[发明专利]异构集成的芯片级激光雷达系统

说明书

激光雷达系统包括光子芯片，其包括光源和用于提供输出信号进行发射的发射光束耦合器。输出信号是调频连续波(FMCW)信号。发射光束引导装置从光子芯片的发射光束耦合器发射输出信号。接收光束引导装置获得目标对输出信号的反射，并且将反射作为接收信号提供给光子芯片的接收光束耦合器。光子芯片、发射光束引导装置和接收光束引导装置异构地集成到光学引擎中。

技术领域

本主题公开涉及异构集成的芯片级激光雷达系统。

背景技术

车辆(例如，汽车、卡车、建筑设施、农场设施、自动化工厂设施)越来越多地配备有提供信息以增强或自动化车辆操作的传感器。示例性传感器包括无线电检测和测距(雷达)系统、相机、麦克风以及光探测和测距(激光雷达)系统。示例性激光雷达系统是相干激光雷达系统，其发射调频连续波(FMCW)信号并且依赖于发射信号与由于目标对发射信号的反射散射引起的回波信号之间的光学相干性以执行目标的检测。在诸如车辆应用等应用中，由于空间可用性有限，传感器的紧凑设计是重要的。因此，希望提供一种异构集成的芯片级激光雷达系统。

发明内容

在一个示例性实施例中，激光雷达系统包括光子芯片，其包括光源和用于提供输出信号进行发射的发射光束耦合器，其中输出信号是调频连续波(FMCW)信号。激光雷达系统还包括发射光束引导装置和接收光束引导装置，发射光束引导装置从光子芯片的发射光束耦合器发射输出信号，接收光束引导装置获得目标对输出信号的反射并且将反射作为接收信号提供给光子芯片的接收光束耦合器，其中光子芯片、发射光束引导装置和接收光束引导装置异构地集成到光学引擎中。

除了本文描述的一个或多个特征之外，发射光束引导装置和接收光束引导装置是被制造为管芯的二维微机电系统(2D MEMS)镜。

除了本文描述的一个或多个特征之外，光学引擎异构地集成在具有蚀刻有用于放置2D MEMS镜的凹坑的半导体板上。

除了本文描述的一个或多个特征之外，发射光束引导装置被放置成与光子芯片的发射光束耦合器光学对准，而接收光束引导装置被放置成与光子芯片的接收光束耦合器光学对准。

除了本文描述的一个或多个特征之外，光子芯片、发射光束引导装置和接收光束引导装置接合到公共半导体板以被动地保持光学对准。

除了本文描述的一个或多个特征以外，激光雷达系统还包括与光学引擎耦合的驱动电子装置。驱动电子装置包括调制激光器驱动器和控制驱动器，调制激光器驱动器用于调制光源并且产生FMCW信号，控制驱动器用于发射光束引导装置和接收光束引导装置。

除了本文描述的一个或多个特征以外，激光雷达系统还包括后检测电子装置以处理由光子芯片的光电检测器提供的电信号。

除了本文描述的一个或多个特征以外，光学引擎、驱动电子装置和后检测电子装置形成在第一印刷电路板上，而控制驱动器形成在第二印刷电路板上。

除了本文描述的一个或多个特征以外，将控制驱动器制造为第一专用集成电路(ASIC)，而将驱动电子装置和后检测电子装置制造为第二ASIC。

除了本文描述的一个或多个特征以外，激光雷达系统在车辆中。

在另一个示例性实施例中，一种封装激光雷达系统的方法包括制造光子芯片。光子芯片包括光源和用于提供输出信号进行发射的发射光束耦合器，并且输出信号是调频连续波(FMCW)信号。方法还包括将发射光束引导装置耦合到光子芯片以从光子芯片的发射光束耦合器发射输出信号，并且将接收光束引导装置耦合到光子芯片以获得目标对输出信号的反射并且将反射作为接收信号提供给光子芯片的接收光束耦合器。光子芯片、发射光束引导装置和接收光束引导装置异构地集成到光学引擎中。

除了本文描述的一个或多个特征以外，方法还包括将发射光束引导装置和接收光束引导装置制造为二维微机电系统(2D MEMS)镜管芯，其中异构地集成光学引擎包括将2DMEMS镜管芯放置在蚀刻于硅板中的凹坑中。