一种用于人眼安全激光雷达视窗的车载镀膜窗口片的制作方法

1.本发明涉及光学产品技术领域，尤其涉及一种用于人眼安全激光雷达视窗的车载镀膜窗口片。


背景技术：

2.激光雷达主要是由激光发射机、光学接收机和信息处理系统等部分组成的，每当激光雷达开始工作时，就会向外发出激光探测信号，而一旦遇到障碍物以后，就会发生反射，接收器收到从障碍物反射回来的信号，此时传感器接收并与发射信号进行比较，经过适当处理后就可以获得障碍物的距离、方位、姿态、高速、形状等参数信息。
3.激光雷达的不同工作波长在同等强度下对人眼损伤程度有很大差别，人眼晶状体的水体对1400-2100nm波段的光有大幅吸收，人眼对1400-2100nm的光相对安全，车载激光雷达常见波长905nm附近和1550nm附近，同等功率下1550nm激光的安全性是905nm激光的40倍，1550nm激光雷达在人眼安全条件下可以探测更远距离是车载激光雷达的发展方向，窗口属于激光发射机光学接收机的一部分，它的作用是保护发射机与接收机的光学部件不受外界环境干扰，作为窗口的基本功能是保证工作波长的高透过率，并且还要尽量减小外界杂散光影响，同时又要呈黑色以减少颜色污染。
4.现有1550nm的激光雷达窗口片有二种方式：
5.一是用一块红外透过的有色玻璃制成，这种材料在红外波段透过，并且可以吸收可见光波段，因此颜色看是黑色，不镀膜的透过率一般在80％-90％之间，整体反射约在10％-20％之间，两个面还要镀制对红外增透膜，这些材料不仅红外激光工作波段透过不高，需要一面或二面镀膜成本也不低，还有材料含量的环保问题。
6.二是夹层玻璃由两片透明玻璃加红外透过的黑色胶膜复合而成，实际由三层构成会影响光学性能，特别是透过波前畸变至少有一个面需要镀膜，总体成本也不低。所以寻找一种结构简单成本低廉的替代窗口片是有必要的。


