CN214623023U - 发射电路板组件、发射模组与激光雷达 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种发射电路板组件、发射模组与激光雷达，发射电路板组件包括：印刷电路板和加强板；印刷电路板设置多个激光器和设置用于驱动多个激光器发射激光脉冲的驱动电路；加强板与印刷电路板叠置，用于保持多个激光器沿第一方向排列。发射模组，包括至少一个发射电路板组件、用于固定发射电路板组件的固定架组件；固定架包括片状支撑体、杆状第一固定件，其中片状支撑体与支撑激光雷达旋转轴的支撑部外壁连接；杆状第一固定件用于承载至少一个发射电路板组件；杆状第一固定件与片状支撑体可拆卸地连接。可以改善高温时印制电路板形变导致的激光器位置改变的现象。

Description

发射电路板组件、发射模组与激光雷达

技术领域

本申请涉及激光测量领域，尤其涉及一种发射电路板组件、发射模组与激光雷达。

背景技术

激光雷达壳体为密闭结构，其内部的激光器、电机等部件工作中会产生较大的发热量。而由于激光雷达的密闭结构，激光雷达内部热量很难散发出去。

激光雷达的内部可以设置发射模组。发射模组可以包括多个发射电路板。通常多个发射电路板可以叠置在固定架组件上。固定架组件固定在支撑旋转轴的支撑部外壁上。

当发射模组出现问题时，需要将叠置在固定架组件上的多个发射电路板从固定在上述外壁上的固定架组件上依次取下，然后再逐个进行检测。

在从固定在上述外壁的固定架组件上依次取下多个印制电路板时，容易对印制电路板造成破坏，并且多次拆除印刷电路板会造成固定架组件与旋转轴支撑部外壁之间的紧固结构松脱或失效。

实用新型内容

本申请提供了一种发射电路板组件、发射模组与激光雷达，便于发射模组的拆卸与安装，可以改善由于印刷电路板受热翘曲导致激光器位置改变的现象，此外可以提高发射模组的安装速度和安装精度，可以减少由于多次拆除印刷电路板引起的固定架组件与旋转轴支撑部外壁之间的紧固结构松脱或失效的现象。

第一方面，本申请实施例提供了一种发射电路板组件，包括：印刷电路板和加强板；所述印刷电路板设置多个激光器和设置用于驱动多个激光器发射激光脉冲的驱动电路；所述加强板与所述印刷电路板叠置，用于保持所述多个激光器沿第一方向排列。

第二方面，本申请实施例提供了一种发射模组，包括：第一方面所述的至少一个发射电路板组件、用于固定所述发射电路板组件的固定架组件；所述固定架包括片状支撑体、杆状第一固定件，其中所述片状支撑体与支撑激光雷达旋转轴的支撑部外壁连接；所述杆状第一固定件用于承载所述至少一个发射电路板组件；所述杆状第一固定件与所述片状支撑体可拆卸地连接，所述杆状第一固定件与所述片状支撑体连接时沿垂直于所述外壁且远离所述外壁的第一方向延伸。

第三方面，本申请实施例提供了一种激光雷达，该激光雷达包括第二方面所述的用于激光雷达雷达的发射模组。

本申请实施例提供的发射电路板组件、发射模组与激光雷达，通过在印刷电路板中设置加强板，可以改善高温时印制电路板形变导致的激光器位置改变的现象，此外将固定架组件拆分成可拆卸连接的杆状第一固定件和片状支撑体，片状支撑可以与支撑激光雷达旋转轴的支撑部外壁连接，杆状支撑体可以承载至少一个发射电路。在对发射模组进行组装时，可以先将印制电路板安装在杆状第一固定件上，然后再将安装了印制电路板的杆状第一固定件与固定在支撑激光雷达旋转轴的支撑部外壁上的片状支撑体连接。在拆装发射模组时，可以将杆状第一固定件从片状支撑体上拆下。从而，上述结构的发射模组便于发射模组的拆卸与安装，一方面可以提高发射模组的安装速度和安装精度，另一方面，可以减少由于多次拆除印刷电路板引起的固定架与旋转轴支撑部外壁之间的紧固结构松脱或失效的现象。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1A～图1B为本申请实施例提供的发射电路板组件的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的发射模组的一种结构示意图；

