TW202142930A

TW202142930A - 照明系統

Info

Publication number: TW202142930A
Application number: TW110110613A
Authority: TW
Inventors: 歐雷亞羅許查克; 彭楓琳; 耿瑩
Original assignee: 美商菲絲博克科技有限公司
Priority date: 2020-05-11
Filing date: 2021-03-24
Publication date: 2021-11-16
Also published as: EP3910406A1; CN113640990A; US20210349326A1; KR20210137916A; JP2021192092A; CN113640990B; US11835729B2; US11513362B2; US20230060915A1

Abstract

一種範例性光學組件包括顯示器、用於照亮顯示器的光源、以及被配置為引導來自第一光導向器的光的第一繞射型偏振分光器（DT-PBS），其中所述第一DT-PBS是偏振敏感的，並且被配置為基於偏振而將第一部分光引導向所述顯示器。

Description

照明系統

本發明總體上涉及在各種類型的電子系統和設備中實現的光學元件和光學系統。

背景

液晶覆矽（liquid crystal on silicon，LCoS）主動矩陣裝置是在矽背板的頂部上使用液晶層的小型化反射裝置。LCoS可用於空間光調製、波長選擇切換、結構化照明和光脈衝整形，作為用於投影電視和近眼投影顯示器的照明系統的一部分，以及用於其他應用。LCoS系統藉由在LCoS像素的液晶上施加電場，來將空間資訊（例如，顯示資訊）編碼為LCoS主動矩陣的像素中的光的相位延遲。

概述

一般而言，本公開涉及被配置成引導（direct）偏振光的光學組件。光學組件可用於例如LCoS投影儀、眼睛追蹤系統等。例如，光學組件可用於從投影儀光源提取偏振光並將其引導向LCoS顯示器，以及從LCoS顯示器引導向光學組合器。光學組件可以包括兩個或更多個光導向器（director），其中至少一個是繞射型偏振分光器（DT-PBS），其將未偏振光分成具有正交線性或圓偏振的兩個光束，並將每個光束引導向不同的方向。本公開提供了基於DT-PBS的光學組件，其包括偏振敏感光柵，例如透射和反射型偏振體光柵（PVG）、Pancharatnam-Berry相位（PBP）光柵、液晶填充表面浮雕光柵（LC-SRG）、全像聚合物分散液晶（PDLC）光柵，或者能夠在不同方向上引導第一偏振狀態和第二偏振狀態或者在不重定向（redirect）第二偏振狀態的情況下重定向第一偏振狀態的任何其他光學裝置。繞射型偏振分光器具有薄且輕的優點，允許小形狀因子（form factor）LCoS系統，這是使用傳統偏振分光器立方體（cube）不可能實現的。此外，繞射型偏振分光器可以成對設計，以補償色散。

在其他範例中，本公開還涉及一種用於在從眼睛反射後將光引導向眼睛追蹤檢測器的光學組件。繞射型偏振分光器，因為它們薄、輕、設計靈活並且可以補償色散，所以能夠實現可選的形狀因子和用於眼睛追蹤的寬帶照明（broadband illumination）的使用，例如LED。

在一些範例中，DT-PBS可以提取具有第一偏振狀態的光的一部分，並以透射對其重定向，例如進入繞射光柵階數。在其他範例中，DT-PBS可以提取具有第一偏振狀態的光的一部分，並且以反射對其進行重定向，例如，重定向光以經由與它入射到DT-PBS上的相同表面離開DT-PBS，例如在反射中進入繞射光柵階數。

在一些範例中，第一和第二分離偏振狀態是正交的。例如，DT-PBS可以藉由透射或反射以第一角度重定向第一線性偏振，並透射第二正交線性偏振，例如相對於第一線性偏振旋轉90°的線性偏振狀態。作為另一個示例，DT-PBS可以藉由透射或反射來重定向右旋圓偏振（RCP）並在沒有偏轉的情況下透射左旋圓偏振（LCP），反之亦然。作為一個或更多個示例，DT-PBS可以在不同的方向上，例如在不同的繞射階數上，透射和重定向右圓偏振（RCP）和左圓偏振（LCP）的光。

在一些範例中，本公開描述了一種光學組件，該光學組件包括：顯示器、用於照亮顯示器的光源、以及被配置為引導來自第一光導向器的光的第一DT-PBS，其中第一DT-PBS是偏振敏感的，並且被配置為基於偏振將第一部分光引導向顯示器。

在一些範例中，本公開描述了一種頭戴式顯示器（HMD），HMD包括：顯示器、用於照亮顯示器的光源、被配置為引導來自第一光導向器的光的第一DT-PBS，其中第一DT-PBS是偏振敏感的，並且被配置為基於偏振將第一部分光引導向顯示器。

在一些範例中，本公開描述了一種引導光的方法，該方法包括：藉由第一光導向器將來自光源的光引導至第一DT-PBS；以及基於偏振，藉由第一DT-PBS將第一部分光引導向顯示器。

在一些範例中，本公開描述了一種眼睛追蹤光學組件，眼睛追蹤光學組件包括：用於照亮眼睛的光源；第一DT-PBS；和第二DT-PBS，其中第一DT-PBS被配置成基於偏振將來自第二DT-PBS的第一部分光引導向眼睛追蹤檢測器。

在一些範例中，本公開描述了一種頭戴式顯示器（HMD），該HMD包括：用於照亮眼睛的光源；第一DT-PBS，其被配置為基於偏振將來自第二DT-PBS的第一部分光引導向眼睛追蹤檢測器。

在一些範例中，本公開描述了一種追蹤HMD使用者的一隻和/或兩隻眼睛的方法，該方法包括：將來自光源的光引導向使用者的眼睛；將來自使用者眼睛的光朝向第一DT-PBS反射；基於偏振，將來自第一DT-PBS的第一部分光引導向第二DT-PBS；以及基於偏振，將來自第二DT-PBS的第一部分光引導向檢測器。

因此，所公開的示例提供了一種光學組件，該光學組件可以比傳統的偏振分光器立方體更輕、更薄、更緊湊，並且在顯示投影系統中允許更寬範圍的光學照明源和投影路徑。此外，所公開的示例為眼睛追蹤系統提供了新穎且有效的解決方案。

在典型的LCoS成像應用中，照明源藉由傳統的偏振分光器（PBS）指向LCoS顯示器。PBS將偏振光（例如線性偏振光）傳遞或引導向LCoS顯示器。LCoS顯示器藉由對入射光的相位並因而對其偏振進行空間調製來編碼影像資訊，並將光反射回PBS。PBS基於偏振將一部分反射光引導向投影系統，用於將影像資訊投影到影像平面。通常，傳統的PBS很重，並且限制了LCoS照明系統的機械設計，例如形狀因子。

本公開涉及被配置成偏振和引導光的光學組件。光學組件可用於例如利用LCoS投影儀、眼睛追蹤系統等的人工實境、混合實境、虛擬實境或擴增實境系統中。例如，光學組件可用於對光進行偏振並將其引導向LCoS顯示器，然後另外接收從LCoS顯示器反射的偏振光並將其引導向投影系統。光學組件可以包括兩個或更多個光導向器，其功能是重定向入射光的至少一部分。光導向器可以包括傳統的光學元件，例如反射鏡、棱鏡等。在本公開中，至少一個光導向器可以是DT-PBS，其被配置為將光分成兩個正交偏振狀態（線性或圓形），在第一方向上重定向第一偏振狀態，同時在不同方向上引導第二偏振狀態，或者在不重定向第二偏振狀態的情況下在第一方向上重定向第一偏振狀態。該DT-PBS可以包括相對薄、重量輕的光學元件，例如透射和反射PVG、液晶填充表面浮雕光柵（LC SRG）、全像聚合物分散液晶光柵（PDLC）、PBP光柵或任何其他能夠選擇性地透射一種偏振同時在不同方向上引導第二偏振狀態或者不重定向第二偏振狀態的光學裝置。DT-PBS的優點是薄而輕，使LCoS系統具有使用傳統光學裝置無法實現的小形狀因子。此外，可以成對設計DT-PBS，以至少部分補償色散。

在其他範例中，本公開還涉及一種用於在從眼睛反射後將光引導向眼睛追蹤檢測器的光學組件。由於DT-PBS薄、重量輕，並且可以補償色散，DT-PBS可以實現替代形狀因子，並使用寬帶照明進行眼睛追蹤，例如LED。在一些範例中，寬帶照明可以包括包含一定波長範圍的光，例如100nm波長範圍、500nm波長範圍、可見波長範圍、近紅外、中紅外或遠紅外波長範圍或其任意組合。在一些範例中，例如來自窄帶光源的窄帶照明可以包括包含一定波長範圍的光，例如1nm波長範圍、5nm波長範圍、50nm波長範圍、100nm波長範圍、小於（例如來自波長過濾的寬帶光源的）寬帶波長範圍的波長範圍，或者它們的任意組合。在一些範例中，例如來自單色光源的單色照明可以包括包含小範圍波長的光，例如包含小於nm範圍的波長等的光。單色照明可以包括來自例如激光器、氣體放電光源、汞燈或具有足夠的波長過濾以減小照明中包括的波長範圍的任何窄帶或寬帶光源的照明。

在一些範例中，DT-PBS可以以透射來重定向第一偏振狀態，例如進入繞射光柵階數。在其他範例中，DT-PBS可以以反射重定向第一偏振狀態，例如，重定向光以經由與其入射在偏振敏感光導向器上相同的表面離開偏振敏感光導向器，例如，在反射中進入繞射光柵階數。

在一些範例中，第一偏振狀態與第二偏振狀態正交。例如，DT-PBS可以將非偏振光分成兩個正交的線偏振，並且以第一角度重定向一個線偏振，並且透射正交的線偏振，例如，相對於第一線偏振狀態旋轉90°的線偏振狀態。作為另一個示例，DT-PBS可以將非偏振光分成兩個正交的圓偏振，並重定向右旋圓偏振（RCP）和透射左旋圓偏振（LCP），反之亦然。

