CN109799510A - 距离测量传感器 - Google Patents
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Abstract
一种距离测量传感器，包括：光源(1)，该光源(1)具有半导体光学放大器(7)和具有硅光子电路的谐振器(8)，所述光学放大器(7)和谐振器(8)位于半导体基板(6)处；多个发射器(2)，每个发射器(2)都被配置成将由光源产生的光束发射到光源外部；扫描仪(3)，该扫描仪(3)被配置成通过使从光源发出的光束在镜子处反射并且使镜子振动来利用光束执行扫描；光学接收器(4)，该光学接收器(4)被配置为接收由在物体处反射的光束产生的反射光束；以及处理器(5)，该处理器(5)被配置为基于在光学接收器处接收的反射光束测量到物体的距离。分别从发射器发射的光束沿不同方向入射到镜子上。扫描仪利用相应的光束执行扫描不同区域。
Description
技术领域
本公开涉及一种距离测量传感器。
背景技术
LIDAR(光检测和测距)已被用于例如通过使用激光器检测到物体的距离。另外，安装到车辆的LIDAR需要以较宽的角度进行扫描。
例如，JP 2004-517352 A公开了一种距离测量传感器，其包括分别具有光纤的两个光源。距离测量传感器使用分别由两个光源产生的两种光来照射镜子。两种光从两个不同的方向发射。随后，从镜子反射的两种不同光束分别照射不同的区域。这种类型的距离测量传感器可以用一个镜子的通常宽度的两倍来照亮一个区域，该镜子的运动范围是有限的。
由于LIDAR在车辆中的安装位置的灵活性很重要，因此需要装置的小型化和广角扫描。然而，在如下情况中(i)如在JP 2004-517352 A中所述制备具有光纤的两个光源，或者(ii)用于传输来自光源的光的光纤被分支到不同的部分以照射镜子，各束光沿两个不同的方向发出；结果，必须扩大光学系统的物理尺寸，因此导致更高的制造成本。
发明内容
本公开的目的是提供一种距离测量传感器，其被配置为在不增大传感器的物理尺寸的情况下扩大用光束扫描的照射区域。
根据本公开的一个方面，距离测量传感器被配置为利用光传输和光接收测量到物体的距离。
距离测量传感器包括光源、多个发射器、扫描仪、光学接收器和处理器。
光源具有：在半导体基板上的半导体光学放大器；以及在半导体基板处具有硅光子电路的谐振器。
扫描仪被配置为通过使从光源发射的光束在镜子处反射并且使镜子振动来利用光束执行扫描。
光学接收器被配置为接收反射光束，该反射光束由在物体处反射的光束产生。
处理器被配置为基于在光学接收器处接收的反射光束测量到物体的距离。
分别从发射器发射的光束沿不同的方向入射在镜子上，并且扫描器利用相应的光束执行扫描不同的区域。
因此，由于光源包括半导体光学放大器和具有硅光子电路的谐振器，所以光源可以配置在单个半导体基板上。因此，可以减小光源的物理尺寸。
结果，通过用在多个方向上发射的光束照射镜子以便用光束扫描更宽的区域，可以减小距离测量传感器的物理尺寸。
附图说明
通过参考附图进行的以下详细描述，本公开的上述和其他目的、特征和优点将变得更加明显。在附图中：
图1示出了根据第一实施例的距离测量传感器的配置；
图2是根据第一实施例的距离测量传感器的配置的平面图；
图3是半导体基板的横截面图；
图4是图2所示的半导体基板和芯片的横截面图；
图5示出了两个光源的发光时序和光学接收器接收光的时序；
图6示出了具有分别由两个光源产生的光的扫描区域；
图7是根据第二实施例的距离测量传感器的平面图；
图8示出了第三实施例中的发光频率；
图9示出了第四实施例中的发射光的偏振方向和接收光的偏振方向；
图10示出了根据第四实施例的距离测量传感器的配置；
图11示出了第五实施例中的发射光的模式和接收光的模式；
图12示出了用于控制发射光的模式的方法；
图13示出了用于识别接收光的模式的方法；
图14是根据第六实施例的距离测量传感器的平面图；
