苹果Apple Watch有望加入激光传感器，可实现更高精度的旋转感测

近日，美国专利商标局（USPTO）公布了苹果公司（Apple）的一项专利申请，该专利申请显示了一款带有激光旋转传感器的未来Apple Watch。

据介绍，采用激光传感器能够为智能手表提供更可靠、精度更高的旋转感测，主要是基于信号确定传感表面旋转运动的速度和方向。此外，这种传感系统还可以免去在表冠的旋转表面上形成精密光学处理或特征（例如下面所示的凹槽）的需要。

旋转传感系统的示意图（图源：USPTO）

在具体装置中，指向传感表面的光束轴可以斜向传感表面。定向到传感表面的光包括激光束，反射光则可以是激光束的反射部分，并且光学传感系统包括配置为发射激光束并接收激光束的反射部分的激光模块。

这种激光模块可以是垂直腔面发射激光器（VCSELs），而传感器则能够检测VCSEL发射的激光束和激光束经由外部反射部分之间的频率差异。 用户可以通过旋转输入（spins、twists、turn和其它旋转表冠的方式）来实现控制手表的操作，根据表冠的旋转方向修改设备的图形显示——例如滚动列表、选择或移动图形对象、在显示器上的对象之间移动光标等等。 平移输入可用于选择显示器上显示的项目、更改显示模式（例如，激活显示）、在图形界面模式之间或在图形界面模式之间更改等。

在某些情况下，表冠也可以作为设备的传感器（如生物识别传感器）的接触点。表冠可以包括窗口、电极等外部组件，用户可以通过触摸驱动生物识别传感器进行读取或测量。在某些情况下，电信号可以通过表冠定义的导电路径传输到内部传感器。 为了响应应用于表冠的旋转输入，传感系统用于检测表冠的速度和／或方向。该专利描述了一种基于激光的传感系统，可以高精度地检测齿冠旋转的速度和方向，同时占用设备中的小空间，并允许更简单和更高效的制造过程。

例如，基于激光的系统可以使用激光发射器，例如垂直腔面发射激光器（VCSELs），将激光束（例如相干光束）引导到表冠的旋转表面上。

激光束可以以这样的方式瞄准旋转表面，使来自激光束的部分光定向回激光发射器，并且可以使用反射光对激光发射器的影响来确定旋转的速度和方向。 更具体地说，激光束可以以倾斜于表面的角度瞄准旋转表面（例如，在激光束的入射区域不垂直于或平行于旋转表面）。在这种结构中，旋转表面的运动影响反射光的频率。

苹果公司指出，虽然这项专利可能主要应用于Apple Watch，但其应用可能会扩展到其他使用数码表冠（Digital Crown）的未来设备，如苹果的AirPods Max、混合现实头戴式设备、MacBook、iPad、iPhone等。