CN114127591A - 光致变色光学元件 - Google Patents

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Abstract

光学元件(200)包括第一边界层(220)和第二边界层(240)。溶液(230)被设置在第一边界层和第二边界层之间。溶液包括与椭圆形光致变色染料分子混合的液晶(235)。

Description

光致变色光学元件
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年10月5日提交的美国临时申请号62/911,211的优先权，该申请通过引用并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及光致变色光学元件和包括光致变色光学元件的头戴式设备。
背景技术
光致变色透镜通常被用于处方眼镜和非处方太阳镜。在一些光致变色透镜中，例如，透镜中包括的光致变色分子响应于紫外光而减少通过透镜的入射光的透射(变暗)。然而，在某些热环境中，由于光致变色分子的透明度相对于温度发生变化，光致变色透镜的不均匀变暗可能变得很明显。
发明内容
根据本发明的一个方面的光学元件包括：场景侧透明边界层；目视透明边界层；以及设置在场景侧透明边界层与目视透明边界层之间的溶液，溶液包括与椭圆形光致变色染料分子混合的液晶。
在一些实施例中，液晶被配置为响应于升高的温度而变得越来越无序，并且其中椭圆形光致变色染料分子被配置为与液晶配向，并且随着液晶的无序增加，增加椭圆形光致变色染料分子相对于入射光的截面。
在一些实施例中，椭圆形光致变色染料分子与液晶匹配来抵消椭圆形光致变色染料分子响应于升高的温度而导致的吸收减少，使得当跨光学元件存在温度梯度时，入射光的透射跨光学元件近似相等。
在一些实施例中，入射光近似垂直于场景侧透明边界层而入射到场景侧透明边界层上，并且其中液晶的长轴被自配向为近似垂直于场景侧透明边界层和目视透明边界层。
在一些实施例中，液晶的第一折射率基本上等于椭圆形光致变色染料分子的第二折射率。
在一些实施例中，液晶为棒状液晶分子。
在一些实施例中，光学元件还包括：显示光学元件，其被配置为向包括光学元件的头戴式设备的佩戴者的眼睛呈现图像。
根据本发明的另一方面的光学元件包括：第一透明导电层；第二透明导电层；以及设置在第一透明导电层和第二透明导电层之间的溶液，溶液包括与椭圆形光致变色染料分子混合的液晶，其中跨第一透明导电层和第二透明导电层施加的电压控制液晶相对于第一透明导电层和第二透明导电层的配向。
在一些实施例中，通过增加液晶在第一透明导电层和第二透明导电层之间的配向，增加跨第一透明导电层和第二透明导电层的电压来增加通过光学元件的光透射。
在一些实施例中，液晶被配置为响应于升高的温度而变得越来越无序，并且其中椭圆形光致变色染料分子被配置为与液晶配向并且随着液晶的无序增加，相对于入射光，增加椭圆形光致变色染料分子的截面。
在一些实施例中，椭圆形光致变色染料分子与液晶匹配来抵消椭圆形光致变色染料分子响应于升高的温度而导致的吸收的降低，使得当跨光学元件存在温度梯度时，入射光的透射跨光学元件近似相等。
在一些实施例中，液晶的第一折射率基本上等于椭圆形光致变色染料分子的第二折射率。
在一些实施例中，第一透明导电层和第二透明导电层包括氧化铟锡(ITO)。
根据本发明的进一步方面的头戴式设备包括：框架，其包括在头戴式设备被开启时散热的电子器件；以及在框架中安装的光学元件，其中光学元件接收由框架中的电子器件散发的热量，光学元件包括根据本文所述的本发明的前述方面之一的光学元件。
因此，根据一个方面的头戴式设备包括：包括电子器件的框架，电子器件在头戴式设备被开启时散发热量；以及在框架中安装的光学元件，其中光学元件接收框架中的电子器件散发的热量，光学元件包括：场景侧透明边界层；目视透明边界层；以及设置在场景侧透明边界层与目视透明边界层之间的溶液，溶液包括与椭圆形光致变色染料分子混合的液晶。
