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雷鋒網(wǎng)按：不少人對Magic Leap的期待落空后，只能將期望寄托于2021年會(huì)發(fā)布的蘋果AR眼鏡。近日 Patently Apple 在歐洲又發(fā)現(xiàn)了蘋果的新專利，該專利與傳說中的蘋果眼鏡密切相關(guān)，專利中的頭戴設(shè)備不但支持蘋果主推的 AR，還一并支持 VR 和全息內(nèi)容的顯示。專利詳細(xì)描述了蘋果的光波導(dǎo)方案，與Magic Leap的兩層光波導(dǎo)方案相比，蘋果可以顯示遠(yuǎn)中近三層圖像平面。
產(chǎn)品展望：蘋果的頭戴顯示設(shè)備專利未來可能還會(huì)進(jìn)化成多種產(chǎn)品，比如便攜消費(fèi)電子（手機(jī)、平版電腦、眼鏡和其它穿戴設(shè)備）、抬頭顯示器（飛機(jī)和汽車座艙等）和基于顯示器的設(shè)備（投影儀、電視等）。上述設(shè)備可能會(huì)包含屏幕和其它光學(xué)組件，系統(tǒng)則會(huì)支持混合（MR/VR/AR）現(xiàn)實(shí)等內(nèi)容。
專利背景：頭戴顯示器可以用來顯示 VR 和 AR 內(nèi)容。顯示 AR 內(nèi)容時(shí)，它會(huì)將計(jì)算機(jī)生成的圖像覆蓋在現(xiàn)實(shí)世界的物體上，而屏幕和光學(xué)系統(tǒng)則用于生成圖像并將圖像展示給用戶。
如果技術(shù)達(dá)不到要求，那么頭戴設(shè)備上展示內(nèi)容的零部件可能就會(huì)異常龐大且丑陋，而且這樣湊合的設(shè)計(jì)可能也無法實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的光學(xué)性能。
類似頭戴顯示器這樣的光學(xué)設(shè)備大都需要搭載能生成圖像的顯示系統(tǒng)。一套搭載了一個(gè)或更多光波導(dǎo)管的光學(xué)系統(tǒng)和輸入/輸出耦合器系統(tǒng)也能用于為用戶分發(fā)圖像。
據(jù)雷鋒網(wǎng)了解，這套顯示系統(tǒng)可能擁有一個(gè)或多個(gè)像素陣列，例如硅上液晶（LCOS）像素陣列。來自顯示系統(tǒng)的圖像可能會(huì)通過耦合器系統(tǒng)耦合到一個(gè)或更多光波導(dǎo)管，當(dāng)然也有可能用輸出耦合器系統(tǒng)耦合進(jìn)多個(gè)圖像平面中的光波導(dǎo)管。
輸入和輸出耦合器系統(tǒng)可能會(huì)搭載單耦合器、耦合器堆棧和鋪瓦式陣列耦合器。這些耦合器可能是薄平面體積全息圖，也可能是其他光學(xué)耦合器，它們可以將光耦合進(jìn)或耦合到延長的帶狀光波導(dǎo)管上下表面。
類似波長、偏振、時(shí)間分割和角多路復(fù)用技術(shù)的圖像信號(hào)都有不同的角定向范圍，透鏡可調(diào)技術(shù)也可用于向用戶展示多個(gè)圖像平面上圖像。
下圖就是蘋果專利中的頭戴顯示器示意圖。
圖1
這款頭戴顯示器 #10 可能搭載有輸入-輸出電路 #52，它讓頭戴顯示器能從外部設(shè)備接收數(shù)據(jù)，同時(shí)讓用戶能完成輸入。輸入-輸出電路 #52 中的零部件還能讓頭戴顯示器為用戶提供輸出功能，甚至幫他們與外部電子設(shè)備進(jìn)行交流。
輸入-輸出電路 #52 中的攝像頭或其它設(shè)備可能會(huì)朝向用戶眼睛并追蹤他們的眼部活動(dòng)。傳感器 #70 則可能整合了位置和動(dòng)作傳感器（如羅盤、陀螺儀、GPS 和加速度計(jì)等），以監(jiān)控頭戴顯示器 #10 的位置、朝向和動(dòng)作。
