解读专利文件:下一代Google Glass将更像“正常”眼镜,通过镜片显示画面

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现在有一件事情已经得到了Google的证实,那就是Google Glass将支持自选镜框与镜片,这对于近视眼的用户来说无疑是个好消息。这意味着Google Glass是一种模块化设计,可以被安装到一个普通样式的眼镜上,其实现的效果如上图所示。图中的这个人是Google Glass开发团队的成员Greg Priest-Dorman。当然目前开发者获得的Explorer Edition是不支持自定义眼镜的。

我们知道现在的Google Glass其实只是一个计算模块,其显示设备也只是640*360分辨率的一块玻璃。在Google Glass没现真身之前,我想很多人都跟我一样把它想象成了一个能显示画面的镜片。令人惊喜的是,日前美国专利商标局放出了一份Google Glass的专利说明书,这个神奇的眼镜其实就是这么设计的!

我们先来看下这张由UnwiredView拼合的图纸:

google-glass-patent-application

懂物理的读者大概能猜出一二,明白这种型号的Google Glass什么原理。而Google官方的叫法是:使用衍射光栅弯曲和汇聚光线的近眼显示器。

原理摘要:

一种近眼光学系统,包括一个具备导光特性的光线承载物,其由透明显示区域和一个由不同衍射元素构成的重复构型组成。这个重复构型分布排列在导光承载物的透明显示区域上,其组成了一个衍射光栅,能够把弹跳在这个光栅上的CGI(计算机生成图像)光线弯曲和集中。

透明区域至少可以透过一部分外界环境光线,同时也能反射一部分弹跳在导光承载物上的CGI光线。

读完这个官方介绍,想必大家都搞糊涂了。其实把深奥的物理名词换算成普通词汇,这个原理很简单:

如上图所示,1140处是CGI图像光源,那里应该是计算元件的位置;从1140发出的光源投射到了镜片上,然后镜片将光线反射到了人的眼球中。

关键要说明这个镜片的结构。具体材质我们不清楚,但可以肯定上面有一层“膜”,也就是所谓的导光承载物(Optically Transmissive Substrate)。我们看到的画面,主要是由这个OTS区域反射出来的。

在这个“膜”上,分布着按照一定样式重复排列的衍射元素,最终构成了一个衍射光栅。之所以“画面”能反射到我们的眼睛里,并且保持正确的尺寸、倾斜程度以及画质,都是靠这个高密度的衍射光栅。图中点状物密集排布的矩形就是衍射光栅。

以上就是这种镜片式Google Glass的基本原理。

我们可以看到,这种极具科幻色彩的镜片显示方式,并非是通过电路传导将画面送到镜片上,而是仅仅把镜片当成了一个反射型的衍射光栅,或者是一个反射镜片,把画面“反弹”到了佩戴者的眼睛里。

这种型号的Google Glass或许会在不久的未来诞生,也或许会作为一个变种型号与现在这种玻璃方块型号同时存在。

但从视觉效果上来看,这种镜片式的Google Glass显然更胜一筹:

一是可以两个镜片同时显示画面(注意:上图有2个1140)——你想到了什么?对,3D;

二是可以有更宽广的视觉范围,屏幕可以容纳更多的信息,比如新闻、邮件等;

三是画质更强,因为这种原理是将画面通过反射来投射到用户的眼球中,如果衍射光栅的密度和制作工艺足够精良,且CGI光源的分辨率足够高,那么用户接收到的画质也将十分优良,比现有的这种玻璃块肯定要好很多。

这项专利是在2011年10月24日提交的,于2013年4月25日正式公告授权。这里有些法律知识需要普及:美国专利法采取的是公告即授权的专利授予方式,而自申请日起要经过18个月才予以公告,至本月25日正好满18个月。也就说前几天Google才正式取得了这项专利权。

需要注意的是,现在这个Google Glass的原型机是在2011年8月份诞生的。从专利申请书上,我们可以看到一下信息:

googleglasspatent

可以看到,发明者有三人,其中Xiaoyu Miao是一位华人;而受让人是Google,显然这是职务发明创造,专利所有权归Google公司。

最后,大家是否记得Google  Glass是诞生自Project Glass计划,而Project这个词也有“放映”、“发射”意思,或许这才是Project Glass的原意?

专利申请书原文> Google Glass Patent

维基百科> 衍射  衍射光栅

Xiaoyu Miao个人站点> xmiaosite

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