阅读说明：本技术 激光微镜阵列中的耦合和同步镜元件 (Coupling and synchronizing mirror elements in a laser micromirror array ) 是由 周勤 王佑民 于 2018-12-11 设计创作，主要内容包括：一些实施例披露了被配置为使LiDAR系统中重定向光的微机电系统装置,包括布置在线性阵列内的支撑框架和至少两个镜元件,所述至少两个镜元件包括第一镜元件和第二镜元件。所述至少两个镜元件的每个镜元件可在旋转轴上旋转,所述旋转轴与由所述至少两个镜元件的所述线性阵列限定的线垂直,并且将对应的镜元件一分为二为第一部分和第二部分。所述装置可包括耦合元件,所述耦合元件的远端物理耦合到所述第一镜元件的第一部分,而近端物理耦合到所述第二镜元件的第二部分,使得第一镜元件的旋转引起第二镜元件的同步且等同地旋转。(Some embodiments disclose a microelectromechanical systems device configured to redirect light in a LiDAR system, including a support frame arranged within a linear array and at least two mirror elements including a first mirror element and a second mirror element. Each mirror element of the at least two mirror elements is rotatable on a rotation axis perpendicular to a line defined by the linear array of the at least two mirror elements and bisects the corresponding mirror element into a first portion and a second portion. The apparatus can include a coupling element having a distal end physically coupled to a first portion of the first mirror element and a proximal end physically coupled to a second portion of the second mirror element such that rotation of the first mirror element causes synchronous and equal rotation of the second mirror element.)

激光微镜阵列中的耦合和同步镜元件

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年12月7日提交的美国专利申请No.16/214,010和于2018年12月7日提交的美国专利申请No.16/214,013的优先权，该申请的全部内容通过引用整体结合于此以用于所有目的。

背景技术

现代车辆通常装有一套环境检测传感器，这些传感器旨在实时检测车辆周围的物体和景观特征，可以用作许多当前和新兴技术的基础，例如变道辅助、防撞和自动驾驶功能。一些常用的传感系统包括光学传感器(例如，红外、照相机等)、用于检测其他车辆或物体的存在、方向、距离和速度的无线电检测和测距(雷达，RADAR)、磁力计(例如，对卡车、汽车或有轨电车等大型铁质物体的被动感应)以及光探测和测距(激光雷达，LiDAR)。

LiDAR通常使用脉冲光源和检测系统来估计与环境特征(例如，车辆、建筑等)的距离。在一些系统中，激光或突发的光(脉冲)通过镜头组件发射并聚焦，并且接收器会收集来自对象的脉冲反射。脉冲的飞行时间(TOF)可以根据发射时间到接收到反射的时间进行测量，这可能表现为单个数据点。该过程可以在任何所需范围内非常快速地重复，该范围通常可以在车辆前方的某个区域内，或者在360度半径内。该过程可以捕获TOF测量值以形成点的集合，这些点可以实时动态、连续地更新，从而形成“点云”。点云数据可用于估计物体相对于LiDAR系统的距离、尺寸和位置，通常具有很高的保真度(例如，在5厘米内)，可用于绘制车辆周围的区域，从而使车辆在空间上了解其周围环境，并可以例如在可能发生碰撞的情况下向驾驶员提示障碍物、危险或兴趣点，或采取纠正措施(例如，施加制动)。

尽管LiDAR和其他传感系统有望带动全自动交通的持续发展，但仍然存在着限制其广泛采用的挑战。LiDAR系统通常是昂贵、大型和笨重的。在一些实施例中，可能需要多个发射器来准确跟踪场景，尤其是对于要求在大范围和视野(FOV)范围内具有精度的系统而言。尽管在将自动驾驶技术推向更大的商业应用方面取得了长足的进步，但仍需要更多的改进。

发明内容

本概述既不旨在表示所要求保护的主题的关键或必要特征，也不旨在单独用于确定所要求保护的主题的范围。应当通过参考本申请的整个说明书、任何或所有附图以及每个权利要求的适当部分来理解本申请的主题。

前述以及其他特征和示例将在下面的详细描述、权利要求书和附图中更详细地描述。

在一些实施例中，一种微机电系统装置，被配置为在光探测和测距系统(LiDAR)中重定向光，微机电系统装置可以包括：

支撑框架；至少两个镜元件，以端对端，纵向线性阵列的形式布置在所述支撑框架内，该至少两个镜元件包括：第一镜元件；以及第二镜元件，第二镜元件与第一镜元件相邻并线性对齐。其中，所述至少两个镜元件的每个镜元件可在旋转轴上旋转，所述旋转轴与由所述至少两个镜元件的所述线性阵列限定的线垂直，每个镜元件的旋转轴将对应的镜元件分为第一部分和第二部分。所述微机电系统装置还可以包括耦合元件，其远端耦合到所述第二镜元件的第一部分，而近端耦合到所述第二镜元件的第二部分，其中，所述耦合元件物理耦合所述第一镜元件和所述第二镜元件，使得所述第一镜元件的旋转引起所述第二镜元件同步且等同地旋转，所述第二镜元件的旋转引起第一镜元件同步且等同地旋转。

在一些实施例中，每个镜元件可以包括在其第一部分上的第一耦合位置和其第二部分上的第二耦合位置，第一耦合位置和第二耦合位置限定了耦合元件被耦合到的位置，其中，第一耦合位置和第二耦合位置与相应镜元件的旋转轴等距且在相对侧上。在一些实施例中，微机电系统装置还可包括一个或以上处理器；由一个或以上处理器控制的一个或以上微机电系统引擎，被配置为旋转至少一个第一镜元件和第二镜元件，其中，当一个或以上微机电系统引擎旋转第一镜元件和第二镜元件中的至少一个时，所耦合元件使至少两个镜元件同步地、机械地并且在一定的运动范围内同步且等同地旋转。在一些实施例中，运动范围可以包括任何合适的旋转范围(例如，旋转范围不超过90度)。在一些实施例中，在公共基板上支撑框架、至少两个镜元件和耦合元件可以一起形成(例如，在半导体基板的同一平面上蚀刻)连续的整体结构。在一些实施例中，微机电系统装置还可以包括：第三镜元件(或更多)，第三镜元件与第二镜元件相邻并线性对齐；以及第二耦合元件，其远端耦合到第二镜元件的第一部分，近端耦合到第三镜元件的第二部分，其中，所述耦合元件物理耦合所述第二镜元件和第三镜元件，使得所述第三镜元件的旋转引起所述第一镜元件和第二镜元件同步且等同地旋转。

在一些实施例中，第一镜元件的第一部分和第二镜元件的第二部分均可以包括纵向通道，所述纵向通道被配置为当第一镜元件和第二镜元件旋转时，允许耦合元件穿过由第一镜元件和第二镜元件限定的平面。在一些实施例中，当所述第一镜元件和所述第二镜元件旋转时，所述耦合元件弯曲。在一些实施例中，所述支撑框架包括：耦合元件支撑件，被配置为平行于第一镜元件和第二镜元件的旋转轴并且在第一镜元件和第二镜元件之间，其中，当第一镜元件和第二镜元件旋转时，耦合元件在耦合元件支撑件上旋转。在一些实施例中，第一镜元件可以通过沿旋转轴配置的至少一个支撑铰链(通常是两个线性对齐的铰链)连接到支撑框架，以便于第一镜元件和第二镜元件沿旋转轴的旋转。在一些实施例中，在公共基板上至少一个支撑铰链、支撑框架、第一镜元件和第二镜元件以及耦合元件可以形成(例如，通过光刻或其他半导体制造工艺等蚀刻)连续的整体结构。在一些实施例中，多个镜元件中的每个可以具有相同的大小和尺寸。在一些实施例中，至少两个镜元件中的每个都可以是矩形，具有：两个相对的端部由第一距离分隔，第一距离限定了相应镜元件的长度和纵向布置，以及，两个相对的侧面由第二距离分隔，第二距离限定了相应镜元件的宽度。在一些实施例中，支撑框架可以包括支撑件，该支撑件被构造成垂直于线性阵列，并且在第一镜元件和第二镜元件之间的位置处，其中，支撑件在枢轴点处支撑耦合元件，其中，耦合元件在枢轴点处旋转。

