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TW202511816A - 用於控制可見光透射率之裝置 - Google Patents

用於控制可見光透射率之裝置 Download PDF

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TW202511816A
TW202511816A TW113133089A TW113133089A TW202511816A TW 202511816 A TW202511816 A TW 202511816A TW 113133089 A TW113133089 A TW 113133089A TW 113133089 A TW113133089 A TW 113133089A TW 202511816 A TW202511816 A TW 202511816A
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TW113133089A
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Inventor
保羅 凱恩
Original Assignee
英商弗萊克英納寶技術有限公司
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Abstract

本發明揭露一種裝置，其包含：一第一胞元，其可在至少一第一模式與一第二模式之間電氣切換，該第一模式透射具有正交的第一偏振及第二偏振之可見光，且相對於該第一模式，該第二模式對於具有該第一偏振之可見光比具有該第二偏振之可見光展現較大的透射率之一減小；以及與該第一胞元光學串聯之一第二胞元，其中該第二胞元可在一第三模式與一第四模式之間電氣切換，該第三模式透射具有該第一偏振及該第二偏振之可見光，且相對於該第三模式，該第四模式對於具有該第二偏振之可見光比具有該第一偏振之可見光展現較大的透射率之一減小；該第一胞元包含在該第二胞元之一共同切換區域內之可個別切換的像素區域。

Description

用於控制可見光透射率之裝置
本申請案係關於一種用於控制可見光的透射率之裝置、一種包含該裝置及至少一個光學元件之總成、一種包含該裝置、一處理器及包含用於控制該裝置之指令的一儲存器之設備，以及一種操作此類裝置之方法。
一些光學應用受益於在檢視平面之不同區域之間調整入射可見光之透射率的能力。一種技術涉及使用展現偏振相依性吸收特性之像素化光學組件，且使用光學串聯的二個此類像素化光學組件(各自用於二個正交偏振中之各者)一起調整非偏振光之透射率。
本申請案之發明人已構想不同方法。
提供一種裝置，其包含：一第一胞元，其可在至少一第一模式與一第二模式之間電氣切換，該第一模式透射具有正交的第一偏振及第二偏振之可見光，且相對於該第一模式，該第二模式對於具有該第一偏振之可見光比具有該第二偏振之可見光展現較大的透射率之一減小；以及與該第一胞元光學串聯之一第二胞元，其中該第二胞元可在一第三模式與一第四模式之間電氣切換，該第三模式透射具有該第一偏振及該第二偏振之可見光，且相對於該第三模式，該第四模式對於具有該第二偏振之可見光比具有該第一偏振之可見光展現較大的透射率之一減小；該第一胞元包含在該第二胞元之一共同切換區域內之可個別切換像素區域。
該第一胞元可包含在該第二胞元之該共同切換區域內之一像素電極陣列。
該第一胞元及該第二胞元中之僅一者可包含一可獨立定址像素電極陣列。
該第一胞元可為一像素化胞元，且該第二胞元為一全域胞元。
該第一胞元可包含可在至少該第一模式與該第二模式之間電氣切換之染料分子，且該第二胞元包含可在至少該第三模式與該第四模式之間電氣切換之染料分子。
該第一胞元及該第二胞元可為該等染料分子與液晶材料分子之一混合物，該等染料分子之一定向係藉由該等液晶分子之一可電氣切換定向判定。
該第一胞元及該第二胞元可為豎直對準型液晶胞元。
該第一胞元及該第二胞元可為電控雙折射型液晶胞元。
該裝置可進一步包含：在該第一胞元中之一第一對膜組件，其在染料分子與液晶材料分子之該混合物之任一側，一個膜組件支撐該混合物之一側上的一可個別定址像素電極陣列，且另一膜組件支撐該混合物之另一側上的一共同毯式電極；以及在該第二胞元中之一第二對膜組件，其在染料分子與液晶材料分子之該混合物之任一側，各膜組件支撐該混合物之任一側上的毯式電極。
提供一種總成，其包含：一裝置，該裝置包含：一第一胞元，其可在至少一第一模式與一第二模式之間電氣切換，該第一模式透射具有正交的第一偏振及第二偏振之可見光，且相對於該第一模式，該第二模式對於具有該第一偏振之可見光比具有該第二偏振之可見光展現較大的透射率之一減小；以及與該第一胞元光學串聯之一第二胞元，其中該第二胞元可在一第三模式與一第四模式之間電氣切換，該第三模式透射具有該第一偏振及該第二偏振之可見光，且相對於該第三模式，該第四模式對於具有該第二偏振之可見光比具有該第一偏振之可見光展現較大的透射率之一減小；至少一個另外光學元件。
