[發明專利]光轉向鏡組件

有效

• 申請號: 201880087625.2
• 申請日: 2018-12-11
• 公開（公告）號: CN111788514B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 王佑民;周勤
• 申請（專利權）人: 北京航跡科技有限公司
• 主分類號: G02B26/10
• 分類號: G02B26/10;G01S17/931;G01S7/481
• 代理公司: 成都七星天知識產權代理有限公司 51253
• 代理人: 袁春曉

本申請披露了用于光轉向的方法和系統。在一個示例中，一種裝置包括：一個光源；一個接收器；一個微機電系統(MEMS)和一個控制器。微機電系統包括：第一旋轉鏡陣列，用于接收和反射來自光源的光束；第二旋轉鏡，用于接收由第一旋轉鏡陣列反射的光束。控制器被配置為分別旋轉第一旋轉鏡陣列和第二旋轉鏡，設置光路與第一尺寸相關的第一角度，以及設置光路與正交于第一尺寸的第二尺寸相關的第二角度，以執行以下至少一項：沿光路反射來自光源的光，或將沿光路傳播的輸入光反射到接收器。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2018年12月7日提交的美國專利申請No.16/213,992的優先權，該申請的全部內容通過引用合并于此以用于所有目的。

技術領域

本說明書涉及光束轉向技術領域，具體涉及光轉向鏡組件。

背景技術

光轉向通常涉及沿預定方向的光投射，以促進例如物體的檢測和測距、物體的照明和掃描等。光轉向可以用于許多不同的應用領域，例如，自主車輛、醫療診斷設備等。

可以在光的發射和接收中執行光轉向。例如，光轉向系統可以包括微鏡陣列，以控制光的投射方向以檢測/成像物體。此外，光轉向接收器還可包括微鏡陣列，以選擇要由接收器檢測的入射光的方向，以避免檢測到其他不想要的信號。微鏡陣列可以包括微鏡組件陣列，其中每個微鏡組件包括微鏡和驅動器。在微鏡組件中，微鏡可以通過一個連接結構(例如扭桿、彈簧等)連接到基板上以形成樞軸，并且驅動器可以使微鏡繞樞軸旋轉。每個微鏡可以旋轉一個旋轉角度，以將來自光源的光向目標方向反射(和轉向)。驅動器可以旋轉每個微鏡以提供沿著垂直軸的投射角度的第一范圍和提供沿著水平軸的投射角度的第二范圍。投射角度的第一范圍和第二范圍可以確定一個二維視場(field of view FOV)，在該FOV中光被投射以檢測/掃描物體。FOV還可以確定由接收器檢測到的，物體反射的入射光的方向。

鏡組件可以主導光轉向系統的各種性能指標，例如精度、驅動功率、FOV、分散角、可靠性等。有望提供一種可以改善這些性能指標的鏡組件。

發明內容

在一些實施例中，一種裝置包括一個光檢測和測距(LiDAR)模塊。LiDAR模塊包括：光源、接收器、以及包括微機電系統(MEMS)和控制器的半導體集成電路。微機電系統包括：第一旋轉鏡陣列，用于接收和反射來自光源的光束；第二旋轉鏡，用于接收由第一旋轉鏡陣列反射的光束；第一驅動器陣列，被配置為旋轉第一旋轉鏡陣列；和第二驅動器，被配置為旋轉第二旋轉鏡。控制器被配置為控制第一驅動器陣列旋轉第一旋轉鏡陣列設置光路與第一尺寸相關的第一角度，以及控制第二驅動器旋轉所述第二旋轉鏡設置光路與第一尺寸正交的第二尺寸相關的第二角度，以執行以下至少一項：沿光路發射來自光源的光，或將沿光路傳播的輸入光發射到接收器。在一些方面，光源是激光二極管。

在一些方面，光包括第一光信號。控制器被配置為：控制光源在第一時間發射包括第一光信號的光；控制第一驅動器陣列和第二驅動器朝著物體輸出包括沿著光路的第一光信號的光；控制第一驅動器陣列和第二驅動器以選擇輸入光，該輸入光包括從物體傳播的沿著光路的第二光信號；由接收器在第二時間接收第二光信號；并基于第一時間和第二時間、第一角度和第二角度之間的差值確定物體相對于裝置的位置。

在一些方面，第一旋轉鏡陣列和第二旋轉鏡形成于半導體集成電路的半導體基板的表面上。該裝置可以進一步包括面對第一旋轉鏡陣列和第二旋轉鏡的第三鏡，并且該第三鏡被配置為將從第一旋轉鏡陣列反射的光反射到第二旋轉鏡。在一些方面，第三鏡與半導體基板的表面由第一距離分隔。第一旋轉鏡陣列和第二旋轉鏡由第二距離分隔。第一距離和第二距離是基于來自光源的光相對于第一旋轉鏡的入射角來設定的。

在一些方面，該裝置還包括位于光源和第一旋轉鏡之間的準直器透鏡。準直器透鏡具有預定的孔徑。在一些方面，第一旋轉鏡陣列中的每個旋轉鏡和第二旋轉鏡的尺寸基本上等于該孔徑。