舉例來說，利用傳感器 #70 和控制電路 #50 就能監(jiān)控用戶頭部相對于周圍環(huán)境的朝向。利用傳感器，用戶頭部的動(dòng)作也能進(jìn)行實(shí)時(shí)追蹤。
FIG.2 中的支撐結(jié)構(gòu) #16 稍加配置就能改造出一副眼鏡，當(dāng)然也能做成頭盔、護(hù)目鏡或其它形式的頭戴設(shè)備。
光學(xué)系統(tǒng)稍加設(shè)定就能顯示不同圖像平面 #94 上的不同圖片。這就意味著較遠(yuǎn)的物體（如風(fēng)景圖中的山巔）會(huì)出現(xiàn)在較遠(yuǎn)的圖像平面上（如遠(yuǎn)場圖像平面 #94D），較近的物體會(huì)出現(xiàn)在較近的圖像平面上（如近場圖像平面 #94N），而其他物體可能就會(huì)出現(xiàn)在中距離的圖像平面上（#94-I）。通過這樣的解決方案，就能為用戶帶來逼真的 3D 圖像內(nèi)容，同時(shí)減少用戶眼部疲勞和不適。
圖2
蘋果專利中的 FIG.2（上圖）是頭戴設(shè)備的俯視圖。
全息系統(tǒng)：下圖 FIG.6 是光學(xué)系統(tǒng)（帶有光波導(dǎo)管和鄰近的像素陣列）的截面?zhèn)纫晥D，這套系統(tǒng)搭載了光波導(dǎo)管、像素陣列和輔助全息輸入耦合器和全息輸出耦合器堆棧，它們會(huì)各自對光線做出反應(yīng)，這些光線有不同的朝向、范圍和圖像平面。
圖3
可調(diào)透鏡：下圖 FIG.13 是光學(xué)系統(tǒng)圖解，其中涉及到了呈現(xiàn)圖像的可調(diào)透鏡、光波導(dǎo)管和輸入-輸出耦合器。
圖4
傳感器：蘋果在專利中指出，它們的頭戴設(shè)備將配備溫度、觸摸、電容、光感、氣體、壓力濕度、磁性、形變和力傳感器等。
音頻部件：音頻部件肯定少不了采集語音命令和其它音頻輸入的麥克風(fēng)，當(dāng)然提供音頻輸出的揚(yáng)聲器也不會(huì)落下（如入耳式耳機(jī)、骨傳導(dǎo)揚(yáng)聲器等）。
觸覺反饋：輸入-輸出設(shè)備可能會(huì)配備觸覺輸出設(shè)備（如振動(dòng)機(jī)構(gòu)），發(fā)光二級(jí)光或其它光源和輸出部件。
無線通訊：設(shè)備電路可能會(huì)支持有線和無線連接，以方便頭戴顯示器與外部設(shè)備“溝通”（如遙控、操縱桿、便攜電子設(shè)備、計(jì)算機(jī)、屏幕和其它輸入手柄等）。這樣一來，信號(hào)就能在頭戴顯示器不同部位上的零部件間自由傳輸了。
蘋果這份專利申請今年第一季度才提交，9 月 13 日正式在歐洲通過。
雷鋒網(wǎng)注意到，題圖來自蘋果 2013 年申請的一份頭盔顯示器（HMD）專利，而今天這份專利則是實(shí)用專利，它聚焦于設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)而非外觀。也就是說，這并不是一份設(shè)計(jì)專利，因此其中的任何頭戴顯示器圖片都是用來解釋產(chǎn)品原理的。當(dāng)然，粉絲們也不用擔(dān)心，有 Jony Ive 和他的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)坐鎮(zhèn)，無論是頭戴設(shè)備還是眼鏡，蘋果在設(shè)計(jì)上都不會(huì)讓人失望。
Via. Patently Apple
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