微机电系统(MEMS)反射镜的同步的制作方法

本公开一般涉及一种微机电系统(mems)振荡系统及其操作方法，更具体地涉及扫描系统中的两个或更多个mems反射镜的同步。

背景技术：

光检测和测距(lidar)是一种遥感方法，其使用以脉冲激光形式的光来测量与视场中一个或多个物体相距的范围(可变距离)。具体地，微机电系统(mems)反射镜用于扫描整个视场中的光。光电检测器阵列从由光照射的物体接收反射，并且确定反射到达光电检测器阵列中的各个传感器所花费的时间。这也称为测量飞行时间(tof)。lidar系统形成深度测量并且通过基于飞行时间计算将距离映射到物体来进行距离测量。因此，飞行时间计算可以产生距离图和深度图，其可以用于生成图像。

lidar扫描系统可以包括多个扫描反射镜和用于扫描水平方向和/或竖直方向上的不同视场的对应电路系统。例如，车辆可以包括布置在车辆上相同位置或不同位置处的多个扫描反射镜，其用于扫描不同视场。因此，可能期望在系统级别上同步两个或更多个mems反射镜。另外，在2x一维(1d)系统中，可能期望使用同步的mems反射镜，例如，用于进行利萨如(lissajous)扫描。

技术实现要素：

实施例提供了微机电系统(mems)反射镜同步系统及其操作方法，更具体地涉及就具有相同相位和相同频率而言，同步扫描系统中的两个或更多个mems反射镜。

一个或多个实施例提供了一种多反射镜系统，包括第一反射镜，其被配置为围绕第一轴线振荡；以及第二反射镜，其被配置为围绕第二轴线振荡；第一驱动器，其被配置为驱动第一反射镜的振荡，检测第一反射镜的第一过零事件，并且基于检测的第一过零事件来生成第一位置信号，在第一过零事件中第一反射镜的振荡角度处于预先定义的角度；第二驱动器，其被配置为驱动第二反射镜的振荡，检测第二反射镜的第二过零事件，并且基于检测的第二过零事件来生成第二位置信号，在第二过零事件中第二反射镜的振荡角度处于预先定义的角度；以及同步控制器，其被配置为接收第一位置信号和第二位置信号，并且基于第一位置信号和第二位置信号来分别使第二反射镜的振荡的相位或频率中的至少一个与第一反射镜的振荡的相位或频率中的至少一个同步。

一个或多个实施例提供一种第二反射镜与第一反射镜的同步方法。该方法包括：驱动第一反射镜的振荡，该第一反射镜被配置为围绕第一轴线振荡；以及检测第一反射镜的第一过零事件，在第一过零事件中第一反射镜的振荡角度处于预先定义的角度；基于检测的第一过零事件来生成第一位置信号；驱动第二反射镜的振荡，该第二反射镜被配置为围绕第二轴线振荡；检测第二反射镜的第二过零事件，在第二过零事件中第二反射镜的振荡角度处于预先定义的角度；基于检测的第二过零事件来生成第二位置信号；以及基于第一位置信号和第二位置信号来分别使第二反射镜的振荡的相位或频率中的至少一个与第一反射镜的振荡的相位或频率中的至少一个同步。

附图说明

本文中参考附图对实施例进行描述。

图1a是根据一个或多个实施例的lidar扫描系统的示意图；

图1b示出了根据一个或多个实施例的反射镜设备的示例的示意性俯视图；

图2是根据一个或多个实施例的lidar扫描系统的示意性框图；

图3图示了根据一个或多个实施例的微反射镜设备的完整响应曲线；

图4图示了根据一个或多个实施例的扫描系统的示意性框图；

图5图示了根据一个或多个实施例的另一扫描系统的示意性框图；

图6图示了根据一个或多个实施例的另一扫描系统的示意性框图；

图7图示了根据一个或多个实施例的另一扫描系统的示意性框图；

图8图示了根据一个或多个实施例的另一扫描系统的示意性框图；

图9图示了根据一个或多个实施例的另一扫描系统的示意性框图；以及

图10图示了根据一个或多个实施例的通过mems驱动器基于反射镜角度θ和/或反射镜位置来生成的各种信号的信号图。

具体实施方式

以下参考附图对各种实施例进行详细描述。应当指出，这些实施例仅出于说明性目的，而不应被解释为具有限制性。例如，虽然实施例可以被描述为包括多个特征或元件，但是这不应被解释为指示实现实施例需要所有这些特征或元件。相反，在其他实施例中，可以省略一些特征或元件，或者可以由备选特征或元件代替它们。附加地，可以提供除了明确示出和描述的特征或元件之外的其他特征或元件，例如，传感器设备的传统部件。

除非另外特别指出，否则可以组合来自不同实施例的特征以形成其他实施例。关于实施例中的一个实施例所描述的变化或修改还可以适用于其他实施例。在一些实例中，以框图形式而非详细示出了公知结构和设备，以免使实施例晦涩难懂

除非另有说明，否则附图中所示出的或本文中所描述的元件之间的连接或耦合可以是基于线的连接或无线连接。更进一步地，这种连接或耦合可以是没有附加中间元件的直接连接或耦合，或者可以是与一个或多个附加中间元件的间接连接或耦合，只要基本上维持连接或耦合的通用目的(例如，传输某种信号或传输某种信息)即可。

实施例涉及光学传感器和光学传感器系统，并且涉及获得关于光学传感器和光学传感器系统的信息。传感器可以是指将要测量的物理量转换为电信号(例如，电流信号或电压信号)的部件。物理量可以例如包括电磁辐射(诸如可见光、红外(ir)辐射、或其他类型的照射信号)、电流或电压，但不限于此。例如，图像传感器可以是相机内部的硅芯片，其将来自透镜的光的光子转换成电压。传感器的活动区域越大，可以收集以便产生图像的光就越多。

如本文中所使用的传感器设备可以是指包括传感器和其他部件的设备，例如，偏置电路系统、模数转换器或滤波器。尽管在其他实施例中，多个芯片或芯片外部的部件可以用于实现传感器设备，但是传感器设备可以集成在单个芯片上。

在光检测和测距(lidar)系统中，光源将光脉冲传输到视场中，并且光通过反向散射从一个或多个物体反射。具体地，lidar是直接飞行时间(tof)系统，其中光脉冲(例如，红外光的激光束)发射到视场中，并且像素阵列检测并且测量反射束。例如，光电检测器阵列接收来自被光照射的物体的反射。

然后，跨越像素阵列的多个像素的每个光脉冲的返回时间的差异可以用于进行环境的数字3d表示或生成其他传感器数据。例如，光源可以发射单个光脉冲，并且被电耦合到像素阵列的时间-数字转换器(tdc)可以从发射光脉冲的时间开始计数(对应于起始信号)，直到在接收器(即，在像素阵列)处接收到反射光脉冲的时间为止(对应于停止信号)。然后，光脉冲的“飞行时间”变换为距离。

在另一示例中，模数转换器(adc)可以被电耦合到像素阵列(例如，间接耦合到其间的中间元件)，以用于脉冲检测和tof测量。例如，adc可以用于通过适当的算法来估计起始/停止信号之间的时间间隔。例如，adc可以用于检测来自一个或多个光电二极管的模拟电信号，以通过适当的算法估计起始信号(即，对应于传输的光脉冲的定时)和停止信号(即，对应于在adc处接收到模拟电信号的定时)之间的时间间隔。

诸如振荡水平扫描(例如，从视场的左到右以及从右到左)或振荡竖直扫描(例如，从视场的下到上以及从上到下)之类的扫描可以以连续扫描方式照射场景。光源每次发射激光束都会在“视场”中产生扫描线。通过沿不同的扫描方向发射连续光脉冲，可以对被称为视场的区域进行扫描，并且可以对区域内的物体进行检测和成像。因此，视场表示具有投影中心的扫描平面。还可以使用光栅扫描。

图1a是根据一个或多个实施例的lidar扫描系统100的示意图。lidar扫描系统100是光学扫描设备，其包括发送器，该发送器包括照射单元10、发送器光学元件11、以及一维(1d)微机电系统(mems)反射镜12；以及接收器，该接收器包括第二光学部件14和光电检测器阵列15。

照射单元10包括多个光源(例如，激光二极管或发光二极管)，它们以单个栅条形式线性地对准并且被配置为传输用于扫描物体的光。光源发射的光通常是红外光，尽管还可以使用其他波长的光。如从图1a的实施例中可以看出，光源发射的光的形状在垂直于传输方向的方向上扩散，以形成垂直于传输的矩圆形形状的光束。从光源传输的照射光被导向发送器光学元件11，该发送器光学元件11被配置为将每个激光聚焦到一维mems反射镜12上。发送器光学元件11可以是例如透镜或棱镜。

当被mems反射镜12反射时，来自光源的光被竖直对准，以针对每次发射的激光照射形成红外光的一维竖直扫描线sl或红外光的竖直栅条。照射单元10的每个光源促成竖直扫描线sl的不同竖直区域。因此，可以同时地激活和同时停用光源，以获得具有多个片段的光脉冲，其中每个片段对应于相应光源。然而，通过打开或关闭照射单元10的光源中的对应光源，竖直扫描线sl的每个竖直区域或片段还可以独立地激活非停用。因此，光的部分或全部竖直扫描线sl从系统100输出到视场中。

