设置有层压保护层的激光雷达检测装置的制作方法

1.本发明属于适用于在机动车辆中用来辅助驾驶员(adas＝advanced driver assistance system[高级驾驶员辅助系统])的检测装置的领域，机动车辆包括自主车辆或自动驾驶车辆。更具体地，本发明涉及一种激光雷达系统，该激光雷达系统由壳体和固定在壳体中的固态激光雷达装置组成，该激光雷达系统具有增加的服务时间且更加美观。本发明涉及一种壳体的层压玻璃盖。当激光雷达必须放置在小轿车周围且更具体地在装饰元件后面或在汽车车窗后面时，激光雷达的可见部分必须美观，并且更具体地，壳体的玻璃盖应尽可能不显眼，而同时在对红外线(ir)的透射率方面确保高效率。


背景技术：

[0002]
机动车辆正配备越来越多的系统来辅助车辆驾驶员。这些系统被统称为adas(＝高级驾驶员辅助系统)。adas包括能够检测并且在一些情况下识别车辆的即刻环境中的障碍物的检测系统。例如，检测系统包括光学或ir相机、雷达以及激光雷达(＝光探测和测距)。激光雷达通过计算光脉冲以光速行进到其视野中的物体并返回到激光雷达所花费的时间来测量其本身与该物体之间的距离。激光雷达包括光发射器(通常为激光源)和光接收器。在激光雷达的光发射器发射的光脉冲撞到不规则形状的物体时，入射光信号被散射并且只有一部分的光返回到光接收器。us 20150029487描述了一种配备有激光雷达型装置的机动车辆。
[0003]
机械扫描激光雷达构成第一代激光雷达，它们使用强大的准直激光源并且通过高度聚焦的光学器件将返回信号集中在接收器上。通过使激光器和接收器组件旋转，机械扫描激光雷达可以扫描其周围的区域并且收集高达360度的广泛区域内的数据。然而，机械扫描激光雷达通常是笨重、易碎且非常昂贵的。固态激光雷达是第二代激光雷达，它们没有机械扫描激光雷达的缺点。
[0004]
机械扫描激光雷达依赖于用单个激光源扫描其周围的区域的机电结构，而固态激光雷达不包括移动部件。固态激光雷达使用光学相控阵列，其中光学发射器以特定的模式和相位发出光子爆发以形成定向发射，该定向发射的焦点和大小可以被调整。光学相控阵列是一排发射器(例如，激光器)，这一排发射器可以通过调整从一个发射器到下一个发射器的信号的相对相位来改变电磁波束的方向。固态激光雷达被构建在电子芯片上并且因此比机械扫描激光雷达更便宜且更耐受振动。与包括单个激光源的机械扫描激光雷达相比，固态激光雷达的一个缺点是在相同的能量消耗下，由光学相控阵列发射的光的强度要除以光学发射器的数量。光学现象(比如光的反射、吸收和散射)可能比用单个激光源更成问题。
[0005]
机动车辆中越来越多地实施固态激光雷达。它们可以安装在机动车辆的外部上，机动车辆外部是暴露于雨水、冰雹、大的温度变化以及包括碎石的各种物体的撞击的极具侵蚀性环境。为了保护激光雷达免受这种环境影响，将激光雷达装置封闭在包括玻璃盖的壳体中，该玻璃盖能透过激光雷达使用的波长。激光雷达可以使用可见光或ir光。然而，汽车工业中使用的激光雷达通常发射处于750nm与1650nm之间的近红外光谱中的光。根据本
发明的玻璃盖由至少一个玻璃片制成，该至少一个玻璃片在激光雷达操作波长下对在从750nm至1650nm的波长范围内、优选地在750nm至1050nm的范围内、更优选地在750nm至950nm的范围内的ir辐射具有至少80％、优选地至少90％的平均透射率。在us 20150029487中以及在ep20170185156和专利申请pct/ep 2018/070954中描述了适合与激光雷达检测装置一起使用的玻璃盖的示例。
[0006]
这种玻璃当然必须维持对光源发射的光的高透射率。
[0007]
此外，玻璃盖可以是整体设计的突出特征，使得玻璃盖必须能够与整体设计美观地融合。
[0008]
