专利解密库克“封山之作” 苹果AR智能眼镜【嘉勤点评】苹果发明的搭载

【嘉勤点评】苹果发明的搭载有显示装置的可穿戴设备系统及方案，通过近眼显示器、耦合器以及光学系统来帮助用户实现显示效果，并在其中设置辅助设备来帮助用户完成身份认证，以提高设备的安全性。
集微网消息，据悉，苹果CEO Cook希望在其退任前推出一个新类别的产品，媒体纷纷猜测该产品可能为AR智能眼镜。
虽然目前苹果没有推出AR智能眼镜，但苹果却早已推出了多款AR应用，包括RealityKit 2、Object Capture以及AR Maps等。这些应用只需要借助AR眼镜载体，就可以非常轻松地走入人们的生活，实现虚拟现实和增强现实等功能。
为此，苹果也在积极筹备AR眼镜硬件的开发工作，其在2021年3月1日申请了一项名为“具有认证和隐私能力的光学系统”的发明专利（申请号：202180001693.4），申请人为苹果公司。
【专利解密库克“封山之作” 苹果AR智能眼镜】在该专利中，不仅考虑到搭载有显示装置的可穿戴设备应该如何成像的问题，还考虑到这种设备应该如何进行用户身份认证，以保护用户的隐私。
根据目前该专利公开的相关资料，让我们一起来看看这项方案吧。

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如上图，为该专利中发明的搭载有显示模块的穿戴式设备的系统示意图，该系统安装于支撑结构8中，例如为眼镜、头盔等形状。在该结构中设置有近眼显示器20 ，显示器安装于用户的头部上或眼睛的附近，通常由多个显示模块20A和光学系统20B构成。
显示模块可由液晶显示器、有机发光二极管显示器、基于激光的显示器、反射显示器或其他类型的显示器构成，在光学系统中形成有允许观察者观察显示器上图像的镜头。每个显示模块可以发射光38 ，使用光学系统中相关联的光学系统，将该光束重定向到窥眼箱24处的用户眼睛。
该装置通过控制电路16来控制头戴式设备的操作，包括有存储装置、硬盘驱动器存储装置、非易失性存储器等装置，与穿戴式设备成像相关的软件代码就存储在其中，从而产生图像内容并呈现给用户。

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如上图，为该显示器中光学系统的顶视图，该光学系统包括光学元件，诸如波导50、输入光学器件58、输出光学器件63、输入耦合器52、交叉耦合器54和输出耦合器56 。输入光学器件包括将图像光（通过显示模块中的显示单元向光学系统提供）传递到输入耦合器的准直透镜。
波导结构通常由聚合物、玻璃或能够经由全内反射引导光的其他透明基板的多个堆叠层形成，输入耦合器、交叉耦合器和输出耦合器也嵌入于波导内，其中交叉耦合器插置在输入耦合器和输出耦合器之间。
在这样的结构设计中，交叉耦合器和输出耦合器对图像光的扩展可在多个维度上扩展光瞳，可以让相对较大的窥眼箱在其整个区域上具有足够强的光强度，从而使得可穿戴设备具有较好的成像效果。

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除此之外，作为用户穿戴式设备，还需要提供用户身份认证功能，如上图，为这种穿戴式设备的认证步骤的流程示意图。与苹果一贯的面部识别方式一致，在方案中，也采用了用户的人脸识别作为用户身份认证的方案，该设备中的辅助模块可捕捉用户的面部图像数据，其通过波导接收可见光，该光线由用户的面部反射而得，值得一提的是，该图像可以为用户的部分面部图像，而不必为用户的完整面部信息。