CN111077510B - 一种激光雷达的接收端和激光雷达 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种激光雷达的接收端，光敏元件、电路板和支架；其中：该光敏元件设置在该电路板上；该电路板与该支架固定连接；该支架可随温度发生形变，且通过形变带动该电路板移动。由此，可以提供一种新的接收端。

Description

一种激光雷达的接收端和激光雷达

技术领域

本公开涉及激光探测技术领域，特别涉及一种激光雷达的接收端和激光雷达。

背景技术

本部分提供了与本公开相关的背景信息，这些信息并不必然构成现有技术。

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、测距精度等方面具有不可比拟的优势。激光雷达通过发射和接收激光束，分析激光遇到目标对象后的折返时间，计算出目标对象与车的相对距离。

激光雷达处于工作状态的时候，激光雷达中各个机械零件的温度可能发生变化；当温度发生变化时，接收端光敏元件上接收到的信号光斑可能会发生偏移。

发明内容

第一方面，本申请实施例提供了一种激光雷达接收端，包括：光敏元件、电路板和支架；其中：上述光敏元件设置在上述电路板上；上述电路板与上述支架固定连接；所述支架可随温度发生形变，且通过形变带动所述电路板移动。

在一些实施例中，上述光敏元件的移动量与光斑偏移矢量一致，其中，上述光斑偏移矢量指示光斑的实际接收位置与理论接收位置之间的方向和距离。

在一些实施例中，上述支架包括挠性结构，上述挠性结构的设置使上述支架能够形变，上述支架的形变带动上述光敏元件移动。

在一些实施例中，上述支架包括第一部和第二部，上述挠性结构位于上述第一部，上述接收端包括推动件，上述推动件用于推动上述第一部形变，上述第一部的形变推动上述第二部移动。

在一些实施例中，上述推动件能够跟随温度的变化发生形变。

在一些实施例中，上述支架的第一端与上述电路板固定连接。

在一些实施例中，上述支架的第二端与上述电路板活动连接。

在一些实施例中，上述接收端包括底座，上述底座用于将上述支架与激光雷达的转子固定连接。

在一些实施例中，上述接收端包括限位件，其中，上述限位件对底座进行限位。

在一些实施例中，上述限位件与上述底座之间填充胶水。

在一些实施例中，上述底座的一端与上述转子固定连接，上述底座的另一端与上述转子活动连接。

在一些实施例中，上述接收端包括限位件，其中，上述限位件将底座与上述转子固定连接，上述限位件与上述底座之间填充胶水。

在一些实施例中，上述支架所在的平面与上述转子的底面之间的夹角小于90度。

第二方面，本申请实施例提供了一种激光雷达，包括第一方面任一项上述的激光雷达接收端。

由此可见，根据本公开的激光雷达接收端和激光雷达，由于支架可以随着温度发生形变，通过支架带动电路板移动，继而以带动电路板上的光敏元件移动，由此，可以使得在温度变化导致光斑偏移时，光斑始终对准光敏元件。

附图说明

根据以下参照附图的详细描述，将更好地理解本公开的前述及另外的特征和特点，这些附图仅作为示例并且不一定是按比例绘制。在附图中采用相同的附图标记指示相同的部件，在附图中：

图1示出根据本公开的接收端的示例性结构示意图；

图2示出根据本公开的接收端的另一结构示意图；

其中：

1-支架，11-挠性结构、12-第一部、13-第二部；2-推动件；3-底座；4-限位件。

具体实施方式

现在将结合附图对本公开的优选实施方式进行详细描述。以下的描述在本质上只是示例性的而非意在限制本公开及其应用或用途。

在本公开的描述中，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公开和简化描述，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公开的限制。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，以便这里描述的本公开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。

本公开的实施例提供一种激光雷达的接收端，包括光敏元件、电路板和支架。

在本实施例中，上述光敏元件可以是用于接收回波光斑的元件。上述回波光斑可以是待测目标反射激光雷达发射的激光光束而形成的。

在本实施例中，上述光敏元件的种类可以根据实际应用场景确定，在此不做限定。例如，上述光敏元件可以是雪崩光电二极管(AvalanchePhotoDiode，APD)、电荷耦合元件(Charge-coupled Device，CCD)、光电倍增管(Photo-Multiplier Tube,PMT)、单光子雪崩二级管(Single Photon Avalanche Diodes,SPAD)等。

在本实施例中，上述电路板上可以安装一个或者多个光敏元件。作为示例，上述电路板可以是印制电路板(Printed circuit board，PCB)。

在一些实施例中，上述电路板可以围绕安装在其上的光敏元件，设置各种电路，例如，设置的电路可以用于将光敏元件感光而生成的电信号，传递到处理器；由处理器处理可以得到回波光斑的一些相关信息，进而可以计算出障碍物的一些信息。

