具体实施方式

根据一些实例，本公开的一些方面一般涉及外部设备，尤其涉及无线外部设备控制器。

在以下描述中，将描述镜组件和光转向系统的各个实例。为了达到说明的目的，阐述了具体的配置和细节以提供对实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，在不公开每个细节的情况下一些实施例可以是可实践的或可实施的。此外，可以省略或简化公知的特征，以防止混淆本文所述的新颖特征。

可以在不同的应用中找到光转向。例如，车辆的光检测和测距(LiDAR)模块可以包括光转向系统。光转向系统可以是发射器的一部分，以将光线朝向不同的方向转向，从而检测车辆周围的障碍物并确定障碍物与车辆之间的距离，这可用于自动驾驶。此外，光转向接收器还可以包括用于选择要由接收器检测的入射光线的方向的微镜阵列，以避免检测其它不想要的信号。此外，手动驾驶车辆的前灯可以包括光转向系统，所述光转向系统可被控制为将光线朝向特定方向聚焦，以改善驾驶员的视野。在另一个实例中，如内窥镜等光学诊断装备可以包括光转向系统，以在顺序扫描过程中将光线以不同方向转向到一个物体上，以获得用于诊断的物体的图像。

光转向可以通过微镜阵列的方式来实施。微镜阵列可以具有一个微镜组件的阵列，其中每个微镜组件具有可移动微镜和致动器(或多个致动器)。可以将微镜和致动器形成为半导体基底上的微机电系统(MEMS，microelectromechanical system)，半导体基底允许微机电系统与半导体基底上的其它电路系统(例如，控制器、接口电路等)相集成。在微镜组件中，微镜能够经由连接结构(例如，扭杆、弹簧等)连接到半导体基底以形成枢轴。致动器能够使微镜绕枢轴旋转，并通过连接结构变形以适应旋转。微镜阵列能够接收入射光束，并且每个微镜可以以共同的旋转角度旋转以在目标方向上投射/转向入射光束。每个微镜能够绕两个正交轴线旋转，以提供沿垂直维度的第一投射角度范围，并提供沿水平维度的第二投射角度范围。第一范围和第二范围能够限定二维视场(FOV，field of view)，在该二维视场中光线被投射以检测/扫描物体。视场还能够限定由物体反射的入射光线的方向，并使其由接收器检测。

在一些实例中，每个微镜组件可以包括单个微镜。单个微镜可与设置在万向架结构的框架上的一对致动器耦接并且可在第一轴线上旋转。万向架结构的框架进一步与半导体基底耦接并且可在与第一轴线正交的第二轴线上旋转。第一对致动器能够使所述镜相对于框架绕第一轴线旋转，以使光线沿第一维度转向，而第二对致动器能够使框架围绕第二轴线旋转，以使光线沿第二维度转向。围绕第一轴线和第二轴线的旋转角度的不同组合能够提供二维视场，在该视场中光线被投射以检测/扫描物体。所述视场还能够限定由物体反射的入射光线的方向，并使其由接收器检测。

尽管这种布置允许光线的投射形成二维视场，但是可能存在许多潜在的缺点。首先，由单个镜来提供光转向可能需要相对较高的致动力以实现目标视场和目标色散，这可能会降低可靠性。更具体地，为了减少色散，可以使镜的尺寸与来自光源的光束的宽度相匹配，这导致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)来旋转镜以实现目标视场。所需的扭矩通常为微牛·米(micro N-m)。使致动器承受更大的致动力，尤其是对于微机电系统致动器，可能缩短使用寿命并减少致动器的可靠性。此外，当光转向系统仅依靠单个镜来使光转向时，微机电系统致动器的可靠性可能进一步降低，这可能成为单点故障。

一些实施例的概念概述

本公开的实例涉及一种能够解决上述问题的光转向系统。光转向系统的各个实施例可以包括执行光转向的多个镜，如在以下相对于图3A-图3E、图5A、图6、图7和图8所示和所述的。光转向系统可以用作控制输出光线的投射方向的发射器的一部分。光转向系统还可以用作选择要由接收器检测的输入光线的方向的某一接收器的一部分。光转向系统还可以在同轴配置中使用，使得光转向系统能够将输出光线投射到某个位置并检测从该位置反射的光线。

在一些实施例中，光转向系统可以包括光源、第一可旋转镜、第二可旋转镜和接收器。第一可旋转镜和第二可旋转镜能够限定用于由光源发射的光线的输出投射路径，或选择用于由接收器接收的输入光线的输入路径。第一可旋转镜和第二可旋转镜是可旋转的，以分别相对于第一维度和与第一维度正交的第二维度以不同角度将输出投射路径转向，从而形成二维视场。

光转向系统可以进一步包括被配置为使第一可旋转镜绕第一轴线旋转的第一致动器，被配置为使第二可旋转镜绕与第一轴线正交的第二轴线旋转的第二致动器，以及与第一致动器和第二致动器耦接的控制器。控制器可以控制第一致动器和第二致动器施加第一扭矩和第二扭矩，以使第一可旋转镜和第二可旋转镜分别沿第一轴线和第二轴线分别旋转。控制器能够控制第一致动器和第二致动器，根据如以下相对于图4和图5B所示和所述的移动序列相对于第一维度和第二维度以不同的角度使输出投射路径转向，以创建二维视场。