圖1是描繪根據本公開中描述的技術的包括至少一個偏振敏感光導向器的示例性人工實境系統的圖示。在圖1的範例中，人工實境系統100包括HMD 112、一個或更多個控制器114A和114B（統稱為“控制器114” ），並且在一些範例中可以包括一個或更多個外部感測器90和/或控制台106。在一些範例中，人工實境系統100可以是人工實境系統、擴增實境系統、混合實境系統和/或虛擬實境系統中的任何一種。

HMD 112通常由使用者110佩戴，並且包括用於向使用者110呈現人工實境內容122的電子顯示器和光學組件。此外，HMD 112包括用於追蹤HMD 112的運動的一個或更多個感測器（例如，加速度計），並且可以包括用於捕獲周圍物理環境的影像數據的一個或更多個影像捕獲設備138（例如，相機、線掃描儀）。儘管圖示為頭戴式顯示器，但是AR系統100可以替代地或附加地包括眼鏡或其他顯示設備，用於向使用者110呈現人工實境內容122。

每個控制器114是使用者110可以用來向控制台106、HMD 112或人工實境系統100的另一個部件提供輸入的輸入設備。控制器114可以包括一個或更多個存在敏感（presence-sensitive）表面，用於藉由檢測觸摸或懸停在存在敏感表面的位置上的一個或更多個對象（例如，手指、觸筆）的存在來檢測使用者輸入。在一些範例中，控制器114可以包括輸出顯示器，其可以是對存在敏感的顯示器。在一些範例中，控制器114可以是智慧型手機、平板電腦、個人數位助理（PDA）或其他手持設備。在一些範例中，控制器114可以是智慧型手錶、智慧型戒指或其他可佩戴設備。控制器114也可以是資訊站（kiosk）或其他固定或移動系統的一部分。可替換地或附加地，控制器114可以包括其他使用者輸入機制，例如一個或更多個按鈕、觸發器、操縱杆、方向鍵（D-pads）等，以使使用者能夠與由人工實境系統100呈現給使用者110的人工實境內容122進行交互和/或控制其各個方面。

在該範例中，控制台106被示為單個計算設備，例如遊戲控制台、工作站、桌上型電腦或膝上型電腦。在其他範例中，控制台106可以分佈在多個（a plurality of）計算裝置上，例如分布式計算網路、數據中心或雲端運算系統。如該範例中所示，控制台106、HMD 112和感測器90可以經由網路104通信耦合，網路104可以是有線或無線網路（例如Wi-Fi）、網狀網路或短程無線通信媒體或其組合。儘管在該範例中，HMD 112被示出為與控制台106通信，例如，綁定到控制台106或與之無線通信，但是在一些實現中，HMD 112作為獨立的移動人工實境系統來操作，並且人工實境系統100可以省略控制台106。

通常，人工實境系統100成像人工實境內容122，用於在HMD 112向使用者110顯示。在圖1的範例中，使用者110觀看由在HMD 112和/或控制台106上執行的人工實境應用構建和成像的人工實境內容122。在一些範例中，人工實境內容122可以是完全人工的，即，與使用者110所處的環境無關的影像。在一些範例中，人工實境內容122可以包括真實世界影像（imagery）（例如，使用者110的手、控制器114、使用者110附近的其他環境對象）和虛擬對象120的混合，以產生混合實境和/或擴增實境。在一些範例中，虛擬內容項目可以被映射（例如，釘紮、鎖定、放置）到人工實境內容122內的特定位置，例如，相對於真實世界影像的特定位置。虛擬內容項目的位置可以是固定的，例如相對於牆壁或地球之一。例如，相對於控制器114或使用者，虛擬內容項目的位置可以是可變的。在一些範例中，虛擬內容項目在人工實境內容122中的特定位置與真實世界物理環境中（例如，在物理對象的表面上）的位置相關聯。

在操作期間，人工實境應用藉由追蹤和計算參考座標（通常是HMD 112的視角）的姿勢資訊來構建用於向使用者110顯示的人工實境內容122。使用HMD 112作為參考座標，並且基於由HMD 112的當前估計姿勢確定的當前視場，人工實境應用成像3D人工實境內容，在一些範例中，該3D人工實境內容可以至少部分地覆蓋在使用者110的真實世界3D物理環境上。在該過程中，人工實境應用使用從HMD 112接收的感測數據，例如運動資訊和使用者命令，並且在一些範例中，使用來自任何外部感測器90（例如外部相機）的數據來捕獲真實世界、物理環境中的3D資訊，例如使用者110的運動和/或關於使用者110的特徵追蹤資訊。基於所感測的數據，人工實境應用確定HMD 112的參考座標的當前姿勢，並且根據當前姿勢，成像人工實境內容122。

人工實境系統100可以基於使用者110的當前視場130(可以由使用者的即時視線追蹤或其他條件來確定)來觸發虛擬內容項目的生成和成像。更具體地說，HMD 112的影像捕獲設備138捕獲表示在影像捕獲設備138的視場130內的真實世界物理環境中的對象的影像數據。視場130通常對應於HMD 112的視角。在一些範例中，人工實境應用呈現包括混合實境和/或擴增實境的人工實境內容122。人工實境應用可以成像在視場130內的真實世界對象（諸如使用者110的外圍設備、手和/或手臂的部分）以及虛擬對象120（諸如在人工實境內容122內的虛擬對象）的影像。在其他範例中，人工實境應用可以在人工實境內容122內成像在視場130內的使用者110的外圍設備、手和/或手臂的部分的虛擬表徵（例如，將真實世界對象成像為虛擬對象120）。在任一範例中，使用者110能夠在人工實境內容122內查看他們的手、手臂、外圍設備和/或視場130內的任何其他真實世界對象的部分。在其他範例中，人工實境應用可以不成像使用者110的手或手臂的表徵。

為了提供虛擬內容，HMD 112可以包括電子顯示器。在一些範例中，顯示器可以包括投影顯示器，例如液晶覆矽（LCoS）投影儀。根據本文公開的示例，LCoS投影儀可以包括光源、至少一個DT-PBS、LCoS顯示器和投影光學裝置，以投影至少部分位於視場130內的影像。至少一個DT-PBS可以用作緊湊和輕質的系統部件，以將來自光源的某種偏振的光引導到LCoS顯示器，例如，至少一個DT-PBS可以比當前的LCoS光導向器（例如傳統的偏振分光器立方體（PBS））更輕和更薄。例如，在常規LCoS投影儀中使用的常規PBS立方體藉由PBS的偏振介面將具有第一線性偏振的入射光的一部分重定向到相對於來自光源的光的方向垂直的方向，該偏振介面被設置為相對於來自光源的光的方向成45°角。這樣，PBS的深度（例如厚度）等於來自光源的光的光束寬度，以便在45°處實現偏振介面。典型地，在傳統的LCoS投影系統中，來自光源的光被清除偏振器（clean-up polarizer）預偏振為線性偏振狀態，該線性偏振狀態由PBS傳遞，例如，在PBS的偏振介面處不被重定向，並且被LCoS顯示器反射回PBS。LCoS顯示器藉由從顯示器的LC像素引入的相位延遲來對光中的空間資訊（例如影像）進行編碼。影像的亮和暗狀態對應於兩個線性正交偏振，這是橢圓偏振的特殊情況。對應於顯示器的“亮”像素的第一線性偏振的光被PBS的偏振介面以90°角反射向光學組合器，而對應於“暗”像素的正交線性偏振的光穿過PBS立方體而沒有反射，因此沒有到達光學組合器。使穿過其他像素後出現的其他偏振狀態的光被PBS部分反射和透射，實現了變化“灰度”位準的像素。因此，利用PBS立方體的傳統LCoS投影儀使用“透射-反射”配置。

根據這裡公開的示例，利用繞射型偏振分光器的LCoS投影儀可以使用多種配置，允許在投影儀的設計和形狀因子方面增加靈活性。例如，在一些範例中，利用DT-PBS的LCoS投影儀可以具有如下面參照圖8所示和所述的“反射-透射”配置、如下面參照圖9所示和所述的“透射-透射”配置、如下面參照圖10所示和所述的“反射-反射”配置和/或如下面參照圖11所示和所述的“透射-反射”配置。

圖2A是描繪根據本公開中描述的技術的包括至少一個偏振敏感光導向器的範例性HMD 112的圖示。圖2A的HMD 112可以是圖1的HMD 112的示例。如圖2A所示，HMD 112可以採取眼鏡的形式。HMD 112可以是例如圖1的人工實境系統100的人工實境系統的一部分，或者可以作為被配置為實現本文描述的技術的獨立的、移動的人工實境系統來操作。

在該範例中，HMD 112是包括前框架的眼鏡，該前框架包括允許HMD 112擱在使用者的鼻子上的鼻樑架（bridge）和在使用者耳朵上延伸以將HMD 112固定到使用者的鏡腿（temple）（或“臂”）。此外，圖2A的HMD 112包括一個或更多個窗口203A和203B（統稱為“窗口203”）。窗口203可以是基本上透明的，允許使用者藉由窗口203查看真實世界場景中的對象。窗口203也可以是光導（light guide），例如波導，用於由一個或更多個投影儀148A和148B（統稱為“投影儀148”）注入到窗口203中的光。窗口203可以包括一個或更多個耦合器146A和146B（統稱為“耦合器146” ），其被配置為作為光導將光注入到窗口203中。窗口203還可以包括一個或更多個組合器205A和205B（統稱為“組合器205”），其被配置為從窗口203提取光，例如從投影儀148耦合到窗口203中的光。組合器205還可以被配置成對著真實世界場景的使用者110的視場，使得來自真實世界場景中的對象的光可以透射穿透組合器205，並且與包括虛擬對象的光（例如來自投影儀148的從窗口203提取的光）組合。在一些範例中，當追蹤HMD 112的位置和取向以根據HMD 112和使用者的當前視角成像人工實境內容時，窗口203相對於HMD 112的前框架的已知取向和位置被用作參考座標，也稱為局部原點（local origin）。在一些範例中，投影儀148可以提供立體顯示，用於向使用者的每隻眼睛提供單獨的影像。

