DE102018116958A1 - HETEROGEN INTEGRATED CHIP-SCALE LIDAR SYSTEM - Google Patents

HETEROGEN INTEGRATED CHIP-SCALE LIDAR SYSTEM Download PDF

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Biqin HUANG
James H. Schaffner
Keyvan Sayyah
Oleg Efimov
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Abstract

Ein Lidar-System beinhaltet einen photonischen Chip mit einer Lichtquelle und einem Sendestrahlkoppler, um ein Ausgangssignal für die Übertragung vorzusehen. Das Ausgangssignal ist ein frequenzmoduliertes Wellen-(FMCW-)Signal. Eine Sendestrahlsteuervorrichtung überträgt das Ausgangssignal des Sendestrahlkopplers des photonischen Chips. Eine Empfangsstrahlsteuervorrichtung erhält eine Reflexion des Ausgangssignals durch ein Ziel und sieht die Reflexion als Empfangssignal an einen Empfangsstrahlkoppler des photonischen Chips vor. Der photonische Chip, die Sendestrahlsteuervorrichtung und die Empfangsstrahlsteuervorrichtung sind heterogen in eine optische Maschine integriert.A lidar system includes a photonic chip having a light source and a transmit beam coupler to provide an output signal for transmission. The output is a frequency modulated wave (FMCW) signal. A transmit beam controller transmits the output of the transmit beam coupler of the photonic chip. A receive beam controller receives a reflection of the output signal through a target and provides the reflection as a receive signal to a receive beam coupler of the photonic chip. The photonic chip, the transmit beam controller, and the receive beam controller are heterogeneously integrated into an optical engine.

Description

EINLEITUNGINTRODUCTION

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein heterogen integriertes Chip-Scale-Lidar-System.The present disclosure relates to a heterogeneously integrated chip scale lidar system.

Fahrzeuge (z. B. Automobile, LKWs, Baumaschinen, Landmaschinen, Fabrikautomaten) werden zunehmend mit Sensoren ausgestattet, die Informationen zur Erweiterung oder Automatisierung des Fahrzeugbetriebs vorsehen. Beispielhafte Sensoren beinhalten Funkerfassungs- und Entfemungsmesssysteme (Radarsysteme), Kameras, Mikrofone und Lichterfassungs-(Lidar-)Systeme. Ein beispielhaftes Lidar-System ist ein kohärentes Lidar-System, das ein frequenzmoduliertes kontinuierliches Wellen-(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 Anwendungen, wie etwa einer Fahrzeuganwendung, ist eine kompakte Konstruktion des Sensors aufgrund der begrenzten Platzverfügbarkeit wichtig. Dementsprechend ist es wünschenswert, ein heterogen integriertes Chip-Scale-Lidar-System vorzusehen.Vehicles (eg automobiles, trucks, construction machinery, agricultural machinery, factory machines) are increasingly being equipped with sensors that provide information for expanding or automating vehicle operation. Exemplary sensors include radiomonitoring and rangefinding (radar) systems, cameras, microphones and light detection (lidar) systems. An exemplary lidar system is a coherent lidar system that transmits a frequency modulated continuous wave (FMCW) signal and is based on the optical coherence between the transmitted signal and a return signal resulting from the reflected dispersion of the transmitted signal through a target to perform the capture of the target. In applications such as a vehicle application, compact sensor construction is important because of limited space availability. Accordingly, it is desirable to provide a heterogeneously integrated chip scale lidar system.

KURZDARSTELLUNGSUMMARY

In einer beispielhaften Ausführungsform beinhaltet ein Lidar-System einen photonischen Chip mit einer Lichtquelle und einem Sendestrahlkoppler, um ein Ausgangssignal für die Übertragung vorzusehen, worin das Ausgangssignal ein frequenzmoduliertes Wellen-(FMCW-)Signal ist. Ein Lidar-System beinhaltet auch eine Empfangsstrahlsteuervorrichtung, um ein Ausgangssignal von dem Sendestrahlkoppler des photonischen Chips zu übertragen, und eine Empfangsstrahlsteuervorrichtung, um eine Reflexion des Ausgangssignals durch ein Ziel zu erhalten, und um die Reflexion als ein empfangenes Signal an einen Empfangsstrahlkoppler des photonischen Chips vorzusehen, worin der photonische Chip, die Sendestrahlsteuervorrichtung und die Empfangsstrahlsteuervorrichtung heterogen in eine optische Maschine integriert sind.In an exemplary embodiment, a lidar system includes a photonic chip having a light source and a transmit beam coupler for providing an output signal for transmission, wherein the output signal is a frequency modulated wave (FMCW) signal. A lidar system also includes a receive beam controller to transmit an output signal from the transmit beam coupler of the photonic chip and a receive beam controller to obtain a reflection of the output signal through a target and the reflection as a received signal to a receive beam coupler of the photonic chip in which the photonic chip, the transmit beam controller, and the receive beam controller are heterogeneously integrated into an optical engine.

Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale sind die Sendestrahlsteuervorrichtung und die Empfangsstrahlsteuervorrichtung zweidimensionale mikroelektromechanische System-(2D-MEMS-)Spiegel, die als Matrize hergestellt sind.In addition to one or more of the features described herein, the transmit beam controller and receive beam controller are two-dimensional microelectromechanical system (2D-MEMS) mirrors fabricated as a die.

Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ist die optische Maschine heterogen auf einer Halbleiterplatte mit geätzten Aussparungen zur Platzierung der 2D-MEMS-Spiegel integriert.In addition to one or more of the features described herein, the optical engine is heterogeneously integrated on a etched-hole semiconductor die for placement of the 2D MEMS mirrors.

Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ist die Sendestrahlsteuervorrichtung platziert, eine optische Ausrichtung mit dem Sendestrahlkoppler des photonischen Chips aufzuweisen, und die Empfangsstrahlsteuervorrichtung ist platziert, eine optische Ausrichtung mit dem Empfangsstrahlkoppler des photonischen Chips aufzuweisen.In addition to one or more of the features described herein, the transmit beam controller is placed to have optical alignment with the transmit beam coupler of the photonic chip, and the receive beam controller is placed to have optical alignment with the receive beam coupler of the photonic chip.

Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale sind der photonische Chip, die Sendestrahlsteuervorrichtung und die Empfangsstrahlsteuervorrichtung mit einer gemeinsamen Halbleiterplatte verbunden, um die optische Ausrichtung passiv aufrechtzuerhalten.In addition to one or more of the features described herein, the photonic chip, the transmit beam controller, and the receive beam controller are connected to a common semiconductor die to passively maintain the optical alignment.

Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale beinhaltet das Lidar-System ferner eine mit der optischen Maschine gekoppelte Antriebselektronik. Die Antriebselektronik beinhaltet einen modulierenden Lasertreiber zur Modulation der Lichtquelle und zur Erzeugung des FMCW-Signals und Steuertreiber für die Sendestrahlsteuervorrichtung und die Empfangsstrahlsteuervorrichtung.In addition to one or more of the features described herein, the lidar system further includes drive electronics coupled to the optical engine. The drive electronics include a modulating laser driver for modulating the light source and generating the FMCW signal and control drivers for the transmit beam controller and the receive beam controller.

Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale beinhaltet das Lidar-System auch eine Nacherfassungselektronik, um elektrische Signale zu verarbeiten, die von Photodetektoren des photonischen Chips vorgesehen sind.In addition to one or more of the features described herein, the lidar system also includes post detection electronics for processing electrical signals provided by photonic detectors of the photonic chip.

Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale sind die optische Maschine, die Antriebselektronik und die Nacherfassungselektronik auf einer ersten Leiterplatte ausgebildet, und die Steuertreiber sind auf einer zweiten Leiterplatte ausgebildet.In addition to one or more of the features described herein, the optical engine, the drive electronics, and the post-detection electronics are formed on a first circuit board, and the control drivers are formed on a second circuit board.

Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale sind die Steuertreiber als eine erste anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) hergestellt und die Antriebselektronik und die Nacherfassungselektronik sind als eine zweite ASIC hergestellt.In addition to one or more of the features described herein, the control drivers are fabricated as a first application specific integrated circuit (ASIC), and the drive electronics and post-detection electronics are fabricated as a second ASIC.

Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ist das Lidar-System in einem Fahrzeug untergebracht.In addition to one or more of the features described herein, the lidar system is housed in a vehicle.

In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zum Verpacken eines Lidar-Systems das Herstellen eines photonischen Chips. Der photonische Chip beinhaltet eine Lichtquelle und einen Sendestrahlkoppler, um ein Ausgangssignal zur Übertragung vorzusehen, und das Ausgangssignal ist ein frequenzmoduliertes Wellen-(FMCW-)Signal. Das Verfahren beinhaltet auch das Koppeln einer Sendestrahlsteuervorrichtung an den photonischen Chip, um das Ausgangssignal des Sendestrahlkopplers des photonischen Chips zu übertragen, und das Koppeln einer Empfangsstrahlsteuervorrichtung an den photonischen Chip, um eine Reflexion des Ausgangssignals durch ein Ziel zu erhalten und die Reflexion als Empfangssignal an einen Empfangsstrahlkoppler des photonischen Chips vorzusehen. Der photonische Chip, die Sendestrahlsteuervorrichtung und die Empfangsstrahlsteuervorrichtung sind heterogen in eine optische Maschine integriert.In another embodiment, a method of packaging a lidar system includes producing a photonic chip. The photonic chip includes a light source and a transmit beam coupler to provide an output signal for transmission, and the output signal is a frequency modulated wave (FMCW) signal. The method also includes coupling a transmit beam controller to the photonic chip to transmit the output of the transmit beam coupler of the photonic chip, and the Coupling a receive beam controller to the photonic chip to obtain a reflection of the output signal through a target and to provide the reflection as a receive signal to a receive beam coupler of the photonic chip. The photonic chip, the transmit beam controller, and the receive beam controller are heterogeneously integrated into an optical engine.

Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale beinhaltet das Verfahren das Herstellen der Sendestrahlsteuervorrichtung und der Empfangsstrahlsteuervorrichtung als zweidimensionale mikroelektromechanische System-(2D-MEMS-)Spiegeldüse, worin das heterogene Integrieren der optischen Maschine das Platzieren der 2D-MEMS-Spiegeldüse in Aussparungen beinhaltet, die in eine Siliziumplatte geätzt sind.In addition to one or more of the features described herein, the method includes manufacturing the transmit beam controller and the receive beam controller as a two-dimensional microelectromechanical system (2D MEMS) nozzle, wherein heterogeneously integrating the optical engine includes placing the 2D MEMS nozzle in cavities etched in a silicon plate.

Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale beinhaltet das Verfahren das Platzieren der Sendestrahlsteuervorrichtung, um eine optische Ausrichtung mit dem Sendestrahlkoppler des photonischen Chips aufzuweisen, das Platzieren der Empfangsstrahlsteuervorrichtung, um eine optische Ausrichtung mit dem Empfangsstrahlkoppler des photonischen Chips aufzuweisen, und das passive Verbinden des photonischen Chips, der Sendestrahlsteuervorrichtung und der Empfangsstrahlsteuervorrichtung mit einer gemeinsamen Halbleiterplatte, um die optische Ausrichtung aufrechtzuerhalten.In addition to one or more of the features described herein, the method includes placing the transmit beam controller to have optical alignment with the transmit beam coupler of the photonic chip, placing the receive beam controller to have optical alignment with the receive beam coupler of the photonic chip, and passive connecting of the photonic chip, the transmit beam controller, and the receive beam controller having a common semiconductor die to maintain the optical alignment.

Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale beinhaltet das Verfahren das Koppeln einer Antriebselektronik mit der optischen Maschine, worin die Antriebselektronik einen modulierenden Lasertreiber zur Modulation der Lichtquelle und zur Erzeugung des FMCW-Signals und Steuertreiber für die Sendestrahlsteuervorrichtung und die Empfangsstrahlsteuervorrichtung, und das Koppeln einer Nacherfassungselektronik mit der optischen Maschine, um die elektrischen Signale zu verarbeiten, die von Photodetektoren des photonischen Chips vorgesehen sind.In addition to one or more of the features described herein, the method includes coupling drive electronics to the optical engine, wherein the drive electronics include a modulating laser driver for modulating the light source and generating the FMCW signal and control drivers for the transmit beam controller and receive beam controller, and coupling tracking electronics with the optical engine to process the electrical signals provided by photonic detectors of the photonic chip.

Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale beinhaltet das Verfahren das Bilden der optischen Maschine, der Antriebselektronik und der Nacherfassungselektronik auf einer ersten Leiterplatte und das Bilden der Steuertreiber auf einer zweiten Leiterplatte, oder das Herstellen der Steuertreiber als eine erste anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), und das Herstellen der Antriebselektronik und der Nacherfassungselektronik als eine zweite ASIC.In addition to one or more of the features described herein, the method includes forming the optical engine, drive electronics, and post-detection electronics on a first circuit board and forming the control drivers on a second circuit board, or manufacturing the control drivers as a first application-specific integrated circuit (ASIC) ), and manufacturing the drive electronics and post-detection electronics as a second ASIC.

In noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform beinhaltet ein Fahrzeug ein Lidar-System, das einen photonischen Chip mit einer Lichtquelle und einem Sendestrahlkoppler beinhaltet, um ein Ausgangssignal für die Übertragung vorzusehen. Das Ausgangssignal ist ein frequenzmoduliertes Wellen-(FMCW-)Signal. Das Lidar-System beinhaltet eine Sendestrahlsteuervorrichtung, um das Ausgangssignal des Sendestrahlkopplers des photonischen Chips zu übertragen, und eine Empfangsstrahlsteuervorrichtung, um eine Reflexion des Ausgangssignals durch ein Ziel zu erhalten und die Reflexion als Empfangssignal an einen Empfangsstrahlkoppler des photonischen Chips vorzusehen. Der photonische Chip, die Sendestrahlsteuervorrichtung und die Empfangsstrahlsteuervorrichtung sind heterogen in eine optische Maschine integriert. Das Fahrzeug beinhaltet auch eine Fahrzeugsteuerung, um den Fahrzeugbetrieb anhand der Informationen aus dem Lidar-System zu erweitern oder zu automatisieren.In yet another exemplary embodiment, a vehicle includes a lidar system that includes a photonic chip having a light source and a transmit beam coupler to provide an output signal for transmission. The output is a frequency modulated wave (FMCW) signal. The lidar system includes a transmit beam controller for transmitting the output of the transmit beam coupler of the photonic chip, and a receive beam controller for receiving a reflection of the output signal through a target and providing the reflection as a receive signal to a receive beam coupler of the photonic chip. The photonic chip, the transmit beam controller, and the receive beam controller are heterogeneously integrated into an optical engine. The vehicle also includes a vehicle controller to augment or automate vehicle operation based on information from the lidar system.

Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale sind die Sendestrahlsteuervorrichtung und die Empfangsstrahlsteuervorrichtung zweidimensionale mikroelektromechanische System-(2D-MEMS-)Spiegel, die als Düse hergestellt werden, und die optische Maschine ist heterogen auf einer Halbleiterplatte mit geätzten Aussparungen für die Platzierung der 2D-MEMS-Spiegel integriert.In addition to one or more of the features described herein, the transmit beam controller and the receive beam controller are two-dimensional microelectromechanical system (2D-MEMS) mirrors fabricated as a nozzle and the optical engine is heterogeneous on an etched recess semiconductor die for placement of the 2D -MEMS mirror integrated.

Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ist die Sendestrahlsteuervorrichtung platziert, um eine optische Ausrichtung mit dem Sendestrahlkoppler des photonischen Chips aufzuweisen, ist die Empfangsstrahlsteuervorrichtung platziert, um eine optische Ausrichtung mit dem Empfangsstrahlkoppler des photonischen Chips aufzuweisen, und der photonische Chip, die Sendestrahlsteuervorrichtung und die Empfangsstrahlsteuervorrichtung sind mit einer gemeinsamen Halbleiterplatte passiv verbunden, um die optische Ausrichtung aufrechtzuerhalten.In addition to one or more of the features described herein, the transmit beam controller is placed to have optical alignment with the transmit beam coupler of the photonic chip, the receive beam controller is placed to have optical alignment with the receive beam coupler of the photonic chip, and the photonic chip, the transmit beam controller and the reception beam control device are passively connected to a common semiconductor plate to maintain the optical alignment.

Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale beinhaltet das Fahrzeug ferner eine mit der optischen Maschine gekoppelte Antriebselektronik. Die Antriebselektronik beinhaltet einen modulierenden Lasertreiber zur Modulation der Lichtquelle und zur Erzeugung des FMCW-Signals und Steuertreiber für die Sendestrahlsteuervorrichtung und die Empfangsstrahlsteuervorrichtung und die Empfangsstrahlsteuervorrichtung und die Nacherfassungselektronik, um elektrische Signale, die von Photodetektoren des photonischen Chips vorgesehen sind, zu verarbeiten.In addition to one or more of the features described herein, the vehicle further includes a drive electronics coupled to the optical engine. The drive electronics include a modulating laser driver for modulating the light source and generating the FMCW signal and control drivers for the transmit beam controller and the receive beam controller and the receive beam controller and the post-detection electronics to process electrical signals provided by photonic detectors of the photonic chip.

Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale werden die optische Maschine, die Antriebselektronik und die Nacherfassungselektronik auf einer ersten Leiterplatte ausgebildet und die Steuertreiber auf einer zweiten Leiterplatte ausgebildet, oder die Steuertreiber werden als eine erste anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) hergestellt, und die Antriebselektronik und die Nacherfassungselektronik als eine zweite ASIC hergestellt.In addition to one or more of the features described herein, the optical engine, the drive electronics and the post-detection electronics are formed on a first circuit board and the control drivers are formed on a second circuit board, or the control drivers are referred to as a first application specific integrated circuit (ASIC), and the drive electronics and the post detection electronics are fabricated as a second ASIC.

