EA043877B1 - LIDAR UNIT FOR USE IN MOTOR VEHICLES, CONTAINING ANTI-REFLECTION ELEMENT - Google Patents
LIDAR UNIT FOR USE IN MOTOR VEHICLES, CONTAINING ANTI-REFLECTION ELEMENT Download PDFInfo
- Publication number
- EA043877B1 EA043877B1 EA202192634 EA043877B1 EA 043877 B1 EA043877 B1 EA 043877B1 EA 202192634 EA202192634 EA 202192634 EA 043877 B1 EA043877 B1 EA 043877B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- glazing panel
- angle
- axis
- motor vehicle
- transparent
- Prior art date
Links
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 52
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 claims description 44
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 22
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 19
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 claims description 16
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 10
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 8
- 229920002037 poly(vinyl butyral) polymer Polymers 0.000 claims description 5
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 claims description 4
- 239000005357 flat glass Substances 0.000 claims description 2
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 claims description 2
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 58
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 30
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 28
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 25
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 22
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 22
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 16
- 239000006117 anti-reflective coating Substances 0.000 description 10
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 8
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 8
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 8
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000005340 laminated glass Substances 0.000 description 5
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 4
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 4
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000006121 base glass Substances 0.000 description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 2
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 2
- 239000008204 material by function Substances 0.000 description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 2
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 2
- 238000010422 painting Methods 0.000 description 2
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 2
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 2
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 2
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- 239000011669 selenium Substances 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 239000005361 soda-lime glass Substances 0.000 description 2
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005354 aluminosilicate glass Substances 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000003078 antioxidant effect Effects 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 description 1
- 239000010974 bronze Substances 0.000 description 1
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001844 chromium Chemical class 0.000 description 1
- IUWCPXJTIPQGTE-UHFFFAOYSA-N chromium cobalt Chemical compound [Cr].[Co].[Co].[Co] IUWCPXJTIPQGTE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000005321 cobalt glass Substances 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000004811 fluoropolymer Substances 0.000 description 1
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 239000004611 light stabiliser Substances 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000001151 other effect Effects 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
- 239000006097 ultraviolet radiation absorber Substances 0.000 description 1
Description
Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates
Настоящее изобретение относится к области устройств обнаружения, подходящих для использования в механических транспортных средствах для помощи водителю (ADAS = усовершенствованная система помощи водителю), включая автономные транспортные средства или транспортные средства с системой автоматического управления. В частности, настоящее изобретение относится к устройству LiDAR, обращенному к внутренней поверхности панели остекления, при этом панель остекления может быть прозрачной, как например ветровое стекло или боковое стекло, заднее стекло, или непрозрачной панелью остекления, как например используемой для стоек легковых автомобилей. LiDAR образует угол α1 с вертикалью. Настоящее изобретение уменьшает фракцию инфракрасного излучения, излучаемого устройством LiDAR, в частности LiDAR нового поколения, таким как твердотельное устройство LiDAR, которое отражается при пересечении внутренней поверхности панели остекления (прозрачной или непрозрачной).The present invention relates to the field of sensing devices suitable for use in motorized driver assistance vehicles (ADAS = advanced driver assistance system), including autonomous or self-driving vehicles. In particular, the present invention relates to a LiDAR device facing the inner surface of a glazing panel, wherein the glazing panel may be a transparent glazing panel, such as a windshield or side glass, a rear window, or an opaque glazing panel, such as used for pillars of passenger cars. LiDAR makes an angle α1 with the vertical. The present invention reduces the fraction of infrared radiation emitted by a LiDAR device, particularly a new generation LiDAR device such as a solid-state LiDAR device, that is reflected when crossing the inner surface of a glazing panel (transparent or opaque).
Предпосылки создания изобретенияPrerequisites for creating the invention
Механические транспортные средства оснащают все большим количеством систем для помощи водителю транспортного средства. Вместе они называются ADAS (= усовершенствованная система помощи водителю). ADAS содержит системы обнаружения, которые способны обнаружить и в некоторых случаях идентифицировать препятствие в непосредственном окружении транспортного средства. Например, системы обнаружения включают оптические или ИК-камеры, радары и LiDAR (= обнаружение и определение дальности с помощью света).Motorized vehicles are being equipped with an increasing number of systems to assist the vehicle driver. Together they are called ADAS (=Advanced Driver Assistance System). ADAS contains detection systems that are capable of detecting and in some cases identifying an obstacle in the vehicle's immediate environment. For example, detection systems include optical or infrared cameras, radars and LiDAR (=light detection and ranging).
В целом устройство LiDAR представляет собой оптоэлектронную систему, которая состоит из нескольких основных компонентов: (1) по меньшей мере лазерный передатчик (= источник света). Предпочтительно, чтобы лазерный передатчик устройства измерения параметров LiDAR согласно настоящему изобретению передавал в основном инфракрасном диапазоне длины волн от 700 нм до 1 мм, предпочтительно в ближнем инфракрасном диапазоне длины волн от 780 нм до 3 мкм, более предпочтительно в диапазоне длины волн от 750 до 1650 нм; (2) по меньшей мере приемник (= элемент обнаружения с помощью света), принимающий свет и преобразующий его в электрический сигнал; и сигнал цепочки электронной обработки, который извлекает искомую информацию.In general, a LiDAR device is an optoelectronic system that consists of several main components: (1) at least a laser transmitter (= light source). It is preferable that the laser transmitter of the LiDAR measurement device according to the present invention transmits in the fundamental infrared wavelength range from 700 nm to 1 mm, preferably in the near-infrared wavelength range from 780 nm to 3 μm, more preferably in the wavelength range from 750 to 1650 nm; (2) at least a receiver (=light detection element) receiving the light and converting it into an electrical signal; and an electronic processing chain signal that extracts the information sought.
Устройства измерения параметров LiDAR, которые установлены на мобильных платформах, таких как воздушные судна или спутники, могут дополнительно нуждаться в измерительных приборах для определения их абсолютного положения и ориентации и, следовательно, дополнительно содержать систему положения и/или навигации.LiDAR measurement devices that are installed on mobile platforms, such as aircraft or satellites, may additionally require measuring instruments to determine their absolute position and orientation and, therefore, additionally contain a position and/or navigation system.
Предпочтительно устройство LiDAR, подлежащее использованию в настоящем изобретении, представляет собой устройство LiDAR нового поколения на основе твердотельного LiDAR, такое как мигающий LiDAR. Сканирующие или вращающиеся LiDAR используют движущиеся лазерные лучи, в то время как мигающие и твердотельные LiDAR излучают световые импульсы, которые отражаются от объектов.Preferably, the LiDAR device to be used in the present invention is a new generation LiDAR device based on solid-state LiDAR, such as a flashing LiDAR. Scanning or rotating LiDARs use moving laser beams, while flashing and solid-state LiDARs emit pulses of light that bounce off objects.
LiDAR все больше и больше применяют в механических транспортных средствах. Они могут быть установлены на наружной поверхности механического транспортного средства, которая является очень агрессивной средой, подверженной воздействию дождя, града, больших изменений температур и ударов различных объектов, включая гравий. Для защиты LiDAR от такой среды проводятся исследования по встраиванию устройств LiDAR за существующую прозрачную или непрозрачную панель остекления транспортного средства, такую как ветровое стекло, боковое стекло, заднее стекло или стойки.LiDAR is being used more and more in motorized vehicles. They can be installed on the external surface of a motor vehicle, which is a very aggressive environment, subject to rain, hail, large temperature changes and impacts from various objects, including gravel. To protect LiDAR from such an environment, research is being conducted to embed LiDAR devices behind an existing transparent or opaque vehicle glazing panel, such as a windshield, side glass, rear window, or pillars.
LiDAR могут использовать УФ-свет, видимый свет или ИК-свет. Однако LiDAR, используемые в автомобильной промышленности, обычно излучают свет в ближнем инфракрасном спектре в диапазоне от 750 до 1650 нм. Поэтому часть панели остекления, обращенная к устройству LiDAR, должна сохранять высокий коэффициент пропускания для ближнего инфракрасного света, излучаемого устройством LiDAR.LiDAR can use UV light, visible light, or IR light. However, LiDARs used in the automotive industry typically emit light in the near-infrared spectrum, ranging from 750 nm to 1650 nm. Therefore, the portion of the glazing panel facing the LiDAR device must maintain high transmittance for the near-infrared light emitted by the LiDAR device.
Как изображено на фиг. 6, по аэродинамическим соображениям, по меньшей мере, ветровые стекла и крышки передних фар многих современных механических транспортных средств сильно наклонены и образуют с вертикалью угол α1 наклона, равный по меньшей мере 10°, а часто по меньшей мере 50° и более. Если ближний инфракрасный луч, излучаемый устройством LiDAR, должен распространяться с центром на оси (ir) преломления, которая образует угол α с нормалью к внешней поверхности прозрачной панели остекления, ближний инфракрасный луч, излучаемый устройством LiDAR, будет распространяться с центром на оси (i0) падения, пересекающей внутреннюю поверхность прозрачной панели остекления под таким же углом α. Как изображено на фиг. 2, если ось (ir) преломления является горизонтальной, то угол α=α1, и он может достигать значений порядка 60-70° в зависимости от конструкции транспортного средства.As shown in FIG. 6, for aerodynamic reasons, at least the windshields and headlight covers of many modern motor vehicles are strongly inclined and form an angle α1 of at least 10° and often at least 50° or more with the vertical. If the near-infrared ray emitted by the LiDAR device is to be propagated centered on the (ir) axis of refraction, which makes an angle α with the normal to the outer surface of the transparent glazing panel, the near-infrared ray emitted by the LiDAR device will be propagated centered on the (i0) axis. incidence intersecting the inner surface of the transparent glazing panel at the same angle α. As shown in FIG. 2, if the axis (ir) of refraction is horizontal, then the angle α=α1, and it can reach values of the order of 60-70° depending on the design of the vehicle.
Как изображено на фиг. 1(а), падающее излучение, распространяющееся вдоль оси (i0) падения, перед прохождением сквозь часть (1) в виде прозрачной стенки, может быть разделено на одно или несколько из отраженного излучения (irf), поглощенного излучения (ia), рассеянного излучения (is) и преломленного излучения (if). Отраженное излучение (irf) и поглощенное излучение (ia) не проходят сквозьAs shown in FIG. 1(a), the incident radiation propagating along the incident axis (i0), before passing through the transparent wall part (1), can be divided into one or more of reflected radiation (irf), absorbed radiation (ia), scattered radiation (is) and refracted radiation (if). Reflected radiation (irf) and absorbed radiation (ia) do not pass through
- 1 043877 часть в виде прозрачной стенки. Как изображено на фиг. 1(е), согласно закону Френеля фракция (irf) излучения, отраженного при пересечении поверхности части (1) в виде прозрачной стенки, увеличивается с углом φ падения, который ось (i0) падения образует с этой поверхностью. На фиг. 1(е), изображающей закон Френеля в графической форме, коэффициент отражения показан в функции от угла φ падения, увеличиваясь непрерывно и очень резко для углов падения больше 50°. Шлик предложил приближение закона Френеля, в котором коэффициент R(φ) отражения увеличивается с 5-ой степенью (1 - cos φ).- 1 043877 part in the form of a transparent wall. As shown in FIG. 1(e), according to Fresnel's law, the fraction (irf) of radiation reflected when crossing the surface of part (1) in the form of a transparent wall increases with the angle φ of incidence that the axis (i0) of incidence forms with this surface. In fig. 1(e), depicting Fresnel's law in graphical form, the reflection coefficient is shown as a function of the angle of incidence φ, increasing continuously and very sharply for angles of incidence greater than 50°. Schlick proposed an approximation of Fresnel's law, in which the reflection coefficient R(φ) increases with the 5th power (1 - cos φ).
Для устройств LiDAR, расположенных за панелью остекления, в частности прозрачной для видимого света панелью остекления, и излучающих инфракрасное излучение, пересекающее прозрачную панель остекления под углом φ падения (= α больше 50° (ср. фиг. 2)), фракция излучения, которая отражается от внутренней поверхности панели остекления, становится очень большой (ср. фиг. 1(е)).For LiDAR devices located behind a glazing panel, in particular a glazing panel transparent to visible light, and emitting infrared radiation crossing the transparent glazing panel at an angle of incidence φ (= α greater than 50° (cf. Fig. 2)), the fraction of radiation that reflected from the inner surface of the glazing panel becomes very large (cf. Fig. 1(e)).