在一些实施例中，液晶被配置为响应于升高的温度而变得越来越无序，并且其中椭圆形光致变色染料分子被配置为与液晶配向并且随着液晶的无序增加，相对于入射光，增加椭圆形光致变色染料分子的截面。
在一些实施例中，椭圆形光致变色染料分子与液晶匹配来抵消椭圆形光致变色染料分子响应于升高的温度而导致的吸收的减少，使得当跨光学元件存在温度梯度时，入射光的透射跨光学元件近似相等。
在一些实施例中，入射光近似垂直于场景侧透明边界层而入射到场景侧透明边界层上，并且其中液晶的长轴被自配向为近似垂直于场景侧透明边界层和目视透明边界层。
在一些实施例中，液晶的第一折射率基本上等于椭圆形光致变色染料分子的第二折射率。
在一些实施例中，液晶为棒状液晶分子。
在一些实施例中，光学元件还包括被配置为向头戴式设备的佩戴者的眼睛呈现图像的显示光学元件。
应当理解，本文中描述为适合于并入本发明的特定方面的任何特征旨在跨本公开的任何和所有方面和实施例通用。
附图说明
参考以下附图来描述本发明的非限制性和非穷尽性实施例，其中除非另有说明，否则在各个视图中相同的附图标记指代相同的部分。
图1图示了包括光致变色透镜的眼镜。
图2A-图2C图示了根据本公开的一个实施例的示例光学元件，示例光学元件包括与椭圆形光致变色染料分子混合的液晶溶液。
图3A-图3C图示了根据本公开的一个实施例的液晶在第二温度的配向以及椭圆形光致变色染料分子在第二温度的透射特性。
图4A-图4C图示了根据本公开的一个实施例的液晶在第三温度的配向以及椭圆形光致变色染料分子在第三温度的透射特性。
图5图示了根据本公开的一个实施例的包括光致变色光学元件的头戴式设备。
图6图示了根据本公开的一个实施例的包括光致变色光学元件的头戴式显示器(HMD)。
图7图示了根据本公开的一个实施例的包括波导的光致变色光学元件的俯视图。
具体实施方式
本文描述了光致变色光学元件的实施例。在以下描述中，阐述了许多具体细节来提供对实施例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，可以在没有一个或多个具体细节的情况下，或者使用其他方法、组件、材料等来实践本文描述的技术。在其他情况下，众所周知的结构、材料、或操作未详细示出或描述，以避免混淆某些方面。
贯穿本说明书中对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书在各处出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定指代相同的实施例。此外，特定特征、结构或特性可以在一个或多个实施例中以任何合适的方式组合。
在本公开的一些实施例中，“近眼”可以被定义为包括在诸如头戴式设备或头戴式显示器(HMD)的近眼光学设备正在被使用时，被配置为放置在用户眼睛的35mm内的光学元件。
在本公开的各方面，可见光可以被定义为具有大约380nm-700nm的波长范围。非可见光可以被定义为波长在可见光范围之外的光，诸如紫外光和红外光。波长范围约为700nm-1mm的红外光包括近红外光。在本公开的各方面，近红外光可以被定义为具有大约700nm-1.4μm的波长范围。
在本公开的各方面，术语“透明”可以被定义为具有大于90％的光透射率。在一些方面，术语“透明”可以被定义为具有大于90％的可见光透射率的材料。
当光学元件具有热梯度时，本公开的实施例可以改进光致变色吸收一致性。光致变色元件中使用的吸收染料(光致变色分子)在变热时可能会损失吸收率。例如，头戴式显示器(HMD)中的透镜通常在边缘周围变得更热，并且因此光致变色透镜边缘周围的吸收率小于透镜的较冷的中间部分。为了解决该问题，椭圆形光致变色染料分子可以在溶液中与液晶混合。一些液晶响应于热而变得配向无序。椭圆形光致变色染料分子可能倾向于与无序液晶配向，这可能增加椭圆形光致变色分子暴露于入射光的暴露截面(增加吸收)。光学元件可以包括光致变色单元，其中椭圆形光致变色染料分子与液晶在光致变色单元处混合。在本公开的实施例中，液晶的无序配向特性可以通过增加与液晶配向的椭圆形光致变色染料分子的暴露截面来抵消或部分抵消由热引起的染料吸收降低。因此，即使当跨光学元件存在热梯度时，光学元件(例如光致变色透镜)也可以具有跨光学元件的均匀或基本均匀的透射分布。
