光学涂层和包括该光学涂层的装置的制作方法

光学涂层和包括该光学涂层的装置
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2019年11月8日提交的美国临时申请第62/933,090号的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
3.本公开总体上涉及一种光学涂层，该光学涂层具有用于光学加热的第一光波长范围；以及用于光学感测的第二光波长范围。一种装置可以包括光学涂层。一种光学系统可以包括该装置和光源。还公开了制造和使用该光学涂层、装置和光学系统的方法。


背景技术：

4.包括外部传感器窗口的光学系统(诸如光检测和测距(lidar)、热成像和rgb相机)用于机动车辆并且暴露于外部环境。例如，冰和水(大水滴和小水滴两者，诸如雾)会导致光学伪影，该光学伪影使光学系统不稳定。
5.例如，在lidar窗口中，氧化铟锡(ito)涂层的电阻加热用于提供诸如加热、除雾、除冰等效果。ito涂层存在于玻璃基板的内表面上。电阻线通常用于将ito涂层连接到母线连接。这导致了两个潜在的问题。首先，电阻线和母线连接断开，使其成为向ito涂层提供热量的不可靠方法。其次，由加热的ito涂层生成的热量必须仍然通过玻璃基板的质量传递，这是一种低效的导热方式。
6.需要一种光学涂层的简单光学系统级集成，该光学涂层耐用(例如，在外部环境中重复使用)并且高效(例如，在成本和传热两个方面)。
附图说明
7.本公开的特征通过示例的方式说明并且不限于以下附图，附图中的相同的数字表示相同的元素，在附图中：
8.图1a是图示根据本发明一方面的光学涂层的吸收率和透射率的曲线图；
9.图1b是图示根据本发明另一方面的光学涂层的吸收率和透射率的曲线图；
10.图1c是图示根据本发明另一方面的光学涂层的吸收率和透射率的曲线图；
11.图1d是图示根据本发明另一方面的光学涂层的吸收率和透射率的曲线图；
12.图1e是图示根据本发明另一方面的光学涂层的吸收率和透射率的曲线图；
13.图1f是图示根据本发明另一方面的光学涂层的吸收率的曲线图；
14.图1g是图示根据本发明另一方面的光学涂层的透射率的曲线图；
15.图2a是根据本发明的一方面的装置的示意图；
16.图2b是根据本发明的另一方面的装置的示意图；
17.图2c是根据本发明的另一方面的装置的示意图；
18.图3a是根据本发明的一方面的光学系统的示意图；
19.图3b是根据本发明的另一方面的光学系统的示意图；以及
20.图3c是根据本发明的一方面的光学系统的示意图。


技术实现要素：

21.在一个方面，公开了一种光学涂层，该光学涂层包括用于光学加热的第一光波长范围；以及用于光学感测的第二光波长范围，其中第一光波长范围不同于第二光波长范围。
22.在另一方面，公开了一种装置，该装置包括具有第一侧和第二侧的透明基板；以及在透明基板的第一侧上的光学涂层。
23.各种实施例的附加特征和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且将部分地从描述中明显，或者可以通过各种实施例的实践来了解。各种实施例的目的和其他优点将通过本文中描述中特别指出的元素和组合来实现和获取。
具体实施方式
24.为了简单和说明性的目的，主要通过参考其示例来描述本公开。在以下描述中，阐述了很多具体细节以便提供对本公开的透彻理解。然而，很明显的是，可以在不限于这些具体细节的情况下实践本公开。在其他情况下，一些方法和结构没有被详细描述以免不必要地混淆本公开。
25.此外，附图中描绘的元件可以包括附加组件，并且这些图中描述的一些组件可以被移除和/或修改而不脱离本公开的范围。此外，图中描绘的元件可能不是按比例绘制的，因此，元件可以具有与图中所示的尺寸和/或构造不同的尺寸和/或构造。
26.应当理解，前述一般描述和以下详细描述都只是示例性和解释性的，并且旨在提供对本教导的各种实施例的解释。在其广泛和变化的实施例中，本文中公开的是物品；以及制作和使用物品的方法。
