JP2022535392A - 850~950nmでのLiDAR用途のための硬化光学窓 - Google Patents

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Abstract

Figure 2022535392000001
検出システムのための窓が提供される。その窓は、所定の厚さおよび905nmの波長を有する電磁放射線に関する屈折率を有する基板と;その基板上に配置された層状膜であって、その層状膜は、高屈折率材料と低屈折率材料の交互の層を含み、その高屈折率材料は低屈折率材料よりも高い屈折率を有し、層状膜の交互の層の各層は厚さを有し、その交互の層の厚さは、この窓が、850nmから950nmの範囲内の波長を有する電磁放射線について少なくとも80%の透過率を有するように構成されている、層状膜とを備える。この窓は、バーコビッチ圧子硬度試験で測定して、その層状膜で、少なくとも10GPaの硬度をさらに有する。

Description

関連出願の説明
本出願は、その内容が依拠され、ここに全て引用される、2019年6月5日に出願された米国仮特許出願第62/857507号の米国法典第35編第119条の下での優先権の恩恵を主張するものである。
本開示は、850~950nmでのLiDAR用途のための硬化光学窓に関する。
光検出と測距(「LiDAR」)システムは、レーザおよびセンサを備える。レーザはレーザビームを放射し、そのレーザビームは物体に反射することがあり、センサは、反射したレーザビームを検出する。レーザビームは、視野に亘り物体を検出するために放射状範囲に亘り、パルス状であるか、または他の様式で分布している。その物体に関する情報は、検出された反射レーザビームの性質から解読することができる。レーザビームから物体の距離は、レーザビームの放射から反射レーザビームの検出までの飛行時間から決定できる。物体が動いている場合、物体の経路および速度は、反射され、時間の関数として検出されている放射レーザビームの半径方向位置におけるシフト、並びにドップラー周波数測定値から決定できる。
車両は、LiDARシステムの潜在的な用途である。このLiDARシステムは、支援される、半自動、または全自動運転を可能にする空間マッピング性能を提供する。従来、レーザエミッタおよびセンサが、車両の屋根、または車両の低い前方部分に搭載されている。905nmまたは1550nmの、またはそれらに近いものなど、可視光の範囲から外れた波長を有する電磁放射線を放射するレーザが、車両用LiDAR用途に検討されている。レーザおよびセンサを石や他の物体の衝撃から保護するために、レーザおよびセンサと、そのレーザおよびセンサの見通し線にある外部環境との間に窓が配置されている。
しかしながら、衝突する石や他の物体は、窓に引っかき傷を付けたり、他のタイプの損傷を与え、これにより、窓が、放射され反射したレーザビームを散乱させ、したがって、LiDARシステムの有効性が損なわれるという点で問題がある。
本開示は、窓に硬度および耐引掻性を提供する材料の1つ以上の層を備えた、窓用の層状膜を提供する。この層状膜は、異なる屈折率を有する材料(硬度および耐引掻性を提供する材料を含む)の交互の層をさらに備え、よって、交互の層の数およびそれらの厚さは、その窓が、905nmの波長(およびその前後の波長)の高い透過率および低い反射率を有するように構成することができる。交互の層の数およびそれらの厚さは、さらに、その窓が、可視光波長の低い透過率および高い反射率を有するように構成することができる。
本開示の実施の形態によれば、検出システムのための窓が提供される。この窓は、所定の厚さおよび905nmの波長を有する電磁放射線に関する屈折率を有する基板と;その基板上に配置された層状膜であって、その層状膜は、高屈折率材料と低屈折率材料の交互の層を含み、その高屈折率材料は低屈折率材料よりも高い屈折率を有し、層状膜の交互の層の各層は厚さを有し、その交互の層の厚さは、この窓が、850nmから950nmの範囲内の波長を有する電磁放射線について少なくとも80%の透過率を有するように構成されている、層状膜とを備える。この窓は、バーコビッチ圧子硬度試験で測定して、その層状膜で、少なくとも10GPaの硬度をさらに有する。
本開示の別の実施の形態によれば、検出システムのための窓が提供される。その窓は、所定の厚さおよび905nmの波長を有する電磁放射線に関する屈折率を有するガラス基板と;そのガラス基板上に配置された層状膜であって、その層状膜は、SiおよびSiOの少なくとも7の交互の層を含み、Siの層は、SiOの層よりも高い屈折率を有し、層状膜の交互の層の各層は厚さを有し、その交互の層の厚さは、この窓が、850nmから950nmの範囲内の波長を有する電磁放射線について少なくとも80%の透過率を有するように構成されている、層状膜とを備える。この窓は、バーコビッチ圧子硬度試験で測定して、その層状膜で、少なくとも8GPaの硬度をさらに有する。
追加の特徴および利点は、以下の詳細な説明に述べられており、一部は、その説明から当業者に容易に明白となるか、または以下の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに添付図面を含む、ここに記載されたような実施の形態を実施することによって認識されるであろう。
先の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方とも、例示に過ぎず、請求項の性質および特徴を理解するための概要または骨子を提供する意図があることが理解されよう。添付図面は、さらなる理解を与えるために含まれ、本明細書に包含され、その一部を構成する。図面は、1つ以上の実施の形態を示しており、説明と共に、様々な実施の形態の原理および作動を説明する働きをする。
車両の屋根に搭載されたLiDARシステムおよび車両の前方部分に搭載されたLiDARシステムを有する車両の側面図 窓を通って電磁放射線を放射する電磁放射線エミッタおよびセンサを示し、この放射線が、反射放射線として物体に反射し、その反射放射線が窓を通って、電磁放射線エミッタおよびセンサにより検出されることを示す、図1のLiDARシステムの一方の概念図 第一面とその第一面の前で放射された放射線と遭遇する第二面を持つガラス基板、および第一面の上と、必要に応じて、第二面の上の層状膜を有する、図2の窓を示す、図2の区域IIIの断面図 高屈折率材料および低屈折率材料の交互の層を備えた、ガラス基板の第一面上に配置された層状膜を示す、図3の区域IVの断面図 実施例1に述べられたような、硬度および耐引掻性を与えるSiの2000nm厚の層を有する層状膜の七(7)層の実施の形態を備えた窓を通る透過率の百分率のグラフであって、8°から25°の全ての入射角について、905nmを含む800nmから1000nmの範囲内の波長について、窓を通る95%超の透過率の百分率を示すグラフ 図5Aに記載された窓を通る透過率の百分率のグラフであって、8°から25°の全ての入射角について、約750nmから約1600nmまたはそれ以上の範囲の波長について、85%超の透過率の百分率であるが、約300nmから約700nmの可視範囲内の波長について透過率の百分率が振動して減少している、透過率の百分率を示すグラフ 図5Aに記載された窓からの反射率の百分率のグラフであって、全ての入射角について、905nmの波長について、0.4%未満であり、全ての入射角について、800nmから1000nmの波長範囲について、約0.8%未満の反射率の百分率を示すグラフ 実施例1Aに述べられたような、硬度および耐引掻性を与えるSiの5000nm厚の層を有する層状膜の七(7)層の実施の形態を備えた窓を通る透過率の百分率のグラフであって、8°から25°の全ての入射角について、905nmを含む800nmから1000nmの範囲内の波長について、窓を通る95%超の透過率の百分率を示すグラフ 図6Aに記載された窓を通る透過率の百分率のグラフであって、8°から25°の全ての入射角について、約750nmから約1600nmまたはそれ以上の範囲の波長について、85%超の透過率の百分率であるが、約300nmから約700nmの可視範囲内の波長について透過率の百分率が振動して減少している、透過率の百分率を示すグラフ 図6Aに記載された窓からの反射率の百分率のグラフであって、8°から25°の全ての入射角について、905nmの波長について、0.4%未満であり、8°から25°の全ての入射角について、800nmから1000nmの波長範囲について、約0.8%未満の反射率の百分率を示すグラフ 実施例2に述べられたような、硬度および耐引掻性を与えるSiの2000nm厚の層を有する層状膜の九(9)層の実施の形態を備えた窓を通る透過率の百分率のグラフであって、8°から25°の全ての入射角について、905nmを含む800nmから1000nmの範囲内の波長について、窓を通る95%超の透過率の百分率を示すグラフ 図7Aに記載された窓を通る透過率の百分率のグラフであって、8°から25°の全ての入射角について、約750nmから約1600nmまたはそれ以上の範囲の波長について、85%超の透過率の百分率であるが、約300nmから約700nmの可視範囲内の波長について透過率の百分率が振動して減少している、透過率の百分率を示すグラフ 図7Aに記載された窓からの反射率の百分率のグラフであって、8°から25°の全ての入射角について、905nmの波長について、0.2%未満であり、8°から25°の全ての入射角について、800nmから1000nmの波長範囲について、約1.0%未満の反射率の百分率を示すグラフ 実施例3に述べられたような、硬度および耐引掻性を与えるSiの2000nm厚の層を有する層状膜の十一(11)層の実施の形態を備えた窓を通る透過率の百分率のグラフであって、8°から25°の全ての入射角について、905nmを含む800nmから1000nmの範囲内の波長について、窓を通る95%超の透過率の百分率を示すグラフ 図8Aに記載された窓を通る透過率の百分率のグラフであって、8°から25°の全ての入射角について、約750nmから約1600nmまたはそれ以上の範囲の波長について、85%超の透過率の百分率であるが、約300nmから約700nmの可視範囲内の波長について透過率の百分率が振動して減少している、透過率の百分率を示すグラフ 図8Aに記載された窓からの反射率の百分率のグラフであって、全ての入射角について、905nmの波長について、0.2%未満であり、全ての入射角について、800nmから1000nmの波長範囲について、約1.2%未満の反射率の百分率を示すグラフ 