編譯/VR陀螺

近日，美國專利商標局正式授予蘋果公司一項專利，該專利涉及解決“調節(jié)-集合不匹配問題”，該問題可能會導致某些用戶出現(xiàn)視疲勞、頭痛和/或惡心癥狀。新的 R1 芯片集成了這一功能。在介紹 Apple Vision Pro 時，蘋果技術開發(fā)集團副總裁 Mike Rockwell 說道：“傳感器和顯示器之間的延遲會導致運動不適。蘋果公司的全新 R1 處理器以 12 毫秒的速度將新圖像串流到顯示屏上，幾乎消除了延遲現(xiàn)象。R1 可確保體驗者感覺體驗就發(fā)生在眼前。”

蘋果公司在其新專利中解釋說，在立體系統(tǒng)中，顯示給用戶的圖像可能會欺騙眼睛，使其聚焦在遠處，而圖像實際上顯示在近處。換句話說，與投影圖像的焦深相比，眼睛可能試圖聚焦在不同的圖像平面或焦深上，從而導致眼睛疲勞和/或增加精神壓力。

調節(jié)-集合不匹配問題是不可取的，因為這可能會分散用戶的注意力，或以其他方式影響他們對VR或AR環(huán)境的享受和耐力水平（即耐受力）。

蘋果公司的授權專利涵蓋了AR和/或MR直接視網(wǎng)膜投射器系統(tǒng)的各種實施方案，例如，可以解決頭戴式 AR、MR 和 VR 系統(tǒng)中的調節(jié)-集合沖突。

專利描述了 AR 頭戴式設備（例如，頭盔、護目鏡或眼鏡）的實施方案，這些實施方案可包括或實現(xiàn) AR 系統(tǒng)的不同技術和組件。

在一些實施例中，AR 頭戴設備可包括反射式全息組合器，用于將來自投射器光引擎的光線引導到用戶的眼睛中，同時還可傳輸來自用戶環(huán)境的光線，從而提供增強的現(xiàn)實視圖。

在某些實施方案中，全息組合器可記錄一系列點對點全息圖；一個投影點與多個全息圖互動，將光線投射到多個眼框點上。在某些實施例中，全息圖的排列方式使相鄰的眼盒點從不同的投射點照射。

在一些實施例中，全息組合器和光引擎可布置成分別投射具有不同視場和分辨率的光場，以優(yōu)化性能、系統(tǒng)復雜性和效率，從而與眼睛的視覺敏銳度相匹配。在一些實施例中，光引擎可包括中心點投射器和外圍投射器，前者通常在較小的中央視場上投射直徑較大的光束，后者通常在較寬的視場上投射直徑較小的光束。

在一些實施例中，光引擎可包括多個獨立光源（如激光二極管、發(fā)光二極管等），這些光源可從不同的投射點獨立投射，其中中心點投射器和外圍投射器分別占據(jù)一定比例。

在一些實施例中，光引擎包括兩個或多個雙軸掃描鏡，用于掃描光源；對光源進行適當調制，以生成所需的圖像。

在某些實施方案中，光引擎包括一系列帶有全息或衍射光柵的光波導，這些光波導可移動光源發(fā)出的光，以適當?shù)慕嵌群臀恢卯a(chǎn)生光束，照射到掃描鏡上；然后，光被導入帶有全息膜層的附加光波導，膜層上記錄有衍射光柵，以擴大投射器孔徑，并將光移動到全息組合器所需的投影位置。

在某些實施方案中，光引擎包括用于每個投射器的透鏡，以聚焦發(fā)射的光束，這樣，一旦光束從全息組合器上反射下來，當進入被攝體的眼睛時，光束基本上會再次被準直。所需的焦面可能會因全息組合鏡的散光而變得復雜，但它是組合鏡前面的一個曲面。

對于不同的眼盒位置，理想的焦面是不同的，誤差可能導致準直輸出較低。不過，在某些實施方案中，可以通過減小理想焦面與實際最佳擬合焦面之間誤差最大的不同角度的光束直徑來彌補這一缺陷，從而通過增加 F 數(shù)，進而增加光束的焦深來緩解問題。在某些實施方案中，這些功能可以集成到全息透鏡中。

在某些實施例中，可為每個投射點提供主動光束聚焦元件。這可以減少或消除隨角度改變光束直徑的需要。這還可以使發(fā)散到眼睛中的光束與光引擎投射的虛擬物體的假定深度的光束發(fā)散相匹配，而不是進行準直。

有了上面介紹的方法和裝置，AR 系統(tǒng)可能不需要額外的移動部件或機械活動元件來補償眼球在眼盒中的位置變化或全息組合器在掃描過程中的光功率變化，這與其他直接視網(wǎng)膜投射器系統(tǒng)相比簡化了系統(tǒng)架構。

圖源：patentlyapple

蘋果公司的專利圖 5 展示了一種AR系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用反射式全息組合器將光引擎發(fā)出的光引導到主體的眼睛中，同時還將環(huán)境中的光傳輸?shù)街黧w的眼睛中。

蘋果公司的專利圖 6 展示了一種 AR 頭戴式設備，該設備包括一個反射式全息組合器，用于將光引擎發(fā)出的光引導到主體的眼睛中，同時還將環(huán)境中的光傳輸?shù)街黧w的眼睛中。

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蘋果專利圖 7 展示了 AR 系統(tǒng)的高級組件；圖 8 展示了 AR 頭顯中光引擎的中心點和外圍投射器。

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蘋果公司的專利圖 9 展示了 AR 系統(tǒng)中來自中心點投射器的光束；圖 27 展示了 AR 系統(tǒng)中用于中心點投影的擬合聚焦曲線和聚焦元件。

蘋果公司的專利圖 27 展示了一條最佳擬合聚焦曲線和一個用于 AR 系統(tǒng)中心點投影的聚焦元件。

想要了解更多專利詳情，請查閱蘋果公司的授權專利 11714284，該專利是 Apple Vision Pro 頭顯背后的 5000 項專利之一。蘋果還在專利權利要求中增加了 20 個技術要點，這些要點都在專利的底部進行了介紹。例如，在新的專利權利要求 4 中，蘋果指出：“權利要求 1 的系統(tǒng)，其中中心點光束的視場角為水平 20°×垂直 20°，外圍光束的視場角為水平 120°×垂直 74°。”

來源：patentlyapple