苹果新专利曝光：未来VR/AR头显或将配备直接视网膜投影仪系统

    美国专利商标局正式授予苹果公司一项专利，该专利涉及一种VR头显和/或智能眼镜，使用直接视网膜投影仪系统来解决会聚-适应冲突。苹果公司在这方面的工作已经有几年了，早在2021年9月，苹果就获得了与这个项目有关的另一项专利。苹果公司最早的一项涉及直接视网膜投影仪的深度专利申请可以追溯到2019年9月，今天的专利增加了这个直接视网膜投影仪的工作内容。

    在苹果的专利背景中，他们指出，传统的虚拟现实和增强现实系统可能会出现会聚-适应不匹配问题，导致眼疲劳、头痛和/或恶心的症状出现。当VR或AR系统生成的场景内容与大脑基于用户两只眼睛的立体会聚所预期的深度不匹配时，就会出现适应性会聚失配。

    例如，在一个立体系统中，显示给用户的图像可能会欺骗用户的眼睛，使其在较远的距离上聚焦，而实际显示的图像是在较近的距离上。换句话说，眼睛可能试图聚焦在与投影图像的焦点深度不同的图像平面或焦点深度上，从而导致眼睛疲劳和/或增加精神压力。

    会聚-适应不匹配问题是不可取的，这种问题的出现可能会分散用户的注意力，或以其他方式减弱他们对VR或AR环境的享受和耐力水平（即容忍度）。

    苹果公司的授权专利涵盖了提供VR或AR系统的方法和装置的各种实施方案。 描述了直接视网膜投影仪的实施方案，例如可以解决头戴式AR和VR系统中的会聚-适应冲突。专利描述了一个VR或AR头显系统，它可以包括或实现直接视网膜投影仪的不同技术和组件。

    专利描述了与直接视网膜投影仪系统有关的注视追踪组件或系统的实施方案，该系统追踪主体瞳孔的位置并自动调整由该系统的投影仪组件产生的扫描光场的投影，以便来自投影仪的扫描光场进入主体的瞳孔。

    在注视追踪组件的一些实施方案中，一个光源（例如，一个红外LED）投射出一束红外光。一个或多个分光器有助于确保红外光束与直接视网膜投影仪系统的投影仪组件产生的扫描光场中心大致相同。

    投射光和红外光束在到达用户的眼睛之前，都会从二维扫描镜和弧形椭圆体镜上反射。进入眼睛瞳孔的一部分红外光束从视网膜上反射，并再次从瞳孔中出现（形成一个"明亮的瞳孔"）。返回的红外光束从弧形椭圆镜、二维扫描镜和分光器上反射下来，到达位置传感检测器（PSD），例如四象限单元技术PSD（也称为四单元PSD）。

    设备有一个控制回路调整二维扫描镜，使返回的红外光束基本上集中在PSD上。这样一来，二维扫描镜被正确定位，使来自投影仪的扫描光场进入主体的瞳孔。

    苹果公司的专利图4A说明了一个弯曲的、基本上是椭圆型的镜子；图4B说明了来自直接视网膜投影仪的弯曲椭圆镜的光在不同的位置撞击瞳孔。

    苹果公司的专利图5A和5B说明了注视追踪系统的工作原理；图6说明了包括注视追踪系统的直接视网膜投影仪。

    苹果公司的专利图9说明了一种包括可调节聚焦镜头的直接视网膜投影仪。例如，图9的投影仪#2004可用于图6所示的直接视网膜投影仪系统。

    苹果公司的专利图11A说明了一个例子，即光学致动器#3020，它可作为投影仪中光束的可调聚焦元件。

    图12中说明了被配置为实现本文所述的任何或所有技术的系统示例。例如，图12中说明的系统#400可以被配置为一个虚拟现实头显。

    苹果公司的专利图17是一个VR/AR设备的框架逻辑框图。该图提出了一个系统（#900）的例子，包括一个框架（#905），该框架可被配置为容纳VR/AR设备的各种元素，例如图12系统#400的元素。在各种实施方案中，框架可以是眼镜框、护目镜框、头显或类似物，被配置为戴在用户头部，以便将弧形镜（#415A和415B）分别置于用户（#990）的左眼和右眼前面。