一种激光雷达主模块、激光雷达及发射光源安装方法与流程

本申请涉及人工智能技术领域，尤其涉及一种激光雷达主模块及激光雷达。

背景技术：

激光雷达是采用led或者激光器作为发射光源，采用光电探测技术手段的主动距离探测设备。激光雷达主要包括发射系统、接收系统、主控系统等。发射系统包括各种形式的激光器或者led、发射透镜；接收系统包括接收透镜和各种形式的光电探测器、光电芯片等；主控系统包括主控板，用于控制各系统工作并处理信息，得出测量结果。

激光雷达通过led或激光器发出指定波长光束，经发射透镜调整后照射目标物，目标物反射回的光束经接收透镜调整后由光电传感器接收，将目标反射的回波信号转换为电信号，再经主控系统处理得到测量系统到目标物的距离值。目前多数采用的固定方式是将发射光源led/ld和光电传感器焊接在光电pcb上，发射、接受透镜固定在结构件上，然后再以pcba与结构件组装完成光路系统的固定。

测距过程中发射及接受系统的光轴一致性尤为重要，这就突显了光学部件固定方式的重要性。然而，将发射光源led/ld和光电传感器焊接在光电pcb上，发射、接受透镜固定在结构件上，然后再以pcb与结构件组装完成光路系统的固定；这种安装方式在过程中存在多级装配公差，调试过程中需耗费大量时间对光轴进行调整以保证光路的准直，产品一次成功率低，生产效率低下。

技术实现要素：

本申请实施例在于提出一种激光雷达主模块及激光雷达，通过将发射光源、发射透镜、接收透镜直接设置在一结构镜筒内，保证发射光源、发射透镜、接收透镜相对位置固定，镜筒再与设置了光电传感器的光电电路板固定连接，解决了传统安装过程中存在的多级装配公差，调试过程中需耗费大量时间对光轴重新调整以保证光路的准直的问题。

本申请实施例还在于提出一种激光雷达，采用所述激光雷达主模块。

本申请实施例采用以下技术方案：

一方面，一种激光雷达主模块，包括发射模块、接收模块、光电电路板、主控板、结构镜筒，所述发射模块包括发射光源、发射电路和发射透镜，所述接收模块包括接收电路、光电传感器和接收透镜，所述发射电路、接收电路、光电传感器设置在光电电路板上，所述发射透镜、接收透镜设置在结构镜筒内，所述结构镜筒与主控板、光电电路板连接，结构镜筒的镜筒壁上设置有定位结构，用于固定发射光源与镜筒壁之间的相对位置。

在一种可能的实现方式中，所述的定位结构包括设置在镜筒壁上的凹槽，在发射光源上设置有与凹槽对应的凸起，发射光源通过凸起与凹槽的结合固定设置在结构镜筒内。

在一种可能的实现方式中，所述的定位结构设置在镜筒壁的底部。

在一种可能的实现方式中，所述发射光源为半导体激光器，其具有多个焊脚，所述光电电路板上设置有激光器插口，半导体激光器的焊脚与设置在光电电路板上的激光器插口结合，将半导体激光器固定在光电电路板上。

在一种可能的实现方式中，所述的结构镜筒与发射透镜、接收透镜为螺接或胶接，当结构镜筒与发射透镜、接收透镜为胶接时，在结构镜筒筒口上开设有注胶孔。

在一种可能的实现方式中，所述结构镜筒底部设置有定位柱，用于将结构镜筒与光电电路板垂直连接。

在一种可能的实现方式中，所述的激光雷达主模块，还包括一外接基板，所述的外接基板通过定位柱与结构镜筒连接。

在一种可能的实现方式中，所述结构镜筒外侧还设置有固定柱，所述结构镜筒通过固定柱与主控板固定连接，所述主控板与光电电路板焊接。

在一种可能的实现方式中，所述光电传感器设置在光电电路板上，位于接收透镜正下方，用于接收接收透镜传来的反射光束并转换成数字信号。

在一种可能的实现方式中，所述的激光雷达所述的激光雷达主模块，还包括后壳、线缆、红透面板、前壳，所述的激光雷达主模块固定于后壳，后壳与前壳螺接，形成一空腔，激光雷达主模块设置在空腔内，线缆穿过后壳与激光雷达主模块的主控板连接，前壳上开设有与结构镜筒相对应，用于通过发射、反射光路的开口，红透面板黏贴在前壳开口上。在其中的一种实施例中，所述红透面板为玻璃。

