TW201617642A - 固態光達電路 - Google Patents

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Abstract

一種具有液晶(LC)層以供光束轉向的固態光子電路。該LC層可提供藉由控制對該液晶施加電壓來調節波導陣列。施加電壓至該液晶可受到控制,用以施行具有根據該波導陣列各者中的不同調節之光信號的光束轉向。該等波導被設置於基板中,該基板具有具開口的氧化物或其他絕緣層。該氧化物層中的開口暴露該波導陣列的路徑的一部分。該等波導透過該氧化物開口被暴露至該液晶,其容許對該液晶的電壓改變調節該等波導中的光信號。

Description

固態光達電路
本發明的實施例一般關於光學裝置,且較具體而言關於光達(光偵測及測距,LIDAR)裝置。
版權聲明/許可
此專利文獻的揭示的部分可能含有受到版權保護的資料。該版權擁有者因為其出現於專利及商標局專利檔案或紀錄中而對該專利文獻或該專利揭示的任一者之複製沒有異議,但在其他方面保留所有任何的版權。該版權聲明適用於以下所述的所有資料、和於此的隨附圖式中、以及適用於以下所述的任何軟體:版權©2014,英特爾公司,保留所有權利。
對三維(3D)視訊或影像擷取的需要漸增,以及對物件追蹤或物件掃描的需要漸增。然而,3D成像的傳統方法具有顯著缺點。光達(光偵測及測距,LIDAR)系統目前非常昂貴,因為它們需要昂貴組件的精密組裝。額外地,因為傳統3D成像系統需要機械動作以 掃描視野,它們往往是笨重及耗電。
基本光達系統包括一或更多光源與光偵測器、將該(等)光束投射或掃描遍及受關注場景之上的手段、及處理與直譯該資料的控制系統。有可被應用於3D成像的不同技術。非基於雷射的方法根據立體或結構光,但它們消耗顯著電力以同時照亮整個場景,且在光線良好的條件中(諸如明亮的日光)作用不佳。超音波方法具有相對非常差的空間解析度。雷射光可被播送遍及視野,但接著受到許多缺點(電力被用來同時照亮整個場景而非被一次集中在一個點上,因此付出額外電力),而指向式雷射光需要轉向,其傳統上將仰賴精確機械部件。
100‧‧‧系統
110‧‧‧裝置
120‧‧‧光達
122‧‧‧基板
124‧‧‧光子
126‧‧‧絕緣層
128‧‧‧液晶
129‧‧‧玻璃
130‧‧‧目標物件
132‧‧‧光束形成光
200‧‧‧系統
210‧‧‧雷射
212‧‧‧分接點
214‧‧‧分接點
220‧‧‧調變器
230‧‧‧分光器
232‧‧‧路徑
240‧‧‧調節器
242‧‧‧控制邏輯
250‧‧‧耦合器
262‧‧‧局部偵測器
264‧‧‧局部偵測器
266‧‧‧局部偵測器
300‧‧‧電路
310‧‧‧SOI基板
320‧‧‧氧化物層
332‧‧‧矽波導
334‧‧‧耦合器
340‧‧‧氧化物
342‧‧‧開口
350‧‧‧雷射
360‧‧‧液晶
362‧‧‧密封件
370‧‧‧玻璃
382‧‧‧電極
384‧‧‧電極
400‧‧‧電路
410‧‧‧SOI基板
420‧‧‧氧化物層
432‧‧‧矽波導
434‧‧‧耦合器
436‧‧‧氮化物
438‧‧‧鏡面
440‧‧‧氧化物
442‧‧‧開口
450‧‧‧雷射
460‧‧‧液晶
462‧‧‧密封件
470‧‧‧玻璃
482‧‧‧電極
484‧‧‧電極
502‧‧‧電路
504‧‧‧電路
510‧‧‧SOI基板
520‧‧‧氧化物
532‧‧‧波導
540‧‧‧氧化物
552‧‧‧稜鏡
554‧‧‧稜鏡
560‧‧‧液晶
562‧‧‧密封件
570‧‧‧玻璃
582‧‧‧電極
584‧‧‧電極
610‧‧‧圖
612‧‧‧瓣
614‧‧‧雜訊抑制
620‧‧‧圖
622‧‧‧瓣
624‧‧‧雜訊抑制
700‧‧‧程序
800‧‧‧系統
810‧‧‧匯流排
820‧‧‧處理器
830‧‧‧記憶體子系統
832‧‧‧記憶體裝置
834‧‧‧記憶體控制器
836‧‧‧作業系統
838‧‧‧其他指令
840‧‧‧輸入/輸出介面
850‧‧‧網路介面
860‧‧‧內部大量儲存裝置
862‧‧‧資料
870‧‧‧周邊介面
880‧‧‧固態光達
900‧‧‧裝置
910‧‧‧處理器
920‧‧‧音訊子系統
930‧‧‧顯示子系統
932‧‧‧顯示介面
940‧‧‧I/O控制器
950‧‧‧電源管理
960‧‧‧記憶體子系統
962‧‧‧記憶體裝置
964‧‧‧記憶體控制器
970‧‧‧連接
972‧‧‧蜂巢式連接
974‧‧‧無線連接
980‧‧‧周邊連接
982‧‧‧出
984‧‧‧入
990‧‧‧固態光達
下列說明包括討論具有藉由本發明實施例的實施方式之實例所提供的例示之圖。該等圖式應藉由實例加以理解,而非藉由限制。如此處所使用,對一或更多「實施例」的參照將被理解為描述本發明的至少一個實施方式中所含括的特定特徵、結構、及/或特性。因此,此處出現的諸如「在一個實施例中」或「在替代實施例中」的詞語描述本發明的各種實施例及實施方式,且不必然皆意指相同實施例。然而,它們也不必然互斥。
第1圖為具整合式固態光達電路的系統的實施例之方塊圖。
第2圖為整合式固態光達電路的俯視圖的實施例之方 塊圖。
第3A-3B圖為整合式固態光達電路的橫剖面的實施例之方塊圖。
第4圖為具有鏡耦合器的光達電路的實施例之方塊圖。
第5A圖為具有斜角鏡面的光達電路的實施例之方塊圖。
第5B圖為具有斜角鏡面的光達電路的另一實施例之方塊圖。
第6圖為以固態光達電路所形成的信號光束的實施例之圖示。
第7圖為以固態光達電路成像的程序的實施例之流程圖。
第8圖為在其中固態光達電路可被實施的運算系統的實施例之方塊圖。
第9圖為在其中固態光達電路可被實施的行動裝置的實施例之方塊圖。
某些細節及實施方式的說明接在之後,包括該等圖的說明,其可描繪下列所述實施例的一些或全部,以及討論此處呈現的發明概念的其他潛在實施例或實施方式。
【發明內容及實施方式】
如此處所述,固態光子電路包括被設置於半導體或者絕緣層中的波導陣列、及選擇性相鄰於該等波導 的液晶(LC)層(其可在矽光子被使用時特別是矽基液晶(LCOS))。該等波導具有相鄰絕緣層(例如,氧化物),此處該絕緣層具有開口以暴露該LC層的該波導陣列。該LC層可提供藉由控制對該液晶施加電壓來調節該波導陣列。施加至該LCOS的電壓可個別調節所有波導。施加不同電壓至該LCOS可產生相位偏移以將通過該等波導的雷射光束轉向。在一個實施例中,該絕緣層中的開口暴露或多或少的不同波導以產生對各個不同波導的不同相位偏移效果。
使用固態光子容許半導體基板中的光子組件被整合(例如,矽基板中的矽基光子)。該等光子組件可包括用以將光路由的波導及組合器、致能相位陣列以供光束形成的被動元件、用以將垂直於光子基板的光重定向的一或更多耦合器,且可包括雷射、調變器、及/或偵測器。在一個實施例中,該半導體光子為矽基,其容許使用標準矽光子發射器晶圓。該標準矽光子處理可被延伸以處理液晶至該等矽光子上。該LC致能折射率中的電壓依賴改變,其可致能x及y兩者光束轉向或光束形成。
基本光達矽統包括一或更多雷射源與光偵測器、將該(等)光束掃描遍及受關注場景或目標之上的手段、及處理該所觀察資料的控制邏輯。在一個實施例中,使用以LC或LCOS處理所延伸的光子處理可使光達引擎能夠整合於單一晶片上,相容於晶圓級製造技術。該等光源及偵測器(例如,雷射及光偵測器(PD))可被產生 於相同晶片上,或耦合至該固態光達引擎。在兩者的情況中,該固態光達引擎提供沒有移動部件的光達引擎,且其可在比傳統光達引擎低很多的成本下被製造。額外地,使用半導體處理技術容許該裝置為低功率且具有比傳統可得者小很多的形狀因子。額外地,生成的光達電路不需要傳統精密機械部件,其不僅增加成本,也受到振動及其他環境干擾。此外,該固態光達將不需要對封裝的氣密式密封,其在傳統上為必要以避免灰塵和濕氣堵塞該光達系統的機械裝置。
