DE102021100872A1 - Regelstruktur für oszillatoren mit nichtlinearem frequenzgang - Google Patents

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Franz Michael Darrer
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Abstract

Ein Oszillatorregelsystem beinhaltet eine nichtlineare Oszillatorstruktur, die so ausgelegt ist, dass sie um eine Achse oszilliert; eine Treiberschaltung, die so ausgelegt ist, dass sie ein Treibersignal zum Treiben der Oszillatorstruktur erzeugt; eine Detektionsschaltung, die so ausgelegt ist, dass sie eine Winkelamplitude und einen Phasenfehler der Oszillatorstruktur misst; einen Amplitudenregler, der so ausgelegt ist, dass er eine Referenzoszillatorperiode basierend auf der gemessenen Winkelamplitude erzeugt; einen Perioden- und Phasenregler, der so ausgelegt ist, dass er die Referenzoszillatorperiode und den gemessenen Phasenfehler von der Detektionsschaltung empfängt, mindestens einen Regelparameter des Treibersignals basierend auf der Referenzoszillatorperiode und dem gemessenen Phasenfehler erzeugt und eine Treiberperiode des Treibersignals basierend auf der Referenzoszillatorperiode und dem gemessenen Phasenfehler bestimmt. Die Treiberschaltung ist so ausgelegt, dass sie das Treibersignal basierend auf dem mindestens einen Regelparameter und der Treiberperiode erzeugt.

Description

  • GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf ein MEMS (mikroelektromechanisches System)-Oszillationssystem und Verfahren zum Betreiben desselben und im Besonderen auf das Regeln oszillierender Strukturen in einem MEMS-Oszillationssystem.
  • HINTERGRUND
  • LIDAR (Light Detection and Ranging), ist ein Fernabtastverfahren, das Licht in Form eines gepulsten Lasers verwendet, um Entfernungen (variable Abstände) zu einem oder mehreren Objekten in einem Sichtfeld zu messen. Insbesondere wird ein MEMS (mikroelektromechanisches System)-Spiegel verwendet, um Licht über das Sichtfeld abzutasten. Arrays von Photodetektoren empfangen Reflexionen von den durch das Licht beleuchteten Objekten, und es wird die Zeit bestimmt, welche die Reflexionen benötigen, bis sie bei verschiedenen Sensoren im Photodetektor-Array ankommen. Dies wird auch als Messung der Flugzeit (TOF, Time of Flight) bezeichnet. LIDAR-Systeme bilden Tiefenmessungen und führen Entfernungsmessungen durch, indem sie die Entfernung zu Objekten basierend auf den Flugzeitberechnungen abbilden. Auf diese Weise können aus den Flugzeitberechnungen Entfernungs- und Tiefenkarten erstellt werden, die zur Erzeugung von Bildern verwendet werden können.
  • Ein LIDAR-Abtastsystem kann einen oder mehrere Abtastspiegel und eine entsprechende Schaltung zum Abtasten verschiedener Sichtfelder in horizontaler und/oder vertikaler Richtung enthalten. Jeder Abtastspiegel ist ein nichtlinearer Oszillator mit einer Abhängigkeit zwischen Winkelamplitude und Frequenz. Wenn ein Oszillator mit einem nichtlinearen Frequenzgang durch externe, möglicherweise nicht beobachtbare Störungen beeinflusst wird, kann der Oszillator aufgrund seiner nichtlinearen Abhängigkeit seine Oszillationsamplitude und damit auch seine Frequenz ändern. Üblicherweise misst ein Phasenregelkreis (PLL, Phase Locked Loop), der den Oszillator treibt, sowohl die Winkelamplitude als auch die Oszillatorphase und passt die Treiberperiode gemäß der Phase und einer anderen Regelgröße gemäß der Amplitude (z.B. die Treiberspannung) an. Da Amplitudenmessungen dazu neigen, rauschintensiver zu sein als Phasenmessungen, wird die Treiberperiode ziemlich schnell angepasst, während die Amplitudenregelung im Vergleich dazu langsam ist. Daher werden schnelle Änderungen der Amplitude nicht kompensiert. Außerdem folgt der PLL immer der Oszillatorperiode, anstatt den Oszillator auf die gewünschte Periode und damit auf die gewünschte Amplitude zu drücken.
  • Daher kann eine verbesserte Regelstruktur für Oszillatoren mit einem nichtlinearen Frequenzgang wünschenswert sein.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Ausführungsformen stellen eine Regelstruktur für Winkelamplituden- und Phasenregelung von nichtlinearen Oszillatoren bereit, die eine nichtlineare Abhängigkeit zwischen der Amplitude und der Frequenz aufweisen.
  • Eine oder mehrere Ausführungsformen stellen ein Oszillatorregelsystem bereit, das eine Oszillatorstruktur enthält, die so ausgelegt ist, dass sie um eine Achse oszilliert, wobei eine Winkelamplitude und eine Frequenz der Oszillatorstruktur eine nichtlineare Abhängigkeit aufweisen; eine Treiberschaltung, die so ausgelegt ist, dass sie ein Treibersignal erzeugt, um eine Oszillation der Oszillatorstruktur zu treiben; eine Detektionsschaltung, die so ausgelegt ist, dass sie die Winkelamplitude und einen Phasenfehler der Oszillatorstruktur misst; einen äußeren Regelkreis mit einem Amplitudenregler, der so ausgelegt ist, dass er eine Referenzoszillatorperiode basierend auf der gemessenen Winkelamplitude erzeugt; eine innere Regelschleife mit einem Perioden- und Phasenregler, der so ausgelegt ist, dass er die Referenzoszillatorperiode von der äußeren Regelschleife und den gemessenen Phasenfehler von der Detektionsschaltung empfängt, mindestens einen Regelparameter des Treibersignals basierend auf der Referenzoszillatorperiode und dem gemessenen Phasenfehler erzeugt und eine Treiberperiode des Treibersignals basierend auf der Referenzoszillatorperiode und dem gemessenen Phasenfehler bestimmt, wobei die Treiberschaltung so ausgelegt ist, dass sie das Treibersignal basierend auf dem mindestens einen Regelparameter des Treibersignals und der Treiberperiode erzeugt. Die Treiberschaltung ist so ausgelegt, dass sie das Treibersignal basierend auf dem mindestens einen Regelparameter und der Treiberperiode erzeugt.
  • Eine oder mehrere Ausführungsformen stellen ein Verfahren zum Regeln einer Oszillatorstruktur bereit, die so ausgelegt ist, dass sie entsprechend einem Treibersignal um eine Achse oszilliert, wobei eine Winkelamplitude und eine Frequenz der Oszillatorstruktur eine nichtlineare Abhängigkeit aufweisen. Das Verfahren beinhaltet ein Messen der Winkelamplitude der Oszillatorstruktur; ein Messen des Phasenfehlers der Oszillatorstruktur; ein Erzeugen einer Referenzoszillatorperiode basierend auf der gemessenen Winkelamplitude; ein Erzeugen mindestens eines Regelparameters des Treibersignals basierend auf der Referenzoszillatorperiode und dem gemessenen Phasenfehler, einschließlich einem Anpassen des mindestens einen Regelparameters des Treibersignals, um den gemessenen Phasenfehler zu kompensieren; Bestimmen einer Treiberperiode des Treibersignals basierend auf der Referenzoszillatorperiode und dem gemessenen Phasenfehler, einschließlich einem Anpassen der Treiberperiode, um den gemessenen Phasenfehler zu kompensieren; und Erzeugen des Treibersignals basierend auf dem mindestens einen Regelparameter des Treibersignals und der Treiberperiode.
  • Eine oder mehrere Ausführungsformen stellen ein LIDAR (Light Detection and Ranging)-Regelsystem bereit, aufweisend: einen MEMS (mikroelektromechanisches System)-Spiegel, der so ausgelegt ist, dass er um eine Achse oszilliert, wobei eine Winkelamplitude und eine Frequenz des MEMS-Spiegels eine nichtlineare Abhängigkeit aufweisen; eine Treiberschaltung, die so ausgelegt ist, dass sie ein Treibersignal zum Treiben einer Oszillation des MEMS-Spiegels erzeugt; eine Detektionsschaltung, die so ausgelegt ist, dass sie die Winkelamplitude und einen Phasenfehler des MEMS-Spiegels misst; eine äußere Regelschleife, die einen Amplitudenregler enthält, der so ausgelegt ist, dass er eine Referenzspiegelperiode basierend auf der gemessenen Winkelamplitude erzeugt; und eine innere Regelschleife, die einen Perioden- und Phasenregler enthält, der so ausgelegt ist, dass er die Referenzspiegelperiode von der äußeren Regelschleife und den gemessenen Phasenfehler von der Detektionsschaltung empfängt, mindestens einen Regelparameter des Treibersignals basierend auf der Referenzspiegelperiode und dem gemessenen Phasenfehler erzeugt und eine Treiberperiode des Treibersignals basierend auf der Referenzspiegelperiode und dem gemessenen Phasenfehler bestimmt, wobei die Treiberschaltung so ausgelegt ist, dass sie das Treibersignal basierend auf dem mindestens einen Regelparameter des Treibersignals und der Treiberperiode erzeugt.
  • Figurenliste
  • Ausführungsformen sind hierin unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
    • 1A ist eine schematische Darstellung eines LIDAR-Abtastsystems gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 1B zeigt eine schematische Draufsicht eines Beispiels einer Spiegelvorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 2 ist ein schematisches Blockschaltbild eines LIDAR-Abtastsystems gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 3 veranschaulicht ein Signaldiagramm verschiedener Signale, die von einem MEMS-Treiber erzeugt werden, basierend auf einem Spiegelwinkel θ und/oder einer Position gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 4A veranschaulicht eine Winkelamplituden-Frequenzgangkurve einer Mikrospiegelvorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 4B veranschaulicht eine Winkelamplituden-Frequenzgangkurve (oben) und eine Phasenverzögerungs-Frequenzgangkurve (unten) einer Mikrospiegelvorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 5 veranschaulicht ein schematisches Blockdiagramm eines Oszillatorregelsystems gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 6 veranschaulicht ein schematisches Blockdiagramm eines Oszillatorregelsystems gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 7 veranschaulicht ein schematisches Blockdiagramm eines Oszillatorregelsystems gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen .
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben. Es ist zu beachten, dass diese Ausführungsformen nur der Veranschaulichung dienen und nicht als einschränkend zu verstehen sind. Beispielsweise können Ausführungsbeispiele zwar so beschrieben sein, dass sie eine Vielzahl von Merkmalen oder Elementen umfassen, dies ist jedoch nicht als Hinweis darauf zu verstehen, dass all diese Merkmale oder Elemente für die Implementierung von Ausführungsbeispielen erforderlich sind. Stattdessen können in anderen Ausführungsformen einige der Merkmale oder Elemente weggelassen oder durch alternative Merkmale oder Elemente ersetzt werden. Zusätzlich können weitere Merkmale oder Elemente zusätzlich zu den explizit gezeigten und beschriebenen bereitgestellt werden, zum Beispiel herkömmliche Komponenten von Sensorvorrichtungen.
  • Merkmale aus verschiedenen Ausführungsformen können zu weiteren Ausführungsformen kombiniert werden, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben. Variationen oder Modifikationen, die in Bezug auf eine der Ausführungsformen beschrieben sind, können auch auf andere Ausführungsformen anwendbar sein. In einigen Fällen werden bekannte Strukturen und Vorrichtungen eher in Blockdiagrammform als im Detail dargestellt, um eine Unklarheit der Ausführungsformen zu vermeiden.
  • Verbindungen oder Kopplungen zwischen Elementen, die in den Zeichnungen gezeigt oder hierin beschrieben sind, können drahtgebundene Verbindungen oder drahtlose Verbindungen sein, sofern nicht anders angegeben. Darüber hinaus können solche Verbindungen oder Kopplungen direkte Verbindungen oder Kopplungen ohne zusätzliche dazwischenliegende Elemente oder indirekte Verbindungen oder Kopplungen mit einem oder mehreren zusätzlichen dazwischenliegenden Elementen sein, solange der allgemeine Zweck der Verbindung oder Kopplung, zum Beispiel zur Übertragung einer bestimmten Art von Signal oder zur Übertragung einer bestimmten Art von Information, im Wesentlichen beibehalten wird.
  • Ausführungsformen beziehen sich auf optische Sensoren und optische Sensorsysteme und auf das Gewinnen von Informationen über optische Sensoren und optische Sensorsysteme. Ein Sensor kann sich auf eine Komponente beziehen, die eine zu messende physikalische Größe in ein elektrisches Signal umwandelt, zum Beispiel in ein Stromsignal oder ein Spannungssignal. Die physikalische Größe kann zum Beispiel elektromagnetische Strahlung, wie sichtbares Licht, Infrarot (IR)-Strahlung oder eine andere Art von Beleuchtungssignal, einen Strom oder ein Spannungssignal umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt. Ein Bildsensor kann zum Beispiel ein Siliziumchip in einer Kamera sein, der Photonen des von einer Linse kommenden Lichts in Spannungen umwandelt. Je größer die aktive Fläche des Sensors ist, desto mehr Licht kann gesammelt werden, um ein Bild zu erzeugen.
  • Eine Sensorvorrichtung, wie sie hierin verwendet wird, kann sich auf eine Vorrichtung beziehen, die einen Sensor und weitere Komponenten umfasst, zum Beispiel eine Vorspannungsschaltung, einen Analog-Digital-Wandler oder einen Filter. Eine Sensorvorrichtung kann auf einem einzigen Chip integriert sein, obwohl in anderen Ausführungsformen eine Vielzahl von Chips oder auch chipexterne Komponenten zur Implementierung einer Sensorvorrichtung verwendet werden können.
  • Bei LIDAR (Light Detection and Ranging)-Systemen sendet eine Lichtquelle Lichtimpulse in ein Sichtfeld und das Licht wird von einem oder mehreren Objekten durch Rückstreuung reflektiert. Insbesondere ist LIDAR ein direktes Time-of-Flight (TOF)-System, bei dem die Lichtimpulse (z.B. Laserstrahlen aus Infrarotlicht) in das Sichtfeld emittiert werden und ein Pixelarray die reflektierten Strahlen detektiert und misst. Ein Array von Photodetektoren empfängt beispielsweise Reflexionen von Objekten, die von dem Licht beleuchtet werden.
  • Unterschiede in den Rückkehrzeiten für jeden Lichtimpuls über mehrere Pixel des Pixelarrays können dann verwendet werden, um digitale 3D-Darstellungen einer Umgebung zu erstellen oder andere Sensordaten zu erzeugen. Beispielsweise kann die Lichtquelle einen einzelnen Lichtimpuls aussenden, und ein elektrisch mit dem Pixelarray gekoppelter Zeit-Digital-Wandler (TDC, Time-to-Digital Converter) kann vom Zeitpunkt des Aussendens des Lichtimpulses, der einem Startsignal entspricht, bis zum Zeitpunkt des Empfangens des reflektierten Lichtimpulses am Empfänger (d.h. am Pixelarray), der einem Stoppsignal entspricht, zählen. Die „Flugzeit“ des Lichtimpulses wird dann in eine Entfernung übersetzt.
  • In einem anderen Beispiel kann ein Analog-Digital-Wandler (ADC) für die Impulsdetektion und ToF-Messung elektrisch an das Pixel-Array gekoppelt sein (z.B. indirekt gekoppelt mit dazwischenliegenden Elementen). Beispielsweise kann ein ADC verwendet werden, um mit einem geeigneten Algorithmus ein Zeitintervall zwischen Start-/Stopp-Signalen abzuschätzen. Ein ADC kann zum Beispiel verwendet werden, um ein analoges elektrisches Signal von einer oder mehreren Photodioden zu detektieren, um mit einem geeigneten Algorithmus ein Zeitintervall zwischen einem Startsignal (d.h. entsprechend dem Timing eines übertragenen Lichtimpulses) und einem Stoppsignal (d.h. entsprechend dem Timing des Empfangs eines analogen elektrischen Signals an einem ADC) abzuschätzen.
  • Eine Abtastung, wie eine oszillierende horizontale Abtastung (z.B. von links nach rechts und von rechts nach links eines Sichtfeldes) oder eine oszillierende vertikale Abtastung (z.B. von unten nach oben und von oben nach unten eines Sichtfeldes), kann eine Szene kontinuierlich abtastend beleuchten. Jedes Feuern des Laserstrahls durch die Lichtquellen kann in einer Abtastlinie im „Sichtfeld“ resultieren. Durch das Emittieren aufeinanderfolgender Lichtimpulse in verschiedenen Abtastrichtungen kann ein als „Sichtfeld“ bezeichneter Bereich abgetastet und Objekte innerhalb dieses Bereichs detektiert und abgebildet werden. Das Sichtfeld stellt also eine Abtastebene mit einem Projektionszentrum dar. Es könnte auch eine Rasterabtastung verwendet werden.
