CN213182001U - 激光发射器及具有此的激光雷达 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种激光发射器及具有此的激光雷达。根据本实用新型的一实施例的激光发射器包括：发光部，具有发出激光的发光区域；多个开关部，以线阵形态设置在所述发光区域，在使激光通过或者不通过所述开关部之间进行切换；阻光部，设置在所述发光区域的未设置所述开关部的区域，阻挡激光。

Description

激光发射器及具有此的激光雷达

技术领域

本实用新型涉及光学领域，尤其涉及一种激光雷达及激光雷达的发射器。

背景技术

在自动驾驶领域中，自动驾驶车辆可以借助激光雷达（LIDAR）等设备来探测周围物体。激光雷达通过向周围三维空间发射激光束作为探测信号，并使激光束照射到周围空间中的物体后被反射而成为回波信号并返回，激光雷达将接收的回波信号与发射的探测信号进行比较，从而获得关于周围物体的诸如距离、速度等相关信息。

如上述的激光雷达包括发射模块和接收模块。发射模块产生并发射激光束，打在周围物体上并反射回来的激光束被接收模块接收。由于光速是已知的，因此可以通过激光的传播时间测量周围物体相对于激光雷达的距离。

其中，发射模块所包括的发射激光的发光部的数量可以是多个。例如，可以将发光部布置为1×n的线阵形态或者n×n的面阵形态。

现有技术中，将发射模块的发光部分别控制而发射激光，从而实现空间扫描。此时，需要向每个发光部单独施加能够发出激光的电压。由于发生激光所需的电压值较高，因此向阵列中的每个发光部提供激光发射电压会在电路部分造成较大的损耗，从而影响激光雷达发射部分的稳定性和散射性能。此外，较大面积和分辨率的高功率、高电压的激光发射器驱动电路设计也是目前激光雷达发射器制备中的主要困难之一。

实用新型内容

本实用新型提供一种线阵形态的激光发射器。

根据本实用新型的一实施例的激光发射器包括：发光部，具有发出激光的发光区域；多个开关部，以线阵形态设置在所述发光区域，在使激光通过或者不通过所述开关部之间进行切换；阻光部，设置在所述发光区域的未设置所述开关部的区域，阻挡激光。

并且，所述开关部可以是LiNbO₃开关。

并且，所述开关部可以分别被施加电压或者不施加电压而分别使激光通过或者不通过。

并且，还可以包括：馈线，向所述开关部分别施加电压。

并且，所述发光部可以是垂直腔面发射激光器。

根据本实用新型的一实施例的激光雷达包括：如上所述的激光发射器；激光接收器以及旋转部，使所述激光发射器和所述激光接收器旋转。

根据本实用新型的一实施例，可以实现一种线阵形态的激光发射器。并且，相比于现有的设置阵列形态的多个发光部的结构可以简化发光结构，并且可以降低成本、简化电压供应结构、易于实现电路结构。

附图说明

图1是示出根据本实用新型的一实施例的激光发射器的局部剖视图。

图2是示出根据本实用新型的一实施例的发光部的示意图。

图3是示出根据本实用新型的一实施例的激光发射器的局部平面图。

图4是示出根据本实用新型的一实施例的激光雷达的示意图。

符号说明

10：激光发射器 20：激光接收器

100：发光部 200：开关部

300：阻光部 110：发光区域

120：下部电极部 130：下部反射器层

140：活性层 150：上部反射器层

160：上部电极部 600：接收部

30：处理器

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行详细的描述。显然，以下公开的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于以下实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

并且，在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

图1是示出根据本实用新型的一实施例的激光发射器10的局部剖视图。

所述激光发射器10可以设置于激光雷达，并且可以发射激光而使激光在激光雷达外部的物体反射后返回激光雷达，从而可以通过飞行时间法（TOF）测量周围物体与激光雷达的相隔距离。

