Microsoft는 광범위한 주광선 각도 조작을 위해 마이크로렌즈 어레이를 사용하는 AR/VR 특허를 탐색합니다.-일체 포함-php.cn

(2023년 9월 26일) Microsoft는 마이크로 LED가 소형, 경량, 고휘도, 높은 패키징 밀도라는 특성을 갖고 있으며 특히 고해상도, 소형, 경량이 요구되는 애플리케이션에 적합할 수 있다고 믿습니다. 헤드마운트 디스플레이.

마이크로소프트는 "패널 디스플레이에 대한 광범위한 주광선 각도 조작을 제공하는 마이크로렌즈"라는 특허 출원에서 패널 디스플레이에 대한 광범위한 주광선 각도 조작을 제공하는 마이크로렌즈와 마이크로렌즈 어레이 디스플레이 시스템 구성 방법을 소개했습니다.

어레이의 각 마이크로렌즈는 패널 디스플레이의 각 픽셀에 해당합니다. 마이크로렌즈의 구성은 패널 디스플레이 평면의 중앙 투영 축으로부터의 거리에 따라 달라집니다. 마이크로렌즈는 광학 효율성을 높이기 위해 표면으로 구성될 수 있습니다.

디스플레이 조명의 균일성을 향상시키기 위해 마이크로렌즈를 사용하여 특정 픽셀의 방출 각도를 조정하여 주 광선 각도 CRA와 일치시킬 수 있습니다. 이러한 방식으로 픽셀의 주 광선은 디스플레이 시스템의 투영 광학 시스템의 동공 중심을 통과하여 보다 균일한 조명 효과를 얻습니다

두 가지 서로 다른 구성의 마이크로 렌즈를 사용하면 축외 픽셀에 비해 중심 축에 더 가까운 축상 픽셀의 빛을 형성할 수 있습니다. 축외 픽셀의 경우 마이크로렌즈 구성에는 빛을 시준하고 CRA와 일치시키는 비대칭 자유형 렌즈 표면이 포함됩니다.

원문은 다음과 같이 다시 작성할 수 있습니다. 원형 대칭 및 비대칭 자유 마이크로렌즈의 모양을 마이크로렌즈와 해당 픽셀 사이의 공간적 오프셋과 결합하여 보다 정확한 CRA 매칭을 달성할 수 있습니다

Microsoft는 각각의 마이크로 LED 어레이와 해당 마이크로 렌즈로 구성된 패널 디스플레이가 프로젝션 디스플레이 시스템의 광학 효율성과 조명 균일성을 향상시킨다고 지적합니다. 향상된 광학 효율성으로 전력이 절약되고, 향상된 조명 균일성은 더욱 만족스러운 사용자 경험을 제공합니다

또한, 현재의 마이크로렌즈 구성으로 가능해진 광범위한 CRA 작동은 광학 프로젝션 시스템을 더욱 콤팩트하게 만들어 헤드 마운트 디스플레이의 크기를 줄이는 등 디스플레이 시스템의 다운스트림 구성 요소에 더 많은 설계 자유를 제공할 수 있습니다. 현재 마이크로렌즈 어레이. 장치 크기 및 무게

Microsoft는 광범위한 주광선 각도 조작을 위해 마이크로렌즈 어레이를 사용하는 AR/VR 특허를 탐색합니다.

그림 6은 예를 들어 패널 디스플레이(320)의 픽셀 또는 하위 픽셀에 대해 단색 광을 방출하도록 구성된 예시적인 마이크로 LED(600)로부터 광을 방출하기 위한 원뿔 각도 Q를 보여줍니다. 마이크로 LED의 반도체 칩(610)의 방출 영역(605)은 주어진 응용 분야의 요구 사항을 충족하기 위해 직사각형, 원형, 육각형 등을 포함한 다양한 모양을 취할 수 있습니다.

