MEMS摆镜在小型化激光成像雷达中的应用

光学MEMS微镜技术及其在激光雷达中的应用
董光焰;刘中杰
【期刊名称】《中国电子科学研究院学报》
【年(卷),期】2011(006)001
【摘要】首先概述了MOEMS光学技术的应用及特点,并介绍一类MOEMS光学产品的机理,该技术使得三维实时扫描成像激光雷达小型化成为可能.重点论述一个MEMS激光雷达设计实例,比较其与FLASH激光雷达工作原理的异同,列举了其潜在性能指标.
【总页数】3页(P36-38)
【作者】董光焰;刘中杰
【作者单位】中国电子科技集团公司第27研究所,郑州,450047;中国电子科技集团公司第27研究所,郑州,450047
【正文语种】中文
【中图分类】TN42;TN958
【相关文献】
1.基于MEMS陀螺仪及压电微摆镜的光机电联合稳像技术 [J], 雷琼莹;金伟其;郭宏;米凤文;张旭;胡亮亮
2.基于MEMS的闪耀光栅数字微镜显示技术 [J], 赵捷
3.基于2D微电子机械系统(MEMS)镜全向激光雷达光学系统设计 [J], 李启坤;邱琪
4.应用于激光雷达的二维静电微镜设计 [J], 单亚蒙;任丽江;沈文江
5.数字微镜器件在光学矢量矩阵乘法器中的特性及应用分析 [J], 聂永名;胡文华;李修建;杨建坤
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基于MEMS微振镜的固态激光雷达扫描模组、3D深
度相机的简单分析介绍
 近期接触到西安知微传感技术有限公司，碰巧在公司楼上，于是约了时间过去拜访，公司面积不大，使用微纳点石创新空间的两小间办公室，不过据
了解由于公司发展需要更大的办公场所，已经决定于近期搬迁。

公司成立于2016年12月，短短一年时间，已经完成核心产品的样品生产并交付试用，
并获得盈峰资本领投的天使轮融资。

公司开发的基于MEMS（微机电控制系统）微振镜的3D深度相机，是一款能提供亚毫米级别的微型化深度传感设
备（我只能讲华为荣耀V10 的3D 面部识别功能点云深度摄像头亚毫米级），产品可广泛应用于三维扫描、工业检测、物流分拣、保险三维定损、三维人
脸识别、机器视觉等领域，目前主要应用于工业测量、三维重建。

 凭借MEMS微振镜技术，公司还开发了一款面向MEMS固态激光雷达所需的扫描模组，将传统的导航激光雷达中的旋转装置芯片化，具有高分辨率、高可靠性、低成本、小尺寸、易集成等优势，主要应用于机器视觉、主动避
让及自动驾驶方面。

MEMS即微机电控制系统，大多数人听上去应该比较陌生，其实微机电控制系统早已遍布我们的生活，智能手机、汽车、各种各样
的消费电子类产品都有它的身影。

关于MEMS，后续我会单独再写一篇文章
单独介绍。

团队创始人乔大勇为西工大博导，先后主持和承担国家863计划、国家自然科学基金、总装武器装备创新重点基金等科研项目十余项，曾作为
联合创始人及总经理运营西安励德微系统科技有限公司，算是一位资深创业
者了。

路演会上就听他介绍了有关于MEMS振镜技术，他说“国内这个领域。

一种基于MEMS微镜的测距激光雷达设计一种基于MEMS微镜的测距激光雷达设计摘要：本文提出了一种基于MEMS微镜的测距激光雷达设计。

该设计结合了MEMS技术和激光雷达技术，使用MEMS微镜来实现激光束的扫描，从而实现对目标的测距和三维重建。

本文分别从硬件设计和算法实现两个方面进行了详细论述。

硬件设计方面，采用了由MEMS微镜、激光器、控制电路等组成的整体设计方案，其中微镜作为扫描控制的核心，极大地提高了系统的精度和稳定性；算法实现方面，采用了多普勒效应和相位差法来精确计算目标的距离和角度信息。

通过对实验结果的分析，验证了本设计的可行性和有效性。

本文的研究具有重要的应用价值，可广泛应用于工业自动化、机器人视觉、智能交通等领域。

关键词：MEMS微镜；激光雷达；测距；三维重建；多普勒效应一、引言激光雷达作为一种高精度、高速度的测量设备，被广泛应用于自动驾驶、机器视觉、智能交通、航空航天等领域。

早期的激光雷达主要采用机械或电机驱动方式来实现激光束的扫描，然而这种方式存在着体积大、成本高、耗能大等问题。

随着微电子技术的不断发展，MEMS技术的出现为激光雷达的设计提供了新的思路和可能性。

MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）微镜是指利用微处理技术制造的具有机械结构和电子控制系统的微型元器件。

