CN113687330A - 激光雷达的发射装置及激光雷达 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种激光雷达的发射装置及激光雷达，该激光雷达的发射装置包括激光器与准直件，激光器用于发出激光光束；准直件设置在激光器的发光端面的前方，用于增大激光光束在慢轴方向上的发散角，以减小激光光束在慢轴方向和快轴方向上的像差。该激光雷达的发射装置结构简单且可有效减小系统发散角。

Description

激光雷达的发射装置及激光雷达

技术领域

本申请涉及激光雷达技术领域，具体而言，涉及一种激光雷达的发射装置及激光雷达。

背景技术

激光雷达是以发射激光光束来探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统，其工作原理是先向目标发射探测激光光束，然后将接收到的从目标反射回来的信号与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，例如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数。激光雷达有个关键的性能指标：发散角。发散角是衡量光束向外扩散的速度。发散角越小，激光测距能力越强。

目前业内的多数激光雷达使用半导体激光器作为光源，现有的半导体激光器的发光面为一个狭长的长方形，长边和宽边的发散程度不同，分为快轴和慢轴，快轴发散程度较大。因此业内一般会对激光器的光束进行准直，减小激光雷达的光束发散角，提高测距能力，但采用现有准直方案的激光雷达结构较为复杂。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种激光雷达的发射装置及激光雷达，该激光雷达的发射装置结构简单且可有效减小系统发散角。

本申请提供了一种激光雷达的发射装置，该装置包括激光器与准直件，激光器用于发出激光光束；准直件设置在激光器的发光端面的前方，用于增大所述激光光束在慢轴方向上的发散角，以减小所述激光光束在慢轴方向和快轴方向上的像差。

在上述实现过程中，采用准直件增大激光光束在慢轴方向上的发散角，一方面可减小快轴发散角与慢轴发散角的像差，另一方面使得激光光束过镜头组之前的发散角增大，进而减小了激光器与镜头组之间的光路距离，从而可有效减小激光雷达的体积或简化激光雷达的内部结构，并且减小激光光束穿过镜头组的系统发散角，提高激光雷达的测距能力。

在一种可能的实现方式中，所述准直件为光纤棒透镜，所述光纤棒透镜的长度延长方向平行于所述激光光束的快轴方向。

在上述实现过程中，采用光纤棒透镜作为准直件，扩大激光光束在慢轴方向上的发散角，结构简单易得，价格低廉，且容易安装，可简化激光雷达的内部结构，减低成本。

在一种可能的实现方式中，所述激光光束全部通过所述光纤棒透镜。

在上述实现过程中，实际生产组装过程中，通过调整光纤棒透镜与激光器的发光端面之间的距离，使得激光光束全部通过光纤棒透镜射出，保证激光光束的统一性。

在一种可能的实现方式中，所述光线棒透镜的直径大于所述激光光束快轴的发散光面的长度，所述光线棒透镜的长度大于所述激光光束慢轴的发散光面的长度。

在一种可能的实现方式中，该激光雷达的发射装置还包括电路板，所述电路板的表面设置有所述激光器与所述光纤棒透镜，所述激光器的发光方向平行于所述电路板的表面，所述光纤棒透镜垂直于所述电路板设置。

在上述实现过程中，将激光器与光纤棒透镜均设置在电路板上，可简化连接结构，并提高连接的稳定性，保证激光器与光纤棒透镜相互位置的稳定。

在一种可能的实现方式中，所述电路板的侧棱开设有安装槽，所述光纤棒透镜的一端粘接在所述安装槽内。

在上述实现过程中，采用粘接的方式将光纤棒透镜连接在电路板上，结构简单，操作方便快捷。在电路板的侧棱上开设安装槽，可增大光纤棒透镜与电路板之间的粘接面积，提高连接的稳定性。

