激光发射模块及具有此的激光雷达的制作方法

本发明涉及光学领域，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。

技术实现要素：

本发明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。

根据本发明的一实施例的激光发射模块包括：基板；支撑部，设置于所述基板，且表面形成有金属图案；发光部，设置于所述支撑部，包括能够发出激光的多个激光器，所述发光部通过所述金属图案电连接于所述基板。

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

并且，所述支撑部可以为长方体形状，所述支撑部的与所述基板相接的面为底面，所述支撑部的与所述底面对向的面为顶面，所述支撑部的底面及顶面以外的四个面为侧面，所述支撑部的四个侧面中的较长的两个侧面为长侧面，所述支撑部的四个侧面中的较短的两个侧面为短侧面，所述发光部设置于所述支撑部的一个所述长侧面，所述金属图案形成于所述支撑部的设置有所述发光部的所述长侧面以及所述底面。

并且，所述金属图案还可以形成于所述支撑部的未设置所述发光部的长侧面。

并且，所述金属图案以相同的形状形成于所述支撑部的设置有所述发光部的长侧面、底面以及未设置所述发光部的长侧面。

并且，所述金属图案可以包括与所述激光器的数量相同数量的多个中部图案和两个端图案，两个所述端图案形成于所述长侧面的长度方向的两侧，多个所述中部图案形成于两个所述端图案之间。

并且，所述发光部可以包括与所述激光器的数量相同数量的阴极以及一个阳极，所述阴极分别电连接于所述中部图案，所述阳极电连接于所述端图案，所述端图案的宽度大于各个所述中部图案。

并且，所述发光部可以包括与所述激光器的数量相同数量的阳极以及一个阴极，所述阳极分别电连接于所述中部图案，所述阴极电连接于所述端图案，所述端图案的宽度大于各个所述中部图案。

并且，在所述基板可以设置有能够驱动所述发光部而使所述发光部发出激光的多个驱动电路，所述发光部通过所述金属图案电连接于所述驱动电路，多个所述驱动电路在所述基板分布于所述支撑部的两侧。

并且，所述支撑部可以利用陶瓷材料形成。

并且，所述金属图案在所述基板上方可以设置为垂直于所述基板，并且多个所述金属图案彼此平行设置。

根据本发明的另一实施例的激光雷达可以包括如上所述的激光发射模块以及具有感测光的传感器的激光接收模块。

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。

根据本发明的一实施例，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，通过将所述发光部设置于陶瓷材质的支撑部，相比于所述发光部直接设置于印刷电路板的情形，有助于发光部的散热及可靠性。并且，由于将发光部设置于一个支撑部，因此无需在组装激光发射模块时对每个设置于不同基板的边发射激光器进行光学对准。并且，有利于激光发射模块及激光雷达的小型化。

进一步地，通过使所述金属图案包括端图案及中部图案，并使发光部的阴极和阳极分别连接与端图案和中部图案，可以有利于激光发射模块的小型化。并且，通过使所述金属图案形成于所述支撑部的三个面，可以防止所述支撑部在焊接时产生偏移。

本发明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是示出根据本发明的一实施例的激光发射模块的立体图。

图2是示出根据本发明的一实施例的激光发射模块的平面图。

图3是示出根据本发明的一实施例的激光发射模块的侧视图。

图4是示出根据本发明的一实施例的发光部的平面图。

图5是示出根据本发明的一实施例的形成于支撑部的金属图案的图。

图6是示出根据本发明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 211：端图案

212：中部图案 300：基板

400：金属线 600：传感器

30：处理器

具体实施方式

下面将结合本发明实施例的附图，对本发明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发明的一部分实施例，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，都属于本发明的保护范围。

并且，在本发明的描述中，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发明的简化描述，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发明的限制。

图1是示出根据本发明的一实施例的激光发射模块10的立体图。图2是示出根据本发明的一实施例的激光发射模块10的平面图。图3是示出根据本发明的一实施例的激光发射模块10的侧视图。

所述激光发射模块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，根据本发明的一实施例的激光发射模块10包括发光部100、支撑部200以及基板300。

