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苹果获新VR/AR头显专利,专注于眼镜式设计

2018-11-26 11:49 来源:TechWeb

据Patentlyapple报道,苹果日前在欧洲获批了一份与光学系统有关的专利。更具体地说,这份苹果专利与头显设备的光学系统相关。尽管专利确实涵盖了用于观看影视内容和开玩VR游戏的传统头显设备,但文件的大部分笔墨都诉诸于可以实现混合现实影像的智能眼镜身上。

诸如虚拟现实/增强现实头显之类的头戴式设备是通过显示器来生成图像,并使用透镜将其呈现给用户眼睛。当前头显相对笨重,难以穿戴使用比较难受。用于这种设备的光学系统同样巨大且笨重,并且可能无法进行有效调节。搭载这种类型光学系统的头显不适合长时间穿戴,而苹果的发明则旨在克服这些负面因素。

 

苹果发明涉及一种头戴式显示设备,其包括显示系统和光学系统。显示系统可以包含产生图像的显示器。

定位器可以相对于用户眼睛移动显示器,并可用于调整显示器的水平间隔以适应不同用户瞳孔间距离的差异。另外,定位器可以调整垂直显示位置以适应不同用户的面部解剖结构差异,并能够用于调整眼睛-显示器间距以改变焦点。

光学系统可包括可调透镜,如可调谐柱状液晶透镜。用户可通过透镜感知显示器。光学系统可以包括结合可调谐柱状透镜使用的固定球面透镜。

头显可以集成传感器以测量用户眼睛的屈光不正。系统通过相对于用户眼睛位置调整显示位置,和/或根据显示器内容和眼睛屈光不正数据来调整透镜设置,从而增强观影舒适度。

传感器可以包括波导和体三维全息图,以及用于采集从用户眼睛视网膜反射光线的摄像头。

系统可以通过调整透镜和/或调整显示器位置来校正诸如远视,近视和散光之类的屈光不正。

头显可用于虚拟现实和增强现实系统。例如,用户佩戴的一对虚拟现实头显可用于向用户提供虚拟现实内容。如图1所示,诸如虚拟现实头显这样的头戴式设备可用于向用户提供虚拟现实内容。

 

如图1所示,头戴式显示器#10可以包括生成影像的显示系统#40,并且可以搭载光学系统#20,用户(参见眼睛#46)可以通过光学系统#20浏览朝方向#48查看显示系统生成的图像。

显示系统可以基于液晶显示器,有机发光二极管显示器,搭载晶体半导体发光二极管裸片阵列的显示器,硅上液晶显示器,微机电系统显示器,和/或基于其他显示技术的显示器。对于用户的左眼和右眼,系统#40中可以包括单独的左和右显示器,或者横跨双眼的单个显示器。

设备可以通过控制电路#42,和/或头显外部的控制电路来提供视觉内容。

控制电路可以包括存储器,例如硬盘存储器,易失性和非易失性存储器,用于形成固态驱动器的电可编程存储器,以及其他存储器。它还可以包括一个或多个微处理器,微控制器,数字信号处理器,图形处理器,基带处理器,专用集成电路和其他处理电路。

控制电路中的通信电路可用于发送和接收数据(例如,无线和/或通过有线路径)。它还可以通过显示系统来显示内容,如虚拟现实内容,用于电影或其他媒体的预录制视频,或其他图像。

接下来,图1中的输入输出设备#44可以耦合到控制电路,并可以用于采集来自用户的用户输入,对头显设备周围环境进行测量,向用户提供输出,和/或被作为外部电子设备提供输出。输入输出设备可以包括按钮,键盘,键盘键,触摸传感器,显示器,触摸屏显示器,麦克风,扬声器,用于向用户提供视觉输出的发光二极管,以及传感器(如磁传感器,加速度计,陀螺仪,接近传感器,电容式触摸传感器,应变仪,气体传感器,压力传感器,环境光传感器等)。

如果需要,输入输出设备可以包括测量用户眼睛特征的感测系统。例如,Shack-Hartmann波前传感器等波前传感器,Tscherning传感器或射线追踪传感器可用于测量用户眼睛中的屈光误差,例如散光,远视和近视。

设备输入同时可以包括用于捕捉用户周围环境的摄像头。

 

图2中的设备形状可以是眼镜框架形状,可以是头显形状,或者是允许用户穿戴在头部的任何合适形状。

头显外壳可以由塑料,金属,纤维复合材料组成,如碳纤维材料,木材等其他天然材料,玻璃,以及其他材料。

 

对于上图6B,非球面透镜77A正在准直来自LED光源#73的光线#74。

如图6C所示,准直光学组件#71可仅包括LED#73和复合抛物面聚光器#77B。通过放置在空心抛物面镜#77C的焦点位置,准直光学组件可以采集和准直光线#74。

如图6D所示,组件#71可包含透镜阵列#77C和聚光透镜#79。

诸如体三维全息图或其他全息耦合器的输入和输出耦合器可用于将光线耦合到或耦合出图6A中的波导端部。耦合器存在方向性,意味着光线可以在一个方向上进入体三维全息图。

苹果在专利文件中指出:“用户输入包括医学镜片,而控制电路配置为根据医学镜片调整显示器与定位器的位置。”

苹果专利申请最初于2018年5月提交,并于2018年11月22日在欧洲发布。考虑到这是一项专利申请,目前尚未知道这项技术将于何时登陆市场。

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