在所示的範例中，組合器205覆蓋窗口203的一部分，該部分對著使用者110經由窗口203可看到的視場的一部分。在其他範例中，組合器205可以覆蓋窗口203的其他部分，或者窗口203的整個區域。

如圖2A進一步所示，在該範例中，HMD 112還包括一個或更多個運動感測器206、一個或更多個整合的影像捕獲設備138A和138B（統稱為“影像捕獲設備138”）、內部控制單元210，該內部控制單元210可以包括內部電源和一個或更多個印刷電路板，該印刷電路板具有一個或更多個處理器、記憶體和硬體，以提供用於執行可程式化操作的操作環境，從而處理感測到的數據並在組合器205上呈現人工實境內容。

為了提供虛擬內容，HMD 112可以包括電子顯示器，例如，作為投影儀148的部件。在一些範例中，顯示器可以包括投影顯示器，例如液晶覆矽（LCoS）投影儀。根據本文公開的示例，LCoS投影儀可以包括光源、光導向器（其中至少一個光導向器是DT-PBS）、LCoS顯示器和用於投影至少部分位於視場內的影像的投影光學裝置。至少一個DT-PBS可以用作緊湊且重量輕的系統部件，以將光從光源引導向LCoS顯示器，例如，至少一個偏振敏感光導向器可以比當前的LCoS光導向器（例如偏振分光器立方體（PBS））更輕且更薄。

圖2B是描繪根據本公開中描述的技術的另一示例HMD 112的圖示。HMD 112可以是諸如圖1的人工實境系統100的人工實境系統的一部分，或者可以作為被配置為實現本文描述的技術的獨立式、移動的人工實境系統來操作。

在該範例中，HMD 112包括前剛性主體和將HMD 112固定到使用者的帶子。此外，HMD 112包括窗口203，其被配置為經由組合器205向使用者呈現人工實境內容。在一些範例中，當追蹤HMD 112的位置和取向以根據HMD 112和使用者的當前視角成像人工實境內容時，窗口203相對於HMD 112的前剛性主體的已知取向和位置被用作參考座標，也稱為局部原點。在其他範例中，HMD 112可以採取其他可佩戴的頭戴式顯示器的形式，例如眼鏡或護目鏡。

為了提供虛擬內容，HMD 112可以包括電子顯示器，例如，作為投影儀148的部件。在一些範例中，顯示器可以包括投影顯示器，例如液晶覆矽（LCoS）投影儀。根據本文公開的示例，LCoS投影儀可以包括光源、至少一個DT-PBS、LCoS顯示器和用於投影至少部分位於視場內的影像的投影光學裝置。至少一個DT-PBS可以用作緊湊且重量輕的系統部件，以將來自光源的光引導向LCoS顯示器，例如，至少一個DT-PBS可以比當前的LCoS光導向器（例如偏振分光器立方體（PBS））更輕且更薄。

圖3是示出根據本公開中描述的技術的包括控制台106和HMD 112的人工實境系統的示例實現的框圖。在圖3的範例中，控制台106基於感測的數據（例如從HMD 112和/或外部感測器接收的運動數據和影像數據）來為HMD 112執行姿勢追蹤、手勢檢測以及使用者介面生成和成像。

在該範例中，HMD 112包括一個或更多個處理器302和記憶體304，在一些範例中，處理器302和記憶體304提供用於執行操作系統305的計算機平臺，操作系統305可以是例如嵌入式即時多任務操作系統或其他類型的操作系統。反過來，操作系統305提供用於執行一個或更多個軟體部件307（包括應用引擎340）的多任務操作環境。如關於圖2A和圖2B的示例所討論的，處理器302耦合到電子顯示器303、運動感測器206、影像捕獲設備138，並且在一些範例中，耦合到光學系統306。在一些範例中，處理器302和記憶體304可以是單獨的、分立的部件。在其他範例中，記憶體304可以是在單個積體電路內與處理器302並置的片上記憶體。

在一些範例中，電子顯示器303可以包括投影顯示器，例如液晶覆矽（LCoS）投影儀。根據本文公開的示例，LCoS投影儀可以包括光源、至少一個DT-PBS、LCoS顯示器和用於投影至少部分位於視場內的影像的投影光學裝置。至少一個DT-PBS可以用作緊湊且輕質的系統部件，以將來自光源的光引導向LCoS顯示器，例如，至少一個DT-PBS可以比當前的LCoS光導向器（例如偏振分光器（PBS））更輕且更薄。

通常，控制台106是處理從影像捕獲設備138接收的影像和追蹤資訊以執行用於HMD 112的手勢檢測和使用者介面和/或虛擬內容的生成的計算設備。在一些範例中，控制台106是單個計算設備，例如工作站、桌上型電腦、膝上型電腦或遊戲系統。在一些範例中，控制台106的至少一部分（例如處理器312和/或記憶體314）可以分佈在雲端運算系統、數據中心上或分佈在網路上，例如互聯網、另一公共或私有通信網路，例如寬頻、蜂窩、Wi-Fi和/或用於在電腦系統、伺服器和電腦設備之間傳輸數據的其他類型的通信網路。

在圖3的範例中，控制台106包括一個或更多個處理器312和記憶體314，在一些範例中，處理器312和記憶體314提供用於執行操作系統316的計算機平臺，操作系統316可以是例如嵌入式即時多任務操作系統或其他類型的操作系統。反過來，操作系統316提供用於執行一個或更多個軟體部件317的多任務操作環境。處理器312耦合到一個或更多個I/O介面315，I/O介面315提供一個或更多個I/O介面，用於與外部設備例如鍵盤、遊戲控制器、顯示設備、影像捕獲設備、HMD、外圍設備等通信。此外，一個或更多個I/O介面315可以包括一個或更多個有線或無線網路介面控制器（NIC），用於與諸如網路104的網路通信。

控制台106的軟體應用317運行以提供整體的人工實境應用。在該範例中，軟體應用317包括應用引擎320、成像引擎322、手勢檢測器324、姿勢追蹤器326和使用者介面引擎328。

通常，應用引擎320包括提供和呈現人工實境應用例如電話會議應用、遊戲應用、導航應用、教育應用、培訓或模擬應用等的功能。應用引擎320可以包括例如一個或更多個軟體包、軟體庫、硬體驅動程序和/或應用程序介面（API），用於在控制台106上實現人工實境應用。響應於應用引擎320的控制，成像引擎322生成3D人工實境內容，以由HMD 112的應用引擎340顯示給使用者。

應用引擎320和成像引擎322根據由姿勢追蹤器326確定的參考座標（通常是HMD 112的視角）的當前姿勢資訊來構建用於向使用者110顯示的人工內容。基於當前視角，成像引擎322構建3D、人工實境內容，其在某些情況下可以至少部分地覆蓋在使用者110的真實世界3D環境上。在該過程中，姿勢追蹤器326對從HMD 112接收的感測數據（例如運動資訊和使用者命令）進行操作，並且在一些範例中，對來自任何外部感測器90（圖1）（例如外部相機）的數據進行操作，以捕獲真實世界環境中的3D資訊，例如使用者110的運動和/或關於使用者110的特徵追蹤資訊。基於所感測的數據，姿勢追蹤器326確定HMD 112的參考座標的當前姿勢，並且根據當前姿勢，構建用於經由一個或更多個I/O介面315傳送到HMD 112以顯示給使用者110的人工實境內容。

姿勢追蹤器326可以確定HMD 112的當前姿勢，並且根據當前姿勢，觸發與任何成像的虛擬內容相關聯的某些功能（例如，將虛擬內容項目放置在虛擬表面上，操縱虛擬內容項目，生成並成像一個或更多個虛擬標記，生成並成像激光指示器）。在一些範例中，姿勢追蹤器326檢測HMD 112是否接近對應於虛擬表面（例如，虛擬插接板（pinboard））的物理位置，以觸發虛擬內容的成像。

使用者介面引擎328被配置成生成用於在人工實境環境中成像的虛擬使用者介面。使用者介面引擎328生成虛擬使用者介面，以包括一個或更多個虛擬使用者介面元素329，例如虛擬繪圖介面、可選菜單（例如，下拉菜單）、虛擬按鈕、方向鍵（directional pad）、鍵盤或其他使用者可選使用者介面元素、字形、顯示元素、內容、使用者介面控件等。

控制台106可以經由通信信道向HMD 112輸出該虛擬使用者介面和其他人工實境內容，以在HMD 112顯示。

基於來自任何影像捕獲設備138或其他感測器設備的感測數據，手勢檢測器324分析控制器114和/或使用者110的對象（例如，手、手臂、手腕、手指、手掌、拇指）的追蹤的運動、配置、位置和/或取向，以識別使用者110執行的一個或更多個姿勢。更具體地，手勢檢測器324分析在由HMD 112的影像捕獲設備138和/或感測器90和外部相機102捕獲的影像數據中識別的對象，以識別控制器114和/或使用者110的手和/或手臂，並追蹤控制器114、手和/或手臂相對於HMD 112的移動，以識別使用者110執行的手勢。在一些範例中，手勢檢測器324可以基於捕獲的影像數據來追蹤控制器114、手、手指和/或手臂的移動，包括位置和取向的改變，並將對象的運動向量與手勢庫330中的一個或更多個條目進行比較，以檢測使用者110執行的手勢或手勢組合。在一些範例中，手勢檢測器324可以接收由控制器114的存在敏感表面檢測到的使用者輸入，並且處理使用者輸入以檢測使用者110相對於控制器114執行的一個或更多個手勢。

圖4是描繪根據本公開中描述的技術的示例的框圖，其中HMD 112是獨立的人工實境系統。在該範例中，類似於圖3，HMD 112包括一個或更多個處理器302和記憶體304，在一些範例中，處理器302和記憶體304提供用於執行操作系統305的計算機平臺，操作系統305可以是例如嵌入式即時多任務操作系統或其他類型的操作系統。反過來，操作系統305提供用於執行一個或更多個軟體部件417的多任務操作環境。此外，處理器302耦合到電子顯示器303、變焦光學系統306、運動感測器206和影像捕獲設備138。

