韓 旭，曲 丹

(國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利局專(zhuān)利審查協(xié)作天津中心，天津 300304)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴顯示專(zhuān)利分析

韓 旭，曲 丹

(國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利局專(zhuān)利審查協(xié)作天津中心，天津 300304)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí)(AR/VR)在醫(yī)療、軍事、工業(yè)、教育、娛樂(lè)和工程等領(lǐng)域都具有非常廣闊的應(yīng)用前景，是目前可穿戴電子領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。從全球及中國(guó)角度對(duì)AR/VR頭戴顯示技術(shù)的總體專(zhuān)利態(tài)勢(shì)進(jìn)行分析，分別從專(zhuān)利申請(qǐng)量、專(zhuān)利申請(qǐng)區(qū)域分布、主要申請(qǐng)人等方面對(duì)AR/VR頭戴顯示技術(shù)的專(zhuān)利申請(qǐng)總體情況進(jìn)行了探討，分析了國(guó)內(nèi)研發(fā)主體相對(duì)于國(guó)外研發(fā)主體在技術(shù)發(fā)展和專(zhuān)利保護(hù)方面存在的差距。通過(guò)歸納分析AR/VR頭戴顯示設(shè)備國(guó)內(nèi)外重要申請(qǐng)人的關(guān)鍵技術(shù)，發(fā)現(xiàn)AR/VR頭戴顯示設(shè)備的主要技術(shù)分支包括圖像質(zhì)量像差修正、人機(jī)交互控制、追蹤技術(shù)實(shí)現(xiàn)圖像調(diào)節(jié)以及佩戴調(diào)節(jié)，并對(duì)其中的光學(xué)系統(tǒng)和眼動(dòng)追蹤技術(shù)分支的技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)、技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)、重要專(zhuān)利節(jié)點(diǎn)技術(shù)等方面進(jìn)行了深入研究，對(duì)AR/VR頭戴顯示設(shè)備在上述技術(shù)分支的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。

應(yīng)用光學(xué)；增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)；虛擬現(xiàn)實(shí)；沉浸；頭戴顯示

1 研究概述

隨著AR(augmented reality)/VR(virtual reality)產(chǎn)品的廣為使用，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)越來(lái)越為大眾所熟知，尤其是AR/VR頭戴顯示設(shè)備。在2016年世界移動(dòng)通信大會(huì)(MWC)上，包括扎克伯格等演講者在內(nèi)的與會(huì)人士都佩戴了VR設(shè)備，2016年被業(yè)界稱(chēng)為“VR元年”。這一切表明AR/VR頭戴顯示技術(shù)處于爆發(fā)式增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。

1.1技術(shù)簡(jiǎn)介

虛擬現(xiàn)實(shí)是一種計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，通過(guò)多元信息融合、交互的三維動(dòng)態(tài)視景和實(shí)體行為的系統(tǒng)仿真，使用戶(hù)沉浸在計(jì)算機(jī)生成的模擬環(huán)境中。虛擬顯示主要包三維計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、廣角立體顯示技術(shù)、用戶(hù)跟蹤技術(shù)、觸覺(jué)/力覺(jué)反饋、立體聲、語(yǔ)音輸入輸出技術(shù)等[1]。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是在虛擬顯示的基礎(chǔ)上，實(shí)時(shí)地計(jì)算攝影機(jī)影像的位置及角度并加上相應(yīng)的圖像、視頻、3D模型技術(shù)，可以同時(shí)顯示真實(shí)世界信息和虛擬世界信息，兩種信息相互補(bǔ)充、疊加。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)包含多媒體、三維建模、實(shí)時(shí)視頻顯示及控制、多傳感器融合、實(shí)時(shí)跟蹤及注冊(cè)、場(chǎng)景融合等手段[2]。

1.2技術(shù)發(fā)展

AR/VR技術(shù)演變發(fā)展史大致分為以下幾個(gè)階段。

第1階段(1963年以前)，人們提出了虛擬顯示思想。這一思想最早被提及可追溯到1932年，阿道司·赫胥黎在小說(shuō)《美麗新世界》中提到“頭戴式設(shè)備可以為觀眾提供圖像、氣味、聲音等一系列的感官體驗(yàn)，以便讓觀眾能夠更好地沉浸在電影的世界中?！?955年，莫頓·海利希設(shè)計(jì)出《美麗新世界》書(shū)中所描繪的頭戴式設(shè)備的原型圖，如圖1所示。

圖1 莫頓·海利希設(shè)計(jì)的原型圖Fig.1 Prototype drawings designed by Morton Heilig

第2階段(1963-1972年)，虛擬顯示處在萌芽期。1968年，伊凡·蘇澤蘭完成第1臺(tái)真正意義上的頭戴顯示設(shè)備，名為“達(dá)摩克利斯之劍”，如圖2所示。伊凡·蘇澤蘭本人也被稱(chēng)為虛擬現(xiàn)實(shí)之父。

第3階段(1973-1989年)，虛擬顯示理論初步形成，技術(shù)得到初步應(yīng)用。1985年，美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)創(chuàng)建了虛擬界面環(huán)境工作站(view-virtual interface environment workstation，VIVED)，VIVED VR頭戴顯示器投入使用，用來(lái)訓(xùn)練增強(qiáng)宇航員的臨場(chǎng)感，這是虛擬頭戴顯示設(shè)備的最早應(yīng)用。

第4階段(1990-2010年)，虛擬顯示理論逐步完善，應(yīng)用不斷擴(kuò)大。1990年，美國(guó)VPL Research公司首次將VR頭戴顯示設(shè)備推向民用市場(chǎng)，該公司創(chuàng)始人杰倫·拉尼爾首次將虛擬顯示(virtual reality)的稱(chēng)謂賦予這一技術(shù)，當(dāng)時(shí)注解為用立體眼鏡和傳感手套等傳感輔助設(shè)施來(lái)實(shí)現(xiàn)的三維顯示。這一時(shí)期的VR頭戴顯示設(shè)備比較笨重，售價(jià)也高。