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 become more readily apparent from the following detailed description when taken in conjunction with the accompanying drawings.

Figurenlistelist of figures

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:

  • 1 ist ein Blockdiagramm eines Szenarios mit einem kohärenten Chip-Scale-Lidar-System gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
  • 2 ist ein Blockdiagramm, das die photonische Maschine des Lidar-Systems gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen darstellt; und
  • 3 ist ein Blockdiagramm, das Aspekte des Lidar-Systems 110 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen darstellt.
Other features, advantages and details appear only by way of example in the following detailed description of the embodiments, the detailed description of which refers to the drawings, wherein:
  • 1 FIG. 10 is a block diagram of a coherent chip scale lidar system scenario according to one or more embodiments; FIG.
  • 2 FIG. 10 is a block diagram illustrating the photonic engine of the lidar system in accordance with one or more embodiments; FIG. and
  • 3 is a block diagram that covers aspects of the lidar system 110 according to one or more embodiments.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Die folgende Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung 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 disclosure in its applications or uses. It should be understood that in the drawings, like reference characters designate like or corresponding parts and features.

Wie bereits erwähnt, ist ein kohärentes Lidar-System einer der Sensoren, die verwendet werden, um den Fahrzeugbetrieb zu erweitern oder zu automatisieren. In Anwendungen, wie etwa der Fahrzeuganwendung, bei denen nur wenig Platz für Sensoren und andere Systeme zur Verfügung steht, ist Kompaktheit wichtig. Darüber hinaus erhöht die passive Ausrichtung der optischen Elemente anstelle eines aktiven Ausrichtungsverfahrens anhand des Feedbacks die Effizienz und reduziert die Kosten des Systems. Die hierin beschriebenen Ausführungsformen der Systeme und Verfahren beziehen sich auf ein heterogen integriertes Chip-Scale-Lidar-System. Unter heterogener Integration versteht man die Montage und Verpackung von getrennt gefertigten Komponenten auf einem einzelnen Chip. Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen sind ein photonischer Chip und Strahlsteuervorrichtungen (z. B. zweidimensionale mikroelektromechanische Systeme (MEMs), die Mikrospiegeldüsen abtasten) heterogen in einer optischen Maschine des Lidar-Systems integriert. Darüber hinaus werden Antriebselektronik und Nacherfassungselektronik zusammen mit der optischen Maschine auf einer Leiterplatte oder in einem anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC) beispielsweise als kompaktes Lidar-System verpackt.As previously mentioned, a coherent lidar system is one of the sensors used to augment or automate vehicle operation. Compactness is important in applications such as vehicle applications where space is limited for sensors and other systems. In addition, the passive alignment of the optical elements rather than an active alignment method based on the feedback increases the efficiency and reduces the cost of the system. The embodiments of the systems and methods described herein relate to a heterogeneously integrated chip scale lidar system. Heterogeneous integration is the assembly and packaging of separately manufactured components on a single chip. According to one or more embodiments, a photonic chip and beam steering devices (eg, two-dimensional microelectromechanical systems (MEMs) scanning micromirror nozzles) are heterogeneously integrated in an optical machine of the lidar system. In addition, drive electronics and post-detection electronics are packaged together with the optical engine on a printed circuit board or in an application specific integrated circuit (ASIC), for example as a compact lidar system.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist in 1 ein Blockdiagramm eines Szenarios mit einem kohärenten Chip-Scale-Lidar-System 110 dargestellt. Das in 1 dargestellte Fahrzeug 100 ist ein Automobil 101. Ein kohärentes Lidar-System 110, ferner dargestellt in Bezug auf 2, ist auf dem Dach des Automobils 101 zu sehen. Gemäß alternativen oder zusätzlichen Ausführungsformen können sich ein oder mehrere Lidar-Systeme 110 an einer anderen Stelle am Fahrzeug 100 befinden. Ein weiterer Sensor 115 (z. B. Kamera, Sonar, Radarsystem) wird ebenfalls angezeigt. Die vom Lidar-System 110 und einem oder mehreren anderen Sensoren 115 gewonnenen Informationen können einer Steuerung 120 (z. B. einem elektronischen Steuergerät (ECU)) zur Bild- oder Datenverarbeitung, Zielerfassung und nachfolgenden Fahrzeugsteuerung zur Verfügung gestellt werden.According to an exemplary embodiment, in 1 a block diagram of a scenario with a coherent chip-scale lidar system 110 shown. This in 1 illustrated vehicle 100 is an automobile 101 , A coherent lidar system 110 , further illustrated with respect to 2 , is on the roof of the automobile 101 to see. According to alternative or additional embodiments, one or more lidar systems may be used 110 at a different location on the vehicle 100 are located. Another sensor 115 (eg camera, sonar, radar system) is also displayed. The Lidar system 110 and one or more other sensors 115 Information gained can be a control 120 (eg, an electronic control unit (ECU)) for image or data processing, target acquisition and subsequent vehicle control.

Die Steuerung 120 kann die Informationen verwenden, um eines oder mehrerer Fahrzeugsysteme 130 zu steuern. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Fahrzeug 100 ein autonomes Fahrzeug sein und die Steuerung 120 kann eine bekannte Fahrzeugbedienung mit Informationen aus dem Lidar-System 110 und anderen Quellen durchführen. In alternativen Ausführungsformen kann die Steuerung 120 den Fahrzeugbetrieb mit Informationen aus dem Lidar-System 110 und anderen Quellen als Teil eines bekannten Systems (z. B. Kollisionsvermeidungssystem, adaptivem Tempomat-System) erweitern. Das Lidar-System 110 und ein oder mehrere andere Sensoren 115 können verwendet werden, um Objekte 140 zu erfassen, wie etwa den in 1 gezeigten Fußgänger 145. Die Steuerung 120 kann eine Verarbeitungsschaltung beinhalten, die eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Hardware-Computerprozessor (gemeinsam genutzte oder dedizierte oder Gruppe) und einen Speicher beinhalten kann, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten ausführt, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen.The control 120 can use the information to one or more vehicle systems 130 to control. In an exemplary embodiment, the vehicle may 100 be an autonomous vehicle and the controller 120 can be a familiar vehicle operation with information from the Lidar system 110 and other sources. In alternative embodiments, the controller may 120 the vehicle operation with information from the Lidar system 110 and other sources as part of a known system (eg, collision avoidance system, adaptive cruise control system). The Lidar system 110 and one or more other sensors 115 can be used to objects 140 to capture, such as the in 1 shown pedestrians 145 , The control 120 may include a processing circuit that may include an application specific integrated circuit (ASIC), an electronic circuit, a hardware computer processor (shared or dedicated or group), and a memory containing one or more software or firmware programs, combinational logic circuitry, and / or other suitable components that provide the described functionality.

