挖掘數百篇AR/VR專利，蘋果XR全方位探索

近期大家也看了很多蘋果XR的消息，與其看各種爆料、不如從專利入手來看看蘋果XR頭顯可能會有哪些不同的玩法。於是，我們就從蘋果近年來有關AR/VR的數百篇專利中，選出可能會直接決定和影響XR產品體驗的部分匯總出來。當然，這些專利不會集中在一款產品上，我們也無法準確告訴你蘋果XR到底長啥樣，但仍可透過專利窺探一二。

在整理近年來蘋果AR/VR專利時，主要發現以下幾個特點：

1）部分AR/VR專利來自先前收購的公司，如PrimeSense、Metaio、NextVR、SMI、Spaces等等；

2）結構光、LiDAR測距、VST透視、數位旋鈕、動態變焦等是蘋果的創新重點；

3）探索多種不同的光學方案，衍射光波導、視網膜投影等等；

4）後期多項專利描述一種多透鏡組的AR/VR顯示方案，預計將與頭戴裝置的VST攝影機陣列搭配使用。

目錄

• 一，光學顯示
• 二，眼球追蹤
• 三，生物感測器
• 四，互動技術
• 五，VST透視
• 六，空間音訊
• 七，定位系統
• 八，其它感測器
• 九，設計
• 十，UX設計
• 十一，應用場景

一，光纖顯示

#◎ LBS微鏡掃描方案 衍射光波導：編號US20190377181A1等

有多種不同的光路設計，甚至可能在相位光柵和波導之間插入反射偏振器，特點是可切換光束，改變反射光線、衍射光線的相對偏光。

◎ 視網膜掃描：編號US10681328B1

蘋果描述了一種AR/VR視網膜投影系統，原理是利用微鏡將像素逐一掃描到使用者的視網膜上，好處是支援動態變焦，AR/VR影像中物體、表面可以顯示在正確的視覺深度上顯示。

◎ 可調光透鏡波導

#在2018年時，蘋果曾探索基於LCoS 光波導的AR/VR顯示方案，光學引擎位於眼鏡框左右兩側，向使用者眼前的光波導注入影像。除此之外，此方案的特點是搭載了可調焦透鏡。

而在另一項專利（US11221488B1）中，蘋果則指出調焦透鏡可採用一個或多個液晶透鏡，或是流體填充透鏡、Alvarez透鏡，特點是支持視力調節，緩解近視、遠視等視力問題。

◎ 全像光波導 Micro LED

#編號US20180321432A1，蘋果在專利中描述了一種結合全像光學薄膜的光波導方案，採用Micro LED光源，特點是光線可根據觀看角度重定向，從而形成立體視覺觀感。

除了全像光波導外，蘋果在另一項2019年的專利中（編號US20190285897A1），曾提到一種基於反射全像組合器的AR光學方案，具有半反半透特性。

◎ 折反射式光纖系統

編號US20190146198A1，指出了一種折反射式方案的AR/VR掛鉤難學系統，特點是由多層高透光透鏡（玻璃或塑膠材質）組成，可能包含平凸鏡和平凹鏡，具有折射和反射特性。而採用折疊光路設計的目的，是為了縮減頭顯光學模組的厚度。

◎ 流體調節透鏡

專利編號US20200096770A1，指出了一種可動態調節的AR/VR透鏡組，特點是在透鏡之間加入流體夾層，以實現動態調焦、屈光調節的效果。液體層由電子機械幫浦控制，透鏡之間的液體越多，距離就越遠，由於左右眼光模組是獨立的，所以左右眼焦距可獨立控制。

◎ 微透鏡陣列方案（Lenticular Display）

#

在編號US20200103669A1、US20210072556A1、US11143865B1、US11187914B2、US20220035160A1、US20220146820A1146820A1146820A1146820A120035160A1、US20220146820A1等專利，均以圓柱組成，是多距光柱組成了一個折光鏡。鏡更薄，有助於縮小頭顯體積，而且FOV大，支援動態視角切換，適配多攝影機陣列的VST透視模組。

此外也詳細描述了此光學方案的最佳化方式，例如採用louver薄膜來控制顯示器光線發射角度，從而減少串擾，或是加入反射鏡來改變透視角度，將透視場景向使用者「視覺拉近”，以顯示更準確的場景深度/距離。

◎ 多層幾何相位透鏡方案

編號US20210048674A1專利中，蘋果提出了一種用於顯示立體感虛實融合畫面的光學方案，特點是採用多層透鏡結構，在不同的焦面顯示不同物體，並拼接為沉浸、立體的場景。要實現這種方案需要高度關注光學、眼球追蹤、軟體演算法等方面的要求，才能成功模擬人眼動態變焦效果。