実施例4に述べられたような、硬度および耐引掻性を与えるSiの1955nm厚の層を有する層状膜の七(7)層の実施の形態を備えた窓の末端(最外)面を通る透過率の百分率のグラフであって、0°の入射角でほぼ100%であるが、入射角が変わるにつれて著しく変化する透過率を示すグラフ 図9Aに記載された窓の末端(最外)面を通る透過率の百分率のグラフであって、0°から25°の全ての入射角について、約500nmから約1600nmまたはそれ以上の範囲の波長について、60%超の透過率の百分率であるが、約300nmから約500nmの可視範囲内の波長について透過率の百分率が振動して減少している、透過率の百分率を示すグラフ 図9Aに記載された窓からの反射率の百分率のグラフであって、0°の入射角で、905nmの波長について、0%に近いが、入射角が変わるにつれて著しく変化する反射率の百分率を示すグラフ 実施例4に述べられたような、Siの1955nm厚の層の代わりに、Siの126.5nm厚の層を有する層状膜(実施例4D)の七(7)層の実施の形態を備えた窓の末端(最外)面を通る透過率の百分率のグラフであって、0°の入射角でほぼ100%であるが、入射角および波長が変わるにつれて著しく変化する透過率を示すグラフ 図10Aに記載された窓の末端(最外)面を通る透過率の百分率のグラフであって、0°から25°の全ての入射角について、約400nmから約1600nmまたはそれ以上の範囲の波長について、60%超の透過率の百分率であるが、波長の関数として90%を超えて振動している、透過率の百分率を示すグラフ 図10Aに記載された窓からの反射率の百分率のグラフであって、0°の入射角で、905nmの波長について、0%に近いが、入射角が変わるにつれて、また波長が変わるにつれて著しく変化する反射率の百分率を示すグラフ 実施例5に述べられたような、硬度および耐引掻性を与えるSiの5087nm厚の層を有する層状膜の二十一(21)層の実施の形態を備えた窓を通る透過率の百分率のグラフであって、8°から25°の全ての入射角について、905nmを含む約820nmから約920nmの範囲内の波長について、窓を通る94.5%超の透過率の百分率であるが、約920nmから1000nmの波長範囲内で92%超に減少する透過率の百分率を示すグラフ 図11Aに記載された窓を通る透過率の百分率のグラフであって、0°から25°の全ての入射角について、約750nmから約1800nmの範囲内の波長について、80%超の透過率の百分率であるが、約450nmから約650nmの可視範囲内の波長について約30%未満である透過率の百分率を示すグラフ 図11Aに記載された窓からの反射率の百分率のグラフであって、0°から25°の全ての入射角について、約820nmから約920nmの波長範囲について、1.5%未満であり、0°から25°の全ての入射角について、920nmから1000nmの波長範囲について、約4%未満の反射率の百分率を示すグラフ 図11Aに記載された窓からの反射率の百分率のグラフであって、0°から25°の全ての入射角について、約400nmから約700nmの可視光範囲内の波長について、60%を超える反射率の百分率を示すグラフ 実施例6に述べられたような、硬度および耐引掻性を与えるSiの2270nm厚の層を有する層状膜の三十一(31)層の実施の形態を備えた窓を通る透過率の百分率のグラフであって、25°までの全ての入射角について、905nmを含む約870nmから約930nmの範囲内の波長について、窓を通る93.5%超の透過率の百分率であるが、その波長範囲から外れた波長について、減少した透過率の百分率を示すグラフ 図12Aに記載された窓を通る透過率の百分率のグラフであって、25°までの全ての入射角について、約850nmから約1800nmの範囲の波長について、75%超の透過率の百分率であるが、約400nmから約750nmの可視範囲内の波長について約30%未満である透過率の百分率を示すグラフ 図12Aに記載された窓からの反射率の百分率のグラフであって、25°までの全ての入射角について、約875nmから約925nmの波長範囲について、3%未満であるが、その波長範囲から外れた波長について、増加した反射率の百分率を示すグラフ 図12Aに記載された窓からの反射率の百分率のグラフであって、約875nmから約1800nmの範囲内の波長について、20%未満の反射率の百分率であるが、約400nmから約700nmの範囲内の波長について、70%を超える反射率の百分率を示すグラフ 実施例7に述べられたような、硬度および耐引掻性を与えるSiの5130nm厚の層を有する層状膜の五十一(51)層の実施の形態を備えた窓を通る透過率の百分率のグラフであって、25°までの全ての入射角について、905nmを含む約870nmから約930nmの範囲内の波長について、窓を通る93.5%超の透過率の百分率であるが、その波長範囲から外れた波長について、減少した透過率の百分率を示すグラフ 図13Aに記載された窓を通る透過率の百分率のグラフであって、25°までの全ての入射角について、約850nmから約1800nmの範囲内の波長について、75%超の透過率の百分率であるが、約400nmから約750nmの可視範囲内の波長について約30%未満である透過率の百分率を示すグラフ 図13Aに記載された窓からの反射率の百分率のグラフであって、25°までの全ての入射角について、約875nmから約925nmの波長範囲について、3%未満であるが、その波長範囲から外れた波長について、増加した反射率の百分率を示すグラフ 図13Aに記載された窓からの反射率の百分率のグラフであって、約875nmから約1800nmの範囲内の波長について、20%未満の反射率の百分率であるが、約400nmから約700nmの範囲内の波長について、70%を超える反射率の百分率を示すグラフ 実施例8に述べられたような、硬度および耐引掻性を与えるSiの5000nm厚の層を有する第一面上の層状膜の九(9)層の実施の形態、および第二面上の第2の層状膜の八十一(81)層の実施の形態を備えた窓を通る透過率の百分率のグラフであって、25°までの全ての入射角について、905nmを含む約875nmから約940nmの範囲内の波長について、窓を通る約99%超の透過率の百分率であるが、その波長範囲から外れた波長について、減少した透過率の百分率を示すグラフ 図14Aに記載された窓を通る透過率の百分率のグラフであって、25°までの全ての入射角について、約800nmから約1550nmの範囲内の波長について、80%超の透過率の百分率であるが、約400nmから約750nmの可視範囲内の波長について約10%未満である透過率の百分率を示すグラフ 図14Aに記載された窓を通る透過率の百分率のグラフであって、25°までの全ての入射角について、約420nmから約700nmの範囲内の波長について、3%未満の透過率の百分率を示すグラフ 図14Aに記載された窓からの反射率の百分率のグラフであって、25°までの全ての入射角について、約900nmから約940nmの波長範囲について、1%未満であるが、その波長範囲から外れた波長について、増加した反射率の百分率を示すグラフ 図14Aに記載された窓からの反射率の百分率のグラフであって、約850nmから約1600nmの範囲内の波長について、約20%未満の反射率の百分率であるが、約450nmから約750nmの範囲内の波長について、95%を超える反射率の百分率を示すグラフ
ここで、その例が添付図面に示されている、本願の実施の形態を詳しく参照する。できるときはいつでも、同じまたは同様の部分を称するために、図面に亘り、同じ参照番号が使用される。
ここで図1を参照すると、車両10は、1つ以上のLiDARシステム12を備えている。1つ以上のLiDARシステム12は、車両10上またはその中のどこにでも配置することができる。例えば、1つ以上のLiDARシステム12は、車両10の屋根14および/または車両10の前方部分16の上に配置することができる。
ここで図2を参照すると、1つ以上のLiDARシステム12の各々は、当該技術分野で公知のような、電磁放射線エミッタおよびセンサ18を備え、これは外囲器20内に包囲されることがある。電磁放射線エミッタおよびセンサ18は、ある波長または波長範囲を有する電磁放射線22を放射する。放射された放射線22は、窓24を通って外囲器20から出る。外部環境26にある物体(図示せず)が、放射された放射線22の経路にある場合、放射された放射線22は、その物体で反射し、反射した放射線28として電磁放射線エミッタおよびセンサ18に戻る。反射した放射線28は、再び窓24を通過して、電磁放射線エミッタおよびセンサ18に到達する。実施の形態において、放射された放射線22および反射した放射線28は、905nmまたは1550nm、もしくは905nmまたは1550nmの波長のいずれかを含む範囲の波長を有する。反射した放射線28以外の電磁放射線(可視スペクトルの波長を有する電磁放射線など)は、ここに記載されるような窓24の光学的性質に応じて、窓24を通過してもしなくてもよい。ここに用いられているように、「可視スペクトル」という用語は、人の目に見える電磁スペクトルの部分を称するために使用され、一般に、約380nmから700nmの範囲内の波長を有する電磁放射線を称する。
ここで図3を参照すると、1つ以上のLiDARシステム12の各々のための窓24は、基板30を備える。基板30は、第一面32および第二面34を有する。第一面32および第二面34は、基板30の主面である。第一面32は外部環境26に最も近い。第二面34は、電磁放射線エミッタおよびセンサ18に最も近い。放射された放射線22は、第一面32の前に第二面34と遭遇する。反射した放射線28は、第二面34の前に第一面32と遭遇する。基板30は、基板30の第一面32上に配置された層状膜36を備え、いくつかの実施の形態において、第2の層状膜38が、基板30の第二面34上に配置されている。
ここに用いられているように、「配置する」という用語は、当該技術分野で公知の任意の方法を使用して、表面上に材料を、被覆すること、堆積させること、および/または形成することを含む。配置された材料は、ここに定義されるような、層を構成することがある。「上に配置された」という句は、材料が表面と直接接触するように表面上に材料を形成する例を含み、また、配置される材料と表面との間に1つ以上の介在材料を有して、材料が表面上に形成される例も含む。その介在材料は、ここに定義されるような、層を構成することがある。
基板30は、ガラス基板であって差し支えない。そのガラス基板は、ソーダ石灰ガラス、アルカリアルミノケイ酸塩ガラス、アルカリ含有ホウケイ酸ガラス、およびアルカリアルミノホウケイ酸塩ガラスの組成物を有し得るが、他のガラス組成物も考えられる。そのようなガラス組成物は、イオン交換過程によって、化学的に強化することができる。いくつかの変種において、その組成物は、リチウムイオンを含まないことがある。