圖2 達(dá)摩克利斯之劍Fig.2 Sword of Damocles

第5階段(2011至今)，虛擬顯示技術(shù)得到了飛速發(fā)展。眾多企業(yè)投入研發(fā)AR/VR 產(chǎn)品，極具代表性的產(chǎn)品有如下3類(lèi)。1)眼鏡式產(chǎn)品：谷歌公司——Google Project Glass，奧林巴斯——MEG4.0，兄弟株式會(huì)社——AiRScouter；2)沉浸式產(chǎn)品：Oculus 公司——Rift，索尼公司——PlayStaion VR，HTC 公司——Vive，微軟公司——Hololens；3)手機(jī)顯示類(lèi)產(chǎn)品：谷歌紙板眼鏡，三星Gear VR，暴風(fēng)魔鏡等。

1.3研究?jī)?nèi)容

專(zhuān)利作為技術(shù)信息最有效的載體，內(nèi)容準(zhǔn)確詳實(shí)。專(zhuān)利分析能將個(gè)別的看起來(lái)互不相關(guān)的孤立信息轉(zhuǎn)化成系統(tǒng)的、完整的情報(bào)。筆者基于國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利檢索與服務(wù)系統(tǒng)(Patent Search and Service System)中的CNABS數(shù)據(jù)庫(kù)及DWPI數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)2016-08-15前公開(kāi)的AR/VR頭戴顯示設(shè)備的專(zhuān)利申請(qǐng)情況進(jìn)行分析。

采用定量分析和定性分析相結(jié)合的方式，對(duì)宏觀數(shù)據(jù)進(jìn)行定量分析和對(duì)重點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行深入定性分析。定量分析主要包括全球?qū)＠暾?qǐng)量分析，各國(guó)家、地區(qū)、組織專(zhuān)利申請(qǐng)量分析，全球主要申請(qǐng)人分析，國(guó)內(nèi)專(zhuān)利申請(qǐng)量分析等，可以幫助創(chuàng)新主體掌握專(zhuān)利發(fā)展趨勢(shì)、專(zhuān)利區(qū)域分布、區(qū)域市場(chǎng)關(guān)注程度和主體研發(fā)活躍度。定性分析主要包括與圖像質(zhì)量和人機(jī)交互方面的關(guān)鍵技術(shù)分析、技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)等，以幫助創(chuàng)新主體掌握技術(shù)研發(fā)趨勢(shì)，尋找技術(shù)空白。

2 專(zhuān)利分析

為保證專(zhuān)利信息的全面性和準(zhǔn)確性，采用了總—分為主、分—總為輔的檢索原則，先獲取數(shù)據(jù)庫(kù)中與AR/VR頭戴顯示設(shè)備相關(guān)的各級(jí)準(zhǔn)確分類(lèi)資源(包括IPC，CPC，F(xiàn)I/FT等分類(lèi))，結(jié)合中英文關(guān)鍵詞(HMD、頭戴顯示設(shè)備等)進(jìn)行檢索，然后將檢索結(jié)果匯總，從而得到總的文獻(xiàn)量，再通過(guò)概覽的方式對(duì)檢索結(jié)果進(jìn)行去噪。

AR/VR頭戴顯示設(shè)備涉及的分類(lèi)號(hào)包括以下內(nèi)容。

IPC分類(lèi)：G02B27/01(加蓋顯示器)，其他分類(lèi)號(hào)有G02B27/02(觀看或閱讀儀器)、G02B27/22(用于產(chǎn)生立體或其他三維效果)、G06F3/01(用于用戶(hù)和計(jì)算機(jī)之間交互的輸入裝置或輸入和輸出組合裝置)。

CPC分類(lèi)：G02B27/017(安裝在頭部)，G02B27/0172(以光學(xué)特征為特點(diǎn))，G02B2027/0174(全息)，G02B27/0176(以機(jī)械特征為特點(diǎn))，G02B2027/0178(眼鏡型)，G02B27/0093(具有用于監(jiān)控使用者數(shù)據(jù)的裝置，如頭戴式追蹤、眼睛追蹤)，G06F3/011(與人體交互的輸入/輸出，如虛擬現(xiàn)實(shí)的用戶(hù)浸入)，G06F3/012 (頭部軌跡輸入裝置)，G06F3/013 (視覺(jué)軌跡輸入裝置)，G06F3/014(手戴的輸入/輸出裝置，如數(shù)據(jù)手套)，G06F3/015(基于神經(jīng)中樞系統(tǒng)活動(dòng)檢測(cè)的輸入裝置，如腦電波(EEG)檢測(cè)、肌動(dòng)電流(EMG)檢測(cè)、皮膚電活動(dòng)反應(yīng)檢測(cè))，G06F3/016(帶有作為計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的、輸出給用戶(hù)的力或觸覺(jué)反饋的輸入裝置)，G06F3/017 (基于交互手勢(shì)，如基于一系列可識(shí)別手勢(shì))，G06F2203/011(基于感測(cè)的人體參數(shù)，如心跳、脈搏、虹膜、皮膚溫度、聲音音調(diào))，H04N13/044 (具有安裝了與頭匹配的左-右顯示器)。

FT分類(lèi)：FT 2H199/CA00(頭戴顯示設(shè)備HMD)及其下位組。

2.1全球?qū)＠暾?qǐng)分析

2.1.1 全球?qū)＠暾?qǐng)量分布

由于專(zhuān)利申請(qǐng)從提出申請(qǐng)到公開(kāi)有時(shí)間延后，導(dǎo)致2015年和2016年的有關(guān)分析存在偏差，如圖3所示，AR/VR技術(shù)的專(zhuān)利申請(qǐng)總體上分為3個(gè)階段。

圖3 全球?qū)＠暾?qǐng)量分布Fig.3 Distribution of global patent application

萌芽階段(1980—1990年)： AR/VR頭戴顯示設(shè)備的概念剛剛被提出，AR/VR頭戴顯示設(shè)備專(zhuān)利申請(qǐng)量比較少，決定設(shè)備性能的處理器、加工技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)水平仍然不能具備實(shí)現(xiàn)設(shè)備商業(yè)化的條件。