◎ 可變色鏡片

在2019年的一項專利（US11029521B2）中，蘋果提出了一種疊加光致變色層的AR鏡片方案，特點是在紫外​​線強光下可降低透光度，使AR影像在戶外能更清晰顯示。類似於常見的變色眼鏡，機制可以取代一些採用遮光罩的AR眼鏡。

◎ 色散補償光纖方案：編號US20200117003A1

此方案旨在提升AR等近眼光學的光學效率和畫質，特點是使用多種全像材料作為光柵介質，每種全像材料具備不同的光柵向量、頻率和方向，因此可以很好的消除色差。此方案可搭配偏鏡、投影元件來組成光學方案。

◎ 改善Micro LED螢幕品質

#為了更好的控制Micro LED螢幕的生產質量，蘋果設計了特殊的測試設備和架構，宣稱可在Micro OLED與面板鍵合之前，捕捉亮度不達標的LED像素（比如利用顯示屏光學掃描），發現問題後可直接替換備用LED，更有效的修復。

Micro LED是比較前沿的顯示技術，除了用於手機、智慧手錶外，未來也有望用於AR/VR頭戴裝置。

◎ 360°透視

#在編號US20210092292A1的專利中，蘋果描述了一種搭載8顆攝影機的AR/VR頭顯方案，特點是在頭顯周圍（包括前蓋、頭帶）佈局了8顆攝影機，用於捕捉和透視周圍360°環境，進而增強使用者的環境感知能力，即使是視覺盲點也能看見。

◎ 主畫面 副螢幕設計

在2021年公佈的一項專利中，蘋果設計了一種基於主屏副屏的AR眼鏡方案，特點是主副屏可獨立運行，主屏幕分辨率較高，用於顯示主要的AR功能，而副螢幕解析度較低，主要顯示一些簡單的提示訊息，例如倒數計時、事件等等，而鏡框最外圍還有一圈LED指示燈，可提示AirTag就在附近。這種設計的好處是更合理地使用有限的螢幕區域，同時降低算力和耗電。

而在編號US11450297B1的專利中，蘋果則設計了一塊主屏配兩塊副屏的注視點渲染方案，這三塊屏幕（可採用柔性或硬性面板）以符合頭部曲線的弧形排列，為了隱藏螢幕邊界，蘋果在透鏡上加入了一層獨立的漫射結構，以優化高解析度和低解析度螢幕的銜接。

二，眼球追蹤

#

眼球追蹤技術，是蘋果AR/VR專利中反覆提及的關鍵，主要用途包括：注視點渲染、降低功耗、動態調焦、生物監測、視力偵測、注視點輸入等等。此外，專利中也詳細描述了眼球追蹤的實現和最佳化方式，例如：

• 近紅外線方案（可捕捉瞳孔放大、注視點）；
• 基於定向視網膜閃光的方案；
• 同軸照明方案（特定脈衝頻段光源與影像感測器在同一軸上，好處是可捕捉更明亮的瞳孔影像）；
• 眼球追蹤延遲補償、效果最佳化。

以下是幾個比較有特色的：

◎ 編號US20200019238A1：人眼的眼跳是一種常見現象，通常每秒眼跳數次（succade），在眼跳出現的短暫時間裡，視覺敏感度也會短暫降低，從而引起不易察覺的短暫失明。正是利用此特性，系統可在使用者難以察覺的情況下調整顯示內容，進而達到降低功耗，降低燒屏風險的效果。

此方案需要結合眼球追蹤技術來實現，可能採用CV或IR感測器方案。

◎編號US20190339770A1：專利中描述了一種基於注視點追蹤的機械變焦AR/VR方案，可跟隨使用者註視點變化而切換畫面焦距。而為了彌補變焦系統的延遲，該專利重點描述了一種注視點預測技術，可提前預測人眼運動軌跡（眼球掃視的落點），並對影像進行預渲染，好處是可以讓焦點切換更加絲滑。

在2018年時，蘋果曾為注視點渲染方案申請專利，產生可實現8K解析度（中心視覺區域）。而在2019年，也有亮相蘋果專利提到注視點渲染方案（編號分別為US20190172399A1、US20190180672A1），特點是採用兩塊屏幕（高清主屏低清副屏），分辨率預計也可達到8K，屏幕ppi在1000到2000之間。

