蘋果專利顯示為 AR/VR、3D 感知研發下一代 LiDAR 系統

蘋果專利顯示為 AR/VR、3D 感知研發下一代 LiDAR 系統

▲蘋果專利顯示為 AR/VR、3D 感知研發下一代 LiDAR 系統(圖/翻攝自樂智網,下同)

【原文:《蘋果專利顯示為 AR/VR、3D 感知研發下一代 LiDAR 系統》,智慧機器人網編輯整理】

文、圖/樂智網

Google 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。Google  的深度攝像頭類似於蘋果的原深感攝像頭,可用於手勢識別來控制未來 Pixel 智能手機、平板電腦、Chromebooks 等設備上的功能。

與蘋果用於 Face ID 等功能的組件一樣,Google 同樣選擇了垂直腔面發射激光器 ( VCSEL )。

LG 專利則與 16 透鏡攝像頭有關。在單次拍攝中,每個透鏡可以覆蓋稍微不同的角度,從而提供更優的攝像頭體驗。它同時旨在幫助用戶拍攝最佳的全身照,並與另一個大頭照混合以創建類似於 Photoshop 的功能。

顯然,智能手機的攝像頭競賽正在升級,預計 OEM 廠商將紛紛優化各自的攝像頭系統,從而為用戶提供更多的有趣選擇。現在,各個品牌商正在構思一個個大膽的創新。

美國專利及商標局公佈了一份與深度攝像頭相關的蘋果專利。專利文件顯示,蘋果正在優化深度攝像頭,主要是與光電感應組件有關,特別是激光探測與測量傳感器(LiDAR)。

在今年年初,一家名為 TriLumina 的公司開發出更低成本的,包含 VCSEL 的LiDAR系統,可用於混合現實頭顯,3D 傳感應用,手勢識別系統,遊戲,機器人和汽車,如下圖所示。

跟 TriLumina 一樣,LiDAR 和 VCSEL 技術的結合正是今天這兩份蘋果專利的主題。

蘋果指出,現有和新興的消費者應用程序對實時三維成像器產生了越來越大的需求。對於這種通常稱為 LiDAR 傳感器的成像技術,其主要是利用光束照亮目標場景並分析反射的光學信號,從而遠程測量目標場景上每個點的距離(通常是強度)。一種確定目標場景上每個點距離的常用技術主要涉及:向目標場景發送光束,然後測量所用的往返時間,即飛行時間(ToF)。

對於基於ToF的LiDar而言,一種合適的檢測器是單光子雪崩二極管陣列(SPAD)。同時又稱為蓋革模式雪崩光電二極管(GAPD)的SPAD可以以非常高的時間到達分辨率來捕捉單個光子,時間量級是幾十皮秒(一皮秒等於一萬億分之一秒) 。它們可以通過專用半導體工藝或標準CMOS技術製造。

在單個芯片上製造的SPAD傳感器陣列已經在3D成像攝像頭中進行實驗性應用。蘋果的發明專注於改進LiDAR傳感器及其使用方法。

專利文件指出,在一些實施例中,一個激光光束或多個光束照亮和掃描目標場景。在利用多個光束的一些實施例中,光束是通過使用衍射光學元件,棱鏡,分束器,或本領域已知的其他光學元件產生。

在一些實施例中,可使用多個離散激光光源來產生多個光束。其中,可以使用單片激光器陣列產生多個光束,如VCSEL或VECSEL陣列。

下圖是對應一個實施例的 LiDAR 系統 #18。對於來自激光光源 20(包括一個或多個脈衝激光器)的一束或多束光線,其將有雙軸光束控制裝置#24引導到目標場景 #22,並在目標場景上形成和掃描照明點 # 26。(注:“光線”在本文中指任何種類的光學輻射,包括可見光,紅外線和紫外線範圍內的輻射)。光束控制裝置可包括掃描鏡,或任何其它合適的類型,或本領域已知的光學偏轉器或掃描儀。照明點 26 由聚光光學系統 27 成像至二維探測器陣列#28,後者包括單光子時間敏感型的傳感元件,如 SPAD。

圖 3 中的晶片 #52和 #54可以採用眾 CMOS 製造工藝進行,基於本領域已知的 SPAD 傳感器設計,以及相應的的偏壓控制與處理電路來在矽晶片上製造。

大多數人認為LiDAR系統僅與自動駕駛汽車和/或地理映射有關。因此,TriLumina的信息介紹有助於說明LiDAR和VSCEL的組合將如何用於下一代的用例,包括面向消費者的設備,如混合現實頭顯,飛行時間攝像頭和虛擬現實應用。

在本月初,映維網曾報導說有傳聞稱蘋果有意收購Leap Motion,表明了這家科技巨頭對手勢識別與手勢控制十分感興趣。下一代的頭顯設備需要深度攝像頭,從而支持混合現實頭顯在環境中進行手勢識別。TriLumina表示將為這樣的產品採用結合 LiDAR 和 VCEL 技術的晶片。

專利號為 20180341009 發明名稱是「Multi-range time of flight sensing(多範圍飛行時間感應)」。蘋果最初是於2017年Q2季度提交申請。考慮到這只是一份專利,目前無法確定相關技術將於何時進行商業化。

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