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    科技魔方

    微軟專利介紹用于AR/VR頭顯的無線充電方法和系統

    AR/VR

    2021年12月16日

      感應充電/無線充電使用無線充電線圈,并且是給移動設備充電的理想方式。盡管移動設備的設計不斷趨向于更細、更小的形狀參數,但無線充電速度隨著線圈直徑的增加而降低。盡管直徑較大的線圈提供更有效的充電,但一些設備的形狀參數缺乏足夠的表面積來嵌入較大的充電線圈。眼鏡形態的設備是一個獨特的挑戰。盡管AR/VR頭顯越來越流行,但大多數設備體積龐大且不舒適,因為電池組設計為放在用戶頭部的側面或背面。

      在名為“Wireless charging for optical device”的專利申請中,微軟介紹了一種用于頭顯的無線充電方法和系統。

      根據一種實施方式,專利描述的AR/VR設備包括嵌入在VR/AR設備框架內或附接到框架的充電線圈。充電線圈被彎曲以形成一個或多個通常環繞VR/AR設備的目鏡(透鏡)的環。在各種實施例中,一個或多個環可包圍:設計用于向單眼提供視線的單目鏡中的任何一個;設計用于向雙眼提供視線的單目鏡;或每個目鏡設計用于向不同的眼睛提供視線的多個目鏡。

      充電線圈的線圈可以嵌入或以其他方式連接到AR/VR設備的框架(例如目鏡的擋板)中,或直接接到目鏡的透鏡。微軟指出,專利描述的目標是在不損壞AR/VR設備內脆弱光學元件的情況下實現高效的充電解決方案。

      圖1示出了示例性光學電子設備100,其包括由具有無線充電能力的可充電電池106供電的光學組件102和控制電子組件104。光學組件102包括至少一個目鏡108,目鏡108包括透鏡或透鏡集合,并且在一個實現中,其可以包括其他光學組件,例如投影光學、波導、微顯示器等。

      圖1的光電設備100是一種頭戴式顯示器裝置,并具有一副眼鏡的纖細外形。在一個實現中,光學組件102和控制電子組件104適于向用戶提供虛擬現實和/或增強現實體驗。在各種實施例中,光電設備100采用不同于圖1所示的各種形式,包括例如各種形狀和尺寸的護目鏡和頭顯等。

      光電設備100包括嵌入在框架112內的無線充電線圈110,其布置成形成環繞目鏡108的多條導線,如圖所示。在各種實施例中,由無線充電線圈110形成的線環路的數量可以在一個單環路和多個環路(例如幾十個環路)之間變化,以便提供滿足光電設備100的獨特充電規范的最佳充電特性。

      在一個實施例中,無線充電線圈110嵌入框架112的擋板114內,擋板114圍繞并支撐目鏡108。在另一實施例中,無線充電線圈110位于擋板114的外表面上,而不是嵌入其中。在其它實施方式中,無線充電線圈110直接接到目鏡108的邊緣部分(例如透鏡本身)。在一個實施例中,無線充電線圈110可以由透明導電材料制成,例如ITO,使得將無線線圈110連接到透鏡邊緣而不會阻礙通過透鏡的視線。

      無線充電線圈110與充電電池106電耦合,充電電池106為控制電子設備104供電。在不同的實施例中,可充電電池106可以采用各種不同的形狀參數中的任何一種,包括多電池組和單電池組等。

      無線充電線圈110適于由無線充電源感應充電,有時稱為充電座或充電墊(圖未顯示),所述充電源包括另一個具有來自電源的交流電流的類似線圈。當交流電流流過無線充電源時,會產生交變磁場。當無線充電線圈110定位為接收來自所產生的交變磁場的磁通量時,無線充電線圈110內產生電流。一般而言,感應充電的速度與無線充電線圈110形成的環路的大小以及環路的數量成比例地增加。當無線充電線圈110的線圈在目鏡108周圍形成時,根據電池的確切規格,無線充電線圈110的圈數、目鏡108和擋板114的尺寸,確保線圈尺寸足夠大以便于在合理的時間段內(例如30分鐘到數小時)對電池進行完全充電。

      值得注意的是,在到達可充電電池106之前,充電源在無線充電線圈110中感應的電流可以引導通過中間電路,例如變壓器或其他IC芯片。例如,中間電路可調整充電電流,以確保在給定特定電池參數(例如溫度、電流充電水平、容量)的情況下對電池進行安全充電,而不是過度充電。其中一些參數可能會隨時間變化,并在電池壽命和充電周期內的不同階段發生變化。