图15是根据第七实施例的距离测量传感器的平面图；以及
图16是根据第八实施例的距离测量传感器的平面图。
具体实施方式
下面参考附图描述几个实施例。在以下实施例中，相同或等同的部分由彼此相同的附图标记表示，并且将对相同的附图标记进行说明。
(第一实施例)
以下描述第一实施例。根据本实施例的距离测量传感器被安装到车辆，并且其被配置为通过光传输和光接收来测量车辆和物体之间的距离。本说明书描述了通过外差检测计算到物体的距离的调频连续波(以下称为“FMCW”)距离测量传感器，该外差检测将传输的光束和接收的光束组合并且检查频率差。
如图1和图2所示，距离测量传感器包括：光源1；发射器2，其用于将光源1产生的光发射到光源1的外部；以及扫描仪3，其被配置为利用从发射器2发射的光束进行扫描。距离测量传感器还包括：光学接收器4，其被配置为从外部接收光束；以及处理器5，其被配置为基于在光学接收器4处接收的光束测量到物体的距离。
图2示出了光源1包括：布置在半导体基板6处的半导体光学放大器(以下称为“SOA”)7；以及在半导体基板6上形成的具有硅光子电路的谐振器8。根据本实施例的距离测量传感器具有两个光源1。换句话说，距离测量传感器具有两个SOA 7和两个谐振器8。
图3示出了半导体基板6被配置为绝缘体上硅(以下称为“SOI”)基板，其中依次堆叠支撑层9、牺牲层10和有源层11。支撑层9由Si制成。牺牲层10由SiO2制成。有源层11由Si制成。
通过蚀刻来去除有源层11的一部分。由SiO2制成的绝缘膜12覆盖有源层11和牺牲层10的暴露部分。牺牲层10的一部分由于有源层11的去除而暴露。光波导13由有源层11、牺牲层10和绝缘膜12构成。
有源层11被配置为光波导13的芯层，并且有源层11周围的绝缘膜12和牺牲层10被配置为光波导13的包层。光波导13对应于设置成离半导体基板6比离芯片15更近的基板侧光波导。
布线14布置在绝缘膜12的表面处。布线由例如Al制成。布线14被配置为在处理器5中的多个配置元件之间进行相互连接，并且在距离测量传感器和例如电源(未示出)之间建立连接。
本实施例描述：光波导13的芯层由Si制成；并且光波导13的包层由SiO2构成。然而，这些层也可以由其他材料制成。优选地，光波导13的芯层由Si或掺有杂质、选自SiO2、SiN、SiON、LN和InP中的至少一种材料制成。
还优选的是，包层由选自SiO2、SiN、SiON、LN和InGaAsP中的至少一种材料制成。然而，芯层由与用于包覆层的材料不同的材料制成。
图2示出了距离测量传感器分别包括用于两个SOA 7的两个芯片15。如图4所示，芯片15通过将包层17、芯层18和包层19依次堆叠在半导体基板6上构成。包层19被放置在半导体基板6的顶部上，使得包层19位于包层17和芯层18下方。
通过蚀刻去除芯层18的一部分。通过去除芯层18而暴露的芯层18和包层17被包层19覆盖。光波导20形成为与芯片15的一端和芯片15的另一端耦合的形状，如图2所示。光波导20对应于设置成离芯片15比离半导体基板6更近的芯片侧光波导。芯层18由III-V族半导体制成，例如InGaAsP或InGaAlAs。
如图4所示，支撑层9、牺牲层10和有源层11的一部分在半导体基板6的一端处被移除。包层19堆叠在支撑层9的顶部上。有源层11的端面与芯层18的端面相对。从光波导13发射的光入射在光波导20上。或者，从光波导20发射的光入射在光波导13上。
图2示出了谐振器8是由光波导13配置的光环形谐振器。在谐振器8调节光束的波长和频带之后，由SOA 7产生的光束的一部分从光波导13发射并且入射在芯片15的光波导20上，然后返回到SOA 7。
在谐振器8调节光束的波长和频带之后，光束的另一部分与从光学接收器4输出的光信号耦合，以形成要输入到处理器的组合波。