因而，系统100的发送器是光学装置，其被配置为基于激光脉冲来生成激光束，该激光束具有在垂直于激光束的传输方向的方向上延伸的矩圆形形状。

另外，虽然示出了三个激光源，但是应当领会，激光源的数目不限于此。例如，竖直扫描线sl可以由单个激光源、两个激光源或三个以上的激光源生成。

mems反射镜12是机械移动反射镜(即，mems微反射镜)，其集成在半导体芯片(未示出)上。根据该实施例的mems反射镜12由机械弹簧(例如，板簧，有时称为悬臂梁)或挠性件悬挂，并且被配置为围绕单个轴线旋转，并且可以说仅具有一个运动自由度。由于该单个旋转轴线，所以mems反射镜12被称为1dmems反射镜。

为了使mems扫描反射镜具有对抗振荡的鲁棒性，该反射镜应当具有低惯性(即，轻便耐用)的反射镜本体。另外，对于反射镜本体的所有自由度(dof)，反射镜的悬挂件的刚度应当很高。

为了实现轻质耐用的反射镜本体，反射镜本体可以包括相对较薄的反射镜以及该反射镜的较厚的加强结构。反射镜本体可以围绕在由反射镜框架限定的平面中延伸的旋转轴线而可旋转地布置在反射镜框架中。旋转轴线可以延伸到反射镜本体的彼此相对的第一端部和第二端部。反射镜在第一主表面具有反射平面，并且与第一主表面相对的第二主表面上设置有加强结构。

为了实现刚度较高的悬挂件，如图1b所图示的，反射镜本体可以使用沿着旋转轴线延伸的支撑梁和附加悬臂梁组件或板簧组件支撑在反射镜框架中。通常，如本文中所限定的，板簧组件可以被称为悬臂梁组件，反之亦然。同样，板簧和悬臂梁可以互换使用。

悬臂梁组件可以具有纵向方向并且可以在由框架所限定的平面内延伸。支撑梁可以沿着旋转轴线在反射镜本体的两个相对端处连接在反射镜本体与框架之间。悬臂梁组件可以具有悬臂梁，该悬臂梁在第一端经由释放结构耦合到反射镜框架，并且第二端固定到反射镜本体。悬臂梁可以具有垂直于框架平面的厚度，该厚度小于其在框架平面中的宽度。

反射镜本体的低惯性和高悬挂刚度的结果可能是高共振频率和良好的动态性能。这些特性还可以使得围绕旋转主轴线在共振频率下操作的设备速度非常快。在正常操作中，即，在共振时，反射镜尖端处的加速度通常可以达到10000g。这可以使得任何外部振荡都可以忽略不计。

由于悬挂结构(即，悬臂梁)的刚度，所以mems反射镜12表现出非线性行为，使得反射镜的振荡频率以非线性方式随着振荡幅度(即，倾斜角幅度)的增加而增加。因此，悬架的硬化使得mems反射镜12呈现更强的非线性。

mems反射镜12可以被组装在图2所示的芯片封装27中以保护反射镜。例如，mems反射镜12可以在低压下(即，在低于大气压的压力下)被密封在芯片封装中。该低压可以提供mems反射镜12在其中操作的低阻尼环境。

可设想的封装可能包括以下变体中的一个或多个变体或与之不同：不同的衬底，例如，金属衬底(引线框架)、陶瓷衬底、有机衬底(类似于印刷电路板(pcb)材料)；以及不同的光学盖或盖子，例如，玻璃、硅、蓝宝石等的光学材料。更进一步地，光学盖或盖子可以是形成腔的帽，可以被集成到框架(例如，金属框架)中，或者被组装到预模制腔或陶瓷腔中。

一种或多种方法(例如，粘接(adhesivebonding)、胶合(gluing)、软焊(soldering)、熔接(welding)等)或一种或多种不同的材料(例如，硅树脂、玻璃焊料、ausn等)可以用于将一个或多个元件搭接在一起(例如，将帽或盖接合到衬底)。应当领会，搭接方法可以在本文中所公开的各种实施例之间互换。

备选地，可以使用晶片级方法，使得腔形盖可以被直接地安装到mems芯片上(或者甚至在去框(singulation)之前被安装在晶片级上)。本文中，如果盖附接让电焊盘暴露，则子安装芯片/盖可以使用模制或浇铸工艺进一步加工成封装。

mems反射镜12是集成在半导体芯片(未示出)上的机械移动反射镜(即，mems微反射镜)。根据该实施例的mems反射镜12被配置为围绕单个扫描轴线旋转，并且可以说仅具有一个扫描自由度。与2d-mems反射镜(2dmems扫描仪)不同，在1dmems反射镜中，单个扫描轴线被固定在非旋转衬底上，因此在mems反射镜振荡期间维持其空间方位。因此，1d振荡mems反射镜在设计上比2dmems反射镜解决方案更鲁棒以对抗振荡和冲击。由于旋转的该单个扫描轴线，mems反射镜12被称为1dmems反射镜或1dmems扫描仪。虽然实施例描述了使用1d振荡mems反射镜，但是本文中所描述的同步方法还可以扩展到2dmems反射镜。在这种情况下，单个2dmems反射镜的两个轴线均由不同的锁相环(pll)控制，使得根据第一轴线的2dmems反射镜的第一扫描方向根据本文中所描述的同步技术中的任一同步技术进行同步，根据第二轴线的2dmems反射镜的第二扫描方向根据本文中所描述的同步技术中的任一技术进行同步。对于每个2dmems反射镜，不同的pll还可以被设置在单独的mems驱动器中或被集成到单个mems驱动器中。

mems反射镜12本身是非线性共振器(即，共振mems反射镜)，该非线性共振器被配置为在共振频率下围绕单个扫描轴线13“从一边到另一边(side-to-side)”振荡，使得从mems反射镜12反射的光(即，光的竖直扫描线)在水平扫描方向上来回振荡。由于悬挂件的硬化，所以mems反射镜12呈现更强的非线性。扫描周期或振荡周期例如由从视场的第一边缘(例如，左侧)到视场的第二边缘(例如，右侧)然后再次振荡回到第一边缘的一个完全振荡定义。mems反射镜12的反射镜周期对应于扫描周期。

因此，通过改变mems反射镜12在其扫描轴线13上的角度，光的竖直栅条在水平方向上扫描视场。例如，mems反射镜12可以被配置为在+/-15度之间以2khz的共振频率振荡，以将光控制在+/-30度以内，从而构成了视场的扫描范围。因此，mems反射镜12的旋转可以通过其运动程度来逐线扫描视场。通过运动程度(例如，从-15度到+15度)的一个这种序列被称为单次扫描或单个扫描循环。处理单元可以使用多次扫描来生成距离图和深度图以及3d图像。

虽然在mems反射镜的上下文中对透射反射镜进行了描述，但是应当领会，还可以使用其他1d反射镜。另外，共振频率或旋转程度分别不限于2khz和+/-15度，并且共振频率和视场两者均可以根据应用而增大或减小。因此，一维扫描反射镜被配置为围绕单个扫描轴线振荡并且将不同方向的激光束引导到视场中。因此，传输技术包括将光束从围绕单个扫描轴线振荡的透射反射镜传输到视场中，使得在透射反射镜围绕单个扫描轴线振荡时，光束作为跨越视场水平地移动的竖直扫描线sl投影到视场中。

在撞击一个或多个物体时，传输的竖直光的栅条通过后向散射回到lidar扫描系统100而被反射作为反射垂直线，其中第二光学部件14(例如，透镜或棱镜)接收反射光。第二光学部件14将反射光引导到光电检测器检测器阵列15上，该光电检测器检测器阵列15接收反射光作为接收线rl并且被配置为生成电测量信号。电测量信号可以用于基于反射光(例如，经由tof计算和处理)来生成环境和/或其他物体数据的3d图。

接收线被示为沿着像素列中的一个像素列在像素列的长度方向上延伸的光的竖直列。接收线具有三个区域，其对应于图1a所示的竖直扫描线sl。当竖直扫描线sl跨越视场水平地移动时，入射在2d光电检测器阵列15上的光的竖直列rl也跨越2d光电检测器阵列15水平地移动。在反射光束rl的接收方向改变时，反射光束rl从光电检测器检测器阵列15的第一边缘移动到光电检测器检测器阵列15的第二边缘。反射光束rl的接收方向对应于扫描线sl的传输方向。

光电检测器阵列15可以是若干个光电检测器类型中的任一类型，其包括雪崩光电二极管(apd)、光电管和/或其他光电二极管设备。诸如电荷耦合设备(ccd)之类的成像传感器可以是光电检测器。在本文中所提供的示例中，光电检测器阵列15是包括apd像素阵列的二维(2d)apd阵列。在其他实施例中，光电检测器阵列15可以是包括单个光电二极管列的一维阵列。激活光电二极管可以与照射单元10所发射的光脉冲同步。备选地，可以使用与阵列相对的单个光电检测器单元/像素。例如，在同轴lidar体系架构中的2x1d扫描发送器的情况下，可以使用单个光电检测器单元/像素。

光电检测器阵列15接收反射光脉冲作为接收线rl，并且响应于此而生成电信号。由于已知来自照射单元10的每个光脉冲的传输时间并且因为光以已知速度行进，所以使用电信号计算飞行时间可以确定物体与光电检测器阵列15的距离。深度图可以绘制距离信息。