該至少一個另外光學元件可包含以下各者中之至少一者：一波導、一明度調整組件、一透鏡、一影像產生裝置、一反射減少層，或一保護層。
揭露一種設備，其包含：一第一胞元，其可在至少一第一模式與一第二模式之間電氣切換，該第一模式透射具有正交的第一偏振及第二偏振之可見光，且相對於該第一模式，該第二模式對於具有該第一偏振之可見光比具有該第二偏振之可見光展現較大的透射率之一減小；以及與該第一胞元光學串聯之一第二胞元，其中該第二胞元可在一第三模式與一第四模式之間電氣切換，該第三模式透射具有該第一偏振及該第二偏振之可見光，且相對於該第三模式，該第四模式對於具有該第二偏振之可見光比具有該第一偏振之可見光展現較大的透射率之一減小；至少一個處理器；以及至少一個儲存器，其包含指令，該等指令經組配以藉由該至少一個處理器使得該設備在該第一模式與該第二模式之間切換該第一胞元，且在該第三模式與該第四模式之間切換該第二胞元。
該設備可經組配以該第一胞元及該第二胞元定位於人類頭部之一隻眼睛之一視場中的方式安裝於該人類頭部上。
該設備可包含：一第一透鏡，其包含一第一對該第一胞元及該第二胞元，以及一第二透鏡，其包含一第二對該第一胞元及該第二胞元。
該眼睛之該視場可為一第一隻眼睛之一第一視場，該第一透鏡可經組配以在使用時定位於該第一視場中，且該第二透鏡可在使用時定位於該人類頭部之一第二隻眼睛之一第二視場中。
該設備可為以下各者中之至少一者：一擴增實境顯示裝置、一虛擬實境顯示裝置，或一混合實境顯示裝置。
揭露一種操作一裝置之方法，該裝置包含：一第一胞元，其可在至少一第一模式與一第二模式之間電氣切換，該第一模式透射具有正交的第一偏振及第二偏振之可見光，且相對於該第一模式，該第二模式對於具有該第一偏振之可見光比具有該第二偏振之可見光展現較大的透射率之一減小；以及與該第一胞元光學串聯之一第二胞元，其中該第二胞元可在一第三模式與一第四模式之間電氣切換，該第三模式透射具有該第一偏振及該第二偏振之可見光，且相對於該第三模式，該第四模式對於具有該第二偏振之可見光比具有該第一偏振之可見光展現較大的透射率之一減小；該第一胞元包含在該第二胞元之一共同切換區域內之可個別切換的像素區域，該方法包含：針對該等像素區域中之至少一者以該第一模式操作該第一胞元，且同時針對該等像素區域中之至少一者以該第二模式操作該第一胞元。
該方法可進一步包含在至少該第一模式與該第二模式之間電氣切換該第一胞元之染料分子；以及在至少該第三模式與該第四模式之間電氣切換該第二胞元之染料分子。應瞭解，可藉由上文所描述之態樣中之任何二者或多於二者的組合來提供其他態樣。
各種其他態樣亦描述於以下實施方式及隨附申請專利範圍中。
參考看圖1至圖3，根據一些實例之調光器裝置包含光學串聯之二個客體-主體液晶(LC)胞元A及B。圖1展示在裝置之前側上之客體-主體胞元A，但替代地，客體-主體胞元B可在裝置之前側上。
各客體-主體LC胞元A及B包含在各別對的膜組件2、4及6、8之間含有的各別體積10、12之液晶分子與二向色(或負二向色)染料分子之混合物。膜組件2、4、6、8各自包含支撐用於在至少二個模式之間切換LC-染料混合物之至少各別電極14、16、18、20的各別支撐膜(例如，有機聚合物/塑膠膜) 22、24、26、28。支撐膜22、24、26、28支撐圖中未展示之其他元件，諸如用於解決電極14、16、18、20之電路系統，及用於將胞元之膜組件黏結在一起且側向地圍阻LC/染料混合物之密封劑/黏著劑。支撐膜22、24、26、28亦可支撐例如與LC/染料混合物10、12介接之LC對準層(例如，經摩擦的聚醯亞胺(PI)層)，及在支撐膜22、24、26、28上原位形成之間隔物以增加LC-染料混合物10、12之厚度在整個作用區域上的均勻性。
染料分子在液晶分子之定向改變後即刻展現定向改變。染料分子對可見光之吸收程度取決於染料分子之定向及光之偏振。對於正二向色染料，對於電場平行於染料分子之長軸的光較之於電場垂直於染料分子之長軸的光展現更大吸收率；且對於負二向色染料而言，情況相反。
胞元A可在至少透射模式與調光模式之間電氣切換，該透射模式用於透射具有正交的第一偏振及第二偏振二者之可見光，且該調光模式對於具有該第一偏振之可見光相對於具有該第二偏振之可見光展現透射率之一較大減小(相對於該透射模式)。胞元B可在至少透射模式與調光模式之間電氣切換，該透射模式用於透射具有正交的第一偏振及第二偏振二者之可見光，且該調光模式對於具有該第二偏振之可見光相對於具有該第一偏振之可見光展現透射率之一較大減小(相對於透射模式)。
胞元A為像素化胞元，且胞元B為全域胞元。
胞元A包含在LC-染料混合物10之一側上的可個別定址像素電極14之陣列及在LC-染料混合物10之另一側上的共同毯式電極16。可個別定址像素電極14之陣列准許LC-染料混合物10相對於一或多個其他像素區域改變針對一或多個像素區域之透射率(對於第一偏振之可見光)。像素電極陣列之像素電極14中之各者可透過被動矩陣電路系統或主動矩陣電路系統個別定址。根據另一實例，像素可透過包括用於各像素之專用定址導體的直接驅動(分段式)電路系統(無任何矩陣)直接定址。胞元A之像素區域的電氣切換係藉由改變跨各別像素電極14及共同電極之電位來達成。
