DE102018116957B4 - HETEROGENEOUS INTEGRATION OF CURVED MIRROR STRUCTURE FOR PASSIVE ALIGNMENT IN CHIP-SCALE LIDAR - Google Patents
HETEROGENEOUS INTEGRATION OF CURVED MIRROR STRUCTURE FOR PASSIVE ALIGNMENT IN CHIP-SCALE LIDAR Download PDFInfo
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Abstract
Ein kohärentes Chip-Scale-Lidar-System (110), umfassend:einen photonischen Chip (230), der eine Lichtquelle (240), einen Sendestrahlkoppler (250), der zum Bereitstellen eines Ausgangssignals (246) konfiguriert ist, und einen Empfangsstrahlkoppler (260) umfasst, der zum Empfangen eines empfangenen Signals (262) basierend auf einer Reflexion des Ausgangssignals (246) durch ein Ziel konfiguriert ist;eine Sendestrahlsteuervorrichtung, die konfiguriert ist, um das Ausgangssignal (246) aus dem System zu übertragen;eine Empfangsstrahlsteuervorrichtung, die konfiguriert ist, um das empfangene Signal (262) in das System zu erhalten;einen gekrümmten Sendestrahlspiegel (210b), der konfiguriert ist, um das Ausgangssignal (246) von dem Sendestrahlkoppler (250) zu der Sendestrahlsteuervorrichtung zu reflektieren, undeinen gekrümmten Empfangsstrahlspiegel (210a), der konfiguriert ist, um das empfangene Signal (262) von der Empfangsstrahlsteuervorrichtung zu dem Empfangsstrahlkoppler (260) zu reflektieren, wobei der gekrümmte Sendestrahlspiegel (210b) und der gekrümmte Empfangsstrahlspiegel (210a) in einem Substrat (320) ausgebildet sind, das heterogen mit dem photonischen Chip (230) integriert ist;wobei der photonische Chip (230) auf einem Verpackungssubstrat (330) ausgebildet ist, wobei die Sendestrahlsteuervorrichtung und die Empfangsstrahlsteuervorrichtung auch auf dem Verpackungssubstrat (330) ausgebildet sind, und die Sendestrahlsteuervorrichtung und die Empfangsstrahlsteuervorrichtung nicht parallel zum photonischen Chip (230) auf dem Verpackungssubstrat (330) ausgebildet sind.A coherent chip-scale lidar system (110) comprising:a photonic chip (230) comprising a light source (240), a transmit beam coupler (250) configured to provide an output signal (246), and a receive beam coupler (260) configured to receive a received signal (262) based on a reflection of the output signal (246) by a target;a transmit beam controller configured to transmit the output signal (246) out of the system;a receive beam controller configured to receive the received signal (262) into the system;a curved transmit beam mirror (210b) configured to reflect the output signal (246) from the transmit beam coupler (250) to the transmit beam controller, anda curved receive beam mirror (210a) configured to reflect the received signal (262) from the receive beam steering device to the receive beam coupler (260), wherein the curved transmit beam mirror (210b) and the curved receive beam mirror (210a) are formed in a substrate (320) that is heterogeneously integrated with the photonic chip (230);wherein the photonic chip (230) is formed on a packaging substrate (330), the transmit beam steering device and the receive beam steering device are also formed on the packaging substrate (330), and the transmit beam steering device and the receive beam steering device are not formed parallel to the photonic chip (230) on the packaging substrate (330).
Description
EINLEITUNGINTRODUCTION
Die vorliegende Offenbarung betrifft die heterogene Integration einer gekrümmten Spiegelstruktur zur passiven Ausrichtung in einem Chip-Scale-Lidar.The present disclosure relates to the heterogeneous integration of a curved mirror structure for passive alignment in a chip-scale lidar.
