CN109546532A - 大视场多线集成激光收发结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大视场多线集成激光收发结构，涉及光电技术领域，包括激光发射部，激光发射部包括激光发射板、多路激光器芯片、驱动电路，激光器芯片均分为三组且每组内的激光器芯片并排设置，三组激光器芯片呈折线形式布置，每个激光器芯片对应设有预准直微透镜；发射透镜，设于激光器芯片的发射路径上；接收透镜，设于激光的回波路径上且配套设有滤光片；激光接收部，包括三组探测器板、信号放大电路、探测器芯片，三组探测器板呈与三组激光芯片布设形式一致的折线形式；载体，用于承载激光发射部、发射透镜、接收透镜、激光接收部。旨在降低边缘像差，解决光电探测器封装工艺问题。
Description
技术领域
本发明涉及光电技术领域，特别是一种大视场多线集成激光收发结构。
背景技术
近年来，激光测距技术在移动机器人、自主导航车、车辆辅助驾驶等领域的研究及应用日益增多，为了尽可能多的获取被探测区域的空间信息，激光测距已经由简单的单点测距转换为更高级的多线空间扫描，国际上Velodyne已推出16线、32线及64线激光雷达，国内禾赛科技、速腾聚创等公司也相继推出了自己的多线激光雷达产品。
一般多线激光测距产品在非扫描方向(通常为垂直方向)需要有较大的视场以保证足够的空间探测范围，如Velodyne64线产品垂直视场为26.8°，禾赛科技的40线激光雷达垂直视场为32°。
在获得更大的非扫描视场时，由光学透镜引起的边缘光束场曲和慧差会直接影响回波信号光电探测效率，降低测距精度及角分辨率。
解决办法是优化激光器和光电探测器空间位置排列，由光学仿真可知将激光器和光电探测器呈空间弧形排列且具有一定指向角可有效降低边缘光束的场曲和慧差，但由此会带来激光器和光电探测器封装工艺问题，在多线集成的情况下，激光器芯片平贴于驱动电路板较容易实现弧形排列，但光电探测器是面接收式芯片，弧形封装工艺技术不成熟，难度较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种大视场多线集成激光收发结构，旨在降低边缘像差，解决光电探测器封装工艺问题。
为解决上述问题，本发明采取的技术方案是提供一种大视场多线集成激光收发结构，包括
激光发射部，所述激光发射部包括激光发射板、设于激光发射板上的多路激光器芯片、设于激光发射板上的驱动电路，所述激光器芯片均分为三组且每组内的激光器芯片并排设置，三组所述激光器芯片呈折线形式布置，每个激光器芯片对应设有预准直微透镜；
发射透镜，设于所述激光器芯片的发射路径上；
接收透镜，设于激光的回波路径上且配套设有滤光片；
激光接收部，包括三组探测器板、设于探测器板上的信号放大电路、设于探测器板上的探测器芯片，所述探测器芯片并排布设于探测器板上，三组所述探测器板呈与三组所述激光芯片布设形式一致的折线形式；
载体，用于承载所述激光发射部、发射透镜、接收透镜、激光接收部。
优选的，每个所述激光器芯片与驱动MOS管、预准直微透镜集成封装成一个独立的发射单元。
优选的，三组所述激光器芯片包括中间组和两端组，其布置形式为中间组与发射透镜对正布置，两端组分别与中间组衔接且倾斜布设于中间组的同侧，所述两端组与中间组之间的夹角为20度。
优选的，三组所述激光器芯片布设于所述激光发射板的板端，所述激光发射板的板端设有与三组激光器芯片布设形式一致的凹陷的折面。
优选的，所述发射透镜和接收透镜为非球面透镜。
优选的，中间组激光器芯片的数量为6路，两端组激光器芯片的数量均为5路。
优选的，所述探测器板为电路板，三组所述探测器板借助于固定架布置。
