[发明专利]微机电系统轴的耦合效应的检测、校正和补偿

说明书

本公开的各实施例总体上涉及微机电系统轴的耦合效应的检测、校正和补偿。一种振荡器控制系统包括振荡器结构，该振荡器结构被配置为根据利萨茹图案围绕第一旋转轴线和第二旋转轴线振荡，其中围绕第二旋转轴线的振荡将交叉耦合误差施加到围绕第一旋转轴线的振荡上，并且其中交叉耦合误差根据利萨茹图案内的利萨茹位置而改变；以及包括锁相环(PLL)的驱动器电路，该PLL被配置为调节驱动信号，该驱动信号驱动围绕第一旋转轴线的振荡。PLL被配置为基于围绕第一旋转轴线的振荡的相位误差生成PLL信号。PLL包括补偿电路，该补偿电路被配置为接收PLL信号和利萨茹图案内的利萨茹位置，将补偿值应用于PLL信号以生成用于基于利萨茹位置生成驱动信号的已补偿PLL信号。

技术领域

本公开的各实施例总体上涉及微机电系统轴的耦合效应的检测、校正和补偿。

背景技术

以定义的方式利用高频在二维视场上扫描准直光束与各种应用相关，诸如增强现实(AR)应用中的光检测和测距(LiDAR)或投影目的。由于其紧凑性和大批量生产的兼容性，微机电扫描仪(例如， MEMS扫描镜)作为这样的系统的光束引导单元的关键组件而备受关注。

为了在两个正交方向上偏转光，光束引导系统可以在两个单独的芯片上结合两个单独的MEMS器件，每个芯片服务于一个轴。两个 MEMS芯片在空间上布置为使得被第一扫描镜在第一方向上偏转的光束撞击第二扫描镜，第二扫描镜提供在第二(正交)方向上的偏转。因此，两个一维(1D)MEMS扫描镜(每个具有关于相应扫描轴线的一个操作自由度)可以用于在两个维度中引导光。作为替代方案，在同一设备中具有关于两个扫描轴线的两个操作自由度的二维(2D) MEMS扫描镜可以用于在两个维度中引导光。

在这两种实现中，两个轴中的每个可以被设计用于准静态(QS) 操作或谐振(RES)操作。更具体地，所有组合QS/QS、QS/RES和 RES/RES都是可能的。然而，可以操作QS镜的频率(范围10-500Hz，强烈依赖于尺寸)通常远低于MEMS反射镜的谐振频率(范围1kHz -40kHz，强烈依赖于尺寸)。因此，QS/QS组合几乎没有实际意义，因为它不能以可接受的帧速率提供高分辨率扫描图案。

对于这两种实现，可移动镜体(转子)通过能够提供恢复力的弹簧来从半导体芯片框架悬挂。为了偏转光线，镜体需要围绕一个(1D) 或两个(2D)操作轴可旋转。MEMS反射镜由致动机构旋转。MEMS 反射镜的常见致动方案是静电致动、压电致动和电磁致动。它们都可以用于QS和RES致动。静电致动通常通过叉指平面外梳状驱动结构来实现，该结构形成随MEMS位置而改变的电容。

即使假定1D反射镜的转子是完全刚性的，由弹簧悬挂的镜体也具有六个(刚体)自由度(DOF)，三个平移，三个旋转，每个自由度与本征模振荡相关联。理想情况下，在操作中，MEMS反射镜仅在这些DOF中的一个(即，与预期旋转相关联的DOF)中执行偏转。因此，MEMS反射镜的设计目标是抑制所有不需要的本征模，这表示，它们的本征频率应当尽可能高。这是通过以某种方式设计弹簧来实现的，其中它们仅适用于预期的旋转运动，同时对于所有其他平移和旋转尽可能刚性。

对于2D MEMS扫描仪的两个操作轴的定义，存在两种主要可能性。要么存在轴的分层定义，要么两个轴是等价的。第一种情况是通过使用万向安装的所谓的万向MEMS器件实现的，而第二种情况是通过由于对称性而导致本征频率(几乎)劣化的三脚架或四脚架设计实现的。

首先由两个1D扫描仪实现的2D光束引导单元具有以下缺点，即，系统集成没有在2D MEMS的情况下紧凑，因为需要将两个芯片相对于彼此以一定角度布置。但是，它具有比真正的2D反射镜更好地定义运动的优势。