Для уменьшения количества света, отраженного от внутренней поверхности панели остекления, в настоящее время на внутреннюю поверхность могут быть нанесены противоотражательные покрытия. Однако это решение имеет ряд недостатков. Стандартные противоотражательные покрытия обычно рассчитаны на нормальное падение (т.е. угол φ падения = 0). При увеличении углов φ падения эксплуатационные показатели таких противоотражательных покрытий падают. Специально разработанные противоотражательные покрытия могут быть рассчитаны на большие значения угла φ падения, но их конструкция может быть более сложной и требующей усилий. В частности, поскольку устройства LiDAR, и в частности твердотельные устройства LiDAR, охватывают широкое поле обзора (FOV), изображенное на фиг. 4 в виде конуса с центром на оси (i0) падения, этот конус охватывает углы падения в диапазоне от φn до φm. Принятие во внимание поля обзора LiDAR делает разработку таких специальных противоотражательных покрытий намного более трудной и менее эффективной. Кроме того, нанесение противоотражательного покрытия требует дополнительных производственных затрат и может оказывать влияние на механическую, химическую или термическую стойкость прозрачной панели остекления.To reduce the amount of light reflected from the interior surface of a glazing panel, anti-reflective coatings can now be applied to the interior surface. However, this solution has a number of disadvantages. Standard anti-reflective coatings are usually designed for normal incidence (i.e. angle φ of incidence = 0). As the angles φ of incidence increase, the performance indicators of such anti-reflective coatings decrease. Specially designed anti-reflective coatings can be designed to withstand high angles of incidence φ, but their design can be more complex and demanding. In particular, since LiDAR devices, and in particular solid-state LiDAR devices, cover the wide field of view (FOV) depicted in FIG. 4 in the form of a cone centered on the axis (i0) of incidence, this cone covers angles of incidence in the range from φn to φm. Taking into account the LiDAR field of view makes the development of such special anti-reflective coatings much more difficult and less effective. Additionally, applying the anti-reflective coating requires additional manufacturing costs and may affect the mechanical, chemical or thermal resistance of the clear glazing panel.
С развитием ADAS и автономных транспортных средств, требующих множества систем обнаружения, необходимость повышения мощности устройств LiDAR, устанавливаемых внутри механического транспортного средства, с целью преодоления потерь интенсивности инфракрасных излучений вследствие отражения от внутренней поверхности прозрачной панели остекления является неприемлемой, поскольку это привело бы к увеличению производственных затрат и энергопотребления транспортного средства до недопустимых уровней. В настоящем изобретении предлагается решение для снижения фракции излучения, излучаемого LiDAR, которое отражается от внутренней поверхности прозрачной панели остекления, имеющей предварительно определенный наклон. Это и другие преимущества более подробно описаны в следующих разделах.With the development of ADAS and autonomous vehicles requiring multiple detection systems, the need to increase the power of LiDAR devices installed inside a motor vehicle to overcome the loss of infrared radiation intensity due to reflection from the internal surface of the transparent glazing panel is unacceptable, since this would lead to increased production costs and vehicle energy consumption to unacceptable levels. The present invention provides a solution for reducing the fraction of radiation emitted by LiDAR that is reflected from the inner surface of a transparent glazing panel having a predetermined slope. This and other benefits are described in more detail in the following sections.
Сущность изобретенияThe essence of the invention
Настоящее изобретение определено в прилагаемых независимых пунктах формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления определены в зависимых пунктах формулы изобретения. В частности, настоящее изобретение относится к механическому транспортному средству, содержащему:The present invention is defined in the accompanying independent claims. Preferred embodiments are defined in the dependent claims. In particular, the present invention relates to a motor vehicle comprising:
(a) панель остекления, имеющую показатель n1 преломления и содержащую внутреннюю поверхность, обращенную во внутреннюю среду, и наружную поверхность, обращенную во внешнюю среду, и имеющую по меньшей мере одну часть, имеющую средний коэффициент (k) поглощения в диапазоне длины волны от 750 до 1650 нм менее 5 м-1 (т.е. а<5 м-1), и где внутренняя поверхность (1i) прозрачной панели (1) остекления образует с вертикальным направлением угол α1 наклона более 10° (α1>10°), (b) устройство обнаружения и определения дальности с помощью света (LiDAR), расположенное во внутренней среде и обращенное к внутренней поверхности, выполненное с возможностью излучения ИК-луча с центром на оси (i0) падения, образующей угол (φ+θ) с нормалью к внутренней поверхности (1i), который проходит сквозь прозрачную панель (1) остекления и распространяется во внешней среде вдоль траектории с центром на оси (ir) преломления, образующей угол α с нормалью к наружной поверхности (1о).(a) a glazing panel having a refractive index n1 and comprising an inner surface facing an internal environment and an outer surface facing an external environment, and having at least one portion having an average absorption coefficient (k) in a wavelength range of 750 up to 1650 nm less than 5 m -1 (i.e. a<5 m -1 ), and where the inner surface (1i) of the transparent glazing panel (1) forms an inclination angle α1 of more than 10° (α1>10°) with the vertical direction , (b) a light detection and ranging (LiDAR) device located in the internal environment and facing the internal surface, configured to emit an IR beam centered on an axis (i0) of incidence forming an angle (φ+θ) with normal to the inner surface (1i), which passes through the transparent glazing panel (1) and spreads in the external environment along a path centered on the axis (ir) of refraction, forming an angle α with the normal to the outer surface (1o).
Согласно настоящему изобретению механическое транспортное средство дополнительно содержит противоотражательный элемент (3), изготовленный из материала с показателем n3 преломления, соединяющий устройство LiDAR с внутренней поверхностью прозрачной панели остекления, имеющий средний коэффициент (k) поглощения в диапазоне длины волны от 750 до 1650 нм менее 5 м-1 (т.е. k<5 м-1), содержащий граничную поверхность, соединенную в непосредственном контакте с внутренней поверхностью прозрачной панели остекления, и содержащий поверхность, соединенную с устройством LiDAR, образующую угол θ с граничной поверхностью (31), нормаль которой образует угол φ с осью (i0) падения, где φ составляет от -30 до +30°.According to the present invention, the motor vehicle further comprises an anti-reflective element (3) made of a material with refractive index n3, connecting the LiDAR device to the inner surface of the transparent glazing panel, having an average absorption coefficient (k) in the wavelength range from 750 to 1650 nm of less than 5 m -1 (i.e. k<5 m -1 ), comprising a boundary surface connected in direct contact with the inner surface of the transparent glazing panel, and comprising a surface connected to the LiDAR device forming an angle θ with the boundary surface (31), the normal of which forms an angle φ with the axis (i0) of incidence, where φ ranges from -30 to +30°.
Согласно настоящему изобретению термин по меньшей мере одна часть, имеющая средний коэффициент (k) поглощения в диапазоне длины волны от 750 до 1650 нм менее 5 м-1 (т.е. k<5 м-1), предпочтительно менее 3 м-1 (т.е. k<3 м-1), более предпочтительно менее 1 м-1 (т.е. k<1 м-1) также означает прозрачную для ИК-излучения часть или прозрачную для ИК-излучения панель остекления, когда вся поверхность панели остекления имеет эти свойства.According to the present invention, the term is at least one part having an average absorption coefficient (k) in the wavelength range from 750 to 1650 nm less than 5 m -1 (ie k<5 m -1 ), preferably less than 3 m -1 (i.e. k<3 m -1 ), more preferably less than 1 m -1 (i.e. k<1 m -1 ) also means an IR-transparent portion or IR-transparent glazing panel when the entire surface of the glazing panel has these properties.
Согласно настоящему изобретению устройство LiDAR размещено за по меньшей мере одной ча- 2 043877 стью, имеющей средний коэффициент (k) поглощения в диапазоне длины волны от 750 до 1650 нм менее м-1 (т.е. k<5 м-1), предпочтительно менее 3 м-1 (т.е. k<3 м-1), более предпочтительно менее 1 м-1 (т.е.According to the present invention, the LiDAR device is placed behind at least one part having an average absorption coefficient (k) in the wavelength range from 750 to 1650 nm less than m -1 (i.e. k<5 m -1 ) preferably less than 3 m -1 (i.e. k<3 m -1 ), more preferably less than 1 m -1 (i.e.
k<1 м-1).k<1 m -1 ).
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения панель остекления представляет собой стеклянную панель остекления.According to one embodiment of the present invention, the glazing panel is a glass glazing panel.
Краткое описание фигурBrief description of the figures
Для более полного понимания сущности настоящего изобретения делается ссылка на следующее подробное описание в сочетании с сопроводительными графическими материалами, на которых:To provide a more complete understanding of the present invention, reference is made to the following detailed description in conjunction with the accompanying drawings, in which:
на фиг. 1 изображены (а) поведение падающего излучения (i0), проходящего сквозь часть в виде прозрачной стенки постоянной толщины, (b) поведение падающего излучения (i0), проходящего сквозь две части в виде прозрачной стенки с параллельными поверхностями, (с) поведение падающего излучения (i0), проходящего сквозь первую часть в виде прозрачной стенки с непараллельными поверхностями и вторую часть в виде прозрачной стенки, имеющую параллельные поверхности, (d) фракция отраженного падающего излучения в функции от угла φ падения, (е) коэффициент отражения Френеля в функции от угла φ падения;in fig. 1 shows (a) the behavior of incident radiation (i0) passing through a part in the form of a transparent wall of constant thickness, (b) the behavior of incident radiation (i0) passing through two parts in the form of a transparent wall with parallel surfaces, (c) the behavior of incident radiation (i0) passing through the first part in the form of a transparent wall with non-parallel surfaces and the second part in the form of a transparent wall having parallel surfaces, (d) the fraction of reflected incident radiation as a function of the angle φ of incidence, (e) the Fresnel reflection coefficient as a function of angle φ of incidence;
на фиг. 2 показана внутренняя часть механического транспортного средства, снабженного узлом устройства LiDAR, согласно известному уровню техники;in fig. 2 shows the interior of a motor vehicle equipped with a LiDAR device assembly according to the prior art;
на фиг. 3 показаны различные варианты осуществления внутренней части механического транспортного средства, снабженного узлом устройства LiDAR, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;in fig. 3 shows various embodiments of the interior of a motor vehicle equipped with a LiDAR device assembly, according to one embodiment of the present invention;
на фиг. 4 показана внутренняя часть механического транспортного средства, снабженного узлом устройства LiDAR, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения (а) в перспективном виде и (b) боковом виде в разрезе, где показано поле обзора (FOV);in fig. 4 shows the interior of a motor vehicle equipped with a LiDAR device assembly, according to one embodiment of the present invention, in (a) a perspective view and (b) a cross-sectional side view showing the field of view (FOV);
на фиг. 5 показано измерение угла между осью излучения и нормалью к поверхности с двойной кривизной;in fig. Figure 5 shows the measurement of the angle between the radiation axis and the normal to a surface with double curvature;
на фиг. 6 показано механическое транспортное средство, содержащее несколько обращенных к панели остекления твердотельных устройств LiDAR согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, образующих угол α1 с вертикалью;in fig. 6 shows a motor vehicle comprising a plurality of glass panel-facing solid-state LiDAR devices according to one embodiment of the present invention forming an angle α1 with the vertical;
на фиг. 7 показан один вариант осуществления узла противоотражательного элемента и панели остекления, который имеет неплоскую поверхность 32;in fig. 7 shows one embodiment of an anti-reflective element and glazing panel assembly that has a non-planar surface 32;
на фиг. 8 показаны три варианта осуществления узла противоотражательного покрытия и панели остекления, в котором противоотражательный элемент (а) полностью или (Ь)/(с) частично изготовлен из материала с ограниченным или низким пропусканием для видимого света.in fig. 8 shows three embodiments of an anti-reflective coating and glazing panel assembly in which the anti-reflective element (a) is made entirely or (b)/(c) in part from a material with limited or low transmittance to visible light.
Подробное описание изобретенияDetailed Description of the Invention
Как изображено на фиг. 3, 4 и 6, настоящее изобретение относится к механическому транспортному средству, содержащему LiDAR, в частности твердотельное устройство (2) обнаружения и определения дальности с помощью света (LiDAR), выполненное с возможностью излучения ИК-луча с центром на оси (i0) падения. Механические транспортные средства включают автомобили, фургоны, грузовики, мотоциклы, автобусы, трамваи, поезда, самолеты, вертолеты и т.п. Устройство LiDAR расположено во внутренней среде транспортного средства, обращено к внутренней поверхности (1i) прозрачной панели (1) остекления, которая согласно настоящему изобретению имеет показатель n1 преломления и содержит наружную поверхность (1о), обращенную во внешнюю среду и отделенную от внутренней поверхности (1i) на толщину прозрачной панели (1) остекления. Согласно настоящему изобретению панель остекления может быть прозрачной или непрозрачной для пропускания света в соответствии с требованиями к стеклу (окно или стойка), но содержит прозрачную для ИК-излучения часть для расположения устройства LiDAR. По меньшей мере часть прозрачной панели (1) остекления, в этом конкретном случае прозрачной для света панели (1) остекления, пересекающаяся с излучениями, излучаемыми устройством LiDAR, и в частности твердотельным LiDAR (2), должна быть прозрачной по меньшей мере для инфракрасных (IR) излучений, в частности для ближних инфракрасных (NIR) излучений, и иметь средний коэффициент (k) поглощения в диапазоне длины волны от 750 до 1650 нм менее 5 м-1 (т.е. k<5 м-1), предпочтительно менее 3 м-1 (т.е. k<3 м-1), более предпочтительно менее 1 м-1 (т.е. k<1 м-1). Внутренняя поверхность (1i) прозрачной панели (1) остекления образует с вертикальным направлением угол α1 наклона более 10° (α1>10°), предпочтительно более 50° и более предпочтительно более 60 или 70°.As shown in FIG. 3, 4 and 6, the present invention relates to a motor vehicle containing a LiDAR, in particular a solid-state light detection and ranging (LiDAR) device (2) configured to emit an IR beam centered on an incident axis (i0). . Motorized vehicles include cars, vans, trucks, motorcycles, buses, trams, trains, planes, helicopters, etc. The LiDAR device is located in the internal environment of the vehicle, facing the inner surface (1i) of the transparent glazing panel (1), which according to the present invention has a refractive index n1 and contains an outer surface (1o) facing the external environment and separated from the inner surface (1i ) by the thickness of the transparent glazing panel (1). According to the present invention, the glazing panel may be transparent or opaque to transmit light according to glass requirements (window or mullion), but includes an IR-transparent portion to accommodate the LiDAR device. At least the portion of the transparent glazing panel (1), in this particular case the light-transparent glazing panel (1), intersecting with the emissions emitted by the LiDAR device, and in particular the solid-state LiDAR (2), must be transparent to at least infrared ( IR) radiation, in particular for near-infrared (NIR) radiation, and have an average absorption coefficient (k) in the wavelength range from 750 to 1650 nm of less than 5 m -1 (i.e. k<5 m -1 ), preferably less than 3 m -1 (ie k<3 m -1 ), more preferably less than 1 m -1 (ie k<1 m -1 ). The inner surface (1i) of the transparent glazing panel (1) forms an inclination angle α1 with the vertical direction of more than 10° (α1>10°), preferably more than 50° and more preferably more than 60 or 70°.
