CN110137805B - 半导体激光器阵列的快轴准直结构及激光雷达 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体激光器阵列的快轴准直结构，包括印制电路板、设于印制电路板的至少一个基座、设于基座的多个半导体激光器、以及固定安装于基座的圆柱透光件；多个半导体激光器沿圆柱透光件的长度方向依次设置；基座与圆柱透光件之间设有用于固定圆柱透光件的固定组件。对于视场物理距离较近的多个半导体激光器可设置于同一基座上，在基座上的多个半导体激光器沿圆柱透光件的长度方向依次设置，实现了单根圆柱透光件同时对多个半导体激光器进行快轴准直。在一个基座上设置多个半导体激光器，并同时对多个半导体激光器进行快轴准直，减小出光的发散角，提高了能量集中度。

Description

半导体激光器阵列的快轴准直结构及激光雷达

技术领域

本发明涉及激光雷达设备领域，尤其涉及一种半导体激光器阵列的快轴准直结构及激光雷达。

背景技术

半导体二极管激光器在激光通信、光存储、光陀螺、激光打印、测距以及雷达等方面以及获得了广泛的应用。半导体激光器的缺点主要是出光的发散角较大，一般要经过准直才能使用。

现有的多线式激光雷达一般采用点对点结构，即一个视场用一个半导体激光器，放置在一块发射板上，对应的接收端用一个接收器件接收对应视场的光线，接收器也放置在一个接收板上。发射板和接收板通过柔性插针调整位置以便相互对准。随着激光雷达线数的不断增加，相应的发射板和接收板的数量也要不断增加，同时发射板和接收板的对位调整的工作量也急剧增加。为此激光雷达厂商研制出线阵发射结构，即在一块发射板上放置多个半导体激光器，形成线阵半导体激光器阵列，这样一块板可以覆盖多个视场，增加了整机集成度，减少了装调工时。对于在一块发射板上放置多个半导体激光器的方案，由于半导体激光器的相互位置离得很近，导致对每个半导体激光器分别进行快轴准直不可行。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种半导体激光器阵列的快轴准直结构，旨在解决现有技术中，无法分别对多个半导体激光器进行快轴准直的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

半导体激光器阵列的快轴准直结构，包括印制电路板、设于所述印制电路板的至少一个基座、设于所述基座的多个半导体激光器、以及固定安装于所述基座的圆柱透光件；多个所述半导体激光器沿所述圆柱透光件的长度方向依次设置；所述基座与所述圆柱透光件之间设有用于固定所述圆柱透光件的固定组件。

进一步地，所述固定组件包括开设于所述基座的定位槽，所述圆柱透光件设于所述定位槽。

进一步地，所述固定组件还包括设于所述定位槽的内壁与所述圆柱透光件之间的粘接剂。

进一步地，所述固定组件还包括开设于所述圆柱透光件的侧端部的限位槽、以及设于所述定位槽内且与所述限位槽相对应的限位柱。

进一步地，所述固定组件还包括设于所述定位槽的相对的两端的限位板。

进一步地，其特征在于，所述圆柱透光件为光纤或圆柱透镜。

进一步地，其特征在于，所述基座为陶瓷座。

进一步地，其特征在于，所述定位槽的横截面为圆弧形或V字型。

进一步地，其特征在于，所述基座开设有连接通孔，所述印制电路板开设有螺纹孔，所述基座与所述印制电路板之间设有连接螺钉，所述连接螺钉贯穿所述连接通孔并与所述螺纹孔螺纹连接。

本发明的另一个目的在于提供一种激光雷达，包括前述的半导体激光器阵列的快轴准直结构。

本发明的有益效果：对于视场物理距离较近的多个半导体激光器可设置于同一基座上，在基座上的多个半导体激光器沿圆柱透光件的长度方向依次设置，实现了单根圆柱透光件同时对多个半导体激光器进行快轴准直。在一个基座(发射板)上设置多个半导体激光器，并同时对多个半导体激光器进行快轴准直，减小出光的发散角，提高了能量集中度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的实施例中半导体激光器阵列的快轴准直结构的俯视图；