Fahrzeuge (z. B. Automobile, Lastwagen, Baumaschinen, Landmaschinen, automatisierte Fabrikausrüstung) werden zunehmend mit Sensoren ausgestattet, die Informationen bereitstellen, um den Fahrzeugbetrieb zu verstärken oder zu automatisieren. Zu beispielhaften Sensoren gehören Funkerfassungs- und Entfernungsmesssysteme (Radarsysteme), Kameras, Mikrofone und Lichterfassungs-Systeme (LIDAR-Systeme). Ein beispielhaftes Lidar-System ist ein kohärentes Lidar-System, das ein frequenzmoduliertes Dauerstrichwellensignal (FMCW-Signal) überträgt und auf der optischen Kohärenz zwischen dem gesendeten Signal und einem Rücksignal beruht, das aus der reflektierten Streuung des übertragenen Signals durch ein Ziel resultiert, um die Erfassung des Ziels durchzuführen. In einer Anwendung, wie etwa der Fahrzeuganwendung, bei der die Verringerung der Größe verschiedener Sensoren und Systeme wünschenswert sein kann, kann Chip-Scale-Lidar verwendet werden. In einem Chip-Scale-Lidarsystem können Komponenten wie die Lichtquelle und die Photodetektoren auf einer integrierten Schaltung hergestellt werden, die als photonischer Chip bezeichnet wird. Für einen effektiven Betrieb des Lidar-Systems müssen Spiegel, die Licht kollimieren und als Vermittler zwischen den Licht emittierenden und empfangenden Elementen auf dem photonischen Chip wirken, und Abtastelemente (d. h. Strahlsteuervorrichtungen), die letztendlich Licht übertragen und Reflexionen empfangen, sowohl mit den Elementen auf dem photonischen Chip als auch den Abtastelementen richtig ausgerichtet sein.Vehicles (e.g., automobiles, trucks, construction equipment, agricultural equipment, automated factory equipment) are increasingly equipped with sensors that provide information to augment or automate vehicle operations. Example sensors include radio detection and ranging systems (radar systems), cameras, microphones, and light detection systems (LIDAR systems). An example lidar system is a coherent lidar system that transmits a frequency modulated continuous wave (FMCW) signal and relies on optical coherence between the transmitted signal and a return signal resulting from reflected scattering of the transmitted signal by a target to perform detection of the target. In an application, such as the automotive application, where reducing the size of various sensors and systems may be desirable, chip-scale lidar may be used. In a chip-scale lidar system, components such as the light source and photodetectors may be fabricated on an integrated circuit called a photonic chip. For effective operation of the lidar system, mirrors, which collimate light and act as intermediaries between the light-emitting and receiving elements on the photonic chip, and sensing elements (i.e., beam steering devices), which ultimately transmit light and receive reflections, must be properly aligned with both the elements on the photonic chip and the sensing elements.
Es ist wünschenswert, eine heterogene Integration einer gekrümmten Spiegelstruktur für die passive Ausrichtung in einem Chip-Scale-Lidar bereitzustellen.It is desirable to provide a heterogeneous integration of a curved mirror structure for passive alignment in a chip-scale lidar.
KURZDARSTELLUNGBRIEF DESCRIPTION
Erfindungsgemäß beinhaltet ein kohärentes Chip-Scale-Lidarsystem einen photonischen Chip, der eine Lichtquelle beinhaltet, einen Sendestrahlkoppler zum Bereitstellen eines Ausgangssignals, und einen Empfangsstrahlkoppler zum Empfangen eines empfangenen Signals basierend auf einer Reflexion des Ausgangssignals durch ein Ziel. Das System enthält auch eine Sendestrahlsteuervorrichtung, um das Ausgabesignal aus dem System zu übertragen, und eine Empfangsstrahlsteuervorrichtung, um das empfangene Signal in das System zu erhalten. Ein gekrümmter Sendestrahlspiegel reflektiert das Ausgangssignal von dem Sendestrahlkoppler zu der Sendestrahlsteuervorrichtung und ein gekrümmter Empfangsstrahlspiegel reflektiert das empfangene Signal von der Empfangsstrahlsteuervorrichtung zu dem Empfangsstrahlkoppler. Der gekrümmte Sendestrahlspiegel und der gekrümmte Empfangsstrahlspiegel sind in einem Substrat ausgebildet, das heterogen mit dem photonischen Chip integriert ist.According to the invention, a coherent chip-scale lidar system includes a photonic chip including a light source, a transmit beam coupler for providing an output signal, and a receive beam coupler for receiving a received signal based on a reflection of the output signal by a target. The system also includes a transmit beam controller for transmitting the output signal out of the system and a receive beam controller for receiving the received signal into the system. A curved transmit beam mirror reflects the output signal from the transmit beam coupler to the transmit beam controller, and a curved receive beam mirror reflects the received signal from the receive beam controller to the receive beam coupler. The curved transmit beam mirror and the curved receive beam mirror are formed in a substrate that is heterogeneously integrated with the photonic chip.