成長(zhǎng)階段(1991-2009年)： AR/VR頭戴顯示設(shè)備專(zhuān)利申請(qǐng)量穩(wěn)步增長(zhǎng)，隨著計(jì)算機(jī)、處理器等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，能夠生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室級(jí)AR/VR產(chǎn)品。但由于成本高和體驗(yàn)不佳等原因，仍無(wú)法開(kāi)展大規(guī)模商業(yè)生產(chǎn)。其中，2009年受金融危機(jī)的影響，企業(yè)減少了科研投入，研發(fā)活躍度下降，專(zhuān)利申請(qǐng)量出現(xiàn)階段性下降。

成熟階段(2010年至今)：2010年以后，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和處理器技術(shù)以及精密加工技術(shù)的快速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的需求日漸強(qiáng)烈，眾多市場(chǎng)主體紛紛開(kāi)始在該領(lǐng)域著手進(jìn)行技術(shù)研發(fā)和專(zhuān)利布局，而從2010年開(kāi)始專(zhuān)利申請(qǐng)AR/VR頭戴顯示設(shè)備出現(xiàn)爆發(fā)式的增長(zhǎng)。

2.1.2 全球?qū)＠暾?qǐng)區(qū)域/組織分布

AR/VR頭戴顯示設(shè)備的申請(qǐng)量前5位的國(guó)家、地區(qū)或組織分別是美國(guó)、日本、WIPO、歐盟和中國(guó)。美國(guó)和日本的專(zhuān)利申請(qǐng)量占全球申請(qǐng)量的1/2。如圖4所示，美國(guó)是專(zhuān)利申請(qǐng)量最多的目標(biāo)國(guó)，占全球申請(qǐng)量的31%；其次是日本，占全球申請(qǐng)量的19%；再次是向WIPO提出的PCT申請(qǐng)，占全球申請(qǐng)量的13%；緊隨其后的是向歐盟和中國(guó)提交的申請(qǐng)，均占全球申請(qǐng)量的10%。在國(guó)際市場(chǎng)的排名中，美國(guó)、日本仍然占主導(dǎo)地位，中國(guó)處于第4位，略微落后于中國(guó)經(jīng)濟(jì)總量在國(guó)際上所處的地位[3-6]。

圖4 全球?qū)＠暾?qǐng)區(qū)域/組織分布Fig.4 Distribution of global patent applicant

2.1.3 全球?qū)＠暾?qǐng)人分布

圖5 全球?qū)＠暾?qǐng)人分布Fig.5 Distribution of global patent applicant

圖5列出了全球?qū)＠暾?qǐng)人的分布情況。從圖5中可以看出，全球?qū)＠暾?qǐng)量排名前20位的企業(yè)主要來(lái)自日本、美國(guó)、韓國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、英國(guó)和芬蘭。其中日本企業(yè)占據(jù)8個(gè)席位，美國(guó)企業(yè)占據(jù)6個(gè)席位，韓國(guó)企業(yè)占據(jù)2個(gè)席位，其余4個(gè)國(guó)家各占1個(gè)席位。主要申請(qǐng)人雖然集中在日本和美國(guó)，但專(zhuān)利申請(qǐng)量差異不大，未明顯處于絕對(duì)壟斷地位，企業(yè)類(lèi)型有所差別，其中日本公司在AR/VR頭戴顯示設(shè)備領(lǐng)域最為活躍。排在首位的索尼公司是世界視聽(tīng)、電子游戲、通訊產(chǎn)品和信息技術(shù)等領(lǐng)域的先導(dǎo)者，其重點(diǎn)研發(fā)的是用于電子游戲和個(gè)人觀影用的AR/VR頭戴顯示設(shè)備。精工愛(ài)普生、奧林巴斯、佳能和尼康公司是傳統(tǒng)的光學(xué)影像設(shè)備生產(chǎn)商。除了網(wǎng)絡(luò)、軟件、通信等領(lǐng)域的商業(yè)巨頭，如微軟、谷歌、三星、諾基亞等，還有高平(KOPIN)、MICROVISION(MVIS)公司等著名頭戴顯示設(shè)備制造商，以及三維圖像投影領(lǐng)域的MAGIC LEAP公司。

2.2中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)分析[7-10]

2.2.1 中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)量分布

中國(guó)AR/VR頭戴顯示專(zhuān)利申請(qǐng)與全球申請(qǐng)趨勢(shì)基本一致，但年申請(qǐng)量遠(yuǎn)低于全球年申請(qǐng)量，申請(qǐng)量分布如圖6所示。2010年以前，國(guó)內(nèi)AR/VR頭戴顯示設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模不大，AR/VR頭戴顯示技術(shù)專(zhuān)利申請(qǐng)量比較低。一方面原因是國(guó)內(nèi)企業(yè)沒(méi)有開(kāi)展相關(guān)研究，另一方面原因是國(guó)外企業(yè)沒(méi)有關(guān)注到中國(guó)市場(chǎng)。隨著全球AR/VR頭戴顯示技術(shù)的發(fā)展以及中國(guó)市場(chǎng)的崛起，國(guó)外申請(qǐng)人逐漸增加了在中國(guó)的專(zhuān)利申請(qǐng)量。從2010年開(kāi)始，中國(guó)申請(qǐng)量呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，增長(zhǎng)速度不斷提高，保持高增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，與國(guó)外申請(qǐng)?jiān)鲩L(zhǎng)速度相當(dāng)。到2014年，中國(guó)AR/VR頭戴顯示專(zhuān)利申請(qǐng)量相比2009年增長(zhǎng)了約6倍，表現(xiàn)出中國(guó)AR/VR頭戴顯示專(zhuān)利布局正在加速進(jìn)行。

圖6 中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)量分布Fig.6 Distribution of Chinese patent application

圖7 中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)區(qū)域分布Fig.7 Distribution of Chinese patent application region