技术实现要素：

7.为解决上述技术问题，本发明提出了一种用于人眼安全激光雷达视窗的车载镀膜窗口片，利用真空镀膜技术，提供一种膜层少、厚度薄、成本低廉、使用安全、结构简单的镀膜，实现黑色人眼安全雷达窗口片。
8.为实现上述目的，本发明提供了一种用于人眼安全激光雷达视窗的车载镀膜窗口片，包括：
9.光学玻璃基板、滤光膜，其中所述滤光膜镀于所述光学玻璃基板的表面。
10.优选地，所述滤光膜的吸光层为黑色固体材料，所述滤光膜的波段为1535nm-1565nm。
11.优选地，所述滤光膜的膜料由五氧化二钽、多晶硅、二氧化硅组成。
12.优选地，所述多晶硅在400nm波段处的折射率为4.264，消光系数为1.705；在500nm
波段处的折射率为4.291，消光系数为0.736；在600nm波段处的折射率为4.022，消光系数为0.279；在700nm波段处的折射率为3.783，消光系数为0.090。
13.优选地，人眼由所述光学玻璃基板远离所述滤光膜一侧的表面观察到的颜色为黑色。
14.优选地，所述车载镀膜窗口片的光学性能指标为：在0
°
入射光下，1535nm-1565nm波段的透过大于95％，1535nm-1565nm波段的平均反射小于0.3％；在60
°
入射光下，1535nm-1565nm波段的透过大于89％，1535nm-1565nm波段的平均反射小于3％；在0
°
到25
°
入射光下，400nm-700nm波段的平均光透过在8％以下，反射光在0.5％以下。
15.优选地，所述车载镀膜窗口片还包括增透膜，所述增透膜镀于所述光学玻璃基板另一侧表面。
16.优选地，所述增透膜的波段为1535nm-1565nm波段。
17.优选地，所述增透膜在所述1535nm-1565nm波段双向透明。
18.与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：
19.1、本发明结构简单，成本低廉，且效果明显，安全可靠，通过滤光膜吸收可见光，使窗口片呈黑色，保护人眼不受伤害，膜层性能稳定，应力小，层数少，使用寿命更长；
20.2、本发明具有双向色性，可见光从黑色吸收滤光膜背面玻璃基板入射时才呈黑色，使用安全，并且对工作波段1525nm-1565nm的光是双向透过透明的，不影响工作波长的使用。
附图说明
21.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
22.图1为本发明实施例中一种用于人眼安全激光雷达视窗的车载镀膜窗口片结构示意图，其中，1、光学玻璃基板，2、黑色滤光膜，3、增透膜。
具体实施方式
23.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
24.需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
25.本发明提出了一种用于人眼安全激光雷达视窗的车载镀膜窗口片，如图1，包括：
26.光学玻璃基板1，光学基板1其中一个表面镀有一种黑色吸收滤光膜2，光学基板1是由康宁大猩猩玻璃材料或其他同等材料参数的浮法玻璃构成；
27.黑色吸收滤光膜2由三种材料镀制而成，三种膜料分别是五氧化二钽、多晶硅、二氧化硅构成。其中，多晶硅在400nm处的折射率n值为4.264，消光系数k值为1.705；在500nm处的折射率n值为4.291，消光系数k值为0.736；在600nm处的折射率n值为4.022，消光系数k值为0.279；在700nm处的折射率n值为3.783，消光系数k值为0.090。
28.滤光膜的具体构成结构为：从光学玻璃基板1镀黑色吸收滤光膜2表面算起(即靠
近所述光学玻璃基板1的一侧)，第一层为五氧化二钽层，其厚度为15.14nm，第二层为二氧化硅层，其厚度为29.96nm，第三层为多晶硅层，其厚度为8.21nm，第四层为二氧化硅层，其厚度为34.75nm，第五层为多晶硅层，其厚度为22.15nm，第六层为二氧化硅层，其厚度为24.62nm，第七层为多晶硅层，其厚度为30.31nm，第八层为二氧化硅层，其厚度为19.32nm，第九层为多晶硅层，其厚度为176.71nm，第十层为五氧化二钽层，其厚度为47.83nm，第十一层为多晶硅层，其厚度为11.72nm，第十二层为五氧化二钽层，其厚度为29.37nm，第十三层为多晶硅层，其厚度为157.67nm，第十四层为五氧化二钽层，其厚度为148.62nm，第十五层为多晶硅层，其厚度为275.76nm，第十六层为二氧化硅层，其厚度为275.76nm，第十七层为五氧化二钽层，其厚度为234.34nm，第十八层为二氧化硅层，其厚度为74.69nm，第十九层为多晶硅层，其厚度为7.40nm，第二十层为二氧化硅层，其厚度为206.94nm，五氧化二钽总厚度为485.08nm，二氧化硅总厚度为679.37nm，多晶硅总厚度为433.71nm。其中按每层厚度正负0.5％百分比范围都能实现。
29.其另一个面镀对1535到1565波段的增透膜3，其具体构成结构为：从光学玻璃基板1镀增透膜3表面算起，第一层为五氧化二钽层，其厚度为66.21nm，第二层为二氧化硅层，其厚度为78.98nm，第三层为五氧化二钽层，其厚度为204.93nm，第四层为二氧化硅层，其厚度为271.19nm。其中按每层厚度在2％范围都允许。
30.如表1，黑色吸收滤光膜在0
°
入射情况，经图1中数据计算1535nm到1565nm波段透过率能达到95.3％以上。
31.表1
32.波长(nm)透过率(％)波长(nm)透过率(％)153595.3695155195.5713153695.3867155295.5797153795.4032155395.5876153895.4190155495.5952153995.4342155595.6024154095.4487155695.6093154195.4625155795.6159154295.4758155895.6221154395.4884155995.6281154495.5005156095.6338154595.5121156195.6392154695.5232156295.6444154795.5337156395.6493154895.5438156495.6539154995.5534156595.6583155095.5626
ꢀꢀ
33.如表2，黑色吸收滤光膜在0
°
入射情况，经表2中数据计算1535nm到1565nm的平均反射小于0.3％；
34.表2
35.波长(nm)反射率(％)波长(nm)反射率(％)15350.454215510.249015360.436315520.240815370.419315530.233015380.403015540.225615390.387415550.218615400.372615560.212015410.358415570.205815420.344915580.199815430.332015590.194215440.319715600.188915450.308015610.183815460.296915620.179115470.286315630.174615480.276315640.170315490.266715650.166315500.2576
