激光透射结构及其制备方法、激光雷达及交通工具与流程

本技术涉及激光透射结构及其制备方法、激光雷达及交通工具。

背景技术：

1、随着自动驾驶汽车的发展，汽车需要配备能够可靠地感知和解释其周围环境的系统，包括识别障碍物、危险、物体以及可能影响车辆导航的其他物理参数。为此，已经提出了许多不同的技术，包括声波雷达，激光雷达，视觉探测等。

2、其中，激光雷达可以提供可靠的数据，以便检测远处的物体，降低自动驾驶汽车在自动驾驶时的风险。激光雷达在汽车上需要通过透射结构进行保护，通过透射结构降低外部环境对激光雷达的冲击。但是现有的透射结构功能单一，基本上只能起到保护作用，而针对汽车的使用环境没有针对性的优化。

技术实现思路

1、本技术提供了一种激光透射结构及其制备方法、激光雷达及交通工具，便于提高激光雷达的环境适应性。

2、本技术实施例的第一方面提供一种激光透射结构，包括基板、加热层、第一抗反射层和加强部。基板包括沿透射方向相对的第一表面和第二表面，配置为能够沿透射方向透射激光。加热层覆盖第一表面的至少部分区域。第一抗反射层覆盖加热层，用于消减激光从第一表面发射向第二表面时形成的反射光。加强部覆盖第二表面的至少部分区域，加强部包括功能层，功能层包括疏水膜、硬质膜或氧化锆膜中的至少一种。

3、这种激光透射结构可以用于保护激光雷达。其中第一表面可以朝向激光雷达，第二表面可以朝向外部环境。通过加强部能够基于疏水膜、硬质膜或氧化锆膜实现防水、抗冲击或抗老化中的功能。而加热层位于第一表面，能够对基板以及加强部实现充分的加热，从而减少第二表面水珠的凝成。而且加热层位于第一表面可以通过基板隔离外部环境，以降低加热层受损的风险。第一抗反射层能够在沿透射方向的两面反射出的整好存在半个波长差的光，实现两面反射光的抵消，从而消减激光从第一表面发射向第二表面时形成的反射光。第一抗反射层还起到保护加热层，以及降低加热层热量逸散的效果。这种激光透射结构可以适用于高湿度环境，降低高湿度环境下的凝露形成。还可以适用于恶劣天气环境，如冰雹天气时，冰雹不易砸碎激光透射结构。

4、基于第一方面，一种可能的实现方式中，加热层包括导电部分。导电部分覆盖于第一表面的至少部分区域，在通电时产生热量。在导电部分形成用于连接电源的第一引脚和第二引脚。

5、在这种可能的实现方式中，可以通过导电部分的第一引脚和第二引脚连接供电源。而导电部分还可以设置发热区域，发热区域在通电状态下将电能转换为热能，从而对激光透射结构加热。导电部分也可以对加热膜供电，使得发热膜将电能转换为热能，从而对激光透射结构加热。

6、基于第一方面，一种可能的实现方式中，加热层包括还加热膜。加热膜覆盖于第一表面的至少部分区域，在通电时产生热量。导电部分与加热膜电性连接，在导电部分形成用于连接电源的第一引脚和第二引脚。

7、在这种可能的实现方式中，这种加热膜可以覆盖第二表面一半以上的区域，甚至覆盖第二表面的所有区域，而加热膜与导电部分连接，导电部分可以形成便于连接电源的引脚，导电部分再覆盖加热膜的关键节点实现供电。

8、基于第一方面，一种可能的实现方式中，第一引脚和第二引脚包括银层、铝层或石墨层中的至少一种。

9、在这种可能的实现方式中，银的导电性能佳，热阻低，通过银层导电可以提升加热层的环境可靠性。铝层和石墨层易于制备且成本较低，导电性能佳，能够满足加热层的供电需求。铝层和石墨层本身在通电情况下也可以产生热量，将铝层和石墨层设置为加热图案时，铝层和石墨层的通电也可以提高激光透射结构的温度。