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale beinhaltet der photonische Chip Ausrichtungsmarkierungen, um die passive Ausrichtung des photonischen Chips mit dem Substrat zu erleichtern, das den gekrümmten Sendestrahlspiegel und den gekrümmten Empfangsstrahlspiegel umfasst.In addition to one or more of the features described herein, the photonic chip includes alignment marks to facilitate passive alignment of the photonic chip with the substrate comprising the curved transmit beam mirror and the curved receive beam mirror.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale gibt die Lichtquelle eine frequenzmodulierte Dauerstrichwelle als das Ausgangssignal aus.In addition to one or more of the features described herein, the light source outputs a frequency modulated continuous wave as the output signal.
Erfindungsgemäß wird der photonische Chip auf einem Verpackungssubstrat gebildet.According to the invention, the photonic chip is formed on a packaging substrate.
Erfindungsgemäß sind die Sendestrahlsteuervorrichtung und die Empfangsstrahlsteuervorrichtung auch auf dem Verpackungssubstrat ausgebildet.According to the invention, the transmit beam control device and the receive beam control device are also formed on the packaging substrate.
Erfindungsgemäß sind die Sendestrahlsteuervorrichtung und die Empfangsstrahlsteuervorrichtung nicht parallel zu dem photonischen Chip auf dem Verpackungssubstrat ausgebildet.According to the invention, the transmit beam control device and the receive beam control device are not formed parallel to the photonic chip on the packaging substrate.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ist ein Mittenabstand zwischen dem gekrümmten Sendestrahlspiegel und dem gekrümmten Empfangsstrahlspiegel derselbe wie ein Abstand zwischen dem Sendestrahlkoppler und dem Empfangsstrahlkoppler auf dem photonischen Chip.In addition to one or more of the features described herein, a center distance between the curved transmit beam mirror and the curved receive beam mirror is the same as a distance between the transmit beam coupler and the receive beam coupler on the photonic chip.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale wird der gekrümmte Sendestrahlspiegel unter Verwendung von lithographischen Techniken mit einer Krümmung gebildet, die konfiguriert ist, um das Ausgangssignal von dem Sendestrahlkoppler zu kollimieren, und der gekrümmte Empfangsstrahlspiegel wird unter Verwendung lithographischer Techniken mit einer Krümmung gebildet, die konfiguriert ist, um das empfangene Signal von der Empfangsstrahlsteuervorrichtung auf den photonischen Chipkoppler zu fokussieren.In addition to one or more of the features described herein, the curved transmit beam mirror is formed using lithographic techniques with a curvature configured to collimate the output signal from the transmit beam coupler, and the curved receive beam mirror is formed using lithographic techniques with a curvature configured to focus the received signal from the receive beam steering device onto the photonic chip coupler.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale wird ein zweiter gekrümmter Sendestrahlspiegel auf der Basis einer aus dem gekrümmten Sendestrahlspiegel gebildeten Form geprägt, und ein zweiter gekrümmter Empfangsstrahlspiegel wird auf der Basis einer aus dem gekrümmten Empfangsstrahlspiegel geformten Form geprägt.In addition to one or more of the features described herein, a second curved transmit beam mirror is embossed based on a shape formed from the curved transmit beam mirror, and a second curved receive beam mirror is embossed based on a shape formed from the curved receive beam mirror.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale befindet sich das Lidar-System innerhalb oder an einem Fahrzeug und erfasst eine Position und eine Geschwindigkeit eines Objekts relativ zu dem Fahrzeug.In addition to one or more of the features described herein, the lidar system is located within or on a vehicle and detects a position and a velocity of an object relative to the vehicle.
