JP2023500714A - 光学コーティング及びその光学コーティングを含む装置 - Google Patents

Abstract

光加熱のための第１の波長光領域と、光センシングのための第２の波長光領域とを有する光学コーティングが開示される。この光学コーティングを含むことができる装置も開示される。また、その装置と光源を含むことができる光学システムも開示される。さらに、光学コーティング、装置、及び光学システムの製造方法並びに使用方法も開示される。【選択図】図１Ａ

Description

関連出願

本出願は、２０１９年１１月８日に出願された米国仮出願第６２／９３３，０９０号の優先権を主張し、その開示の全体が参照により本書に組み込まれる。

本開示は、一般に、光加熱のための第１の光波長領域、及び光センシングのための第２の光波長領域を有する光コーティングに関する。光学コーティングを含むことができる装置も開示される。その装置と光源を含むことができる光学システムも開示される。光学コーティング、装置、及び光学システムの製造方法並びに使用方法も開示される。

光検出及び測距（ＬＩＤＡＲ）、サーマルイメージング、及びＲＧＢカメラなどのような外部センサーウィンドウを含む光学システムは、自動車で使用され、かつ外部環境に曝される。例えば、氷及び水（霧などのような大きな水滴と小さな水滴の両方）は、光学システムを不安定にさせる光学アーチファクトを引き起こす。

例えば、ＬＩＤＡＲウィンドウでは、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）コーティングの抵抗加熱が、加熱、曇り止め、除氷などのような効果をもたらすために使用されている。ＩＴＯコーティングは、ガラス基板の内面上に存在する。ＩＴＯコーティングとバスバーに接続するために、通常、抵抗線が使用される。その結果、２つの潜在的な問題が発生する。１つ目は、抵抗線とバスバーの接続が断線し、ＩＴＯコーティングに熱を供給するための信頼性が低い方法であること。二つ目に、加熱されたＩＴＯコーティングによって生成された熱は、熱伝導のための非効率的な手段であるガラス基板の塊を介して伝達されなければならないことである。

必要とされているのは、耐久性があり（例えば、外部環境での繰り返し使用）、かつ効率性を有する（例えば、コスト及び熱伝達の両方）光学コーティングの簡単な光学システムレベルの統合である。

本開示の特徴は、以下の図（複数可）に例示され、かつ限定されないが、その中で、同様の数字は同様の要素を示す。

本発明のある態様による光学コーティングの吸収及び透過特性を図示するグラフである。 本発明の別の態様による光学コーティングの吸収及び透過特性を図示するグラフである。 本発明の別の態様による光学コーティングの吸収及び透過作製を図示するグラフである。 本発明の別の態様による光学コーティングの吸収及び透過特性を図示するグラフである。 本発明の別の態様による光学コーティングの吸収及び透過特性を図示するグラフである。 本発明の別の態様による光学コーティングの吸収特性を図示するグラフである。 本発明の別の態様による光学コーティングの透過特性を図示するグラフである。 本発明のある態様による装置の概略図である。 本発明の別の態様による装置の概略図である。 本発明の別の態様による装置の概略図である。 本発明のある態様による光学システムの概略図である。 本発明の別の態様による光学システムの概略図である。 本発明のある態様による光学システムの概略図である。

ある態様では、光加熱のための第１の光波長領域と、光センシングのための第２の光波長領域とを有し、前記第１の光波長領域が前記第２の光波長領域とは異なる、光学コーティングが開示される。

別の態様では、第１の面及び第２の面を有する透明基板と、前記透明基板の第１の面上に配置された光学コーティングと、を備える装置が開示される。

様々な実施形態の更なる特徴及び利点は、部分的には、以下の説明に記載され、かつ部分的には、説明から明らかになるか、又は様々な実施形態の実践によって知ることができるであろう。様々な実施形態の目的及び他の利点は、本明細書において特に指摘される要素と組み合わせの手段によって実現並びに達成されることになるであろう。