      在不同的實施方式中,無線充電線圈110和輔助中間電路可適用于確保具有給定標準的充電能力。

      圖2示出了示例頭顯設備200,其包括兩個無線充電線圈202和204,每個線圈包括一個或多個環繞兩個目鏡206和208中不同一個的環路。當無線充電線圈202和204定位成其各自的環路從充電座(未示出)接收變化的磁通量時,在無線充電線圈202和204中的每一個中感應電流,流動兩股電流以對可充電電池210充電。

      在設備操作期間,可充電電池210提供電源以支持設備電子組件212,例如,電子組件212可包括存儲器和處理電子組件,其適于控制投影光學組件216以提供AR/VR投影和效果、音頻和/或視頻電子設備和傳感器,例如照相頭,深度和熱量映射電子組件、接近傳感器、麥克風、揚聲器等。例如,投影光學216可包括投影源和一個或多個波導和/或耦合元件,其用于將投影源創建的數字圖像投影到用戶視場內的平面上。

      通過納入兩個無線充電線圈202和204,而不是一個,這可以有效地使可充電電池210完全充電速度加倍。根據目標設備規范,兩個單獨的無線充電線圈202和204中的每一個可以包括相同或不同數量的環路。在一種實施方式中,兩個無線充電線圈202和204彼此電隔離,但每個線圈耦合到同一電池或電池組。在另一實施方式中,頭顯設備200包括兩個單獨的可充電電池組,并且兩個無線充電線圈202和204各自向兩個可充電電池組中的不同一個供電。例如,可以在頭顯框架214的相對側上包括單獨的電池背,使得當佩戴頭顯設備200時,電池靠在用戶臉部或太陽穴的每側附近。

      圖3示出了充電盒302內的示例頭顯設備300,其可用作無線充電源,以無線地為頭顯設備300內包括的一個或多個電池(例如電池310)充電。充電盒302可以采用各種形狀和尺寸,但包括至少一個側板304,其包括至少一個用作HMD設備300的充電源的無線充電線圈。在不同的實施方式中,充電箱302可包括一個或多個無線充電線圈。通過示例且不受限制,示出側面板304嵌入兩個單獨的充電線圈306、308,每個線圈大致位于HMD裝置300的相應目鏡附近??梢约僭OHMD設備300還包括兩個無線充電線圈,其位置與上面關于圖2所描述的相同或相似。

      如圖所示,當頭顯設備300位于無線充電盒302內時,頭顯設備300中的每個充電線圈都位于充電線圈306和308中相應一個的附近,使得由每對對齊充電線圈定義的環路所包圍的區域之間存在至少一定的重疊。

      充電發生的速度取決于上述重疊線圈區域的大小以及每個線圈內的線圈數量。所述參數可以單獨定制,以確保在不同的實現中符合不同的充電規范。

      無線充電線圈306和308中的每一個適于從電源314接收電力,電源314可以是充電箱302中的電池或充電箱302的充電端口,充電箱302的充電端口可以選擇性地耦合到交流插座或其他外部電源。當充電盒302處于充電模式時,交流電流流過兩個無線充電線圈306和308中的每一個。交流電流產生一個快速變化的磁場,磁場通過頭顯設備內的兩個無線充電線圈定義的每個環路,從而在頭顯設備300的每個充電線圈內誘導電流,使電流流向頭顯設備300內的一個或多個可充電電池。

      在充電箱302中包含兩個充電線圈而不是一個線圈(例如,如圖4所示)有助于在充電箱302中的每個線圈與頭顯設備300中的相應線圈之間實現更緊密的尺寸和方向匹配。這種尺寸和方向的匹配提高了耦合效率。在一個實施例中,兩個線圈306、308彼此電隔離以防止交叉干擾。在另一實施方式中,兩個線圈306、308以不同的頻率操作以防止干擾。

      通過將充電線圈包括在充電箱302的側板304中,可以在橫向位置(如圖所示)對頭顯設備300充電。因此,在頭顯設備300的目鏡與其他表面之間沒有任何物理接觸的情況下,可以發生充電,從而降低對易碎光學組件的損壞風險。

      下面是專利描述的一系列實施例:

      名為“Wireless charging for optical device”的微軟專利申請最初在2020年5月提交,并在日前由美國專利商標局公布。

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    來源:映維網

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