图2为本发明的实施例中半导体激光器阵列的快轴准直结构的侧视图；

图3为本发明的实施例中基座的侧视图；

图4为本发明的其中一个实施例中半导体激光器阵列的快轴准直结构的分解图；

图5为本发明的另一个实施例中半导体激光器阵列的快轴准直结构的分解图；

图6为本发明的实施例中激光雷达的整体结构示意图；

图7为本发明的实施例中激光雷达的旋转部的拆分结构示意图；

图8为本发明的实施例中多线激光雷达的光学系统的俯视图；

图9为本发明的其中一个实施例中发射阵列和接收阵列的结构示意图。

图1-图5中：

1、印制电路板；2、基座；201、定位槽；202、限位柱；203、限位板；3、半导体激光器；4、圆柱透光件；401、限位槽。

图6-图9中：

1、旋转部；11、支架；2、固定部；21、底座；22、旋转轴；3、旋转机构；4、外壳；5、顶盖；10、发射阵列；100、发射板；101、第一发射板组；1011、第一发射板子集；1012、第二发射板子集；102、第二发射板组；103、第三发射板组；1031、第三发射板子集；1032、第四发射板子集；20、接收阵列；200、接收板；201、第一接收板组；2011、第一接收板子集；2012、第二接收板子集；202、第二接收板组；203、第三接收板组；2031、第三接收板子集；2032、第四接收板子集；30、发射端光学单元；40、接收端光学单元；50、发射端反射镜组；501、第一反射镜；502、第二反射镜；60、接收端反射镜组；601、第三反射镜；602、第四反射镜。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。

如图1-图5所示，本发明实施例提出了一种半导体激光器阵列的快轴准直结构，包括印制电路板1、设于印制电路板1的至少一个基座2、设于基座2的多个半导体激光器3、以及固定安装于基座2的圆柱透光件4；多个半导体激光器3沿圆柱透光件4的长度方向依次设置；基座2与圆柱透光件4之间设有用于固定圆柱透光件4的固定组件。

在本发明的实施例中，对于视场物理距离较近的多个半导体激光器3可设置于同一基座2上，基座2上的多个半导体激光器3沿圆柱透光件4的长度方向依次设置，实现了单根圆柱透光件4同时对多个半导体激光器3进行快轴准直。在一个基座2(发射板)上设置多个半导体激光器3，并同时对多个半导体激光器3进行快轴准直，减小出光的发散角，提高了能量集中度。半导体激光器3可通过自动化设备的精确定位安装于基座2上。圆柱透光件4通过固定组件固定安装于基座2上，基座2可通过自动化设备的精确定位安装于印制电路板1上。

在本发明的实施例中，请参阅图1，对于印制电路板1的边缘的半导体激光器3，由于其距离中间视场的距离较大且半导体激光器3的偏转角度也较大，因此可单独对其进行快轴准直，也即圆柱透光件4对单个半导体激光器3进行快轴准直。

进一步地，请参阅图1-图3，作为本发明提供的一种半导体激光器阵列的快轴准直结构的另一种具体实施方式，固定组件包括开设于基座2的定位槽201，圆柱透光件4设于定位槽201。在基座2上通过精密加工出定位槽201，将圆柱透光件4放置于定位槽201即可实现圆柱透光件4与半导体激光器3的精确定位，减少了装配的时间，且增加了产品的一致性。圆柱透光件4的底部可以过盈配合的方式嵌设于定位槽201内，以实现定位槽201对圆柱透光件4的固定安装。

进一步地，作为本发明提供的一种半导体激光器阵列的快轴准直结构的另一种具体实施方式，固定组件还包括设于定位槽201的内壁与圆柱透光件4之间的粘接剂。粘接剂将圆柱透光件4粘接固定于定位槽201内，以实现圆柱透光件4更稳固的安装于基座2上。

进一步地，请参阅图4，作为本发明提供的一种半导体激光器阵列的快轴准直结构的另一种具体实施方式，固定组件还包括开设于圆柱透光件4的侧端部(也即圆柱透光件4的侧表面上位于圆柱透光件4的两端的位置)的限位槽401、以及设于定位槽201内且与限位槽401相对应的限位柱202。圆柱透光件4安装于定位槽201时，定位槽201内的限位柱202插入圆柱透光件4上的限位槽401内，避免圆柱透光件4使用过程中受外力冲击沿限位槽401的长度方向滑动，进一步提升圆柱透光件4固定安装的稳定性。

进一步地，请参阅图5，作为本发明提供的一种半导体激光器阵列的快轴准直结构的另一种具体实施方式，固定组件还包括设于定位槽201的相对的两端的限位板203。圆柱透光件4安装于定位槽201时，圆柱透光件4相对的两端分别与定位槽201的相对的两端的限位板203相抵接，进而避免圆柱透光件4使用过程中受外力冲击沿限位槽401的长度方向滑动，进一步提升圆柱透光件4固定安装的稳定性。

进一步地，请参阅图2，作为本发明提供的一种半导体激光器阵列的快轴准直结构的另一种具体实施方式，圆柱透光件4为光纤或圆柱透镜。

进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的一种半导体激光器阵列的快轴准直结构的另一种具体实施方式，基座2为陶瓷座，于其他实施例中，基座2也可为除陶瓷材质的其他材质，此处不作唯一限定。

