蘋果的專利也可謂一環套一環：旋鈕控制裝置專利搭配各種顯示器，Apple Pencil增加iPad書寫觸感，手指傳感器為AR眼鏡做準備……蘋果生態的布局可謂面面俱到。文中提到的十幾個專利僅僅是蘋果申請大量專利的冰山一角。
智東西（公眾號：zhidxcom）
編 | 信儀
智東西7月22日消息，據外媒報導，蘋果公司最近又披露了一項新的有趣專利，蘋果正在研究如何在現實世界中操縱虛擬控制項，未來蘋果AR眼鏡的佩戴者能將任何表面都顯示為觸控屏，用來進行一些基礎的操作。
▲蘋果AR眼鏡的佩戴者能將任何表面都顯示為觸控屏
不得不說，這一操作讓我想起了科幻電影中大boss隨時隨處一揮手就出現的懸空電子屏。而實際上，蘋果的這一專利早在2016年就提交了，不過是最近才曝光出來而已。想像一下，這一技術在未來如果實現，我們是不是就可以直接隨身戴副眼鏡，平板和手機都不需要時時掛在身上了？
▲電影《復仇者聯盟》中的虛擬屏幕
蘋果這個「專利大戶」的專利產出可謂源源不斷。上個月的蘋果開發者大會（WWDC20）展示出的「iPhone開寶馬」「空間音頻環繞音效」的專利可謂讓我們大開眼界，而蘋果有趣的專利遠不止於此。
蘋果專利的腦洞總是讓人意想不到，而這些專利也在不斷充實著蘋果公司的各大產品，在iPhone、Mac甚至即將到來的AR/VR頭顯上都有大量涉及。
針對我們日常生活中使用的產品，蘋果近期又推出了哪些腦洞大開但實用性卻不遜色的專利？這些專利一旦落地，又會為我們增加什麼樣奇妙的使用體驗？
我們篩選出了蘋果最近曝光的14個有趣的專利，這些專利有的已經應用在蘋果的產品中，有的尚未落地但可能會改變蘋果未來的產品形態。那麼這些專利都有哪些不可思議之處？我們一個一個來看。
一、 眼動追蹤、光瞳擴展，蘋果對VR/AR的投入不僅限眼鏡
1、現實表面能變觸控顯示屏
文章開篇提到新曝光的蘋果專利與蘋果公司正在開發的「Apple Glass」有關，這一專利的提交名稱為「用於檢測第一物體和第二物體之間觸摸的方法和裝置（Method and device for detecting a touch between a first object and a second object）」，在實際落地上，看樣子蘋果是想把它作為一種疊加在現實對象上呈現的虛擬控制項。
在這項專利中，蘋果解決了一個有關「佩戴AR眼鏡的人如何與他們看到的虛擬環境互動」的難題。
專利顯示，人類與物體進行自然交互的方式是用手觸摸，但是AR眼鏡的顯示器越來越小，鏡片也越來越靠近用戶的視網膜，這使得AR眼鏡的玩家觸控螢幕幕的行為變得無比困難且不便。
如果這一專利的設想實現，用戶就可以在任何平面上觸摸自己需要的虛擬畫面。例如，AR眼鏡確認用戶已經觸摸了用戶自身認為是按鈕的現實表面，那麼AR眼鏡系統就可以自己做出反應，就好像用戶實際點擊了按鈕控制項一樣。
▲專利中顯示了如何將平坦的物體製成計算器
這一設想聽起來很困難，蘋果之前嘗試過直接讓用戶與AR環境進行交互，但是這樣的操作需要類似手套或手指傳感器這樣的硬體。同時，試圖通過視覺監測手指與虛擬表面的接觸也不夠準確。
蘋果的想法是，可以通過紅外熱感應來檢測用戶何時觸摸現實世界的物體，這個方法可以讓Apple Glass在視覺上將控制項投射到現實世界的物體上，並在用戶觸摸這些物體時，通過感知觸摸物體時的熱傳導來做出反應。
▲通過不同溫度來區別顯示圖像
儘管我們還不能確認這一專利技術到底是否會融入蘋果未來的AR眼鏡產品中，但這一腦洞卻足以讓我們想像科幻世界裡的現象或許有一天真能在現實世界中實現。
2、紅外光源眼動追蹤，讓VR射擊遊戲瞄準更準
