CN113193471A - 激光器、激光器发射板组件、激光雷达和激光器封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光器，包括：基底，所述基底上具有定位部；激光器芯片，设置在所述基底上，所述激光器芯片具有发光面；和激光光束整形元件，通过所述定位部定位，并与所述激光器芯片的发光面相对。本发明还涉及一种激光器的封装方法和包括所述激光器的激光雷达。通过本发明的技术方案，激光器发射板组件垂直方向角分辨率的极限(仅受限于快轴尺寸)能够得到极大提升，并通过在硅基座上加工出精确定位结构，有效控制压缩后的快轴发散角与光束指向性，提升测距性能。

Description

激光器、激光器发射板组件、激光雷达和激光器封装方法

本申请是基于2019年7月31日提交的第201910702011.7号、发明名称为“激光器、激光器发射板组件、激光雷达和激光器封装方法”的分案申请。

技术领域

本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种激光器、包括该激光器的激光器发射板组件、激光雷达以及该激光器的封装方法。

背景技术

激光雷达LiDAR是激光主动探测传感器设备的一种统称，其工作原理大致如下：激光雷达的发射器发射出一束激光，激光光束遇到物体后，经过漫反射，返回至激光接收器，雷达模块根据发送和接收信号的时间间隔乘以光速，再除以2，即可计算出发射器与物体的距离。根据激光线束的多少，通常有例如单线激光雷达、4线激光雷达、8/16/32/64线激光雷达等。一个或多个激光束在竖直方向沿着不同的角度发射，经水平方向扫描，实现对目标区域三维轮廓的探测。多个测量通道(线)相当于多个角度的扫描平面，因此垂直视场内激光线束越多，其竖直方向的角分辨率就越高，激光点云的密度就越大。图1A示意性示出了激光雷达的一个实例。该激光雷达为16线激光雷达，即在图中的竖直平面中可发射L1、L2、…、L15、L16共16线激光束，用于对周围环境进行探测。在探测过程中，该激光雷达可沿着其竖直轴线旋转，在旋转过程中，激光雷达的各个通道根据一定的时间间隔(例如1微秒)依次发射激光束并进行探测从而完成一次垂直视场上的线扫描，之后在水平视场方向上间隔一定角度(例如0.1度或0.2度)进行下一次垂直视场的线扫描，从而在旋转过程中进行多次探测形成点云，即可感知周围环境的状况。

目前应用在机械激光雷达中的半导体激光器芯片大多为边发射型。边发射型激光器的发光面具有快轴方向和慢轴方向，如图1B示意性所示，其中边发射型激光器沿着慢轴方向的尺寸较大，例如为百μm量级，沿着快轴方向的尺寸较小，例如为十μm量级。另外图1B中示意性示出了激光器芯片的负电极N，正电极P例如位于与负电极N相对的下表面上。

图1C示意性示出了激光器芯片在机械激光雷达中的一种安装示意图。结合图1A、1B和1C，图1C的电路板沿着图1A中的竖直方向设置在激光雷达中，其上沿着激光雷达出射光学系统焦平面的竖直方向(图1A中的竖直方向)设置有多个图1B所示的边发射型的激光器芯片，激光器芯片自发光面出射激光束，激光束指向出射光学系统。由于发光面的慢轴方向与电极是平行的，而在常规应用过程中，激光器芯片的电极是直接贴装于电路板上的，所以其发光面慢轴方向与电路板是平行设置的(如图1C所示)。图1C中沿着激光雷达的竖直方向设置有多个边发射型的激光器芯片，因此图1C中激光器芯片的发光面的慢轴方向(图1C中竖直虚线)即为图1A中的竖直方向，发光面的快轴方向为垂直于纸面的方向。对于激光雷达，如果需要提高垂直方向角分辨率的极限，则需要发光面在竖直方向尺寸尽可能小。图1C所示的结构中，需要将多个激光器芯片沿着激光雷达的竖直方向设置，同时需要使得激光器芯片的慢轴方向沿着图中的竖直方向设置，而边发射型激光器的慢轴尺寸较大(百μm量级)，因此在焦平面有限的竖直方向尺寸范围内，无法将激光器芯片布置的更为密集，不利于提高垂直方向角分辨率的极限。基于以上情况，现有技术中存在将电路板水平放置的解决方案，如图2所示。