在一个实施例中，光致变色光学元件是无源的并且依赖于液晶响应于温度的无序性质，液晶与椭圆形光致变色染料分子配对来生成通过光学元件的更均匀的透射。
在一个实施例中，一个或多个主动快门被用于将光学元件主动驱动到最小吸收取向或最大吸收取向来控制光的透射。主动快门实施例可以包括一个或多个光致变色单元，一个或多个光致变色单元包括与液晶混合的椭圆形光致变色染料分子。光致变色单元可以被设置在对可见光透明的两个电极层(例如，氧化铟锡)之间。电极层可以被数字驱动(关断或导通)或者可以被驱动来提供更细粒度的灰度控制，以更精细地控制通过光学元件的透射。不论光学元件上的温度梯度如何，主动驱动一个或多个主动快门可以提供通过光学元件的更均匀的透射控制。这些和其他实施例结合图1-图7被更详细地描述。
图1图示了包括光致变色透镜172的眼镜199。眼镜199包括与框架164耦合的臂161A和161B。光致变色光学元件172A和172B被包括在框架164中。图1示出了当光致变色光学元件172的外侧具有比光致变色光学元件172的中间(最暗)部分更高的温度时，光致变色光学元件172在光致变色元件172的外侧更具透射性。如果眼镜199是头戴式设备或“智能眼镜”，则从电池、电源、处理器或其他方式散发的热量可能会导致光致变色光学元件172上的热梯度。在某些情况下，光致变色光学元件172的外边缘可能会比光致变色光学元件172的中间热10℃(或更多)，这转化为热梯度，随着光致变色光学元件172的位置接近靠近(或接触)框架164的光致变色光学元件的外边界(边缘)，热梯度增加温度。
图2A-图2C图示了根据本公开的各方面的示例光学元件200，光学元件200包括与椭圆形光致变色染料分子混合的液晶溶液。图2A图示了光学元件200的一部分的俯视图，光学元件200包括第一边界层220、第二边界层240以及设置在第一边界层220和第二边界层240之间的溶液230。当光学元件200被制造以用于与眼镜一起使用时，第一边界层220可以被称为目视透明边界层，并且第二边界层240可以被称为场景侧透明边界层。光学元件200可以是近眼光学元件。溶液230包括与椭圆形光致变色染料分子233混合的多个液晶235。图2A-图4C在功能层级处描绘了液晶235和椭圆形光致变色染料分子233，并且可能不一定按比例绘制。此外，在实际实现方式中，液晶235和椭圆形光致变色染料分子233的浓度可能与图示不同。
图2A图示了液晶235在第一温度的配向以及椭圆形光致变色染料分子233在同一第一温度的透射特性。例如，第一温度可以是20℃。在一些实施例中，第一温度可以是25℃。在一些实施例中，第一温度可以是30℃或更高。
在第一温度，液晶235的长轴236A被自配向为近似垂直于目视透明边界层220和场景侧透明边界层240。液晶235可以是棒状液晶，以便于长轴236A的自配向垂直于目视透明边界层220和场景侧透明边界层240。椭圆形光致变色染料分子233被配置为与液晶235配向，使得椭圆形光致变色染料分子233的长轴234A通常与靠近特定椭圆形光致变色染料分子233的液晶235的长轴236A配向。在图2A的特定图示中，例如，液晶235A的长轴236A被定位为与椭圆形光致变色染料分子233A的长轴234A近似平行。
在图2A中，入射光299A近似垂直于场景侧透明层240而入射到场景侧透明层240上。当入射光299A传播通过溶液230时，入射光299A的一部分被椭圆形光致变色染料分子233吸收。入射光299A未被椭圆形光致变色染料分子233吸收的剩余部分作为剩余光298A离开光学元件200。在图2A-图2C中，椭圆形光致变色染料分子233被图示为具有实心黑色填充，以表示椭圆形光致变色染料分子233在第一温度的高吸收特性。值得注意的是，在一些实现方式中，由于个体分子233可以处于完全吸收或完全透明(透射)状态，因此实心黑色填充可以整体表示图2A-图2C中的椭圆形光致变色染料分子233的相对聚合透射特性。