2 ist ein Blockdiagramm, das die photonischen Maschine 210 des Lidar-Systems 110 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen darstellt. Die photonische Maschine 210 ergibt einen photonischen Chip 220 mit Strahlsteuervorrichtungen. Jede beispielhafte Strahlsteuervorrichtung ist eine zweidimensionales mikroelektromechanisches System-(2D MEMS-)Mikrospiegeldüse. Dargestellt sind ein 2D-MEMS-Spiegel 230a für die Übertragung und ein 2D-MEMS-Spiegel 230b für den Empfang (allgemein als 230 bezeichnet). Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann mit Hilfe eines Präzisionsverfahrens auf Nanometerebene eine Halbleiter-Integrationsplattform mit Aussparungen für die Befestigung der 2D-MEMS-Spiegel 230 hergestellt werden. Das Verfahren kann beispielsweise lithographische und trockene Ätztechniken beinhalten. Die Strahlsteuervorrichtungen (z. B. 2D-MEMS-Spiegel 230) werden beispielsweise auf einer Halbleiterplatte (z. B. Silizium) so befestigt (z.B. geklebt), dass sie mit dem ebenfalls auf der Halbleiterplatte geklebten photonischen Chip 220 ausgerichtet sind. Durch die passive Ausrichtung der 2D-MEMS-Spiegel 230 auf den photonischen Chip 220 kann der zeitaufwändige aktive Ausrichtvorgang anhand der Rückkopplungskontrolle vermieden werden. 2 is a block diagram showing the photonic engine 210 of the Lidar system 110 according to one or more embodiments. The photonic machine 210 gives a photonic chip 220 with beam control devices. Each exemplary beam steering device is a two-dimensional microelectromechanical system (FIG. 2D MEMS) Mikrospiegeldüse. Shown are a 2D MEMS mirror 230a for transmission and a 2D MEMS mirror 230b for the reception (generally as 230 designated). In accordance with an exemplary embodiment, a nanometer-level precision process may provide a semiconductor integration platform with recesses for attachment of the 2D MEMS mirrors 230 getting produced. The method may include, for example, lithographic and dry etching techniques. The beam control devices (eg, 2D MEMS mirror 230 For example, on a semiconductor plate (eg, silicon), these are attached (eg, glued) to the photonic chip also bonded to the semiconductor plate 220 are aligned. Due to the passive alignment of the 2D MEMS mirrors 230 on the photonic chip 220 the time-consuming active alignment process can be avoided by the feedback control.

Der photonische Chip 220 beinhaltet eine Lichtquelle 225, die von der Laserantriebselektronik 310 moduliert wird, die unter Bezugnahme auf 3 weiter erläutert wird. Die Lichtquelle 225 ist eine Laserdiode gemäß beispielhaften Ausführungsformen. Ein frequenzmoduliertes Wellen-(FMCW-)Signal kann von der Lichtquelle 225 anhand der Modulation ausgegeben werden. Ein Splitter 240 (z. B. Hohlleiter-Splitter) teilt das FMCW-Signal in ein Ausgangssignal 245 und ein Lokaloszillatorsignal 247, das für den Kombinator 260 vorgesehen ist. Das Ausgangssignal 245 wird einem Sendestrahl 250 (z. B. Gitterkoppler, Kantenkoppler) zugeführt, der optisch mit dem 2D-MEMS-Spiegel 230a ausgerichtet ist. Der 2D-MEMS-Spiegel 230a leitet das Ausgangssignal 245 aus dem Lidar-System 110. MEMS-Treiber und Synchronisationselektronik 330 können mit der optischen Maschine 210 gekoppelt werden, um die 2D-MEMS-Spiegel 230 zu steuern. Obwohl sie in 2 zur Erläuterung separat dargestellt sind, können die Laserantriebselektronik 310 und die MEMS-Treiber und die Synchronisationselektronik 330 als Antriebselektronik 340, wie in 3 dargestellt, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zusammengesetzt werden.The photonic chip 220 includes a light source 225 from the laser drive electronics 310 is modulated with reference to 3 will be explained further. The light source 225 is a laser diode according to exemplary embodiments. A frequency modulated wave (FMCW) signal may be from the light source 225 based on the modulation output. A splinter 240 (eg waveguide splitter) splits the FMCW signal into an output signal 245 and a local oscillator signal 247 that for the combinator 260 is provided. The output signal 245 becomes a broadcasting channel 250 (eg, grating coupler, edge coupler) optically aligned with the 2D MEMS mirror 230a. The 2D MEMS mirror 230a passes the output signal 245 from the Lidar system 110 , MEMS driver and synchronization electronics 330 can with the optical machine 210 coupled to control the 2D MEMS mirrors 230. Although she is in 2 are shown separately for explanation, the laser drive electronics 310 and the MEMS drivers and the synchronization electronics 330 as drive electronics 340 , as in 3 shown assembled according to an exemplary embodiment.