在一些範例中，電子顯示器303可以包括投影顯示器，例如液晶覆矽（LCoS）投影儀。根據本文公開的示例，LCoS投影儀可以包括光源、至少一個DT-PBS、LCoS顯示器和用於投影至少部分位於視場內的影像的投影光學裝置。至少一個DT-PBS可以用作緊湊且輕質的系統部件，以將來自光源的光引導向LCoS顯示器，例如，至少一個DT-PBS可以比當前的LCoS分光器（例如偏振分光器立方體）更輕且更薄。

在圖4的範例中，軟體部件417操作來提供整體人工實境應用。在該範例中，軟體應用417包括應用引擎440、成像引擎422、手勢檢測器424、姿勢追蹤器426和使用者介面引擎428。在各種範例中，軟體部件417類似於圖3的控制台106的對應部件（例如，應用引擎320、成像引擎322、手勢檢測器324、姿勢追蹤器326和使用者介面引擎328）來操作，以構建覆蓋在人工內容上或作為人工內容的一部分的虛擬使用者介面，以顯示給使用者110。

類似於關於圖3描述的示例，基於來自影像捕獲設備138或102、控制器114或其他感測器設備中的任何一個的感測數據，手勢檢測器424分析控制器114和/或使用者的對象（例如，手、手臂、手腕、手指、手掌、拇指）的追蹤的運動、配置、位置和/或取向，以識別使用者110執行的一個或更多個手勢。

在本文描述的範例中，光學組件包括DT-PBS，其被配置為重定向第一偏振狀態，同時在不同方向上引導第二偏振狀態，或者不重定向第二偏振狀態。例如，利用DT-PBS的光學組件可以用於人工實境系統的HMD，例如人工實境系統100的HMD 112。根據光學組件的配置，DT-PBS可以以幾種方式偏振和重定向光或使光不定向。

圖5A-圖5D是描述根據本公開中描述的技術的DT-PBS 502的示例的圖示。在示出的範例中，圖5A-圖5C中的每一個示出了藉由DT-PBS 502對光的偏振敏感重定向。

圖5A是描繪根據本公開中描述的技術的示例DT-PBS 502的圖示。在所示的範例中，DT-PBS 502可以與反射器503結合，例如，反射器503可以是反射鏡或膽甾型反射鏡。在所示的範例中，未偏振光504（例如非偏振光或隨機偏振光504）入射到DT-PBS 502的第一表面上。DT-PBS 502在沒有重定向的情況下透射第一偏振的光506。然後，透射的第一偏振的光506從反射器503反射而不重定向，例如，第一偏振的光506被反射，使得反射角與相對於反射器503的表面法線的入射角具有相同的大小（例如，角度“i”等於角度“r”）。在所示的範例中，隨機偏振光504垂直入射，並且具有第一偏振的光（例如第一偏振的光506）在隨機偏振光504的相反方向上從反射器503垂直反射。DT-PBS 502在重定向的情況下反射第二偏振的光508，例如，第二偏振的光508被反射，使得反射角與相對於偏振敏感光導向器502的表面法線的入射角具有不同的大小（例如，角度“i”不等於角度“r”）。換句話說，與反射器503結合的DT-PBS 502可以是反射偏振敏感的繞射光柵，其反射第一偏振而沒有繞射，並且反射和偏轉第二偏振的光。在一些範例中，反射器503可以是反射鏡。例如，對於線性第一偏振的光506，反射器503可以是反射鏡，並且不改變第一偏振的光506的偏振，例如，藉由反射時的相位變化。在一些範例中，反射器503可以是膽甾型反射鏡。例如，對於圓第一偏振的光506，反射器503可以是膽甾型反射鏡，其被配置為在反射後保持第一偏振的光506的偏振，例如，在反射後將入射的右旋圓第一偏振的光506保持為右旋圓第一偏振的光，或者在反射後將入射的右旋圓第一偏振的光506保持為右旋圓第一偏振的光。作為膽甾型反射鏡的反射器503可以例如藉由在反射時補償入射的第一偏振的光506的相位變化來保持偏振。

在一些範例中，偏振敏感光導向器502可以是薄的、重量輕的光學元件，例如PVG、液晶填充表面浮雕光柵（LC SRG）、全像聚合物分散液晶光柵（PDLC）、PBP光柵或能夠選擇性地透射一種偏振同時將第二偏振狀態引導向不同方向或不重定向第二偏振狀態的任何其他光學裝置。

圖5B是描繪根據本公開中描述的技術的示例DT-PBS 502的圖示。在所示的範例中，未偏振光504（例如非偏振光或隨機偏振光504）入射到DT-PBS 502的第一表面上。DT-PBS 502將光分成兩個正交偏振。第一偏振的光506在沒有重定向的情況下透射，而第二偏振的光508在進行重定向的情況下反射。換句話說，DT-PBS 502可以充當用於第二偏振的光的反射繞射光柵。在一些範例中，除了反射和重定向第二偏振的光之外，DT-PBS 502還可以透射和重定向一部分第二偏振的光。

圖5C是描繪根據本公開中描述的技術的示例DT-PBS 502的圖示。在所示的範例中，未偏振光504（例如非偏振光或隨機偏振光504）入射到DT-PBS 502的第一表面上。DT-PBS 502將光分成兩個正交偏振。DT-PBS 502透射第一偏振的光506而不進行重定向，但在進行重定向的情況下透射第二偏振的光508，例如，DT-PBS 502可以充當偏振敏感繞射光柵，其在不繞射的情況下透射第一偏振，並且透射和繞射第二偏振的光。在一些範例中，除了透射和重定向第二偏振的光之外，DT-PBS 502還可以反射和重定向第二偏振的光。

圖5D是描繪了根據本公開中描述的技術的示例DT-PBS 502的圖示。在所示的範例中，未偏振光504（例如非偏振光或隨機偏振光504）入射到DT-PBS 502的第一表面上。DT-PBS 502將光分成兩個正交的偏振。它在第一方向上進行重定向的情況下透射第一偏振的光506，並在第二方向上進行重定向的情況下透射第二偏振的光508，例如，DT-PBS 502可以充當偏振敏感繞射光柵，其在不同方向上透射和繞射正交偏振。

在一些範例中，DT-PBS 502可能對線性偏振或圓偏振敏感。例如，DT-PBS 502可以重定向第一偏振的光，而不重定向與第一偏振正交的第二偏振的光。

在一些範例中，DT-PBS 502可對線性偏振敏感。例如，DT-PBS 502可以是透射或反射全像聚合物分散液晶光柵（H-PDLC），如下面參照圖20A-圖20B所示和所述的。在一些範例中，DT-PBS 502可以是液晶填充的表面浮雕光柵（LC-SRG），例如下面參照圖21A-圖21B和圖22A-圖22B所示和所述的。

在一些範例中，DT-PBS 502可以對圓偏振敏感，例如作為PBP，如下面參照圖23A-圖23B所述。在一些範例中，偏振敏感的光導向器502可以是反射或透射PVG，如下面參照圖23C-圖23F所示和所述。

在一些範例中，如下面參照圖24A-圖26B所述，DT-PBS 502可以是與被動繞射光柵相結合的液晶快門。

在本文提供的範例中，利用DT-PBS的光學組件可以用於人工實境系統的HMD，並且可以包括顯示器，例如LCoS顯示器。在一些範例中，LCoS顯示器可以用作空間光調製器，該空間光調製器以相位和偏振調製的形式編碼由DT-PBS引導向顯示器的入射光中的資訊，並將空間調製的光反射回DT-PBS。後者作為偏振器工作，並將偏振的空間調製轉換為振幅的空間調製，例如影像。在一些範例中，一個或更多個DT-PBS可以代替LCoS投影顯示系統中的傳統PBS，並將空間調製光重定向到投影光學裝置，以便顯示由空間光調製器編碼的影像。

圖6是描繪了具有示例DT-PBS 502的示例LCoS顯示器的工作原理的圖示。在所示的範例中，第一偏振的光506入射到DT-PBS 502的第一表面上。DT-PBS 502在沒有重定向的情況下透射第一偏振的光506。然後，具有第一偏振的透射光506可以透射穿透空間光調製器612，從反射鏡614反射，並再次以相反方向透射穿透空間光調製器612。光可以具有藉由空間光調製器賦予給它的相變。因此，光的偏振狀態在透射穿過空間光調製器612並從反射鏡614反射之後可以改變。例如，在DT-PBS 502和空間光調製器612之間的區域中的光604可以具有第一和第二偏振狀態的分量。在所示的範例中，具有第二偏振狀態的光508可以被DT-PBS 502反射和重定向，例如，如上面參照圖5B所示和所述。在一些實施例中，具有第二偏振狀態的光508可以藉由繞射被DT-PBS 502重定向，例如，具有第二偏振狀態的光508可以被反射和繞射。在所示的範例中，從空間光調製器612出射的具有第一偏振的光606可以在沒有重定向的情況下透射穿透DT-PBS 502。在一些範例中，具有第一偏振的光606可以經由空間光調製器612在振幅、相位和/或偏振狀態上進行空間調製。

在一些範例中，空間光調製器612可以包括雙折射材料。雙折射材料可以在垂直於空間光調製器612的表面法線的空間光調製器612的平面中的不同空間位置處具有不同的光學厚度。另外，空間光調製器612的雙折射材料對於偏振的每個正交分量（例如第一偏振狀態和第二偏振狀態）可以具有不同的光程長度。例如，第一偏振狀態的光的折射率n₁ 可以不同於光的第二偏振分量的折射率n₂ 。正交的第一偏振狀態和第二偏振狀態的折射率之差Δn 與由空間光調製器612在具有正交偏振的光的兩個分量之間引起的相位延遲成比例。例如，在傳播穿透空間光調製器612、從反射鏡614反射並在特定空間位置傳播回空間光調製器612之後，光的兩個正交偏振分量之間的相位延遲是