图2B图示了处于第一温度的光学元件200的一部分的前视图。图2B描绘了进入页面的入射光299A近似垂直于场景侧透明边界层240而与场景侧透明边界层240相遇并且传播通过溶液230和目视透明边界层220。值得注意，由于液晶235被配向为近似垂直于场景侧透明边界层240，所以液晶235的截面和椭圆形光致变色染料分子233的截面(与液晶235配向)接近液晶235的最小可能截面并且接近椭圆形光致变色染料分子233暴露于入射光299A的最小可能截面。因此，虽然椭圆形光致变色染料分子233在第一温度具有高吸收率，但是椭圆形光致变色染料分子233的截面相对较小。
图2C图示了示例液晶235A和示例椭圆形光致变色染料分子233A的放大视图，其图示了液晶235的小截面和椭圆形光致变色染料分子233A面向入射光299A的对应小截面237吸收入射光299A。图2C示出了示例液晶235A的长轴236A在页面内。如上所述，椭圆形光致变色染料分子233的浓度可以与所图示的不同(例如，更浓)。
图3A图示了液晶235在第二温度的配向和椭圆形光致变色染料分子233在第二温度的透射特性。第二温度比第一温度高。例如，第二温度可以比第一温度高5℃。
在第二温度，液晶235的长轴236B不再自配向为垂直于目视透明边界层220和场景侧透明边界层240定向。相反，在图3A中的第二温度，液晶235由于第二温度的升高而轻微无序。由于液晶235轻微无序，液晶235的长轴236不再基本配向，并且因此椭圆形光致变色染料分子233的长轴234B不再垂直于场景侧透明边界层240和目视透明边界层220定向。
在图3A中，入射光299B近似垂直于场景侧透明层240而入射到场景侧透明层240上。当入射光299B传播通过溶液230时，入射光299B的一部分被椭圆形光致变色染料分子233吸收。入射光299B未被椭圆形光致变色染料分子233吸收的剩余部分作为剩余光298B离开光学元件200。在图3A-图3C中，椭圆形光致变色染料分子233被图示为具有斑点填充，以表示椭圆形光致变色染料分子233在第二温度的中间吸收特性。再次，在一些实现方式中，由于个体分子233可以处于完全吸收或完全透明(透射)状态，因此斑点填充可以整体表示图3A-图3C中的椭圆形光致变色染料分子233的相对聚合透射特性。
图3B图示了处于第二温度的光学元件200的一部分的前视图。图3B描绘了进入页面的入射光299B近似垂直于场景侧透明边界层240而与场景侧透明边界层240相遇并且传播通过溶液230和目视透明边界层220。由于液晶235在第二温度轻微无序，所以椭圆形光致变色染料分子233的更大截面(由于它们与轻微无序的液晶235配向而轻微无序)面向入射光299B，并且因此随着入射光299B传播通过溶液230，入射光299B遇到更大截面的椭圆形光致变色染料分子233。然而，椭圆形光致变色染料分子233在第二温度面向入射光299B的较大截面(归因于液晶235在第二温度的轻微无序)通过椭圆形光致变色染料分子233B的减少的吸收而被抵消(或平衡)。因此，剩余光298B的强度可以与剩余光298A的强度相同。
图3C图示了示例液晶235B和示例椭圆形光致变色染料分子233B的放大视图，其图示了液晶235的更大截面和椭圆形光致变色染料分子233B面向入射光299B的对应中间截面237B吸收入射光299B。
图4A图示了液晶235在第三温度的配向和椭圆形光致变色染料分子233在第三温度的透射特性。第三温度比第二温度高。例如，第三温度可以比第二温度高5℃。
在第三温度，液晶235C的长轴236C未被自配向为垂直于目视透明边界层220和场景侧透明边界层240定向。相反，在图4A的第三温度，液晶235由于第三温度升高的温度而无序。由于液晶235是无序的，液晶235的长轴为被配向，并且因此椭圆形光致变色染料分子233的长轴234C不垂直于场景侧透明边界层240和目视透明边界层220。
