CN216313450U - 光学装置、光学视窗 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种光学装置和应用于该光学装置中的光学视窗。该光学装置包括本体、光学模块和发热模块。光学模块设置于所述本体的靠近外界环境的一侧。发热模块设置在所述光学模块上，并以一定电压值供电后用于向所述光学模块传递热量，其中所述发热模块的电阻率小于或等于预定阈值。该方案可有效去除光学模块上的雾气和冰晶。

Description

光学装置、光学视窗

技术领域

本实用新型涉及光学元件领域，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，激光雷达以及抬头显示(HUD)等部件作为智能驾驶领域中的主要应用部件，其在汽车上的应用越来越广泛。通常情况下，在激光雷达和HUD等装置的实际应用中，需要使用光学视窗来阻隔激光雷达和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，当光学视窗的内、外部温差较大且湿度较高时，光学视窗的内外面均会产生雾气，进而容易影响光学装置的正常工作。此外，当外界温度低于0℃时光学视窗表面的雾气会凝结成冰，进而将会加剧对光学装置的影响。

目前，为了去除光学视窗表面的雾气或冰霜，多采用在光学视窗表面增镀一层透明导电膜(如ITO膜，主要成分是氧化铟锡，电阻率较大及约为7╳10^-3Ω·cm)并对该透明导电膜通电以将电能转化为热能，加热该光学视窗表面，实现除雾除冰的效果。但是，目前市场上大部分光学视窗主要是由玻璃或塑料材质制成的，且由于塑料的成本相对较低，采用塑料材质制成的光学视窗具有更大的竞争优势。然而，若采用在塑料材质的光学视窗表面增镀一层ITO膜来实现除雾除冰的效果，则将会导致ITO膜与塑料材质的结合力降低。尤其是，当光学视窗在高温高湿环境下工作时，极易导致ITO膜的脱落，进而光学视窗将会失去除雾除冰的作用。

此外，由于激光雷达和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，增镀在光学视窗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，进而不能快速去除光学视窗表面的雾气或冰霜。

实用新型内容

本实用新型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：本体；光学模块，设置于所述本体的靠近外界环境的一侧；以及发热模块，设置在所述光学模块上，并用于向所述光学模块传递热量，其中所述发热模块的电阻率小于或等于预定阈值。

在一个实施方式中，所述光学装置包括：至少两个连接件，设置在所述发热模块的两端，所述至少两个连接件适于与外部电源连接，从而以一定电压值为所述发热模块供电。

在一个实施方式中，所述发热模块的厚度小于或等于0.38mm。

在一个实施方式中，所述发热模块包括发热层，以一定电压值为所述发热层供电后用于向所述光学模块传递热量，其中所述发热层的电阻率小于或等于3×10^-5Ω·cm。

在一个实施方式中，所述发热层由纳米级材质制成，并覆盖于所述发热模块的表面。

在一个实施方式中，所述发热层由宽度小于或等于0.4mm的丝线布置于所述发热模块的表面形成，其中所述丝线由微米级材质制成。

在一个实施方式中，所述发热层的厚度小于10μm。

在一个实施方式中，所述发热模块还包括保护膜，所述发热层设置于所述保护膜中远离外界环境的表面上。

在一个实施方式中，所述发热层通过刻蚀工艺、丝印工艺以及涂覆工艺中的至少一种工艺设置于所述保护膜的表面上。

在一个实施方式中，所述保护膜的材质为塑料和玻璃中的至少一种，其中所述塑料包括聚碳酸脂和聚酯。

在一个实施方式中，所述保护膜是具有透过率的透明膜层、不透明膜层或者黑色膜层。

在一个实施方式中，所述发热模块还包括粘结层，所述粘结层用于连接所述保护膜与所述光学模块。

在一个实施方式中，所述粘结层包括光学透明胶。

在一个实施方式中，所述发热模块设置于所述光学模块的表面或者内部。

在一个实施方式中，所述光学模块具有至少两层结构，其中所述发热模块设置于所述光学模块的靠近外界环境的表面、所述光学模块的远离外界环境的表面或者所述至少两层结构之间。

在一个实施方式中，所述本体为光学镜头、激光雷达以及抬头显示装置中的至少一种。

在一个实施方式中，所述光学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、所述激光雷达的出光侧防护罩、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透光器件。

