微软专利介绍用于AR/VR头显的无线充电方法和系统

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无线充电

映维网 2021年12月16日)感应充电/无线充电使用无线充电线圈,并且是给移动设备充电的理想方式。尽管移动设备的设计不断趋向于更细、更小的形状参数,但无线充电速度随着线圈直径的增加而降低。尽管直径较大的线圈提供更有效的充电,但一些设备的形状参数缺乏足够的表面积来嵌入较大的充电线圈。眼镜形态的设备是一个独特的挑战。尽管AR/VR头显越来越流行,但大多数设备体积庞大且不舒适,因为电池组设计为放在用户头部的侧面或背面。

在名为“Wireless charging for optical device”的专利申请中,微软介绍了一种用于头显的无线充电方法和系统。

根据一种实施方式,专利描述的AR/VR设备包括嵌入在VR/AR设备框架内或附接到框架的充电线圈。充电线圈被弯曲以形成一个或多个通常环绕VR/AR设备的目镜(透镜)的环。在各种实施例中,一个或多个环可包围:设计用于向单眼提供视线的单目镜中的任何一个;设计用于向双眼提供视线的单目镜;或每个目镜设计用于向不同的眼睛提供视线的多个目镜。

充电线圈的线圈可以嵌入或以其他方式连接到AR/VR设备的框架(例如目镜的挡板)中,或直接接到目镜的透镜。微软指出,专利描述的目标是在不损坏AR/VR设备内脆弱光学元件的情况下实现高效的充电解决方案。

图1示出了示例性光学电子设备100,其包括由具有无线充电能力的可充电电池106供电的光学组件102和控制电子组件104。光学组件102包括至少一个目镜108,目镜108包括透镜或透镜集合,并且在一个实现中,其可以包括其他光学组件,例如投影光学、波导、微显示器等。

图1的光电设备100是一种头戴式显示器装置,并具有一副眼镜的纤细外形。在一个实现中,光学组件102和控制电子组件104适于向用户提供虚拟现实和/或增强现实体验。在各种实施例中,光电设备100采用不同于图1所示的各种形式,包括例如各种形状和尺寸的护目镜和头显等。

光电设备100包括嵌入在框架112内的无线充电线圈110,其布置成形成环绕目镜108的多条导线,如图所示。在各种实施例中,由无线充电线圈110形成的线环路的数量可以在一个单环路和多个环路(例如几十个环路)之间变化,以便提供满足光电设备100的独特充电规范的最佳充电特性。

在一个实施例中,无线充电线圈110嵌入框架112的挡板114内,挡板114围绕并支撑目镜108。在另一实施例中,无线充电线圈110位于挡板114的外表面上,而不是嵌入其中。在其它实施方式中,无线充电线圈110直接接到目镜108的边缘部分(例如透镜本身)。在一个实施例中,无线充电线圈110可以由透明导电材料制成,例如ITO,使得将无线线圈110连接到透镜边缘而不会阻碍通过透镜的视线。

无线充电线圈110与充电电池106电耦合,充电电池106为控制电子设备104供电。在不同的实施例中,可充电电池106可以采用各种不同的形状参数中的任何一种,包括多电池组和单电池组等。

无线充电线圈110适于由无线充电源感应充电,有时称为充电座或充电垫(图未显示),所述充电源包括另一个具有来自电源的交流电流的类似线圈。当交流电流流过无线充电源时,会产生交变磁场。当无线充电线圈110定位为接收来自所产生的交变磁场的磁通量时,无线充电线圈110内产生电流。一般而言,感应充电的速度与无线充电线圈110形成的环路的大小以及环路的数量成比例地增加。当无线充电线圈110的线圈在目镜108周围形成时,根据电池的确切规格,无线充电线圈110的圈数、目镜108和挡板114的尺寸,确保线圈尺寸足够大以便于在合理的时间段内(例如30分钟到数小时)对电池进行完全充电。

值得注意的是,在到达可充电电池106之前,充电源在无线充电线圈110中感应的电流可以引导通过中间电路,例如变压器或其他IC芯片。例如,中间电路可调整充电电流,以确保在给定特定电池参数(例如温度、电流充电水平、容量)的情况下对电池进行安全充电,而不是过度充电。其中一些参数可能会随时间变化,并在电池寿命和充电周期内的不同阶段发生变化。