在图4A中，入射光299C近似垂直于场景侧透明层240而入射到场景侧透明层240上。当入射光299C传播通过溶液230时，入射光299C的一部分被椭圆形光致变色染料分子233吸收。入射光299C未被椭圆形光致变色染料分子233吸收的剩余部分作为剩余光298C离开光学元件200。在图4A中，椭圆形光致变色染料分子233被图示为具有稀疏填充，以表示椭圆形光致变色染料分子233在第三温度的低吸收特性。正如结合图2A-图3C所指出的，在一些实现方式中，由于个体分子233可以处于完全吸收或完全透明(透射)状态，因此稀疏填充可以整体表示图4A-图4C中的椭圆形光致变色染料分子233的相对聚合透射特性。
图4B图示了处于第三温度的光学元件200的一部分的前视图。图4B描绘了进入页面的入射光299C近似垂直于场景侧透明边界层240而与场景侧透明边界层240相遇并且传播通过溶液230和目视透明边界层220。由于液晶235在第三温度无序，椭圆形光致变色染料分子233的更大截面(也由于它们与无序液晶235配向而无序)面向入射光299C，并且因此随着入射光299C传播通过溶液230，入射光299C遇到椭圆形光致变色染料分子233的非常大的截面。然而，椭圆形光致变色染料分子233在第三温度面向入射光299C的非常大的截面(归因于液晶235在第三温度的无序)通过椭圆形光致变色染料分子233在第三温度的吸收减少而被抵消(或平衡)。因此，剩余光298C的强度可以与剩余光298B和剩余光298A的强度相同。
图4C图示了示例液晶235C和示例椭圆形光致变色染料分子233C的放大视图，其图示了液晶235C的非常大的截面和椭圆形光致变色染料分子233C面向入射光299C的对应大截面237C吸收入射光299C。
图5图示了根据本公开的各方面的包括光致变色光学元件522的头戴式设备500，光致变色光学元件522包括光学元件200的结构。在一些上下文中，头戴式设备500可以被认为是“电子眼镜”或“智能眼镜”。头戴式设备500包括诸如处理逻辑545和元件547的电子器件。在一些实施例中，元件547可以是相机。头戴式设备500还可以包括附加电子器件(未示出)，诸如电池、网络通信芯片集(例如，IEEE 802.11x无线接口)、功率转换器(例如，开关电源)等。头戴式设备500中包括的电子器件可以被设置在臂511A和511B以及与臂511A和511B耦合的框架514中。
由这些电子器件散发的热量可以被传导到光致变色光学元件522A和522B中，这增加了光致变色光学元件522的温度，否则光致变色光学元件522的温度可能类似于环境空气温度。因此，跨光致变色光学元件522可能存在温度梯度。在一些实施例中，随着光致变色光学元件的位置接近靠近(或接触)框架164的光致变色光学元件的外边界(边缘)，该温度梯度的温度增大。图5图示了第一坐标541、第二坐标542和第三坐标543。第一坐标541近似在光致变色光学元件522B的中间或中心，并且第三坐标543非常接近光致变色光学元件522B的外边缘。第二坐标542近似设置在第一坐标541和第三坐标543之间的中间。虽然没有具体示出，但本领域技术人员理解，跨光致变色光学元件522A可能存在类似的热梯度。
第一坐标541可以处于第一温度(例如，25℃)，并且第一坐标541处的光学元件522B可以具有如图2A-图2C所示的液晶235的相关取向和椭圆形光致变色染料分子233的对应取向。第三坐标543可以处于第三温度(例如35℃)，并且第三坐标543处的光学元件522B可以具有如图4A-图4C所示的液晶235的相关取向和椭圆形光致变色染料分子233的对应取向。第二坐标542可以处于第二温度(例如，30℃)，并且在第二坐标542B处的光学元件522B可以具有如图3A-图3C所示的液晶235的相关取向和椭圆形光致变色染料分子233的对应取向。然而，即使坐标541、542和543经历不同的温度，入射光599的透射跨光致变色光学元件522B也近似相等，正如在不同的温度范围内，通过光学元件200的剩余光298A、298B和298C的强度可以相同。因此，光致变色光学元件522A和522B被图示为具有基本均匀的变暗，因为液晶235被配置为响应于升高的温度而变得越来越无序并且椭圆形光致变色染料分子233被配置为与液晶235配向并且增加椭圆形光致变色染料分子相对于入射光599的截面(随着液晶235的无序增加)。
