用于红外线感测系统且具有低可见反射率及透射率抗反射膜的硬化光学窗口的制作方法

本技术案根据专利法请求2021年10月20日提交的美国申请序列第63/257814号、2022年5月20日提交的第63/344147号、及2022年9月27日提交的第63/410320号的优先权的权益，其中各者的全部内容以引用的方式并入本文中。光雷达(“light detection and ranging，lidar”)系统包括电磁辐射发射器及传感器。电磁辐射发射器会发射电磁辐射发射器波束，发射器波束可自对象反射，而传感器会检测反射的电磁辐射发射器波束。电磁辐射发射器波束是脉冲式的或以其他方式分布于一辐射范围内，以检测视场上的对象。关于对象的信息可自所检测的反射电磁辐射发射器波束的性质来解密。物件与电磁辐射发射器波束的距离可自发射电磁辐射发射器波束至检测反射电磁辐射发射器波束的飞行时间来判定。若对象是移动的，则对象的路径及速度可自作为时间的函数的所发射电磁辐射发射器波束被反射及检测的径向位置上的移动来判定，亦可自都卜勒频率测量判定。

背景技术：

1、汽车中的lidar系统及其他曝露于环境中的红外线感测系统，诸如航天或家庭安全应用，需要保护其不受环境及各种损坏源的影响，举例而言，用覆盖透镜或覆盖玻璃窗。车辆是光雷达系统的另一潜在应用，其中lidar系统提供空间映像能力，以致能辅助、半自动驾驶或全自动驾驶。在此类应用中，电磁辐射发射器及传感器安装于车辆的车顶或车辆的低前部上。考虑将发射具有可见光范围以外波长(诸如905nm或1550nm)的电磁辐射的电磁辐射发射器用于车辆lidar应用。为了保护电磁辐射发射器及传感器不受岩石及其他对象的冲击，在电磁辐射发射器及传感器与电磁辐射发射器及传感器的视线内的外部环境之间置放一窗口。针对lidar系统的其他应用，诸如航天及家庭安全应用，类似地在电磁辐射发射器/传感器与外部环境之间置放一窗口。然而，存在石头及其他对象冲击窗口而损坏窗口并导致对窗口造成其他类型的损坏的问题，这会导致窗口散射所发射及所反射电磁辐射发射器波束，从而损害lidar系统的性能。

技术实现思路

1、本发明运用一种包括第一分层膜及第二分层膜的窗口来解决这一问题。当安装于lidar系统中时，第一分层膜可背离电磁辐射发射器/传感器并包括嵌入其中的抗划层，以提供窗口的抗损坏性。因此，岩石及其他对象冲击窗口不太可能对窗口造成使lidar传感器的发射电磁辐射及反射电磁辐射散射的缺陷，从而提高性能。此外，第一分层膜及第二分层膜进一步包括具有不同折射率的材料(包括提供硬度及抗划性的材料)的交替层，从而交替层的数目及其厚度可被组态，使得窗口在所需波长范围内(例如，在1400nm与1600nm之间的50nm波长范围上)具有高透射率及低反射。材料的交替层可被进一步选择，使得窗口在可见光谱中透射及反射相对低的辐射量，从而为窗口提供美观的暗外观，同时减少由可见光引起的、否则可能会影响到lidar系统的检测器的信号噪声。