现今，已知为感测装置并且更具体地为激光雷达提供玻璃盖，以在玻璃盖的至少一个面上施加涂料或釉质来实现所需的美观。在其中夹层被层压在两个玻璃片之间的层压盖玻璃的情况下，在通常也被称为第一玻璃片的p2的内面和/或通常也被称为第二玻璃片的p3的内面上施加涂料或釉质。
[0009]
然而，涂料、油墨或釉质在层压盖玻璃的制造过程中会扩散到热塑性夹层中，从而导致盖玻璃的不美观方面并且因此无法有效地用作感测装置的盖。
[0010]
此外，涂料或油墨或釉质扩散到热塑性夹层中会增加玻璃盖的雾度。因此，由传感器装置捕获的图像可能是模糊的，这可能会极大地损坏传感器装置的功能并且更具体地损坏激光雷达。
[0011]
另外，当必须在玻璃片的内面的与热塑性夹层接触的表面上施加涂料、油墨或釉质时，涂料、油墨或釉质必须经过完全固化，这有时会导致热塑性夹层与玻璃片的较差的粘附，从而带来分层的风险。然后，负面地影响玻璃盖的机械性质和寿命。
[0012]
由于这个原因，需要提出一种具有美观方面且满足对激光雷达装置的玻璃盖的要求的层压盖。
[0013]
随着adas以及需要大量检测系统的自主车辆的发展，玻璃盖具有不美观方面并且可能会改变激光雷达系统的效率是不可接受的。
[0014]
本发明提出了这个问题的解决方案，从而与当前系统相比，允许以低成本实现高效、耐用且美观的激光雷达系统。在下面部分中更详细地描述了这些和其他优点。


技术实现要素：

[0015]
所附独立权利要求中限定了本发明。从属权利要求中限定了优选实施例。特别地，本发明涉及一种检测装置，该检测装置包括：
[0016]
(a)光探测和测距(激光雷达)装置，该激光雷达装置被封闭在以下项中
[0017]
(b)壳体，该壳体被设置有固定到该壳体的层压玻璃盖，该壳体的层压玻璃盖在激光雷达操作波长下对在从750nm至1650nm的波长范围内的ir辐射具有至少80％、优选地至少90％的平均透射率。
[0018]
根据本发明，该层压玻璃盖包括与至少一个热塑性夹层层压的至少一个玻璃片，该热塑性夹层在该激光雷达操作波长下对在从750nm至1650nm的波长范围内的ir辐射具有至少80％、优选地至少90％的平均透射率，并且在可见光范围(380nm至780nm)内具有少于入射光的10％、并且优选地少于入射光的5％、并且更优选地少于入射光的2％、并且非常更优选地等于入射光的0％的光透射。
[0019]
根据本发明，应理解，该光透射根据iso 9050标准被计算为lt d65 10
°
。
[0020]
根据本发明，该层压玻璃盖在该激光雷达操作波长下对在从750nm至1650nm的波长范围内、优选地在750nm至1050nm的范围内、更优选地在750nm至950nm的范围内的ir辐射具有至少80％、优选地至少90％的平均透射率。
[0021]
根据本发明，该热塑性夹层在该激光雷达操作波长下对在从750nm至1650nm的波长范围内、优选地在750nm至1050nm的范围内、更优选地在750nm至950nm的范围内的ir辐射具有至少80％、优选地至少90％的平均透射率，并且在可见光范围(380nm至780nm)内具有少于入射光的10％、并且优选地少于入射光的5％、并且更优选地少于入射光的2％、并且非常更优选地等于入射光的0％的光透射。
[0022]
根据本发明的热塑性夹层向层压玻璃盖赋予对多次碎石片撞击的抵抗力，而同时维持甚至改善激光雷达系统的美观和效率。
[0023]
根据本发明的实施例，该热塑性夹层是在可见光范围(380nm至780nm)内具有少于入射光的10％、并且优选地少于入射光的5％、并且更优选地少于入射光的2％、并且非常更优选地等于入射光的0％的光透射的黑色热塑性夹层。
[0024]
根据本发明，通过使用如上所述的热塑性夹层而不是在形成该层压玻璃盖的该至少一个玻璃片的表面上使用涂料、油墨或釉质，允许使用弯曲玻璃片。相反，如果应当在玻璃片的表面上施加涂料、油墨或釉质，则玻璃片无法在不破坏涂料、油墨或釉质的情况下热弯折。