簡略化及び例示の目的のために、本開示は、主にその実施例を参照して説明される。以下の説明では、本開示の完全な理解を提供するために、多数の具体的な詳細が記載される。しかしながら、本開示は、これらの具体的な詳細に限定されることなく実施できることは容易に明らかであろう。他の実施例では、本開示を不必要に曖昧にしないように、いくつかの方法及び構造は詳細に説明されていない。

さらに、添付の図に描かれた要素は、追加の構成要素を含んでもよく、かつそれらの図に記載された構成要素のいくつかは、本開示の範囲から逸脱することなく除去及び／又は修正されてもよい。さらに、図に描かれた要素は縮尺通りに描かれていない場合があり、したがって、要素は、図に示されたものとは異なるサイズ及び／又は構成を有する場合がある。

前述の一般的な説明と以下の詳細な説明の両方は、例示的かつ説明的なものにすぎず、本教示の様々な実施形態の説明を提供することを意図していることが理解されよう。その広範かつ多様な実施形態において、本明細書で開示されるのは、物品と物品の製造及び使用方法である。

本開示は、光加熱のための第１の光波長領域と、光センシングのための第２の光波長領域とを有する光学コーティング１２を説明する。第１の光波長領域は、第２の光波長領域と異なることができる。例えば、第１の光波長領域が可視光領域である場合、第２の光波長領域は、近赤外線又は近赤外線及び赤外線などのような任意の他の光波長領域とすることができる。光学コーティング１２の二重領域は、光学コーティング１２が光学熱を発生させ、可視光撮像、熱赤外線センシング、及び近接センシングなどで使用されるような光センシングを提供することを可能にする。

ある態様では、光学コーティング１２は、光加熱のための第１の光波長領域において選択的に光を吸収することができる。吸収された光は、外部環境に曝される装置２０を加熱するために使用できる熱を生成することができる。第１の光波長領域は、可視光の波長領域（３５０ｎｍ～７８０ｎｍ）、近赤外光の波長領域、又は可視光及び近赤外光の両方を含む波長領域を含むことができる。

ある態様では、光学コーティング１２は、光センシングのための第２の光波長領域を選択的に透過させることができる。選択的に透過された光は、光学システムに存在する検出器によって感知することができる。第２の光波長領域は、近赤外波長、可視波長（３５０ｎｍ～７８０ｎｍ）、短波赤外波長、又は長波赤外波長を含むことができる。

一例として、光学コーティング１２は、可視光などのような第１の光波長領域と、近赤外線などのような第２の光波長領域とを含むことができる。光学コーティング１２は、光吸収材料としてシリコン（シリコン含有材料、例えばランタンシリコン又は水素ドープシリコンなどのような）を含むことができる。

図１Ａに示すように、光学コーティング１２は、約３５０ｎｍ～約７８０ｎｍの第１の光波長領域における吸収特性（破線）及び約９４０ｎｍ～約１９５０ｎｍの第２の光波長領域における透過特性（実線）を有する反射防止コーティングとすることができる。ある態様では、図１Ｂに示すように、光学コーティング１２は、約３５０ｎｍ～約７８０ｎｍの光波長領域における吸収特性（破線）、及び約９０５ｎｍ～約１９５０ｎｍの光波長領域における透過特性（実線）を有する反射防止コーティングとすることができる。ある態様では、図１Ｃに示すように、光学コーティング１２は、約３５０ｎｍ～約７８０ｎｍの光波長範囲における吸収特性（破線）、及び約１５５０ｎｍ～約２１５０ｎｍの光波長領域における透過特性（実線）を有する反射防止コーティングとすることができる。ある態様では、図１Ｄに示すように、光学コーティング１２は、約３５０ｎｍ～約７８０ｎｍの光波領域における吸収特性（破線）及び約９５０ｎｍ～約１９５０ｎｍの光波長領域における透過特性（実線）を有するバンドパスコーティングとすることができる。

