เลนส์ออปติคัลสำหรับยานยนต์และคำแนะนำการเลือกและความแตกต่างที่สำคัญของเลเซอร์

ความแตกต่างที่สำคัญในวิศวกรรมเลนส์

ความแตกต่างพื้นฐานระหว่าง เลนส์ออปติคัลยานยนต์ และ เลนส์เลเซอร์ออปติคอล อยู่ในลำดับความสำคัญในการปฏิบัติงาน เลนส์ติดรถยนต์จะต้องส่งมอบ มุมมองกว้างถึง 190 องศา โดยมีความบิดเบี้ยวน้อยที่สุด ขณะเดียวกันก็รอดพ้นจากการสั่นสะเทือนที่รุนแรง การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิแบบฉับพลัน และความชื้น ในทางตรงกันข้าม เลนส์เลเซอร์ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมมาเพื่อ ความหยาบผิวต่ำกว่า 0.5 นาโนเมตร และเกินเกณฑ์ความเสียหายของสารเคลือบ 15 จูลต่อตารางเซนติเมตร . การเลือกปรัชญาการออกแบบที่ไม่ถูกต้องนำไปสู่ความล้มเหลวก่อนเวลาอันควร เลนส์ยานยนต์ที่อยู่ในลำแสงกำลังสูงจะแตกหัก และเลนส์เลเซอร์ที่สัมผัสกับเกลือบนถนนจะสึกกร่อน การทำความเข้าใจข้อดีข้อเสียหลักเหล่านี้เป็นขั้นตอนแรกในการระบุเลนส์ออพติคัลสำหรับโดเมนใดโดเมนหนึ่ง

ลำดับความสำคัญในการออกแบบเลนส์ออพติคัลยานยนต์

เลนส์สายตาสำหรับยานยนต์ให้บริการระบบช่วยเหลือผู้ขับขี่ขั้นสูง กล้องมองภาพรอบทิศทาง และตัวรับ LiDAR พวกเขาทำงานในช่วงความร้อนตั้งแต่ -40 องศาเซลเซียส ถึง 125 องศาเซลเซียส และต้องต้านทานความชื้นสัมพัทธ์ได้ 85 เปอร์เซ็นต์ รายการต่อไปนี้สรุปปัจจัยการออกแบบที่สำคัญ:

• การถ่ายภาพมุมกว้างที่จับภาพได้มากกว่า มุมมองแนวนอน 140 องศา น้อยกว่า การบิดเบือนทางแสง 5 เปอร์เซ็นต์ .
• โดยทั่วไปการเคลือบป้องกันแสงสะท้อนได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับแถบที่มองเห็นได้และแถบอินฟราเรดใกล้ 420 นาโนเมตรถึง 950 นาโนเมตร เพื่อให้ตรงกับความไวของเซนเซอร์ CMOS
• ความทนทานทางกลที่ผ่านการทดสอบแรงกระแทกระดับยานยนต์ด้วย ความเร่งสูงสุด 50 G และโปรไฟล์การสั่นสะเทือนที่ครอบคลุมตั้งแต่ 10 ถึง 2,000 เฮิรตซ์
• การเคลือบด้านนอกแบบไม่ชอบน้ำและแบบโอเลฟิบิกจะหลั่งหยดน้ำและรักษาความใสเมื่อฝนตก โดยมีมุมสัมผัสของน้ำด้านบน 110 องศา .

การขึ้นรูปด้วยแก้วและชิ้นเลนส์แอสเฟอริกที่มีความแม่นยำช่วยลดจำนวนเลนส์ ในขณะที่ยังคงค่าฟังก์ชันการถ่ายโอนการปรับไว้ข้างต้น 0.5 ที่ 100 คู่เส้นต่อมิลลิเมตร . การผสมผสานระหว่างเลนส์มุมกว้างและการปิดผนึกด้านสิ่งแวดล้อมทำให้เลนส์ยานยนต์กลายเป็นเลนส์ที่ต้องใช้กลไกมากที่สุดในการผลิตจำนวนมาก