[0025]
通过使用根据本发明的热塑性夹层，在弯曲/弯折和在形成该层压玻璃盖的玻璃片的至少一个表面上直接沉积涂层(例如，抗反射涂层)方面具有更多灵活性。
[0026]
因此，借助本发明，层压玻璃盖可以是平坦或弯曲的。
[0027]
弯曲的层压玻璃盖允许在不负面影响光反射的情况下改进激光雷达的效率，在平坦的激光雷达盖的情况下会负面影响光反射。实际上，激光雷达的扫描角度被放大。此外，使用弯曲玻璃盖的优点之一在于，它在设计方面向激光雷达和/或车辆(小轿车、卡车、飞机
……
)制造商赋予更多的灵活性。
[0028]
在优选实施例中，层压玻璃盖可以包括抗反射层或涂层以进一步增强在感兴趣波长下的透射。ar涂层可以例如是具有低折射率的基于多孔硅的层或者它可以由若干层(堆叠)、特别是具有低和高折射率并且终止于具有低折射率的层的介质材料交替层的层堆叠构成。ar涂层可以例如是基于例如通过离子注入技术沉积的折射率梯度层的层。还可以使用纹理化表面。也可以使用蚀刻或涂覆技术来避免反射。优选地，经处理的表面在所关注波长范围内的反射将降低至少1％。
[0029]
除非另有定义，否则在使用表述“ir辐射”时，该表述是指在750nm至1650nm之间的波长的辐射。
[0030]
在一个实施例中，该层压玻璃盖包括经由根据本发明的热塑性夹层层压在一起的第一玻璃片和第二玻璃片。
[0031]
在另一实施例中，该层压玻璃盖可以包括第一玻璃片、根据本发明的热塑性夹层、以及透明片，该透明片适合与第一玻璃片结合使用并且满足关于激光雷达的效率的要求。透明片可以是例如聚碳酸酯片、涂覆有众所周知的防划痕涂层的聚对苯二甲酸乙二酯(pet)膜。应理解，任何合适的材料可以与至少一个玻璃片和根据本发明的热塑性夹层结合
3487825中所述。
[0045]
在另一个示例中，该玻璃盖可以是机动车辆的透明部件的一部分，该透明部件包括挡风玻璃、后车窗、侧车窗、大灯或尾灯罩。应理解，当包括根据本发明的层压玻璃盖的激光雷达是挡风玻璃或更一般地车窗的一部分时，激光雷达被放置在视野之外的区域中。激光雷达不应放置在其中在可见光范围内的光透射需要超过入射光的10％的区域中。
[0046]
本发明还涉及固定到封闭固态激光雷达的壳体的层压玻璃盖的用途。
[0047]
本发明还涉及一种用于制造固定到包括激光雷达的壳体的层压玻璃盖的方法，所述方法包括以下步骤：
[0048]
(a)提供至少一个玻璃片，该至少一个玻璃片在激光雷达操作波长下对在从750nm至1650nm的波长范围内、优选地在750nm至1050nm的范围内、更优选地在750nm至950nm的范围内的ir辐射具有至少80％、优选地至少90％的平均透射率，
[0049]
(b)将该至少一个玻璃片与热塑性夹层层压，该热塑性夹层在激光雷达操作波长下对在从750nm至1650nm的波长范围内、优选地在750nm至1050nm的范围内、更优选地在750nm至950nm的范围内的ir辐射具有至少80％、优选地至少90％的平均透射率，并且在可见光范围(380nm至780nm)内具有少于入射光的10％、并且优选地少于入射光的5％、并且更优选地少于入射光的2％、并且非常更优选地等于入射光的0％的光透射。
[0050]
根据本发明的一个实施例，用于制造固定到包括激光雷达的壳体的层压玻璃盖的方法，所述方法包括以下步骤：
[0051]
(a)提供至少一个玻璃片，该至少一个玻璃片在激光雷达操作波长下对在从750nm至1650nm的波长范围内、优选地在750nm至1050nm的范围内、更优选地在750nm至950nm的范围内的ir辐射具有至少80％、优选地至少90％的平均透射率，
[0052]
