Mục lục
I. Chức năng cốt lõi của cửa sổ LiDAR: Không chỉ là bảo vệ
II. So sánh vật liệu: Sự cân bằng hiệu suất giữa Silica nóng chảy và Sapphire
III. Công nghệ phủ: Quy trình nền tảng để nâng cao hiệu suất quang học
IV. Các thông số hiệu suất chính: Các chỉ số đánh giá định lượng
V. Các kịch bản ứng dụng: Toàn cảnh từ lái xe tự động đến cảm biến công nghiệp
VI. Sự phát triển công nghệ và xu hướng tương lai
Trong công nghệ cảm biến hiện đại, LiDAR (Light Detection and Ranging - Phát hiện và Đo khoảng cách bằng Ánh sáng) hoạt động như "đôi mắt" của máy móc, cảm nhận chính xác thế giới 3D bằng cách phát và thu các chùm tia laser. Những "đôi mắt" này cần một "thấu kính bảo vệ" trong suốt để bảo vệ — đó chính là Nắp cửa sổ LiDAR. Nó không chỉ là một mảnh kính thông thường mà là một linh kiện công nghệ cao tích hợp khoa học vật liệu, thiết kế quang học và kỹ thuật chính xác. Hiệu suất của nó quyết định trực tiếp đến độ chính xác cảm biến, phạm vi và độ tin cậy tổng thể của hệ thống LiDAR.
Cửa sổ quang học 1
I. Chức năng cốt lõi: Vượt ra ngoài “Bảo vệ”
Nắp cửa sổ LiDAR là một tấm chắn quang học phẳng hoặc hình cầu bao bọc phần bên ngoài của cảm biến LiDAR. Các chức năng chính của nó bao gồm:
- Bảo vệ vật lý:Cách ly hiệu quả bụi, hơi ẩm, dầu và thậm chí cả các mảnh vụn bay, bảo vệ các bộ phận bên trong (ví dụ: bộ phát laser, máy dò, gương quét).
- Niêm phong môi trường:Là một phần của vỏ máy, nó tạo thành một lớp đệm kín khí với các thành phần cấu trúc để đạt được xếp hạng IP cần thiết (ví dụ: IP6K7/IP6K9K), đảm bảo hoạt động ổn định trong điều kiện khắc nghiệt như mưa, tuyết và bão cát.
- Truyền dẫn quang học:Chức năng quan trọng nhất của nó là cho phép tia laser có bước sóng cụ thể đi qua hiệu quả với độ méo tiếng tối thiểu. Bất kỳ sự cản trở, phản xạ hoặc quang sai nào cũng làm giảm trực tiếp độ chính xác đo xa và chất lượng đám mây điểm.
Cửa sổ quang học 2
II. Vật liệu chính thống: Cuộc chiến của kính
Lựa chọn vật liệu quyết định hiệu suất tối đa của rèm cửa sổ. Ngành công nghiệp chủ đạo sử dụng vật liệu gốc thủy tinh, chủ yếu là hai loại:
1. Kính Silica nóng chảy
- Đặc điểm:Sản phẩm chủ lực tuyệt đối cho các ứng dụng ô tô và công nghiệp. Được làm từ silica có độ tinh khiết cao, sản phẩm mang lại các đặc tính quang học vượt trội.
- Ưu điểm:
- Độ truyền sáng tuyệt vời từ tia UV sang tia IR với độ hấp thụ cực thấp.
- Hệ số giãn nở nhiệt thấp chịu được nhiệt độ khắc nghiệt (-60°C đến +200°C) mà không bị biến dạng.
- Độ cứng cao (Mohs ~7), chống mài mòn từ cát/gió.
- Ứng dụng:Xe tự hành, AGV công nghiệp cao cấp, khảo sát LiDAR.
Cửa sổ bậc thang bằng đá Sapphire
2. Kính Sapphire
- Đặc điểm:α-alumina tổng hợp đơn tinh thể, có hiệu suất cực cao.
- Ưu điểm:
- Độ cứng cực cao (Mohs ~9, chỉ đứng sau kim cương), gần như không thể trầy xước.
