CN111090086B - Mems镜特性的监控 - Google Patents

Mems镜特性的监控 Download PDF

Info

Publication number
CN111090086B
CN111090086B CN201911012326.5A CN201911012326A CN111090086B CN 111090086 B CN111090086 B CN 111090086B CN 201911012326 A CN201911012326 A CN 201911012326A CN 111090086 B CN111090086 B CN 111090086B
Authority
CN
China
Prior art keywords
mems
mirror
tilt angle
oscillating structure
measured
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911012326.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111090086A (zh
Inventor
H·范利罗普
A·赫尔斯科
J·维赫根
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies AG filed Critical Infineon Technologies AG
Publication of CN111090086A publication Critical patent/CN111090086A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111090086B publication Critical patent/CN111090086B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4817—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements relating to scanning
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/497—Means for monitoring or calibrating
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55—Specular reflectivity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S17/894—3D imaging with simultaneous measurement of time-of-flight at a 2D array of receiver pixels, e.g. time-of-flight cameras or flash lidar
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4811—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements common to transmitter and receiver
    • G01S7/4813—Housing arrangements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4814—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of transmitters alone
    • G01S7/4815—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of transmitters alone using multiple transmitters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4861—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
    • G01S7/4863—Detector arrays, e.g. charge-transfer gates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4865—Time delay measurement, e.g. time-of-flight measurement, time of arrival measurement or determining the exact position of a peak
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/35—Optical coupling means having switching means
    • G02B6/351—Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements
    • G02B6/3512—Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements the optical element being reflective, e.g. mirror
    • G02B6/3514—Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements the optical element being reflective, e.g. mirror the reflective optical element moving along a line so as to translate into and out of the beam path, i.e. across the beam path
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/35—Optical coupling means having switching means
    • G02B6/351—Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements
    • G02B6/3512—Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements the optical element being reflective, e.g. mirror
    • G02B6/3518—Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements the optical element being reflective, e.g. mirror the reflective optical element being an intrinsic part of a MEMS device, i.e. fabricated together with the MEMS device
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/35—Optical coupling means having switching means
    • G02B6/3564—Mechanical details of the actuation mechanism associated with the moving element or mounting mechanism details
    • G02B6/3584—Mechanical details of the actuation mechanism associated with the moving element or mounting mechanism details constructional details of an associated actuator having a MEMS construction, i.e. constructed using semiconductor technology such as etching

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

本公开涉及MEMS镜特性的监控，具体提供了用于监控微机电***(MEMS)振荡结构的特性的***和方法。一种***包括：MEMS振荡结构，被配置为非线性谐振器，以围绕旋转轴振荡；驱动器，被配置为根据操作响应曲线来生成用于驱动MEMS振荡结构围绕旋转轴的驱动力，在此期间MEMS振荡结构处于谐振，驱动器还被配置为当MEMS振荡结构处于预定倾斜角时降低驱动力，以诱发MEMS振荡结构的振荡衰减；测量电路，被配置为测量MEMS振荡结构在衰减周期期间的振荡频率和倾斜角幅度；以及处理电路装置，被配置为基于测量的振荡频率和测量的倾斜角幅度中的至少一个来确定MEMS振荡结构的至少一个特性。