Wenn das Ausgangssignal 245 auf ein Ziel 140 trifft, wird ein Teil des vom Ziel 140 gestreuten Lichts (d. h. des Ausgangssignals 245) durch den 2D-MEMS-Spiegel 230b gewonnen und dem Empfangsstrahlkoppler 265 (z. B. Gitterkoppler, Kantenkoppler) als Empfangssignal 270 zur Verfügung gestellt. Dieses Empfangssignal 270 ist auch für den Kombinator 260 vorgesehen. So wie der Sendestrahlkoppler 250 optisch mit dem 2D-MEMS-Spiegel 230a ausgerichtet ist, ist der Empfangsstrahlkoppler 265 optisch mit dem 2D-MEMS-Spiegel 230b ausgerichtet. Die Kombination des LO-Signals 247 und des Empfangssignals 270 wird in kombinierte Signale 275a, 275b (allgemein als 275 bezeichnet) aufgeteilt und den Photodetektoren 280a, 280b (allgemein als 280 bezeichnet) zur Verfügung gestellt.If the output signal 245 on a goal 140 meets, becomes part of the goal 140 scattered light (ie the output signal 245 ) by the 2D MEMS mirror 230b and the receive beam coupler 265 (eg grating coupler, edge coupler) as received signal 270 made available. This received signal 270 is also for the combinator 260 intended. Like the transmit beam coupler 250 optically aligned with the 2D MEMS mirror 230a is the receive beam coupler 265 optically aligned with the 2D MEMS mirror 230b. The combination of the LO signal 247 and the received signal 270 is in combined signals 275a . 275b (commonly referred to as 275) and the photodetectors 280a . 280b (commonly referred to as 280).

Das Empfangssignal 270 und das LO-Signal 247 in jedem kombinierten Signal 275 stören den entsprechenden Photodetektor 280, um elektrische Signale 285a, 285b (allgemein als 285 bezeichnet) zu erzeugen, die auch Beat-Signale genannt werden. Die beiden Photodetektoren 280 können zwei symmetrische Photodetektoren sein, die in Übereinstimmung mit einer bekannten symmetrischen Erfassungstechnik verwendet werden, um das Intensitätsrauschen im LO-Signal 247 (das durch die Lichtquelle 225 verursacht wird und somit im Ausgangssignal 245 gleich ist), das beiden Photodetektoren 280 gemeinsam ist, zu unterdrücken. Die elektrischen Signale 285 werden der Nacherfassungselektronik 320 zur Verfügung gestellt, die ebenfalls in Bezug auf 3 dargestellt ist. Die Steckverbinder 290a, 290b verbinden die photonische Maschine 210 mit den MEMS-Treibern und der Synchronisationselektronik 330 (3).The received signal 270 and the LO signal 247 in every combined signal 275 disturb the corresponding photodetector 280 to electrical signals 285a . 285b (commonly referred to as 285), also called beat signals. The two photodetectors 280 may be two balanced photodetectors, which are used in accordance with a known symmetric detection technique to measure the intensity noise in the LO signal 247 (that by the light source 225 is caused and thus in the output signal 245 is the same), the two photodetectors 280 is common to suppress. The electrical signals 285 become the post-detection electronics 320 provided in relation to 3 is shown. The connectors 290a . 290b connect the photonic engine 210 with the MEMS drivers and the synchronization electronics 330 ( 3 ).

3 ist ein Blockdiagramm, das die Aspekte des Lidar-Systems 110 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen darstellt. Insbesondere werden beispielhafte Ausführungsformen der Antriebselektronik 340 und der Nacherfassungselektronik 320, die in die optischen Maschine 210 integriert sind, näher dargestellt. Die in der Antriebselektronik 340 enthaltene Laserantriebselektronik 310 moduliert die Lichtquelle 225, die in Bezug auf 2 als Teil des photonischen Chips 220 der photonischen Maschine 210 beschrieben wird. Die beispielhafte Laserantriebselektronik 310 beinhaltet eine modulierende Spannungsquelle 305, Widerstand R, Dioden D1, D2 und D3 sowie eine rauscharme Stromquelle 315. Die Diode D3 ist die Laserdiode. 3 is a block diagram that covers the aspects of the lidar system 110 according to one or more embodiments. In particular, exemplary embodiments of the drive electronics 340 and the post-detection electronics 320 in the optical machine 210 are integrated, shown in more detail. The in the drive electronics 340 included laser drive electronics 310 modulates the light source 225 in terms of 2 as part of the photonic chip 220 the photonic machine 210 is described. The exemplary laser drive electronics 310 includes a modulating voltage source 305 , Resistor R, diodes D1 . D2 and D3 and a low-noise power source 315 , The diode D3 is the laser diode.

Die beispielhafte Nacherfassungselektronik 320 kann ein selbstausgeglichener Detektor sein, der eine Signalphotodiode 350, eine Vergleichsphotodiode 355, einen Transimpedanzverstärker 360, der ein von den beiden Photodetektoren 280 (2) erzeugtes Differenzstromsignal (basierend auf elektrischen Strömen 285) in ein Spannungssignal mit etwas Verstärkung umwandelt, und einen Nachverstärker 365, der das erzeugte Spannungssignal weiter verstärkt, beinhaltet. Wie in 2 dargestellt, werden die elektrischen Ströme 285 von jedem der Photodetektoren 280 zusammen mit den 2D-Positionsdaten der MEMS-Spiegel 230 kombiniert und von der Nacherfassungselektronik 320 verarbeitet, um dreidimensionale Informationen wie den Bereich zum Ziel 140 und die Relativgeschwindigkeit des Ziels 140 zum Lidar-System 110 in Abhängigkeit von zweidimensionalen Raumkoordinaten zu erhalten.The exemplary post detection electronics 320 may be a self-balanced detector that includes a signal photodiode 350 , a comparison photodiode 355 , a transimpedance amplifier 360 , one of the two photodetectors 280 ( 2 ) generated differential current signal (based on electrical currents 285 ) into a voltage signal with some amplification, and a post amplifier 365 , which further amplifies the generated voltage signal. As in 2 shown, the electric currents 285 from each of the photodetectors 280 together with the 2D position data of the MEMS mirrors 230 combined and from the Nacherfassungselektronik 320 Processed to get three-dimensional information like the area to the destination 140 and the relative speed of the target 140 to the Lidar system 110 depending on two-dimensional space coordinates.