- Độ truyền quang cân bằng, khả năng chịu nhiệt độ cao (điểm nóng chảy ~2040°C) và độ ổn định hóa học.
- Thách thức:Chi phí cao, quá trình xử lý khó khăn (yêu cầu vật liệu mài kim cương) và mật độ cao.
- Ứng dụng:Đo lường quân sự, hàng không vũ trụ và siêu chính xác cao cấp.
Kính cửa sổ chống phản quang hai mặt
III. Lớp phủ: Công nghệ cốt lõi biến đá thành vàng
Bất kể chất nền nào, lớp phủ đều rất cần thiết để đáp ứng các yêu cầu quang học nghiêm ngặt của LiDAR:
- Lớp phủ chống phản xạ (AR):Lớp quan trọng nhất. Được lắng đọng thông qua lớp phủ chân không (ví dụ: bay hơi chùm tia điện tử, phun xạ magnetron), lớp này làm giảm độ phản xạ bề mặt xuống <0,5% ở bước sóng mục tiêu, tăng độ truyền qua từ ~92% lên >99,5%.
- Lớp phủ kỵ nước/kỵ dầu:Ngăn ngừa sự bám dính của nước/dầu, duy trì độ trong suốt khi trời mưa hoặc môi trường ô nhiễm.
- Các lớp phủ chức năng khác:Phim chống mờ nhiệt (sử dụng ITO), lớp chống tĩnh điện, v.v., cho các nhu cầu chuyên biệt.
Sơ đồ nhà máy phủ chân không
IV. Các thông số hiệu suất chính
Khi lựa chọn hoặc đánh giá nắp cửa sổ LiDAR, hãy tập trung vào các số liệu sau:
- Độ truyền qua @ Bước sóng mục tiêu:Tỷ lệ phần trăm ánh sáng truyền qua ở bước sóng hoạt động của LiDAR (ví dụ: >96% ở 905nm/1550nm sau khi phủ AR).
- Khả năng tương thích băng tần:Phải phù hợp với bước sóng laser (905nm/1550nm); độ phản xạ phải được giảm thiểu (<0,5%).
- Độ chính xác của hình bề mặt:Lỗi độ phẳng và độ song song phải ≤λ/4 (λ = bước sóng laser) để tránh hiện tượng méo chùm tia.
- Độ cứng và khả năng chống mài mòn:Được đo bằng thang Mohs; rất quan trọng đối với độ bền lâu dài.
- Độ bền môi trường:
- Khả năng chống nước/bụi: Tối thiểu đạt chuẩn IP6K7.
- Chu kỳ nhiệt độ: Phạm vi hoạt động thường là -40°C đến +85°C.
- Chống tia UV/phun muối để ngăn ngừa sự xuống cấp.
LiDAR gắn trên xe
V. Các kịch bản ứng dụng
Hầu hết các hệ thống LiDAR tiếp xúc với môi trường đều cần có nắp che cửa sổ:
- Xe tự hành:Được lắp trên nóc xe, cản xe hoặc hai bên, tiếp xúc trực tiếp với thời tiết và tia UV.
- Hệ thống hỗ trợ người lái tiên tiến (ADAS):Được tích hợp vào thân xe, đòi hỏi sự hài hòa về mặt thẩm mỹ.
- AGV/AMR công nghiệp:Hoạt động trong kho/nhà máy có nguy cơ bụi và va chạm.
- Khảo sát & Viễn thám:Hệ thống lắp trên máy bay/xe chịu được sự thay đổi độ cao và nhiệt độ.
Phần kết luận
Mặc dù chỉ là một thành phần vật lý đơn giản, nắp che cửa sổ LiDAR đóng vai trò thiết yếu trong việc đảm bảo "tầm nhìn" rõ ràng và đáng tin cậy cho LiDAR. Sự phát triển của nó phụ thuộc vào sự tích hợp sâu sắc giữa khoa học vật liệu, quang học, quy trình phủ và kỹ thuật môi trường. Khi kỷ nguyên xe tự hành ngày càng phát triển, "cửa sổ" này sẽ tiếp tục phát triển, đảm bảo nhận thức chính xác cho máy móc.
Thời gian đăng: 17-10-2025