Description

MEMS镜特性的监控
技术领域
本公开总体上涉及微机电***(MEMS)振荡***及其操作方法，并且更具体地，涉及监控MEMS镜特性。
背景技术
激光雷达(LIDAR)是远程感测方法，其使用脉冲激光形式的光来测量与视场中的一个或多个对象的距离(可变距离)。具体地，微机电***(MEMS)反射镜用于横跨视场扫描光。光电检测器的阵列接收被光照射的对象的反射，并确定反射到达光电检测器阵列中的各个传感器花费的时间。这也被称为测量飞行时间(TOF)。LIDAR***形成深度测量，并且通过基于飞行时间计算将距离映射到对象进行距离测量。因此，飞行时间计算可以创建可用于生成图像的距离和深度地图。
在特定谐振频率下操作的MEMS反射镜受各种***和非***错误源的影响。这些错误会导致相当大的激光射击/印刷错误。例如，这些问题会导致期望反射镜位置和测量位置之间的失配。由于反射镜的位置的精确测量和估计对于基于MEMS的LIDAR***是重要的，所以重要的是能够检测和补偿***和非***错误源或者向操作者通知缺陷。
发明内容
实施例提供了微机电***(MEMS)反射镜监控***及其操作方法，并且更具体地，监控非线性谐振MEMS振荡结构的操作和特性。
一种***包括：MEMS振荡结构，被配置为非线性谐振器，以围绕旋转轴振荡；驱动器，被配置为根据操作响应曲线来生成用于驱动MEMS振荡结构围绕旋转轴的驱动力，在此期间，MEMS振荡结构处于谐振，驱动器进一步被配置为当MEMS振荡结构处于预定倾斜角时降低驱动力，以诱发MEMS振荡结构在衰减周期内的振荡衰减；测量电路，被配置为测量MEMS振荡结构在衰减周期期间的振荡频率和倾斜角幅度；以及至少一个处理器，被配置为基于所测量的振荡频率和所测量的倾斜角幅度中的至少一个来确定MEMS振荡结构的至少一个特性。
一种监控MEMS振荡结构的方法包括：驱动MEMS振荡结构，该MEMS振荡结构被配置为根据操作响应曲线来围绕旋转轴振荡，在此期间，MEMS振荡结构处于谐振，其中MEMS振荡结构是非线性谐振器；在预定倾斜角处诱发MEMS振荡结构的振荡衰减，使得MEMS振荡结构的振荡从预定倾斜角开始在衰减周期内完全衰减；在衰减周期期间测量MEMS振荡结构的振荡频率和倾斜角幅度；以及基于所测量的振荡频率和所测量的倾斜角幅度中的至少一个确定MEMS振荡结构的至少一个特性。
附图说明
本文参考附图描述实施例。
图1A是根据一个或多个实施例的LIDAR扫描***的示意图；
图1B示出了根据一个或多个实施例的反射镜设备的示例的示意性俯视图；
图2是根据一个或多个实施例的LIDAR扫描***的示意性框图；
图3示出了根据一个或多个实施例的微反射镜设备的完整响应曲线；
图4A示出了根据一个或多个实施例的微反射镜设备的大角度衰减；
图4B示出了根据一个或多个实施例的微反射镜设备的倾斜角幅度衰减曲线；
图4C示出了根据一个或多个实施例的表示为微反射镜设备的自然频率的反射镜频率衰减曲线；
图4D示出了根据一个或多个实施例的MEMS振荡结构的振荡衰减的衰减曲线；
图5示出了根据一个或多个实施例的测试***的示意性框图；以及
图6示出了根据一个或多个实施例的被配置为向图5的测试***发射电信号从测试***接收电信号的信号处理链的示意性框图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述各种实施例。应该注意，这些实施例仅用于说明目的，不应解释为限制。例如，虽然实施例可以描述为包括多个特征或元素，但这不应解释为表明需要所有这些特征或元素来实施实施例。相反，在其他实施例中，可以省略一些特征或元素，或者可以替换为替代特征或元素。此外，可以提供除明确示出和描述的特征或元素之外的其他特征或元素，例如传感器设备的传统部件。
除非另有特别说明，否则可以将来自不同实施例的特征组合以形成其他实施例。相对于其中一个实施例描述的变型或修改也可适用于其他实施例。在一些情况下，为了避免模糊实施例，以框图形式而不是详细地示出已知的结构和设备。
除非另有说明，否则附图所示或本文所述的元件之间的连接或耦合可以是基于电线的连接或无线连接。此外，只要基本上维持连接或耦合的一般目的(例如，传输特定种类的信号或传输特定种类的信息)，这种连接或耦合可以是直接连接或耦合而不需要额外的中间元件或者是具有一个或多个额外的中间元件的间接连接或耦合。
实施例涉及光学传感器和光学传感器***、以及获取关于光学传感器和光学传感器***的信息。传感器可表示将要被测量的物理量转换为电信号(例如，电流信号或电压信号)的部件。例如，物理量可包括电磁辐射，诸如可见光、红外(IR)辐射或其他类型的照射信号、电流或电压，但不限于此。例如，图像传感器可以是相机内部的硅芯片，其将来自透镜的光的照片转换成电压。传感器的有源区域越大，可以收集更多的光来创建图像。
本文使用的传感器设备可以表示包括传感器和其他部件(例如，偏压电路、模数转换器或滤波器)的设备。传感器设备可集成在单个芯片上，尽管在其他实施例中，可以使用多个芯片或者还使用芯片外部的部件来实施传感器设备。
在LIDAR***中，光源将光脉冲传输到视场，并且光通过后向散射从一个或多个对象反射。具体地，LIDAR是直接飞行时间(TOF)***，其中，光脉冲(例如，红外光的激光束)被发射到视场，并且像素阵列检测并测量反射光束。例如，光电检测器的阵列接收来自被光照射的对象的反射。
然后，每个光脉冲横跨像素阵列的多个像素的返回时间的差可用于制作环境的数字3D表示或生成其他传感器数据。例如，光源可以发射单个光脉冲，并且电耦合至像素阵列的时间-数字转换器(TDC)可以计算从发射光脉冲的时间直到在接收器处(即，在像素阵列处)接收到反射光脉冲的时间。然后，光脉冲的“飞行时间”被转换为距离。
诸如振荡(摆动)水平扫描(例如，视场的左边到右边以及从右边到左边)的扫描可以连续扫描方式照射场景。通过在不同扫描方向上发射连续的光脉冲，可以扫描称为“视场”的区域，并且可以检测并成像该区域内的对象。也可以使用光栅扫描。
图1是根据一个或多个实施例的LIDAR扫描***100的示意图。LIDAR扫描***100是光学扫描设备，其包括：发射器，包括照射单元10、发射器光学元件11和一维(1D)微机电***(MEMS)反射镜12；以及接收器，包括第二光学部件14和光学检测器阵列15。
照射单元10包括多个光源(例如，激光二极管或发光二极管)，它们以单条形式线性对齐，并且被配置为传输用于扫描对象的光。光源发射的光通常是红外光，尽管也可以使用具有其他波长的光。从图1的实施例可以看出，由光源发射的光的形状沿垂直于传输方向的方向扩展，以形成具有垂直于传输的长方形的光束。从光源发射的照射光指向发射器光学元件11，光学元件11被配置为将每个激光聚焦到一维MEMS反射镜12上。例如，发射器光学元件11可以是透镜或棱镜。
当被MEMS反射镜12反射时，来自光源的光线垂直对齐，以针对每个发射的激光射击形成红外光的一维垂直扫描线SL或红外光的垂直条。照射单元10的每个光源有助于垂直扫描线SL的不同垂直区域。因此，光源可以被同时激活和同时去激活以获得具有多段的光脉冲，其中每一段均对应于相应的光源。然而，垂直扫描线SL的每个垂直区域或每一段也可以通过接通或断开照射单元10的对应一个光源而独立地激活或不激活。因此，光的部分或全部垂直扫描线SL可以从***100输出到视场中。
因此，***100的发射器是一种光学布置，其被配置为基于激光脉冲生成激光束，激光束具有在垂直于激光束的传输方向的方向上延伸的长方形。
此外，虽然示出了三个激光源，但应理解，激光源的数量并不限于此。例如，垂直扫描线SL可由单个激光源、两个激光源或三个以上的激光源生成。
MEMS反射镜12是集成在半导体芯片(未示出)上的机械移动反射镜(即，MEMS微反射镜)。根据本实施例，MEMS反射镜12通过机械弹簧(例如，板簧，有时被称为悬臂梁)或弯曲部悬置，并且被配置为围绕单轴旋转，并且可以说仅具有一个自由度用于移动。由于该单轴旋转，MEMS反射镜12被称为1D MEMS反射镜。
为了使MEMS扫描反射镜具有抗振动的能力，反射镜应具有较低的惯性，即轻且硬的反射镜主体(镜主体)。此外，反射镜应该针对反射镜主体的所有自由度(DOF)具有其悬置的高刚度。
为了实现轻且硬的反射镜主体，反射镜主体可包括相对较薄的反射镜和用于反射镜的较厚加强结构。反射镜主体可以围绕在由反射镜框架限定的平面中延伸的旋转轴旋转地布置在反射镜框架中。旋转轴可延伸到反射镜主体的第一和第二相对端部。反射镜可在第一主面上具有反射面，并且与第一主面相对的第二主面设置有增强结构。
为了实现高刚度悬置，如图1B所示，可使用沿着旋转轴延伸的支撑梁和附加悬臂梁或板簧部件将反射镜主体支撑在反射镜框架中。一般地，如本文所定义的，板簧部件可表示悬臂梁部件，反之亦然。类似地，板簧和悬臂梁可互换使用。
悬臂梁部件可具有纵向，并且可以在由框架限定的平面内延伸。支撑梁可沿着旋转轴连接在反射镜主体与反射镜主体的相对两端处的框架之间。悬臂梁部件可具有悬臂梁，该悬臂梁经由减压结构在第一端处耦合至反射镜框架，并且在第二端处固定至反射镜主体。悬臂梁的厚度可垂直于框架的平面，即，在框架平面中小于其宽度。
反射镜主体的低惯性和高悬置刚度的结果可以是高谐振频率和良好的动态性能。这些特性还可以使围绕旋转主轴以谐振频率操作的设备非常快。在正常操作中，即在谐振时，可以在反射镜镜尖处实现通常为10000G的加速度。这可以使任何外部振动忽略不计。
