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從優(yōu)化圖像到在虛擬現(xiàn)實或增強現(xiàn)實中復(fù)制物理控制器，再到確保完美的音頻，這一切都是蘋果最新發(fā)布的作品，其中包括傳聞中的頭戴式顯示器或AR眼鏡。

蘋果公司幾乎沒有透露它已經(jīng)制定了虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實計劃的秘密，但是一系列五項新的專利申請顯示了這些計劃的詳細程度。專利分別提交給不同的發(fā)明團隊，涵蓋了從佩戴頭戴式顯示器時看到的內(nèi)容到不佩戴頭戴式顯示器時看到的所有內(nèi)容。

五個中的三個主要與確保呈現(xiàn)給用戶的圖像清晰，清晰，照明均勻且亮度足夠有關(guān)。每個人都還關(guān)注如何在頭戴式顯示器的約束范圍內(nèi)實現(xiàn)這一點。

“波導(dǎo)顯示系統(tǒng)”，美國專利號20200089014專門介紹了一種在不使頭戴式顯示器因笨重的設(shè)備而沉重的情況下獲取高質(zhì)量圖像的方法。

它解釋說：“帶有顯示器的電子設(shè)備可以用來為用戶顯示內(nèi)容。” “如果不小心，用于在電子設(shè)備中為用戶顯示內(nèi)容的組件可能會難看且笨重，并且可能無法展現(xiàn)出所需的光學(xué)性能。”

VR通過劃分創(chuàng)建圖像的投影儀和用戶可以看到的鏡頭來解決此問題。對于增強現(xiàn)實系統(tǒng)，該圖像與用戶正在查看的現(xiàn)實世界相結(jié)合。路由AR圖像并將其與實際圖像相結(jié)合，依賴于稱為波導(dǎo)的光學(xué)系統(tǒng)。蘋果計劃嵌入“光束分離器結(jié)構(gòu)”，以保持與AR和現(xiàn)實不同的照明水平一致。

“電子設(shè)備可能具有發(fā)射圖像光的顯示器，波導(dǎo)和將圖像光耦合到波導(dǎo)中的輸入耦合器，”該專利繼續(xù)說。“分束器結(jié)構(gòu)可以在二維范圍內(nèi)（例如，在波導(dǎo)的橫向區(qū)域上）復(fù)制光束。通過這種方式，可以為眼箱提供來自顯示器的均勻強度的光，該光穿過顯示器的整個區(qū)域并用于寬廣的視野觀點。”

該波導(dǎo)專利歸功于十個發(fā)明家，其中包括彭國林，埃里克·漢索特（Eric J. Hansotte），以及另外四位發(fā)明家，他們也分享了先前的“ 顯示器光學(xué)系統(tǒng) ”專利。

接下來，單獨的專利申請“掃描顯示系統(tǒng)”，美國專利號20200088994，也與用戶看到的圖像有關(guān)，但特別涉及其亮度和分辨率。

該專利說：“形成具有足夠光學(xué)亮度，顯示分辨率和緊湊性以進行可擴展使用的投影和顯示系統(tǒng)是一項挑戰(zhàn)，”該專利還指出，頭戴式顯示器必須堅固耐用。“必須格外小心，以考慮包括跌落沖擊和熱負荷在內(nèi)的用戶情況。”

濫用耳機可能會損壞后視鏡，但在某些系統(tǒng)中，后視鏡會在正常操作中變形。所描述的系統(tǒng)使用掃描鏡或旋轉(zhuǎn)鏡，并且鏡的尺寸和旋轉(zhuǎn)速度存在問題。

“通常，”該專利繼續(xù)說道，“希望在光學(xué)系統(tǒng)中提供盡可能大的反射區(qū)域（例如，直徑為1.2-2.0毫米）的掃描鏡，以便在遠場域中最大化圖像分辨率。”

它繼續(xù)說：“但是，高速掃描反射鏡會導(dǎo)致反射鏡發(fā)生物理變形（特別是相對較大的反射鏡），這會發(fā)散圖像光，從而限制了遠場的圖像分辨率。”

此處提出的系統(tǒng)將改為使用“以對角行和對齊垂直列排列的交錯發(fā)光元件陣列”。目的是提供一種光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)可以“克服這些困難，以高幀速提供高分辨率（低發(fā)散）圖像，同時仍允許光學(xué)系統(tǒng)安裝在［頭戴式耳機］的受限尺寸范圍內(nèi)”。