优选的，三组所述探测器板上的探测器芯片收尾相接且排布成与所述激光芯片布设形式一致的折线形式，中间组探测器板上的探测芯片与所述接收透镜对正。
优选的，所述载体包括圆形侧板和连接与圆形侧板一侧的T形板，所述激光发射部和激光接收部分别设于T形板竖直段的两侧，所述发射透镜和接收透镜均位于T形板水平段的上部且分别对正激光发射部和激光接收部。
本发明的有益效果在于，通过多路集成激光发射系统成一定角度向空间发射激光信号，各路激光经预准直微透镜、发射透镜将激光信号打到目标物体上，同时通过滤光片和接收透镜将目标物体反射的激光回波信号反射到探测器阵列上面，进行激光回波探测，通过各路激光呈角度出射，可以获得较大的视场角，并且边缘激光探测效果相较中间激光恶化程度很小。
附图说明
图1本发明实施例提供的大视场多线集成激光收发结构的示意图；
图2为图1中的激光发射光路图；
图3为图1中激光发射板的结构示意图；
图4为图1中探测器板的结构示意图；
图5为图4的侧视结构示意图。
其中，1、激光发射板，2、激光器芯片，3、驱动电路，4、预准直微透镜，5、发射透镜，6、接收透镜，7、探测器板，8、信号放大电路，9、探测器芯片，10、T形板，11、圆形侧板，12、滤光片12。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明：
请参阅图1-图5，本发明实施例提供了一种大视场多线集成激光收发结构，包括激光发射部，所述激光发射部包括激光发射板1、设于激光发射板1上的多路激光器芯片2、设于激光发射板1上的驱动电路3，所述激光器芯片2均分为三组且每组内的激光器芯片2并排设置，三组所述激光器芯片2呈折线形式布置，每个激光器芯片2对应设有预准直微透镜4；
发射透镜5，设于所述激光器芯片2的发射路径上；
接收透镜6，设于激光的回波路径上且配套设有滤光片12；
激光接收部，包括三组探测器板7、设于探测器板7上的信号放大电路8和驱动电路3、设于探测器板7上的探测器芯片9，所述探测器芯片9并排布设于探测器板7上，三组所述探测器板7呈与三组所述激光芯片布设形式一致的折线形式；
载体，用于承载所述激光发射部、发射透镜5、接收透镜6、激光接收部。
本实施例中，激光发射板1采用混合集成方式，将多路激光器芯片2与驱动MOS管、预准直微透镜4集成封装，减小封装体积，提高光电性能参数。
本实施例中，多路激光器芯片2采用折线式封装，优化折线角度，减小边缘像差。
本实施例中，激光接收板上探测器芯片9采用折线式封装，多板拼接，与激光器芯片2封装位置、偏角、数量一致。
本实施例中，激光收发光路为先用预准直微透镜4对每个激光器芯片2发出的激光进行预准直，再通过发射透镜5将各路激光输出；探测光路通过滤光片12、接收透镜6将各路激光的回波信号返回给对应的探测器芯片9。
进一步的，每个所述激光器芯片2与驱动MOS管、预准直微透镜4集成封装成一个独立的发射单元。本实施方式中激光器芯片2采用集成方式设置。
进一步的，三组所述激光器芯片2包括中间组和两端组，其布置形式为中间组与发射透镜5对正布置，两端组分别与中间组衔接且倾斜布设于中间组的同侧，所述两端组与中间组之间的夹角为20度。
进一步的，三组所述激光器芯片2布设于所述激光发射板1的板端，所述激光发射板1的板端设有与三组激光器芯片2布设形式一致的凹陷的折面。
其工作原理为：激光光束经过预准直微透镜4进行快轴压缩，再经发射系统整形后输出，输出光束打到目标后产生回波光信号，经过滤光片12和接收透镜6整形反馈给对应探测器芯片9。本实施例中发射和接收采用三折排列方式。两边折线分别与中线呈20°夹角。
进一步的，所述发射透镜5和接收透镜6为非球面透镜。