Erfindungsgemäß beinhaltet ein Verfahren zum Zusammenbauen eines kohärenten Lidar-Systems das Bilden eines gekrümmten Sendespiegels und eines gekrümmten Empfangsspiegels nebeneinander in einem Substrat als gekrümmte Spiegelstruktur. Das Verfahren beinhaltet auch das Bilden eines photonischen Chips auf einem Verpackungssubstrat, wobei der photonische Chip eine Lichtquelle, einen zum Bereitstellen eines Ausgangssignals konfigurierten Sendestrahlkoppler, und einen Empfangsstrahlkoppler zum Empfangen eines empfangenen Signals basierend auf einer Reflexion des Ausgangssignals durch ein Ziel beinhaltet. Die gekrümmte Spiegelstruktur ist heterogen mit dem photonischen Chip integriert.According to the invention, a method of assembling a coherent lidar system includes forming a curved transmit mirror and a curved receive mirror side by side in a substrate as a curved mirror structure. The method also includes forming a photonic chip on a packaging substrate, the photonic chip including a light source, a transmit beam coupler configured to provide an output signal, and a receive beam coupler for receiving a received signal based on a reflection of the output signal by a target. The curved mirror structure is heterogeneously integrated with the photonic chip.
Erfindungsgemäß beinhaltet das Verfahren auch das Anordnen einer Sendestrahlsteuervorrichtung und einer Empfangsstrahlsteuervorrichtung nebeneinander auf dem Verpackungssubstrat.According to the invention, the method also includes arranging a transmit beam control device and a receive beam control device next to each other on the packaging substrate.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale beinhaltet das Anordnen der Sendestrahlsteuervorrichtung und der Empfangsstrahlsteuervorrichtung das Trennen der Sendestrahlsteuervorrichtung und der Empfangsstrahlsteuervorrichtung um einen gleichen Abstand wie einen Mittenabstand zwischen dem gekrümmten Sendespiegel und dem gekrümmten Empfangsspiegel.In addition to one or more of the features described herein, arranging the transmit beam control device and the receive beam control device includes separating the transmit beam control device and the receive beam control device by a distance equal to a center distance between the curved transmit mirror and the curved receive mirror.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale befindet sich die Anordnung der Sendestrahlsteuervorrichtung und der Empfangsstrahlsteuervorrichtung auf einer nicht parallelen Ebene mit dem photonischen Chip.In addition to one or more of the features described herein, the arrangement of the transmit beam steerer and the receive beam steerer is on a non-parallel plane with the photonic chip.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale beinhaltet das heterogene Integrieren der gekrümmten Spiegelstruktur mit dem photonischen Chip das Verwenden von Ausrichtungsmarkierungen auf dem photonischen Chip, um die gekrümmte Spiegelstruktur passiv mit dem photonischen Chip auszurichten.In addition to one or more of the features described herein, heterogeneously integrating the curved mirror structure with the photonic chip includes using alignment marks on the photonic chip to passively align the curved mirror structure with the photonic chip.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale umfasst das Ausbilden des gekrümmten Sendespiegels und des gekrümmten Empfangsspiegels das Verwenden von Photolithographie und Ätzen.In addition to one or more of the features described herein, forming the curved transmit mirror and the curved receive mirror includes using photolithography and etching.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale beinhaltet das Verfahren auch das Ausbilden eines zweiten gekrümmten Sendespiegels und eines zweiten gekrümmten Empfangsspiegels, das Prägen des zweiten gekrümmten Sendespiegels und des zweiten gekrümmten Empfangsspiegels unter Verwendung von Formen, die jeweils aus dem gekrümmten Sendespiegel und dem gekrümmten Empfangsspiegel gebildet sind.In addition to one or more of the features described herein, the method also includes forming a second curved transmit mirror and a second curved receive mirror, embossing the second curved transmit mirror and the second curved receive mirror using molds formed from the curved transmit mirror and the curved receive mirror, respectively.
