編譯/VR陀螺
上周,美國(guó)專(zhuān)利商標(biāo)局公布了蘋(píng)果公司的一項(xiàng)專(zhuān)利申請(qǐng),該專(zhuān)利與光電設(shè)備有關(guān),特別是與光輻射的來(lái)源有關(guān)。更具體地說(shuō),蘋(píng)果為他們的TrueDepth攝像頭發(fā)明了一項(xiàng)改進(jìn)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(lái)iDevices和頭顯(AV/AR/MR)以及智能眼鏡的TrueDepth攝像頭。
蘋(píng)果公司發(fā)明了一種方法,用兩種不同的投射點(diǎn)圖案來(lái)照亮一個(gè)主體目標(biāo)。為了處理這兩個(gè)激光器產(chǎn)生的熱量,蘋(píng)果專(zhuān)利還涉及一個(gè)新的散熱器系統(tǒng)。
蘋(píng)果公司指出,各種便攜式計(jì)算設(shè)備,如智能手機(jī)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)設(shè)備、虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)設(shè)備和智能眼鏡,由緊湊的光輻射源組成。(在本說(shuō)明和權(quán)利要求中使用的術(shù)語(yǔ) "光射線(xiàn)"、"光輻射 "和 "光",一般指任何和所有的可見(jiàn)光、紅外線(xiàn)和紫外線(xiàn)輻射)。
例如,一個(gè)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(dá)到特征照明和識(shí)別的目的。
另一個(gè)源可以投射圖案化輻射,以便用點(diǎn)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(jì)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(lèi)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(guò)高,這往往會(huì)降低VCSEL的效率,導(dǎo)致在給定驅(qū)動(dòng)電流下的光功率輸出減少,發(fā)射波長(zhǎng)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(huì)導(dǎo)致整個(gè)陣列的發(fā)射器光功率和波長(zhǎng)產(chǎn)生變化。
為了解決這個(gè)問(wèn)題,美國(guó)專(zhuān)利9,735,539號(hào)(其公開(kāi)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(gè)半導(dǎo)體襯底,具有正面和背面,并具有至少一個(gè)從背面穿過(guò)半導(dǎo)體襯底延伸到正面附近的空腔。至少一個(gè)光電發(fā)射器形成在半導(dǎo)體襯底的正面上,與至少一個(gè)空腔接近。導(dǎo)熱材料至少部分地填充了至少一個(gè)空腔,并被配置為作為至少一個(gè)光電發(fā)射器的散熱器。
在本發(fā)明的實(shí)施方案中,不同焦距質(zhì)量的輻射源被組合成一個(gè)單一的光電裝置,包括一個(gè)光學(xué)元件,如透鏡和兩個(gè)單片發(fā)射器陣列,兩者都通過(guò)光學(xué)元件發(fā)射光束。其中一個(gè)陣列位于光學(xué)元件的后焦平面,而另一個(gè)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(duì)應(yīng)的模式在目標(biāo)區(qū)域投射圖案化輻射,由離開(kāi)后焦平面的陣列發(fā)射的光束是失焦的。在所披露的實(shí)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(lèi)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(lái)選擇的。在一些實(shí)施方案中,散焦是足夠的,以便投射的光束形成一個(gè)寬闊的、基本均勻的泛光照明領(lǐng)域。
在另一個(gè)實(shí)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(diǎn))的大小隨著與設(shè)備距離的變化而不同。
將兩個(gè)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(píng)果公司的發(fā)明通過(guò)提供一個(gè)散熱器來(lái)解決這些問(wèn)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(gè)平臺(tái)。兩個(gè)單片發(fā)射器陣列分別安裝在兩個(gè)平臺(tái)上,從而將兩個(gè)陣列定位在不同的高度上。
本發(fā)明進(jìn)一步描述了將兩個(gè)單片陣列安裝在兩個(gè)平臺(tái)上為兩個(gè)陣列提供所需的不同焦距(與光學(xué)元件的距離)。
圖源:patentlyapple
蘋(píng)果公司的專(zhuān)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(píng)果公司的專(zhuān)利圖9是一個(gè)流程圖,示意性地說(shuō)明了使用不同焦距質(zhì)量的圖案化輻射進(jìn)行深度測(cè)繪的方法。
欲了解更多細(xì)節(jié),請(qǐng)查閱美國(guó)專(zhuān)利商標(biāo)局公布的蘋(píng)果專(zhuān)利申請(qǐng)20210364902??紤]到這是一項(xiàng)專(zhuān)利申請(qǐng),目前還不清楚包含該專(zhuān)利中所述技術(shù)的設(shè)備的上市時(shí)間。
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