在一些实施例中微机电系统装置被配置为，使LiDAR系统中的光重定向，所述微机电系统装置可以包括支撑框架；第一镜元件，通过第一支撑铰链耦合到支撑框架，其中，第一镜元件可相对于支撑框架沿第一支撑铰链的旋转轴旋转，并由第一支撑铰链限定方向；第二镜元件，通过第二支撑铰链耦合到支撑框架，其中，第二镜元件可相对于支撑框架沿第二支撑铰链的旋转轴旋转，并由第二支撑铰链限定方向；耦合元件，将第一镜元件耦合至第二镜元件，使得第一镜元件的旋转使第二镜元件与第一镜元件同步且等同地旋转，并且，第二镜元件的旋转使第一镜元件与第二镜元件同步且等同地旋转。在一些实施例中，第一镜元件和第二镜元件可以以端对端，纵向线性阵列的形式布置在支撑框架内。通常，该线性阵列多于两个镜元件，如图5B-5D和7B-7D所示。在一些实施例中，第一镜元件和第二镜元件的旋转范围可以不超过90度(通常在45-90度之间)，但是其他范围也是可以的。在一些实施例中，在公共基板上支撑框架、第一镜元件和第二镜元件以及耦合元件可以一起形成连续的整体结构。在一些实施例中，当第一镜元件和第二镜元件的旋转时，耦合元件可能会弯曲。在一些实施例中，所述支撑框架可以包括：耦合元件支撑件，被配置为平行于第一镜元件和第二镜元件的旋转轴并且在第一镜元件和第二镜元件之间，其中，当第一镜元件和第二镜元件旋转时，耦合元件在耦合元件支撑件上旋转。

在一些实施例中，所述微机电系统装置被配置为使LiDAR系统中的光重定向，可以包括：支撑框架；至少两个镜元件，被配置为在支撑框架内以端对端，纵向线性阵列的形式布置在所述支撑框架内，其中，所述至少两个镜元件的每个镜元件可在旋转轴上旋转，所述旋转轴与由所述至少两个镜元件的所述线性阵列限定的线垂直；耦合元件，被配置为与所述至少两个镜元件的线性阵列相邻并与之平行，所述耦合元件在所述至少两个镜元件中的每一处耦合到相同的位置，从而耦合元件将至少两个镜元件中的每个物理耦合在一起，使得至少两个镜元件中的任何一个的旋转都会引起耦合到耦合元件的至少两个镜元件的剩余镜元件同步且等同地旋转。在一些实施例中，微机电系统装置还可以包括：一个或以上处理器；由一个或以上处理器控制的一个或以上微机电系统引擎，被配置为驱动耦合元件的，所述耦合元件使至少两个镜元件在运动范围内同步且等同地旋转。在一些实施例中，运动范围包括旋转范围不超过90度(例如，45-90度)，其他范围也是可能的。在一些实施例中，在公共基板上支撑框架、耦合元件和至少两个镜元件可以形成连续的整体结构。在一些实施例中，公共基板可以是半导体基板，而支撑框架、耦合元件和至少两个镜元件可以在同一平面上。

在一些实施例中，多个镜元件中的每个可以具有相同的大小和尺寸，尽管其他布置也是可以的。在一些实施例中，第一镜元件可以通过沿旋转轴配置的至少一个支撑铰链耦合到支撑框架，以便于第一镜元件和第二镜元件沿着旋转轴旋转。在一些实施例中，在公共基板上至少一个支撑铰链、支撑框架、第一镜元件和第二镜元件以及耦合元件可以形成通用整体结构。在一些实施例中，至少两个镜元件中的每个可以是矩形的，具有：两个相对的端部由第一距离分隔，第一距离限定了相应镜元件的长度和纵向布置；两个相对的侧面由第二距离分隔，第二距离限定了相应镜元件的宽度。如本领域的普通技术人员从本申请的说明中将理解的那样，镜元件也可以是其他形状。在一些实施例中，当第一镜元件和第二镜元件的旋转时，所述耦合元件可以弯曲。

在一些实施例中，LiDAR系统中的微机电系统装置被配置为使LiDAR系统中的光重定向，可以包括：支撑框架；至少两个镜元件，被配置为布置在支撑框架内的线性阵列中，其中，至少两个镜元件的每个镜元件可在垂直于由至少两个镜元件的线性阵列限定的线的旋转轴上旋转；耦合元件，被配置为耦合在每个至少两个镜元件的基本上相同的位置，从而耦合元件将至少两个镜元件中的每个物理耦合在一起，使得至少两个镜元件中的任何一个的旋转都会引起耦合到耦合元件的至少两个镜元件的剩余镜元件同步且等同地旋转。在一些实施例中，微机电系统装置可以包括：一个或以上处理器；执行器，由所述一个或以上处理器或一个或以上微机电系统引擎控制，被配置为驱动所述耦合元件，该耦合元件使至少两个镜元件在运动范围内同步且等同地旋转。在一些实施例中，运动范围可以包括旋转范围不超过90度(例如，45-90度，或其他合适的范围)。在一些实施例中个，在公共基板上可以形成支撑框架和至少两个镜元件，并且多个镜元件中的每个可以具有相同的大小和尺寸。在一些实施例中，多个镜元件中的每个可以是矩形，具有：两个相对端部由第一距离分隔，第一距离限定了相应镜元件的长度和纵向布置；两个相对的侧面由第二距离分隔，第二距离限定了相应镜元件的宽度。在一些实施例中，第一镜元件可以通过沿着旋转轴配置的至少一个支撑铰链(通常是两个支撑铰链，如图7A-7D所示)耦合到支撑框架，以便于第一镜元件和第二镜元件沿着旋转轴旋转。在一些实施例中，至少一个支撑铰链、支撑框架、第一镜元件和第二镜元件以及耦合元件可以是共同的整体结构。在一些实施例中，这些结构可以形成在公共基板上。

在一些实施例中，微机电系统装置可以被配置为使LiDAR系统中的光重定向，可以包括：支撑框架；至少两个镜元件，在布置在线性阵列中，其中，所述至少两个镜元件的每个镜元件可在旋转轴上旋转，所述旋转轴与由所述至少两个镜元件的所述线性阵列限定的线垂直；至少两个镜元件中的每个至少有一个支撑铰链，每个支撑铰链沿旋转轴配置，被配置为将相应的镜元件耦合到支撑框架，每个支撑铰链被配置为使第一镜元件和第二镜元件沿旋转轴旋转；柔性耦合元件，耦合到至少两个镜元件的每个上基本上相同的位置，从而所述耦合元件将每个至少两个镜元件物理耦合在一起，使得至少两个镜元件中的任何一个的旋转都会引起耦合到耦合元件的至少两个镜元件的剩余镜元件同步且等同地旋转。在一些实施例中，在公共基板上至少一个支撑铰链、支撑框架、第一镜元件和第二镜元件以及耦合元件可以是形成的整体结构。

在一些实施例中，微机电系统装置可以被配置为在光探测和测距系统(LiDAR)中重定向光，可以包括：支撑框架；至少两个镜元件，被配置为以端对端，纵向线性阵列的形式布置在所述支撑框架内，该至少两个镜元件包括：第一镜元件；第二镜元件，第二镜元件与第一镜元件相邻并线性对齐。所述至少两个镜元件的每个镜元件可在旋转轴上旋转，所述旋转轴与由所述至少两个镜元件的所述线性阵列限定的线垂直，每个镜元件的旋转轴将对应的镜元件分为第一部分和第二部分。所述微机电系统装置还可以包括：耦合元件，其远端耦合到所述第一镜元件的第一部分，而近端耦合到所述第二镜元件的第二部分，其中，所述耦合元件物理耦合所述第一镜元件和所述第二镜元件，使得所述第一镜元件的旋转引起所述第二镜元件的同步且等同地旋转，并且第二镜元件的旋转引起第一镜元件同步且等同地旋转。

在一些实施例中，每个镜元件可以包括在其第一部分上的第一耦合位置和在其第二部分上的第二耦合位置，该第一耦合位置和第二耦合位置限定了耦合元件耦合到的位置，其中，第一耦合位置和第二耦合位置与相应镜元件的旋转轴等距且在相对轴上。微机电系统装置还可包括一个或以上处理器；一个或以上处理器控制的一个或以上微机电系统引擎，被配置为使至少一个第一镜元件和第二镜元件旋转，其中，当一个或以上微机电系统引擎旋转第一镜元件和第二镜元件中的至少一个时，所耦合元件使至少两个镜元件同步地、机械地并且在一定的运动范围内同步且等同地旋转。运动范围可以包括任何合适的旋转范围(例如，不超过90度)。在一些实施例中，在公共基板上支撑框架、至少两个镜元件和耦合元件可以一起形成(例如，在半导体基板的同一平面上蚀刻)连续的整体结构。在进一步的实施例中，微机电系统装置还可以包括第三镜元件(或更多)，该第三镜元件与第二镜元件相邻并线性对齐；以及第二耦合元件，其远端耦合到第二镜元件的第一部分，近端耦合到第三镜元件的第二部分，其中，所述耦合元件物理耦合所述第二镜元件和第三镜元件，使得所述第三镜元件的旋转引起所述第一镜元件和第二镜元件的同步且等同地旋转。

