JP2022547252A - 磁場駆動の液晶パターン化制御システム - Google Patents

Abstract

様々な実施形態は、液晶（ＬＣ）が局所的に印加された磁場を用いて揃えられるＬＣパターン化制御システムを説明する。異方性のＬＣを通って伝播する光が経る屈折率は、配向に依存する。結果として、配向が局所的に印加された磁場により制御されるＬＣのアレイを通る、またはそのようなＬＣのアレイから反射される光学的なビームには位相差が生じ得る。いくつかの実施形態では、局所的に印加された磁場は、マイクロもしくはナノ磁性粒子または磁力ドメインで交差する配線を通る駆動電流によって、あるいは、とりわけ高透磁性コアに巻き付けられたマイクロまたはナノコイルに電圧を印加することによって生成することができる。【選択図】図１Ｂ

Description

本開示の実施形態は、一般的に光学システムに関し、より詳細には液晶パターン化制御システムに関する。

様々な液晶（ＬＣ）デバイスは、電場を使用して異方性のＬＣ分子を再配向する。そのようなデバイスでは、ピクセルに対応する各ＬＣセル中のＬＣは、局所的に印加される電場によって制御される。

従来型のＬＣデバイスでは、電子機器からの浮遊電場は、ＬＣのアラインメントを歪ませる傾向があり、そのようなデバイスの最小ピクセルサイズを限定するものである。従来型のＬＣデバイスの性能はまた、ＬＣ分子を再配向するよう印加された電場がＬＣそれ自体の中のイオン不純物からの電場の蓄積に影響されるイオンシールドにより、時間とともに劣化する可能性がある。そのようなイオン不純物は、例えば紫外光がＬＣをイオンに分解することによって作り出される場合がある。加えて、従来型のＬＣデバイスでは、ＬＣ分子を揃えるために必要な電場を維持するために連続的な電力消費が必要とされる。

本発明の第１の態様によれば、複数のピクセルを備え、ピクセルのそれぞれが液晶と磁石とを備え、磁石の切り替えに応答して、液晶の分子が、磁石によって生成された磁場に実質的に揃うように再配向する、液晶パターン化制御システムが提供される。

液晶パターン化制御システムは、ピクセルのそれぞれに含まれる液晶と磁石との間に配設された反射層をさらに含んでもよい。反射層は、液晶パターン化制御システムに入射し、ピクセルに含まれる液晶によって変調される光を反射するように構成されてもよい。

ピクセルのそれぞれに含まれる磁石は、マイクロ粒子、ナノ粒子、および／または複数の磁力ドメインを含んでもよい。

液晶パターン化制御システムは、ピクセルに含まれる磁石の下で、交差配線で配設される複数の配線をさらに含んでもよい。ピクセルに含まれる磁石のそれぞれは、対応する配線を通じて電流を駆動することにより切り替えることができる。

ピクセルのそれぞれに含まれる磁石は、高透磁性コアに巻き付けられた様々なマイクロコイルまたはナノコイルを含んでもよい。ピクセルに含まれるそれぞれのマイクロコイルまたはナノコイルは、対応する電圧源および共通のグラウンドに接続されてもよい。

ピクセルのそれぞれに含まれる磁石は、ピクセルに含まれる液晶に巻き付けられてもよい。

ピクセルのそれぞれは、ピクセルに含まれる液晶に隣接して配設される少なくとも１つのアラインメント層をさらに含んでもよい。ピクセルのそれぞれに含まれる少なくとも１つのアラインメント層は、液晶に関連付けられる磁石の切り替え前に、ピクセルに含まれる液晶の分子を実質的に揃える。

液晶パターン化制御システムは、空間光変調器、パンチャラトナム－ベリー位相レンズ、液晶ディスプレイ画面、または可変焦点レンズのうちの１つを含んでもよい。

液晶パターン化制御システムは、コンピュータ生成ホログラフィで使用されてもよい。

液晶パターン化制御システムは、ニアアイディスプレイデバイスに含まれてもよい。

本発明の第２の態様によれば、複屈折材料と、複屈折材料に隣接して配設される少なくとも１つのアラインメント層とを備えるセルであって、複屈折材料内の分子の再配向が、磁石によって駆動される、セルが提供される。

複屈折材料と磁石との間に、反射層が配設されてもよい。

セルは、ガラス基板層または偏光層のうちの少なくとも１つをさらに含んでもよい。

複屈折材料は、平面的またはホメオトロピックなアラインメントにある液晶分子を含んでもよい。磁石の切り替えに応答して、複屈折材料に含まれる液晶分子は、磁石によって生成された磁場に実質的に揃うように再配向することができる。

磁石は、マイクロ粒子、ナノ粒子、複数の磁力ドメイン、または高透磁性コアに巻き付けられたマイクロコイルもしくはナノコイルを含んでもよい。

磁石は、複屈折材料に巻き付けられてもよい。

本発明の第３の態様によれば、光を変調するためのコンピュータ実装方法であって、少なくとも１つの時点について複数のピクセルの状態を判定することと、ピクセルの判定された状態に基づいて、ピクセルに関連付けられる液晶を磁場を用いて駆動することと、液晶を通過する光を投影することとを含む、方法が提供される。

方法は、液晶を通過する光を反射することをさらに含んでもよい。

液晶を駆動することは、液晶に関連付けられる磁石において交差する配線を通って電流を駆動させること、または液晶に関連付けられる磁石に電圧を印加すること、のいずれかを含んでもよい。

光は、人工現実用途に関連付けられてもよい。

本明細書において開示される液晶パターン化制御システムの１つの利点は、液晶を揃えるために電場ではなく磁場を使用することが、ピクセルサイズを従来型の液晶デバイスの限界を下回るよう低減できることである。例えば、実施形態のピクセルサイズは、約１μｍより小さくてもよく、約１００ｎｍなどであってもよい。本明細書において開示される液晶パターン化制御システムはまた、イオンシールドによって影響されない。加えて、異方性磁石の磁化は、そのような磁石が切り替わった後に固定することができ、電力消費を伴わずにそのような磁石によって作り出された磁場に液晶が揃ったままにすることができる。これらの技術上の利点は、従来技術の手法に優る１つまたは複数の技術的な進歩を表している。

様々な実施形態の上述の特徴が詳細に理解され得るやり方、上で簡略に要約された開示される概念のさらに特定の説明は、様々な実施形態を参照することによって得ることができ、それらの一部は添付の図面に図示される。しかしながら、添付の図面は、開示される概念の典型的な実施形態のみを図示しており、故にいかなる範囲の限定と解釈されてはならず、他に同様の効果的な実施形態があることに留意されたい。

様々な実施形態による、ニアアイディスプレイ（ＮＥＤ）の図である。 図１Ａに示されるＮＥＤの実施形態の前方剛体の断面図である。 様々な実施形態による、ＮＥＤとして実装されるヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）の図である。 様々な実施形態による、ニアアイディスプレイとして実装される図２ＡのＨＭＤの断面図である。 様々な実施形態による、ＮＥＤシステムのブロック図である。 様々な実施形態による、磁場を用いて液晶（ＬＣ）を再配向するための手法を図示する概略図である。 様々な実施形態による、ＬＣパターン化制御システムの断面図を図示する概略図である。 様々な実施形態による、図５Ａに示したＬＣパターン化制御システムの上から見下ろす視点を図示する概略図である。 様々な実施形態による、別のＬＣパターン化制御システムの断面図を図示する概略図である。 様々な実施形態による、図６Ａに示したＬＣパターン化制御システムの上から見下ろす視点を図示する概略図である。 様々な実施形態による、別のＬＣパターン化制御システムの断面図を図示する概略図である。 様々な実施形態による、図７Ａに示したＬＣパターン化制御システムの上から見下ろす視点を図示する概略図である。 様々な実施形態による、別のＬＣパターン化制御システムの断面図を図示する概略図である。 様々な実施形態による、図８Ａに示したＬＣパターン化制御システムの上から見下ろす視点を図示する概略図である。 様々な実施形態による、ＬＣパターン化制御システムを含む仮想現実光学システムの一部を図示する概略図である。 様々な実施形態による、ＬＣパターン化制御システムを含む別の仮想現実光学システムの一部を図示する概略図である。 様々な実施形態による、ＬＣパターン化制御システムを含む拡張現実光学システムの一部を図示する概略図である。 様々な実施形態による、パンチャラトナム－ベリー位相（ＰＢＰ）格子の図である。 様々な実施形態による、例示的なＰＢＰレンズの上から見下ろした図である。 様々な実施形態による、光のビームを変調するための方法を図示するフロー図である。

以下の説明では、様々な実施形態のさらなる理解を与えるために、数多くの具体的な詳細が説明される。しかしながら、当業者には、開示される概念は、これらの具体的な詳細のうちの１つまたは複数を伴わずに実践され得ることが明らかである。

構成概要
本明細書で開示される１つまたは複数の実施形態は、液晶（ＬＣ）が局所的に印加された磁場を用いて揃えられるＬＣパターン化制御システムに関する。異方性のＬＣを通って伝播する光が経る屈折率は、配向に依存する。結果として、配向が局所的に印加された磁場により制御されるＬＣのアレイを通る、またはそのようなＬＣのアレイから反射される光学的なビームには位相差が生じ得る。いくつかの実施形態では、局所的に印加された磁場は、例えばマイクロもしくはナノ磁性粒子または磁力ドメインで交差する配線を通じて電流を駆動することによって、あるいは高透磁性コアに巻き付けられたマイクロまたはナノコイルに電圧を印加することによって生成することができる。さらには、本明細書で開示されるＬＣパターン化制御システムは、空間光変調器、パンチャラトナム－ベリー位相（ＰＢＰ）レンズ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）画面、可変焦点レンズとして、とりわけホログラフィ（例えば、偏光体積ホログラム、点光源ホログラム、フーリエ変換ホログラム、または他のコンピュータ生成ホログラム）において使用することができる。

本開示の実施形態はまた、人工現実システムを含むか、人工現実システムと併せて実装されてもよい。人工現実は、例えば、仮想現実（ＶＲ）システム、拡張現実（ＡＲ）システム、複合現実（ＭＲ）システム、ハイブリッド現実システム、またはそれらの何らかの組み合わせおよび／もしくは派生物を含み得る、ユーザへの提示前に何らかの様式で調節されてある現実の形態である。人工現実コンテンツは、限定はしないが、完全に生成されたコンテンツ、またはキャプチャした（例えば、現実世界）コンテンツと組み合わせた生成コンテンツを含み得る。人工現実コンテンツは、限定はしないが、動画、音声、触覚フィードバック、またはそれらの何らかの組み合わせを含み得る。人工現実コンテンツは、単一のチャネルまたは複数のチャネルにおいて提示され得る（視聴者に三次元効果を作り出すステレオ動画像など）。加えて、いくつかの実施形態において、人工現実システムはまた、例えば、人工現実システムにおいてコンテンツを作成するために使用される、および／または人工現実システムにおいて別途使用される（例えば、人工現実においてアクティビティを実施する）、アプリケーション、製品、アクセサリ、サービス、またはそれらの何らかの組み合わせと関連付けられ得る。人工現実システムは、ホストコンピュータシステムに接続されたヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）、スタンドアローンＨＭＤ、モバイルデバイスもしくはコンピューティングシステム、または１もしくは複数の視聴者に人工現実コンテンツを提供することができる任意の他のハードウェアプラットフォームを含む、様々なプラットフォームに実装され得る。

システム概要
図１Ａは、様々な実施形態による、ニアアイディスプレイ（ＮＥＤ）１００の配線図である。ＮＥＤおよびヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）は本明細書では参照例として開示されるが、液晶（ＬＣ）が局所的に印加された磁場を用いて揃えられるＬＣパターン化制御システムを含むディスプレイデバイスはまた、ヘッドマウントにせず、ユーザの片目または両目に近接して固定位置で配置するために構成されてもよい（例えば、ディスプレイデバイスは、ユーザの片目または両目の前方に配置するために、車や航空機などの乗り物に搭載されてもよい）。

示されるように、ＮＥＤ１００は、前方剛体１０５およびバンド１１０を含む。前方剛体１０５は、電子ディスプレイ（図示せず）の１つまたは複数の電子ディスプレイ素子、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）１１５、１つまたは複数の位置センサ１２０、およびロケータ１２５を含む。図１Ａに図示されるように、位置センサ１２０はＩＭＵ１１５内に配置され、ＩＭＵ１１５と位置センサ１２０のいずれもユーザには見えない。ＮＥＤ１００がＡＲまたはＭＲデバイスとして機能する様々な実施形態において、ＮＥＤ１００の一部および／またはその内部コンポーネントは、少なくとも部分的に透明である。

図１Ｂは、図１Ａに示されるＮＥＤ１００の実施形態の前方剛体１０５の断面図１６０である。示されるように、前方剛体１０５は、電子ディスプレイ１３０および光学系ブロック１３５を含み、これらは共に射出瞳１４５へ画像光を提供する。射出瞳１４５は、ユーザの目１４０が位置し得る前方剛体１０５の場所である。説明のため、図１Ｂは片目１４０に関する断面図１６０を図示しているが、光学系ブロック１３５とは別個の別の光学系ブロックは、ユーザのもう片方の目に改変した画像光を提供することができる。追加的に、ＮＥＤ１００は、視線追跡システム（図１Ｂには図示せず）を含む。視線追跡システムは、ユーザの片目または両目を照射する１つまたは複数の光源を含んでもよい。視線追跡システムはまた、目の位置を追跡するためにユーザの片目または両目を撮像する１つまたは複数のカメラを含んでもよい。

