Microsoft meneroka paten AR/VR menggunakan tatasusunan kanta mikro untuk manipulasi sudut sinar ketua jarak luas

(Nweon 26 September 2023) Microsoft percaya bahawa LED Mikro mempunyai ciri-ciri saiz kecil, ringan, kecerahan tinggi dan ketumpatan pembungkusan yang tinggi, dan mungkin amat sesuai untuk aplikasi yang memerlukan resolusi tinggi, saiz kecil dan ringan. Paparan yang dipasang di kepala.

Dalam aplikasi paten bertajuk "Microlenses provides wide range chief ray angle manipulation for a panel display", Microsoft memperkenalkan mikrolens yang menyediakan manipulasi sudut sinar ketua julat luas untuk paparan panel, dan kaedah mengkonfigurasi sistem paparan tatasusunan mikrolens.

Di mana, setiap mikrolens dalam tatasusunan sepadan dengan piksel paparan panel masing-masing. Konfigurasi kanta mikro berbeza mengikut jaraknya dari paksi unjuran pusat dalam satah paparan panel. Kanta mikro boleh dikonfigurasikan sebagai permukaan untuk meningkatkan kecekapan optik.

Untuk meningkatkan keseragaman pencahayaan paparan, kanta mikro boleh digunakan untuk melaraskan sudut pancaran piksel tertentu agar sepadan dengan sudut sinar utamanya CRA. Dengan cara ini, sinar utama piksel akan melalui pusat murid sistem optik tayangan dalam sistem paparan, dengan itu mencapai kesan pencahayaan yang lebih seragam

Kanta mikro dengan dua konfigurasi berbeza boleh digunakan untuk membentuk cahaya bagi piksel pada paksi lebih dekat dengan paksi pusat berbanding piksel luar paksi yang lebih jauh. Untuk piksel luar paksi, konfigurasi kanta mikro termasuk permukaan kanta bentuk bebas asimetri untuk menggabungkan cahaya dan sepadan dengan CRA.

Ayat asal boleh ditulis semula sebagai: Bentuk kanta mikro bebas simetri dan asimetri bulat boleh digabungkan dengan offset ruang antara kanta mikro dan piksel yang sepadan untuk mencapai padanan CRA yang lebih tepat

Microsoft menegaskan bahawa paparan panel yang terdiri daripada tatasusunan LED Mikro masing-masing dan kanta mikro yang sepadan memberikan peningkatan dalam kecekapan optik dan keseragaman pencahayaan untuk sistem paparan unjuran. Peningkatan kecekapan optik menjimatkan kuasa, manakala keseragaman pencahayaan yang dipertingkat memberikan pengalaman pengguna yang lebih memuaskan

Selain itu, rangkaian luas operasi CRA yang didayakan oleh konfigurasi kanta mikro semasa boleh memberikan lebih banyak kebebasan reka bentuk untuk komponen hiliran dalam sistem paparan, seperti menjadikan sistem unjuran optik lebih padat, dengan itu mengurangkan saiz paparan yang dipasang di kepala menggunakan susunan mikrolens semasa dan berat

Rajah 6 menunjukkan sudut kon Q untuk memancarkan cahaya daripada ilustrasi LED Mikro 600 yang dikonfigurasikan untuk memancarkan cahaya monokromatik untuk piksel atau sub-piksel dalam paparan panel 320, contohnya. Kawasan pemancaran 605 cip semikonduktor 610 dalam LED Mikro boleh mengambil pelbagai bentuk, termasuk segi empat tepat, bulat, heksagon, dll., untuk memenuhi keperluan aplikasi tertentu.

Tidak semua cahaya yang dipancarkan dari kawasan pelepasan dapat menerangi paparan panel dengan berkesan. Contohnya, untuk peranti paparan berasaskan unjuran, hanya cahaya yang dipancarkan dalam sudut kon Ω=±10-15 darjah boleh berjaya merambat ke sistem unjuran hiliran

Oleh itu, cahaya hilang selepas dipancarkan dari pemancar sudut lebar, mengakibatkan penurunan kecekapan optik sistem paparan. Mengikut kaedah yang dicadangkan oleh Microsoft, kecekapan optik boleh dimaksimumkan dengan mengatur tatasusunan kanta mikro pada setiap sumber piksel paparan panel untuk menggabungkan cahaya ke sudut kon pusat. Pengoptimuman ini menjimatkan tenaga

Rajah 7 menunjukkan sudut sinar ketua θ. Dalam penjelmaan ini, paparan panel dan optik unjuran mempunyai konfigurasi sepaksi atau telesentrik. Walau bagaimanapun, konfigurasi bukan telesentrik boleh digunakan dalam penjelmaan alternatif menggunakan prinsip semasa.

