磁场驱动的液晶图案化控制系统的制作方法

1.本公开的实施例总体上涉及光学系统，更具体地，涉及液晶图案化控制系统。


背景技术：

2.各种液晶(lc)器件使用电场来重定向各向异性的lc分子。在这种器件中，由局部施加的电场来控制与像素相对应的每个lc单元中的lc。
3.来自电子设备的杂散电场往往会扭曲传统lc器件中lc的对准，这限制了这种器件的最小像素尺寸。由于离子屏蔽，传统lc器件的性能也会随时间推移而降低，在离子屏蔽中，用于重定向lc分子的电场受到lc本身内的离子杂质所形成的电场的影响。这种离子杂质可以通过例如紫外光将lc分解成离子来产生。此外，在传统lc器件中，需要持续的功率耗散来维持对准lc分子所需的电场。


技术实现要素：

4.根据本发明的第一方面，提供了一种液晶图案化控制系统，包括：多个像素，多个像素中的每个像素包括：液晶；以及磁体；其中，响应于磁体的切换，液晶的分子重定向，以基本上与由磁体生成的磁场对准。
5.液晶图案化控制系统还可以包括反射层，该反射层被设置在包括在多个像素中的每个像素中的液晶与磁体之间。该反射层可以被配置为反射入射到液晶图案化控制系统上、并由包括在像素中的液晶调制的光。
6.包括在多个像素中的每个像素中的磁体可以包括微粒子、纳米粒子和/或多个磁畴。
7.液晶图案化控制系统还可以包括多条导线，该多条导线以交叉导线配置被设置在包括在像素中的磁体下方。包括在像素中的磁体中的每个磁体可以通过驱动电流经过对应的导线被切换。
8.包括在多个像素中的每个像素中的磁体可以包括围绕高磁导率磁芯缠绕的不同的微线圈或纳米线圈。包括在像素中的每个微线圈或纳米线圈可以被连接到对应的电压源和公共接地。
9.包括在多个像素中的每个像素中的磁体可以围绕包括在像素中的液晶被缠绕。
10.多个像素中的每个像素还可以包括至少一个对准层，该对准层被设置为与包括在像素中的液晶邻近。在切换与液晶相关联的磁体之前，包括在多个像素中的每个像素中的至少一个对准层可以基本上将包括在像素中的液晶的分子对准。
11.液晶图案化控制系统可以包括空间光调制器、潘查拉南-贝里相位透镜、液晶显示屏或变焦透镜中的一个。
12.液晶图案化控制系统可以用于计算机生成的全息术。
13.液晶图案化控制系统可以被包括在近眼显示设备中。
14.根据本发明的第二方面，提供了一种单元，包括：双折射材料；以及至少一个对准
层，该至少一个对准层被设置为与双折射材料邻近；其中双折射材料中的分子的重定向由磁体驱动。
15.反射层可以被设置在双折射材料与磁体之间。
16.单元还可以包括玻璃衬底层或偏振层中的至少一个。
17.双折射材料可以包括平面对准或垂直对准的液晶分子。响应于磁体的切换，包括在双折射材料中的液晶分子可以重定向，以基本上与由磁体生成的磁场对准。
18.磁体可以包括微粒子、纳米粒子、多个磁畴、或者围绕高磁导率磁芯缠绕的微线圈或纳米线圈。
19.磁体可以围绕双折射材料被缠绕。
20.根据本发明的第三方面，提供了一种用于调制光的计算机实现的方法，该方法包括：针对至少一个时间点，确定多个像素的状态；基于所确定的像素的状态，使用磁场驱动与像素相关联的液晶；以及投影穿过液晶的光。
21.方法还可以包括反射穿过液晶的光。
22.驱动液晶可以包括：使电流被驱动经过导线，或者向与液晶相关联的磁体施加电压，该导线在与液晶相关联的磁体处相交。
23.光可以与人工现实应用程序相关联。
24.本文公开的液晶图案化控制系统的一个优点在于，使用磁场而不是电场来对准液晶允许像素尺寸减小到传统液晶器件的限制以下。例如，实施例的像素尺寸可以小于约1μm，诸如约100nm。本文公开的液晶图案化控制系统也不受离子屏蔽的影响。此外，各向异性磁体的磁化可以在这种磁体被切换之后被固定，这允许液晶保持与那些磁体产生的磁场对准，而没有功率耗散。这些技术优势代表了优于现有技术方法的一个或多个技术进步。
附图说明
25.为了能够详细理解各种实施例的上述特征，可以参考各种实施例对以上简要概括的所公开概念进行更具体的描述，其中一些实施例在附图中示出。然而，应当注意，附图仅示出了所公开概念的典型实施例，因此不应被视为以任何方式限制范围，并且存在其他同等有效的实施例。
26.图1a是根据各种实施例的近眼显示器(ned)的示意图。
27.图1b是图1a所示的ned的实施例的前刚性体的横截面。
28.图2a是根据各种实施例的被实现为ned的头戴式显示器(hmd)的示意图。
29.图2b是根据各种实施例的被实现为近眼显示器的图2a的hmd的横截面视图。
30.图3是根据各种实施例的ned系统的框图。
31.图4是示出根据各种实施例的使用磁场来重定向液晶(lc)的方法的示意图。
32.图5a是示出根据各种实施例的lc图案化控制系统的横截面视图的示意图。
33.图5b是示出根据各种实施例的图5a中所示的lc图案化控制系统的俯视图的示意图。
34.图6a是示出根据各种实施例的另一lc图案化控制系统的横截面视图的示意图。
35.图6b是示出根据各种实施例的图6a中所示的lc图案化控制系统的俯视图的示意图。
36.图7a是示出根据各种实施例的另一lc图案化控制系统的横截面视图的示意图。
37.图7b是示出根据各种实施例的图7a中所示的lc图案化控制系统的俯视图的示意图。
38.图8a是示出根据各种实施例的另一lc图案化控制系统的横截面视图的示意图。
39.图8b是示出根据各种实施例的图8a中所示的lc图案化控制系统的俯视图的示意图。
40.图9是示出根据各种实施例的包括lc图案化控制系统的虚拟现实光学系统的一部分的示意图。
41.图10是示出根据各种实施例的包括lc图案化控制系统的另一虚拟现实光学系统的一部分的示意图。
42.图11是示出根据各种实施例的包括lc图案化控制系统的增强现实光学系统的一部分的示意图。
43.图12a示出了根据各种实施例的潘查拉南-贝里相位(pancharatnam-berry phase，pbp)光栅。
44.图12b是根据各种实施例的示例pbp透镜的俯视图。
45.图13是示出根据各种实施例的用于调制光束的方法的流程图。
具体实施方式
46.在以下描述中，阐述了许多具体细节，以提供对各种实施例的更彻底的理解。然而，对于本领域的技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节中的一个或多个的情况下，实践所公开的概念。
47.配置概述
48.本文公开的一个或多个实施例涉及液晶(lc)图案化控制系统，在该lc图案化控制系统中，使用局部施加的磁场来对准lc。经过各向异性的lc传播的光所经历的折射率取决于定向。结果，可以向穿过lc阵列的或从lc阵列反射的光束赋予相位差，lc阵列的定向经由局部施加的磁场来控制。在一些实施例中，可以通过例如驱动电流经过在微粒子或纳米磁性粒子或磁畴处相交的导线来生成局部施加的磁场，或者通过向围绕高磁导率磁芯缠绕的微线圈或纳米线圈施加电压来生成局部施加的磁场。此外，本文公开的lc图案化控制系统可以用作空间光调制器、潘查特南-贝里相位(pbp)透镜、液晶显示(lcd)屏、变焦透镜，并且用于全息术(holography)(例如，偏振体全息图、点源全息图、傅里叶变换全息图或其他计算机生成的全息图)等。
49.本公开的实施例还可以包括人工现实系统或结合人工现实系统来实现。人工现实是在呈现给用户之前已经以一些方式调整的现实的形式，其可以包括例如虚拟现实(vr)系统、增强现实(ar)系统、混合现实(mr)系统、混合现实(hybrid reality)系统、或者其一些组合和/或衍生物。人工现实内容可以包括但不限于完全生成的内容或与捕获的(例如，真实世界)内容相结合的生成内容。人工现实内容可以包括但不限于视频、音频、触觉反馈或其一些组合。人工现实内容可以在单个通道或多个通道中呈现(诸如向观看者产生三维效果的立体视频)。此外，在一些实施例中，人工现实系统还可以与用于例如在人工现实系统中创建内容和/或以其他方式在人工现实系统中使用(例如，在人工现实系统中执行活动)
的应用程序、产品、附件、服务或其一些组合相关联。人工现实系统可以在包括连接到托管计算机系统的头戴式显示器(hmd)、独立hmd、移动设备或计算系统、或能够向一个或多个观看者提供人工现实内容的任何其他硬件平台的各种平台上实现。
50.系统概述