胞元B包含在LC-染料混合物12之二側上的共同毯式電極18、20。對於胞元B，無像素化用於切換LC-染料混合物12之透射率(對於具有第二偏振之可見光)。胞元B之切換受限於涵蓋胞元A之整個像素電極陣列之整個區域的切換。藉由在胞元B之LC-染料混合物之相對側上改變跨胞元之電極18、20的電位來達成該胞元之電氣切換。
根據一個實例，藉由相同地改變跨LC-染料混合物10、12之電位來達成胞元A及B二者之透射率減小(對於具有各別偏振之可見光)。
舉例而言，LC胞元A及B二者可為豎直對準(VA)型LC胞元，且可藉由自跨LC-染料混合物10、12之相對較小(例如，零)電位改變為跨LC-染料混合物10、12之較大電位而達成胞元A及B二者之透射率減小。
以下表1展示用於二個胞元A及B之電氣輸入之四個組合的個別像素區域之總輸出。
全域胞元B 像素化胞元A中之個別像素 個別像素區域之總透射率
斷開(清透) 斷開(清透) 高
接通(黑暗) 接通(黑暗) 低
斷開(清透) 接通(黑暗) 中等
接通(黑暗) 斷開(清透) 中等
表1
斷開係指跨LC-染料混合物之實質上零電位，且接通係指跨LC-染料混合物之較大電位。
或者，胞元A及B二者可為電控雙折射(ECB)型胞元，且可藉由自跨LC-染料混合物10、12之較大電位改變為跨LC-染料混合物10、12之較小電位(例如，實質上零)而達成透射率之減小。
以下表2展示用於二個胞元A及B之電氣輸入之四個組合的個別像素區域之總輸出。
全域胞元B 像素化胞元A中之個別像素 個別像素區域之總透射率
斷開(黑暗) 斷開(黑暗) 低
接通(清透) 接通(清透) 高
斷開(黑暗) 接通(清透) 中等
接通(清透) 斷開(清透) 中等
表2
再次，斷開係指跨LC-染料混合物之實質上零電位，且接通係指跨LC-染料混合物之較大電位。
舉例而言，分別針對黑暗/黑暗、黑暗/清透及清透/清透組合，測試裝置中已達成約18.5%、44%及65%之總透射率值。
如下文將論述，調光器裝置可形成擴增實境(AR)頭戴式套件之部分。在頭戴式套件用於明亮戶外條件時，使全域胞元B處於黑暗模式可係有用的。藉由光引擎向頭戴式套件之使用者呈現虛擬物件之區域中的胞元A像素接著處於黑暗模式，且不藉由光引擎向使用者呈現虛擬物件之區域中的胞元A像素接著處於清透模式。
當AR頭戴式套件用於中間照明條件或室內暗淡條件時，使全域胞元B處於清透模式可為有用的。取決於光引擎是否需要來自調光器裝置之輔助來針對真實背景將虛擬物件清楚地呈現給使用者而定，藉由光引擎向頭戴式套件之使用者呈現虛擬物件之區域中的胞元A像素可接著處於黑暗模式或清透模式。
根據一個實例，處於黑暗模式中之全域胞元B對於具有豎直偏振之可見光比具有水平偏振之可見光展現較大的透射率之減小，且處於黑暗模式中之像素化胞元A對於具有水平偏振之可見光比具有豎直偏振之可見光展現較大的透射率之減小。以黑暗模式操作胞元B且以清透模式操作胞元A之像素由此對於彼等像素區域提供與偏光太陽鏡相同種類之眩光降低效果。
以上描述提及在二個模式(最大透射模式及最小透射模式)之間切換，但技術可經擴展以在二個以上模式(包括在最大透射模式與最小透射模式之間的中間透射模式)之間切換二個胞元A及B中之一者或二者。
相較於提供二個光學串聯之像素化胞元之方法，上述調光器裝置需要較不嚴格的對準程序用於其裝配。另外，對於包含黑矩陣(諸如主動矩陣型像素化胞元)之像素化胞元類型之實例，將像素化胞元之數目自二個減少至一個可提供展現較少視差之調光器裝置。
上文所描述之調光器裝置可例如用於諸如可切換透鏡裝置或光束轉向裝置之液晶裝置內。舉例而言，裝置可為或包含自適應性光學透鏡，該自適應性光學透鏡包含包括根據本文中實例中之任一者的調光器裝置之液晶裝置。此類裝置可為或包含頭戴式套件，該頭戴式套件可被稱作頭戴式顯示器(HMD)。
包括上文所描述之調光器裝置的液晶裝置適用於廣泛範圍之應用，包括眼用透鏡(諸如眼鏡片)、虛擬實境(VR)、混合實境(MR)及擴增實境(AR)頭戴式套件；光學投影儀；攝影裝置；以及通訊裝置。
調光器裝置可用於擴增實境(AR)頭戴式套件，諸如圖4中所示之頭戴式套件。圖4展示併有上文所描述的調光器裝置之AR頭戴式套件之表示。
頭戴式套件40包含支撐框架42，該支撐框架支撐以光學串聯方式配置在使用者眼睛前方的光學組件。
至少一個光學組件，諸如圖4中所展示之光學組件中之一或多者，可被認為對應於或為總成之部分，該總成可被認為係包含根據本文中之實例之至少一個液晶胞元的顯示堆疊。在諸如圖4之實例的實例中，此類總成包括根據本文中實例之液晶胞元之堆疊。在圖4之實例中，推動透鏡48a包括液晶胞元之至少一個堆疊，拉動透鏡48b包括液晶胞元之至少一個堆疊，且總成包括推動透鏡48a、波導50、拉動透鏡48b、可變調光器裝置46 (其為明度調整組件之實例)及前窗/透鏡44。
