[发明专利]具有致动透镜的紧凑型线扫描MEMS飞行时间系统

说明书

本公开涉及具有致动透镜的紧凑型线扫描MEMS飞行时间系统。本文公开了一种光学模块，包括：衬底以及由衬底承载的光学检测器、激光发射器和支撑结构。光学层包括：固定部分，由支撑结构承载；可移动部分，通过弹簧结构被附固在固定部分的相对侧之间的；以及透镜系统，由可移动部分承载。可移动部分具有在其中所限定的至少一个开口，透镜系统跨至少一个开口而延伸，可移动部分具有跨至少一个开口而延伸的至少一个支撑部分以支撑透镜系统。光学层还包括MEMS致动器，该MEMS致动器用于可移动部分相对于固定部分的平面内移动。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年12月16日提交的美国专利申请号17/124,027和于2021年11月23日提交的美国专利申请号17/533,890的优先权，这些申请的内容在法律允许的最大程度上通过引用被整体并入本文中。

技术领域

本公开涉及飞行时间成像系统领域，特别地，涉及利用MEMS技术来跨脉冲激光发生器和高速光电检测器扫描发射透镜和接收透镜以实现场景深度测量的紧凑飞行时间系统。

背景技术

飞行时间(TOF)成像技术被用于很多深度映射系统(也被称为3D映射或3D成像)。在所谓“直接”TOF技术中，光源(诸如脉冲激光)将光学辐射脉冲朝向要被映射的场景引导，并且高速检测器感测从场景反射回的光学辐射的到达时间。深度图中的每个像素处的深度值根据光学辐射的出射脉冲的发射时间与从场景中的对应点反射的光学辐射的到达时间的差而得到，该差被称为光学脉冲的“飞行时间”。

对于一些期望的应用，为了满足期望的性能和分辨率度量，期望跨场景扫描光学光源，并且在该扫描期间适当地接收从场景反射回的光学辐射。作为示例，光源和高速检测器可以相对于光学辐射的出射脉冲和从场景反射回的输入光学辐射通过的光学透镜来扫描。

然而，当前的扫描技术可能会消耗不希望的面积量。此外，与此类技术一起使用的光学模块的厚度比所期望的更大。鉴于深度映射系统通常被并入紧凑型电子设备中，额外的面积消耗和额外的厚度是特别不期望的。因此，对利用对场景深度图的扫描解决方案的紧凑型TOF系统的开发是必要的，并且希望这种紧凑型TOF系统能够保持现有系统的鲁棒性。

发明内容

一种光学模块包括：衬底；由衬底承载的光学检测器；由衬底承载的激光发射器；由衬底承载的支撑结构；和光学层。光学层包括：固定部分，由支撑结构承载；可移动部分，通过弹簧结构被附固在固定部分的相对侧之间；透镜系统，由可移动部分承载，该透镜系统包括物镜部分和射束成形透镜部分，物镜部分被放置为使得其位于光学检测器的上方，射束成形透镜部分被放置为使得其位于激光发射器的上方；以及MEMS致动器，用于可移动部分在平面内相对于固定部分的移动。

MEMS致动器可以包括梳状驱动部。梳状驱动部可以通过以下来形成：第一梳状结构，从固定部分延伸以与从可移动部分延伸的第二梳状结构相互交错；以及致动电路系统，被配置为：将电压施加到第一梳状结构和第二梳状结构，以使光学层的可移动部分在固定部分的相对侧之间来回振荡，使得在第一行进限制处，相比于固定部分的第二侧，光学层的可移动部分更靠近固定部分的第一侧，并且使得在第二行进限制处，相比于固定部分的第一侧，光学层的可移动部分更靠近固定部分的第二侧。

MEMS致动器可以通过以下来形成：第一梳状结构，从固定部分的第一侧延伸，以与从可移动部分的相邻侧延伸的第二梳状结构相互交错；第三梳状结构，从固定部分的第二侧延伸，以与从可移动部分的相邻侧延伸的第四梳状结构相互交错；以及致动电路系统，被配置为：将电压施加到第一梳状结构、第二梳状结构、第三梳状结构和第四梳状结构，以使光学层的可移动部分在固定部分的相对侧之间来回振荡，使得在第一行进限制处，相比于固定部分的第二侧，光学层的可移动部分更靠近固定部分的第一侧，并且使得在第二行进限制处，相比于固定部分的第一侧，光学层的可移动部分更靠近固定部分的第二侧。