一种具有光学功能表面的激光雷达外罩的制作方法

1.本发明涉及光学领域，具体涉及一种具有光学功能表面的激光雷达外罩。


背景技术：

2.激光雷达是通过以发射激光并接收反射激光来探测目标的位置、速度等特征量的光电探测系统。激光雷达系统通常由发射系统、接收系统以及信息处理系统等部分组成。而激光雷达的外罩在对整个系统起到防护作用的同时，还必须具备针对激光雷达工作波长的较高光学透过率特点，使得发出及反射回来的激光束在透过外罩时具有较小的衰减。目前，常用激光雷达的外罩在905nm和1550nm波长的光学透过率通常为98％左右，而光学镀膜等方法对其在红外波段的光学透过率提高有限，且镀膜表面容易被划伤，降低光学透过率，因此，急需更为有效的技术手段及光学设计的引入，以改善激光雷达外罩的光学透过率表现，从而提高激光雷达系统的整体性能。


技术实现要素：

3.针对上述现有技术中存在的不足，本发明提供了一种具有光学功能表面的激光雷达外罩，通过在激光雷达外罩的内外表面上增设具有光学功能的微纳米结构，可以提高激光雷达外罩在激光雷达常用波长的光学透过率，有效提高激光雷达的探测性能表现。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.一种具有光学功能表面的激光雷达外罩，其特征在于，所述激光雷达外罩包括玻璃基底和微纳米结构，多个所述微纳米结构阵列分别排布在所述玻璃基底的内、外表面形成光学功能表面，所述微纳米结构具有预定深度，其表面低于所述玻璃基底的相应表面。
6.进一步地，所述微纳米结构包括第一组微纳米结构和第二组微纳米结构，所述第一组微纳米结构排列在所述玻璃基底的上表面，所述第二组微纳米机构排列在所述玻璃基底的下表面。
7.进一步地，第一组微纳米结构和第二组微纳米结构中每个微纳米结构2的尺寸和深度彼此相同，分别按照相同的规律排布在所述玻璃基底的上表面和下表面。
8.进一步地，第一组微纳米结构中微纳米结构的尺寸和深度与第二组微纳米结构中的微纳米结构尺寸和深度不同，两组微纳米结构按照不同的规律排布在所述玻璃基底的上表面和下表面。
9.进一步地，每个所述微纳米结构的形状为方形、圆形或弧形。
10.进一步地，所述微纳米结构为预定尺寸和深度的激光烧蚀坑。
11.进一步地，每个所述微纳米结构为正方形，正方形边长为50-95微米，深度为10-15微米。
12.进一步地，任意两个相邻微纳米结构之间的间距为20微米。
13.进一步地，所述激光雷达外罩设置于激光雷达前方，所述激光雷达的发射波长至少包括905和1550nm。
14.本发明的有益效果：
15.本发明在激光雷达外罩的内外表面，通过激光直写实现双面的微纳米结构制备，可以实现双面减反的效果，可提高激光雷达外罩在激光雷达常用波长的光学透过率，有效提高激光雷达的探测性能表现，以解决激光雷达常用波长905nm以及1550nm激光的光学增透问题。另外，通过激光直写所增设的微纳米结构，激光雷达外罩表面不宜被划擦破坏，与镀膜技术相比，该双面减反效果具有较好的耐用性。
附图说明
16.图1为本发明具有光学功能表面的激光雷达外罩示意图；
17.图2为本发明中激光雷达外罩表面微纳米结构示意图；
18.图3为本发明与现有激光雷达外罩的光学透过率测量结果。
19.其中：1-玻璃基底、2-微纳米结构。
具体实施方式
20.下面结合说明书附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
21.本技术文件中的上、下、左、右、内、外、前端、后端、头部、尾部等方位或位置关系用语是基于附图所示的方位或位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。
22.本发明中，术语“安装”、“相连”、“相接”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，也可以是一体地连接，也可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信，也可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元器件内部的联通，也可以是两个元器件的相互作用关系。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发明中的具体含义。
23.本实施例记载了一种具有光学功能表面的激光雷达外罩,是在激光雷达外罩上利用激光直写制备方法直接生成微纳米结构，该激光雷达外罩设置于激光雷达前方，其能够兼顾激光发射和激光接收的增透功能，可以解决激光雷达常用波长905nm以及1550nm激光的光学增透问题。
24.如图1所示，该激光雷达外罩包括玻璃基底1和微纳米结构2，多个微纳米结构2阵列分别排布在玻璃基底1的内、外表面，微纳米结构2具有预定深度，其表面低于玻璃基底1的相应表面，微纳米结构2可以降低玻璃基底1的等效折射率，改变激光在玻璃基底1表面的反射和全反射条件，而在玻璃基底1内、外表面设置微纳米结构2后，可在发射和接收激光时，均达到减少反射、增强光透过的效果，成为玻璃基底1实现双面激光减反的光学功能表面。而未做光学微纳米结构2的玻璃基底1表面，折射率高，激光会发生反射或全反射现象，从而影响激光雷达的激光发射和接收，进而影响激光雷达的探测距离和检测性能。且在玻璃基底1上、下表面分别排列的第一组微纳米结构和第二组微纳米结构中，每个微纳米结构2的尺寸和深度彼此可相同，也可不同，分别按照相同或不同的规律排布在所述玻璃基底1的上表面和下表面。
25.本实施例中，上下两组微纳米结构2，是采用10.6微米的二氧化碳激光器在激光雷
达外罩的玻璃基底1的内、外表面上，先后按照预设图形及激光路径轨迹进行激光直写加工刻蚀制成的激光烧蚀坑，此种激光直写方法易于实现区域化的加工制备，可以精确按照设计方案进行微纳米加工，较易获得大面积的微纳米结构。
26.获得微纳米结构2可为方形、圆形、弧形等预设结构，也可为多种形状的组合结构。
27.如图2所示，本实施例以正方形为例进行说明，阴影部分为激光拟刻蚀的区域，即微纳米结构2，针对激光雷达常用的905和1550nm波长的激光，本实施例进行了光学透过率实验，实验参数如表一，其中参数2为未刻蚀微纳米结构，实验结果如图3所示，可见，并非所有的微纳米结构2都能增加光学透过率。本实施例中每个被刻蚀的区域优选地，正方形边长为50-95微米，阵列排布周期(周期为正方形边长 间距，本实施例中间距为20微米)相应为70-115微米，刻蚀结构深度为10-15微米。
28.表一:905和1550nm波长激光的光学透过率实验参数
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在激光雷达外罩经过双面刻蚀的加工制备后,与未设置微纳米结构2的激光雷达外罩相比，整体光学透过率约从98％提高到99％以上，同时，双面刻蚀不但可以同时提高激光雷达外罩在发射和接受光方面的透过率，还可以对激光雷达外罩的整体光学透过率起到改善的作用。
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虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。