CN215728832U - 激光发射模块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模块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模块包括：基板，设置有驱动电路；第一支撑部和第二支撑部，分别设置于所述基板，且表面形成有多个金属图案，多个发光部，分别包括能够发出激光的多个激光器，分别设置于多个所述支撑部，所述激光器包括阴极及阳极，所述激光器的阴极及阳极分别电连接于所述金属图案而电连接于基板；所述金属图案形成于所述支撑部的第一面及第二面且在第一面和第二面之间形成连接。

Description

激光发射模块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模块。

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。激光雷达可以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。

关于激光的发射，现有的激光雷达已实现了32线或64线的激光输出。在这种多线激光雷达中，采用了在发射模块设置多个边发射激光器（EEL）的结构。所述边发射激光器的激光垂直于顶面而射出，即，激光从边发射激光器的侧面发出。因此，现有技术中，将多个边发射激光器分别设置于多个基板的边缘，然后层叠多个基板而实现多线激光雷达。

但是，上述结构中，由于层叠多个基板而实现多线激光雷达，因此当激光雷达的线数达到64甚至128线时，会使发射模块的大小变大，并且因为需要对每个设置有边发射激光器的基板分别进行光线校正，所以对所有基板进行校正需要较长时间，这会导致激光雷达的生产速度下降，制造成本上升。

实用新型内容

本实用新型提供一种有利于小型化的激光发射模块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模块包括：基板，设置有驱动电路；第一支撑部和第二支撑部，分别设置于所述基板，且表面形成有多个金属图案，第一发光部和第二发光部，分别包括能够发出激光的多个激光器，分别设置于第一支撑部和第二支撑部，所述激光器包括阴极及阳极，所述激光器的阴极及阳极分别电连接于所述金属图案而电连接于所述基板；所述金属图案连续形成于支撑部的设置有发光部的面以及支撑部的与所述基板相接的面，所述第一支撑部的电连接于激光器的第一电极的金属图案通过所述基板电连接于所述第二支撑部的电连接于激光器的第一电极的金属图案而使设置于所述第一支撑部的激光器和设置于所述第二支撑部的激光器被一个驱动电路驱动而发出激光，所述第一电极为阳极或阴极。

并且，所述激光器可以是边发射激光器，所述激光器向垂直于所述基板的方向发出激光。

并且，所述金属图案可以形成于支撑部的设置有发光部的面以及支撑部的与所述基板相接的面而在两个面之间形成连接。

并且，所述第一支撑部的电连接于第二电极的金属图案和所述第二支撑部的电连接于第二电极的金属图案可以电连接到不同开关，从而使多个发光部的激光器能够单独发出激光，第二电极是阴极和阳极中的另一个电极。

并且，支撑部可以利用陶瓷材料形成。

根据本实用新型的另一实施例的激光发射模块包括：基板，设置有驱动电路；支撑部，设置于所述基板，且表面形成有多个金属图案，所述支撑部包括与所述基板相接的底面以及两个相对的侧面，所述金属图案形成于两个所述侧面及所述底面；第一发光部和第二发光部，分别设置于所述支撑部的两个所述侧面，分别包括能够发出激光的多个激光器，所述激光器包括阴极及阳极，多个所述激光器的阴极及阳极分别通过所述金属图案电连接于所述基板，第一发光部的激光器的第一电极和第二发光部的激光器的第一电极通过所述金属图案彼此电连接，第一发光部的激光器的第二电极和第二发光部的激光器的第二电极通过金属图案电连接到不同开关，从而使第一发光部和第二发光部的激光器能够通过驱动电路的驱动而单独发出激光，第一电极为阳极或阴极，第二电极为阳极和阴极中的另一个电极。

并且，电连接于第一电极的金属图案可以在两个所述侧面及所述底面连续形成。

并且，电连接于第二电极的金属图案可以在一个所述侧面及所述底面连续形成。

根据本实用新型的另一实施例的激光雷达包括：如上所述的激光发射模块；激光接收模块，具有感测光的传感器。

并且，还可以包括：旋转部件，使所述激光发射模块及所述激光接收模块旋转。

根据本实用新型的一实施例，可以将发光部的多个激光器激光发出方向调整为朝向垂直于基板的方向，因此可以减少激光发射模块在激光发出方向的长度。并且，可以通过n个驱动电路和2个阴极开关分别控制2n个激光器。或者，可以减少所需的驱动电路的数量且可以通过使多个激光器同时发光而减少使所有激光器发光一次所需要的时间。