27.本公开描述了一种光学涂层12，该光学涂层12具有用于光学加热的第一光波长范围；以及用于光学感测的第二光波长范围。第一光波长范围可以不同于第二光波长范围。例如，如果第一光波长范围是可见光范围，则第二光波长范围可以是任何其他光波长范围，诸如近红外或近红外和红外。光学涂层12的双重范围允许光学涂层12生成光学热并且提供光学感测，诸如用于可见光成像、红外热感测和接近感测。
28.在一个方面，光学涂层12可以选择性地吸收第一光波长范围内的光以用于光学加热。所吸收的光可以生成可以用于加热暴露于外部环境的装置20的热量。第一光波长范围可以包括可见光波长范围(350nm至780nm)、近红外光波长范围、或包括可见光和近红外光两者的波长范围。
29.在一个方面，光学涂层12可以选择性地透射第二光波长范围内的光以用于光学感测。选择性地透射的光可以被光学系统中存在的检测器感测。第二光波长范围可以包括近红外波长、可见光波长(350nm至780nm)、短波红外波长或长波红外波长。
30.作为示例，光学涂层12可以包括第一光波长范围(诸如可见光)和第二光波长范围(诸如近红外)。光学涂层12可以包括硅(诸如含硅材料，例如镧硅或氢掺杂硅)作为光学吸收材料。
31.如图1a所示，光学涂层12可以是抗反射涂层，在约350nm至约780nm的第一光波长范围内具有吸收特性(虚线)，在约940nm至约1950nm的第二光波长范围内具有透射特性(实
线)。在一个方面，如图1b所示，光学涂层12可以是抗反射涂层，在约350nm至约780nm的光波长范围内具有吸收特性(虚线)，在约905nm至约1950nm的光波长范围内具有透射特性(实线)。在一个方面，如图1c所示，光学涂层12可以是抗反射涂层，在约350nm至约780nm的光波长范围内具有吸收特性(虚线)，在约1550nm至约2150nm的光波长范围内具有透射特性(实线)。在一个方面，如图1d所示，光学涂层12可以是带通涂层，在约350nm至约780nm的光波长范围内具有吸收特性(虚线)，在约950nm至约1950nm的光波长范围内具有透射特性(实线)。
32.作为示例，光学涂层12可以包括第一光波长范围(诸如近红外光或短波红外线)和第二光波长范围(诸如可见光)。光学涂层12可以包括透明导电涂层，诸如ito和itio，以代替吸收硅(如在上面的示例中)或补充诸如二氧化硅等含硅材料。
33.如图1e所示，光学涂层12可以是宽带抗反射涂层，在约1000nm至约1850nm的光波长范围内具有吸收特性(虚线)，在约350nm至约780nm的光波长范围内具有透射特性(实线)。
34.第一光波长范围和第二光波长范围可以针对光学系统来定制。
35.作为示例，光学涂层12可以包括第一光波长范围(诸如可见光和近红外光)和第二光波长范围(诸如长波红外线)。光学涂层12可以包括吸收低于1500nm的波长的锗、和/或硫化锌。具有锗的光学涂层12通常可以吸收低于1800nm波长的光。相比之下，硅通常可以吸收低于1000nm波长的光。当光源136位于装置20的第二侧14上时，光学涂层12可以通过诸如硅等透明基板10的第二侧14吸收光。
36.在一个方面，光学涂层12可以是长波红外抗反射涂层，在约350nm至约1150nm的光波长范围内具有吸收特性(图1f中的虚线)，在约11000nm至约14500nm的光波长范围内具有透射特性(图1g中的实线)。
37.光学涂层12可以针对具有吸收光源136和透射光源140的光学系统100定制。具体地，光学涂层12可以由吸收材料形成，该吸收材料吸收来自吸收光源的相同波长的光，诸如可见光。用于光学涂层12中的吸收可见光的吸收材料的非限制性示例包括含硅材料，诸如非晶硅、si:h、ge、ge:h、sige、sige:h。用于光学涂层12的吸收近红外或短波红外光的吸收材料包括透明导电材料，诸如ito、itio、zno、alzno、fto和碳纳米管。
38.此外，光学涂层12可以由透射材料形成，该透射材料透射来自透射光源的相同波长的光，诸如近红外光。
