CN215833612U - 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，设置有多个驱动电路；支撑部，设置于基板，且表面形成有多个金属图案，支撑部包括与基板相接的底面以及两个相对的侧面，金属图案形成于两个侧面及底面；第一发光部和第二发光部，分别设置于支撑部的两个侧面，分别包括能够发出激光的多个激光器，激光器包括阴极及阳极，多个激光器的阴极及阳极分别通过金属图案电连接于基板，两个发光部沿第一方向错开，第一方向平行于基板与侧面的交界线，第一发光部的至少一个激光器和第二发光部的至少一个激光器的第一电极通过金属图案彼此连接而能够被一个驱动电路驱动而发出激光。

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，因此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，设置有多个驱动电路；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，第一发光部和第二发光部沿第一方向错开，所述第一方向平行于所述基板与所述侧面的交界线，第一发光部的至少一个激光器和第二发光部的至少一个激光器的第一电极通过所述金属图案彼此连接而能够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，所述金属图案中的至少一个金属图案可以在两个所述侧面及所述底面连续形成，且电连接于所述第一发光部的至少一个激光器和第二发光部的至少一个激光器的第一电极，从而能够用一个所述驱动电路同时驱动两个激光器。

并且，第一发光部和第二发光部的多个激光器可以位于所述第一方向的不同位置。

并且，在所述底面，所述金属图案的设置方向可以相对于所述第一方向倾斜。

并且，一个所述侧面的金属图案的数量可以至少比设置在该侧面的发光部的激光器的数量多一个。

并且，第一发光部和第二发光部的部分区域可以沿所述第一方向重叠，其余区域沿所述第一方向不重叠。

并且，所述支撑部可以利用陶瓷材料形成。

根据本实用新型的一实施例的激光雷达可以包括：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，可以通过金属图案将形成于支撑部的两个侧面的发光部的激光器及基板的驱动电路相连接，从而可以减少驱动所有激光器所需的驱动电路的数量。并且，通过使形成于支撑部的两个侧面的发光部错开预定距离，可以增加激光的线数及分辨率。

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一实施例的支撑部的一个长侧面的图。

图6是示出根据本实用新型的一实施例的支撑部的底面的图。

图7是示出根据本实用新型的另一实施例的支撑部的底面的图。

图8是示出根据本实用新型的另一实施例的支撑部的另一个长侧面的图。

图9是示出从激光发射模块发出的激光的图。

图10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一实施例的激光发射模块10的立体图。图2是示出根据本实用新型的一实施例的激光发射模块10的平面图。图3是示出根据本实用新型的一实施例的激光发射模块10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、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。阴极和阳极可以分别连接到设置于基板300的驱动电路。

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。或者，形成于上方的8个电极可以分别为4个阳极和四个阴极。

支撑部200如图1~3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。支撑部200可以支撑发光部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，两个发光部100分别设置于支撑部200的两个长侧面。其中，将图1中的发光部的左侧长侧面称为A面，将图1中的支撑部200的右侧的长侧面称为B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。

并且，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，两个发光部100设置于支撑部200的位置可以不对称。换言之，在两个相对的侧面（A面和B面），两个发光部100在x方向上的位置可以不相同，即可以彼此错开设置。即，如图2所示，A面的发光部100可以相对偏向左侧（或者+x方向）设置；B面的发光部100可以相对偏向右侧（或者-x方向）设置。进一步地，两个发光部100可以在x方向上有一部分重叠，其余部分可以不重叠。其中，x方向可以是平行于A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的各个激光器而使发光部100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所包括的射激光器的数量相同。并且，驱动电路可以在基板300上分布于支撑部200的两侧。因此，相比于驱动电路布置在支撑部200的一侧的情形，可以减少布置驱动电路所需的基板300的长度。

图5是示出根据本实用新型的一实施例的支撑部200的一个长侧面（A面）的金属图案210的图。

在支撑部200的侧面可以形成有金属图案210。金属图案210的数量可以与设置于该侧面的发光部的阴极和阳极的数量相同。例如，当发光部包括1个阴极和7个阳极时，可以形成8个金属图案210。从而，多个金属图案210可以分别连接于发光部100的阴极和多个阳极。如图4所示的发光部的上方的阳极可以直接焊接于对应的金属图案。与阴极对应的金属图案可以通过金属线电连接于图4的发光部的下方的一体的阴极；或者可以直接焊接于形成在图4所示的发光部的上方的阴极。可以通过如上方式，将金属图案210与发光部100电连接。并且，金属图案210可以电连接于基板300的驱动电路。

如图5所示，多个金属图案210在A面可以偏向于支撑部200的左侧（+x方向）而形成。并且，如图3所示，形成于A面的发光部100也在该侧面偏向于左侧而设置。形成于与该侧面相对的侧面（B面）的金属图案可以偏向于右侧（-x方向）而设置，且另一发光部100可以在B面偏向于右侧而形成。即，B面的金属图案210的形状可以是将图5左右翻转的形状。

如图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。进一步地，多个金属图案210之间可以平行，以防止彼此之间形成电连接。

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

图6是示出根据本实用新型的一实施例的支撑部的底面的金属图案的图。

如图6所示，在支撑部200的底面可以形成有8个金属图案210，其数量可以等于形成于支撑部200的一个侧面的金属图案210的数量。金属图案210的数量不限于此，如图7所示，也可以形成9个金属图案210。

