Microsoft explore les brevets AR/VR utilisant des réseaux de microlentilles pour la manipulation de l'angle de rayon principal à large plage

(Nwe le 26 septembre 2023) Microsoft estime que la Micro LED présente les caractéristiques d'une petite taille, d'un poids léger, d'une luminosité élevée et d'une densité d'emballage élevée, et peut être particulièrement adaptée aux applications qui nécessitent une haute résolution, une petite taille et un poids léger. Visiocasque.

Dans la demande de brevet intitulée « Microlentilles fournissant une manipulation de l'angle de rayon principal à large plage pour un écran à panneau », Microsoft a présenté une microlentille qui permet une manipulation de l'angle de rayon principal à large plage pour un écran à panneau, ainsi qu'une méthode de configuration du système d'affichage à réseau de microlentilles.

Où, chaque microlentille du réseau correspond à un pixel respectif de l'écran du panneau. La configuration des microlentilles varie en fonction de leur distance à l'axe central de projection dans le plan d'affichage du panneau. Les microlentilles peuvent être configurées sous forme de surfaces pour augmenter l'efficacité optique.

Pour améliorer l'uniformité de l'éclairage de l'écran, des microlentilles peuvent être utilisées pour ajuster l'angle d'émission d'un pixel spécifique afin qu'il corresponde à son angle de rayon principal CRA. De cette façon, le rayon principal du pixel traversera le centre de la pupille du système optique de projection dans le système d'affichage, obtenant ainsi un effet d'éclairage plus uniforme

Des microlentilles avec deux configurations différentes peuvent être utilisées pour façonner la lumière pour des pixels sur l'axe plus proches de l'axe central par rapport aux pixels hors axe plus éloignés. Pour les pixels hors axe, la configuration des microlentilles comprend une surface de lentille asymétrique de forme libre pour collimater la lumière et correspondre au CRA.

La phrase originale peut être réécrite comme suit : Les formes des microlentilles libres circulaires symétriques et asymétriques peuvent être combinées avec le décalage spatial entre les microlentilles et les pixels correspondants pour obtenir une correspondance CRA plus précise

Microsoft souligne que les écrans composés de matrices de Micro LED respectives et de microlentilles correspondantes offrent des améliorations en termes d'efficacité optique et d'uniformité d'éclairage pour les systèmes d'affichage par projection. Une efficacité optique accrue permet d'économiser de l'énergie, tandis qu'une uniformité d'éclairage améliorée offre une expérience utilisateur plus satisfaisante

De plus, la large gamme de fonctionnement CRA permise par la configuration actuelle des microlentilles peut offrir plus de liberté de conception pour les composants en aval du système d'affichage, par exemple en rendant le système de projection optique plus compact, réduisant ainsi la taille du visiocasque utilisant la gamme de microlentilles actuelle. Taille et poids de l'appareil

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La figure 6 montre l'angle de cône Q pour émettre de la lumière à partir d'un exemple de Micro LED 600 configuré pour émettre une lumière monochromatique pour les pixels ou sous-pixels dans l'affichage 320, par exemple. La zone émettrice 605 de la puce semi-conductrice 610 dans une Micro LED peut prendre diverses formes, notamment rectangulaire, circulaire, hexagonale, etc., pour répondre aux exigences d'une application donnée.

Toute la lumière émise par la zone d'émission ne peut pas éclairer efficacement l'écran du panneau. Par exemple, pour les appareils d'affichage basés sur la projection, seule la lumière émise dans l'angle du cône Ω = ± 10-15 degrés peut se propager avec succès vers le système de projection en aval

Par conséquent, la lumière est perdue après avoir été émise par l'émetteur grand angle, ce qui entraîne une diminution de l'efficacité optique du système d'affichage. Selon la méthode proposée par Microsoft, l'efficacité optique peut être maximisée en disposant des réseaux de microlentilles sur chaque source de pixels du panneau d'affichage pour collimater la lumière sur l'angle du cône central. Cette optimisation permet d'économiser de l'énergie

La figure 7 montre l'angle principal du rayon θ. Dans ce mode de réalisation, le panneau d'affichage et l'optique de projection ont une configuration coaxiale ou télécentrique. Cependant, une configuration non télécentrique peut être utilisée dans d'autres modes de réalisation utilisant les présents principes.