Zusätzlich können, wie in 2 gezeigt, MEMS-Treiber und Synchronisationselektronik 330 die in 2 gezeigten 2D-MEMS-Spiegel 230 steuern. Die Antriebselektronik 340, die optische Maschine 210 und die Nacherfassungselektronik 320 des Lidar-Systems 110 können auf einer Leiterplatte gemäß einer beispielhaften Ausführungsform montiert werden. Gemäß einer alternativen Ausführungsform können die Laserantriebselektronik 310, die optische Maschine 210 und die Nacherfassungselektronik 320 auf einer Leiterplatte montiert werden, während sich die MEMS-Treiber und die Synchronisationselektronik 330 auf einer zweiten, gestapelten Leiterplatte befinden. In einer weiteren alternativem Ausführungsform können, wie bereits erwähnt, ein oder mehrere ASICs mit der Antriebselektronik 340, den MEMS-Treibern und der Synchronisationselektronik 330 und der Nacherfassungselektronik 320 des Lidar-Systems 110 hergestellt werden. Beispielsweise können die MEMS-Treiber und die Synchronisationselektronik 330 als ASIC und die Laserantriebselektronik 310 und die Nacherfassungselektronik 320 als zweite ASIC hergestellt werden, die in den heterogen integrierten Chip mit der optischen Maschine 210 integriert ist.In addition, as in 2 shown, MEMS driver and synchronization electronics 330 in the 2 control 2D MEMS mirror 230 shown. The drive electronics 340 , the optical machine 210 and the post-detection electronics 320 of the Lidar system 110 can be mounted on a printed circuit board according to an exemplary embodiment. According to an alternative embodiment, the laser drive electronics 310 , the optical machine 210 and the post-detection electronics 320 Mounted on a circuit board, while the MEMS drivers and the synchronization electronics 330 on a second, stacked circuit board. In a further alternative embodiment, as already mentioned, one or more ASICs with the drive electronics 340 , the MEMS drivers and the synchronization electronics 330 and the post-detection electronics 320 of the Lidar system 110 getting produced. For example, the MEMS drivers and the synchronization electronics 330 as ASIC and the laser drive electronics 310 and the post-detection electronics 320 be produced as a second ASIC, which in the heterogeneously integrated chip with the optical machine 210 is integrated.

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, it will be understood by those skilled in the art that various changes may be made and the individual parts may be substituted with corresponding other parts without departing from the scope of the disclosure. In addition, 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 include all embodiments that fall within its scope.

Claims (10)