图2的技术方案中，是将电路板水平放置，激光器芯片直接贴在电路板上。其具有以下缺点。

首先对于激光雷达，每一个不同的垂直角度，都需要一个(在发射透镜焦平面处)竖直高度不同的激光器，那么就需要对应个数的电路板水平放置(如64线则需要64块电路板)，并在竖直方向上错开。因此在一定尺寸内，激光雷达的垂直角分辨率极限会极大地受制于电路板板厚以及电路板上的元器件高度等。

其次，为了保证激光雷达垂直角度的一致性，需要对承载每个激光器的电路板的位置做精确固定，过程繁琐复杂。

因此，现有技术中持续存在对于能够提高垂直方向角分辨率的激光器和激光雷达广泛的需求。

背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

发明内容

有鉴于现有技术的至少一个缺陷，本发明提供一种激光器，包括：基底，所述基底上具有定位部；激光器芯片，设置在所述基底上，所述激光器芯片具有发光面；和激光光束整形元件，通过所述定位部定位，并与所述激光器芯片的发光面相对。

根据本发明的一个方面，所述定位部包括V形槽、U形槽、台阶中的一个或多个。

根据本发明的一个方面，所述激光光束整形元件包括光纤、柱镜、D透镜或非球面镜。

根据本发明的一个方面，所述激光器芯片为边发射型，所述发光面具有慢轴方向和快轴方向，其中所述慢轴方向与所述激光光束整形元件的延伸方向平行，所述激光光束整形元件为快轴压缩元件，配置成可压缩从所述发光面发射的激光在所述快轴方向上的发散角。

根据本发明的一个方面，所述基座为硅基座(可刻蚀的材料，能精确控制刻蚀深度)，所述定位部通过刻蚀工艺形成在所述硅基座上。

根据本发明的一个方面，所述的激光器还包括设置在所述基底上的电极，所述电极配置成可对所述激光器芯片供电。

根据本发明的一个方面，所述电极包括由间隔部隔开的正电极和负电极。

根据本发明的一个方面，所述正电极和负电极均设置在基底上的与所述激光器芯片相同的一表面上、以及所述基底上的与所述发光面垂直的一侧面上。

根据本发明的一个方面，所述正电极和负电极均设置在基底上的与所述激光器芯片相同的一表面上、以及所述基底上的与所述发光面平行的一端面上。

根据本发明的一个方面，所述激光光束整形元件的中心与所述激光器芯片的发光面的中心等高。

本发明还提供一种激光器发射板组件，包括：电路板；和多个如上所述的激光器，设置在所述电路板上，并且所述激光器的激光器芯片的发光面朝向相同的方向。

根据本发明的一个方面，所述多个激光器焊接在所述电路板上，并且所述多个激光器的发光面的慢轴方向垂直于所述电路板。

根据本发明的一个方面，所述多个激光器焊接在所述电路板上，并且所述多个激光器的发光面的慢轴方向平行于所述电路板。

根据本发明的一个方面，所述激光器发射板组件包括多个所述电路板，每个电路板上设置有多个所述激光器，其中多个电路板上的激光器中的激光器芯片的发光面在快轴方向上相互错开。

根据本发明的一个方面，所述电路板上的多个所述激光器中的激光器芯片的发光面在快轴方向上相互错开。

本发明还涉及一种激光雷达，包括如上所述的激光器发射板组件。

本发明还涉及一种激光器的封装方法，包括：提供或制备基底；在所述基底上通过刻蚀或化学腐蚀形成定位部；将激光器芯片安装在所述基底上；利用所述定位部，将激光光束整形元件定位在所述基底上，使得所述激光器芯片的发光面与所述激光光束整形元件相对。

根据本发明的一个方面，所述激光器芯片为边发射型，所述发光面具有慢轴方向和快轴方向，其中所述慢轴方向与所述激光光束整形元件的延伸方向平行，所述激光光束整形元件为快轴压缩元件，配置成可压缩从所述发光面发射的激光在所述快轴方向上的发散角。