51.图1a是根据各种实施例的近眼显示器(ned)100的线图。尽管本文公开了ned和头戴式显示器(hmd)作为参考示例，但是包括使用局部施加的磁场来对准液晶(lc)的lc图案化控制系统的显示设备也可以被配置为放置在用户的一只或多只眼睛附近的固定位置处，而不是头戴式的(例如，显示设备可以被安装在诸如汽车或飞机的交通工具中，用于放置在用户的一只或多只眼睛前面)。
52.如图所示，ned 100包括前刚性体105和束带110。前刚性体105包括电子显示器(未示出)的一个或多个电子显示元件、惯性测量单元(imu)115、一个或多个位置传感器120和定位器125。如图1a所示，位置传感器120位于imu 115内，并且用户既看不到imu 115，也看不到位置传感器120。在各种实施例中，在ned 100充当ar或mr设备的情况下，ned 100的部分和/或其内部组件至少部分透明。
53.图1b是图1a中所示的ned 100的实施例的前刚性体105的横截面160。如图所示，前刚性体105包括电子显示器130和光学装置块135，电子显示器130和光学装置块135一起向出射光瞳145提供图像光。出射光瞳145是用户的眼睛140可以位于的前刚性体105的位置。出于说明的目的，图1b示出了与单个眼睛140相关联的横截面160，但是与光学装置块135分离的另一光学装置块可以向用户的另一只眼睛提供改变的图像光。此外，ned 100包括眼睛跟踪系统(图1b中未示出)。眼睛跟踪系统可以包括照射用户的一只或两只眼睛的一个或多个光源。眼睛跟踪系统还可以包括捕获用户的一只或两只眼睛的图像以跟踪眼睛的位置的一个或多个相机。
54.电子显示器130向用户显示图像。在各种实施例中，电子显示器130可以包括单个电子显示器或多个电子显示器(例如，用于用户的每只眼睛的显示器)。电子显示器130的示例包括：lc显示器(lcd)、有机发光二极管(oled)显示器、有源矩阵有机发光二极管显示器(amoled)、qoled、qled、一些其他显示器或其组合。
55.光学装置块135调整从电子显示器130发射的图像光的定向，使得电子显示器130出现在距用户特定虚拟图像距离处。光学装置块135被配置为接收从电子显示器130发射的图像光，并且将图像光引导到与出射光瞳145相关联的眼动范围(eye-box)。被引导到眼动范围的图像光在眼睛140的视网膜上形成图像。眼动范围是定义眼睛140向上/向下/向左/向右移动多少而不会显著降低图像质量的区域。在图1b的图示中，视场(fov)150是眼睛140在任何给定时刻所看到的可观察世界的范围。
56.另外，在一些实施例中，光学装置块135放大接收到的光，校正与图像光相关联的光学误差，并且向眼睛140呈现校正后的图像光。光学装置块135可以包括光学串联的一个或多个光学元件155。光学元件155可以是光圈、菲涅尔(fresnel)透镜、凸透镜、凹透镜、滤光器、波导、pbp透镜或光栅、颜色选择滤光器、波片、c板(c-plate)或影响图像光的任何其他合适的光学元件155。此外，光学装置块135可以包括不同光学元件的组合。光学装置块135中的一个或多个光学元件可以具有一个或多个涂层，诸如抗反射涂层。在一些实施例中，光学装置块135可以包括下面结合图4-图12详细讨论的一个或多个lc图案化控制系统。
57.图2a是根据各种实施例的被实现为ned的hmd 162的示意图。如图所示，hmd 162是一副增强现实眼镜的形式。hmd 162向用户呈现计算机生成的媒体，并且利用计算机生成的媒体来增强物理真实世界环境的视图。由hmd 162呈现的计算机生成的媒体的示例包括一个或多个图像、视频、音频或其一些组合。在一些实施例中，音频经由外部设备(例如，扬声器和耳机)呈现，该外部设备从hmd 162、控制台(未示出)或这两者接收音频信息，并且基于音频信息呈现音频数据。在一些实施例中，hmd 162可以被修改为也作为虚拟现实(vr)hmd、混合现实(mr)hmd或其一些组合来操作。hmd 162包括镜架175和显示器164。如图所示，镜架175将近眼显示器安装到用户的头部，而显示器164向用户提供图像光。显示器164可以被定制成各种形状和尺寸，以符合不同风格的眼镜镜架。
58.图2b是根据各种实施例的被实现为ned的图2a的hmd 162的横截面视图。该视图包括镜架175、显示器164(其包括显示组件180和显示块185)和眼睛170。显示组件180向眼睛170提供图像光。显示组件180容纳显示块185，在不同的实施例中，显示块185包围不同类型的成像光学器件和重定向结构。出于说明的目的，图2b示出了与单个显示块185和单只眼睛170相关联的横截面，但是在未示出的替代实施例中，与图2b所示的显示块185分离的另一显示块向用户的另一只眼睛提供图像光。
59.如图所示，显示块185被配置为将来自局部区域的光与来自计算机生成的图像的光进行组合，以形成增强场景。显示块185还被配置为向与用户眼睛170的位置相对应的眼动范围165提供增强场景。显示块185可以包括例如波导显示器、聚焦组件、补偿组件或其一些组合。
60.hmd 162可以包括显示块185与眼睛170之间的一个或多个其他光学元件。光学元件可以用于例如校正从显示块185发射的图像光中的像差，放大从显示块185发射的图像光，对从显示块185发射的图像光进行一些其他光学调整，或者其一些组合。光学元件的示例可以包括光圈、菲涅耳透镜、凸透镜、凹透镜、滤光器或影响图像光的任何其他合适的光学元件。在一些实施例中，光学元件可以包括下面结合图4-图12详细讨论的一个或多个lc图案化控制系统。显示块185还可以包括一种或多种材料(例如，塑料、玻璃等)，该一种或多种材料具有有效地最小化重量并拓宽hmd 162的视场的一种或多种折射率。
61.图3是其中控制台310操作的近眼显示系统300的实施例的框图。在一些实施例中，ned系统300对应于ned 100或hmd 162。ned系统300可以在虚拟现实(vr)系统环境、增强现实(ar)系统环境、混合现实(mr)系统环境或其一些组合中进行操作。图3中所示的ned系统300包括ned 305和输入/输出(i/o)接口315，输入/输出(i/o)接口315耦合到控制台310。
62.虽然图3示出了包括一个ned 305和一个i/o接口315的示例ned系统300，但是在其他实施例中，可以在ned系统300中包括任意数目的这些组件。例如，可以有多个ned 305，每个ned 305具有相关联的i/o接口315，其中每个ned 305和i/o接口315与控制台310通信。在可替代配置中，不同的和/或附加的组件可以被包括在ned系统300中。另外，在一些实施例中，包括在ned 305、控制台310和i/o接口315内的各种组件可以以不同于结合图3描述的方式进行分布。例如，可以由ned 305提供控制台310的一些或所有功能。
63.ned 305可以是向用户呈现内容的头戴式显示器。内容可以包括物理真实世界环境的虚拟和/或增强视图，包括计算机生成的元素(例如，二维或三维图像、二维或三维视频、声音等)。在一些实施例中，ned 305还可以向用户呈现音频内容。ned 305和/或控制台
310可以经由i/o接口315将音频内容发送到外部设备。外部设备可以包括各种形式的扬声器系统和/或耳机。在各种实施例中，音频内容与由ned 305显示的视觉内容同步。
64.ned 305可以包括一个或多个刚性体，这些刚性体可以刚性地或非刚性地耦合在一起。刚性体之间的刚性耦合使所耦合的刚性体充当单个刚性实体。相比之下，刚性体之间的非刚性耦合允许刚性体相对于彼此移动。
65.如图3所示，ned 305可以包括深度相机组件(dca)320、显示器325、光学组件330、一个或多个位置传感器335、惯性测量单元(imu)340、眼睛跟踪系统345和变焦模块350。在一些实施例中，显示器325和光学组件330可以被一起集成到投影组件中。ned 305的各种实施例可以具有比上面所列更多、更少或不同的组件。此外，在各种实施例中，每个组件的功能可以被一个或多个其他组件的功能部分涵盖或完全涵盖。