由于悬置结构(即，悬臂梁)的刚度，MEMS反射镜12呈现出非线性行为，使得反射镜的振荡频率随着振荡幅度(即，倾斜角幅度)的非线性增加而增加。因此，悬置的加强使MEMS反射镜12更加强烈地非线性。
MEMS反射镜12可组装在图2所示的芯片封装27中，以保护反射镜。例如，MEMS反射镜12可以在低压(即，低于大气压的压力)下密封在芯片封装中。这种低压可以提供MEMS反射镜12操作的低应力环境。
可想到的封装可包括或不同于以下一种或多种变型：不同的衬底(例如，金属(引线框)、陶瓷、有机(类似于印刷电路板(PCB)材料))和不同的光学盖或覆盖物(例如，玻璃、硅、蓝宝石等的光学材料)。此外，光学盖或覆盖物可以是空腔成形盖，可以集成在框架(例如，金属框架)中，或者组装到预模制的空腔或陶瓷空腔上。
一种或多种方法(例如，粘合、接合、胶合、焊接、锻接等)或者一种或多种不同材料(例如，硅树脂、玻璃焊料、AuSn等)可用于将一个或多个元件接合到一起(例如，将盖或盖子连接至衬底)。应理解，接合方法可在本文公开的各种实施例之间互换。
备选地，可以使用晶圆级方法，使得空腔成形盖可直接安装在MEMS芯片上(或者甚至在切单颗之前安装在晶圆级上)。这里，如果盖附件使电气焊盘暴露，则可以使用模制或铸造工艺将子安装芯片/盖进一步加工到封装中。
MEMS反射镜12本身是非线性谐振器(即，谐振MEMS反射镜)，其被配置为以谐振频率围绕单个扫描轴13“边对边”振荡，使得从MEMS反射镜12反射的光(即，光的垂直扫描线)在水平扫描方向上来回振荡。由于悬置的刚度，MEMS反射镜12更加强烈地非线性。例如，通过从视场的第一边缘(例如，左侧)到视场的第二边缘(例如，右侧)、然后再次回到第一边缘的一个完整振荡来定义扫描周期或振荡周期。MEMS反射镜12的镜像周期对应于扫描周期。
因此，通过改变MEMS反射镜12在其扫描轴13上的角度，通过垂直光条在水平方向上扫描视场。例如，MEMS反射镜12可被配置为在+/-15度之间以2kHz的谐振频率振荡，以使光转向超过30度，构成视场的扫描范围。因此，可通过MEMS反射镜12在其运动程度上的旋转逐行地扫描视场。经历运动程度(例如，从-15度到+15度)的一个这种序列被称为单次扫描或扫描循环。多次扫描可用于通过处理单元生成距离和深度地图以及3D图像。深度地图和图像的水平分辨率取决于MEMS反射镜12的旋转角度在扫描之间的递增步长的大小。
虽然在MEMS反射镜的上下文中描述了透射镜，但是应理解，也可以使用其他1D反射镜。此外，谐振频率或旋转程度不分别限于2kHz和+/-15度，并且谐振频率和视场可根据应用增加或减少。因此，一维扫描反射镜被配置为围绕单个扫描轴振荡，并且将不同方向上的激光束引入视场。因此，传输技术包括将光束从围绕单个扫描轴振荡的透射镜传输到视场中，使得光束以垂直扫描线SL的形式投射到视场中，其随着透射镜围绕单个扫描轴的振荡而跨视场水平移动。
一旦撞击到一个或多个对象，垂直光的传输条通过朝向LIDAR扫描***100的反向散射而反射为反射垂直线，其中第二光学部件14(例如，透镜或棱镜)接收反射光。第二光学部件14将反射光引导到光检测器阵列15上，光检测器阵列15接收反射光作为接收线RL，并且被配置为生成电测量信号。电测量信号可用于基于反射光(例如，经由TOF计算和处理)生成环境的3D地图和/或其他对象数据。
接收线被示为在像素列的纵向上沿着一个像素列延伸的垂直光列。接收线具有与图1A所示的垂直扫描线SL相对应的三个区域。随着垂直扫描线SL横跨视场水平移动，入射到2D光电检测器阵列15上的光RL的垂直列也跨2D光电检测器阵列15水平移动。随着反射光束RL的接收方向的变化，反射光束RL从光电检测器阵列15的第一边缘移动到光电检测器阵列15的第二边缘。反射光束RL的接收方向对应于扫描线SL的传输方向。
光电检测器阵列15可以是多种光电检测器类型中的任意一种，包括雪崩光电二极管(APD)、光电管和/或其他光电二极管器件。诸如电荷耦合器件(CCD)的成像传感器可以是光电检测器。在本文提供的示例中，光电检测器阵列15是包括APD像素的阵列的二维(2D)APD阵列。在其他实施例中，光电检测器阵列15可以是包括单列光电二极管的1D阵列。光电二极管的激活可以与由照射单元10发射的光脉冲同步。
光电检测器阵列15接收反射光脉冲作为接收线RL，并响应于其生成电信号。由于已知来自照射单元10的每个光脉冲的传输时间，并且由于光以已知速度传播，因此使用电信号的飞行时间计算可确定对象与光电检测器阵列15之间的距离。深度地图可绘制距离信息。
在一个示例中，对于每个距离采样，微控制器触发来自照射单元10的每个光源的激光脉冲，并且还启动时间-数字转换器(TDC)集成电路(IC)中的定时器。激光脉冲通过传输光学器件进行传播，被目标场反射，并且被APD阵列15中的APD捕获。APD发射短电脉冲，然后被电信号放大器放大。比较器IC识别脉冲并向TDC发送数字信号以停止定时器。TDC使用时钟频率来校准每个测量。TDC向微控制器发送开始和停止数字信号之间的差分时间的串行数据，微控制器过滤掉任何错误读数、平均多次时间测量并且计算与该特定场位置处的目标的距离。通过在由MEMS反射镜建立的不同方向发射连续的光脉冲，可以扫描区域(即，视场)，可以生成三维图像，并且可以检测该区域内的对象。
图1B示出了根据一个或多个实施例的反射镜设备的示例的示意性俯视图。参考图1B，现在解释诸如MEMS扫描微反射镜的反射镜设备的示例。反射镜设备包括反射镜主体8。反射镜主体8包括反射镜12和反射镜支架16。反射镜设备还包括框架17。反射镜主体8被布置在框架17中。框架17限定平面，即，图1B中的(x，y)平面。由框架17限定的平面可平行于由形成框架17的层或多层的主表面限定的平面。
反射镜主体8可围绕在由框架17限定的平面中延伸的旋转轴13旋转。支撑梁18(也可以称为扭转梁)沿旋转轴13连接在反射镜主体8和框架17之间。更具体地，第一支撑梁18连接在反射镜主体8的第一端和框架17之间，并且第二支撑梁18连接在反射镜主体8的第二端和框架17之间，其中反射镜主体8的第二端在旋转轴13的方向上与第一端相对。在图1B的右手侧中以放大部分C示出了一个支撑梁18的放大图。可以看出，支撑梁18将反射镜支架16的零件连接到框架17的零件，并且允许反射镜主体8围绕旋转轴13旋转。支撑梁18可与旋转轴13共线。
本领域技术人员应理解，反射镜12的形状可以是特定应用所需的任何形状，例如圆形、椭圆、正方形、矩形或其他所需形状。
反射镜框架17限定其中布置反射镜主体8的反射镜凹槽20。反射镜凹槽20由反射镜框架17的凹槽***28限定。反射镜框架17还被构造为限定其中可布置其他部件(诸如致动器和板簧部件)的又一些凹槽。
反射镜设备包括至少一个板簧部件30。在所示示例中，反射镜设备包括两对板弹簧部件30，其中每一对中的板弹簧部件从反射镜主体8向相反方向延伸。在所示示例中，板簧部件30相对于旋转轴13对称布置。
至少一个板簧部件30包括板簧32和安全连杆34。安全连杆34可具有一个或多个安全弹簧35。板簧32包括第一端32a和第二端32b。第一端32a耦合至反射镜主体8，而第二端耦合至框架17。每个板簧32都在第一端32a和第二端32b之间具有纵向或延伸。第一端32a固定至反射镜支架(未示出)，并且第二端32b经由安全连杆34耦合至框架17。在示例中，从反射镜主体8的相同部分向不同方向延伸的两个板簧32的第一端32a可以彼此连接(例如，反射镜12左侧的板簧或反射镜12右侧的板簧)。
在一些示例中，反射镜12的形状可在旋转轴13的区域中包括凹部，其中板簧32的部分延伸到反射镜12的凹部中。在一些示例中，板簧32和反射镜12可形成在同一材料层中，并且可以相邻于旋转轴13彼此连接。
在一些示例中，板簧32可在具有较低材料刚度方向的单晶硅层中实施，其中板簧的纵向与较低材料刚度的方向对齐。在一些示例中，板簧32可以在具有<100>轴的硅层中实施，并且板簧的纵向与<100>方向(在这种情况下具有较低材料刚度)对齐。
可使用板簧部件30设置关于旋转轴13的扭转刚度。一对支撑梁18在旋转轴13处垂直地(即，垂直于框架17的主表面)支撑反射镜主体8。然而，支撑梁18对扭转刚度的影响可忽略不计，使得反射镜主体的自然频率可基本由板簧部件30确定。自然频率可基本上独立于支撑梁18。本文定义的自然频率是反射镜主体8(即，反射镜12)围绕其旋转轴13的无阻尼频率。支撑梁18可限定用于对应动态模式和对应谐振频率的平面外摇摆和垂直模式刚度。扭转刚度可与平面外摇摆和垂直模式刚度去耦，使得在不影响扭转模式刚度和谐振频率的情况下，可以将平面外摇摆和垂直模式频率设置为期望值，诸如更高的值。如本文所定义的，Y轴沿着旋转轴13，X轴垂直于当反射镜12静止时的反射镜平面上的Y轴，并且Z轴垂直于当反射镜12静止时的反射镜平面并且在反射镜平面外。X、Y和Z轴是三维笛卡尔坐标系的轴。
在图1B所示的示例中，至少一个板簧32的一端在靠近旋转轴13的位置处连接至反射镜主体8。另一端32b在远离旋转轴13的位置连接至相关联的安全连杆34。板簧部件30可围绕旋转轴13为反射镜主体8提供扭转刚度。安全连杆34可提供从板簧32到框架17的兼容或柔性耦合。安全连杆34可纵向于板簧32(即，在图1B的X方向上)具有相对较低的刚度，这允许在反射镜主体8围绕旋转轴13旋转时，板簧32的一端沿其纵向移动。安全连杆34可在横向(即，图1B中的Z方向和Y方向)具有相对较高的刚度。