当跨光致变色光学元件存在温度梯度时，椭圆形光致变色染料分子233可以与液晶235匹配来抵消椭圆形光致变色染料分子233响应于升高的温度而导致的吸收的减少，使得入射光599的透射跨光致变色光学元件522B近似相等。换言之，无论入射光599在光致变色光学元件522B上的入射坐标如何，剩余光598(入射光599未被吸收或以其他方式散射的部分)可以具有近似相同的强度。液晶235的第一折射率可以基本上等于椭圆形光致变色染料分子233的第二折射率。
图6图示了根据本公开的各方面的包括光致变色光学元件622的头戴式显示器(HMD)600。在图6中，光致变色光学元件622A包括波导650A，用于将显示器660A生成的图像光引导到用户的眼睛。光致变色光学元件622B还可以包括波导650B，用于将由显示器660B生成的图像光引导至用户的眼睛。因此，在一些实施例中，光致变色光学元件包括波导650，用于向HMD 600的佩戴者的眼睛呈现图像。波导650可以被设置在光致变色光学元件200的目视透明边界层220的目视侧。HMD 600可以包括备选的显示光学元件(未图示)，用于促进不必使用波导来向HMD 600佩戴者的眼睛呈现图像的显示架构。例如，HMD 600可以使用全息显示器来将图像呈现给HMD 600的佩戴者的眼睛。
图7图示了根据本公开的各方面的包括波导750的光致变色光学元件700的俯视图。波导750被设置在透明层720的目视侧。波导750在目视方向上引导图像光751，以将图像呈现给HMD(例如HMD 600)的佩戴者的眼睛。在图7中，光致变色光学元件700包括第一透明导电层720和第二透明导电层740。例如，第一透明导电层720和第二透明导电层740可以是氧化铟锡(ITO)。
处理逻辑770可以被配置为驱动跨第一透明导电层720和第二透明导电层740的电压Vc 773，以控制液晶235相对于第一透明导电层720和第二透明导电层740的配向。处理逻辑770可以包括适当的晶体管来促进驱动跨第一透明导电层720和第二透明导电层740的电压Vc 773。处理逻辑770可以被配置为驱动跨第一透明导电层720和第二透明导电层740的数字电压Vc 773(例如，0VDC或3.3VDC)，其中数字高电压的作用是使得液晶235的长轴垂直于第一透明导电层720和第二透明导电层740，并且数字低电压允许液晶235变得无序。
在一些实施例中，处理逻辑770可以驱动跨第一透明导电层720和第二透明导电层740的灰度级模拟电压Vc 773(例如，0VDC和3.3VDC之间的可变电压)，以促进对液晶235的配向的更细粒度的控制。在该实施例中，如图7所示，电压Vc 773越高，液晶的长轴越垂直于第一透明导电层720和第二透明导电层740配向。相反，电压Vc 773越低，液晶235变得越无序。
不论处理逻辑770是跨第一透明导电层720和第二透明导电层740驱动数字电压Vc773还是灰度级电压Vc 773，处理逻辑770均可以响应于从传感器780接收的光信号来驱动电压Vc 773。传感器780可以被配置为从光学元件700的外部环境接收和测量环境光783。处理逻辑770被配置为从传感器780接收光信号。在一个实施例中，传感器780是生成与环境光783的强度相对应的电流的光电二极管。在一些实施例中，传感器780包括生成图像的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，并且处理逻辑770根据图像的像素值来导出环境光783的强度。
无论处理逻辑770跨第一透明导电层720和第二透明导电层740驱动数字电压还是灰度级电压Vc 773，处理逻辑770均被配置为通过与液晶235配向的椭圆形光致变色染料分子233(和面向入射光799的对应截面)来控制液晶235的配向并且因此控制入射光799的透射。剩余光798(入射光799未被椭圆形光致变色染料分子233吸收的部分)传播通过波导750并且继续朝向头戴式设备的佩戴者的眼睛。