電子ディスプレイ１３０は、ユーザに対して画像を表示する。様々な実施形態において、電子ディスプレイ１３０は、単一の電子ディスプレイまたは複数の電子ディスプレイ（例えば、ユーザの片目ごとに１つのディスプレイ）を含み得る。電子ディスプレイ１３０の例としては、以下が挙げられる：液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、アクティブマトリクス式有機発光ダイオードディスプレイ（ＡＭＯＬＥＤ）、ＱＯＬＥＤ、ＱＬＥＤ、何らかの他のディスプレイ、またはそれらの何らかの組み合わせ。

光学系ブロック１３５は、電子ディスプレイ１３０から発せられた画像光の配向を、ユーザから特定の仮想画像距離に電子ディスプレイ１３０が現れるように調節する。光学系ブロック１３５は、電子ディスプレイ１３０から発せられた画像光を受け取り、画像光を射出瞳１４５に関連付けられたアイボックスに導くように構成される。アイボックスに導かれる画像光は、目１４０の網膜に像を結ぶ。アイボックスは、目１４０が著しい画質の劣化を伴わずに上下左右にどれくらい動くかを定義する領域である。図１Ｂの図では、視野（ＦＯＶ）１５０は、任意の所与の瞬間に目１４０によって見られる観察可能な世界の範囲である。

追加的に、いくつかの実施形態では、光学系ブロック１３５は、受け取った光を拡大し、画像光に関する光学誤差を補正し、補正画像光を目１４０に提示する。光学系ブロック１３５は、１つまたは複数の光学素子１５５を光学直列に含んでもよい。光学素子１５５は、開口、フレネルレンズ、凸レンズ、凹レンズ、フィルタ、導波路、ＰＢＰレンズもしくは格子、色選択フィルタ、波長板、Ｃプレート、または画像光に影響を与えるあらゆる他の適切な光学素子１５５であってもよい。その上、光学系ブロック１３５は、異なる光学素子の組み合わせを含んでもよい。光学系ブロック１３５における光学素子のうちの１つまたは複数は、反射防止コーティングなどの１つまたは複数のコーティングを有してもよい。いくつかの実施形態では、光学系ブロック１３５は、図４～図１２と併せて以下で詳細に考察されるＬＣパターン化制御システムのうちの１つまたは複数を含んでもよい。

図２Ａは、様々な実施形態による、ＮＥＤとして実装されるＨＭＤ１６２の図である。示されるように、ＨＭＤ１６２は、拡張現実眼鏡の形態である。ＨＭＤ１６２は、コンピュータ生成メディアをユーザに提示し、物理的で、現実世界の環境のビューをコンピュータ生成メディアで拡張する。ＨＭＤ１６２によって提示されるコンピュータ生成メディアの例としては、１つまたは複数の画像、動画、音声、またはそれらのいくつかの組み合わせが挙げられる。いくつかの実施形態において、音声は、ＨＭＤ１６２、コンソール（図示せず）または両方から音声情報を受信し、音声情報に基づいて音声データを提示する外部デバイス（例えば、スピーカおよびヘッドフォン）を介して提示される。いくつかの実施形態では、ＨＭＤ１６２は、仮想現実（ＶＲ）ＨＭＤ、複合現実（ＭＲ）ＨＭＤ、またはそれらのいくつかの組み合わせとしても動作するように修正されてもよい。ＨＭＤ１６２は、フレーム１７５およびディスプレイ１６４を含む。示されるように、フレーム１７５は、ニアアイディスプレイをユーザの頭部に搭載し、一方でディスプレイ１６４は画像光をユーザに提供する。ディスプレイ１６４は、異なるスタイルの眼鏡フレームに適合するよう多様な形状およびサイズにカスタマイズしてもよい。

図２Ｂは、様々な実施形態による、ＮＥＤとして実装される図２ＡのＨＭＤ１６２の断面図である。この視点には、フレーム１７５、ディスプレイ１６４（ディスプレイアセンブリ１８０およびディスプレイブロック１８５を含む）、および目１７０が含まれる。ディスプレイアセンブリ１８０は、画像光を、目１７０に与える。ディスプレイアセンブリ１８０は、異なる実施形態では異なるタイプの撮像光学系およびリダイレクト構造を包み込む、ディスプレイブロック１８５を収容する。説明のため、図２Ｂは単一のディスプレイブロック１８５および片方の目１７０に関する断面図を示しているが、図示されていない代替的な実施形態では、図２Ｂに示されるディスプレイブロック１８５とは別個の別のディスプレイブロックが、ユーザのもう片方の目に対して画像光を提供する。

ディスプレイブロック１８５は、図示されるように、局所的エリアからの光をコンピュータ生成の画像からの光と組み合わせて、拡張されたシーンを形成するように構成される。ディスプレイブロック１８５はまた、拡張されたシーンをユーザの目１７０の位置に対応するアイボックス１６５に提供するように構成される。ディスプレイブロック１８５は、例えば導波路ディスプレイ、フォーカスアセンブリ、補償アセンブリ、またはそれらのいくつかの組み合わせを含んでもよい。

ＨＭＤ１６２は、ディスプレイブロック１８５と目１７０との間に、１つまたは複数の他の光学素子を含んでもよい。光学素子は、例えば、ディスプレイブロック１８５から発せられた画像光の収差を補正するように、ディスプレイブロック１８５から発せられた画像光を拡大するように、ディスプレイブロック１８５から発せられた画像光の何らかの他の光学的な調節のため、またはそれらのいくつかの組み合わせのために機能してもよい。光学素子の例としては、開口、フレネルレンズ、凸レンズ、凹レンズ、フィルタ、または画像光に影響を与えるあらゆる他の適切な光学素子を挙げることができる。いくつかの実施形態では、光学素子は、図４～図１２と併せて以下で詳細に考察されるＬＣパターン化制御システムのうちの１つまたは複数を有してもよい。ディスプレイブロック１８５はまた、重量を効果的に最小化してＨＭＤ１６２の視野を広げる１つまたは複数の屈折率を有する１つまたは複数の材料（例えば、プラスチック、ガラスなど）を含んでもよい。

図３は、コンソール３１０が動作するニアアイディスプレイシステム３００の実施形態のブロック図である。いくつかの実施形態では、ＮＥＤシステム３００は、ＮＥＤ１００またはＨＭＤ１６２に対応する。ＮＥＤシステム３００は、仮想現実（ＶＲ）システム環境、拡張現実（ＡＲ）システム環境、複合現実（ＭＲ）システム環境、またはそれらのいくつかの組み合わせにおいて、動作してもよい。図３に示されるＮＥＤシステム３００は、ＮＥＤ３０５およびコンソール３１０に結合された入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース３１５を含む。

図３は、１つのＮＥＤ３０５、および１つのＩ／Ｏインターフェース３１５を含む例示的なＮＥＤシステム３００の例を示しているが、他の実施形態では、あらゆる数のこれらのコンポーネントがＮＥＤシステム３００に含まれてもよい。例えば、それぞれが関連するＩ／Ｏインターフェース３１５を有し、各ＮＥＤ３０５とＩ／Ｏインターフェース３１５がコンソール３１０と通信する、複数のＮＥＤ３０５があってもよい。代替の構成において、異なるおよび／または追加のコンポーネントが、ＮＥＤシステム３００に含まれてもよい。追加的に、ＮＥＤ３０５、コンソール３１０、およびＩ／Ｏインターフェース３１５に含まれる様々なコンポーネントは、いくつかの実施形態において図３に関連して説明されるやり方以外の様々なやり方で分散されてもよい。例えば、コンソール３１０の機能性の一部またはすべては、ＮＥＤ３０５によって実現されてもよい。

ＮＥＤ３０５は、ユーザにコンテンツを提示するヘッドマウントディスプレイであってもよい。コンテンツは、コンピュータ生成の要素（例えば、二次元または三次元画像、二次元または三次元動画、音声など）を含む物理的で現実世界環境の仮想的および／または拡張的なビューを含んでもよい。いくつかの実施形態では、ＮＥＤ３０５はまた、音声コンテンツをユーザに提示してもよい。ＮＥＤ３０５および／またはコンソール３１０は、音声コンテンツをＩ／Ｏインターフェース３１５を通じて外部デバイスに送信してもよい。外部デバイスとしては、様々な形態のスピーカシステム、および／またはヘッドフォンを挙げることができる。様々な実施形態では、音声コンテンツは、ＮＥＤ３０５によって表示されている視覚的コンテンツと同期される。

ＮＥＤ３０５は、共に剛結合または非剛結合され得る１つまたは複数の剛体を含み得る。剛体同士の剛結合は、結合した剛体を単一の剛実体として作用させる。それとは対照的に、剛体同士の非剛結合は、剛体が互いに対して移動することを可能にする。

図３に示されるように、ＮＥＤ３０５は、深度カメラアセンブリ（ＤＣＡ）３２０、ディスプレイ３２５、光学アセンブリ３３０、１つまたは複数の位置センサ３３５、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）３４０、視線追跡システム３４５、および可変焦点モジュール３５０を含んでもよい。いくつかの実施形態では、ディスプレイ３２５および光学アセンブリ３３０は、共に投影アセンブリに一体化することが可能である。ＮＥＤ３０５の様々な実施形態は、上に列挙したコンポーネントに加えて、それらより少ない、またはそれらとは異なるコンポーネントを有してもよい。追加的に、それぞれのコンポーネントの機能性は、部分的にまたは完全に、様々な実施形態における１つまたは複数の他のコンポーネントの機能性によって包含されてもよい。

ＤＣＡ３２０は、ＮＥＤ３０５の周囲のエリアの深度情報を記述するセンサデータをキャプチャする。センサデータは、三角法、構造化光イメージング、ｔｉｍｅ－ｏｆ－ｆｌｉｇｈｔイメージング、レーザスキャンなど深度イメージング技法のうちの１つまたは組み合わせによって生成されてもよい。ＤＣＡ３２０は、センサデータを用いてＮＥＤ３０５の周囲のエリアの様々な深度プロパティを計算することができる。追加的に、または代替的に、ＤＣＡ３２０は、処理するためにセンサデータをコンソール３１０に送信してもよい。

ＤＣＡ３２０は、照明光源、撮像デバイス、およびコントローラを含む。照明光源は、ＮＥＤ３０５の周囲のエリアに向けて光を発する。一実施形態では、発せられた光は、構造化光である。照明光源は、ある特性（例えば、波長、偏光、コヒーレンス、時間的挙動など）を有する光をそれぞれが発する複数のエミッタを含む。特性は、エミッタ同士で同じであってもよく、または異なっていてもよく、エミッタは同時的にまたは個別に動作してもよい。一実施形態において、複数のエミッタは、例えば、レーザダイオード（エッジエミッタなど）、無機もしくは有機発光ダイオード（ＬＥＤ）、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、または何らかの他の光源であってもよい。いくつかの実施形態では、照明光源における単一のエミッタまたは複数のエミッタは、構造化光パターンを有する光を発することができる。撮像デバイスは、複数のエミッタから生成された環境内の物体から反射された光に加えて、ＮＥＤ３０５の周りの環境における周囲光をキャプチャする。様々な実施形態では、撮像デバイスは、赤外カメラ、または可視スペクトルで動作するように構成されたカメラであってもよい。コントローラは、照明光源がどのように発光するか、および撮像デバイスがどのように光をキャプチャするかを調整する。例えば、コントローラは、発光の明るさを決定することができる。いくつかの実施形態では、コントローラはまた、検出された光を分析して、環境内の物体およびそのような物体に関連する位置情報を検出する。

ディスプレイ３２５は、コンソール３１０から受信したピクセルデータに従って、二次元または三次元画像をユーザに対して表示する。様々な実施形態において、ディスプレイ３２５は、単一のディスプレイまたは複数のディスプレイ（例えば、ユーザの片目ごとに別個のディスプレイ）を含む。いくつかの実施形態では、ディスプレイ３２５は、単一または複数の導波路ディスプレイを含む。光は、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、無機発光ダイオード（ＩＬＥＤ）ディスプレイ、アクティブマトリクス式有機発光ダイオード（ＡＭＯＬＥＤ）ディスプレイ、透明有機発光ダイオード（ＴＯＬＥＤ）ディスプレイ、レーザベースディスプレイ、１つまたは複数の導波路、他のタイプのディスプレイ、スキャナ、一次元アレイなどを通じて、単一または複数の導波路ディスプレイにカップリングすることができる。加えて、複数のディスプレイのタイプの組み合わせが、ディスプレイ３２５に組み込まれて、別個に、並行して、および／または組み合わせて使用されてもよい。

光学アセンブリ３３０は、ディスプレイ３２５から受け取った画像光を拡大し、画像光に関する光学誤差を補正し、補正画像光をＮＥＤ３０５のユーザに提示する。光学アセンブリ３３０は、複数の光学素子を含む。例えば、以下の光学素子のうちの１つまたは複数が、光学アセンブリ３３０に含まれてもよい：開口、フレネルレンズ、凸レンズ、凹レンズ、フィルタ、反射面、または画像光を偏向、反射、屈折する、および／もしくは何らかのやり方で改変するあらゆる他の適切な光学素子。その上、光学アセンブリ３３０は、異なる光学素子の組み合わせを含んでもよい。いくつかの実施形態では、光学アセンブリ３３０における光学素子のうちの１つまたは複数は、部分的反射コーティングまたは反射防止コーティングなどの１つまたは複数のコーティングを有してもよい。光学アセンブリ３３０は、例えば、投影アセンブリなどの投影アセンブリに一体化することが可能である。一実施形態において、光学アセンブリ３３０は、光学系ブロック１５５を含む。