Ce qui doit être réécrit est : L'angle du rayon principal CRA décrit l'angle du rayon principal 715 tracé entre le point sur le panneau d'affichage 320 pour le pixel hors axe 705 et le centre de la pupille de l'optique de projection 345. Sur la figure, la pupille est désignée par la référence 720 et le point central est désigné par la référence 725. Comme illustré, les rayons de bord 730 passent d'un pixel axial 710 au centre du panneau d'affichage jusqu'à l'ouverture maximale de la pupille. Contenu réécrit : L'angle du rayon principal CRA fait référence à l'angle entre le point du rayon principal tracé 715 au niveau du pixel hors axe 705 sur le panneau d'affichage 320 et le centre de la pupille de l'élément optique de projection 345. L'élève sur la figure porte le numéro 720 et le point central est numéroté 725. Comme indiqué, le rayon de bord 730 passe du pixel axial 710 au centre du panneau d'affichage jusqu'à l'ouverture maximale de la pupille

Dans un système de projection, seule la lumière la plus proche du rayon principal est collectée et utilisée pour délivrer une image virtuelle aux yeux de l'utilisateur. Par conséquent, l'efficacité optique du système varie en fonction de la position des pixels dans l'écran, ce qui entraîne une luminosité inégale de l'écran.

Ce phénomène se manifeste par des zones sombres à divers endroits du champ de vision du système, notamment aux bords et aux coins du plus grand écran de l'ARC. L'architecture spécifique du système de projection peut exacerber ce problème, en particulier ceux avec des paramètres de forme compacts, car l'ARC peut être plus grand

Les figures 8A à 8E montrent des microlentilles destinées à être utilisées dans des agencements selon l'invention. Microsoft note que la configuration des microlentilles peut être utilisée pour augmenter l'efficacité optique des écrans afin de maximiser la puissance disponible et d'améliorer l'uniformité de l'éclairage en effectuant des opérations CRA sur les pixels hors axe de l'écran.

Première structure illustrative La figure 8A montre une structure pour la microlentille 805 (Structure A), dans laquelle la surface de la lentille présente une forme de symétrie circulaire. La deuxième structure illustrative, la figure 8B, montre une microlentille 810 (Structure B) ayant une forme de surface de lentille de forme libre

À titre de précision, une « surface de lentille de forme libre » fait référence à une forme sans axe d'invariance de rotation. Par conséquent, la lentille de forme libre présente des caractéristiques différentes en fonction de sa position de rotation par rapport à l'axe central de la Micro LED.

Vous pouvez configurer la surface de forme libre pour optimiser la mise en forme du faisceau de la lentille pour presque tous les rayons lumineux incidents. L'optique asphérique peut être considérée comme un cas particulier d'optique de forme libre avec des axes invariants en rotation. De manière générale, les surfaces asphériques peuvent avoir un axe, tandis que les surfaces de forme libre peuvent n'avoir aucun axe

La figure 8C montre une troisième structure illustrative de microlentille 815 (Structure C) ayant une forme de surface de lentille de forme libre. La structure C peut être utilisée pour la manipulation de la lumière des pixels hors axe. Sa fonction est d'incliner la surface de la microlentille pour faire correspondre l'angle de la lumière émise par rapport à son CRA.

La figure 8D montre une quatrième structure illustrative de microlentille 820 (Structure D) ayant une forme de surface de lentille de forme libre qui permet une correspondance CRA des pixels hors axe. De plus, la structure D utilise une relation spatiale non coaxiale dans laquelle la zone émettrice 605 de la Micro LED 600 est décalée par rapport à la ligne centrale de la microlentille dans le plan du réseau.