2.2.2 中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)區(qū)域分布

中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)區(qū)域分布情況如圖7所示。由圖7可以看出，中國(guó)AR/VR頭戴顯示設(shè)備專(zhuān)利申請(qǐng)中，比較可喜的是半數(shù)以上為本國(guó)申請(qǐng)，外國(guó)申請(qǐng)主要來(lái)自日本、美國(guó)、韓國(guó)3個(gè)國(guó)家。日本申請(qǐng)量最多，占中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)總量的19%。其次是美國(guó)，占中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)總量的17%，兩國(guó)占比約為其他國(guó)家總占比的3倍。其一方面原因是AR/VR頭戴顯示技術(shù)在日本和美國(guó)發(fā)展最早，另一方面原因是中國(guó)作為拉動(dòng)全球經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的重要引擎和眾多經(jīng)濟(jì)體的全球第一大出口國(guó)，倍受兩國(guó)重視。其余國(guó)家/地區(qū)中，韓國(guó)申請(qǐng)占中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)總量的4%，也不容小覷。

2.2.3 中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)人分布

圖8 中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)人分布Fig.8 Distribution of Chinese patent applicant

中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)中，申請(qǐng)量位居前列的仍然以外國(guó)申請(qǐng)人為主，但外國(guó)申請(qǐng)人的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)量排名與其全球?qū)＠暾?qǐng)量排名不完全一致，如圖8所示。其中，索尼公司仍然占據(jù)申請(qǐng)量的榜首，而奧林巴斯公司的申請(qǐng)量相比于其在全球?qū)＠季种械纳暾?qǐng)量排名有所降低。日本的兄弟株式會(huì)社和美國(guó)的新興AR/VR頭戴顯示設(shè)備公司甚至排在10名開(kāi)外，表明上述公司未開(kāi)拓中國(guó)市場(chǎng)。與外國(guó)申請(qǐng)人相比，本國(guó)申請(qǐng)人在申請(qǐng)量上存在差距，但差距在逐漸縮小。主要申請(qǐng)人中除了聯(lián)想、京東方、中科院等傳統(tǒng)的知名企業(yè)或研究機(jī)構(gòu)外，也有如歌爾、理想境界、小鳥(niǎo)看看等新生的創(chuàng)新型企業(yè)。比較難能可貴的是，這些新生企業(yè)在專(zhuān)利申請(qǐng)量方面表現(xiàn)突出，后來(lái)居上(例如：歌爾公司處于第4位，理想境界公司處于第7位)，而且分別開(kāi)展專(zhuān)利的產(chǎn)業(yè)運(yùn)用，產(chǎn)品已進(jìn)行市場(chǎng)推廣(例如：歌爾公司推出基于手機(jī)的VR頭戴顯示設(shè)備；小鳥(niǎo)看看公司推出VR頭戴顯示設(shè)備IDEALENS K2，Pico Neo)。

2.2.4 中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)類(lèi)型分析

中國(guó)AR/VR頭戴顯示專(zhuān)利申請(qǐng)的類(lèi)型主要為發(fā)明和實(shí)用新型，如圖9所示。從申請(qǐng)總量上看，中國(guó)申請(qǐng)人的申請(qǐng)量與外國(guó)申請(qǐng)人的申請(qǐng)量大致相當(dāng)，說(shuō)明在AR/VR頭戴顯示領(lǐng)域中國(guó)申請(qǐng)人的專(zhuān)利意識(shí)有所加強(qiáng)。但從申請(qǐng)類(lèi)型角度詳細(xì)比較后不難發(fā)現(xiàn)，二者還存在一定程度的差異。外國(guó)申請(qǐng)人的申請(qǐng)主要是發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)，實(shí)用新型專(zhuān)利申請(qǐng)量幾乎為零；而中國(guó)申請(qǐng)人的申請(qǐng)中，實(shí)用新型專(zhuān)利申請(qǐng)量能夠達(dá)到發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)半數(shù)以上，說(shuō)明AR/VR頭戴顯示領(lǐng)域中國(guó)申請(qǐng)人的專(zhuān)利質(zhì)量以及專(zhuān)利背后的創(chuàng)新能力和保護(hù)意識(shí)還略顯不足。此外，外國(guó)申請(qǐng)人在2011年以前，通過(guò)“巴黎公約”直接在中國(guó)提出的專(zhuān)利申請(qǐng)與通過(guò)“PCT條約”提出的專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量上總體差別不大，但從2011年開(kāi)始，PCT申請(qǐng)開(kāi)始全面超過(guò)直接提交的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)。外國(guó)申請(qǐng)人的專(zhuān)利布局表現(xiàn)說(shuō)明：隨著AR/VR頭戴顯示技術(shù)的日趨成熟，作為重要國(guó)際市場(chǎng)的中國(guó)也會(huì)成為專(zhuān)利布局的重要戰(zhàn)場(chǎng)。中國(guó)申請(qǐng)人對(duì)此應(yīng)給予足夠重視，做好充分準(zhǔn)備。

圖9 中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)類(lèi)型對(duì)比Fig.9 Comparison of Chinese patent application types

3 技術(shù)演進(jìn)[12-17]

圖像質(zhì)量的改進(jìn)與用戶(hù)的視覺(jué)效果以及用戶(hù)的體驗(yàn)度具有直接關(guān)系，提高圖像質(zhì)量是AR/VR頭戴顯示設(shè)備領(lǐng)域應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注并持續(xù)改進(jìn)的技術(shù)。有關(guān)圖像質(zhì)量方面的專(zhuān)利申請(qǐng)占比也很大，約占涉及圖像質(zhì)量改進(jìn)專(zhuān)利的20%。交互技術(shù)一直引領(lǐng)消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品的變革和發(fā)展，追蹤技術(shù)是用戶(hù)體驗(yàn)“沉浸感”、實(shí)現(xiàn)人機(jī)信息交互的關(guān)鍵保障[11]。手動(dòng)、頭動(dòng)、眼動(dòng)、腦電波等信息均作為人體自攜帶的“遙控器”，使交互更為直接、方便。以下就實(shí)現(xiàn)圖像質(zhì)量的光學(xué)系統(tǒng)和交互技術(shù)中的眼動(dòng)追蹤情況進(jìn)行詳細(xì)分析。

3.1光學(xué)系統(tǒng)技術(shù)