動作中、光学アセンブリ３３０は、ディスプレイ３２５によって生成された画像光を、拡大したり、フォーカスしたりする。そのようにしながら、光学アセンブリ３３０は、光学アセンブリ３３０を使用しないディスプレイよりも、ディスプレイ３２５が物理的に小型で、より軽量で、より少ない電力消費となるようにすることができる。加えて、拡大は、ディスプレイ３２５によって提示されるコンテンツの視野を大きくし得る。例えば、いくつかの実施形態では、表示されるコンテンツの視野は、ユーザの視野を部分的にまたは完全に使用する。例えば、表示される画像の視野は、３１０度を満たすか、３１０度を越える場合がある。様々な実施形態では、拡大の大きさは、光学素子を追加すること、または除去することによって調節することができる。

いくつかの実施形態では、光学アセンブリ３３０は、１つまたは複数のタイプの光学誤差を補正するように設計されてもよい。光学誤差の例としては、たる形もしくは糸巻形ひずみ、軸上色収差、または倍率色収差が挙げられる。他のタイプの光学誤差としては、他のタイプの光学誤差に加えて、球面収差、レンズ像面湾曲による色収差または誤差、非点収差をさらに挙げることができる。いくつかの実施形態では、ディスプレイ３２５に送られる視覚的コンテンツは、予め歪めてあり、ディスプレイ３２５からの画像光が光学アセンブリ３３０の様々な光学素子を通過すると、光学アセンブリ３３０は、その歪みを補正する。いくつかの実施形態では、光学アセンブリ３３０の光学素子は、１つまたは複数の光学素子と結合された少なくとも１つの導波路を含む投影アセンブリとしてディスプレイ３２５に一体化される。

ＩＭＵ３４０は、位置センサ３３５のうちの１つまたは複数から受信した測定信号に基づいて、およびＤＣＡ３２０から受信した深度情報から、ＮＥＤ３０５の位置を示すデータを生成する電子デバイスである。ＮＥＤ３０５のいくつかの実施形態では、ＩＭＵ３４０は、専用のハードウェアコンポーネントであってもよい。他の実施形態では、ＩＭＵ３４０は、１つまたは複数のプロセッサに実装されたソフトウェアコンポーネントであってもよい。

動作中、位置センサ３３５は、ＮＥＤ３０５の動きに応答して１つまたは複数の測定信号を生成する。位置センサ３３５の例としては、以下が挙げられる：１つもしくは複数の加速度計、１つもしくは複数のジャイロスコープ、１つもしくは複数の磁気計、１つもしくは複数の高度計、１つもしくは複数の傾斜計、ならびに／または動き検出、ドリフト検出、および／もしくは誤差検出のための様々なタイプのセンサ。位置センサ３３５は、ＩＭＵ３４０の外部に、ＩＭＵ３４０の内部に、またはそれらの何らかの組み合わせで配置されてもよい。

１つまたは複数の位置センサ３３５からの１つまたは複数の測定信号に基づいて、ＩＭＵ３４０は、ＮＥＤ３０５の初期位置に対するＮＥＤ３０５の推定現在位置を示すデータを生成する。例えば、位置センサ３３５は、並進運動（前後、上下、左右）を測定するための複数の加速度計、および回転運動（例えば、ピッチ、ヨー、およびロール）を測定するための複数のジャイロスコープを含んでもよい。いくつかの実施形態では、ＩＭＵ３４０は、測定信号を素早くサンプリングして、サンプリングされたデータからＮＥＤ３０５の推定現在位置を計算する。例えば、ＩＭＵ３４０は、速度ベクトルを推定するために加速度計から経時的に受信される測定信号を統合し、ＮＥＤ３０５上の基準点の推定現在位置を決定するために速度ベクトルを経時的に統合してもよい。代替的に、ＩＭＵ３４０は、サンプリングされた測定信号をコンソール３１０に提供し、コンソール３１０はサンプルデータを分析して１つまたは複数の測定誤差を判断する。コンソール３１０は、制御信号および／または測定誤差のうちの１つまたは複数をＩＭＵ３４０にさらに送信して、ＩＭＵ３４０が１つまたは複数の測定誤差（例えば、ドリフト誤差）を、補正および／または低減するように構成してもよい。基準点は、ＮＥＤ３０５の位置を記述するために用いられ得る点である。基準点は、一般的に、空間中のある点、またはＮＥＤ３０５の位置および／もしくは配向に関する位置として定義することができる。

様々な実施形態では、ＩＭＵ３４０は、コンソール３１０から１つまたは複数のパラメータを受信する。１つまたは複数のパラメータは、ＮＥＤ３０５の追跡を維持するために使用される。受信したパラメータに基づいて、ＩＭＵ３４０は、１つまたは複数のＩＭＵパラメータ（例えば、サンプリングレート）を調節することができる。いくつかの実施形態では、特定のパラメータは、ＩＭＵ３４０に基準点の初期位置を更新させ、その位置が基準点の次の位置に対応するようにする。基準点の初期位置を基準点の次の較正済の位置として更新することは、ＩＭＵ３４０の現在位置推定を検出する際のドリフト誤差を低減することに役立つ。

いくつかの実施形態では、視線追跡システム３４５は、ＮＥＤ３０５に一体化される。視線追跡システム３４５は、１つまたは複数の照明光源および撮像デバイス（カメラ）を含んでもよい。動作中、視線追跡システム３４５は、ユーザがＮＥＤ３０５を装着するとユーザの目に関する追跡データを生成して分析する。視線追跡システム３４５は、ユーザの目の位置についての情報、つまり目の注視の角度についての情報を含み得る視線追跡情報をさらに生成してもよい。

いくつかの実施形態では、可変焦点モジュール３５０が、ＮＥＤ３０５にさらに一体化される。可変焦点モジュール３５０は、可変焦点モジュール３５０が視線追跡システム３４５から視線追跡情報を受信できるようにするために、視線追跡システム３４５に通信可能に結合することができる。可変焦点モジュール３５０は、視線追跡システム３４５から受信した視線追跡情報に基づいて、ディスプレイ３２５から発せられた画像光の焦点をさらに修正してもよい。したがって、可変焦点モジュール３５０は、ユーザの目が画像光を解像する際に作り出され得る輻輳調節矛盾を低減することができる。様々な実施形態では、可変焦点モジュール３５０は、光学アセンブリ３３０の少なくとも１つの光学素子で（例えば、機械的または電気的のいずれかで）インターフェースすることができる。

動作中、可変焦点モジュール３５０は、光学アセンブリ３３０を伝播する画像光の焦点を調節するために、光学アセンブリ３３０内の１つまたは複数の光学素子の位置および／または配向を調節することができる。様々な実施形態では、可変焦点モジュール３５０は、視線追跡システム３４５から取得した視線追跡情報を使用して、光学アセンブリ３３０内の１つまたは複数の光学素子をどのように調節するかを決定することができる。いくつかの実施形態では、可変焦点モジュール３５０は、ディスプレイ３２５によって発せられた画像光の解像度を調節するために、視線追跡システム３４５から取得した視線追跡情報に基づいて画像光の中心窩レンダリングを行うことができる。この場合、可変焦点モジュール３５０は、ユーザの目の注視の中心窩領域に高ピクセル密度を、またユーザの目の注視の他の領域に低ピクセル密度を表示するようにディスプレイ３２５を構成する。

Ｉ／Ｏインターフェース３１５は、ユーザからコンソール３１０へのアクション要求の転送を容易にする。加えて、Ｉ／Ｏインターフェース３１５は、コンソール３１０からユーザへのデバイスフィードバックの転送を容易にする。アクション要求は、特定のアクションを実施するための要求である。例えば、アクション要求は、画像もしくは動画データのキャプチャを開始もしくは終了させる命令であってもよく、または動画再生を一時停止する、音声再生の音量を大きくするもしくは小さくするなどアプリケーション内で特定のアクションを実施するための命令などであってもよい。様々な実施形態では、Ｉ／Ｏインターフェース３１５は、１つまたは複数の入力デバイスを含み得る。入力デバイスの例としては、以下が挙げられる：キーボード、マウス、ゲームコントローラ、ジョイスティック、および／またはアクション要求を受信し、アクション要求をコンソール３１０に通信するためのあらゆる他の適切なデバイス。いくつかの実施形態では、Ｉ／Ｏインターフェース３１５は、Ｉ／Ｏインターフェース３１５の初期位置に対するＩ／Ｏインターフェース３１５の推定現在位置を示す較正データをキャプチャするＩＭＵ３４０を含む。

動作中、Ｉ／Ｏインターフェース３１５はユーザからアクション要求を受信し、それらのアクション要求をコンソール３１０に送信する。アクション要求を受信したことに応答して、コンソール３１０は対応するアクションを実施する。例えば、アクション要求を受信したことに応答して、コンソール３１０は、Ｉ／Ｏインターフェース３１５が、ユーザの腕に触覚フィードバックを発するように構成することができる。例えば、コンソール３１５は、アクション要求が受信されたときに、Ｉ／Ｏインターフェース３１５が、触覚フィードバックをユーザに与えるように構成されてもよい。追加的に、または代替的に、コンソール３１０は、コンソール３１０がアクション要求を受信したことに応答してアクションを実施するときに、Ｉ／Ｏインターフェース３１５が、触覚フィードバックを生成するように構成されてもよい。

コンソール３１０は、ＤＣＡ３２０、ＮＥＤ３０５、およびＩ／Ｏインターフェース３１５のうちの１つまたは複数から受信される情報に従って処理するために、ＮＥＤ３０５にコンテンツを提供する。図３に示されるように、コンソール３１０はアプリケーションストア３５５、追跡モジュール３６０、およびエンジン３６５を含む。いくつかの実施形態では、コンソール３１０は、図３に関して説明したモジュールおよび／もしくはコンポーネントに加えて、それらより少ない、またはそれらとは異なるモジュールおよび／もしくはコンポーネントを有してもよい。同様に、以下でさらに説明される機能は、図３に関して説明したものとは異なる様式で、コンソール３１０のコンポーネントに分散され得る。

アプリケーションストア３５５は、コンソール３１０による実行のための１つまたは複数のアプリケーションを記憶する。アプリケーションは、プロセッサによって実行されるとき、ユーザに対する提示のためのコンテンツを生成するなど、機能の特定のセットを実施する命令のグループである。例えば、アプリケーションは、ユーザから入力を（例えば、ユーザが自身の頭部を動かす際のＮＥＤ３０５の動きによって、Ｉ／Ｏインターフェース３１５によって、など）受信したことに応答してコンテンツを生成してもよい。アプリケーションの例としては、ゲーミングアプリケーション、会議アプリケーション、動画再生アプリケーション、または他の適切なアプリケーションが挙げられる。

追跡モジュール３６０は、１つまたは複数の較正パラメータを使用してＮＥＤシステム３００を較正する。追跡モジュール３６０は、ＮＥＤ３０５またはＩ／Ｏインターフェース３１５の位置および／または配向を決定する際の誤差を低減するために、１つまたは複数の較正パラメータをさらに調節してもよい。例えば、追跡モジュール３６０は、ＤＣＡ３２０の焦点を調節するために、較正パラメータをＤＣＡ３２０に送信してもよい。したがって、ＤＣＡ３２０は、環境内の物体から反射する構造化光の要素の位置をさらに正確に決定することができる。追跡モジュール３６０はまた、修正する様々な較正パラメータを決定する際、ＩＭＵ３４０によって生成されたセンサデータを分析することができる。さらには、いくつかの実施形態では、ＮＥＤ３０５がユーザの目の追跡を失った場合、追跡モジュール３６０は、ＮＥＤシステム３００のコンポーネントのうちの一部またはすべてを再較正することができる。例えば、ＤＣＡ３２０がユーザの目に投影される少なくともしきい値数の構造化光の要素の視線を失った場合、追跡モジュール３６０は、視線追跡を再確立するために、較正パラメータを可変焦点モジュール３５０に送信してもよい。

追跡モジュール３６０は、ＤＣＡ３２０、１つもしくは複数の位置センサ３３５、ＩＭＵ３４０、またはそれらの何らかの組み合わせからの情報を使用して、ＮＥＤ３０５の動きおよび／またはＩ／Ｏインターフェース３１５の動きを追跡する。例えば、追跡モジュール３６０は、ＮＥＤ３０５にローカルなエリアのマッピングからＮＥＤ３０５の基準位置を決定してもよい。追跡モジュール３６０は、ＮＥＤ３０５それ自体から受信した情報に基づいて、このマッピングを生成してもよい。追跡モジュール３６０はまた、ＩＭＵ３４０からのセンサデータおよび／またはＤＣＡ３２０からの深度データを利用して、ＮＥＤ３０５および／またはＩ／Ｏインターフェース３１５についての基準位置を決定してもよい。様々な実施形態では、追跡モジュール３６０は、ＮＥＤ３０５および／またはＩ／Ｏインターフェース３１５のその後の位置についての推定および／または予測を生成する。追跡モジュール３６０は、予測されたその後の位置をエンジン３６５に送信してもよい。

