用于激光雷达的光学组件、制造方法及包括其的激光雷达与流程

1.本发明大致涉及光电技术领域，尤其涉及一种用于激光雷达的光学组件、制造方法及包括其的激光雷达。


背景技术：

2.激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统，是一种将激光技术与光电探测技术相结合的先进探测方式。激光雷达因其分辨率高、隐蔽性好、抗有源干扰能力强、低空探测性能好、体积小及重量轻等优势，被广泛应用于自动驾驶、交通通讯、无人机、智能机器人、能源安全检测、资源勘探等领域，为国民经济、社会发展和科学研究提供了极为重要的原始资料，展示出良好的应用前景。
3.激光雷达通常包括发射模块、接收模块和信息处理模块，其中发射模块是各种形式的激光器，接收模块采用望远镜和各种形式的光电探测器。激光雷达的发射模块的发光区域与收光模块的接收区域由于实际制程波动，其在装配时需要进行装调，使得发光区域的中心及收光区域的中心趋向于重合。当发光区域的中心及收光区域的中心趋向于重合后，用螺丝将保护盖和收/发光模块固定在透镜模块(或者折射器件)上，装调完成。
4.常规的保护盖、收/发光模块、透镜模块的外形设计是按照基本尺寸相等的逻辑设计。由于装调的原理是将发光区域的中心与收光区域的中心进行移动使得二者的中心趋向于重合，按照传统的设计逻辑，装调好后的三个模块的外侧和边缘并未对齐，保护盖、收/发光模块的外侧向超出了透镜模块(透镜模块默认为装配主体，其他两个模块配合透镜)。
5.在后段的生产过程中，装调好的整个装置会发生一些装夹或碰撞，碰撞过程中会对保护盖、收发光模块超出透镜模块边缘冲击使得其发生一定的偏位，进而使得原本装调好的发光模块中心的相对位置发生改变，改变往中心相对背离的方向进行，造成原本的装调好的结果失效。
6.背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。


技术实现要素：

7.本发明提出了一种适用于激光雷达的光学组件，解决了光学组件在装调过程及之后因粉屑进入收/发光模块影响收/发光功能以及因外力作用使光学组件相对位置发生改变的问题。
8.为解决上述技术问题，本发明的实施例提出一种可用于激光雷达的光学组件，包括：
9.收/发光模块；
10.保护盖，所述保护盖固定连接到所述收/发光模块的一侧；
11.透镜模块，所述透镜模块固定连接到所述收/发光模块的另一侧，所述透镜模块的尺寸配置为当所述收/发光模块和所述保护盖在装配过程中发生最大偏移时，所述透镜模
块仍然可以将所述收/发光模块和所述保护盖完全覆盖。
12.根据本发明的一个方面，其中所述收/发光模块和保护盖上分别具有相对应的通孔，所述透镜模块上具有对应于所述通孔的螺纹孔，所述收/发光模块、保护盖和透镜模块通过螺纹紧固件紧固在一起，所述螺纹紧固件穿过所述通孔并旋入所述螺纹孔。
13.根据本发明的一个方面，还包括位于所述保护盖和收/发光模块之间的胶粘层，所述胶粘层将所述保护盖和收/发光模块粘接在一起。
14.根据本发明的一个方面，其中所述收/发光模块、保护盖和透镜模块均具有矩形形状，所述保护盖与收发光模块的尺寸相同。
15.根据本发明的一个方面，其中所述通孔的尺寸配置为当所述收/发光模块和所述保护盖在装配过程中发生最大偏移时，所述通孔仍然可以将所述螺纹孔完全露出，供所述螺纹紧固件装配使用。
16.根据本发明的一个方面，其中所述收/发光模块和保护盖分别具有四个所述通孔，分别分布于收/发光模块和保护盖的四个角上，所述透镜模块具有四个所述螺纹孔，对应地分布在其四个角上，所述收/发光模块、保护盖、透镜模块上互相对应的孔间距分别相等。
17.本发明还涉及一种可用于激光雷达的光学组件的制造方法，包括：
18.提供或制备收/发光模块和保护盖；
19.提供或制备透镜模块；
20.将所述收/发光模块固定在所述保护盖与所述透镜模块之间，并且使得所述收/发光模块的中心与所述透镜模块的中心趋向于重合；
21.其中所述透镜模块的尺寸配置为当所述收/发光模块和所述保护盖在装配过程中发生最大偏移时，所述透镜模块仍然可以将所述收/发光模块和所述保护盖完全覆盖。
22.根据本发明的一个方面，其中所述收/发光模块和保护盖上分别具有相对应的通孔，所述透镜模块上具有对应于所述通孔的螺纹孔，所述将收/发光模块固定在保护盖与透镜模块之间的步骤包括：通过螺纹紧固件穿过所述通孔并旋入所述螺纹孔，将所述收/发光模块、保护盖和透镜模块通过螺纹紧固件紧固在一起。
