光学复合视窗及激光雷达的制作方法

1.本实用新型涉及光学领域，具体地说，涉及一种光学复合视窗及激光雷达。


背景技术：

2.随着智能驾驶技术不断发展，激光雷达(lidar)是未来智能驾驶中不可或缺的核心部件，并且，人们对于激光雷达光学视窗的要求也在不断提升。外部环境对激光雷达光学视窗的性能有着很大的影响，尤其在恶劣的寒冷环境，玻璃光学视窗外会形成一定厚度的冰雾，严重影响激光雷达的使用，因此要求在短时间内能够除去视窗外的冰雾。目前，玻璃光学视窗高功率下发热主要是采用有机银浆作为发热丝发热除冰雾，玻璃光学视窗主要包括视窗、设置于视窗内侧的增透膜层以及导电加热层。采用以上结构的复合视窗的制备过程中，先在视窗内侧制备增透膜层，再在增透膜层上制备导电加热膜材，由于无机银浆固化温度为500℃，增透膜层(anti-reflectio，ar膜)的极限耐受热温度为300℃，高的固化温度会破坏ar膜，导致膜层增透功能失效，因此，上述结构的复合视窗的导电加热层仅适用于有机银浆，而不适用于无机银浆。同时，工作时如有机银浆长期暴露在高温高湿环境中，银浆中有机树脂溶剂极易吸湿老化，造成银浆附着力变差脱落，导致视窗发热功能失效。
3.需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本实用新型的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的问题，本实用新型的目的在于提供一种光学复合视窗及激光雷达，该光学复合视窗的通过丝印方式将导电加热层涂布在视窗内侧，再增镀一层防护膜层，当该光学复合视窗应用于车载激光雷达等器件时，可以通过导电加热层通电后加热层器件，从而整体实现除雾除冰功能。
5.本实用新型的实施例提供了一种光学复合视窗，包括：
6.视窗；
7.导电加热层，设置于所述视窗的内表面，所述导电加热层通电后用于加热所述视窗；
8.防护膜层，设置于所述导电加热层背离所述视窗的表面。
9.根据本实用新型的一些示例，所述导电加热层为有机导电加热膜层或无机导电加热膜层。
10.根据本实用新型的一些示例，所述有机导电加热膜层为图形化的有机导电膜层；
11.所述有机导电膜层为有机导电聚合物层。
12.根据本实用新型的一些示例，所述有机导电膜层的电阻率小于等于6
×
10-5
ω
·
cm。
13.根据本实用新型的一些示例，所述无机导电加热膜层为图形化的无机导电膜层。
14.根据本实用新型的一些示例，所述无机导电膜层的电阻率小于等于5.5
×
10-6
ω
·
cm。
15.根据本实用新型的一些示例，所述导电加热层通过丝印方式获得。
16.根据本实用新型的一些示例，所述防护膜层为增透膜层和防水膜层的一种或两种的组合。
17.根据本实用新型的一些示例，所述增透膜层为红外增透膜层，所述防护膜的红外透过率大于94％。
18.根据本实用新型的一些示例，所述防护膜层的厚度为50nm～300nm。
19.根据本实用新型的一些示例，所述防护膜层为防水膜层，所述防护膜的防水接触角大于110
°
。
20.根据本实用新型的一些示例，所述视窗为光学玻璃和透明塑料中的至少一种。
21.根据本实用新型的一些示例，所述视窗的厚度为1mm～4mm，和/或，所述视窗的透过率大于92％。
22.本实用新型的实施例还提供了一种激光雷达，包括所述的光学复合视窗。
23.本实用新型的光学复合视窗包括了依次层叠的视窗、导电加热层和防护膜层，其中导电加热层通过丝印等方式涂布于视窗内侧，防护膜层覆盖导电加热层起到封闭保护导电加热层的作用，能够防止导电加热膜层长期暴露在高温高湿环境中的吸湿老化，造成的导电加热膜层附着力变差脱落，导致视窗发热功能失效等问题。当该光学复合视窗应用于车载激光雷达等器件时，可以通过导电加热层通电后加热层器件，从而整体实现除雾除冰功能。本实用新型的光学复合视窗具有如此优点：
24.1.本实用新型光学复合视窗结构若采用有机导电加热膜层，因有机导电加热膜层表面镀了一层防护膜层，形成了封闭式保护，使得有机导电加热膜层在长期高湿环境中工作，不会出现老化问题；