◎ 編號US20190133440A1：指出了一種透過辨識主導眼，來提高和優化眼球追蹤準確性和穩定性的方案。主導眼又稱主視眼，在眼球追蹤中重點分析主導眼數據，可以更好地對齊眼球的光軸和視軸，帶來更好、更快的校準效果。

辨識主導眼的另一個好處，是能幫使用者診斷與聚散度相關的眼疾，如斜視或弱視，並在此基礎上優化注視點渲染技術。而為了進一步優化眼球追蹤對廣泛人群的適配度，蘋果在編號US11644896B2的專利中提到，眼球追蹤系統可提取不同用戶的眼部特徵作為控制參數，並在此基礎上動態校準注視點。

◎ 編號WO2020068447：蘋果提出了一種基於眼球追踪的AR/VR應用開啟方式，特點是結合了語音玩法，用戶只需要盯著目標應用標誌，說出“開啟”便可開啟應用，操控夠自然快速。而在2021年公佈的另一項專利中，蘋果則還提出了用注視點快速切換文字輸入框的方案，可以讓你在VR中更快的填表、錄入個人資訊。

在蘋果看來，眼球追蹤還可以動態優化第一人稱視訊錄製，例如用注視點驅動相機拍攝的位置，將使用者註意的位置放在視訊中心，並根據注視點變化快速運鏡（使用平滑演算法來防手震）。這將很適合未來全天候的AR眼鏡。

◎ 編號US20200278539A1：為了節省眼球追蹤硬體的功耗，蘋果在專利中設計了一種基於事件相機的方案，特點是僅在識別到眼動時開啟，而不是持續開啟掃描。專利的另一個特點，則是能根據使用者的生物資訊來調節光線強度，當使用者眨眼次數超常，或是辨識到兒童使用者時，系統演算法會降低照明光源的亮度，進而提升視覺舒適性。

而另一個省電的方案，則是結合低解析度和高解析度兩種模式的眼球追踪，分別識別眼球相對運動和準確位置，並結合頭部感測器來定位注視點。

◎ 編號US10354136B2：為了提高眼球追蹤準確性，減少漂移是一個關鍵。在該專利中，蘋果介紹了一種特殊透鏡系統，宣稱可減少眼球追蹤的漂移現象。該方案基於光線追踪，可透過識別光線到達人眼並反射的數據，來對眼球建模等等。

一些眼球追蹤專利也來自蘋果在2017年收購的SMI（SensoMotoric）公司，例如US10437327B2，提出了一種透過二次成像捕捉注視點的方案，特點是第一次成像捕捉到清晰的眼球，用於定位瞳孔位置，而第二次成像清晰度較低，用來辨識眼球發亮，兩次捕捉資料結合後，注視點預測資料可以更準確。

三，生物感測器

在一些專利中，蘋果提出在AR/VR頭戴裝置中加入生物感測器，用於感知穿戴者的身體狀態，並相應改變顯示的內容。細節方面，頭顯可辨識力度、溫度、濕度、位移、EEG、電容、EMG和心率等訊息，從而評估心理壓力、個人健康狀態，然後在AR/VR中推薦幫助放鬆的應用或內容，甚至還能主動提示就醫資訊。

而在2019年一項專利中，蘋果曾描述一種臉部追蹤方案，特點是在AR/VR頭顯、眼鏡中加入多種生物感測器，例如PPG（光電容積脈搏波描記法）、ECG （心電圖）、GSR（皮膚電訊號）、壓力感測器、eField、熱感測器等等。該裝置能夠偵測使用者的健康狀況，透過分析咀嚼、眨眼、鼻子皺動等多種複雜的臉部動作來實現。

四，互動技術

#1，隔空手勢

蘋果的一些3D手勢技術來自於2013年收購的PrimeSense，從一些相關專利中可以發現，發明者為前PrimeSense員工。例如在一項專利中，就介紹了一種3D手勢方案，特點是允許用戶用抓取、推播、釋放等手勢操作3D用戶介面，來玩遊戲或播放影片。

隔空手勢是蘋果AR/VR專利中常見且重要的技術，不僅可用於AR/VR頭顯，還能在iPhone、iPad、Mac等裝置上實現。

蘋果隔空手勢系統可採用多種方案，例如結構光、LiDAR、RGB、IR感測器、超音波換能器、VSWR感測器等等。

例如在編號US20210011289A1專利中，蘋果描述了一種支援Inside-Out定位的AR/VR頭顯方案，特點是搭載RGB相機、ToF感測器和IR LED模組，支援手勢追蹤、3D環境測距等多項功能。