堆疊之液晶胞元可沿著共同光軸而對準。然而，在一些情況下，堆疊之液晶胞元中之至少二者的光軸可在與液晶胞元中之至少一者的徑向電極圖案之平面平行的方向上彼此偏移，其限制條件為橫穿總成之光橫穿堆疊之液晶胞元。圖4為了表示清楚起見僅展示用於頭戴式套件之一半的光學組件，但亦為頭戴式套件之另一半提供光學組件之匹配集合。
頭戴式套件之波導50分別顯示一或多個虛擬實境物件之左視角及右視角，使用者藉由該等視角將一或多個虛擬實境物件感知為3D物件。或者，可使用其他機制以顯示一或多個虛擬實境物件之左視角/右視角，諸如雷射投影。
使用者之左眼及右眼需要相對於彼此旋轉以使得虛擬實境物件之左視角及右視角同時經引導至使用者之各別左眼及右眼的中央凹(其為視網膜之部分，負責視覺細節至關重要的活動所必需之清晰中心視覺)上的程度判定使用者感知虛擬實境物件所處的距離。此機制被稱作「輻輳(vergence)」。
上文所描述之LC光學透鏡裝置可用作自適應性透鏡裝置，以控制使用者之眼睛感知焦點對準(亦即，不模糊)的所顯示虛擬實境物件之左/右視角的位置，該位置可被稱作焦平面。換言之，上文所描述之LC光學透鏡裝置可用作自適應性透鏡裝置，以控制使用者之眼睛中的透鏡需要適應以感知焦點對準(亦即，不模糊)的虛擬實境物件之左視角及右視角的程度。使用者之眼睛中的透鏡之此適應機制被稱為調節。
上文所描述之LC光學透鏡裝置可用以實質上在距使用者眼睛某一距離處產生虛擬實境物件之左/右視角的光學影像(真實的或虛擬的)，使用者透過以上所論述之輻輳機制感知虛擬實境物件將處於該距離處。此可允許使用者在不破壞輻輳調節反射的情況下感知虛擬實境物件之聚焦3D影像，藉由該輻輳調節反射，透鏡在使用者眼睛中的聚焦作用(調節)無意識地與左眼及右眼相對於彼此之上述旋轉(輻輳)相關聯。換言之，LC光學透鏡裝置可用以避免或減小使用者眼睛上之可由於輻輳機制與調節機制之間的衝突(被稱作輻輳調節衝突)所致的疲勞。
根據本文中之實例的液晶裝置可提供較低複雜度及/或較高品質系統，以主動地調整焦點以補償虛擬物件與透過安裝在各隻眼睛前方的光學組件對頭戴式套件之使用者可見的真實世界環境之間的焦差。此例如允許以一致方式將所感知及實際影像深度結合在一起，從而改良使用者舒適度。
在圖4中，頭戴式套件40准許來自頭戴式套件40周圍之真實世界環境的光至少部分地透射通過光學組件並到達使用者之眼睛。在此實例中，光學組件至少部分透明。在晴天，環境之明度在室外可明顯高於室內，諸如高約100倍。當使用者在室外操作頭戴式套件時，此可導致虛擬物件出現褪色且難以看到，除非適當地控制自環境透射至使用者之光的明度。在圖4中，可變調光器裝置46控制通過光學組件且朝向眼睛透射之光的量，例如，以便降低在明亮條件下自環境朝向使用者透射之光的明度，且可用以提供環境調光以對通過頭戴式套件40透射之環境光進行調光。
可變調光器裝置46可提供所謂的全域調光，其中來自環境之光的明度在可變調光器裝置46面向使用者之平面範圍內經調整實質上相同的量(例如，以跨越可變調光器裝置46之整個表面區域將光之明度降低實質上相同的量)。換言之，全域調光可允許以實質上空間上均一的方式控制透射通過可變調光器裝置46之光的明度(例如，以便提供跨越使用者之視場的明度之實質上空間上均一的降低)。
可變調光器裝置46亦可或替代地提供局域調光，其中可變調光器裝置46係可調整的以逐區域地控制自環境透射之光的明度(其中區域可對應於單一像素或多個像素)。可變調光可涉及跨越小於可變調光器裝置46之全部表面區域調整明度，諸如在小於可變調光器裝置46之表面區域的子區域內調整明度。然而，在其他情況下，局部調光可涉及跨越局部調光器裝置46之整個表面區域調整明度，但在表面區域之至少二個部分中調整不同的量。
儘管圖4中未展示，但應瞭解，頭戴式套件40可經組配以例如自頭戴式套件40之光感測器獲得指示頭戴式套件40之環境內的光之明度的明度資料。舉例而言，若頭戴式套件40之第一側49a經組配以面向使用者，其中頭戴式套件40安裝於使用者之頭部上，則頭戴式套件40可包括光感測器以偵測頭戴式套件40之與第一側49a相對的第二側49b處之光的明度。可變調光器裝置46可至少部分地基於明度資料來控制，以便調整自頭戴式套件40之第二側朝向使用者透射之光的明度，以改良由頭戴式套件40向使用者顯示之虛擬物件的可見度。
在圖4之實例中，包含本文中實例之至少一個液晶胞元堆疊的第一透鏡(推動透鏡48a)位於波導50與眼睛之間，其中頭戴式套件40在使用中。產生表示虛擬物件之光並將該光透射至波導50，該波導將光導引通過推動透鏡48a並到達眼睛。推動透鏡48a具有聚焦表示虛擬物件之光的聚焦效應，以使得物件焦點對準地呈現給使用者。舉例而言，可產生虛擬物件，以使得其在無窮遠之焦平面處焦點對準。推動透鏡48a可接著使虛擬物件在比無窮遠更接近使用者之焦平面處聚焦，以允許使用者更舒適地聚焦在虛擬物件上。虛擬物件將被聚焦所在之焦平面及因此待由推動透鏡48a應用之聚焦倍率可基於例如由下文進一步論述的合適感測器獲得之眼睛追蹤資料而予以判定，該眼睛追蹤資料指示使用者之眼睛正觀看的方向。