本实用新型的效果不限于如上所述的效果，本领域技术人员可以从以下的说明中得出上文中未记载的效果。

附图说明

图1是示出根据本实用新型的第一实施例的激光发射模块的立体图。

图2是示出根据本实用新型的第一实施例的激光发射模块的平面图。

图3是示出根据本实用新型的第一实施例的激光发射模块的侧视图。

图4是示出根据本实用新型的第一实施例的发光部的平面图。

图5是示出根据本实用新型的第一实施例的金属图案的图。

图6是示出根据本实用新型的第二实施例的激光发射模块的立体图。

图7是示出根据本实用新型的第二实施例的金属图案的图。

图8是示出根据本实用新型的另一实施例的激光发射模块的侧视图。

图9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：激光发射模块 20：激光接收模块

100：发光部 200：支撑部

210：金属图案 300：基板

600：传感器 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是基于附图的方位或位置关系，并且仅是为了便于描述本实用新型的简化描述，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。

接下来，参照附图对本实用新型的实施例进行详细说明。

图1是示出根据本实用新型的第一实施例的激光发射模块的立体图。图2是示出根据本实用新型的第一实施例的激光发射模块的平面图。图3是示出根据本实用新型的第一实施例的激光发射模块的侧视图。

激光发射模块10可以设置于激光雷达，并且可以发出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1~3所示，根据本实用新型的一实施例的激光发射模块10可以包括两个发光部100、两个支撑部200以及基板300。

发光部100可以包括多个激光器。激光器可以是边发射激光器（EEL）或者垂直腔面发射激光器（VCSEL）。并且，发光部100可以为将多个边发射激光器（EEL）或多个垂直腔面发射激光器（VCSEL）一体地结合的结构。在以下说明中，对发光部100利用多个边发射激光器（EEL）构成的情形进行说明。本领域技术人员可以理解，也可以适用于发光部100包括多个垂直腔面发射激光器（VCSEL）的情形。

图4是示出根据本实用新型的一实施例的发光部100的平面图。

如图4所示，发光部100所包括的多个边发射激光器可以为阴极或阳极彼此连接而阴极和阳极中的另一极彼此隔离的结构。例如，发光部100所包括的多个边发射激光器的阳极可以彼此连接而形成一个阳极，而阴极分别独立形成，或者也可以使发光部100所包括的多个边发射激光器的阴极彼此连接而形成一个阴极，而阳极分别独立地形成。在以下说明中，对发光部100所包括的多个边发射激光器的阴极彼此连接且阳极分别独立形成的情形进行说明。

如图4所示，发光部100上部的多个突出部分可以分别为各个边发射激光器的阳极，发光部100下部可以为多个边发射激光器的阴极。图4中示出了发光部100具有8个阳极和1个阴极的情形。并且，在一个阳极和阴极之间可以形成能够发出激光的激光器，多个激光器可以分别具有单独的阳极，并且多个激光器的阴极可以彼此连接而构成一个一体的阴极，阳极的数量可以等于发光部100所包括的激光器的数量。可以通过向阴极和阳极通过提供驱动信号而使图4所示的发光部100向垂直方向，即纸面上方发出激光。阳极可以分别连接到设置于基板300的驱动电路，阴极可以通过基板300接地。

发光部100能够包括的边发射激光器的数量不受限制。例如，一个发光部100可以包括16、32或64个边发射激光器。发光部100所包括的边发射激光器的数量可以根据诸如设计者的需求、支撑部200及发光部100的大小、设置于基板300的驱动电路的数量等而多样地变更。

虽然图4中示出了多个阳极形成于上方、一个一体的阴极形成于下方的情形，但本实用新型不限于此，阴极也可以通过半导体工艺等方式延伸至多个阳极的一侧，从而使多个阳极和一个阴极依次形成。例如，图4中，形成于上方的八个电极可以是1个阴极和7个阳极，并且该发光部100包括7个激光器。

两个支撑部200如图1~2所示地设置于基板300上。例如，支撑部200可以设置于基板300的一面。两个支撑部200可以分别支撑两个发光部100，并且可以使发光部100电连接于基板300。