MEMS微镜具有体积小、质量轻、响应速度快、功耗低等优点，在激光雷达的设计中可以用来实现激光束的扫描和控制，从而实现对目标的测距和三维重建。

本文基于这一思路，提出了一种基于MEMS微镜的测距激光雷达设计，详细介绍了硬件设计和算法实现等关键技术。

二、硬件设计本设计采用由MEMS微镜、激光器、控制电路等组成的整体设计方案。

其中MEMS微镜作为扫描控制的核心部件，其细微的旋转运动可实现激光束的精确扫描，从而实现对目标的测量。

控制电路的作用是对MEMS微镜的扫描控制进行处理和实现激光器的触发和光强的控制。

面向激光雷达的双轴MEMS微镜结构设计与制备工艺研究面向激光雷达的双轴MEMS微镜结构设计与制备工艺研究激光雷达（Lidar）作为一种高精度三维感知技术，在自动驾驶、环境监测和机器人等领域具有广阔的应用前景。

其中，激光雷达的关键组件之一是微型镜头。

然而，传统的微型镜头技术往往受到体积大、成本高和稳定性差的限制。

因此，双轴MEMS微镜作为一种新型的微型镜头技术逐渐受到关注。

双轴MEMS微镜是通过微机电系统（MEMS）技术实现的微型镜头。

其作用是能够实现灵活的光束转向和聚焦功能，从而提高激光雷达的扫描速度和测距精度。

在这篇文章中，将重点介绍面向激光雷达的双轴MEMS微镜结构设计与制备工艺的研究。

首先，针对双轴MEMS微镜的结构设计，需要考虑到多个方面的因素。

首先是设计合适的控制电极，以实现微镜的双轴运动。

对于控制电极的设计，需要考虑到电极与微镜的接触面积和电极的导电性。

在此基础上，还需要考虑如何通过控制电极的输入信号，实现微镜的精确控制。

另外，还需考虑如何设计合适的振动减震机构，以降低微镜运动过程中的振动干扰。

其中，常用的振动减震机构包括弹簧、阻尼材料和质量块等。

其次，针对双轴MEMS微镜的制备工艺，需要考虑到工艺的可靠性和成本效益。

在制备工艺中，常用的工艺包括光刻、薄膜沉积和蚀刻等。

其中，光刻技术用于制备微镜的模板，薄膜沉积技术用于制备微镜的振动结构和电极，蚀刻技术用于制备微镜的形状和尺寸。

此外，还需要考虑到制备过程中的温度控制和化学物质的使用，以及对设备的要求，以确保制备过程的稳定性和可重复性。

最后，需要对面向激光雷达的双轴MEMS微镜的性能进行评估。

主要评估指标包括：扫描速度、扫描精度、光束质量、工作温度范围和耐久性等。

其中，扫描速度和扫描精度是评估双轴MEMS微镜的核心指标。

高速扫描和高精度测距是激光雷达在实际应用中的重要要求，因此，双轴MEMS微镜的设计和制备需要具备优秀的性能。

总结来说，面向激光雷达的双轴MEMS微镜结构设计与制备工艺的研究是一个具有挑战性和前瞻性的课题。

基于MEMS技术的微型光束操纵器件有望实现更轻、更低成本的激光雷达这款基于MEMS技术的微型光束操纵器件有望实现更轻、更低成本的激光雷达激光雷达（LiDAR）是自动驾驶汽车探测和识别周围物体的关键技术之一。

据麦姆斯咨询报道，瑞典KTH皇家理工学院（KTH Royal Institute of Technology）的一支研究团队长期致力于研究激光雷达系统核心的光束操纵技术，开发出了一种比以往各种技术方案更经济、更小巧、资源利用率更高效的光束操纵器件。

KTH微纳米系统学院的博士后Carlos Errando-Herranz表示，凭借我们的技术方案，这种激光雷达大规模量产之后，成本可以大幅下降至约10美元，重量仅为几克（包括外设组件），功耗可低至数百毫瓦。