25.2.本实用新型光学复合视窗结构若采用无机导电加热膜层，由于玻璃视窗的耐热性比薄膜耐热性强，无机导电加热膜层固化过程中不会对视窗造成破坏，对后续蒸镀的膜层也不会产生影响；同时，无机导电加热膜层性能更稳定，相比与有机导电加热膜层，循环工作中无机导电加热膜层的阻值的波动稳定在5％以内，极大的延长光学复合视窗的使用寿命；此外，相比与有机导电加热膜层，无机导电加热膜层的电阻率低近10倍，在相同使用条件下，发热效率更高，除冰雾速度更快。
附图说明
26.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
27.图1为本实用新型的光学复合视窗的结构示意图；
28.图2为本实用新型的第一实施例的光学复合视窗的结构示意图；
29.图3为本实用新型的第二实施例的光学复合视窗的结构示意图；
30.图4为本实用新型的第三实施例的光学复合视窗的结构示意图；
31.图5为本实用新型的第四实施例的光学复合视窗的结构示意图；
32.图6为本实用新型的第五实施例的光学复合视窗的结构示意图。
具体实施方式
33.现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式使得本实用新型将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。
34.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“a、b或c”或者“a、b和/或c”意味着“以下任一个：a；b；c；a和b；a和c；b和c；a、b和c”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本实用新型的限制。可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
35.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
36.下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设定进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设定之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
37.为了解决现有技术中的技术问题，本发明实施例提供一种光学复合视窗，图1为本实用新型的光学复合视窗的结构示意图，该光学复合视窗包括视窗100；导电加热层200，设置于所述视窗100的内表面，所述导电加热层200通电后用于加热所述视窗100；防护膜层300，设置于100所述导电加热层背离所述视窗的表面。本实用新型的光学复合视窗的通过丝印方式将导电加热层涂布在视窗内侧，再设置一层防护膜层，当该光学复合视窗应用于车载激光雷达等器件时，可以通过导电加热层通电后加热层器件，从而整体实现除雾除冰功能。本发明的光学复合视窗导电加热层可以为有机导电加热膜层，也可以为无机导电加热膜层，因此应用范围更广。
38.下面结合附图和实施例进一步说明本实用新型的光学复合视窗的结构。
39.图2为本实用新型的第一实施例的光学复合视窗的结构示意图，其中，光学复合视
窗包括视窗100、有机导电加热膜层200a和防护膜层300a，即在第一实施例中，导电加热层为有机导电加热膜层。
40.在第一实施例中，视窗100可以是可透过可见光的视窗，即透明视窗，也可以是透过红外光等其他光的视窗。视窗100可以为光学玻璃和透明塑料中的至少一种。透明塑料可以是聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚苯乙烯(ps)、聚碳酸脂(pc)等。所述视窗的厚度可选为1mm～4mm，例如2mm或3mm等等，通过根据实际使用光学复合视窗的场景选择视窗的厚度，在其他可替代的实施方式中，视窗的厚度也可以为其他数值。优选的，所述视窗的透过率大于92％。本发明的视窗应用范围广，将视窗的厚度控制在一定合理的范围内，即可保证产品的使用效果，同时可控制成本。