第一镜元件的第一部分和第二镜元件的第二部分都可以包括一条纵向的通道，当第一镜元件和第二镜元件旋转时，其被配置为允许耦合元件穿过由第一镜元件和第二镜元件限定的平面。在一些实施例中，该耦合元件可以是柔性的，并且当所述第一镜元件和所述第二镜元件旋转时，所述耦合元件弯曲。支撑框架可以包括耦合元件支撑件，被配置为平行于第一镜元件和第二镜元件的旋转轴并且在第一镜元件和第二镜元件之间，其中，当第一镜元件和第二镜元件旋转时，耦合元件在耦合元件支撑件上旋转。第一镜元件可以通过沿旋转轴配置的至少一个支撑铰链(通常是两个线性对齐的铰链)连接到支撑框架，以便于第一镜元件和第二镜元件沿旋转轴的旋转。在一些实施例中，至少一个支撑铰链、支撑框架、第一镜元件和第二镜元件以及耦合元件可以是连续的整体结构，并且可以在公共基板上形成(例如，通过光刻或其他半导体制造工艺等蚀刻)。多个镜元件中的每个可以具有相同的大小和尺寸。在一些实施例中，多个镜元件中的每个可以都是矩形的，具有：两个相对的端部由第一距离分隔，该第一距离限定了相应的镜元件的长度和纵向布置，以及两个相对的侧面由第二距离分隔，该第二距离限定了相应的镜元件的宽度。在一些实施例中，所述支撑框架可以包括支撑件，所述支撑件被构造成垂直于所述线性阵列，并且在所述第一镜元件与第二镜元件之间的位置处，其中，所述支撑件在枢轴点处支撑所述耦合元件，其中，所述耦合元件在所述枢轴点处旋转。

在一些实施例中，微机电系统装置被配置为使LiDAR系统中的光重定向，可以包括支撑框架；第一镜元件，通过第一支撑铰链耦合到支撑框架，其中，第一镜元件可相对于支架框架沿第一支撑铰链的旋转轴旋转，并由第一支撑铰链限定方向；第二镜元件，通过第二支撑铰链耦合到支撑框架，其中，第二镜元件可相对于支撑框架沿第二支撑铰链的旋转轴旋转，并由第二支撑铰链限定方向；耦合元件，将第一镜元件耦合到第二镜元件，使得第一镜元件的旋转使第二镜元件与第一镜元件同步且等同地旋转，第二镜元件的旋转使第一镜元件与第二镜元件同步且等同地旋转。第一镜元件和第二镜元件可以以端对端，纵向线性阵列的形式布置在所述支撑框架内。在一些实施例中，所述线性阵列多于两个镜元件，如图5B-5D和7B-7D所示。在一些实施例中，第一镜元件和第二镜元件的旋转范围可以不超过90度(通常在45-90度之间)，但是其他范围也是可以的。在一些实施例中，在公共基板上支撑框架、第一镜元件和第二镜元件以及耦合元件可以一起形成连续的整体结构。在一些实施例中，当第一镜元件和第二镜元件旋转时，耦合元件可能会弯曲。在一些实施例中，支撑框架可以包括：耦合元件支撑件，被配置为平行于第一镜元件和第二镜元件的旋转轴并且在第一镜元件和第二镜元件之间，其中，当第一镜元件和第二镜元件旋转时，耦合元件在耦合元件支撑件上旋转。

在一些实施例中，微机电系统装置被配置为使LiDAR系统中的光重定向光，可以包括支撑框架；至少两个镜元件，以端对端，纵向线性阵列的形式布置在所述支撑框架内，其中，所述至少两个镜元件的每个镜元件可在旋转轴上旋转，所述旋转轴与由所述至少两个镜元件的所述线性阵列限定的线垂直；以及耦合元件，被配置为与至少两个镜元件的线性阵列相邻并与之平行，该耦合元件在至少两个镜元件的每个处基本上耦合到相同的位置，从而耦合元件将至少两个镜元件中的每个物理耦合在一起，使得至少两个镜元件中的任何一个的旋转都会引起耦合到耦合元件的至少两个镜元件的剩余镜元件同步且等同地旋转。在一些实施例中，微机电系统装置还可以包括一个或以上处理器；执行器，由一个或以上处理器或一个或以上微机电系统引擎控制，被配置为驱动耦合元件，该耦合元件使至少两个镜元件在运动范围内同步且等同地旋转。在一些实施例中，运动范围包括旋转范围不超过90度(例如45-90度)，但是其他范围也是可以的。在一些实施例中，在公共基板上支撑框架、耦合元件和至少两个镜元件可以形成连续的整体结构。在一些实施例中，公共基板可以是半导体基板，而支撑框架、耦合元件和至少两个镜元件可以在同一平面上。

在一些实施例中，多个两个镜元件中的每个可以具有相同的大小和尺寸，尽管其他布置也是可以的。在一些实施例中，第一镜元件可以通过沿旋转轴配置的至少一个支撑铰链耦合到支撑框架，以便于第一镜元件和第二镜元件沿着旋转轴旋转。在一些实施例中，在公共基板上至少一个支撑铰链、支撑框架、第一镜元件和第二镜元件以及耦合元件可以形成通用的整体结构。至少两个镜元件中的每个可以是矩形的，具有：两个相对的端部由第一距离分隔，第一距离限定了相应镜元件的长度和纵向布置；两个相对的侧面由第二距离分隔，第二距离限定了相应镜元件的宽度。如本领域的普通技术人员从本申请的说明中将理解的那样，镜元件也可以是其他形状。当第一镜元件和第二镜元件的旋转时，该耦合元件可以弯曲。

在一些实施例中，微机电系统装置被配置为使LiDAR系统中的光重定向，可以包括支撑框架；至少两个镜元件，被配置为布置在在支撑框架内的线性阵列中，其中，所述至少两个镜元件的每个镜元件可在旋转轴上旋转，所述旋转轴与由所述至少两个镜元件的所述线性阵列限定的线垂直；耦合元件，被配置为耦合到至少两个镜元件的每个基本相同的位置，从而耦合元件将至少两个镜元件中的每个物理耦合在一起，使得至少两个镜元件中的任何一个的旋转都会引起耦合到耦合元件的至少两个镜元件的剩余镜元件同步且等同地旋转。在一些实施例中，微机电系统装置可以包括一个或以上处理器；执行器，由一个或以上处理器或一个或以上微机电系统引擎控制，并被配置为驱动耦合元件，该耦合元件使至少两个镜元件在运动范围内同步且等同地旋转。在一些实施例中，运动范围可以包括旋转范围不超过90度(例如，45-90度，或其他合适的范围)。在一些实施例中，在公共基板上可以形成支撑框架和至少两个镜元件，并且多个镜元件的每个可以具有相同的大小和尺寸。在一些实施例中，至少两个镜元件，可以被配置为每个都是矩形，两个相对的端部由第一距离分隔，第一距离限定了相应镜元件的长度和纵向布置；两个相对的侧面由第二距离分隔，第二距离限定了相应镜元件的宽度。第一镜元件可以通过沿着旋转轴配置的至少一个支撑铰链(通常是两个支撑铰链，如图7A-7D所示)耦合到支撑框架，该支撑铰链便于第一镜元件和第二镜元件沿着旋转轴旋转。在一些实施例中，在公共基板上至少一个支撑铰链、支撑框架、第一镜元件和第二镜元件以及耦合元件可以是一起形成的整体结构。在一些实施例中，这些结构可以形成在公共平面上。

在一些实施例中，微机电系统装置可以被配置为使LiDAR系统中光重定向光，可以包括支撑框架；至少两个镜元件，布置在支撑框架内的线性阵列中，其中，所述至少两个镜元件的每个镜元件可在旋转轴上旋转，所述旋转轴与由所述至少两个镜元件的所述线性阵列限定的线垂直；至少两个镜元件中的每个至少有一个支撑铰链，每个支撑铰链沿旋转轴配置，并被配置为将对应的镜元件耦合到支撑框架，每个支撑铰链被配置为使所述第一镜元件和所述第二镜元件沿所述旋转轴旋转；柔性耦合元件，耦合到至少两个镜元件的每个的基本上相同的位置，从而所述耦合元件将至少两个镜元件的每个物理耦合在一起，使得至少两个镜元件中的任何一个的旋转都会引起连接到耦合元件的至少两个镜元件的剩余镜元件同步且等同地旋转。在一些实施例中，在公共基板上至少一个支撑铰链、支撑框架、第一镜元件和第二镜元件以及耦合元件可以是一起形成的整体结构。

附图说明

参照附图阐述详细描述。

图1示出了根据本申请一些实施例的示例性使用基于LiDAR的系统的车辆。

图2示出了根据本申请一些实施例的示例性使用基于LiDAR的系统的光转向的示例。

图3示出了根据本申请一些实施例的示例性的基于LiDAR的系统中的基于微机电系统的微镜组件。

图4示出了根据本申请一些实施例的示例性的图3的微镜组件提供二维视场(FOV)的操作。

图5A-图5F示出了根据本申请一些实施例的示例性的在一定范围运动下工作的微镜的第一类耦合的同步线性阵列。

图6A-6B示出了根据本申请一些实施例的示例性的图5A-5F中所示的微镜耦合的同步线性阵列的简化功能图。

图7A-7E示出了根据本申请一些实施例的示例性的微机电系统中的微镜阵列耦合的第二类型同步线性阵列。

图8A-8B示出了根据本申请一些实施例的示例性的图7A-7E所示的微镜耦合的同步线性阵列的简化功能图。

具体实施方式

本申请的各个方面通常涉及对象跟踪系统，并且更具体地涉及被配置为使LiDAR系统中的光重定向的基于微机电系统的同步微镜阵列系统。

在下面的描述中，示出并描述了基于微机电系统的同步微镜阵列系统的各种示例。出于说明的目的，阐述了具体的配置和细节，以便对实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，可以在不公开每个细节的情况下实践或实现一些实施例。此外，可以省略或简化众所周知的特征，以防止混淆本文所述的新颖特征。