23.根据本发明的一个方面，所述将收/发光模块固定在保护盖与透镜模块之间的步骤包括：通过胶粘层将所述保护盖和收发光模块粘接在一起。
24.根据本发明的一个方面，其中所述收/发光模块、保护盖和透镜模块均具有矩形形状，所述保护盖与收发光模块的尺寸相同。
25.根据本发明的一个方面，其中所述通孔的尺寸配置为当所述收/发光模块和所述保护盖在装配过程中发生最大偏移时，所述通孔仍然可以将所述螺纹孔完全露出，供所述螺纹紧固件装配使用。
26.根据本发明的一个方面，其中所述收/发光模块和保护盖分别具有四个所述通孔，分别分布于收/发光模块和保护盖的四个角上，所述透镜模块具有四个所述螺纹孔，对应地分布在其四个角上，所述收/发光模块、保护盖、透镜模块上互相对应的孔间距分别相等。
27.本发明还涉及一种激光雷达，包括：
28.发射单元，所述发射单元包括如上任一项所述的第一光学组件，其中所述第一光学组件的收/发光模块包括发光模块；
29.接收单元，所述接收单元包括如上任一项所述的第二光学组件，其中所述第二光
学组件的收/发光模块包括接收模块。
30.通过本发明的实施例，解决了用于激光雷达的光学组件在装调过程中敲击收/发光模块造成的粉屑进入收/发光模块而影响收/发光功能的问题，以及在装调之后因装夹或碰撞等产生的外力使光学模组相对位置发生改变的问题。
附图说明
31.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
32.图1示出了根据本发明一个实施例的光学组件的示意图；
33.图2示出了根据本发明一个实施例的另一光学组件的示意图；
34.图3示出了根据本发明一个实施例的光学组件中各部件装配面的示意图；
35.图4示出了根据本发明一个实施例的收/发光模块相对于透镜模块发生偏移的示意图；
36.图5示出了根据本发明一个实施例的光学组件制造方法的流程图；和
37.图6示出了根据本发明一个实施例的激光雷达的框图。
具体实施方式
38.在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
39.在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
40.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
41.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
42.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
43.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
44.本发明通过提出一种用于激光雷达的光学组件，解决了光学组件在装调时及装调之后因其保护盖、收/发光模块、透镜模块的外侧和边缘未对齐而引起的对收/发光功能的影响以及其相对位置发生变化造成的装调失效的问题。
45.图1示出了根据本发明一个实施例的光学组件100的示意图，如图所示，所述光学组件100包括收/发光模块110、保护盖120以及透镜模块130。所述收/发光模块110可以是单独的收光模块(例如下文的接收模块113)，也可以是单独的发光模块(例如下文的发光模块112)，或者同时包括发光模块和收光模块。其中所述保护盖120固定连接到所述收/发光模块110的一侧，所述透镜模块130固定连接到所述收/发光模块110的另一侧，所述透镜模块130的尺寸配置为当所述收/发光模块110和所述保护盖120在装配过程中发生最大偏移时，所述透镜模块130仍然可以将所述收/发光模块110和所述保护盖120完全覆盖。
46.根据本发明的一个方面，由图1可以看出，所述收/发光模块110和保护盖120上分别具有相对应的通孔111和121，所述透镜模块130上具有对应于所述通孔的螺纹孔131，所述收/发光模块110、保护盖120和透镜模块130通过例如螺杆的螺纹紧固件被固定在一起，所述螺纹紧固件穿过所述通孔并旋入所述螺纹孔。本领域的技术人员可以理解，所述通孔和螺纹孔的位置、数量和尺寸可以根据所述收/发光模块110、保护盖120和透镜模块130在装配固定时的需要做相应的调整，并不局限于图中的标示。根据本发明的一个优选实施例，所述光学组件100的收/发光模块110和保护盖120分别具有四个所述通孔111和121，其分别分布于收/发光模块110和保护盖120的四个角上，所述透镜模块130具有四个所述螺纹孔131，对应地分布在其四个角上，所述收/发光模块110、保护盖120、透镜模块130上互相对应的孔间距分别相等，从而可以通过螺纹紧固件连接在一起。