  • 1A ist eine schematische Darstellung eines LIDAR-Abtastsystems 100 gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen. Das LIDAR-Abtastsystem 100 ist eine optische Abtastvorrichtung, die einen Sender, mit einer Beleuchtungseinheit 10, einer Senderoptik 11, und einem eindimensionalen (1D) MEMS (mikroelektromechanisches System)-Spiegel 12, und einen Empfänger, mit einer zweiten optischen Komponente 14 und einem Photodetektor-Detektor-Array 15, enthält.
  • Die Beleuchtungseinheit 10 beinhaltet mehrere Lichtquellen (z.B. Laserdioden oder Leuchtdioden), die linear in Einzelstabformation ausgerichtet und so ausgelegt sind, dass sie das zum Abtasten eines Objekts verwendete Licht übertragen. Das von den Lichtquellen emittierte Licht ist typischerweise Infrarotlicht, obwohl auch Licht mit einer anderen Wellenlänge verwendet werden kann. Wie in der Ausführungsform der 1A zu sehen ist, breitet sich die Form des von den Lichtquellen emittierten Lichts in einer Richtung senkrecht zur Übertragungsrichtung aus, um einen Lichtstrahl mit einer länglichen Form senkrecht zu einer Übertragung auszubilden. Das von den Lichtquellen gesendete Beleuchtungslicht wird auf die Sendeoptik 11 gerichtet, die ausgelegt ist, jeden Laser auf einen eindimensionalen MEMS-Spiegel 12 zu fokussieren. Die Sendeoptik 11 kann zum Beispiel eine Linse oder ein Prisma sein.
  • Bei der Reflexion durch den MEMS-Spiegel 12 wird das Licht der Lichtquellen vertikal ausgerichtet, um für jeden emittierten Laserschuss eine eindimensionale vertikale Abtastlinie SL aus Infrarotlicht oder einen vertikalen Balken aus Infrarotlicht zu bilden. Jede Lichtquelle der Beleuchtungseinheit 10 trägt zu einem anderen vertikalen Bereich der vertikalen Abtastlinie SL bei. So können die Lichtquellen gleichzeitig aktiviert und gleichzeitig deaktiviert werden, um einen Lichtimpuls mit mehreren Segmenten zu erhalten, wobei jedes Segment einer entsprechenden Lichtquelle entspricht. Jeder vertikale Bereich oder jedes Segment der vertikalen Abtastlinie SL kann jedoch auch unabhängig voneinander aktiv oder inaktiv sein, indem eine entsprechende der Lichtquellen der Beleuchtungseinheit 10 ein- oder ausgeschaltet wird. Somit kann eine teilweise oder vollständige vertikale Abtastlinie SL von Licht von dem System 100 in das Sichtfeld ausgegeben werden.
  • Dementsprechend ist der Sender des Systems 100 eine optische Anordnung, die so ausgelegt ist, dass sie Laserstrahlen basierend auf den Laserimpulsen erzeugt, wobei die Laserstrahlen eine längliche Form haben, die sich in einer Richtung senkrecht zu einer Übertragungsrichtung der Laserstrahlen erstreckt.
  • Darüber hinaus sind zwar drei Laserquellen gezeigt, aber es wird gewürdigt, dass die Anzahl der Laserquellen nicht darauf beschränkt ist. Beispielsweise kann die vertikale Abtastlinie SL durch eine einzige Laserquelle, zwei Laserquellen oder mehr als drei Laserquellen erzeugt werden.
  • Der MEMS-Spiegel 12 ist ein mechanisch beweglicher Spiegel (d.h. ein MEMS-Mikrospiegel), der auf einem Halbleiterchip integriert ist (nicht gezeigt). Der MEMS-Spiegel 12 gemäß dieser Ausführungsform ist durch mechanische Federn (z.B. Blattfedern, manchmal auch als Kragträger bezeichnet) oder Biegungen aufgehängt und ist so ausgelegt, dass er sich um eine einzige Achse dreht und man kann sagen, dass er nur einen Freiheitsgrad für die Bewegung hat. Aufgrund dieser einzigen Drehachse wird der MEMS-Spiegel 12 als 1D-MEMS-Spiegel bezeichnet.
  • Um einen MEMS-Abtastspiegel robust gegen Vibrationen zu machen, sollte der Spiegel eine geringe Trägheit haben, d.h. einen leichten und steifen Spiegelkörper. Darüber hinaus sollte der Spiegel eine hohe Steifigkeit seiner Aufhängung für alle Freiheitsgrade (DOF, Degrees of Freedom) des Spiegelkörpers aufweisen.
  • Um einen leichten und steifen Spiegelkörper zu erreichen, kann der Spiegelkörper aus einem relativ dünnen Spiegel und einer dickeren Verstärkungsstruktur für den Spiegel bestehen. Der Spiegelkörper kann in einem Spiegelrahmen um eine Drehachse, die sich in einer durch den Spiegelrahmen definierten Ebene erstreckt, drehbar angeordnet sein. Die Drehachse kann sich bis zu ersten und zweiten, einander gegenüberliegenden Endabschnitten des Spiegelkörpers erstrecken. Der Spiegel kann auf einer ersten Hauptfläche eine reflektierende Ebene und gegenüber der ersten Hauptfläche eine zweite Hauptfläche mit der Verstärkungsstruktur aufweisen.
  • Um eine hohe Steifigkeit der Aufhängung zu erreichen, kann der Spiegelkörper im Spiegelrahmen mit Hilfe von Stützbalken, die sich entlang der Drehachse erstrecken, und zusätzlichen Kragträger- oder Blattfederbaugruppen abgestützt sein, wie in der 1B dargestellt. Im Allgemeinen können Blattfederbaugruppen, wie hier definiert, als Kragträgerbaugruppen bezeichnet werden und umgekehrt. In ähnlicher Weise können Blattfedern und Kragträger austauschbar verwendet werden.
  • Eine Kragträgerbaugruppe kann eine Längsrichtung haben und kann sich innerhalb der durch den Rahmen definierten Ebene erstrecken. Die Stützbalken können zwischen dem Spiegelkörper und dem Rahmen an zwei gegenüberliegenden Enden des Spiegelkörpers entlang der Drehachse verbunden sein. Die Kragträgerbaugruppe kann einen Kragträger haben, der an einem ersten Ende über eine Reliefstruktur mit dem Spiegelrahmen verbunden und an einem zweiten Ende am Spiegelkörper befestigt ist. Der Kragträger kann senkrecht zu einer Ebene des Rahmens eine Dicke haben, die kleiner ist als seine Breite in der Ebene des Rahmens.
  • Ergebnisse der geringen Trägheit und der hohen Aufhängungssteifigkeit des Spiegelkörpers können hohe Resonanzfrequenzen und eine gute dynamische Leistung sein. Diese Eigenschaften können auch die Vorrichtung, die bei der Resonanzfrequenz um die Hauptdrehachse betrieben wird, sehr schnell machen. Im Normalbetrieb, d.h. bei Resonanz, können Beschleunigungen an den Spiegelspitzen von typischerweise 10000 G erreicht werden. Dies kann jede externe Vibration vernachlässigbar machen.
  • Der MEMS-Spiegel 12 zeigt ein nichtlineares Verhalten aufgrund der Steifigkeit der Aufhängungsstruktur (d.h. der Kragträger), so dass eine Oszillationsfrequenz des Spiegels mit einer Zunahme der Oszillationsamplitude (d.h. der Kippwinkelamplitude) auf nichtlineare Weise ansteigt. Die Versteifung der Aufhängung bewirkt also, dass der MEMS-Spiegel 12 stärker nichtlinear ist.
  • Der MEMS-Spiegel 12 kann zum Schutz des Spiegels in einem in der 2 gezeigten Chipgehäuse (Chippackage) 27 montiert sein. Zum Beispiel kann der MEMS-Spiegel 12 bei niedrigem Druck (d.h. bei einem Druck, der niedriger ist als der Atmosphärendruck) in einem Chipgehäuse hermetisch versiegelt sein. Dieser niedrige Druck kann eine Umgebung mit geringer Dämpfung schaffen, in welcher der MEMS-Spiegel 12 arbeitet.
  • Vorstellbare Gehäuse können eine oder mehrere der folgenden Varianten enthalten oder sich durch eine oder mehrere der folgenden Varianten unterscheiden: verschiedene Substrate (z.B. Metall (Leadframe), Keramik, organisches Material (ähnlich einem Leiterplatten (PCB, Printed Circuit Board)-Material)) und verschiedene optische Deckel oder Abdeckungen (z.B. optisches Material aus Glas, Silizium, Saphir, usw.). Darüber hinaus können die optischen Deckel oder Abdeckungen hohlraumbildende Kappen sein, in einen Rahmen (z.B. einen Metallrahmen) integriert sein oder auf einen Premold- oder Keramikhohlraum montiert sein.
  • Eine oder mehrere Verfahren (z.B. adhäsives Bonden, Löten, Schweißen und dergleichen) oder ein oder mehrere verschiedene Materialien (z.B. Silikon, Glaslot, AuSn und dergleichen) können verwendet werden, um ein oder mehrere Elemente miteinander zu verbinden (z.B. Verbindung von Kappe oder Deckel mit dem Substrat). Es wird gewürdigt, dass die Verbindungsverfahren zwischen den verschiedenen hierin offenbarten Ausführungsformen austauschbar sein können.
  • Alternativ kann ein Ansatz auf Wafer-Ebene verwendet werden, so dass ein hohlraumförmiger Deckel direkt auf den MEMS-Chip montiert werden kann (oder sogar auf Wafer-Ebene vor der Vereinzelung). Wenn in diesem Fall die Deckelbefestigung die elektrischen Pads freilässt, kann der Submount-Chip/Deckel durch Form (Molding)- oder Gießverfahren zu einem Gehäuse weiterverarbeitet werden.
  • Der MEMS-Spiegel 12 ist ein mechanisch beweglicher Spiegel (d.h. ein MEMS-Mikrospiegel), der auf einem Halbleiterchip integriert ist (nicht gezeigt). Der MEMS-Spiegel 12 ist gemäß dieser Ausführungsform so ausgelegt, dass er sich um eine einzige Abtastachse dreht, und man kann sagen, dass er nur einen Freiheitsgrad für das Abtasten hat. Im Unterschied zu 2D-MEMS-Spiegeln (2D-MEMS-Abtaster) ist beim 1D-MEMS-Spiegel die einzelne Abtastachse an einem nicht rotierenden Substrat befestigt und behält daher während der Oszillation des MEMS-Spiegels ihre räumliche Orientierung bei. Daher ist ein oszillierender 1D-MEMS-Spiegel konstruktionsbedingt robuster gegen Vibrationen und Stöße als 2D-MEMS-Spiegellösungen. Aufgrund dieser einzigen Abtastdrehachse wird der MEMS-Spiegel 12 als 1D-MEMS-Spiegel oder 1D-MEMS-Abtaster bezeichnet. Während Ausführungsformen die Verwendung von 1D-Oszillations-MEMS-Spiegeln beschreiben, können die hierin beschriebenen Synchronisationsverfahren auch auf 2D-MEMS-Spiegel erweitert werden. In diesem Fall werden beide Achsen eines einzelnen 2D-MEMS-Spiegels durch unterschiedliche Phasenregelschleifen (PLLs) so gesteuert, dass eine erste Abtastrichtung der 2D-MEMS-Spiegel gemäß einer ersten Achse gemäß einer der hierin beschriebenen Synchronisationstechniken synchronisiert wird und eine zweite Abtastrichtung der 2D-MEMS-Spiegel gemäß einer zweiten Achse gemäß einer der hierin beschriebenen Synchronisationstechniken synchronisiert wird. Es ist ferner möglich, dass die verschiedenen PLLs in separaten MEMS-Treibern bereitgestellt oder in einen einzigen MEMS-Treiber für jeden 2D-MEMS-Spiegel integriert werden.
  • Der MEMS-Spiegel 12 selbst ist ein nichtlinearer Resonator (d.h. ein resonanter MEMS-Spiegel), der so ausgelegt ist, dass er „Seite-zu-Seite“ um eine einzige Abtastachse 13 bei einer Resonanzfrequenz oszilliert, so dass das vom MEMS-Spiegel 12 reflektierte Licht (d.h. die vertikale Abtastlinie des Lichts) in horizontaler Abtastrichtung hin und her oszilliert. Der MEMS-Spiegel 12 ist aufgrund der Versteifung der Aufhängung stärker nichtlinear. Eine Abtastperiode oder Oszillationsperiode ist zum Beispiel definiert durch eine vollständige Oszillation von einer ersten Kante des Sichtfeldes (z.B. linke Seite) zu einer zweiten Kante des Sichtfeldes (z.B. rechte Seite) und dann wieder zurück zur ersten Kante. Eine Spiegelperiode des MEMS-Spiegels 12 entspricht einer Abtastperiode.
  • Das Sichtfeld wird somit in horizontaler Richtung durch den vertikalen Lichtbalken abgetastet, indem der Winkel des MEMS-Spiegels 12 auf seiner Abtastachse 13 verändert wird. Beispielsweise kann der MEMS-Spiegel 12 so ausgelegt sein, dass er bei einer Resonanzfrequenz von 2 kHz zwischen +/-15 Grad oszilliert, um das Licht über +/-30 Grad zu lenken, die den Abtastbereich des Sichtfeldes ausmachen. Auf diese Weise kann das Sichtfeld Linie-für-Linie durch eine Drehung des MEMS-Spiegels 12 um den Grad seiner Bewegung abgetastet werden. Eine solche Sequenz über den Grad der Bewegung (z.B. von -15 Grad bis +15 Grad) wird als Einzelabtastung oder Abtastzyklus bezeichnet. Mehrere Abtastungen können verwendet werden, um Entfernungs- und Tiefenkarten sowie 3D-Bilder durch eine Verarbeitungseinheit zu erzeugen.
  • Während der Übertragungsspiegel im Zusammenhang mit einem MEMS-Spiegel beschrieben wird, wird es gewürdigt, dass auch andere 1D-Spiegel verwendet werden können. Darüber hinaus ist die Resonanzfrequenz oder der Grad der Drehung nicht auf 2 kHz bzw. +/-15 Grad begrenzt, und sowohl die Resonanzfrequenz als auch das Sichtfeld können je nach Anwendung erhöht oder verringert werden. So wird ein eindimensionaler Abtastspiegel so ausgelegt sein, dass er um eine einzige Abtastachse oszilliert und die Laserstrahlen in verschiedene Richtungen in ein Sichtfeld lenkt. Daher beinhaltet eine Übertragungstechnik ein Übertragen der Lichtstrahlen in das Sichtfeld von einem Übertragungsspiegel, der um eine einzige Abtastachse oszilliert, so dass die Lichtstrahlen als eine vertikale Abtastlinie SL in das Sichtfeld projiziert werden, die sich horizontal über das Sichtfeld bewegt, während der Übertragungsspiegel um die einzige Abtastachse oszilliert.
  • Beim Auftreffen auf ein oder mehrere Objekte wird der übertragene Balken von vertikalem Licht durch Rückstreuung in Richtung des LIDAR-Abtastsystems 100 als reflektierte vertikale Linie reflektiert, wo die zweite optische Komponente 14 (z.B. eine Linse oder ein Prisma) das reflektierte Licht empfängt. Die zweite optische Komponente 14 lenkt das reflektierte Licht auf das Photodetektor-Detektor-Array 15, welches das reflektierte Licht als Empfangslinie RL empfängt und so ausgelegt ist, dass es elektrische Messsignale erzeugt. Die elektrischen Messsignale können zur Erzeugung einer 3D-Karte der Umgebung und/oder anderer Objektdaten basierend auf dem reflektierten Licht verwendet werden (z.B. über TOF-Berechnungen und -Verarbeitung).
  • Die Empfangslinie ist als vertikale Lichtspalte dargestellt, die sich entlang einer der Pixelspalten in Längsrichtung der Pixelspalte erstreckt. Die Empfangslinie hat drei Bereiche, die der in der 1A dargestellten vertikalen Abtastlinie SL entsprechen. Während sich die vertikale Abtastlinie SL horizontal über das Sichtfeld bewegt, bewegt sich die vertikale Lichtspalte RL, die auf das 2D-Photodetektor-Array 15 auftrifft, ebenfalls horizontal über das 2D-Photodetektor-Array 15. Der reflektierte Lichtstrahl RL bewegt sich von einer ersten Kante des Photodetektor-Detektor-Arrays 15 zu einer zweiten Kante des Photodetektor-Detektor-Arrays 15, wenn sich die Empfangsrichtung des reflektierten Lichtstrahls RL ändert. Die Empfangsrichtung des reflektierten Lichtstrahls RL entspricht einer Übertragungsrichtung der Abtastlinie SL.
