煕煕姸姸
26-09-04 01:05 微博认证:数码博主 超话小主持人(Apple超话)

Apple正在研发一套面向头戴设备的可调谐光学系统,这套系统可以动态改变透镜状态,同时大幅度降低透镜维持在既定度数或者焦距档位时所消耗的电量。

这项方案最核心的工程创新,是集成在透镜驱动机构内部的微型机械制动器,当驱动机构断电以后,制动器可以把透镜的调节位置机械锁死。

这项专利表明,Apple仍在持续推进可自适应光学系统的研发,未来的头显或者轻量化眼镜产品,可以针对不同佩戴者、不同观看环境动态调整光学参数,不必完全依赖固定透镜或者单独选配的定制插入式验光镜片。

专利描述的头戴设备内部,左右双眼前方各配置一套独立透镜模组,这套系统没有局限于固定光学元件,可以采用内部填充流体的可调透镜,依靠改变透镜本体外形来调整光学参数。

Apple在文档当中提到,即便是同一个使用者,在观看距离、双眼汇聚角度、环境光线发生变化的时候,所需要的光学矫正参数也并不相同。

透镜周边布置了驱动执行器,用来操控透镜塑形构件。在一份细化实现方案当中,Apple选用形状记忆合金丝,也就是SMA丝作为动力源,电流通过形状记忆合金丝,合金丝发生收缩,带动一个可以绕枢轴旋转的结构转动;旋转运动进一步转化为塑形构件的位移,驱动流体透镜改变外形。

两组形状记忆合金丝成对反向布置,可以分别驱动旋转机构向两个方向转动,精准控制透镜塑形构件移动,整套结构相当于放置在人眼正前方的一台微型机电传动机构。

这项专利最受关注的创新点,集中在透镜调整到位之后如何保持位置,Apple在驱动机构枢轴旁边增设了一套制动组件,制动器压紧旋转结构之后,即便驱动机构完全断电,透镜依旧可以稳定保持在当前位置,文档明确写明,这种结构可以显著降低驱动机构的能耗。

按照Apple给出的实现方案,常态下弹簧把制动块压紧在旋转机构表面;咬合面采用凹凸互补的结构形成锁定界面。

另外配置一组独立的形状记忆合金丝,只有在透镜需要重新调节的时候通电,松开制动器;透镜完成调节之后,这一组合金丝断电复位,弹簧重新推动制动块咬合,依靠机械结构把透镜位置保存下来。

这一项改进对于可穿戴设备意义重大,旧的方案,需要持续给驱动机构供电,才能够维持透镜当前对应的光学参数;新方案只在透镜进行短暂调节的时候消耗电能,维持档位几乎不再耗电。

Apple也充分考虑到这套微型自锁机构与生俱来的机械缺陷,制动机构如果出现非预期方向的窜动,会产生回程间隙,透镜塑形构件就无法精准抵达目标位置。

Apple给出的对策是增设导向结构或者柔性悬臂结构。这套结构在需要约束位移的方向保持极高刚性,只允许制动器沿着既定运动方向移动。

Apple还对驱动机构的机械杠杆比进行优化,降低制动咬合面需要承受的压力。

压力下降之后,就可以选用体积更小的弹簧,机构内部应力随之降低,负责松开制动器的形状记忆合金丝所需要输出的拉力也进一步减小。这些优化,都是为了把整套机电模组塞进空间极其有限的可穿戴光学设备机身。

这份专利文档同时罗列了多种降低流体可调透镜形变驱动能耗的路径,包含张力波纹管、预形变透镜本体、磁力辅助机构、双稳态弹簧、凸轮机构以及扭转弹簧等结构。

在全部方案当中,驱动机构配套机械制动器这条路线格外突出,优化的不是透镜如何更省电地完成移动,而是透镜移动到位之后,如何以最低代价长期锁定在既定位置。

放到Apple下一代头显以及更轻量的AR眼镜上,这项技术落地之后,设备就可以实现自适应度数矫正、动态焦距调节,同时不需要为此持续付出高昂的电池代价。

申请专利并不代表Apple一定会量产这套机构,但是这份文档直观展现出,Apple在研发自适应光学系统这条路线上,已经深入到微型机械结构与整机功耗管控级别。

发布于 浙江