[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

激光雷達系統包括光子芯片，其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。輸出信號是調頻連續波(FMCW)信號。發射光束引導裝置從光子芯片的發射光束耦合器發射輸出信號。接收光束引導裝置獲得目標對輸出信號的反射，并且將反射作為接收信號提供給光子芯片的接收光束耦合器。光子芯片、發射光束引導裝置和接收光束引導裝置異構地集成到光學引擎中。

技術領域

本主題公開涉及異構集成的芯片級激光雷達系統。

背景技術

車輛(例如，汽車、卡車、建筑設施、農場設施、自動化工廠設施)越來越多地配備有提供信息以增強或自動化車輛操作的傳感器。示例性傳感器包括無線電檢測和測距(雷達)系統、相機、麥克風以及光探測和測距(激光雷達)系統。示例性激光雷達系統是相干激光雷達系統，其發射調頻連續波(FMCW)信號并且依賴于發射信號與由于目標對發射信號的反射散射引起的回波信號之間的光學相干性以執行目標的檢測。在諸如車輛應用等應用中，由于空間可用性有限，傳感器的緊湊設計是重要的。因此，希望提供一種異構集成的芯片級激光雷達系統。

發明內容

在一個示例性實施例中，激光雷達系統包括光子芯片，其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，其中輸出信號是調頻連續波(FMCW)信號。激光雷達系統還包括發射光束引導裝置和接收光束引導裝置，發射光束引導裝置從光子芯片的發射光束耦合器發射輸出信號，接收光束引導裝置獲得目標對輸出信號的反射并且將反射作為接收信號提供給光子芯片的接收光束耦合器，其中光子芯片、發射光束引導裝置和接收光束引導裝置異構地集成到光學引擎中。

除了本文描述的一個或多個特征之外，發射光束引導裝置和接收光束引導裝置是被制造為管芯的二維微機電系統(2D?MEMS)鏡。

除了本文描述的一個或多個特征之外，光學引擎異構地集成在具有蝕刻有用于放置2D?MEMS鏡的凹坑的半導體板上。

除了本文描述的一個或多個特征之外，發射光束引導裝置被放置成與光子芯片的發射光束耦合器光學對準，而接收光束引導裝置被放置成與光子芯片的接收光束耦合器光學對準。

除了本文描述的一個或多個特征之外，光子芯片、發射光束引導裝置和接收光束引導裝置接合到公共半導體板以被動地保持光學對準。

除了本文描述的一個或多個特征以外，激光雷達系統還包括與光學引擎耦合的驅動電子裝置。驅動電子裝置包括調制激光器驅動器和控制驅動器，調制激光器驅動器用于調制光源并且產生FMCW信號，控制驅動器用于發射光束引導裝置和接收光束引導裝置。

除了本文描述的一個或多個特征以外，激光雷達系統還包括后檢測電子裝置以處理由光子芯片的光電檢測器提供的電信號。

除了本文描述的一個或多個特征以外，光學引擎、驅動電子裝置和后檢測電子裝置形成在第一印刷電路板上，而控制驅動器形成在第二印刷電路板上。

除了本文描述的一個或多個特征以外，將控制驅動器制造為第一專用集成電路(ASIC)，而將驅動電子裝置和后檢測電子裝置制造為第二ASIC。

除了本文描述的一個或多個特征以外，激光雷達系統在車輛中。

在另一個示例性實施例中，一種封裝激光雷達系統的方法包括制造光子芯片。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，并且輸出信號是調頻連續波(FMCW)信號。方法還包括將發射光束引導裝置耦合到光子芯片以從光子芯片的發射光束耦合器發射輸出信號，并且將接收光束引導裝置耦合到光子芯片以獲得目標對輸出信號的反射并且將反射作為接收信號提供給光子芯片的接收光束耦合器。光子芯片、發射光束引導裝置和接收光束引導裝置異構地集成到光學引擎中。

除了本文描述的一個或多個特征以外，方法還包括將發射光束引導裝置和接收光束引導裝置制造為二維微機電系統(2D?MEMS)鏡管芯，其中異構地集成光學引擎包括將2DMEMS鏡管芯放置在蝕刻于硅板中的凹坑中。