(b)在该至少一个玻璃片上放置热塑性夹层，该热塑性夹层在激光雷达操作波长下对在从750nm至1650nm的波长范围内、优选地在750nm至1050nm的范围内、更优选地在750nm至950nm的范围内的ir辐射具有至少80％、优选地至少90％的平均透射率，并且在可见光范围(380nm至780nm)内具有少于入射光的10％、并且优选地少于入射光的5％、并且更优选地少于入射光的2％、并且非常更优选地等于入射光的0％的光透射，
[0053]
(c)放置第二玻璃片，该第二玻璃片在激光雷达操作波长下对在从750nm至1650nm的波长范围内、优选地在750nm至1050nm的范围内、更优选地在750nm至950nm的范围内的ir辐射具有至少80％、优选地至少90％的平均透射率，该夹层被夹在两个玻璃片之间从而形成层压玻璃盖。
[0054]
具有夹层的该热塑性夹层具有在激光雷达操作波长下对在从750nm至1650nm的波长范围内、优选地在750nm至1050nm的范围内、更优选地在750nm至950nm的范围内的ir辐射具有至少80％、优选地至少90％的平均透射率，并且在可见光范围(380nm至780nm)内具有少于入射光的10％、并且优选地少于入射光的5％、并且更优选地少于入射光的2％、并且非常更优选地等于入射光的0％的光透射，该热塑性夹层允许：
[0055]-增强固定到包括激光雷达的壳体的玻璃盖并且符合安全标准和规范，
[0056]-更好地保护壳体中所包括的激光雷达，
[0057]-通过在确保激光雷达的良好效率的同时至少部分地遮盖激光雷达来赋予良好美观。
[0058]
本发明还涉及一种机动车辆，该机动车辆包括如前文所定义的检测装置，其中，该车辆优选地是自动驾驶车辆。
附图说明
[0059]
为了更全面地理解本发明的性质，参考结合附图进行的以下详细说明，在附图中：
[0060]
图1：示出了根据本发明的检测装置的分解图。
[0061]
图2：示出了机动车辆，其具有可以定位根据本发明的检测装置的各种位置。
具体实施方式
[0062]
如图1所展示，本发明涉及一种激光雷达装置，该激光雷达装置包括封闭在壳体(11)中的固态激光雷达装置(21)，该壳体被设置有由第一玻璃片(13)、热塑性夹层(31)和第二玻璃片(14)制成的玻璃盖(12)。根据本发明，第一玻璃片(13)和第二玻璃片(14)在激光雷达操作波长下对在从750nm至1650nm的波长范围内、优选地在750nm至1050nm的范围内、更优选地在750nm至950nm的范围内的ir辐射具有至少80％、优选地至少90％的平均透射率。热塑性夹层在激光雷达操作波长下对在从750nm至1650nm的波长范围内、优选地在750nm至1050nm的范围内、更优选地在750nm至950nm的范围内的ir辐射具有至少80％、优选地至少90％的平均透射率，并且在可见光范围(380nm至780nm)内具有少于入射光的10％、并且优选地少于入射光的5％、并且更优选地少于入射光的2％、并且非常更优选地等于入射光的0％的光透射。这种热塑性夹层是大部分染有诸如由帝国公司(teikoku)、东丽公司(toray)提供的黑色ir透明油墨或者在可见光范围(380nm至780nm)内具有少于入射光的10％、并且优选地少于入射光的5％、并且更优选地少于入射光的2％的光透射的任何已知的ir透明油墨的pvb夹层。激光雷达必须封闭在壳体中以保护该激光雷达免受外部侵蚀，诸如灰尘以及来自碎石或冰雹的撞击。本发明提出了用于在确保激光雷达的效率并赋予良好美观的同时延长激光雷达系统的使用寿命的解决方案。玻璃盖则更耐用，并且热塑性夹层在对ir辐射透明同时的弱光透射允许向固定到封闭激光雷达的壳体的极高效玻璃盖提供所需的光学性质。
[0063]