以下提供了随后的本申请的一般性非限制性概述。LiDAR系统通常使用脉冲光源，该脉冲光源通过镜头组件聚焦，以发射和接收从物体反射回来的脉冲，每个检测到的返回脉冲都被捕获为单个数据点。自动驾驶车辆上的LiDAR系统的示例如图1所示，并在下面进一步描述。可以捕获检测到的TOF测量值，以形成点的集合，这些点可以实时动态，连续地更新，从而形成“点云”。点云数据可以估计，例如，物体相对于LiDAR系统的距离、尺寸和位置。为了在两个或多个维度上发送和检测脉冲，可以使用光偏转或“光导”系统(例如，参见图2)在一定范围内偏转发送和接收脉冲，以产生更大的视野进行物体检测。在一些系统中，光转向装置可以包括可移动镜组件，以允许在光投射方向上的可配置性。反射镜组件中的反射镜可以通过致动器(如下所述的控制耦合元件)移动(例如，旋转/倾斜)，以将来自光源的光反射(并转向)到预定角度。反射镜可以旋转以提供沿一维(1D)视野的第一(例如，垂直)轴的第一投影角度范围，并且在一些实施例中，沿着第二(例如，水平)轴的投影角度的第二范围，该第二角度范围可以正交于第一轴。投影角度的第一范围和第二范围可以限定可以检测物体的1D或2D视野。反射镜组件可对光转向装置的各种性能指标产生重大影响，包括精度、致动功率、FOV、色散角、可靠性、分辨率、范围和成像特性。在一些实施例中，可以将光转向系统的某些功能(包括反射镜组件、执行器和配置执行器以设定投射角度的控制电路)形成在半导体衬底上的微机电系统中。

在一些实施例下，系统的光学孔径可以由反射镜的尺寸确定。在大多数应用中，通常首选较大的光学孔径，这可以通过增加反射镜的尺寸来实现。但是，这可能会牺牲其他性能，例如反射镜的运行速度。例如，使用单个反射镜(例如，在单个轴上)提供光转向的系统将需要相对较高的致动力以实现目标FOV和目标色散，这会降低可靠性。此外，为了减少色散，可以使反射镜的尺寸与来自光源的光脉冲(例如，光柱)的宽度相匹配，这可能导致反射镜的质量和惯性增加。结果，可能需要更大的致动力(例如，扭矩)来旋转反射镜以实现目标FOV。使微机电系统执行器承受较大的启动力可能需要大量的动力资源，并且会缩短使用寿命并降低执行器的可靠性。在一些实施例中，由于大反射镜的质量和惯性特性，在使用微机电系统执行器的快速扫描场景中，可能无法以期望的速率和范围移动反射镜。

如本文所提出的，该问题的解决方案是使用基于微机电系统的镜阵列(参见，例如，图3)来代替大型镜设备。在这种情况下，单个反射镜的尺寸和质量可以明显更小，更轻，从而可以实现更高的扫描速度(使用更少的功率)。个别地，由于较少的反射镜表面积可用于光反射，较小的反射镜尺寸会显着降低传递和接收光(例如LiDAR)脉冲的能力。相比之下，较小的微机电系统微镜阵列可以配置为任何合适的尺寸，以有效地实现较大的镜面反射面积(例如，可以与单个大镜面或更大的镜面媲美)，但是它具有众多好处，包括控制独立反射镜倾斜更快和功耗的降低。

为了使一排反射镜能够像一个尺寸相似的单个反射镜一样共同运行，阵列中的每个镜像都需要同步，以便在任何时间点，阵列中的所有镜像都定向的朝着相同的方向(也称为倾斜)。否则，如本领域的普通技术人员从本申请的说明中将理解的那样，撞击微镜阵列的光脉冲可能会分散在多个方向上，从而导致性能(例如跟踪)特性变差。在理想的基于微机电系统的系统中，阵列中的每个反射镜都被相同地制造，理论上只要驱动信号与每个反射镜相同，阵列中每个反射镜的同步运动就可以实现(例如，通过与每个反射镜连接的执行器)。但是，由于生产和制造过程的变化，这些反射镜的质量和/或尺寸可能会略有不同，因此相同的驱动信号表示每个反射镜的响应都会略有不同，例如，整个阵列的反射均匀性较差以及相应的色散特性较差。

本发明的各方面旨在解决使基于微机电系统的微镜阵列中的镜阵列的运动(例如，旋转)和方向(倾斜)同步的问题，特别是在阵列的每个反射镜之间质量和/或尺寸可能有微小变化的情况下。本文提出的一些技术涉及在反射镜之间进行机械耦合，以使跨反射镜阵列的运动同步。在一些实施例中，如以下关于图5A-6B所示和所描述的，多杠杆机械耦合机制(使用多个耦合元件)可用于跨反射镜阵列的同步运动。在进一步的实施例中，如下面关于图7A至图8B所示和所述，在每个反射镜处具有公共机械连接(耦合元件)的杠杆可机械地使反射镜在整个阵列上的移动和方向同步。尽管这里给出了线性阵列和单轴实施例，但是应当理解，使用多个耦合元件的反射镜的二维阵列可以用于二维运动和/或多阵列控制，这将在下面进一步讨论。

一些实施例的典型系统环境

图1示出了根据本申请一些实施例的示例性使用基于LiDAR的检测系统的车辆100。车辆100可以包括LiDAR模块102。LiDAR模块102可以使车辆100能够在周围环境中执行物体检测和测距。基于物体检测和测距的结果，可以操纵车辆100以避免与物体碰撞。LiDAR模块102可以包括光导模块104和接收器106。可以以任何合适的扫描模式在不同时间在各个方向上将光导模块104配置为一个或以上光脉冲108，而接收器106可以监视返回光脉冲110，该返回光脉冲110是由对象112反射光脉冲108产生的。LiDAR模块102可以基于光脉冲110的接收来检测物体，并且可以基于光脉冲108和110之间的时间差来执行测距(例如，物体的距离)确定，其可以被称为飞行时间(TOF)。如上所述，可以在任何所需范围内非常快速地重复此操作。在一些实施例中，扫描(例如，脉冲发射和检测)可以在地面车辆的二维(2D)平面上(因为车辆检测系统可能主要与地面上的物体和环境特征有关)或在三维(3D)体积区域上进行360度扫描。

在一些实施例中，可以使用旋转反射镜系统(例如，LiDAR模块102)，该系统可以允许单个激光器在单个平面上以高旋转速率(例如，500-5000RPM或更高)对准360度以上的物体，以形成一个点的集合(例如，每个点是一个单独的测量值，例如一个发送和反射的脉冲)，这些点会实时动态不断地更新，从而形成“点云”。点云数据可以估计，例如物体相对于LiDAR系统的距离、尺寸和位置，通常具有很高的保真度(例如，在2cm之内)。在一些实施例中，可以以多种不同方式执行第三维度(例如，高度)。例如，旋转反射镜系统(或其他合适的设备)可以上下移动(例如，在万向架或其他致动装置上)以增加扫描的视野(FOV)。尽管未示出或未进一步讨论，但是应当理解，其他LiDAR系统也可以用于形成点云，并且可以纳入本申请描述的各种阈值调整的检测方案的新颖方面。例如，一些扫描实施方式可以采用基于固态或基于闪存的LiDAR单元，可以将其配置为扫描2D焦平面区域。本领域的普通技术人员受益于本申请可以理解其许多替代实施例及其改变。

再次参考图1，LiDAR模块102可以在时间T1沿车辆100的正前方发送光脉冲110(发送信号)，并在时间T2接收由物体112(例如另一辆车)反射的光脉冲110(返回信号)。基于光脉冲110的接收，LiDAR模块102可以确定物体112直接在车辆100的前方。而且，基于T1与T2之间的时间差，LiDAR模块102还可以确定车辆100与物体112之间的距离114，并可能通过其他接收到的脉冲收集其他有用信息，其中包括车辆之间的相对速度和/或加速度和/或车辆或物体的尺寸(例如，具有2D的物体的宽度，或具有3D检测功能的高度和宽度(或其部分取决于FOV))。因此，车辆100可以基于LiDAR模块102对物体112的检测和测距来调整(例如，减速或停止)其速度以避免与物体112碰撞，或者调节诸如自适应巡航、紧急制动辅助、防抱死制动系统等控制系统。