根据本发明的一个方面，所述基底为硅基底。

根据本发明的一个方面，所述的方法还包括使得所述激光光束整形元件的中心与所述激光器芯片的发光面的中心等高。

本发明激光器发射板组件垂直方向角分辨率的极限(仅受限于快轴尺寸)能够得到极大提升。相对于图1C的设置方式，本发明的技术方案可以实现芯片发光面翻转90°的同时，进行精确的快轴压缩。硅等材料本身利用刻蚀工艺可以精确控制加工深度及尺寸，制备出一个图形尺寸精确的基座，有效控制压缩后的快轴发散角与光束指向性，提升测距性能。而且芯片发光面实现翻转90°，更有利于减少地面车道线、人行线、以及远处地面的测量误差。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1A是激光雷达的示意图；图1B是边发射型激光器芯片的示意图；

图1C是现有半导体激光器芯片和电路板的的一种设置方式的示意图；

图2是现有半导体激光器芯片和电路板的的另一种设置方式的示意图；

图3A是根据本发明第一方面的激光器从前侧观察的立体图，图3B是该激光器从后侧观察的立体图，图3C和3D分别是图3A和3B的渲染图；

图4A示出了激光器芯片发出的激光光束沿着慢轴方向的发散角和沿着快轴方向的发散角；图4B和4C示出了激光器芯片发射的激光光束，分别经过D透镜和光纤后，其快轴方向的发散角减小的情况；

图5A和5B示出了根据本发明另一个实施例的激光器；

图6A和6B示出了根据本发明另一个实施例的激光器，图6C和6D分别是图6A和6B的渲染图；

图7A和7B示出了根据图6A和6B激光器的一个变型；

图8示出了根据本发明一个优选实施例的激光器发射板组件；

图9A示出了根据本发明一个优选实施例的激光器发射板组件，图9B示出了根据本发明另一个优选实施例的激光器发射板组件；

图10示出了根据本发明的一个优选实施例的激光器发射板组件；

图11示出了根据本发明的一个优选实施例的激光器发射板组件；和

图12示出了根据本发明的一种激光器的封装方法。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"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所述特征。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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的第一方面涉及一种激光器10，如图3A、3B、3C和3D所示。下面参考图3A和3B详细描述，其中图3A是激光器10从前侧观察的立体图，图3B是激光器10从后侧观察的立体图，图3C和3D分别是图3A和3B的渲染图，以更清晰的示出激光器的详细结构。

如图3A和3B所示，激光器10包括基底11、激光器芯片12、以及激光光束整形元件13。其中，激光器芯片12设置在基底11上，激光器芯片12具有发光面121，在受电压驱动后，激光光束从该发光面121出射。激光光束整形元件13与该发光面121相对。其中为了将激光光束整形元件13精确地定位在基底上，在基底11上形成有定位部111，用于定位该激光光束整形元件13。图3B和3D更清晰地示出了定位部111。

激光器10的工作原理和方式如下。基底11为激光器10的其他光电部件提供支撑和定位。激光器芯片12在受电压驱动后，从其发光面121发射出激光光束，由于发光面121与激光光束整形元件13相对，发射出的激光束由激光光束整形元件13进行光学整形和调制，改变其一些光学参数和性质，然后继续出射。本领域技术人员能够理解，根据实际的需求可以选择适当的激光光束整形元件13及其所实现的功能。例如激光光束整形元件13可以对发光面121出射的激光光束进行某一方向的压缩，以减小沿该方向的发散角。或者，激光光束整形元件13可以调节从发光面121出射的激光光束的直径。激光光束整形元件13可以包括光纤、柱镜、D透镜或非球面镜中的一个或多个。本发明不限于激光光束整形元件13的具体类型和所实现的整形以及调制。这些都在本公开的范围内。优选地，所述定位部111设置成使得所述激光光束整形元件13的中心高度与所述激光器芯片12的发光面121的中心等高，以利于通过所述激光光束整形元件13来调节激光光束的光学参数。

