微软专利为MEMS激光扫描显示器提供更高亮度和颜色显示效果

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输出补偿脉冲历史效应,以令光线具有期望的亮度。

映维网 2021年11月22日)扫描激光显示器发射的光是以扫描方式投影到显示表面,从而形成视觉图像。更具体地说,扫描激光显示器向脉冲激光(例如红色、绿色或蓝色脉冲激光)提供电流脉冲,并且脉冲激光向显示表面发射具有特定亮度的光。然后,包括MEMS中的反射镜将光导向显示表面的点,亦即在显示表面呈现的图像中的像素。脉冲激光发出的光的亮度基于电流脉冲的振幅。

与其他显示技术相比,扫描激光显示器具有低功耗要求、高亮度、发射少量电磁辐射、可封装成小尺寸、以及呈现不易使人眼疲劳的视觉图像。所以,微软认为扫描激光显示器可用于轻型头戴式显示器。

但由于激光固有的非线性行为,精确控制扫描激光显示器中的亮度具有挑战性。更具体地说,脉冲历史效应对亮度的精确控制提出了挑战。

脉冲历史效应导致脉冲激光器发射的光的亮度受先前提供给脉冲激光器的每个电流脉冲的参数影响。在一个示例中,由于脉冲历史效应,由脉冲激光产生的实际光可以具有与第一亮度不同的第二亮度。更为特殊的是,初始偏置低于阈值的脉冲激光器对驱动高于阈值的电流具有延迟光学响应,并造成脉冲激光发射的光的亮度降低,因此像素的亮度降低。

针对这个问题,微软在名为“Pulse history compensation for scanned laser displays”的专利申请中提出了一种相应的解决方案。

这项发明描述了与扫描激光显示器有关的各种技术。更具体地说,专利描述的显示系统可以配置为基于以下内容估计将由脉冲激光发射的光的脉冲历史效应:

  • 期望亮度
  • 先前电流脉冲的参数。

所述显示系统同时配置为输出补偿脉冲历史效应,以令由脉冲激光发射的光具有期望亮度的电流脉冲。

参考图1,显示系统100包括激光显示系统102。激光显示系统102包括扫描激光系统104。扫描激光系统104配置为基于电流脉冲发射光,其中光的亮度基于电流脉冲的振幅。激光显示系统102同时包括脉冲历史补偿器106。

脉冲历史补偿器106配置为生成对将由扫描激光系统104输出的光的脉冲历史效应的估计。因此,扫描激光系统104和脉冲历史补偿器106彼此协同工作,以使扫描激光系统104发射补偿脉冲历史效应且具有期望亮度的光。

在一个实施例中,显示系统包括电流源、脉冲电路、脉冲激光器、控制电路和显示表面。电流源发出由脉冲电路接收的电流。所述控制电路控制所述脉冲电路,以基于所述电流源发射的电流输出第一电流脉冲。脉冲激光器接收来自脉冲电路的第一电流脉冲,并向显示表面发射第一光,其中第一光的亮度基于第一脉冲的振幅。基于第一光在显示表面照亮第一像素,其中第一像素的亮度基于由脉冲激光发射的第一光的亮度,并且其中第一像素是图像的一部分。

控制电路在脉冲激光发射第一光之后,对脉冲激光发射的第二光产生脉冲历史效应的估计。

基于第一脉冲的参数和第二光的期望亮度生成估计。在示例中,所述参数可以是第一电流脉冲的后缘与将由脉冲电路输出的第二电流脉冲的前缘之间的时间,即第一脉冲和第二脉冲之间的脉冲间隔。附加地或可选地,所述参数可以是或包括脉冲激光的接合处的温度、第一脉冲的幅度、第一脉冲的上升时间和/或第一脉冲的下降时间。

在一个实施例中,控制电路控制脉冲电路,以基于对脉冲激光将发射的第二光的脉冲历史效应的估计来输出第二电流脉冲。脉冲激光器接收第二脉冲并向显示表面发射第二光,其中第二光具有所需亮度,其中第二光的亮度基于第二脉冲的振幅。

