苹果AR眼镜专利基本都在这里了

昨天,苹果在春季教育专场发布会上发布了多款配件产品以及主打教育的新入门款9.7寸的iPad。新款iPad的主要亮点在于支持Apple Pencil和提供更好的增强现实体验,并且价格相对亲民。

不过，今天我们要说的不是这次苹果发布的产品，而是最近苹果公布的几个VR和AR眼镜方面的专利。

显示系统

苹果关于显示系统的专利有两种，一种是反射式显示系统（申请时间大多在2016年之前）；另一种是光波导显示（申请时间大多是2016或者2017年）。

先看反射式显示，显示系统是具有一个或多个透镜元件的折反射光学系统，该透镜元件由玻璃或塑料之类的透明材料形成并具有反射结构。透镜元件可以包括平凸透镜元件和平凹透镜元件。平凸透镜元件可以具有凸面或者是相对的平面。平凹透镜元件可以具有凹面和与平凸透镜元件的平面相同的平面表面。

在平凸透镜元件的凸表面上可以存在部分反射镜，或者也可以在平凸透镜的平面上或平凹透镜的凹面上形成反射偏振片。也就是说，投射图像时会通过平凸透镜元件或者平凹透镜元件，而者两者的周围存在反射镜或者反射偏振片，这两者可以反射掉多余的光线，不至于影响图像的视觉体验。

而关于波导显示方案，苹果提出了一种波导方案的AR显示模组。

从专利中提供个图片来看，苹果的波导模块基本是我们常见的波导方案的描述方式。显示图形的画面光线通过透镜变换后，输入到耦入部分中，经过耦入部分的偏折，进而在波导片中折叠传播，最终经过耦出部分的再次偏折进入人眼。

这些都是比较常见的波导方案描述。

苹果在常见方案基础上添加了一定结构的波导装置，让经过波导的光线能更多地进入人眼，提高光线的利用率。

由于耦出部分的光线范围通常都大于人眼的区域，耦出部分的光线很可能无法进入人眼，造成了光线的效率损失，因此便添加了另一片波导片，专门用于把即将射出人眼可视范围的光线提前平移到能很容易地进入人眼的位置。

当然这样做会出现一个问题，在常见的光波导AR技术中，输出光线的范围扩大即可扩大出瞳，让用户能在较大范围内都很方便地观察到镜片所显示的内容，但在能量上便会有一定的损失，而苹果的这种方法虽然可以提高显示光能利用效率，但是出瞳也相应缩小，所以就需要下面提到的眼动追踪的支持。

眼动追踪

传统的虚拟现实和增强的现实系统可能出现需要捕获、生成和显示给用户的图像数据量太大, 以致影响系统的性能 (例如, 延迟增加), 并增加成本，对此通常的解决方法就是眼动追踪；而且如前所述，苹果特别的波导方案需要眼动追踪的支持，所以苹果最近公开的一个专利也谈到了头部姿势判断和眼动追踪的解决方案。

具体来说，这两者都是是利用眼镜上附带的感测器实现的。通过眼镜上附带的深度摄像头等感测器，可以得到周围环境的一系列立体图像，随后系统对这些立体图像进行识别，即可确定头部姿势；同时通过立体图像之间的区别，也可以分析出头部姿势的变化。

眼动追踪当然是依靠朝向眼镜的感测器了，感测器识别瞳孔相对眼睛中心的偏差，将它表示为两个向量，通过一系列计算变化，可以得出两眼视线的交集，从而知道注视的焦点。

而苹果的另一份专利提到，苹果的显示系统会使用眼动追踪渲染，注视的部分提高渲染的分辨率，注视点之外则会相应降低渲染。

3D文档

苹果的一份专利提到了通过VR或AR设备、键盘和手势识别系统来在3D空间中编辑文档的方案。

基本上，系统与基于2D的普通文本编辑器非常相似，不同点在于屏幕是悬浮在用户面前。除显示设备之外，这个系统还需要一个输入设备(例如键盘),用于输入和编辑文档中的文本或其他内容。

显示设备和输入设备可以通过有线或无线连接进行耦合，同时输入设备应用检测用户手势的感测技术，用户可以通过手势移动文档中选定的内容 (例如单词、段落句子、文本框等)。这可以用来突出特定元素，吸引其他人对这一部分的注意。但就这个功能看来，这个技术还是比较鸡肋的。

苹果对AR的野心众所周知，但我们也只能通过已经公开的专利猜测苹果AR眼镜的具体情况，只希望苹果能发扬一贯的风格，做出一款品质和功能用保证的AR眼镜（就是不知道买不买得起）。