反射镜12绕旋转轴13旋转的谐振频率可主要由反射镜主体8的惯性和板簧部件30的刚度来限定，其可由板簧32的弯曲刚度以及安全连杆34的扭转和平移刚度来限定。板簧32的弯曲刚度可由板簧32的长度、宽度、尤其是厚度来限定。支撑梁18和安全连杆34在X方向上的组合刚度可防止操作期间反射镜主体8垂直于旋转轴13(X方向)的移动。下面提供关于安全连杆的更多细节。
支撑梁18沿旋转轴13连接在框架17和反射镜主体8之间，以支撑框架17中的反射镜主体8。在一个示例中，支撑梁18具有垂直于旋转轴13的窄矩形截面，矩形的长轴垂直于反射镜12和反射镜主体8的表面，并且矩形的短轴平行于反射镜12的表面。可通过板簧部件30提供与反射镜主体8绕旋转轴13的旋转相对应的扭转刚度。支撑梁18可以仅用于支撑反射镜主体8，并且对扭转刚度的影响可忽略不计。支撑梁18的尺寸可以使针对反射镜主体8的垂直位移(Z方向)和垂直于旋转轴13(X轴)的平面外平移的刚度尽可能高。
反射镜设备还可包括至少一个致动器40，以提供扭矩来驱动反射镜主体8围绕旋转轴13。在一个示例中，致动器可包括附接至反射镜主体8的反射镜梳，其与附接至框架17的框架梳交错。在交错的反射镜梳和框架梳之间施加电位差可以在反射镜梳和框架梳之间创建驱动力，这可以围绕旋转轴13在反射镜主体8上创建扭矩。可施加振荡电位，从而在其自然频率下驱动反射镜设备。
在其他示例中，致动方法可包括电磁致动和压电致动。在电磁致动中，微反射镜可“浸没”在磁场中，并且通过导电路径的交流电流可围绕旋转轴13创建振荡扭矩。压电致动器可集成在板簧中，或者板簧可由压电材料制成，以响应于电信号产生交替的梁弯曲力并且生成振荡扭矩。
由于由板簧部件30引起的关于旋转轴13的扭转刚度，MEMS反射镜12呈现出非线性行为，使得反射镜12的振动频率随着振动幅度(即，倾斜角幅度)的非线性增加而增加。因此，随着反射镜的旋转，板簧32的加强使MEMS反射镜12更强地非线性。
图2是根据一个或多个实施例的LIDAR扫描***200的示意性框图。具体地，图2示出了LIDAR扫描***200的附加特征，包括示例处理和控制***部件，诸如MEMS驱动器、接收器电路和***控制器。
LIDAR扫描***200包括负责***200的发射器路径的发射器单元21和负责***200的接收器路径的接收器单元22。该***还包括***控制器23，其被配置为控制发射器单元21和接收器单元22的部件，并且接收来自接收器单元22的原始数据并对其执行处理(例如，经由数字信号处理)以生成对象数据(例如，点云数据)。因此，***控制器23包括用于处理数据的至少一个处理器和/或处理器电路以及被配置为生成控制信号的控制电路(诸如微控制器)。LIDAR扫描***200还可以包括温度传感器26。
接收器单元22包括光电检测器阵列15以及接收器电路24。接收器电路24可包括用于接收和/或处理信息的一个或多个电路或子电路。接收器电路24可接收来自光电检测器阵列15的APD二极管的模拟电信号，并将电信号作为原始模拟数据或原始数字数据传输至***控制器23。为了将原始数据作为数字数据传输，接收器电路24可包括模数转换器(ADC)和现场可编程门阵列(FPGA)。接收器电路24还可以接收来自触发一个或多个APD二极管的激活的***控制器23的触发控制信号。接收器电路24还可以接收用于控制一个或多个APD二极管的增益的增益设置控制信号。
发射器单元21包括照射单元10、MEMS反射镜12和被配置为驱动MEMS反射镜12的MEMS驱动器25。具体地，MEMS驱动器25启动并感测反射镜的旋转位置，并且向***控制器23提供反射镜的位置信息(例如，相对于旋转轴的倾斜角或旋转度)。基于该位置信息，照射单元10的激光源由***控制器23触发，并且光电二极管(例如，APD二极管)被激活以感测并由此测量反射的光信号。因此，MEMS反射镜的位置感测的更高精度使得LIDAR***的其他部件的控制更为精确。
MEMS驱动器25还可以使用用于驱动MEMS反射镜12的致动器结构的梳状驱动转子和定子中的电容变化来测量和记录反射镜频率和电流。MEMS反射镜12的致动器结构还包括上文讨论的悬置结构。因此，MEMS驱动器25还可以包括被配置为测量本文所述的MEMS反射镜12的一个或多个特性的测量电路。MEMS驱动器25还可以包括处理电路，包括至少一个处理器(例如，模拟信号处理电路和/或数字信号处理电路)，被配置为处理来自测量电路的测量信息，以评估MEMS反射镜12的机械健康和/或芯片封装的状态。
附加地或者备选地，***控制器23可以从MEMS驱动器25的测量电路接收测量信息并对其执行处理。因此，***控制器23可进一步包括处理电路，包括至少一个处理器(例如，模拟信号处理电路和/或数字信号处理电路)，被配置为处理来自测量电路的测量信息，以评估MEMS反射镜12的机械健康和/或芯片封装的状态。
通过感测MEMS反射镜12围绕其旋转轴13的旋转位置，MEMS驱动器25可感测MEMS反射镜12的零交叉事件。零交叉事件是MEMS反射镜12在其旋转轴13上具有旋转角度0°时的情况。具体地，其是MEMS反射镜12与框架平行或处于中立位置的时刻。中立位置也可以称为静止位置(例如，当MEMS反射镜12在断开驱动力之后停止时)。由于MEMS反射镜12在两个旋转方向(例如，顺时针和逆时针)之间来回振荡，因此在扫描周期期间发生两次零交叉事件(一次是反射镜在第一旋转方向上振荡，另一次是反射镜在第二旋转方向上振荡)。
在一些实施例中，事件时间可对应于非零交叉事件。例如，感测到的旋转角度可以是0°以外的一些角度。然而，为了解释的目的，本文的示例将在感测零交叉事件的上下文中进行描述。
MEMS驱动器25被配置为检测每个零交叉事件并记录每个事件的定时。然后，MEMS驱动器25可将该定时信息(即，测量的零交叉时间)与每个零交叉的预期零交叉时间进行比较，以检测MEMS反射镜12的运动中的不对称性。MEMS驱动器25还可以将位置信息发送给***控制器23，使得***控制器23可使用位置信息来控制照射单元10的激光脉冲的触发和光电检测器阵列15的光电二极管的激活。位置信息也可被***控制器用作反馈信息，使得***控制器23可经由提供给MEMS驱动器25的控制信号保持MEMS反射镜12的稳定操作。
MEMS反射镜12包括用于驱动反射镜的致动器结构。致动器结构包括由交叉的反射镜梳和框架梳制成的交叉指状电极，由MEMS驱动器25向其施加驱动电压(即，致动信号)。施加于指状结构的驱动电压生成对应的电容。跨指状结构的驱动电压在交叉的反射镜梳和框架梳之间创建驱动力，这围绕旋转轴在反射镜主体上创建扭矩。驱动电压可以被开关或切换，从而产生振荡驱动力。振荡驱动力使反射镜在两个极端之间在其旋转轴上来回振荡。
在其他实施例中，电磁致动器可用于驱动MEMS反射镜12。对于电磁致动器，驱动电流可用于生成振荡驱动力。因此，应理解，驱动电压和驱动电流可在本文互换使用，并且二者通常都可称为驱动力。
随着反射镜的振荡，指状电极之间的电容根据反射镜的旋转位置而变化。MEMS驱动器25被配置为测量交叉指状电极之间的电容，并据此确定MEMS反射镜12的旋转位置或角度位置。通过监控电容，MEMS驱动器25可检测零交叉事件及其定时，并且可以确定MEMS反射镜12的倾斜角。MEMS驱动器25还可以使用测量的电容来确定反射镜频率，并且在MEMS驱动器25或***控制器23处在存储器中记录信息。
基于被配置为测量电容的检测器，执行MEMS反射镜12的位置(即，倾斜角)的感测。例如，随着MEMS反射镜的移动，指状结构的几何结构发生变化，导致电容的几何结构发生变化。随着电容几何结构的变化，电容本身也发生变化。因此，特定电容与MEMS反射镜的特定位置(即，倾斜角)直接对应。通过感测指状结构的电容，MEMS驱动器25可监控并跟踪反射镜的振荡，并确定MEMS反射镜的特定位置。
测量电容的一种方法是测量流过指状结构的电流，将测量的电流转换成电压，然后将电压进一步与电容和/或旋转角度相关联。但是，可以使用任何测量电容的方法。通过测量电容随时间的变化来检测旋转方向(例如，正或负、从左到右或从右到左、顺时针或逆时针等)，其中正或负的变化表示相反的旋转方向。MEMS驱动器25还可以记录测量电容期间测量的电流和电压。因此，提高反射镜的位置感测的精度可提高LIDAR***的整体精度。
由于反射镜以振荡频率(例如，2kHz)驱动，所以当反射镜在第一旋转方向(例如，从左向右或顺时针)上旋转时，其在特定时间点处与零位置(即，0°)交叉。同样，当反射镜在第二旋转方向(例如，从右向左或逆时针)上旋转时，反射镜将在特定时间点与零位置交叉。与零位置交叉的这些情况可称为发生在零交叉时间的零交叉事件。
然而，由于制造期间引入的变化以及反射镜的老化，反射镜的不对称可能存在并且可随时间改变。这些不对称引起第一旋转方向上的运动与第二旋转方向上的运动之间的定时差。换言之，两个零交叉之间的时间间隔(两个零交叉中的后者在第一旋转方向上)可不同于两个零交叉中的后者在第二旋转方向上的时间间隔。此外，一个或两个零交叉可偏离基于振荡频率计算的预期零交叉。