支撑部200可以为六面体形状，并且优选为长方体形状，更优选为两面为正方形的长方体形状。在本实施例中，将支撑部200的与基板300相接的面称为底面；将支撑部200的与底面对向的面称为顶面；将支撑部200的底面及顶面以外的四个面称为侧面；将支撑部200的四个侧面中的较长的两个侧面称为长侧面；将支撑部200的侧面中的较短的两个侧面称为短侧面。其中，两个短侧面可以为正方形。

在本实用新型的一实施例中，支撑部200可以利用陶瓷材料形成。相比于普通的印刷电路板，陶瓷材料的热导率高，且热膨胀系数与发光部100更匹配。因此，利用陶瓷材料形成支撑部200可以减少发光部100发热引起的受损现象。

在本实用新型的一实施例中，如图1~3所示，两个支撑部200相隔形成，并且发光部100形成于两个支撑部200的相向的面。本实用新型不限于此，两个发光部100可以形成于两个支撑部200的任意一个长侧面。进一步地，发光部100的朝向基板上方的表面可以与支撑部200的顶面齐平。

发光部100优选以发光区域朝向基板300的上方的方式设置于支撑部200，更为优选地，发光部100发出的光的方向垂直于基板300。即，图4所示的发光部100的上部可以面向支撑部200，图4所示的发光部100的下部可以朝向支撑部200的外侧。进一步地，发光部100所发出的光的方向可以不垂直于基板300，可以使发光部100朝向基板300的斜上方发出激光。

通过使发光部100在支撑部200设置为朝向基板300的上方发出激光，可以将激光束的发射方向从现有技术的平行于基板改为垂直于基板。因此，可以减少激光发射模块10在激光发射方向的长度，从而可以减少激光雷达在激光发射方向的长度。

进一步地，如图2所示，当从上方观察时，两个支撑部200在x轴方向可以位于不同位置，并且两个发光部100在x轴方向也可以位于不同位置。因此，从发光部100的每个激光器发出的光可以沿x轴方向不重叠而增加沿x轴方向的激光束的线数。其中，x方向可以是平行于支撑部200的长侧面与基板300的交界线的方向；y方向可以是平行于支撑部200的短侧面与基板300的交界线的方向；z方向可以是所述支撑部相对于所述基板300的高度方向。

基板300可以为印刷电路板（PCB）。在基板300可以形成有电路。并且在基板300可以设置有驱动电路，驱动电路可以驱动设置于支撑部200的发光部100的各个激光器而使激光器发出激光。驱动电路的数量可以与两个发光部100所包括的射激光器的数量相同，或者可以与单个发光部100所包括的激光器的数量相同。

图5是示出根据本实用新型的一实施例的形成于支撑部200的金属图案210的图。

在支撑部200的表面可以形成有金属图案210。如图1、3、5所示，金属图案210可以以金属条形状形成于支撑部200的长侧面。并且一个支撑部200上的多个金属图案210可以分别彼此相隔。更为具体地，在支撑部200的长侧面，金属图案210可以形成为从顶部延伸至底部，从而金属图案210在支撑部200的长侧面的长度可以等于长侧面的宽度。进一步地，金属图案210的宽度可以以能够与发光部100的阴极或阳极形成电连接的方式形成。

其中，金属图案210例如可以为金属板或金属薄层（例如金箔），可以通过电镀的方式形成于支撑部200的表面。

形成于一个支撑部200的金属图案210的数量可以与设置于该支撑部200的发光部100的阴极和阳极的数量相同。如图5所示，在每个支撑部200的长侧面可以形成有9个金属图案210，其数量可以等于设置于各个支撑部200的发光部100的阴极和阳极的数量（8+1）。并且，金属图案210可以至少形成于支撑部200的设置有发光部100的面以及所述支撑部200与基板300相接的面，并在上述两个面之间形成连接。其中，形成于设置有发光部100的面的金属图案210可以用于与发光部100的激光器的阳极及阴极连接；形成于与基板300相接的面的金属图案210可以用于通过焊接等方式与基板300的驱动电路连接。并且，金属图案210可以在上述的两个面之间形成连接，例如可以在两个面的交界线形成连接。

