用于机动交通应用的包括抗反射单元的激光雷达组件制造技术

本发明专利技术涉及一种机动交通工具，所述机动交通工具包括：a)框格(1)，所述框格具有折射率n1；b)光探测和测距(LiDAR)装置(2)，所述LiDAR装置位于所述内部环境中并且面向所述框格(1)的内表面(1i)；以及c)抗反射单元(3)，所述抗反射单元由具有折射率(n3)的材料制成，所述抗反射单元将所述LiDAR装置联接到透明框格(1)的内表面(1i)，并且所述抗反射单元的在从750nm至1650nm的波长范围内的平均吸收系数(k)低于5m

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于机动交通应用的包括抗反射单元的激光雷达组件


[0001]本专利技术属于适用于在机动交通工具中用来辅助驾驶员(ADAS＝Advanced Driver Assistance System，高级驾驶员辅助系统)的检测装置的领域，机动交通工具包括自主车辆或自动驾驶车辆。更具体地，本专利技术涉及一种面向框格的内表面的激光雷达(LiDAR)装置，该框格可以是透明的(诸如挡风玻璃或侧灯、后灯)或是不透明的框格(诸如用于汽车立柱)。LiDAR与竖直线形成角度α1。本专利技术减少由LiDAR装置并且更具体地新一代LiDAR(诸如固态LiDAR装置)发射的红外辐射在穿过框格(透明或不透明)的内表面时反射的部分。

技术介绍

[0002]机动交通工具正配备越来越多的系统来辅助车辆驾驶员。这些系统被统称为ADAS(高级驾驶员辅助系统)。ADAS包括能够检测并且在一些情况下识别车辆的即刻环境中的障碍物的检测系统。例如，检测系统包括光学或IR相机、雷达以及激光雷达(LiDAR，光探测和测距)。
[0003]一般而言，LiDAR装置是光电系统，其由以下几个主要部件构成：(1)至少一个激光发射器(光源)。优选地，本专利技术的LiDAR感测装置的激光发射器主要在从700nm至1mm的红外波长、优选在780nm至3μm的近红外波长、更优选在从750至1650nm的波长范围内发射；(2)至少一个接收器(光检测元件)，其接收光并将光转换成电信号；以及提取所寻找的信息的电子处理链信号。
[0004]安装在移动平台(诸如飞机或卫星)上的LiDAR感测装置可能进一步需要仪表装置以确定其绝对位置和取向，并且因此进一步包括定位和/或导航系统。
[0005]优选地，用于本专利技术中的LiDAR装置是基于固态LiDAR作为泛光LiDAR的新一代LiDAR装置。扫描或旋转LiDAR是使用移动激光束，而泛光和固态LiDAR发射从物体反射的光脉冲。
[0006]机动交通工具中越来越多地实施LiDAR。它们可以安装在机动交通工具的外部上，机动交通工具外部是暴露于雨水、冰雹、大的温度变化以及包括碎石的各种物体的撞击的极具侵蚀性环境。为了保护LiDAR免受这种环境的影响，已经完成研究来将LiDAR装置集成在车辆的现有透明或不透明框格(诸如挡风玻璃、后窗玻璃、车窗玻璃或立柱)的后方。
[0007]LiDAR可以使用UV光、可见光或IR光。然而，汽车工业中使用的LiDAR通常发射处于750nm与1650nm之间的近红外光谱中的光。因此，面向LiDAR装置的框格部分必须维持对由LiDAR装置发射的近红外光的高透射率。
[0008]如图6所示，由于空气动力学方面的考虑，至少当今许多机动交通工具的挡风玻璃和前灯罩都很倾斜并且与竖直线形成至少10
°
并且通常至少50
°
或更大的倾斜角度α1。如果由LiDAR装置发射的近红外光束要以与透明框格的外表面的法线形成角度α的折射轴线(ir)为中心传播，则由LiDAR装置发射的近红外光束将以与透明框格的内表面以相同角度α相交的入射轴线(i0)为中心传播。如图2所示，如果折射轴线(ir)是水平的，那么角度α＝α1，并且可以达到大约60
°
至70
°
的值，具体取决于车辆的设计。
[0009]如图1(a)所示，在穿过透明壁部分(1)之前沿着辐射轴线(i0)传播的入射辐射可以分成以下一个或多个：反射辐射(irf)、吸收辐射(ia)、散射辐射(is)以及折射辐射(if)。反射辐射(irf)和吸收辐射(ia)并不穿过透明壁部分。如图1(e)所示，根据菲涅耳定律，辐射的在与透明壁部分(1)的表面相交时反射的部分(irf)随着入射轴线(i0)与表面形成的入射角度而增加。图1(e)以图形方式展示了菲涅耳定律，示出反射率随入射角度而连续增加并且在入射角度大于50
°
的情况下急剧增加。Schlick提出了对菲涅耳定律的近似法，其中反射率随的5次幂增加。
[0010]在LiDAR装置定位在框格后方并且更具体地在对可见光透明的框格后方、并且发射与透明框格以大于50
°
的入射角度相交的红外辐射(参考图2)的情况下，辐射的在框格的内表面上反射的部分变得非常大(参考图1(e))。
[0011]为了减少从框格的内表面反射的光的量，当前可以向内表面施加抗反射涂层。然而，这种解决方案具有许多缺点。标准的抗反射涂层通常针对正入射(即，入射角度)进行优化。此类抗反射涂层的性能随入射角度增加而降低。专门设计的抗反射涂层可以针对更大值的入射角度进行优化，但是设计可能更复杂并且有挑战性。特别地，由于LiDAR装置和更具体地固态LiDAR装置覆盖宽广的视场(FOV)，在图4中示为以入射轴线(i0)为中心的圆锥，因此该圆锥跨过范围在和之间的入射角度。将LiDAR的视场考虑在内会使此类具体抗反射涂层的设计更复杂并且不太高效。此外，施加抗反射涂层涉及附加的生产成本并且可能会影响透明框格的机械防护性、耐化学性或耐热性。
[0012]随着ADAS和需要大量检测系统的自主车辆的发展，无法接受的是增大安装在机动交通工具的内部的LiDAR装置的功率来克服因透明框格的内表面的反射而引起的红外辐射的强度损失，因为这会将生产成本和车辆能耗增加至无法接受的水平。本专利技术提出了一种用于减少由LiDAR发射的在具有预定义倾斜度的透明框格的内表面上反射的部分。在下面部分中更详细地描述了这个和其他优点。