根据本发明的一个优选实施例，激光器芯片12为边发射型的激光器芯片，如DBR(分布式布拉格反射器)设计的边发射型，DFB(分布式反馈)设计的边发射型等。边发射型激光器的发光面具有慢轴方向和快轴方向。图3A中示意性示出了激光器芯片12的发光面的快轴方向和慢轴方向。其中边发射型的激光器的发光面的慢轴方向的尺寸通常较大，快轴方向的尺寸通常较小(即图中激光器芯片12的厚度方向的尺寸)。边发射型的激光器发出的激光光束，在快轴方向上和慢轴方向上的发散角通常会有所区别，一般来说沿着慢轴方向的发散角较小，沿着快轴方向的发散角较大。图4A示出了激光器芯片发出的激光光束沿着慢轴方向的发散角θ和沿着快轴方向的发散角α。其中可以明显看出，快轴方向的发散角α明显大于慢轴方向的发散角θ。本领域技术人员容易理解，图4A中示出的发散角α和θ仅是示意性的，并不意味着实际激光器芯片的发散角有如此之大。根据一个实施例，沿着慢轴方向的发散角θ例如为10度左右，沿着快轴方向的发散角α例如为30度左右。

激光器芯片12例如贴附在基底11上，设置成使得发光面121垂直于所贴附的表面，平行于所述定位部111的延伸方向，如图3A和3B所示。激光器芯片12和激光光束整形元件13在基底11上设置成使得所述发光面121的慢轴方向平行于所述激光光束整形元件13的延伸方向，从而减小了激光器10的发光面高度，即减小了沿着图3中的竖直方向的发光面的尺寸。所述激光光束整形元件13例如为快轴压缩元件，可压缩从所述发光面121发射的激光在所述快轴方向上的发散角，从而使得出射的激光光束经过所述激光光束整形元件13之后，在所述快轴方向上的发散角更小，汇聚度更高。图4B和4C示出了激光器芯片12的发光面121发射的激光光束，经过激光光束整形元件13后，其快轴方向的发散角α减小的情况。图4B中示出了使用D透镜作为激光光束整形元件13的情形，图4C示出了使用光纤作为激光光束整形元件13的情形。其中，虚线示出了不经过压缩的光路，与之对应的实线为经过快轴压缩之后的光路。如图所示，经过D透镜或者光纤之后，激光光束的快轴方向的发散角α明显减小。

另外，图4B和4C中所示的激光器芯片与激光光束整形元件13相互间隔开一定距离，仅仅是为了说明的目的，并不限制本发明的保护范围，二者也可以是紧密相邻的。根据本发明的一个实施例，激光光束在经过激光光束整形元件13之后，其沿着快轴方向的发散角α压缩到和沿慢轴方向的发散角θ相当，例如从30度减小为例如10度。

根据本发明的一个优选实施例，所述激光光束整形元件13可以包括光纤、柱镜、D透镜或非球面镜中的一个或多个。通过以上所列举的激光光束整形元件13的各种实例，均可以实现发光面121出射的激光光束的整形和调制。例如最常见的，通过柱镜来压缩激光光束沿着快轴方向上的发散角。

根据本发明的一个优选实施例，所述定位部111包括V形槽、U形槽、台阶中的一个或多个，用于精确定位所述激光光束整形元件13。所述定位部111例如为位于基底的一端附近的微结构，例如在硅基座上可利用刻蚀工艺在前端加工出μm量级的V槽或基它槽形、台阶等微结构，所述微结构用于激光光束整形元件13的精确定位。对于V形槽的情形，可以直接将激光光束整形元件13嵌入该V形槽中进行定位。对于台阶的情形，可以将激光光束整形元件13紧靠台阶进行定位。本领域技术人员容易理解，激光光束整形元件13被精确定位之后，可通过其他附加的手段将其固定就位，例如通过粘结剂的方式将其固定在基底11上。