ข้อกำหนดที่สำคัญสำหรับเลนส์เลเซอร์ออปติคอล

เลนส์ออพติคอลเลเซอร์จัดการลำแสงเอกรงค์ที่มีคอลลิเมตสูง ประสิทธิภาพการทำงานถูกกำหนดโดยข้อผิดพลาดของหน้าคลื่นและความทนทานต่อพลังงานมากกว่าขอบเขตการมองเห็น เลนส์โฟกัสเลเซอร์ทั่วไปสำหรับการตัดทางอุตสาหกรรมหรือระบบการแพทย์จะต้องจัดแสดงไว้ การบิดเบือนของคลื่นหน้าคลื่นที่ส่งน้อยกว่าแลมบ์ดา/10 ที่ความยาวคลื่นการออกแบบ ข้อมูลจำเพาะที่สำคัญ ได้แก่ :

1. ความหยาบของพื้นผิวต่ำกว่านาโนเมตรเพื่อลดการกระจัดกระจาย ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญเมื่อต้องจัดการกับความหนาแน่นของพลังงานที่สูงกว่า 1 เมกะวัตต์ต่อตารางเซนติเมตร .
2. สารตั้งต้นซิลิกาผสมหรือแคลเซียมฟลูออไรด์ที่มีความบริสุทธิ์สูงด้วย การดูดซึมจำนวนมากต่ำกว่าร้อยละ 0.1 ต่อเซนติเมตร ที่ความยาวคลื่นเลเซอร์
3. การเคลือบอิเล็กทริกแบบแถบความถี่คู่หรือแถบแคบที่ออกแบบมาสำหรับเส้นเลเซอร์เฉพาะ เช่น 1,064 นาโนเมตร, 532 นาโนเมตร หรือ 355 นาโนเมตร .
4. การตรวจสอบเกณฑ์ความเสียหายตาม ISO 21254 โดยมีค่าเกินกว่าปกติ 20 จูลต่อตารางเซนติเมตร สำหรับพัลส์นาโนวินาที

ส่วนประกอบเลนส์เลเซอร์มักจะมีการกำหนดค่าตัวขยายลำแสงที่รักษาการคอลลิเมชั่นในระยะทางไกล แม้แต่จุดดูดกลืนแสงขนาดเล็กก็อาจทำให้เกิดเลนส์ความร้อนและความล้มเหลวร้ายแรงได้ ดังนั้นจึงระบุความเป็นเนื้อเดียวกันของวัสดุ น้อยกว่า 2 ส่วนต่อล้านการเปลี่ยนแปลงดัชนีการหักเหของแสง .

การวิเคราะห์เปรียบเทียบวัสดุและการเคลือบ

ตัวเลือกวัสดุพิมพ์และการเคลือบมีความแตกต่างกันอย่างมากระหว่างการใช้งานด้านยานยนต์และเลเซอร์ ในขณะที่เลนส์ยานยนต์อาศัยกระจกขึ้นรูปที่มีชั้นป้องกันแสงสะท้อนแบบบรอดแบนด์ เลนส์เลเซอร์ใช้ผลึกที่มีความบริสุทธิ์สูงหรือซิลิกาหลอมรวมกับฟิล์มสปัตเตอร์ลำแสงไอออน ตารางด้านล่างเน้นความแตกต่างโดยทั่วไป

ความแตกต่างของคุณภาพพื้นผิวสามารถบอกได้เป็นพิเศษ: การขุดรอยขีดข่วน 10-5 บนเลนส์เลเซอร์หมายถึงความไม่สมบูรณ์ของพื้นผิวที่แทบจะมองไม่เห็น ซึ่งอาจทำให้เกิดการกระจัดกระจายและจุดร้อนได้ ในทางตรงกันข้าม เลนส์ยานยนต์สามารถทนต่อเกรด 60-40 ได้ เนื่องจากความละเอียดของเซ็นเซอร์และระยะห่างของวัตถุโดยทั่วไปช่วยปกปิดข้อบกพร่องเหล่านี้