Для простоты панель (1) остекления рассмотрена ниже и представлена на фигурах с по существу постоянной толщиной (d1) (т.е. внутренняя и наружная поверхности параллельны одна другой), поэтому угол α1 наклона также можно измерить на наружной поверхности (1о). Это относится к наиболее прозрачным панелям остекления, используемым в механических транспортных средствах, однако понятно, что могут существовать примеры, где это не так. Для прозрачных панелей остекления, имеющих переменную толщину, эти рассмотренные аспекты остаются справедливыми, но угол α1 наклона обязательно измеряют в точке пересечения оси (i0) падения с внутренней поверхностью (1о). Как изображено на фиг. 5, любой угол, образованный осью с криволинейной поверхностью, наиболее вероятно, измерен в точкеFor simplicity, the glazing panel (1) is discussed below and is represented in figures with a substantially constant thickness (d1) (ie, the inner and outer surfaces are parallel to each other), so the tilt angle α1 can also be measured on the outer surface (1o). This applies to most transparent glazing panels used in motor vehicles, however it is understood that there may be examples where this is not the case. For transparent glazing panels of variable thickness, these considered aspects remain valid, but the angle α1 of inclination must be measured at the point of intersection of the axis (i0) of incidence with the inner surface (1o). As shown in FIG. 5, any angle formed by an axis with a curved surface is most likely measured at a point
- 3 043877 пересечения оси с криволинейной поверхностью между осью и плоскостью, касательной к криволинейной поверхности в указанной точке пересечения.- 3 043877 intersection of an axis with a curved surface between the axis and a plane tangent to the curved surface at the specified intersection point.
Устройство LiDAR выполнено и установлено в транспортном средстве с возможностью излучения ИК-луча с центром на оси (i0) падения, пересекающей внутреннюю поверхность (1i) прозрачной панели (1) остекления под углом (φ+θ) падения к нормали к внутренней поверхности (1i), который проходит сквозь прозрачную панель (1) остекления и распространяется во внешней среде вдоль траектории с центром на оси (ir) преломления, образующей угол α с нормалью к наружной поверхности (1о).The LiDAR device is made and installed in a vehicle with the ability to emit an IR beam centered on the axis (i0) of incidence intersecting the inner surface (1i) of the transparent glazing panel (1) at an angle (φ+θ) of incidence to the normal to the inner surface (1i ), which passes through the transparent glazing panel (1) and spreads in the external environment along a trajectory centered on the axis (ir) of refraction, forming an angle α with the normal to the outer surface (1o).
На фиг. 2 изображен пример устройства LiDAR, установленного за прозрачной панелью (1) остекления (например, ветровым стеклом) транспортного средства согласно известному уровню техники и выполненного с возможностью распространения ИК-луча во внешнюю среду вдоль траектории с центром на горизонтальной (т.е. указывающей на горизонт) оси (ir) преломления. Понятно, что если ветровое стекло снабжено нагреваемым покрытием, то часть, в которой будет расположено LiDAR, не будет содержать указанное покрытие. Так как прозрачная панель (1) остекления образует угол α1 наклона с вертикальным направлением, а ось (ir) преломления является горизонтальной, последняя образует с наружной поверхностью прозрачной панели остекления угол α=α1. С учетом показателя (n1) преломления прозрачной панели остекления для достижения образования осью (ir) преломления угла α=α1 с наружной поверхностью, ось (i0) падения должна образовывать угол (φ+θ)=α=α1 падения.In fig. 2 shows an example of a LiDAR device installed behind a transparent glazing panel (1) of a vehicle according to the prior art and configured to propagate an IR beam into the external environment along a path centered on the horizontal (i.e. pointing towards horizon) axis (ir) of refraction. It is clear that if the windshield is equipped with a heated coating, then the part in which the LiDAR will be located will not contain the specified coating. Since the transparent glazing panel (1) forms an inclination angle α1 with the vertical direction, and the refraction axis (ir) is horizontal, the latter forms an angle α=α1 with the outer surface of the transparent glazing panel. Taking into account the refractive index (n1) of the transparent glazing panel, in order for the axis (ir) to form an angle of refraction α=α1 with the outer surface, the incidence axis (i0) must form an angle (φ+θ)=α=α1 of incidence.
На фиг. 1(е) на график нанесена фракция падающего излучения, отраженного поверхностью прозрачной панели остекления с показателем преломления n3>1 (= коэффициент отражения) в функции от угла φ падения, образованного падающим излучением с поверхностью, согласно закону Френеля. Видно, что коэффициент отражения резко увеличивается при углах падения порядка 50° и более. Учитывая то, что ветровое стекло может образовывать угол α1 наклона порядка 60-70° в зависимости от конструкции транспортного средства, проблема коэффициента отражения становится критической.In fig. 1(e) plots the fraction of incident radiation reflected by the surface of a transparent glazing panel with refractive index n3>1 (= reflectance) as a function of the angle φ of incidence formed by the incident radiation with the surface, according to Fresnel's law. It can be seen that the reflection coefficient increases sharply at angles of incidence of the order of 50° or more. Considering that the windshield can form an angle α1 of inclination of the order of 60-70° depending on the design of the vehicle, the problem of reflection coefficient becomes critical.
Высокие уровни коэффициента отражения являются особенно критическими для твердотельных LiDAR, приводя к множеству лучей с низкой энергией.High reflectance levels are especially critical for solid-state LiDAR, resulting in many low-energy beams.
Для уменьшения коэффициента отражения ИК-излучений, излучаемых устройством (2) LiDAR, в настоящем изобретении предложено соединение устройства (2) LiDAR с внутренней поверхностью (1i) панели (1) остекления, например прозрачной для видимого света панели остекления, посредством противоотражательного элемента (3). Противоотражательный элемент (3) изготовлен из материала с показателем n3 преломления и имеет средний коэффициент (k) поглощения в диапазоне длины волны от 750 до 1650 нм менее 5 м-1 (т.е. k<5 м-1), предпочтительно менее 3 м-1 (т.е. k<3 м-1), более предпочтительно менее 1 м-1 (т.е. k<1 м-1).To reduce the reflectivity of IR radiation emitted by the LiDAR device (2), the present invention proposes connecting the LiDAR device (2) to the inner surface (1i) of a glazing panel (1), for example a visible-light transparent glazing panel, by means of an anti-reflection element (3 ). The anti-reflective element (3) is made of a material with refractive index n3 and has an average absorption coefficient (k) in the wavelength range from 750 to 1650 nm of less than 5 m -1 (i.e. k<5 m -1 ), preferably less than 3 m -1 (ie k<3 m -1 ), more preferably less than 1 m -1 (ie k<1 m -1 ).
Противоотражательный элемент (3) содержит граничную поверхность (31), соединенную в непосредственном контакте с внутренней поверхностью (1i) прозрачной для ИК-излучения панели (1) остекления, и поверхность (32), соединенную с устройством (2) LiDAR. Поверхность (32) образует с граничной поверхностью (31) угол θ клина. Нормаль к поверхности (32) образует угол φ с осью (i0) падения, где φ составляет от -30 до +30°, предпочтительно от -10 до +10°, более предпочтительно от -5 до +5°, и угол φ наиболее предпочтительно равен 0°, т.е. ось (i0) падения наиболее предпочтительно является нормальной к поверхности (32). Ось (i0) падения образует угол (φ+θ) с внутренней поверхностью (1i) прозрачной панели остекления. Как было рассмотрено выше в отношении фиг. 2, на которой изображен известный уровень техники, для горизонтальной оси (ir) преломления угол φ падения между осью (i0) падения и внутренней поверхностью (1i) равен углу α1 наклона прозрачной панели (1) остекления, который для ветрового стекла обычно имеет порядок от 50 до 70°. За счет расположения противоотражательного элемента (3) между устройством (2) LiDAR и прозрачной для ИК-излучения панелью (1) остекления, угол падения становится просто (φ+θ)-θ=φ<(φ+θ), что меньше угла падения (φ+θ) (= α1 для горизонтальной оси (ir) преломления), необходимого в отсутствие противоотражательного элемента (3) (ср. фиг. 2). В предпочтительном варианте осуществления, изображенном на фиг. 3(с)-3(е), угол φ падения оси (i0) падения с поверхностью (32) равен нулю. Введение в кривую коэффициента отражения на фиг. 1(е) угла (φ+θ)=α1^60-70° падения, являющегося примером известного уровня техники, и угла φ<(φ+θ) падения, предпочтительно φ=0, являющегося примером настоящего изобретения, и сравнение на этой кривой показывает, насколько можно уменьшить фракцию излучения, отраженного на поверхность (32), таким образом, обеспечивая возможность пропускания большей фракции инфракрасной энергии сквозь прозрачную для ИК-излучения панель (1) остекления. За счет этого увеличивается эффективность данных, предоставляемых устройством LiDAR, и обеспечивается более высокая четкость и правильность геометрий и положений препятствий, обнаруженных в пределах поля обзора (FOV) устройства LiDAR.The anti-reflective element (3) contains a boundary surface (31) connected in direct contact with the inner surface (1i) of the IR-transparent glazing panel (1), and a surface (32) connected to the LiDAR device (2). Surface (32) forms a wedge angle θ with the boundary surface (31). The normal to the surface (32) forms an angle φ with the axis (i0) of incidence, where φ is from -30 to +30°, preferably from -10 to +10°, more preferably from -5 to +5°, and the angle φ is most preferably equal to 0°, i.e. the axis of incidence (i0) is most preferably normal to the surface (32). The axis (i0) of incidence forms an angle (φ+θ) with the inner surface (1i) of the transparent glazing panel. As discussed above with respect to FIG. 2, which shows the prior art, for the horizontal axis (ir) of refraction, the angle φ of incidence between the axis (i0) of incidence and the inner surface (1i) is equal to the angle α1 of inclination of the transparent glazing panel (1), which for a windshield is usually of the order of 50 to 70°. Due to the location of the anti-reflective element (3) between the LiDAR device (2) and the glazing panel (1) transparent to IR radiation, the angle of incidence becomes simply (φ+θ)-θ=φ<(φ+θ), which is less than the angle of incidence (φ+θ) (= α1 for the horizontal axis (ir) of refraction), necessary in the absence of an anti-reflection element (3) (cf. Fig. 2). In the preferred embodiment shown in FIG. 3(c)-3(e), the angle φ of the incidence axis (i0) with the surface (32) is zero. Introduction to the reflectance curve in FIG. 1(e) angle (φ+θ)=α1^60-70° of incidence, which is an example of the prior art, and angle φ<(φ+θ) of incidence, preferably φ=0, which is an example of the present invention, and comparison on this The curve shows how much the fraction of radiation reflected onto the surface (32) can be reduced, thus allowing a greater fraction of infrared energy to pass through the glazing panel (1), transparent to infrared radiation. This increases the efficiency of the data provided by the LiDAR device and provides greater clarity and accuracy of the geometries and positions of obstacles detected within the field of view (FOV) of the LiDAR device.
Панель (1) остекления и внутренняя средаGlazing panel (1) and interior environment
Внутренняя среда транспортного средства представляет собой любое пространство, отделенное от внешней среды панелью (1) остекления. Например, внутренняя среда может представлять собой внутреннюю кабину транспортного средства, а прозрачная панель (1) остекления, или более предпочтительно прозрачная для света панель остекления, может представлять собой переднее ветровое стекло, заднееThe internal environment of a vehicle is any space separated from the external environment by a glazing panel (1). For example, the interior environment may be an interior cabin of a vehicle, and the transparent glazing panel (1), or more preferably a light transparent glazing panel, may be a front windshield, a rear
- 4 043877 окно или одно или несколько боковых окон. Внутренняя среда также может представлять собой внутреннюю часть блока переднего или заднего фонаря, а прозрачная для ИК-излучения панель (1) остекления может представлять собой крышку блока фонаря.- 4 043877 window or one or more side windows. The interior environment may also be the interior of the front or rear light assembly, and the IR transparent glass panel (1) may be the cover of the light assembly.