如图1所示，根据本实用新型的一实施例的激光发射器10包括发光部100、开关部200以及阻光部300。

图1中示出的发光部100仅为整体发光部100的局部。在后文中将参照图2对整体发光部100进行详细说明。

所述发光部100可以为面射型发光部。并且，所述发光部100可以使激光从垂直于安装所述发光部100的基板的方向射出。

可以将所述发光部100表面的射出激光的区域定义为发光区域110，所述发光区域110可以具有预定面积。所述发光区域110的形状及大小不受限制，并且可以根据发光部100的结构而不同。并且，一个所述发光部100可以包括一个发光区域110，或者也可以包括多个发光区域110。

所述开关部200设置于所述发光部100的发光区域110，并且所述开关部200可以进行切换而使从发光区域110发出的激光通过或者不通过，即，可以在使从发光区域110发出的激光通过或者不通过之间进行切换。

并且，在一个所述发光区域110可以设置有多个所述开关部200。即，所述开关部200可以在所述发光部100的发光区域110以线阵形态布置。例如，开关部200可以在所述发光部100的发光区域110以1×64的线阵形态布置。或者，开关部200可以在所述发光部100的发光区域110以2×64的线阵形态布置。设置在一个所述发光区域110的所述开关部200的数量不受限制，可以根据设计者的需求以及发光区域110的大小等而不同地选择。

所述开关部200可以通过馈线（未示出）被施加电压而使从发光区域110发出的激光通过或者不通过。或者也可以通过机械的开闭方式使从发光区域110发出的激光通过或者不通过。

并且，所述开关部200可以是Q开关。优选地，所述开关部200可以是电光Q开关，或者所述开关部200也可以是LiNbO₃开关。所述LiNbO₃开关作为电光（electro-optic）物质而包括LiNbO₃。当向LiNbO₃施加电压时，电光效应导致LiNbO₃的折射率变更，从而LiNbO₃可以用于开关部200。当向所述开关部200施加电压时，所述开关部200可以允许从发光区域110发出的激光通过；当向所述开关部200不施加电压时，所述开关部200可以阻挡从发光区域110发出的激光。

或者，所述开关部200可以是液晶开关。即，当液晶开关开启时，可以允许从所述发光部100的发光区域110发出的激光通过；当液晶开关关闭时，可以阻挡从所述发光部100的发光区域110发出的激光通过。并且，所述液晶开关可以是常闭的开关，即在通常状态下处于闭合状态，不允许激光通过。

所述阻光部300可以形成于所述发光区域110的未设置所述开关部200的区域。并且，所述阻光部300可以防止激光从所述开关部200以外的区域发出。

即，所述阻光部300可以覆盖发光区域110的开关部200以外的区域。因此，发光区域110可以被开关部200和阻光部300完全覆盖。因此，从发光区域110发出的激光仅可以通过开关部200向外发出。从而可以将从发光区域110以圆形态发出的激光通过开关部200和阻光部300而改为与开关部200的形状对应的多个激光。

阻光部300可以由诸如石墨和炭黑的无机材料以及诸如黑色颜料和黑色染料的有机材料中的至少一种形成，或者可以由包括铬(Cr)等金属的金属材料形成。然而，将要注意的是，阻光部300的材料在此不受特别限制，只要能够防止光透射即可。并且，阻光部300可以吸收射入的激光而防止其反射。

虽然图1中示出了所述阻光部300的厚度小于所述开关部200的厚度的情形，但是本实用新型不限于此。例如，所述开关部200的厚度可以小于或等于所述阻光部300的厚度。并且，在所述阻光部300和开关部200上方还可以包括透明的平坦化膜（未示出）。可以通过使具有预定厚度的所述平坦化膜覆盖所述阻光部300和所述开关部200的上部而使所述阻光部300和开关部200的上部平坦，并且可以从外部的湿气或灰尘保护所述开关200。

本实用新型的一实施例中，虽然阻光部300阻挡了从所述发光部100的发光区域110发出的激光而存在潜在的散热问题。但是，由于激光的实际持续发射时间非常短暂，因此阻光部300实际吸收的热量不高。