在一个示例中，对于每个距离采样，微控制器触发来自照射单元10的光源中的每个光源的激光脉冲，并且还启动时间数字转换器(tdc)集成电路(ic)中的计时器。激光脉冲通过传输光学元件传播，被目标场反射，并且被apd阵列15的apd捕获。apd发射短电脉冲，该短电脉冲然后由电信号放大器放大。比较器ic识别脉冲，并且将数字信号发送到tdc以停止计时器。tdc使用时钟频率校准每个测量。tdc将起始数字信号与停止数字信号之间的差分时间的串行数据发送到微控制器，该微控制器滤除任何误差读数，对多个时间测量进行求平均，并且计算距该特定现场位置处目标的距离。通过在由mems反射镜所建立的不同方向上发射连续光脉冲，可以扫描区域(即，视场)，可以生成三维图像，并且可以检测该区域内的物体。

备选地，除了使用tdc方法，adc可以用于信号检测和tof测量。例如，每个adc可以用于检测来自一个或多个光电二极管的模拟电信号，以通过适当的算法估计起始信号(即，对应于传输的光脉冲的定时)与停止信号(即，对应于在adc处接收模拟电信号的定时)之间的时间间隔。

应当领会，上文所描述的水平扫描系统100还可以用于竖直扫描。在这种情况下，扫描布置被布置为使得扫描方向旋转90°，使得扫描线sl和接收线rl在竖直方向上(即，从上到小或从下到上)移动。如此，扫描线是水平扫描线sl，其被投影到视场中，当透射反射镜围绕单个扫描轴线振荡时，该水平扫描线sl跨越视场竖直地移动。更进一步地，随着水平扫描线sl跨越视场竖直地移动，入射在2d光电检测器阵列15上的光的水平列rl也跨越2d光电检测器阵列15竖直地移动。

进一步地，应当领会，lidar扫描系统可以包括多个扫描反射镜12和用于在水平方向和/或竖直方向上扫描不同视场的对应的电路系统。例如，车辆可以包括多个扫描反射镜，其布置在车辆上的不同位置处，以扫描不同视场。备选地，同步的mems反射镜可以用于2x1d系统，诸如利萨如扫描系统。在这种情况下，mems反射镜被安装在车辆中的同一位置，并且被配置为扫描同一视场。

图1b示出了根据一个或多个实施例的反射镜设备的示例的示意性俯视图。参照图1b，现在对诸如mems扫描微反射镜之类的反射镜设备的示例进行解释。反射镜设备包括反射镜本体8。反射镜本体8包括反射镜12和反射镜支撑件16。反射镜设备还包括框架17。反射镜本体8被布置在框架17中。框架17限定平面，即，图1b中的(x，y)面。由框架17限定的平面可以平行于由其中形成框架17的一个或多个层的主表面所限定的平面。

反射镜本体8可以围绕在框架17所限定的平面内延伸的旋转轴线13旋转。支撑梁18(其还可以称为扭转梁)沿着旋转轴线13被连接在反射镜本体8与框架之间。具体来说，第一支撑梁18被连接在反射镜本体8的第一端与框架17之间，而第二支撑梁18被连接在反射镜本体8的第二端与框架17之间，其中在旋转轴线13的方向上，反射镜本体8的第二端与第一端相对。图1b的右侧的放大部分c中示出了支撑梁18中的一个支撑梁的放大图。可以看出，支撑梁18将反射镜支撑件16的各个部分连接到框架17的各个部分，并且准许反射镜本体8围绕旋转轴线13旋转。支撑梁18可以与旋转轴线13共线。

本领域技术人员应当领会，反射镜12的形状可以是特定应用所需的任何形状，例如，圆形、椭圆形、方形、矩形或其他所需形状。

反射镜框架17限定反射镜凹槽20，反射镜本体8被布置在该反射镜凹槽20中。反射镜凹槽20由反射镜框架17的凹槽外围28限定。反射镜框架17还可以被构造为限定其中可以布置其他部件(诸如致动器和板簧组件)的其他凹槽。

反射镜设备包括至少一个板簧组件30。在所示的示例中，反射镜设备包括两个板簧组件对30，其中每个板簧组件对从反射镜本体8沿相对方向延伸。在所示的示例中，板簧组件30相对于旋转轴线13被对称地布置。

至少一个板簧组件30包括板簧32和释放连杆34。释放连杆34可以具有一个或多个释放弹簧35。板簧32包括第一端32a和第二端32b。第一端32a被耦合到反射镜本体8，而第二端被耦合到框架17。每个板簧32在第一端32a与第二端32b之间具有纵向方向或延伸。第一端32a被固定到反射镜支撑件(未图示)，而第二端32b经由释放连杆34被耦合到框架17。在示例中，从反射镜本体8的同一部分以不同方向延伸的两个板簧32的第一端32a可以彼此连接(例如，反射镜12的左侧上的板簧或反射镜12的右侧上的板簧)。

在一些示例中，反射镜12的形状可以包括旋转轴线13的区域中的凹入部分，其中板簧32的各个部分延伸到反射镜12的凹入部分中。在一些示例中，板簧32和反射镜12可以被形成在同一材料层中，并且可以在旋转轴线13附近彼此连接。

在一些示例中，板簧32可以在具有较低材料刚度方向的单晶硅层中实现，其中板簧的纵向方向与该较低材料刚度方向对齐。在一些示例中，板簧32可以在具有<100>轴线的硅层中实现，并且板簧的纵向方向与<100>方向对齐，在这种情况下，该板簧具有较低的材料刚度。

围绕旋转轴线13的扭转刚度可以使用板簧组件30来设置。支撑梁18对在旋转轴线13处竖直地(即，垂直于框架17的主表面)支撑反射镜本体8。然而，支撑梁18对扭转刚度的影响可以忽略不计，使得反射镜本体的固有频率可以基本上由板簧组件30确定。固有频率可以与支撑梁18基本上无关。本文中所定义的固有频率是反射镜本体8(即，反射镜12)围绕其旋转轴线13的无阻尼频率。支撑梁18可以为对应的动态模式和对应的共振频率定义面外摇摆和竖直模式刚度。扭转刚度可以与面外摇摆和垂直模式刚度解耦，以使面外摇摆和竖直模式频率可以被设置为所需值，诸如较高值，而不会影响扭转模式刚度和共振频率。如本文中所定义的，当反射镜12静止时，y轴沿着旋转轴线13，x轴垂直于反射镜平面上的y轴，并且当反射镜12静止时，z轴垂直于反射镜平面并且在反射镜平面之外。x轴、y轴和z轴是三维笛卡尔坐标系的轴线。

在图1b所示的示例中，至少一个板簧32的一端在靠近旋转轴线13的位置处被连接到反射镜本体8。另一端32b在远离旋转轴线13的位置处被连接到相关联的释放连杆34。板簧组件30可以向反射镜本体8提供围绕旋转轴线13的扭转刚度。释放连杆34可以提供从板簧32到框架17的顺应耦合或柔性耦合。释放连杆34可以在板簧32纵向上(即，在图1b中的x方向上)具有相对较低的刚度，其当反射镜本体8围绕旋转轴线13旋转时，允许板簧32的一端沿其纵向方向移动。释放连杆34可以在横向方向(即，在图1b的z方向和y方向上)上具有相对较高的刚度。

用于反射镜12围绕旋转轴线13旋转的共振频率可以主要由反射镜本体8的惯性和板簧组件30的刚度来定义，其可以由板簧32的弯曲刚度和释放连杆34的扭转和平移刚度来定义。板簧32的弯曲刚度可以由板簧32的长度、宽度、尤其是厚度来限定。在操作期间，支撑梁18和释放连杆34的x方向上的组合刚度可以防止反射镜本体8垂直于旋转轴线13(在x方向上)移动。下文提供了关于释放连杆的更多细节。

支撑梁18沿着旋转轴线13连接在框架17和反射镜本体8之间，以将反射镜本体8支撑在框架17中。在一个示例中，支撑梁18具有垂直于旋转轴线13的狭窄矩形横截面，其中矩形长轴垂直于反射镜12和反射镜本体8的面，矩形的短轴线平行于反射镜12的面。对应于反射镜本体8围绕旋转轴线13的旋转的扭转刚度可以由板簧组件30提供。支撑梁18可以仅用于支撑反射镜本体8，并且对扭转刚度的影响可以忽略不计。支撑梁18的尺寸可以被设计为使得对抗反射镜本体8的竖直位移(在z方向上)以及对抗其垂直于旋转轴线13(x轴)的面外平移的刚度尽可能的高。

反射镜设备还可以包括至少一个致动器40，其用于提供扭矩以驱动反射镜本体8围绕旋转轴线13。在一个示例中，致动器可以包括附接到反射镜本体8的反射镜梳，该反射镜梳与附接到框架17的框架梳交错。在交错的反射镜梳和框架梳之间施加电势差可以在反射镜梳和框架梳之间产生驱动力，这可以在反射镜本体8上围绕旋转轴线13产生扭矩。可以施加振荡电势以在其固有频率下驱动反射镜设备。

在其他示例中，致动方法可以包括电磁致动和压电致动器。在电磁致动中，微反射镜可以“浸没”在磁场中，并且通过导电路径的交流电可以产生围绕旋转轴线13的振荡扭矩。压电致动器可以集成在板簧中，或者板簧可以由压电材料制成以响应于电信号而产生交替的光束弯曲力并且生成振荡扭矩。

由于由板簧组件30引起的围绕旋转轴线13的扭转刚度，所以mems反射镜12表现出非线性行为，使得反射镜12的振荡频率以非线性方式随着振荡幅度(即，倾斜角幅度)的增加而增加。因此，随着反射镜旋转，板簧32的硬化导致mems反射镜12呈现更强的非线性。

