蘋果多量程TOF專利曝光，或為AR眼鏡做技術儲備

Esther｜ 撰文

11月30日消息，美國專利與商標局公開了蘋果的一項關於深度攝像頭的新專利（名為「多量程TOF感知」），確切來講是對於攝像頭中光電元件，尤其是激光雷達感測器的優化。

此前，TriLumina公司開發出將VCSEL（垂直腔面發射激光器）和多種功能集成在一顆單晶元上的技術，以此提高LiDAR（激光雷達）和3D感測系統的可靠性，並具備成本低、體積小等優勢。

TriLumina對於其VCSEL照明模組給出的一些應用場景

Trilumina公司的技術採用及其快速的遠紅外光脈衝來測量景深，從而優化用戶在顯示屏中看到的畫面逼真度。而蘋果的這項專利，也主要是以這該技術為主題。

因此，該LiDAR有望被應用於AR/MR頭顯、3D感知系統、手勢識別系統、遊戲、機器人和汽車等領域。

谷歌模式化照明投射陣列專利

本月28日，我們也曾報道谷歌一項類似於Face ID的光線識別技術專利獲得美國專利與商標局批准。據悉，該專利名為「模式化照明投射陣列」，與蘋果TrueDepth攝像頭的泛光感應元件和點陣投影裝置的排列（VCSEL陣列）相似。專利文件中稱，這項技術可被用於手勢識別，控制Pixel手機、平板電腦、Chromebooks等設備。

同樣於近期，LG一項關於16塊後置攝像頭矩陣的手機專利也曾獲得美國專利商標局批准，專利中的攝像頭將以4x4方式排列，每一塊攝像頭可同時以稍有不同的視角拍攝照片。

LG 16攝像頭模組專利

其目的主要是為了給用戶帶來更好的拍照體驗，他們可以選擇特定鏡頭來拍照，也可以在多個鏡頭拍攝到的照片進行挑選，將一張照片中的身體部位與其他照片的頭部匹配（類似於Photoshop），還可以將照片組合成動態圖。

從這些專利中可以看出，智能手機攝像頭的戰爭越演越烈，智能手機的OEM廠商也將會為了吸引用戶研發各種新型攝像頭技術。

蘋果在專利文件中稱，現有和新興的消費級應用加大了市場對實時3D成像裝置的需求。考慮到蘋果已經在iPad Pro中加入Facd ID原深感攝像頭模組，也不難猜測相關的技術應用到更廣泛的領域。

而專利中提到的3D成像裝置，也就是激光雷達感測器，它能夠遠程測量（常常被用來測量反射強度）目標場景中各點之間的距離（也被稱為目標景深），原理是通過分析光束的反射信號完成，傳統的測景深方式涉及到測量光線往返於光源平面與目標場景的時間（飛行時間測距法）。

基於飛行時間的激光雷達使用的光線探測器使用了SPAD（單光子雪崩二極體）陣列，該陣列又被稱為GAPD（蓋格模式雪崩二極體）陣列，這樣的探測器可在超高時間解析度（達到幾十皮秒級別，1皮秒等於一萬億分之一秒）下拍攝到單顆光子，它們可以通過專門的半導體工藝或者標準CMOS集成電路工藝製造。

專利中還寫道，被製作在單一晶元上的SPAD陣列曾被用於對3D成像攝像頭進行試驗。

而蘋果申請這項專利的重點，主要是為了優化激光雷達感測器及其使用方法。

在一些實施例中，專利中提到的測景深方案中的目標場景將會被一束或多束激光照亮和掃描。實施例使用的多束激光將由分裂一束激光生成，或使用衍射光學元件、稜鏡、分束器等現有光學技術。

在另外的實施例中，多束激光可通過一些分離的激光光源生成，並可能採用統一的激光陣列（比如VCSEL或VECSEL陣列，即垂直共振腔表面放射激光或垂直外共振腔放射激光）。

下面的FIG.1原理圖對蘋果的激光感測器系統專利（18）的一項實施例進行了解釋，20號光源發出的光束（單一或多個）包含一個或以上脈衝激光器，它們將會被雙軸光束控制器（24）導入22號目標場景，形成並掃描目標場景中的26號光斑（光源並沒有嚴格限制，包括可視光紅外光甚至紫外線光）。而光束控制器可採用的元件包括：掃描鏡或者現有技術允許下其他任何適合的光偏轉器或掃描裝置。

27號集光元件將光束投射到平面的探測器陣列（28）得到了26號光斑，28探測器包含單光子且對時間敏感的感測原件，如SPAD。

專利圖FIG.3中的52號和54號晶元可通過CMOS集成電路製作工藝由硅晶圓製成，該工藝科技可基於現有的SPAD感測器設計，以及匹配的偏壓控制和處理電路。

大多數人認為激光雷達只和自動駕駛汽車或者地圖測繪有關，而Trilumina提出的方案顯示，VCSEL照明模組與激光雷達結合後，可被應用在AR/VR頭顯、ToF攝像頭等新一代消費級設備。

本月初，青亭網曾報道Leap Motion兩次險被蘋果收購，後來蘋果轉而收購了以色列三維感測技術公司PrimeSense（其開發人員參與了蘋果TrueDepth攝像頭的研發）。蘋果對手勢識別有著很大的興趣，值得一提的是，MR頭顯的手勢識別將需要使用到深感攝像頭。聯想到蘋果今年一系列收購動作和專利曝光，MR眼鏡有望成為其下一款劃時代產品。

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