  • Das Photodetektor-Array 15 kann aus einer beliebigen Anzahl von Photodetektortypen bestehen, einschließlich Avalanche-Photodioden (APD), Photozellen und/oder anderen Photodiodenvorrichtungen. Bildgebende Sensoren wie ladungsgekoppelte Vorrichtungen (CCDs, Charge Coupled Devices) können die Photodetektoren sein. In den hierin bereitgestellten Beispielen ist das Photodetektor-Array 15 ein zweidimensionales (2D) APD-Array, das eine Anordnung von APD-Pixeln umfasst. In anderen Ausführungsformen kann das Photodetektor-Array 15 ein 1D-Array sein, das eine einzelne Spalte von Photodioden enthält. Die Aktivierung der Photodioden kann mit Lichtimpulsen synchronisiert werden, die von der Beleuchtungseinheit 10 emittiert werden. Alternativ kann im Gegensatz zu einem Array auch ein einzelner Photodetektor-Call/Pixel verwendet werden. Zum Beispiel kann ein einzelner Photodetektor-Call/Pixel im Falle eines 2 x 1D-Abtastsenders in einer koaxialen LIDAR-Architektur verwendet werden.
  • Das Photodetektor-Array 15 empfängt reflektierende Lichtimpulse als die Empfangslinie RL und erzeugt als Reaktion darauf elektrische Signale. Da die Sendezeit jedes Lichtimpulses von der Beleuchtungseinheit 10 bekannt ist und sich das Licht mit bekannter Geschwindigkeit ausbreitet, kann eine Flugzeitberechnung unter Verwendung der elektrischen Signale die Entfernung von Objekten vom Photodetektor-Array 15 bestimmen. Eine Tiefenkarte kann die Entfernungsinformationen aufzeichnen.
  • In einem Beispiel löst ein Mikrocontroller für jede Entfernungsabtastung einen Laserimpuls von jeder der Lichtquellen der Beleuchtungseinheit 10 aus und startet außerdem einen Timer in einer integrierten Schaltung (IC) eines Time-to-Digital-Konverters (TDC). Der Laserimpuls wird durch die Übertragungsoptik propagiert, vom Zielfeld reflektiert und von einer APD des APD-Arrays 15 eingefangen. Die APD sendet einen kurzen elektrischen Impuls aus, der dann durch einen elektrischen Signalverstärker verstärkt wird. Ein Komparator-IC erkennt den Impuls und sendet ein digitales Signal an den TDC, um den Timer zu stoppen. Der TDC verwendet eine Taktfrequenz, um jede Messung zu kalibrieren. Der TDC sendet die seriellen Daten der Differenzzeit zwischen den digitalen Start- und Stoppsignalen an den Mikrocontroller, der alle Fehlerauslesungen herausfiltert, den Mittelwert mehrerer Zeitmessungen bildet und die Entfernung zum Ziel an dieser bestimmten Feldposition berechnet. Durch Emittieren von aufeinanderfolgenden Lichtimpulsen in verschiedene Richtungen, die durch den MEMS-Spiegel festgelegt werden, kann ein Bereich (d.h. ein Sichtfeld) abgetastet, ein dreidimensionales Bild erzeugt und Objekte innerhalb des Bereichs detektiert werden.
  • Alternativ können anstelle des TDC-Ansatzes ADCs zur Signaldetektion und ToF-Messung verwendet werden. Beispielsweise kann jeder ADC dazu verwendet werden, ein analoges elektrisches Signal von einer oder mehreren Photodioden zu detektieren, um mit einem geeigneten Algorithmus ein Zeitintervall zwischen einem Startsignal (d.h. entsprechend dem Timing eines übertragenen Lichtimpulses) und einem Stoppsignal (d.h. entsprechend dem Timing des Empfangs eines analogen elektrischen Signals an einem ADC) abzuschätzen.
  • Es wird gewürdigt, dass das oben beschriebene horizontale Abtastsystem 100 auch für vertikales Abtasten verwendet werden kann. In diesem Fall ist die Abtastanordnung so angeordnet, dass die Abtastrichtung um 90° gedreht ist, so dass sich die Abtastlinie SL und die Empfangslinie RL in vertikaler Richtung (d.h. von oben nach unten oder von unten nach oben) bewegen. Die Abtastlinie als solche ist eine horizontale Abtastlinie SL, die in das Sichtfeld projiziert wird und sich vertikal über das Sichtfeld bewegt, während der Sendespiegel um die einzelne Abtastachse oszilliert. Während sich die horizontale Abtastlinie SL vertikal über das Sichtfeld bewegt, bewegt sich außerdem die horizontale Lichtspalte RL, die auf das 2D-Photodetektor-Array 15 auftrifft, ebenfalls vertikal über das 2D-Photodetektor-Array 15.
  • Es wird weiter gewürdigt, dass ein LIDAR-Abtastsystem mehrere Abtastspiegel 12 und entsprechende Schaltungen zum Abtasten verschiedener Sichtfelder in horizontaler und/oder vertikaler Richtung enthalten kann. Beispielsweise kann ein Fahrzeug mehrere Abtastspiegel enthalten, die an verschiedenen Stellen des Fahrzeugs angeordnet sind, um unterschiedliche Sichtfelder abzutasten. Alternativ können die synchronisierten MEMS-Spiegel in einem 2 x 1D-System, wie z.B. einem Lissajous- Abtastsystem, verwendet werden. In diesem Fall werden die MEMS-Spiegel an der gleichen Stelle im Fahrzeug montiert und sind so ausgelegt, dass sie das gleiche Sichtfeld abtasten.
  • 1B zeigt eine schematische Draufsicht eines Beispiels einer Spiegelvorrichtung gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen. Unter Bezugnahme auf die 1B wird nun ein Beispiel für eine Spiegelvorrichtung, wie ein MEMS-Abtast-Mikrospiegel, erläutert. Die Spiegelvorrichtung besteht aus einem Spiegelkörper 8. Der Spiegelkörper 8 umfasst einen Spiegel 12 und einen Spiegelträger 16. Die Spiegelvorrichtung umfasst ferner einen Rahmen 17. Der Spiegelkörper 8 ist in dem Rahmen 17 angeordnet. Der Rahmen 17 definiert eine Ebene, d.h. die (x, y)-Ebene in der 1B. Die durch den Rahmen 17 definierte Ebene kann parallel zu Ebenen verlaufen, die durch die Hauptoberflächen einer Schicht oder einer Vielzahl von Schichten definiert sind, in denen der Rahmen 17 ausgebildet ist.
  • Der Spiegelkörper 8 ist um eine Drehachse 13 drehbar, die sich in der durch den Rahmen 17 definierten Ebene erstreckt. Stützbalken 18, die auch als Torsionsbalken bezeichnet werden können, sind zwischen dem Spiegelkörper 8 und dem Rahmen 17 entlang der Drehachse 13 verbunden. Genauer gesagt ist ein erster Stützbalken 18 zwischen einem ersten Ende des Spiegelkörpers 8 und dem Rahmen 17 und ein zweiter Stützbalken 18 zwischen einem zweiten Ende des Spiegelkörpers 8 und dem Rahmen 17 verbunden, wobei das zweite Ende des Spiegelkörpers 8 dem ersten Ende in Richtung der Drehachse 13 gegenüberliegt. Eine vergrößerte Ansicht eines der Stützbalken 18 ist in dem vergrößerten Teil C auf der rechten Seite der 1B dargestellt. Wie zu sehen ist, verbinden die Stützbalken 18 Teile des Spiegelträgers 16 mit Teilen des Rahmens 17 und ermöglichen die Drehung des Spiegelkörpers 8 um die Drehachse 13. Die Stützbalken 18 können mit der Drehachse 13 kollinear sein.
  • Der Fachmann wird es zu würdigen wissen, dass die Form des Spiegelkörpers 12 jede beliebige Form für eine bestimmte Anwendung sein kann, z.B. ein Kreis, eine Ellipse, ein Quadrat, ein Rechteck oder eine andere gewünschte Form.
  • Der Spiegelrahmen 17 definiert eine Spiegelaussparung 20, in welcher der Spiegelkörper 8 angeordnet ist. Die Spiegelaussparung 20 wird durch eine Aussparungsperipherie 28 des Spiegelrahmens 17 definiert. Der Spiegelrahmen 17 kann auch so strukturiert sein, dass er weitere Aussparungen definiert, in denen andere Komponenten angeordnet sein können, wie z.B. Aktuatoren und Blattfederbaugruppen.
  • Die Spiegelvorrichtung beinhaltet mindestens eine Blattfederbaugruppe 30. In dem gezeigten Beispiel enthält die Spiegelvorrichtung zwei Paare von Blattfederbaugruppen 30, wobei sich die Blattfederbaugruppe in jedem Paar vom Spiegelkörper 8 in entgegengesetzte Richtungen erstreckt. Im gezeigten Beispiel sind die Blattfederpaare 30 symmetrisch in Bezug auf die Drehachse 13 angeordnet.
  • Die mindestens eine Blattfederbaugruppe 30 enthält eine Blattfeder 32 und eine Entlastungsverbindung 34. Die Entlastungsverbindung 34 kann eine oder mehrere Entlastungsfedern 35 aufweisen. Die Blattfeder 32 beinhaltet ein erstes Ende 32a und ein zweites Ende 32b. Das erste Ende 32a ist mit dem Spiegelkörper 8 und das zweite Ende mit dem Rahmen 17 verbunden. Jede Blattfeder 32 hat eine Längsrichtung oder Ausdehnung zwischen dem ersten Ende 32a und dem zweiten Ende 32b. Das erste Ende 32a ist am Spiegelträger befestigt (nicht gezeigt) und das zweite Ende 32b ist über die Entlastungsverbindung 34 mit dem Rahmen 17 gekoppelt. In den Beispielen können die ersten Enden 32a von zwei Blattfedern 32, die sich vom gleichen Teil des Spiegelkörpers 8 in verschiedene Richtungen erstrecken, miteinander verbunden sein (z.B. die Blattfedern der linken Seite des Spiegels 12 oder die Blattfedern der rechten Seite des Spiegels 12).
  • In einigen Beispielen kann die Form des Spiegels 12 konkave Abschnitte im Bereich der Drehachse 13 enthalten, wobei sich Teile der Blattfedern 32 in die konkaven Abschnitte des Spiegels 12 erstrecken. In einigen Beispielen können die Blattfedern 32 und der Spiegel 12 aus der gleichen Materialschicht gebildet sein und können in der Nähe der Drehachse 13 miteinander verbunden sein.
  • In einigen Beispielen können die Blattfedern 32 in einer einkristallinen Siliziumschicht mit einer Richtung geringerer Materialsteifigkeit ausgeführt sein, wobei die Längsrichtung der Blattfedern mit der Richtung geringerer Materialsteifigkeit ausgerichtet ist. In einigen Beispielen können die Blattfedern 32 in einer Siliziumschicht mit einer <100> Achse ausgeführt sein, wobei die Längsrichtung der Blattfedern mit der <100> Richtung ausgerichtet ist, die in diesem Fall die geringere Materialsteifigkeit aufweist.
  • Die Torsionssteifigkeit um die Drehachse 13 kann mit den Blattfederbaugruppen 30 eingestellt werden. Das Stützbalkenpaar 18 stützt den Spiegelkörper 8 vertikal, d.h. senkrecht zu einer Hauptfläche des Rahmens 17, bei der Drehachse 13. Die Stützbalken 18 können jedoch einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Torsionssteifigkeit haben, so dass die Eigenfrequenz des Spiegelkörpers im Wesentlichen durch die Blattfederpaare 30 bestimmt sein kann. Die Eigenfrequenz kann im Wesentlichen unabhängig von den Stützbalken 18 sein. Die hierin definierte Eigenfrequenz ist die ungedämpfte Frequenz des Spiegelkörpers 8 (d.h. des Spiegels 12) um seine Drehachse 13. Die Stützbalken 18 können die Steifigkeit der Oszillations- und Vertikalmoden aus der Ebene heraus für die entsprechenden dynamischen Moden und die entsprechenden Resonanzfrequenzen definieren. Die Torsionssteifigkeit kann von der Steifigkeit der Oszillations- und Vertikalmoden aus der Ebene heraus entkoppelt sein, so dass die Frequenzen der Oszillations- und Vertikalmoden aus der Ebene heraus auf gewünschte Werte, wie höhere Werte, eingestellt werden können, ohne die Torsionsmodensteifigkeit und die Resonanzfrequenz zu beeinflussen. Wie hierin definiert, liegt die Y-Achse entlang der Drehachse 13, die X-Achse senkrecht zur Y-Achse auf der Spiegelebene, wenn der Spiegel 12 in Ruhe ist, und die Z-Achse senkrecht zur Spiegelebene und außerhalb der Spiegelebene, wenn der Spiegel 12 in Ruhe ist. Die X-, Y- und Z-Achse sind Achsen eines dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystems.
  • In dem in der 1B gezeigten Beispiel ist ein Ende der mindestens einen Blattfeder 32 mit dem Spiegelkörper 8 an einer Stelle nahe der Drehachse 13 verbunden. Das andere Ende 32b ist mit der zugehörigen Entlastungsverbindung 34 an einer von der Drehachse 13 weiter entfernten Stelle verbunden. Die Blattfederbaugruppen 30 können dem Spiegelkörper 8 um die Drehachse 13 eine Torsionssteifigkeit verleihen. Die Entlastungsverbindungen 34 können eine nachgiebige oder flexible Verbindung von den Blattfedern 32 zum Rahmen 17 bereitstellen. Die Entlastungsverbindungen 34 können eine relativ geringe Steifigkeit in Längsrichtung zu den Blattfedern 32 aufweisen, d.h. in X-Richtung in der 1B, wodurch sich ein Ende der Blattfedern 32 in ihrer Längsrichtung bewegen kann, wenn sich der Spiegelkörper 8 um die Drehachse 13 dreht. Die Entlastungsverbindungen 34 können in Querrichtung, d.h. in Z-Richtung und in Y-Richtung in der 1B, eine relativ hohe Steifigkeit aufweisen.
  • Die Resonanzfrequenz für die Drehung des Spiegels 12 um die Drehachse 13 kann hauptsächlich durch die Trägheit des Spiegelkörpers 8 und die Steifigkeit der Blattfederbaugruppen 30 bestimmt sein, die durch die Biegesteifigkeit der Blattfedern 32 und durch die Torsions- und Translationssteifigkeit der Entlastungsverbindungen 34 bestimmt sein kann. Die Biegesteifigkeit der Blattfedern 32 kann durch die Länge, Breite und insbesondere durch die Dicke der Blattfedern 32 definiert sein. Die kombinierte Steifigkeit der Stützbalken 18 und der Entlastungsverbindungen 34 in X-Richtung kann eine Bewegung des Spiegelkörpers 8 senkrecht zur Drehachse 13 (in der X-Richtung) während des Betriebs verhindern. Weitere Einzelheiten zu den Entlastungsverbindungen sind weiter unten bereitgestellt.
  • Die Stützbalken 18 sind zwischen dem Rahmen 17 und dem Spiegelkörper 8 entlang der Drehachse 13 verbunden, um den Spiegelkörper 8 im Rahmen 17 zu stützen. In einem Beispiel haben die Stützbalken 18 schmale rechteckige Querschnitte senkrecht zur Drehachse 13, wobei die lange Achse des Rechtecks senkrecht zur Fläche des Spiegels 12 und des Spiegelkörpers 8 und die kurze Achse des Rechtecks parallel zur Fläche des Spiegels 12 verläuft. Die Torsionssteifigkeit, die einer Drehung des Spiegelkörpers 8 um die Drehachse 13 entspricht, kann durch die Blattfederbaugruppen 30 bereitgestellt werden. Die Stützbalken 18 dürfen nur zur Stützung des Spiegelkörpers 8 dienen und dürfen die Torsionssteifigkeit nur unwesentlich beeinflussen. Die Stützbalken 18 können so dimensioniert sein, dass die Steifigkeit gegen vertikale Verschiebung (in Z-Richtung) des Spiegelkörpers 8 und gegen seine Verschiebung aus der Ebene senkrecht zur Drehachse 13 (X-Achse) so hoch wie möglich sein kann.