41.所述有机导电加热膜层200a可以为图形化的有机导电膜层，如图形化的有机导电聚合物层，可以向通过丝印方式图形化有机导电浆料，在一定温度下固化图形化的有机导电浆料获得图形化的有机导电膜层，此时，图形化的有机导电膜层为导电加热层的电导丝，在通电后可以加热其上的视窗100。优选的，有机导电膜层的电阻率ρ小于等于6
×
10-5
ω
·
cm。选择电阻率较小的有机导电膜层，在相同使用条件下，发热效率更高，除冰雾速度更快。在实际的使用中，可以根据产品设计的要求，合理设计有机导电加热膜层的结构，如有机导电膜层厚度、图形的线宽和线长等，以使有机导电加热膜层加热更均匀。采用丝印等方式图形化有机导电浆料工艺简单，操作方便且成本低。
42.当图形化的有机导电加热膜层200a在长期高湿环境中工作，会出现老化从而性能衰退的现象，在第一实施例中，防护膜层300a覆盖于有机导电加热膜层200a，防护膜层300a可以为防水膜层等膜层，防护膜层可以由金属氧化物(如al2o3等)、金属碳化物、氢化硅或碳化硅等制备而成。防护膜层覆盖300a为防水膜层时，优选地，防水膜层的防水接触角大于110
°
。同时，可以根据实际使用场景合理设计防护膜层的厚度及材料，使得防护膜层300a对有机导电加热膜层200a形成有效的封闭式保护，防止空气中的氧气、水分等物质侵蚀有机导电加热膜层200a。防水膜层的防水接触角大于一定阈值时，防水膜层的疏水性能更佳，具有更好的防水性能。通过合理设计防水膜层的厚度，可以保证产品的防水效果的同时，控制成本。优选地，所述防护膜层的厚度为50nm～300nm。有效的防护膜层可以使有机导电加热膜层200a可以在相对高湿的环境中工作，实现产品整体性能提升的同时极大地减缓了其老化的进程，进而提高了光学复合视窗的寿命。
43.图3为本实用新型的第二实施例的光学复合视窗的结构示意图，与第一实施例不同的是，第二实施例中的光学复合视窗包括视窗100、有机导电加热膜层200b和防护膜层300b，其中，防护膜层300b包括增透膜层310b和防水膜层320b。
44.增透膜层310b减少或消除光学复合视窗的反射光，从而增加光学复合视窗的透光量，减少或消除系统的杂散光。增透膜层310b的材料可以是sio2、tio2、al2o3等氧化物、sin、zns或sih4等。增透膜层可以通过溶胶－凝胶法或者化学气相沉积法等制备而成。优选地，增透膜层310b的厚度可选为200nm～300nm，进一步的，增透膜层310b为红外增透膜层，其红外透过率大于94％。增透膜层310b的设置可以提高光学复合视窗的透过率，保护有机导电加热膜层的同时，可以保证产品整体的透过率大于90％。第二实施例中的光学复合视窗的视窗、有机加热导电膜层以及防护膜层选用材料的范围，参数范围，如各个膜层的厚度、电阻率等可以参考第一实施例中。
45.图4为本实用新型的第三实施例的光学复合视窗的结构示意图，第三实施例中的光学复合视窗包括视窗100、有机导电加热膜层200c和防护膜层300c，其中，防护膜层300c包括第一防护膜层310c、增透膜层320c和第二防护膜层330c。其中，第一防护膜层310c覆盖于有机导电加热膜层200c，用于对有机导电加热膜层200a形成有效的封闭式保护，防止空气中的氧气、水分等物质侵蚀有机导电加热膜层200a。第二防护膜层310c覆盖于所述增透膜层320c，用于保护增透膜层320c。第三实施例中的光学复合视窗的视窗、有机导电膜层以及防护膜层选用材料的范围，参数范围，如各个膜层的厚度、电阻率等可以参考第一实施例中。
46.图5为本实用新型的第四实施例的光学复合视窗的结构示意图。第四实施例中的光学复合视窗包括视窗100、无机导电加热膜层200d和防护膜层300d，即在第四实施例中，导电加热层为无机导电加热膜层。
47.所述无机导电加热膜层200d可以为图形化的无机导电膜层，所述无机导电膜层可以包括以下原料：导电相、无机粘接相和有机树脂溶剂，即导电浆料可以由组份按照一定重量份数的导电相、无机粘接相和有机粘结剂组成。所述导电相可以为金属粉末，如银粉、铜粉和金粉中的一种或多种的组合。所述无机粘接相为玻璃粉，如bi-b-si体系，由bi2o3、b2o3、sio2、zno、zro2、al2o3、as2o3、caco3、k2co3、li2co3、rb2co3、geo2、ga2o3、cr2o3、co3o4、nio、mno2中的几种熔制而成。所述的有机粘结剂为由一种或几种有机树脂与有机溶剂组成，所述有机树脂选自松香、醋酸纤维素、乙基纤维素、环氧树脂、丙烯酸树脂中的一种或几种；有机溶剂选自乙酸乙酯、松油醇、乙二醇丁醚、乙二醇丁醚乙酸酯、二乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚乙酸酯、dbe中的一种或几种。上述无机导电膜层可以向通过丝印方式图形化导电浆料，在较高的温度(通常为～500℃)下固定固化图形化的导电浆料获得图形化的无机导电膜层。