AR/VR頭戴顯示設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)是其實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)或者虛擬現(xiàn)實(shí)功能的基礎(chǔ)，是各個(gè)企業(yè)一直以來(lái)比較關(guān)注的一項(xiàng)技術(shù)。對(duì)于光學(xué)系統(tǒng)的改進(jìn)，需要綜合考慮圖像質(zhì)量、設(shè)備體積、設(shè)備質(zhì)量、加工難度、裝配工藝以及產(chǎn)品成本等因素，而且光學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)劣與用戶(hù)的視覺(jué)效果以及用戶(hù)的體驗(yàn)度具有直接關(guān)系。

如圖10所示， 在頭戴顯示設(shè)備中，光學(xué)系統(tǒng)最初主要分為2類(lèi)，一類(lèi)是瞳孔成像的光學(xué)系統(tǒng)(US 4961626A)，另一類(lèi)是非瞳孔成像的光學(xué)系統(tǒng)(GB 1537276A)，兩類(lèi)成像系統(tǒng)特點(diǎn)有所不同。瞳孔成像的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)成像清晰度高，但光路較長(zhǎng)，一般需要通過(guò)反射鏡折轉(zhuǎn)光路，以使其能夠更好地配置在使用者的頭部。此外，這類(lèi)光學(xué)系統(tǒng)存在中間像面，可以在中間像面處設(shè)置出瞳孔擴(kuò)展器等功能性光學(xué)元件，有利于進(jìn)一步改善成像的效果。與之相比，非瞳孔成像的光學(xué)系統(tǒng)在滿(mǎn)足日常成像要求的基礎(chǔ)上，結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)潔緊湊，成本更低廉，易于批量生產(chǎn)，適用于沉浸式的虛擬顯示設(shè)備。

在瞳孔成像的光學(xué)系統(tǒng)脈絡(luò)中，以1990年的傳統(tǒng)瞳孔成像結(jié)構(gòu)(US 4961626A)為起點(diǎn)，進(jìn)一步發(fā)展分化出2條技術(shù)路線(xiàn)，一條是偏心結(jié)構(gòu)技術(shù)路線(xiàn)，另一條是波導(dǎo)結(jié)構(gòu)技術(shù)路線(xiàn)。偏心結(jié)構(gòu)技術(shù)線(xiàn)路大致分3個(gè)階段，分別是偏心結(jié)構(gòu)階段、自由曲面棱鏡階段和自由曲面反射鏡組階段。偏心結(jié)構(gòu)階段最有代表性的是奧林巴斯公司，其在1993年首次將傳統(tǒng)瞳孔成像的光學(xué)系統(tǒng)改進(jìn)成具有偏心結(jié)構(gòu)的光學(xué)系統(tǒng)(JPH 06294943A)，以獲得更為清晰、降低暈眩的成像效果，以及更大的視場(chǎng)角，還進(jìn)一步降低了顯示設(shè)備的體積和質(zhì)量，以便更加適合使用者佩戴。隨后奧林巴斯在1994年進(jìn)一步優(yōu)化了偏心光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)(JPH 07218860A)，將原本成像用的反射面替換成鍍有反射膜的透鏡結(jié)構(gòu)。隨著光學(xué)設(shè)計(jì)、加工和制造技術(shù)的發(fā)展， 具有自由曲面光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、加工和制造得以實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而出現(xiàn)了將自由曲面應(yīng)用到頭戴顯示設(shè)備光學(xué)系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合已有偏心結(jié)構(gòu)的光學(xué)系統(tǒng)原理，出現(xiàn)了自由曲面棱鏡，將其應(yīng)用到頭戴顯示設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)中(JPH 09281431A)，大大降低了光學(xué)系統(tǒng)的體積、質(zhì)量以及裝配難度。此后，研究人員不斷進(jìn)行改進(jìn)，相繼出現(xiàn)了各種類(lèi)型的自由曲面棱鏡光學(xué)系統(tǒng)(US 6384983B1，JP 2002258208A，US 2014055867A1)。隨著自由曲面棱鏡結(jié)構(gòu)的演進(jìn)，出現(xiàn)了一類(lèi)利用多重反射鏡結(jié)合自由曲面、實(shí)現(xiàn)與自由曲面棱鏡結(jié)構(gòu)效果類(lèi)似的光學(xué)系統(tǒng)(US 6046857A1)，該系統(tǒng)的質(zhì)量遠(yuǎn)輕于自由曲面棱鏡結(jié)構(gòu)，而且避免了透射中介質(zhì)改變帶來(lái)的光線(xiàn)方向限制和光量損耗。

圖10 AR/VR頭戴顯示設(shè)備圖像質(zhì)量像差修正的技術(shù)演進(jìn)Fig.10 Technical evolution of image quality aberration correction for AR/VR on HMD

在瞳孔成像光學(xué)系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程中，還存在一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題，即隨著光學(xué)系統(tǒng)期望視場(chǎng)的增大，其會(huì)變得越來(lái)越重、體積會(huì)越來(lái)越龐大，并且使用起來(lái)非常復(fù)雜，為此產(chǎn)生了另一條技術(shù)線(xiàn)路——光波導(dǎo)技術(shù)。AR/VR頭戴顯示設(shè)備中光波導(dǎo)技術(shù)的最早嘗試，是通過(guò)引入類(lèi)似波導(dǎo)具有相互平行的平面反射面的結(jié)構(gòu)(US 5880888A)，該結(jié)構(gòu)使得光學(xué)系統(tǒng)無(wú)需在從使用者的頭部突出，同時(shí)能增大視場(chǎng)并減少畸變。隨后開(kāi)始出現(xiàn)主要以波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為主的頭戴顯示設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)(WO 0195027A2，JP 2002311379A)，此類(lèi)光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加輕便，加工實(shí)現(xiàn)更為容易，而且更利于批量生產(chǎn)。此后，全息元件被引入波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的頭戴顯示光學(xué)系統(tǒng)中(EP1669792A2)，全息元件的引入使頭戴顯示設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)三維效果，且能更好地校正色差，系統(tǒng)的復(fù)雜度也大為降低。此后，研究人員不斷對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，相繼出現(xiàn)了全色體全息平板波導(dǎo)結(jié)構(gòu)、表面微結(jié)構(gòu)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)、半透膜陣列波導(dǎo)結(jié)構(gòu)等各類(lèi)光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)光學(xué)系統(tǒng)(WO 2007029032A1，JP 2007011057A，JP 2012053379A，US 2014111865A1，US 2014111865A1，WO 2015001839A1)。