66.dca 320捕获描述ned 305周围区域的深度信息的传感器数据。可以通过诸如三角测量、结构光成像、飞行时间成像、激光扫描等深度成像技术中的一种或组合来生成传感器数据。dca 320可以使用传感器数据来计算ned 305周围区域的各种深度属性。另外或可替代地，dca 320可以将传感器数据发送到控制台310进行处理。
67.dca 320包括照射源、成像器件和控制器。照射源将光发射到ned 305周围的区域上。在实施例中，所发射的光是结构光。照射源包括多个发射器，每个发射器发射具有特定特性(例如，波长、偏振、相干性、时间行为等)的光。发射器之间的特性可以相同或不同，并且发射器可以同时地或单独地被操作。在一个实施例中，多个发射器可以是例如激光二极管(诸如边缘发射器)、无机或有机发光二极管(led)、垂直腔面发射激光器(vcsel)或一些其他源。在一些实施例中，照射源中的单个发射器或多个发射器可以发射具有结构光图案的光。除了从环境中的物体反射的、由多个发射器生成的光之外，成像器件还捕获ned 305周围环境中的环境光。在各种实施例中，成像器件可以是红外相机或被配置为在可见光谱中操作的相机。控制器协调照射源如何发光以及成像器件如何捕获光。例如，控制器可以确定所发射的光的亮度。在一些实施例中，控制器还分析检测到的光以检测环境中的物体以及与这些物体相关的位置信息。
68.显示器325根据从控制台310接收的像素数据向用户显示二维或三维图像。在各种实施例中，显示器325包括单个显示器或多个显示器(例如，用于用户的每只眼睛的单独显示器)。在一些实施例中，显示器325包括单个或多个波导显示器。光可以经由例如液晶显示器(lcd)、有机发光二极管(oled)显示器、无机发光二极管(iled)显示器、有源矩阵有机发光二极管(amoled)显示器、透明有机发光二极管(toled)显示器、基于激光的显示器、一个或多个波导、其他类型的显示器、扫描仪、一维阵列等耦合到单个波导或多个波导显示器中。此外，显示器类型的组合可以被结合在显示器325中，并且被单独地、并行地和/或组合地使用。
69.光学组件330放大从显示器325接收的图像光，校正与图像光相关联的光学误差，并且向ned 305的用户呈现校正后的图像光。光学组件330包括多个光学元件。例如，光学组件330中可以包括以下光学元件中的一个或多个：光圈、菲涅耳透镜、凸透镜、凹透镜、滤光器、反射表面，或者偏转、反射、折射和/或以某种方式改变图像光的任何其他合适的光学元件。此外，光学组件330可以包括不同光学元件的组合。在一些实施例中，光学组件330中的一个或多个光学元件可以具有一个或多个涂层，诸如部分反射或抗反射涂层。光学组件330
可以被集成到诸如投影组件的投影组件中。在一个实施例中，光学组件330包括光学装置块155。
70.在操作中，光学组件330放大并聚焦由显示器325生成的图像光。这样，与不使用光学组件330的显示器相比，光学组件330使得显示器325能够在物理上更小、重量更轻并且消耗更少的功率。另外，放大可以增加显示器325所呈现的内容的视场。例如，在一些实施例中，所显示的内容的视场部分地或完全地使用用户的视场。例如，所显示的图像的视场可以达到或超过310度。在各种实施例中，可以通过添加或移除光学元件来调整放大量。
71.在一些实施例中，光学组件330可以被设计成校正一种或多种类型的光学误差。光学误差的示例包括桶形或枕形失真、纵向色差或横向色差。其他类型的光学误差还可以包括球面像差、色差，或者除了其他类型的光学误差之外由于透镜场曲率、像散引起的误差。在一些实施例中，被发送到显示器325的视觉内容被预失真，并且当来自显示器325的图像光穿过光学组件330的各种光学元件时，光学组件330校正失真。在一些实施例中，光学组件330的光学元件被集成到显示器325中作为包括与一个或多个光学元件耦合的至少一个波导的投影组件。
72.imu 340是基于从一个或多个位置传感器335接收的测量信号并根据从dca 320接收的深度信息来生成指示ned 305的位置的数据的电子器件。在ned 305的一些实施例中，imu 340可以是专用硬件组件。在其他实施例中，imu 340可以是在一个或多个处理器中实现的软件组件。
73.在操作中，位置传感器335响应于ned 305的运动来生成一个或多个测量信号。位置传感器335的示例包括：一个或多个加速度计、一个或多个陀螺仪、一个或多个磁力计、一个或多个高度计、一个或多个倾角仪，和/或用于运动检测、漂移检测和/或误差检测的各种类型的传感器。位置传感器335可以位于imu 340的外部、imu 340的内部或其一些组合。
74.基于来自一个或多个位置传感器335的一个或多个测量信号，imu 340生成指示ned 305相对于ned 305的初始位置的估计当前位置的数据。例如，位置传感器335可以包括测量平移运动(向前/向后、向上/向下、向左/向右)的多个加速度计和测量旋转运动(例如，俯仰、偏航和滚转)的多个陀螺仪。在一些实施例中，imu 340快速采样测量信号，并且根据采样的数据计算ned 305的估计当前位置。例如，imu 340可以对从加速度计接收的测量信号随时间积分以估计速度矢量，并且对速度矢量随时间积分以确定ned 305上的参考点的估计当前位置。可替代地，imu 340向控制台310提供采样的测量信号，控制台310分析采样的数据以确定一个或多个测量误差。控制台310还可以向imu 340发送一个或多个控制信号和/或测量误差，以配置imu 340来校正和/或减少一个或多个测量误差(例如，漂移误差)。参考点是可以用来描述ned 305的位置的点。参考点通常可以被定义为空间中的点或者与ned 305的位置和/或定向相关的位置。
75.在各种实施例中，imu 340从控制台310接收一个或多个参数。该一个或多个参数用于维持对ned 305的跟踪。基于接收到的参数，imu 340可以调整一个或多个imu参数(例如，采样率)。在一些实施例中，某些参数使imu 340更新参考点的初始位置，使得其对应于参考点的下一个位置。将参考点的初始位置更新为参考点的下一个校准位置有助于减少在检测imu 340的当前位置估计时的漂移误差。
76.在一些实施例中，眼睛跟踪系统345被集成到ned 305中。眼睛跟踪系统345可以包
305的移动，经由i/o接口315，等等)而生成内容。应用程序的示例包括：游戏应用程序、会议应用程序、视频播放应用程序或其他合适的应用程序。
83.跟踪模块360使用一个或多个校准参数来校准ned系统300。跟踪模块360可以进一步调整一个或多个校准参数，以减少在确定ned 305或i/o接口315的位置和/或定向时的误差。例如，跟踪模块360可以将校准参数发送到dca 320，以调整dca 320的焦点。相应地，dca 320可以更准确地确定反射环境中的物体的结构光元件的位置。跟踪模块360还可以在确定要修改的各种校准参数时分析由imu 340生成的传感器数据。此外，在一些实施例中，如果ned 305失去对用户的眼睛的跟踪，则跟踪模块360可以重新校准ned系统300中的一些或所有组件。例如，如果dca 320失去至少阈值数目的结构光元件投影到用户眼睛上的视线，则跟踪模块360可以将校准参数发送到变焦模块350，以重新建立眼睛跟踪。
84.跟踪模块360使用来自dca 320、一个或多个位置传感器335、imu 340或其一些组合的信息来跟踪ned 305和/或i/o接口315的移动。例如，跟踪模块360可以根据ned 305的局部区域的映射来确定ned 305的参考位置。跟踪模块360可以基于从ned 305本身接收的信息生成该映射。跟踪模块360还可以利用来自imu 340的传感器数据和/或来自dca 320的深度数据来确定ned 305和/或i/o接口315的参考位置。在各种实施例中，跟踪模块360为ned 305和/或i/o接口315的后续位置生成估计和/或预测。跟踪模块360可以将预测的后续位置发送到引擎365。
85.引擎365基于从ned 305接收的信息生成ned 305周围区域(即“局部区域”)的三维映射。在一些实施例中，引擎365基于从dca 320接收的深度数据(例如，局部区域中的物体的深度信息)，确定局部区域的三维映射的深度信息。在一些实施例中，引擎365通过使用由dca 320生成的深度数据来计算ned 305的深度和/或位置。具体地，引擎365可以实现用于计算ned 305的深度和/或位置的各种技术，诸如基于立体的技术、结构光照射技术、飞行时间技术等。在各种实施例中，引擎365使用从dca 320接收的深度数据来更新局部区域的模型，并且部分地基于更新后的模型来生成和/或修改媒体内容。