图2是根据一个或多个实施例的lidar扫描系统200的示意性框图。具体地，图2示出了lidar扫描系统200的附加特征，其包括示例处理和控制系统部件，诸如mems驱动器、接收器电路、以及系统控制器。

lidar扫描系统200包括发送器单元21，其负责系统200的发送器路径；以及接收器单元22，其负责系统200的接收器路径。系统还包括系统控制器23，其被配置为控制发送器单元21和接收器单元22的部件，并且从接收器单元22接收原始数据并且对其执行处理(例如，经由数字信号处理)以生成物体数据(例如，点云数据)。因此，系统控制器23包括至少一个处理器和/或处理器电路系统，其用于处理数据；以及控制电路系统，诸如微控制器，其被配置为生成控制信号。lidar扫描系统200还可以包括温度传感器26。

接收器单元22包括光电检测器阵列15以及接收器电路24。接收器电路24可以包括一个或多个电路或子电路，其用于接收和/或处理信息。接收器电路24可以从光电检测器阵列15的apd二极管接收模拟电信号，并且将电信号作为原始模拟数据或原始数字数据发送到系统控制器23。为了将原始数据作为数字数据传输，接收器电路24可以包括adc和现场可编程门阵列(fpga)。接收器电路24还可以从系统控制器23接收触发控制信号，其触发一个或多个apd二极管的激活。接收器电路24还可以接收增益设置控制信号，其用于控制一个或多个apd二极管的增益。

发送器单元21包括照射单元10、mems反射镜12、以及mems驱动器25，该mems驱动器25被配置为驱动mems反射镜12。具体地，mems驱动器25致动并且感测反射镜的旋转位置，并且向系统控制器23提供反射镜的位置信息(例如，倾斜角或围绕旋转轴的旋转程度)。基于该位置信息，照射单元10的激光源由系统控制器23和光电二极管(例如，apd二极管)激活以感测并且因此测量反射光信号。因此，mems反射镜的位置感测的更高精确度导致对lidar系统的其他部件的更准确的和更精确的控制。

mems驱动器25还可以使用用于驱动mems反射镜12的致动器结构的梳状驱动转子和定子中的电容的改变来测量和记录反射镜频率和电流。mems反射镜12的致动器结构还包括上文所讨论的悬挂结构。因此，mems驱动器25还可以包括测量电路，其被配置为测量本文中所描述的mems反射镜12的一个或多个特性。mems驱动器25还可以包括处理电路系统，该处理电路系统包括至少一个处理器(例如，模拟信号处理电路系统和/或数字信号处理电路系统)，该至少一个处理器被配置为处理来自测量电路的测量信息以评估mems反射镜12的机械健康和/或芯片封装的状态。

附加地或备选地，系统控制器23可以从mems驱动器25的测量电路接收测量信息，并且对其执行处理。因此，系统控制器23还可以包括处理电路系统，该处理电路系统包括至少一个处理器(例如，模拟信号处理电路系统和/或数字信号处理电路系统)，该至少一个处理器被配置为处理来自测量电路的测量信息以评估mems反射镜12的机械健康和/或芯片封装的状态。

通过感测mems反射镜12围绕其旋转轴线13的旋转位置，mems驱动器25可以感测mems反射镜12的过零事件。过零事件是mems反射镜12在其旋转轴线13上具有0°的旋转角时的实例。具体地，它是mems反射镜12平行于框架或处于中性位置的时刻。中性位置还可以被称为静止位置(例如，当在关闭驱动力之后，mems反射镜12停止时)。由于mems反射镜12在两个旋转方向(例如，顺时针和逆时针)之间来回振荡，所以在扫描期间过零事件发生两次，即，一次是在反射镜沿第一旋转方向振荡时，一次是反射镜在第二旋转方向上振荡时。还应当领会，处于另一预先定义的角度的角度交叉事件还可以用于代替过零事件。

在一些实施例中，事件时间可以对应于非过零事件。例如，感测的旋转角可以是除0°以外的某个角度。然而，出于解释的目的，在感测过零事件的上下文中对本文中的示例进行描述。

mems驱动器25被配置为检测每个过零事件并且记录每个事件的定时。然后，该定时信息(即，所测量的过零时间)可以传输到系统控制器23作为位置信息。具体地，mems驱动器25在每个过零事件或角度交叉事件处触发该位置信号(position_l)的输出。

图10图示了mems驱动器25基于反射镜角θ和/或位置来生成的各种信号的信号图，这些信号包括位置信号(position_l)。例如，位置信号(position_l)可以是脉冲信号，在该脉冲信号期间，在反射镜在第一旋转方向(例如，从左到右)振荡时，在过零点处触发第一脉冲转变(例如，下降沿转变)，并且在反射镜在第二旋转方向(例如，从右到左)振荡时，在过零点处触发第二脉冲转变(例如，上升沿转变)。更进一步地，当反射镜指向一个方向(例如，指向左边)时，该信号为“高”，并且当反射镜指向第二方向(例如，指向右边)时，该信号为“低”。因此，位置信号不仅通过触发脉冲转变来指示过零事件，而且还通过指示反射镜的方向倾斜来指示绝对相位信息。随着过零事件之间的间隔增加，位置信号的频率也会增加。在以下实施例中，可以基于该位置信号比较两个或更多个位置信号的相位和/或频率。

备选地，在每个过零事件处，mems驱动器25可以生成短脉冲，使得脉冲位置信号(position_l)输出到系统控制器23。也就是说，该信号在过零脉冲之间保持为低(或高)。在这种情况下，不存在指示反射镜正在向哪个方向移动的绝对相位信息。在以下实施例中，可以基于该位置信号来比较两个或更多个位置信号的相位和/或频率。

mems驱动器25可以将位置信息发送到系统控制器23，以使系统控制器23可以使用位置信息来控制照射单元10的激光脉冲的触发和光电检测器的光电二极管的激活。系统控制器可以将位置信息用作反馈信息，从而系统控制器23可以经由提供给mems驱动器25的控制信号来维持mems反射镜12的稳定操作，并且与其他mems反射镜维持同步。

mems驱动器25可以将过零事件的定时信息用于生成相位时钟信号(phase_clk)。相位时钟信号是提供mems反射镜12的细粒度相位信息的固定数目的脉冲的高频(例如，14mhz)信号。在这种情况下，反射镜运动被划分为时域中的等距切片(受到数字控制振荡器(dco)频率发生器的量化误差影响)。“切片”可以被视为两个连续过零事件之间的时间间隔的子部分。具体而言，两个过零事件之间的时间间隔(即，两个position_l信号或脉冲之间的时间间隔)被划分为相同分数，使得在每个分数处生成信号脉冲。因此，相位时钟信号是脉冲信号，其频率取决于两个过零事件之间的时间间隔，其中时间间隔越短，频率就越高。因此，相位时钟信号将反射镜运动分为一定数目的相位切片。mems驱动器25可以生成相位时钟信号并且将其输出到系统控制器23。

图10还图示了每个时钟周期包括若干个脉冲的相位时钟信号(phase_clk)，其中该振荡周期由两个连续的过零事件之间的时间间隔定义。

mems反射镜12包括用于驱动反射镜的致动器结构。致动器结构包括由交叉型反射镜镜梳和框架梳制成的叉指型电极，mems驱动器25向该叉指型电极施加驱动电压(即，致动信号)。该驱动电压可以称为高压(hv)。施加到指状结构的驱动电压生成对应电容。指状结构两端的驱动电压在交叉型反射镜梳与框架梳之间产生驱动力，从而在反射镜本体上产生围绕旋转轴线的扭矩。可以接通或断开驱动电压，从而产生振荡驱动力。振荡驱动力使反射镜在其旋转轴线上在两个极值之间来回振荡。依据配置，可以通过调整驱动电压断开时间、驱动电压的电压电平或占空比来调节或调整该致动。

在其他实施例中，电磁致动器可以用于驱动mems反射镜12。对于电磁致动器，驱动电流(即，致动信号)可以用于生成振荡驱动力。因此，应当领会，驱动电压和驱动电流在本文中可以互换用于指示致动信号，并且两者通常都可以被称为驱动力。

随着反射镜的振荡，指状电极之间的电容根据反射镜的旋转位置而改变。mems驱动器25被配置为测量叉指型电极之间的电容，由此确定mems反射镜12的旋转位置或角度位置。通过监测电容，mems驱动器25可以检测过零事件及其定时，并且可以确定mems反射镜12的倾斜角。mems驱动器25还可以使用测量的电容来确定反射镜频率，并且将信息记录在mems驱动器25或系统控制器23处的存储器中。

基于被配置为测量电容的检测器来执行对mems反射镜12的位置的感测。例如，随着mems反射镜的移动，指状结构的几何形状改变，从而导致电容的几何形状改变。随着电容的几何形状的改变，电容本身也会改变。因此，特定电容直接对应于mems反射镜的特定位置(即，倾斜角)。通过感测指状结构的电容，mems驱动器25可以监测和跟踪反射镜的振荡，并且确定mems反射镜的特定位置，包括过零点。

一种测量电容的方法是测量流过指状结构的电流，将测量的电流转换为电压，然后进一步将该电压与电容和/或旋转角相关。然而，可以使用电容的任何测量方法。还可以通过测量电容随时间的改变来检测旋转方向(例如，正或负，从左到右或从右到左，顺时针或逆时针等)，其中正或负改变指示相对的旋转方向。mems驱动器25还可以记录在电容测量期间测量的电流和电压。因此，增加反射镜的位置感测的精度可以提高lidar系统的整体精度。

