一种激光发射装置及具有其的激光雷达
技术领域
本发明涉及激光雷达技术领域,特别涉及一种激光发射装置及具有其的激光雷达。
背景技术
在自动驾驶技术中,环境感知系统是基础且至关重要的一环,是自动驾驶汽车安全性和智能性的保障,环境感知传感器中,激光雷达在可靠度、探测范围及测距精度等方面具有不可比拟的优势。
激光雷达工作时常处于室外露天环境,激光雷达需要做成密闭的结构。由于激光雷达内部的激光发射器、接收器、电机、转子的线圈等,工作起来都会产生较大的发热量,密闭的环境会使其内部热量聚集,从而产生较高的温度,最终对雷达中的器件等产生危害,因此,需要对激光雷达进行散热。目前市面上的激光雷达,通常选择以金属材质做成外壳,通过其金属外壳进行散热。
但本申请发明人在实现本申请中发明技术方案的过程中,发现上述技术至少存在如下技术问题:
一方面,随着激光雷达对高线束的要求,其内部会设有多至几十个激光发射器,由于激光发射器的增多,在工作状态会产生很大的热量,单独依靠金属外壳的散热性能有限,无法满足激光雷达的散热需求。
另一方面,常规使用的半导体激光脉冲二极管发光区尺寸很小,但是实际上由于芯片封装以及驱动电路尺寸的影响,激光器之间的间距无法变得很密,为了实现更高的线数和更高的角度分辨率,只能通过在水平方向增加更多列激光器来实现角度的加密和线数的增多,而这将导致列数越多、生产装调难度大、生产效率低、系统内空间利用率低、发热量大以及热量很难被导出等一系列的问题。
发明内容
本发明要解决的是现有激光发射装置的激光发射板的布置方式浪费空间和不利于散热的技术问题。
为解决上述技术问题,第一方面,本发明公开了一种激光发射装置,包括多个激光发射板,每个所述激光发射板上设置有激光光源和光纤固定槽,所述光纤固定槽适于固定光纤,所述光纤适于一端连接所述激光光源,另一端通过所述光纤固定槽引出,盘绕后连接至激光雷达的发射仓;
所述多个激光发射板环绕第一方向设置,所述多个激光发射板彼此之间在第一方向和/或第一平面上存在间隔,通过所述间隔足以能引出所述光纤;
其中,所述第一方向为所述激光雷达的中心轴向,所述第一平面为垂直于所述第一方向的平面。
可选地,每个所述激光发射板与所述第一平面之间存在预设夹角,所述预设夹角与所述光纤的最小折弯半径和/或所述激光雷达的高度有关。
可选地,每个所述激光发射板与所述第一平面之间的夹角均相同。
可选地,所述多个激光发射板中的至少部分激光发射板与所述第一平面之间的夹角不同。
可选地,每个所述激光发射板与所述第一平面之间的夹角的绝对值均大于零。
可选地,所述预设夹角的绝对值为7°至13°。
可选地,相邻的两个所述激光发射板在所述第一方向上存在预设高度差。
可选地,每个所述激光发射板与第一平面的夹角均为零。
可选地,多个所述激光发射板在所述第一方向上错开且呈阶梯状设置。
可选地,每个所述激光发射板与所述第一平面的夹角均为90°。
可选地,所述的激光发射装置还包括发射板支架,所述发射板支架包括基座,所述多个激光发射板分别与所述基座连接,且所述基座所在的平面垂直或平行于所述第一方向。
可选地,所述的激光发射装置还包括发射板支架,所述发射板支架还包括基座和多个支撑件,所述多个支撑件分别与所述基座相连,每个所述支撑件上安装有一个所述激光发射板。
可选地,所述支撑件上设有装配凸柱,所述装配凸柱贯穿所述支撑件的第一安装面和第二安装面,所述装配凸柱用于固定所述发射板支架于所述激光雷达的转子。
第二方面,本发明公开了一种激光雷达,包括转子和上述所述的激光发射装置;所述激光发射装置设置于所述转子的上方和/或下方。
可选地,所述激光雷达包括多个所述激光发射装置,多个所述激光发射装置层叠设置于所述转子的顶面上。
可选地,所述激光雷达还包括顶盖,所述顶盖位于所述激光发射装置的上方,用于将所述激光雷达内部的热量传导至外界环境。
可选地,所述激光雷达还包括传热件,所述传热件设置于所述激光发射装置与所述顶盖之间,所述传热件用于将所述激光发射装置产生的热量传导至所述顶盖。
可选地,所述传热件包括底板和至少一个传热齿,所述传热齿设置于所述底板朝向所述顶盖的一侧;和/或,
所述顶盖的内侧设有至少一个导热齿,所述导热齿朝向所述激光发射装置延伸,所述导热齿用于将所述激光雷达内部的热量传导至所述顶盖外;和/或,所述至少一个传热齿按照第一预设图案分布,所述至少一个导热齿按照第二预设图案分布。
可选地,所述传热齿和所述导热齿间隔预设距离。