所述发光部100可以包括多个激光器。所示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，所述发光部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。其中，边发射激光器（EEL）的激光平行于衬底而发出，而垂直腔面发射激光器（VCSEL）的激光垂直于衬底而发出。因此，垂直腔面发射激光器更适合实现大规模阵列，但是垂直腔面发射激光器相较于边发射激光器，发射功率低，因此目前在远距离激光雷达的使用中存在限制。所以在远距离激光雷达中优选使用边发射激光器（EEL）。在以下说明中，对所述发光部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，虽然本发明对发光部100包括多个边发射激光器（EEL）的情形进行了说明，但是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是示出根据本发明的一实施例的发光部100的平面图。

如图4所示，所述发光部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，所述发光部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，或者也可以为所述发光部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，对所述发光部100所包括的多个边发射激光器的阳极彼此连接且阴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阴极，发光部100下部可以为多个边发射激光器的阳极。图4中示出了发光部100具有16个阴极和1个阳极的情形。并且，在一个阴极和阳极之间可以形成能够发出激光的激光器，多个所述激光器可以分别具有单独的阴极，并且多个所述激光器的阳极可以彼此连接而构成一个一体的阳极。可以通过向所述阴极和阳极提供驱动信号而使所述图4所示的发光部100向垂直方向，即纸面上方发出激光。所述阴极和阳极可以分别连接到设置于所述基板300的驱动电路。

所述阴极的数量可以等于所述发光部100所包括的激光器的数量。即，一个阴极和阳极之间可以形成有一个边发射激光器。所述发光部100能够包括的边发射激光器的数量不受限制。例如，一个所述发光部100可以包括16、32或64个边发射激光器。所述发光部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。

如图1~3所示，支撑部200设置于基板300上。例如，所述支撑部200可以设置于所述基板300的一面。所述支撑部200可以支撑所述发光部100，并且可以使所述发光部100电连接于所述基板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，两个所述短侧面可以为正方形。

在本发明的一实施例中，所述支撑部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，且热膨胀系数与所述发光部100更匹配。因此，利用陶瓷材料形成所述支撑部200可以减少所述发光部100发热引起的受损现象。

在本发明的一实施例中，如图1~3所示，发光部100设置于所述支撑部200的一个长侧面。但是不限于此，所述发光部100也可以设置于所述支撑部200的2个长侧面。

并且，所述发光部100的朝向基板上方的表面可以与所述支撑部200的朝向基板上方的表面齐平。

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的上部可以面向所述支撑部200，图4所示的发光部100的下部可以朝向所述支撑部200的外侧。并且，所述发光部100所发出的光的方向可以不垂直于所述基板300，可以根据所述支撑部200的形状而改变设置于所述支撑部200的发光部100所发出的激光的朝向，从而使所述发光部100朝向所述基板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。

所述基板300可以为印刷电路板（PCB）。在所述基板300可以形成有电路。并且在所述基板300可以设置有驱动电路，所述驱动电路可以驱动设置于支撑部200的发光部100而使发光部100发出激光。

所述驱动电路的数量可以与发光部100所包括的射激光器的数量相同。并且，所述驱动电路可以在基板300上分布于所述支撑部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是示出根据本发明的一实施例的形成于支撑部200的金属图案210的图。图5示出了根据本发明的一实施例的支撑部200的长侧面。

在所述支撑部200的表面可以形成有金属图案210。所述金属图案210可以包括形成于左侧端和右侧端的两个端图案211以及形成于两个端图案211之间的中部图案212。所述端图案211可以将设置于所述支撑部200的发光部100的阳极电连接于所述基板300；所述中部图案212可以将设置于所述支撑部200的发光部100的阴极电连接于所述基板300。参照图5，本发明的一实施例中，对端图案211形成于支撑部200的长侧面的长度方向的两侧的情形进行了说明，但是也可以省略两个端图案211中的一个而仅在支撑部200的长侧面的一侧端形成所述端图案211。