一例として、光学コーティング１２は、近赤外線又は短波赤外線などのような第１の光波長領域と、可視光などのような第２の光波長領域とを含むことができる。光学コーティング１２は、吸収シリコンの代わりに（上記の例のように）、又は二酸化ケイ素などのようなシリコン含有材料に加えて、ＩＴＯ及びＩＴＩＯなどのような透明導電性コーティングを含むことができる。

図１Ｅに示すように、光学コーティング１２は、約１０００ｎｍ～約１８５０ｎｍの光波長領域における吸収特性（破線）及び約３５０ｎｍ～約７８０ｎｍの光波長領域における透過特性（実線）を有する広帯域反射防止コーティングとすることができる。

第１の光波長領域と第２の光波長領域は、光学システム用にカスタマイズすることができる。

一例として、光学コーティング１２は、可視・近赤外光などのような第１の光波長領域と、長波長赤外などのような第２の光波長領域とを含むことができる。光学コーティング１２は、１５００ｎｍ未満の波長で吸収するゲルマニウム、及び／又は硫化亜鉛を含むことができる。ゲルマニウムを有する光学コーティング１２は、通常、１８００ｎｍの波長未満の光を吸収することができる。比較すると、シリコンは、通常、波長１０００ｎｍ未満の光を吸収することができる。光学コーティング１２は、光源１３６が装置２０の第２の面１４上に配置されたとき、シリコンなどのような透明基板１０の第２の面１４を通じて光を吸収することができる。

ある態様では、光学コーティング１２は、約３５０ｎｍ～約１１５０ｎｍの光波長領域における吸収特性（図１Ｆの破線）及び約１１０００ｎｍ～約１４５００ｎｍの光波長領域における透過特性（図１Ｇの実線）を有する長波赤外線反射防止コーティングとすることができる。

光学コーティング１２は、吸収光源１３６及び透過光源１４０を有する光学システム１００に合わせることができる。とりわけ、光学コーティング１２は、可視光などのような同じ波長における吸収光源からの光を吸収する吸収材料で形成することができる。光学コーティング１２に使用するための可視光を吸収する吸収材料の非限定的な例としては、アモルファス・シリコン、Ｓｉ：Ｈ、Ｇｅ、Ｇｅ：Ｈ、ＳｉＧｅ、ＳｉＧｅ：Ｈなどのようなケイ素含有材料を含む。光学コーティング１２に使用するための近赤外線又は短波赤外線を吸収する吸収材料の非限定的な例としては、ＩＴＯ、ＩＴｉＯ、ＺｎＯ、ＡｌＺｎＯ、ＦＴＯ、及びカーボンナノチューブなどのような透明導電性材料がある。

さらに、光学コーティング１２は、近赤外光などのような同一波長における透過型光源からの光を透過する透過型材料で形成することもできる。

光学コーティング１２は、反射防止コーティングとすることができる。また、光学コーティング１２は、バンドパスフィルタ、短波長パスフィルタ、長波長パスフィルタ、ノッチフィルタ、マルチバンドフィルタ等とすることもできる。

光学コーティング１２は、単層コーティング又は多層コーティングで構成することができる。光学コーティング１２は、第１の光波長領域と第２の光波長領域とを有する単一の材料を含むことができる。ある態様では、光学コーティング１２は、第１の光波長領域を有する第１の材料と、第２の光波長領域を有する第２の材料とを含むことができる。第１の材料は、吸収材料とすることができ、第２の材料は、透過材料とすることができる。材料及び層のありとあらゆる組み合わせが考えられる。

ある態様では、光学コーティング１２は、可視光波長において不透明とすることができる。別の態様では、光学コーティング１２は、染料及び顔料などの着色剤を含むことができる。

光学コーティング１２は、様々なプロセスによって形成することができる。光学コーティング１２の非限定的な製造方法は、ＤＣマグネトロンスパッタリング、ＡＣマグネトロンスパッタリング、パルスＤＣスパッタリング、熱蒸着、電子ビーム蒸着、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ、イオンビームスパッタリングＩＢＳ、デュアルビーム、及びＩＢＳなどを含む。