In noch einer anderen exemplarischen Ausführungsform beinhaltet ein Fahrzeug ein kohärentes Chip-Scale-Lidarsystem, das einen photonischen Chip beinhaltet, der eine Lichtquelle beinhaltet, einen Sendestrahlkoppler zum Bereitstellen eines Ausgangssignals, und einen Empfangsstrahlkoppler zum Empfangen eines empfangenen Signals basierend auf einer Reflexion des Ausgangssignals durch ein Ziel sowie dessen Fokussierung auf einen Empfangsstrahlkoppler auf dem photonischen Chip. Das System enthält auch eine Sendestrahlsteuervorrichtung, um das Ausgabesignal aus dem System zu übertragen, und eine Empfangsstrahlsteuervorrichtung, um das empfangene Signal in das System zu erhalten. Ein gekrümmter Sendestrahlspiegel reflektiert das Ausgangssignal von dem Sendestrahlkoppler zu der Sendestrahlsteuervorrichtung und ein gekrümmter Empfangsstrahlspiegel reflektiert das empfangene Signal von der Empfangsstrahlsteuervorrichtung zu dem Empfangsstrahlkoppler. In yet another exemplary embodiment, a vehicle includes a coherent chip-scale lidar system including a photonic chip including a light source, a transmit beam coupler for providing an output signal, and a receive beam coupler for receiving a received signal based on a reflection of the output signal by a target and focusing it on a receive beam coupler on the photonic chip. The system also includes a transmit beam steering device. device to transmit the output signal out of the system and a receive beam steering device to receive the received signal into the system. A curved transmit beam mirror reflects the output signal from the transmit beam coupler to the transmit beam steering device and a curved receive beam mirror reflects the received signal from the receive beam steering device to the receive beam coupler.
Der gekrümmte Sendestrahlspiegel und der gekrümmte Empfangsstrahlspiegel sind in einem Substrat ausgebildet, das heterogen mit dem photonischen Chip integriert ist. Das Fahrzeug beinhaltet auch eine Fahrzeugsteuerung, um Informationen von dem Lidar-System zu verwenden, um Fahrzeugsysteme zu erweitern oder zu automatisieren.The curved transmit beam mirror and the curved receive beam mirror are formed in a substrate that is heterogeneously integrated with the photonic chip. The vehicle also includes a vehicle controller to use information from the lidar system to augment or automate vehicle systems.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale sind die Sendestrahlsteuervorrichtung und die Empfangsstrahlsteuervorrichtung nicht parallel zu dem photonischen Chip auf dem Verpackungssubstrat ausgebildet.In addition to one or more of the features described herein, the transmit beam steering device and the receive beam steering device are not formed parallel to the photonic chip on the packaging substrate.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ist ein Mittenabstand zwischen dem gekrümmten Sendestrahlspiegel und dem gekrümmten Empfangsstrahlspiegel derselbe wie ein Abstand zwischen dem Sendestrahlkoppler und dem Empfangsstrahlkoppler auf dem photonischen Chip.In addition to one or more of the features described herein, a center distance between the curved transmit beam mirror and the curved receive beam mirror is the same as a distance between the transmit beam coupler and the receive beam coupler on the photonic chip.
Die oben genannten Eigenschaften und Vorteile sowie anderen Eigenschaften und Funktionen der vorliegenden Offenbarung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen ohne weiteres hervor.The above features and advantages as well as other features and functions of the present disclosure will be readily apparent from the following detailed description when taken in conjunction with the accompanying drawings.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Andere Merkmale, Vorteile und Details erscheinen nur exemplarisch in der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsformen, wobei sich die ausführliche Beschreibung auf die Zeichnungen bezieht, wobei gilt:
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1 ist ein Blockdiagramm eines Szenarios, das ein kohärentes Chip-Scale-Lidar-System gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen beinhaltet; -
2 ist ein Blockdiagramm des Lidar-Systems mit heterogen integrierten gekrümmten Spiegeln gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen; -
3 zeigt eine Seitenansicht des Lidar-Systems, das eine exemplarische Anordnung des heterogen integrierten gekrümmten Spiegels gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen zeigt; und -
4 ist ein Prozessablauf eines Verfahrens zum Zusammenbauen eines Lidar-Systems mit heterogen integrierten gekrümmten Spiegeln gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
-
1 is a block diagram of a scenario involving a coherent chip-scale lidar system, in accordance with one or more embodiments; -
2 is a block diagram of the lidar system with heterogeneously integrated curved mirrors according to one or more embodiments; -
3 shows a side view of the lidar system showing an exemplary arrangement of the heterogeneously integrated curved mirror according to one or more embodiments; and -
4 is a process flow of a method for assembling a lidar system with heterogeneously integrated curved mirrors according to one or more embodiments.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Die folgende Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und nicht dazu gedacht, die vorliegende Erfindung in ihren An- oder Verwendungen zu beschränken. Es sollte verstanden werden, dass in den Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen.The following description is merely exemplary in nature and is not intended to limit the present invention in its scope or uses. It should be understood that throughout the drawings, corresponding reference characters designate like or corresponding parts and features.