在使用頭戴式套件40之前，外部環境可焦點對準地呈現給使用者。然而，在不存在拉動透鏡48b之情況下，來自外部環境之光將至少部分地透射通過波導50且透射通過推動透鏡48a，且因此將經受由推動透鏡48a提供之聚焦效應。此將使由使用者透過頭戴式套件40檢視之外部環境失真。為了補償由推動透鏡48a引入之失真，圖4之頭戴式套件40包括定位於波導50之與推動透鏡48a相對的側處的第二透鏡(拉動透鏡48b)。拉動透鏡48b對來自環境之橫穿拉動透鏡48b之光應用適當聚焦效應，以至少部分地補償或以其他方式減小由推動透鏡48a引入的聚焦效應。舉例而言，推動透鏡48a及拉動透鏡48b可提供彼此相反之聚焦效應，例如，其中實質上量值相等但正負號相反。作為一實例，推動透鏡48a及拉動透鏡48b中之一者可提供正聚焦倍率，且推動透鏡48a及拉動透鏡48b中之另一者可提供負聚焦倍率，該正聚焦倍率與該負聚焦倍率可實質上量值相等。
在實例中，本文中實例之至少一個透鏡(諸如推動透鏡48a及拉動透鏡48b中之至少一者，且在一些情況下，推動透鏡48a及拉動透鏡48b二者)各自包括根據本文中實例的液晶胞元之所謂的雙合透鏡。雙合透鏡係二個液晶胞元之堆疊。基於液晶之透鏡的聚焦效應可取決於入射於透鏡上之光的偏振。並非使用單獨偏振器組件，使用諸如此之雙合透鏡可提供適當聚焦效應與改良之光透射；在一些實例中，此係藉由將雙合透鏡之一個液晶胞元相對於各液晶胞元經組配以修改光所針對的各別偏振定向而與雙合透鏡之另一液晶胞元正交地定位來達成。
圖4展示與各種其他光學組件組合之推動透鏡48a及拉動透鏡48b之實例。應瞭解，根據本文中之實例的液晶胞元可與不同於圖4中所展示之光學組件的光學組件組合地使用，以提供功能性之進一步靈活性。此可進一步減小包括液晶胞元之設備的大小及/或重量及/或改良設備之光學效能。舉例而言，包括根據本文中實例之液晶胞元的總成(諸如顯示堆疊)可包括反射減少層(諸如抗反射(AR)塗層)，其可層壓至總成之另一光學組件(諸如前窗/透鏡44)；以及/或保護層(諸如硬塗層)，其用以保護總成免受例如由於磨耗所致之損壞及/或由於曝露於環境條件所致之磨損。
參考圖5，根據一些實例之系統55包含處理器51，該處理器基於儲存於記憶體52中之電腦程式碼而操作以控制影像產生驅動晶片53，以使影像產生系統產生一或多個虛擬實境物件之左/右視角的影像，使用者可藉由該等影像感知虛擬實境物件之3D影像，且經由波導50顯示影像。
儘管圖5中未展示，但應瞭解，可存在二個波導：一個波導將虛擬實境物件之左視角的影像顯示給左眼，且另一波導將虛擬實境物件之右視角的影像顯示給右眼，如參考圖5所進一步論述。可進一步存在二個影像產生系統：一個影像產生系統產生虛擬實境物件之左視角的影像，且另一影像產生系統產生虛擬實境物件之右視角的影像(但在一些情況下，單一影像產生系統可產生二個影像或影像產生系統可產生待顯示給二隻眼睛之單一影像)。影像產生系統在下文參考圖6進行進一步論述。來自感測器之輸入饋入至處理器中，以使得處理器能夠控制虛擬實境物件由波導50顯示時所在之位置，以用於將一或多個虛擬實境物件無縫疊加至使用者之真實環境的使用者視圖中。
基於自感測使用者眼睛之移動的一或多個感測器54饋入至處理器51中的輸入及/或基於由波導50顯示之內容，處理器51控制自適應性透鏡驅動晶片38以達成在距使用者眼睛某一距離處達成波導之顯示器輸出的光學影像之上述產生所需的光學聚焦倍率(屈光度)，在該距離處，使用者經判定為正觀看的虛擬內容(例如，透過追蹤使用者眼睛)意欲由使用者感知(透過上文所描述之輻輳機制)。驅動晶片係控制器之實例，該控制器可例如經由經合適組配之電路系統以硬體實施。在一些情況下，驅動晶片可包括或被視為實施至少一個處理器。
圖6示意性地繪示根據另外實例之設備60的硬體架構。設備60包含根據本文中之實例之至少一個液晶胞元堆疊。在圖6中，設備60經組配以在使用中安裝在人類頭部上，例如使用者頭部上，其中液晶胞元堆疊定位在頭部之眼睛之視場中。在圖6之實例中，設備60係用於向頭戴式套件之穿戴者顯示虛擬影像的AR頭戴式套件，且可類似於或相同於圖4之頭戴式套件40。然而，在其他實例中，包括與圖6之設備60類似的硬體架構之設備可經組配用於不同目的，可包括額外組件及/或可省略圖6中所繪示之組件中的至少一者。
圖6之設備60包括光學系統62、影像產生系統64、至少一個處理器66、儲存器68、至少一個感測器70、使用者輸入/輸出介面72、通訊系統74及至少一個另外硬體系統76。設備60之組件經由至少一個匯流排78彼此連接，該至少一個匯流排可為或包括用於在所繪示組件之間傳送資料的任何合適介面或匯流排。