图3A和3B中示出了定位部111包括V形槽，例如位于靠近基底11的端部的位置处。其中激光光束整形元件13为光纤，卡固在该V形槽中。图3A和3B中示出了定位部111还包括台阶。通过V形槽和台阶的组合，有助于将所述激光光束整形元件13相对于所述激光器芯片12的发光面121进行精确定位，并对从发光面121出射的激光光束进行精确的调制和整形。本领域技术人员理解，单独地通过V形槽，或者单独地通过台阶，均可以作为定位部，实现激光器芯片121相对于激光光束整形元件的精确定位。这些都在本发明的保护范围内。

注意，本发明中所称的定位部，是指有助于激光光束整形元件定位的部分或者元件，并非局限于单独通过该定位部而不需要其他部件即可以定位该激光光束整形元件。这对于本领域技术人员是容易理解的。例如在图3A和3B的实施例中，除了定位部111，还可以通过粘结剂等方式来加强其定位效果。此处不再赘述。

图3A、3B、3C、3D示出的具有精确定位结构的半导体激光器结构，可以方便地调制激光器芯片的光束，便于安装。

图5A、5B示出了根据本发明另一个实施例的激光器10，其中的定位部111包括台阶，激光光束整形元件13为D透镜，抵靠着该台阶被定位。从激光器芯片12的发光面121出射的激光光束进入D透镜的平面一侧，并从另外一侧以更小的快轴方向发散角出射。本领域技术人员在本发明的教导和启示下，还可以构思出其他形状和类型的定位部以及激光光束整形元件，这些都在本发明的保护范围内。

根据本发明的一个优选实施例，所述基座为硅(优选为高阻硅)制成的基座，或者由其他能够通过刻蚀或化学腐蚀工艺精确控制加工深度的材料制成。定位部111通过刻蚀或者化学腐蚀工艺形成在所述硅基座上。相比于陶瓷材料，硅更容易进行刻蚀，并精确地控制定位部的位置和尺寸，从而使得激光光束整形元件13能够通过该定位部111精准地定位，对激光器芯片的发光面出射的激光束进行整形和调制，减小沿着快轴方向的发散角。

根据本发明的一个优选实施例，激光器10还包括设置在所述基底上的电极14，所述电极配置成可对所述激光器芯片供电。下面参考附图详细描述。

图3A和3B中示出了根据本发明一个优选实施例的电极14。如图3A所示，电极14包括正电极141和负电极142。正电极141和负电极142例如为金属板或者金属薄层(例如金箔)，例如通过电镀的方式被贴附设置于基底11的表面上。如图3A所示，正电极141和负电极142通过一间隔部16相互间隔开，间隔部16例如是基底11的一个整体的部分，其上不具有金属板或者金属薄层，从而将正电极141和负电极142间隔开(如图3C和3D更清楚的所示)。可替换的，间隔部16也可以是单独的一个不导电层，例如二氧化硅层。所述正电极141和负电极142均可设置在基底上的与所述激光器芯片相同的一表面上、以及所述基底上的与所述发光面垂直的一侧面上。例如正电极141和负电极142例如均延伸过基底11的两个表面，即图3A中的顶面以及靠近观察者的一侧的侧面，以方便安装。其中所述电极与电路板焊接的部分位于所述基座的所述侧面上。图3A中，正电极141和负电极142的上部(位于基底上的与所述激光器芯片相同的一表面上的部分)的延伸的方向(如图3A中正电极141的上部上的双向箭头所示)大致平行于所述激光器芯片12的发光面121，平行于所述激光光束整形元件13的延伸方向。激光器芯片12的下表面贴附于所述负电极142上，电位与所述负电极142相同；激光器芯片12的上表面通过导线(诸如金线)15耦接到所述正电极141上，电位与所述正电极141相同。正电极141和负电极142之间通过不具有电极材料的基底间隔开(例如图3A中左侧的贯穿基底上表面的V槽所示)。当激光器10通电时，正电极141和负电极142之间存在电压差，从而驱动激光器芯片12，从其发光面发射出激光光束。另外，正电极141和负电极142的极性可以互换，这也在本公开的保护范围内。图5A和5B的电极的排布方式与图3A和3B的类似，此处不再赘述。

