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苹果多量程TOF专利曝光，或为AR眼镜做技术储备
Esther｜ 撰文
11月30日消息，美国专利与商标局公开了苹果的一项关于深度摄像头的新专利（名为“多量程TOF感知”），确切来讲是对于摄像头中光电元件，尤其是激光雷达传感器的优化。
此前，TriLumina公司开发出将VCSEL（垂直腔面发射激光器）和多种功能集成在一颗单芯片上的技术，以此提高LiDAR（激光雷达）和3D传感系统的可靠性，并具备成本低、体积小等优势。
TriLumina对于其VCSEL照明模组给出的一些应用场景
Trilumina公司的技术采用及其快速的远红外光脉冲来测量景深，从而优化用户在显示屏中看到的画面逼真度。而苹果的这项专利，也主要是以这该技术为主题。
因此，该LiDAR有望被应用于AR/MR头显、3D感知系统、手势识别系统、游戏、机器人和汽车等领域。
谷歌模式化照明投射阵列专利
本月28日，我们也曾报道谷歌一项类似于Face ID的光线识别技术专利获得美国专利与商标局批准。据悉，该专利名为“模式化照明投射阵列”，与苹果TrueDepth摄像头的泛光感应元件和点阵投影装置的排列（VCSEL阵列）相似。专利文件中称，这项技术可被用于手势识别，控制Pixel手机、平板电脑、Chromebooks等设备。
同样于近期，LG一项关于16块后置摄像头矩阵的手机专利也曾获得美国专利商标局批准，专利中的摄像头将以4x4方式排列，每一块摄像头可同时以稍有不同的视角拍摄照片。
其目的主要是为了给用户带来更好的拍照体验，他们可以选择特定镜头来拍照，也可以在多个镜头拍摄到的照片进行挑选，将一张照片中的身体部位与其他照片的头部匹配（类似于Photoshop），还可以将照片组合成动态图。
从这些专利中可以看出，智能手机摄像头的战争越演越烈，智能手机的OEM厂商也将会为了吸引用户研发各种新型摄像头技术。
苹果在专利文件中称，现有和新兴的消费级应用加大了市场对实时3D成像装置的需求。考虑到苹果已经在iPad Pro中加入Facd ID原深感摄像头模组，也不难猜测相关的技术应用到更广泛的领域。
而专利中提到的3D成像装置，也就是激光雷达传感器，它能够远程测量（常常被用来测量反射强度）目标场景中各点之间的距离（也被称为目标景深），原理是通过分析光束的反射信号完成，传统的测景深方式涉及到测量光线往返于光源平面与目标场景的时间（飞行时间测距法）。
基于飞行时间的激光雷达使用的光线探测器使用了SPAD（单光子雪崩二极管）阵列，该阵列又被称为GAPD（盖格模式雪崩二极管）阵列，这样的探测器可在超高时间分辨率（达到几十皮秒级别，1皮秒等于一万亿分之一秒）下拍摄到单颗光子，它们可以通过专门的半导体工艺或者标准CMOS集成电路工艺制造。
专利中还写道，被制作在单一芯片上的SPAD阵列曾被用于对3D成像摄像头进行试验。
而苹果申请这项专利的重点，主要是为了优化激光雷达传感器及其使用方法。
在一些实施例中，专利中提到的测景深方案中的目标场景将会被一束或多束激光照亮和扫描。实施例使用的多束激光将由分裂一束激光生成，或使用衍射光学元件、棱镜、分束器等现有光学技术。
在另外的实施例中，多束激光可通过一些分离的激光光源生成，并可能采用统一的激光阵列（比如VCSEL或VECSEL阵列，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原理图对苹果的激光传感器系统专利（18）的一项实施例进行了解释，20号光源发出的光束（单一或多个）包含一个或以上脉冲激光器，它们将会被双轴光束控制器（24）导入22号目标场景，形成并扫描目标场景中的26号光斑（光源并没有严格限制，包括可视光红外光甚至紫外线光）。而光束控制器可采用的元件包括：扫描镜或者现有技术允许下其他任何适合的光偏转器或扫描装置。
27号集光元件将光束投射到平面的探测器阵列（28）得到了26号光斑，28探测器包含单光子且对时间敏感的传感原件，如SPAD。
专利图FIG.3中的52号和54号芯片可通过CMOS集成电路制作工艺由硅晶圆制成，该工艺科技可基于现有的SPAD传感器设计，以及匹配的偏压控制和处理电路。
大多数人认为激光雷达只和自动驾驶汽车或者地图测绘有关，而Trilumina提出的方案显示，VCSEL照明模组与激光雷达结合后，可被应用在AR/VR头显、ToF摄像头等新一代消费级设备。
本月初，青亭网曾报道Leap Motion两次险被苹果收购，后来苹果转而收购了以色列三维传感技术公司PrimeSense（其开发人员参与了苹果TrueDepth摄像头的研发）。苹果对手势识别有着很大的兴趣，值得一提的是，MR头显的手势识别将需要使用到深感摄像头。联想到苹果今年一系列收购动作和专利曝光，MR眼镜有望成为其下一款划时代产品。
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