，其中d是空間光調製器612在該位置的厚度，λ是光的波長，乘數“2”是因為光傳播穿透空間光調製器612兩次。藉由在入射的偏振光的兩個分量之間引入相位延遲，可以改變光的偏振狀態。因為相位延遲取決於材料的厚度、光的波長和材料的雙折射率（例如Δn ），所以可以基於光的波長來選擇厚度和雙折射率中的任一個或兩者，以賦予選定的相位延遲，例如，在空間光調製器612的特定位置處向光的偏振狀態施加選定的變化。這樣，空間光調製器612可以控制離開空間光調製器612的兩個正交偏振狀態分量中的每一個（例如光604）的幅度。

在一些範例中，空間光調製器612可以包括液晶顯示器，該液晶顯示器可以根據施加的電壓來改變每個像素（例如，空間位置）處的Δn ，例如，空間光調製器612的每個像素可以是可調的。DT-PBS 502既可以用作偏振器（藉由使第一偏振狀態分量穿透，並反射和重定向第二偏振狀態分量），也可以用作檢偏器（analyzer）（再次，藉由使第一偏振狀態分量穿透，並反射和重定向第二偏振狀態分量）。空間光調製器612和反射鏡614可以組合在一個設備中，例如作為LCoS顯示器。在其他範例中，空間光調製器612可以包括各向異性膜。

在本文提供的範例中，利用一對DT-PBS的光學組件可以補償色散。例如，藉由繞射重定向入射光可能取決於入射光的波長。藉由一個以上的DT-PBS進行重定向，可以藉由增加反向色散來補償色散。

圖7A-圖7D是描繪根據本公開中描述的技術的基於DT-PBS 502的組合的光學組件的圖示。在所示的範例中，光學組件可以提取和移位和/或重定向光的一個偏振分量，並且至少部分補償提取的光的色散。在示出的範例中，圖7A-圖7D中的每一個示出了兩個DT-PBS 502的相應組合，其被配置為補償由每個單獨的DT-PBS 502產生的色散。在一些範例中，兩個DT-PBS 502的組合可以允許使用具有更寬發射光譜的光源。

圖7A是描繪根據本公開中描述的技術的保持入射光傳播方向的兩個DT-PBS 502的示例組合的圖示。在所示的範例中，寬帶光704入射到第一DT-PBS 502A的第一表面上。DT-PBS 502A在有色散的情況下透射和重定向光704，導致光的波長相關角展度。在示出的範例中，第一DT-PBS 502A將光分散成具有光704中包含的最大波長的光706A、具有光704中包含的最小波長的光706C和具有光704中包含的中間波長的光706B，光706A以最大角度重定向，光706C以最小角度重定向以及光706B以中間角度重定向。然後，光706的光譜入射到DT-PBS 502B上。與DT-PBS 502A相比，DT-PBS 502B以基本相等和相反的色散來透射和重定向光706。例如，第二DT-PBS 502B以最大角度重定向具有最大波長的光706A，以最小角度重定向具有最小波長的光706C，並以中間角度重定向具有中間波長的光706B，使得光706A-C中的每一個被重定向為基本上彼此平行並且平行於入射光束704，如寬帶光708所示。換句話說，該組件提供入射光束704的位移，而不改變其傳播方向。例如，這種情況可以藉由使用以下元件來實現：兩個具有相似特性的適當光柵；對圓偏振光工作的兩個透射式PVG或對線偏振光工作的兩個LC SRG或兩個H-PDLC。

圖7B是描繪根據本公開中描述的技術的反轉入射光傳播方向的兩個DT-PBS 502的示例組合的圖示。在所示的範例中，寬帶光704入射到第一DT-PBS 502A的第一表面上。DT-PBS 502A伴有色散地反射和重定向光704，導致光的波長相關角展度。在示出的範例中，第一DT-PBS 502A將光分散成具有光704中包含的最大波長的以最大角度重定向的光706A、具有光704中包含的最小波長的以最小角度重定向的光706C以及具有光704中包含的中間波長的以中間角度重定向的光706B。然後，分散的光706入射到第二DT-PBS 502B上。DT-PBS 502B沿與光704在DT-PBS組件的入口處的初始方向相反的方向透射並重定向分散的光706的所有光譜分量。為了實現這一點，第二DT-PBS 502B以最大角度重定向具有最大波長的光706A，以最小角度重定向具有最小波長的光706C，並以中間角度重定向具有中間波長的光706B，使得光706A-C中的每一個被重定向為基本上彼此平行，如寬帶光708所示。因此，該組件提供入射光束704的位移，並將其傳播方向改變為相反的方向。

圖7C是描繪根據本公開中描述的技術的保持入射光傳播方向的兩個DT-PBS 502的示例組合的圖示。在所示的範例中，寬帶光704入射到保持件（retaining）502A的第一表面上。DT-PBS 502A伴有色散地反射和重定向光704，導致光的波長相關角展度。在示出的範例中，第一DT-PBS 502A將光分散成具有光704中包含的最大波長的以最大角度重定向的光706A、具有光704中包含的最小波長的以最小角度重定向的光706C以及具有光704中包含的中間波長的以中間角度重定向的光706B。然後，分散的光706入射到第二DT-PBS 502B上。DT-PBS 502B以基本相同的色散量反射和重定向光706。例如，第二偏振敏感光導向器502B以最大角度重定向具有最大波長的光706A，以最小角度重定向具有最小波長的光706C，並以中間角度重定向具有中間波長的光706B，使得光706A-C中的每一個基本上相對於彼此被平行地重定向，因此所有光譜分量平行並組合在示為寬帶光708的一個光束中。

圖7D是描繪根據本公開中描述的技術的移位和反轉入射光傳播方向的兩個DT-PBS 502的示例組合的圖示。在所示的範例中，寬帶光704入射到第一DT-PBS 502A上。DT-PBS 502A伴有色散地透射和重定向光704，導致光的波長相關角展度。在示出的範例中，第一DT-PBS 502A將光分散成具有光704中包含的最大波長的以最大角度重定向的光706A、具有光704中包含的最小波長的以最小角度重定向的光706C以及具有光704中包含的中間波長的以中間角度重定向的光706B。然後，光706的光譜入射到第二DT-PBS 502B上。DT-PBS 502B以基本相同的色散量反射和重定向光706。例如，第二DT-PBS 502B以最大角度重定向具有最大波長的光706A，以最小角度重定向具有最小波長的光706C，並以中間角度重定向具有中間波長的光706B，使得光706A-C中的每一個被重定向為基本上彼此平行，如寬帶光708所示。因此，該組件，與圖7B所示的組件相同，提供了入射光束704的位移和其傳播方向的相反變化。

在本文提供的範例中，利用偏振敏感光導向器的光學組件可以用在人工實境系統、擴增實境系統、虛擬實境系統和/或混合實境系統的HMD中，並且可以包括顯示器（例如，LCoS顯示器）、兩個或更多個DT-PBS和波導，例如，如以上參考圖2A和圖2B所圖示和描述的窗口203。一般而言，利用DT-PBS的光學組件可以實現多種配置，例如，DT-PBS被配置為反射-透射、透射-透射、反射-反射和透射-反射，如下面參照圖8-圖11所示和所述。

圖8是描繪根據本公開中描述的技術的示例顯示系統800的圖示。示例顯示系統800包括兩個DT-PBS 802A和802B、光源804和顯示器806，例如LCoS顯示器806。在一些範例中，顯示系統800可以包括偏振器808（例如線性或圓偏振器808）、光學組合器810和波導輸入耦合器812。在一些範例中，顯示系統800可以包括用於在進行放大或不進行放大的情況下重新成像顯示器806的影像內容的投影光學裝置（未示出）。

在所示的範例中，光源804可以是面光源（area light source）。在一些範例中，光源804可以包括多個較小的光源，例如發光二極管或激光器。在一些範例中，光源804可以是點狀光源（point-like light source）。在一些範例中，來自光源802的光可以包括寬範圍的波長（例如，寬帶），可以包括窄波段的波長，可以是單色的，或者可以包括寬帶、窄帶和/或單色光源的任意組合。在所示的範例中，來自光源804的光可以是寬帶的、未偏振的，並且被引導向第一DT-PBS 802A。在一些範例中，偏振器808位於光源804和第一DT-PBS 802A之間，並且被配置為例如藉由透射（例如，“穿過”）第一偏振而不透射與第一偏振正交的第二偏振（例如，“阻擋”或“濾除”第二偏振）來選擇第一偏振。可替代地，第一偏振可以由DT-PBS 802A從光源804照射的非偏振光中提取，例如，可以省略偏振器808。在一些範例中，光源804可以被偏振，並且偏振器808可以被省略。

在所示的範例中，第一DT-PBS 802A可以是反射DT-PBS。例如，光可以既被反射又被偏轉，例如以不同於入射角的角度被反射，其符號與經由反射鏡的反射相反。第一DT-PBS 802A可能對圓偏振或線性偏振敏感，例如，分別基於PVG和H-PDLC的DT-PBS。在一些範例中，第一DT-PBS 802A被配置為將經由偏振器808透射（例如，穿過）的第一偏振的光反射和重定向到第二偏振敏感光導向器802B。在一些範例中，第一DT-PBS 802A被配置為將經由偏振器808所透射（例如，穿過）的第一偏振的光反射和重定向到第二偏振敏感光導向器802B，並且另外將第一偏振轉換成第二偏振，例如與第一偏振正交的第二偏振。

在所示的範例中，第二DT-PBS 802B基本上位於第一DT-PBS 802A和顯示器806之間的光路中。在所示的範例中，第二DT-PBS 802B向顯示器808透射入射光並將其重定向。在所示的範例中，第二DT-PBS 802B可以是透射式DT-PBS。例如，光既可以被透射又可以被重定向，例如，以與經由窗口所透射時的入射角不同的角度透射。第二DT-PBS 802B可以是任何DT-PBS，例如上面討論的任何DT-PBS，例如H-PDLC、PVG等。選擇第一DT-PBS 802A和第二DT-PBS 802B對相同類型的光偏振敏感（例如，兩者都對圓偏振敏感或者兩者都對線性偏振敏感）。在一些範例中，第二DT-PBS 802B被配置為向顯示器808透射和重定向第一偏振的光。在一些範例中，第二DT-PBS 802B被配置為向顯示器808透射和重定向第二偏振的光。在一些範例中，第二偏振敏感光導向器802B另外被配置成將第一或第二偏振中任一個轉換成正交偏振，例如，將第一偏振轉換成第二偏振或將第二偏振轉換成第一偏振。一般來說，第一偏振敏感光導向器802A和第二偏振光導向器802B被配置成協同工作，以便為顯示器808重定向適當偏振的光。

