Kaedah struktur kanta pencahayaan μLED inframerah untuk mencapai mana-mana arah yang diberikan dalam paten Microsoft AR/VR

Menurut laporan daripada Yingwei.com pada 2 Januari 2024, teknologi penjejakan mata untuk set kepala XR berkembang pesat. Teknologi ini boleh mengesan pergerakan mata dan menentukan arah pandangan pengguna dengan menganalisis arah mata pengguna dan isyarat cahaya inframerah yang dipantulkan dari mata. Sebagai contoh, teknologi biasa ialah memasang satu atau lebih sumber cahaya inframerah pada paparan yang dipasang di kepala untuk memancarkan cahaya inframerah ke arah mata pengguna dari arah yang berbeza. Sensor mengesan cahaya inframerah (kerlipan) yang dipantulkan daripada mata pengguna dan digunakan untuk menentukan kedudukan XYZ dan arah pandangan mata pengguna.

Untuk meningkatkan ketepatan dan kuasa pemprosesan sistem pengesan mata inframerah, biasanya perlu meletakkan beberapa sumber cahaya inframerah yang berbeza di sekeliling mata pengguna. Sumber cahaya ini menghasilkan kesan kelipan yang berbeza pada kornea. Dengan menganalisis kesan kelipan ini, sistem boleh menjejaki pergerakan mata pengguna dengan lebih tepat. Kaedah ini boleh meningkatkan ketepatan penjejakan sistem dan dapat mengendalikan tingkah laku pergerakan mata yang lebih kompleks.

Malangnya, sistem XR tradisional mempunyai beberapa had apabila menggunakan sumber cahaya inframerah untuk kedudukan. Biasanya, sistem tradisional meletakkan sumber cahaya inframerah pada tepi set kepala atau struktur lain di mana kanta paparan dan skrin dipasang. Walau bagaimanapun, kedudukan persisian ini tidak selalu menjadi pilihan terbaik, jadi perlu menambah lebih banyak sumber cahaya atau menggunakan sumber cahaya yang lebih besar dan lebih berkuasa. Jika sumber cahaya boleh diletakkan lebih dekat atau lebih baik berbanding dengan iris mata pengguna, tiada sumber cahaya tambahan diperlukan.

Bagi menyelesaikan masalah halangan visual dari perspektif pengguna dalam persekitaran realiti bercampur, sistem XR mencuba kaedah baharu, iaitu meletakkan sumber cahaya inframerah jauh dari tepi paparan dan dekat dengan mata dalam bidang pandangan pengguna. Walau bagaimanapun, terdapat masalah dengan sistem sedia ada ini kerana saiz sumber cahaya inframerah biasanya dalam julat diameter/lebar 1.0 mm hingga 4.0 mm, yang sangat kelihatan dalam bidang pandangan pengguna. Oleh itu, untuk mengurangkan kesan pada sudut tontonan pengguna, kebanyakan sistem konvensional hanya meletakkan sumber cahaya inframerah pada lokasi yang tidak optimum di pinggir persisian kanta/paparan.

Sebagai tindak balas kepada masalah ini, Microsoft memfailkan permohonan paten yang dipanggil "Pencahayaan halimunan berasaskan mikro untuk pengesanan mata", yang menyediakan penyelesaian. Menurut Microsoft, ciptaan ini membolehkan sumber cahaya inframerah diterangi terus di kawasan tontonan kanta paparan yang dipasang di kepala ke arah yang optimum tanpa mengganggu persepsi pengguna terhadap persekitaran realiti bercampur. Penyelesaian ini juga mampu mengesan mata/iris pengguna dan penderia kamera yang sepadan untuk menggerakkan teknologi pengesanan mata.

Syarikat telah mencadangkan kaedah untuk menggunakan sumber cahaya μLED inframerah yang lebih kecil daripada 100 μm untuk mencipta struktur kanta pencahayaan. μLED ini dibenamkan ke dalam kanta set kepala, menjadikan kehadirannya tidak dapat dilihat oleh pengguna. Oleh itu, semasa penggunaan, μLED ini tidak akan menyebabkan sebarang halangan atau gangguan kepada persembahan persekitaran realiti bercampur.

