Obsah
I. Základní funkce oken LiDAR: Více než jen ochrana
II. Porovnání materiálů: Rovnováha mezi taveným oxidem křemičitým a safírem
III. Technologie povrchové úpravy: Základní proces pro zlepšení optického výkonu
IV. Klíčové parametry výkonnosti: Kvantitativní metriky hodnocení
V. Aplikační scénáře: Panorama od autonomního řízení k průmyslovému snímání
VI. Technologický vývoj a budoucí trendy
V moderní senzorické technologii funguje LiDAR (Light Detection and Ranging) jako „oči“ strojů, které přesně vnímají 3D svět vyzařováním a přijímáním laserových paprsků. Tyto „oči“ vyžadují pro ochranu průhlednou „ochrannou čočku“ – tou je kryt okna LiDAR. Není to jen kus obyčejného skla, ale high-tech komponent integrující materiálovou vědu, optický design a přesné inženýrství. Jeho výkon přímo určuje přesnost snímání, dosah a celkovou spolehlivost systémů LiDAR.
Optická okna 1
I. Základní funkce: Nad rámec „ochrany“
Kryt okna LiDAR je optický plochý nebo kulový štít, který zapouzdřuje vnější část senzoru LiDAR. Jeho klíčové funkce zahrnují:
- Fyzická ochrana:Účinně izoluje prach, vlhkost, olej a dokonce i poletující nečistoty a chrání tak vnitřní součásti (např. laserové zářiče, detektory, skenovací zrcadla).
- Těsnění proti vlivům na životní prostředí:Jako součást pouzdra tvoří vzduchotěsné těsnění s konstrukčními prvky pro dosažení požadovaného stupně krytí IP (např. IP6K7/IP6K9K), což zajišťuje stabilní provoz v náročných podmínkách, jako je déšť, sníh a písečné bouře.
- Optický přenos:Jeho nejdůležitější funkcí je umožnit efektivní průchod laserů o specifické vlnové délce s minimálním zkreslením. Jakékoli blokování, odraz nebo aberace přímo snižuje přesnost měření a kvalitu mračna bodů.
Optická okna 2
II. Mainstreamové materiály: Bitva o brýle
Výběr materiálu určuje maximální výkonnost okenních krytů. V průmyslu se běžně používají materiály na bázi skla, a to především dva typy:
1. Tavené křemičité sklo
- Charakteristiky:Naprostý mainstream pro automobilový průmysl a průmyslové aplikace. Vyroben z vysoce čistého oxidu křemičitého nabízí výjimečné optické vlastnosti.
- Výhody:
- Vynikající propustnost od UV do IR záření s ultra nízkou absorpcí.
- Nízký koeficient tepelné roztažnosti odolává extrémním teplotám (-60 °C až +200 °C) bez deformace.
- Vysoká tvrdost (Mohs ~7), odolnost proti oděru pískem/větrem.
- Aplikace:Autonomní vozidla, špičková průmyslová AGV, geodetické LiDAR.
Safírové schodové okno
2. Safírové sklo
- Charakteristiky:Syntetický monokrystalický α-oxid hlinitý, představující ultravysoký výkon.
- Výhody:
- Extrémní tvrdost (Mohsova stupnice ~9, druhá hned po diamantu), téměř odolná proti poškrábání.
- Vyvážená optická propustnost, vysoká teplotní odolnost (bod tání ~2040 °C) a chemická stabilita.
- Výzvy:Vysoká cena, obtížné zpracování (vyžaduje diamantové abrazivo) a vysoká hustota.
- Aplikace:Špičková vojenská, letecká a ultrapřesná měření.
Oboustranná antireflexní okénko
III. Povrchová úprava: Základní technologie, která proměňuje kámen ve zlato
Bez ohledu na substrát jsou povlaky nezbytné pro splnění přísných optických požadavků LiDARu:
- Antireflexní (AR) vrstva:Nejdůležitější vrstva. Nanesená vakuovým nanášením (např. elektronickým paprskem, magnetronovým naprašováním) snižuje povrchovou odrazivost na <0,5 % při cílových vlnových délkách a zvyšuje propustnost z ~92 % na >99,5 %.
- Hydrofobní/oleofobní povlak:Zabraňuje přilnutí vody/oleje a udržuje průhlednost v dešti nebo znečištěném prostředí.
- Další funkční nátěry:Vyhřívané odmlžovací fólie (s využitím ITO), antistatické vrstvy atd. pro specializované potřeby.
Schéma továrny na vakuové lakování
IV. Klíčové výkonnostní parametry
Při výběru nebo hodnocení krytu okna LiDAR se zaměřte na tyto metriky:
- Transmitance při cílové vlnové délce:Procento světla propuštěného na provozní vlnové délce LiDARu (např. >96 % při 905 nm/1550 nm po nanesení AR vrstvy).
- Kompatibilita s pásmy:Musí odpovídat vlnovým délkám laseru (905 nm/1550 nm); odrazivost by měla být minimalizována (<0,5 %).
- Přesnost povrchového obrazu:Chyby rovinnosti a rovnoběžnosti by měly být ≤λ/4 (λ = vlnová délka laseru), aby se zabránilo zkreslení paprsku.
- Tvrdost a odolnost proti opotřebení:Měřeno podle Mohsovy stupnice; zásadní pro dlouhodobou trvanlivost.
- Odolnost vůči vlivům prostředí:
- Odolnost proti vodě/prachu: Minimální stupeň krytí IP6K7.
- Teplotní cyklování: Provozní rozsah typicky -40 °C až +85 °C.
- Odolnost proti UV záření/solné mlze pro zabránění degradace.
LiDAR namontovaný na vozidle
V. Scénáře použití
Téměř všechny systémy LiDAR vystavené vlivům prostředí vyžadují zakrytí oken:
- Autonomní vozidla:Montuje se na střechy, nárazníky nebo boky, je vystaveno přímému vystavení povětrnostním vlivům a UV záření.
- Pokročilé asistenční systémy pro řidiče (ADAS):Integrované do karoserií vozidel, vyžadující estetickou harmonii.
- Průmyslové AGV/AMR:Práce ve skladech/továrnách s rizikem prachu a kolizí.
- Geodetické a dálkové snímání Země:Vzdušné/vozidlové systémy odolné změnám nadmořské výšky a kolísání teplot.
Závěr
Přestože se jedná o jednoduchou fyzickou součást, kryt okna LiDAR je klíčový pro zajištění jasného a spolehlivého „vidění“ pro LiDAR. Jeho vývoj závisí na hluboké integraci materiálové vědy, optiky, procesů nanášení povrchových úprav a environmentálního inženýrství. S postupující érou autonomního řízení se toto „okno“ bude dále vyvíjet a zajistí tak přesné vnímání pro stroje.
Čas zveřejnění: 17. října 2025