2，體感/智慧手套

蘋果曾為AR/VR手套申請多項專利，涵蓋了各種不同的技術方案，例如在手套的指尖末端加入磁性感測器，透過偵測磁場變化和乾擾，來定位磁源和感測器的相對位置，從而實現手勢定位。可運用柔性力感測器陣列和光導材料，來偵測微小的觸感互動和握力的動態變化等。

此外，也提出基於IMU定位的手套方案，特點是將IMU感測器內建在手套的指關節部位，可準確偵測手掌、手指動作和位置，不受遮擋等因素困擾，因此可辨識手指交叉動作。

在編號US11397486B2的專利中，蘋果也 提出了一種利用超音波來辨識手勢的VR手套，特點是可辨識使用者手掌施加的壓力，以及手指厚度。

除了追蹤手勢外，蘋果還希望基於摩擦阻力、柔性貼片等技術，為AR/VR手套賦予體感回饋（編號US10481688B1、US20200257362A1），以模擬「觸摸」大海、海浪、樹、沙灘、方向盤等紋理的感受。

而在另一項2020年的專利中，蘋果則描述了一種基於織物材質的柔性體感手套方案，特點是織物部分可膨脹或收縮，以適配不同手型的用戶。

3，智慧手環/手錶

在一項專利中，蘋果描述了一種用智慧手錶來操控VR遊戲的方案，特點是基於皮膚感測，可透過對比和分析靜脈影像，來推測手部關節動作。

而在編號US20210303068A1等專利中，蘋果也提出在智慧手錶上透過攝影機CV、UWB、EMG、RF、感測電路等方式，來識別雙手接觸動作的方案，允許你用一根手指在另一隻手掌上滑動，來模擬遊標移動、拖曳、開啟或其他指示。

實際上，Apple Watch在2021年已經推出手勢辨識功能（AssistiveTouch），可辨識握拳、捏手指等動作，讓你用單手微動作來操控手錶介面。未來，這種形式的互動有可能與AR/VR頭戴裝置結合，以便直接實現自然的手勢互動。

4，智慧戒指

#目前，市面上AR/VR主要互動方式是手柄，其次是手勢。 Google、Meta和蘋果等公司正在研究使用智慧戒指來控制AR/VR技術。尤其是在蘋果AR/VR相關專利中（US20190004604A1，US10444834B2等），經常出現對智慧戒指的介紹，涉及各種不同的設計。

例如：U型戒指（彈性/柔性材質，尺寸可調）、戒指、指套（追蹤五指運動），或是時髦的螺旋式、鉸鍊式等設計。特點是外型可擴展，且可多個一起使用，或與Apple Pencil等週邊設備協同使用。

特點是採用無線設計，光學定位織物、搭載多個感測器：觸控板、NFC通訊、生物感測器、SMI壓力感測器、加速針等裝置，可識別皮膚接觸/捏合、敲擊等微手勢交互，支援6DoF定位，甚至能辨識環境溫度、物理表面形狀和紋理，以及心率、血壓、血氧等生物訊號。一些專利中也提到，智慧指環可配備一些與Apple Watch接近的智慧功能，例如數位旋鈕、解鎖Mac電腦等等。

5，手寫筆互動

在一些專利中，蘋果曾提出用手寫筆（如Apple Pencil）在空間中進行3D創作，這與傳統基於觸控筆的手寫筆方案有很大不同。

例如編號US20180018057A1，就指出了一種基於非電子表面輸入的手寫筆設計，特點是手寫筆內置定位傳感器，可識別在任何地方書寫的內容。

而在2020年的一項專利中，蘋果則描述了一種支援6DoF定位的手寫筆，特點是支持剪切力反饋，用戶握筆時可感受到模擬的表面、體積、內部紋理等物理體感特性。

在另一項專利中，蘋果還提出了一種簡易的手寫筆適配器，可為Apple Pencil帶來壓力感應功能（作用類似於VR手柄的扳機鍵），並允許用戶使用Pencil在空間中輸入資訊。此外，手寫筆還能作為控制器來玩遊戲（US20230042447A1），例如在AR/VR中做出敲擊、滾動、旋轉、輕彈和滑動等動作。

6，虛擬鍵盤

#編號US10237509B1：為了幫助AR/VR用戶快速輸入文字，蘋果在專利中提出了一種虛擬鍵盤設計，概念是在實體鍵盤上疊加一層虛擬鍵盤，相比於相機直接透視按鍵，虛擬鍵盤視覺看起來更加清晰。輸入硬體方面，此方案相容於實體鍵盤，或是平板電腦的觸控鍵盤、手勢追蹤手套。