基板30に適したアルカリアルミノケイ酸塩ガラス組成物は、アルミナ、少なくとも1種類のアルカリ金属、およびいくつかの実施の形態において、50モル%超のSiO、他の実施の形態において、少なくとも58モル%のSiO、およびさらに他の実施の形態において、少なくとも60モル%のSiOを含み、ここで、比(Al+B)/Σ改質剤(すなわち、改質剤の合計)は1より大きく、これらの成分の比は、モル%で表され、改質剤は、アルカリ金属酸化物である。この組成物は、特別な実施の形態において、58~72モル%のSiO、9~17モル%のAl、2~12モル%のB、8~16モル%のNaO、および0~4モル%のKOを含み、比(Al+B)/Σ改質剤(すなわち、改質剤の合計)は1より大きい。
基板30のための別の適したアルカリアルミノケイ酸塩ガラス組成物は、64~68モル%のSiO、12~16モル%のNaO、8~12モル%のAl、0~3モル%のB、2~5モル%のKO、4~6モル%のMgO、および0~5モル%のCaOを含み、ここで、66モル%≦SiO+B+CaO≦69モル%、NaO+KO+B+MgO+CaO+SrO>10モル%、5モル%≦MgO+CaO+SrO≦8モル%、(NaO+B)-Al≦2モル%、2モル%≦NaO-Al≦6モル%、および4モル%≦(NaO+KO)-Al≦10モル%である。
基板30の別の適したアルカリアルミノケイ酸塩ガラス組成物は、2モル%以上のAlおよび/またはZrO、または4モル%以上のAlおよび/またはZrOを含む。
ガラス組成物の一例は、SiO、BおよびNaOを含み、ここで、(SiO+B)≧66モル%、およびNaO≧9モル%である。1つの実施の形態において、その組成物は、少なくとも6質量%の酸化アルミニウムを含む。さらなる実施の形態において、その組成物は、少なくとも5質量%のアルカリ土類酸化物を含む。適切な組成物は、いくつかの実施の形態において、KO、MgO、およびCaOの内の少なくとも1つをさらに含む。特別な実施の形態において、基板30の組成物は、61~75モル%のSiO、7~15モル%のAl、0~12モル%のB、9~21モル%のNaO、0~4モル%のKO、0~7モル%のMgO、および0~3モル%のCaOを含む。
基板30に適したさらなる例示の組成物は、60~70モル%のSiO、6~14モル%のAl、0~15モル%のB、0~15モル%のLiO、0~20モル%のNaO、0~10モル%のKO、0~8モル%のMgO、0~10モル%のCaO、0~5モル%のZrO、0~1モル%のSnO、0~1モル%のCeO、50ppm未満のAs、および50ppm未満のSbを含み、ここで、12モル%≦(LiO+NaO+KO)≦20モル%、および0モル%≦(MgO+CaO)≦10モル%である。
基板30に適したまたさらなる例示の組成物は、63.5~66.5モル%のSiO、8~12モル%のAl、0~3モル%のB、0~5モル%のLiO、8~18モル%のNaO、0~5モル%のKO、1~7モル%のMgO、0~2.5モル%のCaO、0~3モル%のZrO、0.05~0.25モル%のSnO、0.05~0.5モル%のCeO、50ppm未満のAs、および50ppm未満のSbを含み、ここで、14モル%≦(LiO+NaO+KO)≦18モル%、および2モル%≦(MgO+CaO)≦7モル%である。
基板30は、実質的に平面またはシート状であることがあるが、他の実施の形態では、湾曲した、もしくは他のやり方で形成されたまたは形作られた基板を利用してもよい。基板30の長さおよび幅は、窓24に要求される寸法にしたがって様々であり得る。基板30は、フロートガラス法、並びにフュージョンドロー法およびスロットドロー法等のダウンドロー法などの様々な方法を使用して形成することができる。基板30は、非強化状態で使用することができる。
基板30を形成するガラスは、第一面32と隣接する領域および/または第二面34と隣接する領域を圧縮応力(「CS」)下にするように変更することができる。そのような状況において、圧縮応力下にある領域は、第一面32および/または第二面34から圧縮深さまで延在する。この圧縮応力の発生により、中央張力または中心応力(CT)と称される、中央領域の中心に最大値を有する、引張応力下にある中央領域がさらに生じる。この中央領域は、前記圧縮深さの間に延在し、引張応力下にある。中央領域の引張応力は、圧縮応力下にある領域の圧縮応力と釣り合うまたはその圧縮応力に対抗する。ここに用いられているように、「圧縮深さ」および「DOC」という用語は、基板30内の応力が圧縮応力から引張応力に変化する深さを称する。圧縮深さでは、応力は正の(圧縮)応力から負の(引張)応力に交差し、それゆえ、ゼロの値を有する。この圧縮深さは、基板30の第一面32および/または第二面34の鋭い衝撃により導入される傷の伝搬から基板30を保護し、一方で、圧縮応力は、傷が成長し、圧縮深さを貫通する可能性を最小にする。実施の形態において、圧縮深さは、各々、少なくとも20μmである。実施の形態において、それらの領域内の最大圧縮応力CSの絶対値は、少なくとも200MPa、約400MPaまで、または約1000MPaまでである。実施の形態において、それらの領域内の最大圧縮応力の絶対値は、少なくとも600MPaである。
圧縮応力下にある領域を有する基板30に関する詳細かつ正確な応力プロファイル(深さの関数としての応力)を推論する2つの方法が、「Systems and Methods for Measuring the Stress Profile of Ion-Exchanged Glass」と題し、2012年5月3日にDouglas Clippinger Allan等により出願され、同じ名称を有し、2011年5月25日に出願された米国仮特許出願第61/489800号に優先権を主張する、米国特許第9140543号明細書に開示されている。これらの文献の内容がここに全て引用される。
実施の形態において、圧縮応力下にある基板30の領域を生成する工程は、基板30にイオン交換化学調質過程(化学調質は、しばしば、「化学強化」と称される)を施す工程を含む。イオン交換化学調質過程において、基板30の第一面32、第二面34にあるまたはその近くにあるイオンは、同じ価数または酸化状態を通常有するより大きいイオンにより置換-または交換-される。基板30が、アルカリアルミノケイ酸塩ガラス、アルカリホウケイ酸ガラス、アルカリアルミノホウケイ酸塩ガラス、またはアルカリケイ酸塩ガラスを含む、から実質的になる、またはからなる実施の形態において、ガラスの表面層内のイオンおよびより大きいイオンは、Na(ガラス中にLiが存在する場合)、K、Rb、およびCsなどの一価のアルカリ金属陽イオンである。あるいは、第一面32および第二面34内にある、そこにあるまたはその近くにある一価の陽イオンは、Agなどの、アルカリ金属陽イオン以外の一価の陽イオンと置換されることもある。
実施の形態において、イオン交換過程は、基板30を、その基板30中のより小さいイオンと交換されるべきより大きいイオンを含有する溶融塩浴中に浸漬することによって行われる。以下に限られないが、浴の組成と温度、浸漬時間、(複数の)塩浴中のガラスの浸漬回数、複数の塩浴の使用、および徐冷、洗浄などの追加の工程を含む、イオン交換過程に関するパラメータは、一般に、基板30の組成並びに強化操作から生じる基板30の所望の圧縮深さおよび圧縮応力によって決まることが、当業者により認識されるであろう。一例として、アルカリ金属含有ガラス基板のイオン交換は、以下に限られないが、より大きいアルカリ金属イオンの硝酸塩、硫酸塩、および塩化物などの塩を含有する少なくとも1つの溶融塩浴中の浸漬により行われることがある。実施の形態において、その溶融塩浴は、硝酸カリウム(0~100質量%)、硝酸ナトリウム(0~100質量%)、および硝酸リチウム(0~12質量%)を含み、硝酸カリウムと硝酸ナトリウムの合計濃度は、88質量%から100質量%の範囲内の質量百分率を有する。実施の形態において、溶融塩浴の温度は、典型的に、約350℃から約500℃までの範囲にあり、一方で、浸漬時間は、約20分から約10時間を含む、約15分から約40時間に及ぶ。しかしながら、先に記載されたものと異なる温度と浸漬時間を使用してもよい。基板30は、表面傷の影響を除去するまたは低下させるために、酸磨きされるか、または他のやり方で処理されることがある。
基板30は、第一面32と第二面34との間の最短の直線距離として定義される厚さ35を有する。実施の形態において、基板30の厚さ35は、約100μmと約5mmの間である。1つ以上の実施の形態による基板30は、約100μmから約500μm(例えば、100、200、300、400、または500μm)に及ぶ物理的厚さ35を有し得る。他の実施の形態において、厚さ35は、約500μmから約1000μm(例えば、500、600、700、800、900、または1000μm)に及ぶ。厚さ35は、約1mm超(例えば、約2、3、4、または5mm)であることがある。1つ以上の具体的な実施の形態において、厚さ35は、2mm以下または1mm未満である。基板30に適した市販の組成物は、Gorilla(登録商標)Glass(約850MPaのCS、約40マイクロメートルのDOC、および1.0ミリメートル(mm)の厚さ35を有する、Corningコード#5318)である。
ガラスの代わりに、またはガラスに加えて、基板30は、可視光吸収性、IR透過性材料層を含み得る、またはその材料層であり得る。そのような材料の例としては、商標名Plexiglas(登録商標)IRアクリル3143およびCYROのACRYLITE(登録商標)IRアクリル1146でePlasticsから市販されているものなどの、赤外波長透過性、可視波長吸収性アクリルシートが挙げられる。「Plexiglas」IRアクリル3143は、約700nm以下(可視スペクトル内)の波長を有する電磁放射線について、1%未満(少なくとも10%未満)の透過率を有するが、800nmから約1100nmの範囲内(905nmを含む)の波長について、約90%(85%超)の透過率を有する。
1つ以上の実施の形態において、基板30は、約1.45から約1.55の範囲の屈折率を示す。ここに用いられているように、「屈折率」は、905nmの波長を有する電磁放射線についての材料(ここでは、基板30)の屈折率を称する。ここでは、「refractive index」および「index of refraction」(屈折率)は同意語として使用される。