从谐振器8传输回SOA 7的光束从发射器2发射到芯片15的外部。发射器2配置在光波导20的一个端部处，该端部与光波导20的更靠近光波导13的另一个端部相对。在从固定镜21和半透明镜22反射光束之后，从发射器2发射的光束入射在扫描器3中的扫描镜23上，由图1中的实线箭头表示。
如上所述，根据本实施例的距离测量传感器包括两个芯片15，这两个芯片15分别用于两个SOA 7和两个谐振器8。由每个SOA 7产生的光束的一部分在从每个谐振器8返回到SOA 7之后从形成在每个芯片15上的发射器2发射。
本实施例提供两个光源1和两个发射器2。由光源1之一产生的光束从发射器2之一发射。由另一个光源1产生的光束从另一个发射器2发射。
如图2所示，两个光波导20中的一个在光波导20的一部分被配置为发射器2的位置处相对于两个光波导20中的另一个倾斜。
来自发射器2之一的发射光束入射在固定镜21上，使得来自发射器2之一的发射光束相对于从另一个发射器2发射的光束倾斜。因此，两束发射的光束沿不同的方向入射在扫描镜23上。
在本实施例中，两个发射器2中的一个发射器在与两个发射器2中的另一个发射器发射光束的时序不同的时序下发射光束。换句话说，由于两个光源1被表示为光源1a和光源1b，所以光源1a和1b交替地产生光，如图5所示。
结果，光学接收器4交替地接收由光源1a产生的光束的反射光和由光源1b产生的光束的反射光。
在本实施例中，光源1a和1b随时间改变所产生的光的频率。例如，由光源1a产生的光束的频率波形是在频率fA0和fA1之间重复上升和下降的三角波。
类似地，由光源1b产生的光束的频率波形是在频率fB0和fB1之间重复上升和下降的三角波。在光源1a或1b处发光的持续时间例如是三角波的单个周期。
扫描仪3包括扫描镜23和驱动器(未示出)。从发射器2发射的光束在扫描镜23处被反射。驱动器使扫描镜23振动以利用光束执行扫描。
扫描镜23可以是例如微机电系统(以下称为“MEMS”)镜或线圈镜，其线圈由电磁铁驱动。振动的扫描镜23反射光束以进行二维扫描或一维扫描。
如上所述，分别来自两个发射器2的光沿不同方向入射在扫描镜23上。利用从发射器2之一发射的光束扫描的扫描区域与利用从发射器2中的另一个发射的光束扫描的扫描区域不同。
用光源1a产生的光束扫描的扫描区域表示为扫描区域Ra，并且用光源1b产生的光束扫描的扫描区域表示为扫描区域Rb。扫描区域Ra和Rb都形成为例如图6所示的矩形形状。图6示出扫描区域Ra的一部分与扫描区域Rb的一部分重叠。与仅在扫描区域Ra和Rb中的一个中执行扫描的情况相比，在扫描区域Ra和Rb两者中执行扫描的情况下扫描区域更宽。注意，图6省略了例如固定镜21和半透明镜22的图示。
从扫描区域Ra或Rb中的物体反射的光束由图1中的虚线表示。光入射到扫描镜23上，然后通过半透明镜22。随后，光束在固定镜24处反射并且入射在光学接收器4上。
光学接收器4可以是例如由光波导13配置的衍射光栅。图2示出了连接到光学接收器4的光波导13和连接到谐振器8的光波导13结合在一起并且形成光学多路复用器25。分别来自光学接收器4和谐振器8的光学信号在光学多路复用器25处耦合，然后耦合的信号被输入到处理器5。
处理器5包括光电二极管(以下称为“PD”)26、跨阻抗放大器(以下称为“TIA”)27和计算器28。根据本实施例的处理器5利用调频连续波测量到物体的距离和物体的速度。
PD 26将光信号转换为电信号。光信号被输入到PD 26。PD 26通过光波导13连接到光多路复用器25。在光多路复用器25处产生的光信号被输入到PD 26。
PD 26可以是例如PIN光电二极管。PD 26基于输入光信号输出电流信号。PD 26可以是雪崩光电二极管。PD 26通过布线14连接到TIA 27。从PD 26输出的电流信号被输入到TIA 27。
TIA 27将从PD 26输入的电流信号转换为电压信号，然后输出电压信号。TIA 27通过布线14连接到计算器28。从TIA 27输出的电压信号被输入到计算器28。