图3A、3B、5A和5B所示的激光器10的各个部件的设置非常紧凑，尤其是当用于激光雷达的发射端时，可以密集排布，各个激光器10之间的间距的极限可以是激光器芯片的厚度(即沿着快轴方向的尺寸)，极大地提高了激光雷达在垂直方向上的角度分辨率的极限。

图6A和6B示出了根据本发明另一个实施例的激光器20，图6C和6D是图6A和6B的渲染图，更清晰地显示了其结构。激光器20包括基底21、激光器芯片22、以及激光光束整形元件23，基底21中具有定位部211，用于辅助该激光光束整形元件23的精确定位，与图3A和3B所示的类似，此处不再赘述。激光器20中还具有电极24，包括正电极241和负电极242，激光器芯片22贴附在负电极242上，激光器芯片22的上表面通过导线(诸如金线)25连接到正电极241。如图6A和6B所示，正电极241和负电极242通过一间隔部相互间隔开。所述正电极和负电极均设置在基底上的与所述激光器芯片相同的一表面上、以及所述基底上的与所述发光面平行的一端面上。例如，正电极241和负电极242同样延伸过基底21的两个表面，即图6A中的顶面和其中一个端面。如图6A和6B，正电极241和负电极242的上部(位于基底上的与所述激光器芯片相同的一表面上的部分)的延伸方向垂直于所述激光器芯片22的发光面221，垂直于所述激光光束整形元件23的延伸方向。其中，所述电极与电路板焊接的部分位于基座的所述端面上。正电极241和负电极242之间，通过不具有电极材料的基底间隔开。图7A和7B中，电极24的排布方式与图6A和6B的类似，但其中采用了D透镜和台阶定位部，此处不再赘述。

本发明的上述实施例的激光器，在应用于激光雷达时，能够进一步提高机械激光雷达在垂直方向上的角度分辨率极限。通过下文的描述，该优势将是显而易见和容易理解的。

本发明的第二方面涉及一种激光器发射板组件，包括：电路板和多个如上所述的激光器。这些激光器设置在所述电路板上，并且所述激光器的激光器芯片的发光面朝向相同的方向，从而朝着共同的方向发射激光光束。

图8示出了根据本发明一个优选实施例的激光器发射板组件30，包括电路板31和设置在电路板上的多个激光器，诸如图3A、3B、5A、5B所示的激光器10，其上的电极141和142被焊接在电路板31的焊盘311和312上。如图8所示，多个激光器10的发光面的慢轴方向垂直于所述电路板31。在工作时，所述电路板31通过其上的焊盘311和312，为激光器10中的激光器芯片12提供驱动电压，激光器芯片12从其发光面121发出激光光束，经过激光光束整形元件整形之后，以减小的快轴方向发散角继续传播。

注意，图8中适应示出了激光器10上具有光纤作为激光光束整形元件，但容易理解，还可以具有其他类型的激光光束整形元件，例如柱镜、D透镜或非球面镜等。图8中的双向箭头示出了图1A激光雷达的竖直方向。与图1C的激光器芯片的设置方式相比，图8的技术方案中，实现了激光器芯片的发光面翻转90°，同时，激光器芯片的快轴方向(尺寸较小)与激光雷达的竖直方向重合，因而能够在激光雷达的竖直方向上布置更多的激光器芯片，提高激光雷达在竖直方向的角分辨率。

另外更优选的，如图9所示，所述激光器发射板组件30包括多个所述电路板31，每个电路板上设置有多个所述激光器10，其中多个电路板31上的激光器10中的激光器芯片12的发光面121在快轴方向上相互错开。例如在图9中，沿着慢轴方向设置有四个电路板31，每个电路板上设置有四个激光器10，共计16个激光器10。沿着图9中的快轴方向(即对应于图8的激光雷达竖直方向)，16个激光器10的位置相互交错，不发生重合。换言之，当布置到激光雷达中时，16个激光器10分别位于激光雷达出射光学系统焦平面的不同竖直高度处，从而能够在不同的位置处发出激光线束，用于探测周围环境。