此外，操作点和MEMS反射镜性能取决于特定环境参数，诸如温度、压力和振动。例如，MEMS反射镜特性包括频率、角度、驱动电压、相位、杨氏模量、电容感测信号中的不对称性(例如，左与右、扫描方向或致动器象限)、Q系数和阻尼系数或其他阻尼参数。
操作点和MEMS反射镜特性可在MEMS反射镜12的使用寿命内漂移或者随外部应力、MEMS封装的泄漏，封装大气/条件的变化、粘合剂老化等漂移。因此，监控这些MEMS反射镜特性(包括监控特性在寿命期间的漂移)和/或校准可用于消除外部影响、验证正确的安装和处理、监控寿命性能、检测密封封装的泄漏等。
作为非线性谐振器，致动器结构(例如，弹簧、叶片等)的刚度随MEMS反射镜12的倾斜角的变化而变化。因此，由于反射镜的非线性，MEMS反射镜12的驱动电压将取决于反射镜的相位。虽然MEMS反射镜特性的测量受到外部影响，但由于MEMS反射镜12的非线性以及由于驱动电压对相位的依赖性(即，相对于反射镜位置的致动)，它们之间并不相互独立。因此，期望测量这些特性的正确方式。
图3示出了根据一个或多个实施例的微反射镜设备的完整响应曲线。具体地，图3绘制了MEMS反射镜12的反射镜相位θmirror与反射镜频率fmirror的关系。图中的两个轴都是任意单位。完整响应曲线包括反射镜处于谐振状态的顶部响应曲线(1)和反射镜不处于谐振状态的底部响应曲线(0)。顶部响应曲线(1)也可称为操作响应曲线，其中频率在操作范围内扫频。相反，底部响应曲线(0)可被称为在实现谐振之前(即，在不稳定振荡期间)存在的非操作响应曲线。完整响应曲线可以被测量并存储在LIDAR***200的存储器中(例如，在***控制器23中)。
现在将描述MEMS反射镜从点1到点7的操作流程，在此期间通过MEMS驱动器25向MEMS反射镜12施加恒定的驱动电压。这里，“恒定的驱动电压”是指在致动(即，接通)时驱动电压为相同电压。然而，应理解，驱动电压被接通和断开以产生反射镜振荡。
如前一段落所述，示图上的所有点均在由MEMS驱动器25提供的相同驱动电压下操作。驱动电压仅拉伸或压缩曲线(即，由于由更高的恒定驱动电压产生更多的能量，可达到更高的频率和更大的倾斜角)。
MEMS反射镜的操作从底部响应曲线(0)上的开始频率fstart处的点1开始。这里，MEMS驱动器25向MEMS反射镜12启动驱动电压信号。响应于此，MEMS反射镜12将开始移动一点(例如，以低角度)。然而，反射镜不同相，所以不谐振。从开始频率fstart开始，反射镜频率向下扫频(即，减小，从右向左)。
降低频率，以使反射镜与提供的驱动信号同步(即，减小二者之间的相位偏移)。由于随时间的推移施加更多的能量(即，恒定的驱动电压)，反射镜继续轻微移动到谐振之外，直到跳频fjump(点2)。即，反射镜频率继续降低，直到找到谐振，并且反射镜振荡的幅度在点2处增加(180相移，因此跳跃)。在跳频处，反射镜相位从θjump0(点2)偏移180度到θjump1(点3)，在这里输入的能量转化为运动。
在点4处，反射镜频率fmirror开始向上扫频(即，从左到右增加)。沿顶部响应曲线，反射镜相位可继续增加。在点5处，反射镜处于稳定操作区域(同相，但偏移)。反射镜在点5处可处于最佳谐振。然而，如果反射镜相位继续增加到点6，则反射镜相位在回退频率ffb处达到回退相位θfb1。因此，在点6的该临界点之前，反射镜的倾斜角是最大的。
回退频率ffb是反射镜可保持在所建立驱动电压的最大频率。回退点或临界点是指通过驱动电压施加于反射镜***的势能等于反射镜***抵抗其的动能(同相，无偏移)，将其推过该点会干扰平衡，并失去谐振。因此，在点6处，***中没有足够的能量来维持反射镜相位，并且相位偏移180度且在回退相位θfb0处回落到底部响应曲线(0)。
点7是底部响应曲线(0)上的回退点，并且是反射镜回退的相位角。由于驱动电压仍然存在，因此该相位角不是必须为零度，但反射镜不再同相。可在点7或点1处再次开始循环。
在一个或多个实施例中，MEMS驱动器25可被配置为在操作范围内进行扫频(即，沿着从点3到点6的顶部响应曲线)，并且根据上述测量技术记录MEMS反射镜12的倾斜幅度(倾斜角)。MEMS驱动器25还可以在到达回退点之前记录最大倾斜幅度。
图4A示出了根据一个或多个实施例的微反射镜设备的大角度衰减。具体地，图4A绘制了随着反射镜经过其零角度来回振荡的、MEMS反射镜12的机械角度(度)与时间(ms)的关系。图中的两个轴都是任意单位。MEMS驱动器25或***控制器23可使用大角度衰减来检测零交叉事件并且在振荡衰减期间记录这些事件的定时。
图4B示出了根据一个或多个实施例的微反射镜设备的倾斜角幅度衰减曲线。具体地，图4B绘制了MEMS反射镜12的机械角度(度)与时间(ms)的关系。图中的两个轴都是任意单位。
图4C示出了根据一个或多个实施例的表示为微反射镜设备的自然频率的反射镜频率衰减曲线。图4C绘制了MEMS反射镜的自然频率(Hz)与时间(ms)的关系。图中的两个轴都是任意单位。
根据图4B和图4C提供的两个示图，MEMS驱动器25或***控制器23可生成图4D所示的另一示图，该图同样以任意单位表示。具体地，图4D示出了根据一个或多个实施例的在微反射镜设备的衰减期间相对于倾斜角(度)绘制的自然频率(Hz)。即，图4C所示的曲线相对于图4B所示的曲线绘制。图4D所示的示图可称为MEMS反射镜12的振荡衰减的衰减曲线。
通过使用在振荡衰减期间记录的一个或多个示图中表示的信息，由MEMS驱动器25或***控制器23执行衰减测量。图4A-图4D所示的示图或者代表其的信息可存储在存储器(例如，MEMS驱动器25或***控制器23的存储器)中。例如，MEMS驱动器25可包括测量电路，该测量电路被配置为经由在振荡衰减期间源于梳状致动器结构的电流来测量振荡频率(即，反射镜频率)和MEMS反射镜12的倾斜角幅度中的至少一个。
MEMS驱动器25可被配置为当反射镜处于最大倾斜幅度时，断开驱动信号(驱动电压)的切换，并记录代表振荡衰减的信息(例如，倾斜幅度、反射镜频率等)。具体地，衰减测量是通过在点6之前以预定角度稍微断开驱动电压以触发受控的回退而不是越过临界点来执行的。振荡减慢，并且反射镜最终停止振荡并达到静止状态。一些情况下，致动信号可能需要保持足够高，以获得用于使用上述测量技术得到致动器结构的电容的测量电流。换言之，致动信号可被设置得低于驱动电压，但不能完全断开，以诱发反射镜的受控衰减。在任一种情况下，MEMS驱动器25都可以记录反射镜频率(例如，零角频率)、倾斜幅度和零交叉时间，并且还得到其他衍生量，诸如阻尼系数、衰减斜率比、Q系数等。
当MEMS反射镜以接近零的幅度振荡时，MEMS反射镜特性相对于时间或频率的偏差可指示响应曲线(例如，全响应曲线)的变化，指示反射镜特性的变化。例如，通过振荡衰减确定的零交叉事件的测量时间可与对应于所存储的响应曲线的存储零交叉时间进行比较，并且可得到偏差值。该偏差值可与阈值偏差值进行比较，以评估MEMS反射镜12的机械健康或芯片封装的状态。这些测量的零交叉事件的时间可被MEMS驱动器25用于计算反射镜的零角频率、阻尼特性和/或Q系数。
零角频率是MEMS反射镜12在其振荡幅度接近零度时发生振荡的反射镜频率，在这种情况下，其在振荡衰减周期期间被测量。如上所述，由于悬置刚度的非线性，反射镜的振荡频率随振动幅度的增大而增大。因此，零角频率不同于例如更高的振荡幅度。此外，反射镜频率在零角频率处是最小的。
在另一示例中，与对应于存储响应曲线的存储零角频率相比，可以相似地在振荡衰减时计算零角频率，并且可以得到偏差值。超出预定偏差范围的、振动衰减期间记录的零角频率的该偏差值可指示MEMS反射镜特性或芯片封装特性已偏移到正常范围外，并且反射镜或芯片封装可能需要维修或更换。
附加地或者备选地，可以测量衰减时间周期，从致动信号断开(或降低)以诱发振荡衰减开始到反射镜达到静止状态。测量的衰减时间周期可与先前记录的测量衰减时间周期或与对应于存储响应曲线的预期衰减时间周期进行比较。比较结果可产生用于基于预定的偏差范围评估MEMS反射镜12的机械健康或芯片封装的状态的偏差值。测量的衰减时间周期也可用于计算反射镜的阻尼参数和/或Q系数。
附加地或者备选地，响应曲线的变化(例如，通过在扫描期间测量多个倾斜角下的反射镜频率)可以由MEMS驱动器25或***控制器23推算到零角频率的变化。
附加地或者备选地，图4B所示记录的倾斜角幅度衰减可用于计算示图上高倾斜角处的第一角度衰减斜率和示图上低倾斜角处的第二角度衰减斜率。MEMS驱动器25或***控制器23可被配置为比较第一角度衰减斜率与第二角度衰减斜率，并且评估反射镜的机械健康和/或芯片封装的状态。
例如，***控制器23可计算第一角度衰减斜率与第二角度衰减斜率之间的比率，并且将该比率与参考比率进行比较以得出差值。该差值可用作MEMS反射镜12的机械健康或芯片封装的状态的指示符。在一个示例中，可以将差值与预定阈值进行比较，如果差值超过预定阈值，则***控制器23可确定MEMS反射镜12的机械健康出现故障并且应该进行维修或更换。基于满足该条件，***控制器23可以向操作员发出应该维修或更换MEMS反射镜12的信号。
附加地或者备选地，可以将图4B所示记录的倾斜角幅度衰减曲线与先前存储的倾斜角幅度衰减曲线进行比较，并且基于比较计算拟合误差。然后，将测量的拟合误差与阈值进行比较以得出差值。如果差值超过预定阈值，则***控制器23可确定MEMS反射镜12的机械健康出现故障并且应该进行维修或更换。基于满足该条件，***控制器23可向操作员发出应该维修或更换MEMS反射镜12的信号。类似技术可应用于由从中确定和评估拟合误差的测量生成的任何曲线。