在一个实施方式中，所述光学模块为所述激光雷达的防护罩、所述激光雷达的保护罩、抬头显示装置的防护罩、以及所述抬头显示装置的保护罩中的至少一种不透光器件。

在一个实施方式中，所述光学模块的材质包括塑料和玻璃中的至少一种。

在一个实施方式中，所述光学模块可具有平面、曲面、异形面以及自由曲面中的至少一种面型。

在一个实施方式中，所述发热层的材质包括碳材料、银材料、铜材料、铝材料中的至少一种。

本申请另一方面提供了一种光学视窗。该光学视窗包括：视窗本体；以及发热模块，设置在所述视窗本体上，并以一定电压值供电后用于向所述视窗本体传递热量，其中所述发热模块的电阻率小于或等于预定阈值。

根据本实用新型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)可以提高发热模块的发热功率，以有效去除光学模块上的雾气和冰晶；

2)可以减小发热模块的厚度，提高发热模块的透过率；

3)可以提高光学模块和发热模块的粘接性，避免在高温高湿环境下使用时，发热模块与光学模块的脱离；以及

4)具有光学模块破碎后不易飞溅的防爆效果。

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2A-2C是根据本申请实施方式的光学模块和发热模块的位置关系示意图；

图3A和3B是根据本申请实施方式的发热层的排布图；以及

图4A至图7C是根据本申请实施方式的发热模块在光学模块上的分布图。

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可包括本体1100、光学模块1200以及发热模块1300。

本体1100可以是具有摄像或投影功能的光学元件。例如，本体1100可以是光学镜头、激光雷达以及抬头显示装置等光学元件。

光学模块1200可设置于本体1100的靠近外界环境的一侧，例如，光学模块1200可以是本体1100的外罩，以避免本体1100受到外界环境中的杂质如灰尘的影响。示例性地，光学模块1200可以是光学镜头、激光雷达或抬头显示装置上的任何能与外部环境接触的光学器件。例如，光学模块1200可以是光学镜头的最外侧保护玻璃、光学镜头的最外层镜片、激光雷达的出光侧防护罩、抬头显示装置的自由曲面反射镜、抬头显示装置的平面反射镜、或者抬头显示装置的出光侧保护罩等透光器件。当然，本申请提供的光学模块1200还可以是激光雷达的防护罩、激光雷达的保护罩、抬头显示装置的防护罩、以及所述抬头显示装置的保护罩等不透光器件。特别地，光学模块1200可以是平面、曲面、异形面以及自由曲面等形状。应理解，本申请并不具体限定光学模块的具体结构，在满足要求的条件的情况下，光学模块可以是任何具有防护作用的部件。

发热模块1300可设置在光学模块1200上，例如，发热模块1300可通过辊压贴膜工艺设置在光学模块1200上。光学模块1200与外界环境的接触面上容易受环境影响产生雾气或结冰，容易造成本体1100在接收或发送光信号时，光信号在经过光学模块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。本申请提供的发热模块1300以一定电压值供电后可用于向光学模块1200传递热量，以去除光学模块1200表面的雾气和冰晶。发热模块1300的电阻率可小于或等于预定阈值，例如，发热模块1300的电阻率可小于或等于3×10^-5Ω·cm。在电压值一定的情况下，发热模块1300的电阻率越小，其产生的热量越多，进而具有较好的除雾除冰的效果。

应理解，光学模块1200可以是透光器件，其可设置在本体1100的通光路径上，以透过光束。当然，作为另一种选择，光学模块1200还可以是不透光器件。由于光学模块设置在光学装置中靠近外界环境的一侧，不论光学模块是否具有透光作用，其表面均易受到外界环境的影响而产生结雾结冰等现象。本申请提供的光学装置主要目的在于在光学模块上设置有发热量较大的发热模块，而不重点关注光学模块是否具有透光作用。

在示例性实施方式中，发热模块1300可设置于光学模块1200的表面或者内部。特别地，当光学模块1200具有多层结构，如具有两层结构时，发热模块1300可设置于光学模块1200的靠近外界环境的表面；或者发热模块1300可设置于光学模块1200的远离外界环境的表面；或者发热模块1300可设置于光学模块1200的两层结构之间。

具体地，如图2A所示的，发热模块1300可通过辊压贴膜工艺设置于光学模块1200与外界环境E的接触面上。当然，如图2B所示的，发热模块1300还可通过辊压贴膜工艺设置于光学模块1200远离外界环境E的接触面上。或者，如图2C所示的，发热模块1300也可设置于光学模块1200的内部，即多层结构如两层结构之间。应理解，本申请并不具体限定发热模块在光学模块的具体位置，在实际应用中，发热模块只需满足能够除去光学模块上产生的雾气和冰晶即可。

光学装置1000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可分别设置在发热模块1300的两端，并且可与外部电源的正负极连接，从而为发热模块1300供电。利用第一连接件1和第二连接件2连接发热模块1300的两端给发热模块1300供电后，发热模块1300可产生一定热量，可去除光学模块1200上生成的雾气和冰晶。