ここで図4を参照すると、層状膜36(および存在する場合には、第2の層状膜38)は、高屈折率材料40および低屈折率材料42の交互の層を含む。ここに用いられているように、「高屈折率」および「低屈折率」という用語は、互いに対する屈折率の値を称する。実施の形態において、高屈折率材料40は、約1.7から約3.0の屈折率を有する。実施の形態において、低屈折率材料42は、約1.3から約1.6の屈折率を有する。他の実施の形態において、低屈折率材料42は、約1.3から約1.7の屈折率を有し、一方で、高屈折率材料40は、約1.7から約2.5の屈折率を有する。高屈折率材料40と低屈折率材料42の屈折率の差は、約0.10以上、0.20以上、0.3以上、0.4以上、またさらには0.5以上であることがある。高屈折率材料40と低屈折率材料42の屈折率の差のために、交互の層の数(数量)およびそれらの厚さをうまく利用すると、層状膜36を通る波長の範囲内の電磁放射線の選択的な透過、および層状膜36からの波長の範囲内の電磁放射線の選択的な反射を可能にできる。それゆえ、層状膜36は、第2の層状膜38と共に、所定の光学的性質を有する薄膜光学フィルタである。
低屈折率材料42内にまたはそれとして使用するのに適した材料のいくつかの例に、SiO、Al、GeO、SiO、AlO、SiO、SiAl、MgO、MgAl、MgF、BaF、CaF、DyF、YbF、YF、およびCeFがある。低屈折率材料42内にまたはそれとして使用する材料の窒素含有量は最小にされることがある(例えば、AlO、SiO、およびSiAlなどの材料において)。例えば、窒素含有量は、AlO、SiO、およびSiAlなどの材料において、20原子パーセント未満の窒素、または10原子パーセント未満の窒素であり得る。
高屈折率材料40内にまたはそれとして使用するのに適した材料のいくつかの例に、SiN、AlN、SiAl、Ta、Nb、AlN、Si、AlO、SiO、HfO、TiO、ZrO、Y、Al、MoO、およびダイヤモンド状炭素がある。高屈折率材料40の材料の酸素含有量は、特に、SiNまたはAlN材料において、最小にされることがある。AlO材料は、酸素ドープされたAlNと考えられることがある、すなわち、それらは、AlN結晶構造(例えば、ウルツ鉱)を有し、AlON結晶構造を有する必要はないであろう。高屈折率材料40内にまたはそれとして使用する例示のAlO材料は、約0原子%から約20原子%の酸素、または約5原子%から約15原子%の酸素を含む一方で、30原子%から約50原子%の窒素を含むことがある。高屈折率材料40内にまたはそれとして使用する例示のSiAlは、約10原子%から約30原子%または約15原子%から約25原子%のケイ素、約20原子%から約40原子%または約25原子%から約35原子%のアルミニウム、約0原子%から約20原子%または約1原子%から約20原子%の酸素、および約30原子%から約50原子%の窒素を含むことがある。先の材料は、約30質量%まで水素化されることがある。高屈折率材料40および低屈折率材料42の屈折率は、互いに対して相対的であるので、同じ材料(Alなど)が、低屈折率材料42に選択された材料の屈折率に応じて、高屈折率材料40に適していることがあり得、あるいは、高屈折率材料40に選択された材料の屈折率に応じて、低屈折率材料42に適していることがあり得る。
実施の形態において、低屈折率材料42はSiOであり、高屈折率材料40は、Siである。Siの高屈折率材料40の層は、高硬度を示す。
高屈折率材料40および低屈折率材料42の交互の層の数は、特に限定されない。実施の形態において、層状膜36内の交互の層の数は、7以上、9以上、11以上、21以上、31以上、51以上、および81以上である。一般に、層状膜36(および、利用されている場合には、第2の層状膜38)内の層の数が多いほど、1つ以上の特定の波長または波長範囲に合わせられる透過率および反射率特性がより狭くなり得る。
反射した放射線28は、窓24と相互作用する際に、層状膜36の末端面44と最初に遭遇し、この末端面44は、外部環境26に曝されていることがある。実施の形態において、低屈折率材料42の層は、外部環境26内の空気の屈折率により密接に一致し、それゆえ、末端面44からの入射電磁放射線(反射した放射線28かそうでないかに拘わらず)の反射を減少させるように末端面44を提供する。末端面44を与える低屈折率材料42の層は、基板30から最も遠い層状膜36の層である。同様に、実施の形態において、低屈折率材料42がSiOである場合、低屈折率材料42の層は、基板30の第一面32上に直接配置され、この基板は、典型的に、大きいモルパーセントでSiOを含む。理論で束縛するものではないが、SiOの低屈折率材料42と基板30との間の類似の化学組成により、そのSiOが基板30にうまく結合することができると考えられる。この場合、低屈折率材料42のこの層は、基板30に最も近い層状膜36の層である。
比較的高い屈折率を有する材料は、多くの場合、耐引掻性を与える比較的高い硬度を同時に有する。高屈折率材料40の厚さは、層状膜36の第2の層でかそうでないかに拘わらず、窓24の耐引掻性および/または損傷抵抗を増加させるように最大にすることができる。実施の形態において、この最大厚の高屈折率材料40は、層状膜36の厚さの50%以上、60%以上、70%以上、またさらには80%以上の厚さを有する。窓24に耐引掻性および/または損傷抵抗を与えるように選択される高屈折率材料40の厚さは、窓24の目的の用途の関数として選択することができる。例えば、車両10の屋根14で利用される窓24の層状膜36は、車両10の前方部分16で利用される窓24の層状膜36と異なる硬度および耐引掻性の要件、およびそれゆえ、高屈折率材料40の最大厚の層について異なる厚さを有するであろう。層状膜36の残りの層の各々の数量および厚さは、窓24にここに記載されたような所望の光学的性質を与えるように構成することができる。言い換えると、層状膜36の残りの層の数量および厚さは、窓24にここに記載されたような所望の反射率および透過率の光学的性質を与えるために、窓24に耐引掻性および/または損傷抵抗を与えるように最大にされた高屈折率材料40の選択された厚さに合わせるように構成することができる。一般に、全体としての層状膜36(およびそれゆえ窓24)の反射率および透過率の性質は、高屈折率材料40の最大厚の層の厚さに対するそれらの性質の感度を最小にするように構成することができる。層状膜36に加え、第2の層状膜38が利用される場合、層状膜36と第2の層状膜38の両方の層の数量、並びに層状膜36と第2の層状膜38の両方の交互の層の厚さは、窓24が、850nmから950nmの範囲内の波長(905nmなど)を有する電磁放射線に関する所望の透過率および/または反射率の百分率を有するように構成される。高屈折率材料40の最大厚の層は、層状膜36で配置することができ、第2の層状膜38は、層状膜36よりも大きい数の交互の層を含むことができる。
高屈折率材料40の最大厚の層の厚さおよび層状膜36内の位置は、層状膜36およびそれゆえ、全体としての窓24に所望のレベルの硬度および耐引掻性を与えるように最適化することができる。実施の形態において、窓24に硬度および耐引掻性を与える層として働く高屈折率材料40の最大厚の層は、1950nmから5150nmの範囲内の厚さなど、500nmと10000nmとの間の厚さを有する。高屈折率材料40の硬度は、具体的に特徴付けられることがある。いくつかの実施の形態において、バーコビッチ圧子硬度試験で測定される、高屈折率材料40の最大厚の層の最大硬度は、50nmから1000nmの1つ以上の圧入深さ(末端面44から測定して)で、約8GPa以上、約10GPa以上、約12GPa以上、約15GPa以上、または約18GPa以上であることがある。これらのレベルの硬度は、上述したように、車両10が動いている間に遭遇する、砂、小石、破片、および他の物体からの衝撃損傷に対する抵抗を与える。したがって、これらのレベルの硬度は、衝撃損傷がそうしなければ生じるであろう、LiDARシステム12の光散乱および性能の低下を少なくするか、または防ぐ。ここに用いられているように、「バーコビッチ圧子硬度試験」は、ダイヤモンド製バーコビッチ圧子で表面に窪みを付けることによって、表面上の材料の硬度を測定する工程を含む。このバーコビッチ圧子硬度試験は、ダイヤモンド製バーコビッチ圧子で基板30の末端面44に窪みを付けて、約50nmから約1000nmの範囲(もしくは層状膜36の全厚さ、いずれか小さい方)の圧入深さまで窪みを形成する工程、および一般に、Oliver,W.C.およびPharr,G.M.の「An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments」、J.Mater.Res.,第7巻,No.6,1992年,1564~1583頁;およびOliver,W.C.およびPharr,G.M.の「Measurement of Hardness and Elastic Modulus by Instrument Indentation: Advances in Understanding and Refinements to Methodology」、J.Mater.Res.,第19巻,No.1,2004年,3~20頁に述べられた方法を使用して、全圧入深さ範囲に沿った、この圧入深さ範囲のある区分(例えば、約100nmから約600nmの範囲内)に沿って、この圧入から最大硬度を測定する工程を含む。ここに用いられているように、硬度は、平均硬度ではなく、最大硬度を称する。
1つの実施の形態において、末端面44を与える低屈折率材料42は、問題の電磁放射線の905nmの波長の50%未満、または45%未満、または40%未満、または35%未満、または30%未満、または25%未満、または15%未満、または10%未満、または5%未満、または4%未満、または3%未満、または2%未満、そしてさらには1.2%未満の厚さを有する。例えば、905nmの5%未満の厚さは、45.25nm未満である。実施の形態において、末端面44を与える低屈折率材料42の厚さは、130nmと180nmの間である。末端面44を与える低屈折率材料42の厚さを最小にすることにより、末端面44を与える低屈折率材料42の直接下に設けられる高屈折率材料40により与えられる耐引掻性および/または損傷抵抗が向上する。先に述べたように、実施の形態において、窓24に最大硬度を与える高屈折率材料40の層は、外部環境26から層状膜36の2番目の層、すなわち、窓24の末端面44を与える低屈折率材料42の層に隣接した層である。