在今年6月30日美國商標局新發布的蘋果專利授予列表中，有一項專利介紹了蘋果準備在未來的頭顯中搭載的眼動追蹤發明。這一發明配置了閃爍輔助的凝視追蹤功能，以能夠提供更高的視覺準確性和清晰度。
用戶會在VR（虛擬實境）體驗中感受到身臨其境的場景交互，以往VR系統可以通過向用戶展示立體的場景以產生身處其中的感覺，當用戶通過VR系統觀看圖像時，可能會感覺到正在以第一人稱的視角感受周圍環境的移動和變化。
▲眼動追蹤系統正視圖示例
▲眼動追蹤系統側視圖示例
類似地，MR（混合現實）或AR（增強現實）系統也是將計算機生成的虛擬內容與現實世界的視圖結合起來，以在用戶所處的真實世界中添加可視內容。
因此，此類頭顯設備必須在用戶視圖方面提供準確的數據，以確保用戶看到的圖像時正確的。如果用戶在射擊遊戲中看到的圖像不準確，那麼就沒辦法準確進行瞄準和射擊了，這個「鍋」用戶可實在沒辦法自己背。
蘋果的這項專利提出了一種利用紅外線光源的閃爍來追蹤眼球的方案。具體來說，這個眼動追蹤方案在頭顯使用者的左右眼位置各設置一個攝像頭模組，以向眼球發射光源。眼動追蹤攝像頭可以依據具體情況放置在眼球的對面或同側，最終將眼球反射的光線映射到攝像頭中即可。
據了解，這一眼動追蹤攝像頭的刷新率在60~120fps之間，通過捕捉到的眼球數據生成眼動追蹤信息後，控制單元會根據光學檢測數據和校準數據，來預測眼球的注視點、角膜中心等的3D數據，進而重新對應眼球的視軸。
▲用於人眼、瞳孔中心、角膜中心位置估算的數學模型
3、微型全息光學投影改變AR視場和畫質
在今年6月18日蘋果發布的一項與未來的AR眼鏡有關的專利申請中，提及了一種「光瞳擴展功能」，這一功能旨在擴大投射到光學鏡頭上圖像的視場，從而為AR應用提供更高質量的圖像。
▲光瞳擴展功能圖示
這個被稱為「 Pupil Expansion」的專利主要涉及了光學反應裝置中的擴展光束。專利文件中顯示，全息光學元件可以用於頭顯設備的波導器件中。
以往擴大AR圖像視野的方式主要包括使用反射、折射或衍射光等常規光學器件，但是使用這些方式集成出的設計趨於笨重，而且有一定的固有局限性。例如，常規的反射鏡可能需要必須與發現重合的反射軸，從而使反射鏡取向欠佳，或導致反射鏡處的反射輸出受阻。
蘋果的光瞳擴展技術涉及了一種或多種用於將光束從入射視野到出射視野的改進方法，這一方法可以在光學設備中採用光瞳擴展技術，以擴大投影圖像的視場。
▲光學系統示意圖
4、 可以感受虛擬圖像觸摸質感的貼紙
蘋果對於AR眼鏡的專利投入不止在眼鏡本身，在配件方面的專利也不甘示弱。今年的6月4日，美國專利商標局發布了蘋果申請的一項「手指傳感器設備」專利，以用來配合未來的AR眼鏡及其他頭顯設備。在此之前，蘋果已經申請了5個手指設備專利以配合未來頭顯設備的使用。
這次申請的手指設備類似一個環狀貼紙，搭載了能感受到力、圖像等的傳感器，因此當使用者在與現實世界對象交互時，可以通過一個甚至多個傳感器感覺與現實世界對象的物理信息。
▲手指裝置俯視圖
通過這個傳感器，可以在計算機上呈現視覺、音頻、觸覺等內容，並經過觸覺輸出。因此通過頭顯設備，使用者可以感受到現實物體的表面輪廓、紋理、物體顏色及其他視覺屬性，還能感受到溫度、聲音、作用力、重量等其他物理屬性。
除了配合頭顯設備或是AR眼鏡，這一手指設備還可以搭配MacBook、iMac、iPad、iPhone、Apple Watch等使用。
▲手指裝置截面側視圖
二、 iPhone取代護照車鑰匙，未來只帶手機出門可行嗎？