计算器28处理被输入到计算器28的电信号。计算器28通过外差检测计算例如到物体的距离。特别地，计算器28将从TIA27输出的电信号转换为数字信号。计算器28通过快速傅立叶变换(以下称为“FFT”)检测包括在数字信号中的频率分量。随后，计算器28基于频率分量计算到物体的距离和物体的速度。
计算器28识别发射器2，其输出用于测量到物体的距离的光束。计算器28获得扫描镜23的角度，并且基于角度和距离检测物体的方向。计算器28随后使用例如到物体的距离的计算结果，以及物体的方向的检测结果来产生二维数据或一维数据。
当扫描仪3执行二维扫描时产生二维数据。当扫描仪3执行一维扫描时产生一维数据。由计算器28产生的数据被传输到例如安装到车辆的ECU(未示出)，并且数据被应用于例如自动制动器以避免与物体接触。
图2示出了根据本实施例的距离测量传感器具有两个处理器5。两个处理器5分别通过光学多路复用器25连接到光源1a和1b。两个处理器5都被表示为处理器5a和5b。处理器5a连接到光源1a，并且处理器5b连接到光源1b。
距离测量传感器包括两个光学接收器4。两个光学接收器4被表示为光学接收器4a和4b。处理器5a和5b分别通过光波导和光多路复用器25连接到光学接收器4a和4b。
然后，每个处理器5基于光学接收器4一直接收光束的时序来识别输出光束的发射器2。具体地，处理器5a中的计算器28基于在光学接收器4处接收的光束和由光源1产生的光束、根据在光源1a一直发射光束的时序期间输入到PD的光信号来检测拍频。
因此，基于拍频来计算到物体的距离和物体的速度。另外，处理器5b中的计算器28基于在光学接收器4处接收的光束和由光源1产生的光束、根据在光源1b一直发光的时序期间输入到PD的光信号来检测拍频。因此，基于拍频计算到物体的距离和物体的速度。
以上描述了根据本实施例的距离测量传感器的配置。SOA 7、PD 26、TIA 27和计算器28通过布线(未示出)连接到外部控制电路，并且基于从控制电路输入的电信号而操作。
下面描述根据本实施例的距离测量传感器的操作。当光束由光源1中的SOA 7产生时，SOA 7将光信号输入到谐振器8。谐振器8调节从SOA 7输入的光信号的波长和频带，并且将经调节的信号输出到SOA 7和PD 26。
从谐振器8传输回SOA 7的光束从在光波导20处配置的发射器2发射。光束在混合镜21、半透射镜22和扫描镜23处被反射，然后被照射到车辆外面。
光源1a和1b基于从外部输入的电信号交替地产生光束。分别由光源1a和1b产生的两束光束沿不同方向照射到扫描镜23。用两束光束分别扫描不同的扫描区域。
辐射到车辆外部的光束在位于车辆外部的物体处反射，然后入射到扫描镜23上。随后，反射光束通过半透明镜22并且在固定镜24处被反射，并且然后入射在两个光学接收器4上。
在光学接收器4处接收的光束通过光学多路复用器25与来自谐振器8的光束耦合。在光学多路复用器25处产生的光学信号通过PD 26转换成电流信号，并且进一步通过TIA27转换为电压信号，然后被输入到计算器28。
计算器28将输入信号转换为数字信号，并且通过FFT检测数字信号的频率分量。然后，计算器28基于检测到的频率分量计算到物体的距离和物体的速度。
处理器5a中的计算器28基于在光源1a发射光束的时序期间的拍频来计算到物体的距离。类似地，处理器5b中的计算器28基于在光源1b发射光束的时序期间的比特频率计算到物体的距离。
计算器28将计算结果发送到例如ECU(未示出)。在物体存在于预定距离内的情况下，自动制动等处于操作中以避免与物体接触。
以下描述本实施例的效果。本实施例描述了光源1包括SOA 7和具有硅光子电路的谐振器8。由于SOA7和谐振器8布置在一个半导体基板6的顶部上，因此光源1的尺寸减小。即使距离测量传感器被配置为分别在两个不同方向上将光束发射到扫描镜23，也不需要扩大距离测量传感器的物理尺寸。