功率及大小的降低結合可靠性的改善(降低對環境因子的敏感度)可增加3D成像的應用。如此處所述藉由固態光達的3D成像可改善用於遊戲及影像辨識的功能。額外地,3D成像可對下列應用而言較健全:用於3D列印的物件複製、用於建築或室內設計的室內地圖、自動駕駛或其他自動機器人移動、改善的生物特徵成像、及其他應用。在一個實施例中,此處所述的固態光達可與慣性測量電路或單元結合以容許場景的高解析度3D成像。此種結合裝置將顯著改善傳統光達系統的低解析度。傳統光達系統的低解析度是由於光柵掃描一連串分離的點,其降低空間解析度。
將被理解的是,有不同類型的光達,包括時差測距(time-of-flight,TOF)及調頻連續波(FMCW)。TOF光達仰賴於量測發射脈衝與接收脈衝間的時間延遲,且因此適於長程應用。針對較短程應用,高 速電子提供較好的成像。在FMCW系統中,雷射波長可在鋸齒波形中被掃描。反射光束被接收且與該光達系統(該光達引擎及偵測器)中的參考光束進行干涉。該拍信號提供該二個光束間的頻差,其可被轉換至時間且因此轉換至物件的距離。因此,提出一種提供卓越性能的可調節雷射。
為了完成光達系統,產生可轉向光的光達引擎與一或更多光偵測器結合以接收該反射光。在一個實施例中,偵測器與該光達引擎電路整合。在一個實施例中,雷射也與該光達引擎電路整合。該偵測器可為分離式光偵測器或者以相同於混合式雷射的程序製做的混合式光偵測器,其可隨著半導體光子處理的一部份加以製做。該接收器的架構取決於光達的類型(例如,TOF或FMCW)。
第1圖為具整合式固態光達電路的系統的實施例之方塊圖。系統100表示在其中固態光達(其也可被稱為光達引擎電路或光達電路)可被用來提供3D成像的任何系統。裝置110包括光達120以施行目標物件130的成像。目標物件130可為將被成像的任何物件或場景(例如,有背景的物件、或物件群)。裝置110藉由送出光束形成光132(光信號)及處理來自該光信號的反射來產生物件130的3D影像。
裝置110表示任何運算裝置、手持式電子裝置、靜止裝置、遊戲系統、列印系統、機器人系統、或可使用3D成像的其他類型的裝置。裝置110可具有被整合 至裝置110中的光達120(例如,光達120被整合至共用半導體基板上作為裝置110的電子裝置)、或者被安裝或設置於裝置110上或中的光達120。光達120可為電路及/或獨立裝置。光達120產生光束形成光132。在一個實施例中,光達120也處理從光束形成光132所收集的資料。
第1圖包括在已旋轉插圖中的光達120的特寫的一個實施例。傳統光達實施方式需要機械部件來將所產生的光轉向。光達120可在沒有移動部件的情況下將光轉向。將被理解的是,該插圖中所示的元件的尺寸不必然依比例。光達120包括基板122,其為在其中或在其上光子124被整合的矽基板或其他基板。在一個實施例中,基板122為矽基基板。在一個實施例中,基板122為第III-V族基板。在一個實施例中,基板122為絕緣層基板。光子包括至少波導陣列以從來源(例如,雷射、未具體顯示)傳遞光至耦合器,該耦合器可輸出該光作為光束形成光132。
絕緣層126包括波導陣列及/或其他光子124之上的開口(在系統100中未看見)以選擇性提供光子124與LC 128間的界面。在一個實施例中,絕緣層126為氧化物層(數個不同氧化物材料的任一者)。在一個實施例中,絕緣層126可為氮化物層。在一個實施例中,絕緣層126可為另一介電材料。LC 128可改變光子124中的波導的折射率。絕緣層126中的開口引入相位差於該波 導陣列的各種光路徑中,其將造成多個不同相位的光信號從單一光源被產生。在一個實施例中,絕緣層126中的開口被成形以引入跨越光子124中的波導陣列中的各種波導之相位斜波。例如,直接在該等波導(此處有不同量的各個波導被暴露至LC 128)之上的開口,其可改變該LC將影響各個波導路徑的相位的量。
將被理解的是,絕緣層126中的形狀可改變各個波導路徑的多少被暴露至LC 128。因此,施加單一電壓位準至LC 128可導致在所有波導路徑的不同相位影響。此種方法被對比於具有用於各個不同波導的不同邏輯元件以造成跨越該波導陣列的相位改變之傳統方法。施加至LC 128的單一電壓中的差異(例如,施加一個電壓位準經過一段時間,且接著施加不同電壓位準)可動態改變及轉向從光達120所發射的光。因此,光達120可將藉由改變施加電壓至該LCOS所發射的光轉向,其可轉而改變各個波導路徑上發生的相位影響。因此,光達120可在沒有使用機械部件的情況下將該光束轉向。光束形成光132通過絕緣層126、LC 128、及諸如玻璃129的蓋層。該玻璃層僅為實例,且可由在受關注波長是光學透明的塑膠材料或其他材料替換。在該插圖中表示光束形成光132的傾斜的箭號意圖示出的是,該光的相位可在無須機械引導該光的情況下被改變以達成對該光的光束形成或轉向影響。
第2圖為整合式固態光達電路的俯視圖的實施例之方塊圖。系統200表示包括固態光達電路的元件, 其可為第1圖中的光達120的一個實例。在一個實施例中,系統200包括不必然為光達電路的每個實施方式一部份的元件。系統200包括雷射210,其可與該光達電路分離。
雷射210為用於系統200的光源。在一個實施例中,雷射210可被整合於與該光達相同的電路上。雷射210可被直接整合於包括該等光子組件的相同基板上。此種實施方式可提供整裝式可轉向雷射。雷射210也可被結合於多晶片封裝或系統晶片配置中,此處雷射210為被結合於封裝中及/或在相同於該等光子的基板上的個別晶粒。雷射210也可被含括作為與該等光達光子分離的晶片(晶片外)。
在一個實施例中,系統200包括調變器220。若雷射210為啁啾式(chirped)雷射設計,調變器220為非必要。啁啾式雷射可提供直接進入所產生的光的調變。例如,調頻連續波(FMCW)雷射為啁啾式,且不需要該光信號的外部調變。在一個實施例中,調變器220可提供對該雷射信號的振幅調變。該振幅調變可被添加至例如脈衝式雷射。在一個實施例中,系統200使該雷射信號脈衝至遠場(至該目標)且偵測器將回波計時。其他測距實施方式是可能的。在一個實施例中,調變器220為一種環式調變器,其可脈衝該輸出以供時差測距(TOF)操作或者以時差測距或FMCW模式加以編碼來避免來自附近的其他光源的干涉。
系統200包括分光器230,其為一種將來自雷射210的光源分離進入N個通道(諸如8或16)的機制。該N個通道由波導0至[N-1](WG[0]至WG[N-1])所示出。該N個通道或波導為此處所稱的波導陣列。N可為將提供適當解析度給該光達的任何數量的通道,且通常將為二進制數字。將被理解的是,有許多不同方式來分離光學信號。分光器230可因此在不同實施方式之間變化。在一個實施例中,分光器230為或包括多模式干涉(MMI)耦合器。在一個實施例中,分光器230為或包括星形耦合器。
從分光器230,該光信號沿著路徑232被載送通過該波導陣列,路徑232為從分光器230至耦合器250的路徑。耦合器250容許系統200從各種通道發射該光。在一個實施例中,路徑232包括直角彎曲以路由該等波導至耦合器250。該等直角彎曲容許該波導陣列間的間距被引入。該間距可容許該等波導相對於彼此間的相位偏移被引入。該等相位移或相位偏移提供該雷射信號中的相位差,其致能所發射波前中的光束形成及光束轉向。在一個實施例中,有可能引入間距差於分光器230中,或在系統200中以某一其他方式;因此,該波導陣列中的直角彎曲可能在一個實施例中不需要。
