คู่มือครอบคลุมเกี่ยวกับฝาปิดหน้าต่าง LiDAR

สารบัญ​​

I. ฟังก์ชันหลักของ LiDAR Windows: เหนือกว่าการปกป้องเพียงอย่างเดียว

II. การเปรียบเทียบวัสดุ: ความสมดุลของประสิทธิภาพระหว่างซิลิกาหลอมรวมและแซฟไฟร์

III. เทคโนโลยีการเคลือบ: กระบวนการสำคัญสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพด้านแสง

IV. พารามิเตอร์ประสิทธิภาพหลัก: ตัวชี้วัดการประเมินเชิงปริมาณ

V. สถานการณ์การใช้งาน: ภาพรวมจากการขับขี่อัตโนมัติไปจนถึงการตรวจจับทางอุตสาหกรรม

VI. วิวัฒนาการทางเทคโนโลยีและแนวโน้มในอนาคต

ในเทคโนโลยีการตรวจจับสมัยใหม่ LiDAR (การตรวจจับแสงและการวัดระยะ) ทำหน้าที่เป็น “ดวงตา” ของเครื่องจักร รับรู้โลกสามมิติได้อย่างแม่นยำด้วยการปล่อยและรับลำแสงเลเซอร์ “ดวงตา” เหล่านี้จำเป็นต้องใช้ “เลนส์ป้องกัน” โปร่งใสเพื่อปกป้อง ซึ่งก็คือ LiDAR Window Cover ไม่ใช่แค่กระจกธรรมดา แต่เป็นส่วนประกอบไฮเทคที่ผสานรวมศาสตร์ด้านวัสดุศาสตร์ การออกแบบเชิงแสง และวิศวกรรมความแม่นยำ ประสิทธิภาพของ LiDAR เป็นตัวกำหนดความแม่นยำ ระยะ และความน่าเชื่อถือโดยรวมของระบบ LiDAR โดยตรง

หน้าต่างออปติคอล 1

I. ฟังก์ชันหลัก: เหนือกว่า “การปกป้อง”
ฝาครอบหน้าต่าง LiDAR เป็นแผ่นป้องกันแสงแบบแบนหรือทรงกลมที่หุ้มส่วนภายนอกของเซ็นเซอร์ LiDAR ฟังก์ชันหลักประกอบด้วย:

1. การป้องกันทางกายภาพ:แยกฝุ่น ความชื้น น้ำมัน และแม้แต่เศษขยะที่ปลิวมาได้อย่างมีประสิทธิภาพ ช่วยปกป้องส่วนประกอบภายใน (เช่น เครื่องส่งเลเซอร์ เครื่องตรวจจับ กระจกสแกน)
2. การปิดผนึกสิ่งแวดล้อม:เนื่องจากเป็นส่วนหนึ่งของตัวเรือน จึงสร้างซีลกันอากาศด้วยส่วนประกอบโครงสร้างเพื่อให้ได้ระดับ IP ที่ต้องการ (เช่น IP6K7/IP6K9K) เพื่อให้แน่ใจว่าจะทำงานได้อย่างเสถียรในสภาวะที่รุนแรง เช่น ฝน หิมะ และพายุทราย
3. ระบบส่งสัญญาณด้วยแสง​​:ฟังก์ชันที่สำคัญที่สุดคือการทำให้เลเซอร์ที่มีความยาวคลื่นเฉพาะสามารถผ่านได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยมีความเพี้ยนน้อยที่สุด การอุดตัน การสะท้อน หรือความคลาดเคลื่อนใดๆ จะลดความแม่นยำในการวัดระยะและคุณภาพของกลุ่มจุดโดยตรง

หน้าต่างออปติคอล 2

II. วัสดุหลัก: การต่อสู้ของแว่นตา
การเลือกใช้วัสดุเป็นตัวกำหนดประสิทธิภาพของเพดานหน้าต่าง กระแสหลักของอุตสาหกรรมใช้วัสดุที่ทำจากกระจกเป็นหลัก โดยหลักๆ แล้วมีสองประเภท:
1. กระจกซิลิกาหลอมรวม

• ลักษณะเด่น :กระแสหลักที่สมบูรณ์แบบสำหรับการใช้งานยานยนต์และอุตสาหกรรม ผลิตจากซิลิกาความบริสุทธิ์สูง ให้คุณสมบัติทางแสงที่ยอดเยี่ยม

• ข้อดี​​:

1. การส่งผ่านแสงจาก UV ไปยัง IR ได้อย่างดีเยี่ยมด้วยการดูดซับที่ต่ำเป็นพิเศษ
2. ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนต่ำสามารถทนต่ออุณหภูมิที่รุนแรง (-60°C ถึง +200°C) ได้โดยไม่เกิดการเสียรูป
3. มีความแข็งสูง (Mohs ~7) ทนทานต่อการเสียดสีจากทราย/ลม

• การใช้งาน:ยานยนต์ไร้คนขับ AGV อุตสาหกรรมระดับไฮเอนด์ การสำรวจ LiDAR

กระจกหน้าต่างขั้นบันไดแซฟไฟร์

2. กระจกแซฟไฟร์

• ลักษณะเด่น :α-alumina แบบผลึกเดี่ยวสังเคราะห์ แสดงถึงประสิทธิภาพที่สูงเป็นพิเศษ

• ข้อดี​​:

1. ความแข็งระดับสุดยอด (Mohs ~9 รองจากเพชร) แทบไม่มีรอยขีดข่วนเลย
2. การส่งผ่านแสงที่สมดุล ทนต่ออุณหภูมิสูง (จุดหลอมเหลว ~2040°C) และมีเสถียรภาพทางเคมี