另一方面，一种激光雷达，包括上述任一一种可能的实现方式中的的激光雷达主模块，还包括后壳、线缆、红透面板、前壳，所述的激光雷达主模块固定于后壳，后壳与前壳螺接，形成一空腔，激光雷达主模块设置在空腔内，线缆穿过后壳与激光雷达主模块的主控板连接，前壳上开设有与结构镜筒相对应，用于通过发射、反射光路的开口，红透面板黏贴在前壳开口上。

另一方面，一种发射光源安装方法，结构镜筒的镜筒壁上设置有定位凹槽，发射光源具有凸起，在安装过程中，先将具有凸起的发射光源与具有凹槽的结构镜筒相匹配定位安装，并固定，然后将发射光源和结构镜筒安装到光电电路板上，将发射光源与光电电路板进行焊接固定。

本申请通过将发射光源、发射透镜、接收透镜直接嵌入一结构镜筒固定，保证发射光源、发射透镜、接收透镜相对位置固定，结构镜筒再与设置了光电传感器的光电电路板固定连接，避免了传统安装过程中存在的多级装配公差，不再需要对光轴重新调整的过程，保证了光路的准直，解决了产品一次成功率低，生产效率低下的问题。

附图说明

图1是本申请实施例1提供的激光雷达主模块的组装示意图。

图2是本申请实施例1提供的激光雷达主模块的分解示意图。

图3是本申请实施例1提供的激光雷达主模块结构镜筒俯视图。

图4是本申请实施例1提供的激光雷达主模块沿a-a方向的剖视图及光源与镜筒结合部局部放大示意图。

图5是本申请实施例1提供的激光雷达主模块光电电路板示意图。

图6是本申请实施例1提供的激光雷达示意图。

图中：

1、结构镜筒；2、主控板；3、光电电路板；4、防串扰泡棉；5、发射光源；6、发射透镜；7、接收透镜；8、定位柱；9、固定柱；10、外接基板；11、注胶孔；12、光电传感器；13、激光器接口；14、前壳；15、红透面板；16、双面胶泡棉；17、缓震泡棉；18、密封圈；19、线缆；20、o圈；21、后壳；22、凸起；23、凹槽；24、挡板；25、定位孔。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本申请的技术方案。

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。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本申请实施例。如图1、图2所示，一种激光雷达主模块，包括发射模块、接收模块、光电电路板3、主控板2、结构镜筒1，所述发射模块包括发射光源5、发射电路和发射透镜6，所述接收模块包括接收电路、光电传感器12和接收透镜7，所述发射电路、接收电路、光电传感器12设置在光电电路板3上，所述发射光源5、发射透镜6、接收透镜7设置在结构镜筒1内，所述结构镜筒1与主控板2、光电电路板3连接。

激光雷达主模块在工作过程中，主控板2发送调制信号至发射电路，发射电路驱动发射光源5发出探测光信号。其中，所述调制信号为方波信号或者为正弦波信号。发射光源为led光源或者为激光光源，发射光源发出的探测信号光为红外探测信号光。所述探测信号光的中心波长，例如为850nm、905nm、950nm或1550nm等。

在发射光源5发出的红外探测光光路上设置有发射透镜6，所述发射透镜6将发射光源5发出的探测光的发散角减小。所述发射透镜6为凸透镜或者为透镜组。该发射透镜6设置于结构镜筒1上。