Apa yang perlu ditulis semula ialah: Sudut sinar utama CRA menerangkan sudut sinar utama 715 yang dikesan antara titik pada paparan panel 320 untuk piksel luar paksi 705 dan pusat murid optik unjuran 345. Dalam rajah, murid dilambangkan dengan nombor rujukan 720 dan titik tengah ditandakan dengan nombor rujukan 725. Seperti yang ditunjukkan, sinaran tepi 730 melepasi dari piksel paksi 710 di tengah paparan panel ke apertur maksimum murid. Kandungan ditulis semula: Sudut sinar utama CRA merujuk kepada sudut antara titik sinar ketua yang dikesan 715 pada piksel luar paksi 705 pada paparan panel 320 dan pusat murid unsur optik unjuran 345 . Murid dalam rajah itu bernombor 720, dan titik tengah bernombor 725. Seperti yang ditunjukkan, sinar tepi 730 melepasi dari piksel paksi 710 di tengah paparan panel ke apertur maksimum murid

Dalam sistem unjuran, hanya cahaya yang paling hampir dengan sinar utama dikumpulkan dan digunakan untuk menyampaikan imej maya ke mata pengguna. Oleh itu, kecekapan optik sistem berbeza-beza bergantung pada kedudukan piksel dalam paparan, mengakibatkan kecerahan paparan panel tidak sekata.

Fenomena ini menunjukkan dirinya sebagai kawasan gelap di pelbagai lokasi dalam bidang pandangan sistem, terutamanya di tepi dan sudut paparan terbesar CRA. Seni bina sistem unjuran khusus mungkin memburukkan lagi masalah ini, terutamanya yang mempunyai parameter bentuk padat, kerana CRA mungkin lebih besar

Rajah 8A-8E menunjukkan kanta mikro untuk digunakan dalam susunan mengikut ciptaan. Microsoft menyatakan bahawa konfigurasi kanta mikro boleh digunakan untuk meningkatkan kecekapan optik paparan panel untuk memaksimumkan kuasa yang ada dan meningkatkan keseragaman pencahayaan dengan melaksanakan operasi CRA pada piksel luar paksi dalam paparan.

Struktur Ilustrasi Pertama FIG 8A menunjukkan struktur untuk kanta mikro 805 (Struktur A), di mana permukaan kanta mempamerkan bentuk simetri bulat. Struktur ilustrasi kedua Rajah 8B menunjukkan kanta mikro 810 (Struktur B) mempunyai bentuk permukaan kanta bentuk bebas

Sebagai penjelasan, "permukaan kanta bentuk bebas" merujuk kepada bentuk tanpa paksi invarian putaran. Oleh itu, kanta bentuk bebas mempamerkan ciri yang berbeza bergantung pada kedudukan putarannya berbanding paksi tengah LED Mikro.

Kanta boleh dikonfigurasikan untuk mengoptimumkan pembentukan rasuk untuk hampir semua sinar cahaya kejadian dengan mengkonfigurasi permukaan bentuk bebas. Optik asfera boleh dilihat sebagai kes khas optik bentuk bebas dengan paksi invarian berputar. Secara umumnya, permukaan asfera boleh mempunyai paksi, manakala permukaan bentuk bebas tidak boleh mempunyai paksi

Rajah 8C menunjukkan struktur ilustrasi ketiga bagi kanta mikro 815 (Struktur C) yang mempunyai bentuk permukaan kanta bentuk bebas. Struktur C boleh digunakan untuk manipulasi cahaya piksel luar paksi Fungsinya adalah untuk mencondongkan permukaan kanta mikro untuk memadankan sudut cahaya yang dipancarkan kepada CRAnya.

Rajah 8D menunjukkan struktur ilustrasi keempat bagi kanta mikro 820 (Struktur D) yang mempunyai bentuk permukaan kanta bentuk bebas yang menyediakan padanan CRA bagi piksel luar paksi. Selain itu, Struktur D menggunakan hubungan spatial bukan sepaksi di mana kawasan pemancar 605 LED Mikro 600 diimbangi daripada garis tengah kanta mikro dalam satah tatasusunan.