图3为图2所示的发射模组中的固定架组件的结构示意图；

图4示出了图3所示的固定架组件安装在激光雷达中的一种结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

在本申请中，激光雷达可以为机械激光雷达，也可以为固态激光雷达。下面以机械激光雷达为例进行说明。

激光雷达内部空间有限，设置激光器的印刷电路板较薄。在此基础，印刷电路板受热比较容易发生变形。通常印刷电路板为热膨胀纤维(玻璃纤维)和铜等组成多层结构。激光雷达中的印刷电路板通常采用单面贴片的方式，具体地，印刷电路板包括用于贴片的贴片表面和远离上述贴片表面的相对面。

上述印刷电路板贴片(在其上设置激光器的驱动电路)后在贴片表面侧的热膨胀系数较小、印刷电路板的贴片表面的相对侧热膨胀系数较大。激光雷达运行时内部将会产生比较多的热量。如果激光雷达内部产生的热量无法及时散出，激光雷达内部的温度将会升高。在高温时印刷电路板就会从热膨胀系数大的一侧(即贴片侧的相对面)向热膨胀系数小的一侧(即贴片表面)弯曲。导致高温时由于印刷电路板内的应力作用使激光器的位置发生变化，导致激光雷达性能下降，并且当多个激光器无法保持直线排列时，激光雷达中与多个激光器分别对应的光接收器需要逐个调整贴装位置才能使光斑对准接收面中心，因此装配时组装难度高、耗时更长。

为了解决上述问题，本申请中使用如下的发射电路板组件。

请结合图1A和图1B，图1A示出了发射电路板组件的一种示意性结构图；图1B示出了本申请实施例提供发射电路板组件的另一种示意性结构图。

如图1A和图1B所示，上述发射电路板组件20包括印刷电路板201和加强板202；其中所述加强板202与所述印刷电路板201叠置，用于防止所述印刷电路板201翘曲。

图1A中使用陶瓷板作为加强板，图1B中使用金属板作为加强板。

上述发射电路板组件20可以为多层结构。发射电路板组件20可以包括印刷电路板201和加强板202。

上述加强板202包括但不限于陶瓷板或满足预设条件的金属板。

上述预设条件至少包括以下之一：热膨胀系数小于印刷电路板的热膨胀系数、抗弯强度大于预设阈值。

例如上述预设阈值可以是陶瓷板的抗弯强度值。

在本申请中，上述加强板202可以设置在印刷电路板的贴片侧的相对侧。进一步地，上述加强板202可以和上述印刷电路板201使用粘接材料203粘接在一起。

为了使得激光雷达工作时产生的热量可以由印刷电路板较多的被传导致加强板，以通过加强板散热，上述粘接材料可以为导热粘接材料。

在使用满足上述条件的加强板时，由于加强板的热膨胀系数小于印刷电路板，且抗弯强度也大于印刷电路板，上述加强板受热时形变量较小。当印刷电路板201受热发生形变时，上述加强板可以抑制印刷电路板的形变量，从而使得印刷电路板201受热的形变量小于没有为其设置加强板时受热的形变量。一方面可以降低激光雷达生产时组装难度，减少激光雷达生产耗时。另一方面，可以改善激光雷达工作时由于印刷电路板受热形变使得激光器的位置发生变化，导致的激光雷达性能下降的问题。

在一些应用场景中，请参考图1A，上述加强板可以是陶瓷板。上述陶瓷板和印刷电路板之间可以通过导热粘接材料粘接。上述陶瓷板可以为氧化铝陶瓷板；也可以是氮化铝陶瓷板、蓝宝石陶瓷板。具体地，为了提高抗弯曲强度和热稳定性，氧化铝陶瓷板中氧化铝陶瓷含量可以选为96％，上述陶瓷板通常整面加强结构强度好。上述陶瓷板的抗弯曲强度比较大，且热膨胀系数小于印刷电路板的热膨胀系数，可以起到较好的抑制印刷电路板受热发生的形变。

另一方面，由于陶瓷板导热系数小，热量从印刷电路板上的发热件经印刷电路板、印刷电路板和陶瓷板之间的粘接材料时热阻很大。也即印刷电路板上的热量不容易经陶瓷板散发出去。因此，使用陶瓷板时，印刷电路板的温度容易升高。在高温下工作的激光器容易发生温度漂移。为了解决上述问题，可以在陶瓷板中设置镂空结构。也即在与印刷电路板相近尺寸的陶瓷板上挖出一个或多个通孔。可以利用上述通孔来散发印刷电路板上的热量。