路徑232透過調節器240通過該波導陣列。調節器240表示系統200中引入相對相位偏移於該陣列的各種波導中的機制。在實施例中,調節器240包括在相鄰 於該光達的該等光子組件的氧化物層(或其他絕緣體層或絕緣層,此處氧化物被使用作為非限制性實例)中的開口。該氧化物中的該開口暴露該等波導通道至相鄰於該氧化物層的LCOS層(或其他LC層,此處LCOS層被使用作為非限制性實例)的液晶。在一個實施例中,該開口可為三角形以暴露該等通道至愈來愈多的該液晶以產生跨越該等通道的線性相位偏移。例如,假設調節器240的三角形為該氧化物中的開口的形狀,WG[0]被暴露至比WG[1]更少的該液晶,因為WG[0]比WG[1]更靠近該三角形的頂點。比起WG[2],也有更少的WG[1]暴露至更少的該液晶(未明確顯示),諸如此類從一個相鄰波導至另一個直到WG[N-1],其為最多被暴露至該液晶。WG[N-1]被顯示為位於最接近所示三角形的底邊。根據被施加至該液晶的電壓,將有從WG[0]至WG[N-1]的線性相位偏移。因此,該液晶可當作用於所有通道的單一調節器,其從一側到一側將該發射光束轉向。
將被理解的是,不是使用該氧化中的開口及被施加至液晶層的電壓,而是系統200可包括控制邏輯以個別地引入延遲信號至各個波導。此種調節機制將需要較多電力且將需要比該LCOS調節機制顯著更多的邏輯。將被理解的是,該氧化物層中的開口無須匹配所顯示者,但可為正三角形、或可為梯形或其他形狀。也可有的配置是,該等相位偏移從該波導陣列的一側至另一側為非線性,但不同形狀的開口可被用來引入其他延遲進入該波 導。例如,開口可被形成以暴露該陣列中間的波導至最少量的液晶,且為以其他方式引入不同延遲至不同波導的複雜形狀。儘管所討論的原則將對此種配置而言相同,系統200的圖示提供比此種複雜氧化物開口圖案更簡單的解決方案。
控制邏輯242表示系統200中可控制來自該波導陣列的光的光束形成的邏輯。在一個實施例中,系統200包括控制邏輯,其與LCOS層互動以引入該等波導中的相位偏移。在一個實施例中,系統200包括控制邏輯以與該等波導互動來引入該相位偏移。在一個實施例中,系統200包括控制邏輯以與耦合器250互動來控制光從系統200的發射。在一個實施例中,系統200包括控制邏輯以在引入所需相位偏移以前對準各種波導中的信號。例如,分光器230及/或路徑232可引入不同延遲進入該等波導信號,相對於彼此。此種延遲正常將被視為在光子電路的操作容限內。然而,為了控制該等信號的光束形成之目的而小心控制該相位延遲,系統200可補償及/或考量被引入進入該等波導的其他延遲或相位偏移。因此,調節可開始於所有通道具有均勻相位,以便較精密引入所需相位延遲。替代地,調節器240的形狀或操作可補償由系統200中的光子的架構所引入的預期相位延遲。
在一個實施例中,系統200可提供X及Y光束轉向兩者,相對於系統200中所示的軸。如所述的相位陣列(此處相位偏移被引入進入該陣列的不同波導)可提 供x軸光束轉向。在一個實施例中,系統200包括一或更多機制以對來自耦合器250的光的輸出引入可變折射率,其可引入y軸光束轉向。
該光或雷射信號被耦合器250從系統200輸出。來自耦合器250的信號的傳遞方向將通常為從系統200中所示配置直接離開頁面對著讀者。該光信號被送至該目標以造成遠場干涉。光將在與該遠場干涉以後被反射隨著散射光回到系統200。將被理解的是,完整光達系統將包括一或更多偵測器(例如,光偵測器)以接收在該遠場中進行干涉的該反射光。該等接收器或偵測器接著送出信號至處理器或控制邏輯以直譯該等信號。在一個實施例中,系統200包括晶片上的偵測器與其他光達光子組件。此種偵測器未被明確顯示。該等偵測器可替代地在晶片外。
在一個實施例中,系統200包括一或更多局部偵測器262、264、及266以提供可被該處理硬體用來處理或直譯該等接收信號的干涉信號。偵測器262、264、及266可被稱為監測偵測器,其提供干涉資訊給該處理硬體。在一個實施例中,偵測器262、264、及/或266的一或更多者被整合於在該等波導的相同半導體基板上。在一個實施例中,系統200包括光偵測器(PD)262,其在分接頭212關閉該雷射源以提供參考給所產生的原始信號。PD 262可在與雷射210相同的晶片上,但不必然位於與雷射210相同的基板上。在一個實施例中, 系統200包括PD 264,其在調變器220後的分接頭214關閉。將被理解的是,取決於何類型的雷射210被使用,調變器可能不需要,其可使分接頭212及分接頭214等效。在分接頭214與分接頭212在光學上不同的實施例中,PD 264可提供參考信號以指出在分光器230所接收的已調變信號。PD 264可提供它的資訊給該處理硬體。在一個實施例中,系統200包括一或更多PD 266,其可關閉將被送出至耦合器250的相位偏移信號。在一個實施例中,可能有N個PD 266,一個用於一個波導。在另一實施例中,可能有少於N個PD,且該處理硬體可從被提供的參考信號內插資訊。
第3A-3B圖為整合式固態光達電路的橫剖面的實施例之方塊圖。電路300表示固態光達引擎晶片的元件,且可為依據此處所述任何實施例的固態光達的實例。在一個實施例中,電路300根據如所示的矽光子電路,但在另一實施例中,其他半導體架構可被用來產生固態光達晶片。第3A圖示出該等光達引擎光子的橫剖面的實施例。第3B圖示出矽波導陣列的一部分的橫剖面的實施例。
電路300包括SOI(絕緣層上矽)基板310,其可被使用作為在其上處理矽光子的基板。氧化物層320可表示基板310的絕緣層。矽波導332可被處理進入基板310以耦合來自雷射350的光至耦合器334。在一個實施例中,雷射350被直接整合於基板310上(且可包括調變 器)。在一個實施例中,被示出為雷射350者表示一種來自晶片外雷射的雷射光被耦合進入電路300的區域。矽波導332表示該波導陣列,如此處所提到,且如第3B圖中較具體所示。
氧化物340表示相鄰於該等光子組件的氧化物層或包覆氧化物,且覆蓋電路300的矽光子。氧化物342包括開口342,其暴露波導332至液晶360。在第3B圖的橫剖面中,氧化物340未被顯示,因為該橫剖面是針對電路300的波導332未被氧化物340覆蓋但被暴露至液晶360的區域加以提供。在一個實施例中,液晶360為一種由被處理於基板310上的密封件362所圍繞的區域。在一個實施例中,此種處理為相較於用來產生該等矽或其他半導體光子組件而言不同的處理程序的一部份。該不同的處理程序甚至不必然在相同處理線或處理設施上被實行。玻璃370為用於電路300的蓋層,且表示一種對於受關注的該(等)波長在光學上透明的材料,意指經由耦合器334所發射的光的該(等)波長。
耦合器334表示一種耦合機制,其改變該光信號的方向,以發射行進通過波導332而離開通過玻璃370至該成像目標的該信號。在一個實施例中,耦合器334為光柵耦合器。在一個實施例中(如針對第4圖較詳細示出及描述),耦合器334為基於鏡面的耦合器。在一個實施例中,耦合器334表示耦合器陣列,正如同波導332表示波導陣列。可能有一個耦合器用於一個波導,或 將容許該相位延遲信號發射出電路的另一配置。將被理解的是,光柵為波長依賴。但藉由波長調節該雷射,系統300可將該光束轉向,即使藉由波長依賴光柵。
將被理解的是,液晶360需要二個電極以產生造成波導陣列332中的相位偏移的電壓。在一個實施例中,電極382位於液晶360與玻璃層370之間。在一個實施例中,電極384位於波導332與氧化物320之間。施加電壓於電極382與384之間可改變液晶360與波導332間的界面的折射率。在一個實施例中,電極382為氧化銦錫(ITO)材料。在一個實施例中,電極384為被沈積於氧化物320上的材料。在另一實施例中,系統300將液晶360直接偏壓至該波導,在此情況中電極384可表示波導332的摻雜。藉由調整對波導332旁的液晶360的電場,系統300可改變該相位延遲,其將會轉向/形成所發射光束的波前。接近波導332的電場可藉由施加電壓於該晶圓內的矽特徵(電極384)之間及/或施加電壓於該玻璃晶圓上的電極(電極382)上,而被改變。該相位改變可經由熱相位控制或根據自由載體效應而發生。