在不同的实施方式中,无线充电线圈110和辅助中间电路可适用于确保具有给定标准的充电能力。

图2示出了示例头显设备200,其包括两个无线充电线圈202和204,每个线圈包括一个或多个环绕两个目镜206和208中不同一个的环路。当无线充电线圈202和204定位成其各自的环路从充电座(未示出)接收变化的磁通量时,在无线充电线圈202和204中的每一个中感应电流,流动两股电流以对可充电电池210充电。

在设备操作期间,可充电电池210提供电源以支持设备电子组件212,例如,电子组件212可包括存储器和处理电子组件,其适于控制投影光学组件216以提供AR/VR投影和效果、音频和/或视频电子设备和传感器,例如照相头,深度和热量映射电子组件、接近传感器、麦克风、扬声器等。例如,投影光学216可包括投影源和一个或多个波导和/或耦合元件,其用于将投影源创建的数字图像投影到用户视场内的平面上。

通过纳入两个无线充电线圈202和204,而不是一个,这可以有效地使可充电电池210完全充电速度加倍。根据目标设备规范,两个单独的无线充电线圈202和204中的每一个可以包括相同或不同数量的环路。在一种实施方式中,两个无线充电线圈202和204彼此电隔离,但每个线圈耦合到同一电池或电池组。在另一实施方式中,头显设备200包括两个单独的可充电电池组,并且两个无线充电线圈202和204各自向两个可充电电池组中的不同一个供电。例如,可以在头显框架214的相对侧上包括单独的电池背,使得当佩戴头显设备200时,电池靠在用户脸部或太阳穴的每侧附近。

图3示出了充电盒302内的示例头显设备300,其可用作无线充电源,以无线地为头显设备300内包括的一个或多个电池(例如电池310)充电。充电盒302可以采用各种形状和尺寸,但包括至少一个侧板304,其包括至少一个用作HMD设备300的充电源的无线充电线圈。在不同的实施方式中,充电箱302可包括一个或多个无线充电线圈。通过示例且不受限制,示出侧面板304嵌入两个单独的充电线圈306、308,每个线圈大致位于HMD装置300的相应目镜附近。可以假设HMD设备300还包括两个无线充电线圈,其位置与上面关于图2所描述的相同或相似。

如图所示,当头显设备300位于无线充电盒302内时,头显设备300中的每个充电线圈都位于充电线圈306和308中相应一个的附近,使得由每对对齐充电线圈定义的环路所包围的区域之间存在至少一定的重叠。

充电发生的速度取决于上述重叠线圈区域的大小以及每个线圈内的线圈数量。所述参数可以单独定制,以确保在不同的实现中符合不同的充电规范。

无线充电线圈306和308中的每一个适于从电源314接收电力,电源314可以是充电箱302中的电池或充电箱302的充电端口,充电箱302的充电端口可以选择性地耦合到交流插座或其他外部电源。当充电盒302处于充电模式时,交流电流流过两个无线充电线圈306和308中的每一个。交流电流产生一个快速变化的磁场,磁场通过头显设备内的两个无线充电线圈定义的每个环路,从而在头显设备300的每个充电线圈内诱导电流,使电流流向头显设备300内的一个或多个可充电电池。

在充电箱302中包含两个充电线圈而不是一个线圈(例如,如图4所示)有助于在充电箱302中的每个线圈与头显设备300中的相应线圈之间实现更紧密的尺寸和方向匹配。这种尺寸和方向的匹配提高了耦合效率。在一个实施例中,两个线圈306、308彼此电隔离以防止交叉干扰。在另一实施方式中,两个线圈306、308以不同的频率操作以防止干扰。

通过将充电线圈包括在充电箱302的侧板304中,可以在横向位置(如图所示)对头显设备300充电。因此,在头显设备300的目镜与其他表面之间没有任何物理接触的情况下,可以发生充电,从而降低对易碎光学组件的损坏风险。

下面是专利描述的一系列实施例:

相关专利Microsoft Patent | Wireless charging for optical device

名为“Wireless charging for optical device”的微软专利申请最初在2020年5月提交,并在日前由美国专利商标局公布。

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