进一步地，可以在印刷电路板的中部设置较大的镂空结构。在印刷电路板中部设置较大的镂空结构，印刷电路板上的热量可以通过上述镂空结构传递，进一步有利于印刷电路板散热。

使用上述带镂空的陶瓷板做该印刷电路板的加强板形成的印刷电路板组件能够保证设置在其上的多个激光器在工作时可以保持直线排列；同时利用氧化铝制成的陶瓷作为加强件具有较小的热膨胀系数，能够避免高温时，激光器发生位置变化；此外，陶瓷密度小，可以减少印刷电路板组件的整体重量。

在另外一些应用场景中，请参考图1B。上述加强板可以为满足上述预设条件的金属板。进一步地，金属板由于具有较好的导热性，使用金属板做印刷电路板的加强板时可以不对金属板设置镂空结构。

进一步地，形成上述加强板的材料包括不锈钢。

上述金属板与上述印刷电路板之间可以通过导热粘接材料粘接。

在这些应用场景中，上述钢板可以为AISI 316或AISI 304不锈钢板。上述不锈钢板的热膨胀系数更小，抗弯曲强度较大，并且导热系数较大。

使用满足预设条件的金属板作为加强板，一方面可以起到较好的对印刷电路板形变的抑制效果，另一面可以对印刷电路板起到较好的散热效果。从而使得使用上述加强板的印刷电路板组件在激光雷达工作时，可以较好的保持多个激光雷达在一条直线上。此外，由于钢板较好的散热效果，可以及时的将印刷电路板上的热量进行传导，从而可以减少由于激光雷达内部由于热传导效果不佳，内部温度升高导致的激光器发生温度漂移的现象。

请结合图2和图3，图2示出了本申请实施例提供的发射模组的一种结构示意图。图3示出了图2所示发射模组的固定架组件的一种示意性结构图。

如图2所示，发射模组包括至少一个发射电路板组件20、用于固定所述发射电路板组件的固定架组件10。

激光雷达通常向外发射探测激光信号。探测激光信号被发射后如果碰到空间中的物体，将会被物体反射，产生回波信号。激光雷达可以接收回波信号，并根据回波信号和探测激光信号来分析上述物体的信息，例如物体与激光雷达的距离、物体的形状等。

激光雷达中可以设置至少一个发射电路板组件20。上述探测信号可以由上述至少一个发射电路板组件20上设置的激光器产生。

上述发射电路板组件20用于设置激光器和设置用于驱动激光器发射激光脉冲的驱动电路，所述发射电路板组件包括第一通孔204。

也即，发射电路板组件20上可以设置用于驱动激光器发射激光脉冲的驱动电路，以及激光器。上述激光器在上述驱动电路的驱动下可以产生探测信号。

所述固定架组件10包括片状支撑体101、杆状第一固定件102。其中，片状支撑体101与支撑激光雷达旋转轴的支撑部外壁连接；杆状第一固定件102用于穿过上述第一通孔204，并承载至少一个发射电路板组件20；杆状第一固定件102与片状支撑体101可拆卸地连接，杆状第一固定件102与片状支撑体101连接时沿垂直于上述外壁且远离上述外壁的第一方向延伸。

上述杆状第一固定件，可以是圆柱、也可以是长方体。上述杆状第一固定件102的表面可以是光滑的，也可以是非光滑。非光滑的第一固定件102的表面例如可以设置多个用于限位的凹槽。第一固定件102的表面设置多个用于限位的凹槽有利于固定上述发射电路板组件20。

上述片状支撑体101的形状可以类似长方体。片状支撑体101可以通过粘接、螺接、卡接等连接方式与支撑激光雷达旋转轴的支撑部外壁连接。

上述杆状第一固定件102与片状支撑体101可拆卸地连接中的可拆卸地连接，包括但不限于螺接、卡接、栓接等。

上述杆状第一固定件102的数量可以为一个、两个、三个等。杆状第一固定件的数量可以根据激光雷达的大小以及发射电路板组件的数量进行设置，此处不进行限制。

作为示意性说明，若发射电路板组件20的数量较少，可以仅设置一个杆状第一固定件102。若激光雷达较小，可以仅设置一个杆状第一固定件102。若发射电路板组件20的数量较多，可以设置两个，甚至三个以上的杆状第一固定件102，以保证杆状第一固定件102足以支撑多个发射电路板组件20。若激光雷达较大，可以设置多个杆状第一固定件102。

上述杆状第一固定件102可以穿过每一个发射电路板组件20上的第一通孔204。

请参考图4，其示出了图3所示的固定架组件安装在激光雷达中的一种结构示意图。如图4所示，可以以激光雷达底部所在平面为xy平面，以激光雷达旋转轴的延伸方向为z轴。可以以激光雷达的旋转轴与xy平面的交点O为原点建立坐标系。