類似於針對系統200所述者,電路300可從場景產生3D資料而沒有使用機械光束轉向或播送照明。液晶360經由氧化物340中的開口342與波導332直接干涉。液晶360從分離進入波導陣列332的光信號產生信號的相位陣列。已覆蓋液晶360可藉由施加電壓來調節個別波導332中所提供之各個光束分量的折射率。該等波導轉 移信號的相位陣列至耦合器334(其也可被稱為發射器),以發送該等信號離開系統300。因此,該光信號可為從該電路或晶片所發射的已轉向光束且監測硬體(例如,光偵測器及處理硬體)可監測由被引入進入該光學信號的個別分量之相對相位所形成的遠場光束形狀。
電路300可提供超越傳統光達系統的數個優點。在一個實施例中,電路300可提供單晶片解決方案,完全整合於雷射及偵測器且藉由使用現有製造程序來批式製造。此種單晶片解決方案可提供在空間以及製造成本上的大量成本節省。傳統光達系統的主要成本在於許多光學及機械元件的複雜與精密裝配,其可藉由系統300的實施例加以消除。在一個實施例中,依據系統300的光達系統未包括任何移動部件,但可經由施加電壓至電極382及384(且因此至液晶360)來電氣式施行所有光束轉向。系統300也相較於傳統光達系統在內在是低電力,已知該轉向機制未包含任何馬達化,而是電壓被施加跨越固態電容器以改變該液晶中的電場。如以上所討論,改變該液晶中的電場可相位調整該光束在各個個別波導332中被轉移的分量。在一個實施例中,系統300可藉由以晶片上調變器(在300中未具體顯示,但可依據此處所述實施例加以含括)編碼該光束來降低該光達對於環境光或其他附近光達系統的敏感度。
第4圖為具有鏡耦合器的光達電路的實施例之方塊圖。電路400表示固態光達引擎晶片的元件,且可 為依據此處所述任何實施例的固態光達的實例。電路400包括耦合器434中的鏡面438,其為光柵耦合器的替代物。在其他方面,電路400的一個實施例與電路300相同。電路400包括SOI基板410及氧化物層420,其可提供用於矽光子的基板,類似於以上針對電路300所述。電路400也包括被處理進入基板410以耦合來自雷射450的光至耦合器434的矽波導432。電路300中的類似組件的以上說明等效應用至電路400的組件。
額外地,氧化物440表示具有開口442以暴露波導432至液晶460的包覆氧化物層。在一個實施例中,液晶460為一種由被處理於基板410上的密封件462所圍繞的區域。在一個實施例中,電路400包括電極482及484以施加電場至液晶460,類似於以上針對電路300所述。電路300中的類似組件的以上說明等效應用至電路400的組件。在一個實施例中,開口442為氧化物440中也可介接氮化物436的一部分的開口。將被理解的是,氮化物436被處理進入氧化物440以供鏡面438,且因此開口432可被視為該氧化物中的開口,儘管也有氮化物存在。
玻璃470為用於電路400的蓋層,且表示一種在受關注的該(等)波長在光學上透明的材料,意指經由耦合器434所發射的光的該(等)波長。耦合器434表示一種耦合機制,其改變該光信號的方向,以發射行進通過波導432而離開通過玻璃470至該成像目標的該信號。 耦合器434像是以上所討論的耦合器334對來自該雷射的光施行從入平面至出平面的重定向。耦合器434為基於鏡面的耦合器。在一個實施例中,耦合器434表示與波導陣列432介接的耦合器陣列。然而,藉由鏡面438,單一鏡面可對整個波導陣列施行信號重定向。鏡面438為一種表面,被處理至氧化物440上以產生將造成來自波導432的光的全反射(TIR)的折射角。在一個實施例中,鏡面438僅為氮化物436與氧化物440間的界面表面。在一個實施例中,鏡面438包括金屬或金屬性物質以產生該TIR。在一個實施例中,鏡面438為頻率無關,不像基於光柵的耦合器。因此,電路400可能以對可能被雷射450使用的雷射的任何可調頻率而言相同的性能來反射正交於該來源晶片的光。因此,電路450可提供比具有基於光柵的耦合器之比較電路更好的性能給FMCW光達系統。
第5A圖為具有斜角鏡面的光達電路的橫剖面的實施例之方塊圖。電路502包括表示依據此處所述任何實施例的光達電路。在一個實施例中,SOI基板510、氧化物520、波導532、氧化物540、液晶560、玻璃570、電極582、及電極584類似於以上針對電路300所述任何實施例的共用組件。除了以上所述以外,電路502示出延伸於玻璃570與電極582間的密封件562。具體而言,該密封層被示出為陰影以便在該圖式中較容易看見。類似於玻璃570,密封件562可能是對於將從電路502被發射的受關注的該等波長在光學上透明。
在一個實施例中,耦合器534為光柵耦合器,如所示。耦合器534可替代地為基於鏡面的耦合器,諸如以上針對電路400所示及所述。在一個實施例中,電路502包括在氧化物540中的一或更多稜鏡552。在此種實施例中,氧化物層540可被稱為上釉包覆層。稜鏡552在正交於波導532平面的平面中分散該來源光,諸如所示。在一個實施例中,稜鏡552使電路502能夠施行在x軸中的光束轉向(如電路200中所示)。稜鏡552也可被稱為斜角鏡面,其位於耦合器534之上、或相對於該耦合器座落以將耦合器534所發射的光分散。
第5B圖為具有斜角鏡面的光達電路的橫剖面的另一實施例之方塊圖。鑑於電路502示出該氧化物層中的稜鏡或斜角鏡面,電路504示出該液晶層中的稜鏡或斜角鏡面。在一個實施例中,SOI基板510、氧化物520、波導532、氧化物540、液晶560、玻璃570、電極582、及電極584類似於以上針對電路300所述任何實施例的共用組件。類似於電路502,電路504也示出延伸於玻璃570與電極582間的密封件562。
在一個實施例中,耦合器534為光柵耦合器,如所示。耦合器534可替代地為基於鏡面的耦合器,諸如以上針對電路400所示及所述。在一個實施例中,電路504包括在液晶560中的一或更多稜鏡554。在此種實施例中,液晶層560中的稜鏡554可藉由使用玻璃層570的結構化玻璃在LCOS處理中加以形成。類似於稜鏡 552,稜鏡554可在正交於波導532平面的平面中分散該來源光,諸如所示。稜鏡554可被稱為斜角鏡面,其位於耦合器534之上、或相對於該耦合器座落以將耦合器534所發射的光分散。在一個實施例中,電路502的稜鏡552可與電路504的稜鏡554結合。因此,光達電路可能以光柵耦合器或鏡耦合器與氧化物層、液晶層、或兩者上的斜角鏡面的任意組合加以配置。
第6圖為以固態光達電路所形成的信號光束的實施例之圖示。圖610及620示出從依據此處所述實施例的固態光達所發射的光束信號之範例遠場光束數據圖。圖610及620表示圖610可示出在波導陣列的所有通道同相位時的光束。圖620可示出在線性相位斜波被施加至該波導陣列的該等通道時的光束。縱軸表示以dB量測的相對功率,相對於主瓣(圖610的瓣612,及圖620的瓣622)。橫軸表示垂直於該陣列的軸,以度量測(由psi(ψ)顯示)。
在圖610中,瓣612是在大約零度。將被觀察到的是,其他瓣有大約14dB的雜訊抑制614或更多。在圖620中,辮622被偏移至大約-9度。較具體而言,圖620表示0.8π/通道(每一通道正0.8pi弧度)的相位斜波的一個實施例。-0.8π/通道(每一通道負0.8pi弧度)的相位斜波將為圖620的鏡像,而瓣622被偏移至大約+9度。將被觀察到的是,雜訊抑制被維持,如雜訊抑制624所示。因此,固態光達電路可達到大約18度的轉向,而 雜訊抑制為14dB或更高。