編號US20200088999A1：這項專利中設想了一種基於投影的虛擬鍵盤方案，特點是在頭顯上搭載投影裝置，可將鍵盤投影到桌面等物理平面上，並利用3D感測器來識別用戶敲擊鍵盤的動作。值得注意的是，這項專利中提到的頭顯還支援其他外屏交互，例如在外殼上加入按鈕、觸控感測器、觸控顯示屏，允許用戶不戴頭顯也能快速使用。

而在另一項專利（US10890952B2）中，蘋果也提到了類似的互動式表面投影機方案，特點是可將任何實體表面變成可操作性的選單，例如在筆記本上疊加計算器功能，或在手臂上疊加互動UI。

五，VST透視

在一些專利上可以看到，蘋果部分VST技術是從他們2017年收購的VRVANA公司獲得的透視技術。 VRVANA技術特點是可修正光學透鏡的影像失真，VST透視延遲僅幾毫秒。在2019年公佈的一項專利中（發明者之一為VRVANA創始人Bertrand Nepvue），蘋果就描述了一種基於即時色度鍵控原理的MR方案，可將真實場景中人的背景替換為虛擬內容，類似綠幕替換。

此外，蘋果在2019的另一項專利中指出（US10330935B2），可為頭顯配備高分辨率和低分辨率兩種透視攝像頭，這種設計利用了VR的注視點渲染技術，通過降低使用者餘光部分的透視分辨率，來優化計算任務、降低硬體成本。

專利也指出，AR/VR頭戴裝置透過兩組RGB相機捕捉周圍立體環境，宣稱可模擬人眼視覺系統。

六，空間音訊

#蘋果針對空間音頻也曾申請多項專利，例如一些基於HRTF（頭部相關傳輸函數）、幾何聲學等技術的方案，或是透過即時聲音射線追蹤來模擬室內聲場。此外，也探討了根據頭部定位資訊來預測雙聲道音訊的方案，特點是可根據使用者頭部運動來動態調整聲音的模擬距離和方向，改善VR RPG遊戲、恐怖電影等內容的體驗感。

而在US2022032965A1中，則描述了一種根據頭對軀幹方向來定位使用者朝向的方案，類似於AirPods的身體朝向模式。

在2021年的一項專利中，蘋果曾指出AR/VR頭顯可搭載多個麥克風陣列，支援定向音訊偵測，可計算出周圍環境中某個聲音的來源，並以視覺形式標註或提示。這樣的功能可以很好的補充人的聽力，幫助使用者辨識超出正常感知範圍的聲音（類似的概念還可以用AR標記肉眼不可見的氣體、電磁訊號等）。

而在2023年的一項專利（US2023014111A1）中，也指出可以使用空間濾波器，根據用戶所處的環境，為雙聲道音頻加入空間線索，讓空間音頻的實際體驗更加身臨其境。

七，定位系統

#◎ 超音波定位

目前，主流VR定位是基於光學方案，例如紅外線、CV等等。在編號US20190094955A1的專利中，蘋果提出了一種基於飛時測距原理的超音波定位方案，宣稱可測量感測器與牆壁、目標、障礙物之間的相對測距，為周圍環境生成3D地圖，並定位手把、頭顯，以及偵測障礙物、辨識表面。

◎ 3D測距/掃描

#蘋果不只一次在專利中提到，AR/VR頭顯可搭載多個3D感測器，包括：結構光感測器、雙眼3D影像感測器模組（由2個或以上相機組成）、LiDAR、3D無線電感測器、紅外線或CV相機等等，這些感測器可用來定位空間，也可以識別障礙物。

八，其它感測器

#◎ 多感測器陣列

在2021年，USPTO曾曝光一項來自蘋果的關鍵AR/VR專利（US20210165229A1），其中描述了一種分離式、搭載多相機和感測器的AR/VR頭顯。為什麼說它重要呢？首先專利發明者都是蘋果的一些關鍵人物，例如HoloLens聯合發明者Avi Bar-Zeev，以及在蘋果工作了二十多年的Geoff Stahl。最近，彭博社曝光，Stahl現在負責蘋果AR/VR專案中的關鍵應用程式xrOS作業系統。

除此之外，在編號US20210294104A1的專利中，蘋果還設想AR/VR頭顯可以搭載更多感測器，例如度相機、眼球追蹤模組、雷射雷達、指紋辨識模組、手勢辨識模組、超音波感測器、光學距離感測器、視網膜掃描感測器、溫度感測器、EMG、氧氣感測器、心率感測器、血流量感測器、電阻式感測器、應變儀、加速計、磁性感測器、電位器等。

