[实用新型]用于传感系统的视窗和LIDAR系统

说明书

提供了一种用于传感系统的视窗和一种LIDAR系统。所述视窗包括基板；设置在所述基板的第一表面上的分层膜，所述分层膜包括更高折射率的材料和更低折射率的材料的交替层，其中所述更高折射率的材料的折射率大于所述更低折射率的材料的折射率；和在所述分层膜处并由Berkovich压头硬度测试测量的至少8GPa的最大硬度。所述视窗对于波长为1550nm的电磁辐射在正常入射或者接近正常入射时的平均百分比透射率大于75％，且对于波长为1550nm的电磁辐射在0°至8°的范围内的任一入射角时的平均百分比反射率小于10％。

相关申请的交叉引用

本申请主张于2019年6月5日提交的第62/857,502号美国临时申请的优先权，依靠其内容并通过引用以其整体并入本文中。

技术领域

本公开内容涉及用于传感系统的视窗和一种具有该视窗的光探测和测距(LIDAR)系统。

背景技术

光探测和测距(“LIDAR”)系统包括激光和传感器。激光器发射激光束，该激光束可能从物体上反射下来，而传感器检测反射的激光束。激光束被脉冲化或以其他方式分布在一个径向范围内，以检测视场内的物体。关于物体的信息可以从检测到的反射激光束的性质中破译。物体与激光束的距离可以根据从发射激光束到检测到反射激光束的飞行时间来确定。如果物体在移动，可根据作为时间的函数的被反射和检测到的发射的激光束的径向位置的变化以及多普勒频率测量来确定物体的路径和速度。

汽车中的LIDAR系统和诸如航空航天或家庭安全应用之类的在暴露环境中的其他红外传感系统需要例如用覆盖透镜或覆盖玻璃视窗使其免受环境和各种破坏源的影响。车辆是LIDAR系统的另一个潜在应用，LIDAR系统提供空间测绘能力，以实现辅助、半自动或完全自动驾驶。在这种应用中，激光发射器和传感器被安装在车辆的车顶或车辆的低前部上。考虑了将发射诸如905 nm或1550nm之类的波长在可见光范围之外的电磁辐射的激光器用于车辆 LIDAR应用。为了保护激光器和传感器免受岩石和其他物体的冲击，将视窗放置在激光器和传感器与激光器和传感器的视线内的外部环境之间。对于诸如航空航天或家庭安全应用之类的LIDAR系统的其他应用，类似地将窗口放置在激光器/传感器和外部环境之间。但是，问题在于，视窗造成冲击的岩石和其他物体会划伤视窗，并对视窗造成其他类型的损坏，这导致视窗散射和反射的激光束，因此影响LIDAR系统的有效性。

实用新型内容

本公开内容利用用于视窗的分层膜解决了上述问题，所述分层膜包括一层或多层向视窗提供硬度和抗划性的材料。因此，冲击视窗的岩石和其他物体不太可能对视窗造成使得从LIDAR传感器发射并反射的电磁辐射被散射的缺陷，并因此改善了其性能。除此之外，分层膜进一步包括具有不同折射率的材料(包括提供硬度和抗划性的材料)的交替层，从而交替层的数量和它们的厚度可以被配置为使得所述视窗对于1550nm的波长(以及附近波长)具有高透射率和低反射率，以及如有需要，使得所述视窗对于可见光波长具有低透射率和高反射率。进一步地，如有需要，分层膜可包括吸收可见光波长的一层或多层。

根据本公开内容的一个实施方式，提供了一种视窗。所述视窗包括：包括折射率、第一表面、和第二表面的基板，所述第一表面和所述第二表面是所述基板的主表面；和设置在所述基板的所述第一表面上的分层膜，所述分层膜包括一种或多种更高折射率的材料和一种或多种更低折射率的材料的交替层，所述一种或多种更高折射率的材料和所述一种或多种更低折射率的材料中的每一者具有折射率，且所述一种或多种更高折射率的材料的折射率大于所述一种或多种更低折射率的材料的折射率，和在所述分层膜处且由Berkovich压头硬度测试测量的至少8GPa的最大硬度。所述分层膜的所述交替层的数量、厚度、和材料以如下方式进行配置，使得：所述视窗对于波长为1550nm的电磁辐射在正常入射或者接近正常入射时的平均百分比透射率大于75％；且所述视窗对于波长为1550nm的电磁辐射在0°至8°的范围内的任一入射角时的平均百分比反射率小于10％。