当在FMCW-LIDAR中增加光源的数量时系统可能是复杂的，其中由光源产生的一部分光被输入到PD。然而，在本实施例中，其中耦合外差检测的参考光和信号光的电路通过硅光子技术布置在一个半导体基板6的顶部上。因此，由于复杂的系统，不需要扩大距离测量传感器的物理尺寸。
分别从两个发射器2发射的光束以不同的方向入射在扫描镜23上，并且用两束发射的光束分别扫描不同的扫描区域。与利用从一个发射器发射的一个光束对扫描区域进行扫描的情况相比，根据本实施例的距离测量传感器能够利用从两个发射器发射的两束光束扫描更宽的区域。
由于本实施例描述了光源1、光学接收器4、处理器5等布置在一个半导体基板6上，因此与上述部件分别布置在不同的半导体基板上的情况相比，更容易制造距离测量传感器。
由于光源1a发射光束的时序与光源1b发射光束的时序不同，因此当测量到物体的距离时，可以识别发射用于测量的光束的发射器2。因此，可以以更高的精度检测物体的方向。
可以提供两个混合反射镜21，使得分别从光源1a和1b发射的光束基于两个混合反射镜21的相应角度沿不同方向入射在扫描镜23上。
在本实施例中，通过为发射器2配置的光波导20的角度来调节光束到扫描镜的入射方向。因此，可以减少部件的数量，从而降低制造距离测量传感器的成本。
(第二实施例)
以下描述第二实施例。与第一实施例相比，本实施例涉及芯片15的配置的修改。由于本实施例中的其他部分与第一实施例中的相似，因此下面仅描述与第一实施例不同的部分。
图7示出了根据本实施例的距离测量传感器包括具有两个SOA 7的单个芯片15。两个发射器2分别由单个芯片15中的两个光波导20配置。注意图7省略了光学接收器4、处理器5等的图示。
由于两个SOA 7位于单个芯片15中，因此可以减少部件的数量，从而减小距离测量传感器的尺寸。因此，更容易制造距离测量传感器。而且，可以进一步降低制造距离测量传感器的成本。
(第三实施例)
以下描述第三实施例。与第一实施例相比，本实施例涉及对用于识别光源的方法的修改。由于本实施例中的其他部分与第一实施例中的相似，因此下面仅描述与第一实施例不同的部分。
在本实施例中，从两个发射器2中的一个发射器发射的光束的频率不同于从两个发射器2中的另一个发射器发射的光束的频率。例如，THz量级的差异在fA0、fA1和fB0、fB1之间。
通过提供频率差，处理器5可以检测拍频，如下所述。当从光源1a发射的光束入射在光学接收器4a上时，可以在外差检测中检测到等于或小于GHz量级(例如，约为1GHz)的拍频，如由图8中的箭头A和B所示。另一方面，当从光源1b发射的光束入射在光学接收器4a上时，拍频是THz的量级。由于具有该频率的光束不能被典型的PD 26检测到，因此处理器5a不能检测拍频。
处理器5b按如下所述检测拍频。当由光源1b产生的光束入射到光学接收器4b上时，在外差检测中检测到等于或小于GHz量级(例如，大约1GHz)的拍频，如图8中的箭头C和D所示。另一方面，当由光源1a产生的光束入射到光学接收器4b上时，拍频是THz的量级。由于具有该频率的光束不能被典型的PD 26检测到，因此处理器5b不能检测拍频。
通过提供分别由光源1a和1b产生的光束的频率差，处理器5可以基于拍频的检测来区分与两个发射器发射的各个光束相关的反射光束。即使当光源1a和1b同时发射光束时，也可以利用帧速率的改善对物体进行检测。
(第四实施例)
以下描述第四实施例。与第一实施例相比，本实施例涉及用于识别光源的方法的修改。除此之外，本实施例与第一实施例类似。以下仅描述本实施例的与第一实施例不同的部分。
在本实施例中，从两个发射器2中的一个发射器发射的光束的偏振方向不同于从两个发射器2中的另一个发射器发射的光束的偏振方向。由光源1a产生然后由发射器2之一发射的光束是横向电(以下称为“TE”)波。
