[发明专利]光转向镜组件

说明书

本申请披露了用于光转向的方法和系统。在一个示例中，一种装置包括：一个光源；一个接收器；一个微机电系统(MEMS)和一个控制器。微机电系统包括：第一旋转镜阵列，用于接收和反射来自光源的光束；第二旋转镜，用于接收由第一旋转镜阵列反射的光束。控制器被配置为分别旋转第一旋转镜阵列和第二旋转镜，设置光路与第一尺寸相关的第一角度，以及设置光路与正交于第一尺寸的第二尺寸相关的第二角度，以执行以下至少一项：沿光路反射来自光源的光，或将沿光路传播的输入光反射到接收器。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年12月7日提交的美国专利申请No.16/213,992的优先权，该申请的全部内容通过引用合并于此以用于所有目的。

技术领域

本说明书涉及光束转向技术领域，具体涉及光转向镜组件。

背景技术

光转向通常涉及沿预定方向的光投射，以促进例如物体的检测和测距、物体的照明和扫描等。光转向可以用于许多不同的应用领域，例如，自主车辆、医疗诊断设备等。

可以在光的发射和接收中执行光转向。例如，光转向系统可以包括微镜阵列，以控制光的投射方向以检测/成像物体。此外，光转向接收器还可包括微镜阵列，以选择要由接收器检测的入射光的方向，以避免检测到其他不想要的信号。微镜阵列可以包括微镜组件阵列，其中每个微镜组件包括微镜和驱动器。在微镜组件中，微镜可以通过一个连接结构(例如扭杆、弹簧等)连接到基板上以形成枢轴，并且驱动器可以使微镜绕枢轴旋转。每个微镜可以旋转一个旋转角度，以将来自光源的光向目标方向反射(和转向)。驱动器可以旋转每个微镜以提供沿着垂直轴的投射角度的第一范围和提供沿着水平轴的投射角度的第二范围。投射角度的第一范围和第二范围可以确定一个二维视场(field of view FOV)，在该FOV中光被投射以检测/扫描物体。FOV还可以确定由接收器检测到的，物体反射的入射光的方向。

镜组件可以主导光转向系统的各种性能指标，例如精度、驱动功率、FOV、分散角、可靠性等。有望提供一种可以改善这些性能指标的镜组件。

发明内容

在一些实施例中，一种装置包括一个光检测和测距(LiDAR)模块。LiDAR模块包括：光源、接收器、以及包括微机电系统(MEMS)和控制器的半导体集成电路。微机电系统包括：第一旋转镜阵列，用于接收和反射来自光源的光束；第二旋转镜，用于接收由第一旋转镜阵列反射的光束；第一驱动器阵列，被配置为旋转第一旋转镜阵列；和第二驱动器，被配置为旋转第二旋转镜。控制器被配置为控制第一驱动器阵列旋转第一旋转镜阵列设置光路与第一尺寸相关的第一角度，以及控制第二驱动器旋转所述第二旋转镜设置光路与第一尺寸正交的第二尺寸相关的第二角度，以执行以下至少一项：沿光路发射来自光源的光，或将沿光路传播的输入光发射到接收器。在一些方面，光源是激光二极管。

在一些方面，光包括第一光信号。控制器被配置为：控制光源在第一时间发射包括第一光信号的光；控制第一驱动器阵列和第二驱动器朝着物体输出包括沿着光路的第一光信号的光；控制第一驱动器阵列和第二驱动器以选择输入光，该输入光包括从物体传播的沿着光路的第二光信号；由接收器在第二时间接收第二光信号；并基于第一时间和第二时间、第一角度和第二角度之间的差值确定物体相对于装置的位置。

在一些方面，第一旋转镜阵列和第二旋转镜形成于半导体集成电路的半导体基板的表面上。该装置可以进一步包括面对第一旋转镜阵列和第二旋转镜的第三镜，并且该第三镜被配置为将从第一旋转镜阵列反射的光反射到第二旋转镜。在一些方面，第三镜与半导体基板的表面由第一距离分隔。第一旋转镜阵列和第二旋转镜由第二距离分隔。第一距离和第二距离是基于来自光源的光相对于第一旋转镜的入射角来设定的。

在一些方面，该装置还包括位于光源和第一旋转镜之间的准直器透镜。准直器透镜具有预定的孔径。在一些方面，第一旋转镜阵列中的每个旋转镜和第二旋转镜的尺寸基本上等于该孔径。