エンジン３６５は、ＮＥＤ３０５から受信した情報に基づいて、ＮＥＤ３０５の周囲のエリア（つまり、「局所的エリア」）の三次元マッピングを生成する。いくつかの実施形態では、エンジン３６５は、ＤＣＡ３２０から受信した深度データに基づいて、局所的エリアの三次元マッピング用の深度情報を決定する（例えば、局所的エリア内の物体の深度情報）。いくつかの実施形態では、エンジン３６５は、ＤＣＡ３２０によって生成された深度データを使用して、ＮＥＤ３０５の深度および／または位置を計算する。特に、エンジン３６５は、ＮＥＤ３０５の深度および／または位置を計算するために、ステレオベースの技法、構造化光照明技法、ｔｉｍｅ－ｏｆ－ｆｌｉｇｈｔ技法などの、様々な技法を実装することができる。様々な実施形態では、エンジン３６５は、ＤＣＡ３２０から受信した深度データを使用して、局所的エリアのモデルを更新し、更新モデルに一部基づいてメディアコンテンツを生成および／または修正する。

エンジン３６５はまた、ＮＥＤシステム３００内でアプリケーションを実行し、ＮＥＤ３０５の位置情報、加速度情報、速度情報、予測した今後の位置、またはそれらの何らかの組み合わせを追跡モジュール３６０から受信する。受信した情報に基づいて、エンジン３６５は、ユーザへの提示のためにＮＥＤ３０５に送信する様々な形態のメディアコンテンツを決定する。例えば、受信した情報が、ユーザが左を見たことを示す場合、エンジン３６５は、仮想環境内で、または局所的エリアを追加的なメディアコンテンツで拡張する環境内で、メディアコンテンツにおけるユーザの運動を左右逆にする、ＮＥＤ３０５のためのメディアコンテンツを生成する。したがって、エンジン３６５は、ユーザへの提示用のメディアコンテンツ（例えば、視覚的コンテンツおよび／または音声コンテンツ）を生成および／または修正することができる。エンジン３６５は、メディアコンテンツをＮＥＤ３０５に向けてさらに送信してもよい。追加的に、Ｉ／Ｏインターフェース３１５からアクション要求を受信したことに応答して、エンジン３６５は、コンソール３１０で実行中のアプリケーション内でアクションを実施してもよい。エンジン３０５は、アクションが実施されるとフィードバックをさらに提供してもよい。例えば、エンジン３６５は、ＮＥＤ３０５が視覚的および／もしくは音声フィードバックを生成するように、ならびに／またはＩ／Ｏインターフェース３１５がユーザに向けて触覚フィードバックを生成するように構成してもよい。

いくつかの実施形態では、視線追跡システム３４５から受信した視線追跡情報（例えば、ユーザの目の配向）に基づいて、エンジン３６５は、ＮＥＤ３０５に提供されるメディアコンテンツの、ディスプレイ３２５でのユーザへ向けた提示用の解像度を決定する。エンジン３６５は、視線追跡システム３４５から受信したユーザの注視の方向に少なくとも一部基づいて、ディスプレイ３２５が視覚的コンテンツの中心窩レンダリングを実施するように構成することによって、ＮＥＤ３０５に提供される視覚的コンテンツの解像度を調節することができる。エンジン３６５は、ユーザの注視の中心窩領域ではディスプレイ３２５で高解像度を有し、他の領域では低解像度を有するコンテンツをＮＥＤ３０５に提供し、それによりＮＥＤ３０５の電力消費を低減している。加えて、中心窩レンダリングを用いることは、ユーザの視覚体験の品質を損なうことなく、視覚的コンテンツをレンダリングする際に使用される計算サイクル数を低減させる。いくつかの実施形態では、エンジン３６５は、輻輳調節矛盾を低減するために、視線追跡情報をさらに使用して、ディスプレイ３２５から発せられた画像光の焦点を調節することができる。

液晶パターン化制御システムにおける液晶の磁場駆動の再配向
図４は、様々な実施形態による、磁場を用いて液晶（ＬＣ）を再配向するための手法を図示する概略図である。パネルＡは、ＬＣの再配向を駆動するために磁場を使用するＬＣパターン化制御システムのピクセル４００に関するジオメトリを示している。本明細書で使用される場合、ピクセルとはＬＣセルを指し、ＬＣセルには、磁石などの駆動方法とともに、ＬＣとアラインメント層が含まれてもよい。いくつかの実施形態では、ピクセル間またはセル間にディバイダは必要とされないが、他の実施形態ではディバイダが使用されてもよい。例えば、ディバイダを用いない実施形態では、ＬＣ層の一部分を再配向する磁石は、１つのセルと考えることができ、ＬＣ層の異なる部分を再配向する別の磁石は、次のセルなどと考えてもよい。

示されるように、ピクセル４００は、２つのアラインメント層４０２と４０６との間のＬＣ層４０４、反射層４０８、および磁石４１０を含む。１つのピクセル４００が説明目的で示されているが、ＬＣパターン化制御システムは、一般的にピクセルのアレイなど、あらゆる数のピクセルを含むことができる。いくつかの実施形態におけるピクセルはまた、アラインメント層４０２および４０６の周りのガラス基板層、ガラス基板層の片面または両面上の偏光層など、追加的な、または示された層とは異なる層を含んでもよい。図４は、反射型のＬＣパターン化制御システムを示しているが、ＬＣはまた、以下で考察するように、いくつかの実施形態では、透過型のＬＣパターン化制御システムにおいて磁場を使用して再配向されてもよい。

液晶は、複屈折性であり、ＬＣの屈折率が配向に依存することを意味している。いくつかの実施形態では、ＬＣ層４０４は、ＬＣ層４０４の異方性分子４０５_ｉ（分子４０５と総称され、分子４０５と個別に称される）が揃えられる「配向子（ｄｉｒｅｃｔｏｒ）」と称されることがある光軸に沿った常光屈折率、ならびに光軸に垂直な方向に沿った異常光屈折率を有する一軸ネマチックＬＣを含んでもよい。そのような場合、磁場は光軸を再配向するように印加され、それによりＬＣ層４０４に入射する光に対する屈折率を変化させる。結果として、磁場が印加される場合、ＬＣ層４０４を通過する光の位相は、磁場が印加されない（または異なる磁場が印加された）場合とは異なるように変調され、ピクセル４００の異なる状態を表現することができる（例えば、ＯＮとＯＦＦ状態）。他の実施形態は、キラルネマチックＬＣ（「コレステリック」相にあるＬＣと称されることもある）、二軸ネマチックＬＣなどを含むあらゆる技術的に実現可能なタイプのＬＣを使用することができる。磁場に対する応答は、用いられるＬＣのタイプに依存して変化し得ることを理解されたい。

本明細書では主に位相変調に関して考察するが、いくつかの実施形態では、ＬＣパターン化制御システムは、光の位相の変調に加えて、またはその代わりに、光の振幅を変調するために使用されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、光の透過を制御するために、４５°でＬＣに入る光を偏光するための直線偏光板を含む直交偏光板のセット、およびＬＣによって出力される光の成分を透過するアナライザを使用することが可能である。代替の実施形態では、他の振幅変調方式が使用されてもよい。本明細書では主にＬＣに関して考察するが、いくつかの実施形態では、ＬＣ以外の複屈折材料が使用されてもよい。

示されるように、アラインメント層４０２および４０６は、ＬＣ層４０４の分子４０５を、実質的に一様な平面アラインメントに誘導する。いくつかの実施形態では、アラインメント層４０２および４０６は、ポリマ表面を摩擦することによって形成することができる。より一般的には、あらゆる技術的に実現可能なプロセスを用いて、ＬＣ層４０４の分子４０５を揃えることができる。説明目的のため、平面アラインメントが示されるが、実施形態には、ＬＣ分子がアラインメント層４０２および４０６に対して垂直に揃うホメオトロピックなアラインメントなど、あらゆる適切なアラインメントのＬＣが含まれてもよい。

パネルＢに示されるように、磁場４１２の印加は、ＬＣ分子４０５を、磁石４１０の側部の周辺場を除いて実質的に一様な磁場４１２に揃えることにより、再配向する。磁場４１２はまた、磁石４１０の内部など他の場所にも広がり得るが、そのような磁場の部分は本明細書では簡略化のために示していないことを理解されたい。さらには、一部のＬＣ分子４０５は、磁場４１２に完全には揃っていない場合があり、達成されるアラインメントの度合いは、一般的に、例えばＬＣ層４０４を構築するために使用されるＬＣ材料および磁場４１２の強度に依存する場合があることを理解されたい。例として、ＬＣ層４０４のエリアは、磁石４１０のエリアよりも小さい。結果として、ＬＣ分子４０５は、実質的に周辺場によって影響されない。磁場４１２を印加すると、磁石４１０によって生成される磁場４１２の実質的に一様な部分によって、ＬＣ分子４０５は、平面アラインメントから平面に対して垂直な方向に再配向される。

動作中、１つまたは複数の発光デバイスからの光は、ピクセル４００を含むピクセルのアレイから成るＬＣパターン化制御システムに入射し得る。いくつかの実施形態では、偏光した光が用いられてもよい。他の実施形態では、ＬＣパターン化制御システムは両方の偏光に対して同様に良好に作用する場合がある。一般的に、ＬＣパターン化制御システムは、例えば、空間光変調器、パンチャラトナム－ベリー位相（ＰＢＰ）レンズ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）画面、可変焦点レンズであってもよく、とりわけホログラフィ（例えば、偏光体積ホログラム、点光源ホログラム、フーリエ変換ホログラム、または他のコンピュータ生成ホログラム）で使用されてもよい。ＬＣパターン化制御システム中のピクセルの状態を制御することによって、空間的に変化する変調を光に与えることができ、このとき変調光は反射層４０８によって後ろ向きに反射される。例えば、空間光変調器のピクセルはＯＮとＯＦＦを切り替えることができ、それにより視聴者に向けて反射される画像を形成する。別の例として、ホログラムを生成するために、レーザなどのコヒーレントな光源によって発せられる光からホログラムを生成するために必要なピクセル状態を判定するために、ホログラフィ方程式を解いてもよい。追加的な、さらなる例を、以下でさらに詳しく考察する。

図５Ａは、様々な実施形態による、ＬＣパターン化制御システム５００の断面図を図示する概略図である。示されるように、ＬＣパターン化制御システム５００は、個々のＬＣ５０２_１～５０２_Ｎ（ＬＣ５０２と総称され、ＬＣ５０２と個別に称される）および対応する磁石５０６_１～５０６_Ｎ（磁石５０６と総称され、磁石５０６と個別に称される）から構成されるピクセルのアレイを含む。ＬＣパターン化制御システム５００のコンポーネントのすべてまたは一部は、互いに物理的に接触していてもよく、互いに１つの基板を共有してもよく、互いに積層されてもよく、互いに光学的に接触してもよく、屈折率マッチング流体もしくは光学糊を互いの間に有してもよく、および／またはコンポーネント同士の間に空間があってもよい。

ＬＣ５０２および磁石５０６は、あらゆる技術的に実現可能な材料から構築することができる。説明するように、ＬＣ５０２は、一軸ネマチックＬＣ、キラルネマチックＬＣ、二軸ネマチックなど、あらゆる適切なタイプのＬＣを含んでもよい。いくつかの実施形態では、磁石５０６には、磁性のマイクロ粒子またはナノ粒子が含まれてもよい。いくつかの実施形態では、パターン化された磁性の多層フィルム、または垂直的に磁化されたフィルムが使用されてもよい。小さな（＜１μｍ）磁性粒子は、一部のＬＣを再配向するために必要な臨界磁場Ｈ_ｃを上回る外部磁場を生成することができる。例えば、一部のナノ磁石は、約１～２Ｔのオーダーで磁場を生成することができ、これは一部のＬＣを完全に揃えるために十分である。小さな磁性粒子によって生成される磁場は、距離約ｄで広がり、ここでｄは粒子の特性的な寸法である。磁性粒子５０６は、あらゆる適切な形状および／またはサイズのものであってもよく、５０ｎｍおよびそれより小さな粒子が含まれる。ＬＣ５０２もまた、あらゆる適切な形状および／またはサイズのものであってもよい。例えば、いくつかの実施形態では、ＬＣ５０２のそれぞれは、数百ナノメートルの厚さであってもよい。いくつかの実施形態では、ＬＣパターン化制御システム５００な間のピクセルのサイズは、電場に依拠する従来型のＬＣデバイスの限界を下回るよう低減することができ、約１μｍ未満のサイズのピクセルを含む。

いくつかの実施形態では、磁石５０６は、異方性であってもよい。つまり、磁石５０６は、複数の好ましい磁化方向を有する可能性があり、これらは「容易軸」と称されることもある。例えば、いくつかの実施形態では、磁石５０６のそれぞれは、２つの容易軸を有してもよく、１つが平面内にありもう１つが平面に垂直である（図５Ａ～図５Ｂに示される通り）、または２つが平面内で直交する角度となるなどである。さらには、磁石５０６の磁化方向は、容易軸の１つに揃った後、安定したままであってもよい。このような安定した２つの平衡状態は、双安定性と称される。

ＬＣパターン化制御システム５００は、反射層５０４および配線５０８_１～５０８_Ｎ（配線５０８と総称され、配線５０８と個別に称される）と５１０とのグリッドをさらに含み、図５Ｂに関してこれらを以下でさらに詳しく考察する。説明目的のため、特定の層を示すが、いくつかの実施形態は、図４に関して上で考察したものと同様に、アラインメント層およびＬＣ５０２のそれぞれの周りのガラス基板層、ガラス基板層の片面または両面上の偏光層など、さらなる層を含んでもよい。