図２Ａは、第１の面１６と第の２面１４を有する透明基板１０、及び透明基板１０の第１の面１６上に光学コーティング１２を備える装置２０を図示する。

透明基板１０は、任意の透明な材料で作成することができる。透明材料の非限定的な例には、ガラス、ポリマー、及び樹脂を含む。ある態様では、透明基板１０は強化ガラスとすることができる。

透明基板１０の第１の面１６は、不確定で不測の要因を有し得る外部環境などのような環境に面する可能性がある。これらの要因は、装置２０が動作する能力に悪影響を及ぼす可能性がある。例えば、透明基板１０の第１の面１６は、雨、風、氷、雪などのような気象条件、及び汚れ、埃、虫などのような物理条件を有する外界に面する可能性がある。透明基板１０の第２の面１４は、室内環境に面する可能性がある。例えば、透明基板１０の第２の面１４は、自動車内又は建物内などのような、内界に面する可能性がある。

光学コーティング１２が透明基板１０の第１の面１６上に存在し得るので、光学コーティング１２は、透明基板１０の第２の面１４上に存在する光学コーティング１２と比較して、より速く加熱できることが理解されるであろう。とりわけ、光学コーティング１２は、透明基板１０の第１の面１６に存在し得るので、透明基板１０を通して熱を伝達する必要がない。

図２Ｂは、光学コーティング１２上に機能性コーティング１８を更に備える装置２０を図示する。ある態様では、機能性コーティング１８は、親水性コーティングとすることができる。別の態様では、機能性コーティング１８は、疎水性コーティングとすることができる。疎水性コーティング１８は、汚れ及び埃などのような物理的条件から解放されるなどのように、装置２０を清潔に保つために使用することができる。機能性コーティング１８は、透明基板１０の第２の面１４上に存在することができる。

図２Ｃは、透明基板１０の第２の面１４上に内部光学コーティング２２を更に備える装置２０を図示する。ある態様では、内部光学コーティング２２は、高性能反射防止コーティングとすることができる。例えば、内部光学コーティングは、可視光を選択的に透過させる広帯域反射防止コーティングとすることができる。ある態様では、装置２０は、透明基板１０の第２の面１４上にインジウムスズ酸化物コーティングを含まない。

本開示の装置２０は、外部センサーウィンドウとすることができる。装置２０は、自動車用ＬＩＤＡＲ、非自動車用ＬＩＤＡＲ、自動ＲＧＢカメラ（バックカメラ及び高度な運転支援カメラ）、監視カメラ、周辺制御カメラ、自由空間光学ウィンドウ、サーマルイメージングウィンドウ、及び指向性エネルギーウィンドウから選ばれる用途などのような様々な用途で使用することができる。

図３Ａは、第１の面１６と第２の面１４を有する透明基板１０、及び透明基板１０の第１の面１６上の光学コーティング１２を含む装置２０、並びに光源１３６を備える光学システム１００を図示する。

光源１３６は、出力照明を出すことができる任意の源泉とすることができる。光源の非限定的な例としては、白熱（Ｗフィラメント）電球（可視３５０ｎｍ～７８０ｎｍ及び近赤外線８００ｎｍ～２０００ｎｍの両方を生成できる）、ＬＥＤ（可視及びＮＩＲ）、石英ハロゲン、レーザー（ダイオードレーザー、炭酸ガスレーザー等）、グローバーヒーター、フラッシュランプ及びパルス光等を含む。パルス光は、光源１３６と光学システムとの間の干渉を制限することができる（例えば、９０％の時間で検出し、１０％の時間で加熱する）。さらに、固定された平均送達電力に対して、パルス光は、光学コーティング１２においてより高いピーク温度を作成することができる。パルス幅変調は、平均印加電力を変化させることができ、これは、温度制御に有用であり得る。光源１３６は、光学コーティング１２の吸収特性に合わせて、曇り止め又は除氷プロセスのための加熱を提供することができる。