層状膜36は厚さ46を有する。層状膜36の厚さ46は、ここに記載された透過率および反射率特性をまだ与えながら、約1μm以上であることがある。実施の形態において、厚さ46は、約1μmから約10μmを含む、1μmから20μmの範囲にある。約1μmの下限は、硬度および耐引掻性をまだ与えるほぼ最小厚さ46である。厚さ46の上限は、基板30上に層状膜36の層を配置するのに必要な費用と時間により制限される。加えて、厚さ46の上限は、層状膜36が基板30を反らせるのを防ぐために制限され、これは、基板30の厚さに依存する。
高屈折率材料40の最大厚により硬度および耐引掻性を与えることによって、発明の概要に述べられた課題を解決しながら、層状膜36は、窓24を通る905nmの波長を有する反射した放射線28の透過率も最大にする。実施の形態において、窓24は、層状膜36を介して、850nmから950nmの範囲内の透過率を最大にし、ある場合には、1550nmの波長、または1500nmから1600nmの範囲内の透過率を最大にする。実施の形態において、窓24は、層状膜36を介して、80%超の、または90%超の、94%超の、または95%超の、またさらには98%超の、905nmの波長の、または850nmから950nmの範囲内の波長の平均透過率を有する。実施の形態において、窓24は、層状膜36を介して、80%超の、または90%超の、94%超の、または95%超の、またさらには98%超の、1550nmの波長の、または1500nmから1600nmの範囲内の波長の平均透過率をさらに有する。「透過率」という用語は、材料(例えば、窓24、基板30、層状膜36、またはその部分)を透過する所定の波長範囲内の入射光パワーの百分率を称する。
それに加え、層状膜36は、905nmの波長を有する反射した放射線28の反射率を最小にする。実施の形態において、窓24は、層状膜36を介して、850nmから950nmの範囲内の波長の反射率を最小にし、ある場合には、1550nmの波長、または1500nmから1600nmの範囲内の波長の反射率を最小にする。実施の形態において、窓24は、層状膜36を介して、0°から8°、0°から15°、または0°から25°の入射角範囲に亘り、5%未満の、または3%未満の、または2%未満の、または1%未満の、または0.8%未満の、またさらには0.6%未満の、905nmの波長、または850nmから950nmの範囲内の波長の平均反射率を有する。実施の形態において、窓24は、層状膜36を介して、0°から8°、0°から15°、または0°から25°の入射角範囲に亘り、5%未満の、または3%未満の、または2%未満の、または1%未満の、またさらには0.6%未満の、1550nmの波長の、または1500nmから1600nmの範囲内の波長の平均反射率をさらに有する。実施の形態において、窓24は、層状膜36を介して、0°の入射角で、またはその近くで、950nmおよび1550nmの両方で2%未満(1%未満など)の反射率を有する。「反射率」という用語は、同様に、材料(例えば、窓24、基板30、層状膜36、またはその部分)から反射する所定の波長範囲内の入射光パワーの百分率として定義される。
実施の形態において、窓24は、可視光領域内の波長(450nmから650nm、または380nmから700nmなど)の透過率を5%未満、または3%未満、またさらには1%未満に減少させるために、有機染料、干渉鏡層、またはその2つの組合せをさらに含む。可視領域内の波長を吸収するが、905nmおよび1550nmを透過させる有機染料の例に、商標名800nm Long PassおよびAG-300-800nm InkでAdam Gates & Companyから入手できるものがある。
実施の形態において、窓24は、反射層状膜36を介して、可視光範囲内の波長(例えば、300nmから800nm、または350nmから750nm、または400nmから700nm、または500nmから700nm、または550~700nmの範囲内の波長)の反射率をさらに最大にする。例えば、実施の形態において、窓24は、反射層状膜36を介して、0°から8°、0°から15°、または0°から25°の入射角範囲に亘り、80%超の、または90%超の、または95%超の、またさらには97%超の可視範囲での平均反射率を有する。実施の形態において、窓24は、反射層状膜36を介して、20%未満、10%未満、5%未満、またさらには3%未満の、可視範囲内の波長の平均透過率をさらに有する。可視範囲内の波長の反射率が増加するにつれて、および/または透過率が減少するにつれて、それらの波長が、電磁放射線エミッタおよびセンサ18:(a)と干渉するノイズ、および(b)を加熱する熱源:の機能を果たす能力が低下する。
層状膜36および第2の層状膜38の層(すなわち、高屈折率材料40および低屈折率材料42の層)は、不連続堆積過程または連続堆積過程を含む、当該技術分野で公知のどの方法により形成されてもよい。1つ以上の実施の形態において、その層は、連続堆積過程のみ、また代わりに、不連続堆積過程のみを使用して形成されることがある。
以下の実施例は、ここに記載された窓24の実施の形態を通る(それゆえ、層状膜36および基板30を通るものを含む)905nmの波長を有する反射した放射線28の透過率、並びに窓24の末端面44で905nmの波長を有する反射した放射線28の反射防止性を実証するためにコンピュータ支援モデル化を使用した、全てモデル化された実施例である。
層状膜36の高屈折率材料40および低屈折率材料42の交互の層の各々、並びに基板30の屈折率(波長の関数として)は、反応性スパッタリングにより製造された単層実験試料から分光偏光解析法を使用して測定した。次に、このようにして測定された屈折率を使用して、モデル化実施例の透過および反射スペクトルを計算した。モデル化実施例では、便宜上、それらの記述的表における1つの屈折率値を使用し、これは、約950nmの波長での屈折率分散曲線から選択された一点に対応する。実施例から明らかになるように、基板30の所定の厚さ35および硬度と耐引掻性を与える高屈折率材料40の層の所定の最大厚を想定して、層状膜36内の高屈折率材料40および低屈折率材料42の交互の層の数量および厚さは、窓24に所望の平均透過率値および平均反射率値を与えるように構成することができる。圧入硬度値も、下記にモデル化した実施例と類似の(正確に同じではない)性質を有する多層積層体について、実験的に製造した単層膜から測定した。この実験的硬度情報は、最大圧入硬度値、および500nmの圧入深さでの硬度値が、実施例1および実施例1Aについて、約16GPaより高く、実施例2および実施例3について約15GPaより高く、実施例4について約18GPaより高く、実施例5~7について約16GPaより高く、実施例8について約15GPaより高いという予測を高い確信の度合いで可能にする。
実施例1-実施例1の窓24は、表1に示されるように、強化されたアルミノケイ酸塩ガラス基板30(「Gorilla」Glass(Corningコード#5318))上に配置され、互いに重ねて連続的に配置された、高屈折率材料40(Si)および低屈折率材料42(SiO)の七(7)の交互の層の層状膜36を備えた。
Figure 2022535392000002
基板30の第一面32は、905nmの波長で、入射する反射した放射線28の約4%を反射する。それゆえ、基板30を備えた窓24を通る見込まれる最高の透過率は、約96%である。図5Aに再現された波長および入射角(「AOI」)の関数としての窓24を通る(末端面44に向かい、基板30の第二面34を通って入射する)透過率の百分率のグラフに示されるように、層状膜36は、入射角に応じて、905nmで、透過率を、見込まれる最高値の96%から、95.6%と95.8%との間まで、わずかしか減少させない。図5Bに再現されたグラフに示されるように、実施例1の窓24は、約905nmでピーク透過率を有し、入射する電磁放射線の波長が可視光スペクトル(740nmから380nmに至るまで)を通じて短くなるにつれて、透過率は下方に振動するが、まだ約50%を上回ったままである。そのような場合、窓24は、先に述べたように、可視光領域(450nmから650nm、または380nmから700nmなど)内の波長の透過率を、5%未満、または3%未満、またさらには1%未満に減少させるために、有機染料、干渉鏡層、またはこれら2つの組合せをさらに備えることができるであろう。図5Cに再現されたグラフは、層状膜36が、905nmの波長を有する反射した放射線28の0.2%と0.4%の間(入射角に依存する)を、末端面44から最小にしか反射しないことを示す。実施例1の窓24は、905nm辺りで最適化された上述した透過率および反射率特性を提供しつつ、さらに、高屈折率材料40(Si)の最も厚い最外層(層2)で耐引掻性を与え、下に層状になっている層状膜36の他の層の大半を保護する。
実施例1A-実施例1Aの窓24は、高屈折率材料40(Si)の最外層の厚さを除いて、実施例1と同じであり、この最外層の厚さは、2000nmから5000nmに増加されていた。実施例1Aの窓24の構成が、下記の表1Aに示されている。
Figure 2022535392000003
実施例1Aに関する図6A~6Cで再現されたグラフおよび実施例1に関する図5A~5Cで再現されたグラフを比較すると、高屈折率材料40の最外層の厚さが増加したことにより、波長の905nmからのずれが大きくなるにつれて、より強い偏差と振動が生じたことが明らかになる。実施例1Aの窓24は、905nm辺りで最適化された上述した透過率および反射率特性を与えつつ、さらに、高屈折率材料40(Si)の最も厚い最外層(層2)で耐引掻性を与え、下に層状になっている層状膜36の他の層の大半を保護する。
実施例2-実施例2の窓24は、表2に示されるように、強化されたアルミノケイ酸塩ガラス基板30(「Gorilla」Glass(Corningコード#5318))上に配置され、互いに重ねて連続的に配置された、高屈折率材料40(Si)および低屈折率材料42(SiO)の九(9)の交互の層の層状膜36を備えた。
Figure 2022535392000004