可选地,所述传热齿和所述导热齿分别在第一曲面上的投影部分重叠,所述第一曲面为所述转子旋转运动所定义的回转曲面。
采用上述技术方案,本发明所述的激光发射装置及激光雷达具有如下有益效果:
1)本发明激光发射装置的多个激光发射板环绕激光雷达的中心轴向设置,并利用光纤耦合技术将激光光源的发出光通过光纤传输至激光雷达的发射仓,从而灵活的布置激光发射装置的位置,有利于激光发射板在工作过程中的散热。并且,本发明激光发射装置的多个激光发射板环绕第一方向设置,多个激光发射板彼此之间在第一方向和/或第一平面上存在间隔,即可以根据激光雷达的激光线束需求、激光发射装置的设计空间及散热等方面的需求,灵活调整相邻激光发射板之间的距离和相对角度;在节约激光发射装置所占的空间的同时,多个激光发射板还可以起到扰流叶片的作用,工作过程中随着激光雷达转子的旋转运动带动气流形成强迫对流,显著提升散热效果。
2)本发明激光发射装置的光纤一端连接激光光源,另一端通过光纤固定槽引出后盘绕N圈后连接至激光雷达的发射仓,再按照不同的垂直视场扫描角度排布光纤的出射端位置,光纤的布置可以降低相邻的激光发射板彼此间的干涉,其盘绕N圈的结构可以使得光纤的长度自由定制,便于维修。
3)本发明激光雷达将激光发射装置设置于转子的上方和/或下方,释放激光雷达转子的内部空间,有利于节约转子的空间,控制激光雷达的整体体积,且有利于散热,避免密闭的环境会使转子内部热量聚集,保护转子内工作的元器件,延长激光雷达内元器件的使用寿命,另外,还能降低了装配的难度,提高生产效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一个实施例的激光发射装置的示意图;
图2为图1的剖视图;
图3为图1中的激光发射板示意图;
图4为本发明另一实施例的激光发射装置示意图;
图5为图4的主视图;
图6为本发明又一实施例的激光发射装置示意图;
图7为本发明一种发射板支架的示意图;
图8为本发明一种激光雷达的局部结构示意图;
图9为本发明一个实施例的顶盖示意图;
图10为本发明一个实施例的传热件示意图。
以下对附图作补充说明:
100-激光发射板;101-光纤固定槽;
200-发射板支架;201-基座;202-支撑件;203-装配凸柱;
300-转子;
400-顶盖;401-导热齿。
500-传热件;501-底板;502-传热齿。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本发明的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且,术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
为解决现有激光发射装置的激光发射板的布置方式浪费空间和不利于散热的问题,图1示出了本发明一个实施例的激光发射装置的示意图,图2为图1的剖面图,图3为图1中的激光发射板示意图,下面参考图1至图3对本发明的技术方案进行介绍。
结合图1至图3所示,本发明实施例提供一种激光发射装置,包括多个激光发射板100,每个激光发射板100上设置有激光光源(图中未示出)和光纤固定槽101,光纤固定槽101适于固定光纤,上述光纤适于一端连接上述激光光源,另一端通过光纤固定槽101引出,盘绕后连接至激光雷达的发射仓。
为便于清楚描述本申请中的技术方案,本申请将上述激光雷达的中心轴向定义为第一方向,垂直于上述第一方向的平面定义为第一平面,则上述多个激光发射板100可以环绕第一方向设置,上述多个激光发射板100彼此之间可以在第一方向上设置有间隔,也可以在第一平面上设置有间隔,或者也可以同时在第一方向及第一平面上均设置有间隔,只要确保通过上述间隔足以能引出上述光纤即可。
通常而言,第一平面与水平地面平行,第一方向为垂直于地面的方向。
具体的,该实施例中上述激光发射板100为上述激光雷达内的主要产热部件,将上述多个激光发射板100环绕上述激光雷达的中心轴向,并利用光纤耦合技术将上述激光光源的发出光通过光纤传输至激光雷达的发射仓,这样可以灵活地布置激光发射装置的位置,有利于激光发射板100在工作过程中的散热。
且该实施例中,上述多个激光发射板100环绕第一方向设置,多个激光发射板100彼此之间在第一方向和/或第一平面上存在间隔,即可以根据激光雷达的激光线束需求、激光发射装置的设计空间及激光雷达散热等方面,灵活调整相邻激光发射板100之间的距离和相对角度。在可能的实施方式中可以理解本申请实施例中的多个激光发射板100呈花瓣状散开,故在节约激光发射装置所占的空间的同时,多个激光发射板还可以起到扰流叶片的作用,工作过程中随着激光雷达转子的旋转运动带动气流形成强迫对流,也可以显著提升散热效果。