在一种可能的实现方式中，所述激光器粘接在所述电路板上。

在上述实现过程中，同样采用粘接的形式将激光器连接在电路板上，结构简单，操作方便快捷。

在一种可能的实现方式中，该激光雷达的发射装置还包括镜头组，所述镜头组与所述激光器的发光端面相对设置，用于对经过所述准直件的光束进行准直。

在一种可能的实现方式中，还包括视窗，所述视窗为凹面透镜，所述视窗设置在所述镜头组远离所述激光器的一侧，用于使透过所述镜头组的激光光束穿过。

在组装生产过程中，需要对激光光束进行准直，在准直过程中，激光器上电并发光，然后将光纤棒透镜安装在激光器的前端，并覆盖全部激光器发光面，并调节光纤棒透镜的位置，使光斑的尺寸达到系统设计的要求。

第二方面，本申请还提供了一种激光雷达，该激光雷达包括第一方面任一实施例中所述的激光雷达的反射装置。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种激光器与光纤棒透镜组装的结构图；

图2为本申请实施例提供的一种激光雷达的发射装置的结构图。

图标：100-激光器；200-光纤棒透镜；300-电路板；400-安装槽；500-镜头组；600-视窗。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

半导体激光器的发光面为一个狭长的长方形，长边和宽边的发散程度不同，分为快轴和慢轴，快轴发散程度较大，快轴的束腰在激光器的解理面上或靠近激光器的解理面，在激光雷达中与镜头组的距离较近，慢轴的束腰在激光器的发射腔内在激光雷达中与镜头组的距离较远。

激光雷达中，过镜头组后的系统发散角也取决于镜头组的设计，通常表征为：光束直径x系统发散角≈常数。因此在一定条件下，光束直径越大，系统发散角越小。在其他条件以及镜头组的通光孔径一定的情况下，激光光束过镜头组之后的光束直径等于通光孔径可使得系统发散角达到最优。为了保证激光器发出的光束直径等于通光孔径，过镜头组之前的激光光束的发散角越大，激光器与镜头组之间的光路距离越小。

现有技术中，对于半导体激光器，常用的准直方案为使用准直器件将快轴单独进行压缩发散角，减缓激光器输出光束快轴的发散速度，将快轴发散角压缩到和慢轴发散程度近似或更低，再配合镜头组和调节焦距等操作降低激光雷达的系统发散角。因此，上述准直方案减小了快轴发散角与慢轴发散角的像差，但激光光束过镜头组之前的发散角变小，也就意味着激光器与镜头组之间的光路距离需要变大，以使得激光光束过镜头组之后的光束直径等于通光孔径。激光器与镜头组之间的光路距离增大意味着激光雷达的体积变大或者激光雷达内部结构的复杂化，即增大激光雷达的体积满足光路距离，或者在激光雷达体积不变的情况下，在激光雷达内部设置相应的结构例如反射镜增大光路距离。

本申请提供了一种激光雷达的发射装置，请参考图1，图1为本申请实施例提供的一种激光器与光纤棒透镜组装的结构图，该装置包括激光器100与准直件，激光器100用于发出激光光束；准直件设置在激光器100的发光端面的前方，用于增大激光光束在慢轴方向上的发散角，以减小激光光束在慢轴方向上和快轴方向上的像差。

在上述实现过程中，采用准直件增大激光光束在慢轴方向上的发散角，一方面可减小快轴发散角与慢轴发散角的像差，另一方面使得激光光束过镜头组500之前的发散角增大，进而减小了激光器100与镜头组500之间的光路距离，从而可有效减小激光雷达的体积或简化激光雷达的内部结构，并且减小激光光束穿过镜头组的系统发散角，提高激光雷达的测距能力。

