編譯/VR陀螺

上周，美國專利商標(biāo)局公布了蘋果公司的一項專利申請，該專利與光電設(shè)備有關(guān)，特別是與光輻射的來源有關(guān)。更具體地說，蘋果為他們的TrueDepth攝像頭發(fā)明了一項改進技術(shù)，該攝像頭通常用于Face ID和AR應(yīng)用的通用3D映射。這將改善未來iDevices和頭顯（AV/AR/MR）以及智能眼鏡的TrueDepth攝像頭。

蘋果公司發(fā)明了一種方法，用兩種不同的投射點圖案來照亮一個主體目標(biāo)。為了處理這兩個激光器產(chǎn)生的熱量，蘋果專利還涉及一個新的散熱器系統(tǒng)。

蘋果公司指出，各種便攜式計算設(shè)備，如智能手機、增強現(xiàn)實（AR）設(shè)備、虛擬現(xiàn)實（VR）設(shè)備和智能眼鏡，由緊湊的光輻射源組成。(在本說明和權(quán)利要求中使用的術(shù)語 "光射線"、"光輻射 "和 "光"，一般指任何和所有的可見光、紅外線和紫外線輻射)。

例如，一個源可以發(fā)出泛光輻射，用廣泛而均勻的照明照亮目標(biāo)區(qū)域，以達到特征照明和識別的目的。

另一個源可以投射圖案化輻射，以便用點的圖案照亮目標(biāo)區(qū)域，用于該區(qū)域的三維（3D）繪圖。有效散熱是設(shè)計高功率光電發(fā)射器的主要挑戰(zhàn)之一，如垂直腔表面發(fā)射激光器（VCSELs）。這類器件在發(fā)射器有源區(qū)產(chǎn)生大量的熱量，導(dǎo)致發(fā)射器結(jié)溫過高，這往往會降低VCSEL的效率，導(dǎo)致在給定驅(qū)動電流下的光功率輸出減少，發(fā)射波長偏移，激光模式的質(zhì)量下降，并降低工作壽命和可靠性。

在VCSEL陣列設(shè)備中，低效的散熱導(dǎo)致發(fā)射器之間的溫度不均勻，還會導(dǎo)致整個陣列的發(fā)射器光功率和波長產(chǎn)生變化。

為了解決這個問題，美國專利9,735,539號（其公開內(nèi)容以引用方式并入本文）描述了一種光電裝置，它包括一個半導(dǎo)體襯底，具有正面和背面，并具有至少一個從背面穿過半導(dǎo)體襯底延伸到正面附近的空腔。至少一個光電發(fā)射器形成在半導(dǎo)體襯底的正面上，與至少一個空腔接近。導(dǎo)熱材料至少部分地填充了至少一個空腔，并被配置為作為至少一個光電發(fā)射器的散熱器。

在本發(fā)明的實施方案中，不同焦距質(zhì)量的輻射源被組合成一個單一的光電裝置，包括一個光學(xué)元件，如透鏡和兩個單片發(fā)射器陣列，兩者都通過光學(xué)元件發(fā)射光束。其中一個陣列位于光學(xué)元件的后焦平面，而另一個陣列從后焦平面偏移，例如軸向位移100μm或更多。

由后焦平面的陣列發(fā)射的光束被元件作為準(zhǔn)直光束投射，從而以與陣列中發(fā)射器的布局相對應(yīng)的模式在目標(biāo)區(qū)域投射圖案化輻射，由離開后焦平面的陣列發(fā)射的光束是失焦的。在所披露的實施方案中，單片陣列包括垂直腔表面發(fā)射激光器（VCSEL）的陣列，布置在半導(dǎo)體襯底上，如砷化鎵（GaAs）襯底；但也可以使用其他類型的發(fā)射器。

散焦陣列的位置是根據(jù)所需的散焦程度來選擇的。在一些實施方案中，散焦是足夠的，以便投射的光束形成一個寬闊的、基本均勻的泛光照明領(lǐng)域。

在另一個實施方案中，散焦的選擇使得從散焦陣列中投射的光束也能產(chǎn)生圖案化的輻射。因此，設(shè)備投射出兩種不同的圖案，其圖案元素（如斑點）的大小隨著與設(shè)備距離的變化而不同。

將兩個陣列精準(zhǔn)地定位在離光學(xué)元件所需的距離范圍內(nèi)可能是很困難的。由于需要將發(fā)射器產(chǎn)生的大量熱量吸收，這種困難就更大了。

蘋果公司的發(fā)明通過提供一個散熱器來解決這些問題，該散熱器的形狀是在散熱器底部以上的不同高度確定兩個平臺。兩個單片發(fā)射器陣列分別安裝在兩個平臺上，從而將兩個陣列定位在不同的高度上。

本發(fā)明進一步描述了將兩個單片陣列安裝在兩個平臺上為兩個陣列提供所需的不同焦距（與光學(xué)元件的距離）。

圖源：patentlyapple

蘋果公司的專利圖2a和2b是用圖案輻射和泛光輻射照亮目標(biāo)區(qū)域的光電設(shè)備的示意性側(cè)視圖；圖2c和2d是用具有不同焦距特性的圖案輻射照亮目標(biāo)區(qū)域的光電設(shè)備的示意性側(cè)視圖。

蘋果公司的專利圖9是一個流程圖，示意性地說明了使用不同焦距質(zhì)量的圖案化輻射進行深度測繪的方法。

欲了解更多細節(jié)，請查閱美國專利商標(biāo)局公布的蘋果專利申請20210364902?？紤]到這是一項專利申請，目前還不清楚包含該專利中所述技術(shù)的設(shè)備的上市時間。

來源：patentlyapple