La figure 8E montre une microlentille 825 qui a une forme sphérique régulière et utilise un décalage entre la zone d'émission de la Micro LED et la ligne centrale de la microlentille (Structure E).

La figure 9 montre la répartition des différentes configurations de microlentilles dans le panneau d'affichage 320. La configuration des microlentilles d'un pixel particulier dépend de sa distance d sur l'axe central de l'écran. Pour les pixels proches de l'axe central, vous pouvez choisir d'utiliser une structure de microlentilles A ou B à symétrie circulaire ou à surface de forme libre pour de meilleurs résultats

Pour les pixels hors axe, on peut avantageusement utiliser les configurations C ou D, c'est-à-dire respectivement forme libre et forme libre avec décalage spatial, pour manipuler les rayons émis depuis le panneau vers la pupille 720 de l'optique de projection pour les adapter à leur CRA respectif.

Ainsi, un panneau d'affichage donné peut être utilisé en utilisant une ou plusieurs des configurations de microlentilles illustrées à la figure 8. Pour les pixels d'affichage situés entre les positions centrales et extrêmes hors axe, des transitions douces entre les types de configuration peuvent être obtenues en obtenant des formes de surface de lentille similaires et en appliquant différents décalages spatiaux calculés à l'aide d'une interpolation linéaire entre les microlentilles

L'axe central du réseau de microlentilles correspond à l'axe central du réseau de microlentilles distal, permettant au réseau de microlentilles de correspondre aux pixels axiaux et hors axe de l'écran du panneau

Le réseau de microlentilles peut être divisé en plusieurs zones annulaires coaxiales à l'axe central de l'écran. La forme libre de la surface de la microlentille dans chaque zone peut manipuler l'angle de rayon principal de son pixel correspondant selon le principe décrit dans l'invention

Illustration 1000 de l'efficacité optique normalisée d'un écran configuré avec des microlentilles par rapport au CRA selon le principe de la présente invention. Les résultats sur la figure 10 peuvent être vus

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Comme le montre la figure, l'efficacité optique du pixel 1005 avec un CRA de 20 degrés est d'environ 70 % de celle du pixel 1010 avec un CRA de 0 degré. Les résultats se comparent favorablement à ceux de certains systèmes de projection conventionnels, où l'efficacité optique d'un pixel CRA à 20 degrés n'est qu'environ 28 % de celle d'un pixel CRA à 0 degré.

L'organigramme 1100 illustre la figure 11 pour le fonctionnement d'un système d'affichage optique pour afficher une image virtuelle dans un champ de vision

À 1105, un écran à panneau émissif est utilisé pour générer un tableau de pixels formant une image virtuelle. Le panneau d'affichage présente un axe central projeté le long d'une direction d'émission de lumière du panneau d'affichage, et le réseau de pixels comprend des pixels d'axe supérieur par rapport à l'axe central et des pixels hors axe par rapport à l'axe central.

À 11 h 10, un réseau de microlentilles est fourni sur le panneau d'affichage. Chaque microlentille du réseau correspond à un pixel respectif dans le réseau de pixels formant une image virtuelle.

À 1115, le réseau de microlentilles est configuré pour régler la lumière sur l'angle principal des rayons par rapport aux pixels hors axe afin qu'ils aient une luminosité similaire à celle des pixels sur l'axe dans le champ de vision du casque

Brevets associés : Brevet Microsoft | Microlentilles permettant une manipulation de l'angle de rayon principal sur une large plage pour un écran à panneau

La demande de brevet « Microlentilles fournissant une manipulation d'angle de rayon principal à large plage pour un écran à panneau » a été soumise par Microsoft en mars 2022 et a été récemment publiée par l'Office américain des brevets et des marques

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