蘋果公司一直有著一個「讓iPhone成為人們出門唯一需要攜帶的設備」的野心，蘋果已經用Apple Pay取代了現金，用AirDrop取代了U盤，下一步蘋果的目光轉向了用iPhone取代護照和車鑰匙。
1、用iPhone取代護照，實體護照地位不保？
目前的手機已經讓我們不必攜帶紙筆、計算器、相機、鏡子甚至錢包出門，下一步，科技大佬們紛紛把目光轉向了「電子身份」，這樣的話人們就可以不必隨時記得要攜帶證件了。
早在2017年3月，蘋果就向美國專利商標局提交了一份名為「將文檔納入安全環境」的專利申請，其內容是蘋果想讓iPhone取代身份證。
這一專利描述了可以利用iPhone的諸如NFC（近場通信）或RFID（射頻識別技術）的短距離無線電功能，來存儲嵌入集成電路內的人員身份憑據。
通過這種方式，iPhone可以獲取來自權威機構的憑證信息，比如身份證、駕駛證、護照等。而iPhone可以通過存儲用戶的個人姓名、出生日期等信息，用以核驗該用戶的真實身份。
▲將身份信息添加到iPhone上
當相關部門人員要求提供相應的證件信息時，iPhone用戶就可以使用密碼、指紋、Face ID等方式解鎖設備後，將手機內儲存的個人證件信息展示給工作人員。通過這種方式，iPhone便可以將用戶的個人數據發送給所需信息的相關部門人員，完成身份核驗。
而後，蘋果也在2019年與日本、德國和英國政府合作開展了身份證項目。
▲iPhone取代身份證專利操作方式
今年7月，蘋果在最新的題為「提供經過驗證的用戶身份證明」的專利申請中，詳細說明了可以記錄或傳輸用戶ID並進行確認的方法。
儘管蘋果公司並沒有使用「iPhone」這個詞，而是可以強調了這一技術可能用於任何設備，但是「蘋果計劃用iPhone取代護照、駕照、圖書館借閱證、滑雪場會員等實體身份證明」的消息廣泛流傳，甚至被網友炸上了熱搜。
▲iPhone取代護照上熱搜
這份新的專利文件中詳細闡述了如何複製和使用用戶身份證明。按照蘋果的設想，iPhone等設備可以安全傳輸某些身份證明。如果用戶的身份已經被驗證過，那就直接可以使用Apple Watch等設備的生物識別傳感器直接發送身份證明。
▲信息驗證傳遞路徑
然而無論是iPhone取代實體身份證還是護照，在實際落地方面都存在難點。除了需要得到政府的認證，還要盡力契合各國的身份驗證標準，每個國家的身份證標準不同，並且目前大多數國家也並未允許「網證」代替實體證件，因此「iPhone替代實體證件」的願景任重道遠。
2、iPhone「汽車鑰匙」可開寶馬
今年的WWDC上，iPhone已經正式可以作為數碼車鑰匙「出道」了。iPhone可以通過NFC功能解鎖汽車，還可以遠程鎖車，並且還能在任何地方通過APP將車鑰匙「借」給別人。
▲iPhone開寶馬
據稱，這一技術應用了蘋果自研的U1晶片，可以準確檢測設備距離，確保安全性。
「iPhone當車鑰匙」的專利可以追溯到2013年，在2013年4月，蘋果發布了一篇題為「蘋果揭示了先進的汽車門禁控制系統的報告」，而這一報告最初是在2011年提交給美國專利商標局的，該專利顯示，未來的iPhone將能夠打開車門，啟動引擎，在特定的時間關閉引擎，並且能夠對汽車進行個性化的編程設置。
▲專利相關車輛示例及通過設備操作車輛的流程圖
此後，2016年的相關專利文件顯示，蘋果用戶可以通過諸如iPhone或iPad這些便攜設備控制汽車，其中包括車門解鎖、啟動引擎、調整溫度、打開汽車的前燈和天窗等常用操作。
在2019年，蘋果又申請了新的「車輛授權的系統和方法」專利，這個系統將提供車輛和iPhone持有者之間的通信，允許用戶執行某些任務，例如打開車門等。