在所示的範例中，顯示器808可以是任何類型的顯示器，例如，LCoS顯示器808。顯示器808可以包括反射器（例如矽背板）和空間光調製器（例如LCoS裝置的像素化LC層）。顯示器808可以調製入射光的相位和/或振幅。由於每個像素中的電設置LC方向性，從顯示器808出射的光的相位和偏振可以被空間調製。例如，從顯示器808以相反的方向穿過DT-PBS 802B的光被DT-PBS 802B分成兩個正交偏振，並且只有一個偏振被傳輸（例如，引導向）到目標，例如光學組合器810（例如波導）。這種光的振幅是空間調製的，因此包含觀看者眼睛感知的影像資訊。換句話說，DT-PBS 802B可以另外將來自顯示器808的偏振光的空間調製轉換成光振幅的空間調製。在一些範例中，DT-PBS 802A和DT-PBS 802B對相同類型的偏振（例如，圓偏振或線性偏振）進行引導、重定向或對其是敏感的。在一些範例中，DT-PBS 802A和DT-PBS 802B可以具有基本相同的光柵週期，並且可以被配置為補償色散。

在所示的範例中，空間調製光然後可以入射到波導輸入耦合器812上，波導輸入耦合器將空間調製光耦合到波導810中，用於在期望的位置傳輸和輸出耦合。

一般來說，示例顯示系統800包括反射型DT-PBS 802A和透射型DT-PBS 802B。在一些範例中，顯示系統800可以允許更小型化的光學顯示系統，和/或具有簡化和/或改進光學顯示系統的封裝的替代形狀因子的顯示系統。

圖9是描繪根據本公開中描述的技術的示例顯示系統900的圖示。示例顯示系統900包括兩個DT-PBS 902A和902B、光源804和顯示器806，例如LCoS顯示器806。在一些範例中，顯示系統900可以包括偏振器808（例如線性或圓偏振器808）、光學組合器810和波導輸入耦合器812。在一些範例中，顯示系統900可以包括用於在進行放大或不進行放大的情況下重新成像顯示器806的影像內容的投影光學裝置（未示出）。示例顯示系統900包括兩個透射型DT-PBS 902A和902B。DT-PBS 902A和902B對同一種偏振（線性偏振或圓偏振）敏感。在一些範例中，顯示系統900可以允許更小型化的光學顯示系統，和/或具有簡化和/或改進光學顯示系統的封裝的替代形狀因子的顯示系統。

在所示的範例中，光源804、顯示器806和偏振器808可以類似於或基本上相同於上面參考圖8所示和描述的光源804、顯示器806和偏振器808。另外，在一些實施方式中，偏振器808可以省略，如參考圖8所述。

在示出的範例中，第一DT-PBS 902A可以是透射型DT-PBS，如上文關於圖8的DT-PBS 802B所述。在所示的範例中，第一DT-PBS 902A被配置為向第二DT-PBS 902B透射和重定向選定偏振的光。在一些範例中，第一DT-PBS 902A可以另外被配置成將所選偏振狀態轉換成不同的偏振狀態，例如正交偏振狀態。

在所示的範例中，第二DT-PBS 902B基本上位於第一DT-PBS 902A和顯示器806之間的光路中，並且可以是透射型DT-PBS。第二DT-PBS 902B被配置為向顯示器808透射和重定向適當偏振的光，如以上參考圖8所述。

在所示的範例中，從LCoS反射的具有空間調製的相位和/或偏振的光可以再次進入第二DT-PBS 902B。在這種情況下，第二DT-PBS 902B將入射光分成兩個正交偏振：具有空間調製振幅的較早預選偏振分量被透射並引導向目標，例如光學組合器810（例如波導），而附加（正交）偏振的光被重定向到不同的方向。換句話說，DT-PBS 902B可以另外將來自顯示器808的偏振光的空間調製轉換成光振幅的空間調製。在一些範例中，DT-PBS 902A和DT-PBS 902B對相同類型的偏振（例如，圓偏振或線性偏振）進行引導、重定向或對其是敏感的。在一些範例中，DT-PBS 902A和DT-PBS 902B可以具有基本相同的光柵週期，並且可以被配置為補償色散。

圖10是描繪根據本公開中描述的技術的示例顯示系統1000的圖示。示例顯示系統1000包括兩個DT-PBS 1002A和1002B、光源804和顯示器806，例如LCoS顯示器806。在一些範例中，顯示系統1000可以包括偏振器808（例如線性或圓偏振器808）、光學組合器810和波導輸入耦合器812。如上所述，在一些情況下，可以省略偏振器808。在一些範例中，顯示系統1000可以包括在放大或不放大的情況下重新成像顯示器806的影像內容的投影光學裝置（未示出）。示例顯示系統1000包括兩個反射型DT-PBS 1002A和1002B。在一些範例中，顯示系統1000可以允許更小型化的光學顯示系統，和/或具有簡化和/或改進光學顯示系統的封裝的替代形狀因子的顯示系統。

在所示的範例中，光源804、顯示器806和偏振器808可以類似於或基本上相同於上面參考圖8所示和描述的光源804、顯示器806和偏振器808。

在所示的範例中，第一DT-PBS 1002A可以是反射型偏振敏感光導向器，如上面參照圖8所述。在所示的範例中，第一DT-PBS 1002A被配置為將所選偏振的光反射和重定向到第二DT-PBS 1002B。在一些範例中，第一DT-PBS 1002A可以另外被配置成將所選偏振狀態轉換成不同的偏振狀態，例如正交偏振狀態。

在所示的範例中，第二偏振敏感光導向器1002B位於基本上在第一偏振敏感光導向器1002A和顯示器806之間的光路中，並且可以是反射型DT-PBS，如上面參考圖8所述。第二DT-PBS 1002B被配置為向顯示器808透射和重定向適當偏振的光，如以上參考圖8所述。

在所示的範例中，從LCoS反射的具有空間調製的相位和/或偏振的光可以再次入射到第二DT-PBS 1002B上。在這種情況下，第二DT-PBS 1002B將入射光分成兩個正交偏振：具有空間調製振幅的先前預選的偏振分量被透射並引導向目標，例如光學組合器810（例如波導），而附加（正交）偏振的光被反射並在不同的方向上重定向。換句話說，DT-PBS 1002B可以另外將來自顯示器808的偏振光的空間調製轉換成光的振幅的空間調製。在一些範例中，DT-PBS 1002A和DT-PBS 1002B對相同類型的偏振（例如，圓偏振或線性偏振）進行引導、重定向或對其是敏感的。在一些範例中，DT-PBS 1002A和DT-PBS 1002B可以具有基本相同的光柵週期，並且可以被配置為補償色散。

圖11是描繪根據本公開中描述的技術的示例顯示系統1100的圖示。示例顯示系統1100包括兩個DT-PBS 1102A和1102B、光源804和顯示器806，例如LCoS顯示器806。在一些範例中，顯示系統1100可以包括偏振器808（例如線性或圓偏振器808）、光學組合器810和波導輸入耦合器812。如上所述，在一些情況下，可以省略偏振器808。在一些範例中，顯示系統1100可以包括在放大或不放大的情況下重新成像顯示器806的影像內容的投影光學裝置（未示出）。示例顯示系統1100包括兩個反射型DT-PBS 1102A和1102B。在一些範例中，顯示系統1100可以允許更小型化的光學顯示系統，和/或具有簡化和/或改進光學顯示系統的封裝的替代形狀因子的顯示系統。

在所示的範例中，第一偏振敏感光導向器1102A可以是反射型DT-PBS，如上面參照圖8所述。在所示的範例中，第一DT-PBS 1102A被配置為將所選偏振的光反射和重定向到第二DT-PBS 1102B。在一些範例中，第一DT-PBS 1102A可以另外被配置成將所選偏振狀態轉換成不同的偏振狀態，例如正交偏振狀態。

在示出的範例中，第二DT-PBS 1102B位於基本上在第一DT-PBS 1102A和顯示器806之間的光路中，並且可以是反射型DT-PBS，例如以上關於圖8的DT-PBS 802A所描述的。第二DT-PBS 1102B被配置為如上關於圖8的DT-PBS 802A和圖10的DT-PBS 1002B所述，向顯示器808反射和重定向適當偏振的光。

在所示的範例中，從LCoS反射的具有空間調製的相位和/或偏振的光可以再次入射到第二DT-PBS 1102B上。在這種情況下，第二DT-PBS 1102B將入射光分成兩個正交偏振：具有空間調製振幅的較早預選偏振分量被透射並引導向目標，例如光學組合器810（例如波導），而附加（正交）偏振的光被重定向到不同的方向。換句話說，DT-PBS 1102B可以另外將來自顯示器808的偏振光的空間調製轉換成光振幅的空間調製。在一些範例中，DT-PBS 1102A和DT-PBS 1102B對相同類型的偏振（例如，圓偏振或線性偏振）進行引導、重定向或對其是敏感的。在一些範例中，DT-PBS 1102A和DT-PBS 1102B可以具有基本相同的光柵週期，並且可以被配置為補償色散。