光學系統62包括第一總成及第二總成，該第一總成及該第二總成在此實例中分別為第一顯示堆疊62a及第二顯示堆疊62b。第一顯示堆疊62a包含例如配置為層堆疊之第一組光學組件。設備60經組配以准許在設備60在使用中且安裝在頭部上的情況下將來自外部環境之光至少部分地透射通過第一顯示堆疊62a並朝向使用者之第一隻眼睛透射。換言之，在設備60具有經組配以在使用中面向使用者之第一側(例如，圖4之第一側49a)的情況下，第一顯示堆疊62a經配置用於將來自第二側之光導向第一隻眼睛(在此情況下，透過第一顯示堆疊62a)。在此情況下，第一顯示堆疊62a包括圖X中所展示之光學組件，亦即，推動透鏡48a、波導50、拉動透鏡48b (其中推動透鏡48a及拉動透鏡48b各自為根據本文中實例的液晶裝置之實例)、可變調光器裝置46以及前窗/透鏡44。第一顯示堆疊62a之推動透鏡48a及/或拉動透鏡48b可被視為包含根據本文實例的液晶胞元堆疊中之第一至少一者的第一透鏡。第一透鏡經組配以在使用中定位於第一隻眼睛(例如，使用者之第一隻眼睛)之第一視場中。
在圖6中，第二顯示堆疊62b包含第二組光學組件，在此實例中，該第二組光學組件與第一組光學組件相同，但經組配以在設備60在使用中之情況下朝向使用者之第二隻眼睛透射光。換言之，第二顯示堆疊62b經配置以將來自設備60之第二側之光導向第二隻眼睛。因此，在此實例中，第二顯示堆疊62b之推動透鏡及/或拉動透鏡可被視為包含根據本文實例的液晶胞元堆疊中之第二至少一者的第二透鏡。第二透鏡經組配以在使用中定位於第二隻眼睛(例如，使用者之第二隻眼睛)之第二視場中。應瞭解，第一透鏡在使用中可僅對第一隻眼睛可見或對第一隻眼睛及第二隻眼睛二者可見，並且第二透鏡在使用中可僅對第二隻眼睛可見或對第一隻眼睛及第二隻眼睛二者可見。
第二顯示堆疊62b之元件在堆疊之至少一個層中的空間配置可與第一顯示堆疊62a之對應元件在第一光學配置62a之堆疊之對應層中的空間配置成鏡像，如反映在設備60之矢狀平面(其可被稱作設備60之縱向平面，且例如在設備在使用中的情況下分離設備之左側及右側)中。然而，在其他情況下，第一顯示堆疊62a與第二顯示堆疊62b可具有彼此不同之結構。應瞭解，光學系統62可包括另外組件，例如圖6中未展示之另外光學組件。
設備60亦包括影像產生系統64，該影像產生系統用以產生待向設備60之使用者顯示的虛擬物件之影像，使得該虛擬物件對使用者而言呈現為覆疊於外部環境之頂部上，該外部環境透過光學系統62至少部分地對使用者可見。影像產生系統64可為或包括顯示裝置以產生影像(例如，虛擬物件之影像)以供設備60顯示給使用者。顯示裝置可為液晶顯示器(LCD)裝置、發光二極體(LED)顯示裝置(諸如有機發光二極體(OLED)顯示裝置)、電致發光(EL)顯示裝置等等。在圖6之實例中，影像產生系統64與光學系統62進行光學通訊。舉例而言，若設備60呈圖4之頭戴式套件40的形式，則影像產生系統64可由支撐框架42容納。由影像產生系統62產生的表示虛擬物件之光可直接地(例如，不橫穿另一光學組件)或經由至少一個另外光學組件而透射至光學系統(例如，透射至諸如圖4中所示之波導50的波導)。在一些情況下，影像產生系統可包括二個顯示裝置，第一顯示裝置用於第一隻眼睛且第二顯示裝置用於第二隻眼睛，例如在需要向第一隻眼睛顯示第一影像且向第二隻眼睛顯示第二影像的情況下。在其他實例中，單一顯示裝置可用以產生待向第一隻眼睛及第二隻眼睛二者顯示之影像。
在圖6之實例中，影像產生系統64展示為與光學系統62分離之系統。然而，在其他實例中，影像產生系統可形成光學系統之部分。舉例而言，光學系統之總成(諸如顯示堆疊)可包括影像產生系統，諸如顯示裝置。
設備60之至少一個處理器66可為單一處理器或一或多種類型之多個處理器。至少一個處理器66之組件可使用例如呈電路系統形式之經合適規劃硬體來實施。至少一個處理器66可包括中央處理胞元(CPU)、圖形處理胞元(GPU)及/或神經處理胞元(NPU)，其可被稱作神經網路加速器。
在一些實例中，設備，諸如圖6之設備60，包括連接至與液晶胞元堆疊之電極圖案連接的至少一個電氣連接件之驅動電路系統，以跨越液晶胞元堆疊之液晶胞元的一或多個電極集合施加電位差。所施加電位差(諸如所施加電位差之量值及/或時序)可由至少一個處理器66及/或由驅動電路系統，諸如由驅動電路系統之至少一部分實施的控制器，基於儲存於儲存器中之指令而判定。
若電位差係由驅動電路系統判定，則電位差之判定可由自至少一個處理器接收之指令發起，諸如指示虛擬物件將被顯示且一或多個電極集合因此將啟動以使得虛擬物件焦點對準地呈現給使用者的指令。以此方式，驅動電路系統對於自其中接收指令之至少一個處理器而言可為不可知的。換言之，驅動電路系統之操作可例如獨立於用以控制驅動電路系統之至少一個處理器，以使得可達成相同效應而無關於耦接至驅動電路系統之至少一個處理器(其限制條件為，至少一個處理器向驅動電路系統提供適當指示以使驅動電路系統判定合適的電位差)。
可由驅動電路系統之至少一個驅動器將電位差施加至電氣連接件，該至少一個驅動器諸如為圖5之自適應性透鏡驅動晶片38，其為驅動器之實例。由至少一個驅動器施加電位差可被視為相當於經由電氣連接件對電極圖案之所謂的「驅動」。驅動電路系統可呈至少一個晶片上系統(SoC)之形式。