所述中部图案212可以形成为与所述发光部100的阴极的数量对应的数量。例如，当所述发光部100包括16个边发射激光器时，所述中部图案212可以形成16个。因此，所述中部图案212可以使所述发光部100的阴极分别电连接到所述基板300，从而可以独立地驱动所述发光部100所包括的多个激光器。

如图5所示，所述金属图案210可以以金属条形状形成于所述支撑部200。并且多个金属图案210可以分别彼此相隔。更为具体地，在所述支撑部200的长侧面，所述金属图案210可以形成为从顶部延伸至底部，从而所述金属图案210在所述支撑部200的长侧面的长度可以等于所述长侧面的宽度。进一步地，所述中部图案212的宽度可以以能够与所述发光部100的阴极形成电连接的方式形成。所述端图案211的宽度可以形成为大于各个所述中部图案211的宽度。通过使所述端图案211的宽度较大地形成，可以在将所述支撑部200固定于所述基板300时，增加所述端图案211与所述基板300的接触面积，从而增加焊接面积并提高焊接强度。例如，每个所述端图案211的宽度可以形成为整个所述支撑部200的长侧面长度的8%以上。当所述端图案211的宽度小于所述支撑部200的长侧面长度的8%时，无法确保所述支撑部200固定于所述基板300的强度。

进一步地，多个所述金属图案210之间可以平行，以防止彼此之间形成连接。进一步地，所述金属图案210可以在所述基板300上方垂直于所述基板300而设置。通过将所述金属图案210形成为彼此平行且垂直于基板，可以简化金属图案210的形成工序、可以节省金属图案210的材料，并且可以有效确保金属图案之间的隔离性。

所述金属图案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所述支撑部200的表面。

当所述支撑部200设置于所述基板300时，所述支撑部200的金属图案210可以通过焊料电连接于所述基板300的电路。并且，所述支撑部200可以通过上述的焊料固定于所述基板300。

参照图1、图4及图5，根据本发明的一实施例，当所述发光部100设置于所述支撑部200时，所述发光部100的阴极可以通过焊料或金锡合金电连接于所述中部图案212。并且，所述发光部100可以通过上述的焊料或者金锡合金固定于所述支撑部200。

当所述发光部100设置于所述支撑部200时，所述发光部100的阳极可以通过金属线400（参照图3）与所述端图案211电连接。即，所述发光部100的表面可以通过所述金属线400连接到所述端图案211。图3中示出了发光部100通过四条金属线400电连接于两个所述端图案211的情形，但本发明不限于此，所述金属线400的数量可以根据实际应用情形而多样地设计。并且，为了便于说明，在图1、图2中省略了金属线400，这并不代表图1及图2的实施例中不包括所述金属线400。

所述金属线400可以利用金属形成。例如，所述金属线400可以利用金、银、铜或者铝等导电性强的金属构成。

下面对形成于所述支撑部200的金属图案210进行更详细的说明。

上文中，对所述金属图案210形成于所述支撑部200的设置有所述发光部100的长侧面的情形进行了说明。但是，所述金属图案210还可以形成于所述支撑部200的底面，并且可以在所述长侧面和底面之间形成连接。因此，当在所述支撑部200设置有发光部100且所述支撑部200设置于所述基板300时，可以通过如上所述的金属图案210将所述发光部100的阴极及阳极电连接于所述基板300，更具体而言，可以电连接于所述基板300的驱动电路。并且，形成于所述支撑部200的底面的金属图案也可以如图5所示。即，形成于所述支撑部200的设置有所述发光部100的长侧面的所述金属图案210的形状可以与形成于所述支撑部200的底面的所述金属图案210的形状相同。

上文中，对所述金属图案210形成于所述支撑部200的设置有所述发光部100的长侧面以及底面的情形进行了说明。但是，所述金属图案210还可以形成于所述支撑部200的未设置所述发光部100的长侧面，并且可以在两个所述长侧面和底面之间形成连接。并且，形成于所述支撑部200的未设置所述发光部100的长侧面的金属图案也可以如图5所示。即，金属图案210可以在所述支撑部200的设置有所述发光部100的长侧面、底面以及未设置所述发光部100的长侧面相同地形成。