10、基于第一方面，一种可能的实现方式中，所述加热膜包括铟锌氧化物、铟锡氧化物、含银金属或有机聚合物中的至少一种。

11、在这种可能的实现方式中，这种加热膜具有良好的透光性能，从而降低加热膜对激光穿过激光透射结构的影响。

12、基于第一方面，一种可能的实现方式中，基板包括基体和可见光截止膜。在垂直于透射方向的投影面上，可见光截止膜至少部分地覆盖基体，用于截止激光所属波段外的光线。

13、在这种可能的实现方式中，可见光截止膜可以限制外部环境的杂光透过激光透射结构进入到激光雷达。杂光即激光所属波段外的光线。

14、基于第一方面，一种可能的实现方式中，加强部还包括第二抗反射层。在垂直于透射方向的投影面上，第二抗反射层至少部分地覆盖第二表面，用于消减激光从第二抗反射层射出时形成的反射光。

15、在这种可能的实现方式中，第二抗反射层可以能够在沿透射方向的两面反射出的整好存在半个波长差的光，实现两面反射光的抵消，从而消减激光从第一表面发射向第二表面时形成的反射光。

16、基于第一方面，一种可能的实现方式中，第二抗反射层包括si3n4或sio2。

17、在这种可能的实现方式中，第二抗反射层的莫氏硬度可以提升至7甚至以上，使得朝向外部环境的第二抗反射层不易磨损。

18、本技术实施例的第二方面提供一种激光透射结构制备方法，包括步骤：

19、在基板的第一表面的至少部分区域覆盖加热层，基板配置为能够沿经过第一表面的透射方向透射激光。

20、在加热层表面覆盖第一抗反射层，第一抗反射层用于消减激光从第一表面进入基板时形成的反射光。

21、在基板的第二表面的至少部分区域覆盖加强部，加强部包括功能层，功能层包括疏水膜、硬质膜或氧化锆膜中的至少一种。

22、在这种可能的实现方式中，通过在第一表面的至少部分区域覆盖加热层后，再在加热层的表面覆盖第一抗反射层，第一抗反射层可以保护加热层，第一抗反射层还可以降低加热层产生热量的逸散。在第二表面的至少部分区域覆盖加强部，可以使得激光透射结构成品实现防水、抗冲击或抗老化中的至少一种功能。

23、基于第二方面，一种可能的实现方式中，在基板的第一表面的至少部分区域覆盖加热层的步骤包括：

24、在第一表面丝网印刷或烧结形成导电部分，导电部分包括发热区域和用于连接电源的第一引脚和第二引脚。

25、在这种可能的实现方式中，发热区域可以在通电状态下将电能转换为热能，从而对激光透射结构加热，便于激光透射结构消除水珠。

26、基于第二方面，一种可能的实现方式中，在基板的第一表面的至少部分区域覆盖加热层的步骤包括：将加热层中的加热膜通过镀附形式或涂覆形式形成于第一表面，镀附形式包括磁控溅射、蒸镀、化学气相沉积。

27、在这种可能的实现方式中，镀附形式或涂覆形式实现加热膜与基板的连接，加热膜能够在透射方向上保持较小的尺寸，从而保持加热膜的透光率，便于激光穿透加热膜。

28、基于第二方面，一种可能的实现方式中，将加热层中的加热膜通过镀附形式或涂覆形式形成于第一表面的步骤后，还包括：在加热膜的表面丝网印刷或烧结形成导电部分，导电部分包括用于连接电源的第一引脚和第二引脚。

29、在这种可能的实现方式中，丝网印刷或烧结形成导电部分也能够在透射方向上保持较小的尺寸，从而保持导电部分的透光率，便于激光穿透导电部分。

30、基于第二方面，一种可能的实现方式中，丝网印刷或烧结形成导电部分的步骤包括：将导电银浆丝印或移印至加热膜的表面形成银层。在固化的银层浆表面涂覆消光油墨，消光油墨和银层形成导电部分。