有消息稱，這個系統將使用生物識別技術來確認用戶的身份，並確定該用戶是否被授權進入和操作車輛，此外，車主還可以授權他人進入和控制車輛。
據稱，蘋果公司還可能將這一技術應用於自動駕駛叫車服務，並提供與例如Apple Pay之類的行動支付方式相關的認證。
「車輛授權系統」可以理解為是一個系統層級的接口，未來只要是使用了蘋果智能汽車硬體的設備，都可以和這個接口進行無縫銜接，那時候手機就真正可以成為車鑰匙的本體，而不用車聯網系統再做中介進行繁瑣的操作了。
三、 旋鈕「滑鼠」、玻璃鍵盤，Mac的亮點不止在自研晶片
1、 超越Surface Dial的旋鈕控制裝置
在美國專利商標局7月7日發布的63項新授予的專利中，含有一項可能將會搭配iPad、Mac、iPhone以及汽車等設備使用的未來附件。
這項專利描述的是一個旋鈕控制裝置系統，神秘的是，此前蘋果從未將這個裝置作為專利申請發布過，而在這項專利獲得授權時，我們才能了解這個系統。
▲蘋果的旋鈕控制裝置專利圖示
這個旋鈕控制裝置可以從顯示器或者其他形式的表面拆卸下來，而後繼續放置在其他的設備上對該設備進行控制。
當把這個旋鈕裝置放置在顯示器上的時候，顯示器上會依據旋鈕的放置位置而發出光亮，並且顯示器還可以在旋鈕的外圍顯示出刻度標記或是其他刻度信息。
這與微軟的Surface Studio的桌面Surface Dial附件非常相似。Surface Dial放置在顯示屏上，信息圍繞旋鈕周圍顯示，用戶看信息一目了然。
▲微軟的Surface Dial使用演示
蘋果的旋鈕控制裝置可以用於調整媒體播放音量、調節恆溫器的溫度、控制音樂庫中曲目的選擇等。
而蘋果專利對於目前已有的微軟旋鈕裝置的提升，主要在於不將這一裝置的使用限制在單個顯示器或設備上。
這一專利描述顯示，如果需要的話，這一旋鈕甚至可以連接到例如外牆表面、車輛、計算機外殼、冰箱或火爐表面等其他合適的結構上。
▲蘋果的旋鈕控制裝置專利細節圖示
儘管目前這一旋鈕控制裝置是圓形的，但是蘋果公司的專利顯示，它還可以是別的形狀，並且在將來還會添加其他功能，例如滑動控制項、增加按鈕，甚至在旋鈕中間搭載顯示器等。
2、 玻璃鍵帽減少磨損，降低厚度
繼MacBook蝶式鍵盤的積灰問題被廣泛吐槽後，蘋果不得不將過去的剪刀式鍵盤重新利用。而除了剪刀式鍵盤外，蘋果還開發設計了一款特別的「玻璃鍵帽」。
今年的7月2日，美國專利商標局發布了蘋果的「透明鍵帽」專利申請，新專利的鍵帽採用了全透明的設計方案，將會採用玻璃、全透明陶瓷、藍寶石玻璃等全透明或透明色材料製作。這類材料製作的鍵帽具有高彎曲剛度和抗壓強度，即便將鍵帽做得再薄也不用擔心會彎折變形。此外，「玻璃鍵帽」的表面將會經過拋光，因此還可以避免刮擦而產生瑕疵。
▲玻璃鍵帽專利圖示
「玻璃鍵帽」的按鍵標識會印在按鍵低端，因此就算經過多次摩擦，鍵盤上的字母也不會擔心被磨損。
除了耐用度外，專利還提及了這款鍵帽具備透光性，能夠通過RGB、LED讓按鍵呈現出不同的顏色和亮度。這樣不管是在白天還是夜晚，「玻璃鍵帽」的光亮都可以適應使用者的眼睛，提供舒適的使用體驗。
四、15年才拿到背觸控專利，書寫觸感可通過Pencil傳遞
1、 背觸控專利為單手操作平板電腦
在今年6月23日，蘋果終於獲得了平板電腦的背面觸控專利，這項名為「具有多個觸摸感應設備的手持電子設備「的觸摸專利在2005年提交，至今已經過去了15年，要知道這個時候iPad還沒有面世，由此看來這個專利當時並不一定是為iPad設計的。