使用VR混合現(xiàn)實世界的對象

頭戴式顯示器除了要在用戶擁有的任何真實視圖旁邊顯示AR圖像外，還要求用戶能夠看到和操縱外部對象。如果他們正在觀看整個虛擬現(xiàn)實空間，則用戶將看不到他們甚至可能持有的控制器等設(shè)備。

“跟蹤和漂移校正，” 美國專利號為20200089313的發(fā)明人穆罕默德·薩利姆·本·Himane，旨在與幫助。

該專利說：“ ［現(xiàn)有］系統(tǒng)無法充分跟蹤此類獨立設(shè)備相對于內(nèi)容提供設(shè)備的位置，因此無法顯示此類獨立設(shè)備或它們的表示來指導(dǎo)用戶的交互。”

“例如，佩戴具有CGR（計算機生成的現(xiàn)實）環(huán)境的頭戴式設(shè)備（HMD）的用戶將需要查看其在CGR環(huán)境中的移動電話的代表，才能使用觸摸屏的手機作為輸入設(shè)備”，它將繼續(xù)。“但是，由于無法準(zhǔn)確，一致且有效地跟蹤手機與HMD的相對位置，

在蘋果公司提出的系統(tǒng)中，可以精確跟蹤現(xiàn)實世界中的電話，以便可以在正確的位置顯示虛擬版本。“當(dāng)用戶虛擬觸摸虛擬遙控器上的虛擬按鈕時，用戶實際上觸摸第二設(shè)備的觸摸屏的相應(yīng)部分，該部分被視為控制或啟動與虛擬環(huán)境的交互的輸入。”

音頻問題

這些專利中的每一個都詳細說明了方法和應(yīng)用，但是并不是所有的專利都只與顯示給用戶的圖像有關(guān)。美國專利號20200089008的 “具有多模式音頻的顯示設(shè)備” 集中于用戶聽到的內(nèi)容。

除了可顯示圖像的近眼顯示器外，頭戴式顯示器還將具有可調(diào)節(jié)的耳機，以適應(yīng)所呈現(xiàn)音頻的類型。

該專利說：“音頻操作的靈活性通常是可取的，因為它允許在各種設(shè)置或環(huán)境中使用該系統(tǒng)。”該專利歸功于五位發(fā)明家。其中包括Robert D. Silfvast，Christopher T. Eubank和Neal D. Evans，他們最近在“ Apple眼鏡”的可移動耳機專利中被列為發(fā)明人。

“例如，在虛擬現(xiàn)實（VR）的背景下，可能需要更身臨其境的音頻體驗（例如，阻止或消除外部噪聲），而在增強現(xiàn)實（AR）或混合現(xiàn)實（MR）的背景下，外部噪聲的重要性可能會降低。”

頭戴式顯示器不戴在頭上

這五項專利中最令人意外的也許是Paul X. Wang提出的“帶有內(nèi)部顯示器和外部可訪問輸入輸出設(shè)備的電子設(shè)備”，美國專利號20200088999。這是關(guān)于不戴在頭上的頭戴式顯示器發(fā)生的情況。

這個想法是，用戶可以摘下這種耳機，并且仍然能夠以某種方式使用它。

該專利說：“在某些情況下，用戶與諸如頭戴式電子設(shè)備之類的電子設(shè)備進行交互可能具有挑戰(zhàn)性。但是，當(dāng)不佩戴頭戴式電子設(shè)備時，用戶無法在顯示器上查看內(nèi)容，這會妨礙用戶與設(shè)備和相關(guān)設(shè)備進行互動的能力。”

該系統(tǒng)可以將圖像“投射到附近的表面上”，而不是將圖像投射到頭戴式顯示器的目鏡上。例如，蘋果公司建議這可以為用戶提供一種控制設(shè)備的方式。

它說：“圖像可能包括一個虛擬鍵盤，用戶可以與之交互。”

蘋果公司正在研究AR / VR頭戴式顯示器戴在頭上時的外觀和聲音，以及不戴時如何使用。然后，這五項新專利申請的范圍很廣，但它們只是十多年以來的最新專利。