如图3A所示，在一些实施例中，第一可旋转镜和第二可旋转镜可以布置在半导体基底的相同表面上。光转向系统可以进一步包括堆叠在半导体基底的顶部上并面向半导体基底的表面的静止的第三镜。如图3B所示，来自光源的光线或来自环境的输入光线能够被第一可旋转镜反射，第一可旋转镜可以设置光线的输出投射路径相对于第一维度(例如，x轴或y轴)的第一角度。由第一可旋转镜反射的光线能够到达第三镜，第三镜可以将光线朝第二可旋转镜反射。第二可旋转镜能够设置输出投射路径或输入路径相对于第二维度(例如，图4D的z轴)的角度。通过旋转第一可旋转镜和第二可旋转镜来形成视场，能够获得第一角度和第二角度的不同值。

在一些实施例中，如图3A所示，光转向系统可以包括第一镜阵列，第一镜阵列包括第一可旋转镜，阵列中的每个可旋转镜可绕第一轴线旋转，并且单个第二可旋转镜可绕第二轴线旋转。在一些实施例中，如图5A所示，光转向系统还可以包括单个第一可旋转镜，以及第二可旋转镜的阵列，阵列中的每个可旋转镜可绕第二轴线旋转。在一些实施例中，如图6所示，光转向系统还可以包括第一可旋转镜的阵列和第二可旋转镜的阵列。第一可旋转镜的阵列可以绕第一轴线旋转。而且，第二镜的阵列可以绕第二轴线旋转。

如以下相对于图7的所示和所述，在一些实施例中，第一可旋转镜和第二可旋转镜可布置在两个不同的半导体基底上。第一可旋转镜能够布置在第一半导体的第一表面上，而第二可旋转镜可以布置在第二半导体的第二表面上，第一表面面向第二表面。来自光源的光线能够被第一可旋转镜反射，第一可旋转镜能够设置输出投射路径或输入路径相对于第一维度(例如，x轴或y轴)的第一角度。由第一可旋转镜反射的光线能够到达第二可旋转镜，第二可旋转镜能够绕第二轴线旋转以设置输出投射路径或输入路径相对于第二维度(例如，z轴)的第二角度。

与其中光转向系统使用具有两个旋转轴线的单个镜以提供两个投射角度范围或输入角度范围以形成视场的布置相比，本公开的一些实施例能够使用第一可旋转镜和第二可旋转镜(或第一可旋转镜的阵列和第二旋转镜)，每个可旋转镜具有单个但正交的可旋转轴线，以提供形成视场的两个角度范围。这种布置能够提高可靠性(特别是在镜是微机电系统设备的情况下)和精度，并能够减少驱动力，同时提供相同或优越的视场和色散。首先，通过使用两个镜来提供两个角度范围以提供与单个镜相同的视场，可以使镜中的一些镜小于单个镜，并且可能需要比单个镜更小的驱动力来进行旋转。还能够独立地优化两个不同镜的致动以进一步减少总致动力。致动力的减少还能够减少致动器上的负担并增加致动器的寿命。此外，由于镜更小，响应于相同的致动力，与单个镜的实施方式相比，本公开的实施例能够提供更大的视场。镜可以被配置为提供与单个镜相同的镜表面积，从而能够提供与单个镜相同的色散。另外，在光转向中涉及多个镜的情况下，可以减少镜中的任何一个镜成为单个故障源的可能性，这能够进一步提高可靠性。与传统的实施方式相比，所有这些都能够提高光转向系统的稳健性和性能。

一些实施例的典型系统环境

图1示出了其中能够实施所公开的技术的自动驾驶车辆100。自动驾驶车辆100包括激光雷达模块102。激光雷达模块102允许自动驾驶车辆100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，自动驾驶车辆100能够进行操纵以避免与物体碰撞。激光雷达模块102能够包括光转向系统104和接收器106。光转向系统104能够以任何合适的扫描模式在不同的时间在不同方向上投射一个或多个光信号108，而接收器106能够监控由物体反射光信号108而产生的光信号110。光信号108和110可以包括例如光脉冲、调频连续波(FMCW)信号、调幅连续波(AMCW)信号等。激光雷达模块102能够基于光信号110的接收来检测物体，并且能够基于光信号108与110之间的时间差来执行测距决定(例如，物体的距离)。例如，如图1所示，激光雷达模块102能够在时间T1向自动驾驶车辆100的前方发射光信号108，并在时间T2接收由物体112(例如，另一个车辆)反射的光信号110。基于光信号110的接收，激光雷达模块102能够确定物体112正好在自动驾驶车辆100的前方。此外，基于T1与T2之间的时间差，激光雷达模块102还能够确定自动驾驶车辆100与物体112之间的距离114。自动驾驶车辆100能够基于激光雷达模块102对物体112的检测和测距来调节其速度(例如，减速或停止)以避免与物体112碰撞。

图2A-2B示出了激光雷达模块102的内部组件的实例。激光雷达模块102包括发射器202、接收器204、控制发射器202和接收器204的操作的激光雷达控制器206。发射器202包括光源208和准直透镜210，而接收器204包括透镜214和光电检测器216。激光雷达模块102进一步包括镜组件212和分束器213。在激光雷达模块102中，发射器202和接收器204可以被配置为共享镜组件212的同轴系统，以执行光转向操作，而分束器213被配置为将由镜组件212反射的入射光反射到接收器204。

