CN217932151U - 一种用于激光雷达的高反射镜片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于激光雷达的高反射镜片，镜片上镀有膜层，膜层包括依次设置的过滤层、金属三文治膜、至少一个纳米介质叠膜和防油耐污防指纹膜。通过在镜片上镀膜层，且膜层包括过滤层、金属三文治膜、纳米介质叠膜和防油耐污防指纹膜，实现近红外波段870nm‑950nm之间入射角10度和80度间反射率大于95％，整个光谱范围，从可见光到近红外380nm‑1000nm之间，吸光度OD大于5，膜层层数少，镜片形变小，耐油污和耐冲击能力强的优点，耐候性能优异，能够承受高低温冲击，阳光紫外照射，高温高湿等恶劣气候条件变化，使用寿命长，生产成本低，可广泛用于汽车自动驾驶激光雷达的大规模量产应用。

Description

一种用于激光雷达的高反射镜片

技术领域

本实用新型属于激光雷达光学元件领域，具体涉及一种用于激光雷达的高反射镜片。

背景技术

激光雷达(光检测和测距)是一种使用光源和接收器进行远程物体检测和测距的传感技术。发射的光脉冲击中物体后发生反射，并返回到激光雷达系统，接收器从系统中检测返回的光脉冲。激光雷达可以提供精准的3D测量数据，在相对苛刻的天气和光照条件下可以更好的完成工作。激光雷达可以与毫米波雷达，摄像头等传感器数据结合，应用于汽车行业，为车辆在行驶环境中提供静态和动态物体的可靠识别数据，有助于障碍物检测、避免碰撞和安全导航，并且激光雷达是一个高度可用、可量产的解决方案。激光雷达可以说，是实现更高级别自动驾驶(L3级别以上)，以及更高安全性的良好途径，相比于毫米波雷达，激光雷达的分辨率更高、稳定性更好、三维数据也更可靠。

激光雷达在汽车行业的应用对光学器件激光雷达的要求较高，例如光学器件为高反射镜片，高反射镜片一般有两种，一种是在玻璃基片上镀制银，铝，金等金属膜层，由于金属膜比较软，容易损坏，常常在金属膜外面再镀一层保护膜，但金属膜层的高反射镜片由于汽车行业苛刻耐候性要求不能满足激光雷达的要求；另一种是利用材料干涉效应镀制高低折射率交替的多层介质膜，但多层介质膜在近红外波段如果要达到光密度值5可能膜层多达120层，厚度在20微米左右，这不仅大大增加的镀膜时间，成本非常高，而且膜层应力高，会发生膜裂，镜片严重变形。同时汽车一般在户外使用，现有技术中的高反射镜片耐受高低温冲击、阳光紫外照射和高湿等能力较差，大大影响激光雷达性能的变化。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对解决背景技术中提出的问题，提出一种用于激光雷达的高反射镜片。

为实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案为：

本实用新型提出的一种用于激光雷达的高反射镜片，镜片上镀有膜层，膜层包括依次设置的过滤层、金属三文治膜、至少一个纳米介质叠膜和防油耐污防指纹膜，其中：

镜片的厚度为1mm到3mm。

膜层的厚度为2.5um到3.5um，层数为20层到45层。

过滤层设置在镜片的侧壁，厚度为10nm到50nm。

金属三文治膜设置在过滤层的一侧，厚度为60nm到200nm。

纳米介质叠膜设置在金属三文治膜的一侧，包括至少一个膜堆。

防油耐污防指纹膜设置在纳米介质叠膜的一侧，厚度为30nm到100nm。

优选地，镜片为玻璃基片、硅片、亚克力基片、PC塑料基片或不锈钢基片。

优选地，过滤层为三氧化二铝、一氧化硅、二氧化硅或五氧化三钛。

优选地，金属三文治膜包括金属材料和非金属材料，非金属材料单层或双层插入至金属材料内，非金属材料单层的厚度为0nm到20nm，金属材料为金、银、铝、铬、镍或钛，非金属材料为二氧化硅。

优选地，膜堆的数量为10组到50组，各膜堆包括堆叠的高折射率介质膜和低折射率介质膜，且高折射率介质膜和低折射率介质膜堆叠的层数为19层到41层，高折射率介质膜远离金属三文治膜，低折射率介质膜靠近金属三文治膜，高折射率介质膜为五氧化三钛、二氧化铌、五氧化二钽或二氧化锆，低折射率介质膜为二氧化硅。