在本实施例中，上述支架可以用于通过带动电路板移动而带动光敏元件移动。上述支架的形状和材料，可以是各种各样的，在此不做限定。

在本实施例中，所述支架可随温度发生形变，且通过形变带动所述电路板移动。

需要说明的是，上述实施例提供的激光雷达的接收端，通过支架带动电路板移动，以带动电路板上的光敏元件移动，由此，可以提供一种新的接收端。

在一些实施例中，上述光敏元件的偏移矢量与光斑偏移矢量一致。在这里，上述光斑偏移矢量可以指示光斑的实际接收位置和理论接收位置之间的方向和距离。

需要说明的是，在光学系统中，由于光机结构支架及光学器件的热膨胀系数差异，可能导致在机械雷达温度升高或者降低时，光路结构发生变化。对于对准精度要求较高的激光雷达系统，光路的变化会导致接收端接收到的光信号的减弱，因此可能降低雷达的测远能力。

另外，当光学系统定了的时候，光斑的偏移矢量可以说是个固定值，例如温度升高60度，光斑偏移20到30微米，由于在一些光学系统设计中，光敏元件面积可能较大，例如500微米×400微米，光斑偏移矢量可能不足以引起光斑偏离出光敏元件，在一些情况下，为了提高信噪比，想到可以采用尺寸更小的光敏元件例如230微米，此时光斑的偏移可能会引起较大的误差，所以带来的技术问题就是如何使得在温度变化导致光斑偏移时，光斑始终对准光敏元件。

一些解决上述问题的方案，可以为通过材料(比如转子的材料，某个膨胀系数较大的材料)的调整，或者光路的优化来尽量减少整体光路的变化。

需要说明的是，本公开的一些实施例，可以利用支架带动光敏元件移动，使得接收端光敏元件与光斑同向偏移，并且偏移量一致，以抵消光路变化带来的影响。

在一些实施例中，请参考图1，图1为接收端的结构示意图。图1中，上述支架1可以包括挠性结构11。在这里，挠性结构的设置使支架能够变形，上述支架的变形带动光敏元件移动。在这里，挠性结构的设置位置可以根据实际情况进行确定，在此不做限定。

作为示例，挠性结构可以是支架本体上的比较薄的区域，使得支架在这个区域附近可以有一些形变量，从而使得支架本体可以有一些形变量。

在一些实施例中，上述支架可以包括第一部12和第二部13。例如，图1中支架大致可以看做一个四边形，四边形的(对着的)两个边可以作为第一部，四边形的(对着的)另外两个边可以作为第二部。作为示例，第一部可以包括上下两个边，第二部可以包括左右两个边。

可选的，上述挠性结构可以位于第二部13。

可选的，上述挠性结构可以位于第一部12。需要说明的是，本实施例的附图中以挠性结构位于第一部12进行示意，不应理解为对挠性结构在支架中的位置进行限定。

在这里，上述接收端可以包括推动件2，上述推动件2可以用于推动第一部12形变，上述第一部12的形变可以推动第二部13移动。

在一些实施例中，推动件可以是动力传递件，也就是推动件自身的形状不发生变化，将其它动力源的动力传递到第一部。

在一些实施例中，推动件还可以是动力提供件，也就是推动件自身的形状发生变化，由于自身形变推动第一部形变。

在这里，上述推动件的形变动力，可以是各种各样的。

作为示例，推动件的形变动力，可以其它动力机构，例如可以是微型电动机；微型电动机可以驱动推动件的形变。

在一些实施例中，上述推动件能够跟随温度的变化发生形变，上述推动件的形变推动第一部形变。

作为示例，推动件的形变动力，可以是温度变化而导致的推动件自身的热胀冷缩。

需要说明的是，利用推动件的结构热形变，使得接收端光敏元件与光斑同向偏移，以抵消光路变化带来的影响。

在一些实施例中，请参考图1，推动件2的形状可以是实心立方体；推动件的材料可以是通用型热塑性聚合物，例如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene，ABS)。

在一些实施例中，上述支架的材料可以是铝合金。

在一些实施例中，上述支架的第一端与电路板固定连接；上述支架的第二端与电路板是否连接以及连接方式，在此不做限定。

在一些实施例中，上述支架的第二端与电路板不连接。

在一些实施例中，上述支架的第二端与电路板活动连接。

请参考图1，支架的第一端可以位于第二部的一边，支架的第二端可以位于第二部的另一边。需要说明的是，图1中示出支架的第一端和第二端位于第二部，是为了举例说明，不应理解为对支架的第一端和第二端在支架中的位置的限定；实际上，支架的第一端也可以位于第一部，或者支架的中间位置或者靠近中间的位置(如果支架的中间位置或者靠近中间的位置设置立柱或者横梁的话)。

需要说明的是，在激光雷达的温度升高或者降低时，由于支架与推动件的热膨胀系数不同，推动件的长度增量大于支架，推动支架的第一部发生弹性形变，支架的宽度变宽。电路板固定在支架的一侧，另一侧通过与支架不连接或者活动连接。支架沿着水平方向变宽了之后，支架与电路板固定连接的一端，带动电路板移动；支架与电路板不连接或者活动连接的一端，可以具有活动空间，使得电路板可以移动。

在一些实施例中，支架的第二端与电路板粘接并定位；粘接可以理解为一种活动连接，相互之间的可活动程度较低。支架沿着水平方向变宽了之后，电路板与支架活动连接的区域附近发生相对移动，而胶水此时还是粘在板子和支架上，使得板子不会出现大幅度移动。