這個想法的提出是為了能讓用戶在手握平板電腦的時候，依舊可以使用這隻手在平板的背後進行例如「關閉或切換網頁」等基本操作，而無需再騰出另一隻手在平板的顯示屏上進行任務操作。
▲背面觸控專利圖示
這一設計妥妥是「懶癌」福音，怪不得有人說「懶人推動科技進步」，這一「懶人神器」專利就是一個很好的證明。
隨著Apple Acrade越來越受歡迎，擁有背面遊戲控制項的iPad可能也會在未來的平板市場佔有一席之地。有趣的是，歷經15年，這個項目仍然有效並且還在不斷發展，而對於這一項目是否將會落地，我們尚且還不清楚。
2、 通過Apple Pencil感受繪畫紋理
去年12月，蘋果公司發布了一份專利申請報告，標題為「在iPad上書寫就像在真正的紙上書寫，使用畫筆工具像在真實的畫布上繪畫」。這份專利申請在今年的6月23日獲得批准。
這一專利涉及了Apple Pencil未來可能會使用的高級觸覺技術，它將為用戶提供在紋理上書寫或繪圖的感覺。這並不是Apple Pencil首次涉足提供紋理觸覺反饋的專利，這一項目早在2015年就已有兩個類似專利公開。
從圖中我們可以看到，在2015年提供的專利中包含有一個叫做「rumble pack」的感應裝置。觸控筆可以通過對iPad上「搭線」形式的觸覺反饋設備的接觸，生成觸覺反饋。
▲搭載「rumble pack」感應裝置的初代觸覺反饋裝置
當觸控筆在平板電腦的屏幕上滑過時，觸控筆就會感應到圖像，並且相應的紋理信息會通過平板電腦上軟體傳遞給「rumble pack」，因此用戶能在視覺上觀察平板電腦上的圖像，並且也能感受到圖像的質感。
而在最新的專利中，「rumble pack」被集成到了Apple Pencil中，觸控筆可以通過筆尖感受觸覺反饋，以模擬使用手寫筆在帶有紋理的紙張上繪製。將觸覺反饋裝置集成到筆尖，可以更準確地模擬在紋理表面書寫的感覺。
▲改進後的Apple Pencil搭載的觸覺反饋裝置專利圖示
除了模擬在紙上寫字的感覺，這一系統還可以基於不同的編程，配合用戶選擇的不同輪廓，模擬出在紙張、畫布等不同表面書寫繪畫的感覺。
此外，這個裝置還可以基於編程和用戶自主選擇的配置文件，來模擬鉛筆、原子筆、鋼筆、螢光筆、畫筆等不同類型的書寫繪畫工具。
五、 Apple Watch成「遊戲手柄」，還能計算騎行抗風性
1、 靜脈掃描技術專利使玩家「赤手空拳」玩遊戲
此前在2019年4月，蘋果就申請了一項名為「蘋果發明了能夠解鎖VR遊戲更多手勢功能的新版Apple Watch」，這一專利在今年的6月30日獲得批准。
這項專利顯示，未來的Apple Watch可以在錶帶底部搭載傳感器或微型相機，以此來捕捉用戶的靜脈圖像，繼而自動識別出用戶在VR/MR遊戲中做出的特定手勢。
而後，Apple Watch會將通過靜脈運動識別出的手勢和手指位置的命令輸入系統，並執行動作操作。通過這種方式，用戶就不用再通過語音或觸摸輸入，而僅僅通過正常的靜脈運動就可以為Apple Watch輸入命令。
▲搭載多個傳感器的Apple Watch錶帶專利透視圖
蘋果在靜脈識別方面下的功夫不止於此，在昨天美國專利商標局新公布的授予蘋果的50項專利中，涵蓋了一項名為「用於困難的生物識別認證案例的靜脈匹配」的專利。
▲蘋果識別人臉靜脈專利
這一專利提出，靜脈可以作為一種識別器。雖然面部特徵很容易被複製，但靜脈模式在個體之間差別很大，甚至是雙胞胎的差別也很大。因此，創造一個靜脈結構一致的假臉是極其困難的。
這一面部識別系統，將使用次表皮圖像技術創建用戶靜脈的3D圖像，就像相機中的紅外傳感器一樣，可以從照亮用戶面部的紅外照明器中捕捉到泛光和斑點圖案。
