未來頭顯設備或將使用液體填充鏡片和三維傳感器

近日，美國專利商標局發(fā)布了蘋果公司的一項專利申請，該專利涉及未來頭顯設備中的鏡片，該鏡片能夠通過使用液體填充的鏡片系統(tǒng)來提供清晰的圖像焦點，從而調節(jié)視覺效果，本發(fā)明的另一個關鍵方面是使用3D LiDAR傳感器。值得一提的是，蘋果公司于3月18日發(fā)布了帶有LiDAR掃描功能的新款iPad Pro。

電子設備有時會被設計為可穿戴形式。例如，頭戴式設備具有頭戴式結構，該頭戴式結構允許用戶將其佩戴在頭上。頭戴式設備可以包括帶有透鏡的光學系統(tǒng)。鏡頭允許設備中的顯示器向用戶呈現視覺內容。

頭戴式設備通常包括具有固定形狀和特性的鏡片。這種類型的鏡頭可能難以調整，無法向使用設備的每個用戶最佳呈現內容。

蘋果公司的這項專利發(fā)明涵蓋了一種頭戴式設備，該設備具有為用戶顯示內容的顯示器。該頭戴式設備可以具有與顯示器相應的左、右透鏡以及相應的左右部分。左透鏡可將圖像從顯示器的左部分引導到左眼盒，而右透鏡可將圖像從顯示器的右部分引導到右眼盒。

頭戴式設備中的透鏡模塊包括第一透鏡元件和第二透鏡元件，這兩款元件由填充了液體的間隙隔開，該間隙具有可調節(jié)的厚度。

泵或其他組件可以控制將適當容量的液體從儲液器壓入液體填充間隙中。第一和第二透鏡元件可以形成折反射透鏡，其厚度取決于液體填充間隙的可調節(jié)厚度。

頭戴式設備中的透鏡模塊還包括第一和第二流體填充室以及第一和第二柔性膜。設備中的控制電路可以控制第一流體填充室中的第一流體量和第二流體填充室中的第二流體量，以調節(jié)第一及第二柔性膜的曲率。

第一和第二柔性膜可具有不同的變化剛度分布。剛度分布的變化可能是由于柔性膜具有變化的厚度，以及具有改變柔性膜的彈性模量的表面起伏或由各向異性材料形成的結果。

頭戴式設備中的透鏡模塊可以包括具有外圍的柔性透鏡元件和圍繞該柔性透鏡元件外圍的多個致動器。頭戴式設備中的控制電路可以控制多個致動器以動態(tài)地調節(jié)柔性透鏡元件。每個致動器可以在柔性透鏡元件上徑向向外拉離柔性透鏡元件的中心，或者可以彎曲或壓縮柔性透鏡元件的外圍。致動器可以是壓電致動器或音圈致動器。

在一些情況下，透鏡模塊可以包括流體填充室，至少部分地限定流體填充室的半剛性透鏡元件，以及至少一個構造成選擇性彎曲半剛性透鏡元件的致動器。

圍繞半剛性透鏡元件的外圍均勻分布的六個致動器可用于控制半剛性透鏡元件的曲率。半剛性透鏡元件最初可以是平面或非平面的。例如，半剛性透鏡元件可以最初具有球形凸面和球形凹面。可將可調球面透鏡合并到透鏡模塊中，以抵消來自半剛性透鏡元件的寄生球面透鏡焦度。

蘋果公司的新iPad Pro包含了可以使用LiDAR掃描3D對象的相機。有趣的是，今天發(fā)布的Apple專利申請記錄了在未來的頭顯中使用3D LiDAR傳感器的情況。

蘋果公司在專利中指出，輸入輸出電路將包含傳感器，這些傳感器可能包括例如三維傳感器（例如，三維圖像傳感器、雙目三維圖像傳感器、三維LiDAR（光檢測和測距）傳感器、三維射頻傳感器或其他收集三維圖像數據的傳感器），攝像頭（例如紅外或可見數字圖像傳感器）、注視點跟蹤傳感器（例如基于圖像傳感器的注視跟蹤系統(tǒng)）。

蘋果的專利圖2是頭戴式顯示系統(tǒng)的頂視圖。透鏡模塊＃72的每個透鏡元件可以由任何期望的透明材料（例如，玻璃、諸如聚碳酸酯或丙烯酸的聚合物材料、諸如藍寶石的晶體等）形成。

蘋果的專利4A是具有反射折射透鏡的示例性頭戴式設備的截面?zhèn)纫晥D，該反射透鏡包括兩個透鏡元件，這兩個透鏡元件由具有可變厚度的流體填充間隙隔開。

蘋果的專利10A是說明性彈性體膜的橫截面?zhèn)纫晥D，該彈性體膜附接到被控制用于動態(tài)剛度調整的致動器。圖10B和10C是圖9彈性體膜的俯視圖。 圖10A示出了致動器如何執(zhí)行動態(tài)剛度調整。

蘋果的專利18A是處于非彎曲狀態(tài)的可調非平面半剛性透鏡的透視圖；圖18B是圖17A的可調非平面半剛性透鏡元件的透視圖。 圖17處于彎曲狀態(tài)。

美國專利局發(fā)布的這款蘋果公司專利申請20200096770已于2019年第三季度提交?？紤]到這是一項專利申請，目前尚不知道這款產品是否會上市。

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