由于以振荡频率(例如，2khz)驱动反射镜，所以当反射镜在第一旋转方向(例如，从左到右或顺时针方向)旋转时，它在某个时间点跨越零位置(即，0°))。当反射镜在第二旋转方向(例如，从右到左或逆时针)旋转时，反射镜在特定时间点跨越零位置。跨越零位置的这些实例可以被称为发生在过零时间的过零事件。

图3图示了根据一个或多个实施例的微反射镜设备的完整响应曲线。具体地，图3绘制了mems反射镜12的反射镜角θmirror对反射镜频率fmirror的曲线图。曲线图中的两个轴线均以任意单位表示。完整响应曲线包括顶部响应曲线(1)和底部响应曲线(0)。顶部响应曲线(1)还可以称为操作响应曲线，其中在整个操作范围内对频率进行扫描。相反，底部响应曲线(0)可以被称为在达到幅度操作范围之前存在的非操作响应曲线。可以测量完整响应曲线并且将其存储在lidar系统200的存储器中(例如，系统控制器23中)。

现在，对从点1进行到点7的mems反射镜的操作流程进行描述，在该操作流程期间，mems驱动器25向mems反射镜12施加恒定驱动电压。本文中，“恒定驱动电压”是指驱动电压当被致动(即，接通)时是相同电压。然而，应当理解，驱动电压被接通和断开以便产生反射镜振荡。

如前一段所指出的，曲线图上的所有点都在由mems驱动器25所提供的相同驱动电压下操作。该驱动电压仅拉伸或压缩曲线(即，较高的频率和较高的倾斜角可以由于通过较高的驱动电压投入的更多能量来达到)。

mems反射镜的操作从底部响应曲线(0)上的点1开始，其中起始频率为fstart。本文中，mems驱动器25启动mems反射镜12的驱动电压信号。作为响应，mems反射镜12依据fstart的值开始移动一点(例如，成小角度)。从起始频率fstart开始，对反射镜频率进行向下扫描(即，从右到左降低)。

降低频率以使反射镜与所提供的驱动信号同步(即，减小两者之间的相位偏移)。随着时间的推移施加更多的能量(即，恒定驱动电压)，反射镜继续略微移至共振之外，直到跳变频率fjump(点2)为止。也就是说，反射镜频率持续降低直到找到不稳定点为止，并且反射镜振荡的幅度在点2处增加(180度相移，因此跳变)。在跳变频率处，反射镜相位从θjump0(点2)到θjump1(点3)移位180度，其中所投入的能量传送到运动中。

在点4处，反射频率fmirror开始向上扫描(即，从左到右，增加)。反射镜相位可能继续沿着顶部响应曲线增加。在点5处，反射镜处于稳定操作区域(同相，但有偏移)。在点5处，反射镜可能处于最佳共振状态。然而，如果反射镜频率继续增加到点6，则反射镜相位在回退频率ffb到达回退相位0＝θfb1。因此，反射镜的倾斜角刚好在点6处的该临界点之前处于最大值。

回退频率ffb是反射镜可以在建立的驱动电压下维持的最大频率。回退点或临界点是驱动电压在反射镜系统中投入的势能等于与该势能相反的反射镜系统的动能(同相，无偏移)的点，在该点上推动反射镜会破坏平衡，并且失去共振。因此，在点6处，系统中没有足够的能量来维持反射镜相位，并且相位移位180度并且在回退相位θfb0处回退到底部响应曲线(0)。

点7是底部响应曲线(0)上的回退点，并且是反射镜所回退到的相角。由于仍然存在驱动电压，所以该相角不一定为零度，但是反射镜不再同相。循环可以从点7或点1处重新开始。

如所指出的，lidar扫描系统可以包括系统级别(即，而非集成级别)上的多个扫描反射镜12和用于扫描水平方向和/或竖直方向上的不同视场的对应的电路系统。例如，车辆可以包括布置在车辆上的不同位置处的多个扫描反射镜，其用于扫描不同视场。因此，可能期望在系统级别上使两个或更多个mems反射镜同步。

实施例包括一个主mems反射镜与从mems反射镜之间的相位同步、一个主mems反射镜与从mems反射镜之间的粗略频率同步、以及一个主mems反射镜与从mems反射镜之间的快速反应频率同步。因此，就具有相同相位和相同频率而言，两个或更多个反射镜在系统级别上同步。在系统级别上进行同步的备选方案中，同步控制可以集成到mems驱动器中，其中一个mems驱动器被配置为主机，另一mems驱动器被配置为从机。在这种情况下，两个mems驱动器集成了用于反射镜同步的系统控制器23的一部分，并且被配置为经由一个或多个信号路径相互通信。

图4图示了根据一个或多个实施例的扫描系统400的示意性框图。扫描系统400包括主mems反射镜12m、可操作地耦合到主mems反射镜12m的主mems驱动器25m、从mems反射镜12s、可操作地耦合到从mems反射镜12s的从mems驱动器25s、以及可操作地耦合到主mems驱动器25m和从mems驱动器25s的系统控制器23(即，同步控制器)。mems反射镜12m和从mems反射镜12s具有与图2中所描述的mems反射镜12类似的配置。同样，主mems驱动器25m和从mems驱动器25s具有与图2中所描述的mems驱动器25类似的配置。

扫描系统400在主mems反射镜与从mems反射镜之间采用相位/频率同步。主mems反射镜12m在pll控制模式和幅度控制模式两者中操作，在该pll控制模式下，驱动器25m的位置信息精确地跟随mems反射镜12m的运动，而在幅度控制模式下，为了保持恒定，控制mems反射镜12m的最大振荡或倾斜角。从mems反射镜仅在pll控制模式下操作。

主反射镜12m在幅度控制模式下运行，在该幅度控制模式期间，主mems驱动器25m维持反射镜12m的振荡，使得维持预先确定的(固定的)振荡幅度(即，最大倾斜角)。例如，最大振荡幅度可以被设置为+/-15度，并且主mems驱动器25m被配置为以振荡幅度驱动反射镜12m。为了维持振荡幅度，反射镜12m的反射镜频率可能由于非线性、温度改变和其他因素而变化。

主mems驱动器25m提供两个输出信号：相位时钟信号(phase_clk)和位置信号(position_l)，如先前参考图2的mems驱动器25所描述的。

相比之下，从反射镜12s在没有幅度控制的锁相环(pll)控制模式中运行，在该pll控制模式期间，其振荡幅度可变，其反射镜频率可变，并且其相位固定到主反射镜12m的相位。也就是说，从反射镜12s的相位经由系统控制器23与主反射镜12m的相位同步。在pll控制模式中，从反射镜12s根据位置信号仅涉及跟随相位。结果，例如，振荡幅度可能与主反射镜12m的固定振荡幅度略有不同。在任何任意mems反射镜对中对哪个mems反射镜为主反射镜并且选择哪个mems反射镜作为从反射镜的选择可以通过以下步骤进行：首先，在幅度控制模式中运行两个mems反射镜，然后选择主mems反射镜作为具有较低频率的主mems反射镜。如果当由于线性频率幅度响应曲线而在与主机同步模式下运行时，则这自动保证从mems在相同频率下具有较低的幅度。

因此，一种多反射镜系统包括第一反射镜，其被配置为围绕第一轴线振荡；第二反射镜，其被配置为围绕第二轴线振荡，其中第一反射镜和第二反射镜中的第一个反射镜被配置为主反射镜，而第一反射镜和第二反射镜中的第二个反射镜被配置为从反射镜；第一驱动器，其被配置为驱动第一反射镜的振荡，测量第一反射镜的第一频率，并且生成指示第一频率的第一测量信号；第二驱动器，其被配置为驱动第二反射镜的振荡，测量第二反射镜的第二频率，并且生成指示第二频率的第二测量信号；以及系统控制器23，其被配置为接收第一测量信号和第二测量信号，比较第一测量信号与第二测量信号以产生指示第一反射镜和第二反射镜中的哪个反射镜具有较低频率的比较结果，并且选择第一反射镜或第二反射镜中的具有由比较结果所指示的较低频率的一个反射镜作为主反射镜。

与主mems驱动器25m类似，从mems驱动器25s提供两个输出信号：相位时钟信号(phase_clk)和位置信号(position_l)，如先前参考图2的mems驱动器25所描述的。为了简单起见，由主mems驱动器生成的相位时钟信号和位置信号可以称为主反馈信号，并且由从mems驱动器生成的相位时钟信号和位置信号可以称为从反馈信号。

一般而言，相位检测器(pd)在其输入处检测相位差，并且生成对应的上下输出以控制电荷泵。当两个输入信号的频率差很小时，pd通常能够工作。一旦频率差变得足够大，另一锁频环路或相位频率检测器(pfd)就用于执行相位和频率比较，其然后生成对应的上下输出以控制电荷泵。一般而言，pfd提供的采集范围可以大于简单pd的采集范围。

另外，可以使用频率检测器(fd)。应当领会，pd，pfd或fd可以彼此互换以依据应用的需要(例如，依据是否需要相位和频率对准，或者如果仅相位或仅频率对准就足够了)来检测两个信号之间的至少一个或频率差或相位差。因此，这些元件通常可以称为差异检测器或同步检测器，因为它们最终通过标识它们之间的频率差和/或相位差来检测两个信号是否同步。