儲存器68可為或可包括電腦可使用之依電性及/或非依電性記憶體。儲存器68可包含隨機存取記憶體(RAM)及/或唯讀記憶體(ROM)。儲存器68可自設備60移除或不可移除。儲存器68儲存用於控制根據本文中之實例之設備60的指令，例如以啟動液晶胞元堆疊之液晶胞元的一或多個電極集合。舉例而言，電極集合之啟動係指在連接至電極集合之至少二個接頭之間施加電位差。指令可呈電腦可讀指令及/或可執行指令形式，例如電腦程式指令。儘管儲存器68在圖6中展示為與至少一個處理器66分離之組件，但在一些情況下，儲存器68可為或包括至少一個處理器66之內部儲存器，在此類情況下，至少一個處理器66與儲存器68可至少部分地整合至相同系統或組件中。
在此實例中，至少一個感測器70經組配以在使用中獲得設備之眼睛追蹤資料，該眼睛追蹤資料例如指示使用者之至少一隻眼睛正觀看的方向，如熟習此項技術者應瞭解。可為各隻眼睛獲得眼睛追蹤資料，或可為使用者之單隻眼睛或為使用者之二隻眼睛的組合獲得眼睛追蹤資料。用於獲得眼睛追蹤資料之合適感測器包括：用於獲得使用者之至少一隻眼睛之影像的攝影機70a、用於判定設備60之定向的慣性量測胞元(IMU) 70b及用以判定設備60之位置的至少一個位置感測器70c，諸如全球定位系統(GPS)感測器。如熟習此項技術者應瞭解，IMU 70b可包括至少一個加速器或陀螺儀以供用於判定設備60之定向。至少一個液晶胞元之聚焦效應可基於眼睛追蹤資料予以控制，例如以便減少使用者眼睛應變，如上文進一步描述。
設備60亦包括使用者輸入/輸出介面72，使用者可經由該使用者輸入/輸出介面與設備60交互以控制設備60之態樣。舉例而言，使用者輸入/輸出介面72可為或包括輸入裝置，諸如按鈕、觸控螢幕、滑桿、控制器或用於將使用者請求傳達至設備60以控制設備60的任何其他合適之裝置。
設備60包括通訊系統74，該通訊系統用於例如經由合適電信網路(諸如無線網路)或經由某其他類型之網路或連接而自遠端系統接收資料。通訊系統74可包括用於自遠端系統接收資料之輸入/輸出介面，諸如藍牙連接器、通用串列匯流排(USB)連接器或網路連接器。
圖6之設備60包括用於將電力提供至設備60之電氣組件的至少一個另外硬體系統76，諸如電源，例如電池。
上文已針對光學聚焦裝置之實例描述一些實例，但相同技術已應用於諸如光束轉向光學器件之其他領域中。
其他實例係關於一種操作根據本文中之實例中之任一者的裝置之方法。
本文中所使用之術語「實質上」可被認為意謂「實質上」相同的二個元件：在製造公差內相同、在量測不確定性內相同及/或在彼此之5%內。
除了上文明確提及之任何修改以外，對於熟習此項技術者而言將顯而易見的係，可在本發明之範疇內進行所描述實例之各種其他修改。
本申請人特此在以下限度內單獨地揭露本文中所描述的各個別特徵及二個或更多個此類特徵之任何組合：此類特徵或組合能夠鑒於熟習此項技術者之公共常識基於本說明書整體進行，而不顧及此類特徵或特徵組合是否解決本文中所揭露的任何問題，且不限制申請專利範圍之範疇。本申請人指示，本發明之態樣可由任何此類個別特徵或特徵組合組成。
2,4,6,8:膜組件 10,12:體積,LC/染料混合物 14:電極,可個別定址像素電極,像素電極 16,18:電極,共同毯式電極 20:電極 22,24,26,28:支撐膜 38:自適應性透鏡驅動晶片 40:頭戴式套件 42:支撐框架 44:前窗/透鏡 46:可變調光器裝置,局部調光器裝置 48a:推動透鏡 48b:拉動透鏡 49a:第一側 49b:第二側 50:波導 51,66:處理器 52:記憶體 53:影像產生驅動晶片 54,70:感測器 55:系統 60:設備 62:光學系統,影像產生系統 62a:第一顯示堆疊, 第一光學配置 62b:第二顯示堆疊 64:影像產生系統 68:儲存器 70a:攝影機 70b:慣性量測胞元,IMU 70c:位置感測器 72:使用者輸入/輸出介面 74:通訊系統 76:硬體系統 78:匯流排 A,B:客體-主體液晶(LC)胞元
僅作為實例，參考附圖在下文中詳細描述實例，在附圖中： 圖1展示調光器裝置之元件之一實例的表示； 圖2展示調光器裝置之元件之一實例的另一表示； 圖3展示調光器裝置之電極之一實例的表示； 圖4展示併有調光器裝置之實例頭戴式套件之表示； 圖5展示用於操作圖4之頭戴式套件的系統之一實例的表示；以及 圖6示意性地展示設備之一實例。
2,4,6,8:膜組件
10,12:體積，LC/染料混合物
14:電極，可個別定址像素電極，像素電極
16,18:電極，共同毯式電極
20:電極
22,24,26,28:支撐膜
A,B:客體-主體液晶(LC)胞元

Claims (18)

  1. 一種裝置，其包含： 一第一胞元，其可在至少一第一模式與一第二模式之間電氣切換，該第一模式透射具有正交的第一偏振及第二偏振之可見光，且相對於該第一模式，該第二模式對於具有該第一偏振之可見光比具有該第二偏振之可見光展現較大的透射率之一減小；以及 與該第一胞元光學串聯之一第二胞元，其中該第二胞元可在一第三模式與一第四模式之間電氣切換，該第三模式透射具有該第一偏振及該第二偏振之可見光，且相對於該第三模式，該第四模式對於具有該第二偏振之可見光比具有該第一偏振之可見光展現較大的透射率之一減小； 該第一胞元包含在該第二胞元之一共同切換區域內之可個別切換的像素區域。