Панель (1) остекления имеет показатель n1 преломления и средний коэффициент (k) поглощения в диапазоне длины волны от 750 до 1650 нм менее 5 м-1 (т.е. k<5 м-1), предпочтительно менее 3 м-1 (т.е. k<3 м-1), более предпочтительно менее 1 м-1 (т.е. k<1 м-1). Показатель n1 преломления прозрачной панели остекления предпочтительно составляет от 1,3 до 1,7, более предпочтительно от 1,4 до 1,6, наиболее предпочтительно от 1,45 до 1,55.The glazing panel (1) has a refractive index n1 and an average absorption coefficient (k) in the wavelength range from 750 to 1650 nm less than 5 m -1 (i.e. k<5 m -1 ), preferably less than 3 m -1 ( ie k<3 m -1 ), more preferably less than 1 m -1 (ie k<1 m -1 ). The refractive index n1 of the transparent glazing panel is preferably 1.3 to 1.7, more preferably 1.4 to 1.6, most preferably 1.45 to 1.55.
Коэффициент (k) поглощения определяют следующим образом. Количество энергии I излучения, пропущенного сквозь прозрачную панель остекления, уменьшается с толщиной прозрачной панели остекления в геометрической прогрессии. В (I/I0)=-kd, где I0 -энергия падающего излучения, I - энергия пропущенного излучения, d - толщина прозрачной панели остекления, сквозь которую проходит излучение, и k определен как коэффициент поглощения. Среднее значение коэффициента (k) поглощения определяется как среднее значение коэффициентов (k) поглощения, измеренных во всем диапазоне длины волны от 750 до 1650 нм. Если LiDAR излучает более узкий диапазон длины волны, ясно, что средний коэффициент (k) поглощения может быть измерен только в этом более узком диапазоне.The absorption coefficient (k) is determined as follows. The amount of radiation energy I transmitted through a transparent glazing panel decreases exponentially with the thickness of the transparent glazing panel. B (I/I0)=-kd, where I0 is the energy of the incident radiation, I is the energy of the transmitted radiation, d is the thickness of the transparent glazing panel through which the radiation passes, and k is defined as the absorption coefficient. The average absorption coefficient (k) is defined as the average value of the absorption coefficients (k) measured over the entire wavelength range from 750 to 1650 nm. If LiDAR emits a narrower wavelength range, it is clear that the average absorption coefficient (k) can only be measured over this narrower range.
Для всей прозрачной панели (1) остекления не требуется наличие среднего коэффициента (k) поглощения в диапазоне длины волны от 750 до 1650 нм менее 5 м-1 (т.е. k<5 м-1). Достаточно того, чтобы низкий коэффициент (k) поглощения имела часть прозрачной панели (1) остекления, пересекающаяся с ИК-излучением, излучаемым LiDAR. Это важно в случае, когда прозрачная панель остекления представляет собой ветровое стекло. Для уменьшения нагрева внутренней кабины транспортного средства солнечным светом, попадающим сквозь ветровое стекло, ветровые стекла часто обрабатывают слоем инфракрасного фильтра. Этот слой инфракрасного фильтра является нежелательным на участке, где сквозь ветровое стекло проходит ИК-луч устройства LiDAR. Для увеличения пропускания ИК-излучений, излучаемых LiDAR сквозь ветровое стекло, достаточно освободить этот участок от слоя ИК-фильтра и нанести слой ИК-фильтра на остальной площади ветрового стекла с целью поглощения тепла солнечных лучей, пропущенных сквозь ветровое стекло.The entire transparent glazing panel (1) does not require an average absorption coefficient (k) in the wavelength range from 750 to 1650 nm of less than 5 m -1 (ie k<5 m -1 ). It is sufficient that the part of the transparent glazing panel (1) intersecting with the IR radiation emitted by the LiDAR has a low absorption coefficient (k). This is important when the transparent glazing panel is a windshield. To reduce the heating of a vehicle's interior by sunlight entering through the windshield, windshields are often treated with a layer of infrared filter. This IR filter layer is undesirable in the area where the LiDAR device's IR beam passes through the windshield. To increase the transmission of IR radiation emitted by LiDAR through the windshield, it is enough to remove this area from the IR filter layer and apply a layer of IR filter to the rest of the windshield area in order to absorb the heat of the sun's rays transmitted through the windshield.
Внутренняя поверхность (1i) прозрачной панели остекления образует с вертикальным направлением угол α1 наклона более 10° (α1>10°), обычно более 50 или 60° и даже более 70°. В предпочтительном варианте осуществления прозрачная панель (1) остекления имеет по существу постоянную толщину (d1), и, таким образом, внутренняя поверхность (1i) параллельна наружной поверхности (1о). Эта ситуация встречается в механических транспортных средствах в подавляющем большинстве случаев и представляет собой ситуацию, изображенную на фигурах.The inner surface (1i) of the transparent glazing panel forms an angle α1 of inclination with the vertical direction of more than 10° (α1>10°), usually more than 50 or 60° and even more than 70°. In a preferred embodiment, the transparent glazing panel (1) has a substantially constant thickness (d1), and thus the inner surface (1i) is parallel to the outer surface (1o). This situation occurs in motor vehicles in the vast majority of cases and is the situation depicted in the figures.
Панель (1) остекления может представлять собой плоское стекло или стекло, имеющее одинарную или двойную кривизну. Как изображено на фиг. 5, угол между осью (ir, i0) и поверхностью, выбранной из внутренней поверхности (1i) и наружной поверхности (1о) прозрачной панели остекления, имеющей одинарную или двойную кривизну, измеряют относительно плоскости, касательной к поверхности в точке пересечения между осью и поверхностью.The glazing panel (1) may be flat glass or glass having single or double curvature. As shown in FIG. 5, the angle between the axis (ir, i0) and a surface selected from the inner surface (1i) and the outer surface (1o) of a transparent glazing panel having single or double curvature is measured relative to a plane tangent to the surface at the intersection point between the axis and the surface .
Как изображено на фиг. 6, панель (1) остекления может представлять собой переднее ветровое стекло, заднее окно или боковое окно, и все они отделяют внешнюю среду от внутренней кабины транспортного средства. Панель остекления также может представлять собой крышку блока переднего или заднего фонаря или блока бокового фонаря, отделяющую внешнюю среду от внутреннего объема блока фонаря.As shown in FIG. 6, the glazing panel (1) may be a front windshield, a rear window or a side window, all of which separate the outside environment from the interior cabin of the vehicle. The glazing panel may also be a cover for a front or rear light unit or a side light unit, separating the outside environment from the interior of the light unit.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения панель остекления представляет собой многослойную панель остекления. Многослойная панель остекления требуется, например, для ветрового стекла по причинам безопасности. Однако многослойная панель остекления может использоваться для заднего и бокового окон. Многослойные стекла является более стойкими к растрескиванию при ударе. Как схематически показано на фиг. 7(а) и 7(d), многослойные стеклянные панели остекления получают путем образования ламината из по меньшей мере первой и второй стеклянных панелей (11, 12) остекления, разделенных по меньшей мере одним промежуточным слоем (1р) термопластичного клея. Промежуточный слой (1р) клея может обеспечивать другие функции помимо адгезии за счет включения в его состав одного или нескольких из поглотителя или отражателя инфракрасного излучения, поглотителя ультрафиолетового излучения, антиоксиданта, светостабилизатора, красителя и т.п. для фильтрации нежелательных длин волн, улучшения теплоизоляции, тонирования.According to one embodiment of the present invention, the glazing panel is a multi-layer glazing panel. A multilayer glazing panel is required, for example, for a windshield for safety reasons. However, laminated glass panel can be used for rear and side windows. Laminated glass is more resistant to cracking on impact. As schematically shown in FIG. 7(a) and 7(d), laminated glass glazing panels are produced by forming a laminate of at least first and second glass glazing panels (11, 12) separated by at least one intermediate layer (1p) of thermoplastic adhesive. The intermediate layer (1p) of the adhesive may provide functions other than adhesion by including one or more of an infrared absorber or reflector, an ultraviolet absorber, an antioxidant, a light stabilizer, a dye, and the like. for filtering unwanted wavelengths, improving thermal insulation, tinting.
Первая и вторая стеклянные панели (11, 12) остекления могут представлять собой любую стеклянную панель остекления, используемую в автомобильной промышленности.The first and second glass glazing panels (11, 12) may be any glass glazing panel used in the automotive industry.
Предпочтительно базовый состав стекла согласно настоящему изобретению характеризуется общим содержанием, выраженным в весовых процентах стекла:Preferably, the base glass composition of the present invention is characterized by a total content, expressed in percentage by weight of glass:
- 5 043877- 5 043877
SiO2 55-85 %;SiO 2 55-85%;
АЬОз 0-30%;AlO3 0-30%;
B2O3 0-20 %;B2O3 0-20%;
Na2O 0-25%;Na 2 O 0-25%;
CaO 0-20 %;CaO 0-20%;
MgO 0-15%;MgO 0-15%;
K2O 0-20 %;K2O 0-20%;
BaO 0-20 %.BaO 0-20%.
Более предпочтительно базовый состав стекла согласно настоящему изобретению характеризуется содержанием, выраженным в процентных долях в пересчете на общий вес стекла:More preferably, the base glass composition of the present invention is characterized by the content, expressed as a percentage based on the total weight of the glass:
SiO2 55-78 %;SiO 2 55-78%;
А120з 0-18%;A1 2 0з 0-18%;
В2О3 0-18%;B 2 O 3 0-18%;
Na2O 0-20%;Na 2 O 0-20%;
СаО 0-1 5 %;CaO 0-1 5%;
MgO 0-10%;MgO 0-10%;
К2О 0-10%;K 2 O 0-10%;
ВаО 0-5 %.BaO 0-5%.
Более предпочтительно по причинам более низких производственных затрат по меньшей мере один лист стекла согласно настоящему изобретению изготовлен из натриево-кальциевого стекла. Преимущественно согласно этому варианту осуществления базовый состав стекла характеризуется содержанием, выраженным в процентных долях в пересчете на общий вес стекла:More preferably, for reasons of lower manufacturing costs, at least one sheet of glass according to the present invention is made from soda-lime glass. Advantageously, according to this embodiment, the base composition of the glass is characterized by the content, expressed as a percentage based on the total weight of the glass:
S1O2 60-75 %;S1O2 60-75%;
AI2O3 0-6 %;AI2O3 0-6%;
В20з 0-4 %;In 2 0z 0-4%;
|СаО 0-15%;|CaO 0-15%;
MgO 0-10%;MgO 0-10%;
Na2O 5-20%;Na 2 O 5-20%;
К2О 0-10%;K 2 O 0-10%;
ВаО 0-5 %.BaO 0-5%.
В дополнение к своему базовому составу стекло может содержать другие компоненты, адаптированные в соответствии с природой и величиной необходимого эффекта.In addition to its basic composition, glass may contain other components adapted according to the nature and magnitude of the desired effect.
Решение, предложенное в настоящем изобретении для получения очень прозрачного стекла в высоком инфракрасном (IR) излучении, которое слабо влияет или не влияет на его эстетические свойства или цвет, заключается в объединении в составе стекла низкого количества железа и хрома в диапазоне определенных содержаний.The solution proposed in the present invention for obtaining highly transparent glass in high infrared (IR) radiation, which has little or no effect on its aesthetic properties or color, is to combine low amounts of iron and chromium in the glass composition within a range of certain contents.
Таким образом, согласно первому варианту осуществления лист стекла предпочтительно имеет состав, который характеризуется содержанием, выраженным в процентных долях в пересчете на общий вес стекла:Thus, according to the first embodiment, the glass sheet preferably has a composition that is characterized by a content, expressed as a percentage based on the total weight of the glass:
Общее содержание Fe (в пересчете на Ге20з) 0,002-0,06 %Total Fe content (in terms of Ge 2 03) 0.002-0.06%
Сг2О3 0,0001-0,06 %.Cr 2 O 3 0.0001-0.06%.
Такие составы стекла, сочетающие низкие уровни железа и хрома, показали особенно хорошие характеристики в отношении отражения инфракрасного излучения и проявляют высокую прозрачность в видимом свете и малозаметный оттенок, сходные со стеклом, называемым сверхпрозрачным. Эти составы описаны в международных заявках WO 2014128016 A1, WO 2014180679 А1, WO 2015011040 А1, WO 2015011041 А1, WO 2015011042 А1, WO 2015011043 А1 и WO 2015011044 А1, которые включены посредством ссылки в настоящую заявку. Согласно этому первому конкретному варианту осуществления состав предпочтительно характеризуется содержанием хрома (в пересчете на Cr2O3) от 0,002 до 0,06% по весу от общего веса стекла. Такое содержание хрома позволяет дополнительно улучшить отражение инфракрасного излучения.Such glass compositions, combining low levels of iron and chromium, have shown particularly good infrared reflectance properties and exhibit high visible light transparency and low-observable tint similar to glass called ultra-clear glass. These compositions are described in international applications WO 2014128016 A1, WO 2014180679 A1, WO 2015011040 A1, WO 2015011041 A1, WO 2015011042 A1, WO 2015011043 A1 and WO 2015011044 A1, which are incorporated by reference into this application. According to this first specific embodiment, the composition preferably has a chromium content (in terms of Cr 2 O 3 ) of 0.002 to 0.06% by weight of the total weight of the glass. This chromium content further improves the reflection of infrared radiation.
