形式多變的光學(xué)涂層對激光雷達（LiDAR）極為重要

　　據麥姆斯咨詢(xún)報道，隨著(zhù)自動(dòng)駕駛汽車(chē)從實(shí)驗室階段進(jìn)入上路階段，激光雷達(LiDAR)的“春天”來(lái)了。但是，實(shí)際上LiDAR涉及很多廣泛的應用和光學(xué)設計，每種都需要獨特的光學(xué)涂層。

　　LiDAR技術(shù)第一次引起公眾的注意，要追溯到1971年“阿波羅15號”登月計劃。從那時(shí)起，LiDAR在各種各樣的應用中沿用至今：從機載表面測量到環(huán)境、工業(yè)、安全，從城市規劃到建筑、事故場(chǎng)景的地面測繪，以及其他需要詳細的、自動(dòng)化的三維繪圖的環(huán)境。然而，近年來(lái)，LiDAR在推動(dòng)自動(dòng)駕駛、可視化和游戲的發(fā)展以及在無(wú)人區進(jìn)行無(wú)人偵察的需求方面取得了長(cháng)足進(jìn)展。所有這些應用程序都需要一雙自動(dòng)的“眼睛”，不僅僅能捕捉圖像，還能提供精確的3D視圖，而且通常是實(shí)時(shí)的。

　　“阿波羅15號”登月船登陸月球表面

　　“阿波羅15號”從月亮軌道上拍攝的月球表面

　　什么是LiDAR?

　　搭載LiDAR的飛機利用激光脈沖測距

　　LiDAR是對聲納或雷達進(jìn)行基于光的模擬，常被描述為“激光探測與測距”(Light Detection And Ranging)或“激光成像、探測和測距”(Light Imaging， Detection， And Ranging)。它是一種基于光的飛行時(shí)間的距離測量方法。光源(通常是激光)對視野范圍內的物體進(jìn)行掃描。光從物體表面直接反射回來(lái)，被傳感器探測到，由于光的速度是恒定的，往返時(shí)間可以用來(lái)確定與該物體的距離，從而建立視野范圍的3D地圖。飛行時(shí)間可以直接計算，也可以使用脈沖光源或經(jīng)調制后的光源通過(guò)距離選通成像，相位差可以通過(guò)光外差探測計算。

　　Velodyne激光雷達(LiDAR)演進(jìn)

　　LiDAR對光學(xué)涂層的要求

　　任何一種在某距離發(fā)生散射光的應用中，靈敏度最為重要。靈敏度越高，越能提高探測低反射率物體的精度和能力。同時(shí)，這也有助于使用光強較弱的光源，增加安全性和降低功耗。然而，許多LiDAR工作在室外環(huán)境，因此在操作波段內，耐用的窗口和具有高傳輸性的光學(xué)系統顯得十分必要。

　　在較寬的入射角范圍內保持低反射率是LiDAR的關(guān)鍵，圖示為在聚碳酸酯基板上形成的中心值為905納米抗發(fā)射層的反射率隨入射角的變化情況(來(lái)源：AccuCoat， Inc.)

　　根據設計，可能需要狹窄的V-coat幫助排除寬帶抗反射層(AR coating)的環(huán)境光，從而允許使用多個(gè)波長(cháng)。波長(cháng)從可見(jiàn)光到近紅外光分布，可匹配不同應用程序和環(huán)境的特定需求(從波長(cháng)532納米的海洋測繪到人眼安全的1550納米范圍)。

　　FOV(Field of View)也因應用不同而大相徑庭。甚至在自動(dòng)駕駛車(chē)輛市場(chǎng)，一些傳感器也具備360° FOV，而另一些傳感器則被設計用于自適應巡航控制的保險杠上?？狗瓷鋵右幏侗仨毧紤]到檢測光學(xué)的設計，以確保測量范圍的所有角度具有高傳輸性。同時(shí)也需要額外的模塊，用于排除環(huán)境光，保護內部光學(xué)或進(jìn)一步改善信噪比。

　　抗反射層幾何形狀豐富，基板類(lèi)型多樣

　　LiDAR應用領(lǐng)域豐富，為達到精度、靈敏度和量程的最佳化，產(chǎn)生了各種不同的抗反射層制備方法，沒(méi)有單一的設計方法占主導地位。LiDAR的涂層窗口可以是扁平的、彎曲的或圓柱形的——由整片或部分制成。根據標準或非球面內透鏡，涂層可能需要更換。每種設計都是獨一無(wú)二的。即使在指定的LiDAR產(chǎn)品線(xiàn)，制造商可能會(huì )針對不同應用使用不同的幾何形狀，這要求涂層供應商具備在不同幾何形狀基板制備涂層的生產(chǎn)能力。

　　在LiDAR的光學(xué)涂層中，基板材料的材質(zhì)也呈多樣化，涉及玻璃、塑料、聚合物和有色材料。單點(diǎn)金剛石(SPDT)光學(xué)器件通常處于樣品階段，有的已經(jīng)進(jìn)入復雜部件的批量生產(chǎn)階段。

　　均勻性為王

　　所有LiDAR的光學(xué)涂層對均勻性都有嚴格的要求，無(wú)論是單一涂層的表面還是體積。這在自動(dòng)駕駛車(chē)輛市場(chǎng)中尤其重要，因為L(cháng)iDAR的作用是導航、接近探測和保障安全。

　　工夾具對涂層均勻性有一定的影響，但多軸涂層系統才是導致區別的真正因素。確保所有部件的涂層和所有表面的涂層足以應對各種最具挑戰性的幾何形狀的要求。這需要對機械和工藝進(jìn)行精細控制，包括各個(gè)軸的正確旋轉速率的選擇，各軸的同步，以及對腔體內沉積速率的精細控制。多軸涂層使大尺寸光學(xué)薄膜涂層的每一處都保持高度一致的優(yōu)秀性能，并且在批量生產(chǎn)中始終保持一致。

　　雖然在LiDAR中使用涂層的規范在光譜意義上講并不復雜，但使用了不同種類(lèi)的基板材料、尺寸和幾何形狀。這個(gè)看起來(lái)微不足道的方面，實(shí)質(zhì)上是LiDAR系統設計時(shí)值得仔細確認的因素，這樣才能最大限度地提高系統性能。