非瞳孔成像的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在AR/VR頭戴顯示設(shè)備中的應(yīng)用也源自1990年(GB 1537276A)。為了進(jìn)一步降低非瞳孔成像光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度、減輕質(zhì)量，半透半反鏡或者分光棱鏡被引入該類(lèi)光學(xué)系統(tǒng)中(JPH 06250114A)，半透半反鏡或者分光棱鏡的應(yīng)用大大簡(jiǎn)化了非瞳孔成像光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)更加緊湊。另外，為了進(jìn)一步改善成像效果，谷歌采用多個(gè)半透半反鏡或者分光棱鏡，擴(kuò)大光學(xué)系統(tǒng)的視場(chǎng)(US 2013016292A1)。

3.2眼動(dòng)追蹤技術(shù)

目前AR/VR頭戴顯示設(shè)備的交互技術(shù)主要有聲音控制、手勢(shì)控制、頭部運(yùn)動(dòng)追蹤以及眼動(dòng)追蹤。聲音控制僅適用于特定場(chǎng)合，但這種控制方式的響應(yīng)速度很慢且不準(zhǔn)確，在公共場(chǎng)合聲音太大還會(huì)影響其他人。手勢(shì)控制時(shí)，手臂和肩膀很快就會(huì)感覺(jué)到累，疲憊的手臂會(huì)讓人們的交互慢下來(lái)，并丟失追蹤精度。頭部運(yùn)動(dòng)追蹤現(xiàn)在正作為主要的控制方式，但不停地轉(zhuǎn)動(dòng)頭部和傾斜脖子也會(huì)讓人感覺(jué)很累，不實(shí)際，并可能會(huì)造成脖子損傷。人體頭重約5 kg，占人體重量的7%，每只眼重約8 g，占人體重量的0.002%，相比于頭部運(yùn)動(dòng)，眼動(dòng)更為簡(jiǎn)便，并且對(duì)身體的負(fù)擔(dān)較小，眼球運(yùn)動(dòng)的精細(xì)肌肉對(duì)疲勞免疫，眼動(dòng)追蹤技術(shù)的響應(yīng)速度很快，追蹤很準(zhǔn)確，也不會(huì)造成疲勞。這樣一種交互方式，可以促進(jìn)人機(jī)交互領(lǐng)域的技術(shù)突破，尤其是在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域。

AR/VR頭戴顯示設(shè)備眼動(dòng)追蹤的技術(shù)演進(jìn)見(jiàn)圖11。眼動(dòng)追蹤技術(shù)可以分為接觸式和非接觸式2個(gè)技術(shù)分支。接觸式眼動(dòng)追蹤技術(shù)中常用的是眼電圖法和電磁線(xiàn)圈法。眼電圖法最早出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代(GB 1492358A)，但直至1981年美國(guó)斯坦福國(guó)際研究院研發(fā)了一種穩(wěn)定視覺(jué)系統(tǒng)(US 4443075A)才得以完善。1993年電磁線(xiàn)圈法實(shí)現(xiàn)眼動(dòng)跟蹤進(jìn)入了初步研究階段，利用電磁信號(hào)和預(yù)定義的眼手勢(shì)，實(shí)現(xiàn)眼動(dòng)跟蹤接口的方法及系統(tǒng)(EP 0634031B1)。接觸法不可避免地使測(cè)試裝置與人眼有較為直接的接觸，用戶(hù)體驗(yàn)的安全度和舒適度不高，因此對(duì)非接觸式的眼動(dòng)追蹤系統(tǒng)的研究非常必要。常用的非接觸式眼動(dòng)追蹤方法有雙普金野圖像法、虹膜鞏膜邊緣法、虹膜分析法、角膜鞏膜反射法、瞳孔中心反射法等。其中，最早出現(xiàn)的是雙普金野圖像追蹤法(US 4836670A)，其嘗試使用攝像機(jī)來(lái)獲取雙普金野圖像，并對(duì)2個(gè)普金野圖像測(cè)量確定眼睛注視位置。20世紀(jì)末，人們開(kāi)始對(duì)虹膜鞏膜邊緣法進(jìn)行研究，該方法根據(jù)瞳孔與虹膜和鞏膜之間的反射率進(jìn)行眼睛定位。進(jìn)入21世紀(jì)后，為了更準(zhǔn)確、迅速地獲取眼睛的運(yùn)動(dòng)，研究人員展開(kāi)了一系列研究，這期間出現(xiàn)了虹膜分析法(JP 2003150942A)、瞳孔-中心-角膜反射法(EP 2236074A1)、角膜鞏膜反射法(EP 2309307A1)。目前，眼動(dòng)追蹤的方法已經(jīng)較為成熟，如何將較為成熟的眼動(dòng)追蹤技術(shù)應(yīng)用到消費(fèi)電子產(chǎn)品中，提供更好的用戶(hù)體驗(yàn)成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。

眼動(dòng)追蹤最早地應(yīng)用與人機(jī)交互可以追溯到1989年，法國(guó)一家公司提出通過(guò)追蹤用戶(hù)視線(xiàn)來(lái)適時(shí)調(diào)整光學(xué)系統(tǒng)(比如顯微鏡等)的視場(chǎng)和圖像清晰度等。近年來(lái)，隨著頭戴顯示設(shè)備的發(fā)展，眼動(dòng)追蹤技術(shù)在頭戴顯示設(shè)備中的應(yīng)用逐漸受到重視。其在頭戴顯示設(shè)備中的應(yīng)用主要分為3類(lèi)。第1類(lèi)用于身份識(shí)別，谷歌公司提出了一種利用虹膜特性同時(shí)結(jié)合面部和皮膚特征實(shí)現(xiàn)身份識(shí)別的方法(WO 2006023046A1)。身份識(shí)別中還可通過(guò)視線(xiàn)追蹤實(shí)現(xiàn)解鎖，如用戶(hù)僅需用眼睛追蹤移動(dòng)的小鳥(niǎo)或者閱讀顯示屏上的一段文字即可實(shí)現(xiàn)解鎖。第2類(lèi)重要應(yīng)用是通過(guò)視線(xiàn)追蹤實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的調(diào)節(jié)，比如確定圖像的運(yùn)動(dòng)速度(US 20130106674A1)、調(diào)整進(jìn)入眼睛中的外界光線(xiàn)亮度(US 2016109703A1)等。第3類(lèi)應(yīng)用是通過(guò)眼瞼狀態(tài)(US 8235529B1，US 2012242570A1)、凝視(US 9096920B1，JP 2014127968A)、視線(xiàn)(CN 105892631A)、左右眼亮度(CN 105867605A)以及眨眼過(guò)程中閉眼時(shí)間(CN 105867607A)等信號(hào)來(lái)進(jìn)行控制操作，不需要使用者的手部操作，在保證圖像質(zhì)量的情況下能大大降低能耗。