经过发射透镜6的红外探测光信号，入射到激光雷达主模块的外部环境中，遇到物体被反射。该被物体反射回的红外探测光信号，即回波信号。

接收模块接收被物体发射回的回波信号。该回波信号被接收模块中的光电传感器12接收，光电传感器12将光信号转换为电信号，并传出。接收电路将光电传感器12传出的电信号传送至主控板2。主控板2基于飞行时间法计算激光雷达主模块与物体之间的距离。在光电传感器12接收回波信号的光路上，还设置有接收透镜7。所述接收透镜7将光线会聚到光电传感器12上。接收透镜7固定设置于结构镜筒1内。所述光电传感器12为cmos光电传感器或者ccd光电传感器。根据所要接收的回波信号的光的波长，光电传感器12选取相应的硅基光电传感器或者为铟镓砷光电传感器。

主控板1基于飞行时间法计算激光雷达主模块与物体之间的距离。其中可选的飞行时间距离探测方法，为直接获得光源发出的探测光信号与光电传感器接收到的回波信号的时间差，及脉冲飞行时间法；或者为间接获得光源发出的探测光信号与光电传感器接收到的回波信号的时间差，通过相位差来得到时间差的相位飞行时间法；上述距离探测方法为现有的公知技术。

在现有的激光雷达的组装过程中，通常将发射光源和光电传感器直接焊接在光电电路板上，然后再将光电电路板与其他光学结构件组装，完成光路系统的固定。这种安装方式在过程中存在多级装配公差，例如在将led或者激光光源安装到光电电路板上时，由于光电电路板上对应光源引脚的插口具有较大的公差，难以保证led或者激光光源的光轴与光学模块的光轴相一致。这种组装方式制作的产品，在调试过程中需耗费大量时间对光轴进行调整以保证光路的准直，产品一次成功率低，生产效率低下。

为了解决上述的组装方式中，将光源或者光电传感器首先直接焊接在电路板上，再进行其他光学结构件的组装，导致光源或者光电传感器的光轴与光学结构件的光轴不一致的问题，本申请实施例还提出了一种提高光源或者光电传感器的光轴与光学结构件的光轴一致性的结构和方法。光轴，为光学系统的中心对称轴，例如光源发射光束的中心线，接收系统的接收视场中心线，发射或者接收透镜的光学中心线。

为解决上述光轴不一致问题，所采取的具体结构为，在结构镜筒1的镜筒壁上设置有定位结构，用于固定发射光源5与镜筒壁之间的相对位置。如图5所示，所述的定位结构为设置在镜筒壁底部的凹槽23，在发射光源5上设置有与凹槽23对应的凸起22，发射光源5通过凸起22与凹槽23的结合固定设置在结构镜筒1内。在组装过程中，先将上述具有凸起22的发射光源5与具有凹槽23的结构镜筒1相匹配定位安装，并固定，然后再将发射光源5和结构镜筒1安装到光电电路板3上，将发射光源5与光电电路板3进行焊接固定。采用该种组装方式，首先将发射光源5与结构镜筒1进行匹配固定，保证了光轴的一致性，之后再将发射光源5焊接到光电电路板3上，这种方式避免了光电电路板3上插孔公差过大，导致光源光轴与镜筒光轴不一致的问题，达到提高光源光轴与镜筒光轴一致性的效果。如图5所示，所述发射光源5为半导体激光器，其具有多个焊脚，所述光电电路板3上设置有激光器接口13，将半导体激光器的焊脚与设置在光电电路板3上的激光器接口13结合、焊接，使半导体激光器固定在光电电路板3上。结构镜筒1、半导体激光器和光电电路板3的相对位置固定，减少了装备误差。

类似地，在其他实施例中，可以依据光电传感器12的结构与镜筒的结构，设置匹配定位装置，先将光电传感器12固定于镜筒1上，保证光电传感器12的光轴与接收镜筒1的光轴一致，再将光电传感器12焊接到光电电路3板上。