系统控制器23包括pfd41，其被配置为分别从主mems驱动器25m和从mems驱动器25s接收主位置信号和从位置信号。具体地，在两个mems反射镜12m和12s被驱动到它们的上部共振曲线之后(即，主反射镜处于pll控制模式和幅度控制模式下，而从反射镜仅处于pll控制模式下)，pfd41接收两个位置信号。基于两个位置信号，pfd41确定从反射镜12s的频率是快于，慢于还是等于主反射镜12m的频率。具体地，pfd41包括逻辑，其评估两个位置信号的相位和频率，并且确定两个位置信号中的哪个位置信号更早或更频繁地具有过零点(例如，具有较高频率)并且基于该确定来调整相位误差信号pe。

例如，pfd41可以生成“上”控制脉冲或“下”控制脉冲，并且将相应的控制脉冲提供给相位误差信号发生器42。响应于接收到上控制信号，相位误差信号发生器递增相位误差信号的值。相反，响应于接收到下控制信号，相位误差信号发生器递减相位误差信号的值。相位误差信号指示两个反射镜12m与12s之间的相位关系。

比如，如果从反射镜的操作比主反射镜慢，则相位误差信号可以是正值，从而指示应当增加从反射镜的相位/频率。备选地，如果从反射镜的操作比主反射镜的操作快，则相位误差信号可以是负值，从而指示应当减小从反射镜的相位/频率。备选地，如果从反射镜的相位与主反射镜的相位匹配，则相位误差信号可以为零，从而指示从反射镜的当前相位/频率应当维持不变。

系统控制器23还包括比例积分微分(pid)环路滤波器43，其被配置为接收相位误差信号pe，并且基于相位误差信号pe来设置致动值sav(例如，驱动电压关闭定时或驱动电压的电压电平)。激活值sav用作从mems驱动器25s的配置设置。然后，环路滤波器43将致动值sav提供给从mems驱动器25s，该从mems驱动器25s基于从环路滤波器43接收的致动值sav来生成致动信号。

向从mems反射镜12s提供致动信号，以控制反射镜振荡的相位/频率，使得相位和频率与主mems反射镜12m的相位和频率匹配。因此，环路滤波器43的输出限定了从反射镜12s的致动。继而，从mems反射镜12s加速或减慢，以实现与主mems反射镜12m的同步。结果，从反射镜12s跟随主反射镜12m的频率和相位。

例如，在扫描发射器系统和扫描接收器系统中，可以使用主反射镜与一个或多个从反射镜之间的相位同步。

图5图示了根据一个或多个实施例的扫描系统500的示意性框图。扫描系统500与图4中所提供的扫描系统400类似，除了扫描系统500在主反射镜12m与从反射镜12s之间提供粗略比例频率同步。

在该示例中，主反射镜12m的振荡以固定幅度和可变频率f1驱动。相比之下，从反射镜12s的振荡以可变幅度、可变频率f2和相对于主反射镜的频率f1的固定频率驱动。因此，主反射镜在反射镜幅度控制模式中驱动，而从反射镜在pll控制模式中驱动。

一旦在两个反射镜之间引入固定频率比，则从反射镜的频率就会随着主反射镜的频率变化而变化，但是速率较低。从反射镜的新频率由pfd41和环路滤波器43定义，该环路滤波器43将激活值sav作为配置设置提供给从驱动器。从驱动器根据激活值sav运行从反射镜，直到下次更新激活值sav为止。因此，一旦接收到激活值sav，则从驱动器在必要时调整频率f2，以符合新的配置设置，并且从反射镜的致动遵循由激活值sav建立的频率。

在图5所示的方法中，主反射镜12m以与从反射镜12s的反射镜频率f2不同的反射镜频率f1操作。不同反射镜频率的这种配置可以用于2d利萨如扫描系统，其需要维持两个扫描反射镜的频率之间的定义分数关系。因此，反射镜频率f2可以是反射镜频率f1的定义分数，反之亦然，使得反射镜频率之间存在“差别”。在一个示例中，反射镜频率f1可以是2000hz，而反射镜频率f2可以是1950hz。

在两个mems反射镜被驱动到其上部共振曲线之后(即，主反射镜处于pll控制模式和幅度控制模式中，而从反射镜仅处于pll控制模式中)，pfd41由两个位置信号馈送，这两个位置信号分别除以因子m(即，1/m)和因子n(即，1/n)。具体地，除法器51接收从位置信号，将从位置信号的频率除以m，并且将经分频的从位置信号lm输出到pfd41。同样，除法器52接收主位置信号，将主位置信号的频率除以n，并且将经分频的主位置信号ln输出到pfd41。m和n是不同整数常数，其用于补偿两个位置信号的频率之间的定义分数关系。因此，除以不同因子m和n的目的是抵消位置信号的频率之间的“差别”，使得抵消pfd41的有意分数关系。同时，由于反射镜与有意分数关系不同步，所以差别仍然存在，其然后由pfd41检测到。

pfd41确定经分频的从位置信号lm的频率是快于，慢于还是等于经分频的从位置信号ln的频率。具体地，pfd41包括逻辑，其评估两个经分频的位置信号的相位和频率，并且确定两个经频率补偿的位置信号中的哪个位置信号更早或更频繁地具有过零点(例如，频率更高)，并且基于该确定来调整相位误差信号pe，同样如参考图4所描述的。当两个经频率补偿的位置信号的相位和频率不同时，表明从反射镜与预先定义的分数关系不同步，并且需要校正。

基于环路滤波器43的输出(即，致动值sav)，从反射镜12s的频率f2根据其预先定义的分数关系被维持为与主反射镜12m的频率f1成比例。

图6图示了根据一个或多个实施例的扫描系统600的示意性框图。扫描系统600在主反射镜12m与从反射镜12s之间采用快速反应比例频率同步。在该示例中，主反射镜12m的振荡具有固定幅度和可变频率，而从反射镜12s的振荡具有可变幅度、可变频率、以及相对于主反射镜的频率f1而言的固定频率关系。

固定幅度和可变频率意味着mems驱动器在反射镜幅度控制模式中驱动，而可变幅度和可变频率意味着mems驱动器在pll控制模式中驱动(即，致动跟随驱动反射镜的振荡频率)。

图6中所图示的方法利用了由驱动器25m和25s两者生成的高频相位时钟信号(phase_clk)。如上文所指出的，相位时钟信号将其各自反射镜的反射镜运动分为一定数目的相位切片。例如，可以通过相位时钟信号中的脉冲来指示数千个相位切片(例如，16,000个相位切片)，每个相位切片指示反射镜的分立位置。固定数目的分立位置在两个过零事件之间彼此等距隔开。因此，相位时钟信号的频率随着连续过零事件之间的时间间隔的改变而改变。

在两个mems反射镜被驱动到它们的上部共振曲线之后(即，主反射镜处于pll控制模式和幅度控制模式中，而从反射镜仅处于pll控制模式中)，pfd41由两个相位时钟信号馈送，除法器64和65分别将这两个相位时钟信号除以因子(m+e)(即，1/(m+e))和因子n(即，1/n)。pfd41的输出用于生成相位误差信号pe，其被馈送到环路滤波器43。环路滤波器43的输出(即，致动值sav)定义从反射镜12s的致动设置。

不同的反射镜频率f1和f2的这种配置可以用于2d利萨如扫描系统，其需要维持两个扫描反射镜的频率之间的定义分数关系。

系统控制器23包括缓慢相位控制单元60a和快速相位控制单元60b。缓慢相位控制单元60a包括除法器51和除法器52。除法器51接收从位置信号，将从位置信号的频率除以m，并且将经分频的从位置信号lm输出到相位检测器(pd)61。同样，除法器52接收主位置信号，将主位置信号的频率除以n，并且将经分频的主位置信号ln输出到相位检测器61。m和n是不同整数常数，其用于补偿两个位置信号的频率之间的定义分数关系，以便相位检测器61可以比较“等同”信号。

缓慢相位控制单元60a还包括相位检测器61、利萨如帧起始检测器62、以及子周期误差信号发生器63。相位检测器61接收两个经分频的位置信号lm和ln，并且检测它们之间的相位差。相位差指示从反射镜12s的频率是快于，慢于还是等于主反射镜12m的频率。具体地，相位检测器61包括逻辑，其评估两个位置信号的相位并且生成表示两个信号输入之间的相位差的电压信号，并且基于该相位差来生成上下控制信号。

子周期误差信号发生器63接收上下控制信号，并且基于控制信号来调整子周期误差信号e。因此，子周期误差信号e表示所测量的相位差。

例如，相位检测器61可以生成“上”控制脉冲或“下”控制脉冲，并且将相应的控制脉冲提供给子周期误差信号发生器63。响应于接收到上控制信号，子周期误差信号发生器63递增子周期误差信号e。相反，响应于接收到下降控制信号，相位误差信号发生器递减误差信号e。因此，子周期误差信号e指示两个反射镜12m和12s之间的相位关系。

比如，如果从反射镜的操作比主反射镜的操作慢，则子周期误差信号e可以为正值，从而指示应当增加从反射镜的相位。备选地，如果从反射镜的操作比主反射镜的操作快，则子周期误差信号e可以为负值，从而指示应当减小从反射镜的相位。备选地，如果从反射镜的相位与主反射镜的相位匹配，则子周期误差信号e可以为零，从而指示从反射镜的当前相位应当维持不变。