ＬＣパターン化制御システム５００に入射する光は、ＬＣ５０２を通過し、反射層５０４により、例えば視聴者またはレンズなどの光学素子に向けて反射される場合がある。つまり、ＬＣパターン化制御システム５００は、ミラーとして機能し、そこに入射する光を変調するＬＣ５０２を用いて、空間的に変化する光の変調を生成する。説明するように、いくつかの実施形態では、ＬＣパターン化制御システム５００上に投影される光はまた、偏光していてもよい。

いくつかの実施形態では、間隙５０７_１などの磁石５０６同士の間の間隙は、反射性の材料によって覆ってもよく、反射層５０４は、クロムなどの反射性の材料を磁石５０６および間隙の上部でスパッタリングすることによって形成してもよい。これにより、そうしないと間隙によって作り出されるであろう回折を除去することができる。

図５Ｂは、様々な実施形態による、ＬＣパターン化制御システム５００の上から見下ろす視点を図示する概略図である。示されるように、配線５０８および５１０は、磁石５０６およびＬＣ５０２の下で、交差配線方式で配設される。磁石５０６上の反射層５０４は、説明目的のために省略してある。

示されるように、配線５０８と５１０との個々の対は、ＬＣ５０２のそれぞれで交差する。磁場は、配線５０８および５１０を通じる電流の流れによって生成される。例えば、配線５０８および５１０を通じて電流を駆動するために薄膜トランジスタを使用することが可能である。配線を通じる電流の流れによって生成される磁場は、Ｈ≒Ｉ／ｒであり、ここでＩは配線中の電流であり、ｒは配線からの距離である。磁石５０６を切り替えるために必要とされる保磁力場が約２Ｉ／ｒである磁石５０６を使用することによって、配線５０８および５１０の２つが、同時に駆動され、例えば磁石５０６が異方性である異なる容易軸の間に、磁石５０６のうちの１つを切り替えるために必要な保磁力場を生成することができる。磁石５０６のそれぞれが２つの容易軸を有する上の例に戻ると、電流は、磁石５０６で交差する配線５０８と５１０との対を通って駆動され、容易軸のうちの１つに向かってその磁化を促し、その後、磁化がその容易軸方向に固定されてもよい。さらには、ＬＣを揃えるための磁場を維持するために連続的な電力消費を必要とする従来型のＬＣデバイスとは対照的に、磁化は、電力消費をせずに固定されたままであってもよい（配線５０８および５１０を通って追加的な電流を駆動させない状態で）。その後、電流は同じ配線を通るが反対向きに駆動され、磁石をそのもう一方の容易軸に切り替えてもよく、それにより磁場の方向を反転させる。

例えば、磁石５０６_１は、磁石５０６_１で交差する配線５０８_１および５１０_１の両方を通じて電流を駆動することにより切り替えてもよい。そのような場合、配線の磁場の２倍したものが交差点で生成されるが、配線５０８_１および５１０_１のうちの１つだけの上にある磁石５０６だけがその配線に関連する磁場を見ることができる。例えば、磁石５０６の磁化は、最初は平面内にあってもよく、磁石５０６_１の磁化は、図５Ｂに示されるように、その平面に垂直な磁場を作り出すように切り替えられてもよい。ＬＣ５０２_１の異方性の分子は、図４に関して上述したように、垂直な磁場に揃うように再配向する場合がある。このような磁場とのアラインメントは、例えばピクセルのＯＮ状態を表すことができ、一方で他の（例えば、平面アラインメントしている）ＬＣ５０２は、ＯＦＦ状態を表すことができ、またはその逆である。さらには、いくつかの実施形態では、磁石５０６および関連するＬＣ５０２は、素早く（例えば、１０～１００ｎｓ）切り替わる場合がある。

配線５０８および５１０は、磁石５０６よりも下に配設され、磁石５０６よりも薄いものとして示されているが、磁石５０６を切り替えるために必要とされる保磁力場を作るために、配線のあらゆる技術的に実現可能な構成が使用されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、配線５０８および５１０は、磁石５０６と同じ厚さであってもよい。別の例としては、いくつかの実施形態では、配線は、磁石の下ではなく、磁石の側部に配設されてもよい。さらには、本明細書では図５Ａ～図５Ｂ、図６Ａ～図６Ｂ、図７Ａ～図７Ｂ、および図８Ａ～図８Ｂに関して説明するような例示的な駆動方式が説明目的で開示されるが、代替の実施形態では、磁場を用いてＬＣを駆動するためのあらゆる技術的に実現可能な方式が採用されてもよい。

図６Ａは、様々な実施形態による、別のＬＣパターン化制御システム６００の断面図を図示する概略図である。示されるように、ＬＣパターン化制御システム６００は、個々のＬＣ６０２_１～６０２_Ｎ（ＬＣ６０２と総称され、ＬＣ６０２と個別に称される）、反射層６０４、磁力ドメイン６０７_１～６０７_ＮＮ（磁力ドメイン６０７と総称され、磁力ドメイン６０７と個別に称される）を含む層６０６、および配線６０８_１～６０８_Ｎ（配線６０８と総称され、配線６０８と個別に称される）と６１０から構成されるピクセルのアレイを含む。ＬＣ６０２、反射層６０４、ならびに配線６０８および６１０は、ＬＣパターン化制御システム５００のＬＣ５０２、反射層５０４、ならびに配線５０８および５１０にそれぞれ類似しており、簡略のため詳細には説明しない。ＬＣパターン化制御システム６００のコンポーネントのすべてまたは一部は、互いに物理的に接触していてもよく、互いに１つの基板を共有してもよく、互いに積層されてもよく、互いに光学的に接触してもよく、屈折率マッチング流体もしくは光学糊を互いの間に有してもよく、および／またはコンポーネント同士の間に空間があってもよい。

磁力ドメインは、原子の磁気モーメントが同一方向を指すように揃うことにより磁化が一様な方向となる磁性材料内部の領域である。原子の磁気モーメントが同一方向に揃っている磁性材料の連続的なフィルムは、そのフィルム上に磁場を作らない。しかしながら、磁性フィルムの磁力ドメイン同士の遷移部分における磁場が、フィルム上で広がる可能性がある。いくつかの実施形態では、磁性材料のフィルムの上に磁場が広がる、そのような遷移部分領域上にＬＣが配置されてもよい。

例として、磁性層６０６は、ＬＣ６０２の下に遷移部分を有する磁力ドメイン６０７を含む。例えば、磁力ドメイン６０７_１および６０７_３内の原子の磁気モーメントは、磁力ドメイン６０７_２内の原子の磁気モーメントとは異なる方向に揃っていてもよい。説明目的のために特定の構成を示すが、代替の実施形態では、他の構成が用いられてもよい。磁力ドメインは、一般的にはドメイン壁と呼ばれる遷移領域によって別個にされ、いくつかの実施形態では、あらゆる適切な性質（狭い、または広い、どれくらい動きやすいか、など）を有する磁力ドメイン６０７はドメイン壁によって別個にされてもよい。

いくつかの実施形態では、ＬＣパターン化制御システム５００の磁石５０６に関する上の考察と同じように、磁力ドメイン６０７は異方性で、それに沿って磁力ドメイン６０７の磁化が切り替わることができる２つ（またはそれ以上）の容易軸を伴ってもよい。さらには、いくつかの実施形態では、磁力ドメイン６０７は十分に小さくすることができ、ＬＣパターン化制御システム６００のピクセルサイズは、従来型のＬＣデバイスの限界を下回るよう低減することができ、約１μｍ未満のサイズのピクセルを含む。

図６Ｂは、様々な実施形態による、ＬＣパターン化制御システム６００の上から見下ろす視点を図示する概略図である。示されるように、図５Ｂに関して上述した配線５０８および５１０と同様に、配線６０８および６１０は、ＬＣ６０２および対応する磁力ドメインの下で、交差配線方式で配設される。磁場は、配線６０８および６１０を通じる電流の流れによって生成され得る。例えば、配線６０８および６１０を通じて電流を駆動するために薄膜トランジスタを使用することが可能である。配線６０８および６１０のうちの１つを通じる電流の流れによって生成される磁場は、Ｈ≒Ｉ／ｒであり、配線６０８および６１０の２つが、同時に駆動され、図５Ｂに関する上の考察と同じように、例えば磁力ドメイン６０７が異方性である異なる容易軸間で、磁力ドメイン６０７のうちの１つを切り替えるために必要とされる保磁力場、約２Ｉ／ｒを生成してもよい。

例えば、磁力ドメイン６０７_２は、磁力ドメイン６０７_２で交差する配線６０８_１および６１０_１の両方を通じて電流を駆動することにより切り替えてもよい。図６Ａ～図６Ｂに示されるように、これによって平面に垂直な磁場が作り出される。ＬＣ６０２_１の異方性の分子は、そのような磁場に揃うように再配向して、例えばピクセルのＯＮ状態を表す場合があり、一方で分子がそのように揃っていない（そして、例えば、平面アラインメントしている）ＬＣ６０２はＯＦＦ状態を表す場合があり、またはその逆である。図５Ｂに関して説明した磁石５０６およびＬＣ５０２と同様に、磁力ドメイン６０７および関連するＬＣ６０２は、いくつかの実施形態では、素早く（例えば、１０～１００ｎｓで）切り替わる場合がある。さらには、切り替えられない場合、磁力ドメイン６０７の磁化は、電力消費をせずに固定されたままであってもよい。

配線６０８および６１０は、磁力ドメイン６０７よりも下に配設され、磁力ドメイン６０７よりも薄いものとして示されているが、厚みのある配線および磁力ドメインの側部に配設される配線を含め、磁力ドメインを切り替えるために必要とされる保磁力場を作ることが可能な、配線のあらゆる技術的に実現可能な構成が使用されてもよい。

図７Ａは、様々な実施形態による、別のＬＣパターン化制御システム７００の断面図を図示する概略図である。示されるように、ＬＣパターン化制御システム７００は、個々のＬＣ７０２_１～７０２_Ｎ（ＬＣ７０２と総称され、ＬＣ７０２と個別に称される）および対応する磁石７０６_１～７０６_Ｎ（磁石７０６と総称され、磁石７０６と個別に称される）から構成されるピクセルのアレイ、ならびに反射層７０４を含む。ＬＣ７０２および反射層７０４は、ＬＣパターン化制御システム５００のＬＣ５０２および反射層５０４にそれぞれ類似しており、簡略のため詳細には説明しない。ＬＣパターン化制御システム７００のコンポーネントのすべてまたは一部は、互いに物理的に接触していてもよく、互いに１つの基板を共有してもよく、互いに積層されてもよく、互いに光学的に接触してもよく、屈折率マッチング流体もしくは光学糊を互いの間に有してもよく、および／またはコンポーネント同士の間に空間があってもよい。

示されるように、磁石７０６のそれぞれは、周りに配線のコイルが巻き付けられた高透磁性コアを備える電磁石である。いくつかの実施形態では、配線のコイルは、マイクロまたはナノコイルであってもよい。配線のコイルおよび高透磁性コアは、あらゆる技術的に実現可能な材料から構築することができる。例えば、高透磁性コアは鉄製のコアであってもよい。いくつかの実施形態では、磁石７０６は十分に小さくすることができ、ＬＣパターン化制御システム７００のピクセルサイズは、従来型のＬＣデバイスの限界を下回るよう低減することができ、約１μｍ未満のサイズのピクセルを含む。

動作中、磁石７０６の配線のコイルを通じる電流の流れは、その内部に磁場を作る。加えてそのような磁場の強度は、コアの透磁率で乗じたものとなる。つまり生成される磁場は、Ｂ＝μＨとなり、ここでμはコアの透磁率であり、Ｈは配線中の電流による磁場である。結果として、比較的小さな電流で比較的大きな磁場が生成され得る。例えば、鉄コアは、磁場の強度を１０，０００倍大きくすることができる。コアそれ自体の内部の磁場は有用ではないが、コアの端部のちょうど外側の磁場は、実質的に内部の磁場に等しい。示されるように、ＬＣ７０２のそれぞれは、そのような磁石７０６のコアのちょうど外側の磁場を経るべく、それぞれの磁石７０６のコアの上に配設される。

それぞれの電圧７０８_１～７０８_Ｎ（電圧７０８と総称され、電圧７０８と個別に称される）は、磁石７０６の周りのコイルを通じて電流を駆動するように印加されてもよい。例として、電圧７０８_１の印加は、磁石７０６_１の周りのコイルを通る電流を駆動し、それにより磁場が生じる。いくつかの実施形態では、磁石７０６の周りのコイルはまた、共通のグラウンドに接続されてもよい。例えば、コイルの一端は、電圧（＋／－Ｖ）に、もう一端はグラウンドに接続することが可能である。それにより、コイルを通る電流を駆動し、正と負の電圧を切り替えることにより（＋Ｖから－Ｖまたは－Ｖから＋Ｖ）、磁場の方向が切り替わる。

図７Ｂは、様々な実施形態による、ＬＣパターン化制御システム７００の上から見下ろす視点を図示する概略図である。示されるように、電圧の印加は磁石７０６_１のコイル内で電流を駆動させ、それにより平面に垂直な磁場を生成する。ＬＣ７０２_１の異方性の分子は、そのような磁場に揃うように再配向して、例えばピクセルのＯＮ状態を表す場合があり、一方で分子が磁場に揃っていない（そして、例えば、平面アラインメントしている）ＬＣ７０２はＯＦＦ状態を表す場合があり、またはその逆である。