Rajah 8E menunjukkan kanta mikro 825 yang mempunyai bentuk sfera biasa dan menggunakan offset antara kawasan pancaran LED Mikro dan garis tengah kanta mikro (Struktur E).

Rajah 9 menunjukkan taburan konfigurasi kanta mikro yang berbeza dalam paparan panel 320. Konfigurasi kanta mikro bagi piksel tertentu bergantung pada jaraknya d pada paksi tengah paparan panel. Untuk piksel yang dekat dengan paksi pusat, anda boleh memilih untuk menggunakan struktur kanta mikro A atau B dengan simetri bulat atau permukaan bentuk bebas untuk hasil yang lebih baik

Untuk piksel luar paksi, konfigurasi C atau D, masing-masing bentuk bebas dan bentuk bebas dengan ofset spatial, boleh digunakan secara berfaedah untuk memanipulasi sinar yang dipancarkan daripada panel ke arah murid 720 optik unjuran untuk dipadankan dengan CRA masing-masing.

Oleh itu, paparan panel yang diberikan boleh digunakan menggunakan satu atau lebih konfigurasi kanta mikro yang ditunjukkan dalam Rajah 8. Untuk piksel paparan yang terletak di antara kedudukan luar paksi tengah dan melampau, peralihan lancar antara jenis konfigurasi boleh dicapai dengan mencapai bentuk permukaan kanta yang serupa dan menggunakan offset spatial berbeza yang dikira menggunakan interpolasi linear antara kanta mikro

Paksi tengah tatasusunan mikrolens sepadan dengan paksi tengah tatasusunan mikrolens distal, membolehkan tatasusunan mikrolens sepadan dengan piksel paksi dan luar paksi paparan panel

Susun atur kanta mikro boleh dibahagikan kepada berbilang kawasan anulus yang sepaksi dengan paksi tengah paparan. Bentuk permukaan bebas mikrolens di setiap kawasan boleh memanipulasi sudut sinar utama piksel sepadannya mengikut prinsip yang diterangkan dalam ciptaan

Ilustrasi 1000 kecekapan optik ternormal paparan panel yang dikonfigurasikan dengan kanta mikro berbanding CRA mengikut prinsip ciptaan sekarang Keputusan dalam Rajah 10 boleh dilihat

Seperti yang ditunjukkan dalam rajah, kecekapan optik piksel 1005 dengan CRA 20 darjah adalah lebih kurang 70% daripada piksel 1010 dengan CRA 0 darjah. Hasilnya dibandingkan dengan sistem unjuran konvensional tertentu, di mana kecekapan optik piksel CRA 20 darjah hanyalah kira-kira 28% daripada piksel CRA 0 darjah.

Carta Alir 1100 menggambarkan Rajah 11 untuk mengendalikan sistem paparan optik untuk memaparkan imej maya dalam medan pandangan

Pada 1105, paparan panel emisi digunakan untuk menjana susunan piksel yang membentuk imej maya. Paparan panel mempunyai paksi tengah yang diunjurkan sepanjang arah pancaran cahaya paparan panel, dan tatasusunan piksel termasuk piksel paksi atas berbanding paksi tengah dan piksel luar paksi berbanding paksi pusat.

Pada 1110, susunan kanta mikro disediakan pada paparan panel. Di mana, setiap mikrolens dalam tatasusunan sepadan dengan piksel masing-masing dalam tatasusunan piksel yang membentuk imej maya.

Pada 1115, tatasusunan kanta mikro dikonfigurasikan untuk menala cahaya ke sudut sinar utama berbanding dengan piksel luar paksi supaya ia mempunyai kecerahan yang serupa dengan piksel pada paksi dalam medan pandangan set kepala

Paten berkaitan: Microsoft Patent |. Mikrolenses menyediakan pelbagai manipulasi sudut sinar ketua untuk paparan panel

Aplikasi paten "Microlenses menyediakan pelbagai manipulasi sudut sinar ketua untuk paparan panel" telah diserahkan oleh Microsoft pada Mac 2022 dan baru-baru ini diterbitkan oleh Pejabat Paten dan Tanda Dagangan AS

Atas ialah kandungan terperinci Microsoft meneroka paten AR/VR menggunakan tatasusunan kanta mikro untuk manipulasi sudut sinar ketua jarak luas. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!