进一步的，中间组激光器芯片2的数量为6路，两端组激光器芯片2的数量均为5路。
本实施方式采用16路形式，三段折线光束分布为5线、6线、5线，系统非扫描视场为42°
进一步的，所述探测器板7为电路板，三组所述探测器板7借助于固定架布置。
进一步的，三组所述探测器板7上的探测器芯片9收尾相接且排布成与所述激光芯片布设形式一致的折线形式，中间组探测器板7上的探测芯片与所述接收透镜6对正。利用固定架将三块探测器板7布置成角度固定的形式，其角度与发射电路折线结构角度一致。
进一步的，所述载体包括圆形侧板11和连接与圆形侧板11一侧的T形板10，所述激光发射部和激光接收部分别设于T形板10竖直段的两侧，所述发射透镜5和接收透镜6均位于T形板10水平段的上部且分别对正激光发射部和激光接收部。
本发明的有益效果在于，通过多路集成激光发射系统成一定角度向空间发射激光信号，各路激光经预准直微透镜、发射透镜将激光信号打到目标物体上，同时通过滤光片和接收透镜将目标物体反射的激光回波信号反射到探测器阵列上面，进行激光回波探测，通过各路激光呈角度出射，可以获得较大的视场角，并且边缘激光探测效果相较中间激光恶化程度很小。
Claims (9)
1.大视场多线集成激光收发结构，其特征在于:包括
激光发射部，所述激光发射部包括激光发射板、设于激光发射板上的多路激光器芯片、设于激光发射板上的驱动电路，所述激光器芯片均分为三组且每组内的激光器芯片并排设置，三组所述激光器芯片呈折线形式布置，每个激光器芯片对应设有预准直微透镜；
发射透镜，设于所述激光器芯片的发射路径上；
接收透镜，设于激光的回波路径上且配套设有滤光片；
激光接收部，包括三组探测器板、设于探测器板上的信号放大电路、设于探测器板上的探测器芯片，所述探测器芯片并排布设于探测器板上，三组所述探测器板呈与三组所述激光芯片布设形式一致的折线形式；
载体，用于承载所述激光发射部、发射透镜、接收透镜、激光接收部。
2.如权利要求1所述的大视场多线集成激光收发结构，其特征在于:每个所述激光器芯片与驱动MOS管、预准直微透镜集成封装成一个独立的发射单元。
3.如权利要求1所述的大视场多线集成激光收发结构，其特征在于:三组所述激光器芯片包括中间组和两端组，其布置形式为中间组与发射透镜对正布置，两端组分别与中间组衔接且倾斜布设于中间组的同侧，所述两端组与中间组之间的夹角为20度。
4.如权利要求3所述的大视场多线集成激光收发结构，其特征在于:三组所述激光器芯片布设于所述激光发射板的板端，所述激光发射板的板端设有与三组激光器芯片布设形式一致的凹陷的折面。
5.如权利要求1所述的大视场多线集成激光收发结构，其特征在于:所述发射透镜和接收透镜为非球面透镜。
6.如权利要求3所述的大视场多线集成激光收发结构，其特征在于：中间组激光器芯片的数量为6路，两端组激光器芯片的数量均为5路。
7.如权利要求1所述的大视场多线集成激光收发结构，其特征在于：所述探测器板为电路板，三组所述探测器板借助于固定架布置。
8.如权利要求3所述的大视场多线集成激光收发结构，其特征在于：三组所述探测器板上的探测器芯片收尾相接且排布成与所述激光芯片布设形式一致的折线形式，中间组探测器板上的探测芯片与所述接收透镜对正。
9.如权利要求1所述的大视场多线集成激光收发结构，其特征在于：所述载体包括圆形侧板和连接与圆形侧板一侧的T形板，所述激光发射部和激光接收部分别设于T形板竖直段的两侧，所述发射透镜和接收透镜均位于T形板水平段的上部且分别对正激光发射部和激光接收部。
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