昨日，专利资讯网站Patently Apple发布专利报道，题为《Apple获得未来AR智能眼镜先进红外眼动追踪技术专利》。

今天的报道介绍另一项已获批专利，这项专利属于未来AR眼镜领域的突破性光学方案，有望帮助Apple打造更加轻薄、佩戴更舒适的AR智能眼镜，同时不会缩减画面的视场角。

这项发明基于波导显示方案，方案内置特殊布局的反射器件，将图像光线透过一套透明光学系统完成转向，该结构可以把微型显示投影器放置在镜腿附近，同时保障经由镜片传输的图像信息完整。

Apple工程师需要解决的核心难题：如何把复杂的显示光学组件塞进常规眼镜样式的镜架，既不会让设备过于臃肿，又不会压缩画面可视范围。

Apple这份专利描述了一款头戴设备，搭载单片或者多片近眼显示屏，承载结构可以做成普通眼镜或者护目镜的形态。

这套光学系统采用透明波导，将微型投影器发出的图像光线导向人眼，同时还能让用户看见周围真实环境。

在增强现实工作模式下，这套方案能够把计算机生成的画面叠加在现实场景之上，佩戴者无需依靠摄像头取景来观看外界环境。

Apple提出一个工程难点：把投影器布置在镜腿位置，虽然可以收纳进镜架内部，但会产生光学问题。

在传统方案里，进入波导的光线会传输至光学元件，由扩束并转向图像，但波导本身的几何结构，会让一部分光线抵达镜腿光学结构与主镜片衔接的缺口位置。

这种干扰会造成部分图像光线发生散射或者直接损耗，最终导致可用视场角缩水。

如果把输入光学组件往主镜片内部移动，可以避开这个遮挡结构，但Apple指出，这样会造成光学组件与投影器对位偏移，并且会增加眼镜体积、降低佩戴舒适度。

Apple提出的解决办法，是在波导的输入耦合器和交叉耦合器之间增加反射器件。

系统不再将入射图像光线直接送往交叉耦合器，而是先投射到反射器件上，由它改变光路，避开会产生干扰的缺口。

经过反射的光线继续在波导内传输，抵达交叉耦合器，再由交叉耦合器转向输出耦合器，最终将画面送到人眼中。

这套结构可以完整保留进入波导的图像光线的全部视场角，同时投影器和输入光学组件依旧能够布置在镜腿附近。

关键在于，反射器件在改变光路的同时，维持光线在波导内依靠全内反射继续传播所需要的光学条件。

对于智能眼镜而言，这项设计大幅提升投影器以及其他光学元器件布局的自由度，不用为了适配光路而加大镜架尺寸。

Apple介绍了多种反射器件结构，包含单一反射面、倾斜式反射器，以及多片平行部分反射层组成的方案，多层方案中，每一层反射面会偏转一部分入射图像光线，剩下的光线继续传递到下一层。

Apple解释，这种结构可以扩大光学光瞳，改善波导出射光线的均匀程度。

专利同时提到，可以将反射器件与交叉耦合器放置在相互独立的光学基底内，光线可以从一块基底转向另一块基底，之后再继续向人眼传播。

这种分层设计，给光学工程师在设计智能眼镜镜片内部结构时提供更高的设计自由度，获批的专利权利要求，专门覆盖倾斜反射器、多层部分反射层，以及由光学基底边缘构成反射器的各类结构。

专利里一个很有特色的实现方式，直接把反射结构做在波导基底的边缘，不再单纯依靠嵌入光学结构内部的独立反射镜，Apple方案利用基底的反射棱面，对入射图像光线进行转向。

可以在棱面镀上反射涂层，以此提升反射能力，专利还描述将这套结构搭配反射输入棱镜，以及光学楔片，用来补偿棱镜带来的色散问题。

在其中一种图示方案中，交叉耦合器将图像光线导入额外基底，基底内置输出耦合器，再把画面导向人眼，该方案演示了多个光学元件如何在分层智能眼镜镜片内部协同工作。

这项发明的价值，在于攻克AR眼镜的一项基础设计难题：在兼顾日常佩戴实用性的镜架中，容纳一套高性能光学显示系统。

借助这款转向反射器件，投影器可以保留在镜腿位置，同时完整保留画面视场角，该技术能够助力智能眼镜实现紧凑机身与集成显示画面的结合。

这项获批专利提出一套专门的技术方案，用来降低透明近眼显示带来的光学封装限制，有望支撑轻量化增强现实眼镜的开发。