苹果在AR眼镜和VR耳机中实现完美图像

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从优化图像到在虚拟现实或增强现实中复制物理控制器，再到确保完美的音频，这一切都是苹果最新发布的作品，其中包括传闻中的头戴式显示器或AR眼镜。

苹果公司几乎没有透露它已经制定了虚拟现实和增强现实计划的秘密，但是一系列五项新的专利申请显示了这些计划的详细程度。专利分别提交给不同的发明团队，涵盖了从佩戴头戴式显示器时看到的内容到不佩戴头戴式显示器时看到的所有内容。

五个中的三个主要与确保呈现给用户的图像清晰，清晰，照明均匀且亮度足够有关。每个人都还关注如何在头戴式显示器的约束范围内实现这一点。

“波导显示系统”，美国专利号20200089014专门介绍了一种在不使头戴式显示器因笨重的设备而沉重的情况下获取高质量图像的方法。

它解释说：“带有显示器的电子设备可以用来为用户显示内容。” “如果不小心，用于在电子设备中为用户显示内容的组件可能会难看且笨重，并且可能无法展现出所需的光学性能。”

VR通过划分创建图像的投影仪和用户可以看到的镜头来解决此问题。对于增强现实系统，该图像与用户正在查看的现实世界相结合。路由AR图像并将其与实际图像相结合，依赖于称为波导的光学系统。苹果计划嵌入“光束分离器结构”，以保持与AR和现实不同的照明水平一致。

“电子设备可能具有发射图像光的显示器，波导和将图像光耦合到波导中的输入耦合器，”该专利继续说。“分束器结构可以在二维范围内（例如，在波导的横向区域上）复制光束。通过这种方式，可以为眼箱提供来自显示器的均匀强度的光，该光穿过显示器的整个区域并用于宽广的视野观点。”

该波导专利归功于十个发明家，其中包括彭国林，埃里克·汉索特（Eric J. Hansotte），以及另外四位发明家，他们也分享了先前的“ 显示器光学系统 ”专利。

接下来，单独的专利申请“扫描显示系统”，美国专利号20200088994，也与用户看到的图像有关，但特别涉及其亮度和分辨率。

该专利说：“形成具有足够光学亮度，显示分辨率和紧凑性以进行可扩展使用的投影和显示系统是一项挑战，”该专利还指出，头戴式显示器必须坚固耐用。“必须格外小心，以考虑包括跌落冲击和热负荷在内的用户情况。”

滥用耳机可能会损坏后视镜，但在某些系统中，后视镜会在正常操作中变形。所描述的系统使用扫描镜或旋转镜，并且镜的尺寸和旋转速度存在问题。

“通常，”该专利继续说道，“希望在光学系统中提供尽可能大的反射区域（例如，直径为1.2-2.0毫米）的扫描镜，以便在远场域中最大化图像分辨率。”

它继续说：“但是，高速扫描反射镜会导致反射镜发生物理变形（特别是相对较大的反射镜），这会发散图像光，从而限制了远场的图像分辨率。”

此处提出的系统将改为使用“以对角行和对齐垂直列排列的交错发光元件阵列”。目的是提供一种光学系统，该光学系统可以“克服这些困难，以高帧速提供高分辨率（低发散）图像，同时仍允许光学系统安装在［头戴式耳机］的受限尺寸范围内”。

使用VR混合现实世界的对象

头戴式显示器除了要在用户拥有的任何真实视图旁边显示AR图像外，还要求用户能够看到和操纵外部对象。如果他们正在观看整个虚拟现实空间，则用户将看不到他们甚至可能持有的控制器等设备。

“跟踪和漂移校正，” 美国专利号为20200089313的发明人穆罕默德·萨利姆·本·Himane，旨在与帮助。

该专利说：“ ［现有］系统无法充分跟踪此类独立设备相对于内容提供设备的位置，因此无法显示此类独立设备或它们的表示来指导用户的交互。”

“例如，佩戴具有CGR（计算机生成的现实）环境的头戴式设备（HMD）的用户将需要查看其在CGR环境中的移动电话的代表，才能使用触摸屏的手机作为输入设备”，它将继续。“但是，由于无法准确，一致且有效地跟踪手机与HMD的相对位置，

在苹果公司提出的系统中，可以精确跟踪现实世界中的电话，以便可以在正确的位置显示虚拟版本。“当用户虚拟触摸虚拟遥控器上的虚拟按钮时，用户实际上触摸第二设备的触摸屏的相应部分，该部分被视为控制或启动与虚拟环境的交互的输入。”

音频问题

这些专利中的每一个都详细说明了方法和应用，但是并不是所有的专利都只与显示给用户的图像有关。美国专利号20200089008的 “具有多模式音频的显示设备” 集中于用户听到的内容。

除了可显示图像的近眼显示器外，头戴式显示器还将具有可调节的耳机，以适应所呈现音频的类型。

该专利说：“音频操作的灵活性通常是可取的，因为它允许在各种设置或环境中使用该系统。”该专利归功于五位发明家。其中包括Robert D. Silfvast，Christopher T. Eubank和Neal D. Evans，他们最近在“ Apple眼镜”的可移动耳机专利中被列为发明人。

“例如，在虚拟现实（VR）的背景下，可能需要更身临其境的音频体验（例如，阻止或消除外部噪声），而在增强现实（AR）或混合现实（MR）的背景下，外部噪声的重要性可能会降低。”

头戴式显示器不戴在头上

这五项专利中最令人意外的也许是Paul X. Wang提出的“带有内部显示器和外部可访问输入输出设备的电子设备”，美国专利号20200088999。这是关于不戴在头上的头戴式显示器发生的情况。

这个想法是，用户可以摘下这种耳机，并且仍然能够以某种方式使用它。

该专利说：“在某些情况下，用户与诸如头戴式电子设备之类的电子设备进行交互可能具有挑战性。但是，当不佩戴头戴式电子设备时，用户无法在显示器上查看内容，这会妨碍用户与设备和相关设备进行互动的能力。”

该系统可以将图像“投射到附近的表面上”，而不是将图像投射到头戴式显示器的目镜上。例如，苹果公司建议这可以为用户提供一种控制设备的方式。

它说：“图像可能包括一个虚拟键盘，用户可以与之交互。”

苹果公司正在研究AR / VR头戴式显示器戴在头上时的外观和声音，以及不戴时如何使用。然后，这五项新专利申请的范围很广，但它们只是十多年以来的最新专利。