31、在这种可能的实现方式中，导电银浆形成的银层可以实现导电部分的导电，而消光油墨涂覆在导电银浆形成的银层表面可以提升消光油墨对杂散光的吸收。而且丝网印刷相对于单独生产导电部分后进行加热膜的连接覆盖，能够有效提高良品率，降低生产成本。

32、基于第二方面，一种可能的实现方式中，丝网印刷或烧结形成导电部分的步骤包括：将银粉铺设于加热膜的表面，烧结银粉形成银层。在银层涂覆消光油墨，消光油墨和银层形成导电部分。

33、在这种可能的实现方式中，银粉烧结形成的银层可以实现导电部分的导电，而消光油墨涂覆在银粉形成的银层表面可以提升消光油墨对杂散光的吸收。而且烧结相对于单独生产导电部分后进行加热膜的连接覆盖，能够有效提高良品率，降低生产成本。

34、基于第二方面，一种可能的实现方式中，这种激光透射结构制备方法包括：

35、在基体的至少部分区域覆盖综合层；

36、综合层包括可见光截止膜，以使得在基体的表面结合可见光截止膜形成基板；

37、加工综合层以使得加热层中的加热膜形成于第一表面；

38、加工综合层以使得在加热层表面覆盖第一抗反射层。

39、在这种可能的实现方式中，激光透射结构中可见光截止膜、加热膜和第一抗反射层可以在同一个镀附步骤中设置于基体上。比如可以在夹持基体后，在不从磁控溅射镀膜设备取出基体的情况下，在该磁控溅射镀膜设备中于基体的表面镀附可见光截止膜、第二子层和第一子层。后续的步骤中该激光透射结构的制备流程则不再使用磁控溅射镀膜设备，可以简化镀附工具，提高生产效率。还可以改善多道镀附工序之间参数差异带来的光学匹配问题，以提升镀附良率，降低成本。

40、基于第二方面，一种可能的实现方式中，综合层通过磁控溅射、蒸镀或化学气相沉积镀附于基体的至少部分区域。

41、在这种可能的实现方式中，镀附形式或涂覆形式实现综合层与基体的连接，综合层能够在透射方向上保持较小的尺寸，便于控制综合层的性能。

42、基于第二方面，一种可能的实现方式中，加工综合层以使得在加热层表面覆盖第一抗反射层的步骤中，包括：

43、蚀刻综合层的第一子层，以使得综合层的第二子层部分地露出，第一子层未被蚀刻的部分形成第一抗反射层。

44、在这种可能的实现方式中，通过蚀刻的形式使得第一子层形成特定形状的第一抗反射层，控制激光透射结构的抗反射性能。如，第一抗反射层仅覆盖激光透射结构的边缘区域。当激光雷达以大角度射向激光透射结构时，激光雷达发出的激光经过第一抗反射层，并通过第一抗反射层消减反射光。而激光雷达以小角度射向激光透射结构时，则不经过第一抗反射层。再如，第一抗反射层仅覆盖激光透射结构的中心区域。当激光雷达以小角度射向激光透射结构时，激光雷达发出的激光经过第一抗反射层，并通过第一抗反射层消减反射光。而激光雷达以大角度射向激光透射结构时，则不经过第一抗反射层。第二子层部分地露出也便于加工第二子层，使得第二子层形成加热膜。

45、基于第二方面，一种可能的实现方式中，蚀刻综合层的第一子层的步骤中，包括：

46、将第一蚀刻膏设置于第一子层的表面，第一蚀刻膏蚀刻第一子层；或，

47、将第一保护涂层覆盖于第一子层的部分区域，将第一蚀刻液接触第一子层，使得第一蚀刻液蚀刻第一子层未被第一保护涂层覆盖的区域。

48、在这种可能的实现方式中，通过第一蚀刻膏或第一蚀刻液蚀刻第一子层，可使得第一子层蚀刻成预设的形状，而第一蚀刻膏和第一蚀刻液也不容易损伤第二子层，从而保护第二子层。

