長期以來,XR設備的一個現實門檻是,如果你有近視、遠視、老花,甚至輕度散光,就需要額外配一副適配的光學鏡片才能看清楚顯示內容。
不管是昂貴的Vision Pro還是2000-3000千元的AR眼鏡,對於這個問題的解決方法都是搭配單獨配的鏡片使用。這就會出現很多問題,比如多持設備就要配多款鏡片,成本很高;配了鏡片無論如何體驗都會有不同程度打折;一家人想要共享可能也要多配很多副鏡片……

面對這種種問題,行業內一直沒有特別好的消費級解決方案。不過目前,蘋果最新公布的兩項專利,讓我們看到了好的苗頭。
大戶肯花錢,小廠遲早能夠用更便宜的方案推廣到千家萬戶。
這兩項專利是?
第一個專利可以是「Dynamic Vision Correction with Gaze-Responsive Optics」,使用注視響應光學器件進行動態視力矯正。
注視點這個概念,XR老用戶應該非常熟悉,是一種通過「看哪哪清楚,不看的地方就模糊」的方式,減少算力浪費、優化視覺體驗。
而這一專利,是把這個數字手段變成了物理手段,鏡片會根據你的眼動追蹤數據,實時調整光學特性。效果也是你看的地方就清晰,不看的地方就輕微模糊。
這種「中心清晰、邊緣輕度模糊」的設計,不僅能減少眼部疲勞,還利用了近視離焦(在保持中央視力清晰的同時,讓周邊視網膜接收到比正常聚焦更靠前的光像)的原理來減緩眼軸增長,尤其對減緩近視有潛在的幫助。
怎麼實現的呢:

通過圖示,可以看出,這套方案的整體系統中包括鏡片、注視追蹤系統、傳感器/攝影機。當我們在看一個物體時,系統實時檢測眼睛的注視點。控制電路驅動鏡片的「中央區域」和「周邊區域」呈現不同光學效果。

它的鏡片當然是特製的。簡單理解就是兩片透明基板夾著中間的液晶材料電極布局。控制電路對不同電極施加不同的電壓曲線(就像fig 6那樣),液晶分子會在局部區域發生取向變化,改變折射率。
按照我們的理解,這個專利有點像是蘋果提前「疊甲」在未來近眼顯示大規模推廣後,對於視力的擔憂一定會和現在的隱私問題同樣如影隨形。這一專利也主要是在幫助減輕近眼顯示設備可能對視力造成的影響。
第二個專利闡述了一個複雜的光學系統,它可以實現讓智能眼鏡根據用戶的視力需求自動調整,而不需要再使用處方鏡片。

它一共包含四種模式:
普通模式(Normal Mode):匹配你視力的普通模式
老花眼緩解模式(Presbyopia-Mitigation Mode):幫老花看近處
近距模式(Near-Focus Mode):幫助看近處
暗光模式(Negative Power Boost Mode):在低光/疲勞狀態下看得遠處更清晰
好吧,牛逼的來了。它是通過一種特殊的鏡片實現的:
Tunable Lens(可調透鏡)。
這種鏡片一般有三種類型,一種是充液,在其中充滿液體。一種是夾心,就像上面說的,兩麵包……兩片透明基層夾著液晶。還有一種是可變形材料。通過外部手段,無論是加電還是加壓,使鏡片或其中材料發生改變,達到調節光學功率的效果。

(其他品牌的液體可調透鏡實物)
蘋果的方案中採用了充液鏡片。
兩片透鏡之間夾有充液腔室(fluid-filled chamber),支架則沿鏡片外圍形成固定支撐結構,再通過外圍的透鏡整形件(104)傳遞形變。

在調節方式上,通過步進電機 磁體 線圈組合實現精確控制。多個充液囊均勻分布在鏡片的外周位置,每個囊都可以單獨調節內部的流體量,從而改變對應位置的鏡片曲率。
如果多個充液囊協同工作,就能實現整個鏡片的統一焦距變化;如果只調整部分囊,則可以進行局部光學修正,比如補償散光。
鏡片內部的液體控制組件負責在充液囊與中央腔室之間調配流體,保持不同位置的形變平衡。
太長不看版:一個外面扎了一圈氣囊的充水氣球,通過按壓吹氣改變氣球里的水的形體,從而達到改變屈光度的作用。

(在靈魂畫手筆下大概就是這樣)
相比於拿一個氣囊到處扎,或者用手暴力擠壓,這種扎一圈的方式是不是更「精細」。還可以實現「局部調整」。這也是蘋果這套方案的優勢,精細、局部調整。此外,這套方案中,鏡片,充液腔室和氣囊都是分開的,理論上來說有後期維修的可能。
在可調透鏡的支持下,配合其他的元件,比如環境光傳感器、眼動追蹤、深度傳感器等,就可以實現上文中的四種功能。
更神奇的是,根據以往的專利描述,這個功能可以實現「眨眼切換」,也就是在你眨眼的瞬間完成調整,更加無感的為你帶來舒適視覺體驗。
不過需要注意的是,本文的內容,特別是涉及到可調透鏡的部分,除了本次公布的兩篇專利文章之外,還涉及到以往其他專利內容。蘋果的專利往往是不同的工程團隊申請多項,最終在一個產品中做成功能體現。根據外媒的說法,Vision Pro中就使用了5000多項專利。