为了测量响应曲线中的单个点处的频率，需要使用单个定义良好的角度作为参考点。如上所述，图4D示出了从零度的倾斜角延伸到最大倾斜角的衰减曲线。接近零度的坡度(例如，在0.0-0.5度之间限定的零角区域)几乎是水平的，而接近最大值的坡度是倾斜的。由此，随着反射镜角度增加到零角区域以外，反射镜频率取决于反射镜角度，而在零角区域内，反射镜频率与反射镜角度无关。
由于这种现象，可以在零度附近精确地测量反射镜频率，而无需精确地知道反射镜角度。即，存在接近零度的区域(例如，0.0-0.5度)，由于对反射镜角度的低灵敏度，其提供测量反射镜频率的灵活性。因此，零度附近的该区域可称为接近零度的“零角区域”，并且在该区域中测量的频率可称为“零角频率”。
因此，在不知道精确倾斜角的情况下，可以在每次MEMS反射镜12的倾斜角位于该零角区域期间记录零角频率。这里，由于零角区域是反射镜角度的范围，因此通过MEMS驱动器25使用与零角区域相关联的专用时隙来测量该范围内的零角频率。专用时隙可以在MEMS反射镜12关闭期间，或者在MEMS反射镜12操作期间的指定时间间隔内。
由于反射镜的杨氏模量(例如，致动结构的弹簧和叶片的杨氏模量)随温度变化，因此测量反射镜频率存在温度依赖性。例如，反射镜频率通常每增加50℃变化-4.8Hz。然而，衰减曲线或单点不会随温度引起的压力变化而变化(至少在一阶中)；只有驱动电压或相位改变。由此，***控制器23可耦合至温度传感器26以接收温度测量。如图2所示，温度传感器26可包括在LIDAR扫描***200中，或者设置在其他地方。然后，可以在MEMS驱动器25或***控制器23处对衰减测量进行补偿，以消除温度的影响。然后，可如本文所述评估补偿的衰减测量。
根据一个或多个实施例，还可以测量芯片封装的密封性。例如，如果密封的封装泄漏，则芯片封装内的压力将会发生变化。密封封装在室温下被加压至低于大气压(即，具有“欠压”)，则封装内的压力将在泄漏时增加。如果MEMS反射镜12没有被密封，则压力可随环境压力而变化。
此外，在高温下，压力通常会增加。由于阻尼的增加，压力增加将要求更高的驱动电压用于给定操作点(即，用于给定频率/角度/相位)。压力增加还会导致Q系数降低。由于阻尼参数和Q系数可使用本文所述技术推导，因此可以通过MEMS驱动器25或***控制器23来检测和评估阻尼参数的变化或Q系数的变化。在评估时，任何变化都可指示压力的变化。如果LIDAR扫描***200被密封，则可以检测到压力的增加，并且向操作员通知泄漏。
此外，如上所述，恒定驱动电压用于驱动MEMS反射镜12。因此，可以使用MEMS反射镜12的零交叉与致动信号的下降沿之间的反射镜相位。如果反射镜相位朝向零漂移，则这可以指示压力增加。此外，可以在振荡衰减时测量阻尼参数和Q系数。
MEMS驱动器25或***控制器23可被配置为基于测量的振荡频率和测量的倾斜角幅度中的至少一个来确定MEMS封装内的压力，并且可进一步被配置为基于确定的压力来补偿测量的振荡频率和测量的倾斜角幅度。还可以检测压力的变化，并且向操作员发出信号(例如，在变化由芯片封装的泄漏引起的情况下)。
根据一个或多个实施例提供了用于测量具有非线性的MEMS反射镜的特性的方法。该方法包括记录操作参数(例如，反射镜频率、反射镜倾斜幅度和反射镜相位)。这可以由LIDAR扫描***200在特定的大倾斜角(在MEMS反射镜12的正常操作期间)或者在零角度范围内进行。根据测量的反射镜频率、反射镜倾斜幅度和反射镜相位，可以生成完整的响应曲线。反射镜频率可以是零角频率。任选地，***200可以补偿温度灵敏度(使用实际测量或温度的估计)。任选地，***可以计算一个或多个衍生量(例如，阻尼参数、Q系数、零交叉时间、衰减斜率比等)。***200可分别将一个或多个操作参数或者一个或多个衍生量与先前记录的操作参数或衍生量进行比较。然后，***200可被配置为调整一个或多个操作参数，或者向操作员指示建议进行预防性维护或更换。
图5示出了根据一个或多个实施例的测试***500的示意性框图。图6示出了根据一个或多个实施例的被配置为向测试***500发射电信号以及从测试***500接收电信号的信号处理链600的示意性框图。
具体地，测试***500可包括一个测试台50，其被配置为通过使用上述类似测量技术来测量和记录MEMS反射镜12的操作参数(例如，反射镜频率、反射镜倾斜幅度和反射镜相位)。与上述MEMS驱动器25或***控制器23很相似，测试***500可根据测量的反射镜频率、反射镜倾斜幅度和反射镜相位生成完整的响应曲线。测试***还可以计算反射镜频率。反射镜频率可以是零角频率。任选地，测试***500可补偿温度灵敏度(使用实际测量或温度的估计)。任选地，测试***500可计算一个或多个衍生量(例如，阻尼参数、Q系数、零交叉时间、衰减斜率比等)。测试***500可分别将一个或多个操作参数或者一个或多个衍生量与先前记录的操作参数或衍生量进行比较。然后，测试***500可被配置为调整一个或多个操作参数，或者向操作员指示建议进行预防性维护或更换。
测试***500包括由激光驱动器52驱动的光学刺激51(即，激光源)。光学刺激51被配置为在MEMS反射镜53处发射激光。MEMS反射镜53可以由MEMS驱动器54提供的驱动信号来驱动。开环恒压(CV)电路板55接收驱动信号并且向MEMS反射镜53的致动器结构提供驱动电压。
此外，电气地测量MEMS反射镜响应，以确定反射镜频率、反射镜相位和反射镜电流，并且反馈到控制回路中。例如，开环CV电路板55被配置为在振荡衰减期间将来自梳状致动器结构的电流输出至互阻抗放大器56。互阻抗放大器56将电流转换为电压，用于测量MEMS反射镜53的机械运动(例如，反射镜频率和倾斜幅度)。
信号处理链600被配置为接收来自互阻抗放大器56的电压信号。具体地，电容器信号调节电路61被配置为将电压信号转换成电容测量值。电容测量值被反馈到完成反射镜控制回路的函数发生器/锁相环(PLL)控制回路62中，并且还被传输至数据获取单元63。
数据获取单元63存储电容测量值，并且还可以存储先前的测量值、电流和预测响应曲线等。数据获取单元63还将电容测量值和/或响应曲线传输至数据分析器64，分析器64被配置为分析MEMS反射镜53的机械健康或芯片封装的状态。数据分析器64被配置为使用本文提供的任何所述技术来评估MEMS反射镜53的机械健康或芯片封装的状态，并将结果输出至操作员(例如，经由显示器)。
测试***500还包括光敏检测器57，其被配置为接收被MEMS反射镜53反射的反射激光，并以电信号的形式生成测量信号，很像上述光电检测器阵列15。光敏检测器(PSD)57可被配置为通过生成电信号(即，PSD感测信号)并将信号发送给PSD驱动器59来记录来自反射激光的光学响应。然后，PSD驱动器59可将PSD感测信号传输至PSD信号调节电路65，然后将处理后的PSD感测信号传输至函数发生器/PLL控制回路62和数据获取单元63。
数据获取单元63将处理后的PSD感测信号存储为测量值，并且还可以存储先前的测量值、电流和预测响应曲线等。数据获取单元63还将测量值和/或响应曲线传输至数据分析器64，数据分析器64被配置为分析MEMS反射镜53的机械健康或芯片封装的状态。数据分析器64被配置为使用本文提供的任何所述技术来评估MEMS反射镜53的机械健康或芯片封装的状态，并将结果输出至操作员(例如，经由显示器)。
尽管本文所述的实施例涉及具有反射镜的MEMS设备，但应当理解，其他实施例可包括除MEMS反射镜设备或其他MEMS振荡结构以外的光学设备。此外，尽管在装置的上下文中描述了一些方面，但明显地，这些方面还表示对应方法的描述，其中块或设备对应于方法步骤或方法步骤的特征。类似地，在方法步骤的上下文中描述的方面也表示对对应块、项或对应装置的特征的描述。部分或所有方法步骤可通过(或使用)硬件装置来执行，例如，微处理器、可编程计算机或电子电路。在一些实施例中，可通过这种装置来执行一个或多个方法步骤。
根据特定实施要求，本文提供的实施例可以在硬件或软件中实施。可使用数字存储介质(例如，软盘、DVD、蓝光、CD、ROM、PROM、EPROM、EEPROM或闪速存储器)来执行该实施，数字存储介质具有存储在其上的电子可读控制信号，其与可编程计算机***协作(或能够协作)，使得可执行相应的方法。因此，数字存储介质可以是计算机可读的。
指令可由一个或多个处理器执行，诸如一个或多个中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、通用微处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程逻辑阵列(FPGA)或其他等效集成或离散逻辑电路。因此，本文所用术语“处理器”是指适合于实施本文所述技术的任何上述结构或任何其他结构。此外，在一些方面中，本文所述的功能可在专用硬件和/或软件模块内提供。此外，这些技术可以在一个或多个电路或逻辑元件中完全实施。
上述示例性实施例仅仅是说明性的。应理解，本领域技术人员将明白对本文所述布置和细节的修改和变化。因此，仅通过所附权利要求来限制专利申请的范围，而不通过说明书呈现的具体细节和本文实施例的解释来限制。