47.图2示出了根据本发明一个实施例的另一光学组件200的示意图。如图所示，所述光学组件200与图1所示的光学组件100相比，还包括位于所述保护盖120和收/发光模块110之间的胶粘层140。由上可知，在对光学组件200的装调过程中需要对收/发光模块110进行轻微敲击做微调使得收光区域的中心与发光区域的中心趋于重合，由于收/发光模块110的侧边为pcb板，装调敲击过程中会产生粉屑，所述粉屑会进入收/发光模块110的内部影响收发光效率，进而影响光学组件200的功能。因此所述胶粘层140通过胶粘剂将保护盖120和收/发光模块110粘接起来，使保护盖120和收/发光模块110成为一个整体。这样在装调过程只需要用塑胶件敲击保护盖120，保护盖120和收/发光模块110的整体就会产生位移，从而保护了收/发光模块110。
48.图3示出了根据本发明一个实施例的光学组件中各部件装配面的示意图。如图所示，图中从左到右分别示出了所述保护盖120、收/发光模块110和透镜模块130的装配面，根
据本发明的一个优选实施例，其三者均具有矩形形状，其中保护盖120和收/发光模块110的水平尺寸分别为w1、w3，纵向尺寸分别为l1、l3，其上的通孔直径分别为φ1、φ3，通孔中心的水平间隔分别为w2、w4，通孔中心的纵向间隔分别为l2、l4。透镜模块130的水平尺寸和纵向尺寸分别为w5、l5，螺纹孔的尺寸为m5，螺纹孔中心的水平间隔和纵向间隔分别为w6、l6。为了通过螺纹紧固件进行装配，使得l2＝l4＝l6，w2＝w4＝w6。另外为使得粘结保护盖120和收/发光模块110的过程中不产生额外的位置偏差，保持二者的一致性，优选地，所述保护盖120与收/发光模块110的外形尺寸相同，即所述保护盖120的水平尺寸w1和纵向尺寸l1分别等于所述收/发光模块110的水平尺寸w3和纵向尺寸l3(w1＝w3，l1＝l3)。
49.图4示出了根据本发明一个实施例的收/发光模块110相对于透镜模块130发生偏移的示意图。如图所示，在对光学组件100或200进行装调时，其中所述收/发光模块110在装配过程中可相对于所述透镜模块130发生水平偏移δx、纵向偏移δy、以及角度偏移θ。根据本发明的优选实施例，所述透镜模块130的水平尺寸w5和纵向尺寸l5的最小值为：
50.min w5＝αl3 βw3 δx，
51.min l5＝βl3 αw3 δy，
52.其中α为所述角度偏移θ导致的收/发光模块110的纵向尺寸在水平方向的偏移系数，其中α＝sinθ，β为所述角度偏移θ导致的收/发光模块110的水平尺寸在水平方向的偏移系数，其中β＝cosθ。
53.根据本发明的一个方面，在所述光学组件100或者200中，所述透镜模块130的螺纹孔的尺寸m5可根据经验值或实际需要设定，与螺栓、螺柱或螺钉相配合，通孔的尺寸配置为根据收/发光模块110、保护盖120在装配过程中发生最大偏移时，所述通孔仍然可以将所述螺纹孔完全露出，供所述螺纹紧固件装配使用。其中通孔φ1、φ3可由以下公式推导得出：
54.min(w2 φ1)＝min(w4 φ3)＝α(l6 m5) β(w6 m5) δx，
55.min(l2 φ1)＝min(l4 φ3)＝β(l6 m5) α(w6 m5) δy，
56.通孔的尺寸取φ1、φ3中的最大值。所述保护盖120的外形尺寸与所述收/发光模块110的外形尺寸分别小于等于所述透镜模块130的外形尺寸。
57.本发明还涉及一种可用于激光雷达的光学组件的制造方法，如图5示出的根据本发明一个实施例的光学组件制造方法500的流程图，所述制造方法500可用于制作上述光学组件100或者200。下面参考附图详细描述，其步骤包括：
58.在步骤s501：提供或制备收/发光模块和保护盖。
59.在步骤s502：提供或制备透镜模块。
60.在步骤s503：将所述收/发光模块固定在所述保护盖与所述透镜模块之间，并且使得所述收/发光模块的中心与所述透镜模块的中心趋向于重合。在对所述收/发光模块、保护盖和透镜模块装配时进行对其装调，使发光模块的发光区域中心与接收模块的收光区域中心趋于重合。
