编译/VR陀螺

上周，美国专利商标局公布了苹果公司的一项专利申请，该专利与光电设备有关，特别是与光辐射的来源有关。更具体地说，苹果为他们的TrueDepth摄像头发明了一项改进技术，该摄像头通常用于FaceID和AR应用的通用3D映射。这将改善未来iDevices和头显（AV/AR/MR）以及智能眼镜的TrueDepth摄像头。

苹果公司发明了一种方法，用两种不同的投射点图案来照亮一个主体目标。为了处理这两个激光器产生的热量，苹果专利还涉及一个新的散热器系统。

苹果公司指出，各种便携式计算设备，如智能手机、增强现实（AR）设备、虚拟现实（VR）设备和智能眼镜，由紧凑的光辐射源组成。(在本说明和权利要求中使用的术语"光射线"、"光辐射"和"光"，一般指任何和所有的可见光、红外线和紫外线辐射)。

例如，一个源可以发出泛光辐射，用广泛而均匀的照明照亮目标区域，以达到特征照明和识别的目的。

另一个源可以投射图案化辐射，以便用点的图案照亮目标区域，用于该区域的三维（3D）绘图。有效散热是设计高功率光电发射器的主要挑战之一，如垂直腔表面发射激光器（VCSELs）。这类器件在发射器有源区产生大量的热量，导致发射器结温过高，这往往会降低VCSEL的效率，导致在给定驱动电流下的光功率输出减少，发射波长偏移，激光模式的质量下降，并降低工作寿命和可靠性。

在VCSEL阵列设备中，低效的散热导致发射器之间的温度不均匀，还会导致整个阵列的发射器光功率和波长产生变化。

为了解决这个问题，美国专利9,735,539号（其公开内容以引用方式并入本文）描述了一种光电装置，它包括一个半导体衬底，具有正面和背面，并具有至少一个从背面穿过半导体衬底延伸到正面附近的空腔。至少一个光电发射器形成在半导体衬底的正面上，与至少一个空腔接近。导热材料至少部分地填充了至少一个空腔，并被配置为作为至少一个光电发射器的散热器。

在本发明的实施方案中，不同焦距质量的辐射源被组合成一个单一的光电装置，包括一个光学元件，如透镜和两个单片发射器阵列，两者都通过光学元件发射光束。其中一个阵列位于光学元件的后焦平面，而另一个阵列从后焦平面偏移，例如轴向位移100μm或更多。

由后焦平面的阵列发射的光束被元件作为准直光束投射，从而以与阵列中发射器的布局相对应的模式在目标区域投射图案化辐射，由离开后焦平面的阵列发射的光束是失焦的。在所披露的实施方案中，单片阵列包括垂直腔表面发射激光器（VCSEL）的阵列，布置在半导体衬底上，如砷化镓（GaAs）衬底；但也可以使用其他类型的发射器。

散焦阵列的位置是根据所需的散焦程度来选择的。在一些实施方案中，散焦是足够的，以便投射的光束形成一个宽阔的、基本均匀的泛光照明领域。

在另一个实施方案中，散焦的选择使得从散焦阵列中投射的光束也能产生图案化的辐射。因此，设备投射出两种不同的图案，其图案元素（如斑点）的大小随着与设备距离的变化而不同。

将两个阵列精准地定位在离光学元件所需的距离范围内可能是很困难的。由于需要将发射器产生的大量热量吸收，这种困难就更大了。

苹果公司的发明通过提供一个散热器来解决这些问题，该散热器的形状是在散热器底部以上的不同高度确定两个平台。两个单片发射器阵列分别安装在两个平台上，从而将两个阵列定位在不同的高度上。

本发明进一步描述了将两个单片阵列安装在两个平台上为两个阵列提供所需的不同焦距（与光学元件的距离）。

图源：patentlyapple

苹果公司的专利图2a和2b是用图案辐射和泛光辐射照亮目标区域的光电设备的示意性侧视图；图2c和2d是用具有不同焦距特性的图案辐射照亮目标区域的光电设备的示意性侧视图。

苹果公司的专利图9是一个流程图，示意性地说明了使用不同焦距质量的图案化辐射进行深度测绘的方法。

欲了解更多细节，请查阅美国专利商标局公布的苹果专利申请20210364902。考虑到这是一项专利申请，目前还不清楚包含该专利中所述技术的设备的上市时间。

来源：patentlyapple