光斑偏移量如上上述，基本是个固定值，那么就需要去调节支架的偏移量使其大概相同，通过调节实心立方体的推动件的截面积，或者调节支架设计的几何参数，可以控制光敏元件的移动矢量，与光斑偏移矢量所的一致，则此时接收到的光斑与接收端无相对位移，避免了由此导致的信号下降问题。

在一些实施例中，请参考图1，接收端可以包括底座3。在这里，底座3可以用于将上述支架1和激光雷达的转子固定连接。激光雷达的转子在附图中没有示出。

在一些实施例中，底座可以与支架一体成型，也可以是组合在一起的分立部件。

在一些实施例中，底座的两端均与转子固定连接。例如，底座的两端均与转子通过螺钉连接。

在一些实施例中，底座的一端与转子固定连接，底座的另一端与转子活动连接。例如，底座的一端与转子通过螺钉固定连接，底座的另一端与转子通过胶水粘接。

需要说明的是，由于支架形变，底座另一端可能会翘起来，底座一端与转子固定连接的设置可以避免底座的一边翘起来；而底座的另一端与转子活动连接这种设置方式，可以使得底座在得以固定的同时具有一些可以活动的量，避免因底座固定比较牢固而使得支架在温升形变时发生期望之外的阻力

在一些实施例中，请参考图2，上述接收端可以包括限位件4。在这里，上述限位件4可以对底座进行限位，或者说，将底座3与转子固定连接，上述限位件与上述底座之间填充胶水。需要说明的是，图2主要是为了示出限位件4，为了附图的简明，图2中其它的各种结构未进行标号。

在这里，对于限位件的形状和材料可以根据应用场景进行设置，在此不做限定。

在一些实施例中，上述限位件可以是片状结构(例如金属片)，片状结构可以固定两侧底座。片状结构厚度可能不均，由此可能导致片状结构和底座平面之间间隙不均匀，不均匀的间隙处可以使用硅橡胶填充。

需要说明的是，由于支架形变，底座另一边会翘起来，限位件的设置可以避免底座的一边翘起来；而同时采用胶水来固定限位件，可以使得底座在得以固定的同时具有一些可以活动的量，避免因底座固定比较牢固而使得支架在温升形变时发生期望之外的阻力。

在一些实施例中，上述支架所在的平面与上述转子的底面之间的夹角小于90度。底座与转子底面一般是平行的，换句话说，支架的竖直部分可能和底座不垂直，是倾斜的。

需要说明的是，适用于整体光路倾斜5度的情况等。这种支架与转子底面之间的倾斜在安装的时候调节，因为各个激光雷达之间个体差异不大，基本上光斑偏移量是确定的。

本公开的实施例提供一种激光雷达，上述激光雷达可以包括本公开中提供的任意一种接收端。

显而易见的是，通过将不同的实施方式及各个技术特征以不同的方式进行组合或者对其进行改型，可以进一步设计得出各种不同的实施方式。

上文结合具体实施方式描述了根据本公开的优选实施方式的激光雷达的接收端和激光雷达。可以理解，以上描述仅为示例性的而非限制性的，在不背离本公开的范围的情况下，本领域技术人员参照上述描述可以想到多种变型和修改。这些变型和修改同样包含在本公开的保护范围内。

以上上述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种激光雷达的接收端，其特征在于，包括：光敏元件、电路板和支架；其中：

所述光敏元件设置在所述电路板上；

所述电路板与所述支架固定连接；所述支架可随温度发生形变，且通过形变带动所述电路板移动，其中，所述支架包括挠性结构，所述挠性结构包括所述支架本体中较薄的部分，所述支架的第一端与所述电路板固定连接，所述支架的第二端与所述电路板活动连接，所述挠性结构的设置使所述支架能够形变，所述支架的第一端带动所述电路板移动；

所述支架包括第一部和第二部，所述挠性结构位于所述第一部，所述接收端包括推动件，所述推动件用于推动所述第一部形变，所述第一部的形变推动所述第二部移动；

所述推动件能够跟随温度的变化发生形变。

2.根据权利要求1所述的接收端，其特征在于，所述光敏元件的移动与光斑偏移矢量一致，其中，所述光斑偏移矢量指示光斑的实际接收位置与理论接收位置之间的方向和距离。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的接收端，其特征在于，所述支架包括底座，所述底座用于将所述支架与激光雷达的转子固定连接。

4.根据权利要求3所述的接收端，其特征在于，所述接收端包括限位件，其中，所述限位件对底座进行限位。

5.根据权利要求4所述的接收端，其特征在于，所述限位件与所述底座之间填充胶水。

6.根据权利要求3所述的接收端，其特征在于，所述底座的一端与所述转子固定连接，所述底座的另一端与所述转子活动连接。

7.根据权利要求3所述的接收端，其特征在于，所述支架所在的平面与所述转子的底面之间的夹角小于90度。

8.一种激光雷达，其特征在于，包括权利要求1-7中任一项所述的接收端。

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