86.引擎365还执行ned系统300内的应用程序，并且从跟踪模块360接收ned 305的位置信息、加速度信息、速度信息、预测的未来位置或其一些组合。基于接收到的信息，引擎365确定要发送到ned 305以呈现给用户的各种形式的媒体内容。例如，如果接收到的信息指示用户已经向左看，则引擎365为ned 305生成媒体内容，该媒体内容反映了用户在虚拟环境中或在用附加的媒体内容增强局部区域的环境中的移动。相应地，引擎365可以生成和/或修改呈现给用户的媒体内容(例如，视觉和/或音频内容)。引擎365可以进一步将媒体内容发送到ned 305。此外，响应于从i/o接口315接收到动作请求，引擎365可以在控制台310上执行的应用程序内执行动作。在动作被执行时，引擎305可以进一步提供反馈。例如，引擎365可以将ned 305配置为生成视觉和/或音频反馈，和/或将i/o接口315配置为对用户生成触觉反馈。
87.在一些实施例中，基于从眼睛跟踪系统345接收的眼睛跟踪信息(例如，用户眼睛的定向)，引擎365确定提供给ned 305以在显示器325上呈现给用户的媒体内容的分辨率。引擎365可以至少部分地基于从眼睛跟踪系统345接收的用户注视方向，通过将显示器325配置为执行视觉内容的中央凹型渲染，来调整提供给ned 305的视觉内容的分辨率。引擎365向ned 305提供内容，在显示器325上的用户注视的中央凹区域中具有高分辨率并且在
其他区域中具有低分辨率，从而降低ned 305的功耗。此外，在不损害用户视觉体验质量的情况下，使用中央凹型渲染减少了在渲染视觉内容时所使用的计算周期数。在一些实施例中，引擎365可以进一步使用眼睛跟踪信息来调整从显示器325发射的图像光的焦点，以减少辐辏调节冲突。
88.液晶图案化控制系统中的液晶的磁场驱动的重定向
89.图4是示出根据各种实施例的用于使用磁场来重定向液晶(lc)的方法的示意图。面板a示出了与使用磁场来驱动lc的重定向的lc图案化控制系统的像素400相关联的几何形状。如本文所使用的，像素是指lc单元(其可以包括lc和(多个)对准层)以及驱动方法(诸如磁体)。在一些实施例中，像素或单元之间不需要分隔物(divider)，尽管在其他实施例中可以使用分隔物。例如，在没有分隔物的实施例中，重定向lc层的一部分的磁体可以被认为是一个单元，重定向lc层的不同部分的另一磁体可以被认为是下一个单元，等等。
90.如图所示，像素400包括反射层408、磁体410以及两个对准层402与406之间的lc层404。尽管为了说明的目的示出了一个像素400，但是lc图案化控制系统通常可以包括任意数目的像素，诸如像素阵列。一些实施例中的像素还可以包括与所示出的那些层附加的层或不同的层，诸如围绕对准层402和406的玻璃衬底层、玻璃衬底层的一侧或两侧上的偏振层等。尽管图4示出了反射式lc图案化控制系统，但是在一些实施例中，也可以在透射式lc图案化控制系统中使用磁场重定向lc，如下所述。
91.液晶是双折射的，这意味着lc的折射率取决于定向。在一些实施例中，lc层404可以包括沿光轴(有时称为“指向矢(director)”)具有寻常折射率、以及沿垂直于光轴的方向具有非寻常折射率的单轴向列(uniaxial nematic)lc，lc层404的各向异性分子405i(统称为分子405，并且单独地称为分子405)与该指向矢对准。在这种情况下，可以施加磁场来重定向光轴，从而改变关于入射到lc层404上的光的折射率。结果，与没有施加(施加不同的)磁场时相比，当施加磁场时，穿过lc层404的光的相位将被不同地调制，这可以表示像素400的不同状态(例如，on(打开)和off(关闭)状态)。其他实施例可以使用任何技术上可行的lc类型，包括手性向列lc(有时也称为“胆甾”相(“cholesteric”phase)中的lc)、双轴向列lc等。应当理解，取决于所使用的lc的类型，对磁场的响应可以变化。
92.尽管本文主要针对相位调制进行了讨论，但是在一些实施例中，除了调制光的相位之外，或者代替调制光的相位，可以使用lc图案化控制系统来调制光的振幅。例如，在一些实施例中，可以使用交叉偏振器集合来控制光的透射，该交叉偏振器集合包括用于偏振以45
°
输入到lc中的光的线性偏振器以及透射由lc输出的光的分量的分析器。在替代实施例中，可以使用其他振幅调制方案。尽管本文主要针对lc进行了讨论，但是在一些实施例中可以使用除lc之外的双折射材料。
93.如图所示，对准层402和406将lc层404的分子405诱导成基本均匀的平面对准。在一些实施例中，对准层402和406可以通过摩擦聚合物表面来形成。更一般地，可以使用任何技术上可行的工艺来对准lc层404的分子405。尽管为了说明的目的示出了平面对准，但是实施例可以包括利用任何合适对准的lc，诸如垂直对准，其中垂直于对准层402和406来对准lc分子。
94.如面板b所示，磁场412的施加通过将lc分子405与磁场412对准来重定向lc分子405，除了磁体410侧面的边缘场之外，磁场412基本上是均匀的。应当理解，磁场412也可以
在其他地方延伸，诸如在磁体410内部，但是为简单起见，本文没有示出磁场的这种部分。此外，应当理解，一些lc分子405可能不完全与磁场412对准，并且所实现的对准程度通常取决于例如用于构造lc层404的lc材料以及磁场412的强度。说明性地，lc层404的面积小于磁体410的面积。结果，lc分子405基本上不受边缘场的影响。在施加磁场412时，通过由磁体410生成的磁场412的基本均匀的部分，lc分子405从平面对准重定向到垂直于平面的方向。
95.在操作中，来自一个或多个光发射器件的光可以入射到包括像素阵列(包括像素400)的lc图案化控制系统上。在一些实施例中可以使用偏振光。在其他实施例中，lc图案化控制系统可以在两种偏振上同样良好地工作。一般地，lc图案化控制系统可以是例如空间光调制器、潘查拉南-贝里相位(pbp)透镜、液晶显示(lcd)屏、变焦透镜，或者用于全息术(例如，偏振体全息图、点源全息图、傅里叶变换全息图或其他计算机生成的全息图)等。通过控制lc图案化控制系统中的像素的状态，可以对光施加空间变化的调制，其中经调制的光被反射层408反射回来。例如，可以打开和关闭空间光调制器的像素，从而形成朝向观看者反射的(多个)图像。作为另一示例，为了生成全息图，可以求解全息方程，以确定根据相干光源(诸如激光器)发射的光生成全息图所需的像素状态。下面更详细地讨论附加的以及进一步的示例。
96.图5a是示出根据各种实施例的lc图案化控制系统500的横截面视图的示意图。如图所示，lc图案化控制系统500包括像素阵列，像素阵列包括相应的lc 5021至502n(统称为lc 502，单独称为lc 502)以及对应的磁体5061至506n(统称为磁体506，单独称为磁体506)。lc图案化控制系统500的所有组件或一些组件可以彼此物理接触、彼此共享衬底、彼此层压、彼此光学接触、彼此之间具有折射率匹配流体或光学胶、和/或其间可以具有空间。
97.lc 502和磁体506可以由任何技术上可行的材料构成。如上所述，lc 502可以包括任何合适类型的lc，诸如单轴向列lc、手性向列lc、双轴向列lc等。在一些实施例中，磁体506可以包括磁性的微粒子或纳米粒子。在一些实施例中，可以使用图案化的磁性多层膜或垂直磁化膜。小(《1μm)磁性粒子能够在重定向一些lc所需的临界场hc上生成外部磁场。例如，一些纳米磁体可以生成约1t-2t量级的磁场，这足以完全对准一些lc。由小磁性粒子生成的磁场延伸约d的距离，其中d是粒子的特性尺寸。磁性粒子506可以具有任何合适的形状和/或尺寸，包括尺寸为50nm或更小的粒子。lc 502也可以具有任何合适的形状和/或尺寸。例如，在一些实施例中，lc 502中的每个lc可以是几百纳米厚。在一些实施例中，lc图案化控制系统500中的像素尺寸可以减小到依赖于电场的传统lc器件的限制以下，包括小于约1μm的像素尺寸。