光学システム１００は、図３Ａに示すように、近軸形状において、少なくとも１つの吸収光源１３６を含むことができる。別の態様では、光学システム１００はまた、図３Ｂに示すように、同軸形状において少なくとも１つの光源１３６を含むことができる。別の態様では、光学システム１００は、図３Ｃに示すように、装置２０の第１の面１６上に第１の吸収光源１３６を含むことができ、かつ装置２０の第２の面１４上に第２の吸収光源１３６を含むことができる。

光学システム１００は、装置２０上の光学コーティング１２に光の吸収波長を提供する第１の吸収光源１３６と、装置２０上の光学コーティング１２に光の透過波長を提供する第２の透過光源１４０などのような、２つの光源を含むことができる。ある態様では、光学システム１００は、レーザー１４０及び白熱電球１３６を含むことができる。光学システムは、吸収光源１３６からの光を集光するためのディフューザも含むことができる。

光学システム１００はまた、検出器１３４を含むことができる。ある態様では、吸収光源１３６は、透過光源１４０と検出器１３４との間に置くことができる。光学システム１００はまた、望遠鏡１３２を含むことができる。

本開示の光学コーティング１２は、透明基板１０の第２の面１４上などのような、装置２０上で高価なＩＴＯコーティングを使用する必要性を排除することができる。さらに、光学コーティング１２は、装置２０及び／又は光学システム１００におけるバスバー電気接続の必要性を排除することができる。

光学コーティング１２は、透明基板１０の第１の面１６上に配置することができるので、透明基板１０の第２の面１４への反射防止コーティング２２の配置を可能にする。装置２０の内面への反射防止コーティング２２の配置は、ＬＩＤＡＲシステムなどのような光学システム１００への逆反射を低減することができる。当業者であれば、逆反射が偽信号を生成できることを理解するであろう。さらに、透明基板１０の第１の面１６への光学コーティング１２の配置は、透明基板１０を通る熱輸送が排除されるため、より速い加熱を可能にすることができる。

光学コーティング１２を使用する方法は、光学コーティング１２を透明基板１０の第１の面１６に塗布して装置を形成することを備える。光学コーティング１２は、光学コーティング１２が熱を発生させ、可視光イメージング、熱赤外線センシング、及び近接センシングなどのような光センシングを提供できるように、光の二重波長域を有することができる。本明細書で論じられるように、光学コーティング１２は、光加熱のための第１の光波長領域において選択的に光を吸収することができる。吸収された光は、外部環境に曝される装置２０を加熱するために使用することができる熱を発生させることができる。光学コーティング１２は、光センシングのための第２の光波長領域において選択的に光を透過させることができる。選択的に透過した光は、光学システムに存在する検出器によって感知することができる。

装置２０を使用する方法は、透明基板１０の第１の面１６に光学コーティング１２を提供して装置２０を形成することと、装置２０を光学システム１００に提供することと、を含む。光学コーティング１２、装置２０、及び光学システム１００は、上述した通りである。

光学システムを使用する方法は、光学コーティング１２を有する装置２０を、光学コーティング１２が吸収光源から第１の光波長領域を受け、かつ透過光源から第２の光波長領域を受けるように、配置することを備える。光学コーティング１２、装置２０、及び光学システム１００は、上述した通りである。

装置２０の光学コーティング１２は、吸収光源からの第１の波長の光によって加熱することができる。加熱された光学コーティング１２は、装置２０の透明基板１０を曇り止めすることができる。