Lidar-System, umfassend: einen photonischen Chip mit einer Lichtquelle und einem Sendestrahlkoppler, der konfiguriert ist, ein Ausgangssignal zur Übertragung vorzusehen, worin das Ausgangssignal ein frequenzmoduliertes Wellen-(FMCW-)Signal ist.; eine Sendestrahlsteuervorrichtung, die konfiguriert ist, das Ausgangssignal vom Sendestrahlkoppler des photonischen Chips zu übertragen; und eine Empfangsstrahlsteuervorrichtung, die konfiguriert ist, eine Reflexion des Ausgangssignals durch ein Ziel zu erhalten und die Reflexion als ein Empfangssignal an einen Empfangsstrahlkoppler des photonischen Chips vorzusehen, worin der photonische Chip, die Sendestrahlsteuervorrichtung und die Empfangsstrahlsteuervorrichtung heterogen in eine optische Maschine integriert sind.Lidar system, comprising: a photonic chip having a light source and a transmit beam coupler configured to provide an output signal for transmission, wherein the output signal is a frequency modulated wave (FMCW) signal; a transmit beam controller configured to transmit the output signal from the transmit beam coupler of the photonic chip; and a reception beam control device configured to obtain a reflection of the output signal by a target and to provide the reflection as a reception signal to a reception beam coupler of the photonic chip, wherein the photonic chip, the transmission beam control device and the reception beam control device are heterogeneously integrated into an optical machine. Lidar-System nach Anspruch 1, worin die Sendestrahlsteuervorrichtung und die Empfangsstrahlsteuervorrichtung zweidimensionale mikroelektromechanische System-(2D-MEMS-)Spiegel sind, die als Matrize hergestellt sind.Lidar system after Claim 1 wherein the transmit beam controller and the receive beam controller are two-dimensional microelectromechanical system (2D-MEMS) mirrors fabricated as a die. Lidar-System nach Anspruch 2, worin die optische Maschine heterogen auf einer Halbleiterplatte mit geätzten Aussparungen zur Platzierung der 2D-MEMS-Spiegel integriert ist.Lidar system after Claim 2 wherein the optical engine is heterogeneously integrated on a etched-hole semiconductor die for placement of the 2D MEMS mirrors. Lidar-System nach Anspruch 1, worin die Sendestrahlsteuervorrichtung angeordnet ist, eine optische Ausrichtung mit dem Sendestrahlkoppler des photonischen Chips aufzuweisen, wobei die Empfangsstrahlsteuervorrichtung angeordnet ist, eine optische Ausrichtung mit dem Empfangsstrahlkoppler des photonischen Chips aufzuweisen, wobei der photonische Chip, die Sendestrahlsteuervorrichtung und die Empfangsstrahlsteuervorrichtung mit einer gemeinsamen Halbleiterplatte verbunden sind, um die optische Ausrichtung passiv aufrechtzuerhalten.Lidar system after Claim 1 wherein the transmit beam controller is arranged to optically align with the transmit beam coupler of the photonic chip, the receive beam controller being arranged to have optical alignment with the receive beam coupler of the photonic chip, wherein the photonic chip, the transmit beam controller, and the receive beam controller connect to a common semiconductor die are to passively maintain the optical alignment. Lidar-System nach Anspruch 1, ferner umfassend eine mit der optischen Maschine gekoppelte Antriebselektronik, wobei die Antriebselektronik einen modulierenden Lasertreiber zur Modulation der Lichtquelle und zur Erzeugung des FMCW-Signals und Steuertreiber für die Sendestrahlsteuervorrichtung und die Empfangsstrahlsteuervorrichtung aufweist, und wobei das Lidar-System auch eine Nacherfassungselektronik aufweist, die zur Verarbeitung von elektrischen Signalen konfiguriert ist, die von Photodetektoren des photonischen Chips vorgesehen sind, worin die optische Maschine, die Antriebselektronik und die Nacherfassungselektronik auf einer ersten Leiterplatte ausgebildet sind, die Steuertreiber auf einer zweiten Leiterplatte ausgebildet sind, die Steuertreiber als eine erste anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) hergestellt sind und die Antriebselektronik und die Nacherfassungselektronik als eine zweite ASIC hergestellt sind.Lidar system after Claim 1 further comprising drive electronics coupled to the optical engine, the drive electronics including a modulating laser driver for modulating the light source and generating the FMCW signal and control drivers for the transmit beam controller and the receive beam controller, and wherein the lidar system also includes post-detection electronics is configured to process electrical signals provided by photonic detectors of the photonic chip, wherein the optical engine, the drive electronics and the post-detection electronics are formed on a first circuit board, the control drivers are formed on a second circuit board, the control drivers as a first application specific integrated Circuit (ASIC) are made and the drive electronics and the Nacherfassungselektronik are made as a second ASIC. Lidar-System nach Anspruch 1, worin das Lidar-System in einem Fahrzeug untergebracht ist.Lidar system after Claim 1 wherein the lidar system is housed in a vehicle. Verfahren zum Verpacken eines Lidar-Systems, das Verfahren umfassend: das Herstellen eines photonischen Chips, worin der photonische Chip eine Lichtquelle und einen Sendestrahlkoppler beinhaltet, um ein Ausgangssignal zur Übertragung vorzusehen, und das Ausgangssignal ein frequenzmoduliertes Wellen-(FMCW-)Signal ist; das Koppeln einer Sendestrahlsteuervorrichtung an den photonischen Chip, um das Ausgangssignal des Sendestrahlkopplers des photonischen Chips zu übertragen; das Koppeln einer Empfangsstrahlsteuervorrichtung an den photonischen Chip, um eine Reflexion des Ausgangssignals durch ein Ziel zu erhalten und die Reflexion als Empfangssignal an einen Empfangsstrahlkoppler des photonischen Chips vorzusehen; und das heterogene Integrieren des photonischen Chips, der Sendestrahlsteuervorrichtung und der Empfangsstrahlsteuervorrichtung in eine optische Maschine.A method of packaging a lidar system, the method comprising: producing a photonic chip, wherein the photonic chip includes a light source and a transmit beam coupler to provide an output signal for transmission and the output signal is a frequency modulated wave (FMCW) signal; coupling a transmit beam controller to the photonic chip to transmit the output of the transmit beam coupler of the photonic chip; coupling a receive beam control device to the photonic chip to obtain a reflection of the output signal through a target, and the To provide reflection as a received signal to a receive beam coupler of the photonic chip; and heterogeneously integrating the photonic chip, the transmit beam controller, and the receive beam controller into an optical engine. Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend das Herstellen der Sendestrahlsteuervorrichtung und der Empfangsstrahlsteuervorrichtung als zweidimensionale mikroelektromechanische System-(2D-MEMS-)Spiegeldüse, worin das heterogene Integrieren der optischen Maschine das Platzieren der 2D-MEMS-Spiegeldüse in Aussparungen beinhaltet, die in eine Siliziumplatte geätzt sind.Method according to Claim 7 further comprising manufacturing the transmit beam controller and the receive beam controller as a two-dimensional microelectromechanical system (2D MEMS) mirror nozzle, wherein heterogeneously integrating the optical engine includes placing the 2D MEMS mirror nozzle in recesses etched into a silicon plate. Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend das Platzieren der Sendestrahlsteuervorrichtung, um eine optische Ausrichtung mit dem Sendestrahlkoppler des photonischen Chips aufzuweisen, das Platzieren der Empfangsstrahlsteuervorrichtung, um eine optische Ausrichtung mit dem Empfangsstrahlkoppler des photonischen Chips aufzuweisen, und das passive Verbinden des photonischen Chips, der Sendestrahlsteuervorrichtung und der Empfangsstrahlsteuervorrichtung mit einer gemeinsamen Halbleiterplatte, um die optische Ausrichtung aufrechtzuerhalten.Method according to Claim 7 further comprising placing the transmit beam controller to have an optical alignment with the transmit beam coupler of the photonic chip, placing the receive beam controller to have an optical alignment with the receive beam coupler of the photonic chip, and the passive connecting the photonic chip, the transmit beam controller, and the receive beam controller with a common semiconductor plate to maintain the optical alignment. Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend das Koppeln einer Antriebselektronik mit der optischen Maschine, worin die Antriebselektronik einen modulierenden Lasertreiber zur Modulation der Lichtquelle und zur Erzeugung des FMCW-Signals und Steuertreiber für die Sendestrahlsteuervorrichtung und die Empfangsstrahlsteuervorrichtung aufweist, und das Koppeln einer Nacherfassungselektronik mit der optischen Maschine, um die elektrischen Signale zu verarbeiten, die von Photodetektoren des photonischen Chips vorgesehen sind, das Bilden der optische Maschine, der Antriebselektronik und der Nacherfassungselektronik auf einer ersten Leiterplatte, und das Bilden der Steuertreiber auf einer zweiten Leiterplatte, oder das Herstellen der Steuertreiber als eine erste anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), und das Herstellen der Antriebselektronik und der Nacherfassungselektronik als eine zweite ASIC.Method according to Claim 7 further comprising coupling drive electronics to the optical engine, wherein the drive electronics comprises a modulating laser driver for modulating the light source and generating the FMCW signal and control drivers for the transmit beam controller and the receive beam controller, and coupling read-back electronics to the optical engine process the electrical signals provided by photonic detectors of the photonic chip, form the optical engine, the drive electronics and the post-detection electronics on a first circuit board, and form the control drivers on a second circuit board, or make the control drivers as a first application specific one integrated circuit (ASIC), and producing the drive electronics and the Nacherfassungselektronik as a second ASIC.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111722237A (en) * 2020-06-02 2020-09-29 上海交通大学 Laser radar detection device based on lens and integrated light beam transceiver
DE102020128443A1 (en) 2020-10-29 2022-05-05 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung FMCW LIDAR SYSTEM

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