將被理解的是,該主瓣的偏移可藉由施加電壓於玻璃層與在其中該波導陣列被處理的半導體基板之間來加以完成。因此,電壓跨越液晶層而被產生,包括在相鄰於該波導陣列的一部分上(透過該包覆層中的開口)。在一個實施例中,一或更多稜鏡存在於該液晶與該包覆氧化物的界面、或於該液晶與該玻璃層的界面、或兩者。該光達引擎電路可調節該(等)稜鏡的折射率,且將發射至該目標的光轉向。
將被理解的是,該光達引擎電路的空間解析度將取決於該系統的設計。例如,圖610及620可應用至具大約16個通道(在系統200中N=16)的光達系統。針對N為大於16的實施例,較高解析度可達成。額外地,深度解析度可從個位數毫米解析度變化至幾十微米解析度,取決於所使用的雷射類型。
在一個實施例中,依據此處所述實施例的光達引擎電路需要僅僅三個類比電輸入:一個產生用於相位陣列的相位偏移、一個用於稜鏡調節、及一個用於接地。對比地,傳統光達系統需要更多類比輸入。例如,J.K.Doylend et al,Hybrid III/V silicon photonic source with integrated 1D free-space beam steering,Optics Letters 37(20),p.4257-9(2012)已顯示需要N+1個輸入(意指比通道的數量至少多一個輸入)的1D陣列。作為另一實例,J.Sun et al,Large-scale nanophotonic phased array,Nature 493,p.195-9(2013)已經顯示需要N^2個輸入的2D陣列。因此,該光達引擎電路的實施例可提供系統級複雜度的顯著簡化。
第7圖為以固態光達電路成像的程序的實施例之流程圖。用於3D成像的程序700的實施例可由依據此處所述任何實施例的固態光達引擎加以執行。光達系統產生來源雷射光信號,702。在一個實施例中,該雷射為被整合於相同光達引擎電路上的雷射,該光達引擎電路包括波導陣列及光束轉向機制。在一個實施例中,該雷射與該光達引擎在不同晶片。
在一個實施例中,該系統關閉該雷射源信號以供使用作為參考信號,704。在一個實施例中,該光達系統包括調變器以調變該來源光,706。在一個實施例中,該雷射為可調變該來源光的調變雷射。在一個實施例中,該系統關閉該已調變來源光信號以供使用作為參考信號,708。
該光達系統包括分光器以將該來源光分離進入多個通道,710。該系統沿著波導陣列的各個波導之波導路徑傳遞該多個通道的光。該波導路徑通過該等波導至光束轉向機制。在一個實施例中,該波導路徑通到該氧化物中的開口,712,其可暴露該等波導至液晶層,該液晶層可引入相位變化於該波導陣列的不同通道中。在一個實施例中,該系統可包括控制邏輯,其引入相位延遲於該波導陣列的波導中以將該光束轉向。
在一個實施例中,該系統決定施加什麼相位來將目前發射光光束轉向以供該3D成像,714。該系統可施加跨越該液晶層的電壓以動態調整在該波導陣列的不同波導中的光的相位及相位偏移,716。該等相位偏移形成從該光達電路所發射的光束。按順序施加不同電壓至該液晶可動態調整該等相位偏移及將該光束轉向。在一個實施例中,該系統施加相位調整至該陣列中的所有波導。在一個實施例中,除了一個以外的所有波導被調整。該系統經由該波導陣列傳遞該相位已調整光至耦合器,718。在一個實施例中,該系統關閉接近該耦合器的相位已調整光,720。該已關閉光可為參考信號以處理反射光。
該光達電路發送該光至該目標或成像場,722,且以一或更多偵測器擷取反射光,724。該等偵測器可在與該光達引擎相同的晶片上、或在不同晶片上。該系統處理該等已擷取光信號,例如藉由比較該已擷取光與一或更多參考信號,726。該等參考信號可為藉由關閉該來源雷射與該耦合器間的光信號所提供的信號。該系統可送出該資訊至施行該信號處理及產生該3D影像的處理器或處理邏輯,728。
在一個實施例中,該系統透過該波導陣列中的各種不同相位調整來將該光束轉向。因此,該系統可決定是否改變該光束形成或改變該波導陣列內的偏移以產生不同成像資訊,730。若該系統已經施行所有所需成像,則730否分支,該系統結束該3D成像程序。若該系統尚 未施行所有所需成像,則730是分支,該系統將再次決定使用什麼相位偏移以供目前光束轉向,714。
第8圖為在其中固態光達電路可被實施的運算系統的實施例之方塊圖。系統800表示依據此處所述任何實施例的運算裝置,且可為膝上型電腦、桌上型電腦、伺服器、遊戲或娛樂控制系統、掃描器、複印機、印表機、路由或切換裝置、或其他電子裝置。系統800包括處理器820,其提供處理、操作管理、及指令執行給系統800。處理器820可包括任何類型的微處理器、中央處理單元(CPU)、處理核心、或其他處理硬體以提供處理給系統800。處理器820控制系統800的總體操作,且可為或包括一或更多可程式化通用或專用微處理器、數位信號處理器(DSP)、可程式化控制器、應用特定積體電路(ASIC)、可程式化邏輯裝置(PLD)、或相似者、或此種裝置的組合。
記憶體子系統830表示系統800的主記憶體,且提供暫時儲存給將被處理器820執行的碼、或將被使用於執行例行程序中的資料值。記憶體子系統830可包括一或更多記憶體裝置,諸如唯讀記憶體(ROM)、快閃記憶體、一或更多各種隨機存取記憶體(RAM)、或其他記憶體裝置、或此種裝置的組合。記憶體子系統830除了其他事項以外儲存及代管作業系統(OS)836以提供軟體平台以供執行系統800中的指令。額外地,來自記憶體子系統830的其他指令838被儲存及執行以提供系統800的 邏輯及處理。OS 836及指令838被處理器820執行。記憶體子系統830包括記憶體裝置832,此處它儲存資料、指令、程式、或其他項目。在一個實施例中,記憶體子系統包括記憶體控制器834,其為記憶體控制器以產生及發出命令至記憶體裝置832。將被理解的是,記憶體控制器834可為處理器820的實體部份。
處理器820及記憶體子系統830被耦合至匯流排/匯流排系統810。匯流排810為一種表示被適當橋接器、轉接器、及/或控制器連接的任何一或更多個別實體匯流排、通訊線/介面、及/或點對點連接的抽象名稱。因此,匯流排810可包括例如下列的一或更多者:系統匯流排、周邊組件互連(PCI)匯流排、HyperTransport或工業標準架構(ISA)匯流排、小型電腦系統介面(SCSI)匯流排、通用序列匯流排(USB)、或電機電子工程師協會(IEEE)標準1394匯流排(通常稱為「Firewire」)。匯流排810的匯流排也可對應於網路介面850中的介面。
系統800也包括被耦合至匯流排810的一或更多輸入/輸出(I/O)介面840、網路介面850、一或更多內部大量儲存裝置860、及周邊介面870。I/O介面840可包括使用者透過其與系統800互動的一或更多介面組件(例如,視訊、音訊、及/或文數介接)。網路介面850提供系統800經由一或更多網路與遠端裝置(例如,伺服器、其他運算裝置)通訊的能力。網路介面850可包括乙太網路轉接器、無線互連組件、USB(通用序列匯流 排)、或其他有線或無線的基於標準或專有介面。
儲存器860可為或包括以非揮發性方式儲存大量資料的任何傳統媒體,諸如一或更多基於磁性、固態、或光學的磁碟、或組合。儲存器860保持碼或指令及資料862於永久狀態中(即,該值被保持,儘管對系統800的電力被中斷)。儲存器860可一般被視為「記憶體」,儘管記憶體830為用以提供指令至處理器820的執行或操作記憶體。鑑於儲存器860為非揮發性,記憶體830可包括揮發性記憶體(即,資料的值或狀態在對系統800的電力被中斷時為不確定)。
周邊介面870可包括以上未具體提到的任何硬體介面。周邊一般意指依附性連接至系統800的裝置。依附性連接為一種系統800提供在其上執行操作、且使用者與其互動的軟體及/或硬體平台的連接。