Sekarang mari kita perhatikan Rajah 1. Konfigurasi peranti yang dipasang di kepala adalah berdasarkan kamera 130 atau penderia lain yang menangkap pantulan cahaya untuk pengesanan mata. Semasa penggunaan, sumber cahaya memancarkan kilatan cahaya di sekeliling mata pengguna. Setelah cahaya dipancarkan, ia memantul kembali dari mata pengguna (khususnya iris) dan dikesan oleh kamera.

Dengan mengesan keamatan dan masa keamatan berbanding sumber cahaya, modul pemprosesan lampu set kepala dapat mengesan kedudukan dan arah mata dan iris pengguna dengan tepat.

Sistem boleh membezakan murid dan iris pengguna dengan melakukan pemprosesan tambahan pada imej yang ditangkap oleh kamera/sensor. Imej yang diproses ini boleh membantu sistem menentukan kedudukan mata pengguna serta arah dan pandangan mata pengguna berbanding dengan hologram yang ditayangkan atau objek lain. Menggunakan maklumat kedudukan mata pengguna, sistem juga boleh meletakkan di mana perlu dan memproyeksikan semula hologram untuk menyokong persembahan persekitaran realiti bercampur.

Rajah 2 menunjukkan perwakilan mata pengguna 200, di mana sumber cahaya inframerah 210 memancarkan cahaya inframerah 220 ke arah mata pengguna 200. Cahaya inframerah dipantulkan kembali sebagai pantulan spekular dan meresap. Rajah 2 juga menunjukkan cara kamera 250 atau penderia lain boleh diletakkan untuk mengesan satu atau lebih pantulan.

Melalui kedudukan sumber cahaya, masa sumber cahaya memancarkan cahaya, kedudukan kamera, dan keamatan yang diukur dan masa pantulan cahaya yang dikesan daripada mata pengguna, sistem boleh menentukan kedudukan relatif mata pengguna. /iris. Ini kerana cahaya memantul secara berbeza di bahagian mata pengguna yang berbeza, contohnya ia memantul secara berbeza di kawasan pupil dan iris kornea berbanding di sklera. Pengesanan dan pengukuran perbezaan ini adalah berdasarkan sama ada pantulan adalah spekular atau meresap.

Untuk kedudukan sumber cahaya secara optimum, contohnya berdekatan dengan kornea pengguna, sumber cahaya perlu diletakkan di lokasi yang sesuai. Malangnya, sumber cahaya inframerah tradisional terlalu besar (cth. 1-4 mm) untuk diletakkan dalam medan pandangan pengguna tanpa menghalang pandangan pengguna terhadap persekitaran melalui kanta.

Untuk membantu menyelesaikan masalah ini, Microsoft mencadangkan penggunaan kanta pencahayaan yang dikonfigurasikan dengan μLED inframerah. Dengan konfigurasi ini, sumber cahaya boleh diletakkan secara optimum dekat dengan mata pengguna tanpa perlu mempertimbangkan had sedia ada yang dikenakan oleh faktor bentuk fizikal struktur pelekap set kepala.

Rajah 3 menunjukkan struktur kanta μLED inframerah 300 dengan 16 μLED inframerah yang disusun secara grid. μLED inframerah diletakkan di atas substrat lutsinar 310 di sepanjang jejak konduktif 320 membentuk litar antara terminal anod dan katod. Sebagai contoh, apabila litar dikuasakan oleh bekalan kuasa set kepala, yang boleh disambungkan secara elektrik ke terminal anod dan katod dan dikawal oleh unit kawalan pencahayaan, μLED inframerah akan mengaktifkan dan memancarkan cahaya inframerah.

Panjang gelombang bercahaya μLED inframerah adalah antara 790 μm ~ 1mm. Dalam penjelmaan pilihan, μLED inframerah memancarkan cahaya pada panjang gelombang kira-kira 800-900 μm, malah lebih baik lagi pada panjang gelombang kira-kira 850 μm.