图2A示出了光投射操作。为了投射光线，激光雷达控制器206能够控制光源208(例如，脉冲激光二极管、FMCW信号源、AMCW信号等)以将光信号108发射为光束218的一部分。光束218能够在离开光源208时散射，并且能够通过准直透镜210转换为准直光束218。

准直光束218能够入射到能够沿着输出投射路径219将光束朝向物体112反射并转向的镜组件212上。镜组件212能够包括一个或多个可旋转镜。图2A示出了具有一个镜的镜组件212，但是如以下要描述的，在一些实施例中，镜组件212可以包括多个镜。

光束218可以在离开镜组件212的镜表面的表面时色散。光束218能够在镜面的长度和宽度上相对于投射路径219形成色散角。光束218的色散角能够由以下等式给出：

在等式1中，α是色散角，λ是光束218的波长，而D是镜面的长度(或宽度)。光束218能够在镜面的长度(L)方向上相对于投射路径219以色散角α_L色散，并且在镜面的宽度(W)方向上相对于投射路径219以色散角α_W色散。期望减小色散角以沿着投射路径219聚焦光束功率，从而提高物体检测、测距和成像的分辨率。为了减小色散角，可以增加镜面的长度L和宽度W以与孔径长度220匹配。

镜组件212进一步包括一个或多个致动器(图2A中未示出)以旋转可旋转镜。致动器能够使可旋转镜绕第一轴线222旋转，并且能够使可旋转镜沿第二轴线226旋转。如以下更详细地描述，绕第一轴线222的旋转能够改变输出投射路径219相对于第一维度(例如，x轴)的第一角度224，而绕第二轴线226的旋转能够改变输出投射路径219相对于第二维度(例如，z轴)的第二角度228。激光雷达控制器206能够控制致动器产生绕第一轴线222和第二轴线226的旋转角度的不同组合，使得输出投射路径219的移动能够遵循扫描图案232。输出投射路径219沿x轴的移动范围234以及输出投射路径219沿z轴的移动范围238能够限定视场。视场内的物体，例如物体112，能够接收和反射准直光束218以形成反射的光信号，反射的信号能够由接收器204接收。

图2B示出了光检测操作。激光雷达控制器206能够选择入射光方向239以用于由接收器204检测入射光线。选择能够基于设置镜组件212的可旋转镜的旋转角度，使得仅沿着光方向239传播的光束220被反射到分束器213，分束器213能够将光束220通过准直透镜214转移到光电检测器216。通过这种布置，接收器204能够选择性地接收与物体112的测距/成像有关的信号，如由物体112由准直光束218的反射而产生的光信号110，并且不接收其它信号。结果，能够减少环境干扰对物体的测距/成像的影响，并且能够提高系统性能。

镜组件的实例

图3A-3E示出了根据本公开的实施例的镜组件300的实例。镜组件300可以是光转向系统104的一部分。图3A示出了镜组件300的俯视图，图3B示出了镜组件300的透视图，而图3C示出了镜组件300的侧视图。如图3A所示，镜组件300能够包括第一可旋转镜的阵列302、第二可旋转镜304和固定镜306。第一可旋转镜的阵列302的总镜表面积与第二可旋转镜304和固定镜306的镜表面积相同。第一可旋转镜的阵列302和第二可旋转镜304可以是在半导体基底310的表面308上实施的微机电系统器件。固定镜306能够位于半导体基底310之上。在一些实施例中，固定镜306能够包括在与半导体基底310相同的集成电路封装内，以形成集成电路。在一些实施例中，固定镜306还能够位于容纳半导体基底310的集成电路封装的外部。

参考图3B和图3C，在一种配置中，第一可旋转镜的阵列302能够接收来自准直透镜210的准直光束218，将光束218朝向固定镜306反射，固定镜306能够将光束218朝向第二可旋转镜304反射。第二可旋转镜304能够将从固定镜306接收的光束218沿着输出投射路径219反射为输出。在另一种配置中(图中未示出)，第二可旋转镜304能够接收来自准直透镜210的准直光束218，并将光束218朝向固定镜306反射，固定镜306能够将光束218朝向第一可旋转镜的阵列302反射。第一可旋转镜的阵列302能够将光束218沿着输出投射路径219反射为输出。在镜组件300是接收器的一部分的情况下，第一可旋转镜的阵列302和第二可旋转镜304还能够为接收器204选择入射光方向239，与选择输出投射路径219的方向类似。如以下进一步详细描述的，第一可旋转镜的阵列302和第二可旋转镜304改变输出投射路径219分别相对于x轴和z轴的角度，以形成二维视场。

如上所述，第一可旋转镜的阵列302的总镜表面积与第二可旋转镜304和固定镜306的镜表面积相同。此外，由第一可旋转镜的阵列302、第二可旋转镜304和固定镜306中的每个镜提供的镜表面积的每个维度(例如，长度和宽度)能够与准直透镜210的孔径长度220匹配。通过这种布置，第一可旋转镜的阵列302、第二可旋转镜304和固定镜306中的每个镜能够接收和反射准直光束218的大部分。