98.在一些实施例中，磁体506可以是各向异性的。也就是说，磁体506可以具有多个优选的磁化方向，这些方向有时也被称为“易磁化轴”。例如，在一些实施例中，磁体506中的每个磁体可以具有两个易磁化轴，诸如一个在平面内且另一个垂直于该平面(如图5a-图5b所示)，或者在平面内处于正交角度的两个易磁化轴。此外，磁体506的磁化方向可以在与易磁化轴中的一个易磁化轴对准之后保持稳定。两个稳定平衡态的这种存在被称为双稳态。
99.lc图案化控制系统500还包括反射层504以及导线5081至508n(统称为导线508，单独称为导线508)和510的栅格，这将在下面参考图5b更详细地讨论。虽然为了说明的目的示出了特定的层，但是一些实施例可以包括附加的层，诸如类似于上面关于图4的讨论的围绕lc 502中的每个lc的对准层和玻璃衬底层、玻璃衬底层的一侧或两侧上的偏振层等。
602、反射层604、以及导线608和610分别类似于lc图案化控制系统500的lc 502、反射层504、以及导线508和510，并且为简明起见，不再详细描述。lc图案化控制系统600的所有组件或一些组件可以彼此物理接触、彼此共享衬底、彼此层压、彼此光学接触、彼此之间具有折射率匹配流体或光学胶、和/或其间可以具有空间。
107.磁畴(magnetic domain)是磁性材料内的区域，在该区域中，由于原子的磁矩被对准成指向相同方向，因此磁化方向一致。原子的磁矩在相同方向上对准的连续磁性材料膜将不会在膜上方产生磁场。然而，磁性膜的磁畴之间的过渡处的磁场可以在膜上方延伸。在一些实施例中，lc可以被放置在磁场在磁性材料膜上方延伸的这种过渡区域上方。
108.说明性地，磁性层606包括在lc 602下方具有过渡的磁畴607。例如，磁畴6071和6073中原子的磁矩可以与磁畴6072中原子的磁矩在不同方向上对准。尽管出于说明的目的示出了特定的配置，但是在替代实施例中可以使用其他配置。在一些实施例中，磁畴通常由称为畴壁(domain wall)的过渡区域分隔开，并且磁畴607可以由具有任何合适属性(窄或宽、它们移动的容易程度等)的畴壁分隔开。
109.在一些实施例中，类似于上面关于lc图案化控制系统500的磁体506的讨论，磁畴607可以是各向异性的，具有两个(或更多个)易磁化轴，可以沿着该易磁化轴切换磁畴607的磁化。此外，在一些实施例中，磁畴607可以足够小，使得lc图案化控制系统600的像素尺寸可以减小到传统lc器件的限制以下，包括小于约1μm的像素尺寸。
110.图6b是示出根据各种实施例的lc图案化控制系统600的俯视图的示意图。如图所示，类似上面参考图5b描述的导线508和510，导线608和610以交叉导线方案被设置在lc 602和对应的磁畴下方。可以通过电流流过导线608和610来生成磁场。例如，薄膜晶体管可以用于驱动电流经过导线608和610。类似上面关于图5b的讨论，通过电流流过导线608和610之一生成的磁场h约为i/r，并且导线608和610这两者可以同时被驱动，以生成例如在磁畴607为各向异性的情况下、在不同的易磁化轴之间切换磁畴607中的一个磁畴所需的矫顽场，该矫顽场约为2i/r。
111.例如，可以通过驱动电流经过在磁畴6072处相交的导线6081和6101来切换磁畴6072。如图6a-图6b所示，这样做产生了垂直于平面的磁场。lc 6021的各向异性分子可以进行重定向以与这种磁场对准，例如，表示像素的on状态，而分子没有如此对准(并且例如处于平面对准)的lc 602可以表示off状态，反之亦然。类似上面参考图5b描述的磁体506和lc 502，在一些实施例中，磁畴607和相关联的lc 602可以被快速地切换(例如，以10ns-100ns)。此外，当不被切换时，磁畴607的磁化可以保持固定而没有功率耗散。
112.尽管导线608和610被示为设置在磁畴607下方并且比磁畴607薄，但是可以使用能够创建切换磁畴所需的矫顽场的任何技术上可行的导线配置，包括更厚的导线以及设置在磁畴侧面上的导线。
113.图7a是示出根据各种实施例的另一lc图案化控制系统700的横截面视图的示意图。如图所示，lc图案化控制系统700包括像素阵列，像素阵列包括相应的lc 7021至702n(统称为lc 702，单独称为lc 702)和对应的磁体7061至706n(统称为磁体706，单独称为磁体706)以及反射层704。lc层702和反射层704分别类似于lc图案化控制系统500的lc层502和反射层504，并且为简明起见，不再详细描述。lc图案化控制系统700的所有组件或一些组件可以彼此物理接触、彼此共享衬底、彼此层压、彼此光学接触、彼此之间具有折射率匹配流
体或光学胶、和/或其间可以具有空间。
114.如图所示，磁体706中的每个磁体都是电磁体，包括高磁导率磁芯，围绕该高磁导率磁芯缠绕有导线线圈。在一些实施例中，导线线圈可以是微线圈或纳米线圈。导线线圈和高磁导率磁芯可以由任何技术上可行的材料构成。例如，高磁导率磁芯可以是铁芯。在一些实施例中，磁体706可以足够小，使得lc图案化控制系统700的像素尺寸可以减小到传统lc器件的限制以下，包括小于约1μm的像素尺寸。
115.在操作中，电流流过磁体706的导线线圈在其中创建磁场。此外，将这种磁场的强度乘以磁芯的磁导率，即，生成的磁场等于b＝μh，其中μ是磁芯的磁导率，h是由于导线中电流而产生的场。结果，可以用相对低的电流生成相对大的磁场。例如，铁芯可以将磁场强度提高10000倍。尽管磁芯内部的磁场本身没有用，但是磁芯一端外部的场基本上等于内部的场。如图所示，lc 702中的每个lc被设置在相应磁体706的磁芯上方，以恰好在磁体706的磁芯外部经受这种磁场。
116.可以施加相应的电压7081至708n(统称为电压708，单独称为电压708)来驱动电流经过围绕磁体706的线圈。说明性地，施加电压7081驱动电流经过围绕磁体7061的线圈，从而生成磁场。在一些实施例中，围绕磁体706的线圈也可以连接到公共接地。例如，线圈的一端可以连接到电压( /-v)，并且另一端连接到接地。这样做可以驱动电流经过线圈，并且切换正电压和负电压( v到-v或-v到 v)可以切换磁场的方向。
117.图7b是示出根据各种实施例的lc图案化控制系统700的俯视图的示意图。如图所示，施加电压使电流在磁体7061的线圈中被驱动，从而生成垂直于平面的磁场。lc 7021的各向异性分子可以进行重定向以与这种磁场对准，这可以表示例如像素的on状态，而分子不与磁场对准(并且例如处于平面对准)的lc 702可以表示off状态，或反之亦然。
118.图8a是示出根据各种实施例的另一lc图案化控制系统800的横截面视图的示意图。如图所示，lc图案化控制系统800包括像素阵列，像素阵列包括相应的lc 8021至802n(统称为lc 802，单独称为lc 802)以及相应的磁体8041至804n(统称为磁体804，单独称为磁体804)。lc 802类似于lc图案化控制系统500的lc 502，并且为简明起见，不再详细描述。lc图案化控制系统800的所有组件或一些组件可以彼此物理接触、彼此共享衬底、彼此层压、彼此光学接触、彼此之间具有折射率匹配流体或光学胶、和/或其间可以具有空间。
119.如图所示，磁体804中的每个磁体围绕lc 802中的一个lc被缠绕。在一些实施例中，类似上面关于lc图案化控制系统500的磁体506的讨论，磁体804可以是各向异性的，具有两个(或更多个)易磁化轴，可以沿着该易磁化轴切换磁体804的磁化。此外，在一些实施例中，磁体804可以足够小，使得lc图案化控制系统800的像素尺寸可以减小到传统lc器件的限制以下，包括小于约1μm的像素尺寸。在一些其他实施例中，可以将两个或更多个磁体放置在每个单元的边缘。
120.如图所示，lc图案化控制系统800还包括以交叉导线方案被设置在lc 802和磁体804下方的导线8061至806n以及8081至808m(分别统称为导线806和808，单独称为导线806和808)。图8b是说明示出交叉导线方案的lc图案化控制系统800的俯视图的示意图。类似于上面参考图5b描述的导线508和510，通过电流流过导线806和808生成磁场。例如，薄膜晶体管可以用于驱动电流经过导线806和808，并且导线806和808两者可以同时被驱动，以生成在各向异性磁体804的情况下、在例如不同的易磁化轴之间切换磁体804中的一个磁体所需的