Rajah 4A-4D menunjukkan bilangan μLED inframerah yang berbeza dalam struktur kanta pencahayaan yang berbeza. Khususnya, corak pengedaran uLED inframerah adalah agak bulat/elips dalam Rajah 4A, tetapi agak segi empat tepat dalam Rajah 4C, dan agak berbentuk berlian dalam Rajah 4D. Sebaliknya, penjelmaan yang ditunjukkan dalam Rajah 4B termasuk dua corak berbeza, corak luar bulat/elips dan corak dalam segi tiga.

Selain itu, struktur kanta pencahayaan 400A terdiri daripada 6 uLED inframerah, manakala struktur kanta pencahayaan 400C dan 400D masing-masing terdiri daripada 8 uLED inframerah. Struktur kanta pencahayaan 400B mengandungi 19 uLED inframerah.

Kuantiti dan corak uLED inframerah yang berbeza boleh ditukar untuk memenuhi keperluan dan pilihan yang berbeza.

Dalam Rajah 5, paparan kepala 500 dikonfigurasikan dengan struktur kanta pencahayaan lutsinar 510, dan struktur kanta 510 mempunyai pluraliti μLED inframerah 540. Seperti yang ditunjukkan dalam rajah, μLED inframerah 540 diedarkan dalam bentuk bulat, 8 dalam setiap kawasan mata dan kanta. IR μLED 540 yang berbeza boleh dipilih untuk disambungkan dalam satu litar atau dalam dua atau lebih litar yang berbeza. Jejak elektrik yang membentuk litar tidak ditunjukkan.

Semasa penggunaan, cahaya yang dipancarkan daripada uLED inframerah akan dihalakan sekurang-kurangnya sebahagiannya ke arah mata pengguna, dan cahaya akan dipantulkan kembali dan dikesan oleh kamera peranti 530.

Rajah 6 menunjukkan penjelmaan sepasang cermin mata 600 mempunyai struktur kanta penerang lutsinar pertama 610 termasuk empat uLED inframerah dan struktur kanta penerang telus kedua 620 termasuk lapan uLED inframerah.

Contoh ini digunakan untuk menggambarkan bahawa kedua-dua belah set kepala tidak semestinya mempunyai taburan uLED inframerah yang sepadan/simetri. Tidak kira bilangan dan pengedaran uLED inframerah, perlu difahami bahawa semasa penggunaan, cahaya yang dipancarkan daripada uLED inframerah akan dihalakan sekurang-kurangnya sebahagiannya ke arah mata pengguna, dan cahaya mungkin dipantulkan kembali dan dikesan oleh kamera peranti 630.

Dalam penjelmaan yang berkaitan, sistem paparan pelekap kepala 700 yang ditunjukkan dalam Rajah 7 termasuk struktur kanta pencahayaan lutsinar 710 dengan visor matahari. Dalam contoh ini, satu sisi visor mempunyai beberapa uLED inframerah yang membentuk corak bulat. Bahagian visor yang lain mempunyai empat uLED inframerah yang disusun dalam corak segi empat sama.

Mengenai semua contoh sebelumnya, IR uLED tidak dipaparkan secara berkadar. Malah, uLED IR adalah sangat kecil (

Juga kerana LED inframerah sangat kecil, ia boleh digunakan untuk menerangi mata pengguna dengan cahaya inframerah, dan pada masa yang sama diletakkan di atas kanta yang dilalui pengguna tanpa menghalang medan pandangan pengguna melalui kanta.

Jejak konduktif sangat nipis, dengan lebar kurang daripada 50 μm, atau kurang daripada 25 μm, jadi ia tidak jelas secara visual dan pada dasarnya tidak kelihatan apabila digunakan dekat dengan mata pengguna. Konfigurasi ini amat berfaedah dalam membolehkan jejak diletakkan di dalam struktur kanta pencahayaan. Walaupun ia diletakkan terus di hadapan mata pengguna, ia tidak akan menghalang pandangan pengguna terhadap persekitaran melalui kanta semasa digunakan.