在一個實施例中,系統800包括固態光達880。在一個實施例中,光達880為一種包括一或更多晶片的系統,其容許該光達施行光信號的非機械性光束形成/轉向以施行3D成像。在一個實施例中,光達880可為與系統800的其他組件封裝在一起的單晶片。在一個實施例中,光達880送出成像資訊(其可包括參考信號)至處理器820以供處理。光達880可包括依據此處所述任何實施例的光達引擎電路,且致能系統800用於各種不同成像應用。
第9圖為在其中固態光達電路可被實施的行 動裝置的實施例之方塊圖。裝置900表示行動運算裝置,諸如運算平板、行動電話或智慧型手機、無線功能的電子書、穿戴式運算裝置、或其他行動裝置。將被理解的是,該等組件的某些被大體顯示,且非此種裝置的所有組件在裝置900中被顯示。
裝置900包括處理器910,其施行裝置900的主要處理操作。處理器910可包括一或更多實體裝置,諸如微處理器、應用處理器、微控制器、可程式化邏輯裝置、或其他處理手段。由處理器910所施行的處理操作包括執行在其上應用程式及/或裝置功能被執行的作業平台或作業系統。該等處理操作包括關於以人使用者或以其他裝置的I/O(輸入/輸出)的操作、關於電源管理的操作、及/或關於連接裝置900至另一裝置的操作。該等處理操作也可包括關於音訊I/O及/或顯示I/O的操作。
在一個實施例中,裝置900包括音訊子系統920,其表示關聯於提供音訊功能給該運算裝置的硬體(例如,音訊硬體及音訊電路)及軟體(例如,驅動器、編解碼器)組件。音訊功能可包括揚聲器及/或耳機輸出、以及麥克風輸入。用於此種功能的裝置可被整合進入裝置900、或連接至裝置900。在一個實施例中,使用者藉由提供被處理器910接收及處理的音訊命令來與裝置900互動。
顯示子系統930表示提供視覺及/或觸覺顯示給使用者來與該運算裝置互動的硬體(例如,顯示裝置) 及軟體(例如,驅動器)組件。顯示子系統930包括顯示介面932,其包括被用來提供顯示給使用者的特定螢幕或硬體裝置。在一個實施例中,顯示介面932包括與處理器910分離的邏輯以施行關於該顯示的至少一些處理。在一個實施例中,顯示子系統930包括提供輸出及輸入兩者給使用者的觸控螢幕裝置。
I/O控制器940表示關於與使用者互動的硬體裝置及軟體組件。I/O控制器940可操作以管理音訊子系統920及/或顯示子系統930的一部份的硬體。額外地,I/O控制器940示出連接點以供與裝置900連接的額外裝置,透過該等額外裝置使用者可與該系統互動。例如,可被附接至裝置900的裝置可包括麥克風裝置、揚聲器或立體聲系統、視訊系統或其他顯示裝置、鍵盤或小鍵盤裝置、或使用於特定應用(諸如讀卡機或其他裝置)的其他I/O裝置。
如以上所提到,I/O控制器940可與音訊子系統920及/或顯示子系統930互動。例如,透過麥克風或其他音訊裝置的輸入可提供輸入或命令給裝置900的一或更多應用或功能。額外地,音訊輸出可被提供,代替顯示輸出或除了顯示輸出以外。在另一實例中,若顯示子系統包括觸控螢幕,該顯示裝置也當作輸入裝置,其可至少部份被I/O控制器940管理。也可有額外的鈕或開關於裝置900上以提供被I/O控制器940管理的I/O功能。
在一個實施例中,I/O控制器940管理裝置, 諸如加速計、相機、光感測器或其他環境感測器、陀螺儀、全球定位系統(GPS)、或可被含括於裝置900中的其他硬體。該輸入可為直接使用者互動的一部份、以及提供環境輸入至該系統以影響其操作(諸如過濾噪音、調整顯示以供亮度偵測、施加閃光給相機、或其他特徵)。在一個實施例中,裝置900包括電源管理950,其管理電池電力使用、充電該電池、及關於省電操作的特徵。
記憶體子系統960包括用以儲存資訊於裝置900中的記憶體裝置962。記憶體子系統960可包括非揮發性(狀態在對該記憶體裝置的電力被中斷時未改變)及/或揮發性(狀態在對該記憶體裝置的電力被中斷時不確定)記憶體裝置。記憶體960可儲存應用程式資料、使用者資料、音樂、相片、文件、或其他資料、以及關於執行系統900的應用程式與功能的系統資料(無論長期或暫時)。在一個實施例中,記憶體子系統960包括記憶體控制器964(其也可被視為系統900的控制的一部份,且可潛在被視為處理器910的一部份)。記憶體控制器964包括排程器以產生及發出命令至記憶體裝置962。
連接970包括硬體裝置(例如,無線及/或有線連接器與通訊硬體)及軟體組件(例如,驅動器、協定堆疊)以使裝置900能夠與外部裝置通訊。該外部裝置可為個別裝置,諸如其他運算裝置、無線存取點或基地台、以及諸如耳機、印表機、或其他裝置的周邊裝置。
連接970可包括多個不同類型的連接。一概 而論,裝置900被示出具有蜂巢式連接972及無線連接974。蜂巢式連接972一般意指由無線電信業者所提供的蜂巢式網路連接,諸如經由GSM(全球行動通訊系統)或變型或衍生物、CDMA(分碼多工存取)或變型或衍生物、TDM(分時多工)或變型或衍生物、LTE(長期演進-也稱為「4G」)、或其他蜂巢式服務標準所提供。無線連接974意指不是蜂巢式的無線連接,且可包括個人區域網路(諸如藍芽)、區域網路(諸如WiFi)、及/或廣域網路(諸如WiMax)、或其他無線通訊。無線通訊意指透過使用已調變電磁輻射通過非固態媒體轉移資料。有線通訊透過固態通訊媒體而發生。
周邊連接980包括硬體介面及連接器、以及軟體組件(例如,驅動器、協定堆疊)以建造周邊連接。將被理解的是,裝置900可為對其他運算裝置的周邊裝置(「出」982)、以及具有被連接至它的周邊裝置(「入」984)兩者。裝置900通常具有「對接」連接器以連接至其他運算裝置而為了諸如管理(例如,下載及/或上傳、改變、同步化)裝置900上的內容。額外地,對接連接器可容許裝置900連接至容許裝置900控制被輸出至例如視聽或其他系統的內容的某些周邊裝置。
除了專有對接連接器或其他專有連接硬體以外,裝置900可經由基於一般或標準的連接器來建立周邊連接980。一般類型可包括通用序列匯流排(USB)連接器(其可包括數個不同硬體介面的任一者)、包括 MiniDisplayPort(MDP)的DisplayPort、高解析度多媒體介面(HDMI)、Firewire、或其他類型。
在一個實施例中,系統900包括固態光達990。在一個實施例中,光達990為一種包括一或更多晶片的系統,其容許該光達施行光信號的非機械性光束形成/轉向以施行3D成像。在一個實施例中,光達990可為與系統900的其他組件封裝在一起的單晶片。在一個實施例中,光達990送出成像資訊(其可包括參考信號)至處理器910以供處理。光達990可包括依據此處所述任何實施例的光達引擎電路,且致能系統900用於各種不同成像應用。
在一個態樣中,一種電路裝置包括:基板中的波導陣列,該等波導耦合至將光源分離進入該波導陣列的分光器;該基板上的絕緣層,該絕緣層具有開口以暴露該波導陣列的路徑的一部分;及液晶層,在該絕緣層上及在被該絕緣層中的該開口暴露之該波導陣列的該路徑的該部分上,其中施加電壓至該液晶改變被該絕緣層中的該開口暴露之該波導陣列中的所有波導的相對相位。
在一個實施例中,該基板包含矽基板。在一個實施例中,該絕緣層包含氧化物層。在一個實施例中,該液晶層包含矽基液晶(LCOS)層。在一個實施例中,該開口包含跨越該波導陣列的三角形開口,此處該三角形開口具有其頂點最接近一個波導,且該三角形暴露較多的各個隨後相鄰波導以提供跨越該波導陣列的漸增相位偏 移。在一個實施例中,該電路裝置進一步包含:整合於該基板中的耦合器以從該波導陣列接收光及經由該液晶層耦合該光。在一個實施例中,該耦合器包含光柵耦合器。在一個實施例中,該耦合器包含鏡耦合器。在一個實施例中,該電路裝置進一步包含:該耦合器之上的一或更多斜角鏡面以將該光分散。在一個實施例中,該一或更多斜角鏡面包含該絕緣層中的一或更多斜角鏡面。在一個實施例中,該一或更多斜角鏡面包含該液晶層中的一或更多斜角鏡面。在一個實施例中,該電路裝置進一步包含:在該分光器之前的調變器以調變從雷射源所接收的光源。在一個實施例中,該電路裝置進一步包含:整合於該基板中的雷射裝置以產生該光源而通過該分光器進入該波導陣列。
