激光收发模组和激光雷达装置

技术领域

本申请涉及光电设备技术领域，尤其是涉及一种激光收发模组和激光雷达装置。

背景技术

激光雷达是以发射激光光束来探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统，其工作原理是先向目标发射探测激光束，然后将接收到的从目标反射回来的信号与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，例如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数。

目前，现有的激光雷达一般包括激光器、透镜和探测器等元件，这些元件一般都需要安装于壳体内，利用壳体来对这些元件进行固定。激光雷达在接收目标反射回来的信号时，会有部分波段的太阳光混进接收通道中，形成杂散光，影响激光雷达的探测精度。另外在接收通道和发射通道中，在壳体的内壁及光学器件的边缘处易反射形成杂散光，这些杂散光也会影响激光雷达的探测精度。

发明内容

基于此，本申请提供一种激光收发模组和激光雷达装置，以减少激光收发模组中的杂散光，改善激光雷达探测精度较低的问题。

为达到上述目的，本申请实施例的技术方案是这样实现的：

一方面，本申请实施例提供一种激光收发模组，包括光学模组壳体、设于所述光学模组壳体内的接收通道及设于所述接收通道出口处的探测器；所述接收通道上设有聚焦透镜组，所述聚焦透镜组和所述探测器之间设有第一消光结构；所述第一消光结构至少包括两组第一消光单元，每一所述第一消光单元分别包括第一挡光板和第一光陷阱；所述第一挡光板分别设在所述接收通道的两侧，所述第一光陷阱设在所述第一挡光板靠近所述聚焦透镜组的一侧，由所述接收通道的通道壁向内凹陷形成；各组所述第一消光单元之间的间距由所述聚焦透镜组向所述探测器方向逐渐增大。

在其中一个实施例中，各个所述第一挡光板形成的所述接收通道的宽度由所述聚焦透镜组向所述探测器方向逐渐减小。

在其中一个实施例中，每个所述第一挡光板处形成的所述接收通道的宽度由所述聚焦透镜组向所述探测器方向逐渐减小。

在其中一个实施例中，所述聚焦透镜组包括沿所述接收通道的接收方向依次设置的第一聚焦透镜和第二聚焦透镜，所述第一聚焦透镜和所述第二聚焦透镜之间的所述接收通道上设有第二消光结构，所述第二消光结构包括第二光陷阱，所述第二光陷阱由所述接收通道的通道壁向内凹陷形成。

在其中一个实施例中，所述光学模组壳体还包括发射通道、快轴准直镜及第三消光结构；

所述快轴准直镜设于所述发射通道入口处；

所述第三消光结构设于所述快轴准直镜出射端的所述发射通道上，所述第三消光结构包括光阑和第三光陷阱；所述光阑分别设在所述发射通道的两侧；所述第三光陷阱设在所述光阑靠近所述快轴准直镜的一侧，由所述发射通道的内壁向内凹陷形成。

在其中一个实施例中，所述光阑用于形成所述发射通道的侧壁包括平滑过渡的第一弧形面和第二弧形面，且所述光阑形成的所述发射通道的宽度由远离所述快轴准直镜一端向靠近所述快轴准直镜一端逐渐增大。

在其中一个实施例中，所述激光收发模组还包括设在所述发射通道中部的第一慢轴准直镜；在所述第一慢轴准直镜和所述快轴准直镜之间的所述发射通道上设有第四消光结构，且所述第四消光结构位于所述第三消光结构与所述第一慢轴准直镜之间；所述第四消光结构包括至少一个第四消光单元，所述第四消光单元包括第四挡光板和第四光陷阱；所述第四挡光板分别设在所述发射通道的两侧，所述第四光陷阱设在所述第四挡光板靠近所述第一慢轴准直镜的一侧，由所述发射通道的内壁向内凹陷形成。