进一步地，作为本发明提供的一种半导体激光器阵列的快轴准直结构的另一种具体实施方式，定位槽201的横截面为圆弧形(参阅图3)或V字型。定位槽201的横截面为圆弧形或V字型时，定位槽201均具有较好的对称性，以便于圆柱透光件4的定位安装，进而减少装配加工的工时。

进一步地，作为本发明提供的一种半导体激光器阵列的快轴准直结构的另一种具体实施方式，基座2开设有连接通孔，印制电路板1开设有螺纹孔，基座2与印制电路板1之间设有连接螺钉，连接螺钉贯穿连接通孔并与螺纹孔螺纹连接。基座2与印制电路板1之间通过连接螺钉实现快速连接。

激光雷达，包括前述实施例中的半导体激光器阵列的快轴准直结构。可以理解的是，激光雷达还包括现有技术中的其他组成机械扫描式激光雷达的必备组件。示例的，如图6-图9所示，作为本发明实施例提供的一种激光雷达还包括旋转部1和固定部2，固定部2和旋转部1之间通过旋转机构3连接，旋转机构3带动旋转部1相对固定部2进行360°旋转；固定部2包括底座21和设置于底座21中心的旋转轴22，旋转部1绕旋转轴22旋转。

还包括外壳4，旋转部1设置于外壳4和底座21合围而成的空腔内。

旋转部1上设置有发射阵列10，用于发射多路出射激光；发射阵列10包括沿竖直方向依次排列的第一发射板组101、第二发射板组102和第三发射板组103。

第一发射板组101包括数量相同的第一发射板子集1011和第二发射板子集1012，每个发射板子集包括至少一个发射板100，第一发射板子集1011和第二发射板子集1012在竖直方向上交错排列；第二发射板组102，包括至少一个发射板100；第三发射板组103包括数量相同的第三发射板子集1031和第四发射板子集1032，每个发射板子集包括至少一个发射板100，第三发射板子集1031和第四发射板子集1032在竖直方向上交错排列；每个发射板100与水平面之间的夹角均不同且为锐角。

第一发射板组101和第三发射板组103的发射板100上包括一个发射器，

第二发射板组102的发射板100上包括多个发射器。

旋转部1上还设置有与发射阵列10对应设置的接收阵列20，用于接收多路激光回波，多路激光回波为多路出射激光被目标物体反射后的激光；接收阵列20包括沿竖直方向依次排列的第一接收板组201、第二接收板组202和第三接收板组203。

第一接收板组201包括数量相同的第一接收板子集2011和第二接收板子集2012，每个接收板子集包括至少一个接收板200，第一接收板子集2011和第二接收板子集2012在竖直方向上交错排列；第二接收板组202，包括至少一个接收板200；第三接收板组203包括数量相同的第三接收板子集2031和第四接收板子集2032，每个接收板子集包括至少一个接收板200，第三接收板子集2031和第四接收板子集2032在竖直方向上交错排列；每个接收板200与水平面之间的夹角均不同且为锐角。

第一接收板组201和第三接收板组203的接收板200上包括一个接收器，第二接收板组202的接收板200上包括多个接收器。

旋转部1上设置有支架11，发射阵列10和接收阵列20分别固定于支架11的两侧。

示例性的，如图9所示，发射阵列10从上至下依次排列有第一发射板组101、第二发射板组102和第三发射板组103。第一发射板组101包括第一发射板子集1011和第二发射板子集1012，每个子集包括4个发射板100并在竖直方向上交错排列，每个发射板100上包括1个发射器；第二发射板组102包括4个发射板100，每个发射板100上包括4个发射器；第三发射板组103包括第三发射板子集1031和第四发射板子集1032，每个子集包括4个发射板100并在竖直方向上交错排列，每个发射板100上包括1个发射器。

接收阵列200从上至下依次排列有第一接收板组201、第二接收板组202和第三接收板组203。第一接收板组201包括第一接收板子集2011和第二接收板子集2012，每个子集包括4个接收板200并在竖直方向上交错排列，每个接收板200上包括1个接收器；第二接收板组202包括4个接收板200，每个接收板200上包括4个接收器；第三接收板组203包括第三接收板子集2031和第四接收板子集2032，每个子集包括4个接收板200并在竖直方向上交错排列，每个接收板200上包括1个接收器。

第一发射板组101对应第一接收板组201，第二发射板组102对应第二接收板组202，第三发射板组103对应第三接收板组203。

第一发射板子集1011、第二发射板子集1012、第三发射板子集1031和第四发射板子集1032的发射板100均为扇形，第一发射板子集1011的发射板100和第二发射板子集1012的发射板100在水平面上的投影不重叠或部分重叠，第三发射板子集1031的发射板100和第四发射板子集1032的发射板100在水平面上的投影不重叠或部分重叠。