接下来，参照图2对根据本实用新型的一实施例的发光部100进行更详细的说明。

图2是示出根据本实用新型的一实施例的发光部100的示意图。

如图2所示，根据本实用新型的一实施例的发光部100可以是垂直腔面发射激光器（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，VCSEL）。

根据本实用新型的一实施例的发光部100可以包括：下部电极部120；下部反射器层130，设置于所述下部电极部120上，并且可以为分布式布拉格反射器（DistributedBragg Reflection；DBR）；活性层140，设置于所述下部反射器层130上，且产生激光；上部反射器层150，设置于所述活性层140上，并且可以为分布式布拉格反射器；上部电极部160，设置于所述上部反射器层150上的部分区域，并且与下部电极部120一起向活性层140施加电压。上部反射器层150和下部反射器层130可以形成为具有高反射率的反射器。其中，下部反射器层130可以是n-掺杂的n型DBR层，上部反射器层150可以是p-掺杂的p型DBR层。

当向活性层140施加电压时，空穴和电子在活性层140再结合而产生光。该光在上部反射器层150和下部反射器层130之间重复反射而在活性层140内被放大后，通过上部反射器层150发出。

其中，所述上部电极部160不覆盖整个所述上部反射器层150且形成为具有开口的形状。激光可以通过所述上部电极部160所形成的开口而向外发出。

因此，所述上部电极部160所形成的开口可以成为发光部100的发光区域110，并且所述发光区域110的形状根据所述上部电极部160的开口的形状而不同。

为了便于说明，图1中省略了发光部100的具体构成，且仅示出了发光区域110部分。

本实用新型中，所述发光部100的具体结构不限于上述内容。发光部100只要具有预定的发光区域110即可。

图3是示出根据本实用新型的一实施例的激光发射器10的局部平面图。

图3中，放大示出了发光部100的发光区域110上的开关部200及阻光部300。

如图3所示，发光部100的发光区域110的形状可以为长条形状。其中，图3仅示出了发光区域110的整体中的一部分。开关部200可以在发光部100的发光区域110以线阵形态布置。例如，开关部200可以在发光部100的发光区域110以1×64的线阵形态布置。或者，开关部200也可以在发光部100的发光区域110以2×64的线阵形态布置。

图3中没有示出全部的开关部200而仅示出了开关部200的一部分。

如图3所示，开关部200可以被阻光部300包围，并且可以通过开关部200和阻光部300覆盖发光部100的全部发光区域110。

其中，虽然图3中示出的开关部200的截面形状为四边形，但是开关部200的形状不限于此。例如，开关部200的截面形状还可以为圆形或椭圆形，并且开关部200的形状可以根据需要而适当地选择。

如上所述，从发光区域110以面激光形式发出的光只能通过开关部200向外部射出，从而可以通过如上所述的激光发射器10将一个面激光转换为多个点激光。

并且，可以通过馈线（未示出）分别向所述开关部200施加电压。当向开关部200施加电压时，开关部200可以使从发光区域110发出的激光通过；当不向开关部200施加电压时，开关部200可以阻挡从发光区域110发出的激光通过。或者，可以与此相反，当向开关部200施加电压时，开关部200可以阻挡从发光区域110发出的激光通过；当不向开关部200施加电压时，开关部200可以使从发光区域110发出的激光通过。

根据本实用新型的一实施例的激光发射器10还可以包括控制部（未示出）。所述控制部（未示出）耦接到各个所述开关部200，从而可以独立地控制每一个开关部200而使开关部200令激光通过或无法通过。所述控制部（未示出）内部例如可以内置有预设的顺序逻辑，并且可以按照该顺序依次控制所述开关部200。