由光源1b产生然后由另一个发射器2发射的光束是横向磁(下文称为“TM”)波。如图9所示，光源1a和1b同时产生光束。分别由光源1a和1b产生的光束同时入射在光学接收器4上。
如图10所示，光学接收器4具有光学天线29和30。光学天线29被配置为接收具有偏振方向的光束，该光束与从发射器2之一发射的光束的偏振方向相同。光学天线30被配置为接收具有偏振方向的光束，该光束与从另一个发射器2发射的光束的偏振方向相同。具体地，光学天线29由衍射光栅配置，其中形成一个或多个狭缝以接收TE波。光学天线30由衍射光栅配置，其中形成一个或多个狭缝以接收TM波。
本实施例提供了两个半透明镜22。每个半透明镜由偏振分束器(以下称为“PBS”)配置，用于允许TE波通过，并且由另一个PBS配置，以允许TM波通过。
处理器5根据在光学接收器4处接收的光束的偏振方向识别发射光束的发射器2。具体地，处理器5包括两个PD 26。PD 26中的一个从光学天线29和谐振器8接收光学信号。PD26中的另一个从光学天线30和谐振器8接收光学信号。处理器5包括两个TIA 27，其对应于两个PD 26。计算器28基于来自TIA 27中的任何一个的电信号来识别发射器2，该发射器2发射将在光学接收器4处接收的光束。电信号被输入到计算器28。
在基于所接收光束的偏振方向识别光源的该实施例中，光源1a和1b可以同时发射光束以检测物体。因此，可以提高帧速率。
因此，当利用偏振特性时，可以提高光利用效率。例如，在由光源1产生的光束通过半透明镜22的本实施例中，光利用效率等于0.5的2次幂，即0.25。
(第五实施例)
以下描述第五实施例。与第一实施例相比，本实施例涉及用于识别光源的方法的修改。除此之外，本实施例与第一实施例类似。以下仅描述本实施例的与第一实施例不同的部分。
在本实施例中，从两个发射器2中的一个发射器发射的光束的模式不同于从两个发射器2中的另一个发射器发射的光束的模式。具体地，由光源1a产生的光束在基本模式中被发射，在基本模式下，强度在光束的中心部分处较高并且朝向外侧变低。另外，由光源1b产生的光束以一阶模式发射，在一阶模式下，存在两个强度峰值。如图11所示，光源1a和1b同时产生光束，并且分别在光源处产生的光束的反射光同时入射在光学接收器4上。
为了调节发射光束的模式，SOA 7和发射器2之间的光波导20可以配置成仅允许基本模式中的光束通过。对于连接到光源1b的发射器2，如图12所示，光波导20的一部分被分成两个路径，使得由光源1b产生的光束被分成两个光束，然后两个光束组合成待发射的一个光束。
光波导20的一部分分成两个路径。提供电极31和32，使得路径之一夹在两个电极31和32之间。当将电压施加到电极31和32中的每个时，电流流过光波导20以改变光束通过光波导20的折射率。因此，光束的相位被反转。因此，由两个分离光束组合的光束处于一阶模式，并且从发射器2发射。
处理器5基于在光学接收器4处接收的光束的模式来识别发射光束的发射器2。具体地，根据本实施例的处理器5布置在半导体基板6的外部，并且包括如图13所示以阵列方式对齐的多个PD 26。分别从光学接收器4和谐振器8传输的光束在光学多路复用器25处组合。随后，组合的光束从半导体基板6的端面发射以照射多个PD 26。处理器5包括分别用于多个PD 26的多个TIA 27。每个PD 26的输出电流通过TIA 27转换为电压信号，然后，电压信号被输入到计算器28。
在以下这样的情况下，(i)阵列的内周部分中的PD 26与阵列的外围部分中的PD26相比具有更大的输出，并且(ii)对于整个PD 26存在一个峰值输出，计算器28确定接收光束的模式是基本模式。
换句话说，计算器28确定接收的光束是从光源1a发射的光束的反射光。在(i)阵列的中心部分中的PD 26具有较小输出并且(ii)在阵列的中心部分的两侧处存在两个输出峰值的情况下，计算器28确定所接收到的光束的模式是一阶模式。换句话说，计算器28确定所接收的光束是从光源1b发射的光束的反射光。