另外，利萨如帧起始检测器62还从相位检测器61接收相位差，并且基于其来确定下一利萨如帧的起始。具体地，当两个反射镜同时跨越它们的零位置时(例如，当由相位检测器61确定的位置信号lm与ln之间的相位差为零或为某个其他预先确定的值时)，利萨如帧起始检测器62检测到利萨如帧的起始。下一帧从这个同时的过零事件开始。

因此，利萨如帧起始检测器62被配置为在基于经分频的位置信号lm和ln来检测到同时的过零事件或零相位差事件时，生成并且输出帧起始检测信号。下一帧信号可以输出到信号处理器，该信号处理器对由利用扫描反射镜12m和12s的lidar传感器所接收的图像数据进行处理。具体地，信号处理器可以使用下一帧信号来标识图像数据的新帧的起始，因此标识当前帧的结束。

快速相位控制单元60b从慢速相位控制单元60a接收子周期误差信号e、接收由驱动器25m和25s两者生成的相位时钟信号，并且从从反射镜12s接收从位置信号。快速相位控制单元60b包括两个除法器64和54、pfd41、相位误差信号发生器42、以及环路滤波器43。附加地，环路滤波器43从从反射镜12s接收位置信号，该位置信号触发环路滤波器43以更新激活值sav。具体地，环路滤波器43可以响应于接收到的从位置信号中的指示过零事件的脉冲而生成对激活值sav的更新，然后将更新后的激活值sav输出到从mems驱动器25s。

除法器64已经接收到子周期误差信号e，还接收从相位时钟信号，将从相位时钟信号的频率除以(m+e)，并且将经分频的从相位时钟信号spc输出到pfd41。同样，除法器65接收主相位时钟信号，将主位置信号的频率除以n，并且将经分频的主相位时钟信号mpc输出到pfd41。m和n是不同的整数常数，其用于补偿两个位置信号的频率之间的定义分数关系。更进一步地，子周期误差信号e用于更新快速相位频率控制环路的m除数。

对使用子周期误差信号e更新m除数的目的进行解释。由于反射镜以较快的速率进行同步(频率同步)，所以重要的是要确保两个反射镜之间的相位和频率偶尔同步，因为2d利萨如扫描依赖于该同步。这会允许缓慢相移以扫描整个帧。

因此，除以不同因子(m+e)和n的目的是抵消位置信号的频率之间的“差别”，使得抵消pfd41的有意分数关系。同时，由于反射镜与有意分数关系不同步，所以可能仍然存在差别，其然后由pfd41检测到。结果，缓慢相位控制负责m分反射镜和m分反射镜两者的帧起始的对准。

图7图示了根据一个或多个实施例的扫描系统700的示意性框图。扫描系统700在主反射镜12m与从反射镜12s之间采用粗略比例频率同步。在该示例中，主反射镜12m的振荡具有可变幅度和固定频率，而从反射镜12s的振荡具有可变幅度、固定频率、以及相对于主反射镜的频率f1而言的固定频率关系。两个反射镜都在pll控制模式下操作。固定频率实际上由于外部控制环路所致，该外部控制环路改变致动，使得频率保持恒定。

扫描系统700包括系统控制器23，该系统控制器23包括f1相位/频率控制单元70a，其被配置为维持主反射镜12m的固定频率；以及f2相位/频率控制单元70b，其被配置为维持从反射镜12s的固定频率f2。与上文所描述的实施例类似，频率f1和f2不同并且具有预先定义的分数关系。

f1相位/频率控制单元70a包括pfd71、相位误差信号产生器72、以及环路滤波器73。pfd71、相位误差信号产生器72和环路滤波器73以与pfd41、相位误差信号发生器42和环路滤波器43的方式类似的方式操作，除了以下例外之外。pfd71接收参考频率信号f1作为其第一输入，并且接收主位置信号作为其第二输入。参考频率信号f1是其频率设置为f1的信号。

pfd71基于其两个输入来执行相位和频率比较，并且确定主反射镜12m的频率是快于、慢于还是等于参考频率信号f1的频率。具体地，pfd71包括逻辑，其评估两个输入信号的相位和频率，并且确定输入信号(例如，其具有较高频率)之间的差，并且基于该确定来调整由相位误差信号发生器72生成的相位误差信号。备选地，pfd71可以使用频率检测器替换，使得仅输入信号之间的频率差用于生成相位误差信号。

环路滤波器73从相位误差信号产生器72接收相位误差信号，并且基于相位误差信号来设置主致动值savm(例如，驱动电压关闭定时或驱动电压的电压电平)。激活值savm用作主mems驱动器25m的配置设置。然后，环路滤波器73向主mems驱动器25m提供致动值savm，该主mems驱动器25m基于从环路滤波器73接收的致动值savm来生成致动信号。

向主mems反射镜12m提供致动信号，以控制反射镜振荡的相位/频率，使得相位和频率与参考频率信号f1的相位和频率匹配。因此，环路滤波器73的输出限定主反射镜12m的致动。继而，主mems反射镜12m加速或减速，以实现与参考频率信号f1的同步。这种配置允许主mems反射镜12m对于温度改变、老化以及可以更改振荡频率的其他影响而更加鲁棒。

f2相位/频率控制单元70b包括除法器51和52、pfd41、利萨如帧起始检测器62、相位误差信号生成器42、以及环路滤波器43，并且被配置为设置激活值savs，使得从反射镜12s根据预先定义的分数关系跟随主反射镜12m的频率和相位。为此，f2相位/频率控制单元70b接收分别输入到除法器51和52的从位置信号和主位置信号。

pfd41由两个位置信号馈送，这两个位置信号分别除以因子m(即，1/m)和因子n(即，1/n)。具体地，除法器51接收从位置信号，将从位置信号的频率除以m，并且将经分频的从位置信号lm输出到pfd41。同样，除法器52接收主位置信号，将主位置信号的频率除以n，并且将经分频的主位置信号ln输出到pfd41。

pfd41确定经分频的从位置信号lm的频率是快于、慢于还是等于经分频的从位置信号ln的频率。具体地，pfd41包括逻辑，其评估两个经分频的位置信号的相位和频率，并且确定两个经频率补偿的位置信号中的哪个位置信号更早或更频繁地具有过零点(例如，频率更高)，并且基于该确定来调整相位误差信号pe，同样如参考图5所描述的。当两个经频率补偿的位置信号的相位和频率不同时，表明从反射镜与预先定义的分数关系不同步，并且需要校正。

基于环路滤波器43的输出(即，致动值savs)，从反射镜12s的频率f2根据其预先定义的分数关系维持与主反射镜12m的频率f1成比例。

可以根据以下算法来配置同步：

定义主反射镜mems1的所需扫描幅度(例如，10°)；

定义帧速率(fr)(例如，25hz)；

设置振荡幅度(例如，15度)；

测量对应于该幅度的频率：f0(例如，f0＝2123.343hz)；

定义mems1的目标频率f1＝fr*ceil(f0/fr)(例如，f1＝2125)；

使用以下规则定义从反射镜mems2的目标频率f2：

f2/fr–整数；

最大公约数(gcd)(f1/fr，f2/fr)＝1；

f1/fr+f2/fr–在f2的所有可能选择中获得最大值；以及

控制f1和f2。

图8图示了根据一个或多个实施例的扫描系统800的示意性框图。扫描系统800在主反射镜12m与从反射镜12s之间采用快速反应比例频率同步。在该示例中，主反射镜12m的振荡具有可变幅度和固定频率，而从反射镜12s的振荡具有可变幅度、固定频率、以及相对于主反射镜的频率f1而言的固定频率关系。两个反射镜都在pll控制模式中操作。固定频率实际上由于外部控制环路所致，该外部控制环路改变致动，使得频率保持恒定。

扫描系统800包括系统控制器23，该系统控制器23包括f1相位/频率控制单元70a，其被配置为维持主反射镜12m的固定频率f1；缓慢相位控制单元60a；以及快速相位控制单元60b。缓慢相位控制单元60a和快速相位控制单元60b的操作与图6中所描述的操作类似，除了f1相位/频率控制单元70a将主反射镜12m的频率固定为f1之外，如图7所描述的。

因此，基于环路滤波器43的输出(即，致动值savs)，从反射镜12s的频率f2根据其预先定义的分数被维持为与主反射镜12m的频率f1成比例。

图9图示了根据一个或多个实施例的扫描系统900的示意性框图。扫描系统900在主反射镜12m与从反射镜12s之间采用粗略比例频率同步。在该示例中，主反射镜12m的振荡具有可变幅度和固定频率，而从反射镜12s的振荡具有可变幅度、固定频率、以及相对于主反射镜的频率f1而言的固定频率关系。两个反射镜都在pll控制模式中操作。固定频率实际上由于外部控制环路所致，该外部控制环路改变致动，使得频率保持恒定。

扫描系统900包括系统控制器23，该系统控制器23包括f1频率控制单元70a、时钟源90a、以及f2频率控制单元90b。扫描系统900与图7中的扫描系统700类似，除了两个时钟f1和f2均由诸如晶体振荡器91或fpga(未图示)之类的任何合适的时钟源生成之外。在该示例中，时钟信号f1和f2分别被设置为2200hz和2300hz，但不限于此。