在一個態樣中,一種整合式光子晶片包括:整合於基板中的波導陣列;整合於該基板中的分光器以從雷射接收光源及將該光源分離進入該波導陣列;該基板上的絕緣層,該絕緣層具有開口以暴露該波導陣列的路徑的一部分;液晶層,在該絕緣層上及在被該絕緣層中的該開口暴露之該波導陣列的該路徑的該部分上,其中施加電壓至該液晶改變被該絕緣層中的該開口暴露之該波導陣列中的所有波導的相對相位;及整合於該基板中的光偵測器以從該等波導接收光作為參考信號而對已偵測遠場散射光做比較。
在一個實施例中,該基板包含矽基板。在一個實施例中,該絕緣層包含氧化物層。在一個實施例中, 該液晶層包含矽基液晶(LCOS)層。在一個實施例中,該開口包含跨越該波導陣列的三角形開口,此處該三角形開口具有其頂點最接近一個波導,且該三角形暴露較多的各個隨後相鄰波導以提供跨越該波導陣列的漸增相位偏移。在一個實施例中,該整合式光子晶片進一步包含:隨著參考信號關閉在該分光器之前的該光源的光偵測器。在一個實施例中,該整合式光子晶片進一步包含:整合於該基板中的耦合器以從該波導陣列接收光及經由該液晶層耦合該光。在一個實施例中,該整合式光子晶片進一步包含:隨著參考信號關閉在該耦合器的光的光偵測器。在一個實施例中,該耦合器包含光柵耦合器。在一個實施例中,該耦合器包含鏡耦合器。在一個實施例中,該整合式光子晶片進一步包含:該耦合器之上的一或更多斜角鏡面以將該光分散。在一個實施例中,該一或更多斜角鏡面包含該氧化物層中的一或更多斜角鏡面。在一個實施例中,該一或更多斜角鏡面包含該液晶層中的一或更多斜角鏡面。在一個實施例中,該光子晶片進一步包含:在該分光器之前的調變器以調變從雷射源所接收的光源。在一個實施例中,該光子晶片進一步包含:整合於該基板中的雷射裝置以產生在該分光器被接收的光源。
在一個態樣中,一種方法包括:在整合於基板中的分光器接收光源;以該分光器將該光源分離進入被整合於該基板中的波導陣列,以將該光源通過一個包括被整合於該基板上的絕緣層中的開口之波導路徑以及暴露該 波導陣列至整合於該絕緣層上的液晶層;藉由施加電壓至該液晶層來動態調整該波導陣列中的光的相位;及從該等波導透射該相位已調整光至目標物件。
在一個實施例中,動態調整該相位包含施加電壓至該液晶層以產生跨越該等波導的相位斜波。在一個實施例中,該液晶層包含矽基液晶(LCOS)層。在一個實施例中,動態調整該相位包含跨越成像場對該光源進行光束轉向。在一個實施例中,該基板包含矽基板。在一個實施例中,該絕緣層包含氧化物層。在一個實施例中,該開口包含跨越該波導陣列的三角形開口,此處該三角形開口具有其頂點最接近一個波導,且該三角形暴露較多的各個隨後相鄰波導以提供跨越該波導陣列的漸增相位偏移。在一個實施例中,該方法進一步包含:隨著參考信號以該分光器之前的光偵測器關閉該光源。在一個實施例中,該方法進一步包含:以整合於該基板中的耦合器從該波導陣列接收光而從該波導陣列接收光及經由該液晶層耦合該光。在一個實施例中,該方法進一步包含:隨著參考信號以在該耦合器的光偵測器關閉光。在一個實施例中,該耦合器包含光柵耦合器。在一個實施例中,該耦合器包含鏡耦合器。在一個實施例中,該方法進一步包含:以該耦合器之上的一或更多斜角鏡面將該光分散。在一個實施例中,該一或更多斜角鏡面包含該氧化物層中的一或更多斜角鏡面。在一個實施例中,該一或更多斜角鏡面包含該液晶層中的一或更多斜角鏡面。在一個實施例中,該方法進 一步包含:調變從雷射源所接收的光源。在一個實施例中,該方法進一步包含:以整合於該基板中的雷射裝置產生該光源。
在一個態樣中,一種製品包含具有內容儲存於其上的電腦可讀取儲存媒體,其在被執行時施行用於光偵測及測距的操作,包括:在整合於基板中的分光器接收光源;以該分光器將該光源分離進入被整合於該基板中的波導陣列,以將該光源通過一個包括被整合於該基板上的絕緣層中的開口之波導路徑以及暴露該波導陣列至整合於該絕緣層上的液晶層;藉由施加電壓至該液晶層來動態調整該波導陣列中的光的相位;及從該等波導透射該相位已調整光至目標物件。
在一個實施例中,用以動態調整該相位的內容包含:用以施加電壓至該液晶層以產生跨越該等波導的相位斜波之內容。在一個實施例中,該液晶層包含矽基液晶(LCOS)層。在一個實施例中,用以動態調整該相位的內容包含:用以跨越成像場對該光源進行光束轉向的內容。在一個實施例中,該基板包含矽基板。在一個實施例中,該絕緣層包含氧化物層。在一個實施例中,該開口包含跨越該波導陣列的三角形開口,此處該三角形開口具有其頂點最接近一個波導,且該三角形暴露較多的各個隨後相鄰波導以提供跨越該波導陣列的漸增相位偏移。在一個實施例中,該製品進一步包含:用以隨著參考信號以該分光器之前的光偵測器關閉該光源的內容。在一個實施例 中,該製品進一步包含:用來以整合於該基板中的耦合器從該波導陣列接收光而從該波導陣列接收光及經由該液晶層耦合該光之內容。在一個實施例中,該製品進一步包含:用以隨著參考信號以在該耦合器的光偵測器關閉光之內容。在一個實施例中,該耦合器包含光柵耦合器。在一個實施例中,該耦合器包含鏡耦合器。在一個實施例中,該製品進一步包含:用來以該耦合器之上的一或更多斜角鏡面將該光分散之內容。在一個實施例中,該一或更多斜角鏡面包含該氧化物層中的一或更多斜角鏡面。在一個實施例中,該一或更多斜角鏡面包含該液晶層中的一或更多斜角鏡面。在一個實施例中,該製品進一步包含:用以調變從雷射源所接收的光源之內容。在一個實施例中,該製品進一步包含:用來以整合於該基板中的雷射裝置產生該光源之內容。
在一個態樣中,一種用於光偵測及測距的設備,包括:用以將該光源分離進入被整合於該基板中的波導陣列之手段,以將該光源通過一個包括被整合於該基板上的絕緣層中的開口之波導路徑以及暴露該波導陣列至整合於該絕緣層上的液晶層;用以藉由施加電壓至該液晶層來動態調整該波導陣列中的光的相位之手段;及用以從該等波導透射該相位已調整光至目標物件之手段。
在一個實施例中,用以動態調整該相位的手段包含:用以施加電壓至該液晶層以產生跨越該等波導的相位斜波之手段。在一個實施例中,該液晶層包含矽基液 晶(LCOS)層。在一個實施例中,用以動態調整該相位的手段包含:用以跨越成像場對該光源進行光束轉向的手段。在一個實施例中,該基板包含矽基板。在一個實施例中,該絕緣層包含氧化物層。在一個實施例中,該開口包含跨越該波導陣列的三角形開口,此處該三角形開口具有其頂點最接近一個波導,且該三角形暴露較多的各個隨後相鄰波導以提供跨越該波導陣列的漸增相位偏移。在一個實施例中,該設備進一步包含:用以隨著參考信號以該分光器之前的光偵測器關閉該光源的手段。在一個實施例中,該設備進一步包含:用以從該波導陣列接收光以經由該液晶層耦合該光之耦合手段。在一個實施例中,該設備進一步包含:用以隨著參考信號以在該耦合器的光偵測器關閉光之手段。在一個實施例中,該耦合手段包含光柵耦合器。在一個實施例中,該耦合器包含鏡耦合器。在一個實施例中,該設備進一步包含:用來以該耦合器之上的一或更多斜角鏡面將該光分散之手段。在一個實施例中,該一或更多斜角鏡面包含該氧化物層中的一或更多斜角鏡面。在一個實施例中,該一或更多斜角鏡面包含該液晶層中的一或更多斜角鏡面。在一個實施例中,該設備進一步包含:用以調變從雷射源所接收的光源之手段。在一個實施例中,該設備進一步包含:用來以整合於該基板中的雷射裝置產生該光源之手段。