图2示出了根据本申请一些实施例的示例性使用基于LiDAR的系统的光转向的示例。。LiDAR模块102可以包括光转向发射器202，接收器204和LiDAR控制器206，它们可以控制光转向发射器202和接收器204的操作。导光发射器202可以包括脉冲光源208、准直仪镜头210和反射镜组件212，而接收器204可以包括镜头214和光电探测器216。LiDAR控制器206可以控制脉冲光源208(可以包括脉冲激光二极管)来传输作为脉冲光218一部分的光脉冲108。脉冲光218可以在离开脉冲光源208时分散，并且可以通过准直器透镜210转换为准直/平行脉冲光218。准直仪镜头210可以具有孔径长度220，其可以设置准直脉冲光218的宽度。

准直脉冲光218可以入射到反射镜组件212上，该反射镜组件212可以反射准直脉冲光218使其沿着输出投影路径219转向物体112。反射镜组件212可包括一个或以上可旋转反射镜。图2示出了具有一个反射镜的反射镜组件212，但是如下所述，一些实施例包括具有以一个或以上阵列配置的至少两个反射镜的反射镜组件212，如图3-8所示和所述。再次参考图2，为了减少准直脉冲光218沿着输出投影路径219的色散，一个或以上可旋转反射镜的长度(或宽度)与孔径长度220匹配，该孔径可以设置准直脉冲光束218的宽度。这种布置使得反射镜组件212能够将大部分的准直脉冲光束218反射并投射到远处，以减轻反射光在到达远处时所经历的色散效应。

反射镜组件212还可包括一个或以上耦合元件(图2中未示出)，以沿第一轴222，在一些实施例中，还可以是第二轴226，以同步的方式机械旋转可旋转反射镜。可以由一个或以上微机电系统执行器(图2中未显示)控制该耦合元件。如下进一步所述，围绕第一轴222的旋转可以改变输出投影路径219相对于第一维度(例如，x轴)的第一角度224，而围绕第二轴226的旋转可以改变输出投影路径219相对于第二维度(例如z轴)的第二角度228。LiDAR控制器206可以控制致动器以产生围绕第一轴222和第二轴226的旋转角度的不同组合，以使输出投影路径219的移动可以遵循扫描模式232。输出投影路径219沿x轴的运动范围234以及输出投影路径219沿z轴的运动范围238可以限定FOV。FOV内的对象(例如对象112)可以接收和反射准直脉冲光218以形成反射脉冲以形成光脉冲110，可以由接收器204接收。

基于微机电系统的微镜阵列

在下面的实施例中，提出了许多微机电系统，其包括可以与上述LiDAR系统集成的微镜阵列结构。微机电系统可以描述为一种微型(例如，亚微米到毫米尺寸)机械和机电元件，可以使用微制造技术将其形成各种装置和结构。微机电系统装置的复杂性可以从没有移动元件的简单静态结构到具有可以由集成微电子控制的移动元件的高度复杂的机电系统。一些移动的功能性元件可以包括换能器，例如微传感器和微致动器。在本发明的一些方面中，微致动器可用于致动以机械方式耦合并同步阵列中的微镜的耦合元件，至少如下文关于图5A-8的进一步描述。在一些实施例中，本文描述的微机电系统微镜阵列可以与包括可以控制微镜阵列的电路的集成电路(例如，微电子学)一起集成在共同的硅基板上。一些典型的制造工艺可以包括互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺、双极工艺、双极CMOS(BICMOS)工艺等。尽管在此示出并描述了单个基板的实施例，但是应当理解，如本领域的普通技术人员将会意识到的，多基板系统(例如，不同基板上的镜阵列)是可能的。

与光导发送器使用具有两个旋转轴的单个反射镜以提供两个范围的投影角度以形成FOV的布置(例如，如图2所示)相比，一些实施例可以使用第一旋转反射镜和第二旋转反射镜(或第一旋转反射镜和第二旋转反射镜的阵列)，每个旋转反射镜具有单个但正交的旋转轴，以提供两个投影角度范围以形成FOV。这样的布置可以提高可靠性和精度，并且可以减小致动功率，同时提供相同或更高的FOV和分散度。

图3-4示出了根据一些实施例的示例性反射镜组件300。反射镜组件300可以是光转向发射器202的一部分。图3示出了反射镜组件300的俯视图，图4示出了反射镜组件300的透视图。反射镜组件300可以包括第一旋转反射镜302(a)、第二旋转反射镜304和固定镜306的阵列。第一旋转反射镜302(a)和第二旋转反射镜304的阵列可以是在半导体衬底310的表面308上实现的微机电系统器件。固定镜306可以位于半导体衬底310上。参照图4，在一些实施例中，第一旋转反射镜302(a)的阵列可接收来自准直仪透镜210的准直脉冲光218，将脉冲光218反射至固定镜306，其可将脉冲光218反射至第二旋转反射镜304。第二旋转反射镜304可将从固定镜306接收的脉冲光218反射为沿着输出投影路径219的输出(由与反射光脉冲光218共线的虚线表示)。为了说明如何使脉冲光偏转，旋转反射镜302(b)示出了处于旋转状态的旋转反射镜302(a)。在这种情况下，第一旋转反射镜302(b)可以接收来自准直仪透镜210的准直脉冲光221，将脉冲光221反射向固定镜306，其可以将脉冲光221反射向第二旋转反射镜304。第二旋转反射镜304可以沿输出投影路径222反射从固定镜306接收的脉冲光221作为输出，该输出可能与脉冲光221不共线，如本领域的普通技术人员将受益于本申请的说明。在其他配置(图中未显示)中，第二旋转反射镜304可接收来自准直仪透镜210的准直脉冲光218，并将脉冲光218反射向固定镜306，固定镜306可将脉冲光218反射至第一旋转反射镜302(a)的阵列。第一旋转反射镜302(a)的阵列可以沿着输出投影路径219反射脉冲光218作为输出。如以下将详细描述的，第一旋转反射镜302(a)和第二旋转反射镜304的阵列分别改变输出投影路径219相对于x轴和z轴的角度，以形成二维FOV。

在一些实施例中，第一旋转反射镜302(a)的阵列中的每个镜(例如，第一旋转反射镜302(a))可绕第一轴314旋转，而第二旋转反射镜304可绕与第一轴314正交的第二轴316旋转。第一旋转镜302(a)的阵列中的每个反射镜以及第二旋转镜304可与一对旋转致动器(例如梳齿驱动器)耦合以旋转该反射镜。例如，第一旋转反射镜302(a)与旋转致动器322a和旋转致动器322b耦合，而第二旋转反射镜304与旋转致动器324a和旋转致动器324b耦合。第一旋转反射镜302(a)中的每个(以及第一旋转反射镜302(a)的其余阵列)和第二旋转反射镜304可以分别沿着x轴和z轴独立地移动输出投影路径219，以形成FOV。在一些实施例中，耦合元件可用于将阵列中的每个反射镜机械地耦合在一起。例如，阵列中的相邻反射镜可以沿整个阵列机械耦合在一起，如图5所示，或者整个阵列(或其一部分)可以通过单个耦合元件耦合在一起，如图7所示。在一些实施例中，旋转致动器324a、旋转致动器324b可以沿轴以同步方式旋转反射镜，并且耦合元件可以进一步机械地同步反射镜阵列的运动，如上所述，由于仅通过致动器移动阵列中的每个反射镜会由于制造公差等而受到小的变化，因此可以提高精度和同步性。可替代地，如下相对于图5A-8所描述的耦合元件可以代替旋转致动器而仅以阵列控制微镜元件的旋转。尽管在图3和图4中未示出，但是下面将描述的耦合元件通常被配置为垂直于相应的反射镜阵列中的轴314、轴316，如下文进一步描述的。

与单个镜组件相比，反射镜组件300可以提供相似或更高的FOV和色散性能，同时减小致动力和功率并提高可靠性。第一旋转反射镜302(a)的阵列中的每个反射镜以及第二旋转反射镜304可基本上小于具有可比较的长度和宽度以及色散性能的单个反射镜。结果，反射镜组件300的每个反射镜镜可使用实质上较小的扭矩以提供与单个镜组件相同的FOV。通过独立优化负责FOV各个维度的控制信号，可以进一步降低扭矩。例如，反射镜组件300的第二旋转反射镜304可以在接近自然频率的情况下被驱动以引起谐波共振，这可以大大降低实现目标FOV所需的扭矩。扭矩的减小还减轻了旋转致动器和相应的耦合元件的负担，并可以增加其使用寿命，并减少磨损。另外，由于至少有两个反射镜参与光的转向，因此可以减少任何反射镜成为单一故障源的可能性，从而可以进一步提高可靠性。本文所述的新颖实施例(例如，如图5A-8B所示)可以是在案例系列中提出的任何LiDAR系统，其通过引用并入本文。