◎ 霍爾感測器（編號US10557724B1）

通常，AR/VR頭戴裝置採用距離感應器來感知配戴狀態，偵測到使用者配戴頭戴裝置後，便會開啟系統，而偵測到使用者摘掉頭戴裝置後，則進入待機狀態。相較於距離感測器，霍爾感測器更省電，蘋果希望在頭顯中採用多個霍爾感測器和磁性機制，透過偵測裝置的旋轉角度，來判斷配戴狀態。實際上，蘋果藍牙耳機AirPods也採用了霍爾感應器。

九，設計

#◎ 數位旋鈕

蘋果在多項專利中（如US20210089136A1），曾提到數位旋鈕設計在AR/VR頭戴裝置上的應用。實際上，數位旋鈕是蘋果產品的經典互動方式，先前曾出現在Apple Watch、AirPods Max耳機中，而應用在AR/VR頭顯時，它將可以調整音量、螢幕亮度，甚至可以切換AR和VR模式。

有趣的是，在編號US20230162929A1的專利中，蘋果中指出數位旋鈕可支援更複雜的操作，例如將多次旋轉動作組合，觸發組合指令，實現更豐富的交互。

◎ 柔性智慧紡織材料

目前AR/VR主要在外殼上採用織物包裹，還未應用導電的織物設計。在編號US20190191557A1的專利中，蘋果提出了一種柔性智慧織物方案，特點是內建凹槽導電纜，可應用於臂帶、AR眼鏡等穿戴設備。

◎ 隱藏相機

AR/VR頭戴裝置不可或缺的部分是光學感光元件和相機，它們主要用於感知環境、定位和手勢辨識。 AR眼鏡的全天候佩戴可能導致眼鏡上的相機和感測器運行時間過長，從而引起周圍其他人的不滿。為了讓相機看起來更隱蔽，蘋果在專利（編號：US20190353836A1）中提出了一种红外透光單面鏡塗層，原理類似於警局問詢室常用的單面鏡，該塗層能透過紅外線光（不影響SLAM定位），從外部看不到內部的攝影機。

◎ 外殼大面積觸控

在編號US20210089150A1的專利中，蘋果提出了一種大面積支援觸控的AR/VR頭戴裝置外殼設計，特點是配備感測器、滑桿按鈕、旋鈕等多種操作方式，支援靈活的外部操控。

而在其他的專利中，蘋果也提到某種肉眼不易察覺的「隱形」按鈕和觸控滑塊方案，用於優化AR/VR頭顯的產品美學設計。

◎ AR頭顯盒子

蘋果在多項專利中曾提出插入式AR/VR頭顯盒子設計，特點是可將手機直接插入有透鏡的鏡架中，在用戶眼前顯示內容。鏡腳處還可配備觸控感應器，用於操作AR/VR介面。在2022年的一項更新專利（US11258891B2）中，也加入了新功能：支援AR（VST模式）/VR模式切換。

比較與整合式AR/VR頭顯，頭戴裝置盒子的優點是成本更低，可以靈活利用現有的iPhone手機，甚至還能保護看手機的隱私。不過從一系列爆料來看，蘋果似乎暫時不會推出這樣的產品。

◎ 模組化AR眼鏡

在2020年公佈的一項專利中，蘋果構想了一種比較超前的AR眼鏡產品設計，特點是鏡片、鏡架等部分高度模組化，可替換和拆卸，例如根據不同的需求和場景，更換不同的零件，例如高解析度顯示器模組、長續航電池、更小巧的元件等等。值得注意的是，AR鏡框與鏡腳之間採用插入式榫接結構，使用者無需額外的工具輔助，自己就能組裝完整的AR眼鏡。這種玩法類似於Apple Watch的可更換錶帶機制，允許用戶將產品個人化。

◎ 可設定、擴充的AR/VR音訊系統（編號US20200089008A1）

耳機的耳罩採用變形泡棉材質，可透過充氣和放氣來切換降噪和穿透模式，以改變音訊模式。在VR場景中，可快速切換至沉浸式音訊（降噪模式），而在AR場景中，則改為​​開放式音頻，透過骨傳導原理播放聲音。