49、基于第二方面，一种可能的实现方式中，加工综合层以使得加热层中的加热膜形成于第一表面的步骤中，包括：

50、蚀刻综合层的第二子层，第二子层未被蚀刻的部分形成加热膜。

51、在这种可能的实现方式中，通过蚀刻的形式使得第二子层形成特定形状的加热膜，控制激光透射结构的加热性能。如，加热膜仅覆盖激光透射结构的中心区域。使得激光透射结构的中心区域发热快，耗电量小，而本不容易凝结成水珠的边缘区域仅通过中心区域的热传递来略微加热即可。

52、基于第二方面，一种可能的实现方式中，蚀刻综合层的第二子层的步骤中，包括：

53、将第二蚀刻膏设置于第二子层的表面，第二蚀刻膏蚀刻第二子层；或，

54、将第二保护涂层覆盖于第二子层的部分区域，将第二蚀刻液接触第二子层，使得第二蚀刻液蚀刻第二子层未被第二保护涂层覆盖的区域。

55、在这种可能的实现方式中，通过第二蚀刻膏或第二蚀刻液蚀刻第二子层，可使得第二子层蚀刻成预设的形状，而第二蚀刻膏和第二蚀刻液也不容易损伤可见光截止膜，从而保护可见光截止膜。

56、基于第二方面，一种可能的实现方式中，在基板的第一表面的至少部分区域覆盖加热层的步骤前，还包括：在基体的表面镀制可见光截止膜形成基板，可见光截止膜用于截止激光所属波段外的光线。

57、在这种可能的实现方式中，基体和可见光截止膜形成基板，可见光截止膜可以限制外部环境的杂光透过激光透射结构进入到激光雷达。杂光即激光所属波段外的光线。镀制的形式使得基体与可见光截止膜连接强度高，基体和可见光截止膜之间不容易出现杂质影响激光的透射。

58、基于第二方面，一种可能的实现方式中，在基体的表面镀制可见光截止膜形成基板的步骤后，可见光截止膜的表面形成第二表面。

59、在这种可能的实现方式中，可见光截止膜位于基体靠近激光雷达的一侧，可以保护可见光截止膜。

60、基于第二方面，一种可能的实现方式中，在基板的第二表面的至少部分区域覆盖加强部步骤中，包括：在第二表面至少部分地覆盖加强部中的第二抗反射层，第二抗反射层用于消减激光从第二抗反射层射出时形成的反射光。

61、在这种可能的实现方式中，保护层结构中的第二抗反射层可以在第一抗反射层消减朝向激光雷达侧的反射光的基础上，进一步消减朝向外部环境侧的反射光。

62、基于第二方面，一种可能的实现方式中，在第二表面至少部分地覆盖加强部中的第二抗反射层的步骤中，包括：在第二表面的中心区域覆盖第二抗反射层，或，在第二表面的边缘区域覆盖第二抗反射层。

63、在这种可能的实现方式中，第二抗反射层可以部分地覆盖在第二表面，针对性地控制部分区域的反射光。

64、基于第二方面，一种可能的实现方式中，在第二表面至少部分地覆盖加强部中的第二抗反射层的步骤后，还包括：在第二抗反射层的表面镀制功能层。

65、在这种可能的实现方式中，第二抗反射层可以被功能层覆盖，通过功能层保护第二抗反射层。

66、基于第二方面，一种可能的实现方式中，硬质膜包括高分子膜、强化玻璃、微晶玻璃、类金刚石或蓝宝石中的任一种。

67、在这种可能的实现方式中，高分子膜、强化玻璃、微晶玻璃或蓝宝石能够在有现成本下提供高硬度。类金刚石具有比较高的硬度、高导热性、高绝缘性、良好的化学稳定性、从红外到紫外的高光学透过率和良好的减摩特性。