使用机械耦合元件同步微机电系统微镜阵列

图5A-5F示出了根据本申请一些实施例的示例性的在一定范围的运动下工作的微镜的第一类耦合的同步线性阵列。可以将微镜阵列500集成在更大的微机电系统结构中，例如集成在图3的反射镜组件300中，在这种情况下，微镜阵列500可以对应于线性阵列302。如上所述，微机电系统架构中的常规微镜阵列结构通常由一个或以上致动器单独控制。当制造过程中存在可能导致微镜质量和/或尺寸略微不匹配(例如，半导体工艺公差)，致动器性能发生变化(例如，不同执行器上的相同电压可能会产生稍微不同的性能)等时，在阵列中同步每个反射镜的方向可能会产生问题。这样的变化最终会表现为镜面排列不统一(即，不同步)，这可能会导致性能特性下降，包括较差的信号色散和/或从不同的光源而不是从单个位置收集光(这对于物体检测可能是理想的)。

在以下微机电系统微镜阵列中，未详细示出在镜轴上配置的执行器(例如，类似于执行器322a和执行器322b)，但是本领域的普通技术人员从本申请的说明中将理解执行器的位置并且在所提供的上下文中执行器的操作。。每个微镜(在本文中也称为“反射镜”、“镜元件”和“微镜元件”)可以在轴(例如，轴314)上旋转(倾斜)，并且阵列中的每个反射镜(或其子集)可以通过耦合元件机械地耦合，如下文进一步描述的。在一些实施例中，微机电系统致动器可能导致反射镜旋转，而机械耦合的耦合元件可能会迫使反射镜保持同步。例如，通过机械耦合元件的“强力”方法，可以减轻(例如减小、减少或消除)反射镜质量/尺寸或致动器控制公差的微小差异。在一些实施例中，反射镜可仅通过耦合元件的移动而旋转。例如，图5A-6B的耦合元件可以由微机电系统致动器(例如，通过配置在耦合元件支撑件560上的枢轴565处的致动器，如下文进一步描述)控制，该致动器可以单独控制反射镜阵列中每个反射镜的旋转。替代地或附加地，一些实施例可以结合两种控制方案(例如，利用单独的镜致动器并控制耦合元件)。简而言之，一些系统配置可能包括：(1)耦合元件(和相应的耦合元件致动器)，通过补充用于控制镜元件自身旋转的致动器来机械地校正/维持镜元件之间的同步；或(2)耦合元件(及其致动器)可以代替镜致动器来控制镜阵列旋转。尽管以下图像(图5A-8B)可能显示了具有特定尺寸的反射镜、耦合元件、支撑框架等，应当理解，其他尺寸也是可能的，包括更宽和/或更长的反射镜、不同形状的反射镜、支撑框架、耦合元件或贯穿本申请所示出的任何其他结构。例如，在一些实施例中，至少两个镜元件的每个可以具有相同的大小、尺寸和/或质量。尽管镜元件可以是任何形状，但是一些实施例可以采用矩形镜元件，其两个相对的端部以第一距离隔开，该第一距离限定了相应的镜元件的长度和纵向布置，并且两个相对的侧部以第二距离隔开，该第二距离限定了相应的镜元件的宽度，如图3所示。受益于此申请的本领域的普通技术人员将意识到可能的许多变型，修改和替代实施例。为了帮助读者理解图形注释约定，图5A-8使用***数字(例如，1，2，…n)标识阵列中的每个反射镜，并且图形可以合并数字以唯一地标识特定元素。例如，轴536(1)和轴536(2)可以分别对应于反射镜1和反射镜2中的轴。应当注意，尽管本文所示和所述的实施例通常适用于车辆，但是应当理解，所述技术还可以应用在包括医学诊断设备(例如，使用反射镜阵列来重定向光的内窥镜)，土地勘测等领域的应用和学科中。

参照图5A，仅示出了微机电系统中的第一类型的微镜500的第一类型的耦合的同步的线性阵列的两个反射镜，尽管可以采用任何数量的反射镜。例如，图3在线性阵列中示出了4个反射镜，图4在线性阵列中示出了3个反射镜，图5B-D在线性阵列中示出了6个反射镜。可以使用更多或更少的反射镜，以及多个线性阵列的反射镜。尽管本文所示的反射镜沿单个轴(例如，轴536)旋转，但是应理解，一些实施例可以并入具有两个轴的反射镜或跨一维或二维阵列旋转。可以在双轴实施例中应用本文描述的技术和结构，如受益于本申请的本领域的普通技术人员将理解的那样。

参照图5A，微镜阵列500可包括支撑框架510和至少两个镜元件520，至少两个镜元件520以端对端，纵向线性阵列的形式布置在支撑框架内。如图所示，至少两个镜元件由长度L和宽度W限定，其中，纵向布置对应于沿线501线性对准的镜元件。图5A中的至少两个元件包括第一镜元件520(1)和第二镜元件520(2)，其中，第二镜元件与第一镜元件520(1)相邻并线性对齐(例如，与线501共线)。至少两个镜元件520的每个可以在垂直于由至少两个镜元件的线性阵列限定的线(例如，线501)的旋转轴536上旋转。例如，每个镜元件的旋转轴536可以与限定宽度W的线平行。在一些实施例中，每个镜元件的旋转轴536可以将对应的镜元件一分为二地分成第一部分524和第二部分522(例如，分别是镜520的右半部和左半部，如图所示)。在一些实施例中，一个或以上耦合元件可用于将至少两个镜元件的一些或全部机械地附接在一起，以促进至少两个镜元件的机械地同步旋转。在一些实施例中，可以由致动器驱动该耦合元件，该致动器使该耦合元件在一个耦合元件支撑件560上的一个枢轴点565上旋转，该枢轴点565还限定了该耦合元件的旋转轴562。换句话说，支撑框架510可以包括支撑件560，该支撑件560被构造成垂直于线性阵列(垂直于线501并且平行于轴线536)并且在第一镜元件和第二镜元件之间的位置处，其中，支撑件560在枢轴点565处支撑耦合元件530，而在旋转轴565处耦合元件530旋转。轴，铰链或其他机械和/或机电元件可用于在旋转轴536上旋转镜元件。替代地或附加地，一个或以上致动器(如上所述，由LiDAR系统的一个或以上处理器控制)可以使反射镜旋转。

在图5A中，耦合元件530可以具有在第一耦合位置534(1)处耦合到第一镜元件520(1)的第一部分524(1)的近端，和在第二耦合位置532(2)处耦合到第二镜元件520(2)的第二部分522(2)的远端，其中，所述耦合元件物理耦合所述第一镜元件和所述第二镜元件，使得所述第一镜元件的旋转引起所述第二镜元件的同步且等同地旋转，第二镜元件的旋转引起第一镜元件的同步且等同地旋转。因此，如上所述，可以在阵列中包括附加的镜元件。在将第三镜元件添加到阵列500的情况下，第三镜元件可被配置为与第二镜元件相邻并线性对齐(例如，参考图5A，在镜520(2)的右侧并与之对齐)。可以结合第二耦合元件以将第三镜元件机械地和物理地链接到第一镜元件和第二镜元件。第二耦合元件可以具有在第一耦合位置534(2)处耦合到第二镜元件520(2)的第一部分524(2)的远端，在第二耦合位置532(3)处耦合至第三镜元件520(3)的第二部分522(3)的近端，其中，所述耦合元件物理耦合所述第二镜元件和第三镜元件，使得所述第三镜元件的旋转引起所述第一镜元件和第二镜元件同步且等同地旋转。可以以类似的方式添加更多的镜元件N和相应的耦合元件M，如本领域的普通技术人员将受益于此申请书所理解的那样。

可以将镜元件520(1)(以及阵列中的另一个镜元件)的第一位置532和第二位置534配置为与旋转轴536(1)相对并在其相对侧。例如，第一位置和第二位置均可以距旋转轴536等同地距离552和距离554。举例来说，微镜的长度可以大约为1mm，相对于旋转轴536的位置大约为0.2mm(沿相反的方向)，尽管其他距离(例如0.1mm、0.3mm等)也是可以的。等距的偏移位置可以帮助同步阵列中多个镜元件的旋转。如本领域普通技术人员将受益于此申请的那样，阵列中任何反射镜上的非等距偏移位置可能导致该反射镜以不同的非同步速率和量旋转。

在一些实施例中，耦合位置可能为耦合元件提供枢轴/旋转点。例如，如图5B-5D所示，耦合元件在耦合位置旋转。可以将相对于反射镜元件的旋转轴536垂直地构造为用于耦合元件的旋转轴。光耦电路板支撑框架510可以包括在枢轴点565处支撑耦合元件530的耦合元件支撑件560。光耦电路板支撑框架510可以沿着轴线562配置，并且耦合元件可以在该轴线上旋转。所示的光耦电路板支撑框架510为格状或格子型结构，然而，支撑框架510可以以任何合适的方式配置，使得微镜520的阵列可以布置在其中，并且在无阻碍的运动范围(例如，参见图3的表面308)内操作。可以将一个或以上致动器设置在枢轴点565处，以控制阵列中一个或以上镜元件上的任何一个的耦合元件的旋转。在一些实施例中，每个反射镜的运动范围可以达到180度。一些实施例可以为接近90度的运动范围，尽管其他合适的运动范围也是可能的。同样，在耦合位置上，耦合元件的运动范围可以在大约45-90度之间，也可以更大或更小。在一些实施例中，本领域的普通技术人员将受益于此申请，相对于镜元件，运动范围(即，每个镜元件在其相应旋转轴上的旋转范围)可部分地受到相对于镜元件的耦合元件的尺寸的影响。

