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專利曝光蘋果AR眼鏡光波導,有遠中近三個圖像平面

本文作者:大壯旅 2018-09-17 19:19
導語:當然,蘋果專利被雪藏的也不少。

專利曝光蘋果AR眼鏡光波導,有遠中近三個圖像平面

雷鋒網(公眾號:雷鋒網)按:不少人對Magic Leap的期待落空后,只能將期望寄托于2021年會發布的蘋果AR眼鏡。近日 Patently Apple 在歐洲又發現了蘋果的新專利,該專利與傳說中的蘋果眼鏡密切相關,專利中的頭戴設備不但支持蘋果主推的 AR,還一并支持 VR 和全息內容的顯示。專利詳細描述了蘋果的光波導方案,與Magic Leap的兩層光波導方案相比,蘋果可以顯示遠中近三層圖像平面。

產品展望:蘋果的頭戴顯示設備專利未來可能還會進化成多種產品,比如便攜消費電子(手機、平版電腦、眼鏡和其它穿戴設備)、抬頭顯示器(飛機和汽車座艙等)和基于顯示器的設備(投影儀、電視等)。上述設備可能會包含屏幕和其它光學組件,系統則會支持混合(MR/VR/AR)現實等內容。

專利背景:頭戴顯示器可以用來顯示 VR 和 AR 內容。顯示 AR 內容時,它會將計算機生成的圖像覆蓋在現實世界的物體上,而屏幕和光學系統則用于生成圖像并將圖像展示給用戶。

如果技術達不到要求,那么頭戴設備上展示內容的零部件可能就會異常龐大且丑陋,而且這樣湊合的設計可能也無法實現相應的光學性能。

類似頭戴顯示器這樣的光學設備大都需要搭載能生成圖像的顯示系統。一套搭載了一個或更多光波導管的光學系統和輸入/輸出耦合器系統也能用于為用戶分發圖像。

據雷鋒網了解,這套顯示系統可能擁有一個或多個像素陣列,例如硅上液晶(LCOS)像素陣列。來自顯示系統的圖像可能會通過耦合器系統耦合到一個或更多光波導管,當然也有可能用輸出耦合器系統耦合進多個圖像平面中的光波導管。

輸入和輸出耦合器系統可能會搭載單耦合器、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,也可能是其他光學耦合器,它們可以將光耦合進或耦合到延長的帶狀光波導管上下表面。

類似波長、偏振、時間分割和角多路復用技術的圖像信號都有不同的角定向范圍,透鏡可調技術也可用于向用戶展示多個圖像平面上圖像。

下圖就是蘋果專利中的頭戴顯示器示意圖。

專利曝光蘋果AR眼鏡光波導,有遠中近三個圖像平面

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備接收數據,同時讓用戶能完成輸入。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備進行交流。

輸入-輸出電路 #52 中的攝像頭或其它設備可能會朝向用戶眼睛并追蹤他們的眼部活動。傳感器 #70 則可能整合了位置和動作傳感器(如羅盤、陀螺儀、GPS 和加速度計等),以監控頭戴顯示器 #10 的位置、朝向和動作。

舉例來說,利用傳感器 #70 和控制電路 #50 就能監控用戶頭部相對于周圍環境的朝向。利用傳感器,用戶頭部的動作也能進行實時追蹤。

FIG.2 中的支撐結構 #16 稍加配置就能改造出一副眼鏡,當然也能做成頭盔、護目鏡或其它形式的頭戴設備。

光學系統稍加設定就能顯示不同圖像平面 #94 上的不同圖片。這就意味著較遠的物體(如風景圖中的山巔)會出現在較遠的圖像平面上(如遠場圖像平面 #94D),較近的物體會出現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出現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 圖像內容,同時減少用戶眼部疲勞和不適。

專利曝光蘋果AR眼鏡光波導,有遠中近三個圖像平面

圖2

蘋果專利中的 FIG.2(上圖)是頭戴設備的俯視圖。

全息系統:下圖 FIG.6 是光學系統(帶有光波導管和鄰近的像素陣列)的截面側視圖,這套系統搭載了光波導管、像素陣列和輔助全息輸入耦合器和全息輸出耦合器堆棧,它們會各自對光線做出反應,這些光線有不同的朝向、范圍和圖像平面。

專利曝光蘋果AR眼鏡光波導,有遠中近三個圖像平面

圖3

可調透鏡:下圖 FIG.13 是光學系統圖解,其中涉及到了呈現圖像的可調透鏡、光波導管和輸入-輸出耦合器。

專利曝光蘋果AR眼鏡光波導,有遠中近三個圖像平面

圖4

傳感器:蘋果在專利中指出,它們的頭戴設備將配備溫度、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,當然提供音頻輸出的揚聲器也不會落下(如入耳式耳機、骨傳導揚聲器等)。

觸覺反饋:輸入-輸出設備可能會配備觸覺輸出設備(如振動機構),發光二級光或其它光源和輸出部件。

無線通訊:設備電路可能會支持有線和無線連接,以方便頭戴顯示器與外部設備“溝通”(如遙控、操縱桿、便攜電子設備、計算機、屏幕和其它輸入手柄等)。這樣一來,信號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用專利,它聚焦于設備的機械結構而非外觀。也就是說,這并不是一份設計專利,因此其中的任何頭戴顯示器圖片都是用來解釋產品原理的。當然,粉絲們也不用擔心,有 Jony Ive 和他的設計團隊坐鎮,無論是頭戴設備還是眼鏡,蘋果在設計上都不會讓人失望。


Via. Patently Apple

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