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【Display】Apple佈局AR/VR專利 瞄準頭戴顯示器與AR眼鏡市場



發布日期: 2020-04-17-2021-04-17

從蘋果最新公開的專利來看,不論是追求最佳化影像、強化虛擬實境(VR)或增強實境(AR)與實際環境互動的控制器,再到追求完美的音頻,以及頭戴顯示器的新用途,該公司進軍頭戴式顯示器或AR眼鏡市場的意圖相當明顯。儘管蘋果公司幾乎沒有透露過有關AR/VR的計劃,但是從一系列5個新專利申請案來看卻揭露了詳細的計劃,這些專利由不同的團隊開發,涵蓋了從佩戴頭戴顯示器時看到的內容,乃至於不佩戴頭戴式顯示器時看到的所有內容。五個專利案中有三個主要是針對如何呈現清晰與清楚的影像,使其具備均勻照明還有足夠的亮度,同時還關於如何在頭戴顯示器的觀看範圍內實現這些優點。

高解析度的AR/VR影像
美國專利第20200089014號「波導顯示系統(Waveguided Display Systems)」特別針對一種產生高品質影像的方法,而不過使得頭戴式顯示器過於笨重。在說明書中提到,帶有顯示器的電子裝置在產生顯示內容時若不小心處理,用於在電子裝置中的組件可能會難看又笨重,並且可能無法展現出所需的光學效能。為此,Apple在設計VR裝置時,將產生影像的投影機與用戶可以看到的鏡頭切割開來,而對於AR系統,則是將AR影像利用稱為波導的光學系統導入裝置並與實際影像相結合,蘋果並計劃嵌入「光束分離器結構」,以保持與AR與實際影像的照度一致。「電子裝置可具有照射影像光線的顯示器、波導,以及將影像光線耦合至波導中的輸入耦合器,」在專利說明書中繼續提到,「光束分離器結構」可以在二維範圍內(例如,在波導的橫向區域上)複製光束。藉由這種方式,可以為觀景窗提供來自顯示器的均勻強度光,該光線會透過顯示器的整個區域並照射於寬廣的視野中。」VR頭戴顯示器可以使用鏡子反射影像,省略笨重的護目鏡。
輕巧的光學系統
接著是美國專利第20200088994號「掃描顯示系統」,特別與裝置的亮度和解析度相關。要如何讓投影和顯示系統提供足夠的光學亮度、顯示解析度,以及具備擴充性的輕巧尺寸,是設計上的挑戰,因此在本專利案中提到,頭戴顯示器不僅要堅固耐用,而且要考慮到包括跌落衝擊和熱負荷等使用情況。一般來說,光學系統中要提供盡可能大的反射區域(例如,直徑為1.2-2.0mm)的掃描鏡,以便在遠場域上達到最大化影像解析度。然而,高速掃描反射鏡會導致反射鏡發生物理變形(特別是相對較大的反射鏡),使得影像光發散,因而侷限了遠場域的影像解析度。因此,此處提出的光學系統採用「以對角列與對齊垂直行排列的交錯發光元件陣列」,其目的是提供一種光學系統,能以高圖幀速度提供高解析度的影像,同時仍允許光學系統能夠被安裝在頭戴顯示器內。

能夠與實體互動的裝置
光電協進會表示頭戴顯示器除了要在用戶所看到的任何真實視圖旁邊顯示AR影像外,還要求能夠讓用戶能夠看到和操縱外部物件。如果他們正在觀看完全的VR空間,那麼用戶甚至會看不到他們所握持的控制器。為此,Apple的美國專利第20200089313號就希望能解決此一問題。在專利中提到,「現有的系統無法充分跟踪此類獨立裝置相對於頭戴顯示器的位置,因此無法顯示此類獨立設備而讓用戶產生互動。」比如說,佩戴頭戴顯示器的用戶需要查看行動電話在電腦產生的影像內的相對位置,才能使用具觸控螢幕的手機作為輸入裝置,但是如果無法準確地追踪行動電話與頭戴顯示器的相對位置,就無法在虛擬環境中正確地顯示行動電話。在蘋果公司提出的系統中,可以精確追踪現實世界中的行動電話,以便可以在正確的位置顯示虛擬版本,當用戶虛擬觸摸虛擬遙控器上的虛擬按鈕時,用戶實際上會觸摸到行動電話上的觸控螢幕的對應部分,用以啟動與虛擬環境的交流。上述三個專利是與呈現給用戶的影像有關。不過美國專利第20200089008號「具有多模式音頻的顯示裝置」則是把焦點放在用戶聽到的內容。除了可顯示影像的近眼顯示器外,Apple的頭戴顯示器還具有可調節的耳機,以適應所呈現音頻的類型。

優異的音頻效果
搭配音頻操作的靈活性相當大,因為它允許在各種設置或環境中使用頭戴顯示器。簡單來說,Apple希望您能像看到保齡球一樣聽到保齡球滾動的聲音。在VR的背景下,可能更需要身歷其境的音頻體驗,並且阻止或消除外部噪音,而在AR或混合實境(MR)的環境下,外部噪音還是有其必要性。這五項專利中最令人意外的也許是美國專利第20200088999號「具有內部顯示器和外部可存取輸出入裝置之電子裝置」,此一專利申請案提到了當頭戴顯示器不戴在頭上所發生的情況。在專利說明書中說明這個想法是,用戶可以拿下頭戴顯示器,並且仍然能夠以某種方式使用它。

不用配戴的頭戴顯示器
由於在某些情況下,用戶配戴頭戴顯示器時無法與外界交流。但是,當不佩戴頭戴顯示器時,用戶無法在顯示器上查看內容,這會妨礙用戶與裝置進行互動。所以系統可以將影像「投射到附近的表面上」,而不是將影像投射到頭戴顯示器的目鏡上。Apple建議所投射的影像可能包括一個虛擬鍵盤,讓用戶可以與之交流。從Apple正在研究AR/VR頭戴顯示器戴在頭上時的外觀和聲音,以及不戴時如何使用來看,顯然已經準備許久,讓人不禁好奇Apple在真正推出時,會端出怎樣的產品。