此外，如图3C所示，固定镜306与表面308之间的间隔(其包括第一可旋转镜的阵列302和第二可旋转镜304)，表示为d1，以及第一可旋转镜的阵列302和第二可旋转镜304的中心点之间的间隔，表示为d2，可以与准直光束218相对于z轴的入射角θ相关，如下所示：

在等式2中，可以通过将正切函数应用到准直光束218的入射角θ来限定d2的一半(第一可旋转镜的阵列302和第二可旋转镜304的中心点之间的距离)与d1(固定镜306与表面308之间的距离)之间的比率。

返回参考图3A，第一可旋转镜的阵列302中的每个可旋转镜(例如，第一可旋转镜302a)可绕第一轴线314旋转，而第二可旋转镜304可绕垂直于第一轴线314的第二轴线316旋转。第一可旋转镜的阵列302中的每个可旋转镜以及第二可旋转镜304与一对旋转致动器(如梳状驱动器、压电设备、电磁设备等)耦接，以旋转所述镜。例如，第一可旋转镜302a与旋转致动器322a和322b耦接，而第二可旋转镜304与旋转致动器324a和324b耦接。第一可旋转镜302a(以及第一可旋转镜的阵列302的其余部分)和第二可旋转镜304中的每个镜能够分别沿x轴和z轴独立地移动输出投射路径219，以形成视场。

图3D示出了基于第一可旋转镜302a的旋转移动来设置输出投射路径219相对于x轴的角度的实例。图3D示出了具有第一轴线314的可旋转镜302a、固定镜306和第二可旋转镜304的侧视图。第一轴线314与y轴对齐。虚线示出了旋转之前的第一可旋转镜302a和第一可旋转镜302a的法向矢量330的方向，而实线示出了逆时针旋转之后第一可旋转镜302a和法向矢量330的方向。随着第一可旋转镜302a逆时针旋转，第一可旋转镜302a的法向矢量330也逆时针旋转，并且准直光束218相对于旋转的法向矢量330的入射角332减少。由于准直光束218的反射角334等于入射角332，因此反射的光束218也逆时针旋转并以增大的角度336击中固定镜306。光束218也以相同的角度336从固定镜306朝向第二可旋转镜304反射，第二可旋转镜304能够沿着还与x轴形成角度336的输出投射路径219或输入路径239将光束218反射。能够控制第一可旋转镜的阵列302中的每个可旋转镜绕第一轴线314以相同的旋转角度和相同的方向(沿顺时针或逆时针)旋转，使得所述阵列能够共同地设置准直光束218的输出投射路径219或入射光方向239，以相对于x轴形成角度336。

图3E示出了基于第二可旋转镜304的旋转移动的输出投射路径219的移动的实例。图3E是第二可旋转镜304的侧视图，其中第二轴线316指向纸外。虚线示出了旋转之前第二可旋转镜304和第二可旋转镜304的法向矢量340的方向，而实线示出了在逆时针旋转之后第二可旋转镜304和法向矢量340的方向。随着第二可旋转镜304逆时针旋转，第二可旋转镜304的法向矢量340也逆时针旋转，并且准直光束218相对于旋转的法向矢量340的入射角342减少。由于准直光束218的反射角344等于入射角342，因此反射光束218的输出投射路径219沿着z轴移动距离d4，如箭头所示。结合第一可旋转镜302a的旋转，输出投射路径219能够沿着x轴和z轴两者移动以形成二维视场。应当理解，还能够基于第二可旋转镜304的旋转移动以与输出投射路径219类似的方式来调节入射光方向239。

图4示出了镜组件300提供二维视场的示例性操作。图4顶部的图示出了由第一可旋转镜的阵列302和第二可旋转镜304的旋转提供的输出投射路径219的角度的移动序列400。如图4所示，激光雷达控制器206能够控制旋转致动器324a和324b旋转第二可旋转镜304以设置输出投射路径219相对于z轴的不同角度，例如，第一角度范围406内由点402和404表示的角度。激光雷达控制器206还能够控制第一可旋转镜的阵列302的旋转致动器(例如，旋转致动器322a和322b)以设置输出投射路径219相对于x轴的不同角度，例如，点412和414表示的角度，以提供第二角度范围416，并且两个角度范围能够限定视角。

图4底部的图示出了相对于时间的控制信号序列430，以生成输出投射路径219的移动序列400。在一些实施例中，可以向激光雷达控制器206提供移动序列400，激光雷达控制器206能够基于移动序列400生成控制信号序列430。控制信号序列430包括控制信号的第一维度控制信号序列432、434、436等，用于第二可旋转镜304的旋转致动器改变输出投射路径219(或入射光方向239)相对于第一维度(例如，z轴)的角度。控制信号序列430进一步包括在两个第一维度控制信号序列之间的第二维度控制信号。例如，在第一维度控制信号序列432与434之间存在第二维度控制信号440。进一步地，在第一维度控制信号序列434与436之间存在第二维度控制信号442。第二维度控制信号用于第一可旋转镜的阵列302的旋转致动器改变输出投射路径219(或入射光方向239)相对于第二维度(例如，x轴)的角度。