図7Aに再現されたグラフは、波長が、905nmの波長での96%に近い適切な最大値から離れて増減するにつれて、図5Aに示された実施例1に関するよりも、大きい比率の透過率の減少を示す。図7Bに再現されたグラフに示されるように、実施例2の窓24は、重ねて、約905nmでピーク透過率を有し、入射する電磁放射線の波長が可視光スペクトル(740nmから380nmに至るまで)を通じて短くなるにつれて、透過率は、先の場合と同様に、下方に振動する。下方の振動は、実施例1と比べて実施例2においてより強く、交互の層の数およびそれらの厚さは、波長が可視スペクトルを通じて短くなるにつれて、窓24を通る透過率の減少を大きくするように構成できることを示す。図7Cで再現されたグラフは、層状膜36が、905nmの波長を有する反射した放射線28の約0%と0.2%の間(入射角に依存する)を、末端面44から最小にしか反射しないことを示す。実施例1に関する図5Cおよび実施例2に関する図7Cを比較すると、実施例2の層状膜36は、実施例1の窓24(約0.2%以上)よりも低い反射率(8°から25°の入射角について、0.2%未満)を有する窓24を提供することが明らかになる。波長が905nmから離れて増減するにつれて、反射率は増加し、おそらく、層状膜36の追加の層の関数として、実施例1(図5C)におけるよりもより大幅に増加する。実施例2の窓24は、905nm辺りで最適化された上述した透過率および反射率特性を与えつつ、さらに、耐引掻性を提供する。
実施例3-実施例3の窓24は、表3に示されるように、強化されたアルミノケイ酸塩ガラス基板30(「Gorilla」Glass(Corningコード#5318))上に配置され、互いに重ねて連続的に配置された、高屈折率材料40(Si)および低屈折率材料42(SiO)の十一(11)の交互の層の層状膜36を備えた。
Figure 2022535392000005
実施例3について図8A~8Cで再現されたグラフと、実施例1について図5A~5Cで再現されたグラフと、実施例2について図7A~7Cで再現されたグラフとを比較すると、層状膜36内の高屈折率材料40(Si)および低屈折率材料42(SiO)の層の数を増加させると、905nm辺りを中心とする最大透過率および最小反射率の帯域が狭くなり、波長が905nmから離れるにつれて、透過率はより大幅に減少し、反射率は減少することが明らかになる。実施例3の窓24は、905nm辺りで最適化された上述した透過率および反射率特性を与えつつ、さらに、耐引掻性を与える。
実施例4-実施例4および4Dの窓24は、表4に示されるように、強化されたアルミノケイ酸塩ガラス基板30(「Gorilla」Glass(Corningコード#5318))上に配置され、互いに重ねて連続的に配置された、高屈折率材料40(Si)および低屈折率材料42(SiO)の七(7)の交互の層の層状膜36を備えた。実施例4および4Dは、末端面44を与える低屈折率材料42(SiO)の厚さを10nm(905nmの波長の約1.1%)に減少させる。実施例4において、末端面44を与える低屈折率材料42の直接下にある高屈折率材料40の第2の層の厚さは、1955nm(層状膜36の厚さの約82%)である。実施例4Dにおいて、末端面44を与える低屈折率材料42の直接下にある高屈折率材料40の第2の層の厚さは、126.5nm(層状膜36の厚さの約23%)である。
Figure 2022535392000006
図9A(実施例4について)および10A(実施例4Dについて)で再現されたグラフが示すように、実施例4Dに対して実施例4の先の表において層2の厚さを増加させると、窓24が任意の所定の透過率の百分率より多く(90%超など)透過させる905nm辺りの波長の範囲が狭くなり、入射角に対する感度が大きくなった。図9Aおよび10Aのグラフは、末端面44のみであり、先の他の実施例におけるような窓24全体を通らない透過率についてであることに留意のこと。同様に、図9Bおよび10Bで再現されたグラフの比較により、実施例4における層2の厚さが大きくなると、波長の関数として、末端面44を通る透過率の感度が大きくなったことが示される。図9Cおよび10Cで再現されたグラフの比較により、実施例4における層2の厚さが大きくなると、波長の関数として、末端面44からの反射率の感度が大きくなったことが明らかになる。実施例4Dと比べて大きい、実施例4における層2の厚さは、それにもかかわらず、ゼロ度(0°)の入射角で、905nmの波長を有する、入射する反射した放射線28の透過率を最大にし、反射率を最小にするように他の層の数量と厚さを構成することができることを示す実証している。しかしながら、実施例4における層2の厚さがより大きくなると、ゼロ度(0°)からの入射角および905nmからの波長の逸脱に対する感度が大きくなる。
実施例5-実施例5の窓24は、表5に示されるように、強化されたアルミノケイ酸塩ガラス基板30上に配置され、互いに重ねて連続的に配置された、高屈折率材料40(Si)および低屈折率材料42(SiO)の二十一(21)の交互の層の層状膜36を備えた。
Figure 2022535392000007
図11Aで再現されたグラフにより、実施例5の窓24は、0°から25°の範囲の入射角に亘り、905nmの波長について、窓24を通る高い透過率(>94.5%)を与えることが明らかになる。図11Bで再現されたグラフにより、実施例5の窓は、特に、450nm~650nmの波長内の、可視光の減少した透過率を同時に与え、ここで、それらの波長の可視光のたった5から30パーセントくらいしか、窓24を透過しないことが明らかになる。図11Cで再現されたグラフにより、実施例5における窓24は、0°から25°の入射角の全てについて、905nmの波長をほとんど反射しない(1.5%、<1%、またさらには<0.5%)ことが明らかになる。図11Dで再現されたグラフにより、実施例5における窓24は、450nm~650nmの波長範囲の可視光を60%と90%との間だけ反射する一方で、0°から8°の入射角で、905nmおよび1550nmの波長で、1%未満を含む、800nm~1800nmの全波長範囲に亘りわずかしか(20%未満)入射する電磁放射線を反射しないことが明らかになる。実施例5の窓24は、905nm辺りで最適化された上述した透過率および反射率特性を与えつつ、さらに、高屈折率材料40(Si)の最も厚い最外層(層2)で耐引掻性を与え、下に層状になっている層状膜36の他の層の大半を保護する。
実施例6-実施例6の窓24は、表6に示されるように、強化されたアルミノケイ酸塩ガラス基板30上に配置され、互いに重ねて連続的に配置された、高屈折率材料40(Si)および低屈折率材料42(SiO)の三十一(31)の交互の層の層状膜36を備えた。
Figure 2022535392000008
図12Aで再現されたグラフにより、実施例6の窓24は、0°から8°の入射角について、905nmの波長で、高い透過率(>95%)を与え、その透過率は、約870nmより短い波長について、急に低下することが明らかになる。図12Bで再現されたグラフにより、実施例6の窓24は、約400nmと740nmの間の広い可視光波長範囲に亘り可視光の30%未満しか透過させない一方で、905nmでの高い透過率について最適化されていることが明らかになる。図12Cで再現されたグラフにより、末端面44は、0°と15°の間の入射角について、905nmの波長の1%未満しか反射させない一方で、25°以下の全ての入射角について、905nmの波長の3%未満しか反射させず、875nmから925nmの近似範囲から大幅に外れると、反射率は増加することが明らかになる。図12Dで再現されたグラフにより、末端面44は、450nmから700nmの波長範囲内の可視光の65%超を反射し、この範囲内の様々な波長について、90%を超えてピークとなることが明らかになる。それに加え、末端面44は、800nm~1800nmの範囲内の波長について、25%未満の反射率を有し、0°と8°の間の入射角で、1550nmの波長で、反射率は2%未満である。実施例6の窓24は、905nm辺りで最適化された上述した透過率および反射率特性、並びに1550nmでも低い反射率を与えつつ、さらに、高屈折率材料40(Si)の最も厚い最外層(層2)で耐引掻性を与え、下に層状になっている層状膜36の他の層の大半を保護する。
実施例7-実施例7の窓24は、表7に示されるように、強化されたアルミノケイ酸塩ガラス基板30上に配置され、互いに重ねて連続的に配置された、高屈折率材料40(Si)および低屈折率材料42(SiO)の五十一(51)の交互の層の層状膜36を備えた。
Figure 2022535392000009
Figure 2022535392000010
図13Aで再現されたグラフにより、実施例7の窓24は、905nmの波長および約875nmから約920nmのその前後の波長について、0°から25°の全ての入射角で、95%超の透過率を有することが明らかになる。図13Bで再現されたグラフにより、実施例7の窓24は、約870nmから約1800nmの波長範囲について、80%超の透過率を有するが、380nmから700nmの可視波長範囲において20%未満の透過率を有することが明らかになる。図13Cで再現されたグラフにより、末端面44は、0°から25°の全ての入射角で、905nmの波長について、1%未満の反射率を有することが明らかになる。図13Dで再現されたグラフにより、末端面44は、800nmから1800nmの波長範囲に亘りずっと15%未満の反射率を有し、0°から15°の入射角について、1550nmの波長で、反射率は5%未満であることが明らかになる。それに加え、末端面44は、450nmから700nmの可視波長範囲について、80%超の反射率を有し、約98%の反射率がピークとなる。
実施例8-実施例8の窓24は、表8に示されるように、強化されたアルミノケイ酸塩ガラス基板30の第一面32上に配置され、互いに重ねて連続的に配置された、高屈折率材料40(Si)および低屈折率材料42(SiO)の九(9)の交互の層の層状膜36を備えた。それに加え、実施例8の窓24は、表8に示されるように、この強化されたアルミノケイ酸塩ガラス基板30の第二面34上に配置された八十一(81)の交互の層の第2の層状膜38を備えた。
Figure 2022535392000011
Figure 2022535392000012
実施例8の窓24は、窓24の耐引掻性および耐衝撃性を最大にするために、基板30の第一面32上に、高屈折率材料40(Si)の比較的厚い層4を有する層状膜36を配置できることを実証している。それに加え、実施例8の窓24は、第2の層状膜38が提供する光学フィルタ層の大半を、基板30の相対的にずっと大きい厚さの下に配置し、それにより、保護できることを実証している。それゆえ、この第2の層状膜38は、層状膜36におけるように、耐引掻性および耐衝撃性を与えるために、高屈折率材料40の比較的厚い層を有する必要はない。むしろ、第2の層状膜38は、可視範囲内の波長の反射を促進する光学的層化の機能を果たすことができる。
