自動車およびレーザー用光学レンズの主な違いと選択ガイド

光学レンズ工学における主な差別化要因

間の基本的な違いは、 自動車用光学レンズ そして 光学レーザーレンズ は運用上の優先事項にあります。車載用レンズは、 最大190度の視野 極度の振動、熱衝撃、湿気に耐えながら、歪みを最小限に抑えます。対照的に、レーザー レンズは次のように設計されています。 表面粗さは0.5ナノメートル未満 およびコーティング損傷閾値を超える 15 ジュール/平方センチメートル 。間違った設計理念を選択すると、早期の故障につながります。高出力ビームにさらされた自動車用レンズは破損し、道路塩にさらされたレーザー レンズは腐食します。これらの主要なトレードオフを理解することは、いずれかの領域の光学レンズを指定するための最初のステップです。

車載用光学レンズの設計優先事項

自動車用光学レンズは、高度な運転支援システム、サラウンドビュー カメラ、LiDAR レシーバーとして機能します。からの温度範囲で動作します。 -40℃～125℃ 相対湿度 85% の湿度レベルに耐える必要があります。次のリストは、主要な設計要素の概要を示しています。

• 以上のものを捉える広角イメージング 水平視野140度 未満の場合 5% の光学歪み .
• 可視および近赤外線帯域に最適化された反射防止コーティング。 420ナノメートル～950ナノメートル 、CMOSセンサーの感度に合わせて。
• 自動車グレードの衝撃試験に合格する機械的堅牢性 ピーク加速度 50 G 10 ～ 2000 ヘルツにわたる振動プロファイル。
• 疎水性および疎油性の外側コーティングにより、水滴をはじき、雨の中でも透明度を維持します。水接触角は上記以上です。 110度 .

ガラスモールディングと高精度の非球面エレメントにより、上記の変調伝達関数値を維持しながらレンズ数を削減 100 ラインペア/ミリメートルで 0.5 。広角光学系と環境シールのこの組み合わせにより、自動車用レンズは大量生産において最も機械的に要求の厳しい光学系の一部となります。

光学レーザーレンズの重要な要件

レーザー光学レンズは、高度に平行化された単色ビームを管理します。それらの性能は、視野ではなく波面誤差とエネルギー許容度によって定義されます。工業用切断または医療システム用の一般的なレーザー集束レンズは、次の特性を備えている必要があります。 透過波面歪みがラムダ/10未満 設計波長で。主な仕様は次のとおりです。

1. 散乱を最小限に抑えるためのサブナノメートルの表面粗さ。これは、上記の電力密度を扱う場合に重要です。 1平方センチメートルあたり1メガワット .
2. 高純度溶融シリカまたはフッ化カルシウム基板 バルク吸収率は 1 センチメートルあたり 0.1 パーセント未満 レーザー波長で。
3. デュアルバンドまたはナローバンドの誘電体コーティングは、次のような特定のレーザーライン用に設計されています。 1064ナノメートル、532ナノメートル、または355ナノメートル .
4. ISO 21254 に基づく損傷しきい値の検証。値は日常的に超えています。 20 ジュール/平方センチメートル ナノ秒パルスの場合。

レーザー レンズ アセンブリには、長距離にわたってコリメーションを維持するビーム エキスパンダー構成が含まれることがよくあります。小さな吸収ホットスポットでも熱レンズや致命的な故障を引き起こす可能性があるため、材料の均質性は次のように指定されています。 屈折率変化が 2 ppm 未満 .

材料とコーティングの比較分析

基板とコーティングの選択肢は、自動車用途とレーザー用途の間で大きく異なります。自動車用レンズは広帯域反射防止スタックを備えた成形ガラスに依存していますが、レーザー レンズはイオン ビーム スパッタリング膜を備えた高純度の結晶質または溶融シリカを使用しています。以下の表は、一般的な違いを示しています。

表面品質の違いは特に顕著です。レーザー レンズの 10-5 のスクラッチ ディグは、散乱やホット スポットの原因となる可能性のある、ほとんど目に見えない表面の欠陥を意味します。対照的に、自動車用レンズは、センサーの解像度と一般的な被写体距離によってこれらの欠陥が隠蔽されるため、60 ～ 40 グレードを許容できます。

テストプロトコルと業界標準

自動車レンズの検証

すべての自動車用光学レンズは、AEC-Q100 または同等のストレス テストに準拠する必要があります。加速寿命テストではレンズの条件が変わります。 -40℃～125℃の間で1000回の熱サイクル 。さらに、高温動作寿命テストは、光伝送の低下を監視しながら、最大ジャンクション温度で 1000 時間以上実行されます。以上のシフト 平均透過率 2% 失敗とみなされます。

レーザー光学認証

レーザー レンズは、ISO 21254 に準拠した LIDT (レーザー誘起損傷しきい値) テストを受けます。標準テストには、表面に光を照射することが含まれます。 持続時間10ナノ秒の1064ナノメートルパルス 損傷が始まるまでフルエンスを増加させます。認定された閾値は、損傷確率がゼロであることが観察されるフルエンスです。追加のテストには、以下の透過波面誤差を確認するためのフィゾー干渉計を使用した波面測定が含まれます。 ラムダ/20 二乗平均平方根 .

最新の光学システムにおける統合トレンド

長距離LiDARの台頭により、自動車用光学レンズとレーザー光学レンズの間の境界線は曖昧になりつつあります。現在、単一の自動運転車センサーは、同じハウジング内でレーザー発光レンズと広角受信レンズを組み合わせていることがよくあります。これには、送信機側が適合するハイブリッド設計が必要です。 レーザー損傷閾値が10ジュール/平方センチメートルを超える 受信側がカバーしている間、 120度の水平フィールド 。同時に、両方とも自動車の温度と振動の環境に耐える必要があります。このような統合により、長時間にわたって焦点を維持する熱処理レンズ マウントの採用が促進されています。 90ケルビンの温度範囲 .

メーカーはまた、レンズ要素の数を減らすために、高屈折率ガラスや自由曲面の採用に向けて取り組んでいます。自由曲面受信レンズは、面形状誤差が以下に保たれていれば、単一の要素で広い視野にわたって歪みと非点収差を補正できます。 1マイクロメートル未満 。個別の要件と共通の傾向を理解することで、エンジニアは、 光学レンズ ダッシュボードカメラの後ろに設置しても、高出力レーザー切断ヘッドの内部に設置しても、パフォーマンスを最大化します。