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車載激光雷達光學(xué)鏡片波長與結(jié)構(gòu)的協(xié)同進化

2025-05-06 派大星

隨著自動駕駛技術(shù)的快速發(fā)展,車載激光雷達(LiDAR)成為環(huán)境感知的核心傳感器之一。其性能高度依賴于不同光學(xué)鏡片的設(shè)計與制造,因此衍生出不同的結(jié)構(gòu)類型(固定式與旋轉(zhuǎn)式)的激光雷達,針對不同光學(xué)鏡片選擇也表現(xiàn)出差異化的技術(shù)要求。


 車載激光雷達光學(xué)鏡片波長與結(jié)構(gòu)的協(xié)同進化

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一、波長特性與鏡片材料選擇

在激光雷達的波長選擇常見的應(yīng)用波段為905nm與1550nm兩個波段,以905nm激光雷達為例,在材料選擇上905nm屬于近紅外波段,傳統(tǒng)光學(xué)玻璃(如BK7、熔融石英)即可滿足透光需求,其成本相對較低,從安全性考量,由于人眼視網(wǎng)膜對905nm敏感,因此在鏡片設(shè)計上需嚴格控制激光功率,優(yōu)先考慮光束擴散角與能量分布的優(yōu)化。


 激埃特激光雷達BP905窄帶濾光片

(激埃特激光雷達BP905窄帶濾光片)

1550nm激光雷達,材料方面,1550nm屬于中紅外波段,普通玻璃透光率在此范圍顯著下降,因此需采用氟化鈣(CaF?)、硫系玻璃(如Ge-As-Se)或硅基材料,確保高透光率(>95%)滿足需求,性能優(yōu)勢上1550nm對人眼更安全,允許更高功率輸出,提升探測距離(可達300米以上),但材料成本與加工復(fù)雜度更高,這不斷提高了其交期和制作時長。

 

二、固定式與旋轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)對鏡片設(shè)計的差異化需求

激光雷達的結(jié)構(gòu)類型決定了光學(xué)鏡片的動態(tài)性能與機械穩(wěn)定性要求,一般分為固定式與旋轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)激光雷達。固定式激光雷達(固態(tài)LiDAR)需滿足廣角覆蓋需求,一般采用MEMS微振鏡或光學(xué)相控陣(OPA)技術(shù),且鏡片需支持大視場角(如120°×25°),同時抑制像差。鏡片為適應(yīng)芯片級集成需微型化,非球面透鏡與自由曲面鏡片在此的應(yīng)用廣泛,以壓縮光學(xué)系統(tǒng)體積。  


激埃特新加坡非球面透鏡展品攝圖

(激埃特新加坡非球面透鏡展品攝圖)


旋轉(zhuǎn)式激光雷達(機械掃描式)需面臨動態(tài)穩(wěn)定性挑戰(zhàn),其旋轉(zhuǎn)部件帶來振動與離心力,鏡片需具備高機械強度,并通過輕量化設(shè)計(如碳纖維框架)降低慣性影響,同時在抗環(huán)境老化方面,外露鏡片需覆蓋防水、防污鍍膜,并采用高強度材料(如藍寶石玻璃)抵御風(fēng)沙磨損。  

 

三、光學(xué)鍍膜:提升性能的核心工藝

光學(xué)鍍膜是平衡透光率、耐用性與環(huán)境適應(yīng)性的關(guān)鍵, 

1.抗反射鍍膜(AR Coating):針對特定波長(如1550nm)優(yōu)化,單層或多層鍍膜可將鏡片表面反射率降至0.5%以下,提升光能利用率。  

2. 環(huán)境防護鍍膜:疏水鍍膜(Hydrophobic Coating)可減少雨雪附著,防霧鍍膜(Anti-Fog Coating)適應(yīng)溫差變化,確保全天候可靠性。  

3. 激光防護鍍膜:高功率激光可能損傷鏡片表面,通過硬質(zhì)鍍膜(如類金剛石涂層)提升耐高溫與抗燒蝕能力。  

 激埃特雷達紅外激光BP1550窄帶濾光片

(激埃特雷達紅外激光BP1550窄帶濾光片


四、未來趨勢:智能化與集成化鏡片技術(shù)

1. 自適應(yīng)光學(xué)鏡片:動態(tài)調(diào)焦鏡片(如液晶透鏡)可根據(jù)探測場景實時調(diào)整焦距,兼顧遠距高分辨率與近距廣角覆蓋。  

2. 多功能集成光學(xué)模組:將發(fā)射、接收鏡片與濾光片集成于同一光學(xué)基底,減少組裝誤差并提升系統(tǒng)信噪比。  

3. 新材料探索:氮化硅(Si?N?)等高折射率材料可進一步縮小光學(xué)系統(tǒng)體積,同時兼容905nm與1550nm雙波段設(shè)計。  

 

車載激光雷達光學(xué)鏡片的設(shè)計需緊密圍繞波長特性與結(jié)構(gòu)類型展開,同時平衡性能、成本與可靠性。隨著自動駕駛向L4/L5級邁進,光學(xué)鏡片將朝著智能化、高環(huán)境魯棒性的方向持續(xù)進化,成為推動LiDAR技術(shù)突破的關(guān)鍵載體。未來,新材料與鍍膜工藝的創(chuàng)新,或?qū)榧す饫走_打開更廣闊的應(yīng)用場景。


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