◎ 鏡片保護模式

Apple engineers envisioned a protective mechanism in a patent published in December 2019 to prevent the lenses of AR glasses from shattering upon impact from falls.。此方案可透過感測器偵測AR眼鏡的狀態，當時別到正在自由落地、被撞擊時，便會啟動光學系統的保護模式，即移動相關鏡片，並在透鏡間隔填充空氣或特殊液體，來形成緩衝，從而降低碰撞帶來的意外損失。

而在編號US20210302745A1的專利中，蘋果還提出了一種光學模組自檢系統，當識別到跌落、碰撞等情況時，會自動檢測內部組件錯位情況，並自動進行位置補償，以恢復預設值。

有趣的是，蘋果在另一項專利（US11340466B2）中，也提出了一種彈性鏡框設計，特點是鏡腿可變形，在受到撞擊時可起到緩衝作用，避免光波導等光學模組變形。

◎ 頭顯綁帶最佳化

編號US20190072772A1：通常，用戶在佩戴AR/VR頭戴裝置之前，需要針對自己的頭型去調節綁帶，這需要一個過程，因此不能像手機那樣拿出來就能用。當多人共享AR/VR頭戴裝置時，每個人都需要調整綁帶，這可能會比較麻煩。

為了簡化頭顯配戴流程，蘋果在專利中描述了一種機械綁帶系統，特點是可識別使用者頭部參數，並自動適應尺寸。值得注意的是，該系統還會根據手勢、頭顯內容來調節，例如透過使用者手的位置來輔助摘掉、穿戴動作，而在運行不需要用戶移動的內容（例如看電影），綁帶就會放鬆。

除此之外，蘋果還在一項專利中提出了一種可折疊頭帶系統（US11320659B1），特點是將柔性綁帶與磁吸模組結合，特點是容易收納，支援模組化擴展（例如將相機、電池、揚聲器等元件吸附在頭帶上）。

十，UX設計

#◎ 主動散熱系統

編號US20190075689A1：為了提升散熱效率，Quest 2已經採用風扇來主動散熱。相較之下，蘋果專利中所描述的方案具有較好的通風性，特點是在頭顯上下兩面各配置兩個風扇，以實現上下對流風，為內部零件降溫。

此外，此風扇系統可根據渲染任務動態調節強度，還能對臉部吹風，為肌膚降溫。

而在2022年的一項專利中，蘋果進一步提出了一種風扇噪音控制系統，特點是可識別散熱系統的噪音，並即時調節風扇速度來降噪，以避免干擾用戶與接打電話、Siri語音助理交流。有趣的是，還可以增加風扇音量，來提示使用者周圍有障礙物。

◎ 光纖部件自我清潔

我們知道，AR/VR頭顯通常是基於精密的光學結構，如果在透鏡、顯示器之間的縫隙進入灰塵或碎片，很可能阻礙光源傳播，進而影響顯示效果。然而，光學元件通常不好拆開，人為清潔困難。因此，蘋果在2021年公佈的一項專利中指出一種可自我清潔的光學方案，其概念足夠簡單，主要是檢測光學質量，當出現問題時，便通過抖動將灰塵顆粒抖開，並安全的手機到用戶視線範圍外。

◎ 臉部適配系統

編號US20200081259A1：蘋果提出了一種模組化的頭顯面部支撐系統，特點是採用長度可伸縮的材質、充氣式材料，以及彈性橡膠材料，好處是可以根據不同人的面部結構（額頭、兩頰、太陽穴）調整，即使因頭顯晃動而出現面罩錯位，也可以透過調整貼合度來提升舒適感。

◎ 跨裝置認證解鎖

在一項名為「認證設備輔助用戶認證」（US10893412B2）專利中，蘋果指出了一種多設備就近認證的方案，允許用戶佩戴AR/VR頭顯直接解鎖自己的iPhone，從而省去重複穿脫頭戴裝置、解鎖手機的步驟。這款跨裝置之間的連動設計，在Apple Watch上已經採用，可讓你快速解鎖iPhone或Mac電腦。除了使用解鎖功能外，你還可以透過使用頭戴式顯示器來鎖定手機等設備，同時還可以設定二次驗證機制。

在另一項編號US20210105614A1的專利中，蘋果也提到了類似的多設備認證、解鎖系統，允許用戶使用AR/VR頭顯解鎖附近的蘋果設備。

◎ 增強融合顯示

編號US10347050B1，蘋果提出了一種利用AR扭曲影像來增強顯示效果的方案，其特點是透過辨識使用者的視覺盲點，來用AR的形式改變真實環境的視覺效果，讓原本使用者看不到的內容，也能以某種形式可見。此方案基於眼球追蹤技術，需要使用3D深度感知來捕捉周圍場景。