图9A中包括了多个图8的电路板以及其上的激光器，并且是从图8的左侧方向观察的视图，同时为了清楚起见，省略了金线以及激光光束整形元件等。如图9A所示，所述多个电路板31沿着所述发光面的慢轴方向堆叠。通过这种设置方式以及如上所述的激光模组，可以极大地提高激光雷达在垂直方向上的角度分辨率极限。例如在图9A中，虽然单个电路板31上的激光器10的激光器芯片之间，受限于基底的厚度，在图中的竖直方向上(快轴方向)需要间隔开一定距离(堆叠的极限为上面一个激光器的底面，接触下面一个激光器的顶面)，但是在不同电路板31上的激光器之间，不必受限于基底的厚度，相互之间在快轴方向上错开即可。在一种极限情况中，多个电路板上的激光器的激光器芯片，在快轴方向上是连续的。例如如图9B所示，其中示意性示出了四个电路板31，每个上分别具有激光器10-1、10-2、10-3和10-4，其中激光器10-1的激光器芯片的下表面与激光器10-2的激光器芯片的上表面重合，激光器10-2的激光器芯片的下表面与激光器10-3的激光器芯片的上表面重合，激光器10-3的激光器芯片的下表面与激光器10-4的激光器芯片的上表面重合，如图9B中的虚线所示。通过这种方式，能够使得沿着激光雷达的竖直方向上尽可能多的布置激光器。本领域技术人员容易理解，每个电路板31上可设置多个激光器。因此，相对于图1和图2的布置方式，本发明的这种方式能够极大地提高激光雷达在垂直方向上的角度分辨率的极限。

图9所示的焊盘与电极的焊接方式适用于图3A、3B、5A、5B所示的半导体激光器，通过多个所述电路PCB板的排布，实现多个半导体激光器在发射透镜焦平面上的不同高度，进而实现垂直视场方向高角度分辨率。基座对最终厚度没有影响，将激光器沿着快轴方向错开即可。

图10示出了根据本发明的一个优选实施例的激光器发射板组件40，其包括电路板41和多个激光器，诸如图6A、6B、7A和7B所示的激光器20。激光器20焊接在所述电路板41的焊盘411和412上，用于通过焊盘411和412获得驱动电压，并且所述多个激光器20的激光器芯片22的发光面的慢轴方向平行于所述电路板。

图11示出了根据本发明的一个优选实施例的激光器发射板组件40。图11与图10的主要区别在于，图11中包括了多列的激光器。容易理解，图11是从图10的左侧观察的视图。所述电路板上的多个所述激光器中的激光器芯片的发光面在快轴方向上相互错开。如图11所示，多列的激光器中的激光器，其发光面在快轴方向上相互错开。因此这种排布方式，将快轴方向的排布密度，实现为激光器芯片的快轴方向的尺寸，大大提高了激光雷达在垂直方向上的角度分辨率的极限。

图11所示的实施例中的焊盘与电极的焊接方式适用于图6A、6B、7A和7B所示的半导体激光器，通过多个所述半导体激光器在单个电路PCB板上的排布，实现多个半导体激光器在发射透镜焦平面上的不同高度，进而实现垂直视场方向高角度分辨率。

本发明的第三方面还涉及一种激光雷达，包括如上所述的激光器发射板组件30或40。本发明第三方面能够进一步提高激光雷达垂直方向角度分辨率光学极限并提升测距性能。

根据本发明的一个优选实施例，所述激光雷达还可包括发射透镜，位于所述激光器发射板组件的下游，用于对所述激光器发射板组件发出的激光光束进一步调制，例如改变其汇聚性和/或方向。

图12示出了根据本发明第四方面的一种激光器的封装方法50。该方法50包括以下步骤。

在步骤S501，提供或制备基底。基底通常可由能够通过刻蚀或化学腐蚀工艺精确控制加工深度的材料制成，例如硅(优选高阻硅)。

在步骤S502，在所述基底上通过刻蚀或者化学腐蚀的方式形成定位部。定位部例如为V形槽、U形槽、台阶或者其组合的形式。

在步骤S503，将激光器芯片安装在所述硅基底上。在安装过程中，可能需要将激光器芯片与基底的电极相耦合，以便于为激光器芯片提供驱动电压。

在步骤S504，利用所述定位部，将激光光束整形元件定位在所述基底上，使得所述激光器芯片的发光面与所述激光光束整形元件相对。例如，通过定位部来找到激光光束整形元件的精确定位位置。所述定位部可配制成直接将激光光束整形元件固定就位。或者可另外的，在定位之后，通过粘接等方式，将激光光束整形元件定位在其上。