这项研究成果已发表于Optics Letters杂志。

光束操纵技术的应用需求很广泛，例如高速光通信、激光雷达以及医学成像。

传统的激光雷达光束操纵系统利用电动马达来偏转反射镜，并在特定区域上扫描激光束，这种系统通常尺寸和重量都较大，功耗较高，成本高达数千美元。

因而，这种传统光束操纵系统无法应用于电池供电的机器人、智能手机、无人机、体内光学相干断层扫描（OCT）探头以及小型化、低成本的空分复用（SDM）系统。

近年来，通过利用MEMS微镜和光栅缩小了光束操纵系统的尺寸，从而显著降低了成本和重量。

然而，这些激光雷达系统的组件（如激光器、扫描装置、探测器及其它电子器件）仍然是独立制造的，并且组装成本较高。

因此，进一步的多组件集成小型化有潜力以低成本提供更小、更轻、功耗更低的激光雷达系统。

集成光子学，尤其是硅光子学，可以通过电气处理和控制、光束操纵和光学信号处理器件、光源及探测器的高密度集成来应对这些挑战。

这使得集成光子系统不仅在尺寸和重量方面优于自由空间光学系统，而且在成本、集成密度和鲁棒性方面也优于自由空间光学系统。

集成光子学的光束操纵方案主要集中在光学相控阵。

MEMS摆镜在小型化激光成像雷达中的应用
MEMS摆镜在小型化激光成像雷达中的应用
张驰1,岳娟1,徐正平2,葛军1
【摘要】研究了MEMS摆镜在未来小型化激光成像雷达的系统中的应用。

首先介绍了MEMS摆镜自身的器件特性,结合脉冲成像激光雷达的应用背景,分析了系统设计时要注意的问题。

进一步设计了MEMS 摆镜的驱动模块,通过仿真和成像验证了李萨如扫描图形的应用。

【期刊名称】激光与红外
【年(卷),期】2017(047)009
【总页数】5
【关键词】MEMS摆镜；激光成像雷达；光学镀膜；李萨如扫描·光电技术与系统·
1 引言
传统的脉冲激光成像扫描体制包括声光扫描、多边形棱镜扫描和检流计扫描等,作为小型化、低功耗的成像激光雷达扫描应用的MEMS 摆镜,已经越来越受到人们的重视。

最早的关于微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)硅扫描镜的研究起始于1980年,应用于共聚焦显微镜、条形码扫描、指纹采集等方面。

近年来,其应用扩展到光学断层相干扫描(Optical Coherence Tomography，OCT),视网膜扫描显示(Retina Scanning Display，RSD),打印,平视显示(Head Up Display，HUD)和激光雷达(LIDAR)[1]。

MEMS摆镜应用于小型化激光雷达的优势在于:
(1)易于实现低功耗和小型化集成。

通常MEMS镜子直径在毫米量级,其对应的驱动控制模块大小可做到厘米量级。

目前已有140 g重量,1.5 W 功耗的。

基于MEMS技术的微型激光雷达的研究近年来，随着科技的不断发展，微型激光雷达（Microelectromechanical Systems LiDAR，MEMS LiDAR）作为一种新型激光雷达技术，受到越来越多的关注和研究。

MEMS技术是微纳制造技术的一个分支，具有体积小、功耗低、可靠性强等优点，并且在多个领域都有广泛应用，如惯性导航系统、医疗诊断、自动化控制系统等。

而在微型激光雷达中，MEMS技术则发挥了至关重要的作用。

一、MEMS 激光雷达的基本原理MEMS激光雷达主要由激光器、光学系统、MEMS平台以及控制电路组成。

当激光器发射出光束后，经过光学系统的聚焦和扫描后，光束会射向MEMS平台的微型镜面。

通过控制电路的作用，MEMS平台会在两个方向上进行微小的旋转或者振动，从而改变微型镜面的角度，使得激光束可以扫描到不同方向的目标。

反射回来的激光信号再经过光学系统的反射和聚焦，被接收器接收，进而转化为数字信号处理和数据分析。

二、MEMS 激光雷达的优势MEMS激光雷达相较于传统的机械式和电子式激光雷达，有以下几个优势：1. 体积小：MEMS激光雷达所采用的微型器件和集成化设计，可以将整个系统的体积缩小到很小，通常只有普通激光雷达的1/1000左右。

2. 功耗低：由于MEMS激光雷达所采用的微型器件和控制电路中的短脉冲信号，因而功耗要比传统的激光雷达低得多，适合于在移动设备等场景中应用。

3. 数据精准：MEMS激光雷达中的MEMS平台能够实现微小的、精确的旋转和振动，从而使扫描和接收到的雷达数据精准度更高。

4. 可靠性强：因为MEMS器件采用的是硅基材料，与硅芯片技术相同，在运行过程中不容易受到震动和振动等外部因素的干扰，因而可靠性要比机械式和电子式激光雷达更高。

三、MEMS 激光雷达的应用MEMS激光雷达在多个领域中都有广泛应用，例如：1. 自动驾驶：随着自动驾驶技术的不断发展，MEMS激光雷达已成为自动驾驶系统中至关重要的传感器之一。