図８Ａは、様々な実施形態による、別のＬＣパターン化制御システム８００の断面図を図示する概略図である。示されるように、ＬＣパターン化制御システム８００は、個々のＬＣ８０２_１～８０２_Ｎ（ＬＣ８０２と総称され、ＬＣ８０２と個別に称される）および対応する磁石８０４_１～８０４_Ｎ（磁石８０４と総称され、磁石８０４と個別に称される）から構成されるピクセルのアレイを含む。ＬＣ８０２は、ＬＣパターン化制御システム５００のＬＣ５０２に類似しており、簡略のため詳細には説明しない。ＬＣパターン化制御システム８００のコンポーネントのすべてまたは一部は、互いに物理的に接触していてもよく、互いに１つの基板を共有してもよく、互いに積層されてもよく、互いに光学的に接触してもよく、屈折率マッチング流体もしくは光学糊を互いの間に有してもよく、および／またはコンポーネント同士の間に空間があってもよい。

示されるように、磁石８０４のそれぞれは、ＬＣ８０２のうちの１つに巻き付けられている。いくつかの実施形態では、ＬＣパターン化制御システム５００の磁石５０６に関する上の考察と同じように、磁石８０４は異方性で、それに沿って磁石８０４の磁化が切り替わることができる２つ（またはそれ以上）の容易軸を伴ってもよい。さらには、いくつかの実施形態では、磁石８０４は十分に小さくすることができ、ＬＣパターン化制御システム８００のピクセルサイズは、従来型のＬＣデバイスの限界を下回るよう低減することができ、約１μｍ未満のサイズのピクセルを含む。いくつかの他の実施形態では、それぞれのセルの縁部に２つ以上の磁石が配置されてもよい。

示されるように、ＬＣパターン化制御システム８００はまた、ＬＣ８０２および磁石８０４の下で、交差配線方式で配設される配線８０６_１～８０６_Ｎおよび８０８_１～８０８_Ｍ（それぞれ、配線８０６および８０８と総称され、配線８０６および８０８と個別に称される）を含む。図８Ｂは、交差配線方式を示している、ＬＣパターン化制御システム８００の上から見下ろす視点を図示する概略図である。図５Ｂに関して上述した配線５０８および５１０と同様に、磁場は配線８０６および８０８を通じる電流の流れによって生成される。例えば、配線８０６および８０８を通じて電流を駆動するために薄膜トランジスタを使用することができ、配線８０６および８０８の２つが、同時に駆動され、例えば異方性の磁石８０４の場合では異なる容易軸の間に、磁石８０４のうちの１つを切り替えるために必要な保磁力場を生成することができる。

図７Ａ～図７Ｂに示されるように、磁石８０４_１の切り替えは、配線８０６_１および８０８_１の両方を通じて電流を駆動することにより、平面内で特定方向の磁場を作り出す。ＬＣ８０２_１の異方性の分子は、そのような磁場に揃うように再配向して、これは例えばピクセルのＯＮ状態を表す場合があり、他のＬＣ８０２の分子は別の方向（例えば、平面に対して垂直）に揃って、ＯＦＦ状態を表す場合があり、またはその逆である。図５Ｂに関して上述した磁石５０６およびＬＣ５０２と同様に、磁石８０４および関連するＬＣ８０２は、いくつかの実施形態では、素早く、例えば切り替え１回当たり１０～１００ｎｓで切り替わる場合がある。さらには、切り替えられない場合、磁石８０４の磁化は、電力消費をせずに固定されたままであってもよい。

反射型および透過型のＬＣパターン化制御システムの特定の実施形態を参照例として図４～図８に関して上述したが、ＬＣを揃えるために磁場が使用される他の実施形態もまた企図される。例えば、いくつかの実施形態では、磁石によって生成される磁場の配向は、本明細書で開示される例とは異なっていてもよい。別の例として、いくつかの透過型の実施形態では、ＬＣを巻いている磁石の代わりに、透明な磁性酸化物が使用されてもよい。

図９～図１０は、様々な実施形態による、１つまたは複数のＬＣパターン化制御システムを含む例示的な光学システム構成を図示している。そのようなシステムは、図１Ａ～図１Ｂおよび図２Ａ～図２Ｂに関してそれぞれ上述したＮＥＤシステム１００またはＨＭＤ１６２などの、例えば仮想現実（ＶＲ）、拡張現実（ＡＲ）、または複合現実（ＭＲ）向けのニアアイディスプレイデバイスに含まれてもよい。本明細書では特定の光学システムが参照例として開示されるが、本明細書で開示されるＬＣパターン化制御システムは、一般的にあらゆる適切な光学システムに含まれてもよい。様々な実施形態において、ＡＲ、ＶＲ、およびＭＲ用ニアアイディスプレイデバイス向けの光学システムは、コンピュータプロセッサにより実行されるアプリケーション（例えば、図３に関して上述したアプリケーションストア３５５に記憶されたアプリケーションのうちの１つ）によって駆動される光源により生成された仮想世界の光を処理するように構成される。光学システムは、そのような仮想的な光を処理して、ＮＥＤデバイスのユーザの目の場所と一致し得る光学システムの射出瞳において画像を形成することができる。

様々な実施形態において、ＡＲおよびＭＲニアアイディスプレイデバイス向けの光学システムは、現実世界の光を処理するように構成される。仮想世界の光の場合とは異なり、そのような光学システムは、射出瞳において現実世界の光の画像に屈折力を導入する必要がなく、また光学システムに対する目の場所（および／または配向）における変化に応答して現実世界の光に対する射出瞳の場所を変える必要がない。したがって、現実世界の光および仮想世界の光は、光学システムの部分に共配置されているが、少なくともいくつかの実施形態では、光学システムによって互いに異なって処理される。

図９は、様々な実施形態による、ＬＣパターン化制御システムを含む仮想現実光学システム９００の一部を図示する概略図である。例えば、光学システム９００は、仮想現実ＮＥＤに含まれる可能性がある。示されるように、光学システム９００は、光源９１０およびＬＣパターン化制御システム９２０を含む。

光源９１０は、光のビームをＬＣパターン化制御システム９２０に投影するように構成される。光源の例としては、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、アクティブマトリクス式有機発光ダイオード（ＡＭＯＬＥＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザ、スーパールミネッセントＬＥＤ（ＳＬＥＤ）、またはそれらの何らかの組み合わせが挙げられる。あらゆる技術的に実現可能な光源が使用されてもよく、使用される光源のタイプは、一般的に用途に応じたものとなる。例えば、レーザまたはＳＬＥＤなどのコヒーレントな光源は、ホログラムを作り出すために使用することができるが、ＬＥＤなどのあらゆる光源が通常のイメージングに使用することができる。いくつかの実施形態では、光源９１０は、偏光した光を作り出すことができる。他の実施形態では、ＬＣパターン化制御システム９２０は、光源９１０から入射する光を偏光させる１つまたは複数の偏光層を含んでもよい。

いくつかの実施形態では、ＬＣパターン化制御システム９２０は、図５Ａ～図５Ｂ、図６Ａ～図６Ｂ、および図７Ａ～図７Ｂに関してそれぞれ上述した反射型のＬＣパターン化制御システム５００、６００、または７００のうちの１つであってもよい。例えば、いくつかの実施形態では、ＬＣパターン化制御システム９２０は、ＯＮおよびＯＦＦに駆動されたピクセルを含む空間光変調器であってもよく、それにより視聴者に向けて反射される画像を形成する。別の例として、いくつかの実施形態では、光源９１０は、レーザなどのコヒーレントな光源であってもよく、ＬＣパターン化制御システム９２０は、ホログラムを形成するよう光源９１０によって発せられたコヒーレントな光を変調することができる。さらに別の例として、いくつかの実施形態では、ＬＣパターン化制御システム９２０は、瞳／ビームステアリングに使用されてもよい。そのような場合では、ＬＣパターン化制御システム９２０は、光をユーザの目に向けてステアリングする、例えばＰＢＰを含む可能性がある。

いくつかの実施形態では、光学システム９００は、光を光学システム９００の射出瞳９３０にフォーカスするレンズまたは他の光学素子、目の位置情報をコントローラモジュールに提供する視線追跡モジュール、射出瞳９３０を目の注視の角度に応じて異なる場所にステアリングする光学素子など、示されない追加的なコンポーネントを含む場合がある。例えば、リフトレンズ、ＰＢＰレンズ、パンケーキレンズなどが、射出瞳９３０で光をフォーカスするために使用される可能性がある。別の例として、視線追跡モジュールは、ＮＥＤ内部またはＮＥＤ上のいくつかの場所のうちいずれかに配置することが可能である。つまり、実施形態は、本明細書で開示される技法に従ってＬＣパターン化制御システムを含むＶＲ光学システムのあらゆる技術的に実現可能な構成を含むことができる。

図１０は、様々な実施形態による、ＬＣパターン化制御システムを含む別の仮想現実光学システム１０００の一部を図示する概略図である。例えば、光学システム１０００は、仮想現実ＮＥＤに含まれる可能性がある。示されるように、光学システム１０００は、光源１０１０およびＬＣパターン化制御システム１０２０を含む。

上述の光源９１０と同様に、光源１０１０は、例えば、ＯＬＥＤ、ＡＭＯＬＥＤ、ＬＥＤ、レーザ、ＳＬＥＤ、または光のビームをＬＣパターン化制御システム１０２０に投影するそれらの何らかの組み合わせを含んでもよい。さらには、いくつかの実施形態では、光源１０１０は、偏光した光を作り出すことができるか、代替的に、ＬＣパターン化制御システム１０２０が光源１０１０からの光を偏光させる偏光層を含んでもよい。

ＬＣパターン化制御システム９２０とは対照的に、ＬＣパターン化制御システム１０２０は、光源１０１０から入射する光を透過する。いくつかの実施形態では、ＬＣパターン化制御システム１０２０は、図８Ａ～図８Ｂに関して上述したＬＣパターン化制御システム８００であってもよい。例えば、いくつかの実施形態では、ＬＣパターン化制御システム１０２０は、ＯＮおよびＯＦＦに駆動されたピクセルを含む空間光変調器であってもよく、それにより画像を形成する。別の例として、いくつかの実施形態では、ＬＣパターン化制御システム１０２０は、ホログラムを形成するよう光源１０１０によって発せられたコヒーレントな光を変調することができる。さらに別の例として、いくつかの実施形態では、ＬＣパターン化制御システム１０２０は、ＰＢＰレンズまたは格子などのＰＢＰ光学素子であってもよく、それらの機能性を図１２Ａ～図１２Ｂに関して以下でさらに詳しく考察する。さらなる例として、いくつかの実施形態では、ＬＣパターン化制御システム１０２０は、局所的に印加された磁場を用いてＬＣを揃えることにより可能となされる、屈折力の連続的な調節の範囲を有する可変焦点レンズであってもよい。

光学システム９００に関する上の考察と同様に、光学システム１０００は、光を光学システム１０００の射出瞳１０３０にフォーカスするレンズまたは他の光学素子、目の位置情報をコントローラモジュールに提供する視線追跡モジュール、射出瞳１０３０を目の注視の角度に応じて異なる場所にステアリングする光学素子など、示されない追加的なコンポーネントを含む場合がある。

図１１は、様々な実施形態による、ＬＣパターン化制御システムを含む拡張現実光学システム１１００の一部を図示する概略図である。例えば、光学システム１１００は、拡張現実ＮＥＤに含まれてもよい。光学システム１１００は、いくつかの点で光学システム９００および１０００とは異なっている。例えば、光学システム９００および１０００は、仮想世界の光を用いて動作するように構成されるが、光学システム１１００は、仮想世界の光と現実世界の光を用いて動作するように構成される。

示されるように、光学システム１１００は、光源１１１０およびＬＣパターン化制御システム１１２０を含む。上述の光源９１０と同様に、光源１１１０は、例えば、ＯＬＥＤ、ＡＭＯＬＥＤ、ＬＥＤ、レーザ、ＳＬＥＤ、または光のビームをＬＣパターン化制御システム１１２０に投影するそれらの何らかの組み合わせを含んでもよい。さらには、いくつかの実施形態では、光源１１１０は、偏光した光を作り出すことができるか、代替的には、ＬＣパターン化制御システム１１２０が光源１１１０からの光を偏光させる偏光層を含んでもよい。

例として、ＬＣパターン化制御システム１１２０は、現実世界の光に対して透明な反射モードで機能し、現実世界の光を、光源１１１０を使用して生成された仮想的な画像と組み合わせる。例えば、いくつかの実施形態では、ＬＣパターン化制御システム１１２０は、図８に関して上述したＬＣパターン化制御システム８００であってもよい。ＬＣパターン化制御システム１０２０に関する上の考察と同様に、ＬＣパターン化制御システム１１２０は、例えば、空間光変調器、ＰＢＰ光学素子、可変焦点レンズであってもよく、とりわけいくつかの実施形態では、ホログラフィで使用されてもよい。

いくつかの実施形態では、光学システム１１００は、プリズム、導波路光学システム、または光源１１１０からの光を射出瞳位置１１３０にリダイレクトおよび／またはフォーカスする他の光学素子をさらに含んでもよい。そのような場合、ＬＣパターン化制御システムは、図１１に示されるＬＣパターン化制御システム１１２０とは異なる光学システムに異なるように配置されてもよい（または配置されなくてもよい）。いくつかの実施形態では、光学システム１１００はまた、光を光学システム１１００の射出瞳１１３０にフォーカスするレンズまたは他の光学素子、目の位置情報をコントローラモジュールに提供する視線追跡モジュール、射出瞳１１３０を目の注視の角度に応じて異なる場所にステアリングする光学素子など、示されない他のコンポーネントを含む場合がある。つまり、実施形態は、本明細書で開示される技法に従ってＬＣパターン化制御システムを含むＡＲ光学システムのあらゆる技術的に実現可能な構成を含むことができる。