両面反射率および透過率が、この両面が被覆された実施例にとって最も適した測定基準である。図14A~14Eで再現されたグラフにより、450nmから750nmの範囲内の90%超、500nmから700nmの範囲内の95%超、500nmから700nmの範囲内の97%超、および98%を超えるピークなど、可視スペクトル内の波長の高い反射率が明らかになる。両面透過率は、25°までの全ての入射角について、370nmから770nmの可視波長について、10%未満であり、400nmから700nmの波長について、3.2%未満である。しかしながら、両面透過率は、800nmから1600nmの波長範囲に亘りずっと、78%超である。それに加え、これらのグラフは、15°までの全ての入射角について、800nmから1600nmの範囲内の波長の22%未満であり、25°までの全ての入射角について、905nmの波長で1%未満の反射率を明らかにする。
本開示の態様(1)は、検出システムのための窓において、所定の厚さおよび905nmの波長を有する電磁放射線に関する屈折率を有する基板;その基板上に配置された層状膜であって、高屈折率材料および低屈折率材料の交互の層を含み、この高屈折率材料はこの低屈折率材料よりも高い屈折率を有し、この層状膜の交互の層の各層は厚さを有し、その交互の層の厚さは、この窓が、850nmから950nmの範囲内の波長を有する電磁放射線について少なくとも80%の透過率を有するように構成されている、層状膜;およびバーコビッチ圧子硬度試験で測定して、その層状膜での少なくとも10GPaの硬度を有する窓に関する。
態様(2)は、前記基板がガラス基板である、態様(1)の窓に関する。
態様(3)は、前記ガラス基板が、表面および圧縮応力下にあるその表面と隣接した領域を有する、アルカリアルミノケイ酸塩ガラスまたはアルカリアルミノホウケイ酸塩ガラスである、態様(2)の窓に関する。
態様(4)は、前記基板の厚さが、約1mmと約5mmの間である、態様(1)から(3)のいずれか1つの窓に関する。
態様(5)は、前記ガラス基板が約1mmの厚さを有し、前記圧縮応力が少なくとも600MPaの最大絶対値を有し、圧縮応力下にある前記領域が少なくとも20μmの圧縮深さを有する、態様(3)の窓に関する。
態様(6)は、前記基板が、可視スペクトル内のある範囲の波長についての1%未満の透過率、および905nmの波長での85%超の透過率を有するアクリルシートを含む、態様(1)の窓に関する。
態様(7)は、前記基板の屈折率が約1.45から約1.55であり、前記高屈折率材料の屈折率が約1.7から約3.0であり、前記低屈折率材料の屈折率が約1.3から約1.6である、態様(1)から(6)のいずれか1つの窓に関する。
態様(8)は、前記層状膜がある数量の層を含み、その層の数量、並びに前記交互の層の厚さは、前記窓が、850nmから950nmの範囲内の波長を有する電磁放射線について少なくとも95%の透過率を有するように構成されている、態様(1)から(7)のいずれか1つの窓に関する。
態様(9)は、前記低屈折率材料が、SiO、Al、AlO、およびSiOの内の1つ以上を含み、前記高屈折率材料が、Si、SiN、AlN、SiO、およびAlOの内の1つ以上を含み、この高屈折率材料に関するSiO、AlO中の酸素含有量が、この低屈折率材料に関するSiO、AlO中の酸素含有量より少なく、この高屈折率材料に関するSiO、AlO中の窒素含有量が、この低屈折率材料に関するSiO、AlO中の窒素含有量より多い、態様(1)から(8)のいずれか1つの窓に関する。
態様(10)は、前記基板がガラス基板であり、前記低屈折率材料がSiOであり、前記高屈折率材料がSiである、態様(1)から(9)のいずれか1つの窓に関する。
態様(11)は、前記基板がガラス基板であり、そのガラス基板に最も近い層状膜の層が低屈折率材料であり、そのガラス基板から最も遠い層状膜の層が低屈折率材料である、態様(1)から(10)のいずれか1つの窓に関する。
態様(12)は、前記層状膜が厚さを有し、その層状膜は、層状膜の厚さの50%以上である厚さを有する高屈折率材料の層を含む、態様(1)から(11)のいずれか1つの窓に関する。
態様(13)は、前記層状膜の厚さの50%以上である厚さを有する高屈折率材料の層が、約500nmと約10,000nmの間の厚さを有する、態様(12)の窓に関する。
態様(14)は、前記ガラス基板から最も遠い層状膜の層が、この窓の末端面材料を形成し、この窓の末端面材料が、約130nmと約180nmの間の厚さを有し、前記低屈折率材料から作られている、態様(1)から(13)のいずれか1つの窓に関する。
態様(15)は、前記層状膜の厚さが約1μmと約10μmの間である、態様(13)の窓に関する。
態様(16)は、前記ガラス基板から最も遠い層状膜の層が、この窓の末端面材料を形成し、この窓の末端面材料が、低屈折率材料から作られ、この層状膜中の高屈折率材料の最も厚い層が、この窓の末端面材料と隣接している、態様(1)から(15)のいずれか1つの窓に関する。
態様(17)は、前記層状膜の交互の層の厚さが、前記窓が、(a)905nmの波長を有する電磁放射線についての95%超の平均透過率、および(b)905nmの波長を有する電磁放射線についての0°から8°の入射角での1%未満の平均反射率を有するように構成されている、態様(1)から(16)のいずれか1つの窓に関する。
態様(18)は、前記層状膜の交互の層の厚さが、前記窓が、1550nmの波長を有する電磁放射線について80%超の平均透過率を有するように構成されている、態様(17)の窓に関する。
態様(19)は、前記層状膜の交互の層の厚さが、前記窓が、400nmから700nmの範囲内の波長を有する電磁放射線について、0°から8°の範囲内の入射角で、80%超の平均反射率を有するように構成されている、態様(17)の窓に関する。
態様(20)は、前記基板が、層状膜が上に配置される第一面、および第2の層状膜が上に配置される第二面を有し、この第2の層状膜は、高屈折率材料および低屈折率材料の交互の層を含み、層状膜および第2の層状膜の両方とも、各々が厚さを有するある数量の層を含み、層状膜および第2の層状膜の両方の層の数量、並びに層状膜および第2の層状膜の両方の交互の層の厚さは、この窓が、850nmから950nmの範囲内の波長を有する電磁放射線について少なくとも80%の透過率を有するように構成されており、この層状膜は、窓の高屈折率材料の最も厚い層を含む、態様(1)から(19)のいずれか1つの窓に関する。
態様(21)は、前記検出システムがLiDARシステムを含む、態様(1)から(20)のいずれか1つの窓に関する。
態様(22)は、検出システムのための窓において、所定の厚さおよび905nmの波長を有する電磁放射線に関する屈折率を有するガラス基板;そのガラス基板上に配置された層状膜であって、SiおよびSiOの少なくとも7の交互の層を含み、Siの層は、SiOの層よりも高い屈折率を有し、この層状膜の交互の層の各層は厚さを有し、その交互の層の厚さは、この窓が、850nmから950nmの範囲内の波長を有する電磁放射線について少なくとも80%の透過率を有するように構成されている、層状膜;およびバーコビッチ圧子硬度試験で測定して、その層状膜での少なくとも8GPaの硬度を有する窓に関する。
態様(23)は、バーコビッチ圧子硬度試験で測定して、その層状膜での硬度が、少なくとも10GPaである、態様(22)の窓に関する。
態様(24)は、前記ガラス基板から最も遠いSiOの層が、窓の末端面材料から作られ、その層状膜におけるSiの最も厚い層が、その末端面材料と隣接している、態様(22)から(23)のいずれか1つの窓に関する。
態様(25)は、前記層状膜におけるSiの最も厚い層が、約500nmから約10,000nmの範囲内の厚さを有する、態様(22)から(24)のいずれか1つの窓に関する。
態様(26)は、前記交互の層の厚さが、前記窓が、(a)905nmの波長を有する電磁放射線についての95%超の平均透過率、および(b)905nmの波長を有する電磁放射線についての0°から8°の範囲内の入射角での1%未満の平均反射率を有するように構成されている、態様(22)から(25)のいずれか1つの窓に関する。
態様(27)は、前記交互の層の厚さが、前記窓が、1550nmの波長を有する電磁放射線について80%超の平均透過率を有するように構成されている、態様(22)から(25)のいずれか1つの窓に関する。
態様(28)は、前記交互の層の厚さが、前記窓が、400nmから700nmの範囲内の波長を有する電磁放射線について、0°から8°の範囲内の入射角で、80%超の平均反射率を有するように構成されている、態様(22)から(25)のいずれか1つの窓に関する。
態様(29)は、前記検出システムがLiDARシステムを含む、態様(22)から(28)のいずれか1つの窓に関する。
請求項の精神または範囲から逸脱せずに、様々な改変および変更を行えることが、当業者に明白であろう。
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
実施形態1
検出システムのための窓において、
所定の厚さおよび905nmの波長を有する電磁放射線に関する屈折率を有する基板、
前記基板上に配置された層状膜であって、高屈折率材料および低屈折率材料の交互の層を含み、該高屈折率材料は該低屈折率材料よりも高い屈折率を有し、該層状膜の交互の層の各層は厚さを有し、該交互の層の厚さは、前記窓が、850nmから950nmの範囲内の波長を有する電磁放射線について少なくとも80%の透過率を有するように構成されている、層状膜、および
バーコビッチ圧子硬度試験で測定して、前記層状膜での少なくとも10GPaの硬度、
を有する窓。
実施形態2
前記基板がガラス基板である、実施形態1に記載の窓。
実施形態3
前記ガラス基板が、表面および圧縮応力下にある該表面と隣接した領域を有する、アルカリアルミノケイ酸塩ガラスまたはアルカリアルミノホウケイ酸塩ガラスである、実施形態2に記載の窓。
実施形態4
前記基板の厚さが、約1mmと約5mmの間である、実施形態1から3のいずれか1つに記載の窓。
実施形態5
前記ガラス基板が約1mmの厚さを有し、前記圧縮応力が少なくとも600MPaの最大絶対値を有し、圧縮応力下にある前記領域が少なくとも20μmの圧縮深さを有する、実施形態3に記載の窓。
実施形態6
前記基板が、可視スペクトル内のある範囲の波長についての1%未満の透過率、および905nmの波長での85%超の透過率を有するアクリルシートを含む、実施形態1に記載の窓。
実施形態7
前記基板の屈折率が約1.45から約1.55であり、
前記高屈折率材料の屈折率が約1.7から約3.0であり、