在示例性实施方式中，发热模块1300的厚度可小于或等于0.38mm。本申请提供的发热模块1300具有较小的厚度，将发热模块1300设置于光学模块1200后，并不会影响光学模块1200的透过率，进而可以使光学装置1000具有较高的透过率，例如，本申请提供的光学装置1000的透过率可达94％以上。

在示例性实施方式中，如图1所示的，发热模块1300可包括发热层1310。发热层1310可以是由纳米级材质制成的碳材料、银材料、铜材料、铝材料及其复合物材料。换言之，本申请的发热层的材质可以是基本单元为纳米级材质构成的碳材料、银材料、铜材料、铝材料及其复合物材料。此外，由上述纳米级材质制成的发热层1310的厚度可小于10μm。

如图3A所示的，发热层1310可通过辊压贴膜工艺以一定厚度均匀地覆盖于发热模块1300的表面，这样可通过更换不同材质的发热层1310来调节发热层1310的阻值、厚度以及透过率等。此外，将发热层均匀地覆盖于发热模块的表面，可以使发热模块均匀发热，除雾除冰效率高，还可以提高光学装置的适用范围，例如，该光学装置可以是用于面扫描或线扫描的激光雷达等。特别地，与传统的人工贴膜相比，本申请通过采用辊压贴膜工艺可以扩大本申请提供的发热层的适用范围，如本申请提供的发热层可贴附于光学模块的平面、曲面、异形面以及自由曲面等多种形状的表面。并且，与现有的如高温烧结发热工艺相比，本申请采用辊压贴膜工艺将发热层设置于光学模块表面，可以进一步提高具有该发热层的适用范围，如本申请提供的发热层在外界温度小于100℃的环境下，均具有较好的贴膜效果，均能正常工作。此外，本申请采用辊压贴膜工艺，可以在真空环境下实现无气泡贴膜效果。

作为另一种选择，如图3B所示的，发热层1310还可以是由宽度小于或等于0.4mm的丝线形成的，其中，该丝线可布置于发热模块1300的表面。该丝线可以是微米级材质制成的碳材料、银材料、铜材料、铝材料及其复合物材料。在实际应用中，可通过调节发热层1310的宽度，来控制发热层1310的阻值，进而使发热层1310具有更高的发热功率，产生更多的热量，提高除雾除冰的效率。本申请将发热层制成丝线形状，可以简化工艺，降低成本，并且可通过调整丝线的结构以及串并联方式来控制发热层的阻值以及热功率等。例如，本申请提供的发热层1310的厚度可小于10μm，发热层1310以一定电压值供电后可用于向光学模块1200传递热量，其中发热层1310的电阻率小于或等于3×10^-5Ω·cm。在车载装置应用领域中，在12V的车载电压下，发热模块1300的发热功率可高达20W，远超过目前普遍采用的ITO透明导电膜的发热功率。

在示例性实施方式中，如图1所示的，发热模块1300还可包括保护膜1320。发热层1310可设置于保护膜1320中远离外界环境的表面上。保护膜1320可用于隔绝发热层1310和外界环境，防止发热层1310在高温高湿环境下反应导致性能下降，进而可使发热层1310具有更好的可靠性。示例性地，保护膜1320可以是由聚碳酸脂(Polycarbonate，PC)、聚酯(Polyester，PET)等塑料材料制成。当然，保护膜1320也可以是由其他玻璃材料或者玻璃-塑料混合材料制成。应理解，本申请并未具体限定保护膜的材质。

在示例性实施方式中，保护膜1320可以是具有透过率的透明膜层、不透明膜层、黑色膜层或者其他特殊透过率膜层。应理解，本申请并未对保护膜的透过率做具体要求。发热层1310可通过但不限于刻蚀、丝印以及涂覆等工艺设置于保护膜1320的表面上。保护膜1320因设置有发热层1310进而可产生热量。

在示例性实施方式中，发热模块1300还可包括粘结层1330。粘结层1330可用于粘结保护膜1320和光学模块1200。示例性地，粘结层1330可采用光学透明胶(OCA)，用于连接附有发热层1310的保护膜1320和光学模块1200。由于光学透明胶本身是树脂类材料，与塑料类光学玻璃热膨胀系数(CTE)更接近，因此，光学透明胶连接塑料材质保护膜1320和光学模块1200时，可以使光学装置1000具有更好的耐高温高湿特性。此外，由于光学模块与保护膜之间采用光学透明胶连接，当光学模块为玻璃材质时，即使该光学装置不慎破碎后，也不会出现碎片飞溅的后果。