优选地，防油耐污防指纹膜为氟基合物。

优选地，玻璃基片为双面抛光的光学玻璃，光学玻璃的PV值为-1.0um到-0.5um。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：通过在镜片上镀膜层，且膜层包括过滤层、金属三文治膜、纳米介质叠膜和防油耐污防指纹膜，实现近红外波段870nm-950nm之间入射角10度和80度间反射率大于95％，整个光谱范围，从可见光到近红外380nm-1000nm之间，吸光度OD大于5，膜层层数少，镜片形变小，耐油污和耐冲击能力强的优点，耐候性能优异，能够承受高低温冲击，阳光紫外照射，高温高湿等恶劣气候条件变化，使用寿命长，生产成本低，可广泛用于汽车自动驾驶激光雷达的大规模量产应用。

附图说明

图1为本实用新型用于激光雷达的高反射镜片上镀的膜层示意图；

图2为本实用新型43层膜层的分光曲线图；

图3为本实用新型21层膜层的分光曲线图；

图4为本实用新型21层膜层透过率分光曲线图；

图5为本实用新型镀有膜层的镜片的光谱曲线图；

图6为本实用新型镀有膜层的镜片面型PV的变化值示意图。

附图标记说明：1、镜片；2、过滤层；3、金属三文治膜；4、纳米介质叠膜；5、防油耐污防指纹膜。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“连接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本申请。

如图1-6示，一种用于激光雷达的高反射镜片，镜片1上设有膜层，膜层包括依次设置的过滤层2、金属三文治膜3、至少一个纳米介质叠膜4和防油耐污防指纹膜5，其中：

镜片1的厚度为1mm到3mm。

膜层的厚度为2.5um到3.5um，层数为20层到45层。

过滤层2设置在镜片1的侧壁，厚度为10nm到50nm。

金属三文治膜3设置在过滤层2的一侧，厚度为60nm到200nm。

纳米介质叠膜4设置在金属三文治膜3的一侧，包括至少一个膜堆。

防油耐污防指纹膜5设置在纳米介质叠膜4的一侧，厚度为30nm到100nm。

具体为，膜层镀在镜片1的光面上。如图1，镜片1、过滤层2、金属三文治膜3、纳米介质叠膜4和防油耐污防指纹膜5由下到上依次设置，过滤层2通过离子键连接在镜片1的光面上，金属三文治膜3通过离子键连接在过滤层2的上方，纳米介质叠膜4通过离子键连接在金属三文治膜3的上方，防油耐污防指纹膜5通过离子键连接在纳米介质叠膜4的上方。

在一个实施例中，镜片1为玻璃基片、硅片、亚克力基片、PC塑料基片或不锈钢基片。

具体为，镜片1还可以为其他类型，不作具体限制。

在一个实施例中，过滤层2为三氧化二铝、一氧化硅、二氧化硅或五氧化三钛。

具体为，三氧化二铝、一氧化硅、二氧化硅和五氧化三钛均选用与镜片1的热膨胀系数较为接近的材料。过滤层2还可以为其他物质。过滤层2可以增强金属三文治膜3与镜片1间的附着力，减少晶界缺陷，降低膜层界面间的内应力。

在一个实施例中，金属三文治膜3包括金属材料和非金属材料，非金属材料单层或双层插入至金属材料内，非金属材料单层的厚度为0nm到20nm，金属材料为金、银、铝、铬、镍或钛，非金属材料为二氧化硅。

具体为，金属三文治膜3通过对光波能量的吸收和反射，提高整体镜片的反射率和吸光度。在金属材料中插入非金属材料以降低应力，提高金属三文治膜3的硬度。金属材料和非金属材料还可以为其他物质。

在一个实施例中，膜堆的数量为10组到50组，各膜堆包括堆叠的高折射率介质膜和低折射率介质膜，且高折射率介质膜和低折射率介质膜堆叠的层数为19层到41层，高折射率介质膜远离金属三文治膜3，低折射率介质膜靠近金属三文治膜3，高折射率介质膜为五氧化三钛、二氧化铌、五氧化二钽或二氧化锆，低折射率介质膜为二氧化硅。

具体为，膜堆的结构为1.035(HL)^101.285(HL)^10，低折射率介质膜和高折射率介质膜依次堆叠，最下层和最上层均为低折射率介质膜，高折射率介质膜还可以为其他物质，低折射率介质膜也可以为其他物质，不作具体限制。所述纳米介质叠膜4的数量和膜堆的数量根据镜片的光学反射率和透过率光谱要求可选择不同的数量，从而达到不同反射率和吸光度的要求，数量越多吸光率越高，反射率越高，光谱范围越宽。

在一个实施例中，镜片镜片防油耐污防指纹膜镜片5镜片为氟基合物。

具体为，防油耐污防指纹膜5具有良好的耐酸碱特性，可以通过手机汽车等行业严苛的耐高低温和盐雾试验。所述防油耐污防指纹膜5可避免安装过程中出现油污和指纹印，并可增加镜片的耐磨性和耐酸碱盐雾特性。防油耐污防指纹膜5可采用真空电阻蒸发的方法镀制，也可采用电子束蒸发真空镀膜的方法制备。镀制的疏水膜要求水滴角大于110°，通过钢丝绒摩擦3000次实验后水滴角为100°以上。