◎ 頭戴裝置無線感應充電

#在編號US20200081490A1的專利中，蘋果提出了一種適用AR/VR頭顯的感應充電架，特點是可直接將頭顯掛在上面展示，或是將電池分離，放在架上充電。這個設計的優點在於它能夠實現頭顯的美觀收​​納和展示，而且頭顯不使用時還可以充電，方便用戶隨時拿取使用。

◎ AirPlay隔空播放

在多項專利中，蘋果曾提出將AR/VR頭戴裝置與電腦、筆記型電腦、電視連動的方案，概念類似於現有的AirPlay功能，可以快速在頭戴裝置中同步周圍其他裝置的螢幕（來播放影片、載入文件、信箱等等）。

◎ 毫米波通訊系統

在2020年的一項專利中，蘋果提出了一種基於毫米波的多人互動方案，特點是透過毫米波基地台和多個中繼基地台，來實現與電子設備之間的大規模無線通訊，例如向多台AR/VR頭戴裝置串流內容等等。

十一，應用場景

在某些專利中，蘋果深入探討了AR/VR的多種應用場景，例如沉浸式觀影、AR導航、AR視訊通話系統等等。

◎ AR通話（專利編號20160344972）

基於相機捕捉、產生3D模型，用於實現沉浸式遠端AR通話。此方案可用於iPad、Apple TV等設備，特點是可將通話者、通話者手上拿著的物體捕捉，並以虛擬形式呈現在影片中。

也會結合外部相機，搭載RGB影像感測器、深度感測器、IR感測器等，可辨識空中手勢，用於簡化選單操控方式。

◎ 虛擬助理

特點是具備上下文感知能力，利用電腦產生字元或影像，用於提示、導航、顯示額外的訊息，輔助使用者使用AR/VR。除了視覺輔助外，虛擬助理也支援語音互動。

◎ AR導航

#編號US20170213393A1：蘋果AR/VR頭顯可能支援視覺導航，例如現實場景中的建築、興趣點上標記額外的訊息，或是用AR標記車內的音響等各種功能。此外，支援手勢互動。專利來自Metaio的技術，除了AR導航方案外，Metaio也為AR環境辨識（3D環境捕捉，以及天氣、時間、座標等資料辨識）申請專利。

而在2018年另一份專利中，蘋果也曾提出可從多角度檢視的3D AR地圖方案。

◎ AR體育轉播

編號US20200175275A1：為運動比賽轉播加入可互動的AR內容，豐富觀賞體驗。這個方案的特點是，需要使用外部設備來檢測觀眾的興趣點，並在此基礎上顯示額外的信息，例如當你看對籃球員的鞋子感興趣，系統就會在電視上顯示球鞋的信息，還可以AR的形式展現球鞋模型，讓觀眾從多角度看。

◎ 低延遲色度摳像

#Zoom等視訊軟體已經支援背景替換功能，而在VST混合實境頭戴裝置中，背景替換也可以得到很好的應用，例如將眼前的人、物件與實際背景風格，並即時替換為虛擬背景。蘋果的專利方案與通常的背景替換方案不同，它是更立體的，可以呈現3D背景，而不是2D圖像。

◎ 與電腦協同

在某些專利中，蘋果提到了AR/VR在辦公室場景的應用，例如搭配Mac電腦，利用虛擬螢幕來擴展電腦螢幕的顯示區域，或將電腦螢幕內容顯示在頭顯中，以保護使用者隱私，防止窺屏。

◎ 手機等連接AR/VR頭戴裝置（編號US20190065027A1）

描述了某種分離式觸控互動方案，即使用手機等具備觸控板、觸感按鍵和顯示器的設備，來操控AR/VR頭顯顯示的內容。換句話說，將iPhone作為AR/VR頭顯的手柄，這可以看做是手勢、手柄之外的另一種互動方式，而且可以很好的融合蘋果全家桶設備。

◎ 360°視訊編碼/解碼技術

專利編號20190004414，指出了一種自適應解析度和投影格式，特點是預設了多種編碼配置方案，可根據成像效果選擇是否插幀，從而提升360°和MR視訊渲染品質。

雖然我們擁有這些專利，但它們只揭示了蘋果XR設備開發的一小部分，因此無法確定最終的外觀和功能。本文只是拋磚引玉，透過這些專利給大家一些線索和啟示。蘋果XR設備有待揭曉，期待在WWDC23讓我們一睹芳容。

以上是挖掘數百篇AR/VR專利，蘋果XR全方位探索的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！