2、根据本发明的实施方式，用于感测系统的窗口包含基板，基板包含第一表面及第二表面，第一表面及第二表面是基板的主表面。窗口包括设置于基板的第一表面上的第一分层膜，第一分层膜包含一或多个较高折射率材料与一或多个较低折射率材料的交替层，其中第一分层膜的一或多个较高折射率材料的折射率高于第一分层膜的一或多个较低折射率材料的折射率。窗口包括设置于基板的第二表面上的第二分层膜，第二分层膜包含一或多个较高折射率材料与一或多个较低折射率材料的交替层，其中第二分层膜的一或多个较高折射率材料的折射率高于第二分层膜的一或多个较低折射率材料的折射率。窗口包含在第一分层膜处通过berkovich压头硬度测试测量的、至少8gpa的最大硬度。第一分层膜及第二分层膜的交替层的数量、厚度、数目、及材料被组态，使得窗口具有：以小于或等于15°的入射角入射于第一表面及第二表面上的光在1400nm与1600nm之间的50nm相关波长范围上计算的、大于90％的平均百分数透射率；以小于或等于15°的角度入射于第一表面及第二表面上的光在1400nm与1600nm之间的50nm相关波长范围上计算的、小于1％的平均反射率；以及以小于或等于15°的入射角入射于第一表面及第二表面上的光，自400nm至700nm计算的、小于5％的平均透射百分数。

3、根据本发明的另一实施方式，用于感测系统的窗口包括基板，基板包含是基板的主表面的第一表面及第二表面。窗口亦包括设置于基板的第一表面上的第一分层膜，第一分层膜包含一或多个较高折射率材料与一或多个较低折射率材料的交替层，其中第一分层膜的一或多个较高折射率材料的折射率高于第一分层膜的一或多个较低折射率材料的折射率。窗口亦包括设置于基板的第二表面上的第二分层膜，第二分层膜包含一或多个较高折射率材料与一或多个较低折射率材料的交替层，其中第二分层膜的一或多个较高折射率材料的折射率高于第二分层膜的一或多个较低折射率材料的折射率。窗口表现出在第一分层膜处通过berkovich压头硬度测试测量的、至少8gpa的最大硬度。第一分层膜及第二分层膜的交替层的数量、厚度、数目、及材料被组态，使得窗口具有：以小于或等于15°的角度入射于第一表面及第二表面上的光在1400nm与1600nm之间的50nm相关波长范围上计算的、小于0.5％的平均反射率；针对第一分层膜上小于或等于60°的入射角，小于或等于45的cielab l*值；及在自第一分层膜的一侧观看时，大于或等于-6.0且小于或等于6.0的cielab a*值及cielab b*值。

4、根据本发明的另一实施方式，用于感测系统的窗口包括基板，基板包含是基板的主表面的第一表面及第二表面。窗口亦包括设置于基板的第一表面上的第一分层膜，第一分层膜包含一或多个较高折射率材料与一或多个较低折射率材料的交替层，其中第一分层膜的一或多个较高折射率材料的折射率高于第一分层膜的一或多个较低折射率材料的折射率。窗口亦包括设置于基板的第二表面上的第二分层膜，第二分层膜包含一或多个较高折射率材料与一或多个较低折射率材料的交替层，其中第二分层膜的一或多个较高折射率材料的折射率高于第二分层膜的一或多个较低折射率材料的折射率，其中第二分层膜的一或多个较高折射率材料包含硅。窗口表现出在第一分层膜处通过berkovich压头硬度测试测量的、至少8gpa的最大硬度。第一分层膜及第二分层膜的交替层的数量、厚度、数目、及材料被组态，使得窗口具有：以小于或等于15°的角度入射于第一表面及第二表面上的光在1400nm与1600nm之间的50nm相关波长范围上计算的、小于1％的平均反射率；及以小于或等于15°的入射角入射于第一表面及第二表面的光在1400nm与1600nm之间的50nm相关波长范围上计算的、大于90％的平均百分数透射率。

5、其他特征及优点将在接下来的详细描述中阐述，且对所属领域的技术人员而言，自该描述或通过实践本文所述的实施方式(包括接下来的详细描述、权利要求书、以及随附附图)而部分将是显而易见的。

6、应理解，前述的一般描述及以下的详细描述仅是例示性的，旨在提供理解权利要求书的性质及特征的概述或架构。包括随附附图是为了提供进一步的理解，且纳入本说明书并构成本说明书的一部分。随附附图图示一或多个实施方式，并与描述内容一起用于解释各种实施方式的原理及操作。