前記低屈折率材料の屈折率が約1.3から約1.6である、
実施形態1から6のいずれか1つに記載の窓。
実施形態8
前記層状膜がある数量の層を含み、該層の数量、並びに前記交互の層の厚さは、前記窓が、850nmから950nmの範囲内の波長を有する電磁放射線について少なくとも95%の透過率を有するように構成されている、実施形態1から7のいずれか1つに記載の窓。
実施形態9
前記低屈折率材料が、SiO、Al、AlO、およびSiOの内の1つ以上を含み、前記高屈折率材料が、Si、SiN、AlN、SiO、およびAlOの内の1つ以上を含み、該高屈折率材料に関するSiO、AlO中の酸素含有量が、該低屈折率材料に関するSiO、AlO中の酸素含有量より少なく、該高屈折率材料に関するSiO、AlO中の窒素含有量が、該低屈折率材料に関するSiO、AlO中の窒素含有量より多い、実施形態1から8のいずれか1つに記載の窓。
実施形態10
前記基板がガラス基板であり、
前記低屈折率材料がSiOであり、
前記高屈折率材料がSiである、
実施形態1から9のいずれか1つに記載の窓。
実施形態11
前記基板がガラス基板であり、
前記ガラス基板に最も近い前記層状膜の層が前記低屈折率材料であり、
前記ガラス基板から最も遠い前記層状膜の層が前記低屈折率材料である、
実施形態1から10のいずれか1つに記載の窓。
実施形態12
前記層状膜が厚さを有し、該層状膜は、該層状膜の厚さの50%以上である厚さを有する前記高屈折率材料の層を含む、実施形態1から11のいずれか1つに記載の窓。
実施形態13
前記層状膜の厚さの50%以上である厚さを有する前記高屈折率材料の層が、約500nmと約10,000nmの間の厚さを有する、実施形態12に記載の窓。
実施形態14
前記ガラス基板から最も遠い前記層状膜の層が、前記窓の末端面材料を形成し、該窓の該末端面材料が、約130nmと約180nmの間の厚さを有し、前記低屈折率材料から作られている、実施形態1から13のいずれか1つに記載の窓。
実施形態15
前記層状膜の厚さが約1μmと約10μmの間である、実施形態13に記載の窓。
実施形態16
前記ガラス基板から最も遠い前記層状膜の層が、前記窓の末端面材料を形成し、該窓の該末端面材料が、前記低屈折率材料から作られ、前記層状膜中の前記高屈折率材料の最も厚い層が、該窓の該末端面材料と隣接している、実施形態1から15のいずれか1つに記載の窓。
実施形態17
前記層状膜の交互の層の厚さが、前記窓が、(a)905nmの波長を有する電磁放射線についての95%超の平均透過率、および(b)905nmの波長を有する電磁放射線についての0°から8°の入射角での1%未満の平均反射率を有するように構成されている、実施形態1から16のいずれか1つに記載の窓。
実施形態18
前記層状膜の交互の層の厚さが、前記窓が、1550nmの波長を有する電磁放射線について80%超の平均透過率を有するように構成されている、実施形態17に記載の窓。
実施形態19
前記層状膜の交互の層の厚さが、前記窓が、400nmから700nmの範囲内の波長を有する電磁放射線について、0°から8°の範囲内の入射角で、80%超の平均反射率を有するように構成されている、実施形態17に記載の窓。
実施形態20
前記基板が、前記層状膜が上に配置される第一面、および第2の層状膜が上に配置される第二面を有し、該第2の層状膜は、前記高屈折率材料および前記低屈折率材料の交互の層を含み、
前記層状膜および前記第2の層状膜の両方とも、各々が厚さを有するある数量の層を含み、該層状膜および該第2の層状膜の両方の層の数量、並びに該層状膜および該第2の層状膜の両方の交互の層の厚さは、前記窓が、850nmから950nmの範囲内の波長を有する電磁放射線について少なくとも80%の透過率を有するように構成されており、
前記層状膜は、前記窓の前記高屈折率材料の最も厚い層を含む、
実施形態1から19のいずれか1つに記載の窓。
実施形態21
前記検出システムがLiDARシステムを含む、実施形態1から20のいずれか1つに記載の窓。
実施形態22
検出システムのための窓において、
所定の厚さおよび905nmの波長を有する電磁放射線に関する屈折率を有するガラス基板、
前記ガラス基板上に配置された層状膜であって、SiおよびSiOの少なくとも7の交互の層を含み、Siの層は、SiOの層よりも高い屈折率を有し、該層状膜の交互の層の各層は厚さを有し、該交互の層の厚さは、前記窓が、850nmから950nmの範囲内の波長を有する電磁放射線について少なくとも80%の透過率を有するように構成されている、層状膜、および
バーコビッチ圧子硬度試験で測定して、前記層状膜での少なくとも8GPaの硬度、
を有する窓。
実施形態23
バーコビッチ圧子硬度試験で測定して、前記層状膜での硬度が、少なくとも10GPaである、実施形態22に記載の窓。
実施形態24
前記ガラス基板から最も遠い前記SiOの層が、前記窓の末端面材料から作られ、該層状膜におけるSiの最も厚い層が、該末端面材料と隣接している、実施形態22または23に記載の窓。
実施形態25
前記層状膜におけるSiの最も厚い層が、約500nmから約10,000nmの範囲内の厚さを有する、実施形態22から24のいずれか1つに記載の窓。
実施形態26
前記交互の層の厚さが、前記窓が、(a)905nmの波長を有する電磁放射線についての95%超の平均透過率、および(b)905nmの波長を有する電磁放射線についての0°から8°の範囲内の入射角での1%未満の平均反射率を有するように構成されている、実施形態22から25のいずれか1つに記載の窓。
実施形態27
前記交互の層の厚さが、前記窓が、1550nmの波長を有する電磁放射線について80%超の平均透過率を有するように構成されている、実施形態22から25のいずれか1つに記載の窓。
実施形態28
前記交互の層の厚さが、前記窓が、400nmから700nmの範囲内の波長を有する電磁放射線について、0°から8°の範囲内の入射角で、80%超の平均反射率を有するように構成されている、実施形態22から25のいずれか1つに記載の窓。
実施形態29
前記検出システムがLiDARシステムを含む、実施形態22から28のいずれか1つに記載の窓。
10 車両
12 LiDARシステム
14 屋根
16 前方部分
18 電磁放射線エミッタおよびセンサ
20 外囲器
22 電磁放射線
24 窓
26 外部環境
28 反射した放射線
30 基板
32 第一面
34 第二面
36 層状膜
38 第2の層状膜
40 高屈折率材料
42 低屈折率材料
44 末端面

Claims (10)

  1. 検出システムのための窓において、
    所定の厚さおよび905nmの波長を有する電磁放射線に関する屈折率を有する基板、
    前記基板上に配置された層状膜であって、高屈折率材料および低屈折率材料の交互の層を含み、該高屈折率材料は該低屈折率材料よりも高い屈折率を有し、該層状膜の交互の層の各層は厚さを有し、該交互の層の厚さは、前記窓が、850nmから950nmの範囲内の波長を有する電磁放射線について少なくとも80%の透過率を有するように構成されている、層状膜、および
    バーコビッチ圧子硬度試験で測定して、前記層状膜での少なくとも10GPaの硬度、
    を有する窓。
  2. 前記基板が、表面および圧縮応力下にある該表面と隣接した領域を有する、アルカリアルミノケイ酸塩ガラスまたはアルカリアルミノホウケイ酸塩ガラスから形成されたガラス基板であり、該ガラス基板が、約1mmと約5mmの間または約1mmの厚さを有し、前記圧縮応力が少なくとも600MPaの最大絶対値を有し、圧縮応力下にある前記領域が少なくとも20μmの圧縮深さを有する、請求項1記載の窓。
  3. 前記基板が、可視スペクトル内のある範囲の波長についての1%未満の透過率、および905nmの波長での85%超の透過率を有するアクリルシートを含む、請求項1記載の窓。
  4. 前記層状膜がある数量の層を含み、該層の数量、並びに前記交互の層の厚さは、前記窓が、850nmから950nmの範囲内の波長を有する電磁放射線について少なくとも95%の透過率を有するように構成されている、請求項1から3いずれか1項記載の窓。
  5. 前記低屈折率材料が、SiO、Al、AlO、およびSiOの内の1つ以上を含み、前記高屈折率材料が、Si、SiN、AlN、SiO、およびAlOの内の1つ以上を含み、該高屈折率材料に関するSiO、AlO中の酸素含有量が、該低屈折率材料に関するSiO、AlO中の酸素含有量より少なく、該高屈折率材料に関するSiO、AlO中の窒素含有量が、該低屈折率材料に関するSiO、AlO中の窒素含有量より多い、請求項1から4いずれか1項記載の窓。
  6. 前記層状膜が厚さを有し、該層状膜は、該層状膜の厚さの50%以上である厚さを有する前記高屈折率材料の層を含む、請求項1から5いずれか1項記載の窓。
  7. 前記高屈折率材料の層が、約500nmと約10,000nmの間の厚さを有する、請求項6記載の窓。
  8. 前記ガラス基板から最も遠い前記層状膜の層が、前記窓の末端面材料を形成し、該窓の該末端面材料が、前記低屈折率材料から作られ、前記層状膜中の前記高屈折率材料の最も厚い層が、該窓の該末端面材料と隣接している、請求項1から7いずれか1項記載の窓。
  9. 前記層状膜の交互の層の厚さが、前記窓が、(a)905nmの波長を有する電磁放射線についての95%超の平均透過率、(b)905nmの波長を有する電磁放射線についての0°から8°の入射角での1%未満の平均反射率、(c)1550nmの波長を有する電磁放射線についての80%超の平均透過率、および(d)400nmから700nmの範囲内の波長を有する電磁放射線についての、0°から8°の範囲内の入射角での、80%超の平均反射率を有するように構成されている、請求項1から8いずれか1項記載の窓。
  10. 前記基板が、前記層状膜が上に配置される第一面、および第2の層状膜が上に配置される第二面を有し、該第2の層状膜は、前記高屈折率材料および前記低屈折率材料の交互の層を含み、
    前記層状膜および前記第2の層状膜の両方とも、各々が厚さを有するある数量の層を含み、該層状膜および該第2の層状膜の両方の層の数量、並びに該層状膜および該第2の層状膜の両方の交互の層の厚さは、前記窓が、850nmから950nmの範囲内の波長を有する電磁放射線について少なくとも80%の透過率を有するように構成されており、
    前記層状膜は、前記窓の前記高屈折率材料の最も厚い層を含む、
    請求項1から9いずれか1項記載の窓。
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