第一发射板组101和第三发射板组103在水平面上的投影在第二发射板组102在水平面上的投影区域之内。

第一接收板子集2011、第二接收板子集2012、第三接收板子集2031和第四接收板子集2032的接收板200均为扇形，第一接收板子集2011的接收板200和第二接收板子集2012的接收板200在水平面上的投影不重叠或部分重叠，第三接收板子集2031的接收板200和第四接收板子集2032的接收板200在水平面上的投影不重叠或部分重叠。

第一接收板组201和第三接收板组203在水平面上的投影在第二接收板组202在水平面上的投影区域之内。

发射阵列10和接收阵列20的上述设置，能够充分利用安装空间，排列紧凑占用体积小，精简器件的使用，整体重量轻。

旋转部1上还包括发射端光学单元30和接收端光学单元40。发射端光学单元30，用于准直多路出射激光，发射端光学单元30设置于旋转部1，发射阵列10的出光面处于发射端光学单元30的焦平面。接收端光学单元40，用于聚焦多路激光回波，接收端光学单元40设置于旋转部1，接收阵列20的接收面处于接收端光学单元40的焦平面。

发射阵列10和发射端光学单元30之间设置有发射端反射镜组50；发射端反射镜组50包括第一反射镜501和第二反射镜502，发射阵列10发射的多路出射激光依次经过第一反射镜501和第二反射镜502偏转后射向发射端光学单元30。

接收阵列20和接收端光学单元40之间设置有接收端反射镜组60；接收端反射镜组60包括第三反射镜601和第四反射镜602，接收端光学单元40接收的多路激光回波依次经过第三反射镜601和第四反射镜602偏转后射向接收阵列20。

发射光路和接收光路折叠，节省内部空间，减小体积。

使用过程中，发射阵列10发射多路出射激光，出射激光经过第一反射镜501和第二反射镜502两次偏转后射向发射端光学单元30，发射端光学单元30将出射激光准直后向外出射；多路出射激光被目标物体反射后的多路激光回波由接收端光学单元40聚焦后，经过第三反射镜601和第四反射镜602两次偏转后射向接收阵列20；同时，发射阵列10、发射端光学单元30、发射端反射镜组50、接收阵列20、接收端光学单元40、接收端反射镜组60均置于旋转部1上，旋转机构3带动旋转部1绕固定部2的旋转轴22进行360°旋转，实现全角度扫描。

可以理解的是，另一种具体实施方式中的方案可为在其他实施例的基础上进一步改进的实施方案。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.半导体激光器阵列的快轴准直结构，其特征在于，包括印制电路板、设于所述印制电路板的两个基座、设于所述基座的多个半导体激光器、以及固定安装于所述基座的圆柱透光件；多个所述半导体激光器沿所述圆柱透光件的长度方向依次设置；所述基座与所述圆柱透光件之间设有用于固定所述圆柱透光件的固定组件；所述基座位于所述印制电路板的上表面，所述半导体激光器位于所述基座的上表面,所述两个基座分别位于中间视场和边缘视场,且两个基座呈角度设置,对于视场物理距离较近的多个半导体激光器设置于同一基座上；所述两个基座上的半导体激光器同侧出光。

2.根据权利要求1所述的半导体激光器阵列的快轴准直结构，其特征在于，所述固定组件包括开设于所述基座的定位槽，所述圆柱透光件设于所述定位槽。

3.根据权利要求2所述的半导体激光器阵列的快轴准直结构，其特征在于，所述固定组件还包括设于所述定位槽的内壁与所述圆柱透光件之间的粘接剂。

4.根据权利要求2所述的半导体激光器阵列的快轴准直结构，其特征在于，所述固定组件还包括开设于所述圆柱透光件的侧端部的限位槽、以及设于所述定位槽内且与所述限位槽相对应的限位柱。

5.根据权利要求2所述的半导体激光器阵列的快轴准直结构，其特征在于，所述固定组件还包括设于所述定位槽的两块限位板，所述圆柱透光件相对的两端分别与两块所述限位板相抵接。

6.根据权利要求1-5任一项所述的半导体激光器阵列的快轴准直结构，其特征在于，所述圆柱透光件为光纤或圆柱透镜。

7.根据权利要求1-5任一项所述的半导体激光器阵列的快轴准直结构，其特征在于，所述基座为陶瓷座。

8.根据权利要求2-5任一项所述的半导体激光器阵列的快轴准直结构，其特征在于，所述定位槽的横截面为圆弧形或V字型。

9.根据权利要求1-5任一项所述的半导体激光器阵列的快轴准直结构，其特征在于，所述基座开设有连接通孔，所述印制电路板开设有螺纹孔，所述基座与所述印制电路板之间设有连接螺钉，所述连接螺钉贯穿所述连接通孔并与所述螺纹孔螺纹连接。

10.激光雷达，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的半导体激光器阵列的快轴准直结构。

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