苹果新专利曝光：其基于iPhone的头显设备可附加AR功能

本月初，苹果公司获得了一项授权专利，该专利涵盖用于iTunes、电影、电视节目、游戏和应用程序的未来入门级头显。自2008年第三季度以来，苹果一直在不断地研究和开发这个项目。近日，苹果公司又获得了一项关于这款入门级头显的授权专利，名为 "带有光学组合器的显示设备"。

苹果的这项新授权专利为这个项目带来了一个重要的新维度，即增强现实。

苹果公司在其专利背景中指出，光学系统可用于向观看者提供图像。在一些光学系统中，如果能同时观看计算机生成的图像和真实世界的图像将带来更好的效果。在这种类型的系统中，可以使用一个光学组合器来合并来自显示器的图像光和真实世界的图像光。然而，如果不注意，光学组合器中的杂散光反射或来自外部物体的过多光线会对系统性能产生不利影响。

苹果公司授予的专利涵盖了一种光学系统，该系统可包括带有外壳的设备，该外壳被配置为接收外部设备，如移动电话（iPhone）。该外壳可以是一个头戴式外壳（HMD）。

iPhone可以有一个安装在正面的显示屏，并有额外的组件，如一个前置摄像头。设备中的通信电路可以支持与iPhone进行有线和无线通信。

设备中的光学组合器可用于将从显示器中的像素发出的显示图像光与从外部物体接收的真实世界的图像光相结合。

光学组合器可以有一个具有凹透镜形状的反射器，该反射器将来自显示器的光线重新定向并聚焦到用户眼睛所在的眼盒上。

在一种设计中，反射器可以是部分反射镜。诸如圆偏振器的光学元件可以与前置摄像头重叠，但不与移动电话正面的显示屏重叠，以抑制来自显示屏的杂散光反射到前置摄像头。

而在另一种设计中，反射器可以是一个反射式偏振片。反射式偏振器和额外的组件，如电极层、额外的偏振器层和液晶层，可用于实现可调整的色调层。

在一些混合现实系统中，显示器呈现计算机生成的内容，这些内容被叠加在真实世界的图像之上。一个光学系统可以使用一个光学组合器来结合来自真实世界的图像光和来自显示器的图像光。光学组合器可以包括一个可调整的色调层。

可调色调层可用于调整相对于显示器的计算机生成（虚拟现实）内容，选择性地传递给观看者真实世界图像光的数量。

苹果公司的专利图1是一个示例性光学系统的图；图2是一个示例性详细光学系统的横截面侧视图。

该系统还将允许用户享受其他类型的内容，如电影、电视和游戏。

在图1中，苹果公司列出了与组合设备的HMD部分相关的输入-输出设备#16。输入-输出设备可用于收集用户的输入，以及对HMD周围环境进行测量，并向用户提供输出，和/或可用于向外部电子设备提供输出。

输入-输出设备可包括按钮、操纵杆、键盘、触摸传感器、触控板、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和/或激光器，用于为用户提供视觉输出，以及传感器（例如，力传感器、温度传感器、磁传感器、加速计、陀螺仪和/或其他用于测量光学系统#8的方向、位置和/或运动的传感器、接近传感器、电容触摸传感器、应变仪、气体传感器、压力传感器、环境光传感器和/或其他传感器）。

设备还可以包括摄像头（数字图像传感器），用于捕捉用户周围的图像，摄像头用于执行注视点检测操作。此外，设备可以包括深度传感器（例如，使用结构光的传感器和/或使用双目摄像头）。在一些配置中，基于光和/或基于射频的传感器可用于外部物体追踪（例如，激光雷达、雷达和/或其他探测和测距应用）。

最后，HMD的外壳可以由玻璃、聚合物、金属、织物、天然材料、陶瓷和/或其他材料形成。

要深入了解光学组合器背后的细节，请查阅苹果公司于2021年8月24日获得的授权专利11,099,386。