在该实施例中，基于接收光束的模式来识别光源。因此，即使光源1a和1b同时发射光束，也可以检测到物体。因此，可以进一步提高帧速率。此外，光束的模式几乎不会因干扰或热量而改变。因此，还可以增强距离测量传感器的鲁棒性。
(第六实施例)
以下描述第六实施例。与第二实施例相比，本实施例涉及光波导20的配置的修改。除此之外，本实施例与第二实施例类似。以下仅描述本实施例的与第二实施例不同的部分。
如图14所示，关于本实施例中的半导体基板6和芯片15之间的连接部分，两个光波导20布置成彼此平行；并且两个光波导13布置成彼此平行。注意，两个光波导可以布置成彼此基本平行。
如果光波导13如上所述地配置，则即使用于去除例如有源层11的半导体基板6的蚀刻位置未对准，两个光波导13之间的距离(也可以称为波导13的节距)也可以保持在半导体基板6的端面处。
如果光波导20如上所述地配置，则即使芯片15的切割位置未对准，两个光波导20之间的距离也可以保持在芯片15的端面处。因此，可以抑制光波导13和光波导20的位置错位。
(第七实施例)
以下描述第七实施例。与第六实施例相比，本实施例涉及添加SOA。除此之外，本实施例与第六实施例类似。以下仅描述与第六实施例不同的部分。
如图15所示，根据本实施例的距离测量传感器包括SOA 33，其与SOA7不同。两个SOA 33设置在芯片34中，芯片34具有与芯片15相同的配置。芯片34具有两个光波导35。
芯片34布置在半导体基板6上，使得分别从两个发射器2发射的光束入射在两个光学波导35上。由光源1产生的光束被SOA 33放大，然后发射。
如果由发射器2发射的光束被SOA 33放大，则可以扩大距离测量传感器的输出。为了抑制在芯片34的端面处发生的反射，有利的是在芯片34的端面处布置抗反射涂层，例如防反射膜。
(第八实施例)
以下描述第八实施例。与第一实施例相比，本实施例涉及发射器2的位置的修改。除此之外，本实施例与第一实施例类似。以下仅描述与第一实施例不同的部分。
如图16所示，根据本实施例的距离测量传感器包括一个光源1、一个光学接收器4和一个处理器5。距离测量传感器包括全反射镜36。全反射镜36位于芯片15的端面处，其位于与谐振器8相对的一侧处。由SOA 7产生的光束从光波导20入射到光波导13上，并且光束的带宽由谐振器8调节。
光学开关37布置在半导体基板6处。光波导连接到谐振器8和光学多路复用器25。光波导13被分成分支，并且分支之一连接到光学开关37。两个光波导13连接到光开关37。两个光波导13延伸到半导体基板6的端面。发射器2由光波导13配置，光波导13连接到谐振器8、光学开关37和半导体基板6的端面。
距离测量传感器包括其中布置有SOA 33的两个芯片34。两个芯片34布置在半导体基板6处。两个芯片34被配置为允许从发射器2发射的光束入射在光波导35上。
通常，半导体基板6的宽度比芯片15的宽度更宽。当两个发射器2布置在半导体基板6处时，两个发射器2之间的距离可以增大。因此，光学系统的小型化是可能的。
当光束从半导体基板6的光波导13发射时，有利的是配置由SiN制成或掺杂有诸如SiO2的SiOx的光波导13，以实现LIDAR中所需的更高亮度。与Si相比，SiN具有更高的带隙，并且没有双光子吸收。
(其他实施例)
虽然已经参考本公开的实施例描述了本公开，但是应该理解，本公开不限于这些实施例和构造。本公开旨在涵盖各种修改和等同布置。另外，尽管各种组合和配置，包括更多、更少或仅单个元件的其他组合和配置也在本公开的精神和范围内。
例如，上述第一至第八实施例也可以应用于飞行时间(以下称为“TOF”)传感器。TOF传感器被配置为通过测量脉冲光的往返时间来测量到物体的距离。当将第一实施例应用于TOF距离测量传感器时，例如，交替地执行从光源1a发射一次或两次的脉冲光的操作和从光源1b发射一次或两次的脉冲光的操作。当将第三实施例应用于TOF距离测量传感器时，利用具有高频率依赖性的PD 25。