该实施例中,上述光纤一端连接上述激光光源,另一端通过上述光纤固定槽101引出,并盘绕N圈后连接至激光雷达的发射仓,再按照不同的垂直视场扫描角度排布上述光纤的出射端位置。上述光纤的布置可以降低相邻的上述激光发射板彼此间的干涉,其盘绕N圈的结构可以使得上述光纤的长度自由定制,便于维修。
在一些实施例中,每个上述激光发射板与上述第一平面之间的夹角满足预设夹角,上述预设夹角与上述光纤的最小折弯半径及上述激光雷达的高度有关。上述最小折弯半径为在光纤不发生破坏的情况下所能弯曲半径的最小值。
在可能的实施方式中,每个上述激光发射板与上述第一平面之间的夹角可以均相同。例如,多个激光发射板包括激光发射板a、激光发射板b及激光发射板c,可以设置激光发射板a与第一平面的夹角为α,激光发射板b与第一平面的夹角为α,激光发射板c与第一平面的夹角为α。
在其他的实施方式中,可以将上述多个激光发射板中的至少部分激光发射板与上述第一平面之间的夹角设置为不同,换言之,每个激光发射板与第一平面之间的夹角可以均不相同。例如,多个激光发射板包括激光发射板a、激光发射板b及激光发射板c,可以设置激光发射板a与第一平面的夹角为α,激光发射板b与第一平面的夹角为β,激光发射板c与第一平面的夹角为γ。又或者,多个激光发射板中至少有一部分的激光发射板与第一平面之间的夹角与其他激光发射板与第一平面的夹角不同。例如,多个激光发射板包括激光发射板a、激光发射板b及激光发射板c,可以设置激光发射板a与第一平面的夹角为α,激光发射板b与第一平面的夹角为β,激光发射板c与第一平面的夹角为α。
在一些实施例中,每个上述激光发射板与上述第一平面之间的夹角的绝对值均大于零,或者说均不为零。为便于描述及说明,本申请中将上述激光发射板具有上述光纤固定槽的一侧朝向上述激光雷达的转子倾斜时的激光发射板与第一平面的夹角定义为正角度。
在一些实施例中,在上述激光雷达为预设的高度下,上述预设夹角能使得上述光纤在从上述激光发射板盘绕至上述发射仓的过程中,上述光纤的折弯半径不小于上述光纤的最小折弯半径。可以理解的是,预设夹角越大,激光发射板彼此间的干扰越小,可设置的激光发射板的数量越多,但激光雷达的高度也会越高,因此本领域技术人员可以根据需要进行设置,只要确保光纤的折弯半径大于等于最小折弯半径即可。
在一些实施例中,上述预设夹角的绝对值的范围为7°-13°,本领域技术人员可以根据实际需要预设激光发射板与第一平面的夹角大小,比如可以预先设置夹角为8°,也可以预先设置夹角为13°。在本发明一实施例中,如图1和图2所示,每个上述激光发射板100与上述第一平面之间的夹角均相同,并且每个上述激光发射板100与上述第一平面之间的夹角均为9°,也即每个激光发射板100均是朝向转子的方向倾斜。
图4示出了本发明另一实施例的激光发射装置示意图,图5为图4的主视图,结合图4和图5所示,本发明实施例提供的另一种激光发射装置与上述实施例的区别在于,该实施例中相邻的两个上述激光发射板100在上述第一方向上存在预设高度差。
需要说明的是,在本发明的具体实施中,相邻的两个激光发射板在第一方向上存在有预设高度差,但并不相邻的两个激光发射板在第一方向上可以存在高度差,也可以在第一方向上不存在高度差,也即并不相邻的两个激光发射板在第一方向上可以高度相同。可以理解的是,此处的相邻表示的是中间并无其他激光发射板相隔的两个激光发射板彼此的关系。比如参考图4,激光发射板A1与激光发射板A2之间为相邻关系,激光发射板A2与激光发射板A3之间为相邻关系,彼此间间隔有激光发射板A2的激光发射板A1与激光发射板A3之间并非为相邻关系。因此,在本发明实施例中,再参考图4,激光发射板A1与激光发射板A2彼此间有不为零的高度差,激光发射板A2与激光发射板A3彼此间有不为零的高度差,而激光发射板A1与激光发射板A3之间可以设置有不为零的高度差。在本发明另一实施例中,激光发射板A1与激光发射板A3也可以设置为高度相同。
需要说明的是,本领域技术人员可以根据实际需要设置高度差的大小,高度差设置的大小并不对本发明的保护范围构成任何限制。在本发明一实施例中,可以设置上述高度差的最小值为激光发射板100的厚度、激光发射板100上设置的最高元件的高度以及0.5mm三者之和。
