C是根据本申请实施方式的发热线条的排布图。

具体实施方式

为了更好地理解本申请，将参考附图对本申请的各个方面做出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本申请的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本申请的范围。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。表述“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和全部组合。

在附图中，为了便于说明，已稍微调整了部件的厚度、尺寸和形状。附图仅为示例而并非严格按比例绘制。如在本文中使用的，用语“大致”、“大约”以及类似的用语用作表近似的用语，而不用作表程度的用语，并且旨在说明将由本领域普通技术人员认识到的、测量值或计算值中的固有偏差。

还应理解的是，诸如“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/ 或“包含有”等表述在本说明书中是开放性而非封闭性的表述，其表示存在所陈述的特征、元件和/或部件，但不排除一个或多个其它特征、元件、部件和/或它们的组合的存在。此外，当诸如“...中的至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，其修饰整列特征，而非仅仅修饰列表中的单独元件。此外，当描述本申请的实施方式时，使用“可”表示“本申请的一个或多个实施方式”。并且，用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。

除非另外限定，否则本文中使用的所有措辞(包括工程术语和科技术语)均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，除非本申请中有明确的说明，否则在常用词典中定义的词语应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，而不应以理想化或过于形式化的意义解释。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

以下对本申请的特征、原理和其它方面进行详细描述。

图1是根据本申请实施方式的光学装置1000的示意性框图。

光学装置1000可包括光学模块1100和透光模块1200。

光学模块1100可以用来传递光。例如，光学模块1100可以是光学镜头、激光雷达或HUD投影系统。光学模块1100可设置在光学装置1000的内部。

透光模块1200可设置在光学模块1100的通光路径上。透光模块 1200既可以具有较高的透光率，又可以隔断光学模块1100与外界环境的直接接触，避免光学模块受到外界环境中的杂质如灰尘的影响。示例性地，透光模块1200可以是光学镜头、激光雷达或HUD投影系统上的任何能与外部环境接触的光学器件。例如，透光模块1200可以是光学镜头中最外层镜片、光学镜头的最外侧保护玻璃、激光雷达的防护罩、HUD投影系统的自由曲面反射镜、HUD投影系统的平面反射镜或者HUD投影系统的出光侧保护罩等。应理解，本申请并不具体限定透光模块的具体结构，在满足要求的条件的情况下，透光模块可以是任何具有透光作用的部件。

透光模块1200可包括发热线条1210，其中，发热线条1210可间隔地设置在透光模块1200背离外界环境的表面10上。如图2所示的，发热线条1210可设置在透光模块1200中远离与外界环境的接触面10 的一侧。换言之，发热线条1210可设置在透光模块1200中靠近光学模块1100的一侧即由于透光模块1200与外界环境的接触面10上容易受环境影响产生雾气或结冰，容易造成光学装置1000内部的光学模块 1100在接收或发送光信号时，光信号在经过透光模块1200后产生不必要的折射和反射，进而影响光学装置的精确度。基于此，本申请提供的透光模块1200上可设置有发热线条1210。

透光模块1200可包括至少两个连接件。例如，如图1所示的，至少两个连接件可以包括第一连接件1和第二连接件2，其中，第一连接件1和第二连接件2可分别设置在发热线条1210的两端，并且可与外部电源的正负极连接，从而为发热线条1210供电。利用第一连接件 1和第二连接件2连接发热线条1210的两端给发热线条1210供电后，发热线条1210可产生一定热量，可去除透光模块1200上生成的雾气和冰晶。即发热线条1210具有除雾除冰的作用。

发热线条1210可由烧结银浆制成。烧结银浆具有良好的导电性、延展性和导热性，通电后易发热，因此，采用烧结银浆制成发热线条 1210，有利于提高发热线条1210除雾除冰的工作效率。烧结银浆可以通过但不限于丝网印刷、喷涂、转印等工艺被设置在透光模块上。在例如图3A所示的激光雷达100的应用场景，发热线条1210可设置在激光雷达100的平面防护罩110上。或者，在例如图3B所示的HUD 投影系统200的应用场景，发热线条1210可设置在HUD投影系统200 的曲面保护罩210上。发热线条1210通过将电能转化为热能，可以有效去除透光模块1200上的雾气和冰晶，特别地，发热线条1210并不会影响激光雷达100的接收器和/或者发射器接收和/或发送光信号，也不会影响HUD投影系统200的光路传输。