矫顽场。
121.如图7a-图7b所示，通过驱动电流经过导线8061和8081，磁体8041的切换产生了在平面中的特定方向上的磁场。lc 8021的各向异性分子可以进行重定向以与这种磁场对准，这可以表示例如像素的on状态，而其他lc 802的分子可以在另一方向上(例如，垂直于平面)对准并且表示off状态，或反之亦然。类似于上面参考图5b描述的磁体506和lc 502，在一些实施例中，可以以例如每次切换10ns-100ns的速度快速地切换磁体804和相关联的lc 802。此外，当不被切换时，磁体804的磁化可以保持固定而没有功率耗散。
122.尽管上面参考图4-图8描述了反射式和透射式的lc图案化控制系统的某些实施例作为参考示例，但是也可以考虑使用磁场来对准lc的其他实施例。例如，在一些实施例中，由磁体生成的磁场的定向可以不同于本文公开的示例。作为另一示例，在一些透射式实施例中可以使用透明磁性氧化物来代替围绕lc被缠绕的磁体。
123.图9-图10示出了根据各种实施例的包括一个或多个lc图案化控制系统的示例光学系统配置。这种系统可以被包括在例如用于虚拟现实(vr)、增强现实(ar)或混合现实(mr)的近眼显示设备中，诸如分别参考图1a-图1b和图2a-图2b描述的ned系统100或hmd162。尽管本文公开了特定的光学系统作为参考示例，但是本文公开的lc图案化控制系统通常可以被包括在任何合适的光学系统中。在各种实施例中，用于ar、vr和mr近眼显示设备的光学系统被配置为处理虚拟世界光，该虚拟世界光由计算机处理器执行的应用程序(例如，存储在上面参考图3描述的应用商店355中的应用程序中的一个应用程序)所驱动的光源生成。光学系统可以处理这种虚拟光，以在光学系统的出射光瞳处形成图像，该出射光瞳可以与ned设备的用户的眼睛的位置一致。
124.在各种实施例中，用于ar和mr近眼显示设备的光学系统被配置为处理真实世界光。与虚拟世界光的情况不同，这种光学系统不需要在出射光瞳处向真实世界光的图像引入光功率，并且不需要响应于眼睛相对于光学系统的位置(和/或定向)的改变而改变针对真实世界光的出射光瞳的位置。相应地，真实世界光和虚拟世界光虽然共同位于光学系统的部分中，但是至少在一些实施例中，它们由光学系统彼此不同地进行处理。
125.图9是示出根据各种实施例的包括lc图案化控制系统的虚拟现实光学系统900的一部分的示意图。例如，光学系统900可以被包括在虚拟现实ned中。如图所示，光学系统900包括光源910和lc图案化控制系统920。
126.光源910被配置为将光束投影到lc图案化控制系统920上。光源的示例包括有机发光二极管(oled)、有源矩阵有机发光二极管(amoled)、发光二极管(led)、激光器、超辐射led(sled)或其一些组合。可以使用任何技术上可行的光源，并且所使用的光源类型将通常取决于应用。例如，相干光源(诸如激光器或sled)可以用于创建全息图，同时任何光源(诸如led)可以用于正常成像。在一些实施例中，光源910可以产生偏振光。在其他实施例中，lc图案化控制系统920可以包括偏振从光源910入射到其上的光的一个或多个偏振层。
127.在一些实施例中，lc图案化控制系统920可以是上面分别参考图5a-图5b、图6a-图6b和图7a-图7b描述的反射式lc图案化控制系统500、600或700中的一个lc图案化控制系统。例如，在一些实施例中，lc图案化控制系统920可以是空间光调制器，其包括被驱动为on和off的像素，从而形成朝向观看者反射的(多个)图像。作为另一示例，在一些实施例中，光源910可以是相干光源，诸如激光器，并且lc图案化控制系统920可以调制由光源910发射的
相干光以形成全息图。作为又一示例，在一些实施例中，lc图案化控制系统920可以用于光瞳/束转向(steer)。在这种情况下，lc图案化控制系统920可以包括例如将光朝向用户的眼睛转向的pbp。
128.在一些实施例中，光学系统900可以包括未示出的附加组件，诸如将光聚焦在光学系统900的出射光瞳930处的透镜或(多个)其他光学元件、向控制器模块提供眼睛位置信息的眼睛跟踪模块、根据眼睛注视角度将出射光瞳930转向至不同位置的(多个)光学元件等。例如，裂缝透镜、pbp透镜、薄饼透镜等可以用于将光聚焦在出射光瞳930处。作为另一示例，眼睛跟踪模块可以位于ned内或ned上的多个位置中的任何位置处。也就是说，实施例可以包括vr光学系统的任何技术上可行的配置，该vr光学系统包括根据本文公开技术的lc图案化控制系统。
129.图10是示出根据各种实施例的包括lc图案化控制系统的另一虚拟现实光学系统1000的一部分的示意图。例如，光学系统1000可以被包括在虚拟现实ned中。如图所示，光学系统1000包括光源1010和lc图案化控制系统1020。
130.类似于上述光源910，光源1010可以包括例如oled、amoled、led、激光器、sled或将光束投影到lc图案化控制系统1020上的其一些组合。此外，在一些实施例中，光源1010可以产生偏振光，或者可替代地，lc图案化控制系统1020可以包括偏振来自光源1010的光的(多个)偏振层。
131.与lc图案化控制系统920相反，lc图案化控制系统1020透射从光源1010入射到其上的光。在一些实施例中，lc图案化控制系统1020可以是上面参考图8a-图8b描述的lc图案化控制系统800。例如，在一些实施例中，lc图案化控制系统1020可以是空间光调制器，其包括被驱动为on和off的像素，从而形成(多个)图像。作为另一示例，在一些实施例中，lc图案化控制系统1020可以调制由光源1010发射的相干光以形成全息图。作为又一示例，在一些实施例中，lc图案化控制系统1020可以是pbp光学元件(诸如pbp透镜或光栅)，其功能将在下面参考图12a-图12b更详细地讨论。作为进一步的示例，在一些实施例中，lc图案化控制系统1020可以是变焦透镜，该变焦透镜具有通过利用局部施加的磁场对准lc使能的光功率的连续调整范围。
132.类似于以上关于光学系统900的讨论，光学系统1000可以包括未示出的附加组件，诸如将光聚焦在光学系统1000的出射光瞳1030处的透镜或(多个)其他光学元件、向控制器模块提供眼睛位置信息的眼睛跟踪模块、根据眼睛注视角度将出射光瞳1030转向至不同位置的(多个)光学元件等。
133.图11是示出根据各种实施例的包括lc图案化控制系统的增强现实光学系统1100的一部分的示意图。例如，光学系统1100可以被包括在增强现实ned中。光学系统1100在许多方面不同于光学系统900和1000。例如，光学系统900和1000被配置为利用虚拟世界光进行操作，而光学系统1100被配置为利用虚拟世界光和真实世界光进行操作。
134.如图所示，光学系统1100包括光源1110和lc图案化控制系统1120。类似于上述光源910，光源1110可以包括例如oled、amoled、led、激光器、sled或将光束投影到lc图案化控制系统1120上的其一些组合。此外，在一些实施例中，光源1110可以产生偏振光，或者可替代地，lc图案化控制系统1120可以包括偏振来自光源1110的光的(多个)偏振层。
135.说明性地，lc图案化控制系统1120以对真实世界光透明的反射模式工作，并且将
真实世界光与使用光源1110生成的虚拟图像进行组合。例如，在一些实施例中，lc图案化控制系统1120可以是上面参考图8描述的lc图案化控制系统800。类似于以上关于lc图案化控制系统1020的讨论，在一些实施例中，lc图案化控制系统1120可以是例如空间光调制器、pbp光学元件、变焦透镜，或者用于全息术等。
136.在一些实施例中，光学系统1100还可以包括棱镜、波导光学系统或将来自光源1110的光重定向和/或聚焦到出射光瞳位置1130的(多个)其他光学元件。在这种情况下，lc图案化控制系统在光学系统中可以(或者可以不)与图11所示的lc图案化控制系统1120不同地定位。在一些实施例中，光学系统1100还可以包括未示出的其他组件，诸如将光聚焦在光学系统1100的出射光瞳1130处的透镜或(多个)其他光学元件、向控制器模块提供眼睛位置信息的眼睛跟踪模块、根据眼睛注视角度将出射光瞳1130转向到不同位置的(多个)光学元件等。也就是说，实施例可以包括ar光学系统的任何技术上可行的配置，该ar光学系统包括根据本文公开技术的lc图案化控制系统。