如上所讨论，固态激光雷达包括光学发射器(激光器)的相控阵列，这些光学发射器产生光波束，该光波束可以被电子地操纵以指向不同的方向，而不用移动光学发射器。对每个光学发射器以相位关系进行设定，使得来自单独发射器的光波相加到一起以增加期望的方向上的辐射，同时进行抵消以抑制不期望的方向上的辐射。在相控阵列中，可以通过控制发射器之间的相移来将光波束转向到不同的方向。
[0064]
为了保护固态激光雷达免受外部侵蚀，将其封闭在壳体中，该壳体包括玻璃盖以允许发射的辐射以及障碍物上弹回的返回辐射穿过。
[0065]
玻璃盖(12)
[0066]
发射的辐射必须横贯壳体(11)的玻璃盖(12)，直到其撞到障碍物并且辐射的一部分被反射回到检测装置为止，其中，该部分辐射在到达光学传感器之前必须再次横贯玻璃盖(12)。入射光束以及从障碍物反射的返回光束将要横贯的玻璃盖(12)必须对安装在机动车辆(40)上的激光雷达中通常使用的红外光具有高透射率。
[0067]
对于激光雷达检测装置(1)的良好运行来说必要的是玻璃盖(12)在一方面对由激
光雷达发射的波长具有高透射率，该波长通常包括在ir范围内、优选地在750nm至1650nm之间。对于激光雷达检测装置的使用寿命而言重要的是在将玻璃盖(12)暴露于外部侵蚀(包括雨水、霜冻以及来自冰雹和碎石的撞击)的车辆使用过程中维持这些值。
[0068]
为了减少对ir辐射的吸收，玻璃片应当尽可能薄。优选的是玻璃片具有不超过2mm、优选地不超过1mm的厚度。玻璃片优选地在保持其稳健性的同时具有弱部。
[0069]
玻璃片可以是钠钙玻璃片。钠钙玻璃组合物的示例包括以下组分：
[0070][0071]
此类玻璃片对机动车辆中的激光雷达检测装置使用的ir辐射具有非常高的透射率。玻璃盖(12)也可以由玻璃制成。优选地，玻璃盖(12)由玻璃制成并且具有在前文针对玻璃片定义的范围内的组合物。
[0072]
根据本发明的一个实施例，玻璃盖可以是通过任何已知的技术(诸如浸涂、喷涂或溅镀)施加到玻璃盖(12)的外表面上的涂覆层。涂层必须可用除了水(由于下雨产生)以外的溶剂、通过未不利地影响涂层所粘附到的玻璃盖的热处理或通过机械地刮擦涂层来移除。
[0073]
玻璃盖(12)可以具有三维(3d)几何形状。
[0074]
由于雨水和霜冻可能会暂时地破坏玻璃盖(12)的组件的光学性质，因此后者可以包括疏水外表面，该疏水外表面在覆盖玻璃盖(12)时暴露于大气。可以通过选择具有低表面能量的聚合物片材或涂层或者通过将疏水层施加到玻璃盖来获得疏水性。当落在表面上的水滴形成大于90
°
的静态水接触角时，该表面被视为是疏水的。
[0075]
基于光束穿过玻璃盖的透射，根据本发明的热塑性夹层的光学性质不会妨碍激光雷达检测装置的良好运行。然而，层压玻璃盖(12)的主要目的是保护激光雷达的光学传感器。这可以经由下文讨论的机械性质来实现。
[0076]
根据本发明的检测装置特别适用于机动车辆、船舶、飞机等中使用。优选地，根据本发明的检测装置安装在机动车辆上、更优选地安装在自动驾驶机动车辆上。机动车辆包括小轿车、厢式货车、卡车、摩托车、公交车、有轨电车、火车等等。
[0077]
图2示出了典型的小轿车并且还示出了由封闭数字(1)表示的检测装置的定位的示例。检测装置可以安装在车身元件(41)上/中，这些车身元件包括挡泥板、保险杠、格栅、侧翼后视镜盖、发动机盖、行李箱、侧车门、柱(a，b，c，d)、或后车门。检测装置还可以安装在透明车身元件(42)后方，这些透明车身元件包括前挡风玻璃、后车窗、侧车窗、大灯或尾灯罩等等。应理解，当包括根据本发明的层压玻璃盖的激光雷达是挡风玻璃或更一般地车窗的一部分时，激光雷达被放置在视野之外的区域中。激光雷达不应放置在其中在可见光范围内的光透射需要超过入射光的10％的区域中。
[0078]
参考#特征1检测装置11壳体12玻璃盖21固态激光雷达31热塑性层40机动车辆41不透明车身元件42透明车身元件