図１２Ａは、様々な実施形態による、ＰＢＰ格子１２００Ａの図である。互いに直交するｘ軸およびｙ軸１２１０が、基準として図示される。ｚ軸は図示されていないが、ｘｙ平面に垂直で、格子１２００Ａの光軸に沿っている。

示されるように、格子１２００Ａは、ＬＣまたは線形反復パターンで配向するメタ構造の一軸速軸１２２０を含む。図１２Ａでは、速軸の配向は、ＬＣまたはメタ構造の配向を概略的に表現するように揃えられた短い線分として図示されている。例えば、速軸１２２０Ａは、ｘ方向に配向しているが、ＬＣ１２２０Ｂはｙ方向に配向している。１２２０Ａと１２２０Ｂとの間の速軸は、ｘ方向とｙ方向に対して中間的な方向に沿って揃っている。そのようなパターン化された配向を有する一軸波長板は、光の光波が波長板（例えば、位相板）を伝播する際の偏光の進行の結果として、光の幾何学的位相シフトを引き起こす。様々な実施形態では、ｘ軸に沿う速軸の配向は、格子１２００Ａの特定のｘｙ平面について一定である。さらには、図示されていないが、様々な実施形態において、ｘｙ平面に垂直な（ｚ軸）、ある方向における速軸の配向は、回転的に変化してもよい（例えば、ねじれ構造）。

格子１２００Ａの線形反復パターンは、パターンの繰返し部分の間がｙ軸に沿って距離１２３０の半分であるピッチを有する。ピッチは、一部、格子１２００Ａの光学的な性質を決定する。例えば、光学軸に沿って格子１２００Ａに入射する偏光した光は、それぞれが回折次数ｍ＝＋１、－１、および０に対応する、一次、共役、および漏れ（ｌｅａｋａｇｅ）の光を含む格子出力をもたらす。本明細書では、ｍ＝＋１は一次の次数として考え、共役次数はｍ＝－１の次数として考えるが、次数の指定は反転させてもよく、または変えてもよい。ピッチは、異なる回折次数における光の回折角（例えば、ビームステアリング角）を決定する。一般的に、所与の光の波長に対し、ピッチが小さくなると、角度は大きくなる。

図１２Ｂは、様々な実施形態による、例示的なＰＢＰレンズ１２００Ｂの上から見下ろした図である。互いに直交するｘ軸およびｙ軸１２１０が、基準として図示される。ｚ軸は図示されていないが、ｘｙ平面に垂直で、レンズ１２００Ｂの光軸に沿っている。ｘｙ平面のｒ軸は、半径方向およびレンズ１２００Ｂの中心１２２５からの距離を表している。

示されるように、ＰＢＰレンズ１２００Ｂは、半径方向および円周方向に反復するパターンで配向される速軸１２３５を含む。示されるように、ＬＣまたはメタ構造は、速軸の配向を概略的に表現するように揃えられた短い線分として図示されている。例えば、光軸から固定の距離では、速軸１２３５Ａは円周方向に配向しているが、速軸１２３５Ｂは半径方向に配向している。１２３５Ａと１２３５Ｂとの間の速軸は、円周方向と半径方向に対して中間的な方向に沿って揃っている。別の例として、固定の半径方向に沿って、速軸１２４５Ａは、円周方向に配向しているが、速軸１２４５Ｂは半径方向に配向している。１２４５Ａと１２４５Ｂとの間の速軸は、円周方向と半径方向に対して中間的な方向に沿って揃っている。そのようなパターン化された配向を有するＬＣまたはメタ構造の一軸速軸は、光の光波が幾何学的位相板を伝播する際の偏光の進行の結果として、光の幾何学的位相シフトを引き起こす。図示されていないが、ｘｙ平面に垂直な（ｚ軸）、ある方向における速軸の配向は、回転的に変化してもよい（例えば、ねじれ構造）。

レンズ１２００Ｂの半径方向に反復するパターンは、パターンの繰返し部分の間がｒ軸に沿う距離であるピッチ１２５０を有する。一般的に、ピッチ１２５０は、半径方向に変わってもよい。例えば、ｒ軸に沿うパターンの繰返し部分間の距離は、ｒが大きくなるにつれ小さくなる可能性がある。結果として、ピッチ１２５０は、中心１２２５に向かって、より大きくより近くなる場合がある。ピッチは、一部、レンズ１２００Ｂの光学的な性質を決定する。例えば、光軸に沿ってレンズ１２００Ｂに入射する偏光した光は、特定の光の波長に対して特定の焦点距離を有する光のレンズ出力となる。ピッチは、そのような焦点距離を決定する。一般的に、所与の光の波長に対し、ピッチが小さくなると、焦点距離は短くなる。

古典的には、光の波面は、光路長（ＯＰＬ）を調節することによって制御され、波の速度（材料の屈折率に依存する）と材料を通る波の物理的な伝播距離との積として等方的な材料について定義される。古典的なレンズでは、レンズの湾曲面によって生ずる空間的に変化するＯＰＬは、波面の位相シフトとなり、レンズの焦点距離をもたらす。それとは対照的に、ＰＢＰレンズの幾何学的位相シフトは、ＰＢＰレンズの異方性の体積を通過する光波の進行により生じる。位相シフトは、異方性のものを通過する個々の光波の経路の幾何学に依存し、光波を変形させる。例えば、ＬＣおよびＰＢＰレンズ内のメタ材料のナノ構造の分子の異方性は、透過または反射される光波の位相シフトをもたらす。そのような位相シフトは、有効な光軸の配向および異方性の材料の速軸配向に直接的に比例する。

いくつかの実施形態では、ＰＢＰレンズ１２００ＢなどのＰＢＰレンズは、アクティブ（「アクティブ素子」とも称される）またはパッシブ（「パッシブ素子」とも称される）であってもよい。例えば、アクティブなＰＢＰレンズは、次の３つの光学的な状態を有する：加法状態、中間状態、および減法状態。加法状態は、屈折力を系に加え、中間状態は系の屈折力に影響せず、またアクティブなＰＢＰレンズを通過する光の偏光に影響せず、そして減法状態は系から屈折力を減ずる。

アクティブなＰＢＰレンズの状態は、アクティブなＰＢＰレンズに入射する光の偏光の左右像、および液晶から作られたアクティブなＰＢＰレンズに印加される磁場の尺度によって決定される場合がある。例えば、いくつかの実施形態では、アクティブなＰＢＰ ＬＣレンズは、右回りの円偏光を有する入射光およびゼロの（またはより一般的には、しきい値磁場を下回る）磁場が印加されたことに応答して減法状態で動作する。いくつかの実施形態では、アクティブなＰＢＰ ＬＣレンズは、左回りの円偏光を有する入射光およびゼロの磁場が印加されたことに応答して加法状態で動作する。いくつかの実施形態では、アクティブなＰＢＰ ＬＣレンズは、印加される磁場に応答して（偏光に関わらず）中間状態で動作する。印加される磁場は、ＬＣを正の誘電率異方性を用いて印加される磁場方向に沿って揃える。アクティブなＰＢＰ ＬＣレンズが、加法または減法状態にある場合、アクティブなＰＢＰ ＬＣレンズから出力される光は、アクティブなＰＢＰ ＬＣレンズに入る光の左右像と反対の左右像を有する。対照的に、アクティブなＰＢＰ ＬＣレンズが、中間状態にある場合、アクティブなＰＢＰ ＬＣレンズから出力される光は、アクティブなＰＢＰ ＬＣレンズに入る光と同じ左右像を有する。

パッシブなＰＢＰレンズは、次の２つの光学的な状態を有する：加法状態、および減法状態。パッシブなＰＢＰレンズの状態は、パッシブなＰＢＰレンズに入射する光の偏光の左右像によって決定される。一般に、パッシブなＰＢＰレンズは、パッシブなＰＢＰレンズに入る光とは反対の左右像を有する光を出力する。例えば、いくつかの実施形態では、パッシブなＰＢＰレンズは、右回りの偏光を有する入射光に応答して減法状態で動作し、左回りの偏光を有する入射光に応答して加法状態で動作する。

いくつかの実施形態では、１２００ＢなどのＰＢＰ格子は、アクティブ（「アクティブ素子」とも称される）またはパッシブ（「パッシブ素子」とも称される）であってもよい。アクティブなＰＢＰ格子は、例えば、アクティブなＰＢＰレンズの状態と同様に、次の３つの光学的な状態を有する：加法状態、中間状態、および減法状態。加法状態では、アクティブなＰＢＰ格子は特定の波長の光を、減法状態の回折角に対して正となる角度に回折する。減法状態では、アクティブなＰＢＰ格子は特定の波長の光を、加法状態の正の角度に対して負となる角度に回折する。その一方で、中間状態では、ＰＢＰ格子は光の回折に至らず、アクティブなＰＢＰ格子を通過する光の偏光に影響しない。

アクティブなＰＢＰ格子の状態は、アクティブなＰＢＰ格子に入射する光の偏光の左右像、およびアクティブなＰＢＰ格子に印加される磁場の尺度によって決定される場合がある。例えば、いくつかの実施形態では、アクティブなＰＢＰ格子は、右回りの円偏光を有する入射光およびゼロの（またはより一般的には、しきい値磁場を下回る）磁場が印加されたことに応答して減法状態で動作する。いくつかの実施形態では、ＰＢＰ格子は、左回りの円偏光を有する入射光およびゼロの磁場が印加されたことに応答して加法状態で動作する。いくつかの実施形態では、ＰＢＰ格子は、印加される磁場に応答して（偏光に関わらず）中間状態で動作する。正の誘電率異方性を有する液晶は、印加される磁場方向に沿って揃えることができる。アクティブなＰＢＰ格子が、加法または減法状態にある場合、アクティブなＰＢＰ格子から出力される光は、アクティブなＰＢＰ格子に入る光の左右像と反対の左右像を有する。アクティブなＰＢＰ格子が、中間状態にある場合、アクティブなＰＢＰ格子から出力される光は、アクティブなＰＢＰ格子に入る光と同じ左右像を有する。

パッシブなＰＢＰ格子の状態は、パッシブなＰＢＰ格子に入射する光の偏光の左右像によって決定される。例えば、いくつかの実施形態では、パッシブなＰＢＰ格子は、右回りの円偏光を有する入射光に応答して減法状態で動作する。いくつかの実施形態では、パッシブなＰＢＰ格子は、左回りの円偏光を有する入射光に応答して加法状態で動作する。加法または減法状態にあるパッシブなＰＢＰ格子では、パッシブなＰＢＰ格子から出力される光は、パッシブなＰＢＰ格子に入る光の左右像と反対の左右像を有する。

図１３は、様々な実施形態による、光のビームを変調するための方法を図示するフロー図である。図１～図１２のシステムを参照して方法ステップを説明するが、当業者であれば、あらゆるシステムは、他の実施形態では任意の順序で、方法ステップを実装するように構成されてもよいことを理解されよう。

示されるように、方法１３００は、ステップ１３０２に開始し、このステップでは、アプリケーションは、ある時点でのＬＣパターン化制御システムのピクセルの状態を判定する。アプリケーションは、例えば、図３に関して上述したようなアプリケーションストア３５５に記憶されたアプリケーションのうちの１つであってもよく、ゲーミングアプリケーション、会議アプリケーション、動画再生アプリケーション、またはあらゆる他の適切なアプリケーションを含んでもよい。いくつかの実施形態では、アプリケーションは、ステップ１３０２において、ＯＮとＯＦＦをする、ＬＣパターン化制御システムのピクセルを判定する。本明細書では主にそのようなシステムについて考察するが、いくつかの実施形態では、アプリケーションはまた、中間の状態を判定してもよい。つまり、磁場駆動システムに応じて、中間的な状態の一部またはすべてが、ＬＣパターン化制御システムにおいて達成可能であり得る。

ステップ１３０２においてアプリケーションによって判定されたピクセル状態は、一般的に動的な光学用途に依存し得る。例えば、アプリケーションは、画像を形成するために、空間光変調器のどのピクセルがＯＮまたはＯＦＦされる必要があるかを判定することができる。別の例として、アプリケーションは、コヒーレントな光源によって発せられる光からホログラムを生成するために必要なピクセル状態を判定するために、ホログラフィ方程式を解くことができる。他のピクセル状態は、他の動的な光学用途向けに判定されてもよい。

ステップ１３０４では、アプリケーションは、ＬＣパターン化制御システムのピクセルに関連付けられる液晶を、判定されたピクセル状態に基づいて、磁場を使用して駆動する。それにより、ピクセルに関連付けられるＬＣの異方性分子を、対応する磁石によって作り出された磁場に揃うよう再配向することができる。例えば、コントローラは、適当な配線を通じて電流を駆動して、図５Ｂ、図６Ｂ、および図８Ｂに、それぞれ上述するようなＬＣパターン化制御システム５００、６００、および８００内の磁石を切り替えることができる。別の例として、コントローラは、電圧を印加して、図７Ｂに関して上述したようなＬＣパターン化制御システム７００内で切り替わるように、磁石のコイルを通じて電流を駆動する。