在一个实施例中，玻璃基片为双面抛光的光学玻璃，光学玻璃的PV值为-1.0um到-0.5um。

具体为，玻璃基片为K9光学玻璃或BK7光学玻璃。

在一个实施例中，如图2，为膜层的总层数为43层的分光曲线图，膜层的总厚度3.5um，横坐标为波长850nm-1000nm范围之间，纵坐标为反射率，图中两条曲线分别代表入射角为10度和80度。

在一个实施例中，如图3，是设计的膜层总层数为21层的分光曲线图，膜层的总厚度2.6um。其中横坐标为波长，850nm-1000nm范围，纵坐标为反射率，图中的两条曲线分别代表入射角为10度和80度。

在一个实施例中，如图4，是设计的膜层总层数为21层的透过率分光曲线图，横坐标为波长850nm-1000nm范围之间，纵坐标为透过率，图中的两条曲线分别代表入射角分别为10度和80度。

在一个实施例中，如图5，为镀有膜层的镜片的光谱曲线，波长为850nm-1000nm范围之间反射率分光曲线，图中的两条曲线分别代表入射角10度和80度，测试仪器为PE950型分光光谱仪。吸光度OD为5，测试仪器为Carry6000分光光谱仪。

在一个实施例中，如图6，为试验前后镀有膜层的镜片面型PV的变化值，变化值为-0.095到0.221微米之间。镜片可以控制PV值在-0.4um到0.6um之间，100度水浴1小时的快速耐候老化试验，水浴后镜片外观无变化，无色斑，分光曲线基本不变。

通过在镜片上镀膜层，且膜层包括过滤层、金属三文治膜、纳米介质叠膜和防油耐污防指纹膜，实现近红外波段870nm-950nm之间入射角10度和80度间反射率大于95％，整个光谱范围，从可见光到近红外380nm-1000nm之间，吸光度OD大于5，膜层层数少，镜片形变小，耐油污和耐冲击能力强的优点，耐候性能优异，能够承受高低温冲击，阳光紫外照射，高温高湿等恶劣气候条件变化，使用寿命长，生产成本低，可广泛用于汽车自动驾驶激光雷达的大规模量产应用。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请描述较为具体和详细的实施例，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种用于激光雷达的高反射镜片，其特征在于：所述镜片(1)上镀有膜层，所述膜层包括依次设置的过滤层(2)、金属三文治膜(3)、至少一个纳米介质叠膜(4)和防油耐污防指纹膜(5)，其中：

所述镜片(1)的厚度为1mm到3mm；

所述膜层的厚度为2.5um到3.5um，层数为20层到45层；

所述过滤层(2)设置在所述镜片(1)的侧壁，厚度为10nm到50nm；

所述金属三文治膜(3)设置在所述过滤层(2)的一侧，厚度为60nm到200nm；

所述纳米介质叠膜(4)设置在所述金属三文治膜(3)的一侧，包括至少一个膜堆；

所述防油耐污防指纹膜(5)设置在所述纳米介质叠膜(4)的一侧，厚度为30nm到100nm。

2.如权利要求1所述的用于激光雷达的高反射镜片，其特征在于：所述镜片(1)为玻璃基片、硅片、亚克力基片、PC塑料基片或不锈钢基片。

3.如权利要求1所述的用于激光雷达的高反射镜片，其特征在于：所述过滤层(2)为三氧化二铝、一氧化硅、二氧化硅或五氧化三钛。

4.如权利要求1所述的用于激光雷达的高反射镜片，其特征在于：所述金属三文治膜(3)包括金属材料和非金属材料，所述非金属材料单层或双层插入至所述金属材料内，所述非金属材料单层的厚度为0nm到20nm，所述金属材料为金、银、铝、铬、镍或钛，所述非金属材料为二氧化硅。

5.如权利要求1所述的用于激光雷达的高反射镜片，其特征在于：所述膜堆的数量为10组到50组，各所述膜堆包括堆叠的高折射率介质膜和低折射率介质膜，且所述高折射率介质膜和低折射率介质膜堆叠的层数为19层到41层，所述高折射率介质膜远离所述金属三文治膜(3)，所述低折射率介质膜靠近所述金属三文治膜(3)，所述高折射率介质膜为五氧化三钛、二氧化铌、五氧化二钽或二氧化锆，所述低折射率介质膜为二氧化硅。

6.如权利要求1所述的用于激光雷达的高反射镜片，其特征在于：所述防油耐污防指纹膜(5)为氟基合物。

7.如权利要求2所述的用于激光雷达的高反射镜片，其特征在于：所述玻璃基片为双面抛光的光学玻璃，所述光学玻璃的PV值为-1.0um到-0.5um。

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