控制信号序列432、434、436等中的每个控制信号都能够使第二可旋转镜304的旋转致动器产生扭矩，以增大第二可旋转镜304绕第二轴线316的旋转角度。例如，第一维度控制信号432a能够对应于点402，而第一维度控制信号432b能够对应于点404。第一维度控制信号序列432、434和436中的每个序列都能够通过控制第二可旋转镜的旋转角度，引发输出投射路径219(或入射光方向239)相对于z轴的第一角度范围406内的扫角。在第一角度范围406的末端，可以提供第二维度控制信号以在下一个第一维度控制信号序列开始之前改变投射路径219(或入射光方向239)相对于x轴的角度。例如，第一维度控制信号432n对应于在第一角度范围406的末端的点412。在第一维度控制信号432b之后是第二维度控制信号440，第二维度控制信号440能够使第一可旋转镜的阵列302旋转，以沿x轴将输出投射路径219(或入射光方向239)从点412移动到414。在第二维度控制信号440之后，第一维度控制信号序列434开始，并且第一维度控制信号434a能够使第二可旋转镜304旋转，以相对于z轴将输出投射路径219(或入射光方向239)的角度从由点414表示的角度移动到由点418表示的角度，同时保持角度相对于x轴保持恒定。

在一些实施例中，可以将第一维度控制信号和第二维度控制信号独立地优化以减少总致动力和功率。例如，能够以接近第二可旋转镜304的固有频率的相对较高的频率向旋转致动器提供第一维度控制信号，以引起镜的谐波共振。这种布置允许使用较小的扭矩来使第二可旋转镜304旋转，这在第二可旋转镜304可以是镜组件300内的最大镜并且具有相当大的质量和惯性的情况下是有利的。另一方面，能够以相对较低的频率向旋转致动器提供第二维度控制信号，以将第一可旋转镜的阵列302中的每个可旋转镜作为准静态负载进行操作。假定镜较小并且具有较小的质量和惯性，则旋转第一可旋转镜的阵列302的镜所需的扭矩可以相对较低。在一些实施例中，第一维度控制信号可以是高频正弦信号，脉冲宽度调制(PWM)信号等形式，而第二维度控制信号可以是低频锯齿信号的形式。

在一些实施例中，除了移动序列400之外，还可以向激光雷达控制器206提供反馈机构以生成控制信号序列430。反馈机构包括测量旋转致动器的实际旋转角度的一组传感器(例如，电容传感器)。反馈机构使激光雷达控制器206能够基于监控旋转致动器的实际旋转角度来调节向旋转致动器提供的第一维度控制信号和第二维度控制信号，以提高光转向操作的精度。可以进行调节以补偿例如镜的质量的不确定性和不匹配以及旋转致动器的驱动强度等。

作为实例，激光雷达控制器206能够以校准序列执行第一维度控制信号和第二维度控制信号的调节。激光雷达控制器206可以基于一组镜的预期质量和旋转致动器的驱动强度来存储针对第一维度控制信号和第二维度控制信号的一组初始设置(例如，电压、电流等)。在校准过程中，激光雷达控制器206能够提供不同的第一维度控制信号和第二维度控制信号，以使旋转致动器产生不同的旋转角度。激光雷达控制器206能够在提供第一维度控制信号和第二维度控制信号时，监控旋转致动器的实际旋转角度，将实际旋转角度与目标旋转角度进行比较以确定差异，并调节第一维度控制信号和第二维度控制信号以解决差异。例如，假定第一可旋转镜的阵列302中的每个可旋转镜以相同的旋转角度旋转。激光雷达控制器206能够使用电容传感器来测量第一可旋转镜的阵列302中的每个可旋转镜的实际旋转角度，并确定每个可旋转镜的每个实际角度与目标旋转角度的偏差。激光雷达控制器206能够基于所述偏差来调节用于每个可旋转镜的旋转致动器(例如，旋转致动器322a和322b)的第二维度控制信号，以确保每个可旋转镜以相同的目标旋转角度旋转。

与单个镜组件相比，镜组件300能够提供相同或更优越的视场和色散性能，同时减少致动力和动力并提高可靠性。首先，第一可旋转镜的阵列302中的每个可旋转镜基本上小于具有相当的长度和宽度以及色散性能的单个镜，即使所述镜是作为准静态负载驱动的。结果，第一可旋转镜的阵列302中的每个可旋转镜需要基本上更小的扭矩以提供与单个镜组件相同的视场。此外，尽管第二可旋转镜304的镜表面积与单个镜布置的面积相似，但是通过以接近自然频率的频率驱动第二可旋转镜304引起谐波共振能够基本上减少第二可旋转镜304旋转所需的扭矩。这种布置允许显著减少实现目标视场所需的扭矩。扭矩的减少还减少了旋转致动器的负担并提高了其使用寿命。此外，因为在光转向中涉及多个镜，所以能够减少镜中的任何镜变成单个故障源的可能性，能够进一步提高可靠性。