其中，形成于支撑部200的金属图案210和发光部100外侧的阴极通过如图3所示的金属线400连接。

如图5所示，在基板300可以形成有连接两个支撑部200的金属图案210的电路。例如，可以将两个支撑部200的连接于激光器的阳极的金属图案210通过基板300电连接。从而，可以从驱动电路向两个支撑部的激光器同时施加驱动信号而使两个激光器同时发出激光。进一步地，两个支撑部200的连接于激光器的阴极的金属图案210可以彼此不连接，从而可以分别对两个发光部100进行阴极导通/断开。

通过如上所述的方法，可以通过控制n（n为大于1的整数）个驱动电路及两个阴极开关而控制设置于支撑部200的2n个激光器。例如，在图5所示的实施例中，可以通过8个驱动电路及2个阴极开关控制16个激光器分别发出激光。或者，可以使两个阴极开关同时被导通而使连接于同一驱动电路的激光器同时发出激光。并且，多个激光器可以在x轴方向上位于不同的位置，从而可以增加激光雷达在x轴方向的分辨率。其中，两个支撑部200的连接于阳极的金属图案无需全部彼此连接，也可以使两个支撑部200的连接于阳极的部分金属图案之间断开。

上文中，参照图1~5对两个发光部100分别设置于两个支撑部200的情形进行了说明。本实用新型不限于此。接下来，参照图6~7对两个发光部100设置于一个支撑部200的情形进行说明。

图6是示出根据本实用新型的第二实施例的激光发射模块10的立体图。图7是示出根据本实用新型的第二实施例的金属图案的图。

如图6所示，两个发光部100可以分别设置于支撑部200的两个相对的侧面。例如，两个发光部100可以设置于支撑部200的两个长侧面。金属图案210可以形成于支撑部200的设置有两个发光部100的面以及支撑部200与基板300相接的面（底面）。并且，连接于发光部100的阳极的金属图案可以在上述两个侧面和底面之间形成连接；连接于发光部100的阴极的金属图案210可以分别连接于支撑部的底面且彼此不连接，或者可以记载为，连接于发光部100的阴极的金属图案210可以在支撑部200的底面断开。

通过如上所述的方法，可以通过控制n个驱动电路及两个阴极开关而控制设置于支撑部200的2n个激光器分别发出激光。例如，在图5所示的实施例中，可以通过8个驱动电路及2个阴极开关控制16个激光器的分别发光。

在上文中，对支撑部200的金属图案210形成为彼此平行的条形状的情形进行了说明。本实用新型不限于此，为了增加支撑部200的底面与基板300的固定强度及支撑部200的安装便利性，可以增加位于支撑部200的底面的金属图案210的宽度。此时，支撑部200的侧面的金属图案210可以如图8所示地形成，从而可以增加支撑部200底面的金属图案210的宽度。

以上，对根据本实用新型的一实施例的激光发射模块10进行了说明。通过如上的激光发射模块10，可以将多个边发射激光器的激光发出方向调整为垂直于基板的方向，因此可以减少激光发射模块10在激光发出方向的长度。并且，通过将发光部100设置于陶瓷材质的支撑部200，相比于发光部100设置于印刷电路板的情形，有助于发光部100的散热，且陶瓷材质的热膨胀系数与发光部100更匹配。并且，由于将多个发光部100设置于支撑部200，并将支撑部200设置于基板300，因此无需在组装激光发射模块10时对每个设置于不同基板的边发射激光器进行光学对准，只需在将发光部100设置于支撑部200时保证发光部100的安装精度即可。并且，如上的激光发射模块10将多个发光部100安装于一个支撑部200，因此有利于激光发射模块10的小型化。

并且，可以通过使连接于多个发光部100的阳极的金属图案210彼此连接而可以使多个激光器被一个驱动电路驱动，并且可以通过阴极开关的分别控制而使阳极彼此连接的激光器能够分别发出激光。通过如上方式，可以减少所需的驱动电路的数量。并且，可以通过使多个激光器同时发光而减少使所有激光器发光一次所需要的时间。

图9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9，根据本实用新型的一实施例的激光雷达包括激光发射模块10、激光接收模块20以及处理器30。

参照图9说明的激光发射模块10可以与参照图1至图7说明的激光发射模块10相同。

激光发射模块10中，发光部100所包括的多个激光器可以基于控制部（未示出）的控制而借助驱动电路的驱动按照设定顺序发出激光。

并且，通过发光部100发出的激光经过设置在激光雷达的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模块覆盖预定的视场范围。其中，激光发射模块10可以覆盖的水平角度范围或垂直角度范围可以根据发光部100所包括的激光器的数量以及发散透镜而多样地变更。