光学模块1100可以经过透光模块1200传递光信号，其中，透光模块1200可具有较高的光线透过率。例如，透光模块1200对可见光或红外光的透过率可达94％以上。由于烧结银浆不具有透光功能，本申请提供的发热线条1210可间隔地设置在光学模块1100上，以避免影响光学模块1100经过透光模块1200的光线传递。进一步地，本申请提供的发热线条1210的宽度可小于或等于0.3mm。发热线条1210 的厚度可为5um～15um。

在示例性实施方式中，发热线条1210可设置在透光模块1200中与光学模块1100的非光学区域对应的位置，即发热线条1210可设置在透光模块1200的非通光面上。将发热线条1210设置在透光模块 1200的非通光面上，可以完全避免激光雷达发送和接收光信号以及 HUD投影系统和光学镜头的光路传输。

在另一示例性实施方式中，发热线条1210可设置在透光模块1200 中与光学模块1100的光学区域对应的位置，即发热线条1210可设置在透光模块1200的通光面上。将发热线条1210设置在透光模块1200 的通光面上，由于发热线条1210的宽度小于或等于0.3mm且间隔地设置在透光模块1200中，此时，可通过雷达算法来规避设置有发热线条1210的区域，以大程度地降低发热线条1210对激光雷达的信号发送和接收以及HUD投影系统和光学镜头的光路传输的影响。将发热线条1210设置在透光模块1200的局部区域，并不会影响透光模块 1200的透光率。

在示例性实施方式中，发热线条1210可包括直线和曲线中的至少一种形状。发热线条1210的形状与长度可根据实际需要具体设置，例如，可具体根据透光模块1200的通光面面积大小决定，当通光面面积较大时，发热线条1210较长，可按任意形状设置在透光模块1200上，使发热线条1210产生的热能完全除去透光模块1200上的雾或冰。发热线条1210的不同位置处的宽度可设置相同，也可设置不同，具体与发热线条1210布置间距有关，间距越小，发热线条1210宽度越小，反之亦然。发热线条1210的发热量Q与发热线条1210宽度可满足以下关系：

Q＝U²DT/ρL 1)

其中，U表示施加在发热线条两端的电压，ρ表示发热线条的电阻率，L表示发热线条的长度，D表示发热线条的宽度，T表示发热线条的厚度。

通常情况下，在闭合电路中，U、ρ、L、T为常数。单位长度发热线条的发热量仅可通过发热线条宽度D来调节。当发热线条1210 的间距较小时，可适当减小发热线条1210的宽度，这样有利于节省成本；当发热线条1210的间距较大时，可适当增加发热线条1210的宽度，这样发热线条1210的发热量较大，有利于除冰除雾。因此，发热线条1210越宽其发热量越大，除雾除冰的区域越大。此外，在保证发热线条为闭合回路的情况下，也可选择一个或多个发热线条并联或串联在透光模块上设置使用，并联的发热线条越多，发热线条的阻值R就越小(R＝ρL/DT)，发热量就越大。本申请提供的发热线条的阻值可小于或等于1Ω。当施加在发热线条两端的电压U为12V时，在阻值R 为2Ω的情况下，发热线条的发热量Q可达72W，具有较好的除雾除冰的效果。

在示例性实施方式中，如图4A所示的，透光模块1200还可包括第一透光模块1220、第二透光模块1230和粘黏层1240。

第一透光模块1220可设置在透光模块1200中靠近光学模块1100 的一侧。例如，第一透光模块1220可设置在靠近激光雷达或HUD的一侧。第一透光模块1220可以是功能玻璃，在该功能玻璃上可附着增透膜，用于增加可见光和/或红外光的透过率。

