蘋果AR眼鏡專利基本都在這裡了

昨天,蘋果在春季教育專場發布會上發布了多款配件產品以及主打教育的新入門款9.7寸的iPad。新款iPad的主要亮點在於支持Apple Pencil和提供更好的增強現實體驗,並且價格相對親民。

不過，今天我們要說的不是這次蘋果發布的產品，而是最近蘋果公布的幾個VR和AR眼鏡方面的專利。

顯示系統

蘋果關於顯示系統的專利有兩種，一種是反射式顯示系統（申請時間大多在2016年之前）；另一種是光波導顯示（申請時間大多是2016或者2017年）。

先看反射式顯示，顯示系統是具有一個或多個透鏡元件的折反射光學系統，該透鏡元件由玻璃或塑料之類的透明材料形成並具有反射結構。透鏡元件可以包括平凸透鏡元件和平凹透鏡元件。平凸透鏡元件可以具有凸面或者是相對的平面。平凹透鏡元件可以具有凹面和與平凸透鏡元件的平面相同的平面表面。

在平凸透鏡元件的凸表面上可以存在部分反射鏡，或者也可以在平凸透鏡的平面上或平凹透鏡的凹面上形成反射偏振片。也就是說，投射圖像時會通過平凸透鏡元件或者平凹透鏡元件，而者兩者的周圍存在反射鏡或者反射偏振片，這兩者可以反射掉多餘的光線，不至於影響圖像的視覺體驗。

而關於波導顯示方案，蘋果提出了一種波導方案的AR顯示模組。

從專利中提供個圖片來看，蘋果的波導模塊基本是我們常見的波導方案的描述方式。顯示圖形的畫面光線通過透鏡變換後，輸入到耦入部分中，經過耦入部分的偏折，進而在波導片中摺疊傳播，最終經過耦出部分的再次偏折進入人眼。

這些都是比較常見的波導方案描述。

蘋果在常見方案基礎上添加了一定結構的波導裝置，讓經過波導的光線能更多地進入人眼，提高光線的利用率。

由於耦出部分的光線範圍通常都大於人眼的區域，耦出部分的光線很可能無法進入人眼，造成了光線的效率損失，因此便添加了另一片波導片，專門用於把即將射出人眼可視範圍的光線提前平移到能很容易地進入人眼的位置。

當然這樣做會出現一個問題，在常見的光波導AR技術中，輸出光線的範圍擴大即可擴大出瞳，讓用戶能在較大範圍內都很方便地觀察到鏡片所顯示的內容，但在能量上便會有一定的損失，而蘋果的這種方法雖然可以提高顯示光能利用效率，但是出瞳也相應縮小，所以就需要下面提到的眼動追蹤的支持。

眼動追蹤

傳統的虛擬現實和增強的現實系統可能出現需要捕獲、生成和顯示給用戶的圖像數據量太大, 以致影響系統的性能 (例如, 延遲增加), 並增加成本，對此通常的解決方法就是眼動追蹤；而且如前所述，蘋果特別的波導方案需要眼動追蹤的支持，所以蘋果最近公開的一個專利也談到了頭部姿勢判斷和眼動追蹤的解決方案。

具體來說，這兩者都是是利用眼鏡上附帶的感測器實現的。通過眼鏡上附帶的深度攝像頭等感測器，可以得到周圍環境的一系列立體圖像，隨後系統對這些立體圖像進行識別，即可確定頭部姿勢；同時通過立體圖像之間的區別，也可以分析出頭部姿勢的變化。

眼動追蹤當然是依靠朝向眼鏡的感測器了，感測器識別瞳孔相對眼睛中心的偏差，將它表示為兩個向量，通過一系列計算變化，可以得出兩眼視線的交集，從而知道注視的焦點。

而蘋果的另一份專利提到，蘋果的顯示系統會使用眼動追蹤渲染，注視的部分提高渲染的解析度，注視點之外則會相應降低渲染。

3D文檔

蘋果的一份專利提到了通過VR或AR設備、鍵盤和手勢識別系統來在3D空間中編輯文檔的方案。

基本上，系統與基於2D的普通文本編輯器非常相似，不同點在於屏幕是懸浮在用戶面前。除顯示設備之外，這個系統還需要一個輸入設備(例如鍵盤),用於輸入和編輯文檔中的文本或其他內容。

顯示設備和輸入設備可以通過有線或無線連接進行耦合，同時輸入設備應用檢測用戶手勢的感測技術，用戶可以通過手勢移動文檔中選定的內容 (例如單詞、段落句子、文本框等)。這可以用來突出特定元素，吸引其他人對這一部分的注意。但就這個功能看來，這個技術還是比較雞肋的。

蘋果對AR的野心眾所周知，但我們也只能通過已經公開的專利猜測蘋果AR眼鏡的具體情況，只希望蘋果能發揚一貫的風格，做出一款品質和功能用保證的AR眼鏡（就是不知道買不買得起）。

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