據(jù)麥姆斯咨詢報道，隨著自動駕駛汽車從實驗室階段進入上路階段，激光雷達（LiDAR）的“春天”來了。但是，實際上LiDAR涉及很多廣泛的應(yīng)用和光學設(shè)計，每種都需要獨特的光學涂層。

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。從那時起，LiDAR在各種各樣的應(yīng)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(guī)劃到建筑、事故場景的地面測繪，以及其他需要詳細的、自動化的三維繪圖的環(huán)境。然而，近年來，LiDAR在推動自動駕駛、可視化和游戲的發(fā)展以及在無人區(qū)進行無人偵察的需求方面取得了長足進展。所有這些應(yīng)用程序都需要一雙自動的“眼睛”，不僅僅能捕捉圖像，還能提供精確的3D視圖，而且通常是實時的。

“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間的距離測量方法。光源（通常是激光）對視野范圍內(nèi)的物體進行掃描。光從物體表面直接反射回來，被傳感器探測到，由于光的速度是恒定的，往返時間可以用來確定與該物體的距離，從而建立視野范圍的3D地圖。飛行時間可以直接計算，也可以使用脈沖光源或經(jīng)調(diào)制后的光源通過距離選通成像，相位差可以通過光外差探測計算。

Velodyne激光雷達（LiDAR）演進

LiDAR對光學涂層的要求

任何一種在某距離發(fā)生散射光的應(yīng)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，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(nèi)，耐用的窗口和具有高傳輸性的光學系統(tǒng)顯得十分必要。

在較寬的入射角范圍內(nèi)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（來源：AccuCoat， Inc．）

根據(jù)設(shè)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，從而允許使用多個波長。波長從可見光到近紅外光分布，可匹配不同應(yīng)用程序和環(huán)境的特定需求（從波長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(yīng)用不同而大相徑庭。甚至在自動駕駛車輛市場，一些傳感器也具備360° FOV，而另一些傳感器則被設(shè)計用于自適應(yīng)巡航控制的保險杠上。抗反射層規(guī)范必須考慮到檢測光學的設(shè)計，以確保測量范圍的所有角度具有高傳輸性。同時也需要額外的模塊，用于排除環(huán)境光，保護內(nèi)部光學或進一步改善信噪比。

抗反射層幾何形狀豐富，基板類型多樣

LiDAR應(yīng)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，沒有單一的設(shè)計方法占主導(dǎo)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(jù)標準或非球面內(nèi)透鏡，涂層可能需要更換。每種設(shè)計都是獨一無二的。即使在指定的LiDAR產(chǎn)品線，制造商可能會針對不同應(yīng)用使用不同的幾何形狀，這要求涂層供應(yīng)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。單點金剛石（SPDT）光學器件通常處于樣品階段，有的已經(jīng)進入復(fù)雜部件的批量生產(chǎn)階段。

均勻性為王

所有LiDAR的光學涂層對均勻性都有嚴格的要求，無論是單一涂層的表面還是體積。這在自動駕駛車輛市場中尤其重要，因為LiDAR的作用是導(dǎo)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(tǒng)才是導(dǎo)致區(qū)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(yīng)對各種最具挑戰(zhàn)性的幾何形狀的要求。這需要對機械和工藝進行精細控制，包括各個軸的正確旋轉(zhuǎn)速率的選擇，各軸的同步，以及對腔體內(nèi)沉積速率的精細控制。多軸涂層使大尺寸光學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(guī)范在光譜意義上講并不復(fù)雜，但使用了不同種類的基板材料、尺寸和幾何形狀。這個看起來微不足道的方面，實質(zhì)上是LiDAR系統(tǒng)設(shè)計時值得仔細確認的因素，這樣才能最大限度地提高系統(tǒng)性能。