图5A示出了根据本公开的实施例的镜组件500的另一个实例。镜组件500可以是光转向系统202的一部分。如图5A所示，镜组件500能够包括第一可旋转镜502、第二可旋转镜的阵列504以及固定镜306。第一可旋转镜502、第二可旋转镜的阵列504和固定镜306中的每个镜能够具有基本相同的镜表面积，并且能够具有与如在上述其它实例中的透镜210的孔径长度220匹配的尺寸。第一可旋转镜502、第二可旋转镜的阵列504可以是在半导体基底510的表面508上实施的微机电系统器件。固定镜306能够位于半导体基底510之上。第一可旋转镜502可以接收来自透镜210的准直光束218，朝向固定镜306反射准直光束218，固定镜306可以继而将准直光束218朝向第二可旋转镜的阵列504反射。第二可旋转镜的阵列504能够将从固定镜306接收的准直光束218沿着输出投射路径219反射为输出。第一可旋转镜502可绕第一轴线514旋转，而第二可旋转镜的阵列504中的每个可旋转镜可绕与第一轴线514正交的第二轴线516旋转。正如图3A的第一可旋转镜的阵列302一样，第一可旋转镜502的旋转能够设置输出投射路径219(或入射光方向239)相对于x轴的角度，而第二可旋转镜的阵列504的旋转能够设置输出投射路径219(或入射光方向239)相对于z轴的角度。

第一可旋转镜502和第二可旋转镜的阵列504能够分别独立地改变输出投射路径219(或入射光方向239)分别相对于x轴和z轴的角度，以形成二维视场。第一可旋转镜502和第二可旋转镜的阵列504的旋转能够基于图5B的移动序列550来控制。第一可旋转镜502可以由第一维度控制信号控制，以使输出投射路径219(或入射光方向239)在移动范围552内沿着x轴移动，而第二可旋转镜的阵列504能够由第二尺寸控制信号来控制，以使投射路径在移动范围554内沿着z轴移动。与图4中描述的布置类似，能够以接近第一可旋转镜502的固有频率的相对较高的频率提供第一维度控制信号以引起谐波谐振，而能够以相对较低的频率提供第二维度的控制信号以将第二可旋转镜的阵列504中的每个镜驱动为准静态负载。

在一些实例中，镜组件能够包括两个可旋转镜阵列，以沿第一维度(例如，x轴)和第二维度(例如，z轴)执行光转向。图6示出了镜组件600的实例，包括在半导体基底610的表面608上图3A的第一可旋转镜的阵列302和图5A的第二可旋转镜的阵列504。镜组件600进一步包括位于半导体基底610之上的固定镜306。第一可旋转镜的阵列302可绕第一轴线314旋转，而第二可旋转镜的阵列504可绕与第一轴线314正交的第二轴线516旋转。第一可旋转镜的阵列302和第二可旋转镜的阵列504能够独立地改变输出投射路径219分别相对于x轴和z轴的角度，以形成如上所述的二维视场。

图7示出了根据本公开的实施例的镜组件700的另一个实例。镜组件700可以是光转向系统202的一部分。图7的顶部图示出了镜组件700的俯视图，而图7的底部图示出了镜组件700的立体图。如图7所示，镜组件700可以包括第一可旋转镜的阵列302、第二可旋转镜704和可以是固定的或可旋转的任选的镜706。可以将第一可旋转镜的阵列302和镜706实施为第一半导体基底710的表面708，而可以将第二可旋转镜704实施在第二半导体基底(图7中未示出)上并且面对第一可旋转镜的阵列302和镜706。第一可旋转镜的阵列302、第二可旋转镜704和镜706中的每个镜可以具有基本相同的镜表面区域，镜表面区域具有与如上述其它实例中的透镜210的孔径长度210匹配的每个尺寸。第一可旋转镜的阵列302能够接收准直光束218(或反射光束220)，并将光线朝向第二可旋转镜704反射，第二可旋转镜704能够将来自第一可旋转镜的阵列302的光线朝向镜706反射。镜706能够将从第二可旋转镜704接收的光线反射为沿着输出投射路径219的输出。镜706还能够将输入光线朝向第二可旋转镜704反射，并且仅将沿着入射光方向239传播的光线反射到第一可旋转镜的阵列302。第一可旋转镜的阵列302可绕第一轴线314旋转，而第二可旋转镜704可绕与第一轴线314正交的第二轴线724旋转。第一可旋转镜的阵列302中的每个可旋转镜的旋转能够设置输出投射路径219(或入射光方向239)相对于x轴的角度，而第二可旋转镜704的旋转能够设置输出投射路径219(或入射光方向239)相对于z轴的角度。镜706可以是固定的，或者可以是可旋转的，以允许进一步调节输出投射路径219的方向(或入射光方向239)。

在一些实施例中，镜组件212能够具有以正弦扫描轨迹驱动的快速轴线(例如，x轴)，并且通过锯齿扫描轨迹或三角形扫描轨迹在慢速轴线(例如，z轴)中逐步或连续地移动样品。在一些实施例中，快速轴线移动可以由与图3A、图5A、图6和图7中公开的实施例类似的微机电系统设备来操纵，并且另一个轴线(慢速轴线)的移动可以由非微机电系统(non-MEMS，non-microelectromechanical system)设备来操纵，如模拟系统(例如，包括检流计镜、多面镜或闪光透镜的至少一个的系统)。由于慢速轴线扫描对扫描频率、准确性和机械寿命有较低的要求，因此使用合适的非微机电系统设备驱动慢速轴线扫描能够满足要求，同时显著地减少建立镜组件的复杂性和成本。图8示出了根据本公开的实施例的镜组件800的另一个实例。镜组件800可以是光转向系统202的一部分。如图8所示，镜组件800可以包括第一可旋转镜的阵列802、第二可旋转镜804和固定镜306。第一可旋转镜的阵列802、第二可旋转镜804和固定镜306中的每个镜可以具有基本相同的镜表面积，并且能够具有与如在上述其它实例中的透镜210的孔径长度220匹配的尺寸。第一可旋转镜的阵列802可以是在半导体基底810的表面808上实施的微机电系统设备。第二可旋转镜804可以是非微机电系统设备，如在半导体基底810的表面808上实施的模拟系统(例如，检流计镜、多面镜或闪光透镜设备)。固定镜306能够位于半导体基底810之上。第一可旋转镜的阵列802可以接收来自透镜210的准直光束218，朝向固定镜306反射准直光束218，固定镜306可以继而将准直光束218朝向第二可旋转镜804反射。第二可旋转镜804能够将从固定镜306接收的准直光束218沿着输出投射路径219反射为输出。第一可旋转镜的阵列802中的每个可旋转镜可绕第一轴线814旋转，而第二可旋转镜804可绕第二轴线816旋转，第二轴线804与第一轴线814不同，如与第一轴线814正交。正如图3A的第一可旋转镜的阵列302一样，第一可旋转镜的阵列802的旋转能够设置输出投射路径219(或入射光方向239)相对于x轴的角度，而第二可旋转镜804的旋转能够设置输出投射路径219(或入射光方向239)相对于z轴的角度。

