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監(jiān)控是否存在波導(dǎo)破損、裂縫、超過安全限制的光發(fā)射等情況的出現(xiàn)

（映維網(wǎng)Nweon?2023年08月24日）當(dāng)通過頭戴式顯示器顯示圖像時，將過多的光能指向用戶眼睛可能會導(dǎo)致眼睛不適或傷害。所以，一般會通過安全指南來設(shè)置了光能閾值。這種閾值通常規(guī)定了能量限制和閾值時間。

由于頭戴式顯示器在將光源的光傳輸?shù)接脩舻难劬Ψ矫娲嬖谝欢ǖ男实拖?，光源通常輸出大量的光來補(bǔ)償系統(tǒng)的光損失，以確保向用戶顯示足夠明亮的圖像。因此，如果頭顯的波導(dǎo)斷裂，特別是在光進(jìn)入波導(dǎo)的附近，用戶可能暴露在超過光能限制的環(huán)境之中。

為了檢測波導(dǎo)破損，并將用戶和/或旁觀者暴露于潛在有害光水平的風(fēng)險降至最低，谷歌在名為 “Laser energy integrator for display waveguide breakage safety system”的專利申請中提出了用于顯示波導(dǎo)斷裂安全系統(tǒng)的激光能量積分器，從而允許監(jiān)控是否存在波導(dǎo)斷裂等情況的出現(xiàn)。

圖1示出了包含發(fā)明所述的安全系統(tǒng)的示例性顯示系統(tǒng)100。

為了確保用戶舒適性和可穿戴性，需要將顯示系統(tǒng)100的重量和尺寸最小化，所以光學(xué)組合器102通常設(shè)計得非常薄，所以容易破裂或斷裂。因此，顯示系統(tǒng)可以包括一個安全系統(tǒng)，并使用電氣監(jiān)控組件來測量投影儀中每個激光二極管的電壓，或者使用光電二極管來測量每個激光二極管投射的光強(qiáng)度。

在一個實施例中，響應(yīng)于確定顯示波導(dǎo)的破損、裂縫、超過安全限制的光發(fā)射或其他，安全系統(tǒng)停用投影儀。

圖2示出了投影系統(tǒng)200。投影系統(tǒng)200包括投影儀202、光學(xué)掃描儀204和波導(dǎo)205。光學(xué)掃描儀204包括第一掃描鏡206、第二掃描鏡208和光學(xué)繼電器210。波導(dǎo)205包括耦入器212和耦出器214，其中耦出器214與用戶的眼睛216光學(xué)對齊。

投影儀202包括一個或多個激光光源，激光光源配置成產(chǎn)生和輸出激光218。投影儀202耦合到控制器226，控制器226根據(jù)指令控制來自投影儀202的激光發(fā)射時間和激光強(qiáng)度，以調(diào)制激光218，使其在輸出到用戶眼睛216的視網(wǎng)膜時可感知為圖像。所述投影儀202與上述安全系統(tǒng)220耦合，以監(jiān)測所發(fā)射激光的能量。

在投影系統(tǒng)200的操作期間，由投影儀202的激光光源輸出分別具有不同波長的多個激光光束，然后通過光束組合器組合(未示出)，然后引導(dǎo)到用戶的眼睛216。投影儀202調(diào)制激光光束的各自強(qiáng)度，并且包括發(fā)射特定顏色的激光218的各種邊緣發(fā)射激光器。

光學(xué)掃描儀204的第一和第二掃描鏡206和208中的一個或兩個是MEMS反射鏡。在投影系統(tǒng)200的主動操作期間，由各自的驅(qū)動電壓驅(qū)動其振蕩，從而導(dǎo)致第一和第二掃描鏡206和208掃描激光218。

為了便于對進(jìn)入用戶或旁觀者眼睛的光進(jìn)行安全監(jiān)測，安全系統(tǒng)220包括能量監(jiān)測組件（未示出），例如光電二極管或電流監(jiān)測組件，其配置為測量從投影儀的每個激光二極管投射的光或測量每個激光二極管的電壓或電流。

將安全系統(tǒng)220收集的信息提供給安全處理器224，以確定在預(yù)定時間段內(nèi)由7毫米光瞳收集的能量總量是否超過安全閾值。換句話說，安全處理器224接收在預(yù)定時間（例如100秒）內(nèi)從安全系統(tǒng)220收集的代表光強(qiáng)度的測量值，并將測量值的運行總數(shù)與第一閾值進(jìn)行比較。

如果在預(yù)定時間內(nèi)的任何時間測量的總光能超過閾值，則安全處理器224向投影儀202提供信號，傳達(dá)關(guān)閉投影儀202的指令，以防止對用戶或旁觀者的潛在傷害。

在一個實施例中，安全系統(tǒng)220將測量的運行總數(shù)與小于第一閾值的第二閾值進(jìn)行比較，以便如果系統(tǒng)接近超過第一閾值，安全系統(tǒng)向控制器226發(fā)送信號，然后可以降低從投影儀202發(fā)出的光的峰值強(qiáng)度或改變投影圖像的內(nèi)容，以避免超過第一閾值。