Rajah 8 menggambarkan proses pembuatan yang digunakan untuk mengeluarkan struktur kanta pencahayaan ciptaan itu.

Seperti yang ditunjukkan, proses fabrikasi termasuk mendapatkan wafer 810 yang mengandungi satu atau lebih μLED inframerah. Sebagai contoh, wafer 810 mungkin wafer epitaxial yang dibentuk oleh pertumbuhan atau proses pemendapan epitaxial.

Proses 800 yang ditunjukkan dalam Rajah 8 juga termasuk mendapatkan substrat 820 di mana uLED inframerah dipindahkan. Seperti yang ditunjukkan, proses pemindahan 830 dilakukan untuk memindahkan satu atau lebih uLED inframerah ke surih konduktif 825 yang sudah berada pada substrat 820 dan membentuk satu atau lebih litar berbeza 827 pada substrat.

Saiz IR μLED yang dikeluarkan dan diletakkan pada substrat adalah terhad kepada

Saiz maksimum uLED inframerah boleh kurang daripada 75 μm, kurang daripada 50 μm, atau kurang daripada 20 μm. Dalam satu penjelmaan, dimensi maksimum uLED inframerah ialah kira-kira 10 μm.

Lebar surih juga terhad, dan ketebalannya tidak boleh melebihi

Rajah 9 menunjukkan carta alir 900 yang dikonfigurasikan untuk melaksanakan penjejakan mata, di mana paparan yang dipasang di kepala termasuk kanta pencahayaan yang mengandungi pluraliti μLED inframerah, dan setiap kejamakan μLED inframerah mempunyai dimensi maksimum

Komponen sistem mengawal pencahayaan uLED inframerah, memancarkan cahaya inframerah daripada satu atau lebih uLED inframerah dalam kanta pencahayaan ke arah mata pengguna.

Seterusnya, set kepala dikonfigurasikan lagi untuk mengesan dan memproses kerlipan cahaya inframerah yang dipantulkan kembali dari mata pengguna semasa menggunakan set kepala, dan menentukan kedudukan mata pengguna berdasarkan kelipan yang dikesan dan diproses.

Perhatian kini beralih kepada Rajah 10, yang menggambarkan carta alir 1000 untuk fabrikasi struktur kanta pencahayaan menggunakan pelbagai uLED inframerah.

Ini termasuk menggunakan beberapa kesan pada satah belakang lutsinar untuk mendapatkan substrat lutsinar. Kepelbagaian kesan adalah konduktif elektrik dan membentuk sekurang-kurangnya satu litar elektrik antara terminal anod dan terminal katod.

Kemudian, wafer IR μLED diperoleh, yang mengandungi berbilang μLED IR atau bahan yang boleh diekstrak secara individu ke dalam μLED IR diskret dengan saiz maksimum

Paten berkaitan: Paten Microsoft |

Aplikasi paten Microsoft bertajuk "Pencahayaan halimunan berasaskan mikro untuk pengesanan mata" pada asalnya diserahkan pada Januari 2023 dan baru-baru ini diterbitkan oleh Pejabat Paten dan Tanda Dagangan AS.

Perlu diambil perhatian bahawa, secara amnya, selepas permohonan paten A.S. disemak, ia akan diterbitkan secara automatik 18 bulan dari tarikh pemfailan atau tarikh keutamaan, atau ia akan diterbitkan dalam tempoh 18 bulan dari tarikh pemfailan atas permintaan pihak pemohon. Ambil perhatian bahawa penerbitan permohonan paten tidak bermakna paten itu diluluskan. Selepas permohonan paten difailkan, USPTO memerlukan semakan sebenar, yang mungkin mengambil masa antara 1 hingga 3 tahun.

Atas ialah kandungan terperinci Kaedah struktur kanta pencahayaan μLED inframerah untuk mencapai mana-mana arah yang diberikan dalam paten Microsoft AR/VR. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!