技术实现思路

[0013]所附独立权利要求中限定了本专利技术。从属权利要求中限定了优选实施例。特别地，本专利技术涉及一种机动交通工具，所述机动交通工具包括：
[0014](a)框格，所述框格具有折射率n1，并且
[0015]●
包括面向内部环境的内表面和面向外部环境的外表面，
[0016]●
具有在从750nm至1650nm的波长范围内的平均吸收系数(k)低于5m
‑1(即，a≤5m
‑1)的至少一部分，并且其中，
[0017]●
所述透明框格(1)的内表面(1i)与竖直方向形成倾斜角度α1，所述倾斜角度大于10
°
(α1>10
°
)，
[0018](b)光探测和测距(LiDAR)装置，所述LiDAR装置位于所述内部环境中并且面向所述内表面，所述LiDAR装置被配置用于发射以入射轴线(i0)为中心的IR光束，所述入射轴线与所述内表面(1i)的法线形成角度所述IR光束穿过所述透明框格(1)，并且沿着以折射轴线(ir)为中心的轨迹在所述外部环境中传播，所述折射轴线与所述外表面(1o)的法线形成角度α。
[0019]根据本专利技术，所述机动交通工具还包括抗反射单元(3)，所述抗反射单元
[0020]●
由具有折射率n3的材料制成，所述抗反射单元将所述LiDAR装置联接到所述透明框格的内表面，
[0021]●
在从750nm至1650n本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种机动交通工具，包括：(a)框格(1)，所述框格具有折射率n1，并且
·
包括面向内部环境的内表面(1i)和面向外部环境的外表面(1o)，
·
具有在从750nm至1650nm的波长范围内的平均吸收系数(k)低于5m
‑1(即，a≤5m
‑1)的至少一部分，并且其中，
·
所述透明框格(1)的内表面(1i)与竖直方向形成倾斜角度α1，所述倾斜角度大于10
°
(α1>10
°
)，(b)光探测和测距(LiDAR)装置(2)，所述LiDAR装置位于所述内部环境中并且面向所述内表面(1i)，所述LiDAR装置被配置用于发射以入射轴线(i0)为中心的IR光束，所述入射轴线与所述内表面(1i)的法线形成角度所述IR光束穿过所述透明框格(1)，并且沿着以折射轴线(ir)为中心的轨迹在所述外部环境中传播，所述折射轴线与所述外表面(1o)的法线形成角度α，其特征在于，所述机动车辆还包括抗反射单元(3)，所述抗反射单元
·
由具有折射率n3的材料制成，所述抗反射单元将所述LiDAR装置联接到所述透明框格(1)的内表面(1i)，
·
在从750nm至1650nm的波长范围内的平均吸收系数(k)低于5m
‑1(即，k≤5m
‑1)，
·
包括界面表面(31)，所述界面表面与所述透明框格(1)的内表面(1i)密切接触地联接，并且
·
包括联接到所述LiDAR装置(2)的表面(32)，所述表面与所述界面表面(31)形成角度θ并且所述表面的法线与所述入射轴线(i0)形成角度其中介于
‑
30
°
与+30
°
之间。2.根据权利要求1所述的机动交通工具，其中，
·
所述表面(32)的法线与所述入射轴线(i0)之间的所述角度为零并且
·
所述入射轴线(i0)与所述界面表面(31)的法线形成角度τ，所述角度等于所述角度θ(τ＝θ)，并且
·
sinθ＝(1/n3)sinα。3.根据权利要求1或2所述的机动交通工具，其中，n3在n1的
±
5％内(即，n3＝n1(1
±
5％)，优选地n3＝n1，并且其中n1和n3两者优选地介于1.3与1.7之间、优选地在1.4与1.6之间、更优选地在1.45与1.55之间。4.根据前述权利要求中任一项所述的机动交通工具，其中，所述折射轴线(ir)基本上水平，其中α在α1的
±
5％内(即，α＝α1(1
±
5％))，优选地α＝α1，并且其中α1优选地介于50
°
与70
°
之间。5.根据权利要求4所述的机动交通工具，其中，所述界面表面(31)与所述表面(32)之间的楔形角度θ介于10
°
与50
°
之间、优选地在30
°
与40
°
之间、更优选地在33
°
与37
°
之间。6.根据前述权利要求中任一项所述的机动交通工具，其中，所述LiDAR发射的所述IR光束的不超过6％被所述表面(32)以及被所述界面表面(31)与所述内表面(1i)之间的界面反射。7.根据前述权利要求中任一项所述的机动交通工具，其中，所述抗反射单元(3)由以下项制成：玻璃、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚氨酯(PU)、聚甲基甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸
酯(PC)、光学级硅树脂，或者前述材料中的两者或更多者的组合。8.根据前述权利要求中任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李美洁，Y，
申请(专利权)人：旭硝子欧洲玻璃公司，
类型：发明
国别省市：