발광 영역에서 방출되는 모든 빛이 패널 디스플레이를 효과적으로 비출 수 있는 것은 아닙니다. 예를 들어 프로젝션 기반 디스플레이 장치의 경우 원뿔 각도 Ω=±10-15도 내에서 방출된 빛만 다운스트림 프로젝션 시스템으로 성공적으로 전파될 수 있습니다

따라서 광각 이미터에서 방출된 빛은 손실되어 디스플레이 시스템의 광학 효율이 저하됩니다. 마이크로소프트가 제안한 방식은 패널 디스플레이의 각 픽셀소스에 마이크로렌즈 어레이를 배열해 빛을 중앙 원추각으로 시준함으로써 광효율을 극대화할 수 있다. 이렇게 최적화하면 에너지가 절약됩니다

Microsoft는 광범위한 주광선 각도 조작을 위해 마이크로렌즈 어레이를 사용하는 AR/VR 특허를 탐색합니다.

그림 7은 주광선 각도 θ를 보여줍니다. 이 실시예에서, 패널 디스플레이 및 투영 광학계는 동축 또는 텔레센트릭 구성을 갖는다. 그러나, 본 원리를 이용하는 대안적인 실시예에서는 비텔레센트릭 구성이 사용될 수 있다.

다시 작성해야 하는 것은 다음과 같습니다. 주 광선 각도 CRA는 축외 픽셀(705)에 대한 패널 디스플레이(320)의 지점과 투영 광학 장치(345)의 동공 중심 사이에서 추적되는 주 광선(715)의 각도를 나타냅니다. 도면에서는 동공을 참조번호 720으로 표시하고, 중심점을 참조번호 725로 표시하였다. 도시된 바와 같이, 에지 광선(730)은 패널 디스플레이 중앙의 축 픽셀(710)로부터 동공의 최대 조리개까지 통과한다. 재작성된 내용: 주광선 각도 CRA는 패널 디스플레이(320) 상의 축외 픽셀(705)에서 추적된 주광선(715)의 지점과 투영광학소자(345)의 동공 중심 사이의 각도를 말한다. 그림의 눈동자는 720번이고 중심점은 725번입니다. 도시된 바와 같이, 엣지 광선(730)은 패널 디스플레이 중앙의 축 픽셀(710)에서 동공의 최대 조리개까지 전달됩니다

프로젝션 시스템에서는 주광선에 가장 가까운 빛만 수집되어 사용자의 눈에 가상 이미지를 전달하는 데 사용됩니다. 따라서 시스템의 광효율은 디스플레이의 픽셀 위치에 따라 달라지며, 이로 인해 패널 디스플레이의 밝기가 고르지 않게 됩니다.

이 현상은 시스템 시야 내 다양한 위치, 특히 CRA 최대 디스플레이의 가장자리와 모서리에서 어두운 영역으로 나타납니다. 특정 프로젝션 시스템 아키텍처는 특히 CRA가 더 클 수 있으므로 컴팩트한 양식 매개변수를 사용하는 경우 이 문제를 악화시킬 수 있습니다.

그림 8A-8E는 본 발명에 따른 배열에 사용하기 위한 마이크로렌즈를 보여줍니다. Microsoft는 마이크로렌즈 구성을 사용하면 패널 디스플레이의 광학 효율성을 높여 사용 가능한 전력을 최대화하고 디스플레이의 축외 픽셀에서 CRA 작업을 수행하여 조명 균일성을 향상시킬 수 있다고 밝혔습니다.

Microsoft는 광범위한 주광선 각도 조작을 위해 마이크로렌즈 어레이를 사용하는 AR/VR 특허를 탐색합니다.

첫 번째 예시적인 구조 도 8A는 마이크로렌즈(805)의 구조(구조 A)를 도시하며, 렌즈 표면은 원형 대칭 형상을 나타낸다. 두 번째 예시적인 구조 그림 8B는 자유형 렌즈 표면 모양을 갖는 마이크로렌즈(810)(구조 B)를 보여줍니다.

설명하자면 "자유 형태 렌즈 표면"은 회전 불변 축이 없는 모양을 의미합니다. 따라서 자유형 렌즈는 마이크로 LED의 중심축을 기준으로 한 회전 위치에 따라 다른 특성을 나타냅니다.

거의 모든 입사 광선에 대해 렌즈의 빔 형성을 최적화하도록 자유 형식 표면을 구성할 수 있습니다. 비구면 광학은 회전 불변 축을 갖는 자유형 광학의 특별한 경우로 볼 수 있습니다. 일반적으로 비구면 표면에는 축이 있을 수 있지만 자유 형식 표면에는 축이 없을 수 있습니다

그림 8C는 자유형 렌즈 표면 형상을 갖는 마이크로렌즈(815)(구조 C)의 세 번째 예시적인 구조를 보여줍니다. 구조 C는 축외 픽셀의 빛 조작에 사용될 수 있습니다. 그 기능은 방출된 빛의 각도를 CRA에 일치시키도록 마이크로렌즈 표면을 기울이는 것입니다.