這一人臉識別方式如果實現，可以大大減少面部識別的錯誤率。
2、 騎行愛好者福音：Apple Watch新專利能計算騎行抗風性
2017年3月，蘋果發布了一項名為「Apple Watch發明旨在顯示騎行者活動及監控數據的系統」的專利，這項專利在今年的6月30日獲批，主要專注於計算騎行者在騎行活動中的風阻和心率等信息。
騎行者普遍對自己騎行運動的功率輸出和燃燒的卡路裡數值很感興趣。當騎行者在騎行時，三個主要因素導致了能量的消耗，分別包括自行車胎與地面的摩擦阻力、重力、以及空氣阻力。
蘋果的新專利從分析騎行者在騎行運動中收到的阻力，從而確定騎行者的總消耗。
這一專利會在Apple Watch上搭載多種微處理器、顯示器和傳感器，對心率、位置、方向等具體情況進行分析和測量。
與此同時，設備中的加速度計還會跟蹤騎行時的加速度變化，並且設備還能依據騎行者將Apple Watch佩戴的不同位置自動調整數據。
最終，這一新專利裝置可以結合心率、速度、高度和騎行位置等測量值，估算出騎行者的總功率輸出，以及每個部分輸出功率的佔比。
在一些不同的設備模型中，運動傳感器還能搭載速度計、陀螺儀、氣壓計、磁力計或指南針等，並且還能通過運動協調處理器對消耗功率較低的部分進行優化，使設備達到能夠連續處理運動感應的效果。
▲騎行者受力分析及蘋果新專利確定風阻的估計方式
六、 空間音頻專利能獨自享受立體環繞全景聲
今年的WWDC20上展示了一項可以用於AirPods Pro以及Apple TV的「Spatial audio空間音頻」專利，目的是為了可以通過環繞音響系統，讓用戶使用耳機就能感受到沉浸式的聽覺體驗。
▲「Spatial audio空間音頻」專利
在此之前，環繞立體的3D音效通常出現在AR、VR、MR中，而蘋果的新專利將環繞音效效果同樣賦予給了耳機用戶。
因為人的頭部，以及連接耳機的手機等設備不可能時刻保持靜止，因此蘋果營造出了一個虛擬的球體來複製影院的3D音效體驗。
通過在耳機中加入音頻過濾器，以及對每隻耳朵接收的頻率進行微調，並且將音頻對象的多個聲道與各自分布的空間相關聯，並進行混頻操作，使用者就可以感受到從任何一個位置發出來的聲音。
此外，這一系統還使用了AirPods Pro上的加速感應器和陀螺儀以追蹤頭部的動作，並重新映射聲場，這樣聲音就可以與設備牢牢契合，以人耳為中心製造更逼真的「影院級體驗」，該功能支持5.1聲道和7.1聲道的多媒體文件，還支持「會員專享」的杜比全景聲。
▲空間音頻專利圖示
結語：蘋果專利生態環環相扣
根據美國專利商標局（USPTO）和專利公司IFI統計的數據，作為「專利大戶」的科技巨頭蘋果公司，近幾年每年均獲得2000多份專利，但這一數字在美國的專利數量排名也僅僅排在了第10名左右，源源不斷的專利申請總也抵不過有限的獲批專利數量來得實在。
而蘋果的專利也可謂一環套一環：旋鈕控制裝置專利搭配各種顯示器，Apple Pencil增加iPad書寫觸感，手指傳感器為AR眼鏡做準備……蘋果生態的布局可謂面面俱到。
文中提到的十幾個專利僅僅是蘋果申請大量專利的冰山一角，類似「空間音頻」等專利已經在產品上落地，為現有的產品帶來改變和提升，而類似於「背面觸控」這樣的專利或許不會落地，但也可以看出蘋果這個科技巨頭在一定時期對消費產品的創新方向。
蘋果專利爆料不斷，我們也持續期待這些專利最終呈現在不同的產品中，會為我們提供什麼樣的奇妙體驗。
消息來源：PatentlyApple、 AppleInsider
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