  2. 如請求項1之裝置，該第一胞元包含在該第二胞元之該共同切換區域內的一像素電極陣列。
  3. 如請求項1之裝置，該第一胞元及該第二胞元中之僅一者包含一可獨立定址像素電極陣列。
  4. 如請求項1之裝置，該第一胞元為一像素化胞元，且該第二胞元為一全域胞元。
  5. 如前述請求項中任一項之裝置，該第一胞元包含可在至少該第一模式與該第二模式之間電氣切換的染料分子；且該第二胞元包含可在至少該第三模式與該第四模式之間電氣切換的染料分子。
  6. 如前述請求項中任一項之裝置，該第一胞元及該第二胞元包含該等染料分子與液晶材料分子之一混合物，該等染料分子之一定向係藉由該等液晶分子之一可電氣切換定向判定。
  7. 如請求項6之裝置，該第一胞元及該第二胞元為豎直對準型液晶胞元。
  8. 如請求項6之裝置，該第一胞元及該第二胞元為電控雙折射型液晶胞元。
  9. 如請求項5至8中任一項之裝置，其進一步包含： 在該第一胞元中之一第一對膜組件，其在染料分子與液晶材料分子之該混合物之任一側，一個膜組件支撐該混合物之一側上的一可個別定址像素電極陣列，且另一膜組件支撐該混合物之另一側上的一共同毯式電極；以及 在該第二胞元中之一第二對膜組件，其在染料分子與液晶材料分子之該混合物之任一側，各膜組件支撐該混合物之任一側上的毯式電極。
  10. 一種總成，其包含： 一裝置，其包含： 一第一胞元，其可在至少一第一模式與一第二模式之間電氣切換，該第一模式透射具有正交的第一偏振及第二偏振之可見光，且相對於該第一模式，該第二模式對於具有該第一偏振之可見光比具有該第二偏振之可見光展現較大的透射率之一減小；以及 與該第一胞元光學串聯之一第二胞元，其中該第二胞元可在一第三模式與一第四模式之間電氣切換，該第三模式透射具有該第一偏振及該第二偏振之可見光，且相對於該第三模式，該第四模式對於具有該第二偏振之可見光比具有該第一偏振之可見光展現較大的透射率之一減小， 至少一個另外光學元件。
  11. 如請求項10之總成，其中該至少一個另外光學元件包含以下各者中之至少一者：一波導、一明度調整組件、一透鏡、一影像產生裝置、一反射減少層或一保護層。
  12. 一種設備，其包含： 一第一胞元，其可在至少一第一模式與一第二模式之間電氣切換，該第一模式透射具有正交的第一偏振及第二偏振之可見光，且相對於該第一模式，該第二模式對於具有該第一偏振之可見光比具有該第二偏振之可見光展現較大的透射率之一減小；以及 與該第一胞元光學串聯之一第二胞元，其中該第二胞元可在一第三模式與一第四模式之間電氣切換，該第三模式透射具有該第一偏振及該第二偏振之可見光，且相對於該第三模式，該第四模式對於具有該第二偏振之可見光比具有該第一偏振之可見光展現較大的透射率之一減小， 至少一個處理器；以及 至少一個儲存器，其包含指令，該等指令經組配以藉由該至少一個處理器使得該設備在該第一模式與該第二模式之間切換該第一胞元，且在該第三模式與該第四模式之間切換該第二胞元。
  13. 如請求項12之設備，其經組配以該第一胞元及該第二胞元定位於人類頭部之一隻眼睛之一視場中的方式安裝於該人類頭部上。
  14. 如請求項13之設備，其包含： 一第一透鏡，其包含一第一對該第一胞元及該第二胞元，以及 一第二透鏡，其包含一第二對該第一胞元及該第二胞元。
  15. 如請求項14之設備，該眼睛之該視場為一第一隻眼睛之一第一視場，該第一透鏡經組配以在使用時定位於該第一視場中，且該第二透鏡在使用時定位於該人類頭部之一第二隻眼睛之一第二視場中。
  16. 如請求項12至15中任一項之設備，其中該設備為以下各者中之至少一者：一擴增實境顯示裝置、一虛擬實境顯示裝置，或一混合實境顯示裝置。
  17. 一種操作一裝置之方法，該裝置包含： 一第一胞元，其可在至少一第一模式與一第二模式之間電氣切換，該第一模式透射具有正交的第一偏振及第二偏振之可見光，且相對於該第一模式，該第二模式對於具有該第一偏振之可見光比具有該第二偏振之可見光展現較大的透射率之一減小；以及 與該第一胞元光學串聯之一第二胞元，其中該第二胞元可在一第三模式與一第四模式之間電氣切換，該第三模式透射具有該第一偏振及該第二偏振之可見光，且相對於該第三模式，該第四模式對於具有該第二偏振之可見光比具有該第一偏振之可見光展現較大的透射率之一減小； 該第一胞元包含在該第二胞元之一共同切換區域內之可個別切換的像素區域， 該方法包含：針對該等像素區域中之至少一者以該第一模式操作該第一胞元，且同時針對該等像素區域中之至少一者以該第二模式操作該第一胞元。
  18. 如請求項17之方法，其進一步包含在至少該第一模式與該第二模式之間電氣切換該第一胞元之染料分子；以及在至少該第三模式與該第四模式之間電氣切換該第二胞元之染料分子。
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