距离测量传感器可以具有三个或更多个光源1。距离测量传感器可以具有三个或更多个发射器2。在这种情况下，当分别从多个发射器2发射的光束具有不同的发光持续时间、频率和模式时，光学接收器4可以基于光接收时间、接收光束的频率及其模式来识别光源。
Claims (15)
1.一种距离测量传感器，被配置为利用光传输和光接收来测量到物体的距离，所述距离测量传感器包括：
光源(1)，其包括：
在半导体基板(6)处的半导体光学放大器(7)，以及
在所述半导体基板处的具有硅光子电路的谐振器(8)；
多个发射器(2)，每个发射器都被配置成将由所述光源产生的光束发射到所述光源的外部；
扫描仪(3)，其被配置为通过以下方式来利用所述光束执行扫描：
使从所述发射器发射的光束能够在镜子处反射，以及
使所述镜子振动；
光学接收器(4)，其被配置为接收由在所述物体处反射的光束产生的反射光束；以及
处理器(5)，其被配置为基于在所述光学接收器处接收的反射光束测量到所述物体的距离，
其中，分别从所述发射器发射的光束沿不同的方向入射在所述镜子上，
其中，所述扫描器利用相应的光束执行扫描不同的区域。
2.根据权利要求1所述的距离测量传感器，还包括：
多个芯片(15)，每个芯片都设置有所述半导体光学放大器，
其中每个发射器由每个芯片处的光波导(20)配置。
3.根据权利要求1所述的半导体测量传感器，还包括：
芯片(15)，所述芯片(15)设置有多个光学放大器，
其中所述多个发射器分别由所述芯片处的多个光波导(20)配置。
4.根据权利要求3所述的距离测量传感器，
其中所述光波导被称为芯片侧光波导，
其中所述半导体基板具有一个或多个基板侧波导(13)，
其中每个所述基板侧光波导都被配置为从所述谐振器向所述芯片发射光束，
其中所述半导体基板和所述芯片被布置成使得分别从所述基板侧光波导发射的光束相应地入射在所述芯片侧光波导上，
其中所述芯片侧光波导在所述半导体基板和所述芯片之间的连接部分处彼此平行，并且
其中所述基板侧光波导在所述半导体基板和所述芯片之间的连接部分处彼此平行。
5.根据权利要求1所述的距离测量传感器，
其中每个所述发射器都由光波导配置，所述光波导连接在所述谐振器和所述半导体基板的端面之间。
6.根据权利要求1所述的距离测量传感器，
其中，分别从所述发射器发射的光束在发光时间上是不同的。
7.根据权利要求6所述的距离测量传感器，
其中所述处理器被配置为基于所述光学接收器接收相应光束的发光时间来识别所述发射器。
8.根据权利要求1所述的距离测量传感器，
其中分别从所述发射器发射的光束在偏振方向上不同。
9.根据权利要求8所述的距离测量传感器，
其中所述处理器被配置为基于在所述光学接收器处接收的光束的相应偏振方向来识别所述发射器。
10.根据权利要求1所述的距离测量传感器，
其中分别从所述发射器发射的光束在光模式上不同。
11.根据权利要求10所述的距离测量传感器，
其中所述处理器被配置为基于在所述光学接收器处接收的光束的相应光模式来识别所述发射器。
12.根据权利要求1所述的距离测量传感器，
其中所述处理器被配置为利用调频连续波来测量到所述物体的距离和所述物体的速度。
13.根据权利要求1所述的距离测量传感器，
其中分别从所述发射器发射的光束在频率上不同，并且
其中所述处理器被配置为利用调频连续波测量到所述物体的距离和所述物体的速度。
14.根据权利要求13所述的距离测量传感器，
其中所述处理器被配置为基于在所述光学接收器处接收的光束的相应频率来识别所述发射器。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的距离测量传感器，还包括：
另一半导体光学放大器(33)，其被配置为放大分别从所述发射器发射的光束。
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