在一些实施例中，处理逻辑770可以具有驱动0VDC作为电压Vc 773，并且如结合图2A-图4C所描述的，允许溶液230被动地控制入射光799相对于热量的透射的默认状态。处理逻辑770可以改变为驱动电压Vc 773的主动状态，以对液晶235进行配向或部分配向。在一个上下文中，包括光学元件700的头戴式设备的佩戴者在明亮的阳光下处于室外环境中，其激活椭圆形光致变色染料分子233进入变暗(吸收)状态。然后，头戴式设备的佩戴者改变到没有明亮阳光的室内环境。在该场景中，光学元件700可以保持变暗或部分变暗达几秒甚至几分钟。然而，处理逻辑770可以驱动数字高电压作为电压Vc 773，以对液晶235进行配向并且因此最小化或显著减小将吸收入射光799的椭圆形光致变色染料分子233的截面。以这种方式，当用户进入可能不再需要变暗的室内环境时，处理逻辑770的主动状态减少了光学元件700保持变暗的时间。例如，处理逻辑770可以基于从传感器780接收的光信号的强度的突然下降来确定从室外环境到室内环境的环境切换。
本发明的实施例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以某种方式进行调整的现实形式，其可包括例如虚拟现实(VR)、增强现实(AR)、混合现实(MR)、混合式现实或其某种组合和/或衍生物。人工现实内容可以包括完全生成的内容或者与所捕获的(例如，现实世界的)内容相结合生成的内容。人工现实内容可以包括视频、音频、触觉反馈或它们的某种组合，并且其中的任一个可以在单个信道或多个信道中呈现(诸如对观看者产生三维效果的立体视频)。附加地，在一些实施例中，人工现实还可以与用于例如在人工现实中创建内容和/或以其他方式用于(例如，执行活动)人工现实的应用程序、产品、附件、服务或其一些组合相关联。提供人工现实内容的人工现实系统可以在各种平台上实现，包括与主机系统连接的头戴式显示器(HMD)、独立的HMD、移动设备或计算系统或者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。
本公开中的术语“处理逻辑”(例如，545或770)可以包括一个或多个处理器、微处理器、多核处理器、专用集成电路(ASIC)和/或现场可编程门阵列(FPGA)来执行本文中公开的操作。在一些实施例中，存储器(未图示)被集成到处理逻辑中，以存储执行操作和/或存储数据的指令。处理逻辑还可以包括模拟或数字电路来执行根据本公开的实施例的操作。
本公开中描述的“存储器”或“多个存储器”可以包括一个或多个易失性或非易失性存储器架构。“存储器”或“多个存储器”可以是以用于存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据的信息的任何方法或技术实现的可移动和不可移动介质。示例存储器技术可以包括RAM、ROM、EEPROM、闪存、CD-ROM、数字多功能磁盘(DVD)、高清多媒体/数据存储盘或其他光学存储装置、磁带、磁带盒、磁盘存储装置或其他磁存储设备或者可以被用于存储信息以供计算设备访问的任何其他非传输介质。
计算设备可以包括台式计算机、膝上型计算机、平板电脑、平板手机、智能电话、功能电话、服务器计算机等。服务器计算机可以位于远程数据中心或本地存储。
以上解释的过程在计算机软件和硬件方面进行描述。所描述的技术可以构成有形或非暂时性机器(例如，计算机)可读存储介质内体现的机器可执行指令，机器可执行指令在被机器执行时，将使得机器执行所描述的操作。附加地，这些过程可以被体现在硬件中，诸如专用集成电路(“ASIC”)等中。
有形的非暂时性机器可读存储介质包括以机器(例如，计算机、网络设备、个人数字助理、制造工具、具有一个或多个处理器集的任何设备等)可访问的形式提供(即，存储)信息的任何机制。例如，机器可读存储介质包括可记录/不可记录介质(例如，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘存储介质、光学存储介质、闪存设备等)。