在其中一个实施例中，所述激光收发模组还包括第二慢轴准直镜，所述第二慢轴准直镜设在所述第一慢轴准直镜的出射端；所述第一慢轴准直镜和所述第二慢轴准直镜之间设有第五消光结构；所述第五消光结构包括第五挡光板和第五光陷阱，所述第五挡光板分别设在所述发射通道的两侧，所述第五光陷阱设在所述第五挡光板靠近所述第二慢轴准直镜的一侧，由所述发射通道的内壁向内凹陷形成。

在其中一个实施例中，所述激光收发模组还包括分光镜和第六消光结构；

所述分光镜设在所述发射通道的出口处；

所述第六消光结构设于所述分光镜和所述第二慢轴准直镜之间；所述第六消光结构包括呈夹角设置的第一消光壁和第二消光壁，所述第一消光壁与所述分光镜垂直设置，所述第一消光壁和所述第二消光壁之间的夹角为锐角。

另一方面，本申请实施例提供一种激光雷达装置，包括如上所述的激光收发模组。

本申请至少具有以下有益效果：本申请实施例提供的激光收发模组在聚焦透镜组和探测器之间设置有第一消光结构，接收光线经聚焦透镜组聚焦后，在聚焦透镜组边缘处形成的杂散光能够通过第一挡光板的反射进入到第一光陷阱中，并被第一光陷阱吸收，从而减少进入探测器的杂散光。当设置多组第一消光单元时，第一光陷阱能够逐级对聚焦透镜组边缘产生的杂散光进行吸收，进一步减少进入探测器内的杂散光，从而提高激光雷达装置的探测精度。

附图说明

图1为本申请实施例的光学模组壳体的一个视角的分解结构示意图。

图2为本申请实施例的光学模组壳体的另一个视角的分解结构示意图。

图3为本申请实施例的发射通道和接收通道的内部结构示意图。

图4为本申请实施例的发射通道、接收通道及光学镜片组件的结构示意图。

图5为本申请实施例的第一消光结构的主视结构示意图(图中箭头方向为光线接收方向)。

图6为本申请实施例一个视角的发射通道和接收通道的立体结构示意图。

图7为本申请实施例另一个视角的发射通道和接收通道的立体结构示意图。

图8为图7的A处结构放大示意图。

图9为本申请实施例的第三消光结构和第四消光结构的主视结构示意图(图中箭头方向为光线发射方向)。

附图中各标号的含义如下：

211、激光器；212、探测器；

2211、第一聚焦透镜；2212、第二聚焦透镜；

2213、快轴准直镜；2214、第一慢轴准直镜；2215、第二慢轴准直镜；2216、分光镜；

222、光学模组壳座；2221、接收通道；2222、发射通道；2223、凹槽；

2224、第一消光单元；22241、第一挡光板；22242、反射壁；22243、第一光陷阱；

2225、第二光陷阱；

2226、第三消光结构；22261、光阑；22262、反射面；22263、第一弧形面；22264、第二弧形面；22265、第三光陷阱；

2227、第四消光单元；22271、第四挡光板；22272、第四光陷阱；

2228、第五消光结构；22281、第五挡光板；22282、第五光陷阱；

2229、第六消光结构；22291、第一消光壁；22292、第二消光壁；

223、光学模组壳盖；2231、凸筋。

具体实施方式

以下结合说明书附图及具体实施例对本申请技术方案做进一步的详细阐述。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请的实现方式。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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申请和简化描述，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申请的限制。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

请参阅图1至图3，本申请实施例的激光收发模组，包括光学模组壳体、设于光学模组壳体内的接收通道2221及设于接收通道2221出口处的探测器212。探测器212用于接收目标物体反射的回波。

如图3所示，接收通道2221上设有聚焦透镜组，聚焦透镜组包括沿接收通道2221的接收方向依次设置的第一聚焦透镜2211和第二聚焦透镜2212，第一聚焦透镜2211靠近接收通道2221的入口设置。