137.图12a示出了根据各种实施例的pbp光栅1200a。相互正交的x轴和y轴1210被示出以供参考。未示出的z轴垂直于x-y平面并且沿着光栅1200a的光轴。
138.如图所示，光栅1200a包括以线性重复图案被定向的lc或元结构的单轴快轴1220。在图12a中，快轴的定向被示为对准的短线段，以示意性地表示lc或元结构的定向。例如，快轴1220a被定向在x方向上，而lc 1220b被定向在y方向上。1220a与1220b之间的快轴沿着x方向和y方向中间的方向被对准。具有这种图案化定向的单轴波片由于光的光波传播经过波片(例如，相位片)时的偏振演化而引起光的几何相移。在各种实施例中，对于光栅1200a的特定x-y平面，快轴沿着x轴的定向是恒定的。此外，尽管未示出，但是在各种实施例中，快轴在垂直于x-y平面的方向(z轴)上的定向可以以旋转方式变化(例如，扭曲结构)。
139.光栅1200a的线性重复图案具有间距，该间距是在图案的重复部分之间沿着y轴的距离1230的一半。间距部分地确定了光栅1200a的光学属性。例如，沿着光轴入射到光栅1200a上的偏振光导致光栅输出包括分别对应于衍射级m＝ 1、
–
1和0的主级光、共轭光和泄漏光。尽管m＝ 1在本文中被认为是主级，并且共轭级被认为是m＝-1级，但是级(order)的指定可以颠倒或以其他方式改变。间距确定了不同衍射级的光的衍射角(例如，光束转向角)。通常，针对给定波长的光，间距越小，角度越大。
140.图12b是根据各种实施例的示例pbp透镜1200b的俯视图。相互正交的x轴和y轴1210被示出以供参考。未示出的z轴垂直于x-y平面并切沿着透镜1200b的光轴。x-y平面中的r轴表示径向方向以及距透镜1200b的中心1225的距离。
141.如图所示，pbp透镜1200b包括以径向和周向重复图案定向的快轴1235。如图所示，lc或元结构被示为对准的短线段，以示意性地表示快轴的定向。例如，针对距光轴的固定距离，快轴1235a被定向在圆周方向上，同时快轴1235b被定向在径向方向上。1235a与1235b之间的快轴沿圆周方向和径向方向中间的方向被对准。作为另一示例，沿着固定的径向方向，快轴1245a被定向在圆周方向上，同时快轴1245b被定向在径向方向上。1245a与1245b之间的快轴沿圆周方向和径向方向中间的方向被对准。具有这种图案化定向的lc或元结构的单轴快轴由于光的光波传播经过几何相位板时的偏振演化而引起光的几何相移。尽管未示出，但是快轴在垂直于x-y平面的方向(z轴)上的定向可以以旋转方式变化(例如，扭曲结构)。
142.透镜1200b的径向重复图案具有间距1250，该间距1250是在图案的重复部分之间沿着r轴的距离。通常，间距1250可以在径向方向上变化。例如，在图案的重复部分之间沿着r轴的距离可以随着r的增加而减小。结果，间距1250可以是越靠近中心1225越大。间距部分地确定了透镜1200b的光学属性。例如，沿着光轴入射到透镜1200b上的偏振光使得光的透镜输出针对特定波长的光具有特定焦距的光。间距确定了这种焦距。通常，针对给定波长的光，间距越小，焦距越小。
143.经典地，光的波前是通过调整光程长度(opl)来控制的，对于各向同性材料，光程长度被定义为波的速度(取决于材料的折射率)与波经过材料的物理传播距离的乘积。对于经典透镜，由透镜的曲面引起的空间变化opl导致波前的相移引起透镜的焦距。相比之下，pbp透镜的几何相移来自光波经过pbp透镜的各向异性体的演化。相移取决于各个光波经过使光波变换的各向异性的路径的几何形状。例如，pbp透镜中lc的分子各向异性和超材料的纳米结构导致所透射或反射的光波的相移。这种相移与有效光轴的定向以及各向异性材料的快轴定向成正比。
144.在一些实施例中，pbp透镜(诸如pbp透镜1200b)可以是有源的(也称为“有源元件”)或无源的(也称为“无源元件”)。例如，有源pbp透镜具有三种光学状态：加性状态、中性状态和减性状态。加性状态向系统添加光功率，中性状态不影响系统的光功率，也不影响穿过有源pbp透镜的光的偏振，并且减性状态从系统中减去光功率。
145.有源pbp透镜的状态可以由入射到有源pbp透镜上的光的偏振的旋向性以及施加到由液晶制成的有源pbp透镜的磁场的测量来确定。例如，在一些实施例中，有源pbp lc透镜响应于具有右旋圆偏振的入射光以及零施加磁场(或更一般地，低于阈值磁场)，以减性状态进行操作。在一些实施例中，有源pbp lc透镜响应于具有左旋圆偏振的入射光以及零施加磁场，以加性状态进行操作。在一些实施例中，有源pbp lc透镜响应于所施加的磁场，以中性状态进行操作(不论偏振如何)。所施加的磁场沿着所施加的磁场方向对准具有正介电各向异性的lc。如果有源pbp lc透镜处于加性或减性状态，则从有源pbp lc透镜输出的光的旋向性与输入到有源pbp lc透镜中的光的旋向性相反。相比之下，如果有源pbp lc透镜处于中性状态，则从有源pbp lc透镜输出的光的旋向性与输入到有源pbp lc透镜中的光的旋向性相同。
146.无源pbp透镜具有两种光学状态：加性状态和减性状态。无源pbp透镜的状态由入射到无源pbp透镜上的光的偏振的旋向性来确定。通常，无源pbp透镜输出的光的旋向性与输入到无源pbp透镜中的光的旋向性相反。例如，在一些实施例中，无源pbp透镜响应于具有右旋偏振的入射光以减性状态进行操作，并且响应于具有左旋偏振的入射光以加性状态进行操作。
147.在一些实施例中，pbp光栅(诸如1200b)可以是有源的(也称为“有源元件”)或无源的(也称为“无源元件”)。例如，类似于有源pbp透镜的光学状态，有源pbp光栅具有三种光学状态：加性状态、中性状态和减性状态。在加性状态下，有源pbp光栅将特定波长的光衍射到相对于减性状态的衍射角为正的角度。在减性状态下，有源pbp光栅将特定波长的光衍射到相对于加性状态的正角度为负的角度。另一方面，在中性状态下，pbp光栅不会导致光的衍射，并且不会影响穿过有源pbp光栅的光的偏振。
148.可以由入射到有源pbp光栅上的光的偏振的旋向性以及施加到有源pbp光栅的磁
场的测量来确定有源pbp光栅的状态。例如，在一些实施例中，有源pbp光栅响应于具有右旋圆偏振的入射光以及零施加磁场(或更一般地，低于阈值磁场)，以减性状态进行操作。在一些实施例中，pbp光栅响应于具有左旋圆偏振的入射光以及零施加磁场，以加性状态进行操作。在一些实施例中，pbp光栅响应于所施加的磁场以中性状态进行操作(无论偏振如何)。具有正介电各向异性的液晶可以沿着所施加的磁场方向被对准。如果有源pbp光栅处于加性或减性状态，则从有源pbp光栅输出的光的旋向性与输入到有源pbp光栅中的光的旋向性相反。如果有源pbp光栅处于中性状态，则从有源pbp光栅输出的光的旋向性与输入到有源pbp光栅中的光的旋向性相同。
149.无源pbp光栅的状态由入射到无源pbp光栅上的光的偏振方向来确定。例如，在一些实施例中，无源pbp光栅响应于具有右旋圆偏振的入射光以减性状态进行操作。在一些实施例中，无源pbp光栅响应于具有左旋圆偏振的入射光以加性状态进行操作。对于处于加性或减性状态的无源pbp光栅，从无源pbp光栅输出的光的旋向性与输入到无源pbp光栅中的光的旋向性相反。
150.图13是示出根据各种实施例的用于调制光束的方法的流程图。尽管参考图1-图12的系统描述了方法步骤，但是本领域技术人员将理解，在其他实施例中，任何系统可以被配置为以任何次序实现这些方法步骤。
151.如图所示，方法1300开始于步骤1302，在步骤1302中，应用程序针对一时间点确定lc图案化控制系统的像素的状态。该应用程序可以是例如存储在如上面参考图3所述的应用商店355中的应用程序中的一个应用程序，应用程序可以包括游戏应用程序、会议应用程序、视频播放应用程序或任何其他合适的应用程序。在一些实施例中，在步骤1302，应用程序可以确定lc图案化控制系统的像素打开(on)和关闭(off)。尽管本文主要针对这种系统进行讨论，但是在一些实施例中，应用程序也可以确定中间状态。也就是说，取决于磁场驱动系统，可以在lc图案化控制系统中实现一些或所有中间状态。