从激光发射模块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模块20。

激光接收模块20可以包括感测光的传感器600。此时，激光接收模块20所包括的传感器600的数量可以为一个或多个。传感器600可以为诸如APD或SPAD等光电传感器。传感器600的数量可以与激光发射模块10的激光器数量相同，或者也可以少于激光器的数量，从而使一个传感器600接收从多个激光器发出的光。此时，与一个传感器对应的多个激光器的发射间隔优选大于预定时间差。该时间差可以是激光来回激光雷达最大探测距离所需的时间以上。

并且，传感器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）利用传感器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。

根据本实用新型的一实施例，可以通过如上的发光部100、支撑部200及基板300减少激光发射模块10的大小，由于减少激光发射模块10的大小，也可以相应地减小激光接收模块20的大小。因此，可以减少整体激光雷达的大小。

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）。旋转部件可以使激光发射模块10、激光接收模块20旋转。旋转可以是360°的旋转。或者，旋转部件可以包括反射镜，从而通过反射镜与旋转部件的旋转将从激光发射模块10发出的激光沿着图1的z轴和y轴所在的平面扫描。

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 (10)

1.一种激光发射模块，其特征在于，包括：

基板，设置有驱动电路；

第一支撑部和第二支撑部，分别设置于所述基板，且表面形成有多个金属图案，

第一发光部和第二发光部，分别包括能够发出激光的多个激光器，分别设置于第一支撑部和第二支撑部，所述激光器包括阴极及阳极，所述激光器的阴极及阳极分别电连接于所述金属图案而电连接于所述基板；

所述金属图案连续形成于支撑部的设置有发光部的面以及支撑部的与所述基板相接的面，

所述第一支撑部的电连接于激光器的第一电极的金属图案通过所述基板电连接于所述第二支撑部的电连接于激光器的第一电极的金属图案而使设置于所述第一支撑部的激光器和设置于所述第二支撑部的激光器被一个驱动电路驱动而发出激光，所述第一电极为阳极或阴极。

2.如权利要求1所述的激光发射模块，其特征在于，

所述激光器是边发射激光器，

所述激光器向垂直于所述基板的方向发出激光。

3.如权利要求1所述的激光发射模块，其特征在于，

所述金属图案形成于支撑部的设置有发光部的面以及支撑部的与所述基板相接的面而在两个面之间形成连接。

4.如权利要求1所述的激光发射模块，其特征在于，

所述第一支撑部的电连接于第二电极的金属图案和所述第二支撑部的电连接于第二电极的金属图案电连接到不同开关，从而使多个发光部的激光器能够单独发出激光，第二电极是阴极和阳极中的另一个电极。

5.如权利要求1所述的激光发射模块，其特征在于，

支撑部利用陶瓷材料形成。

6.一种激光发射模块，其特征在于，包括：

基板，设置有驱动电路；

支撑部，设置于所述基板，且表面形成有多个金属图案，所述支撑部包括与所述基板相接的底面以及两个相对的侧面，所述金属图案形成于两个所述侧面及所述底面；

第一发光部和第二发光部，分别设置于所述支撑部的两个所述侧面，分别包括能够发出激光的多个激光器，所述激光器包括阴极及阳极，

多个所述激光器的阴极及阳极分别通过所述金属图案电连接于所述基板，

第一发光部的激光器的第一电极和第二发光部的激光器的第一电极通过所述金属图案彼此电连接，第一发光部的激光器的第二电极和第二发光部的激光器的第二电极通过金属图案电连接到不同开关，从而使第一发光部和第二发光部的激光器能够通过驱动电路的驱动而单独发出激光，

第一电极为阳极或阴极，第二电极为阳极和阴极中的另一个电极。

7.如权利要求6所述的激光发射模块，其特征在于，

电连接于第一电极的金属图案在两个所述侧面及所述底面连续形成。

8.如权利要求6所述的激光发射模块，其特征在于，

电连接于第二电极的金属图案在一个所述侧面及所述底面连续形成。

9.一种激光雷达，其特征在于，包括：

权利要求1至8中的任一项所述的激光发射模块；

激光接收模块，具有感测光的传感器。

10.如权利要求9所述的雷达，其特征在于，还包括：

旋转部件，使所述激光发射模块及所述激光接收模块旋转。

Images