在示例性实施方式中，如图4A至图7C所示的发热模块1300在光学模块1200上的分布图。具体地，如图4A所示的，光学模块1200具有平面面型，发热模块1300可以均匀地覆盖于光学模块1200的表面。或者，如图4B所示的，光学模块1200具有平面面型，发热模块1300可呈丝线布置于光学模块1200的表面。示例性地，如图5A所示的，光学模块1200具有曲面面型，发热模块1300可以均匀地覆盖于光学模块1200的表面。或者，如图5B所示的，光学模块1200具有曲面面型，发热模块1300可呈丝线布置于光学模块1200的表面。示例性地，如图6A所示的，光学模块1200同时具有平面和曲面面型，发热模块1300可以均匀地覆盖于光学模块1200的平面和曲面表面。示例性地，如图7A所示的，光学模块1200具有“双凹形”的异形面型，发热模块1300可以均匀地覆盖于光学模块1200的双凹面型表面。或者，如图7B所示的，光学模块1200具有“L形”的异形面型，发热模块1300可以均匀地覆盖于光学模块1200的L形面型表面。或者，如图7C所示的，光学模块1200具有“N形”的异形面型，发热模块1300可以均匀地覆盖于光学模块1200的N形面型表面。

本申请另一方面提供了一种光学视窗。该光学视窗可包括视窗本体以及上述发热模块。上述发热模块可设置在视窗本体的表面或内部，通电时可发出热量。例如，以一定电压值向发热模块供电后，该发热模块可用于向视窗本体传递热量，其中发热模块的电阻率可小于或等于3×10^-5Ω·cm。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：

本体；

光学模块，设置于所述本体的靠近外界环境的一侧；以及

发热模块，设置在所述光学模块上，并用于向所述光学模块传递热量，其中所述发热模块的电阻率小于或等于预定阈值。

2.根据权利要求1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，设置在所述发热模块的两端，所述至少两个连接件适于与外部电源连接，从而为所述发热模块供电。

3.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述发热模块的厚度小于或等于0.38mm。

4.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述发热模块包括电阻率小于或等于3×10^-5Ω·cm的发热层。

5.根据权利要求4所述的光学装置，其特征在于，所述发热层由纳米级材质制成，并覆盖于所述发热模块的表面。

6.根据权利要求4所述的光学装置，其特征在于，所述发热层由宽度小于或等于0.4mm的丝线布置于所述发热模块的表面形成，其中所述丝线由微米级材质制成。

7.根据权利要求5所述的光学装置，其特征在于，所述发热层的厚度小于10μm。

8.根据权利要求4-7中任一项所述的光学装置，其特征在于，所述发热模块还包括保护膜，所述发热层设置于所述保护膜中远离外界环境的表面上。

9.根据权利要求8所述的光学装置，其特征在于，所述保护膜的材质为塑料和玻璃中的至少一种，其中所述塑料包括聚碳酸脂和聚酯。

10.根据权利要求8所述的光学装置，其特征在于，所述保护膜是具有透过率的透明膜层、不透明膜层或者黑色膜层。

11.根据权利要求8所述的光学装置，其特征在于，所述发热模块还包括位于所述保护膜与所述光学模块之间的粘结层。

12.根据权利要求11所述的光学装置，其特征在于，所述粘结层包括光学透明胶。

13.根据权利要求12所述的光学装置，其特征在于，所述发热模块设置于所述光学模块的表面或者内部。

14.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述光学模块具有至少两层结构，其中所述发热模块设置于所述光学模块的靠近外界环境的表面、所述光学模块的远离外界环境的表面或者所述至少两层结构之间。

15.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述本体为光学镜头、激光雷达以及抬头显示装置中的至少一种。

16.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述光学模块的材质包括塑料和玻璃中的至少一种。

17.根据权利要求15所述的光学装置，其特征在于，所述光学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、所述激光雷达的出光侧防护罩、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透光器件。

18.根据权利要求15所述的光学装置，其特征在于，所述光学模块为所述激光雷达的防护罩、所述激光雷达的保护罩、所述抬头显示装置的防护罩、以及所述抬头显示装置的保护罩中的至少一种不透光器件。

19.根据权利要求16所述的光学装置，其特征在于，所述光学模块具有平面、曲面、异形面以及自由曲面中的至少一种面型。

20.根据权利要求5-7中任一项所述的光学装置，其特征在于，所述发热层的材质包括碳材料、银材料、铜材料、铝材料中的至少一种。

21.一种光学视窗，其特征在于，包括：

视窗本体；以及

发热模块，设置在所述视窗本体上，供电后用于向所述视窗本体传递热量，其中所述发热模块的电阻率小于或等于预定阈值。

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