如图4所示，第二聚焦透镜2212和探测器212之间设有第一消光结构。第一消光结构至少包括两组第一消光单元2224，每一第一消光单元2224分别包括第一挡光板22241和第一光陷阱22243；第一挡光板22241分别设在接收通道2221的两侧，第一光陷阱22243设在第一挡光板22241靠近聚焦透镜组的一侧，由接收通道2221的通道壁向内凹陷形成。如图5所示，第一消光单元2224之间的间距由聚焦透镜组向探测器212方向逐渐增大(H1＜H2＜H3)。

如图6和图7、及图4所示，具体地，在本实施例中，第一消光单元2224包括两个第一挡光板22241，两个第一挡光板22241并列设置于接收通道2221的两侧，且两个第一挡光板22241分别与接收通道2221的中轴线L2垂直设置，两个第一挡光板22241互相靠近的一端为第一挡光板22241的反射壁22242，两个反射壁22242形成接收通道2221的通道壁。每组第一消光单元2224于第一挡光板22241处形成的接收通道2221的宽度(两个反射壁22242之间的距离)由聚焦透镜组向探测器212方向逐渐减小，即两个第一挡光板22241的反射壁22242之间的距离由上至下(图4和图5所示的上下方向)逐渐减小，也即两个第一挡光板22241的反射壁22242分别为一斜面，与接收通道2221的中轴线L2相交设置，也即沿进光方向，两个反射壁22242形成进口大、出口小的通道结构(W0＞W1)。或者，在其它实施例中，第一挡光板22241的反射壁22242也可以呈弧面状，具体不作限制，只要能保证射入到第一挡光板22241的反射壁22242上的光线能够进入到第一光陷阱22243中即可。本实施例中的第一光陷阱22243的侧壁为圆弧状。如图5所示，在本实施例中，共设有4组第一消光单元2224，第一消光单元2224之间的间距由图示中的由上至下的方向逐渐增大，形成先密后疏的结构(H1＜H2＜H3)。在靠近第二聚焦透镜2212处的第一组第一消光单元2224处，其第一挡光板22241的位置根据机械加工走刀的距离要求设定，一般应与第二聚焦透镜2212保持1mm以上距离。接下来的几组第一消光单元2224之间的间距根据第一组第一消光单元2224的位置及接收的信号光的光束宽度来确定。当第一组第一消光单元2224的第一挡光板22241的位置确定后，后续的每一第一挡光板22241的位置和中间的间距均按照光线刚好偏出上一块第一挡光板22241的位置确定。第一挡光板22241之间的距离需大于信号光的光束宽度，避免杂散光经过多次折射进入到探测器212中。

由于接收光线经过第二聚焦透镜2212进行聚焦后，其光线呈收缩状态，因此，将第一挡光板22241形成的接收通道2221的宽度设置成由图5所示的从上至下的方向逐渐减小(W1＞W2＞W3＞W4)，以与光线的光斑大小相适配，达到更好的消光效果。

第一消光结构用于减少由第二聚焦透镜2212边缘处形成的杂散光，该杂散光经第一挡光板22241的反射壁22242反射至对应的第一光陷阱22243内，并在第一光陷阱22243内不断反射、吸收，杂散光经过多个第一消光单元2224的反射吸收后，能量降低。

如图6和图7、及图4所示，为进一步减少反射到探测器212上的杂散光，还可以对第一聚焦透镜2211边缘产生的杂散光进行吸收，比如，可以在第一聚焦透镜2211和第二聚焦透镜2212之间的接收通道2221上设置第二消光结构，第二消光结构比如可以是第二光陷阱2225，第二光陷阱2225由接收通道2221的通道壁向内凹陷形成，本实施例中的光陷阱都采用同样的圆弧状侧壁的结构，当然，本申请中提到的各个光陷阱的结构包括但不限于圆弧状侧壁的结构，只要能够实现杂散光的反射、吸收的光陷阱结构形式都在本申请的保护范围之内。