Согласно второму варианту осуществления лист стекла имеет состав, который характеризуется содержанием, выраженным в процентных долях в пересчете на общий вес стекла:According to a second embodiment, the glass sheet has a composition characterized by its content, expressed as a percentage based on the total weight of the glass:
общее содержание Fe (в пересчете на Fe2O3) 0,002-0,06 %;total Fe content (in terms of Fe2O3) 0.002-0.06%;
Сг2ОЗ 0,0015-1%;Cr2OZ 0.0015-1%;
Со 0,0001-1 %.From 0.0001-1%.
- 6 043877- 6 043877
Такие составы стекла на основе хрома и кобальта показали особенно хорошие характеристики в отношении отражения инфракрасного излучения, при этом предоставляя интересные возможности в отношении эстетических характеристик/цвета (от нейтрального синеватого до насыщенной окраски или даже непрозрачности). Такие составы описаны в заявке на европейский патент № 13198454.4, включенной посредством ссылки в настоящий документ.Such chromium-cobalt glass compositions have shown particularly good performance in terms of infrared reflectivity, while offering interesting possibilities in terms of aesthetic performance/color (from neutral bluish to richly colored or even opaque). Such compositions are described in European Patent Application No. 13198454.4, incorporated by reference herein.
Согласно третьему варианту осуществления листы стекла имеют состав, который характеризуется содержанием, выраженным в процентных долях в пересчете на общий вес стекла:According to a third embodiment, the glass sheets have a composition characterized by the content, expressed as a percentage based on the total weight of the glass:
общее содержание железа (в пересчете на Fe2O3) 0,02-1 %;total iron content (in terms of Fe2O3) 0.02-1%;
Сг2ОЗ 0,002-0,5 %;Cr2OZ 0.002-0.5%;
Со 0,0001-0,5 %.From 0.0001-0.5%.
Предпочтительно согласно этому варианту осуществления состав предусматривает:Preferably, according to this embodiment, the composition comprises:
0,06% < общее содержание железа < 1%.0.06% < total iron content < 1%.
Такие составы на основе хрома и кобальта используются для получения цветных стеклянных листов в сине-зеленом диапазоне, которые сопоставимы в отношении цвета и светопропускаемости с синими и зелеными стеклами на рынке, но с особенно хорошими характеристиками в отношении отражения инфракрасного излучения. Такие составы описаны в заявке на европейский патент EP 15172780.7 и включены посредством ссылки в настоящую заявку.Such chromium and cobalt based compositions are used to produce colored glass sheets in the blue-green range, which are comparable in terms of color and light transmittance to blue and green glasses on the market, but with particularly good infrared reflectance properties. Such compositions are described in European patent application EP 15172780.7 and are incorporated by reference into the present application.
Согласно четвертому варианту осуществления лист стекла имеет состав, который характеризуется содержанием, выраженным в процентных долях в пересчете на общий вес стекла:According to a fourth embodiment, the glass sheet has a composition characterized by the content, expressed as a percentage based on the total weight of the glass:
общее содержание железа (в пересчете на Fe2O3) 0,002-1 %;total iron content (in terms of Fe2O3) 0.002-1%;
Сг2ОЗ 0,001-0,5%;Cr2OZ 0.001-0.5%;
Со 0,0001-0,5 %;Co 0.0001-0.5%;
Se 0,0003-0,5 %.Se 0.0003-0.5%.
Такие составы стекла на основе хрома, кобальта и селена показали особенно хорошие характеристики в отношении отражения инфракрасного излучения, при этом обеспечивая интересные возможности в отношении эстетических характеристик/цвета (от нейтрального серого до слегка насыщенной окраски в серо-бронзовом диапазоне). Такие составы описаны в заявке на европейский патент ЕР 15172779.9 и включены посредством ссылки в настоящую заявку.Such glass compositions based on chromium, cobalt and selenium have shown particularly good performance in terms of infrared reflectance, while offering interesting possibilities in terms of aesthetic characteristics/color (from neutral gray to slightly saturated colors in the gray-bronze range). Such compositions are described in European patent application EP 15172779.9 and are incorporated by reference into the present application.
Согласно первому альтернативному варианту осуществления лист стекла имеет состав, который характеризуется содержанием, выраженным в процентных долях в пересчете на общий вес стекла:According to a first alternative embodiment, the sheet of glass has a composition characterized by its content, expressed as a percentage based on the total weight of the glass:
общее содержание железа (в пересчете на Fe2O3) 0,002-0,06 %;total iron content (in terms of Fe2O3) 0.002-0.06%;
СеО2 0,001-1 %.CeO2 0.001-1%.
Такие составы описаны в заявке на европейский патент № 13193345.9, включенной посредством ссылки в настоящий документ.Such compositions are described in European Patent Application No. 13193345.9, incorporated by reference herein.
Согласно еще одному альтернативному варианту осуществления стекло имеет состав, который характеризуется содержанием, выраженным в процентных долях в пересчете на общий вес стекла:According to yet another alternative embodiment, the glass has a composition that is characterized by its content, expressed as a percentage based on the total weight of the glass:
общее содержание железа (в пересчете на Fe2O3) 0,002-0,06 %;total iron content (in terms of Fe2O3) 0.002-0.06%;
и один из следующих компонентов:and one of the following:
марганец (в пересчете на MnO) в количестве в диапазоне от 0,01 до 1% по весу;manganese (in terms of MnO) in an amount ranging from 0.01 to 1% by weight;
сурьма (в пересчете на Sb2O3) в количестве в диапазоне от 0,01 до 1% по весу;antimony (in terms of Sb 2 O 3 ) in an amount in the range from 0.01 to 1% by weight;
мышьяк (в пересчете на As2O3) в количестве в диапазоне от 0,01 до 1 % по весу или медь (в пересчете на CuO) в количестве в диапазоне от 0,0002 до 0,1% по весу.arsenic (in terms of As 2 O 3 ) in an amount in the range from 0.01 to 1% by weight or copper (in terms of CuO) in an amount in the range from 0.0002 to 0.1% by weight.
Такие составы описаны в заявке на европейский патент № 14167942.3, включенной посредством ссылки в настоящий документ.Such compositions are described in European Patent Application No. 14167942.3, incorporated by reference herein.
Согласно настоящему изобретению автомобильное остекление может иметь форму плоских листов. Остекление может быть изогнутым. Это обычно касается автомобильного остекления, такого как задние окна, боковые окна или крыши, или в особенности ветровые стекла.According to the present invention, automotive glazing may be in the form of flat sheets. Glazing can be curved. This usually applies to automotive glazing such as rear windows, side windows or roofs, or especially windshields.
Такой лист стекла имеет очень высокий коэффициент пропускания для ИК-излучения, используемого устройствами обнаружения LiDAR в механических транспортных средствах. В случае ветрового стекла, ветровое стекло может быть снабжено по меньшей мере одним слоем для поглощения или отражения инфракрасных излучений за исключением области, в которой должен быть расположен LiDAR.This sheet of glass has a very high transmittance for the IR radiation used by LiDAR detection devices in motor vehicles. In the case of a windshield, the windshield may be provided with at least one layer to absorb or reflect infrared radiation except in the area in which the LiDAR is to be located.
Для крышек блоков переднего или заднего фонаря панель (1) остекления может быть изготовлена из прозрачного полимера или стекла, например, имеющего состав, перечисленный выше в отношении ветрового стекла.For front or rear light unit covers, the glazing panel (1) can be made of a transparent polymer or glass, for example having the composition listed above for the windshield.
- 7 043877- 7 043877
Устройство (2) LiDARDevice (2) LiDAR
Настоящее изобретение не ограничено устройством LiDAR какого-либо конкретного типа при условии, что оно излучает в диапазоне длины волны от 750 до 1650 нм. Согласно настоящему изобретению предпочтительными являются твердотельные устройства LiDAR. Твердотельные устройства LiDAR устанавливаются на электронном чипе и имеют небольшие размеры. В одном варианте осуществления он может быть соединен с поверхностью (32) противоотражательного элемента при помощи клея (например, смолы или двусторонней клейкой ленты) или механических средств, например, при помощи крышки, фиксирующей чип на месте.The present invention is not limited to any particular type of LiDAR device as long as it emits in the wavelength range of 750 nm to 1650 nm. According to the present invention, solid-state LiDAR devices are preferred. Solid-state LiDAR devices are mounted on an electronic chip and are small in size. In one embodiment, it may be bonded to the surface (32) of the anti-reflective element using an adhesive (eg, resin or double-sided adhesive tape) or mechanical means, such as a cap that locks the chip in place.
Ориентация оси (ir) преломления зависит от конкретных применений. Однако во многих применениях ось (ir) преломления может быть по существу горизонтальной, указывающей на горизонт. Ось (ir) преломления образует с нормалью к наружной поверхности (1о) прозрачной панели остекления угол α, который может находиться в пределах ±5% угла α1 наклона прозрачной панели остекления (т.е. α=α1 (1±5%)), предпочтительно α=α1. В этом случае ось (ir) преломления является горизонтальной. Как обсуждено выше, угол α1 наклона прозрачной панели остекления предпочтительно составляет от 50 до 70°.The orientation of the axis (ir) of refraction depends on specific applications. However, in many applications the axis of refraction (ir) may be substantially horizontal, pointing toward the horizon. The axis (ir) of refraction forms an angle α with the normal to the outer surface (1o) of the transparent glazing panel, which can be within ±5% of the angle α1 of inclination of the transparent glazing panel (i.e. α=α1 (1±5%)), preferably α=α1. In this case, the axis (ir) of refraction is horizontal. As discussed above, the inclination angle α1 of the transparent glazing panel is preferably 50 to 70°.
Противоотражательный элемент (3)Anti-reflective element (3)
Противоотражательный элемент (3) изготовлен из прозрачного для ИК-излучения материала с показателем n3 преломления. В отношении панели (1) остекления, прозрачный для ИК-излучения материал означает материал, имеющий средний коэффициент (k) поглощения в диапазоне длины волны от 750 до 1650 нм менее 5 м-1 (т.е. k<5 м-1), предпочтительно менее 3 м-1 (т.е. k<3 м-1), более предпочтительно менее 1 м-1 (т.е. k<1 м-1). Чем ниже значение коэффициента поглощения, тем выше фракция падающей энергии I0, пропущенной сквозь противоотражательный элемент (3).The anti-reflective element (3) is made of a material transparent to IR radiation with refractive index n3. With respect to the glazing panel (1), IR transparent material means a material having an average absorption coefficient (k) in the wavelength range from 750 to 1650 nm of less than 5 m -1 (i.e. k<5 m -1 ) , preferably less than 3 m -1 (ie k<3 m -1 ), more preferably less than 1 m -1 (ie k<1 m -1 ). The lower the value of the absorption coefficient, the higher the fraction of incident energy I0 passed through the anti-reflective element (3).
Граничная поверхность (31) противоотражательного элемента (3) соединена в непосредственном контакте с внутренней поверхностью (1i) прозрачной для ИК-излучения панели (1) остекления, а поверхность (32) обращена к устройству (2) LiDAR. Сущность настоящего изобретения заключается в том, что поверхность (32) образует с граничной поверхностью (31) угол θ>0 клина. Нормаль к поверхности (32) в точке пересечения с осью (i0) падения образует с осью (i0) падения угол φ<α, где φ составляет от 30 до +30° и предпочтительно равен нулю. Как изображено на фиг. 3(с), угол падения φ=0, т.е. ось (i0) падения является нормальной к поверхности (32), и излучение, пропущенное сквозь противоотражательный элемент, достигает внутренней поверхности прозрачной для ИК-излучения панели остекления под таким же углом θ, что и угол клина, образованный между граничной поверхностью и поверхностями (31, 32).The boundary surface (31) of the anti-reflection element (3) is connected in direct contact with the inner surface (1i) of the IR-transparent glazing panel (1), and the surface (32) faces the LiDAR device (2). The essence of the present invention lies in the fact that the surface (32) forms a wedge angle θ>0 with the boundary surface (31). The normal to the surface (32) at the point of intersection with the axis (i0) of incidence forms an angle φ<α with the axis (i0) of incidence, where φ ranges from 30 to +30° and is preferably equal to zero. As shown in FIG. 3(c), angle of incidence φ=0, i.e. the axis (i0) of incidence is normal to the surface (32), and the radiation transmitted through the anti-reflective element reaches the inner surface of the glazing panel transparent to IR radiation at the same angle θ as the wedge angle formed between the boundary surface and the surfaces (31 , 32).
Со ссылкой на фиг. 1(а) падающий луч i0, распространяющийся в воздухе (с показателем преломления n0=1) и пересекающий внутреннюю поверхность (1i) прозрачной для ИК-излучения панели остекления с показателем преломления n1>n0 под углом α падения отклоняется при проникновении сквозь внутреннюю поверхность и сквозь прозрачную поверхность, образуя угол β, характеризующийся законом Снелля, n0 sin a=n1 sin β. По достижении наружной поверхности (1о) прозрачной для ИК-излучения панели (1) остекления луч снова отклоняется, поскольку он проникает в воздух. Поскольку в этом случае также применим закон Снелля, из этого следует, что луч выходит из прозрачной для ИК-излучения панели остекления под таким же углом α, что и угол α падения. Эта ситуация соответствует узлу LiDAR из известного уровня техники, просто закрепленному в горизонтальном направлении спереди прозрачной для ИК-излучения панели остекления, наклоненной с углом α1 наклона.With reference to FIG. 1(a) an incident ray i0 propagating in air (with a refractive index n0=1) and crossing the inner surface (1i) of a glazing panel transparent to IR radiation with a refractive index n1>n0 at an angle α of incidence is deflected when penetrating through the inner surface and through a transparent surface, forming an angle β, characterized by Snell’s law, n0 sin a=n1 sin β. Upon reaching the outer surface (1o) of the IR-transparent glazing panel (1), the beam is again deflected as it penetrates into the air. Since Snell's law also applies in this case, it follows that the beam exits the IR-transparent glazing panel at the same angle α as the angle α of incidence. This situation corresponds to a prior art LiDAR node simply mounted horizontally in front of an IR-transparent glazing panel tilted at a tilt angle α1.
