苹果发布新专利 “头戴式显示器的光学系统”

在美国专利局（United States patent Office）于今日发布的一项专利申请中，苹果公司描述了一款设计紧凑、舒适的VR头盔。

苹果公司的专利名为“头戴式显示器的光学系统”（Optical System for head - up Display），这一专利被苹果公司称为“头戴式显示器”，这一专利的设计旨在制造一种更为紧凑的虚拟现实头戴设备，尤其是通过重新设计光学系统。

“如果不接受改进的话，头戴式显示器可能会很笨重，而且很累。用于头戴式显示器的光学系统可以使用笨重的透镜布置。使用这种光学系统的头戴式显示器可能会不舒服。因此，我们希望能够提供改进的头戴式显示器。“

通过专利的详细描述，我们可以清楚地看到，“反折射”光学系统是这种设计的基础，它使用反射和折射的元素，包括不同的偏振元素，在光学路径上操纵光。

反射折射光学系统的一个简单例子

反射光学，常用于高倍光学系统，如望远镜和显微镜，“折叠”光路以创造更紧凑的排列布局。光线不是在穿过一个典型的透镜时简单地弯曲，而是在折反射光学器件中，光线沿着其光路来回反复多次，然后最终从另一侧出射。

苹果的反射折射光学系统图

微型显示器虽然体积小，但像素密度高，但由于尺寸紧凑，便需要具有高倍率的镜头，所以对于VR来说是理想的。高倍放大的镜头通常需要非常厚，或者可以缩小到菲涅耳（Fresnel）设计（如今在消费类VR耳机上常见的那样），但菲涅尔方法引入了自己的一系列挑战。苹果公司似乎正在研究使用反折射光学作为创造一个紧凑的，高放大率的光学镜头，专门与微型显示器结合使用的手段。在专利中提到的微型显示器虽然希望专利在法律上尽可能广泛，但也提到了其他类型的显示器。

该专利进一步描述了一系列的偏振元素，这些元素被用来反射一些光回到显示器上，被偏振器吸收。该文件解释说，这是为了保持对比度，避免被佩戴者看到的（不需要的/不对准的）光线。

尽管该专利主要集中在光学元件的光学设计和布置上，但重要的部分描述了制造该设计的不同方法，据说这可能增加系统的耐久性和清晰度。

在其他细节中，该专利还涉及到这种耳机的可能性，其包括一组用于各种跟踪任务的传感器，并特别指出，可以使用相机来测量环境（如内部跟踪），并感知用户的眼睛位置。后者可能被用于眼睛跟踪应用程序，如foveated渲染。