通过设置第二消光结构对经过第一聚焦透镜2211产生的杂散光进行初步吸收，再通过设置第一消光结构对经过第二聚焦透镜2212产生的杂散光进行充分吸收，可有效减少射入到探测器212上的杂散光，避免影响探测器212的接收精度。同时，第一消光结构和第二消光结构还能够对入射到接收通道2221内的太阳光形成的杂散光进行反射、吸收。

如图2和图3所示，激光收发模组还可以包括发射通道2222、快轴准直镜2213、第一慢轴准直镜2214、第二慢轴准直镜2215及第三消光结构2226。发射通道2222与接收通道2221可左右或上下并列设置，每一发射通道2222对应一接收通道2221，发射通道2222的数量和接收通道2221的数量相等。如图1和图2所示，本实施例的光学模组壳体包括光学模组壳座222和光学模组壳盖223，光学模组壳盖223盖设于光学模组壳座222上，光学模组壳座222上设有上述的发射通道2222和接收通道2221，且在发射通道2222和接收通道2221的两侧分别设有凹槽2223，光学模组壳盖223与凹槽2223的对应处分别设有凸筋2231，光学模组壳盖223盖设于光学模组壳座222上时，凸筋2231插入凹槽2223内，使光学模组壳盖223与光学模组壳座222紧密贴合，使发射通道2222和接收通道2221完全隔开，防止发射通道2222中的出射光直接射到接收通道2221出口处的探测器212上而形成杂散光。

如图3所示，快轴准直镜2213设于发射通道2222内，并位于发射通道2222的入口处。

发射通道2222的入口外侧用于设置激光器211，激光器211用于发射激光，由于激光器211发射的光束发散性较强，因此可通过设置快轴准直镜2213、第一慢轴准直镜2214和第二慢轴准直镜2215对激光器211发射的激光进行准直发射，减少光束的发散。第一慢轴准直镜2214设在发射通道2222的中部，第二慢轴准直镜2215设在靠近发射通道2222出口处。

如图4、图7和图8所示，第三消光结构2226设于快轴准直镜2213出射端的发射通道2222上，第三消光结构2226包括光阑22261和第三光陷阱22265。两个光阑22261分别并列设在发射通道2222的两侧，并与发射通道2222的中轴线L1垂直设置。如图9所示，光阑22261用于形成发射通道2222的侧壁包括平滑过渡的第一弧形面22263和第二弧形面22264，且光阑22261形成的发射通道2222的宽度由远离快轴准直镜2213一端向靠近快轴准直镜2213一端(如图9所示的由上至下的方向)逐渐增大(W6＞W5)，也即两个光阑22261之间的间距沿光线的发射方向逐渐减小。

第三光陷阱22265设在光阑22261靠近快轴准直镜2213的一侧，由发射通道2222的内壁向内凹陷形成。

激光器211发射的激光经快轴准直镜2213进行准直后，光线仍为较发散的状态，快轴准直镜2213边缘产生的杂散光首先由第三消光结构2226进行初步吸收，杂散光照射到光阑22261的反射面22262(第一弧形面22263或第二弧形面22264)上，经反射面22262反射至第三光陷阱22265内，并被第三光陷阱22265进行吸收，防止杂散光继续向外传播。

如图4、图6和图7所示，为进一步对快轴准直镜2213产生的杂散光进行进一步消除，还可以在第三消光结构2226和第一慢轴准直镜2214之间设置第四消光结构。第四消光结构包括至少一个第四消光单元2227，第四消光单元2227包括第四挡光板22271和第四光陷阱22272；第四挡光板22271分别设在发射通道2222的两侧，第四光陷阱22272设在第四挡光板22271靠近第一慢轴准直镜2214的一侧，由发射通道2222的内壁向内凹陷形成。