在一些範例中，利用DT-PBS的光學組件可以實現額外的配置，例如，藉由在左眼/右眼配置中使用兩種正交偏振狀態進行顯示來有效地使用來自光源的光。例如，圖12是描繪根據本公開中描述的技術的示例顯示系統1100的圖示。示例顯示系統1100包括四個DT-PBS 1202A-L、1202B-L、1202A-R和1202B-R、光源804和兩個顯示器806L和806R，例如LCoS顯示器806L和806R。在一些範例中，顯示系統1200可以包括波導810和波導輸入耦合器812。在一些範例中，顯示系統1200可以包括在放大或不放大的情況下重新成像顯示器806的影像內容的投影光學裝置（未示出）。示例顯示系統1200包括兩個反射型DT-PBS 1202A-L和1202A-R以及兩個透射型DT-PBS 1202B-L和1202B-R，這可以實現虛擬內容到使用者的左眼和右眼的獨立投影，例如，用於虛擬內容的立體呈現。在一些範例中，顯示系統1200可以允許更小型化的光學顯示系統，和/或具有簡化和/或改進光學顯示系統的封裝的替代形狀因子的顯示系統。在一些範例中，顯示系統1200可以允許更有效地使用由光源804發射的未偏振光，例如，藉由利用兩種偏振狀態，而不是選擇一種偏振狀態並濾除另一種偏振狀態。在一些範例中，顯示系統1200可以允許將單個光源804用於兩個顯示器，以獨立地向使用者的左眼和右眼顯示內容。在一些範例中，顯示系統1200允許用於左眼路徑和右眼路徑的光學組件的至少一部分具有公共光軸，例如，光源和至少兩個偏振敏感光導向器可以經由公共光軸對準。

在所示的範例中，光源804和顯示器806L和806R可以類似於或基本上相同於上面參考圖8所示和描述的光源804和顯示器806。

在所示的範例中，與系統800-1100相比，系統1200不包括位於光源804和第一偏振敏感光導向器之間的偏振器。相反，系統1200中的示例利用兩對DT-PBS作為偏振敏感光導向器，每對相對於另一對對於正交偏振敏感。例如，DT-PBS 1202A-L和1202B-L可以對第一偏振敏感，例如可以將第一偏振重定向到使用者的左眼，而DT-PBS 1202A-R和1202B-R可以對正交於第一偏振的第二偏振敏感，例如可以將第二偏振重定向到使用者的右眼。在一些範例中，與在光源和第一DT-PBS之間使用偏振器的系統相比，系統1200可以更有效地使用光，例如，藉由使用DT-PBS來引導第一偏振的光以供系統使用，並且將第二偏振的光傳遞到第二DT-PBS以供系統使用。換句話說，系統1200可以包括DT-PBS，以使用由光源發射的光的兩種偏振，而不是透過位於光源和第一DT-PBS之間的吸收性線性或圓偏振器來選擇一種偏振。

在所示的範例中，DT-PBS 1202A-R可以是反射型DT-PBS，如上面關於圖8所述。在所示的範例中，DT-PBS 1202A-R被配置為將第一偏振的光反射和重定向到第二DT-PBS 1202B-R。在一些範例中，DT-PBS 1202A-R可以另外被配置為將所選偏振狀態轉換成不同的偏振狀態，例如正交偏振狀態。此外，DT-PBS 1202A-R被配置為透射(例如“穿過”)第二偏振，例如與第一偏振正交的第二偏振。

在所示的範例中，DT-PBS 1202A-L可以是反射型DT-PBS，如上面關於圖8所述。在示出的範例中，DT-PBS 1202A-L被配置為反射和重定向與DT-PBS 1202A-R反射和重定向的第一偏振正交的第二偏振的光。在示出的範例中，DT-PBS 1202A-L被配置為反射和重定向第二偏振至第二DT-PBS 1202B-R。在一些範例中，DT-PBS 1202A-R可以另外被配置成將所選擇的偏振狀態轉換成不同的偏振狀態，例如正交偏振狀態。

在一些範例中，DT-PBS 1202A-L、1202B-L、1202A-R和1202B-R中的任何一個可以將入射光的偏振轉換成不同的偏振狀態，例如正交偏振狀態，因此為了便於描述，在所示範例中經由DT-PBS 1202A-R反射和重定向的第一偏振將被稱為“右選（right-selected）”偏振，並且經由DT-PBS 1202A-L反射和重定向的與右選偏振正交的偏振將被稱為“左選（left-selected）”偏振。

在所示的範例中，DT-PBS 1202B-R位於基本上在DT-PBS 1202A-R和顯示器806R之間的光路中，並且可以是透射型DT-PBS，如上面參考圖8所述。DT-PBS 1202B-R被配置為向顯示器808R透射和重定向右選偏振光。

在所示的範例中，DT-PBS 1202B-L位於基本上在DT-PBS 1202A-L和顯示器806L之間的光路中，並且可以是透射型DT-PBS，如上面參考圖8所述。DT-PBS 1202B-L被配置為向顯示器808L透射和重定向左選偏振光。

在所示的範例中，在從顯示器反射後具有空間調製的相位和/或偏振的左選光和右選光可以再次分別入射到DT-PBS 1202B-L和DT-PBS 1202B-R上。在穿過分光器1202B-L和1202B-R之後，光變得均勻偏振，並且偏振的空間調製被轉換成振幅的空間調製，這可以被眼睛感知為影像。然後，該影像光可以分別入射到波導輸入耦合器812R和812L上，從而將影像光分別耦合到波導810R和810L中，用於在期望的位置傳輸和輸出耦合，並分別傳輸和輸出耦合到使用者的右眼和左眼。

在一些範例中，顯示系統1200可以是上面參照圖8-圖11描述的反射-透射、透射-透射、反射-反射和反射-反射配置中的任何一種。例如，DT-PBS 1202A-L、1202B-L、1202A-R和1202B-R可以是反射的或透射的，並且可以結合在上面參考圖8-圖11描述的任何配置中。此外，左側和右側可以獨立地配置，例如，具有相同的配置類型（例如，反射-透射）或不同的配置類型。

在圖8-圖12的每一個中，光源804可以是寬帶光源，例如具有多個不同振幅的波長。每個DT-PBS 802、902、1002、1102、1202可以是色散的，例如以波長相關的角度重定向光。顯示系統800、900、1000、1100和1200中的每一個都包括至少兩個耦合的DT-PBS，並且可以補償色散，例如，如上面參考圖7A-圖7C所述

在一些範例中，利用DT-PBS的光學組件可以被配置成增加最終顯示影像的對比度、增加能量效率、實現分區照明（zonal illumination）或其組合。例如，所使用的光源可以是面光源，或者包括多個點狀源的區域，其可以基於空間位置選擇性地改變亮度，如下面參考圖13所述。在一些範例中，如下面參考圖14所述，一個或更多個DT-PBS基於空間位置可以是可切換的。在一些範例中，可以藉由局部調暗光源，或者局部選擇光以經由偏振敏感光導向器引導到顯示器，或者兩者的任意組合，來增加顯示影像的對比度。

圖13是描繪根據本公開中描述的技術的示例光源1404的圖示。示例光源1404包括多個單獨的點狀光源，例如較小的面光源，例如LED、有機發光二極管（OLED）、激光源等。光源1404可以用作前面任何附圖（例如圖8-圖12）和下面的圖14中的光源804。

在所示的範例中，可以選擇性地活化多個單獨的光源。例如，單個光源1402被活化並發光，而單個光源1406未被活化且不發光。在一些範例中，基於光源1304內的空間位置選擇性地活化光源可以提高顯示系統的對比度和/或提高例如顯示系統800、900、1000、1100和1200中的任何一個的顯示系統的能量效率。在一些範例中，基於光源1304內的空間位置選擇性地活化光源可以實現和/或改善區域照明，例如，在特定時間僅照明影像的一部分。

圖14是描繪根據本公開中描述的技術的示例顯示系統1500的圖示。除了本文描述的差異之外，示例顯示系統1500基本上類似於圖8的系統800。具體而言，與系統800不同，系統1500包括兩個DT-PBS 1502A和1502B，其中至少一個可以是像素化的。

在所示的範例中，第一像素化DT-PBS 1502A可以被配置為可切換的，例如電子可控的。例如，第一DT-PBS 1502A可以在至少第一狀態和至少第二狀態之間切換，第一狀態被配置為反射和重定向所選偏振的光，第二狀態被配置為透射所有光而不重定向。

另外，第一像素化DT-PBS 1502A可以被像素化，使得像素化DT-PBS 1502A包括多個可切換部分。例如，第一像素化DT-PBS 1502A可以藉由透明電極配置在空間上劃分成多個域，使得各個域是可獨立切換的。第一像素化DT-PBS 1502A可以是基於設置在兩個基板之間的電子可切換雙折射材料的繞射元件，並且各個域可以由第一像素化DT-PBS 1502A的基板之一的表面上的透明電極圖案來確定。另一個基板可以具有設置在相對基板的表面上的區域透明導體或相對的透明電極圖案，使得施加到電極圖案的電壓導致在電極圖案和相對導體之間建立電場圖案。雙折射材料可以沿著或垂直於場線排列，從而改變電極圖案的每個域的局部區域中的材料的面內（in-plane）雙折射率（例如，Δn ）。這樣，第一像素化DT-PBS 1502A還可以用作空間調製器，以空間調製照明強度並增強顯示系統1500的對比度。

在一些範例中，第一像素化DT-PBS 1502A可以是液晶光柵，其例如藉由透明電極之間的電場而在一個或更多個狀態之間被直接驅動。在其他範例中，第一DT-PBS 1502A可以是被動（例如，不可切換的）偏振敏感光柵和從光入射側與其相鄰的可切換半波片的組合。該半波片局部地將穿過它的光的偏振改變為正交，其沒有被DT-PBS 1502A偏轉到第二DT-PBS 1502A，然後到顯示器。在其他範例中，第一DT-PBS 1502A可以是被動（例如，不可切換的）光柵和從光入射側與其相鄰的像素化快門的組合。合適的快門的示例是像素化雙折射型、主客型和散射型LC快門，下面分別參照圖24A-24B、圖25A-25B和圖26A-26B進行說明和描述。在一些範例中，將第一DT-PBS 1502A配置為可切換的可以實現對入射到顯示器806上的光的空間控制，例如對入射光的空間振幅控制，並且可以導致顯示系統1500的對比度增強以及區域照明。

在示出的範例中，第二像素化DT-PBS 1502B位於基本上在第一偏振敏感光導向器1502A和顯示器806之間的光路中，並且可以是透射型DT-PBS，如上面參考圖8所述。第二像素化DT-PBS 1502B可以被配置為如上參考圖8所述，向顯示器808透射和重定向適當偏振的光。在一些範例中，第二像素化DT-PBS 1502B可以是可切換的，如上文關於第一DT-PBS 1502A所述。

