Una guia completa de les cobertes de finestres LiDAR

Taula de continguts

I. Funcions bàsiques de les finestres LiDAR: més enllà de la mera protecció

II. Comparació de materials: l'equilibri de rendiment entre la sílice fosa i el safir

​​III. Tecnologia de recobriment: el procés fonamental per millorar el rendiment òptic​​

​​IV. Paràmetres clau de rendiment: mètriques d'avaluació quantitativa​​

​​V. Escenaris d'aplicació: un panorama des de la conducció autònoma fins a la detecció industrial

VI. Evolució tecnològica i tendències futures

En la tecnologia de detecció moderna, el LiDAR (detecció i mesura de distància de la llum) actua com els "ulls" de les màquines, percebent amb precisió el món 3D emetent i rebent raigs làser. Aquests "ulls" requereixen una "lent protectora" transparent per protegir-los: la coberta de la finestra LiDAR. No és simplement una peça de vidre ordinària, sinó un component d'alta tecnologia que integra la ciència dels materials, el disseny òptic i l'enginyeria de precisió. El seu rendiment determina directament la precisió de la detecció, l'abast i la fiabilitat general dels sistemes LiDAR.

Finestres òptiques 1

I. Funcions bàsiques: més enllà de la «protecció»
La coberta de la finestra LiDAR és una pantalla òptica plana o esfèrica que encapsula la part externa del sensor LiDAR. Les seves funcions principals inclouen:

1. Protecció física:Aïlla eficaçment la pols, la humitat, l'oli i fins i tot les restes voladores, protegint els components interns (per exemple, emissors làser, detectors, miralls d'escaneig).
2. Segellat ambiental:Com a part de la carcassa, forma un segell hermètic amb components estructurals per aconseguir les classificacions IP requerides (per exemple, IP6K7/IP6K9K), garantint un funcionament estable en condicions dures com pluja, neu i tempestes de sorra.
3. Transmissió òptica:La seva funció més important és permetre que els làsers de longitud d'ona específica els travessin de manera eficient amb una distorsió mínima. Qualsevol bloqueig, reflexió o aberració redueix directament la precisió de la mesura i la qualitat del núvol de punts.

Finestres òptiques 2

II. Materials convencionals: La batalla de les ulleres​​
L'elecció del material dicta el rendiment del sostre de les cobertes de les finestres. La indústria utilitza materials a base de vidre, principalment de dos tipus:
1. Vidre de sílice fos

• Característiques:El producte estrella absolut per a aplicacions automotrius i industrials. Fabricat amb sílice d'alta puresa, ofereix propietats òptiques excepcionals.

• Avantatges:

1. Excel·lent transmitància d'UV a IR amb absorció ultrabaixa.
2. El baix coeficient de dilatació tèrmica suporta temperatures extremes (de -60 °C a +200 °C) sense deformació.
3. Alta duresa (Mohs ~7), resistent a l'abrasió de la sorra/vent.

• Aplicacions:Vehicles autònoms, AGV industrials d'alta gamma, LiDAR de topografia.

Vidre de finestra de safir

2. Vidre de safir

• Característiques:α-alúmina monocristallina sintètica, que representa un rendiment ultraalt.

• Avantatges:

1. Duresa extrema (Mohs ~9, només superada pel diamant), gairebé resistent a les ratllades.
2. Transmitància òptica equilibrada, resistència a altes temperatures (punt de fusió ~2040 °C) i estabilitat química.

• Reptes:Cost elevat, processament difícil (requereix abrasius de diamant) i alta densitat.
• ​​Aplicacions:Mesures militars, aeroespacials i d'ultraprecisió d'alta gamma.

Lent de finestra antireflectant de doble cara

III. Recobriment: la tecnologia bàsica que converteix la pedra en or

Independentment del substrat, els recobriments són essencials per complir amb les estrictes demandes òptiques del LiDAR:

• ​​Revestiment antireflectant (AR):La capa més crítica. Dipositada mitjançant recobriment al buit (per exemple, evaporació de feix electrònic, pulverització catòdica magnetrònica), redueix la reflectància superficial a <0,5% a les longituds d'ona objectiu, augmentant la transmitància de ~92% a >99,5%.
• Recobriment hidrofòbic/oleòfob:Evita l'adhesió d'aigua/oli, mantenint la transparència en condicions de pluja o ambients contaminats.
• ​​Altres recobriments funcionals:Pel·lícules antibaf calefactades (mitjançant ITO), capes antiestàtiques, etc., per a necessitats especialitzades.

Diagrama de la fàbrica de recobriment al buit

IV. Paràmetres clau de rendiment

Quan seleccioneu o avalueu una coberta de finestra LiDAR, centreu-vos en aquestes mètriques:

1. Transmitància a la longitud d'ona objectiu:El percentatge de llum transmesa a la longitud d'ona de funcionament del LiDAR (per exemple, >96% a 905nm/1550nm després del recobriment AR).
2. Compatibilitat de bandes:Ha de coincidir amb les longituds d'ona del làser (905 nm/1550 nm); la reflectància s'ha de minimitzar (<0,5%).
3. Precisió de la figura de superfície:Els errors de planitud i paral·lelisme han de ser ≤λ/4 (λ = longitud d'ona del làser) per evitar la distorsió del feix.
4. ​​Duresa i resistència al desgast:Mesurat per l'escala de Mohs; crític per a la durabilitat a llarg termini.
5. Resistència ambiental:

• Resistència a l'aigua/pols: Classificació mínima IP6K7.
• Cicles de temperatura: Rang de funcionament típicament de -40 °C a +85 °C.
• Resistència als raigs UV/ruix de sal per evitar la degradació.

LiDAR muntat en vehicle

V. Escenaris d'aplicació

Gairebé tots els sistemes LiDAR exposats a l'entorn requereixen cobertes per a finestres:

• Vehicles autònoms:Muntat en teulades, para-xocs o laterals, davant de l'exposició directa a la intempèrie i als raigs UV.
• Sistemes avançats d'assistència al conductor (ADAS):Integrat en la carrosseria dels vehicles, requerint harmonia estètica.
• ​​AGV/AMR industrials​​:Operar en magatzems/fàbriques amb riscos de pols i col·lisions.
• Topografia i teledetecció:Sistemes aeris/muntats en vehicles que suporten canvis d'altitud i fluctuacions de temperatura.

Conclusió​​

Tot i ser un component físic simple, la coberta de la finestra LiDAR és crucial per garantir una "visió" clara i fiable per al LiDAR. El seu desenvolupament es basa en una profunda integració de la ciència dels materials, l'òptica, els processos de recobriment i l'enginyeria ambiental. A mesura que avança l'era de la conducció autònoma, aquesta "finestra" continuarà evolucionant, salvaguardant la percepció precisa de les màquines.