• ความท้าทาย:ต้นทุนสูง การประมวลผลยาก (ต้องใช้สารกัดกร่อนเพชร) และมีความหนาแน่นสูง
• การใช้งาน:การวัดทางทหาร อวกาศ และความแม่นยำสูงขั้นสูง

เลนส์ป้องกันแสงสะท้อนสองด้าน

III. การเคลือบผิว: เทคโนโลยีหลักที่เปลี่ยนหินให้เป็นทอง

ไม่ว่าพื้นผิวจะเป็นแบบใด การเคลือบก็มีความจำเป็นเพื่อตอบสนองความต้องการด้านออปติกที่เข้มงวดของ LiDAR:

• การเคลือบป้องกันแสงสะท้อน (AR)​​:ชั้นที่สำคัญที่สุด เคลือบด้วยการเคลือบสูญญากาศ (เช่น การระเหยของลำแสงอิเล็กตรอน การสปัตเตอริงของแมกนีตรอน) ช่วยลดการสะท้อนของพื้นผิวลงเหลือ <0.5% ที่ความยาวคลื่นเป้าหมาย ส่งผลให้ค่าการส่งผ่านเพิ่มขึ้นจาก ~92% เป็น >99.5%
• การเคลือบแบบไม่ชอบน้ำ/ไม่ชอบน้ำมัน:ป้องกันการเกาะติดของน้ำ/น้ำมัน ช่วยให้คงความใสแม้ในยามฝนตกหรือในสภาพแวดล้อมที่มีการปนเปื้อน
• สารเคลือบฟังก์ชันอื่น ๆ :ฟิล์มลดฝ้าที่ได้รับความร้อน (โดยใช้ ITO) ชั้นป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ ฯลฯ เพื่อตอบสนองความต้องการเฉพาะทาง

แผนผังโรงงานเคลือบสูญญากาศ

IV. พารามิเตอร์ประสิทธิภาพหลัก​​

เมื่อเลือกหรือประเมินฝาครอบหน้าต่าง LiDAR ให้เน้นที่เมตริกเหล่านี้:

1. การส่งผ่านที่ความยาวคลื่นเป้าหมาย:เปอร์เซ็นต์ของแสงที่ส่งผ่านที่ความยาวคลื่นการทำงานของ LiDAR (เช่น >96% ที่การเคลือบหลัง AR 905 นาโนเมตร/1550 นาโนเมตร)
2. ความเข้ากันได้ของแบนด์​​:จะต้องตรงกับความยาวคลื่นเลเซอร์ (905 นาโนเมตร/1550 นาโนเมตร) การสะท้อนแสงควรลดให้เหลือน้อยที่สุด (<0.5%)
3. ความแม่นยำของรูปพื้นผิว:ข้อผิดพลาดของความเรียบและความขนานควรอยู่ที่ ≤λ/4 (λ = ความยาวคลื่นเลเซอร์) เพื่อหลีกเลี่ยงการบิดเบือนของลำแสง
4. ความแข็งและความต้านทานการสึกหรอ​​:วัดโดยมาตราโมห์ส ซึ่งมีความสำคัญต่อความทนทานในระยะยาว
5. ความทนทานต่อสิ่งแวดล้อม​​:

• ความทนทานต่อน้ำ/ฝุ่น: ระดับ IP6K7 ขั้นต่ำ
• การหมุนเวียนอุณหภูมิ: ช่วงการทำงานโดยทั่วไปคือ -40°C ถึง +85°C
• ทนทานต่อรังสี UV/ละอองเกลือ ป้องกันการเสื่อมสภาพ

LiDAR ที่ติดตั้งบนยานพาหนะ

V. สถานการณ์การใช้งาน​​

ระบบ LiDAR ที่สัมผัสกับสิ่งแวดล้อมเกือบทั้งหมดจำเป็นต้องมีฝาปิดหน้าต่าง:

• ยานยนต์ไร้คนขับ:ติดตั้งบนหลังคา กันชน หรือด้านข้าง โดยเผชิญกับสภาพอากาศและรังสี UV โดยตรง
• ระบบช่วยเหลือผู้ขับขี่ขั้นสูง (ADAS):ผสานเข้ากับตัวรถ ต้องการความกลมกลืนทางสุนทรียะ
• AGV/AMR อุตสาหกรรม​​:การดำเนินงานในคลังสินค้า/โรงงานที่มีความเสี่ยงต่อฝุ่นละอองและการชนกัน
• การสำรวจและการสำรวจระยะไกล:ระบบบนอากาศ/ติดตั้งบนยานพาหนะที่ทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงระดับความสูงและความผันผวนของอุณหภูมิ

บทสรุป

แม้ว่าฝาครอบหน้าต่าง LiDAR จะเป็นส่วนประกอบทางกายภาพที่เรียบง่าย แต่ก็มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการสร้าง "วิสัยทัศน์" ที่ชัดเจนและเชื่อถือได้สำหรับ LiDAR การพัฒนานี้ขึ้นอยู่กับการบูรณาการอย่างลึกซึ้งระหว่างวิทยาศาสตร์วัสดุ ทัศนศาสตร์ กระบวนการเคลือบ และวิศวกรรมสิ่งแวดล้อม ในยุคแห่งการขับขี่อัตโนมัติที่ก้าวหน้าขึ้น "หน้าต่าง" นี้จะยังคงพัฒนาต่อไป เพื่อปกป้องการรับรู้ที่แม่นยำของเครื่องจักร