当杆状第一固定件102与片状支撑体101固定连接时，杆状第一固定件102可以沿垂直于上述支撑激光雷达旋转轴的支撑部外壁401，且远离上述支撑激光雷达旋转轴的支撑部外壁401的第一方向延伸。

在一些实施例中，上述杆状第一固定件102与上述片状支撑体101连接的方向与上述第一方向垂直。上述杆状第一固定件102与上述片状支撑体101连接的方向可以与x轴延伸方向平行，或者与z轴延伸方向平行。

上述连接的方向，是指杆状第一固定件102与上述片状支撑体101连接在一起时，用于连接所述杆状第一固定件102的连接件的延伸方向。

片状支撑体101和杆状第一固定件102可以是一体成型的。在激光雷达中安装发射模组时，片状支撑体101可以固定在支撑激光雷达旋转轴的支撑部外壁401上。发射电路板组件上可以设置第一通孔204。第一通孔204可以穿过杆状第一固定件102，之后使用粘接材料将发射电路组件20固定在杆状第一固定件102上。当发射电路板组件20有多个时，需要将每一个发射电路板组件20按照上述方式固定在杆状第一固定件102上。由于在激光雷达内部有限的空间内安装上述发射电路板组件20，安装发射电路板组件的速度和精度都会受到影响。并且在发射电路板组件20发生故障需要维修或者更换时，需要将一体成型的片状支撑体101和杆状第一固定件102从激光雷达的旋转轴支撑部外壁401上拆卸下来。多次拆卸操作将会引起片状支撑体101与旋转轴支撑部外壁401之间的紧固结构松脱或失效。

本实施例提供的发射模组，通过将固定架组件拆分成可拆卸连接的杆状第一固定件102和片状支撑体102，片状支撑体102可以与支撑激光雷达旋转轴的支撑部外壁401连接，杆状第一固定件102可以承载至少一个发射电路板组件。在对发射模组进行组装时，可以先将发射电路板组件安装在杆状第一固定件102上，然后再将安装了发射电路板组件的杆状第一固定件101与固定在支撑激光雷达旋转轴的支撑部外壁401上的片状支撑体101连接。上述方式实现了在激光雷达体外将发射电路板组件20安装在杆状第一固定件102上。可以提高发射电路板组件的安装速度和安装精度。另外，在拆装发射模组时，可以将杆状第一固定件102从片状支撑体101上拆下。然后将发射电路板组件20再从杆状第一固定件102上拆下。相比于上述技术方案，不容易造成多次拆除时固定架与旋转轴支撑部外壁的螺钉紧固结构松脱或失效。

在本实施例的一些可选的实现方式中，上述杆状第一固定件102的数量为两个。上述激光雷达的旋转轴沿第二方向延伸。上述两个杆状第一固定件102设置在上述片状支撑体101的在上述第二方向的第一端部和第二端部。

在这些可选的实现方式中，将上述两个杆状第一固定件102设置在上述第一端部和第二端部，对上述至少一个发射电路板组件20可以起到较好的对支撑效果。

进一步可选地，连接在所述片状支撑体上的两个所述杆状第一固定件的几何中心连线与所述第二方向平行。

在这些可选的实现方式中，将两个杆状第一固定件102的几何中心连线与激光雷达的旋转轴延伸的第二方向平行设置，有利于确保发射电路板组件20的在安装位置的准确度。

在本实施例的一些可选的实现方式中，上述固定架组件10还包括第二固定件103。上述第二固定件103包括第一部分1031和第二部分1032。第一部分1031用于与片状支撑体101可拆卸地连接。第二部分用于固定设置在上述杆状第一固定件102上的上述至少一个发射电路板组件20。

在这些可选的实现方式中，通过在固定架组件10中设置用于固定设置在杆状第一固定件102上的发射电路板组件20的第二固定件，上述固定件组件10对设置在其上的至少一个发射电路板组件20的固定效果较好。

进一步地，连接在所述片状支撑体上101的两个所述杆状第一固定件102向与所述片状支撑体101的表面平行的第一平面的投影各自的几何中心，与连接在所述片状支撑体101上的所述第二固定件103的第二部分1032向所述第一平面的投影的几何中心不在同一直线上。

上述激光雷达的旋转轴沿第二方向延伸，当片状支撑体101固定在上述支撑激光雷达旋转轴的支撑部外壁之后，上述片状支撑体101的表面可以与上述第二方向平行。

上述片状支撑体101的表面可以视为光滑表面。可以假设一个第一平面，该第一平面与上述片状支撑体101的表面平行。在一些应用场景中，上述第一平面可以是对上述片状支撑体101的表面进行延展得到。