Wie zuvor erwähnt, müssen ein Spiegel, der Licht von dem lichtemittierenden Element auf einem photonischen Chip zu einer Strahlabtastvorrichtung, die das Licht von dem Lidar emittiert, kollimiert und lenkt und ein Spiegel, der Licht von einer Strahlabtastvorrichtung lenkt und auf das Lichtempfängerelement auf einem photonischen Chip fokussiert, mit der jeweiligen Strahlabtastvorrichtung und dem jeweiligen Element auf dem photonischen Chip ordnungsgemäß ausgerichtet sein. Ausführungsformen der hierin beschriebenen Verfahren und Systeme betreffen die heterogene Integration einer gekrümmten Spiegelstruktur zur passiven Ausrichtung in einem Chip-Scale-Lidar. Heterogene Integration bezieht sich auf die Montage von separat hergestellten Komponenten auf einem einzigen Chip. Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen werden gekrümmte Spiegel in einem Substrat lithographisch ausgebildet, um eine Präzision auf Nanometerebene in der Formation zu ermöglichen. Gemäß Ausführungsformen, die hierin ausführlich beschrieben sind, ist die gekrümmte Spiegelstruktur, die das Substrat und die gekrümmten Spiegel beinhaltet, ausgerichtet und heterogen mit einem photonischen Chip integriert.As previously mentioned, a mirror that collimates and directs light from the light emitting element on a photonic chip to a beam scanning device that emits the light from the lidar and a mirror that directs light from a beam scanning device and focuses it onto the light receiving element on a photonic chip must be properly aligned with the respective beam scanning device and element on the photonic chip. Embodiments of the methods and systems described herein relate to heterogeneous integration of a curved mirror structure for passive alignment in a chip-scale lidar. Heterogeneous integration refers to the assembly of separately manufactured components on a single chip. According to one or more embodiments, curved mirrors are lithographically formed in a substrate to enable nanometer-level precision in the formation. According to embodiments described in detail herein, the curved mirror structure including the substrate and the curved mirrors is aligned and heterogeneously integrated with a photonic chip.
Insbesondere werden Ausrichtungsmarkierungen verwendet, um die gekrümmte Spiegelstruktur mit dem photonischen Chip genau auszurichten und heterogen zu integrieren. Unter Verwendung der Ausrichtungsmarkierungen werden die gekrümmten Spiegel und der photonische Chip passiv ausgerichtet, sodass eine Steuerung mit geschlossenem Regelkreis nicht erforderlich ist, um die Spiegel gemäß einem aktiven Ausrichtungsverfahren in Ausrichtung zu bringen. Die gekrümmten Spiegel sind auch auf die Strahlsteuervorrichtungen ausgerichtet, die Spiegel oder andere Reflektoren sind, die durch ein zweidimensionales (2D) mikroelektromechanisches System (MEMS) betätigt werden können.In particular, alignment marks are used to precisely align and heterogeneously integrate the curved mirror structure with the photonic chip. Using the alignment marks, the curved mirrors and the photonic chip are passively aligned, so that a closed-loop controller is not required to bring the mirrors into alignment according to an active alignment procedure. The curved mirrors are also aligned with the beam steering devices, which are mirrors or other reflectors that can be actuated by a two-dimensional (2D) microelectromechanical system (MEMS).
Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform zeigt
Die Steuerung 120 kann die Information verwenden, um ein oder mehrere Fahrzeugsysteme 130 zu steuern. In einer exemplarischen Ausführungsform kann das Fahrzeug 100 ein autonomes Fahrzeug sein, und die Steuerung 120 kann bekannte Fahrzeugbetriebssteuerung unter Verwendung von Informationen von dem Lidar-System 110 und anderen Quellen durchführen. In alternativen Ausführungsformen kann die Steuerung 120 den Fahrzeugbetrieb unter Verwendung von Informationen von dem Lidar-System 110 und anderen Quellen als Teil eines bekannten Systems (z. B. Kollisionsvermeidungssystem, adaptives Geschwindigkeitsregelungssystem) verstärken. Das Lidar-System 110 und ein oder mehrere andere Sensoren 115 können verwendet werden, um Objekte 140 zu erfassen, wie z. B. den Fußgänger 145, der in
Der Photonenchip 230 beinhaltet eine Lichtquelle 240. Die Lichtquelle 240 kann Komponenten enthalten, die sich nicht auf dem photonischen Chip 230 befinden. Beispielsweise kann die Lichtquelle 240 eine Laserdiode sein, die zum Beispiel einen Oszillator auf dem photonischen Chip 230 und eine chipexterne Stromquelle umfasst. Die Modulation der Stromquelle führt zu einem frequenzmodulierten Dauerstrichwellensignal (FMCW-Signal) 242, das von der Lichtquelle 240 ausgegeben wird. Das Signal 242 wird durch einen Splitter 245 in das Ausgangssignal 246 aufgeteilt, das dem Sendestrahlkoppler 250 (z. B. Gitter- oder Kantenkoppler) zur Übertragung bereitgestellt wird. Das FMCW-Signal 242 wird auch in das Lokaloszillatorsignal (LO-Signal) 247 aufgeteilt. Das Ausgangssignal 246 wird von dem gekrümmten Spiegel 210b zu dem 2D-MEMS-Spiegel 220b reflektiert. Wie
Das empfangene Signal 262 wird an dem Kombinierer 265 mit dem LO-Signal 247 kombiniert und dann in kombinierte Signale 267a und 267b aufgeteilt (allgemein als 267 bezeichnet). Jedes kombinierte Signal 267 wird einem Photodetektor 270a, 270b (allgemein als 270 bezeichnet) bereitgestellt. Das empfangene Signal 262 und das LO-Signal 247 in jedem kombinierten Signal 267 interferieren miteinander in jedem Photodetektor 270. Die Photodetektoren 270 wandeln das Ergebnis der Interferenz in elektrische Ströme 275a, 275b (allgemein als 275 bezeichnet) um, die auch als Taktsignale bezeichnet werden. Die zwei Photodetektoren 270 werden in Übereinstimmung mit einer bekannten symmetrischen Detektortechnik verwendet, um das Intensitätsrauschen in dem LO-Signal 247 (welches durch die Lichtquelle 240 verursacht wird und somit in dem Ausgangssignal 246 und dem LO-Signal 247 gleich ist) zu löschen, das beiden Photodetektoren 270 gemeinsam ist. Die elektrischen Ströme 275 von jedem der Photodetektoren 270 werden kombiniert und verarbeitet, um eine dreidimensionale Information wie die Entfernung zum Ziel 140 und die relative Geschwindigkeit des Ziels 140 zu dem Lidar-System 110 als eine Funktion von zweidimensionalen räumlichen Koordinaten zu erhalten. Die Verarbeitung kann beispielsweise innerhalb des Lidar-Systems 110 durch einen Prozessor 280 oder außerhalb des Lidar-Systems 110 durch die Steuerung 120 durchgeführt werden. Der Prozessor 280 kann Verarbeitungsschaltungen enthalten, die denen ähnlich sind, die für die Steuerung 120 erörtert wurden.The received
Die gekrümmten Spiegel 210 werden durch lithographische Techniken gebildet, um präzise Abmessungen und Krümmungen zu ermöglichen. Die genaue Krümmung des gekrümmten Spiegels 210b stellt eine Kollimation des Ausgangssignals 246 von dem photonischen Chip 230 sicher, der auf den 2D-MEMS-Spiegel 220 gerichtet ist, und die genaue Krümmung des gekrümmten Spiegels 210a stellt eine Fokussierung des empfangenen Signals 262 von dem 2D-MEMS Spiegel 220 sicher, der auf den photonischen Chip 230 gerichtet ist. Die gekrümmten Spiegel 210 können beschichtet sein, um die Reflexion zu verbessern. Wie
Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform kann ein gekrümmter Hauptspiegel 210 unter Verwendung von lithographischen Techniken ausgebildet werden, sodass nachfolgende gekrümmte Spiegel 210 in nachfolgenden Lidar-Systemen 110 unter Verwendung eines Prägens basierend auf dem Hauptspiegel gebildet werden können. Ausrichtungsmarkierungen 201 auf dem photonischen Chip 230 erleichtern eine präzise Ausrichtung des gekrümmten Spiegels 210 mit dem photonischen Chip 230. Das heißt, das Substrat 320, in dem die gekrümmten Spiegel 210 ausgebildet sind, wird unter Verwendung der Ausrichtungsmarkierungen 201 mit dem photonischen Chip 230 verbunden. Wenn gekrümmte Hauptspiegel 210 gebildet werden, können nachfolgende geprägte gekrümmte Spiegel 210 immer noch präzise mit dem photonischen Chip 230 basierend auf den Ausrichtungsmarkierungen 201 ausgerichtet werden. Unter Verwendung der Ausrichtungsmarkierungen 201 werden die gekrümmten Spiegel 210 und der photonische Chip 230 passiv ausgerichtet, ohne dass eine Steuerverfahren mit geschlossenem Regelkreis der aktiven Ausrichtung erforderlich ist, der das Bewegen der gekrümmten Spiegel 210 bis zum Erreichen der Ausrichtung beinhaltet.According to an exemplary embodiment, a curved primary mirror 210 may be formed using lithographic techniques such that subsequent curved mirrors 210 in
Wie
Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform werden die lithographischen Techniken nur für die gekrümmten Hauptspiegel 210 verwendet. Gemäß dieser Ausführungsform wird in Block 430 das Prägen gekrümmter Spiegel 210 von dem Hauptspiegel für jedes nachfolgende Lidar-System 110 durchgeführt. Bei Block 440 beinhaltet das Durchführen einer heterogenen Integration der gekrümmten Spiegel 210 mit dem photonischen Chip 230 das Verwenden einer ausgerichteten Thermokompression (d. h. Metallverbindung) oder eine adhäsive Bindung. Die Ausrichtungsmarkierungen 201 auf dem photonischen Chip 230 und die Ausrichtungsmarkierungen 325 auf dem Substrat 320 werden verwendet, um eine geeignete passive Ausrichtung zu gewährleisten, ohne dass eine aktive Steuerung mit geschlossener Regelschleife erforderlich ist.According to an exemplary embodiment, the lithographic techniques are used only for the curved primary mirrors 210. According to this embodiment, in
Während die obige Offenbarung mit Bezug auf exemplarische Ausführungsformen beschrieben wurde, werden Fachleute verstehen, dass unterschiedliche Änderungen vorgenommen und die einzelnen Teile durch entsprechende andere Teile ausgetauscht werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Darüber hinaus können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Materialsituation an die Lehren der Offenbarung anzupassen, ohne von deren wesentlichem Umfang abzuweichen. Daher ist vorgesehen, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die speziellen offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, aber alle Ausführungsformen beinhaltet, die in deren Umfang fallen.While the above disclosure has been described with reference to exemplary embodiments, those skilled in the art will understand that various changes may be made and corresponding other parts may be substituted for the individual parts without departing from the scope of the disclosure. Moreover, many modifications may be made to adapt a particular material situation to the teachings of the disclosure without departing from the essential scope thereof. Therefore, it is intended that the present disclosure not be limited to the particular embodiments disclosed, but will include all embodiments falling within the scope thereof.
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