在一种可能的实现方式中，准直件为光纤棒透镜200，光纤棒透镜200的长度延长方向平行于激光光束的快轴方向。

在上述实现过程中，采用光纤棒透镜200作为准直件，扩大激光光束在慢轴方向上的发散角，结构简单易得，价格低廉，且容易安装，可简化激光雷达的内部结构，减低成本。

需要说明的是，准直件也可以是其他能够扩大激光光束慢轴发散角的结构件或结构组件，本申请实施例对此不做限定。

在一种可能的实现方式中，激光光束全部通过光纤棒透镜200。

在上述实现过程中，实际生产组装过程中，通过调整光纤棒透镜200的尺寸、以及光纤棒透镜200与激光器100的发光端面之间的距离，使得激光光束全部通过光纤棒透镜200射出，保证激光光束的统一性。

可选地，光纤棒透镜200的直径大于激光光束慢轴的发散光面的长度，光纤棒透镜200的长度大于激光光束快轴的发散光面的长度，进而可确保激光光束全部进入光纤棒透镜200。

在一种可能的实现方式中，该激光雷达的发射装置还包括电路板300，电路板300的表面设置有激光器100与光纤棒透镜200，激光器100的发光方向平行于电路板300的表面，光纤棒透镜200垂直于电路板300设置。

在上述实现过程中，将激光器100与光纤棒透镜200均设置在电路板300上，可简化连接结构，并提高连接的稳定性，保证激光器100与光纤棒透镜200相互位置的稳定。

在一种可能的实现方式中，电路板300的侧棱开设有安装槽400，光纤棒透镜200的一端粘接在安装槽400内。

在上述实现过程中，采用粘接的方式将光纤棒透镜200连接在电路板300上，结构简单，操作方便快捷。在电路板300的侧棱上开设安装槽400，可增大光纤棒透镜200与电路板300之间的粘接面积，提高连接的稳定性。

在一种可能的实现方式中，激光器100粘接在电路板300上。

在上述实现过程中，同样采用粘接的形式将激光器100连接在电路板300上，结构简单，操作方便快捷。

可选地，激光器100可以是裸片或者其他封装形式，本申请对此不做限定。

在一种可能的实现方式中，请参考图2，图2为本申请实施例提供的一种激光雷达的发射装置的结构图，该激光雷达的发射装置还包括镜头组500，镜头组500与激光器100的发光端面相对设置，用于对经过准直件的光束进行准直。

在一种可能的实现方式中，还包括视窗600，视窗600为凹面透镜，视窗600设置在镜头组500远离激光器100的一侧，用于使透过镜头组500的激光光束穿过。

在组装生产过程中，需要对激光光束进行准直，在准直过程中，激光器100上电并发光，然后将光纤棒透镜200安装在激光器100的前端，并覆盖全部激光器100发光面，并调节光纤棒透镜200的位置，使光斑的尺寸达到系统设计的要求。

第二方面，本申请还提供了一种激光雷达，该激光雷达包括第一方面任一实施例中所述的激光雷达的反射装置。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种激光雷达的发射装置，其特征在于，包括：

激光器，用于发出激光光束；

准直件，设置在激光器的发光端面的前方，用于增大所述激光光束在慢轴方向上的发散角，以减小所述激光光束在慢轴方向和快轴方向上的像差。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述准直件为光纤棒透镜，所述光纤棒透镜的长度延长方向平行于所述激光光束的快轴方向。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述激光光束全部通过所述光纤棒透镜。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述光线棒透镜的直径大于所述激光光束快轴的发散光面的长度，所述光线棒透镜的长度大于所述激光光束慢轴的发散光面的长度。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，还包括电路板，所述电路板的表面设置有所述激光器与所述光纤棒透镜，所述激光器的发光方向平行于所述电路板的表面，所述光纤棒透镜垂直于所述电路板设置。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述电路板的侧棱开设有安装槽，所述光纤棒透镜的一端粘接在所述安装槽内。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述激光器粘接在所述电路板上。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的装置，其特征在于，还包括镜头组，所述镜头组与所述激光器的发光端面相对设置，用于对经过所述准直件的光束进行准直。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括视窗，所述视窗为凹面透镜，所述视窗设置在所述镜头组远离所述激光器的一侧，用于使透过所述镜头组的激光光束穿过。

10.一种激光雷达，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的激光雷达发射装置。

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