在一些实施例中，支撑铰链539(1)和支撑铰链539(2)可以将其相应的镜元件耦合到支撑框架510。支撑铰链可以沿着用于镜元件旋转的相应旋转轴配置，它们耦合到第一镜元件和第二镜元件并且可以沿着旋转轴引起第一镜元件和第二镜元件旋转。支撑铰链可以是柔性的(例如扭杆)，可以随着镜元件的旋转而变形。在一些实施例中，在公共基板(例如，半导体基板)上支撑铰链、支撑框架、镜元件和耦合元件可以是连续的整体结构。例如，所述结构可以通过半导体制造工艺(例如，蚀刻、光刻等)来形成，并且可以是在公共平面上形成一个整体结构，例如如图5A、5E-F、7A和7E所示。典型尺寸如图5B-5D(毫米范围)所示，但其他尺寸也是可以的。

通道532、通道534可形成在镜中，以允许在操作期间(例如镜旋转/倾斜)，耦合元件在镜元件的上方和下方旋转。换句话说，通道可以被配置为允许随着第一镜元件和第二镜元件的旋转而使耦合元件通过。尽管示出了笔直的通道，但是可以使用任何合适的形状或尺寸，当相应的镜元件旋转时，该形状或尺寸为耦合元件提供不受阻碍的路径。可以以任何合适的方式(例如，反射镜、铰链与镜元件集成在一起)将耦合元件耦合到镜元件。如图5A所示，耦合元件530可以是如上所述的整体结构的一部分。

如上所述，微机电系统装置可包括多个致动器，以旋转/定向阵列中的各个微镜，来控制一个或以上耦合元件(例如，控制在耦合元件支撑件560上枢轴点565处的旋转控制元件)，或同时控制这两个元件。在一些实施例中，一个或以上处理器可以与反射镜组件300耦合(从外部计算设备)或集成(例如，制造在同一公共半导体衬底上)。一个或以上处理器可以被配置为控制微机电系统执行器(也称为“引擎”或“微引擎”)，可以被配置为驱动微镜在其旋转轴上(例如，在538A或附近)旋转，以驱动至少两个镜元件的每个一定运动范围内同步且等同旋转的耦合元件，或同时驱动两者。如上所述，图5B-5D示出了在一些实施例中，当微镜在同步运动范围内旋转时，微镜阵列如何工作。

图5E示出了具有集成的耦合元件和铰链结构的整体镜元件的示例。这些结构可以配置在同一平面(如图所示)或不同平面上。铰链结构和耦合元件可弯曲的方式分别显示在例如标注框A和B中。标注框B展示了如何在耦合元件支撑件结构(“耦合元件支撑件”)上旋转耦合元件，如下所述。在这种情况下，耦合元件支撑件也可以是整体结构的一部分，并以相同的方式制造。图5F示出了镜面结构的另一实施例，其具有形成耦合元件的不同方法。图5F中的标注框和箭头示出了当镜元件旋转时，耦合元件和铰链支撑件如何旋转和弯曲。

图6A-6B示出了根据本申请一些实施例的示例性的图5A-5C所示的微镜耦合的同步线性阵列的简化功能图。特别地，图6A示出了以第一偏转角(例如，大约45度的正偏转)同步旋转的镜元件，并且图6B示出了以第二偏转角(例如，约(-)45度的负偏转)同步旋转的镜元件。在图6A中，随着反射镜520(1)旋转到第一偏转角，如上所述，耦合元件530使阵列中的其他镜元件同步且等同地旋转。即，每个反射镜520可以在其相应的轴线536上旋转。每个耦合元件530可以在相对于每个反射镜通常与该反射镜的旋转轴536等距的一个位置(532、534)处耦合到每个反射镜520。所述耦合元件可以在枢轴点565上在轴线562上旋转，所述枢轴点可以由耦合元件支撑件560支撑。一个或以上(集成的)微机电系统致动器可以配置为在轴536上旋转镜元件，在枢轴点565旋转耦合元件，或其任意组合。在一些实施例中，反射镜的子集(例如，少于阵列中反射镜的总数)可能具有被配置为旋转反射镜的致动器或主动致动器。在一些实施例中，耦合元件的一个子集(例如，小于阵列中的耦合元件的总数)可以具有被配置为旋转耦合元件的致动器或主动致动器。尽管显示的运动范围(例如，反射镜和耦合元件的旋转范围)总共约为90度，但其他范围(例如，+/-45度)也是可能的，如受益于此本申请的本领域普通技术人员将理解的那样。

图7A至图7D示出了根据本申请一些实施例的示例性的微机电系统中的微镜阵列700耦合的第二类型同步线性阵列。可以将微镜阵列700集成在更大的微机电系统结构中，例如集成在图3的反射镜组件300中，在这种情况下，微镜阵列500可以对应于阵列302。不同于上图5A-6B所述将连续的一对反射镜分别耦合在一起的耦合元件阵列，图7A-8B的一些实施例采用了跨多个镜元件的单个耦合元件，其操作方式类似于带有至少两个叶片的百叶窗，其中，致动单个杆可以改变套件中所有叶片的方向(例如，从关闭位置到打开位置)。

参照图7A，仅示出了在微机电系统中的第一类型的耦合的微镜阵列500的第一类型的同步微镜的两个微镜，尽管可以采用任何数量的微镜。可以使用更多或更少的微镜，以及多个线性阵列的微镜。尽管本文所示的反射镜沿单个轴(例如，轴736)旋转，但应理解，一些实施例可以并入具有两个轴的反射镜或跨一维或二维阵列旋转。可以在双轴实施例中应用本文描述的技术和结构，如受益于本申请的本领域的普通技术人员将理解的那样。

在图7A中，微镜阵列700可包括支撑框架710和至少两个镜元件720，至少两个镜元件720以端对端，纵向线性阵列的方式布置在支撑框架内。如图所示，至少两个镜元件由长度L和宽度W限定，其中，纵向布置对应于沿线701的镜元件线性对准。图7A中的至少两个元件包括第一镜元件720(1)和第二镜元件720(2)，其中，第二镜元件与第一镜元件720(1)相邻并线性对齐(例如，与线501共线)。多个镜元件720的每个可以在垂直于由至少两个镜元件的线性阵列限定的线(例如，线701)的旋转轴736上旋转。例如，每个镜元件的旋转轴736可以与定义宽度W的线平行。在一些实施例中，类似于图5A-6B的实施例，每个镜元件的旋转轴736可以将对应的镜元件分为第一部分和第二部分。可替代地，如图7B-D所示，可以将不同的旋转轴736(b)配置为更靠近边缘。在一些实施例中，可以使用耦合元件将至少两个镜元件的一些或全部机械地连接在一起，以促进至少两个镜元件的机械地的同步旋转。在一些实施例中，可以由致动器使所述耦合元件旋转，所述致动器驱动所述耦合元件。替代地或另外地，该耦合元件可以不由致动器驱动，并且一个或以上反射镜的一个或以上致动器对引起的该反射镜的旋转(例如738A)可能间接导致耦合元件旋转，并且由于其与阵列(或其子集)中的每个镜元件固定的和可旋转的耦合，其他镜元件将同步且等同地旋转。

在图7A中，可以在耦合位置732处将耦合元件730耦合到每个镜元件。每个镜元件的相对位置可以位于相同的位置，例如，镜元件720(1)的耦合位置732(1)与镜元件旋转轴736(1)或旋转轴736(1)(B)的距离相同，因为来自镜元件720(2)的耦合位置732(2)来自旋转轴736(2)或旋转轴736(2)(B)。举例来说，微镜的长度可以为大约1mm，其中，替换位置距旋转轴536约0.2mm或距旋转轴736(B)约0.6mm。

在一些实施例中，耦合位置可以为耦合元件提供枢轴/旋转点。例如，如图7B-7D所示，耦合元件在轴线762上的耦合位置处旋转。可将耦合元件的旋转轴配置为垂直于相应镜元件的旋转轴736(或旋转轴736(b))。支撑框架710被示出为为格子或格子类型的结构，然而，支撑框架710可以以任何合适的方式配置，使得微镜720的阵列可以布置在其内并且在无阻碍的运动范围(例如，参见图3的表面308)内操作。在一些实施例中，每个反射镜的运动范围可以达到180度。一些实施例可以为接近90度的运动范围，尽管其他合适的运动范围也是可能的。同样，在更换位置上，耦合元件的运动范围可以在大约45-90度之间，也可以更大或更小。在一些实施例中，本领域的普通技术人员将受益于此申请，相对于镜元件，运动范围(即，每个镜元件在其相应旋转轴上的旋转范围)可部分地受到相对于镜元件的耦合元件的尺寸的影响。