68、基于第二方面，一种可能的实现方式中，在基板的第二表面的至少部分区域覆盖加强部的步骤中，包括：在基板上的第二表面涂覆光学胶水形成粘接层，第二表面与第一表面相对设置。在粘接层表面粘接加强部。

69、在这种可能的实现方式中，粘接的形式连接加强部和基板，使得加强部易于更换。而光学胶水可以保证激光透射结构的光学性能。

70、基于第二方面，一种可能的实现方式中，基体包括强化玻璃、微晶玻璃或蓝宝石中的任一种。

71、在这种可能的实现方式中，强化玻璃、微晶玻璃或蓝宝石能够在有现成本下提供高硬度。

72、本技术实施例的第三方面提供一种激光透射结构，使用如第二方面任一种实现方式中的激光透射结构制备方法制备。

73、这种激光透射结构可以用于保护激光雷达。其中第一表面可以朝向激光雷达，第二表面可以朝向外部环境。通过加强部能够基于疏水膜、硬质膜或氧化锆膜实现防水、抗冲击或抗老化中的至少一种功能。而加热层位于第一表面，能够对基板以及加强部实现充分的加热，从而减少第二表面水珠的凝成。而且加热层位于第一表面可以通过基板隔离外部环境，以降低加热层受损的风险。第一抗反射层能够在沿透射方向的两面反射出的整好存在半个波长差的光，实现两面反射光的抵消，从而消减激光从第一表面发射向第二表面时形成的反射光。第一抗反射层还起到保护加热层，以及降低加热层热量逸散的效果。

74、本技术实施例的第四方面提供一种激光雷达。激光雷达包括壳体、控制器、激光发射器、激光接收器和如第一方面任一种实现方式或第三方面任一种实现方式中的激光透射结构。壳体具有安装腔，安装腔具有透射窗口。控制器、激光发射器和激光接收器设置于安装腔内。激光发射器和激光接收器与控制器电性连接。激光发射器具有发射头，发射头朝向透射窗口。激光接收器具有接收头，接收头朝向透射窗口。激光透射结构与壳体固定于透射窗口处。

75、这种激光雷达集成有激光透射结构，激光透射结构可以用于保护控制器、激光发射器和激光接收器。其中第一表面朝向激光发射器和激光接收器，第二表面朝向壳体外的外部环境。通过加强部能够基于疏水膜、硬质膜或氧化锆膜实现防水、抗冲击或抗老化中的至少一种功能。而加热层位于第一表面，能够对基板以及加强部实现充分的加热，从而减少第二表面水珠的凝成。而且加热层位于第一表面可以通过基板隔离外部环境，以降低加热层受损的风险。第一抗反射层能够在沿透射方向的两面反射出的整好存在半个波长差的光，实现两面反射光的抵消，从而消减激光从第一表面发射向第二表面时形成的反射光。第一抗反射层还起到保护加热层，以及降低加热层热量逸散的效果。

76、本技术实施例的第五方面提供一种交通工具，包括本体、激光雷达和如第一方面任一种实现方式或第三方面任一种实现方式中的激光透射结构。本体具有容置腔，容置腔具有安装窗口。激光雷达设置于容置腔内，并能够通过安装窗口发射激光。激光透射结构与本体连接于安装窗口处。

77、这种交通工具借助激光雷达实现定位导航。其中激光透射结构可以用于保护激光雷达。其中第一表面朝向激光雷达，第二表面朝向外部环境。通过加强部能够基于疏水膜、硬质膜或氧化锆膜实现防水、抗冲击或抗老化中的至少一种功能。而加热层位于第一表面，能够对基板以及加强部实现充分的加热，从而减少第二表面水珠的凝成。而且加热层位于第一表面可以通过基板隔离外部环境，以降低加热层受损的风险。第一抗反射层能够在沿透射方向的两面反射出的整好存在半个波长差的光，实现两面反射光的抵消，从而消减激光从第一表面发射向第二表面时形成的反射光。第一抗反射层还起到保护加热层，以及降低加热层热量逸散的效果。