152.由应用程序在步骤1302确定的像素状态通常可以取决于动态光学应用程序。例如，应用程序可以确定空间光调制器的哪些像素需要被打开或被关闭以形成图像。作为另一示例，该应用程序可以求解全息方程，以确定根据由相干光源发射的光生成全息图所需的像素状态。可以为其他动态光学应用程序确定其他像素状态。
153.在步骤1304，基于所确定的像素状态，应用程序使用磁场使与液晶图案化控制系统的像素相关联的液晶被驱动。这样做可以重定向与像素相关联的lc的各向异性分子，以与对应的磁体产生的磁场对准。例如，控制器可以使电流被驱动经过适当的导线，以切换lc图案化控制系统500、600和800中的磁体，如上分别参考图5b、图6b和图8b所述。作为另一示例，控制器可以施加电压以驱动电流经过将在lc图案化控制系统700中被切换的磁体的线圈，如以上参考图7b所述。
154.在步骤1306，应用程序使光束被投影到lc图案化控制系统上。lc图案化控制系统对这种光束施加空间变化调制。由于双折射，针对具有不同状态的像素，穿过lc的光的相位将被不同地调制。结果，如上所述，lc图案化控制系统可以例如形成图像、根据相干光来形成全息图等。在一些实施例中，lc图案化控制系统可以诸如在上面分别参考图5a-图5b、图6a-图6b和图7a-图7b描述的lc图案化控制系统500、600和700中反射经调制的光。在其他实施例中，lc图案化控制系统可以诸如在上面参考图8a-图8b描述的lc图案化控制系统800中
透射经调制的光。
155.在步骤1308，应用程序确定是否继续到另一时间点。如果应用程序确定继续，则方法1300返回到步骤1302，在步骤1302中，应用程序针对下一个时间点确定lc图案化控制系统的像素的状态。另一方面，如果应用程序确定不继续，则方法1300结束。
156.本文公开的lc图案化控制系统的一个优点在于，使用磁场而不是电场来对准lc允许像素尺寸减小到传统lc器件的限制以下。例如，实施例的像素尺寸可以小于约1μm，诸如约100nm。本文公开的lc图案化控制系统也不受离子屏蔽的影响。此外，各向异性磁体的磁化可以在这种磁体被切换之后被固定，这允许lc保持与由那些磁体产生的磁场对准，而没有功率耗散。这些技术优势代表优于现有技术方法的一个或多个技术进步。
157.在任何权利要求中引用的任何权利要求元素和/或在本技术中以任何方式描述的任何元素的任何和所有组合都落在本公开和保护的预期范围内。
158.出于说明的目的，已经给出了本公开的实施例的前述描述；它并非旨在穷举或将本公开限制于所公开的精确形式。相关领域的技术人员可以理解，鉴于上述公开，许多修改和变化是可能的。
159.本描述的一些部分根据算法和对信息的操作的符号表示来描述本公开的实施例。数据处理领域的技术人员通常使用这些算法描述和表示来向本领域的其他技术人员有效地传达其工作的实质。这些操作虽然在功能上、计算上或逻辑上进行了描述，但应理解为由计算机程序或等效的电路、微代码等来实现。此外，已经证明，在不失一般性的情况下，将操作的这些布置称为模块有时也是方便的。所描述的操作及其相关联的模块可以体现在软件、固件、硬件或其任意组合中。
160.本文描述的任何步骤、操作或过程可以单独地或与其他设备组合地用一个或多个硬件或软件模块来执行或实现。在一个实施例中，软件模块用包括含有计算机程序代码的计算机可读介质的计算机程序产品来实现，该计算机程序代码可以由计算机处理器来执行，以执行所描述的任何或所有步骤、操作或过程。
161.本公开的实施例还可以涉及用于执行本文的操作的装置。该装置可以为所需目的而专门构造，和/或它可以包括由存储在计算机中的计算机程序选择性激活或重新配置的通用计算设备。这种计算机程序可以被存储在非瞬态、有形的计算机可读存储介质中，或者适合于存储电子指令的任何类型的介质中，介质可以耦合到计算机系统总线。此外，说明书中提到的任何计算系统可以包括单个处理器，或者可以是采用多处理器设计以提高计算能力的架构。
162.本公开的实施例还可以涉及由本文描述的计算过程产生的产品。这种产品可以包括由计算过程产生的信息，其中信息被存储在非瞬态、有形的计算机可读存储介质上，并且可以包括本文描述的计算机程序产品的任何实施例或其他数据组合。
163.最后，说明书中使用的语言主要是出于可读性和指导性的目的而选择的，并且其可能没有被选择来描述或限制本发明的主题。因此，本公开的范围不是由该详细描述来限制，而是由基于此的申请中发布的任何权利要求来限制。相应地，实施例的公开旨在说明而非限制本公开的范围，本公开的范围在以下权利要求中阐述。
164.各种实施例的描述是为了说明的目的而呈现的，但并不旨在穷举或限制于所公开的实施例。在不脱离所描述的实施例的范围的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技
术人员来说是显而易见的。
165.本实施例的各方面可以体现为系统、方法或计算机程序产品。相应地，本公开的各方面可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、驻留软件、微代码等)或结合软件方面和硬件方面(这些方面可以在本文中通常被称为“模块”或“系统”)的实施例的形式。此外，本公开的各方面可以采取在其上具有计算机可读程序代码的一个或多个计算机可读介质中所体现的计算机程序产品的形式。
166.可以利用一种或多种计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。例如，计算机可读存储介质可以是但不限于：电子的、磁的、光的、电磁的、红外的或半导体的系统、装置或设备，或前述的任何合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的示例(非穷举列表)将包括以下：具有一条或多条导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式光盘只读存储器(cd-rom)、光存储设备、磁存储设备或前述的任何合适的组合。在本文档的上下文中，计算机可读存储介质可以是能够包含或存储由指令执行系统、装置或设备使用的或结合指令执行系统、装置或设备使用的程序的任何有形介质。
167.上面参考根据本公开实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图图示和/或框图描述了本公开的各方面。应当理解，流程图图示和/或框图的每个框以及流程图图示和/或框图中的框的组合可以由计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以被提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，以产生机器。当经由计算机或其他可编程数据处理装置的处理器执行时，这些指令能够实现流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作。这种处理器可以是但不限于通用处理器、特定用途处理器、专用处理器或现场可编程门阵列。
168.附图中的流程图和框图示出了根据本公开的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现方式的架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个框可以代表模块、代码段或代码部分，其包括用于实现(多个)指定逻辑功能的一个或多个可执行指令。还应当注意，在一些替代实现方式中，框中标注的功能可以不按图中提到的次序发生。例如，连续示出的两个框实际上可以基本上同时被执行，或者这些框有时可以以相反的次序被执行，这取决于所涉及的功能。还将注意到，框图和/或流程图图示的每个框以及框图和/或流程图图示中的框的组合可以由执行指定功能或动作的基于专用硬件的系统或者专用硬件和计算机指令的组合来实现。
169.虽然前述内容针对本公开的实施例，但是在不脱离本公开的基本范围的情况下，可以设计本公开的其他和进一步的实施例，并且本公开的范围由所附权利要求确定。