第一可旋转镜的阵列802和第二可旋转镜804能够独立地改变输出投射路径219(或入射光方向239)分别相对于x轴和z轴的角度，以形成二维视场。能够基于移动序列来控制第一可旋转镜的阵列802和第二可旋转镜804的旋转。与图4中描述的布置类似，能够以接近第一可旋转镜的阵列802固有频率的相对较高的频率提供第一维度控制信号以引起谐波谐振，而能够以相对较低的频率提供第二维度的控制信号以将第二可旋转镜804驱动为准静态负载。

图9示出了根据本公开的实施例的操作镜组件的方法的流程图。图9示出了用于使用镜组件(如图3A-图8的镜组件300、500、600、700和800)执行光转向操作的方法800的简化流程图。镜组件包括第一可旋转镜的阵列(例如，第一可旋转镜的阵列302，第二可旋转镜的阵列504等)和第二可旋转镜(例如，第二可旋转镜304、第一可旋转镜502、第二可旋转镜704等)。第一可旋转镜的阵列可以是微机电系统的一部分，并且第二可调节镜可以是(例如，在镜组件300、500、600和700中的)微机电系统的一部分或(例如，在镜组件800中的)非微机电系统的一部分，如包括检流计镜、多面镜或闪光透镜的至少一种的模拟系统。方法400可以由如激光雷达控制器206等控制器执行。

在操作902中，控制器确定光路的第一角度和第二角度。在一些实施例中，光路可以是输出光线的投射路径或输入光线的输入路径中的一个，第一角度可以相对于第一维度，并且第二角度可以相对于与第一维度正交的第二维度。可以根据范围234内的扫描图案(例如，沿着快速轴线的正弦扫描轨迹)来设置第一角度。可以根据范围238内的扫描图案(例如，沿着慢速轴线的锯齿形扫描轨迹或三角形扫描轨迹)来设置第二角度。

在操作904中，控制器控制第一致动器的阵列使微机电系统的第一可旋转镜的阵列旋转以设置第一角度。控制器还可以控制第一致动器的阵列向第一可旋转镜的阵列中的每个可旋转镜施加扭矩，作为准静态负载。

在操作906中，控制器控制微机电系统或非微机电系统的第二致动器以设置第二角度。在一些实施例中，控制器可以控制第二致动器通过非微机电系统(例如，检流计镜或多面镜)向第二可旋转镜施加扭矩。在一些其它实施例中，控制器可以改变闪光系统内的镜(例如，相同镜的阵列)以在扫描图案232的范围238内移动光束。在一些实施例中，控制器可以控制第二致动器使用微机电系统向第二可旋转镜施加扭矩，这与旋转微机电系统的第一可旋转镜的阵列以设置第一角度类似。

在操作908中，控制器使用设置于第一角度的第一可旋转镜的阵列和设置于第二角度的第二可旋转镜来执行以下至少一个：将来自光源的输出光线沿着投射路径朝向物体反射，或将沿着输入路径传播的输入光线反射到接收器。例如，控制器可以控制光源朝向镜组件投射包括光信号的光束。光源可以包括脉冲激光二极管、FMCW信号源、AMCW信号源等。控制器还可以使用第一可旋转镜的阵列和第二可旋转镜将由远处物体反射的光信号向接收器导向，并且将从其它方向接收到的光信号不向接收器导向。

在一些实施例中，可以利用任何合适数量的子系统的计算机系统实施所提及的方法900。这些子系统在计算机系统10中的实例于图10中示出。在一些实施例中，计算机系统包括单个计算机装置，其中子系统可以是计算机装置的组件。在其它实施例中，计算机系统可以包括多个计算机装置，每个计算机装置是具有内部组件的子系统。计算机系统可以包括台式计算机和膝上型计算机、平板电脑、移动电话和其它移动设备。在一些实施例中，云基础设施(例如，亚马逊网络服务)、图形处理单元(GPU)等可以用于实施所公开的技术，包括从图1-图9中描述的技术。例如，计算机系统10可以用于实施激光雷达控制器206的功能并执行方法400的操作。