39.光学涂层12可以是抗反射涂层。光学涂层12也可以是带通滤光片、短波通滤光片、长波通滤光片、陷波滤光片、多波段滤光片等。
40.光学涂层12可以是单层或可以是多层涂层。光学涂层12可以包括具有第一光波长范围和第二光波长范围的单一材料。在一个方面，光学涂层12可以包括具有第一光波长范围的第一材料和具有第二光波长范围的第二材料。第一材料可以是吸收材料，并且第二材料可以是透射材料。考虑了材料和层的任何和所有组合。
41.在一个方面，光学涂层12在可见光波长中可以是不透明的。在另一方面，光学涂层12可以包括着色剂，诸如染料和颜料。
42.光学涂层12可以通过各种工艺形成。制造光学涂层12的非限制性方法包括dc磁控溅射、ac磁控溅射、脉冲dc溅射、热蒸发、电子束蒸发、cvd、pecvd、mocvd、离子束溅射ibs、双束和ibs等。
43.图2a示出了装置20，该装置20包括具有第一侧16和第二侧14的透明基板10；以及在透明基板10的第一侧16上的光学涂层12。
44.透明基板10可以由任何透明材料制成。透明材料的非限制性示例包括玻璃、聚合物和树脂。在一个方面，透明基板10可以是钢化玻璃。
45.透明基板10的第一侧16可以面向可能具有不确定和不可预见因素的环境，诸如外部环境。这些因素会对装置20的操作能力产生不利影响。例如，透明基板10的第一侧16可以面向外界，外界具有诸如雨、风、冰和雪等的天气条件；以及诸如污垢、灰尘、昆虫等的物理条件。透明基板10的第二侧14可以面向内部环境。例如，透明基板10的第二侧14可以面向内部世界，诸如在机动车辆或建筑物内部。
46.应当理解，由于光学涂层12可以存在于透明基板10的第一侧16上，因此该光学涂层12与存在于透明基板10的第二侧14上的光学涂层12相比可以加热得更快。特别地，因为光学涂层12可以存在于透明基板10的第一侧16上，所以它不必通过透明基板10传递热量。
47.图2b示出了装置20，该装置20还包括在光学涂层12上的功能涂层18。在一个方面，功能涂层18可以是亲水涂层。在另一方面，功能涂层18可以是疏水涂层。疏水涂层18可以用于保持装置20清洁，诸如免于物理条件(诸如污垢和灰尘)。功能涂层18可以存在于透明基板10的第二侧14上。
48.图2c示出了装置20，该装置20还包括在透明基板10的第二侧14上的内部光学涂层22的装置20。在一个方面，内部光学涂层22可以是高性能抗反射涂层。例如，内部光学涂层可以是选择性地透射可见光的宽带抗反射涂层。在一个方面，装置20不包括在透明基板10的第二侧14上的氧化铟锡涂层。
49.本公开的装置20可以是外部传感器窗口。装置20可以用于各种应用，诸如选自以下各项的应用：机动车辆lidar、非机动车辆lidar、机动车辆rgb相机(倒车相机和高级驾驶员辅助相机)、监控相机、周边控制相机、自由空间光学窗口、热成像窗口和定向能量窗口。
50.图3a示出了光学系统100，该光学系统100包括装置20和光源136，装置20包括透明基板10和光学涂层12，该透明基板10具有第一侧16和第二侧14，并且该光学涂层12在透明基板10的第一侧16上。
51.光源136可以是能够发送输出照明的任何光源。光源的非限制性示例包括白炽灯(w灯丝)灯泡(可以产生350nm至780nm的可见光和800nm至2000nm的近红外光两者)、led(可见光和nir)、石英卤素灯、激光器(二极管激光器、二氧化碳激光器等)、辉光棒加热器、闪光灯和脉冲光。脉冲光可以限制光源136与光学系统之间的干扰(例如，检测90％的时间和加热10％的时间)。此外，针对固定的平均输送功率，脉冲光可以在光学涂层12中产生更高的峰值温度。脉冲宽度调制可以改变平均施加功率，这在温度控制中是有用的。光源136可以与光学涂层12的吸收特性相匹配，以提供用于除雾或除冰过程的加热。
52.光学系统100可以包括近轴几何形状的至少一个吸收光源136，如图3a所示。在另一方面，光学系统100还可以包括同轴几何形状的至少一个光源136，如图3b所示。在另一方面，光学系统100可以包括在装置20的第一侧16上的第一吸收光源136，并且可以包括在装置20的第二侧14上的第二吸收光源136，如图3c所示。