โปรโตคอลการทดสอบและมาตรฐานอุตสาหกรรม

การตรวจสอบเลนส์ยานยนต์

เลนส์ยานยนต์แบบออพติคอลทุกตัวต้องเป็นไปตาม AEC-Q100 หรือการทดสอบความเครียดที่เทียบเท่า การทดสอบการเร่งอายุการใช้งานขึ้นอยู่กับเลนส์ 1,000 รอบความร้อนระหว่าง -40 องศาเซลเซียส ถึง 125 องศาเซลเซียส . นอกจากนี้ การทดสอบอายุการใช้งานที่อุณหภูมิสูงยังดำเนินการได้นานกว่า 1,000 ชั่วโมงที่อุณหภูมิจุดเชื่อมต่อสูงสุด ขณะเดียวกันก็ตรวจสอบการลดลงของการส่งผ่านแสง การเปลี่ยนแปลงที่มากกว่า 2 เปอร์เซ็นต์ในการส่งข้อมูลเฉลี่ย ถือเป็นความล้มเหลว

การรับรองเลนส์เลเซอร์

เลนส์เลเซอร์ผ่านการทดสอบ LIDT (เกณฑ์ความเสียหายที่เกิดจากเลเซอร์) ตามมาตรฐาน ISO 21254 การทดสอบมาตรฐานเกี่ยวข้องกับการฉายรังสีพื้นผิวด้วย พัลส์ 1,064 นาโนเมตร ระยะเวลา 10 นาโนวินาที ที่เพิ่มความคล่องแคล่วจนกระทั่งเกิดความเสียหาย เกณฑ์ที่ได้รับการรับรองคือความคล่องที่สังเกตความน่าจะเป็นของความเสียหายเป็นศูนย์ การทดสอบเพิ่มเติมได้แก่ การวัดหน้าคลื่นโดยใช้อินเทอร์เฟอโรมิเตอร์ Fizeau เพื่อยืนยันข้อผิดพลาดของหน้าคลื่นที่ส่งด้านล่าง แลมบ์ดา/20 รูตเฉลี่ยกำลังสอง .

แนวโน้มบูรณาการในระบบออปติคอลสมัยใหม่

เส้นแบ่งระหว่างเลนส์ยานยนต์และเลนส์ออพติคอลเลเซอร์กำลังเบลอด้วยการเพิ่มขึ้นของ LiDAR ระยะไกล ในปัจจุบัน เซ็นเซอร์ยานพาหนะอัตโนมัติเพียงตัวเดียวมักจะรวมเลนส์ปล่อยแสงเลเซอร์และเลนส์ตัวรับมุมกว้างไว้ภายในตัวเครื่องเดียวกัน สิ่งนี้ต้องการการออกแบบไฮบริดโดยที่ด้านเครื่องส่งสัญญาณมาบรรจบกัน เกณฑ์ความเสียหายด้วยเลเซอร์ที่สูงกว่า 10 จูลต่อตารางเซนติเมตร ในขณะที่ด้านผู้รับครอบคลุมก สนามแนวนอน 120 องศา . ในเวลาเดียวกัน ทั้งสองอย่างจะต้องรอดพ้นจากอุณหภูมิและแรงสั่นสะเทือนของยานยนต์ การบูรณาการดังกล่าวกำลังผลักดันให้เกิดการใช้เมาท์เลนส์ที่มีความร้อนซึ่งรักษาโฟกัสไว้ที่ a ช่วงอุณหภูมิ 90 เคลวิน .

ผู้ผลิตยังหันมาใช้แว่นตาดัชนีสูงและพื้นผิวรูปทรงอิสระเพื่อลดจำนวนชิ้นเลนส์ เลนส์รับรูปแบบอิสระสามารถแก้ไขการบิดเบี้ยวและสายตาเอียงในสนามกว้างด้วยองค์ประกอบเดียว หากข้อผิดพลาดของรูปแบบพื้นผิวถูกเก็บไว้ที่ ต่ำกว่า 1 ไมโครเมตร . ด้วยการทำความเข้าใจข้อกำหนดที่แตกต่างและแนวโน้มร่วมกัน วิศวกรจึงสามารถเลือกหรือออกแบบ เลนส์ออพติคอล ที่เพิ่มประสิทธิภาพสูงสุด ไม่ว่าจะอยู่ด้านหลังกล้องแดชบอร์ดหรือภายในหัวตัดเลเซอร์กำลังสูง