Claims (22)

1.一种监控微机电***MEMS振荡结构的***，包括：
微机电***MEMS振荡结构，被配置为非线性谐振器，以围绕旋转轴振荡；
驱动器，被配置为根据操作响应曲线来生成用于驱动所述MEMS振荡结构围绕所述旋转轴的驱动力，在此期间，所述MEMS振荡结构处于谐振，所述驱动器还被配置为当所述MEMS振荡结构处于预定倾斜角时降低所述驱动力，以诱发所述MEMS振荡结构在衰减周期内的振荡衰减；
测量电路，被配置为测量所述MEMS振荡结构在所述衰减周期期间的振荡频率和倾斜角幅度；以及
至少一个处理器，被配置为基于测量的所述振荡频率和测量的所述倾斜角幅度中的至少一个来确定所述MEMS振荡结构的至少一个特性。
2.根据权利要求1所述的***，其中所述振荡频率是所述MEMS振荡结构的零角频率。
3.根据权利要求2所述的***，其中所述测量电路被配置为基于所述MEMS振荡结构在所述振荡衰减期间振荡通过零角范围来测量所述零角频率。
4.根据权利要求3所述的***，其中所述至少一个处理器被配置为将所述零角频率与预期的零角频率进行比较，并且基于所述比较确定所述至少一个特性。
5.根据权利要求1所述的***，其中所述至少一个处理器被配置为基于测量的所述振荡频率和测量的所述倾斜角幅度中的至少一个来测量所述衰减周期，将测量的所述衰减周期与预期衰减周期进行比较，并且基于所述比较确定所述至少一个特性。
6.根据权利要求1所述的***，其中所述至少一个特性是所述MEMS振荡结构的阻尼系数和所述MEMS振荡结构的Q系数。
7.根据权利要求1所述的***，还包括：
MEMS封装，所述MEMS封装中设置有所述MEMS振荡结构；
其中所述至少一个处理器被配置为基于测量的所述振荡频率和测量的所述倾斜角幅度中的至少一个确定所述MEMS封装内的压力，并且
其中所述至少一个处理器被配置为基于确定的所述压力补偿测量的所述振荡频率和测量的所述倾斜角幅度。
8.根据权利要求1所述的***，还包括：
MEMS封装，所述MEMS封装中设置有所述MEMS振荡结构；
其中所述至少一个处理器被配置为基于测量的所述振荡频率和测量的所述倾斜角幅度中的至少一个来检测所述MEMS封装内的压力的变化。
9.根据权利要求1所述的***，其中所述至少一个处理器被配置为基于测量的所述倾斜角幅度生成倾斜角幅度衰减曲线，将所述倾斜角幅度衰减曲线与先前的倾斜角幅度衰减曲线进行比较，并且基于所述比较确定所述至少一个特性。
10.根据权利要求1所述的***，其中所述至少一个处理器被配置为基于测量的所述倾斜角幅度生成倾斜角幅度衰减曲线，确定所述倾斜角幅度衰减曲线的第一区域处的第一特性，确定所述倾斜角幅度衰减曲线的第二区域处的第二特性，并且基于所述第一特性和所述第二特性确定所述至少一个特性。
11.根据权利要求10所述的***，其中所述至少一个处理器被配置为将所述第一特性和所述第二特性与预定值进行比较以生成比较结果，并且基于所述比较结果确定所述至少一个特性。
12.根据权利要求1所述的***，其中所述至少一个处理器被配置为接收来自温度传感器的温度测量，并且基于所述温度测量补偿测量的所述振荡频率和测量的所述倾斜角幅度。
13.根据权利要求1所述的***，其中所述预定倾斜角是所述操作响应曲线上的回退点之前的最大倾斜角。
14.根据权利要求1所述的***，其中所述驱动器被配置为断开所述驱动力，以诱发所述MEMS振荡结构的所述振荡衰减。
15.根据权利要求1所述的***，其中所述MEMS振荡结构的所述振荡频率随着所述倾斜角幅度的增加而非线性地增加。
16.根据权利要求1所述的***，还包括：
至少一个板簧组件，耦合至所述MEMS振荡结构并且被配置为向所述MEMS振荡结构提供围绕所述旋转轴的扭转刚度，使得所述MEMS振荡结构的所述振荡频率随着所述倾斜角幅度的增加而非线性地增加。
17.一种监控微机电***MEMS振荡结构的方法，所述方法包括：
驱动所述MEMS振荡结构，所述MEMS振荡结构被配置为根据操作响应曲线来围绕旋转轴振荡，在此期间，所述MEMS振荡结构处于谐振，其中所述MEMS振荡结构是非线性谐振器；
在预定倾斜角处诱发所述MEMS振荡结构的振荡衰减，使得所述MEMS振荡结构的振荡从所述预定倾斜角开始在衰减周期内完全衰减；
在所述衰减周期期间测量所述MEMS振荡结构的振荡频率和倾斜角幅度；以及
基于测量的所述振荡频率和测量的所述倾斜角幅度中的至少一个来确定所述MEMS振荡结构的至少一个特性。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述振荡频率是所述MEMS振荡结构的零角频率，所述方法还包括：
在所述振荡衰减期间，基于所述MEMS振荡结构通过零角范围振荡来测量所述零角频率。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括：
将所述零角频率与预期零角频率进行比较；以及
基于所述比较确定所述至少一个特性。
20.根据权利要求17所述的方法，其中所述至少一个特性是所述MEMS振荡结构的阻尼系数或者所述MEMS振荡结构的Q系数。
21.根据权利要求17所述的方法，还包括：
基于测量的所述倾斜角幅度生成倾斜角幅度衰减曲线；
将所述倾斜角幅度衰减曲线与先前的倾斜角幅度衰减曲线进行比较；以及
基于所述比较确定所述至少一个特性。
22.根据权利要求17所述的方法，其中所述预定倾斜角是在所述操作响应曲线上的回退点之前的最大倾斜角。
CN201911012326.5A 2018-10-24 2019-10-23 Mems镜特性的监控 Active CN111090086B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201862749748P 2018-10-24 2018-10-24
US62/749,748 2018-10-24
US16/206,272 2018-11-30
US16/206,272 US10788659B2 (en) 2018-10-24 2018-11-30 Monitoring of MEMS mirror properties