在一個態樣中,一種用於光偵測及測距的設備,包括:用以將該光源分離進入被整合於該基板中的波 導陣列之手段,以將該光源通過波導路徑;用以藉由施加電壓至整合於該基板的波導上的液晶層來動態調整該波導陣列中的光的相位之手段;及用以從該等波導透射該相位已調整光至目標物件之手段。
在一個實施例中,用以動態調整該相位的手段包含:用以施加電壓至該液晶層以產生跨越該等波導的相位斜波之手段。在一個實施例中,該液晶層包含矽基液晶(LCOS)層。在一個實施例中,用以動態調整該相位的手段包含:用以跨越成像場對該光源進行光束轉向的手段。在一個實施例中,該基板包含矽基板。在一個實施例中,用以動態調整該相位的手段包含:跨越該波導陣列的開口,此處該三角形開口具有其頂點最接近一個波導,且該三角形暴露較多的各個隨後相鄰波導以提供跨越該波導陣列的漸增相位偏移。在一個實施例中,該設備進一步包含:用以隨著參考信號以該分光器之前的光偵測器關閉該光源的手段。在一個實施例中,該設備進一步包含:用以從該波導陣列接收光以經由該液晶層耦合該光之耦合手段。在一個實施例中,該設備進一步包含:用以隨著參考信號以在該耦合器的光偵測器關閉光之手段。在一個實施例中,該耦合手段包含光柵耦合器。在一個實施例中,該耦合器包含鏡耦合器。在一個實施例中,該設備進一步包含:用來以該耦合器之上的一或更多斜角鏡面將該光分散之手段。在一個實施例中,該一或更多斜角鏡面包含該氧化物層中的一或更多斜角鏡面。在一個實施例中,該一或 更多斜角鏡面包含該液晶層中的一或更多斜角鏡面。在一個實施例中,該設備進一步包含:用以調變從雷射源所接收的光源之手段。在一個實施例中,該設備進一步包含:用來以整合於該基板中的雷射裝置產生該光源之手段。
此處所示的流程圖提供各種程序動作的順率的實例。該等流程圖可指出將被軟體或韌體例行程序執行的操作、以及實體操作。在一個實施例中,流程圖可示出有限狀態機(FSM)的狀態,其可在硬體及/或軟體中被實施。儘管以特定次序或順序顯示,除非另有所指,該等動作的順序可被修改。因此,所示實施例應僅被理解為實例,且該程序可能以不同順序加以施行,且一些動作可能以並行方式施行。額外地,一或更多動作可在各種實施例中被省略;因此,非所有動作在每個實施例中為必要。其他流程是可能的。
在各種操作或功能在此處被描述的範圍,它們可被描述或定義為軟體碼、指令、配置、及/或資料。該內容可為直接可執行(「物件」或「可執行」形式)、來源碼、或差異碼(「增量」或「分隔」碼)。此處所述實施例的軟體內容可透過該內容儲存於其上的製品加以提供、或經由操作通訊介面以透過該通訊介面送出資料的方法加以提供。機械可讀取儲存媒體可造成機械施行所述功能及操作,且包括以機械(例如,運算裝置、電子系統等)可存取的形式儲存資訊的任何機制,諸如可紀錄/非可紀錄媒體(例如,唯讀記憶體(ROM)、隨機存取記憶 體(RAM)、磁碟儲存媒體、光學儲存媒體、快閃記憶體裝置等)。通訊介面包括介接至硬線、無線、光學等媒體的任一者以通訊另一裝置的任何機制,諸如記憶體匯流排介面、處理器匯流排介面、網際網路連接、磁碟控制器等。該通訊介面可藉由提供配置參數及/或送出信號加以配置以準備該通訊介面提供描述該軟體內容的資料信號。該通訊介面可經由送至該通訊介面的一或更多命令或信號加以存取。
此處所述的各種組件可為用以施行所述操作或功能的手段。此處所述的各個組件包括軟體、硬體、或這些的組合。該等組件可被實施作為軟體模組、硬體模組、專用硬體(例如,應用特定硬體、應用特定積體電路(ASIC)、數位信號處理器(DSP)等)、內嵌式控制器、硬線電路等。
除了此處所述以外,各種修改可對本發明的所揭示實施例及實施方式做出而沒有背離它們的範圍。因此,此處的例示及實例應以例示性且非限制性意義加以理解。本發明的範圍應僅僅藉由參照隨後的申請專利範圍加以衡量。
100‧‧‧系統
110‧‧‧裝置
120‧‧‧光達
122‧‧‧基板
124‧‧‧光子
126‧‧‧絕緣層
128‧‧‧液晶
129‧‧‧玻璃
130‧‧‧目標物件
132‧‧‧光束形成光

Claims (21)

  1. 一種電路裝置,包含:基板中的波導陣列,該等波導耦合至將光源分離進入該波導陣列的分光器;該基板上的絕緣層,該絕緣層具有開口以暴露該波導陣列的路徑的一部分;及液晶層,在該絕緣層上及在被該絕緣層中的該開口暴露之該波導陣列的該路徑的該部分上,其中施加電壓至該液晶改變被該絕緣層中的該開口暴露之該波導陣列中的所有波導的相對相位。
  2. 如申請專利範圍第1項的電路裝置,其中該基板包含矽基板。
  3. 如申請專利範圍第1項的電路裝置,其中該絕緣層包含氧化物層。
  4. 如申請專利範圍第1項的電路裝置,其中該液晶層包含矽基液晶(LCOS)層。
  5. 如申請專利範圍第1項的電路裝置,其中該開口包含跨越該波導陣列的三角形開口,此處該三角形開口具有其頂點最接近一個波導,且該三角形暴露較多的各個隨後相鄰波導以提供跨越該波導陣列的漸增相位偏移。
  6. 如申請專利範圍第1項的電路裝置,進一步包含:整合於該基板中的耦合器以從該波導陣列接收光及經由該液晶層耦合該光。
  7. 如申請專利範圍第6項的電路裝置,其中該耦合器包含光柵耦合器。
  8. 如申請專利範圍第6項的電路裝置,其中該耦合器包含鏡耦合器。
  9. 如申請專利範圍第6項的電路裝置,進一步包含:該耦合器之上的一或更多斜角鏡面以將該光分散。
  10. 如申請專利範圍第9項的電路裝置,其中該一或更多斜角鏡面包含該絕緣層中的一或更多斜角鏡面。
  11. 如申請專利範圍第9項的電路裝置,其中該一或更多斜角鏡面包含該液晶層中的一或更多斜角鏡面。
  12. 如申請專利範圍第1項的電路裝置,進一步包含:在該分光器之前的調變器以調變從雷射源所接收的光源。
  13. 如申請專利範圍第1項的電路裝置,進一步包含:整合於該基板中的雷射裝置以產生該光源而通過該分光器進入該波導陣列。
  14. 一種整合式光子晶片,包含:整合於基板中的波導陣列;整合於該基板中的分光器以從雷射接收光源及將該光源分離進入該波導陣列;該基板上的絕緣層,該絕緣層具有開口以暴露該波導 陣列的路徑的一部分;液晶層,在該絕緣層上及在被該絕緣層中的該開口暴露之該波導陣列的該路徑的該部分上,其中施加電壓至該液晶改變被該絕緣層中的該開口暴露之該波導陣列中的所有波導的相對相位;及整合於該基板中的光偵測器以從該等波導接收光作為參考信號而對已偵測遠場散射光做比較。
  15. 如申請專利範圍第14項的整合式光子晶片,其中該開口包含跨越該波導陣列的三角形開口,此處該三角形開口具有其頂點最接近一個波導,且該三角形暴露較多的各個隨後相鄰波導以提供跨越該波導陣列的漸增相位偏移。
  16. 如申請專利範圍第14項的整合式光子晶片,進一步包含:隨著參考信號關閉該光源的光偵測器。
  17. 如申請專利範圍第14項的整合式光子晶片,進一步包含:耦合器之上的一或更多斜角鏡面以將該光分散。
  18. 如申請專利範圍第14項的整合式光子晶片,進一步包含:整合於該基板中的雷射裝置以產生在該分光器被接收的光源。
  19. 一種方法,包含:在整合於基板中的分光器接收光源; 以該分光器將該光源分離進入被整合於該基板中的波導陣列,以將該光源通過一個包括被整合於該基板上的絕緣層中的開口之波導路徑以及暴露該波導陣列至整合於該絕緣層上的液晶層;藉由施加電壓至該液晶層來動態調整該波導陣列中的光的相位;及從該等波導透射該相位已調整光至目標物件。
  20. 如申請專利範圍第19項的方法,其中動態調整該相位包含施加電壓至該液晶層以產生跨越該等波導的相位斜波。
  21. 如申請專利範圍第19項的方法,其中動態調整該相位包含跨越成像場對該光源進行光束轉向。
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