因此，可以通过控制开关部200，使通过开关部200射出的激光自左向右或自右向左、自上而下或自下而上发出，或者激光可以通过开关部200而以任意的顺序发出。

根据本实用新型的一实施例，可以通过如上所述的结构实现线阵形态的激光发射器。并且，由于能够仅利用一个发光部100实现线阵形态的激光发射器，因此相比于现有的设置阵列形态的多个发光部的结构可以简化发光结构，并且可以降低成本。进一步地，若设置阵列形态的多个发光部而实现线阵形态的激光发射，则需要向每个发光部分别供应激光发射所需的电压。由于激光发射所需的电压较高，因此阵列形态的多个发光部的供电结构复杂且技术难度较高。但是，根据本实用新型，可以仅设置一个发光部100，因此可以简化向发光部100的电压供应结构。并且，开关部200的开关所需的电压小于使发光部发射激光所需的电压，因此根据本实用新型的激光发射器相比于具有阵列形态的多个发光部的激光发射器更易实现电路结构。

图4是示出根据本实用新型的一实施例的激光雷达的示意图。

参照图4，根据本实用新型的一实施例的激光雷达包括激光发射器10、激光接收器20以及处理器30。

参照图4说明的激光发射器10可以与参照图1至图3说明的激光发射器10相同。

激光发射器10中，开关部200可以基于控制部（未示出）的控制而按照设定顺序和间隔使激光通过。在此，为了便于说明，将开关部200使激光通过的状态称为导通，将开关部200阻挡激光的状态称为截止。进一步地，发光部100可以以每当有任意一个或多个开关部200导通时发出激光的方式工作。因此，当从外部观察时，每个开关部200的导通/截止可以等同于与开关部200的大小及形状对应的单个激光发射器的发射/关闭。

其中，多个所述开关部200之间可以以预定的第一时间间隔使激光通过，并且单个开关部200的最小导通间隔可以为第二时间间隔。所述第一时间间隔和第二时间间隔优选大于所述发光部100的最小激光发射间隔。

并且，通过开关部200射出的激光经过激光雷达的设置在光路径上的发散透镜（未示出）发散后可以具有预定的发射角。因此，可以通过一个根据本实用新型的激光发射器覆盖预定角度范围。

从激光发射器10发射且在发散透镜发散的激光在激光雷达外部的物体反射后，返回到激光雷达。返回到激光雷达的光可以经过聚焦透镜（未示出）聚焦后入射到激光接收器20。

并且，根据本实用新型的一实施例的激光雷达还可以包括旋转部件（未示出）。所述旋转部件可以使所述激光发射器10和/或激光接收器20旋转。所述旋转可以是360°的旋转。因此，可以通过如上所述的旋转部件向360°的水平范围内发出激光。

并且，激光接收器20可以包括一个或多个接收部600。所述接收部600可以为诸如APD及SPAD等光电传感器。并且，所述接收部600的输出信号可以传送到处理器30。处理器30可以基于飞行时间法（TOF）利用接收部600的输出信号计算激光雷达外部的物体与激光雷达的相隔距离。

以上记载的关于装置及方法的实施例仅仅是示意性的，其中所记载的分离的单元可以是或者不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者不是物理单元，即，可以位于一个位置，或者可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实用新型的技术方案。

Claims (6)

1.一种激光发射器，其特征在于，包括：

发光部，具有发出激光的发光区域；

多个开关部，以线阵形态设置在所述发光区域，在使激光通过或者不通过所述开关部之间进行切换；

阻光部，设置在所述发光区域的未设置所述开关部的区域，阻挡激光。

2.如权利要求1所述的激光发射器，其特征在于，

所述开关部是LiNbO₃开关。

3.如权利要求1所述的激光发射器，其特征在于，

所述开关部分别被施加电压或者不施加电压而分别使激光通过或者不通过。

4.如权利要求1所述的激光发射器，其特征在于，还包括：

馈线，向所述开关部分别施加电压。

5.如权利要求1所述的激光发射器，其特征在于，

所述发光部是垂直腔面发射激光器。

6.一种激光雷达，其特征在于，包括：

如权利要求1至5中的任意一项所述的激光发射器；

激光接收器；

旋转部，使所述激光发射器和所述激光接收器旋转。

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