圖11 AR/VR頭戴顯示設(shè)備眼動(dòng)追蹤的技術(shù)演進(jìn)Fig.11 Technical evolution of eye tracking for AR/VR on HMD

4 研究結(jié)論

4.1中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?jiān)鲩L(zhǎng)與國(guó)際保持同步

中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，加快了AR/VR頭戴顯示設(shè)備的市場(chǎng)發(fā)展，國(guó)家對(duì)新興產(chǎn)業(yè)的扶持和人才引進(jìn)政策，促使中國(guó)企業(yè)涉足該領(lǐng)域，積極開(kāi)展專(zhuān)利保護(hù)。同時(shí)外國(guó)龍頭企業(yè)受市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的刺激和國(guó)內(nèi)巨大市場(chǎng)的吸引，也加快了在中國(guó)專(zhuān)利布局的步伐，搶占技術(shù)優(yōu)勢(shì)地位。研究表明，中國(guó)AR/VR頭戴顯示設(shè)備專(zhuān)利申請(qǐng)的發(fā)展趨勢(shì)與全球同步，從2009年開(kāi)始迅猛增長(zhǎng)持續(xù)至今。

4.2中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)質(zhì)量和策略有待提高

中國(guó)的頭戴顯示設(shè)備專(zhuān)利申請(qǐng)還存在實(shí)用新型專(zhuān)利申請(qǐng)占比高、申請(qǐng)領(lǐng)域分散、對(duì)外申請(qǐng)量少等問(wèn)題。在創(chuàng)新能力和專(zhuān)利戰(zhàn)略意識(shí)方面，與處于領(lǐng)先地位的日本和美國(guó)存在較大差距。中國(guó)企業(yè)今后在保持專(zhuān)利申請(qǐng)?jiān)鲩L(zhǎng)速度的同時(shí)，還要加強(qiáng)對(duì)國(guó)外專(zhuān)利的包圍戰(zhàn)略，同時(shí)集中優(yōu)勢(shì)研究力量，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)突破，開(kāi)發(fā)更多擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，逐步提升競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。

4.3中國(guó)民營(yíng)企業(yè)的專(zhuān)利活躍性表現(xiàn)不俗

中國(guó)民營(yíng)企業(yè)雖然在近幾年才剛剛涉足AR/VR頭戴顯示設(shè)備，但在專(zhuān)利戰(zhàn)略方向上把握準(zhǔn)確，在專(zhuān)利數(shù)量和專(zhuān)利質(zhì)量方面表現(xiàn)不俗，如理想境界、小鳥(niǎo)看看、歌爾等。盡管這些企業(yè)在該領(lǐng)域的起步比較晚，但卻抓住了人體工程學(xué)、圖像質(zhì)量、人機(jī)交互等AR/VR頭戴顯示設(shè)備的研發(fā)熱點(diǎn)，從進(jìn)入該領(lǐng)域開(kāi)始就與技術(shù)研發(fā)同步進(jìn)行專(zhuān)利布局，為保證市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力打下了良好基礎(chǔ)。

4.4圖像質(zhì)量方面的技術(shù)生命力保持旺盛

在AR/VR頭戴顯示設(shè)備20多年的發(fā)展過(guò)程中，圖像質(zhì)量一直占據(jù)著市場(chǎng)研發(fā)和專(zhuān)利申請(qǐng)的重要地位。顯示圖像實(shí)現(xiàn)高亮度、寬視角，以及使用戶(hù)在清晰觀看影像的同時(shí)不產(chǎn)生疲勞感一直是頭戴顯示追求的重要目標(biāo)。從作為圖像質(zhì)量重要技術(shù)保障的光學(xué)系統(tǒng)演變過(guò)程不難發(fā)現(xiàn)，平均5年就會(huì)出現(xiàn)突破性的技術(shù)創(chuàng)新，且經(jīng)久不斷。

4.5眼動(dòng)追蹤應(yīng)用技術(shù)浪潮即將到來(lái)

用戶(hù)體驗(yàn)決定AR/VR頭戴顯示設(shè)備的市場(chǎng)價(jià)值，人機(jī)交互是其中的重要一環(huán)。眼動(dòng)的身體負(fù)荷小、耐疲勞性強(qiáng)、追蹤響應(yīng)速度快、準(zhǔn)確性高，促使眼動(dòng)追蹤成為人機(jī)交互的技術(shù)熱點(diǎn)。眼動(dòng)追蹤方法發(fā)展到2011年趨于完善，而眼動(dòng)追蹤應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展恰恰從2011年開(kāi)始拉開(kāi)帷幕。近幾年中國(guó)頭戴顯示設(shè)備企業(yè)專(zhuān)利申請(qǐng)表現(xiàn)積極，反映出已開(kāi)始努力嘗試把握這一技術(shù)研發(fā)熱點(diǎn)。

/

:

[1] “科普中國(guó)”百科科學(xué)詞條編寫(xiě)與應(yīng)用工作項(xiàng)目組.增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)[EB/OL]. http://baike.baidu.com/link?url=oj1npY4khmI- ReMMrheE9kp8QB4J-2ldRQmagZJCt9qsnbQ-KZccXJPl4T41j- j23424GfFCc9lBNqjxJ1VrONfsn9aJ4VynGmM7uHZ2YVivUC- PQsFAoX2pJ4k85xUhtFS，2017-06-19.

