激光雷达/DMS/OMS/ToF模组黑色红外视窗总结

hudaren43

从最早的 ToF 模组到激光雷达到现在的 DMS 用的都是近红外波段：TOF 模组（850nm/940nm）、激光雷达（905nm/1550nm）、DMS/OMS（940nm）。
同时光学窗口属于探测器/接收器光路的一部分，其主要作用是在保护产品的同时透过激光源发出的特定波长的激光，并通过该窗口收集相应的反射光波。
该窗口必须具备如下几个基本功能：
1、视觉上呈现黑色，用以遮蔽窗口后面的光电器件；
2、光学窗口整体表面反射率较低，不会引起明显的反光；
3、对激光波段具有较好的透过率，比如针对最常见的905nm激光探测器，窗口在  905nm 波段的透过率可达 95% 以上。
4、过滤有害光线，提高系统的信噪比，增强激光雷达的探测能力。
但是激光雷达，DMS 都属于车载产品，因此视窗产品如何满足好的可靠性，对光源波段的高透过率，以及黑色的外观效果成为了一个问题。

01
目前市场上的视窗方案总结
主要有以下三种：
第一种：基板为红外穿透材料
该类材料由于可以吸收可见光、透过近红外波段，因此呈黑色，透过率在 90%（如近红外波段的 905nm）左右，整体反射率约为 10%。



此类材料可以使用红外高透树脂基材，例如拜耳 Makrolon PC 2405，但是树脂类基材与光学薄膜结合力较差，无法承受较为苛刻的环境测试实验，且无法镀制可靠性高的 ITO 透明导电薄膜（用于通电除雾），因此该类基材通常采用不镀膜的方式，应用于无加热需求的非车载雷达产品窗口。
也可以选择肖特 RG850 或者国产 HWB850 类的黑色玻璃，但此类黑色玻璃的成本高，以国产 HWB850 牌号的玻璃为例，其成本是同等尺寸的普通光学玻璃的 8 倍以上，且该类产品多数无法通过 ROHS 标准，因此无法应用于量产型激光雷达窗口。
第二种：使用红外穿透油墨



例如上海彩皇的 IR 透过油墨（型号 IRX?HF），该类油墨对可见光吸收，可以透过近红外波段，透过率约在 80%?90% 之间，整体透过率水平偏低。且油墨与光学基板结合后，耐候性无法通过严格的车载耐候性要求（如高温测试），因此红外穿透油墨多用于智能手机、红外照相机等其他耐候性要求不高的产品上。
第三种：采用光学镀膜方法制作黑色光学滤波器
黑色光学滤波器具体为一种可以阻挡可见光并在近红外波段（如 905nm）具有高透过率特性的滤光片。



该黑色光学滤波器，在设计上采用了氢化硅与氧化硅及其他薄膜材料，采用磁控溅射技术进行制备，特点是性能稳定可靠，可以大批量生产。
目前常规的黑色光学滤光膜普遍采用类似于光截止薄膜结构，在常规氢化硅磁控溅射成膜工艺下，通常的考虑是减少氢化硅的吸收，尤其是减少近红外波段的吸收，以保证 905nm 波段或者其他激光雷达波段如 1550nm 有相对较高的透过率。

02
产品优缺点分类

塑料+涂油墨
可靠性低，红外波段透过率低。

黑玻璃+磁控溅射镀膜
价格贵，不环保，但是可以实现光源波段左右两侧同时的一个反射（左侧吸收通过材料特性来实现，右侧镀上一个短波通，可以反射光源右侧波段），只透过光源波段。

白玻璃+磁控溅射镀膜
可靠性高，红外波段透过率高且可以实现滤光片（仅可以实现长波通，仅可以实现光源左侧的反射，右侧则无法管控）效果（通过磁控溅射方式镀膜实现的视窗本质就是一种滤光片，表面的黑色是通过膜层（SIH材料）的颜色来实现的）。

03
工艺总结

扫地机器人上的 ToF 模组视窗
要求偏低，成本不高：窗口的透光部分采用镀分光膜，其余部分丝印上黑色油墨。

激光雷达视窗
要求高，性能和外观效果要求均高：表面先镀窄带分光膜，吸收可见光，透过红外光，然后再加上 ITO 膜来实现视窗加热融雪，除雾的效果，也可以表面镀亲水膜来实现防雾的效果。// 旋转式的激光雷达是塑料热压的视窗，现在玻璃以蓝思，维达力等公司为代表的也提供了热压工艺，可以压自由曲面，一凹一凸柱面球面。

DMS 视窗
要求高，侧重外观效果：表面镀黑色分光膜，吸收可见光，透过红外光，然后再镀上防指纹膜，来保持干净的表面，背面贴上背胶用于和结构件的固定。