圖3示出諸如投影系統(tǒng)200的投影系統(tǒng)的示例光掃描圖案300，其采樣點302將由安全系統(tǒng)220測量。

如上所述，來自投影系統(tǒng)200的光218從投影儀202提供給掃描組件以形成圖像幀304，然后由波導(dǎo)的各種組件(傳送、擴(kuò)展和輸出。掃描圖案300顯示從投影儀202發(fā)射的光218作為圖像幀304內(nèi)場位置的函數(shù)。采樣點302表示安全系統(tǒng)220收集測量值的位置。

在圖3中，對每條掃描線在每個采樣點302進(jìn)行三次測量。安全系統(tǒng)220配置成在采樣點302對特定帶寬的光進(jìn)行采樣，使得每次測量實際上是對掃描線的某一部分進(jìn)行低通濾波測量，并且表示間隔的近似時間平均值。

光瞳面積308代表在框架304內(nèi)的任何給定位置由給定尺寸的光瞳收集的潛在光。對于每個圖像幀304，添加測量以確定在波導(dǎo)205損壞的情況下，光瞳可以收集的最大光，并由光瞳面積308表示。

圖4示出了采用安全系統(tǒng)來監(jiān)控來自投影系統(tǒng)，以防止光能輸出超過安全閾值的方法400。

在402，選擇一種波長的光，安全系統(tǒng)220將對其進(jìn)行測量，例如，波長約為450納米的藍(lán)光。

在404，在圖像幀304內(nèi)的采樣點302收集所選帶寬的光輸出測量值。

在406，然后，通過估計在各個光瞳區(qū)域308測量的最高可能能量來估計最壞情況。

在408，通過將給定光瞳面積所包圍的所有采樣點302的測量能量相加，然后用最高總能量確定光瞳面積308來計算估計的最高能量。然后將最高總能量提供給安全處理器224。

在410，對已采樣的圖像幀304的最高能量的累積總和與一個閾值進(jìn)行比較，如果發(fā)現(xiàn)累積總和超過閾值，安全處理器224在412向控制器226發(fā)送一個信號，從而減少投影儀202的功率輸出。

在一個實施例中，控制器226通過降低投影光218的強(qiáng)度或通過調(diào)整投影內(nèi)容來降低投影儀202的功率輸出。為了防止用戶簡單地關(guān)閉投影系統(tǒng)200，然后在投影儀功率輸出減少時再次打開，通過投影系統(tǒng)200的功率循環(huán)保留累積總數(shù)。

如果累積總數(shù)不超過閾值，則在414確定是否已達(dá)到預(yù)定采樣時間。如果時間T沒有達(dá)到，安全系統(tǒng)220繼續(xù)對圖像進(jìn)行測量，并將最高的能量估計值加到累計總量中。如果達(dá)到時間T，系統(tǒng)移動到下一個圖像幀，以便開始一個新的監(jiān)控周期。

圖5示出了采用安全系統(tǒng)監(jiān)控來自投影系統(tǒng)的光輸出，以便在超過安全閾值時關(guān)閉投影儀202的方法500。

在502，選擇安全系統(tǒng)220將進(jìn)行測量的光帶寬。

在504，在圖像幀304內(nèi)的采樣點302收集所選帶寬的光輸出測量。

在506，通過估算各個光瞳區(qū)域308的最高可能能量來估計最壞情況。在一個實施例中，通過將給定光瞳面積所包圍的所有采樣點302的測量能量相加，然后確定具有最高總能量的光瞳面積來計算估計的最高能量。

在508，將每個圖像幀304的最高總能量提供安全處理器224。

在510，將已采樣的圖像幀304的最高能量的累積總數(shù)與閾值進(jìn)行比較，并且，在發(fā)現(xiàn)累積總數(shù)超過閾值的情況下，安全處理器224向投影儀202發(fā)送信號，在512傳達(dá)關(guān)閉和停止發(fā)光的指令。

為了防止用戶在投影儀關(guān)閉時簡單地重新打開投影系統(tǒng)200，通過投影系統(tǒng)200的電源循環(huán)來保留累積總數(shù)。

如果累積總數(shù)不超過閾值，則在514處確定是否已達(dá)到預(yù)定采樣時間。如果沒有達(dá)到時間T，系統(tǒng)繼續(xù)測量圖像幀304，并將最高的能量估計添加到累積總數(shù)中。如果達(dá)到時間T，系統(tǒng)移動到下一個圖像幀，開始一個新的監(jiān)控周期。

相關(guān)專利：Google Patent | Laser energy integrator for display waveguide breakage safety system

https://patent.nweon.com/29442

名為“ Laser energy integrator for display waveguide breakage safety system”的谷歌專利申請最初在2022年11月提交，并在日前由美國專利商標(biāo)局公布。

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原文鏈接：https://news.nweon.com/111910