苹果专利展示反折射光学、微型显示，实现高倍率光学VR头显

文章相关引用及参考：roadtovr

创建一种紧凑的高倍率光学元件

（映维网 2018年02月09日）美国专利与商标局今天正式公布了苹果一项在2017年申请的专利，映维网了解到苹果描述了一款紧凑而舒适的VR头显。苹果专利的标题为“Optical System for Head-mounted Display”。显然，苹果重新设计了传统的光学系统，目标是创建一款更为紧凑的VR头显。

苹果在专利文件中写道：“如果设计不注意，头显可能会变得十分笨重，而且佩戴使用会令人疲惫。头显的光学系统可能会采用笨重而巨大的透镜排列。长时间佩戴搭载这种光学系统的头显可能会令用户感到不舒服。因此，市场渴望优化的头显。”

反折射光学系统的一个简单示例

在深入阅读苹果的专利描述后，映维网发现“反折射”光学系统是这一设计的基础，亦即采用包括反射元件和折射元件（包括不同的偏振元件）来沿着光路操纵光线。

反折射光学元件通常用于望远镜和显微镜等高放大倍率光学系统，而这种光学元件能够“折叠”光路以形成更紧凑的布局。光线在穿过一个典型的透镜时不再是简单地弯曲，而是在反折射光学元件中沿着光路来回多次反弹，然后再从另一侧出射。

苹果反折射光学系统的一个图例。

微型显示器虽然体积小，但像素密度高。由于其体积紧凑，这十分适用于虚拟现实。然而，微型显示器同时需要具有高倍率的透镜。高倍率透镜通常需要设计成非常粗厚，又或者是采用菲涅耳设计（当前的消费者头显十分普遍，但菲涅尔设计同样存在自身的挑战）。从专利可以看出，苹果似乎正在研究用反折射光学元件来创建一种紧凑的高倍率光学元件，以搭配微型显示器的使用。苹果专利中提及了微型显示器，但为了确保专利在法律上能够覆盖更大的范围，文件同时提及了其他类型的显示器。

专利文件进一步描述了一系列偏振元件的作用，它们会把一定的光线反射回显示器以被偏振器吸收。苹果解释说，这是为了保持对比度，并且避免用户感知到杂散的光线（不必要/未对准的光线）。

尽管这份专利主要集中在光学元件的光学设计和排列上，但苹果同样在描述制造该设计的各种方法上（据说可能会增加系统的耐久性和清晰度）投资了大量的笔墨。

至于专利的其他部分，苹果同时谈及了这种头显的可能性，包括把一系列的传感器用于各种追踪任务。另外，苹果专门阐释了摄像头可以用于检测环境（以及内向外追踪）和感知用户的眼睛位置。对于后者，这很有可能是用于注视点渲染等眼动追踪任务。

尽管苹果对AR和VR十分感兴趣，苹果手上拿着一系列尚未应用的相关专利。所以虽说这项专利探讨了在头显制作上的部分实际细节，但映维网觉得最好还是把这份专利看作是“苹果可能在考虑这种设计”，而不是说“苹果正在实施这种设计”。苹果现在正在日益把AR和VR纳入至他们的生态系统中，包括在MacOS中拥抱VR，并且在iOS上推出了ARKit。对于后者，社区中的许多人都猜测这是作为最终苹果AR头显产品上市前的垫脚石。