Microsoft는 광범위한 주광선 각도 조작을 위해 마이크로렌즈 어레이를 사용하는 AR/VR 특허를 탐색합니다. 그림 8D는 축외 픽셀의 CRA 매칭을 제공하는 자유형 렌즈 표면 형상을 갖는 마이크로렌즈(820)(구조 D)의 네 번째 예시적인 구조를 보여줍니다. 또한 구조 D는 마이크로 LED(600)의 방출 영역(605)이 어레이 평면의 마이크로렌즈 중심선에서 오프셋되는 비동축 공간 관계를 활용합니다.

그림 8E는 규칙적인 구형 모양을 가지며 마이크로 LED의 방출 영역과 마이크로 렌즈 중심선 사이의 오프셋을 활용하는 마이크로 렌즈(825)를 보여줍니다(구조 E).

Microsoft는 광범위한 주광선 각도 조작을 위해 마이크로렌즈 어레이를 사용하는 AR/VR 특허를 탐색합니다. 그림 9는 패널 디스플레이(320)의 다양한 마이크로렌즈 구성 분포를 보여줍니다. 특정 픽셀의 마이크로렌즈 구성은 패널 디스플레이 중심축의 거리 d에 따라 달라집니다. 중심 축에 가까운 픽셀의 경우 더 나은 결과를 위해 원형 대칭 또는 자유 형식 표면이 있는 마이크로렌즈 구조 A 또는 B를 사용하도록 선택할 수 있습니다

축외 픽셀의 경우 구성 C 또는 D, 즉 자유 형상과 각각 공간 오프셋이 있는 자유 형상을 활용하여 투영 광학계의 동공(720)을 향해 패널에서 방출된 광선을 조작하여 각각의 CRA와 일치시킬 수 있습니다.

따라서 그림 8에 표시된 하나 이상의 마이크로렌즈 구성을 활용하여 특정 패널 디스플레이를 사용할 수 있습니다. 중심과 축 외 위치 사이에 위치한 디스플레이 픽셀의 경우 유사한 렌즈 표면 모양을 달성하고 마이크로렌즈 간의 선형 보간을 사용하여 계산된 다양한 공간 오프셋을 적용하여 구성 유형 간의 원활한 전환을 달성할 수 있습니다

마이크로렌즈 배열의 중심축은 원위 마이크로렌즈 배열의 중심축과 일치하므로 마이크로렌즈 배열이 패널 디스플레이의 축 및 축외 픽셀과 일치할 수 있습니다

마이크로렌즈 배열은 디스플레이의 중심축과 동축인 여러 개의 환형 영역으로 나눌 수 있습니다. 각 영역의 마이크로렌즈의 자유로운 표면 모양은 본 발명에 설명된 원리에 따라 해당 픽셀의 주요 광선 각도를 조작할 수 있습니다

Microsoft는 광범위한 주광선 각도 조작을 위해 마이크로렌즈 어레이를 사용하는 AR/VR 특허를 탐색합니다. 본 발명의 원리에 따라 CRA에 비해 마이크로렌즈로 구성된 패널 디스플레이의 정규화된 광학 효율에 대한 그림 1000의 결과를 볼 수 있습니다

그림에 표시된 것처럼 CRA가 20도인 픽셀 1005의 광 효율은 CRA가 0도인 픽셀 1010의 광학 효율의 약 70%입니다. 결과는 20도 CRA 픽셀의 광학 효율이 0도 CRA 픽셀의 광학 효율의 약 28%에 불과한 특정 기존 프로젝션 시스템과 비교하면 유리합니다.

흐름도 1100은 시야 내에 가상 이미지를 표시하기 위해 광학 디스플레이 시스템을 작동하는 그림 11을 보여줍니다

Microsoft는 광범위한 주광선 각도 조작을 위해 마이크로렌즈 어레이를 사용하는 AR/VR 특허를 탐색합니다.