第二透光模块1230可设置在透光模块1200中靠近外界的一侧。例如，第二透光模块1230可设置在远离激光雷达或HUD且靠近外界的一侧。第二透光模块1230可以是光学防护玻璃。该光学防护玻璃可与外界环境直接接触，具有耐碎石、耐摩擦以及防水等功能。

粘黏层1240可设置在第一透光模块1220与第二透光模块1230 之间，用于粘结第一透光模块1220与第二透光模块1230。粘黏层1240 可以是但不限于PVB(聚乙烯醇缩丁醛，polyvinyl butyral，PVB)胶层，且粘黏层1240可位于光学防护玻璃与功能玻璃之间。粘黏层1240 具有较高的透过率，并不会影响如激光雷达的信号发送或接收、镜头和HUD的光路传输。

如图4A所示的，发热线条1210可设置在第一透光模块1220靠近粘黏层1240的一侧面上。当然，也可如图4B所示的，发热线条1210 可设置在第二透光模块1230靠近粘黏层1240的一侧面上。或者，如图4C所示的，发热线条1210可设置在第一透光模块1230靠近光学模块1100的一侧面上。

在示例性实施方式中，透光模块1200上的发热线条1210的设置方式可以但不限于为直线形、曲线形或者直线形和曲线形结合。如图 5A和5B所示的，发热线条1210以曲线形方式设置在透光模块1200 上。在图5A中，发热线条1210可以根据透光模块的通光面1110的形状设计为环通光面形状。该种情况下发热线条1210的这种设置，可以避免影响通光面信号接收或光路传输。当然，如图5B所示的，发热线条1210也可布置在通光面1110的内部。由于发热线条1210的宽度足够小即小于或等于0.3mm，将发热线条1210布置在通光面1110 的内部时，激光雷达可通过算法来消除对发热线条1210对信号接收和 /或发送以及光路传输的影响，故即使将发热线条1210设置在通光面 1110内部，也可以避免光学模块的光信号接收和/或发送以及光路传输。如图6A和6B所示的，发热线条1210以直线形方式设置在透光模块1200上。具体地，发热线条1210既可以以直线形方式设置在透光模块1200的通光面1110的内部，又可以设置在通光面1110的外部。具体设置方式和有益效果与曲线形设置类似，可参考上述有关曲线形设置的描述。其中，当发热线条1210设计在通光面1110内时，相邻发热线条1210间的间距较小，对透光模块的加热均匀，除冰除雾的效果更好。

在示例性实施方式中，发热线条1210的不同部位处的宽度可设置为相同的，也可设置为不同的。如图7A所示的，发热线条1210各部位处的宽度D相同，均为0.25mm。此时，该发热线条1210可以以相同间距的方式设置在透光模块上，使透光模块的不同位置处的发热量和温度等均大致相同，除雾除冰效果较佳。当然，如图7B所示的，发热线条1210的不同部位处的宽度D可设置为不同的，如宽度D1可为0.25mm，宽度D2可为0.3mm。具体地，发热线条1210的宽度D 可以与发热线条1210在透光模块上布置的间距有关，根据计算发热量的上述公式(1)可知，发热线条的宽度D越大，发热线条的发热量Q 越大，除雾区域就会越大，故可在发热线条间距较小的地方，设计较窄的发热线条。

在示例性实施方式中，透光模块上的多个发热线条1210可以设计为串联或并联组成的闭合回路。图8A-图8C为多个发热线条1210在 100×100mm²的透光模块上的示意图。其中，图8A所示为一个发热线条1210、图8B所示为两个发热线条1211和1212并联、图8C所述为三个发热线条1213、1214以及1215并联设置在透光模块上。根据本申请提供的发热线条，在100×100mm²的透光模块上，发热线条的电阻可根据并联的发热线条的数量调节。例如，通常情况下一个发热线条的电阻可约为8Ω，则两个发热线条并联时的电阻约为2.3Ω，三个发热线条并联时的电阻约为1Ω。可见，随着并联的发热线条的数量的增加，发热线条的并联电阻就会越小，进而有利于透光模块的除雾除冰效果。