Со ссылкой на фиг. 1(b), если промежуточная панель (3) остекления постоянной толщины (d3) с показателем преломления n3>1 непосредственно соединена с прозрачной для ИК-излучения панелью (1) остекления постоянной толщины (d1), то падающий луч сначала пересекает поверхность промежуточной прозрачной панели остекления под углом φ падения и отклоняется по мере того, как он пересекает промежуточную прозрачную панель остекления под углом φ падения, пока он не достигнет граничной поверхности, образующей границу раздела с внутренней поверхностью (1i) прозрачной панели остекления. В этот момент луч отклоняется на угол β, пока он не достигнет наружной поверхности (1о), и отклоняется на угол α по мере того, как он распространяется в воздухе. Из применения закона Снелля следует, что угол падения φ=α (n0 sin Ф=пЗ sin φ=n1 sin e=n0 sin α ο φ=α.With reference to FIG. 1(b), if an intermediate glazing panel (3) of constant thickness (d3) with a refractive index n3>1 is directly connected to an IR-transparent glazing panel (1) of constant thickness (d1), then the incident ray first intersects the surface of the intermediate transparent glazing panel at an angle φ of incidence and deflects as it crosses the intermediate transparent glazing panel at an angle φ of incidence until it reaches a boundary surface forming an interface with the inner surface (1i) of the transparent glazing panel. At this point, the beam is deflected by an angle β until it reaches the outer surface (1o), and deflected by an angle α as it propagates through the air. From the application of Snell's law it follows that the angle of incidence φ=α (n0 sin Ф=пЗ sin φ=n1 sin e=n0 sin α ο φ=α.
Co ссылкой на фиг. 1(с), если промежуточная прозрачная панель остекления представляет собой противоотражательный элемент (3) с граничной поверхностью (31), образующей угол θ клина с поверхностью (32), закон Снелля также применим, но в этом случае φ<α. Эта ситуация соответствует конфигурациям, изображенным на фиг. 3(а) и 3(b).With reference to FIG. 1(c), if the intermediate transparent glazing panel is an anti-reflection element (3) with a boundary surface (31) forming a wedge angle θ with the surface (32), Snell's law also applies, but in this case φ<α. This situation corresponds to the configurations shown in FIG. 3(a) and 3(b).
Со ссылкой на фиг. 1(d), если φ=0, так что ось (i0) падения является нормальной к поверхности (32) противоотражательного элемента (3), падающий луч не отклоняется при пересечении поверхности (32) и достигает границы раздела между граничной поверхностью (31) и внутренней поверхностью (1i) прозрачной панели остекления под таким же углом θ, что и угол клина, образованный между граничной поверхностью (31) и поверхностью (32). При φ=0 ось (i0) падения образует с нормалью к граничной поверхности (31) угол τ, равный углу θ (τ=θ). Угол θ клина можно легко оценить в функции от требуемой ориентации оси (ir) преломления как sin θ=(n0/n3) sin α, и при n0=1 для воздуха sin θ=(1/n3) sin α.With reference to FIG. 1(d), if φ=0, so that the axis (i0) of incidence is normal to the surface (32) of the anti-reflection element (3), the incident ray is not deflected when crossing the surface (32) and reaches the interface between the boundary surface (31) and the inner surface (1i) of the transparent glazing panel at the same angle θ as the wedge angle formed between the boundary surface (31) and the surface (32). At φ=0, the axis (i0) of incidence forms an angle τ with the normal to the boundary surface (31), equal to the angle θ (τ=θ). The wedge angle θ can be easily estimated as a function of the required orientation of the refraction axis (ir) as sin θ=(n0/n3) sin α, and with n0=1 for air sin θ=(1/n3) sin α.
- 8 043877- 8 043877
Угол θ клина между граничной поверхностью (31) и поверхностью (32) может составлять от 10 доThe angle θ of the wedge between the boundary surface (31) and the surface (32) can be from 10 to
50°, предпочтительно от 30 до 40°, более предпочтительно от 33 до 37°.50°, preferably 30 to 40°, more preferably 33 to 37°.
Ясно видно, что с помощью противоотражательного элемента, содержащего граничную поверхность (31) и поверхность (32), которые образуют угол θ клина угол φ падения можно существенно уменьшить по сравнению с углом α в транспортных средствах известного уровня техники, как изображено на фиг. 2 (φ<α), и можно легко установить на φ=0, что дает минимальный коэффициент отражения, как показано на графике на фиг. 1(е). Граничная поверхность (31) необязательно является плоской. Она должна как можно более близко соответствовать геометрии части внутренней поверхности (1i), с которой она образует границу раздела. Если внутренняя поверхность (1i) является криволинейной, как показано на фиг. 3(b) с криволинейным ветровым стеклом и на фиг. 5, то граничная поверхность также должна быть криволинейной для того, чтобы они совместно образовали непосредственную границу раздела. Непосредственная граница раздела является преимущественной для улучшения пропускания ИКизлучения, излучаемого устройством (2) LiDAR.It can be clearly seen that by using an anti-reflection element comprising a boundary surface (31) and a surface (32) that form a wedge angle θ, the incidence angle φ can be significantly reduced compared with the angle α in prior art vehicles, as shown in FIG. 2 (φ<α), and can be easily set to φ=0, which gives the minimum reflectance, as shown in the graph in Fig. 1(e). The boundary surface (31) is not necessarily flat. It should correspond as closely as possible to the geometry of the part of the inner surface (1i) with which it forms an interface. If the inner surface (1i) is curved as shown in FIG. 3(b) with a curved windshield and FIG. 5, then the boundary surface must also be curved in order for them to jointly form a direct interface. The immediate interface is advantageous to improve the transmission of IR radiation emitted by the LiDAR device (2).
Также поверхность 32 может быть неплоской. Ее форма может быть выполнена с возможностью обеспечения нормального падения для каждого светового луча. Один пример изображен на фиг. 7. Все световые лучи из детектора происходят из одной точки. Форма поверхности 32 может быть вогнутой с точечным источником в качестве центра вогнутой окружности. Если для направленных наружу световых лучей имеется несколько точечных источников или имеются чувствительные точки для сбора направленных обратно световых лучей, поверхность 32 может иметь несколько вогнутых и/или выпуклых профилей для соединения в виде одного фрагмента из компонентов или для разделения компонентов при необходимости. Кроме того, поверхность 32 может быть выполнена как имеющая произвольную форму так, чтобы наклон поверхности в каждой точке был рассчитан под нормальное падение световых лучей.Also, surface 32 may not be flat. Its shape can be configured to provide a normal incidence for each light beam. One example is shown in FIG. 7. All light rays from the detector originate from one point. The shape of surface 32 may be concave with a point source as the center of the concave circle. If there are multiple point sources for outward-facing light beams or there are sensitive points for collecting back-facing light beams, the surface 32 may have multiple concave and/or convex profiles for joining together as a single piece of components or for separating components as necessary. In addition, the surface 32 can be configured to have an arbitrary shape so that the inclination of the surface at each point is calculated to correspond to the normal incidence of light rays.
Форма противоотражательного элемента (3) может быть гибкой, например треугольной, трапециевидной, и его верхние и нижние граничные кромки также могут быть гибкими, например плоскими, скругленными, при условии, что граничная поверхность (31) и поверхность (32) образуют угол θ таким образом, что угол j между падающим лазерным лучом i0 и нормалью поверхности (32) меньше α1 и предпочтительно составляет от -30 до 30°, более предпочтительно равен 0.The shape of the anti-reflective element (3) can be flexible, for example triangular, trapezoidal, and its upper and lower boundary edges can also be flexible, for example flat, rounded, provided that the boundary surface (31) and the surface (32) form an angle θ such such that the angle j between the incident laser beam i0 and the surface normal (32) is less than α1 and preferably ranges from -30 to 30°, more preferably equal to 0.
Противоотражательный элемент (3) имеет показатель n3 преломления. Предпочтительно показатель n3 преломления противоотражательного элемента близок, более предпочтительно равен, показателю n1 преломления панели (1) остекления. В частности, n3 может находиться в пределах ±10% от n1 (т.е. n3=n1 (1±5%), предпочтительно n3=n1. Оба показателя преломления n1 и n3 могут составлять от 1,3 до 1,7, предпочтительно от 1,4 до 1,6, более предпочтительно от 1,45 до 1,55. Преимуществом этого варианта осуществления является то, что луч не отклоняется на границе раздела между противоотражательным элементом (3) и панелью (1) остекления. В варианте осуществления угол падения φ=0, так что луч распространяется вдоль оси (i0) падения от его излучения из устройства LiDAR, и в частности твердотельного LiDAR, на всем пути сквозь наружную поверхность наружной поверхности (1о) прозрачной панели (1) остекления.The anti-reflective element (3) has a refractive index n3. Preferably, the refractive index n3 of the anti-reflection element is close to, more preferably equal to, the refractive index n1 of the glazing panel (1). In particular, n3 may be within ±10% of n1 (i.e. n3=n1 (1±5%), preferably n3=n1. Both refractive indices n1 and n3 may be between 1.3 and 1.7, preferably from 1.4 to 1.6, more preferably from 1.45 to 1.55. The advantage of this embodiment is that the beam is not deflected at the interface between the anti-reflection element (3) and the glazing panel (1). implementation, the angle of incidence φ=0, so that the beam propagates along the axis (i0) of incidence from its radiation from the LiDAR device, and in particular solid-state LiDAR, all the way through the outer surface of the outer surface (1o) of the transparent glazing panel (1).
Противоотражательный элемент (3) может быть изготовлен из стекла или полимера. Стекло может представлять собой натриево-кальциевое стекло, боросиликатное стекло, алюмосиликатное стекло или кварцевое стекло. Полимеры могут быть выбраны из одного или нескольких из поливинилбутираля (PVB), полиуретана (PU), полиметилметакрилата (РММА), поликарбоната (PC), кремния оптического качества или их смеси, или сополимера, или комбинации из двух или более из вышеуказанных материалов. Противоотражательный элемент (3) может быть монолитным, т.е. однородным и изготовленным из одного материала или смеси материалов, как обсуждено выше. Альтернативно, он может быть изготовлен из сборки различных элементов (3i) из одного или разных материалов. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения противоотражательный элемент (3) является непрозрачным для видимого света. Термин непрозрачный означает, что пропускание составляет <10%. На фиг. 8 показаны 3 конфигурации согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. На фиг. 8(а) весь противоотражательный элемент (3) изготовлен из материала, прозрачного для ближних ИК-излучений (NIR), но непрозрачного для видимого света. Противоотражательный элемент (3) может быть изготовлен из черного материала, например черного, прозрачного для ИК-излучения стекла, описанного в европейской патентной заявке ЕР1 8194808.4. На фиг. 8(b) и 8(с) противоотражательный элемент (3) частично изготовлен из материала, прозрачного для NIR, но непрозрачного для видимого света. Так, для образования противоотражательного элемента (3) можно использовать материал различных типов. Одним из таких материалов является материал, прозрачный для NIR и прозрачный для видимого света (здесь - материал, прозрачный для NIR), который определен как имеющий коэффициент поглощения менее 5 м-1 в диапазоне длины волны от 750 до 1650 нм. Материал, прозрачный для NIR, но непрозрачный для видимого света, определен как имеющий коэффициент поглощения менее 5 м-1 в диапазоне длины волны от 750 до 1650 нм и имеющий пропускание менее 10% в диапазоне длины волны от 400 до 750 нм, предпочтительно менее 5%, более предпочтительно менее 1%.The anti-reflective element (3) can be made of glass or polymer. The glass may be soda-lime glass, borosilicate glass, aluminosilicate glass or quartz glass. The polymers may be selected from one or more of polyvinyl butyral (PVB), polyurethane (PU), polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), optical grade silicon, or a mixture thereof, or a copolymer, or a combination of two or more of the above materials. The anti-reflective element (3) can be monolithic, i.e. homogeneous and made from a single material or a mixture of materials as discussed above. Alternatively, it can be made from an assembly of different elements (3i) from the same or different materials. In a preferred embodiment of the present invention, the anti-reflective element (3) is opaque to visible light. The term opaque means that the transmittance is <10%. In fig. 8 shows 3 configurations according to embodiments of the present invention. In fig. 8(a) the entire anti-reflective element (3) is made of a material that is transparent to near-infrared radiation (NIR) but opaque to visible light. The anti-reflective element (3) can be made of a black material, for example black, IR-transparent glass, as described in European patent application EP1 8194808.4. In fig. 8(b) and 8(c) the anti-reflective element (3) is partially made of a material that is transparent to NIR but opaque to visible light. Thus, various types of material can be used to form the anti-reflection element (3). One such material is a NIR transparent and visible light transparent material (herein referred to as a NIR transparent material), which is defined as having an absorption coefficient of less than 5 m -1 in the wavelength range from 750 to 1650 nm. A material that is transparent to NIR but opaque to visible light is defined as having an absorbance coefficient of less than 5 m -1 in the wavelength range from 750 to 1650 nm and having a transmittance of less than 10% in the wavelength range from 400 to 750 nm, preferably less than 5 %, more preferably less than 1%.