图10所示的子系统经由系统总线75互连。示出了附加的子系统，如打印机74、键盘78、一个或多个存储设备79、耦接到显示适配器82的监控器76，以及其它。耦接到I/O控制器71的外围设备和输入/输出(I/O)设备可以通过本领域中已知的任何数量的手段，如输入/输出(I/O)端口77(例如USB、)，连接到计算机系统。例如，I/O端口77或外部接口81(例如，以太网、Wi-Fi等)可用于将计算机系统10连接到如因特网、鼠标输入设备或扫描仪等广域网。经由系统总线75的互连允许中央处理器73与每个子系统通信并控制来自系统存储器72或一个或多个存储设备79(例如，固定硬盘，如硬盘或光盘)的多个指令的执行，以及子系统之间的信息交换。系统存储器72和/或一个或多个存储设备79可以体现计算机可读介质。另一个子系统是数据收集设备85，如照相机、麦克风、加速计等。本文提到的任何数据可以是从一个组件到另一组件的输出，并且可以是到用户的输出。

计算机系统可以包括多个相同的组件或子系统，例如，通过外部接口81或通过内部接口连接在一起。在一些实施例中，计算机系统、子系统或装置可以通过网络进行通信。在这种情况下，一台计算机可以被视为客户端，另一台计算机可以被视为服务器，其中每台计算机可以是相同的计算机系统的一部分。客户端和服务器可以各自包括多个系统、子系统或组件。

可以通过使用硬件(例如，专用集成电路或现场可编程门阵列)和/或使用具有模块化或集成方式的通常可编程处理器的计算机软件以控制逻辑的形式来实施实施例的方面。如本文所用，处理器包括单核处理器，在相同的集成芯片上的多核处理器、或在单个电路板上或联网的多个处理单元。基于本文提供的公开和教导，本领域普通技术人员将知道并理解使用硬件以及硬件和软件的组合来实施本发明的实施例的其它方式和/或方法。

可以使用如Java、C、C++、C#、Objective-C、Swift或脚本编制语言例如使用传统或面向对象技术的Perl或Python等任何适当的计算机语言，将本申请中描述的任何软件组件或功能实施为由处理器执行的软件代码。可以将软件代码作为一系列指令或命令存储在计算机可读介质上，以进行存储和/或传输。合适的非暂时性计算机可读介质可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、如硬盘驱动器或软盘等磁性介质、或者如光盘(CD)等光学介质或DVD(数字通用磁盘)、闪存等。计算机可读介质可以是这种存储或传输设备的任何组合。

还可以使用载波信号对这种程序进行编码和发送，载波信号适合于经由符合包括互联网的各种协议的有线、光学和/或无线网络进行传输。如此，可以通过使用这种程序编码的数据信号来创建计算机可读介质。可以将用程序代码编码的计算机可读介质与兼容设备打包在一起，或者与其它设备分开提供(例如，通过Internet下载)。任何这种计算机可读介质可以驻留在单个计算机产品(例如，硬盘驱动器、CD或整个计算机系统)上或内部，并且可以存在于系统或网络内的不同计算机产品上或内部。计算机系统可以包括监控器、打印机或其它合适的显示器，用于向用户提供本文提到的结果中的任何结果。

本文描述的方法中的任何方法都可以由包括一个或多个处理器的计算机系统完全或部分执行，计算机系统可以被配置为执行所述步骤。因此，实施例可以针对被配置为执行本文描述的方法中的任何步骤的计算机系统，潜在地具有执行相应的步骤或相应的一组步骤的不同组件。尽管以编号的步骤呈现，但是本文的方法的步骤可以同时或以不同顺序执行。另外，这些步骤的部分可以与其它方法的其它步骤的一部分一起使用。而且，步骤的全部或部分可以是任选的。另外，任何方法的任何步骤都可以用模块、单元、电路或其它用于执行这些步骤的手段来执行。

其它变体在本公开的精神内。因此，尽管所公开的技术易于进行各种修改和替代构造，但是其中一些示出的实施例在附图中示出并且已经在上文进行了详细描述。然而，应理解，无意将本公开限制为所公开的一种或多种特定形式，而是相反，如所附权利要求书中所定义，意图是涵盖落入本公开的精神和范围内的所有修改、替代构造和等同物。例如，任何实施例、替代实施例等，以及其概念可以应用于所描述的和/或在本公开的精神和范围内的任何其它实施例。

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“一个”和“所述”以及类似指代的使用应被解释为涵盖单数和复数两者，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾。除非另有说明，否则术语“包括”、“具有”、“包括”和“含有”应被解释为开放式术语(即，意思是“包括但不限于”)。术语“连接”应被解释为即使有某物介入，附接到或连接在一起也部分或全部包括于其中。短语“基于”应被理解为开放式的，并且不以任何方式进行限制，并且在适当的情况下旨在被解释或以其它方式理解为“至少部分基于”。除非本文另外指出，否则本文中数值范围的列举仅旨在用作单独指代落入范围内的每个单独值的简写方法，并且每个单独值都被并入说明书中，如同其在本文中被单独叙述一样。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。除非另外要求，否则本文提供的任何和所有实例或示例性语言(例如，“如”)的使用仅旨在更好地阐明本公开的实施例，并且不对本公开的范围构成限制。说明书中的任何语言都不应被解释为指示任何未要求保护的要素对于实施本公开是必不可少的。