本申请另一方面提供了一种光学视窗。该光学视窗可包括本体以及上述发热线条。上述发热线条可设置在本体中背离外界环境的表面上，通电时可发出热量。特别地，本申请提供的光学视窗可应用于上述光学装置中。

以上描述仅为本申请的实施方式以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的保护范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述技术构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (21)

1.一种光学装置，其特征在于，包括：

光学模块；以及

透光模块，设置在所述光学模块的通光路径上，所述透光模块包括：

发热线条，设置在所述透光模块中背离外界环境的表面上，通电时发出热量。

2.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述发热线条的宽度小于或等于0.3mm。

3.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述发热线条设置在所述透光模块中与所述光学模块的非光学区域对应的位置。

4.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述发热线条设置在所述透光模块中与所述光学模块的光学区域对应的位置。

5.根据权利要求2所述的光学装置，其特征在于，所述发热线条设置在所述透光模块中与所述光学模块的光学区域对应的位置。

6.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述发热线条的厚度为5um～15um。

7.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述透光模块还包括：

第一透光模块，设置在所述透光模块中靠近所述光学模块的一侧；

第二透光模块，设置在所述透光模块中靠近外界的一侧；以及

粘黏层，设置在所述第一透光模块与所述第二透光模块之间，用于粘结所述第一透光模块与所述第二透光模块。

8.根据权利要求7所述的光学装置，其特征在于，所述发热线条设置在所述第一透光模块靠近所述光学模块的一侧面上。

9.根据权利要求7所述的光学装置，其特征在于，所述发热线条设置在所述第二透光模块靠近所述粘黏层的一侧面上。

10.根据权利要求7所述的光学装置，其特征在于，所述发热线条设置在所述第一透光模块靠近所述第二透光模块的一侧面上。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的光学装置，其特征在于，所述发热线条由烧结银浆制成。

12.根据权利要求1-10中任一项所述的光学装置，其特征在于，所述发热线条包括直线和曲线中的至少一种形状。

13.根据权利要求1-10中任一项所述的光学装置，其特征在于，所述发热线条以串联和并联中的至少一种连接方式设置在所述透光模块上。

14.根据权利要求13所述的光学装置，其特征在于，所述光学装置包括：

至少两个连接件，设置在所述发热线条的两端，所述至少两个连接件适于与外部电源连接，从而为所述发热线条供电。

15.根据权利要求14所述的光学装置，其特征在于，所述至少两个连接件包括第一连接件和第二连接件，所述第一连接件和所述第二连接件分别与所述外部电源的正负极连接。

16.根据权利要求1-10中任一项所述的光学装置，其特征在于，所述光学装置为光学镜头、激光雷达以及抬头显示装置中的至少一种。

17.根据权利要求16所述的光学装置，其特征在于，所述透光模块为所述光学镜头的最外侧保护玻璃、所述光学镜头的最外层镜片、所述激光雷达的防护罩、所述抬头显示装置的自由曲面反射镜、所述抬头显示装置的平面反射镜、以及所述抬头显示装置的出光侧保护罩中的至少一种。

18.根据权利要求1-10中任一项所述的光学装置，其特征在于，所述发热线条通过丝网印刷、喷涂以及转印中的至少一种工艺设置在所述透光模块中背离外界环境的表面上。

19.根据权利要求15所述的光学装置，其特征在于，所述发热线条通电时发出热量Q＝U²DT/ρL，其中，

U为所述外部电源的电压；ρ为所述发热线条电阻率；L为所述发热线条的长度；D为所述发热线条的宽度；以及T为所述发热线条的厚度。

20.根据权利要求2所述的光学装置，其特征在于，所述发热线条的宽度根据所述发热线条设置在所述透光模块上的位置而改变。

21.一种光学视窗，其特征在于，包括：

本体；以及

发热线条，设置在所述本体中背离外界环境的表面上，通电时发出热量，其中，所述光学视窗应用于根据权利要求1-10中所述的光学装置中。

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