在一些实施例中，支撑铰链可以将其对应的镜元件耦合到支撑框架710，如上面关于图5A所述。支撑铰链可以沿着用于镜元件旋转的相应旋转轴配置，它们耦合到第一镜元件和第二镜元件并且可以沿着旋转轴引起第一镜元件和第二镜元件的旋转。支撑铰链可以是柔性的(例如扭杆)，可以随着镜元件的旋转而变形。在一些实施例中，在公共基板(例如，半导体基板)上支撑铰链、支撑框架、镜元件和耦合元件可以是连续的整体结构。例如，所述结构可以通过半导体制造工艺(例如，蚀刻、光刻等)形成，并且可以是在公共平面上形成的一个整体结构，例如如图5A、5E-F、7A和图7E所示。典型尺寸如图5B-5D(毫米范围)所示，但其他尺寸也是可以的。

如上所述，微机电系统装置可以包括多个致动器，以使阵列中的各个微镜旋转/定向，控制耦合元件或两者。在一些实施例中，一个或以上处理器可以与反射镜组件300耦合(从外部计算设备)或集成(例如，制造在同一公共半导体衬底上)。一个或以上处理器可以被配置为控制微机电系统执行器(也称为“引擎”或“微引擎”)，可以被配置为驱动微镜在其旋转轴(例如，在731(1、2)处)上旋转，驱动至少两个镜元件使在一定范围的运动中同步且等同地旋转的耦合元件(730)。如上所述，图7B-7D示出了在一些实施例中，当微镜在同步运动范围内旋转时，微镜阵列如何工作。

图7E示出了具有集成的耦合元件794的至少两个镜元件790(1、2)的示例，该集成的耦合元件794在793(1、2)处与每个对应的镜元件耦合，并且铰链结构(791(1、2)和792(1、2))被配置为一体结构。这些结构可以配置在同一平面(如图所示)或不同平面上。铰链结构和耦合元件可以弯曲的方式可以类似于图5E-F所示的示例。如图7B-7D所示，图7E所示的旋转轴可以在镜元件的中心(将镜元件一等分)或在一侧(以虚线795示出)。一些实施例可能具有用于铰链结构的沟槽，以使铰链和耦合元件794不接触，特别是如果结构在同一平面上(例如，如上所述，在从同一基板蚀刻的整体结构中)。

图8A-8B示出了根据本申请一些实施例的示例性的图7A-7C所示的微镜耦合的同步线性阵列的简化功能图。特别地，图8A示出了以第一偏转角(例如，零偏转)同步旋转的镜元件，并且图8B示出了以第二偏转角(例如，大约+45度正偏转)同步旋转的镜元件。在图8B中，如上所述，当反射镜720(1)从第一偏转角旋转至第二偏转角时，耦合元件730使阵列中的其他反射镜同步且等同地旋转。即，每个反射镜720可以在其对应的轴736上旋转。耦合元件730可以在相对于每个反射镜的旋转轴736(或旋转轴736(b))等距的耦合位置(732)处耦合到每个反射镜720。耦合元件可以在轴762上的耦合位置732处旋转。一个或以上(集成的)微机电系统致动器可以被配置为在旋转位置732上旋转反射镜元件，在耦合位置732处旋转以在轴线762上旋转耦合元件，或其任意组合。在一些实施例中，反射镜的子集(例如，少于阵列中反射镜的总数)可能具有被配置为旋转反射镜的致动器或主动致动器。尽管示出的运动范围(例如，反射镜的旋转范围和耦合元件)在图7B-D上总共大约为90度，但是其他范围也是可能的，如受益于此本申请的本领域普通技术人员将理解的那样。

系统、装置和技术的其他变型在本申请的范围内。因此，尽管所公开的技术易于进行各种修改和替代构造，但是在附图中示出了其中所示出的一些实施例，并且已经在上面进行了详细描述。但是，应该理解，无意将本申请限制为所披露的一种或多种特定形式，但是相反，其意图是涵盖落入所附权利要求书所限定的本申请的精神和范围内的所有修改、替代构造和等同形式。例如，任何实施例、替代实施例等及其概念可以是描述的和/或在本申请的精神和范围内的任何其他实施例。

在描述所公开的实施例的上下文中(特别是在所附权利要求的上下文中)术语“一”和“一个”和“类似”的使用应解释为涵盖单数和复数，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾。除非另外指出，否则术语“包括”、“具有”、“包含”和“包含”应被解释为开放式术语(即，意思是“包括但不限于”)。术语“连接”应理解为部分或全部包含在，附加到或连接在一起，即使存在某种介入。短语“基于”应理解为开放式的，而不以任何方式进行限制，并且在适当的情况下应解释为或以其他方式解读为“至少部分基于”。除非另有说明，否则本文中数值范围的引用仅旨在用作分别指代落入该范围内的每个单独值的速记方法，并且将每个单独值并入说明书中，如同其在本文中被单独引用一样。除非本文另外指出或与上下文明显矛盾，否则本文描述的所有方法可以以任何合适的顺序执行。本文提供的任何和所有示例或示例性语言(例如，“诸如”)的使用仅旨在更好地阐明本申请的实施例，并且不构成对本申请范围的限制，除非另有要求。说明书中的任何语言都不应解释为表明任何未要求保护的要素对实施本申请至关重要。

在此设置许多具体细节以提供对所要求保护的主题的透彻理解。但是，本领域普通技术人员将理解，没有这些具体细节也可以实践所要求保护的主题。在其他情况下，没有详细描述本领域普通技术人员已知的方法、装置或系统，以免模糊所要求保护的主题。所说明和描述的各种实施例仅作为示例提供，以示出权利要求的各种特征。然而，关于任何给定实施例示出和描述的特征不必限于相关联的实施例，并且可以与示出和描述的其他实施例一起使用或组合。此外，权利要求书不旨在被任何一个示例性实施例所限制。

尽管已经针对其具体实施例详细描述了本主题，但是应当理解，本领域普通技术人员一旦理解了前述内容，就可以容易地产生一些实施例的变更、变型和等同形式。因此，应该理解的是，提出本申请只是为了举例而非限制，并且不排除对本主题包括对本领域普通技术人员来说显而易见的此类修改、变型和/或添加。实际上，本文描述的方法和系统可以以多种其他形式体现；此外，在不脱离本申请的精神的情况下，可以对本文所述的方法和系统的形式进行各种省略、替代和改变。所附权利要求书及其等效物旨在覆盖落入本申请的范围和精神内的这些形式或修改。

尽管本申请提供了一些示例实施例和应用，对于本领域普通技术人员而言显而易见的其他实施例，包括未提供本文所设定的所有特征和优点的实施例，也在本申请的范围内。因此，本申请的范围旨在仅通过参考所附权利要求来限定。

本文使用的条件语言，例如“可以”、“可以”、“可能”、“可以”、“例如”等，除非另外特别说明，或者在所使用的上下文中另外理解，否则通常意在传达某些示例包括，而其他示例不包括某些特征，要素和/或步骤。因此，此类条件性语言通常并不旨在暗示某个或多个示例以任何方式要求功能、要素和/或步骤，或者一个或以上示例必须包含用于确定，在有或没有作者输入或提示的情况下，这些特征、元素和/或步骤是否包括在内或将在任何特定示例中执行。

术语“包括”、“包含”、“具有”等是同义词，以开放式方式包括在内，并且不排除其他要素、功能、作用、操作等。另外，术语“或”的使用范围是包含性含义(而不是排他性含义)，因此在使用时，例如，为了连接元素列表，术语“或”表示列表中的一个，一些或所有元素。在本文中，“适用于”或“被配置为”的使用是开放性和包容性的语言，不排除适用于或被配置为执行附加任务或步骤的设备。另外，“基于”的使用是开放和包容的，因为实际上，基于一个或以上引用条件或值的过程、步骤、计算或其他操作可以基于所列举条件之外的其他条件或值。同样，“至少基于”的使用是开放和包容的，因为在实践中，“至少部分基于”一个或以上条件或过程值的过程、步骤、计算或其他行动可能实际上基于所列举的条件或条件之外的条件。此处包含的标题、列表和编号仅是为了便于说明，并不意味着限制。

上述各种特征和过程可以彼此独立地使用，或者可以以各种方式组合。所有可能的组合和子组合均旨在落入本申请的范围内。另外，在一些实施例中可以省略某些方法或处理框。本文描述的方法和过程也不限于任何特定执行顺序，相关的块或状态可以以其他合适顺序执行。例如，所描述的块或状态可以以不同于具体披露的顺序执行，或者多个块或状态可以组合为单个块或状态。示例性框或状态可以串行、并行或以其他方式执行。块或状态可以被添加到所公开的示例或从所公开的示例中移除。类似地，本文描述的示例系统和组件可以被配置为与所描述的不同。例如，与所公开的示例相比，可以将元素添加、移除或重新布置。