自動車ADASおよびLiDARにおける光学的課題を解決する方法は常に複数存在し、各選択肢がすべてにおいて同等に優れているわけではない。本稿では、光学ブルーガラスを競合する材料・工程・設計アプローチと、商業的に重要な基準—性能、耐久性、単価、納期—に基づいて比較する。
自動車ADASおよびLiDARにおける光学ブルーガラス
自動車ADASおよびLiDARにおいて、それは品質に対する一般的な好みではなく、特定の要件セットに翻訳される。自動車光学は、任意の民生品とは異なる認定体制に直面する：マイナス40から105°C以上の温度変動、振動、小石の衝撃、塩水噴霧、および10年単位で測定される耐用寿命。カメラ窓は路面の砂粒による傷に耐えながら、マシンビジョンにとって十分に清潔を維持しなければならず、LiDAR光学は905または1550 nmでの高パルスエネルギーにドリフトなしで耐えなければならない。
代替手段との比較
代替は、二色性コーティングフィルタ、吸収染料フィルム、およびソフトウェア補正である。二色性フィルタはより薄く、より正確にチューニングできるが、そのエッジは角度とともにシフトし、広角システムで重要となる。染料フィルムはより安価でさらに薄いが、UVと熱の下で劣化する。ソフトウェア補正は明白な赤外にじみを除去するが、広い視野にわたる色精度を回復できない。ブルーガラスはこれらの選択肢の間に位置する：角度安定、頑丈、わずかに厚く、フィルムよりも高価。自動車ADASおよびLiDARにおいて、決定要因は通常、機械的奥行きである—モジュールが3分の1 mmのガラスを収容できるなら、ブルーガラスまたはハイブリッド部品が通常、最も予測可能な解決策である。
基板と材料の選定
ブルーガラスは単一製品ではなくファミリである。銅イオン添加およびリン酸塩系グレードは異なる透過率、異なる立ち上がり位置、および異なる色かぶりを与え、各サプライヤーの呼称はわずかに異なる挙動を示すため、グレードは名称ではなく透過曲線によって指定されなければならない。厚みは機械的変数であると同時に設計変数でもある。なぜなら吸収は光路長に比例するからである：0.3 mmのプレートは同じグレードの0.55 mmのプレートよりも近赤外を少なく遮断するため、モジュールに収めるために部品を薄くすると光学性能が変化する。自動車ADASおよびLiDARにおいて、妥当な仕様は動作厚みでの透過要件と、その厚みの許容公差の追加である。なぜなら両者は相互作用し、設計が凍結された後は独立して修正できないからである。
コストと納期を左右する要因
ブルーガラスは安価な材料であるが、高価な取扱いである。ガラス自体は部品価格の小さな割合である；コストを駆動するのは、微細公差での厚み管理、ダイシング工程、および薄く脆い部品の歩留まりである。ARコーティングまたは二色性層を追加すると、部品は汎用品からコーティング光学部品へと変化し価格が倍増する。これが、コーティングが光学的に好ましい後でも、無コーティングの吸収フィルタが設計に残り続ける理由である。0.3 mm未満の非常に薄い部品がすべての中で最も高価である。なぜなら取扱い損失と検査時間が、材料が安くなるよりも速く増加するからである。自動車ADASおよびLiDARにおいて、最も安価な仕様は通常、平面度を緩和したわずかに厚い部品であり、要件が凍結される前にテストする価値がある。
実際に重要な公差
ブルーガラスは吸収によって機能するため、その公差は厚みおよびその厚みでの透過曲線に支配される。±0.02 mmの厚み公差は正常であり、単に機械的ではない—分光仕様を保護する。平面度と平行度は、あらゆる窓で重要なのと同じ理由で重要である：くさびはビームを操り、曲面は接合スタックで焦点を変化させる。面取りとエッジ品質は、部品が接合される場合に重要となる。なぜなら接着剤下の欠けたエッジが応力集中部を作るからである。自動車ADASおよびLiDARにおいて、部品がレンズ要素間で接合されるか、外部窓として置かれるかによって、どの公差が支配的となるかが変化し、図面はそのいずれであるかを明記すべきである。
コーティングと成膜の検討事項
ブルーガラスは、無コーティング、片面または両面の反射防止層付き、または吸収挙動の上により鋭いエッジを追加する二色性コーティング付きで供給できる。無コーティングガラスが最も安価でしばしば十分であるが、その4%の表面反射は透過率を犠牲にし、フィルタがセンサの直上にあるモジュールでフレアを生じる。両面の広帯域ARコーティングはその光の大部分を回復する。二色性層を追加すると遷移が急になり、必要な厚みが減る。これがモジュールが時間とともに薄くなった方法である。自動車ADASおよびLiDARにおいて、無コーティング、ARコーティング、ハイブリッド部品の選択は、通常、フレアに対する許容度と機械的エンベロープで利用可能な厚みによって決まる。
自動車ADASおよびLiDARに特有の要件
自動車ADASおよびLiDARにおいて、それは品質に対する一般的な好みではなく、特定の要件セットに翻訳される。自動車光学は、任意の民生品とは異なる認定体制に直面する：マイナス40から105°C以上の温度変動、振動、小石の衝撃、塩水噴霧、および10年単位で測定される耐用寿命。カメラ窓は路面の砂粒による傷に耐えながら、マシンビジョンにとって十分に清潔を維持しなければならず、LiDAR光学は905または1550 nmでの高パルスエネルギーにドリフトなしで耐えなければならない。
- 動作範囲 -40から+105°C
- 自動車試験規格に対する塩水噴霧および耐摩耗性
- 雨水と汚れが流れる撥水性表面
- LiDAR光路用の905または1550 nmでのレーザー損傷耐性
IATF 16949プロセス文書、該当する場合はAEC-Q部品認定、周囲システムのISO 26262コンテキスト、およびRoHSおよびREACH宣言。
選定データ一覧
| パラメータ | 標準値 | 備考 |
|---|---|---|
| タイプ | 吸収型NIRフィルタ、無コーティングまたは二色性コーティング | ハイブリッドはエッジを鋭く保つ |
| 厚み | 0.21 - 0.55 mmが一般的、最大3 mm | カメラモジュール用の薄型グレード |
| 可視透過率 | T ≥ 90 %平均 | 420 - 620 nm |
| NIR遮断 | 1100 nmまでOD2 - OD4 | 深さは厚みとグレードで決定 |
| 角度による立ち上がりシフト | 無視できる | ブルーガラスが使用される主な理由 |
| 厚み公差 | ±0.02 mm | 接合スタックに重要 |
| 平面度 | 通常λ/4、要望でλ/10 | 633 nmで測定 |
| エッジ欠け | ≤ 0.05 mm、レーザー切断エッジ可 | レーザー切断は微小クラックを回避 |
| 環境 | 湿度および温度サイクルで安定 | 吸収色は剥離しない |
よくある質問
温度サイクルではどのように挙動しますか？
吸収色自体は安定している。なぜなら吸収はバルク特性だからである。熱サイクルでの故障は通常、ガラスの変色ではなく、接合エッジまたは厚み関連の応力に起源をもつ。
ブルーガラスはハイブリッド形で入手可能ですか？
はい。吸収型基板と片面の二色性コーティングを組み合わせると、いずれか単独よりも薄い部品でより深くより鋭い立ち上がりを得られ、これが現代の薄型カメラモジュールの構築方法である。
なぜコーティングされたIRカットフィルタの代わりにブルーガラスを選ぶのですか？
立ち上がりが入射角とともにシフトしないためである。広角または明るいレンズシステムでは、二色性コーティングはフレーム縁を着色するが、ブルーガラスは視野全体でスペクトルを一貫させる。