形成于所述支撑部200的设置有所述发光部100的长侧面的金属图案210可以用于与所述发光部100实现电连接。

形成于所述支撑部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通过掩模形成与所述支撑部200底面的金属图案210对应的形状的焊料之后，可以将设置有所述发光部100的所述支撑部200置于所述焊料上而将所述支撑部200固定于所述基板300，并且可以将所述发光部100电连接于所述基板300。

形成于所述支撑部200的未设置所述发光部100的长侧面的金属图案210可以有助于上述的焊接。具体而言，在所述基板300形成与所述支撑部200的底面的金属图案210对应的形状的焊料之后，若将所述支撑部200置于所述焊料上，则焊料会沿着所述支撑部200的表面上升，从而发生爬锡现象。因此，由于这种爬锡现象，焊料也会在所述支撑部200的未设置所述发光部100的长侧面的下部与金属图案210接触，因此可以增加焊料与金属图案210的接触面积，从而提高电连接的可靠性。并且，相比于金属图案210仅形成于所述支撑部200的设置有所述发光部100的长侧面以及所述支撑部200的底面的情形，通过使所述金属图案210形成于所述支撑部200的对向的两个长侧面以及底面，可以防止因爬锡现象导致焊接时所述支撑部200在所述基板300上向未设置所述发光部100的长侧面方向偏移的现象。其原因在于，相比于所述支撑部200的设置有所述金属图案210的长侧面，所述支撑部200的未设置金属图案210的长侧面不利于产生爬锡现象，当爬锡在一侧更多时因焊锡自身的张力可能使所述支撑部200偏移。因此，可以通过在支撑部200的如上所述的三个面均形成金属图案210而防止上述的偏移现象。从而可以通过在支撑部200的如上所述的三个面均形成金属图案210，实现更可靠的电连接，并且可以防止焊接时支撑部200向一侧偏移的现象。

如上所述，优选在包括所述支撑部200的设置有所述发光部100的长侧面、未设置所述发光部100的长侧面以及底面的三个面形成所述金属图案，且所述支撑部200的短侧面优选为正方形。因此，形成于所述支撑部200的设置有所述发光部100的长侧面、未设置所述发光部100的长侧面以及底面三个面的金属图案210可以相同，即，形成于上述三个面的所述金属图案210均可以为图5所示的形状。可以通过上述结构简化在所述支撑部200形成所述金属图案210的工序。

位于所述支撑部200的各个面的所述金属图案210之间的连接可以通过位于相邻面的重叠的边的金属图案210实现。

以上，对根据本发明的一实施例的激光发射模块10进行了说明。通过如上所述的激光发射模块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，通过将所述发光部100设置于陶瓷材质的所述支撑部200，相比于所述发光部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所述发光部100更匹配。并且，由于将多个发光部100设置于所述支撑部200，并将所述支撑部200设置于所述基板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设置于所述支撑部200时保证发光部100的安装精度即可。并且，如上所述的激光发射模块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。

图6是示出根据本发明的一实施例的激光雷达的示意图。

参照图6，根据本发明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6说明的激光发射模块10可以与参照图1至图5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）的控制而借助所述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发明的激光发射模块覆盖预定的垂直或水平角度范围。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。

所述激光接收模块20可以包括感测光的传感器。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。所述传感器600可以为诸如APD及SPAD等光电传感器。并且，所述传感器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。

其中，根据本发明的一实施例的所述激光发射模块10的发光部100的长度可以小于或等于一个所述传感器600的最大的长度或者多个所述传感器600的整体的最大的长度。从而，容易使所述发光部100所发出的激光照射到所述传感器600所在的区域。

根据本发明的一实施例，可以通过如上所述的发光部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，也可以相应地减小所述激光接收模块20的大小。因此，可以减少整体激光雷达的大小。

并且，根据本发明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模块10、激光接收模块20旋转。所述旋转可以是360°的旋转。

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发明的技术方案。