优选地，所述封装方法50还包括：使得所述激光光束整形元件13的中心与所述激光器芯片12的发光面121的中心等高。

根据本公开的一个优选实施例，所述激光器芯片例如为边发射型，其发光面具有慢轴方向和快轴方向，其中所述慢轴方向与所述激光光束整形元件的延伸方向平行，所述激光光束整形元件为快轴压缩元件，配置成可压缩从所述发光面发射的激光在所述快轴方向上的发散角。

本发明激光器发射板组件垂直方向角分辨率的极限(仅受限于快轴尺寸)能够得到极大提升。该方法可以在实现芯片发光面翻转90°的同时，进行精确的快轴压缩。硅等材料本身利用刻蚀工艺可以精确控制加工深度及尺寸，制备出一个图形尺寸精确的基座，有效控制压缩后的快轴发散角与光束指向性，提升测距性能。而且芯片发光面实现翻转90°，更有利于减少地面车道线、人行线、以及远处地面的测量误差。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。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。

Claims (13)

1.一种激光器发射板组件，包括：

电路板；和

多个激光器，其中所述激光器包括：

基底；

激光器芯片，所述激光器芯片为边发射型，设置在所述基底上，所述激光器芯片具有发光面，所述发光面具有慢轴方向和快轴方向；

设置在所述基底上的电极，所述电极配置成可对所述激光器芯片供电，其中所述电极包括由间隔部隔开的正电极和负电极，

其中所述多个激光器设置在所述电路板上，所述多个激光器中的激光器芯片的发光面在快轴方向上相互错开。

2.根据权利要求1所述的激光器发射板组件，其中所述基底上具有定位部，所述激光器还包括激光光束整形元件，所述激光光束整形元件通过所述定位部定位，并与所述激光器芯片的发光面相对，其中所述慢轴方向与所述激光光束整形元件的延伸方向平行。

3.根据权利要求1述的激光器发射板组件，其中所述多个激光器焊接在所述电路板上，并且所述多个激光器的发光面的慢轴方向垂直于所述电路板。

4.根据权利要求1所述的激光器发射板组件，其中所述多个激光器焊接在所述电路板上，并且所述多个激光器的发光面的慢轴方向平行于所述电路板，所述电路板上的多个所述激光器中的激光器芯片的发光面在快轴方向上相互错开。

5.根据权利要求3所述的激光器发射板组件，其中所述激光器发射板组件包括多个所述电路板，每个电路板上设置有多个激光器，其中多个电路板上的激光器中的激光器芯片的发光面在快轴方向上相互错开。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的激光器发射板组件，其中所述定位部包括V形槽、U形槽、台阶中的一个或多个。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的激光器发射板组件，其中所述激光光束整形元件包括光纤、柱镜、D透镜或非球面镜中的一个或多个。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的激光器发射板组件，其中所述激光光束整形元件为快轴压缩元件，配置成可压缩从所述发光面发射的激光在所述快轴方向上的发散角。

9.根据权利要求1-5中任一项所述的激光器发射板组件，其中所述基座为硅基座，所述定位部通过刻蚀工艺形成在所述硅基座上。

10.根据权利要求3或5中所述的激光器发射板组件，其中所述正电极和负电极均设置在基底上的与所述激光器芯片相同的一表面上、以及所述基底上的与所述发光面垂直的一侧面上。

11.根据权利要求4中所述的激光器发射板组件，其中所述正电极和负电极均设置在基底上的与所述激光器芯片相同的一表面上、以及所述基底上的与所述发光面平行的一端面上。

12.根据权利要求1-5中任一项所述的激光器发射板组件，其中所述激光光束整形元件的中心与所述激光器芯片的发光面的中心等高。

13.一种激光雷达，包括如权利要求1-12中任一项所述的激光器发射板组件。

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