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111090086A CN111090086A (zh) 2020-05-01
CN111090086B true CN111090086B (zh) 2023-09-29

Family

ID=70327035

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911012326.5A Active CN111090086B (zh) 2018-10-24 2019-10-23 Mems镜特性的监控

Country Status (3)

Country Link
US (3) US10788659B2 (zh)
CN (1) CN111090086B (zh)
DE (1) DE102019128647A1 (zh)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017219442B8 (de) * 2017-10-30 2023-03-02 Infineon Technologies Ag Spiegelvorrichtung, die eine Blattfeder mit Öffnungen aufweist
US11061201B2 (en) * 2018-12-07 2021-07-13 Beijing Voyager Technology Co., Ltd. Non-linear springs to unify the dynamic motion of individual elements in a micro-mirror array
IT201900025084A1 (it) * 2019-12-20 2021-06-20 St Microelectronics Srl Dispositivo microelettromeccanico dotato di una struttura orientabile protetta da urti
US11368658B2 (en) * 2020-06-15 2022-06-21 Microsoft Technology Licensing, Llc Amplitude and biphase control of MEMS scanning device
US11662570B2 (en) 2020-06-17 2023-05-30 Infineon Technologies Ag Mems scanner suspension system enabling high frequency and high mechanical tilt angle for large mirrors
US20220026537A1 (en) * 2020-07-22 2022-01-27 Beijing Voyager Technology Co., Ltd. Systems and methods for sensing rotation angles of a micro mirror in an optical sensing system
US11835710B2 (en) * 2020-12-15 2023-12-05 Infineon Technologies Ag Method of mode coupling detection and damping and usage for electrostatic MEMS mirrors
US11480680B2 (en) 2021-03-26 2022-10-25 Aeye, Inc. Hyper temporal lidar with multi-processor return detection
US20220308187A1 (en) 2021-03-26 2022-09-29 Aeye, Inc. Hyper Temporal Lidar Using Multiple Matched Filters to Determine Target Retro-Reflectivity
CN113253245B (zh) * 2021-05-11 2024-04-19 苏州深水渔半导体有限公司 基于mems振镜的激光雷达的校准***和消除图像晃动的方法
WO2023014704A1 (en) * 2021-08-04 2023-02-09 Aeye, Inc. Multi-lens lidar receiver
US20210389431A1 (en) * 2021-08-13 2021-12-16 Intel Corporation Lidar module and methods thereof

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101156102A (zh) * 2005-02-14 2008-04-02 德州仪器公司 共振扫描反射镜的偏转控制
CN104516105A (zh) * 2013-09-29 2015-04-15 中强光电股份有限公司 激光扫描装置及其校准方法
CN106461394A (zh) * 2014-06-26 2017-02-22 路梅戴尼科技公司 用于从非线性周期信号确定旋转的***和方法
CN107449413A (zh) * 2016-05-27 2017-12-08 株式会社村田制作所 对振动微机电陀螺仪中的驱动幅度的连续监测
CN107450178A (zh) * 2017-09-06 2017-12-08 北京航天长征飞行器研究所 一种二维mems微镜驱动控制***和方法

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002148554A (ja) * 2000-11-03 2002-05-22 Samsung Electronics Co Ltd 光スキャナ及びこれを適用したレーザ映像投射装置並びにその駆動方法
US7483126B2 (en) 2004-06-23 2009-01-27 Texas Instruments Incorporated Performance analyses of micromirror devices
JP4056532B2 (ja) 2005-03-31 2008-03-05 日本航空電子工業株式会社 故障診断機能付きｍｅｍｓデバイス
JP4288275B2 (ja) 2006-08-30 2009-07-01 富士通株式会社 光スイッチ装置
JP5065116B2 (ja) * 2007-06-14 2012-10-31 キヤノン株式会社 揺動体装置、光偏向装置、及びその制御方法
JP5184909B2 (ja) * 2008-02-13 2013-04-17 キヤノン株式会社 揺動体装置及び光偏向装置
US8489399B2 (en) 2008-06-23 2013-07-16 John Nicholas and Kristin Gross Trust System and method for verifying origin of input through spoken language analysis
US20120236379A1 (en) * 2010-08-23 2012-09-20 Lighttime, Llc Ladar using mems scanning
NL2007554C2 (en) * 2011-10-10 2013-04-11 Innoluce B V Mems scanning micromirror.
NL2007886C2 (en) * 2011-11-29 2013-05-30 Innoluce B V Mems scanning micromirror.
US10048488B2 (en) * 2016-11-10 2018-08-14 Stmicroelectronics Ltd Circuit for detection of failure of movable MEMS mirror
US10718940B2 (en) * 2016-12-12 2020-07-21 Stmicroelectronics Ltd Envelope detection circuit for detection of opening angle of a movable MEMS mirror
DE102017205631A1 (de) * 2017-04-03 2018-10-04 Robert Bosch Gmbh LiDAR-System und Verfahren zum Ermitteln eines Systemzustands eines LiDAR-Systems
US10365474B2 (en) * 2017-06-05 2019-07-30 Stmicroelectronics Ltd Phase error measurement for oscillating mirrors
US10401616B2 (en) * 2017-06-08 2019-09-03 Stmicroelectronics Ltd. Amplitude control during start-up of resonating mirror
US10684465B2 (en) * 2017-10-02 2020-06-16 Stmicroelectronics Ltd MEMS mirror driven by dual pulse drive signal
DE102017219442B8 (de) * 2017-10-30 2023-03-02 Infineon Technologies Ag Spiegelvorrichtung, die eine Blattfeder mit Öffnungen aufweist
DE102017220413A1 (de) * 2017-11-16 2019-05-16 Robert Bosch Gmbh Mikromechanisches Bauteil und Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil
TWI653427B (zh) * 2018-04-09 2019-03-11 宏碁股份有限公司 三維感測系統
DE102018010451B4 (de) * 2018-05-22 2023-11-02 Infineon Technologies Ag MEMS-Bauelement mit Aufhängungsstruktur und Verfahren zum Herstellen eines MEMS-Bauelementes

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101156102A (zh) * 2005-02-14 2008-04-02 德州仪器公司 共振扫描反射镜的偏转控制
CN104516105A (zh) * 2013-09-29 2015-04-15 中强光电股份有限公司 激光扫描装置及其校准方法
CN106461394A (zh) * 2014-06-26 2017-02-22 路梅戴尼科技公司 用于从非线性周期信号确定旋转的***和方法
CN107449413A (zh) * 2016-05-27 2017-12-08 株式会社村田制作所 对振动微机电陀螺仪中的驱动幅度的连续监测
CN107450178A (zh) * 2017-09-06 2017-12-08 北京航天长征飞行器研究所 一种二维mems微镜驱动控制***和方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
B. Eminogluet al..Novel, simple, and Q-independent self oscillation loop designed for vibratory MEMS gyroscopes.《2011 16th International Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems Conference》.2011,全文. *
赵万良 ; 成宇翔 ; 孙殿竣 ; 唐健 ; 刘朝阳 ; 欧彬 ; 张卫平 ; .MEMS半球谐振陀螺的角速度积分及其FPGA设计.半导体光电.2017,第38卷(第01期),全文. *

Also Published As

Publication number Publication date
US11442265B2 (en) 2022-09-13
US10788659B2 (en) 2020-09-29
DE102019128647A1 (de) 2020-04-30
US20210311300A1 (en) 2021-10-07
CN111090086A (zh) 2020-05-01
US20200132981A1 (en) 2020-04-30
US20200333585A1 (en) 2020-10-22
US11073686B2 (en) 2021-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111090086B (zh) Mems镜特性的监控
US11467394B2 (en) Capacitive charge based self-sensing and position observer for electrostatic MEMS mirrors
CN111796417B (zh) 微机电***(mems)反射镜的同步
US11668924B2 (en) Control structure for oscillators with nonlinear frequency response
CN110687520B (zh) Mems振荡结构不对称和周期性抖动的检测和补偿
US10935640B2 (en) Multiplexed LIDAR transceiver
Sandner et al. Large aperture MEMS scanner module for 3D distance measurement
US10792931B2 (en) Optical deflection apparatus, head-up display apparatus, optical writing unit, image forming apparatus, and object recognition apparatus
CN113805158B (zh) 使能大镜的高频率和高机械倾斜角的mems扫描仪悬架***
US9255782B2 (en) MEMS device including a mobile element and a resistive sensor, and method for generating a signal indicating the position of the mobile element
US20200081103A1 (en) Angular magnetic field sensor for a scanner
US10840922B1 (en) Mechanical shock detection and phase and frequency correction of a MEMS mirror
US20050225743A1 (en) Laser range finder having reflective micro-mirror and laser measuring method
US20200110260A1 (en) Scanner with two sequential scan units
CN114636987A (zh) 用于静电mems反射镜的模式耦合检测和阻尼方法以及使用
US11536949B2 (en) Laser projection device
US11536810B2 (en) Delay measurement, monitoring, and compensation of an oscillator control system
US20220066197A1 (en) Capacitance sensing in a mems mirror structure

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant