蘋(píng)果專利顯示為AR/VR、3D感知研發(fā)下一代LiDAR系統(tǒng)

谷歌 和LG日前曾分別獲批了深度攝像頭和16透鏡攝像頭的專利。谷歌的深度攝像頭類似于蘋(píng)果的原深感攝像頭，可用于手勢(shì)識(shí)別來(lái)控制未來(lái)Pixel智能手機(jī)、平板電腦、Chromebooks等設(shè)備上的功能。與蘋(píng)果用于Face ID等功能的組件一樣，谷歌同樣選擇了垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)。

LG專利則與16透鏡攝像頭有關(guān)。在單次拍攝中，每個(gè)透鏡可以覆蓋稍微不同的角度，從而提供更優(yōu)的攝像頭體驗(yàn)。它同時(shí)旨在幫助用戶拍攝最佳的全身照，并與另一個(gè)大頭照混合以創(chuàng)建類似于Photoshop的功能。

顯然，智能手機(jī)的攝像頭競(jìng)賽正在升級(jí)，預(yù)計(jì)OEM廠商將紛紛優(yōu)化各自的攝像頭系統(tǒng)，從而為用戶提供更多的有趣選擇?，F(xiàn)在，各個(gè)品牌商正在構(gòu)思一個(gè)個(gè)大膽的創(chuàng)新。

今天，美國(guó)專利及商標(biāo)局公布了一份與深度攝像頭相關(guān)的蘋(píng)果專利。專利文件顯示，蘋(píng)果正在優(yōu)化深度攝像頭，主要是與光電感應(yīng)組件有關(guān)，特別是激光探測(cè)與測(cè)量傳感器（LiDAR）。

在今年年初，一家名為T(mén)riLumina的公司開(kāi)發(fā)出更低成本的，包含VCSEL的LiDAR系統(tǒng)，可用于混合現(xiàn)實(shí)頭顯，3D傳感應(yīng)用，手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)，游戲，機(jī)器人和汽車(chē)，如下圖所示。

跟TriLumina一樣，LiDAR和VCSEL技術(shù)的結(jié)合正是今天這兩份蘋(píng)果專利的主題。

蘋(píng)果指出，現(xiàn)有和新興的消費(fèi)者應(yīng)用程序?qū)?shí)時(shí)三維成像器產(chǎn)生了越來(lái)越大的需求。對(duì)于這種通常稱為L(zhǎng)iDAR傳感器的成像技術(shù)，其主要是利用光束照亮目標(biāo)場(chǎng)景并分析反射的光學(xué)信號(hào)，從而遠(yuǎn)程測(cè)量目標(biāo)場(chǎng)景上每個(gè)點(diǎn)的距離（通常是強(qiáng)度）。一種確定目標(biāo)場(chǎng)景上每個(gè)點(diǎn)距離的常用技術(shù)主要涉及：向目標(biāo)場(chǎng)景發(fā)送光束，然后測(cè)量所用的往返時(shí)間，即飛行時(shí)間（ToF）。

對(duì)于基于ToF的LiDar而言，一種合適的檢測(cè)器是單光子雪崩二極管陣列（SPAD）。同時(shí)又稱為蓋革模式雪崩光電二極管（GAPD）的SPAD可以以非常高的時(shí)間到達(dá)分辨率來(lái)捕捉單個(gè)光子，時(shí)間量級(jí)是幾十皮秒（一皮秒等于一萬(wàn)億分之一秒）。它們可以通過(guò)專用半導(dǎo)體工藝或標(biāo)準(zhǔn)CMOS技術(shù)制造。

在單個(gè)芯片上制造的SPAD傳感器陣列已經(jīng)在3D成像攝像頭中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性應(yīng)用。

蘋(píng)果的發(fā)明專注于改進(jìn)LiDAR傳感器及其使用方法。

專利文件指出，在一些實(shí)施例中，一個(gè)激光光束或多個(gè)光束照亮和掃描目標(biāo)場(chǎng)景。在利用多個(gè)光束的一些實(shí)施例中，光束是通過(guò)使用衍射光學(xué)元件，棱鏡，分束器，或本領(lǐng)域已知的其他光學(xué)元件產(chǎn)生。

在一些實(shí)施例中，可使用多個(gè)離散激光光源來(lái)產(chǎn)生多個(gè)光束。其中，可以使用單片激光器陣列產(chǎn)生多個(gè)光束，如VCSEL或VECSEL陣列。

下圖是對(duì)應(yīng)一個(gè)實(shí)施例的LiDAR系統(tǒng)#18。對(duì)于來(lái)自激光光源20（包括一個(gè)或多個(gè)脈沖激光器）的一束或多束光線，其將有雙軸光束控制裝置#24引導(dǎo)到目標(biāo)場(chǎng)景#22，并在目標(biāo)場(chǎng)景上形成和掃描照明點(diǎn)#26。（注：“光線”在本文中指任何種類的光學(xué)輻射，包括可見(jiàn)光，紅外線和紫外線范圍內(nèi)的輻射）。光束控制裝置可包括掃描鏡，或任何其它合適的類型，或本領(lǐng)域已知的光學(xué)偏轉(zhuǎn)器或掃描儀。照明點(diǎn)26由聚光光學(xué)系統(tǒng)27成像至二維探測(cè)器陣列#28，后者包括單光子時(shí)間敏感型的傳感元件，如SPAD。

芯片#52和#54可以采用眾CMOS制造工藝進(jìn)行，基于本領(lǐng)域已知的SPAD傳感器設(shè)計(jì)，以及相應(yīng)的的偏壓控制與處理電路來(lái)在硅晶片上制造。

大多數(shù)人認(rèn)為L(zhǎng)iDAR系統(tǒng)僅與自動(dòng)駕駛汽車(chē)和/或地理映射有關(guān)。因此，TriLumina的信息介紹有助于說(shuō)明LiDAR和VSCEL的組合將如何用于下一代的用例，包括面向消費(fèi)者的設(shè)備，如混合現(xiàn)實(shí)頭顯，飛行時(shí)間攝像頭和虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。

在本月初，映維網(wǎng)曾報(bào)道說(shuō)有傳聞稱蘋(píng)果有意收購(gòu) Leap Motion ，表明了這家科技巨頭對(duì)手勢(shì)識(shí)別與手勢(shì)控制十分感興趣。下一代的頭顯設(shè)備需要深度攝像頭，從而支持混合現(xiàn)實(shí)頭顯在環(huán)境中進(jìn)行手勢(shì)識(shí)別。TriLumina表示將為這樣的產(chǎn)品采用結(jié)合LiDAR和VCEL技術(shù)的芯片。

相關(guān)專利： Multi-range time of flight sensing

專利號(hào)為20180341009發(fā)明名稱是“Multi-range time of flight sensing（多范圍飛行時(shí)間感應(yīng)）”。蘋(píng)果最初是于2017年Q2季度提交申請(qǐng)。考慮到這只是一份專利，目前無(wú)法確定相關(guān)技術(shù)將于何時(shí)進(jìn)行商業(yè)化。

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