  • Die Spiegelvorrichtung kann auch mindestens einen Aktuator 40 enthalten, um ein Drehmoment zum Treiben des Spiegelkörpers 8 um die Drehachse 13 bereitzustellen. In einem Beispiel kann der Aktuator am Spiegelkörper 8 befestigte Spiegelkämme enthalten, die mit am Rahmen 17 befestigten Rahmenkämmen verschachtelt sind. Das Anlegen einer elektrischen Potentialdifferenz zwischen verschachtelten Spiegelkämmen und Rahmenkämmen kann eine Antriebskraft zwischen den Spiegelkämmen und den Rahmenkämmen erzeugen, die ein Drehmoment auf den Spiegelkörper 8 um die Drehachse 13 erzeugen kann. Ein oszillierendes elektrisches Potential kann angelegt werden, um die Spiegelvorrichtung mit ihrer Eigenfrequenz anzutreiben.
  • In anderen Beispielen können die Antriebsverfahren elektromagnetischen Antrieb und piezoelektrische Aktuatoren beinhalten. Bei dem elektromagnetischen Antrieb kann der Mikrospiegel in ein Magnetfeld „eingetaucht“ werden, und ein elektrischer Wechselstrom durch Leiterbahnen kann das oszillierende Drehmoment um die Drehachse 13 erzeugen. Piezoelektrische Aktuatoren können in die Blattfedern integriert sein oder die Blattfedern können aus piezoelektrischem Material bestehen, um alternierende Balkenbiegekräfte als Reaktion auf ein elektrisches Signal zu erzeugen und das Oszillationsdrehmoment zu erzeugen.
  • Der MEMS-Spiegel 12 zeigt aufgrund der durch die Blattfederbaugruppen 30 verursachten Torsionssteifigkeit um die Drehachse 13 ein nichtlineares Verhalten, so dass eine Oszillationsfrequenz des Spiegels 12 mit zunehmender Oszillationsamplitude (d.h. Kippwinkelamplitude) nichtlinear ansteigt. Die Versteifung der Blattfedern 32 bei der Drehung des Spiegels bewirkt somit, dass der MEMS-Spiegel 12 stärker nichtlinear ist.
  • 2 ist ein schematisches Blockschaltbild des LIDAR-Abtastsystems 200 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Insbesondere zeigt die 2 zusätzliche Merkmale des LIDAR-Abtastsystems 200, einschließlich beispielhafter Verarbeitungs- und Regelsystemkomponenten wie einen MEMS-Treiber, eine Empfängerschaltung und einen Systemcontroller.
  • Das LIDAR-Abtastsystem 200 beinhaltet eine Sendereinheit 21, die für einen Senderpfad des Systems 200 verantwortlich ist, und eine Empfängereinheit 22, die für einen Empfängerpfad des Systems 200 verantwortlich ist. Das System enthält auch einen Systemcontroller 23, der so ausgelegt ist, dass er die Komponenten der Sendereinheit 21 und der Empfängereinheit 22 steuert und Rohdaten von der Empfängereinheit 22 empfängt und diese verarbeitet (z.B. über digitale Signalverarbeitung), um Objektdaten (z.B. Punktwolkendaten) zu erzeugen. Somit enthält der Systemcontroller 23 mindestens einen Prozessor und/oder Prozessorschaltkreis zur Verarbeitung von Daten sowie einen Steuerschaltkreis, wie z.B. einen Mikrocontroller, der so ausgelegt ist, dass er Steuersignale erzeugt. Das LIDAR-Abtastsystem 200 kann auch einen Temperatursensor 26 enthalten.
  • Die Empfängereinheit 22 enthält das Photodetektor-Array 15 sowie eine Empfängerschaltung 24. Die Empfängerschaltung 24 kann einen oder mehrere Schaltkreise oder Teilschaltkreise für den Empfang und/oder die Verarbeitung von Informationen enthalten. Die Empfängerschaltung 24 kann die analogen elektrischen Signale von den APD-Dioden des Photodetektor-Arrays 15 empfangen und die elektrischen Signale als analoge Rohdaten oder digitale Rohdaten an den Systemcontroller 23 übertragen. Um die Rohdaten als digitale Daten zu übertragen, kann die Empfängerschaltung 24 einen ADC und ein FPGA (Field Programmable Gate Array) enthalten. Die Empfängerschaltung 24 kann auch Auslöse-Steuersignale von dem Systemcontroller 23 empfangen, die eine Aktivierung einer oder mehrerer APD-Dioden auslösen. Die Empfängerschaltung 24 kann auch Steuersignale zur Verstärkungseinstellung empfangen, um die Verstärkung einer oder mehrerer APD-Dioden zu steuern.
  • Die Sendeeinheit 21 beinhaltet die Beleuchtungseinheit 10, den MEMS-Spiegel 12 und einen MEMS-Treiber 25, der zum Treiben des MEMS-Spiegels 12 ausgelegt ist. Insbesondere betätigt und erfasst der MEMS-Treiber 25 die Drehposition des Spiegels und stellt Positionsinformationen (z.B. Neigungswinkel oder Grad der Drehung um die Drehachse) des Spiegels für den Systemcontroller 23 bereit. Basierend auf diesen Positionsinformationen werden die Laserquellen der Beleuchtungseinheit 10 durch den Systemcontroller 23 ausgelöst und die Photodioden (z.B. APD-Dioden) aktiviert, um ein reflektiertes Lichtsignal zu erfassen und somit zu messen. Eine höhere Genauigkeit bei der Positionserfassung des MEMS-Spiegels führt somit zu einer genaueren und präziseren Steuerung anderer Komponenten des LIDAR-Systems.
  • Der MEMS-Treiber 25 kann auch Spiegelfrequenz und Ströme messen und aufzeichnen, indem er eine Kapazitätsänderung in einem Kammtreiber-Rotor und -Stator einer Aktuatorstruktur nutzt, die zum Treiben des MEMS-Spiegels 12 verwendet wird. Die Aktuatorstruktur des MEMS-Spiegels 12 beinhaltet ferner die oben diskutierte Aufhängungsstruktur. So kann der MEMS-Treiber 25 ferner eine Messschaltung enthalten, die so ausgelegt ist, dass sie eine oder mehrere Eigenschaften des hierin beschriebenen MEMS-Spiegels 12 misst. Der MEMS-Treiber 25 kann ferner eine Verarbeitungsschaltung enthalten, die mindestens einen Prozessor (z.B. eine analoge Signalverarbeitungsschaltung und/oder eine digitale Signalverarbeitungsschaltung) enthält, der so ausgelegt ist, dass er Messinformationen von der Messschaltung verarbeitet, um den mechanischen Zustand des MEMS-Spiegels 12 und/oder den Zustand des Chipgehäuses zu bewerten.
  • Zusätzlich oder alternativ dazu kann der Systemcontroller 23 Messinformationen von der Messschaltung des MEMS-Treibers 25 empfangen und deren Verarbeitung durchführen. Somit kann der Systemcontroller 23 ferner eine Verarbeitungsschaltung enthalten, die mindestens einen Prozessor (z.B. eine analoge Signalverarbeitungsschaltung und/oder eine digitale Signalverarbeitungsschaltung) enthält, der so ausgelegt ist, dass er Messinformationen von der Messschaltung verarbeitet, um den mechanischen Zustand des MEMS-Spiegels 12 und/oder den Zustand des Chipgehäuses zu bewerten.
  • Durch Erfassen der Drehposition des MEMS-Spiegels 12 um seine Drehachse 13 kann der MEMS-Treiber 25 Nulldurchgangsereignisse des MEMS-Spiegels 12 erfassen. Ein Nulldurchgangs-Ereignis ist ein Fall, wenn der MEMS-Spiegel 12 einen Drehwinkel von 0° auf seiner Drehachse 13 hat. Genauer gesagt ist es der Moment, in dem der MEMS-Spiegel 12 parallel zum Rahmen oder in einer neutralen Position ist. Die neutrale Position kann auch als Ruheposition bezeichnet werden (z.B. wenn der MEMS-Spiegel 12 nach Abschalten der Antriebskraft zum Stillstand kommt). Da der MEMS-Spiegel 12 zwischen zwei Drehrichtungen (z.B. im Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn) hin- und heroszilliert, tritt während einer Abtastperiode zweimal ein Nulldurchgangsereignis auf - einmal, wenn der Spiegel in der ersten Drehrichtung oszilliert, und einmal, wenn der Spiegel in der zweiten Drehrichtung oszilliert. Es wird auch gewürdigt, dass anstelle eines Nulldurchgangsereignisses auch Winkelübergangsereignisse bei einem anderen vordefinierten Winkel verwendet werden können.
  • In einigen Ausführungsformen kann eine Ereigniszeit einem Nicht-Nulldurchgangsereignis entsprechen. Zum Beispiel kann der erfasste Drehwinkel ein anderer Winkel als 0° sein. Zur Erläuterung werden hier jedoch Beispiele im Zusammenhang mit der Erfassung von Nulldurchgangsereignissen beschrieben.
  • Der MEMS-Treiber 25 ist so ausgelegt, dass er jedes Nulldurchgangsereignis detektiert und für jedes Ereignis ein Timing aufzeichnet. Diese Zeitinformation (d.h. die gemessene Nulldurchgangszeit) kann dann als Positionsinformation an den Systemcontroller 23 übertragen werden. Konkret löst der MEMS-Treiber 25 eine Änderung in der Ausgabe eines Positionssignals (position L) bei jedem Nulldurchgangs- oder Winkelereignis aus.
  • 3 veranschaulicht ein Signaldiagramm verschiedener Signale, die von einem MEMS-Treiber 25 basierend auf dem Spiegelwinkel θ und/oder der Position erzeugt werden, einschließlich eines Positionssignals (position L). Das Positionssignal (position_L) kann zum Beispiel ein gepulstes Signal sein, während dem ein erster Impulsübergang (z.B. fallender Flankenübergang) an einem Nulldurchgang ausgelöst wird, wenn der Spiegel in einer ersten Drehrichtung (z.B. von links nach rechts) oszilliert, und ein zweiter Impulsübergang (z.B. steigender Flankenübergang) an einem Nulldurchgang ausgelöst wird, wenn der Spiegel in einer zweiten Drehrichtung (z.B. von rechts nach links) oszilliert. Ferner ist das Signal „hoch“, wenn der Spiegel in eine Richtung zeigt (z.B. nach links) und das Signal „niedrig“, wenn der Spiegel in eine zweite Richtung zeigt (z.B. nach rechts). Das Positionssignal zeigt somit nicht nur ein Nulldurchgangsereignis an, indem es einen Impulsübergang auslöst, sondern es zeigt auch eine absolute Phaseninformation an, indem es die Richtungsneigung des Spiegels anzeigt. Mit zunehmendem Intervall zwischen den Nulldurchgangsereignissen nimmt auch die Frequenz des Positionssignals zu. Basierend auf diesem Positionssignal kann eine Phase und/oder eine Frequenz von zwei oder mehr Positionssignalen verglichen werden.
  • Alternativ kann von dem MEMS-Treiber 25 bei jedem Nulldurchgangsereignis ein kurzer Impuls erzeugt werden, so dass ein gepulstes Positionssignal (position_L) an den Systemcontroller 23 ausgegeben wird. Das bedeutet, dass das Signal zwischen den Nulldurchgangsimpulsen niedrig (oder hoch) bleibt. In diesem Fall würde die absolute Phaseninformation, die angibt, in welche Richtung sich der Spiegel bewegt, fehlen. Basierend auf diesem Positionssignal kann eine Phase und/oder eine Frequenz von zwei oder mehr Positionssignalen verglichen werden.
  • Der MEMS-Treiber 25 kann die Positionsinformationen an den Systemcontroller 23 senden, so dass der Systemcontroller 23 die Positionsinformationen verwenden kann, um die Auslösung der Laserimpulse der Beleuchtungseinheit 10 und das Aktivieren der Photodioden des Photodetektor-Arrays 15 zu steuern. Die Positionsinformation kann von dem Systemcontroller auch als Rückkopplungsinformation verwendet werden, so dass der Systemcontroller 23 über Steuersignale, die an den MEMS-Treiber 25 bereitgestellt werden, einen stabilen Betrieb des MEMS-Spiegels 12 aufrechterhalten und auch die Synchronisation mit anderen MEMS-Spiegeln aufrechterhalten kann.
  • Die Timinginformation der Nulldurchgangsereignisse kann vom MEMS-Treiber 25 auch zur Erzeugung eines Phasentaktsignals (Phase CLK) verwendet werden. Das Phasentaktsignal ist ein Hochfrequenzsignal (z.B. 14 MHz) mit einer festen Anzahl von Impulsen, das eine feinkörnige Phaseninformation des MEMS-Spiegels 12 bereitstellt. In diesem Fall wird die Spiegelbewegung in der Zeitdomäne in äquidistante Scheiben (beeinflusst durch Quantisierungsfehler eines digital gesteuerten Oszillator (DCO)-Frequenzgenerators) aufgeteilt. Eine „Scheibe“ („Slice“) kann als Unterabschnitt eines Zeitintervalls zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nulldurchgangsereignissen betrachtet werden. Konkret wird das Zeitintervall zwischen zwei Nulldurchgangsereignissen (d.h. zwischen zwei Position L-Signalen oder Impulsen) in identische Bruchteile aufgeteilt, so dass bei jedem Bruch ein Signalimpuls erzeugt wird. Das Phasentaktsignal ist somit ein Impulssignal, dessen Frequenz vom Zeitintervall zwischen zwei Nulldurchgangsereignissen abhängt, wobei die Frequenz umso höher ist, je kürzer das Zeitintervall ist. Das Phasentaktsignal teilt somit die Spiegelbewegung in eine wohldefinierte Anzahl von Phasenscheiben auf. Der MEMS-Treiber 25 kann das Phasentaktsignal erzeugen und an den Systemcontroller 23 ausgeben.
  • 3 veranschaulicht ferner ein Phasentaktsignal (Phase CLK), das eine Anzahl von Impulsen pro Oszillationsperiode umfasst, wobei die Oszillationsperiode durch ein Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nulldurchgangsereignissen definiert ist.
  • Der MEMS-Spiegel 12 beinhaltet eine Aktuatorstruktur, die zum Treiben des Spiegels verwendet wird. Die Aktuatorstruktur beinhaltet ineinandergreifende Fingerelektroden aus ineinandergreifenden Spiegelkämmen und Rahmenkämmen, an die von dem MEMS-Treiber 25 eine Treiberspannung (d.h. ein Betätigungs- oder Treibersignal) angelegt wird. Die Treiberspannung kann als Hochspannung (HV, High Voltage) bezeichnet werden. Die an die Fingerstruktur angelegte Treiberspannung erzeugt eine entsprechende Kapazität. Die an der Fingerstruktur anliegende Treiberspannung erzeugt eine Antriebskraft zwischen den ineinandergreifenden Spiegelkämmen und den Rahmenkämmen, die ein Drehmoment auf den Spiegelkörper um die Drehachse erzeugt. Die Antriebsspannung kann ein- oder ausgeschaltet werden, was zu einer oszillierenden Antriebskraft führt. Die oszillierende Antriebskraft bewirkt, dass der Spiegel auf seiner Drehachse zwischen zwei Extrema hin und her oszilliert. Abhängig von der Konfiguration kann diese Ansteuerung geregelt oder angepasst werden, indem die Abschaltzeit der Antriebsspannung, ein Spannungspegel der Antriebsspannung oder ein Tastverhältnis eingestellt wird.
  • In anderen Ausführungsformen kann ein elektromagnetischer Aktuator zum Treiben des MEMS-Spiegels 12 verwendet werden. Bei einem elektromagnetischen Aktuator kann ein Treiberstrom (d.h. ein Betätigungs- oder Treibersignal) verwendet werden, um die oszillierende Antriebskraft zu erzeugen. Es ist daher zu würdigen, dass Treiberspannung und Treiberstrom hier austauschbar verwendet werden können, um ein Betätigungssignal oder ein Antriebssignal anzuzeigen, und beide können im Allgemeinen als Antriebskraft bezeichnet werden.
  • Wenn der Spiegel oszilliert, ändert sich die Kapazität zwischen den Fingerelektroden gemäß der Drehposition des Spiegels. Der MEMS-Treiber 25 ist so ausgelegt, dass er die Kapazität zwischen den ineinandergreifenden Fingerelektroden misst und daraus eine Drehposition oder Winkelposition des MEMS-Spiegels 12 bestimmt. Durch Überwachen der Kapazität kann der MEMS-Treiber 25 die Nulldurchgangsereignisse und deren zeitliche Abfolge detektieren und den Neigungswinkel des MEMS-Spiegels 12 zu jedem beliebigen Zeitpunkt bestimmen. Der MEMS-Treiber 25 kann die gemessene Kapazität auch zur Bestimmung einer Spiegelfrequenz verwenden und die Informationen im Speicher bei dem MEMS-Treiber 25 oder bei dem Systemcontroller 23 aufzeichnen.