本发明所图示的实施例的以上描述(包括摘要中所描述的内容)并非旨在穷举或将本发明限制为所公开的精确形式。虽然本文为了例示的目的描述了本发明的特定实施例和示例，但是如相关领域的技术人员将认识到的，在本发明的范围内可以进行各种修改。
根据以上详细描述，可以对本发明进行这些修改。在所附权利要求中使用的术语不应被解释为将本发明限制在说明书中公开的特定实施例。相反，本发明的范围完全由所附权利要求确定，所附权利要求根据权利要求解释的既定原则来解释。

Claims (15)

1.一种光学元件，包括：
场景侧透明边界层；
目视透明边界层；以及
溶液，设置在所述场景侧透明边界层和所述目视透明边界层之间，所述溶液包括与椭圆形光致变色染料分子混合的液晶。
2.根据权利要求1所述的光学元件，其中所述液晶被配置为响应于升高的温度而变得越来越无序，并且其中所述椭圆形光致变色染料分子被配置为与所述液晶配向，并且随着所述液晶无序增加，增加所述椭圆形光致变色染料分子相对于入射光的截面。
3.根据权利要求2所述的光学元件，其中所述椭圆形光致变色染料分子与所述液晶匹配，以抵消所述椭圆形光致变色染料分子响应于升高的温度而导致的吸收减少，使得在跨所述光学元件存在温度梯度时，所述入射光的透射跨所述光学元件近似相等。
4.根据权利要求2所述的光学元件，其中所述入射光近似垂直于所述场景侧透明边界层而入射到所述场景侧透明边界层上，并且其中所述液晶的长轴被自配向为近似垂直于所述场景侧透明边界层和所述目视透明边界层。
5.根据权利要求1所述的光学元件，其中所述液晶的第一折射率基本上等于所述椭圆形光致变色染料分子的第二折射率。
6.根据权利要求1所述的光学元件，其中所述液晶为棒状液晶分子。
7.根据权利要求1所述的光学元件，还包括：
显示光学元件，被配置为向包括所述光学元件的头戴式设备的佩戴者的眼睛呈现图像。
8.一种头戴式设备，包括：
包括电子器件的框架，所述电子器件在所述头戴式设备被开启时散发热量；以及
安装在所述框架中的光学元件，其中所述光学元件接收由所述框架中的所述电子器件散发的所述热量，
所述光学元件包括根据权利要求1至8中任一项所述的光学元件。
9.一种光学元件，包括：
第一透明导电层；
第二透明导电层；以及
溶液，设置在所述第一透明导电层和所述第二透明导电层之间，所述溶液包括与椭圆形光致变色染料分子混合的液晶，其中跨所述第一透明导电层和所述第二透明导电层施加的电压控制所述液晶相对于所述第一透明导电层和所述第二透明导电层的配向。
10.根据权利要求9所述的光学元件，其中增加跨所述第一透明导电层和所述第二透明导电层的电压通过增加所述液晶在所述第一透明导电层和所述第二透明导电层之间的所述配向来增加通过所述光学元件的光透射。
11.根据权利要求9所述的光学元件，其中所述液晶被配置为响应于升高的温度而变得越来越无序，并且其中所述椭圆形光致变色染料分子被配置为与所述液晶配向，并且随着所述液晶无序增加，增加所述椭圆形光致变色染料分子相对于入射光的截面。
12.根据权利要求11所述的光学元件，其中所述椭圆形光致变色染料分子与所述液晶匹配，以抵消所述椭圆形光致变色染料分子响应于升高的温度而导致的吸收减少，使得在跨所述光学元件存在温度梯度时，所述入射光的透射跨所述光学元件近似相等。
13.根据权利要求9所述的光学元件，其中所述液晶的第一折射率基本上等于所述椭圆形光致变色染料分子的第二折射率。
14.根据权利要求9所述的光学元件，其中所述第一透明导电层和所述第二透明导电层包括氧化铟锡(ITO)。
15.一种头戴式设备，包括：
包括电子器件的框架，所述电子器件在所述头戴式设备被开启时散发热量；以及
安装在所述框架中的光学元件，其中所述光学元件接收由所述框架中的所述电子器件散发的所述热量，
所述光学元件包括根据权利要求10至14中任一项所述的光学元件。
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