在一个实施例中,基于所述第二光在所述显示表面上照亮第二像素,其中所述第二像素的亮度基于所述脉冲激光发射的所述第二光的亮度,并且其中所述第二像素是所述图像的一部分。

在示例性实施例中,控制电路基于第一脉冲和第二脉冲之间的脉冲间隔、脉冲激光器接合处的温度以及第二光的期望亮度生成脉冲历史效应的估计。

更具体地说,控制电路访问存储在控制电路可访问的存储器中的三维lookup table。三维lookup table包含由脉冲间隔、温度和亮度值索引的插值因子。控制电路使用第一脉冲和第二脉冲之间的脉冲间隔、脉冲激光器接合处的(当前)温度以及第二光的期望亮度来识别插值因子中的插值因子。

在示例中,控制电路使用所识别的插值因子,并在存储器中存储的第一曲线和第二曲线之间执行插值。第一条曲线和第二条曲线包括以二维索引的值:电流和亮度。

第一曲线指示电流脉冲的振幅,当在第一操作条件下提供给脉冲激光器时,所述电流脉冲的振幅致使脉冲激光器发射具有第一亮度的光。第二曲线指示电流脉冲的振幅,当在第二操作条件下提供给脉冲激光器时,所述电流脉冲的振幅致使脉冲激光器发射具有第二亮度的光。

基于所述内插,所述控制电路识别第二电脉冲的幅度,所述第二电脉冲致使所述脉冲激光发射具有所需亮度的光。因此,当向脉冲激光器提供第二电流脉冲时,脉冲激光器发射具有所需亮度的第二光。

参考图3。在图300中,x轴对应于时间,y轴对应于电流的振幅。图300描绘了第一电脉冲301。第一电脉冲301具有由附图标记304表示的振幅。如图300所示,第一电脉冲301包括前缘306、脉冲宽度302和后缘310,在前缘306处,电流从基本电平(例如0A)上升到幅度304。在后缘310,电流从幅度304下降到基本电平。如图300所示,第一电脉冲301的上升时间312是电流幅度从基准电平上升到幅度304的时间量,而第一电脉冲301的下降时间314是电流振幅从振幅304下降到基准电平的时间量。

图300同时描绘了第二电脉冲315,其振幅由附图标记318表示,其可能不同于第一电脉冲301的振幅304。与第一电脉冲301类似,第二电脉冲315包括前缘320、脉冲宽度316和后缘324(其可分别不同于第一电脉冲301的前缘306、脉冲宽度302和后缘310)。第二电脉冲315具有上升时间326和下降时间328(其可分别不同于第一电脉冲301的上升时间312和下降时间314)。另外,图300示出了第一电脉冲301和第二电脉冲315之间的第一脉冲间隔330,其中第一脉冲间隔330是第一电脉冲301的后缘310的(末端)和第二电脉冲315的(开始)之间的时间量第二电脉冲315的前缘320。

图300进一步描绘了具有由附图标记334表示的振幅的第三电脉冲331,其可以不同于第一电脉冲301的振幅304和/或第二电脉冲315的振幅318。第三电脉冲331包括前缘336、脉冲宽度338和后缘340(其可分别不同于第一电脉冲301和/或第二电脉冲315的参数)。第三电脉冲331具有上升时间342和下降时间344(不同于电脉冲301和315的上升时间和下降时间)。

另外,图300示出了第二电脉冲315和第三电脉冲331之间的第二脉冲间隔346,其中第二脉冲间隔346是第二电脉冲315的后缘324(结束)和(开始)之间的时间量第三电脉冲331的前沿336。脉冲间隔346可以不同于脉冲间隔330。

微软指出,与传统扫描激光显示器相比,上述显示系统具有各种优势。首先,通过校正脉冲历史效应,显示系统使得显示表面上的像素能够以期望的亮度和颜色显示。第二,上述显示系统能够实现高效的计算。

相关专利Microsoft Patent | Pulse history compensation for scanned laser displays

名为“Pulse history compensation for scanned laser displays”的微软专利申请最初在2020年4月提交,并在日前由美国专利商标局公布。

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