[發明專利]異構集成的芯片級激光雷達系統

有效

• 申請號: 201810755512.7
• 申請日: 2018-07-11
• 公開（公告）號: CN109254296B
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: P·R·帕特森;B·黃;J·H·莎夫納;K·薩亞赫;O·葉菲莫夫;R·薩基西安
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
• 主分類號: G01S17/00
• 分類號: G01S17/00;G01S7/481
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 佘鵬;鄧雪萌

1.一種激光雷達系統，包括：

光子芯片，其包括光源和被配置為提供輸出信號進行發射的發射光束耦合器，其中所述輸出信號是調頻連續波(FMCW)信號；

發射光束引導裝置，其被配置為從所述光子芯片的所述發射光束耦合器發射所述輸出信號；以及

接收光束引導裝置，其被配置為獲得目標對所述輸出信號的反射并且將所述反射作為接收信號提供給所述光子芯片的接收光束耦合器，其中所述光子芯片、所述發射光束引導裝置和所述接收光束引導裝置在所述光子芯片、所述發射光束引導裝置和所述接收光束引導裝置被分別制造之后被異構地集成到光學引擎中。

2.根據權利要求1所述的激光雷達系統，其中所述發射光束引導裝置和所述接收光束引導裝置是被制造為管芯的二維微機電系統(2DMEMS)鏡。

3.根據權利要求2所述的激光雷達系統，其中所述光學引擎異構地集成在具有蝕刻有用于放置所述2DMEMS鏡的凹坑的半導體板上。

4.根據權利要求1所述的激光雷達系統，其中所述發射光束引導裝置被放置成與所述光子芯片的所述發射光束耦合器光學對準，所述接收光束引導裝置被放置成與所述光子芯片的所述接收光束耦合器光學對準，所述光子芯片、所述發射光束引導裝置和所述接收光束引導裝置接合到公共半導體板以被動地保持所述光學對準。

5.根據權利要求1所述的激光雷達系統，進一步包括與所述光學引擎耦合的驅動電子裝置，所述驅動電子裝置包括調制激光器驅動器和控制驅動器，所述調制激光器驅動器調制所述光源并且產生所述FMCW信號，所述控制驅動器用于所述發射光束引導裝置和所述接收光束引導裝置，并且所述激光雷達系統還包括后檢測電子裝置，所述后檢測電子裝置被配置為處理由所述光子芯片的光電檢測器提供的電信號，其中所述光學引擎、所述驅動電子裝置和所述后檢測電子裝置形成在第一印刷電路板上，所述控制驅動器形成在第二印刷電路板上，所述控制驅動器被制造為第一專用集成電路(ASIC),而所述驅動電子裝置和所述后檢測電子裝置被制造為第二ASIC。

6.根據權利要求1所述的激光雷達系統，其中所述激光雷達系統位于車輛中。

7.一種封裝激光雷達系統的方法，所述方法包括：

制造光子芯片，其中所述光子芯片包括光源和用于提供輸出信號進行發射的發射光束耦合器，并且所述輸出信號是調頻連續波(FMCW)信號；

將發射光束引導裝置耦合到所述光子芯片以從所述光子芯片的所述發射光束耦合器發射所述輸出信號；

將接收光束引導裝置耦合到所述光子芯片以獲得目標對所述輸出信號的反射，并且將所述反射作為接收信號提供給所述光子芯片的接收光束耦合器；以及

在分別制造所述光子芯片、所述發射光束引導裝置和所述接收光束引導裝置之后，將所述光子芯片、所述發射光束引導裝置和所述接收光束引導裝置異構地集成到光學引擎中。

8.根據權利要求7所述的方法，進一步包括將所述發射光束引導裝置和所述接收光束引導裝置制造為二維微機電系統(2DMEMS)鏡管芯，其中所述異構地集成所述光學引擎包括將所述2DMEMS鏡管芯放置在蝕刻于硅板中的凹坑中。

9.根據權利要求7所述的方法，進一步包括將所述發射光束引導裝置放置成與所述光子芯片的所述發射光束耦合器光學對準，將所述接收光束引導裝置放置成與所述光子芯片的所述接收光束耦合器光學對準，以及將所述光子芯片、所述發射光束引導裝置和所述接收光束引導裝置被動地接合到公共半導體板以保持所述光學對準。

10.根據權利要求7所述的方法，進一步包括將驅動電子裝置與所述光學引擎耦合，其中所述驅動電子裝置包括調制激光器驅動器和控制驅動器，所述調制激光器驅動器調制所述光源并且產生所述FMCW信號，所述控制驅動器用于所述發射光束引導裝置和所述接收光束引導裝置，所述方法包括將后檢測電子裝置耦合到所述光學引擎以處理由所述光子芯片的光電檢測器提供的電信號，將所述光學引擎、所述驅動電子裝置和所述后檢測電子裝置形成在第一印刷電路板上，并且將所述控制驅動器形成在第二印刷電路板上，或者將所述控制驅動器制造為第一專用集成電路(ASIC)，并且將所述驅動電子裝置和所述后檢測電子裝置制造為第二ASIC。