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36.如表3，黑色吸收滤光膜在60
°
入射情况，经表3中数据计算1535nm到1565nm波段透过率能接近90％；
37.表3
38.波长(nm)透过率(％)波长(nm)透过率(％)153589.9389155190.0509153689.9475155290.0562153789.9558155390.0612153889.9640155490.0660153989.9719155590.0706154089.9797155690.0750154189.9872155790.0792154289.9945155890.0831154390.0016155990.0869154490.0085156090.0905154590.0152156190.0939154690.0217156290.0971154790.0280156390.1001154890.0340156490.1027154990.0399156590.1052155090.0455
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39.如表4，黑色吸收滤光膜在60
°
入射情况，经表4中数据计算1535nm到1565nm的平均反射小于1％；
40.表4
41.波长(nm)反射率(％)波长(nm)反射率(％)15351.113615510.972815361.102215520.967015371.091115530.961515381.080315540.956415391.069915550.951715401.059815560.947215411.050115570.943115421.040815580.939315431.031815590.935915441.023215600.932815451.015015610.930015461.007015620.927515470.999515630.925315480.992315640.923515490.985415650.921915500.9789
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42.如表5，黑色吸收滤光膜从背面玻璃面0
°
入射情况，经表5中数据计算400nm到700nm的平均反射小于0.4％；
43.表5
44.45.[0046][0047]
如表6，黑色吸收滤光膜从背面玻璃面25
°
入射情况，经表6中数据计算400nm到700nm的平均反射小于0.3％。
[0048]
表6
[0049]
[0050]
[0051][0052]
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0053]
1、结构简单，成本低廉，只要一块普通钢化康宁大猩猩玻璃或其他同等材料参数的浮法玻璃，只要其中一个面镀1550nm高透的黑色吸收滤光膜；
[0054]
2、效果明显，黑色窗口片只镀上黑色吸收滤光膜另一个面不镀增透膜时，在激光工作波段(1535-1565nm)，在0
°
入射光下，其1535到1565波段的透过大于95％，其1535到1565波段的平均反射小于0.3％；在60
°
入射光下，其1535到1565波段的透过大于89％，其1535到1565波段的平均反射小于3％；在0
°
到25
°
入射光下，其400到700波段的平均光透过在8％以下，反射光在0.5％以下，基本上在0
°
到60
°
范围内效果明显，并且由于1535-1565nm波段对可见光波段无感应，因此400-700nm可见光波段的透过光已经不影响接收探测器接收信号工作，并且能使整个窗口片呈黑色，而且在其工作波段(1535-1565nm)透过高，使用信噪比高。
[0055]
3、安全可靠，黑色吸收滤光膜可以吸收可见光，使窗口片呈黑色，保护人眼不受伤害，膜层性能稳定，应力小，层数少，使用寿命更长。
[0056]
4、现有技术中是采用sih(氢化硅)/sio2(二氧化硅)二种膜料实现黑色905nm的雷达窗口，sih(氢化硅)膜料只能磁控溅射方式实现，成本高，sih(氢化硅)的稳定性和可靠性不如si(多晶硅)膜，si(多晶硅)膜可以电子束蒸发实现，成本低，si(多晶硅)在可见波段有更好的吸收，本发明采用三种膜料以减少si(多晶硅)膜层的总厚减少应力，使得si(多晶硅)总厚度只有400多nm，提高可靠性。
[0057]
5、双向色性，可见光从黑色吸收滤光膜背面玻璃基板入射时才呈黑色，使用安全，并且对工作波段1525-1565nm的光是双向透过透明的，不影响工作波长的使用。
[0058]
以上，仅为本技术较佳的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种用于人眼安全激光雷达视窗的车载镀膜窗口片，其特征在于，包括：光学玻璃基板、滤光膜，其中所述滤光膜镀于所述光学玻璃基板的表面。2.根据权利要求1所述的用于人眼安全激光雷达视窗的车载镀膜窗口片，其特征在于，所述滤光膜的吸光层为黑色固体材料，所述滤光膜的波段为1535nm-1565nm。3.根据权利要求2所述的用于人眼安全激光雷达视窗的车载镀膜窗口片，其特征在于，所述滤光膜的膜料由五氧化二钽、多晶硅、二氧化硅组成。4.根据权利要求3所述的用于人眼安全激光雷达视窗的车载镀膜窗口片，其特征在于，所述多晶硅在400nm波段处的折射率为4.264，消光系数为1.705；在500nm波段处的折射率为4.291，消光系数为0.736；在600nm波段处的折射率为4.022，消光系数为0.279；在700nm波段处的折射率为3.783，消光系数为0.090。5.根据权利要求3所述的用于人眼安全激光雷达视窗的车载镀膜窗口片，其特征在于，人眼由所述光学玻璃基板远离所述滤光膜一侧的表面观察到的颜色为黑色。6.根据权利要求5所述的用于人眼安全激光雷达视窗的车载镀膜窗口片，其特征在于，所述车载镀膜窗口片的光学性能指标为：在0
°
入射光下，1535nm-1565nm波段的透过大于95％，1535nm-1565nm波段的平均反射小于0.3％；在60
°
入射光下，1535nm-1565nm波段的透过大于89％，1535nm-1565nm波段的平均反射小于3％；在0
°
到25
°
入射光下，400nm-700nm波段的平均光透过在8％以下，反射光在0.5％以下。7.根据权利要求1所述的用于人眼安全激光雷达视窗的车载镀膜窗口片，其特征在于，所述车载镀膜窗口片还包括增透膜，所述增透膜镀于所述光学玻璃基板另一侧表面。8.根据权利要求7所述的用于人眼安全激光雷达视窗的车载镀膜窗口片，其特征在于，所述增透膜的波段为1535nm-1565nm波段。9.根据权利要求8所述的用于人眼安全激光雷达视窗的车载镀膜窗口片，其特征在于，所述增透膜在所述1535nm-1565nm波段双向透明。

技术总结
本发明公开了一种用于人眼安全激光雷达视窗的车载镀膜窗口片，包括：光学玻璃基板、滤光膜和增透膜，其中所述滤光膜和所述增透膜分别镀于所述光学玻璃基板不同侧的表面。本发明安全可靠，保护人眼不受伤害，膜层性能稳定，应力小，层数少，使用寿命更长。使用寿命更长。使用寿命更长。


技术研发人员：王启平 曾咏嘉 刘俊智
受保护的技术使用者：腾景科技股份有限公司
技术研发日：2023.07.07
技术公布日：2023/10/6