48.在第四实施例中，由于无机导电加热膜层200d制备过程中的固化温度较高～500℃，优选地，视窗100为光学玻璃。优选地，光学玻璃的厚度可选为1mm～4mm，例如2mm或3mm等等，通过根据实际使用光学复合视窗的场景选择光学玻璃的厚度，在其他可替代的实施方式中，光学玻璃的厚度也可以为其他数值。进一步地，所述光学玻璃的透过率大于92％。
49.在导电浆料高温固化过程中，导电浆料中的有机粘结分解挥发，无机粘接相(如玻璃粉)熔融浸润视窗，与视窗形成极强的附着力。
50.高温固化后的图形化的无机导电膜层为加热层的电导丝，在通电后可以加热其上的视窗100。优选的，无机导电膜层的电阻率ρ小于等于5.5
×
10-6
ω
·
cm。相较于有机导电膜层，无机导电膜层的电阻率更小，选择电阻率更小的无机导电膜层，在相同使用条件下，发热效率更高，除冰雾速度更快。在实际的使用中，可以根据产品设计的要求，合理设计无机导电加热膜层的结构，如无机导电膜层厚度、图形的线宽和线长等，以使无机导电加热膜层加热更均匀。采用丝印等方式图形化无机导电浆料工艺简单，操作方便且成本低。
51.在第四实施例中采用无机导电加热膜层，由于玻璃视窗的耐热性比薄膜耐热性强，无机导电加热膜层固化过程中不会对视窗造成破坏，相比与有机导电加热膜层，循环工作中无机导电加热膜层的阻值的波动稳定在5％以内，极大的延长光学复合视窗的使用寿命；此外，相比与有机导电加热膜层，无机导电加热膜层的电阻率低近10倍，在相同使用条件下，发热效率更高，除冰雾速度更快。
52.图6为本实用新型的第五实施例的光学复合视窗的结构示意图。第五实施例中的光学复合视窗包括视窗100、无机导电加热膜层200e和防护膜层300e，其中，防护膜层300e包括增透膜层310e和防水膜层320e。
53.增透膜层310e减少或消除光学复合视窗的反射光，从而增加光学复合视窗的透光量，减少或消除系统的杂散光。增透膜层310e的材料可以是sio2、tio2、al2o3等氧化物、sin、zns或sih4等。增透膜层可以通过溶胶－凝胶法或者化学气相沉积法等制备而成。优选地，增透膜层310的厚度可选为200nm～300nm，进一步的，增透膜层310e为红外增透膜层，其红外透过率大于94％。通过增透膜层310e的设计，当光学复合视窗应用于激光雷达时，可以实现整体红外透过率大于94％，保证激光雷达的使用效果。第五实施例中的光学复合视窗的视窗、无机导电膜层以及防护膜层选用材料的范围，参数范围，如各个膜层的厚度、电阻率等可以参考第四实施例中。
54.第五实施例的光学复合视窗在视窗内侧依次制备无机导电加热膜层200e、增透膜层310e和防水膜层320e。相对于视窗/增透膜层/导电加热膜层这一结构，不会存在制备无机导电加热膜层200e的高温固化过程影响增透膜层的性能的情形。同时，采用无机导电加热膜层可大大降低光学复合视窗的导电加热膜层的电阻率，在相同使用条件下，导电加热膜层发热效率更高，除冰雾速度更快。同时，无机导电加热膜层不会出现由于环境中水分等物质侵蚀而造成的老化现象，包括有无机导电加热膜层的光学复合视窗具有更长的使用寿命。
55.本实用新型的实施例还提供了一种激光雷达，包括所述的光学复合视窗。激光雷达可以通过合理设计其中的光学复合视窗的结构，如选用无机导电加热膜层、设置增透膜层等，保证激光雷达的使用效果同时具有更快的冰雾速度。
56.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
57.以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。