[2] “科普中國(guó)”百科科學(xué)詞條編寫(xiě)與應(yīng)用工作項(xiàng)目組.虛擬現(xiàn)實(shí)[EB/OL]. http://baike.baidu.com/link?url=13NrhGsvjMBa8aQ7pIgP_ZPpxi-L5NzICZXFFjvCEunMl_sSRZMZodQg0m-oYP98dUdxYh0yuY1XK9LvA-4osdulD2h-Jk3DJRBCvCA0dze4NEdscboqklvbduKGM09I，2017-06-19.

[3] 馬天旗. 專(zhuān)利分析方法、圖表解讀與情報(bào)挖掘[M]. 北京：知識(shí)產(chǎn)權(quán)出版社，2015.

[4] 楊鐵軍. 產(chǎn)業(yè)專(zhuān)利分析報(bào)告[M]. 北京：知識(shí)產(chǎn)權(quán)出版社，2012．

[5] 楊鐵軍. 專(zhuān)利分析實(shí)務(wù)手冊(cè)[M]. 北京：知識(shí)產(chǎn)權(quán)出版社，2015.

[6] 賀化. 專(zhuān)利導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展實(shí)務(wù)[M]. 北京：知識(shí)產(chǎn)權(quán)出版社，2013.

[7] 張阿維，王浩. 可穿戴設(shè)備的應(yīng)用現(xiàn)狀分析和發(fā)展趨勢(shì)的研究[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品, 2016(4)： 15-16.

[8] 徐迎陽(yáng). 可穿戴設(shè)備現(xiàn)狀分析及應(yīng)對(duì)策略[J]. 現(xiàn)代電信科技, 2014(4):73-76.

[9] 侯云仙.可穿戴設(shè)備市場(chǎng)發(fā)展將呈六大趨勢(shì)[N].中國(guó)計(jì)算機(jī)報(bào)， 2016-03-21(2).

[10] 肖征榮,張麗云.智能穿戴設(shè)備技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)[J]. 移動(dòng)通信, 2015,39(5):9-12. XIAO Zhengrong, ZHANG Liyun. Intelligent wearable device technology and its development tendency[J].Mobile Communications,2015,39(5):9-12.

[11] 孫效華，馮澤西.可穿戴設(shè)備交互設(shè)計(jì)研究[J].裝飾,2014(2)： 28-33. SUN Xiaohua, FENG Zexi. Interaction design for wearable devices[J]. Art & Design, 2014(2): 28-33.

[12] 李東方.中國(guó)可穿戴設(shè)備行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈及發(fā)展趨勢(shì)研究[D].廣州:廣東省社會(huì)科學(xué)院，2015. LI Dongfang. Research on the Industry Chain and Trend in Development of Industry of Wearable Device[D]. Guangzhou: Guangdong Academy of Social Sciences, 2015.

[13] 謝俊祥，張琳.智能可穿戴設(shè)備及其應(yīng)用[J].中國(guó)醫(yī)療器械信息， 2015(3)：18-23. XIE Junxiang, ZHANG Lin. The review and applications of smart and wearable devices[J].China Medical Device Information,2015(3):18-23.

[14] 溫廣新，李紅.淺談可穿戴智能設(shè)備市場(chǎng)和技術(shù)發(fā)展研究[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2016(2):233.

[15] 周湛學(xué)，張文苑，杜永祚，等.虛擬儀器技術(shù)及其應(yīng)用初探[J].河北科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，23(4)：71-75. ZHOU Zhanxue, ZHANG Wenyuan,DU Yongzuo,et al.Research of fictitious instrument technique and its application[J].Journal of Hebei University of Science and Technology, 2002,23(4):71-75.

[16] 鄧俊杰,劉紅,陽(yáng)小蘭,等.可穿戴智能設(shè)備的現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)展望[J].黑龍江科技信息,2015(28):135.

[17] 朱婧.國(guó)內(nèi)外可穿戴行業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)與趨勢(shì)[J].廣東科技,2015,24(14):9-12. ZHU Jing. Development trend and trend of wearable industry at home and abroad[J].Guangdong Science & Technology,2015,24(14):9-12.

Patent analysis of augmented reality/virtual reality on head mounted display

HAN Xu, QU Dan

(Patent Examination Cooperation Tianjin Center of the Patent Office，SIPO，Tianjin 300304，China)

AR/VR has a very broad application prospects in the fields of medical, military, industrial, education, entertainment and engineering, which is one of the research hot spots in the wearable electronic field at present. The patent trend of AR/VR on HMD technology is analyzed from global and Chinese perspective, specifically discussing patent application situation from the aspects of application number, application regional distribution, principal applicants and so on, and analyzing the gap in technology development and patent protection between domestic innovation body and foreign innovation body. By concluding and analyzing the essential technology of important applicants both abroad and at home, the main technical branches of AR/VR on HMD including image quality aberration correction, HMI control, tracking technology for image adjustment and wear adjustment are summarized, of which the technical development route, technical development trend and important patent node technology of optical system and eye tracking are studied deeply, and the development trend of AR/VR on HMD in the above technical branch is predicted.

applied optics；augmented reality(AR)；virtual reality(VR)； immersive；head mounted display(HMD)

1008-1534(2017)05-0345-09

2017-07-19;

2017-08-31；責(zé)任編輯：張士瑩

韓 旭(1973—)，女，黑龍江明水人，副研究員，碩士，主要從事光電領(lǐng)域?qū)＠麑彶楹椭R(shí)產(chǎn)權(quán)服務(wù)方面的研究。

曲 丹副研究員。 E-mail:qudan82@163.com

TN873

：Adoi: 10.7535/hbgykj.2017yx05007

韓 旭，曲 丹. 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴顯示專(zhuān)利分析[J].河北工業(yè)科技,2017,34(5):345-353. HAN Xu, QU Dan. Patent analysis of augmented reality/virtual reality on head mounted display[J].Hebei Journal of Industrial Science and Technology,2017,34(5):345-353.