Независимо от структуры, многослойной или монолитной, противоотражательного элемента (3),Regardless of the structure, multilayer or monolithic, of the anti-reflection element (3),
- 9 043877 граничная поверхность (31) и/или поверхность (32) может быть снабжена дополнительными функциями, такими как покрытие, или путем добавления функциональных материалов между подложкой панели остекления и противоотражательным элементом.- 9 043877 the boundary surface (31) and/or surface (32) can be provided with additional functions, such as a coating, or by adding functional materials between the glazing panel substrate and the anti-reflective element.
Покрытие предпочтительно выбрано из противоотражательного (AR) покрытия, тонированного покрытия, гидрофобного покрытия, противотуманного покрытия, противообледенительного покрытия и/или нагреваемого покрытия.The coating is preferably selected from an anti-reflective (AR) coating, a tinted coating, a hydrophobic coating, an anti-fog coating, an anti-icing coating and/or a heated coating.
Противоотражательное покрытие предпочтительно предусмотрено на поверхности 32 противоотражательного элемента. Противоотражательное покрытие дополнительно улучшает пропускание представляющих интерес длин волн. Противоотражательное покрытие может, например, представлять собой слой на основе пористого диоксида кремния с низким показателем преломления, или оно может состоять из нескольких слоев (пакет), в частности, представлять собой пакет слоев из чередующихся слоев диэлектрического материала, имеющих низкие и высокие показатели преломления, и конечного слоя с низким показателем преломления. Противоотражательное покрытие может, например, представлять собой слой на основе слоя с градиентом показателя преломления, нанесенный, например, методом ионной имплантации. Также можно применять текстурированную поверхность. Во избежание отражения также могут быть использованы методы травления или покрытия. Предпочтительно отражение обработанной поверхности будет уменьшаться от по меньшей мере 1% в пределах соответствующего диапазона длины волны.The anti-reflection coating is preferably provided on the surface 32 of the anti-reflection element. The anti-reflective coating further improves transmission of the wavelengths of interest. The anti-reflective coating may, for example, be a layer of porous silica with a low refractive index, or it may consist of several layers (stack), in particular, a stack of layers of alternating layers of dielectric material having low and high refractive indices, and a final low refractive index layer. The anti-reflection coating may, for example, be a layer based on a refractive index gradient layer, deposited, for example, by ion implantation. You can also use a textured surface. Etching or coating techniques may also be used to avoid reflections. Preferably, the reflectance of the treated surface will be reduced by at least 1% within the corresponding wavelength range.
Тонированное покрытие означает по меньшей мере одно прозрачное для ИК-излучения поглощающее (тонированное) и/или отражающее покрытие с целью скрыть неэстетичный элемент датчика снаружи, обеспечивая при этом хороший уровень эксплуатационных характеристик. Это покрытие может, например, состоять по меньшей мере из одного слоя черной пленки или слоя черной краски, имеющей нулевое (или очень низкое) пропускание в видимом оптическом диапазоне, но имеющей высокую прозрачность в инфракрасном диапазоне, представляющем интерес для применения. Предпочтительно такое покрытие будет демонстрировать значение пропускания в видимом оптическом диапазоне максимум 15% и значение пропускания в диапазоне длины волны от 750 до 1650нм по меньшей мере 85%. Такая краска может быть изготовлена из органических соединений, которые могут достигать пропускания <10% в диапазоне 400-750 нм. Тонированное покрытие также может представлять собой многослойное покрытие, рассчитанное на отражение выборочно в видимом диапазоне с сохранением высокого пропускания ИК-излучений. Таким образом, ставится целью обеспечение некоторых свойств, таких как наблюдаемые в продукте Kromatix®. Эти свойства обеспечивают низкое общее ИК-поглощение всей системы, когда такой слой нанесен на соответствующий состав стекла.Tinted coating means at least one IR-transparent absorbent (tinted) and/or reflective coating for the purpose of hiding an unsightly element of the sensor from the outside while providing a good level of performance. This coating may, for example, consist of at least one layer of black film or a layer of black paint having zero (or very low) transmittance in the visible optical range, but having high transparency in the infrared range of interest for the application. Preferably, such a coating will exhibit a transmittance value in the visible optical range of at least 15% and a transmittance value in the wavelength range from 750 to 1650 nm of at least 85%. Such paint can be made from organic compounds that can achieve <10% transmittance in the range of 400-750 nm. The tinted coating can also be a multi-layer coating designed to reflect selectively in the visible range while maintaining high IR transmittance. Thus, the aim is to provide some properties such as those observed in the Kromatix® product. These properties ensure low overall IR absorption of the entire system when such a layer is applied to an appropriate glass composition.
Гидрофобное покрытие может состоять, например, из тонких молекулярных слоев фторполимеров, что снижает поверхностную энергию и обеспечивает способность к самоочищению, свойства, препятствующие образованию пятен, и улучшенную влагостойкость наряду с другими эффектами.The hydrophobic coating may consist, for example, of thin molecular layers of fluoropolymers, which reduce surface energy and provide self-cleaning properties, anti-stain properties and improved moisture resistance, among other effects.
Нагреваемое покрытие предпочтительно имеет толщину слоя от 0,1 до 15 мкм, особенно предпочтительно от 1 до 10 мкм.The heated coating preferably has a layer thickness of 0.1 to 15 μm, particularly preferably 1 to 10 μm.
Функциональные материалы между подложкой панели остекления и противоотражательным элементом могут включать черный PVB и/или систему нагрева.The functional materials between the glazing panel substrate and the anti-reflective element may include black PVB and/or a heating system.
Черный PVB можно использовать в качестве промежуточного слоя между подложкой панели остекления и противоотражательным элементом. Он является прозрачным для представляющих интерес длин волн ИК-излучений, но имеет низкое пропускание в видимом диапазоне, в частности менее 5% в диапазоне 400-750 нм.Black PVB can be used as an intermediate layer between the glazing panel substrate and the anti-reflective element. It is transparent to the IR wavelengths of interest, but has low transmittance in the visible range, particularly less than 5% in the 400-750 nm range.
Система нагрева обеспечивает возможность быстрого оттаивания и удаления запотевания узла, когда внешние условия эксплуатации являются неблагоприятными. Такая система нагрева может состоять из сети электропроводящих проводов или электропроводящей накладки, непосредственно нанесенной на стеклянную поверхность, где может быть применен подходящий источник питания. Необязательно система также может содержать датчик температуры для динамического запуска функции нагрева в случае необходимости.The heating system provides the ability to quickly defrost and defog the unit when external operating conditions are unfavorable. Such a heating system may consist of a network of electrically conductive wires or an electrically conductive pad directly applied to the glass surface, where a suitable power source can be applied. Optionally, the system may also include a temperature sensor to dynamically trigger the heating function if necessary.
Как было рассмотрено в разделе Предпосылки создания изобретения, стандартные противоотражательные покрытия обычно рассчитаны на нормальное падение (т.е. угол падения φ=0), что обычно не подходит для применения в панели остекления, имеющей угол наклона α1>10° и обычно порядка 50-70° (или более), для передних ветровых стекол или задних окон механического транспортного средства. При предпочтительном угле падения φ=0° между осью (i0) падения и поверхностью (32) стандартное противоотражательное покрытие может быть эффективно нанесено на поверхность (32) противоотражательного элемента (3). Например, противоотражательный слой может содержать одно из пористого диоксида кремния с низким показателем преломления или ламината из нескольких чередующихся слоев диэлектрического материала, имеющих низкий и высокий показатели преломления и заканчивающихся слоем, имеющим низкий показатель преломления, или их комбинаций.As discussed in the Background section, standard anti-reflective coatings are typically designed for normal incidence (i.e., φ=0 incidence angle), which is generally not suitable for use in a glazing panel having an inclination angle α1>10° and typically on the order of 50 -70° (or more), for front windshields or rear windows of a motor vehicle. At a preferred incidence angle of φ=0° between the incidence axis (i0) and the surface (32), a standard anti-reflection coating can be effectively applied to the surface (32) of the anti-reflection element (3). For example, the anti-reflective layer may comprise one of porous low-index silica or a laminate of several alternating layers of low- and high-index dielectric material ending in a low-index layer, or combinations thereof.
Соединение противоотражательного элемента (3) с прозрачной панелью (1) остекленияConnection of the anti-reflective element (3) with the transparent glazing panel (1)
Противоотражательный элемент (3) соединен с прозрачной панелью (1) остекления путем образо- 10 043877 вания границы раздела между граничной поверхностью (31) и внутренней поверхностью (1i). Граница раздела должна быть такой, чтобы как можно меньше нарушать траекторию излучения между противоотражательным элементом и прозрачной панелью остекления. Противоотражательный элемент может быть соединен с прозрачной панелью остекления механическими крепежными средствами, клеевыми средствами, или при помощи обработки в автоклаве, или любыми подходящими средствами.The anti-reflection element (3) is connected to the transparent glazing panel (1) by forming an interface between the boundary surface (31) and the inner surface (1i). The interface should be such as to disrupt the radiation path between the anti-reflective element and the transparent glazing panel as little as possible. The anti-reflective element may be connected to the transparent glazing panel by mechanical fasteners, adhesive means, or autoclaving, or any suitable means.
Механические крепежные средства могут включать крепежные элементы, расположенные в периферийной области граничной поверхности (31) вне поля обзора устройства LiDAR. Крепежные элементы могут содержать первые элементы, связанные с внутренней поверхностью (1i) прозрачной панели остекления, например, при помощи клея, и взаимодополняющие элементы, составляющие часть противоотражательного элемента или закрепленные на нем. Первые и взаимодополняющие элементы предпочтительно представляют собой обратимое соединение и могут включать узел соединения на защелках, штыковой или резьбовой узел и т.п. Преимущество средств обратимого крепления заключается в том, что противоотражательный элемент (3) можно извлечь и заменить или отремонтировать в случае повреждения.Mechanical fasteners may include fasteners located in a peripheral region of the boundary surface (31) outside the field of view of the LiDAR device. The fastening elements may comprise first elements connected to the inner surface (1i) of the transparent glazing panel, for example by means of adhesive, and complementary elements forming part of or attached to the anti-reflection element. The first and complementary elements are preferably a reversible connection and may include a snap connection, a bayonet or threaded connection, or the like. The advantage of reversible mounting means is that the anti-reflective element (3) can be removed and replaced or repaired if damaged.
Клеевые средства могут включать нанесение клеевого слоя в форме двусторонней клейкой ленты или слоя смолы, прозрачного для инфракрасных излучений, с коэффициентом (k) поглощения в диапазоне длины волны от 750 до 1650 нм менее 5 м-1 (т.е. a<5 м-1). Примеры доступных для приобретения лент PSA, которые могут подойти для настоящего изобретения, если они доступны в виде двусторонних клейких лент, включают Scotchgard™ (например, SGH6) и VentureShield™ (например, VS7510E) от 3М и Profilon™ от Haverkamp. Примеры смол, которые можно использовать для связывания противоотражательного элемента (3) с прозрачной панелью (1) остекления, включают infoverre™, поступающие в продажу от AGC. Смолы могут вступать в реакции и отверждаться при их подвергании действию температуры или излучений, таких как УФ-свет и т.п.The adhesive means may include the application of an adhesive layer in the form of double-sided adhesive tape or a resin layer, transparent to infrared radiation, with an absorption coefficient (k) in the wavelength range from 750 to 1650 nm less than 5 m -1 (i.e. a<5 m -1 ). Examples of commercially available PSA tapes that may be suitable for the present invention when available as double-sided adhesive tapes include Scotchgard™ (eg, SGH6) and VentureShield™ (eg, VS7510E) from 3M and Profilon™ from Haverkamp. Examples of resins that can be used to bond the anti-reflective element (3) to the transparent glazing panel (1) include infoverre™, commercially available from AGC. Resins can react and cure when exposed to temperature or radiation such as UV light and the like.
Для соединения противоотражательного элемента (3) с панелью остекления можно использовать любой подходящий и известный способ обработки в автоклаве.Any suitable and known autoclaving method can be used to connect the anti-reflection element (3) to the glazing panel.