形成于支撑部200底面的金属图案210可以与形成于侧面的金属图案210连接。其中，可以在侧面和底面的边界处形成连接。形成于支撑部200的底面的金属图案210可以用于与基板300进行焊接。即，在基板300形成与支撑部200底面的金属图案210对应的形状的焊盘之后，在焊盘预置焊料，然后可以将设置有发光部100的支撑部200置于焊料上而将支撑部200固定于基板300。可以通过如上方式实现金属图案210与基板300的电连接。并且，可以通过如上方式将发光部100电连接于基板300的驱动电路。

如图6所示，金属图案210可以在支撑部200的底面相对于底面的各个边倾斜地形成，并连接形成于A面的金属图案210和形成于B面的金属图案210。如图3所示，A面的发光部100及金属图案210相对于B面的发光部100及金属图案210形成于左侧，因此金属图案210在A面和B面的形成位置在图1的x方向上不同。因此，可以通过如图6所示的金属图案210的形状将形成于A面和B面的金属图案210连接，从而可以将A面的至少一个激光器的阳极和B面的至少一个激光器的阳极连接。并且，可以通过基板300向形成于支撑部200的各个金属图案210施加电信号。上述两个激光器的阴极可以分别接地，而无需相连。

支撑部200底面的金属图案210的形状不限于此，也可以如图7所示地形成。即，无需如图6所示地倾斜地形成。由于A面的金属图案210形成于左侧，因此图7所示的支撑部200底面的金属图案210可以与A面的金属图案210直接连接。在B面，金属图案210可以如图8所示地形成，并通过下方的倾斜的金属图案210连接上端的位于右侧的金属图案210和底面的位于左侧的金属图案210。因此，金属图案210无需在支撑部200的底面倾斜地形成。

如图7所示，支撑部200底面的金属图案210也可以不连接A面和B面而在底面的预定位置断开。从而可以通过从基板300向断开的两侧的金属图案210提供不同的驱动信号。并且，图7中示出了一个金属图案210在中间断开的结构，但本实用新型不限于此，也可以有更多的金属图案被断开。

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。

以下，参照图9对从上述激光发射模块10发出的激光进行说明。图9是示出从激光发射模块发出的激光的示意图。图9示出了每个发光部100包括8个激光器的情形。由于两个发光部100在支撑部200的设置位置沿x方向重叠一部分，因此两个发光部100发出的激光的线阵也在x方向上重叠一部分。并且，发光部100在支撑部200的安装位置设定为每个激光器在x方向上不重叠，因此从发光部100的重叠区域发出的激光也可以不重叠而错开预定距离。通过如上所述的方式，可以在中部附近增加发出的激光束在x方向的线数。因此，当将图1所示的激光雷达垂直设置，即x方向对应于竖直方向时，可以增加中部附近的激光线数，进而增加经过发射透镜的激光在水平方向附近的线数，进而可以增加激光雷达在水平方向附近的垂直分辨率。从而，更有利于载有激光雷达的车辆对于前方远处车辆的检测。

根据本申请的一实施例，通过使A面的金属图案和B面的金属图案在支撑部200的底面相连接，并从基板300通过支撑部200的底面向金属图案210传输电信号，可以同时驱动位于相同金属图案210的A面和B面的激光器。例如，假设图9的上方的激光为B面的激光器发出的激光；下方的激光为A面的激光器发出的激光，可以通过从基板300施加一个驱动信号而使上方的1号激光器和下方的1号激光器同时发出激光。或者，也可以通过修改金属图案的连接方式而使B面的1号激光器和A面的2号激光器同时发出激光。其中，同时发光的激光器优选在x方向相隔预定距离以上。如果相隔预定距离以下，则可能使激光接收器无法分辨接受的激光是从哪个激光器发出的激光。

根据本实用新型的上述实施例，相比于单独驱动设置于A面和B面的激光器，可以通过在底面将金属图案210连接而减少需要的驱动电路的数量。当A面和B面的激光器均为n个时，可以设置n个驱动电路，相比于2n个驱动电路可以减少成本且可以减少设置驱动电路所需的基板300的空间。A面的激光器和B面的激光器不一定均一对一地连接，也可以如图7所示地断开底面的金属图案。图7中，在A面的一个激光器和B面的一个激光器的连接断开的情况下，可以在基板300设置n+1个驱动电路而驱动所有激光器。

图10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10，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10说明的激光发射模块10可以与参照图1至图9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模块覆盖预定的角度范围。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，设置有多个驱动电路；

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，

第一发光部和第二发光部沿第一方向错开，所述第一方向平行于所述基板与所述侧面的交界线，

第一发光部的至少一个激光器和第二发光部的至少一个激光器的第一电极通过所述金属图案彼此连接而能够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，

所述金属图案中的至少一个金属图案在两个所述侧面及所述底面连续形成，且电连接于所述第一发光部的至少一个激光器和第二发光部的至少一个激光器的第一电极，从而能够用一个所述驱动电路同时驱动两个激光器。

4.如权利要求1所述的激光发射模块，其特征在于，

第一发光部和第二发光部的多个激光器位于所述第一方向的不同位置。

5.如权利要求1所述的激光发射模块，其特征在于，

在所述底面，所述金属图案的设置方向相对于所述第一方向倾斜。

6.如权利要求1所述的激光发射模块，其特征在于，

一个所述侧面的金属图案的数量至少比设置在该侧面的发光部的激光器的数量多一个。

7.如权利要求1所述的激光发射模块，其特征在于，

第一发光部和第二发光部的部分区域沿所述第一方向重叠，其余区域沿所述第一方向不重叠。

8.如权利要求1所述的激光发射模块，其特征在于，

所述支撑部利用陶瓷材料形成。

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。

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