如图3所示，所述的结构镜筒1与发射透镜6、接收透镜7采用胶接方式连接，在结构镜筒1的筒口上开设有注胶孔11，安装时，将发射透镜6、接收透镜7放置入结构镜筒1的筒口，放置位置的镜筒半径与发射透镜6、接收透镜7相同，发射透镜6、接收透镜7卡在结构镜筒1内，然后将胶通过注胶孔11注射入结构镜筒1与透镜结合位置，将发射透镜6、接收透镜7与结构镜筒1胶粘在一起，待胶干之后完成安装。

发明人在设计中发现，发射光源5发出的红外探测光信号与回波信号容易发生串扰，发射光源5发出的红外探测光探测信号不经过外部环境中物体的反射，而进入到光电传感器12中，导致光电传感器12接收到的光信号不仅包括被环境中物体反射回来的回波信号，还包括发射光源发出直接或者间接进入到光电传感器中的干扰光。为了避免上述干扰的产生，所述结构镜筒1分成接收镜筒和发射镜筒，接收镜筒与发射镜筒为不透光材料做成，为相互独立的两个镜筒空间，固定设置在一起构成结构镜筒。优选地，发射镜筒和接收镜筒为圆锥台结构，横截面大的部分分别设置发射透镜6和接收透镜7，横截面小的部分分别设置发射光源5和光电传感器12。结合图1、图2所示，所述结构镜筒1为一双筒结构，发射光源5、发射透镜6设置在发射镜筒内，接收透镜7设置在接收镜筒内。在两个独立的镜筒空间之间还设置有挡板24，用于防止发射光源发出的红外探测光探测信号由镜筒内壁的反射、或者以其他方式不经过外部被探测物体的反射而进入到光电传感器中，产生干扰。

所述结构镜筒1底部设置有定位柱8，所述光电电路板2上设置有与其对应的定位孔25，定位柱8与定位孔25结合，用于将结构镜筒1与光电电路板3垂直连接。

所述的激光雷达主模块，还包括一外接基板10，所述的外接基板10通过定位柱8与结构镜筒1连接，外接基板10用于与外接电源、插口连通。

所述结构镜筒1外侧还设置有固定柱9，所述结构镜筒1通过固定柱9与主控板2固定连接，所述主控板2与光电电路板3焊接。

所述光电传感器12设置在光电电路板3上，位于接收透镜7正下方，用于接收接收透镜传来的反射光束并转换成数字信号。

所述的激光雷达包括激光雷达主模块，还包括后壳21、线缆19、红透面板15、前壳14，所述的激光雷达主模块固定于后壳21，后壳21与前壳14螺接，形成一空腔，激光雷达主模块设置在空腔内，线缆19穿过后壳21与激光雷达主模块的主控板2连接，前壳14上开设有与结构镜筒1相对应，用于通过发射、反射光路的开口，红透面板15黏贴在前壳开口上。在优选的实施例中，所述红透面板为玻璃材料。

所述的激光雷达还包括双面胶泡棉16、缓震泡棉17、密封圈18、o圈20，

红透面板15通过双面胶泡棉16黏贴在前壳开口上。缓震泡棉17设置在结构镜筒1顶部，用于为激光雷达主模块减震；所述密封圈18设置在后壳21与前壳14之间，用于保证空腔密封；所述的o圈20设置在线缆19与后壳21之间，用于保证线缆19与后壳21之间的密封。

使用时激光器发射激光，经发射透镜6、红透面板15照射到目标物表面，目标物表面反射光经接收透镜由光电传感器12接收，并转化成电信号经光电电路板3发送给主控板2，主控板2计算得到距离数据。

以上结合具体实施例描述了本申请的技术原理。这些描述只是为了解释本申请的原理，而不能以任何方式解释为对本申请保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本申请的其它具体实施方式，这些方式都将落入本申请的保护范围之内。