  • Das Erfassen der Position des MEMS-Spiegels 12 erfolgt basierend auf einem Detektor, der zur Messung der Kapazität ausgelegt ist. Wenn sich zum Beispiel der MEMS-Spiegel bewegt, ändert sich die Geometrie der Fingerstruktur, was zu einer Änderung der Geometrie der Kapazität führt. Wenn sich die Geometrie der Kapazität ändert, ändert sich auch die Kapazität selbst. Somit entspricht eine bestimmte Kapazität direkt einer bestimmten Position (d.h. einem Kippwinkel) des MEMS-Spiegels. Durch Erfassen der Kapazität der Fingerstruktur kann der MEMS-Treiber 25 die Oszillationen des Spiegels überwachen und verfolgen und eine bestimmte Position des MEMS-Spiegels einschließlich des Nulldurchgangs bestimmen.
  • Ein Weg zur Messung der Kapazität besteht darin, einen durch die Fingerstruktur fließenden Strom zu messen, den gemessenen Strom in eine Spannung umzuwandeln und dann die Spannung ferner mit einer Kapazität und/oder einem Drehwinkel zu korrelieren. Es kann jedoch jedes Verfahren zur Messung der Kapazität verwendet werden. Eine Drehrichtung (z.B. positiv oder negativ, von links nach rechts oder von rechts nach links, im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn, usw.) wird ebenfalls durch Messen einer Kapazitätsänderung über die Zeit detektiert, wobei eine positive oder negative Änderung entgegengesetzte Drehrichtungen anzeigt. Der MEMS-Treiber 25 kann auch die während des Messens der Kapazität gemessenen Ströme und Spannungen aufzeichnen. Somit kann eine Erhöhung der Genauigkeit der Positionserfassung des Spiegels die Gesamtgenauigkeit des LIDAR-Systems verbessern.
  • Da der Spiegel mit einer Oszillationsfrequenz (z.B. 2 kHz) angetrieben wird, durchläuft er, wenn er sich in einer ersten Drehrichtung (z.B. von links nach rechts oder im Uhrzeigersinn) dreht, zu einem bestimmten Zeitpunkt eine Nullposition (d.h. 0°). Dasselbe kann gelten, wenn sich der Spiegel in einer zweiten Drehrichtung (z.B. von rechts nach links oder gegen den Uhrzeigersinn) dreht, wird der Spiegel zu einem bestimmten Zeitpunkt die Nullposition durchlaufen. Diese Fälle des Durchlaufens der Nullposition können als Nulldurchgangsereignisse bezeichnet werden, die zu Nulldurchgangszeiten auftreten.
  • 4A veranschaulicht eine Winkelamplituden-Frequenzgangkurve einer Mikrospiegelvorrichtung gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen. Konkret stellt die 4A den Spiegelwinkel θSpiegel gegenüber der Spiegelfrequenz fm des MEMS-Spiegels 12 dar. Beide Achsen in der Darstellung sind in willkürlichen Einheiten dargestellt. Die vollständige Antwortkurve beinhaltet eine obere Antwortkurve (1) und eine untere Antwortkurve (0). Die obere Antwortkurve (1) kann auch als Betriebsantwortkurve bezeichnet werden, wo die Frequenz über den Betriebsbereich gewobbelt wird. Im Gegensatz dazu kann die untere Antwortkurve (0) als Nicht-Betriebsantwortkurve bezeichnet werden, die vorliegt, bevor der Amplitudenbetriebsbereich erreicht ist. Die gesamte Antwortkurve kann gemessen und im Speicher des LIDAR-Systems 200 (z.B. im Systemcontroller 23) gespeichert werden.
  • Der Ablauf des Betriebs des MEMS-Spiegels verläuft von Punkt 1 bis Punkt 7, während dessen der MEMS-Treiber 25 eine konstante Treiberspannung an den MEMS-Spiegel 12 anlegt, wird nun beschrieben. Hier bezieht sich „konstante Treiberspannung“ darauf, dass die Treiberspannung die gleiche Spannung bei Betätigung (d.h. beim Einschalten) ist. Es wird jedoch davon ausgegangen, dass die Treiberspannung ein- und ausgeschaltet wird, um die Spiegeloszillation zu erzeugen.
  • Wie im vorhergehenden Absatz erwähnt, arbeiten alle Punkte des Diagramms mit der gleichen Treiberspannung, die vom MEMS-Treiber 25 bereitgestellt wird. Durch die Treiberspannung wird die Kurve nur gedehnt oder gestaucht (d.h. es kann eine höhere Frequenz und ein größerer Neigungswinkel erreicht werden, da durch eine höhere Treiberspannung mehr Energie aufgebracht wird).
  • Der Betrieb des MEMS-Spiegels beginnt bei Punkt 1 auf der unteren Antwortkurve (0), bei der Startfrequenz fstart. Hier startet der MEMS-Treiber 25 das Treiberspannungssignal an den MEMS-Spiegel 12. Als Reaktion darauf beginnt der MEMS-Spiegel 12 sich ein wenig zu bewegen (z.B. bei einem niedrigen Winkel), abhängig vom Wert von fstart. Ausgehend von der Startfrequenz fstart wird die Spiegelfrequenz nach unten gewobbelt (d.h. abnehmend, von rechts nach links).
  • Die Frequenz wird abgesenkt, damit sich der Spiegel mit dem bereitgestellten Treibersignal synchronisieren kann (d.h. um den Phasenversatz zwischen den beiden zu verringern). Wenn im Laufe der Zeit mehr Energie (d.h. eine konstante Treiberspannung) angelegt wird, bewegt sich der Spiegel weiterhin leicht außerhalb der Resonanz, bis zur Sprungfrequenz fSprung (Punkt 2). Das heißt, die Spiegelfrequenz wird weiter abgesenkt, bis ein Instabilitätspunkt gefunden wird und die Amplitude der Spiegeloszillation an Punkt 2 zunimmt (180 Phasenverschiebung, daher Sprung). Bei der Sprungfrequenz verschiebt sich die Spiegelphase um 180 Grad von θSprung0 (Punkt 2) nach θSprung1 (Punkt 3), wo die eingesetzte Energie in Bewegung umgesetzt wird.
  • Am Punkt 4 beginnt die Spiegelfrequenz fm hoch zu wobbeln (d.h. von links nach rechts ansteigend). Die Spiegelphase kann entlang der oberen Frequenzantwortkurve weiter ansteigen. In Punkt 5 befindet sich der Spiegel in einem stabilen Betriebsbereich (in Phase, aber versetzt). Der Spiegel kann sich an Punkt 5 in einer optimalen Resonanz befinden. Wenn die Spiegelfrequenz jedoch bis Punkt 6 weiter ansteigt, erreicht die Spiegelphase eine Rückfallphase 0 = θfb1 bei einer Rückfallfrequenz ffb. Der Kippwinkel des Spiegels ist somit kurz vor diesem Kipppunkt an Punkt 6 maximal.
  • Die Rückfallfrequenz ffb ist die maximale Frequenz, die der Spiegel bei der festgelegten Treiberspannung aufrechterhalten kann. Der Rückfall- oder Kipppunkt ist der Punkt, an dem die potentielle Energie, die durch die Antriebsspannung in das Spiegelsystem eingebracht wird, gleich der kinetischen Energie ist, die das Spiegelsystem ihr entgegensetzt (in Phase, kein Versatz), wenn sie über diesen Punkt geschoben wird, wird das Gleichgewicht gestört und die Resonanz geht verloren. Daher ist an Punkt 6 nicht genügend Energie im System vorhanden, um die Spiegelphase aufrechtzuerhalten, und die Phase verschiebt sich um 180 Grad und fällt in der Rückfallphase auf die untere Antwortkurve (0) zurück θfb0.
  • Punkt 7 ist der Rückfallpunkt auf der unteren Antwortkurve (0) und ist der Phasenwinkel, auf den der Spiegel zurückfällt. Dieser Phasenwinkel ist nicht notwendigerweise Null Grad, da die Antriebsspannung noch vorhanden ist, aber der Spiegel nicht mehr in Phase ist. Der Zyklus kann am Punkt 7 oder am Punkt 1 erneut beginnen.
  • 4B veranschaulicht eine stationäre Winkelamplituden-Antwortkurve (oben) und eine stationäre Phasenverzögerungs-Antwortkurve (unten) eines Mikrospiegels gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen. Für beide Diagramme ist ein Frequenzgang unter Verwendung einer 60V-Rechteckwellenbetätigung mit 50% Tastverhältnis dargestellt. Die Frequenz des Treibersignals ist doppelt so hoch wie die Spiegelfrequenz fm. Die Verzögerung ist definiert durch die Zeit zwischen einem Nulldurchgang des Spiegels und der negativen Flanke des Treibersignals (d.h. die Phase ist positiv, wenn der Nulldurchgang des Spiegels vor der negativen Antriebsflanke erfolgt).
  • Ausführungsformen sind auf eine Regelstruktur für die Winkelamplituden- und Phasenregelung eines nichtlinearen Oszillators mit Abhängigkeit zwischen Winkelamplitude und Frequenz gerichtet, wobei die Amplituden-Frequenz (AF) Abhängigkeit signifikant sein kann. Wenn nur relativ verrauschte Amplitudenmessungen verfügbar sind, können die Oszillatorfrequenz-Änderungen als Alternative zur Amplitudenfehlerschätzung verwendet werden, was eine höhere Regelbandbreite ermöglicht. Die Regelbandbreite definiert, wie schnell das System einem Referenzsignal (z.B. einem Rückkopplungssignal) folgen kann.
  • 5 veranschaulicht ein schematisches Blockdiagramm eines Oszillatorregelsystems 500 gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen. Die 5 ist generisch zu den 6 und 7. Das Oszillatorregelsystem 500 enthält eine kaskadierte Regelstruktur mit einem langsamen äußeren Regelkreis und einem schnelleren inneren Regelkreis. Insbesondere enthält das Oszillatorregelsystem 500 einen Amplitudenregler 51, der für die äußere Regelschleife repräsentativ ist, einen Perioden- und Phasenregler 52, der für die innere Regelschleife repräsentativ ist, und einen Oszillator 53, der eine oszillierende Struktur enthält, die durch den Perioden- und Phasenregler 52 getrieben wird. Die oszillierende Struktur des Oszillators 53 ist ein nichtlinearer Oszillator, der eine Abhängigkeit zwischen Winkelamplitude und Frequenz aufweist. Der Oszillator 53 kann zum Beispiel den MEMS-Spiegel 12 als seine oszillierende Struktur enthalten.
  • Die beiden Regler 51 und 52 sind somit kaskadiert, indem die Ausgabe des Amplitudenreglers 51 als Eingabe für den Perioden- und Phasenregler 52 bereitgestellt wird. Der Perioden- und Phasenregler 52 ist ein MIMO (Multiple Input Multiple Output)-Controller, der so ausgelegt ist, dass er die Steuersignale U und Tdr zum Treiben des Oszillators 53 erzeugt. Beide Ausgaben des Reglers 52 werden basierend auf seinen beiden Eingaben erzeugt und eingestellt. Darüber hinaus ist der Regler 52 mit einer Regelbandbreite ausgelegt, die höher ist als die Regelbandbreite des Reglers 51.
  • Die Variable A ist eine Winkelamplitude, die an dem Amplitudenregler 51 empfangen wird. Der Amplitudenregler 51 hat eine geringe Regelbandbreite, da er die eher verrauschte Amplitudenmessung A verwendet. Die Winkelamplitude A wird durch eine Detektorschaltung gemessen (nicht gezeigt).
  • Die Variable Tref ist eine Referenzoszillatorperiode, die von dem Amplitudenregler 51 basierend auf der gemessenen Winkelamplitude A erzeugt wird, wobei ein äußerer Regelkreis den Amplitudenfehler im Durchschnitt auf Null regelt (d.h. der durchschnittliche Amplitudenfehler ist Null), während der MEMS-Spiegel 12 oszilliert.
  • Die Variable ΔT ist ein Phasenfehler, der am Perioden- und Phasenregler 52 empfangen wird. Der Phasenfehler ΔT wird durch eine Detektionsschaltung gemessen (nicht gezeigt).
  • Die Variable U repräsentiert einen oder mehrere Regelparameter (z.B. einen Spannungspegel, ein Tastverhältnis, eine Referenzphase für die Phasenregelung, usw.), die von dem Perioden- und Phasenregler 52 als Reaktion auf die Referenzoszillatorperiode Tref und den Phasenfehler ΔT erzeugt werden. Der Perioden- und Phasenregler 52 ändert die Regelparameter U basierend auf der Referenzoszillatorperiode Tref, die sich ihrerseits basierend auf der Amplitudenmessung A und dem Phasenfehler ΔT ändert. Insbesondere der Perioden- und Phasenregler 52 ändert die Regelparameter U in Kombination mit der Treiberperiode Tdr, um die Referenzoszillatorperiode Tref zu erfüllen und einen Phasenfehler von Null zu erreichen.
  • Die Variable Tdr ist eine Treiberperiode (d.h. eine Oszillationsperiode), die durch den Perioden- und Phasenregler 52 angewendet wird. Der Perioden- und Phasenregler 52 kann einen Treiber-PLL enthalten, der Tdr anpasst, um den Phasenfehler ΔT zu kompensieren und die Referenzoszillatorperiode Tref zu erreichen. Der Perioden- und Phasenregler 52 passt Tdr mit hoher Regelbandbreite aufgrund eines hohen Signal-zu-Rausch (SNR, Signal-to-Noise)-Phasendetektionssignals an. Es ist jedoch möglich, dass die Treiberperiode Tdr langsamer verändert oder kompensiert wird als die Kompensation der Regelparameter U. In diesem Fall werden die Regelparameter U schnell verändert, während die Treiberperiode Tdr nur mäßig angepasst wird, bei einer langsameren Rate als die Regelparameter U.
  • Der Perioden- und Phasenregler 52 erzeugt gleichzeitig die Regelparameter U und die Treiberperiode Tdr, um den Oszillator 53 auf die Referenzoszillatorperiode Tref zu treiben und gleichzeitig den Phasenfehler ΔT mit hoher Regelbandbreite zu kompensieren.
  • In Anbetracht des Vorstehenden enthält das Oszillatorregelsystem 500 einen langsamen äußeren Regelkreis 51, der aus (möglicherweise verrauschten) Amplitudenmessungen A eine Referenzoszillatorperiode Tref ableitet, die der gewünschten Amplitude (d.h. einer Referenzamplitude) entspricht, wobei der Amplitudenfehler im Mittel Null ist. Die innere Schleife regelt dann die Phasen- und Oszillatorperiodenfehler (und damit die Amplitude) mit einer hohen Bandbreite. Als Ergebnis verwendet das Oszillatorregelsystem 500 eine genau messbare Oszillatorperiode Tm als amplitudenäquivalenten Parameter (A-f-Effekt) und kompensiert Abweichungen von der gewünschten Periode und Phase.
  • Es ist zu erwähnen, dass im Gegensatz zum Beispiel zu einem Stützbalken mit dynamischer Spitze-Fläche Wechselwirkung die Amplituden-über-Frequenz-Abhängigkeit des Oszillators 53 als konstant oder zumindest langsam veränderlich angenommen wird. Die Referenzoszillatorperiode Tref für die innere Schleife 52 stellt auch bei äußeren Störungen noch die gewünschte Amplitude in einer kurzen Zeitskala dar. Zusätzlich, im Gegensatz zu anderen Oszillatorregelsystemen, bei denen sowohl die Amplituden- als auch die Frequenz- (oder Phasen-) Messung präzise sein müssen, um eine hohe Regelbandbreite zu erreichen, erfordern die hierin beschriebenen Ausführungsformen nur eine präzise Phasenmessung (d.h. Phasenfehler ΔT), während die Amplitudenmessung A eher verrauscht und weniger präzise sein kann.
  • 6 veranschaulicht ein schematisches Blockschaltbild eines Oszillatorregelsystems 600 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Insbesondere enthält das Oszillatorregelsystem 600 eine vollständig kaskadierte Regelstruktur mit einem langsamen äußeren Regelkreis und einem schnelleren inneren Regelkreis. So enthält das Oszillatorregelsystem 600 ähnlich wie das Oszillatorregelsystem 500 einen Amplitudenregler 51, der als Teil der äußeren Regelschleife repräsentativ ist, einen Perioden- und Phasenregler 52, der als Teil der inneren Regelschleife repräsentativ ist, und einen Oszillator 53, der von dem Perioden- und Phasenregler 52 getrieben wird. Der Oszillator 53 enthält einen MEMS-Spiegel 12 als nichtlinearen Oszillator, der eine Abhängigkeit zwischen seiner Winkelamplitude und seiner Frequenz aufweist. Der Oszillator 53 enthält ferner eine Detektionsschaltung 61, die so ausgelegt ist, dass sie eine Winkelamplitude θ (entsprechend der Winkelamplitude A in der 5) und einen Phasenfehler ΔT des MEMS-Spiegels 12 misst.