Устройство (2) LiDAR, таким образом, может быть соединено с прозрачной панелью (1) остекления механического транспортного средства для снижения коэффициента отражения излучаемого ИК-луча путем применения следующих этапов:The LiDAR device (2) can thus be connected to the transparent glazing panel (1) of a motor vehicle to reduce the reflectance of the emitted IR beam by applying the following steps:
(a) предоставление панели (1) остекления, как описано выше, (b) предоставление устройства (2) обнаружения и определения дальности с помощью света (LiDAR), как описано выше, выполненного с возможностью излучения ИК-луча с центром на оси (i0) падения, (c) предоставление противоотражательного элемента (3), как описано выше, (d) соединение в непосредственном контакте граничной поверхности (31) противоотражательного элемента (3) с внутренней поверхностью (1i) прозрачной панели (1) остекления, (e) соединение LiDAR с поверхностью (32) противоотражательного элемента (3) так, что ось (i0) падения образует с нормалью к поверхности (32) угол ф, составляющий от -30 до +30°.(a) providing a glazing panel (1) as described above, (b) providing a light detection and ranging (LiDAR) device (2) as described above, configured to emit an IR beam centered on an axis (i0 ) falling, (c) providing an anti-reflective element (3) as described above, (d) connecting in direct contact the boundary surface (31) of the anti-reflective element (3) with the inner surface (1i) of the transparent glazing panel (1), (e) connecting the LiDAR to the surface (32) of the anti-reflective element (3) so that the axis (i0) of incidence forms an angle φ with the normal to the surface (32), ranging from -30 to +30°.
Операцию соединения необходимо выполнять так, чтобы ИК-излучение, излучаемое LIDAR с центром на оси (i0) падения, проникало в противоотражательный элемент (3) сквозь поверхность (32) под углом ф падения и выходило из прозрачной панели (1) остекления сквозь наружную поверхность (1о) вдоль траектории с центром на оси (ir) преломления, образующей с нормалью к наружной поверхности (1о) угол α, где α>φ.The connection operation must be performed so that the IR radiation emitted by the LIDAR centered on the incidence axis (i0) penetrates the anti-reflection element (3) through the surface (32) at the incidence angle f and exits the transparent glazing panel (1) through the outer surface (1о) along a trajectory centered on the axis (ir) of refraction, forming an angle α with the normal to the outer surface (1о), where α>φ.
Граничная поверхность (31) противоотражательного элемента (3) предпочтительно соединена с внутренней поверхностью (1i) прозрачной панели (1) остекления механическими крепежными элементами, клеем или при помощи обработки в автоклаве, как рассмотрено выше.The boundary surface (31) of the anti-reflection element (3) is preferably connected to the inner surface (1i) of the transparent glazing panel (1) by mechanical fasteners, adhesive or by autoclaving as discussed above.
Оптические свойства противоотражательного элемента (3)Optical properties of the anti-reflective element (3)
Противоотражательный элемент (3), который при соединении с панелью (1) остекления образует с вертикалью угол наклона по меньшей мере 10°, предпочтительно по меньшей мере 50°, более предпочтительно по меньшей мере 60 или 70°, предпочтительно имеет удовлетворительные оптические свойства. Например, поверхностью (32) и границей раздела между граничной поверхностью (31) и внутренней поверхностью (1i) может отражаться не более 6% ИК-луча, излучаемого LiDAR. Разумеется, не желательно, чтобы уменьшение коэффициента отражения, получаемого за счет уменьшения угла падения φ<α, компенсировалось, не говоря уже о том, чтобы превышалось, коэффициентом отражения, генерируемым на уровне границы раздела между граничной поверхностью (32) и внутренней поверхностью (1i). Этого можно добиться путем выбора для противоотражательного элемента (3) надлежащих материалов и надлежащего способа соединения, как рассмотрено выше.The anti-reflection element (3), which, when connected to the glazing panel (1), forms an angle of inclination with the vertical of at least 10°, preferably at least 50°, more preferably at least 60 or 70°, preferably has satisfactory optical properties. For example, the surface (32) and the interface between the boundary surface (31) and the inner surface (1i) can reflect no more than 6% of the IR beam emitted by the LiDAR. Of course, it is not desirable for the decrease in reflection coefficient obtained by reducing the angle of incidence φ<α to be compensated, let alone exceeded, by the reflection coefficient generated at the level of the interface between the boundary surface (32) and the inner surface (1i ). This can be achieved by selecting proper materials and a proper connection method for the anti-reflection element (3), as discussed above.
Узел, образованный граничной поверхностью (31) и внутренней поверхностью (1i), предпочтительно имеет средний коэффициент пропускания по меньшей мере 85%, предпочтительно по меньшей мере 90%, более предпочтительно по меньшей мере 92% и даже по меньшей мере 95%, для ИК-излучения в диапазоне длины волны от 750 до 1650 нм.The assembly formed by the boundary surface (31) and the inner surface (1i) preferably has an average transmittance of at least 85%, preferably at least 90%, more preferably at least 92% and even at least 95%, for IR - radiation in the wavelength range from 750 to 1650 nm.
Противоотражательный элемент (3) не обязательно должен иметь высокую прозрачность для види- 11 043877 мого света. Противоотражательный элемент (3) может представлять собой лист стекла силикатного типа с высоким пропусканием в ближней ИК-области, в частности в области 750-1650 нм, наряду с очень низким или нулевым пропусканием в видимом диапазоне, в то же время без ухудшения свойства стойкости листа.The anti-reflective element (3) does not necessarily have to be highly transparent to visible light. The anti-reflection element (3) may be a silicate-type glass sheet with high transmittance in the near-infrared region, in particular in the region of 750-1650 nm, along with very low or no transmission in the visible range, while without compromising the resistance property of the sheet .
В частности, противоотражательный элемент (3) представляет собой лист стекла силикатного типа с высоким пропусканием в ближней ИК-области, в частности в диапазоне 750-1650 нм, наряду с очень низким или нулевым пропусканием в видимом диапазоне, вследствие его собственных свойств и, таким образом, без необходимости в дополнительном черном/непрозрачном слое/дополнительной черной/непрозрачной пленке.In particular, the anti-reflection element (3) is a silicate-type glass sheet with high transmittance in the near-infrared region, in particular in the range of 750-1650 nm, along with very low or no transmission in the visible range, due to its own properties and thus thus, without the need for an additional black/opaque layer/additional black/opaque film.
Противоотражательный элемент (3) может представлять собой лист стекла силикатного типа, имеющий состав, (i) который характеризуется содержанием, выраженным в вес.% от общего веса стекла:The anti-reflection element (3) may be a silicate-type glass sheet having a composition (i) characterized by the content, expressed as % by weight of the total weight of the glass:
общее железо (в пересчете на Fe2O3) - 0,002-1,1%;total iron (in terms of Fe2O 3 ) - 0.002-1.1%;
марганец (в пересчете на MnO) - >0,005% и необязательно хром (в пересчете на Cr2O3) - 0-1,3%, и (ii) в котором сумма (Fe2O3+MnO+Cr2O3) содержания общего железа, марганца и хрома, выраженная в вес.%, >1% отношение R1, определяемое как Fe2O3*/(49+0,43(Cr2O3*-MnO*))<1;manganese (in terms of MnO) - >0.005% and optionally chromium (in terms of Cr 2 O 3 ) - 0-1.3%, and (ii) in which the sum (Fe 2 O 3 +MnO+Cr 2 O 3 ) the content of total iron, manganese and chromium, expressed in wt.%, >1% ratio R1, defined as Fe 2 O 3 */(49+0.43(Cr 2 O 3 *-MnO*))<1;
отношение R2, определяемое как Fe2O3*/(34+0,3(Cr2O3* -MnO*))<1;R2 ratio, defined as Fe 2 O 3 */(34+0.3(Cr 2 O 3 * -MnO*))<1;
при этом Fe2O3*, MnO* и Cr2O3* являются относительными долями в процентах по отношению к сумме (Fe2O3+MnO+Cr2O3).while Fe 2 O 3 *, MnO* and Cr 2 O 3 * are relative percentages relative to the sum (Fe 2 O 3 +MnO+Cr 2 O 3 ).
Одно из соединения или граничных поверхностей или основная часть противоотражательного элемента могут быть подвергнуты обработке для окрашивания либо путем нанесения окрашенного слоя, либо окрашивания в основной части защитного слоя с возможностью снятия. Например, защитный слой с возможностью снятия может быть черным или может иметь цвет, соответствующий цвету основной части транспортного средства, на которое он нанесен.One of the joint or boundary surfaces or the main body of the anti-reflective element may be treated for painting either by applying a painted layer or by painting the body of the protective layer in a removable manner. For example, the removable protective layer may be black or may be a color that matches the color of the body of the vehicle to which it is applied.
Большинство оптических свойств материалов приводятся в листах технических данных поставщика.Most optical properties of materials are provided in the supplier's data sheets.
Применение противоотражательного элемента (3)Application of anti-reflective element (3)
Настоящее изобретение также относится к применению противоотражательного элемента (3), как описано выше, для уменьшения величины отражения ИК-луча с центром на оси (i0) падения, излучаемого устройством LiDAR, в частности твердотельным LiDAR, за счет прозрачной панели (1) остекления механического транспортного средства, образующей с вертикалью угол α1>10°, предпочтительно α1>40°, более предпочтительно α1>50 или 60°.The present invention also relates to the use of an anti-reflection element (3) as described above to reduce the amount of reflection of an IR beam centered on the incident axis (i0) emitted by a LiDAR device, in particular a solid-state LiDAR, by means of a transparent mechanical glazing panel (1). vehicle forming an angle α1>10° with the vertical, preferably α1>40°, more preferably α1>50 or 60°.
Узел камеры, соединенный с ветровым стеклом транспортного средства посредством световодного корпуса (= Lichtleitkorper), описан в документе WO 2018087223. Световодный корпус имеет форму клина, используемого для уменьшения площади (= Sensorbereich или Sensorfenster) на наклонном ветровом стекле, пересекающем поле обзора камеры, обращенной к наклонному ветровому стеклу. Идеи документа WO 2018087223 не могут быть применены к настоящему изобретению для уменьшения коэффициента отражения ИК-луча, излучаемого LiDAR, в частности твердотельными LiDAR, сквозь наклонную прозрачную панель остекления по следующим причинам. Камера не излучает какое-либо излучение, но захватывает излучение видимого света, поступающее из внешней среды. Следовательно, видимые излучения, излучаемые объектами, расположенными во внешней среде, могут отражаться наружной поверхностью (1о) ветрового стекла. Применение противоотражательного элемента (3) согласно настоящему изобретению является полезным для уменьшения коэффициента отражения от внутренней поверхности ветрового стекла излучения, излучаемого LiDAR, и не решает проблему отражения от наружной поверхности (1о) видимого света, излучаемого из внешней среды. Во-вторых, камера обладает достаточной чувствительностью для захвата изображений извне несмотря на существенную величину коэффициента отражения.A camera assembly connected to the vehicle windshield by means of a light guide housing (= Lichtleitkorper) is described in WO 2018087223. The light guide housing has the shape of a wedge used to reduce the area (= Sensorbereich or Sensorfenster) on an inclined windshield crossing the field of view of the camera facing to the sloping windshield. The teachings of WO 2018087223 cannot be applied to the present invention for reducing the reflectance of IR beam emitted by LiDARs, in particular solid-state LiDARs, through an inclined transparent glazing panel for the following reasons. The camera does not emit any radiation but captures visible light radiation coming from the external environment. Consequently, visible radiation emitted by objects located in the external environment may be reflected by the outer surface (1o) of the windshield. The use of the anti-reflection element (3) according to the present invention is useful for reducing the reflection coefficient from the inner surface of the windshield of radiation emitted by LiDAR, and does not solve the problem of reflection from the outer surface (1o) of visible light emitted from the external environment. Secondly, the camera is sensitive enough to capture images from outside despite the significant reflectance.
- 12 043877- 12 043877
--
Claims (11)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP19167511.5 | 2019-04-05 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA043877B1 true EA043877B1 (en) | 2023-06-30 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7145145B2 (en) | Glass for self-driving cars | |
| JP7078639B2 (en) | Glass for self-driving cars | |
| JP6495944B2 (en) | Luminescent glazing unit with optical isolator | |
| US11613104B2 (en) | Glazing with optical device | |
| JP7473563B2 (en) | Automotive LiDAR Assembly with Anti-Reflection Unit | |
| JP6876121B2 (en) | Glass for self-driving cars | |
| JP7281411B2 (en) | Glass for self-driving cars | |
| JP7281412B2 (en) | Glass for self-driving cars | |
| US20220373651A1 (en) | Lidar detection device provided with a laminated protective layer | |
| CN112578364A (en) | Near-infrared sensor cover | |
| JP7538793B2 (en) | Optical cover for detector | |
| US12083768B2 (en) | Glazed element, device with glazed element and associated thermal imaging camera | |
| US20220380248A1 (en) | Glass for autonomous car | |
| EA043877B1 (en) | LIDAR UNIT FOR USE IN MOTOR VEHICLES, CONTAINING ANTI-REFLECTION ELEMENT | |
| JP7281410B2 (en) | Glass for self-driving cars | |
| WO2023274854A1 (en) | Optical wedge element for glazing equipped with optical sensor | |
| JP2024528561A (en) | IR Transparent Pane | |
| WO2021145089A1 (en) | Near-infrared sensor cover | |
| WO2022205910A1 (en) | Front windshield and automobile | |
| WO2022149583A1 (en) | Glass for vehicle | |
| EA044152B1 (en) | LiDAR DETECTION DEVICE EQUIPPED WITH MULTILAYER PROTECTIVE LAYER | |
| CN116981561A (en) | Lighting glazing | |
| EA041238B1 (en) | GLAZING WITH OPTICAL DEVICE | |
| EA036101B1 (en) | Glass for autonomous car | |
| EA037116B1 (en) | Glass for autonomous car |