61.在步骤s504：其中所述透镜模块的尺寸配置为当所述收/发光模块和所述保护盖在装配过程中发生最大偏移时，所述透镜模块仍然可以将所述收/发光模块和所述保护盖完全覆盖。根据光学设计和实际验证结果可对所述收/发光模块的最大偏移量进行计算得到。
62.根据本发明的一个方面，上述的制造方法中所述收/发光模块和保护盖上分别具
有相对应的通孔，所述透镜模块上具有对应于所述通孔的螺纹孔。所述通孔及其对应的螺纹孔的位置、数量和尺寸可以根据装配需要进行设置。所述将收/发光模块固定在保护盖与透镜模块之间的步骤包括：通过螺杆穿过所述通孔并旋入所述螺纹孔，将所述收/发光模块、保护盖和透镜模块通过螺杆紧固在一起。优选地，所述收/发光模块和保护盖分别具有四个所述通孔，分别分布于收/发光模块和保护盖的四个角上，所述透镜模块具有四个所述螺纹孔，对应地分布在其四个角上，所述收/发光模块、保护盖、透镜模块上互相对应的孔间距分别相等。
63.根据本发明的一个方面，上述制造方法中所述将收/发光模块固定在保护盖与透镜模块之间的步骤包括：通过胶粘层将所述保护盖和收/发光模块粘接在一起。具体地，在所述保护盖和收/发光模块中加入胶粘剂，所述胶粘剂形成胶粘层使保护盖和收/发光模块成为一个整体。
64.根据本发明的一个方面，上述的制造方法中所述收/发光模块、保护盖和透镜模块均具有矩形形状，所述保护盖与收发光模块的尺寸相同，具体地，所述保护盖120的水平尺寸w1和纵向尺寸l1分别等于所述收/发光模块110的水平尺寸w3和纵向尺寸l3。所述收/发光模块在装配过程中可相对于所述透镜模块发生水平偏移δx、纵向偏移δy、以及角度偏移θ，所述透镜模块的水平尺寸w5和纵向尺寸l5的最小值为：
65.min w5＝αl3 βw3 δx，
66.min l5＝βl3 αw3 δy，
67.其中α为所述角度偏移θ导致的收/发光模块的纵向尺寸在水平方向的偏移系数，β为所述角度偏移θ导致的收/发光模块的水平尺寸在水平方向的偏移系数。
68.根据本发明的一个方面，上述的制造方法中预先设置所述螺纹孔的尺寸，通孔的尺寸配置为根据收/发光模块、保护盖在装配过程中发生最大偏移时，所述通孔仍然可以将所述螺纹孔完全露出，供所述螺纹紧固件装配使用。通孔φ1、φ3可由以下公式推导得出：
69.min(w2 φ1)＝min(w4 φ3)＝α(l6 m5) β(w6 m5) δx，
70.min(l2 φ1)＝min(l4 φ3)＝β(l6 m5) α(w6 m5) δy，
71.其中w2、w4分别为保护盖和收/发光模块的通孔中心的水平尺寸，l2、l4分别为其通孔中心的纵向尺寸，w6、l6分别为透镜模块螺纹孔中心的水平尺寸和纵向尺寸，m5为根据经验值或实际需要设定，与螺栓、螺柱或螺钉相配合。所述保护盖的外形尺寸与所述收发光模块的外形尺寸分别小于等于所述透镜模块的外形尺寸。
72.图6示出了根据本发明一个实施例的激光雷达600的框图。如图所示，所述激光雷达600包括发射单元610和接收单元620。其中所述发射单元610包括如上所述的第一光学组件，所述第一光学组件的收/发光模块包括发光模块112。所述接收单元620包括如上所述的第二光学组件，所述第二光学组件的收/发光模块包括接收模块113。所述发射单元610配置成可发出多个激光束用以探测目标物ob，所述发光模块112用于将出射的激光束调制成平行光并出射到激光雷达600周围的环境空间中。所述接收单元620配置成可接收激光束经探测目标物ob反射回来的回波，所述接收模块113用于将出射激光束经探测目标物ob反射的回波调制成平行光并射回到接收单元620。具体地，发射单元610发射的激光束l1通过发光模块112调制后投射在目标物ob上，引起散射，一部分激光束则被反射回来，并经过接收模块113进行会聚形成回波l1’。所述接收单元620接收反射回来的回波l1’，并将其转换为电
信号。
73.通过本发明的实施例，装调完成后的光学组件中的保护盖和收/发光模块在侧向不会超出透镜模块，因此在后段工序不会发生因碰撞而引起的对光模块失效问题；在保护盖与收/发光模块之间添加胶粘层使其成为一个整体，在装调时则无需直接敲击收/发光模块进行装调，而是通过敲击保护盖，从而避免了粉屑的产生，避免了因粉屑引起的对光模块失效问题。
74.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。