  • Aufgrund der Nichtlinearitäten von kamm-betätigten MEMS-Spiegeln zeigen diese eine signifikante nichtlineare Abhängigkeit zwischen Amplitude und Frequenz, wie die in der 4B gezeigten Frequenzgänge in offener Schleife zeigen. Bei hohen Amplituden (z.B. größer als 8°) wird dieses Verhalten hauptsächlich von der oberen Antwortkurve (d.h. der Backbone-Kurve) bestimmt, die das rein mechanische Verhalten des Spiegels darstellt.
  • Daher spiegelt die Spiegelperiode ihre Amplitude wider und kann aus den Phasendetektionssignalen des treibenden PLL gemäß folgender Gleichung geschätzt werden T ˜ m i = Δ T ˜ i + T d r i − Δ T ˜ i − 1 ,
    Figure DE102021100872A1_0001
    wobei T̃m i die i-te geschätzte Halbperiode des Spiegels, Tdr i die i-te angewandte Treiberperiode, ΔT̃i der entsprechende i-te gemessene Phasenfehler und ΔT̃i-1 der entsprechende i-te-1 gemessene Phasenfehler (d.h. der zuvor gemessene Phasenfehler) ist. Somit stellen ΔT̃i und ΔT̃i-1 zwei aufeinander folgende Phasenfehler dar, die zur Berechnung der Spiegelperiode verwendet werden. Der vorhergehende Phasenfehler ΔT̃i-1 kann im Speicher zur Verwendung in Gleichung (1) gespeichert werden. Der Regler 52 berechnet die Treiberperiode Tdr und die zusätzlichen Regelparameter U basierend auf dem gemessenen Phasenfehler, der Referenzoszillatorperiode Tm,ref und der geschätzten Spiegelperiode Tm, die von einem Regler 52 unter Verwendung von Gleichung (1) berechnet wird.
  • Für eine allgemeine Beschreibung wird der Phasenfehler definiert als die Zeit zwischen einem gemessenen (tatsächlichen) Nulldurchgang des MEMS-Spiegels 12 und einem erwarteten Nulldurchgang t̂0 i , der durch den inneren Regelkreis 52 gegeben ist. Per Definition wird der nachfolgende erwartete Nulldurchgang berechnet durch t ^ 0 i + 1 = t ^ 0 i + T d r i + 1 ,
    Figure DE102021100872A1_0002
    wobei Tdr i+1 die i-te+1 angewandte Treiberperiode ist, und so weiter. Wenn somit Tdr i die aktuelle angewandte Treiberperiode ist, dann ist Tdr i+1 die nächste angewandte Treiberperiode. Die nächste angewandte Treiberperiode wird somit durch die beiden aufeinanderfolgenden Nulldurchgänge T d r i + 1 = t ^ 0 i + 1 − t ^ 0 i
    Figure DE102021100872A1_0003
    definiert.
  • Darüber hinaus wird bei dieser Implementierung davon ausgegangen, dass die Rückkopplungsmessungen θ und ΔT beim erwarteten Nulldurchgangsereignis oder zumindest nach einer kurzen Verarbeitungszeit, die in Bezug auf die Spiegelperiode vernachlässigbar ist, zur Verfügung stehen. Beispielsweise können in den Schieberegistern 62 und 63 die Messwerte 8 bzw. ΔT gespeichert werden, für die eine Einheitsabtastverzögerungsperiode (z-1) anfällt.
  • Die vollständig kaskadierte Struktur des Oszillatorregelsystems 600 ist vorzuziehen, wenn Gleichung (2) erfüllt ist: | d T m ( θ ) d θ | σ θ > σ T ˜ m ,
    Figure DE102021100872A1_0004
    wobei θ die Nominalamplitude des Spiegels und σθ und σT̂ m die Standardabweichungen der Amplitudenmessung bzw. der Schätzung der Spiegelperiode sind.
  • In der 6 sind die Amplitudenrauschmessung und die Phasenrauschmessung durch ΔdΘ i bzw. ΔdΔT i dargestellt. Diese Eingaben entsprechen den Rauscheigenschaften des Detektors und werden natürlicherweise zu ihren jeweiligen Amplituden- und Phasenfehlermessungen addiert. Zum Beispiel besteht der tatsächlich gemessene Phasenfehlerwert aus dem wahren Wert (z.B. ΔT) und dem Rauschen/der Ungenauigkeit ΔdΔT i . Zusätzlich stellt Δdext,i+1 externe Störungen (z.B. Vibrationen) dar, die auf den MEMS-Spiegel 12 einwirken. Der Gradient der Spiegelperiode | d T m ( Θ ) d Θ |
    Figure DE102021100872A1_0005
    kann gemessen werden (z.B. aus der Antwortkurve in der 4B), berechnet aus der Spiegeldynamik, oder geschätzt aus den gemessenen Amplituden- und Spiegelperiodenfehlern. Wenn Gl. (2) erfüllt ist, ist die Spiegelperiode ein besserer Schätzwert für Spiegelamplitudenänderungen als die Amplitudenmessung selbst. Daher können schnelle Änderungen der Spiegelamplitude, die durch Umgebungsschwankungen Δdext,i wie Vibrationen induziert werden, besser allein durch die Phasendetektionssignale des treibenden PLL unter Verwendung von Gl. (1) behandelt werden.
  • Eine langsame äußere Schleife enthält einen Winkelamplitudenfehlergenerator 64 und den Amplitudenregler 51. Der Winkelamplitudenfehlergenerator 64 ist so ausgelegt, dass er die i-te gemessene Winkelamplitude θi von einem Rückkopplungspfad (z.B. von Register 62) und eine Referenzwinkelamplitude θref empfängt und darauf basierend eine Amplitudenfehlermessung ΔΘ̂i erzeugt. Konkret wird die Referenzwinkelamplitude θref von der i-ten gemessenen Winkelamplitude θi subtrahiert, um die Amplitudenfehlermessung ΔΘ̂i zu erzeugen. Die Amplitudenfehlermessung ΔΘ̂i kann eine beliebige auf die Amplitude bezogene Messung sein (z.B. 6° bis 0° Zeit).
  • Der Winkelamplitudenfehlergenerator 64 kann auch die i-te Amplitudenrauschmessung ΔdΘ i empfangen und die Amplitudenfehlermessung ΔΘ̂i basierend auf den drei Eingaben erzeugen. Konkret wird die Referenzwinkelamplitude Gref von einer Summe der i-ten gemessenen Winkelamplitude θi und der i-ten Amplitudenrauschmessung ΔdΘ i subtrahiert, um die Amplitudenfehlermessung ΔΘ̂i zu erzeugen.
  • Der Amplitudenregler 51 erzeugt die Referenzspiegelperiode Tm,ref basierend auf der empfangenen Amplitudenfehlermessung ΔΘ̂i, wobei, wenn der Spiegel oszilliert, der Amplitudenfehler im Mittel Null ist. Da die äußere Schleife ziemlich langsam sein kann, ist die Genauigkeit der Amplitudenfehlermessung ΔΘ̂i nicht von Belang, sondern nur ihre Genauigkeit. Bei Messungen eines Satzes bezieht sich die Genauigkeit auf die Nähe der Messungen zu einem bestimmten Wert, während sich die Präzision auf die Nähe der Messungen zueinander bezieht.
  • Eine schnellere innere Schleife beinhaltet einen Phasenfehlergenerator 65 und den Perioden- und Phasenregler 52. Wie oben erwähnt, wird das Phasenrauschen natürlicherweise zum wahren Phasenfehler addiert. Der Phasenfehlergenerator 65 ist so ausgelegt, dass er den i-ten gemessenen Phasenfehler ΔT̃i von einem Rückkopplungspfad (z.B. von Register 63) und die Phasenrauschmessung ΔdΔT i empfängt und einen summierten Phasenfehler ΔT̃i erzeugt, der den Gesamtphasenfehler für die i-te Messung darstellt.
  • Der Perioden- und Phasenregler 52 ist so ausgelegt, dass er den summierten Phasenfehler ΔT̃i empfängt und den MEMS-Spiegel 12 unter Verwendung von Gl. (1) auf die Referenzspiegelperiode Tm,ref treibt, die von der äußeren Schleife bereitgestellt wird, und den Phasenfehler ΔT̃i kompensiert. Insbesondere ist der Perioden- und Phasenregler 52 so ausgelegt, dass der Phasenfehler ΔT und der Periodenfehler zwischen T̂m i und T m,ref. minimiert wird. Der Perioden- und Phasenregler 52 tut dies, indem er die Regelparameter U basierend auf der Referenzoszillatorperiode Tm,ref und dem Phasenfehler ΔT erzeugt und gleichzeitig die Treiberperiode Tdr ebenfalls basierend auf der Referenzoszillatorperiode Tm,ref und dem Phasenfehler ΔT erzeugt. Somit sind sowohl die Regelparameter U als auch die Treiberperiode Tdr von beiden Eingaben, der Referenzoszillatorperiode Tm,ref und dem Phasenfehler ΔT, abhängig.
  • Insbesondere der Perioden- und Phasenregler 52 verwendet die Gl. (1), um eine geschätzte Spiegelperiode Tm zu berechnen, und berechnet dann den Spiegelperiodenfehler als Differenz zwischen der geschätzten Spiegelperiode Tm und der Referenzspiegelperiode Tm,ref. Der Perioden- und Phasenregler 52 verwendet sowohl den Phasenfehler ΔT als auch den Periodenfehler des MEMS-Spiegels 12, um sowohl die Regelparameter U als auch die Treiberperiode Tdr zu erzeugen, einzustellen und/oder zu kompensieren.
  • Gemäß Gl. (1) ist der Perioden- und Phasenregler 52 so ausgelegt, dass er die Oszillatorperiode der Oszillatorstruktur basierend auf der Summe des gemessenen Phasenfehlers und der Treiberperiode, abzüglich des zuvor gemessenen Phasenfehlers, schätzt. Somit ist der Perioden- und Phasenregler 52 so ausgelegt, dass er die Oszillatorperiode der Oszillatorstruktur schätzt, einen Oszillatorperiodenfehler basierend auf der geschätzten Oszillatorperiode und der Referenzoszillatorperiode bestimmt und die Treiberperiode und den mindestens einen Regelparameter des Treibersignals anpasst, um sowohl den gemessenen Phasenfehler als auch den bestimmten Oszillatorperiodenfehler zu kompensieren. Der bestimmten Oszillatorperiodenfehler ist eine Differenz zwischen der geschätzten Oszillatorperiode und der Referenzoszillatorperiode.
  • Infolgedessen treibt der Regler 52 den Oszillator 53 zur Korrektur des Periodenfehlers auf die Referenzoszillatorperiode Tm,ref und kompensiert gleichzeitig den Phasenfehler ΔT. Durch die präzise Phasendetektion (z.B. ist die Standardabweichung von ΔdΔT i gering) ist eine schnelle Regelung der Spiegelamplitude und der Spiegelphase möglich.
  • Das Oszillatorregelsystem 600 enthält eine Treiberschaltung 66, die so ausgelegt ist, dass sie ein moduliertes (z.B. pulsbreitenmoduliertes (PWM, Pulse Width Modulated)) Treibersignal Vtreib (d.h. Treiberspannung) erzeugt, um den MEMS-Spiegel 12 zu treiben. Die Treiberschaltung 66 enthält einen variablen/konfigurierbaren Oszillator eines Treiber-PLL, wobei der variable/konfigurierbare Oszillator verwendet wird, um den MEMS-Spiegel 12 zu treiben und den MEMS-Spiegel 12 in einem stationären Zustand zu halten. Der PLL enthält einen Phasendetektor, einen Schleifenfilter/-regler, und der variable Oszillator und die Detektorschaltung 61 können Signale von verschiedenen Stufen des Treiber-PLL extrahieren, um Messungen in Bezug auf den Betrieb des MEMS-Spiegels 12 durchzuführen. Zum Beispiel kann die Detektorschaltung 61 die Winkelamplitude, die Spiegelperiode, die Spiegelfrequenz und die Spiegelphase messen. So kann die Detektionsschaltung 61 mit der Treiberschaltung 66 integriert sein, wie auch in der 2 gezeigt ist (siehe MEMS-Treiber 25). Es wird darauf hingewiesen, dass der Perioden- und Phasenregler 52 Teil des Treiber-PLL sowie des konfigurierbaren Oszillators ist.
  • Die Treiberschaltung 66 moduliert das Treibersignal Vtreib unter Verwendung der Treiber-PLL basierend auf einem oder mehreren Regelparameter, die vom Perioden- und Phasenregler 52 erzeugt und empfangen werden. Die Regelparameter können von der Treiberschaltung 66 verwendet werden, um den Spannungspegel, ein Tastverhältnis, eine Periode und/oder eine Referenzphase für die Treiberspannung zu ändern. Die Regelparameter U können zum Beispiel V̂treibi+1 , welches zur Einstellung des Treiberspannungspegels des Treibersignals verwendet wird, und die Schaltparameter ΔTon i+1 und ΔToff i+1 beinhalten, die zur Modulation des Zeitpunkts des Schaltens des Treibersignals verwendet werden. Darüber hinaus ist Tdr i+1 ein weiterer Schaltparameter, der die Treiberperiode des Steuersignals festlegt, die durch zwei aufeinander folgende erwartete Nulldurchgangszeiten bei t0i und t0i+1 definiert ist. ΔTon i+1 legt die Einschaltzeit der Treiberspannung in einer Signalperiode fest, und ΔToff i+1 legt die Ausschaltzeit der Treiberspannung in der Treiberperiode fest. Die Einschaltzeit definiert einen Übergang vom niedrigen Spannungspegel auf den hohen Spannungspegel innerhalb der Treiberperiode Tdr und die Ausschaltzeit definiert einen Übergang vom hohen Spannungspegel auf den niedrigen Spannungspegel innerhalb der Treiberperiode Tdr.
  • Mindestens zwei der Regelparameter V̂treib i+1 , ΔTon i+1 ΔToff i+1 , und Tdr sind von der Referenzoszillatorperiode Tm,ref und dem Phasenfehler ΔT abhängig und werden vom Regler 52 angepasst, um die Phasen- und Periodenfehler zu minimieren. In einigen Fällen werden alle Regelparameter basierend auf den beiden Eingängen angepasst und zur Minimierung der Phasen- und Periodenfehler verwendet. In einigen Fällen werden die Treiberperiode Tdr und mindestens einer der Regelparameter U basierend auf den beiden Eingänge angepasst und zur Minimierung der Phasen- und Periodenfehler verwendet.
  • Es wird ferner darauf hingewiesen, dass während des Rechteckwellentreibens im vorliegenden Beispiel andere Wellenformen verwendet werden können. Zum Beispiel kann eine Sinuswelle verwendet werden, und die Regelparameter U können Amplitude, Frequenz und Phase beinhalten, die vom Regler 52 basierend auf der Referenzoszillatorperiode Tm,ref und dem Phasenfehler ΔT eingestellt werden.
  • Um eine schnelle Amplitudenregelung durch Ändern des Treiberspannungspegels V̂treib i+1 zu erreichen, sollte eine geringe Einschwingzeit verwendet werden, um den gewünschten Amplitudenwert innerhalb ΔTon i+1 zu erreichen. Wenn die Treiberspannung jedoch schnell geändert werden kann, kann die Phasendetektion zum Beispiel durch Strommessung aufgrund der erhöhten Bandbreite verrauschter sein als I = V d C d t + C d V d t ,,
    Figure DE102021100872A1_0006
    wobei der zweite Term im Idealfall Null sein sollte.
  • Um eine große Regelbandbreite zu erreichen, ohne mehr Rauschen in die Stromerfassung zu bringen, wird die Treiberspannung Vtreib als nur zwischen zwei Spannungspegelzuständen umschaltbar betrachtet, z. B. 0 V und einem von 0 V verschiedenen Spannungswert (d. h. V̂treib), während die Regelung durch Anpassen des Schaltzeitpunkts erfolgt (d.h. unter Verwendung der Regelparameter Tdr i+1 , ΔTon i+1 und ΔToff i+1 ). Um jedoch langsame Drifts der Umgebungsbedingungen (z.B. Druckänderungen und Alterung) zu kompensieren, kann auch der Nicht-Null-Zustand der Treiberspannung langsam angepasst werden, ohne das Erfassen zu beeinträchtigen.