ステップ１３０６において、アプリケーションは、光ビームをＬＣパターン化制御システムに投影させる。ＬＣパターン化制御システムは、空間的に変化する変調を、そのような光ビームに与える。複屈折性により、ＬＣを通過する光の位相は、異なる状態を有するピクセルごとに異なって変調される。結果として、ＬＣパターン化制御システムは、上述したように、例えば、画像を形成してもよく、コヒーレントな光からホログラムを形成してもよい。いくつかの実施形態では、ＬＣパターン化制御システムは、図５Ａ～図５Ｂ、図６Ａ～図６Ｂ、および図７Ａ～図７Ｂに関してそれぞれ上述した反射型のＬＣパターン化制御システム５００、６００、または７００におけるように、変調光を反射してもよい。他の実施形態では、ＬＣパターン化制御システムは、図８Ａ～図８Ｂに関して上述したＬＣパターン化制御システム８００におけるように、変調光を透過してもよい。

ステップ１３０８において、アプリケーションは、別の時点へと継続するかどうかを判定する。アプリケーションが継続すると判定した場合、方法１３００は、ステップ１３０２に戻り、このステップでは、アプリケーションは、次の時点でのＬＣパターン化制御システムのピクセルの状態を判定する。一方で、アプリケーションが継続しないと判定した場合、方法１３００は終了する。

本明細書において開示されるＬＣパターン化制御システムの１つの利点は、ＬＣを揃えるために電場ではなく磁場を使用することが、ピクセルサイズを従来型のＬＣデバイスの限界を下回るよう低減できることである。例えば、実施形態のピクセルサイズは、約１μｍより小さくてもよく、約１００ｎｍなどであってもよい。本明細書において開示されるＬＣパターン化制御システムはまた、イオンシールドによって影響されない。加えて、異方性磁石の磁化は、そのような磁石が切り替わった後に固定することができ、電力消費を伴わずにそのような磁石によって作り出された磁場にＬＣが揃ったままにすることができる。これらの技術上の利点は、従来技術の手法に優る１つまたは複数の技術的な進歩を表している。

請求項のいずれかで述べられる請求項要素のいずれか、および／または本出願において説明されるあらゆる要素の、任意およびすべての組み合わせは、あらゆる様式で、本開示および保護の企図される範囲に含まれる。

本開示の実施形態の前述の説明は、説明を目的として提示されたものであり、網羅的であること、または本開示を開示される厳密な形態に限定するように意図されていない。当業者であれば、上述の開示に照らして、多くの修正形態および変形形態が可能であることを諒解されよう。

本説明の一部分は、本開示の実施形態を、情報に対する操作のアルゴリズムおよび記号的な表現の観点から説明している。このようなアルゴリズム的な説明および表現は、一般的にはデータ処理分野の熟練者により、自身の仕事の実体を、他の当業者に効果的に伝えるために使用される。このような操作は、機能的に、計算科学的に、または論理的に説明されるが、コンピュータプログラムまたは等価的な電気回路、マイクロコードなどによって実装されるものと理解される。さらには、一般性を失うことなく、時には、このような操作の配置構成をモジュールと称することが便利であることもまた証明されている。説明される操作およびその関連するモジュールは、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、またはそれらのあらゆる組み合わせに具体化され得る。

本明細書において説明されるステップ、操作、またはプロセスのいずれも、１つまたは複数のハードウェアまたはソフトウェアモジュールにより、単体で、または他のデバイスとの組み合わせとして、実施または実装することができる。一実施形態において、ソフトウェアモジュールは、説明されるステップ、操作、またはプロセスの、いずれかまたはすべてを実施するためにコンピュータプロセッサによって実行可能な、コンピュータプログラムコードを含むコンピュータ可読媒体を備えるコンピュータプログラム製品により実装される。

本開示の実施形態はまた、本明細書における動作を実施するための装置に関連する場合がある。この装置は、必要とされる目的のために特別に構築されてもよく、および／またはコンピュータに記憶されるコンピュータプログラムによって選択的にアクティブ化または再構成される汎用コンピューティングデバイスを含んでもよい。そのようなコンピュータプログラムは、コンピュータシステムバスに連結可能な場合がある、非一時的な有形のコンピュータ可読記憶媒体、または電子的な命令を記憶するために適したあらゆるタイプの媒体に記憶されてもよい。さらには、本明細書で言及されるあらゆるコンピューティングシステムは、単一のプロセッサを含んでもよく、またはコンピューティング能力の向上のために複数のプロセッサ設計を採用するアーキテクチャであってもよい。

本開示の実施形態はまた、本明細書において説明される計算プロセスによって作り出される製品に関連する場合がある。そのような製品は、計算プロセスから得られる情報を含んでもよく、この場合、情報は、非一時的な有形なコンピュータ可読記憶媒体に記憶され、コンピュータプログラム製品のあらゆる実施形態または本明細書において説明される他のデータの組み合わせを含んでもよい。

最終的に、本明細書で用いられる言葉は、原則的に読み易さと指示的な目的のために選ばれたものであり、発明の主題を詳述するため、またはその範囲を定めるために選ばれたものではない場合がある。したがって、本開示の範囲は、この詳細な説明によって限定されることは意図されておらず、これに基づく出願に対して発行されるあらゆる特許請求によって限定されることが意図されている。したがって、実施形態の開示は、本開示の範囲を限定するのではなく、例示的であることが意図されており、これを以下の特許請求の範囲において述べる。

様々な実施形態の説明が、説明を目的として提示されてきたが、網羅的であることまたは開示される実施形態に限定されることを意図されていない。説明される実施形態の範囲から逸脱することなく、多くの修正形態および変形形態が、当業者には明らかである。

本実施形態の態様は、システム、方法、またはコンピュータプログラム製品として具体化することができる。したがって、本開示の態様は、完全にハードウェアの実施形態、完全にソフトウェアの実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含む）、またはソフトウェアとハードウェアの態様を組み合わせた実施形態の形態を取ってもよく、これらは本明細書においては、すべて全体的に「モジュール」または「システム」と称することができる。さらには、本開示の態様は、コンピュータ可読プログラムコードが具体化された１つまたは複数のコンピュータ可読媒体に具体化されたコンピュータプログラム製品の形態を取ってもよい。

１つまたは複数のコンピュータ可読媒体のあらゆる組み合わせを利用することができる。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読の信号媒体またはコンピュータ可読記憶媒体であってもよい。コンピュータ可読記憶媒体は、例えば、電子的、磁気的、光学的、電磁気的、赤外、または半導体のシステム、装置、もしくはデバイス、または前述のあらゆる適切な組み合わせであってもよいが、それに限定されない。コンピュータ可読記憶媒体のより具体的な例（非網羅的な一覧）としては、以下が挙げられよう：１つまたは複数の配線を有する電気接続、ポータブルのコンピュータディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラム可能読み取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ）、光ファイバ、ポータブルコンパクトディスク読み取り専用メモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）、光学記憶デバイス、磁気記憶デバイス、または前述のあらゆる適切な組み合わせ。本文書のコンテキストでは、コンピュータ可読記憶媒体は、命令実行システム、装置、またはデバイスにより、またはそれと併せて使用するためのプログラムを含むか記憶することができるあらゆる有形の媒体であってもよい。

本開示の態様は、本開示の実施形態による、方法、装置（システム）、およびコンピュータプログラム製品のフローチャート図および／またはブロック図を参照して上述される。フローチャート図および／またはブロック図のそれぞれのブロック、ならびにフローチャート図および／またはブロック図におけるブロックの組み合わせは、コンピュータプログラム命令によって実装可能であることを理解されたい。これらのコンピュータプログラム命令は、汎用コンピュータ、特殊目的コンピュータ、または他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサに提供されて、マシンを作り出すことができる。命令は、コンピュータまたは他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサを通じて実行されると、フローチャートおよび／またはブロック図の１つまたは複数のブロックに指定される機能／作用の実装を可能にする。そのようなプロセッサは、限定することなく、汎用プロセッサ、特殊目的プロセッサ、特定用途向けプロセッサ、またはフィールドプログラマブルゲートアレイであってもよい。

図面中のフローチャートおよびブロック図は、本開示の様々な実施形態による、システム、方法、およびコンピュータプログラム製品の可能な実装形態の、アーキテクチャ、機能性、および動作を図示している。この点において、フローチャートまたはブロック図のそれぞれのブロックは、指定される論理機能を実装するための１つまたは複数の実行可能な命令を含む、コードのモジュール、セグメント、または一部を表現している場合がある。一部の代替的な実装形態では、ブロックに示される機能は、図面に示される順とは異なって生じてもよいことにも留意されたい。例えば、続けて示される２つのブロックは、実際には、実質的に同時的に実行されてもよく、または関与する機能性に応じて、ブロックは時に逆の順で実行されてもよい。ブロック図および／またはフローチャート図のそれぞれのブロック、ならびにブロック図および／またはフローチャート図のブロックの組み合わせは、指定された機能もしくは作用を実施する特殊目的のハードウェアベースのシステム、または特殊目的ハードウェアとコンピュータ命令との組み合わせによって実装することも可能であることにも留意されたい。

上記は、本開示の実施形態に向けたものであるが、本開示の他の実施形態およびさらなる実施形態が、その基本的な範囲を逸脱することなく考案されてもよく、その範囲は、以下の特許請求の範囲によって定められる。

Claims (15)

1. 複数のピクセルを備え、前記ピクセルのそれぞれが、
   液晶と、
   磁石と
   を備え、前記磁石の切り替えに応答して、前記液晶の分子が、前記磁石によって生成された磁場に実質的に揃うように再配向する、液晶パターン化制御システム。
2. 前記ピクセルのそれぞれに含まれる前記液晶と前記磁石との間に配設された反射層
   をさらに備え、
   前記反射層が光を反射するように構成されており、前記光は、前記液晶パターン化制御システムに入射し、前記ピクセルに含まれる前記液晶によって変調される、請求項１に記載の液晶パターン化制御システム。
3. 前記ピクセルのそれぞれに含まれる前記磁石が、マイクロ粒子、ナノ粒子、または複数の磁力ドメインを含み、好ましくは前記液晶パターン化制御システムが、
   前記ピクセルに含まれる前記磁石の下で、交差配線で配設される複数の配線
   をさらに備え、
   前記ピクセルに含まれる前記磁石のそれぞれが、対応する配線を通じて電流を駆動することにより切り替わる、請求項１または２に記載の液晶パターン化制御システム。
4. 前記ピクセルのそれぞれに含まれる前記磁石が、高透磁性コアに巻き付けられた様々なマイクロコイルまたはナノコイルを含み、
   前記ピクセルに含まれるそれぞれのマイクロコイルまたはナノコイルが、対応する電圧源および共通のグラウンドに接続され、好ましくは、
   前記ピクセルのそれぞれに含まれる前記磁石が、前記ピクセルに含まれる前記液晶に巻き付けられている、請求項１から３のいずれか一項に記載の液晶パターン化制御システム。
5. 前記ピクセルのそれぞれが、前記ピクセルに含まれる前記液晶に隣接して配設される少なくとも１つのアラインメント層をさらに備え、
   前記ピクセルのそれぞれに含まれる前記少なくとも１つのアラインメント層が、前記液晶に関連付けられる前記磁石の切り替え前に、前記ピクセルに含まれる前記液晶の分子を実質的に揃える、請求項１から４のいずれか一項に記載の液晶パターン化制御システム。
6. 前記液晶パターン化制御システムが、空間光変調器、パンチャラトナム－ベリー位相レンズ、液晶ディスプレイ画面、または可変焦点レンズのうちの１つを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の液晶パターン化制御システム。
7. 前記液晶パターン化制御システムが、コンピュータ生成ホログラフィで使用され、好ましくは、前記液晶パターン化制御システムが、ニアアイディスプレイデバイスに含まれる、請求項１から６のいずれか一項に記載の液晶パターン化制御システム。
8. 複屈折材料と、
   前記複屈折材料に隣接して配設される少なくとも１つのアラインメント層と
   を備え、
   前記複屈折材料内の分子の再配向が、磁石によって駆動される、セル。
9. 前記複屈折材料と前記磁石との間に反射層が配設され、好ましくは、前記セルが、ガラス基板層または偏光層のうちの少なくとも１つをさらに備える、請求項８に記載のセル。
10. 前記複屈折材料が、平面的またはホメオトロピックなアラインメントにある液晶分子を含み、
    前記磁石の切り替えに応答して、前記複屈折材料に含まれる前記液晶分子が、前記磁石によって生成された磁場に実質的に揃うように再配向する、請求項８または９に記載のセル。
11. 前記磁石が、マイクロ粒子、ナノ粒子、複数の磁力ドメイン、または高透磁性コアに巻き付けられたマイクロコイルもしくはナノコイルを含み、好ましくは、前記磁石が、前記複屈折材料に巻き付けられている、請求項８から１０のいずれか一項に記載のセル。
12. 光を変調するためのコンピュータ実装方法であって、
    少なくとも１つの時点について複数のピクセルの状態を判定することと、
    前記ピクセルの前記判定された状態に基づいて、前記ピクセルに関連付けられる液晶を磁場を用いて駆動することと、
    前記液晶を通過する光を投影することと
    を含む、方法。
13. 前記液晶を通過する前記光を反射することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記液晶を駆動することが、前記液晶に関連付けられる磁石において交差する配線を通って電流を駆動させること、または前記液晶に関連付けられる前記磁石に電圧を印加すること、のいずれかを含む、請求項１２または１３に記載の方法。
15. 前記光が、人工現実用途に関連付けられる、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の方法。
    

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