该实施例中,每个上述激光发射板与第一平面的夹角均为零,也即可以将每个激光发射板水平环绕放置。
该实施例中,多个上述激光发射板在上述第一方向上错开且呈阶梯状设置。具体的,可以为阶梯状上升或者下降的方式布置。
图6示出了本发明另一实施例的激光发射装置示意图,如图6所示,本发明实施例提供了另一种激光发射装置,与上述实施例的区别在于,该实施例中每个上述激光发射板100与上述第一平面的夹角均为90°。
图7示出了本发明一种发射板支架的示意图,如图7所示,本发明实施例的激光发射装置还可以包括发射板支架200,上述发射板支架200包括基座201和多个支撑件202,上述多个支撑件202分别与上述基座201相连,每个上述支撑件202上安装一个上述激光发射板100。该实施例中,激光发射板100与第一平面的夹角由支撑件202与上述基座201的连接角度来调节,也就是说,上述支撑件202与上述第一平面的夹角与上述激光发射板100与上述第一平面的夹角相同。
该实施例中,上述支撑件202上设有装配凸柱203,上述装配凸柱203贯穿上述支撑件202的第一安装面和第二安装面,上述装配凸柱203用于将上述发射板支架200固定于上述激光雷达的转子上。此外,上述装配凸柱203还可以用于传导激光发射板产生的热量。
在可能的实施方式中,上述发射板支架可以仅包括基座,上述多个激光发射板可以分别直接与上述基座连接,且上述基座所在的平面垂直或平行于上述第一方向。
图8示出了本发明一种激光雷达的局部结构示意图,如图8所示,本发明提供了一种激光雷达,激光雷达可以包括转子300和上述激光发射装置,上述激光发射装置设置于上述转子300的上方。在可能的实施方式中,上述激光发射装置还可以设置在上述转子300的下方,或者根据线束的需求,在上述转子300的上方和下方同时布置上述激光发射装置。具体的,该实施例中,激光发射装置外置于上述转子的顶面和/或底面上,工作过程中激光发射装置为激光雷达的主要热源,将激光雷达外置相比与激光发射装置设置于转子内部更有利于激光雷达整体的散热,避免因密闭的环境使转子内部热量聚集,保护转子内工作的元器件,延长激光雷达内元器件的使用寿命。
在一些实施例中,上述激光雷达包括多个上述激光发射装置,多个上述激光发射装置层叠设置于上述转子的顶面上。
具体的,如图8所示,上述激光雷达具有两个或者说两层上述激光发射装置,上述激光发射装置层叠设置在上述转子300的顶面。需要说明的是,上述激光发射装置的层叠层数可以根据需要进行设置,在别的实施方式中可以在转子的顶面和底面上均布置多层层叠的上述激光发射装置,以满足激光雷达的线束需求。
在一些实施例中,上述激光雷达还包括顶盖400,如图8和9所示,上述顶盖400位于上述激光发射装置的上方,用于将上述激光雷达内部的热量传导至外界环境。
在一些实施例中,结合图1、图8和图10所示,上述激光雷达还包括传热件500,上述传热件500设置于上述激光发射装置与上述顶盖400之间,上述传热件500用于将上述激光发射装置产生的热量传导至上述顶盖400。
在一些实施例中,上述传热件包括底板和至少一个传热齿,上述传热齿设置于上述底板朝向上述顶盖的一侧。
在一些实施例中,上述顶盖的内侧设有至少一个导热齿,上述导热齿朝向上述激光发射装置延伸,上述导热齿用于将上述激光雷达内部的热量传导至上述顶盖外。
在一些实施例中,参考图10,上述传热件500包括底板501和多个传热齿502,上述502传热齿设置于上述底板501朝向上述顶盖400的一侧,多个上述传热齿502按照第一预设图案分布。
参考图9,上述顶盖400的内侧设有多个导热齿401,多个上述导热齿401按照第二预设图案分布。在该实施例中,上述第一预设图案和上述第二预设图案均为同心圆结构。在可能的实施方式中,上述第一预设图案和上述第二预设图案还可以为其他互不干涉的多层套设图形结构。
该实施例中,上述传热齿502和上述导热齿401间隔预设距离。
在一些实施例中,上述激光雷达还包括底座和外罩,上述顶盖、上述外罩和上述底座依次连接围合形成密闭腔体,上述转子、上述传热件和上述激光发射装置均位于上述密闭腔体内。
在一些实施例中,上述传热齿和上述导热齿分别在上述第一曲面上的投影部分重叠。其中第一曲面为上述转子旋转运动所定义的回转曲面,也可以理解为上述传热齿和上述导热齿分别在上述外罩上的投影部分重叠。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。