  • Der Amplitudenregler 51 und der Perioden- und Phasenregler 52 können nichtlineare oder lineare Regler sein, die durch ein geeignetes MEMS-Spiegelmodell entworfen werden. Eine Möglichkeit ist die Verwendung eines einfachen Proportional-Integral (PI)-Reglers mit niedriger Verstärkung für den Amplitudenregler 51 und eines Linear-Quadratisch-Gaußschen (LQG)-Reglers für den Perioden- und Phasenregler 52, die durch ein linearisiertes Modell am gewünschten Arbeitspunkt entworfen wurden. Außerdem kann ein Feedforward-Algorithmus implementiert werden, der zum Beispiel schnelle Amplitudenänderungen bereitstellt.
  • Um den Regelfreiheitsgrad (DoF, Degree of Freedom) zu reduzieren, kann das Einschalten der Treiberspannung Vtreib als Δ T o n i + 1 = T d r i + 1 2
    Figure DE102021100872A1_0007
    festgelegt werden. Daher wird die Spannung am maximalen Winkelpunkt (d.h. am Punkt der maximalen Amplitude) eingeschaltet, an dem die Kammantriebe kein signifikantes Drehmoment erzeugen. Die verbleibenden Regel-DoFs sind die Ausschaltzeit ΔToff i+1 und die Treiberperiode Tdr i+1 .
  • Da die Treiberperiode Tdr i+1 den nächsten erwarteten Nulldurchgang definiert, beeinflusst sie direkt den nächsten Phasenfehler, während ΔToff i+1 nur die Spiegeldynamik beeinflusst, indem Energie eingespeist oder Energie abgeführt wird. Um eine schnelle Annäherung an die Referenzspiegelperiode Tm,ref und auch eine geringe Variation der Treiberperiode aufgrund des Erfassungsrauschens zu erreichen, sollte ΔToff i+1 schneller auf den Phasen- und Periodenfehler reagieren als auf die Treiberperiode Tdr i+1 .
  • In Anbetracht der obigen Ausführungen regelt die äußere Schleife die Spiegelreferenz-Spiegelperiode Tm,ref für die innere Schleife so, dass der Amplitudenfehler im Mittel Null wird. Die innere Schleife treibt den MEMS-Spiegel 12 auf die gewünschte Spiegelreferenzperiode und kompensiert den Restphasenfehler ΔT̃i unter Verwendung sowohl der Regelparameter U als auch der Treiberperiode Tdr.
  • 7 veranschaulicht ein schematisches Blockschaltbild eines Oszillatorregelsystems 700 gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen. Insbesondere enthält das Oszillatorregelsystem 700 eine gemischtkaskadierte Regelstruktur mit einem langsamen äußeren Regelkreis und einem schnelleren inneren Regelkreis. Das Oszillatorregelsystem 700 ist das gleiche wie das in der 6 dargestellte Oszillatorregelsystem 600, außer dass das Oszillatorregelsystem 700 einen zusätzlichen Rückkopplungspfad 70 enthält, der an einem Ende mit dem Ausgang des Winkelamplitudenfehlergenerators 64 und am anderen Ende mit einem Eingang des Perioden- und Phasenreglers 52 gekoppelt ist. Somit umgeht der zusätzliche Rückkopplungspfad 70 den Amplitudenregler 51 und liefert die Amplitudenfehlermessung ΔΘ̂i direkt an den Perioden- und Phasenregler 52, der sowohl die empfangene Amplitudenfehlermessung als auch den geschätzten Spiegelperiodenfehler zur Regelung der Parameter Tdr und U verwendet. Der geschätzte Spiegelperiodenfehler ist die Differenz zwischen der geschätzten Spiegelperiode Tm und der Referenzspiegelperiode Tm,ref.
  • Der zusätzliche Rückkopplungspfad 70 wird verwendet, wenn die Gleichung (2) nicht erfüllt ist. Wenn zum Beispiel | d T m ( Θ ) d Θ | σ Θ ≈ σ T ˜ m
    Figure DE102021100872A1_0008
    oder zumindest für einige Bedingungen äußerer Einflüsse die Schwankungen der Spiegelperiode die Amplitude nicht korrekt darstellen, ist die gemischtkaskadierte Implementierung vorzuziehen, da die Kombination von direkter und indirekter Amplitudenmessung zu einem besseren Detektions-SNR führt. Daher wird die Amplitudenfehlermessung wie gezeigt an die innere Schleife weitergeleitet.
  • Als Ergebnis erhält der Perioden- und Phasenregler 52 die Referenz-Spiegelperiode Tm,ref und den summierten Phasenfehler ΔT̂i, wie in der 6 beschrieben, sowie die Amplitudenfehlermessung ΔΘ̂i. Der Perioden- und Phasenregler 52 verwendet die Amplitudenfehlermessung ΔΘ̂i zur Verringerung der Messunsicherheit und zur Berechnung der Regelparameter U und der Treiberperiode Tdr, um den MEMS-Spiegel 12 auf die Referenzspiegelperiode Tm,ref zu treiben und den Phasenfehler zu minimieren.
  • In den Systemen 500, 600 und 700 können der Amplitudenregler 51 und der Perioden- und Phasenregler 52 eine Kombination von Vorwärts (Feedforward)- und Rückkopplungsalgorithmen enthalten. Bei den Rückkopplungssignalen kann es sich um Periode-zu-Periode-Messungen oder kontinuierliche/abgetastete Signale handeln. Die Vorwärts- und Rückkopplungsalgorithmen können durch ein Oszillatormodell entworfen werden, das durch eine gemessene Oszillatorantwort oder durch ein mathematisches Modell abgeleitet werden kann.
  • Zusätzlich kann eine Offline-Modell-Identifikation oder eine Online-Modell-Identifikation durch ein dediziertes Identifikationsverfahren und -algorithmus implementiert werden. Die Offline-Modell-Identifikation kann ein nichtlineares Modell des MEMS-Spiegels 12 oder ein linearisiertes Modell verwenden, das um den gewünschten Betriebspunkt des MEMS-Spiegels 12 herum gültig ist. Die Identifikation wird einmal durchgeführt und der MEMS-Spiegel 12 wird mit den gleichen Parametern betrieben. Die Online-Modell-Identifikation kann ein nichtlineares Modell des MEMS-Spiegels 12 oder ein linearisiertes Modell verwenden, das um den gewünschten Betriebspunkt des MEMS-Spiegels 12 herum gültig ist. Die Identifikation erfolgt während des Betriebs des MEMS-Spiegels 12 durch Beobachten der dedizierten Parameter.
  • Eine Regelschleife (z.B. die Detektionsschaltung 61 und der Systemcontroller 23) vergleicht eine gemessene Reaktion des MEMS-Spiegels 12 auf Regelvorgänge mit einer erwarteten Reaktion und bestimmt basierend auf dem Vergleichsergebnis eine so genannte Ist-Amplitude/Frequenz-Charakteristik des MEMS-Spiegels 12 während des Betriebs. Ändert sich diese Charakteristik im Vergleich zu einem Oszillatormodell mit der Zeit und lässt sich diese Änderung nicht durch die Temperaturabhängigkeit erklären, so kann dies ein Hinweis auf eine mechanische Degeneration des MEMS-Spiegels 12 sein. Dies kann an den Systemcontroller 23 gemeldet werden, um die Anforderung eines rechtzeitigen Austauschs des MEMS-Spiegels 12 zu signalisieren, bevor er während des Betriebs bricht. Auf diese Weise kann der Austausch des MEMS-Spiegels 12 durch Überwachen von Betriebsabweichungen von einem erwarteten Modell vorweggenommen werden.
  • Ein Beispiel für die Online-Identifikation ist die Schätzung der lokalen Spiegelamplitude über das Frequenzverhalten (d.h. der A-f-Effekt). Unter Verwendung von Signalen, die aus dem Treiber-PLL extrahiert werden, misst die Detektionsschaltung 61 die Winkelamplitude und die Spiegelperiode, und der Systemcontroller 23 wertet zum Beispiel die folgende Gleichung aus ΔΘm=k̂ΔTm, wobei Θm und Tm Vektoren sind, welche die gemessenen Werte für die Winkelamplitude bzw. die Spiegelperiode enthalten, und k̂ der beobachtete skalare Parameter ist (z.B. angepasst durch kleinste Quadrate). Das Delta-Symbol Δ bei den Variablen zeigt eine Abweichung von ihrem Nominalwert an und ist somit ein Delta-Wert des gemessenen Wertes und des entsprechenden Nominalwertes. Mit anderen Worten: ΔΘm und ΔTm sind Fehlerwerte für die gemessene Winkelamplitude und die Spiegelperiode. Der Nominalwert ist durch den gewünschten Betriebspunkt definiert, bei dem der Spiegel arbeiten soll. Der beobachtete Parameter k̂ kann dann zur Regelung oder zur Ermüdungsdetektion verwendet werden, wenn er sich plötzlich ändert. Wenn eine plötzliche Änderung des Parameters k̂ detektiert wird (z.B. Parameter k̂ überschreitet einen Schwellenwert), kann der Systemcontroller 23 ein Warnsignal erzeugen, das anzeigt, dass der MEMS-Spiegel 12 ersetzt werden sollte.
  • Obwohl sich die hierin beschriebenen Ausführungsformen auf eine MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel beziehen, ist zu verstehen, dass andere Ausführungsformen auch andere optische Vorrichtungen als MEMS-Spiegelvorrichtungen umfassen können, einschließlich anderer nichtlinear oszillierender Strukturen, einschließlich solcher, die nicht mit LIDAR in Zusammenhang stehen. Darüber hinaus sind zwar einige Aspekte im Zusammenhang mit einer Apparatur beschrieben worden, aber es ist klar, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, wobei ein Block oder eine Vorrichtung einem Verfahrensschritt oder einem Merkmal eines Verfahrensschrittes entspricht. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem Verfahrensschritt beschrieben werden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Elements oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle Verfahrensschritte können durch eine Hardware-Vorrichtung, wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung, ausgeführt werden (oder diese verwenden). In einigen Ausführungsformen können einige oder mehrere der Verfahrensschritte durch eine solche Vorrichtung ausgeführt werden.
  • Obwohl verschiedene Ausführungsformen beschrieben worden sind, wird es für den Fachmann offensichtlich sein, dass im Rahmen der Offenbarung viele weitere Ausführungsformen und Implementierungen möglich sind. Dementsprechend soll die Erfindung nicht eingeschränkt werden, außer im Hinblick auf die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente. Im Hinblick auf die verschiedenen Funktionen, welche die oben beschriebenen Komponenten oder Strukturen (Baugruppen, Vorrichtungen, Schaltkreise, Systeme, usw.) erfüllen, sollen die zur Beschreibung dieser Komponenten verwendeten Begriffe (einschließlich eines Verweises auf ein „Mittel“), sofern nicht anders angegeben, jeder Komponente oder jeder Struktur entsprechen, welche die spezifizierte Funktion der beschriebenen Komponente erfüllt (d.h. funktionell äquivalent ist), auch wenn sie nicht strukturell äquivalent zu der offenbarten Struktur sind, welche die Funktion in den hierin dargestellten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung erfüllt.
  • Darüber hinaus werden hiermit die folgenden Ansprüche in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch für sich allein als separate Beispielausführungsformen stehen kann. Während jeder Anspruch für sich allein als separate Beispielausführungsformen stehen kann, ist zu beachten, dass - obwohl sich ein abhängiger Anspruch in den Ansprüchen auf eine bestimmte Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen beziehen kann - andere Beispielausführungsformen auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs enthalten können. Solche Kombinationen werden hierin vorgeschlagen, es sei denn, es wird angegeben, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist. Darüber hinaus ist beabsichtigt, auch Merkmale eines Anspruchs in jeden anderen unabhängigen Anspruch aufzunehmen, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt vom unabhängigen Anspruch abhängig gemacht ist.
  • Ferner ist zu beachten, dass die in der Beschreibung oder in den Ansprüchen offenbarten Verfahren durch eine Vorrichtung implementiert werden können, die Mittel zum Durchführen jeder der jeweiligen Handlungen dieser Verfahren besitzt.
  • Ferner ist zu beachten, dass die Offenbarung mehrerer Handlungen oder Funktionen, die in der Beschreibung oder in den Ansprüchen offenbart sind, nicht so ausgelegt werden kann, dass sie innerhalb der spezifischen Reihenfolge liegt. Daher wird die Offenbarung mehrerer Handlungen oder Funktionen diese nicht auf eine bestimmte Reihenfolge beschränken, es sei denn, diese Handlungen oder Funktionen sind aus technischen Gründen nicht austauschbar. Darüber hinaus kann in einigen Ausführungsformen eine einzige Handlung mehrere Unterhandlungen enthalten oder in mehrere Unterhandlungen unterteilt sein. Solche Unterhandlungen können eingeschlossen und Teil der Offenbarung dieser einzelnen Handlung sein, sofern sie nicht ausdrücklich ausgeschlossen sind.
  • Befehle können von einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt werden, wie einer oder mehreren CPUs (Central Processing Units), DSPs (Digital Signal Processors), Mehrzweck-Mikroprozessoren, ASICs (Application Specific Integrated Circuits), FPGAs (Field Programmable Logic Arrays) oder anderen gleichwertigen integrierten oder diskreten Logikschaltungen. Dementsprechend bezieht sich der Begriff „Prozessor“ oder „Verarbeitungsschaltkreis“, wie er hierin verwendet wird, auf jede der vorgenannten Strukturen oder jede andere Struktur, die für die Implementierung der hierin beschriebenen Techniken geeignet ist. Darüber hinaus kann die hierin beschriebene Funktionalität in einigen Aspekten in speziellen Hardware- und/oder Software-Modulen bereitgestellt werden. Die Techniken können auch vollständig in einer oder mehreren Schaltungen oder Logikelementen implementiert sein.
  • Somit können die in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken zumindest teilweise in Hardware, Software, Firmware oder einer Kombination davon implementiert sein. Beispielsweise können verschiedene Aspekte der beschriebenen Techniken in einem oder mehreren Prozessoren implementiert sein, einschließlich eines oder mehrerer Mikroprozessoren, DSPs, ASICs oder anderer äquivalenter integrierter oder diskreter Logikschaltungen sowie beliebiger Kombinationen solcher Komponenten.
  • Ein Controller einschließlich Hardware kann auch eine oder mehrere der in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken ausführen. Diese Hardware, Software und Firmware kann innerhalb derselben Vorrichtung oder in getrennten Vorrichtungen implementiert sein, um die verschiedenen in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken zu unterstützen. Software kann auf einem nicht-flüchtigen computerlesbaren Medium gespeichert sein, so dass das nicht-flüchtige computerlesbare Medium einen darauf gespeicherten Programmcode oder einen Programmalgorithmus enthält, der, wenn er ausgeführt wird, den Controller über ein Computerprogramm veranlasst, die Schritte eines Verfahrens auszuführen.
  • Obwohl verschiedene beispielhafte Ausführungsformen offenbart worden sind, wird es für den Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, die einige der Vorteile der hier offenbarten Konzepte erreichen, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen. Für den Fachmann wird es offensichtlich sein, dass andere Komponenten, welche die gleichen Funktionen erfüllen, in geeigneter Weise ersetzt werden können. Es ist davon auszugehen, dass andere Ausführungsformen verwendet und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne dass vom Umfang der vorliegenden Erfindung abgewichen wird. Es ist zu erwähnen, dass Merkmale, die mit Bezug auf eine bestimmte Figur erklärt werden, mit Merkmalen anderer Figuren kombiniert werden können, auch in solchen, die nicht ausdrücklich erwähnt werden. Solche Änderungen des allgemeinen erfinderischen Konzepts sollen durch die beigefügten Ansprüche und ihre rechtlichen Äquivalente abgedeckt werden.

Claims (26)

  1. Oszillatorregelsystem, umfassend: eine Oszillatorstruktur, die so ausgelegt ist, dass sie um eine Achse oszilliert, wobei eine Winkelamplitude und eine Frequenz der Oszillatorstruktur eine nichtlineare Abhängigkeit aufweisen; eine Treiberschaltung (66), die so ausgelegt ist, dass sie ein Treibersignal zum Treiben einer Oszillation der Oszillatorstruktur erzeugt; eine Detektionsschaltung (61), die so ausgelegt ist, dass sie die Winkelamplitude und einen Phasenfehler der Oszillatorstruktur misst; eine äußere Regelschleife umfassend einen Amplitudenregler (51), der so ausgelegt ist, dass er eine Referenzoszillatorperiode basierend auf der gemessenen Winkelamplitude erzeugt; und eine innere Regelschleife umfassend einen Perioden- und Phasenregler (52), der so ausgelegt ist, dass er die Referenzoszillatorperiode von der äußeren Regelschleife und den gemessenen Phasenfehler von der Detektionsschaltung (61) empfängt, mindestens einen Regelparameter des Treibersignals basierend auf der Referenzoszillatorperiode und dem gemessenen Phasenfehler erzeugt und eine Treiberperiode des Treibersignals basierend auf der Referenzoszillatorperiode und dem gemessenen Phasenfehler bestimmt, wobei die Treiberschaltung (66) so ausgelegt ist, dass sie das Treibersignal basierend auf dem mindestens einen Regelparameter des Treibersignals und der Treiberperiode erzeugt.