具体地，时钟源90a使用晶体振荡器91、分数n除法器92、除法器93、以及除法器94以生成两个时钟信号f1和f2，这两个时钟信号f1和f2具有定义分数关系，反射镜12m和12s以该定义分数关系操作。因此，主反射镜12m的频率经由f1频率控制单元70a固定在频率f1，并且从反射镜12s的频率经由f2频率控制单元固定在频率f2。另外，f2频率控制单元被配置为维持两个反射镜之间的定义分数关系。

f1频率控制单元70a被配置为以与上文关于扫描系统700所描述的方式类似的方式设置激活值savm。本文中，f1频率控制单元70a接收时钟信号f1作为参考频率信号f1。

f2频率控制单元90b被配置为以与上文关于频率控制单元(即，pfd41、相位误差信号生成器42、以及环路滤波器43)所描述的方式类似的方式设置激活值savs。本文中，pfd41接收时钟信号f2(即，参考频率信号)作为第一输入，并且接收从位置信号作为第二输入。

pfd41基于其两个输入来执行相位和频率比较，并且确定从反射镜12s的频率是快于、慢于还是等于时钟信号f2的频率。具体地，pfd41包括逻辑，其评估两个输入信号的相位和频率，并且确定输入信号(例如，其具有较高频率)之间的差，并且基于该确定来调整由相位误差信号发生器42生成的相位误差信号。

环路滤波器43从相位误差信号产生器42接收相位误差信号，并且基于相位误差信号来设置从致动值savs(例如，驱动电压关闭定时或驱动电压的电压电平)。激活值savs用作从mems驱动器25s的配置设置。然后，环路滤波器43向从mems驱动器25s提供致动值savs，该从mems驱动器25s基于从环路滤波器43接收的致动值savs来生成致动信号。

因此，时钟源90a根据预先定义的分数关系建立固定频率f1和f2，并且f1频率控制单元70a和90b被配置为基于时钟信号f1和f2以及位置信号来独立维持它们各自的反射镜的振荡频率。

系统控制器23还包括相位检测器61和利萨如帧起始检测器62。相位检测器61接收时钟信号f1和f2，并且确定它们之间的相位差。具有固定频率差的两个信号具有旋转360度的相位差，频率差越大，该相位差出现的就越频繁。因此，相位差周期性地返回到零。

利萨如帧起始检测器62从相位检测器61接收相位差，并且监测零相位差事件。具体地，当由相位检测器61确定的相位差为零时，利萨如帧起始检测器62检测利萨如帧的起始。下一帧从这个同时零相位差事件开始。

同样，如图8中所呈现的，相位时钟信号还可以用于获得快速反应比例频率同步。

鉴于所描述的实施例，实现了两个或更多个mems反射镜的相位/频率同步。

一种多反射镜系统包括第一反射镜，其被配置为围绕第一轴线振荡；第二反射镜，其被配置为围绕第二轴线振荡，其中第一反射镜和第二反射镜中的第一个反射镜被配置为主反射镜，而第一反射镜和第二反射镜中的第二个反射镜被配置为从反射镜；第一驱动器，其被配置为驱动第一反射镜的振荡，测量第一反射镜的第一频率并且生成指示第一频率的第一测量信号；第二驱动器，其被配置为驱动第二反射镜的振荡，测量第二反射镜的第二频率并且生成指示第二频率的第二测量信号；以及系统控制器，其被配置为接收第一测量信号和第二测量信号，比较第一测量信号与第二测量信号以产生指示第一反射镜和第二反射镜中的哪个反射镜具有较低频率的比较结果，并且选择第一反射镜或第二反射镜中的具有由比较结果所指示的具有较低频率的一个反射镜作为主反射镜。

一种多反射镜系统包括第一反射镜，其被配置为围绕第一轴线振荡；第二反射镜，其被配置为围绕第二轴线振荡；第一驱动器，其被配置为驱动第一反射镜的振荡，检测第一反射镜的第一过零事件，并且基于检测的第一过零事件来生成第一相位时钟信号，其中第一驱动器确定两个连续的第一过零事件之间的时间间隔，根据预先确定的切片的数目将时间间隔分为第一等距切片，并且在第一等距切片中的每个第一等距切片处生成具有第一脉冲的第一相位时钟信号；第二驱动器，其被配置为驱动第二反射镜的振荡，检测第二反射镜的第二过零事件，并且基于检测的第二过零事件来生成第二相位时钟信号，其中第二驱动器确定两个连续的第二过零事件之间的时间间隔，根据预先确定的切片的数目将时间间隔分为第二等距切片，并且在第二等距切片中的每个第二等距切片处生成具有第二脉冲的第二相位时钟信号。该多反射镜系统还可以包括同步控制器，其被配置为接收第一相位时钟信号和第二相位时钟信号，并且基于第一相位时钟信号和第二相位时钟信号来分别使第一反射镜的振荡的相位或频率中的至少一个与第一反射镜的振荡的相位或频率中的至少一个同步。

一种mems反射镜包括反射镜，其被配置为围绕轴线振荡；驱动器，其被配置为驱动反射镜的振荡，检测反射镜的过零事件，并且基于检测的过零事件来生成相位时钟信号和位置信号，其中驱动器确定两个连续的过零事件之间的时间间隔，根据预先确定的数目的切片将时间间隔分为等距切片，并且在等距切片中的每个等距切片处生成具有脉冲的相位时钟信号。

尽管本文中所描述的实施例涉及一种具有反射镜的mems设备，但是应当理解，其他实现方式可以包括除mems反射镜设备或其他mems振荡结构之外的光学设备。另外，尽管已经在装置的上下文中对一些方面进行了描述，但是清楚的是，这些方面也表示对应方法的描述，其中框或设备对应于方法步骤或方法步骤的特征。同样，在方法步骤的上下文中描述的各个方面也表示对与对应的装置的对应的框或项或特征的描述。方法步骤中的一些或全部方法步骤可以由(或使用)硬件装置(例如，微处理器、可编程计算机或电子电路)执行。在一些实施例中，这种装置可以执行方法步骤中的一个或多个方法步骤。

虽然已经对各种实施例进行了描述，但是对于本领域普通技术人员而言，显而易见的是，在本公开的范围内，更多的实施例和实现方式是可能的。因而，除了根据所附权利要求及其等同物之外，本发明不受约束。关于由上文所描述的部件或结构(组件、设备、电路、系统等)所执行的各种功能，除非另有说明，否则用于描述这些部件的术语(包括对“器件”的引用)旨在对应于执行所描述的部件(即，其在功能上等同)的指定功能的任何部件或结构，即使在结构上不等同于本文中所图示的本发明的示例性实现方式中执行该功能的公开结构。

更进一步地，以下权利要求在此并入到具体实施方式中，其中每个权利要求可以作为单独的示例实施例而单独存在。虽然每个权利要求可以作为单独的示例实施例而单独存在，但是应当指出，尽管从属权利要求可以在权利要求中是指与一个或多个其他权利要求的特定组合，但是其他示例实施例还可以包括从属权利要求与彼此的从属或独立权利要求的主题的组合。除非指出不旨在特定组合，否则本文中提出了这样组合。更进一步地，旨在将权利要求的特征也包括到任何其他独立权利要求中，即使该权利要求没有直接地依赖于独立权利要求。

进一步地，应当指出，说明书或权利要求书中所公开的方法可以由具有用于执行这些方法的各个动作中的每个动作的器件的设备来实现。

进一步地，应当理解，说明书或权利要求书中所公开的多个动作或功能的公开内容可能不被解释为在特定次序内。因此，除非由于技术原因导致这些动作或功能不可互换，否则多个动作或功能的公开内容不会将它们限制为特定次序。更进一步地，在一些实施例中，单个动作可以包括或可以分解成多个子动作。除非明确排除，否则这些子动作可以包括在内，并且是该单个动作的公开内容的一部分。

指令可以由一个或多个处理器(诸如一个或多个中央处理器(cpu)、数字信号处理器(dsp)、通用微处理器、专用集成电路(asic)、现场可编程逻辑阵列(fpga)或其他等同的集成或分立逻辑电路系统)执行。因而，如本文中所使用的术语“处理器”或“处理电路系统”是指前述结构或适合于实现本文中所描述的技术的任何其他结构中的一个结构。另外，在一些方面中，可以在专用硬件和/或软件模块内提供本文中所描述的功能。此外，可以在一个或多个电路或逻辑元件中完全实现该技术。

因此，可以至少部分地以硬件、软件、固件或其任何组合来实现本公开中所描述的技术。例如，所描述的技术的各个方面可以在包括一个或多个微处理器、dsp、asic、或任何其他等同的集成或分立逻辑电路系统的一个或多个处理器以及这些部件的任何组合内实现。

包括硬件的控制器还可以执行本公开中所描述的技术中的一种或多种技术。这种硬件、软件和固件可以在同一设备内或在单独的设备内实现以支持本公开中所描述的各种技术。软件可以存储在非暂态计算机可读介质上，使得该非暂态计算机可读介质包括存储在其上的程序代码或程序算法，该程序代码或程序算法当被执行时使得控制器经由计算机程序执行方法步骤。

尽管已经公开了各种示例性实施例，但是对于本领域技术人员而言明显的是，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种改变和修改，这些改变和修改实现本文中所公开的概念的优点中的一些优点。对于本领域熟练地技术人员而言显而易见的是，可以适当取代执行相同功能的其他部件。应当理解，在不背离本发明的范围的情况下，可以利用其他实施例并且可以进行结构或逻辑改变。应当提及，即使在未明确提及的特征中，参考特定附图所解释的特征也可以与其他附图的特征组合。对总发明构思的这种修改旨在由所附权利要求书及其合法等同物涵盖。