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苹果|激光雷达一度价高又复杂 揭秘苹果如何将其塞进iPhone 12


苹果|激光雷达一度价高又复杂 揭秘苹果如何将其塞进iPhone 12
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腾讯科技讯10月17日消息 ， 据媒体报道 ， 最初的激光雷达传感器设计复杂 ， 售价一度高达75000美元 。 得益于垂直腔面发射激光器(VCSEL)和单光子雪崩二极管(SPAD)传感器技术 ， 苹果将激光雷达传感器简化并塞进了iPhone 12手机 。
在周二举行的iPhone 12发布会上 ， 苹果花大力气宣传其新型激光雷达传感器的功能 。 苹果公司表示 ， 激光雷达可以提高iPhone相机在低光照条件下的对焦速度 ， 还可能催生出新一代复杂的增强现实应用 。
周二的苹果发布会并没有提供什么iPhone12激光雷达实际工作原理的细节信息 ， 但这并不是苹果第一款配备激光雷达的设备 。 苹果在今年3月发布新一代iPad时首次推出了这项技术 。 虽然还没有人对iPhone 12进行过拆卸 ， 但大可以从拆解新款iPad中学到很多东西 。
激光雷达的工作原理是向目标发射激光并测量反射回来的时间 。 因为光是以恒定速度传播的 ， 所以往返时间可以转化为精确的距离估计 。 在二维网格上不断重复这个过程 ， 结果就能生成一个三维“点”图 ， 显示出房间、街道或其他特定地点周围的物体精确位置 。
今年6月份 ， 市场研究公司System Plus Consulting的一份分析报告发现 ， iPad搭载的激光雷达使用Lumentum公司制造的VCSEL发射激光 。 然后使用索尼提供的一种SPAD传感器来检测反射回来的激光 。
VCSEL和SPAD器件最大的卖点之一是 ， 它们都可以使用传统的半导体制造技术制成 ， 因此可以受益于半导体行业巨大的规模经济 。 随着基于VCSEL的传感器越来越普遍 ， 它们可能会变得更便宜更好 。
两家致力于制造基于VCSEL的高端激光雷达公司Ouster和Ibeo在拥挤的激光雷达市场已经获得了更多关注 。 很多智能手机制造商惯于效仿苹果的举措 ， 其采用这项技术的决定或将在未来几年为相应的激光雷达设备提供一个不错的推动力 。
VCSEL技术帮助苹果公司造出极其简单的激光雷达
苹果|激光雷达一度价高又复杂 揭秘苹果如何将其塞进iPhone 12
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第一款三维激光雷达传感器是由Velodyne在十多年前发明的 。 这套可旋转装置的价格约为7.5万美元 ， 比智能手机高得多 。 为了在每部iPhone中安装上激光雷达传感器 ， 苹果公司需要大幅降低设备价格和体积 ， VCSEL帮助苹果公司做到了这一点 。
VCSEL到底是什么？如果用传统的半导体制造技术制造一个发射激光器 ， 有两个基本选择 。 从晶圆片侧面发射激光的称为边缘发射激光器（edge-emitting laser） ， 而从晶圆片顶部发射激光的被称为垂直腔面发射激光器（VCSEL) 。
一般而言 ， 边缘发射激光器的功率更大 。 但VCSEL已经在光学鼠标到光学网络设备等领域应用了几十年 。 传统上认为VCSEL不适合需要大量光照的高端应用程序 ， 但随着技术成熟 ， VCSEL也已经变得更加强大 。
制作边缘发射激光器通常需要切割晶圆 ， 增加了制造过程的成本和复杂性 ， 并限制了晶圆上激光器的数量 。 相比之下 ， VCSEL发出的光垂直于晶圆片 ， 因此不需要进行单独切割或封装 。 这意味着单个硅片可以容纳数十、数百甚至数千个VCSEL 。 理论上讲 ， 一个拥有数千个VCSEL的芯片量产成本不会超过几美元 。
这与SPAD传感器类似 。 顾名思义 ， SPAD传感器的灵敏度足以探测到单个光子 。 高灵敏度意味着它们会探测到大量噪音 。 因此 ， 在像激光雷达这样的应用中使用SPAD传感器需要复杂的处理过程 。 但SPAD的一大优势和VCSEL一样 ， 可以用传统的半导体技术来制造 ， 而且成千上万SPAD可以装在一个硅芯片上 。
VCSEL和SPAD技术的组合使传统激光雷达设计发生戏剧性的简化 。 Velodyne最初研制出的三维激光雷达在一个旋柱上安装了64个单独封装的发射激光器 ， 而每一个发射激光器都有一个相匹配的激光探测器 。 这种复杂设计加之需要对每个发射激光器和探测器进行精确排列 ， 是早期激光雷达装置如此昂贵的原因之一 。


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