  2. Oszillatorregelsystem nach Anspruch 1, wobei: der äußere Regelkreis ferner einen Amplitudenfehlergenerator (64) umfasst, der so ausgelegt ist, dass er die gemessene Winkelamplitude und eine Referenzwinkelamplitude empfängt und eine Amplitudenfehlermessung basierend auf einer Differenz zwischen der gemessenen Winkelamplitude und der Referenzwinkelamplitude erzeugt, und der Amplitudenregler (51) so ausgelegt ist, dass er die Amplitudenfehlermessung empfängt und die Referenzoszillatorperiode basierend auf der Amplitudenfehlermessung erzeugt.
  3. Oszillatorregelsystem nach Anspruch 2, wobei der Amplitudenregler (51) so ausgelegt ist, dass er die Referenzoszillatorperiode basierend auf der Amplitudenfehlermessung erzeugt, so dass die Amplitudenfehlermessung im Durchschnitt Null wird, während die Oszillatorstruktur oszilliert.
  4. Oszillatorregelsystem nach Anspruch 2 oder 3, ferner umfassend: einen zusätzlichen Rückkopplungspfad, der mit einem Ausgang des Amplitudenfehlergenerators (64) gekoppelt und so ausgelegt ist, dass er die Amplitudenfehlermessung an den Perioden- und Phasenregler (52) überträgt, wobei der Perioden- und Phasenregler (52) so ausgelegt ist, dass er die Amplitudenfehlermessung, die Referenzoszillatorperiode und den gemessenen Phasenfehler empfängt und den mindestens einen Regelparameter des Treibersignals und die Treiberperiode basierend auf der empfangenen Amplitudenfehlermessung, der empfangenen Referenzoszillatorperiode und dem gemessenen Phasenfehler erzeugt.
  5. Oszillatorregelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: der Perioden- und Phasenregler (52) ausgelegt ist, eine Oszillatorperiode der Oszillatorstruktur zu schätzen, einen Oszillatorperiodenfehler basierend auf der geschätzten Oszillatorperiode und der Referenzoszillatorperiode zu bestimmen und die Treiberperiode und den mindestens einen Regelparameter des Treibersignals anzupassen, um sowohl den gemessenen Phasenfehler als auch den bestimmten Oszillatorperiodenfehler zu kompensieren, und der bestimmte Oszillatorperiodenfehler eine Differenz zwischen der geschätzten Oszillatorperiode und der Referenzoszillatorperiode ist.
  6. Oszillatorregelsystem nach Anspruch 5, wobei der Perioden- und Phasenregler (52) so ausgelegt ist, dass er die Oszillatorperiode der Oszillatorstruktur basierend auf dem gemessenen Phasenfehler, der Treiberperiode und einem zuvor gemessenen Phasenfehler schätzt.
  7. Oszillatorregelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: die innere Regelschleife ferner einen Phasenfehlergenerator (65) umfasst, der so ausgelegt ist, dass er eine Rauschmessung und den gemessenen Phasenfehler empfängt und einen summierten Phasenfehler aus der Amplitudenrauschmessung und dem gemessenen Phasenfehler erzeugt, und der Perioden- und Phasenregler (52) ausgelegt ist, die Treiberperiode des Treibersignals und den mindestens einen Regelparameter des Treibersignals basierend auf dem summierten Phasenfehler zu bestimmen, wobei der Perioden- und Phasenregler (52) die Treiberperiode und den mindestens einen Regelparameter des Treibersignals anpasst, um den summierten Phasenfehler zu kompensieren.
  8. Oszillatorregelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der gemessene Phasenfehler durch eine Zeitdifferenz zwischen einer gemessenen Zeit, bei der ein Nulldurchgang der Oszillatorstruktur auftritt, und einer erwarteten Zeit, bei der das Auftreten des Nulldurchgangs der Oszillatorstruktur erwartet wird, definiert ist.
  9. Oszillatorregelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Treiberperiode durch zwei aufeinanderfolgende erwartete Nulldurchgangszeiten der Oszillatorstruktur definiert ist.
  10. Oszillatorregelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Amplitudenregler (51) eine erste Regelbandbreite hat und der Perioden- und Phasenregler (52) eine zweite Regelbandbreite hat, die größer als die erste Regelbandbreite ist.
  11. Oszillatorregelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Regelparameter mindestens einen Spannungspegel des Treibersignals, ein Tastverhältnis des Treibersignals oder eine Referenzphase des Treibersignals enthält.
  12. Oszillatorregelsystem nach Anspruch 11, wobei das Treibersignal ein pulsbreitenmoduliertes (PWM-)Signal ist, das zwischen einem niedrigen Spannungspegel und einem hohen Spannungspegel umschaltet, die Treiberschaltung (66) so ausgelegt ist, dass sie zumindest eines von dem niedrigen Spannungspegel oder dem hohen Spannungspegel des Treibersignals basierend auf dem mindestens einen Regelparameter einstellt.
  13. Oszillatorregelsystem nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Treibersignal ein pulsbreitenmoduliertes (PWM-)Signal ist, das zwischen einem niedrigen Spannungspegel und einem hohen Spannungspegel umschaltet, die Treiberschaltung (66) so ausgelegt ist, dass sie zumindest eines von einer Einschaltzeit oder einer Ausschaltzeit des Treibersignals einstellt, wobei die Einschaltzeit einen Übergang von dem niedrigen Spannungspegel zu dem hohen Spannungspegel innerhalb der Treiberperiode definiert und die Ausschaltzeit einen Übergang von dem hohen Spannungspegel zu dem niedrigen Spannungspegel innerhalb der Treiberperiode definiert.
  14. Verfahren zum Regeln einer Oszillatorstruktur, die so ausgelegt ist, dass sie gemäß einem Treibersignal um eine Achse oszilliert, wobei eine Winkelamplitude und eine Frequenz der Oszillatorstruktur eine nichtlineare Abhängigkeit aufweisen, wobei das Verfahren umfasst: Messen der Winkelamplitude der Oszillatorstruktur; Messen des Phasenfehlers der Oszillatorstruktur; Erzeugen einer Referenzoszillatorperiode basierend auf der gemessenen Winkelamplitude; Erzeugen mindestens eines Regelparameters des Treibersignals basierend auf der Referenzoszillatorperiode und dem gemessenen Phasenfehler, einschließlich Anpassen des mindestens einen Regelparameters des Treibersignals, um den gemessenen Phasenfehler zu kompensieren; Bestimmen einer Treiberperiode des Treibersignals basierend auf der Referenzoszillatorperiode und dem gemessenen Phasenfehler, einschließlich Anpassen der Treiberperiode, um den gemessenen Phasenfehler zu kompensieren; und Erzeugung des Treibersignals basierend auf dem mindestens einen Regelparameter des Treibersignals und der Treiberperiode.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend: Erzeugen einer Amplitudenfehlermessung basierend auf einer Differenz zwischen der gemessenen Winkelamplitude und einer Referenzwinkelamplitude; und Erzeugung der Referenzoszillatorperiode basierend auf der Amplitudenfehlermessung.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Erzeugen der Amplitudenfehlermessung ein Erzeugen der Referenzoszillatorperiode basierend auf der Amplitudenfehlermessung beinhaltet, so dass die Amplitudenfehlermessung im Durchschnitt Null wird, während die Oszillatorstruktur oszilliert.
  17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, ferner umfassend: Erzeugen des mindestens einen Regelparameters des Treibersignals und der Treiberperiode basierend auf der Amplitudenfehlermessung, der Referenzoszillatorperiode und dem gemessenen Phasenfehler, wobei die Amplitudenfehlermessung und die Referenzoszillatorperiode als getrennte Eingaben zum Erzeugen des mindestens einen Regelparameters und zum Bestimmen der Treiberperiode verwendet werden.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, ferner umfassend: Erzeugen eines summierten Phasenfehlers aus einer Rauschmessung und dem gemessenen Phasenfehler, wobei das Bestimmen der Treiberperiode des Treibersignals ein Bestimmen der Treiberperiode des Treibersignals basierend auf dem summierten Phasenfehler beinhaltet, einschließlich Anpassen der Treiberperiode, um den summierten Phasenfehler zu kompensieren, und wobei das Erzeugen des mindestens einen Regelparameters ein Erzeugen des mindestens einen Regelparameters basierend auf dem summierten Phasenfehler beinhaltet, einschließlich Anpassen des mindestens einen Regelparameters zur Kompensation des summierten Phasenfehlers.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei der gemessene Phasenfehler durch eine Zeitdifferenz zwischen einer gemessenen Zeit, bei der ein Nulldurchgang der Oszillatorstruktur auftritt, und einer erwarteten Zeit, bei der das Auftreten des Nulldurchgangs der Oszillatorstruktur erwartet wird, definiert ist.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, wobei die Treiberperiode durch zwei aufeinanderfolgende erwartete Nulldurchgangszeiten der Oszillatorstruktur definiert ist.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, wobei der mindestens eine Regelparameter mindestens einen Spannungspegel des Treibersignals, ein Tastverhältnis des Treibersignals oder eine Referenzphase des Treibersignals beinhaltet.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Treibersignal ein pulsbreitenmoduliertes (PWM-)Signal ist, das zwischen einem niedrigen Spannungspegel und einem hohen Spannungspegel umschaltet, wobei das Verfahren ferner umfasst: Einstellen mindestens eines von dem niedrigen Spannungspegel oder dem hohen Spannungspegel des Treibersignals basierend auf dem mindestens einen Regelparameter.
  23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, wobei das Treibersignal ein pulsbreitenmoduliertes (PWM-)Signal ist, das zwischen einem niedrigen Spannungspegel und einem hohen Spannungspegel umschaltet, wobei das Verfahren ferner umfasst: Einstellen mindestens eines von einer Einschaltzeit oder einer Ausschaltzeit des Treibersignals, wobei die Einschaltzeit einen Übergang von dem niedrigen Spannungspegel zu dem hohen Spannungspegel innerhalb der Treiberperiode definiert und die Ausschaltzeit einen Übergang von dem hohen Spannungspegel zu dem niedrigen Spannungspegel innerhalb der Treiberperiode definiert.
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 23, ferner umfassend: Bestimmen einer geschätzten Oszillatorperiode der Oszillatorstruktur; Bestimmen eines Oszillatorperiodenfehlers als eine Differenz zwischen der geschätzten Oszillatorperiode und der Referenzoszillatorperiode; Erzeugen des mindestens einen Regelparameters des Treibersignals basierend auf dem bestimmten Oszillatorperiodenfehler und dem gemessenen Phasenfehler; und Bestimmen der Treiberperiode des Treibersignals basierend auf dem bestimmten Oszillatorperiodenfehler und dem gemessenen Phasenfehler.
  25. LIDAR (Light Detection and Ranging)-Regelsystem, umfassend: einen MEMS (mikroelektromechanisches System)-Spiegel (12), der so ausgelegt ist, dass er um eine Achse (13) oszilliert, wobei eine Winkelamplitude und eine Frequenz des MEMS-Spiegels (12) eine nichtlineare Abhängigkeit aufweisen; eine Treiberschaltung (66), die so ausgelegt ist, dass sie ein Treibersignal zum Treiben einer Oszillation des MEMS-Spiegels (12) erzeugt; eine Detektionsschaltung (61), die so ausgelegt ist, dass sie die Winkelamplitude und einen Phasenfehler des MEMS-Spiegels (12) misst; eine äußere Regelschleife umfassend einen Amplitudenregler (51), der so ausgelegt ist, dass er eine Referenzspiegelperiode basierend auf der gemessenen Winkelamplitude erzeugt; und eine innere Regelschleife umfassend einen Perioden- und Phasenregler (52), der so ausgelegt ist, dass er die Referenzspiegelperiode von der äußeren Regelschleife und den gemessenen Phasenfehler von der Detektionsschaltung (61) empfängt, mindestens einen Regelparameter des Treibersignals basierend auf der Referenzspiegelperiode und dem gemessenen Phasenfehler erzeugt und eine Treiberperiode des Treibersignals basierend auf der Referenzspiegelperiode und dem gemessenen Phasenfehler bestimmt, wobei die Treiberschaltung (66) so ausgelegt ist, dass sie das Treibersignal basierend auf dem mindestens einen Regelparameter des Treibersignals und der Treiberperiode erzeugt.
  26. LIDAR-Regelsystem nach Anspruch 25, wobei der Perioden- und Phasenregler (52) ausgelegt ist: eine geschätzte Oszillatorperiode des MEMS-Spiegels (12) zu bestimmen, einen Oszillatorperiodenfehler als Differenz zwischen der geschätzten Oszillatorperiode und der Referenzoszillatorperiode zu bestimmen, den mindestens einen Regelparameter des Treibersignals basierend auf dem bestimmten Oszillatorperiodenfehler und dem gemessenen Phasenfehler zu erzeugen, und die Treiberperiode des Treibersignals basierend auf dem bestimmten Oszillatorperiodenfehler und dem gemessenen Phasenfehler zu bestimmen.
DE102021100872.7A 2020-01-22 2021-01-18 Regelstruktur für oszillatoren mit nichtlinearem frequenzgang Pending DE102021100872A1 (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022133117A1 (de) 2022-12-13 2024-06-13 OQmented GmbH Verfahren und vorrichtung zum regeln eines antriebs eines mehrachsigen mikroscannersystems sowie mikroscannersystem
DE102023200798A1 (de) 2023-02-01 2024-08-01 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zum Abschätzen eines Transmissionsverlusts an einem optischen Element, insbesondere einer Front- bzw. Schutzscheibe, einer LiDAR Scanvorrichtung und LiDAR Scanvorrichtung

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11368658B2 (en) * 2020-06-15 2022-06-21 Microsoft Technology Licensing, Llc Amplitude and biphase control of MEMS scanning device
US11768367B2 (en) 2020-08-24 2023-09-26 Beijing Voyager Technology Co., Ltd. Structures for piezoelectric actuator to increase displacement and maintain stiffness
US20220057514A1 (en) * 2020-08-24 2022-02-24 Beijing Voyager Technology Co., Ltd. Mirror assembly for light steering
CN114307768B (zh) * 2022-03-15 2022-05-27 杭州电子科技大学 一种热电耦合的柔性振荡器及其驱动方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5444639A (en) * 1993-09-07 1995-08-22 Rockwell International Corporation Angular rate sensing system and method, with digital synthesizer and variable-frequency oscillator
US5414741A (en) * 1993-10-14 1995-05-09 Litton Systems, Inc. Low phase noise oscillator frequency control apparatus and method
DE102008055159A1 (de) 2008-12-29 2010-07-01 Robert Bosch Gmbh Adaptive Winkel- und Leistungsanpassung bei 3D-Mikrospiegel-Lidar
US9612433B2 (en) * 2015-05-21 2017-04-04 Microvision, Inc. Resonant system excitation power reduction using dynamic phase offset
US9759909B1 (en) * 2016-12-06 2017-09-12 Microvision, Inc. Scanning platforms for scanning laser devices
EP3704570A1 (de) * 2017-10-30 2020-09-09 Universität Stuttgart Vorrichtung und verfahren zur erzeugung mindestens einer zufallszahl, verwendung eines optischen parametrischen oszillators
JP6753449B2 (ja) * 2017-11-24 2020-09-09 株式会社村田製作所 走査反射器システム
US11150331B2 (en) * 2018-07-06 2021-10-19 Infineon Technologies Ag Detection and compensation of MEMS oscillating structure asymmetries and periodic jitters

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022133117A1 (de) 2022-12-13 2024-06-13 OQmented GmbH Verfahren und vorrichtung zum regeln eines antriebs eines mehrachsigen mikroscannersystems sowie mikroscannersystem
DE102023200798A1 (de) 2023-02-01 2024-08-01 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zum Abschätzen eines Transmissionsverlusts an einem optischen Element, insbesondere einer Front- bzw. Schutzscheibe, einer LiDAR Scanvorrichtung und LiDAR Scanvorrichtung

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