光学コーティングを使用する方法は、請求項１に記載の光学コーティングを透明基板の第１の面に塗布することを含む。装置を使用する方法は、請求項１の光学コーティングを透明基板の第１の面に提供して装置を形成することと、その装置を光学システムに提供することと、を備える。光学系を使用する方法は、光学コーティングが吸収光源から第１の光波長領域を受け、かつ透過光源から第２の光波長領域を受けるように、請求項９の装置を配置することを備える。請求項１８に記載の方法では、装置の光学コーティングが、吸収光源からの第１の波長の光によって加熱され、加熱された光学コーティングが、装置の透明基板を曇り止めする。

前述の説明から、当業者は、本教示が様々な形態で実施できることを理解することができる。したがって、これらの教示は、その特定の実施形態及び例に関連して記載されてきたが、本教示の真の範囲は、そのように限定されるべきではない。本明細書の教示の範囲から逸脱することなく、様々な変更及び修正を行うことができる。

本開示範囲は、広義に解釈される。本開示は、本明細書に開示されるコーティング、デバイス、活動、及び機械的作用を達成するための等価物、手段、システム、及び方法を開示することを意図している。開示された各コーティング、デバイス、物品、方法、手段、機械的要素又は機構について、本開示は、その開示の中に包含し、本明細書に開示された多くの態様、機構及びデバイスを実施するための同等物、手段、システム並びに方法を教示することも意図している。さらに、本開示は、コーティングと、その多くの態様、特徴及び要素に関している。そのようなコーティングは、その使用及び操作において動的であり得る。本開示は、本明細書に開示された操作及び機能の説明並びに精神と一致する、製造デバイス並びに／又は製造光学デバイスの使用の同等物、手段、システムと方法並びにその多くの態様を包含することを意図するものである。本出願の特許請求の範囲も同様に、広く解釈されるものである。本明細書の多くの実施形態における発明の説明は、本質的に単なる例示であり、したがって、本発明の要旨を逸脱しない変形は、本発明の範囲内にあることが意図される。そのような変形は、本発明の精神及び範囲から逸脱するものとみなされるべきではない。

Claims (15)

1. 光加熱のための第１の光波長領域と、
   光センシングのための第２の光波長領域と、
   を有し、ここで、前記第１の光波長領域が前記第２の光波長領域とは異なる、光学コーティング。
2. 請求項１に記載の光学コーティングであって、前記第１の光波長領域が可視波長であり、前記第２の光波長領域が近赤外波長である、光学コーティング。
3. 請求項１記載の光学コーティングであって、前記第１の光波長領域が近赤外波長であり、前記第２の光波長領域が可視波長である、光学コーティング。
4. 請求項１記載の光学コーティングであって、前記第１の光波長領域が可視・近赤外波長であり、前記第２の光波長領域が長波赤外波長である、光学コーティング。
5. 請求項１に記載の光学コーティングであって、前記光学コーティングが着色剤を含む、光学コーティング。
6. 請求項１記載の光学コーティングであって、前記光学コーティングが、前記第１の光波長領域と前記第２の光波長領域とを有する単一の材料を含む、光学コーティング。
7. 請求項１に記載の光学コーティングであって、前記光学コーティングが、前記第１の光波長領域を有する第１の材料と、前記第２の光波長領域を有する第２の材料とを含む、光学コーティング。
8. 請求項７に記載の光学コーティングであって、前記第１の材料は吸収材料であり、前記第２の材料は透過材料である、光学コーティング。
9. 第１の面及び第２の面を有する透明基板と、
   前記透明基板の第１の面上に配置された光学コーティングと、
   を備える装置。
10. 請求項９に記載の装置であって、前記光学コーティング上に機能性コーティングを更に備える、装置。
11. 請求項１０に記載の装置であって、前記機能性コーティングが親水性コーティングである、装置。
12. 請求項１０に記載の装置であって、前記機能性コーティングが疎水性コーティングである、装置。
13. 請求項９に記載の装置であって、前記透明基板がガラスである、装置。
14. 請求項９に記載の装置であって、前記透明基板の前記第２の面上に内部光学コーティングを更に備える、装置。
15. 請求項９に記載の装置と、
    光源と、
    を備える、光学システム。

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