具体地，在本实施例中，每个第四消光单元2227分别包括两个第四挡光板22271，两个第四挡光板22271并列设置在发射通道2222的两侧，且与发射通道2222的中轴线L1垂直设置。两个第四挡光板22271互相靠近的侧壁(也即形成发射通道2222的内壁)与发射通道2222的中轴线L1相交设置，使得两个第四挡光板22271之间的间距沿图9所示的由上至下的方向逐渐减小。由于光线经过快轴准直镜2213后仍呈发散状态，因此将第四挡光板22271互相靠近的侧壁设置成倾斜状，并与光线的发散状态相同，有利于吸收杂散光。在本实施例中，第四消光单元2227的数量为两个，在其它实施例中，也可根据实际情况具体设定更少或更多个。还可以将靠近快轴准直镜2213一侧的一个第四消光单元2227在其第四挡光板22271处形成的发射通道2222的宽度设置为小于靠近第一慢轴准直镜2214一侧的一个第四消光单元2227的在其第四挡光板22271处形成的发射通道2222的宽度，使第四挡光板22271处形成的发射通道2222的宽度与光斑的大小相适配。

通过在快轴准直镜2213出射端设置第三消光结构2226能够对快轴准直镜2213边缘产生的杂散光进行初步吸收，在第三消光结构2226和第一慢轴准直镜2214之间设置第四消光结构则可以吸收快轴准直镜2213边缘产生的大部分杂散光，有效避免杂散光继续向前传播而影响到激光雷达装置的探测精度。

如图4、图6和图7所示，第二慢轴准直镜2215设在第一慢轴准直镜2214的出射端，第一慢轴准直镜2214和第二慢轴准直镜2215之间设有第五消光结构2228。第五消光结构2228包括第五挡光板22281和第五光陷阱22282，第五挡光板22281分别设在发射通道2222的两侧，第五光陷阱22282设在第五挡光板22281靠近第二慢轴准直镜2215的一侧，由发射通道2222的内壁向内凹陷形成。具体地，在本实施例中，第五消光结构2228的结构与第四消光结构相同，不再赘述。第五消光结构2228用于消除由第一慢轴准直镜2214边缘产生的杂散光。

如图4和图6所示，本实施例的激光收发模组还可以包括分光镜2216和第六消光结构2229。分光镜2216设在发射通道2222外，位于发射通道2222的出口附近，分光镜2216与发射通道2222的中轴线L1呈45°夹角设置。该分光镜2216能够透射由发射通道2222发射出来的激光光线，同时还可用于向接收通道2221反射目标物体反射回来的回波，具体为接收通道2221入口处设有反射镜，分光镜2216向接收通道2221的反射镜反射目标物体反射回来的回波，目标物体反射回来的回波被该反射镜反射后进入接收通道2221。

第六消光结构2229设于分光镜2216和第二慢轴准直镜2215之间，位于发射通道2222出口与分光镜2216相对的一侧的内壁上。第六消光结构2229包括呈夹角设置的第一消光壁22291和第二消光壁22292，第一消光壁22291与分光镜2216垂直设置，第一消光壁22291和第二消光壁22292之间的夹角为锐角，且第一消光壁22291和第二消光壁22292的连接处圆滑过渡。第一消光壁22291位于发射通道2222出口的外侧，第六消光结构2229由发射通道2222的内壁向内凹陷形成。第一消光壁22291的设置方向与外部可能进入到发射通道2222内的光线的最大角度相平行。发射通道2222出口处的分光镜2216边缘形成的杂散光会进入到第一消光壁22291和第二消光壁22292形成的消光腔内，并在第一消光壁22291和第二消光壁22292之间来回反射、吸收，不会发生进一步的散射。

本申请实施例还提供一种激光雷达装置，包括上述的激光收发模组。

本申请实施例提供的激光收发模组和激光雷达装置，通过在不同位置设置多个消光结构，分别针对不同元件或外界太阳光产生的杂散光进行反射、吸收，有效减少了入射光线和出射光线中的杂散光，减少了接收通道和发射通道内产生的不确定性发射光线，从而避免了杂散光影响激光雷达装置的探测精度，提高了探测的准确性。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围之内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。