53.光学系统100可以包括两个光源，诸如用以向装置20上的光学涂层12提供吸收光波长的第一吸收光源136；以及用于向装置20上的光学涂层12提供透射光波长的第一吸收
光源140。在一个方面，光学系统100可以包括激光器140和白炽灯泡136。光学系统还可以包括用以聚焦来自吸收光源136的光的漫射器。
54.光学系统100还可以包括检测器134。在一个方面，吸收光源136可以位于透射光源140与检测器134之间。光学系统100还可以包括望远镜132。
55.本公开的光学涂层12可以消除在装置20上(诸如在透明基板10的第二侧14上)使用昂贵的ito涂层的需要。另外，光学涂层12可以消除对装置20和/或光学系统100中的母线电连接的需要。
56.因为光学涂层12可以放置在透明基板10的第一侧16上，所以它允许将抗反射涂层22放置在透明基板10的第二侧14上。将抗反射涂层22放置在装置20的内表面上可以减少进入光学系统100(诸如lidar系统)的背向反射。本领域普通技术人员将理解，背向反射可能生成错误信号。此外，将光学涂层12放置在透明基板10的第一侧16上可以允许更快的加热，因为消除了通过透明基板10的热传输。
57.一种使用光学涂层12的方法包括将光学涂层12施加到透明基板10的第一侧16以形成装置。光学涂层12可以具有双光波长范围以允许光学涂层12生成热量并且提供光学感测，诸如在可见光成像、红外热感测和接近感测中。如本文中讨论的，光学涂层12可以选择性地吸收第一光波长范围内的光以用于光学加热。所吸收的光可以生成可以用于加热暴露于外部环境的装置20的热量。光学涂层12可以选择性地透射第二光波长范围内的光以用于光学感测。选择性地透射的光可以被光学系统中存在的检测器感测。
58.一种使用装置20的方法包括将光学涂层12提供到透明基板10的第一侧16以形成装置20；并且将装置20提供给光学系统100。光学涂层12、装置20和光学系统100如上所述。
59.一种使用光学系统的方法包括：定位具有光学涂层12的装置20，使得光学涂层12从吸收光源接收第一光波长范围并且从透射光源接收第二光波长范围。光学涂层12、装置20和光学系统100如上所述。
60.装置20的光学涂层12可以被来自吸收光源的第一波长的光加热。经加热的光学涂层12可以为装置20的透明基板10除雾。
61.一种使用光学涂层的方法包括：将权利要求1的光学涂层施加到透明基板的第一侧。一种使用设备的方法包括：将权利要求1的光学涂层提供到透明基板的第一侧以形成装置；并且将该装置提供给光学系统。一种使用光学系统的方法包括：定位权利要求9的装置，使得光学涂层接收来自吸收光源的第一光波长范围并且接收来自透射光源的第二光波长范围。根据权利要求18所述的方法，其中该装置的光学涂层通过来自吸收光源的第一波长的光加热。根据权利要求18的方法，其中该经加热的光学涂层为该装置的透明基板除雾。
62.从前面的描述中，本领域技术人员可以理解，本教导可以以多种形式实现。因此，尽管已经结合特定实施例及其示例描述了这些教导，但本教导的真实范围不应如此限制。在不脱离本文中教导的范围的情况下，可以进行各种改变和修改。
63.本范围公开将被广义地解释。本公开旨在公开实现本文中公开的涂层、设备、活动和机械作用的等效物、部件、系统和方法。针对所公开的每个涂层、设备、制品、方法、部件、机械元件或机制，本公开旨在在其公开中还包括并且教导用于实践本文中公开的很多方面、机制和设备的等效物、部件、系统和方法。此外，本公开涉及涂层及其很多方面、特征和元素。这种涂层在其使用和操作中可以是动态的，本公开旨在涵盖使用该设备和/或制造的
光学设备的等效物、部件、系统和方法、以及与本文中公开的操作和功能的描述和精神相一致的其很多方面。本技术的权利要求同样被广义地解释。本文中在其很多实施例中对本发明的描述本质上仅是示例性的，因此，不脱离本发明的主旨的变化旨在落入本发明的范围内。这种变化不应当被视为背离本发明的精神和范围。