上述两个杆状第一固定件102在与片状支撑体101实现连接以后，上述两个杆状第一固定件101各自向上述第一平面的投影的几何中心，可以与上述第二固定件103的第二部分1032向上述第一平面的投影的几何中心不在同一条直线上。

上述两个杆状第一固定件101各自向上述第一平面的投影的几何中心可以与上述第二固定件103的第二部分1032向上述第一平面的投影形成三角形。上述两个杆状第一固定件101和上述第二固定件103的设置方法，在对上述至少一个发射电路板组件20进行固定时，可以进一步提高发射电路板的位置的稳定性。

本申请实施例还提供了一种激光雷达，该激光雷达包括图2所示实施的发射模组。

上述激光雷达可以为机械激光雷达，也可以为固态激光雷达。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (17)

1.一种发射电路板组件，其特征在于，包括：印刷电路板和加强板；

所述印刷电路板设置多个激光器和设置用于驱动多个激光器发射激光脉冲的驱动电路；

所述加强板与所述印刷电路板叠置，用于保持所述多个激光器沿第一方向排列。

2.根据权利要求1所述的发射电路板组件，其特征在于，所述加强板用于防止温度改变使所述多个激光器在第一方向上位置发生改变。

3.根据权利要求1所述的发射电路板组件，其特征在于，所述加强板与所述印刷电路板之间通过粘接材料粘接。

4.根据权利要求3所述的发射电路板组件，其特征在于，所述粘接材料为导热粘接材料。

5.根据权利要求1所述的发射电路板组件，其特征在于，所述印刷电路板包括用于贴片的贴片表面和远离所述贴片表面的相对面，所述加强板靠近所述相对面。

6.根据权利要求1所述的发射电路板组件，其特征在于，所述加强板包括陶瓷板或满足预设条件的金属板，所述预设条件至少包括以下之一：热膨胀系数小于所述印刷电路板的热膨胀系数、抗弯强度大于预设阈值。

7.根据权利要求6所述的发射电路板组件，其特征在于，所述加强板包括至少一个镂空结构。

8.根据权利要求7所述的发射电路板组件，其特征在于，所述加强板为所述陶瓷板。

9.根据权利要求8所述的发射电路板组件，其特征在于，形成所述陶瓷板的材料包括以下之一：96％氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷、蓝宝石陶瓷。

10.根据权利要求6所述的发射电路板组件，其特征在于，所述满足预设条件的金属板的材料包括不锈钢。

11.一种发射模组，其特征在于，包括：如权利要求1-10中任一项所述的至少一个发射电路板组件、用于固定所述发射电路板组件的固定架组件；

所述固定架包括片状支撑体、杆状第一固定件，其中

所述片状支撑体与支撑激光雷达旋转轴的支撑部外壁连接；所述杆状第一固定件用于承载所述至少一个发射电路板组件；所述杆状第一固定件与所述片状支撑体可拆卸地连接，所述杆状第一固定件与所述片状支撑体连接时沿垂直于所述外壁且远离所述外壁的第一方向延伸。

12.根据权利要求11所述的发射模组，其特征在于，

所述杆状第一固定件与所述片状支撑体连接的方向与所述第一方向垂直。

13.根据权利要求12所述的发射模组，其特征在于，所述杆状第一固定件的数量为两个，所述旋转轴沿第二方向延伸，以及

两个所述杆状第一固定件设置在所述片状支撑体的在所述第二方向的第一端部和第二端部。

14.根据权利要求13所述的发射模组，其特征在于，与连接在所述片状支撑体上的两个所述杆状第一固定件的几何中心连线与所述第二方向平行。

15.根据权利要求11-14之一所述的发射模组，其特征在于，所述固定架还包括第二固定件；

所述第二固定件包括第一部分和第二部分，所述第一部分用于与所述片状支撑体可拆卸地连接；所述第二部分用于固定设置在所述杆状第一固定件上的所述至少一个发射电路板组件。

16.根据权利要求15所述的发射模组，其特征在于，连接在所述片状支撑体两个所述杆状第一固定件向所述片状支撑体投影各自的几何中心，与连接在所述片状支撑体上的所述第二固定件的第二部分向所述片状支撑体投影的几何中心不在同一直线上。

17.一种激光雷达，其特征在于，所述激光雷达包括如权利要求11-16之一所述的发射模组。

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