在所示的範例中，空間調製光然後可以入射到波導輸入耦合器812上，將空間調製光耦合到波導810中，用於在期望的位置傳輸和輸出耦合。

在所示的範例中，第一DT-PBS 1502A和第二DT-PBS 1502B都是可切換和像素化的。在一些範例中，第一或第二DT-PBS 1502A和1502B可以是可切換的和像素化的，另一個是被動DT-PBS，例如上述DT-PBS 802、902、1002、1102和/或1202A中的任何一個。此外，第一DT-PBS 1502A和第二DT-PBS 1502B可以以任何組合或配置使用，例如上面參照圖8-圖12描述的反射-透射、透射-透射、透射-反射、反射-反射和/或立體。

在一些範例中，本公開還涉及一種用於在從眼睛反射後將光引導向眼睛追蹤檢測器的光學組件。偏振敏感光導向器，因為它們薄、重量輕，並且可以補償色散，所以能夠實現小形狀因子和新的設計解決方案，並且能夠將寬帶照明用於眼睛追蹤，例如LED。下面的圖15-圖19示出並描述了利用偏振敏感光導向器將光引導向眼睛追蹤相機（例如眼睛追蹤系統）的示例光學組件。圖15-圖18示出了在反射-透射偏振敏感光導向器配置中的示例眼睛追蹤系統中的光源放置的示例，圖17-圖19示出了DT-PBS的反射-反射、透射-透射和透射-反射組合。

圖15是描繪根據本公開中描述的技術的示例眼睛追蹤系統1600的圖示。示例眼睛追蹤系統1600包括兩個DT-PBS 1602A和1602B、光源1604A和1604B、相機1606和眼睛1608。在一些範例中，眼睛追蹤系統1600可以允許更小型化的光學系統，和/或具有簡化和/或改進眼睛追蹤系統的封裝的可替換的例如更小的形狀因子的系統。在所示的範例中，眼睛追蹤系統1600包括反射-透射配置的兩個DT-PBS 1602。在一些範例中，在眼睛追蹤系統1600中使用至少兩個DT-PBS 1602可以允許如以上關於圖7A-圖7C所述的色散補償，以及使用寬帶源進行眼睛追蹤，例如，以便形成由眼睛1608反射的源和/或被照亮的眼睛1608的清晰影像。

在所示的範例中，眼睛追蹤系統1600包括光源1604A和1604B，例如統稱為“光源1604”。在所示的範例中，光源1604靠近和/或鄰近DT-PBS 1602A的表面定位，並被配置為照亮眼睛1608。在一些範例中，眼睛追蹤系統1600可以僅包括單個光源1604，並且在其他範例中，眼睛追蹤系統1600可以包括三個或更多個光源1608。在一些範例中，光源1604可以是被配置成從多個角度照亮眼睛1608的光源1604的環。在一些範例中，光源1604發射近紅外（NIR）光。

在所示的範例中，光源1604可以是點狀光源，例如LED、微型LED、激光器、VCSEL激光二極管等。在一些範例中，來自光源1604的光可以包括寬範圍的波長（例如寬帶），可以包括窄帶波長，可以是單色的，或者可以包括寬帶、窄帶和/或單色光源的任意組合。在所示的範例中，來自光源1604的光1620可以是寬帶的和/或未偏振的。

在所示的範例中，來自光源1604的光1620可以從眼睛1608反射。在一些範例中，眼睛1608可以是使用者例如使用者110的眼睛。在一些範例中，眼睛1608可以是相機，例如代替使用者110的眼睛使用的眼球相機。

在所示的範例中，反射光1630入射到第一DT-PBS 1602A上。第一偏振敏感光導向器1602A可以是反射型DT-PBS。例如，反射光1630可以被第一DT-PBS 1602反射和重定向而朝向第二DT-PBS 1602B，例如以不同於入射角的角度反射且其符號與經由反射鏡的反射相反。第一DT-PBS 1602A可以是任何DT-PBS，例如，上面討論的任何DT-PBS，例如H-PDLC、PVG等。在一些範例中，第一DT-PBS 1602A被配置為反射和重定向第一偏振例如選定的偏振的光。選定的偏振可以是線性、圓形或橢圓形。在一些範例中，第一DT-PBS 1602A可以被配置成另外將選定的偏振轉換成第二偏振，例如與選定的偏振正交的第二偏振。

在所示的範例中，第二DT-PBS 1602B位於基本上在第一DT-PBS 1602A和相機1606之間的光路中。在所示的範例中，第二DT-PBS 1602B向相機1608透射和重定向入射光，例如反射光1630。在所示的範例中，第二DT-PBS 1602B可以是透射型偏振敏感光導向器。例如，光可以被透射和重定向，例如以與經由窗口所透射時的入射角不同的角度透射。第二DT-PBS 1602B可以是任何DT-PBS，例如，上面討論的任何DT-PBS，例如H-PDLC、PVG等。在一些範例中，第二DT-PBS 802B另外被配置成將第一偏振（例如，選定的偏振）或第二偏振轉換成正交偏振，例如，將選定的偏振轉換成第二偏振或將第二偏振轉換成選定的偏振。通常，第一DT-PBS 1602A和第二偏振光導向器1602B被配置成協同工作，以將反射光1630的至少一部分重定向到檢測器1606。

在一些範例中，檢測器1606可以是任何類型的相機，例如，矽基CCD陣列相機、CMOS陣列相機、具有紅外敏感（例如，近紅外、短紅外、中波紅外、長波紅外敏感）焦平面陣列的相機，例如碲化鎘汞陣列、銻化銦陣列、砷化銦鎵陣列、氧化釩陣列等。在另一個範例中，檢測器1606可以是位置敏感檢測器（PSD）。

圖16是描繪根據本公開中描述的技術的示例眼睛追蹤系統1700的圖示。示例眼睛追蹤系統1700類似於眼睛追蹤系統1600，其中光源1604的位置被改變為靠近和/或鄰近相機1606，並且被配置為藉由DT-PBS 1602A和1602B的反射和重定向來照亮眼睛1608。在所示的範例中，來自光源1604的光1620入射到第二DT-PBS 1602B上，第二DT-PBS 1602 B可以向第一DT-PBS 1602A透射和重定向選定偏振的光1620。然後，第一DT-PBS 1602A可以將選定偏振的光1620反射並重定向到眼睛1608，眼睛1608將光（例如，反射光1630）反射回第一DT-PBS 1602A。第一DT-PBS 1602A和第二DT-PBS 1602B然後將反射光1630重定向到檢測器1606，如上面參考圖15所述。在一些範例中，光源1604可以定位成靠近和/或鄰近第二DT-PBS 1602B，並且在一些範例中，光源1604可以位於眼睛1608和檢測器1606之間的光路中的任何位置，如圖16所示。

圖17是描繪根據本公開中描述的技術的示例眼睛追蹤系統1800的圖示。示例眼睛追蹤系統1800類似於眼睛追蹤系統1600，其中光源1604（未示出）的位置在眼睛1608和檢測器1606之間的光路中的任何地方，並且被配置為照亮眼睛1608。眼睛1608反射來自光源1604的光，導致反射光1630的至少一部分被引導向第一DT-PBS 1802A。在所示的範例中，眼睛追蹤系統1800包括反射-反射配置中的兩個DT-PBS 1802。

在示出的範例中，第一DT-PBS 1802A可以是被配置為將選定偏振的反射光1630反射並重定向到DT-PBS 1802B的DT-PBS，並且可以類似於或基本上相同於上面參考圖15描述的第一DT-PBS 1602A。

在所示的範例中，第二DT-PBS 1802B位於基本上在DT-PBS 1802A和檢測器1606之間的光路中。第二DT-PBS 1802B可以被配置為將反射光1630反射和重定向到檢測器1608。在所示的範例中，第二DT-PBS 1602B可以是反射型DT-PBS，並且可以類似於或基本上相同於上面參照圖15和圖16描述的第一DT-PBS 1602A。在一些範例中，除了如參照圖7A-7C所述的藉由使用兩個DT-PBS 1802的色散補償之外，眼睛追蹤系統1800的反射-反射配置可以允許不同的和/或更小型化的眼睛追蹤形狀因子。

圖18是描繪根據本公開中描述的技術的示例眼睛追蹤系統1900的圖示。示例眼睛追蹤系統1900類似於眼睛追蹤系統1600，其中光源1604（未示出）的位置在眼睛1608和檢測器1606之間的光路中的任何地方，並且被配置為照亮眼睛1608。眼睛1608反射來自光源1604的光，導致反射光1630的至少一部分被引導向第一DT-PBS 1902A。在所示的範例中，眼睛追蹤系統1900包括透射-透射配置的兩個DT-PBS 1902。

在示出的範例中，第一DT-PBS 1902A可以是透射型DT-PBS，其被配置為向第二DT-PBS 1902B透射和重定向選定偏振的反射光1630，並且可以類似於或基本上相同於上面參考圖15描述的第二DT-PBS 1602B。

在所示的範例中，第二DT-PBS 1902B位於基本上在第一DT-PBS 1902A和檢測器1606之間的光路中。第二DT-PBS 1902B可以被配置為向檢測器1608透射和重定向反射光1630。在所示的範例中，第二DT-PBS 1902B可以類似於或基本上相同於上面參照圖15描述的第二DT-PBS 1602B。在一些範例中，除了藉由使用如參照圖7A-7C所述的兩個DT-PBS 1902的色散補償之外，眼睛追蹤系統1900的透射-透射配置可以允許不同的和/或更小型化的眼睛追蹤形狀因子。

圖19是描繪根據本公開中描述的技術的示例眼睛追蹤系統2000的圖示。示例眼睛追蹤系統2000類似於眼睛追蹤系統1600，其中光源1604（未示出）的位置在眼睛1608和檢測器1606之間的光路中的任何地方，並且被配置為照亮眼睛1608。眼睛1608反射來自光源1604的光，導致反射光1630的至少一部分被引導向第一DT-PBS 2002A。在所示的範例中，眼睛追蹤系統2000包括透射-反射配置的兩個DT-PBS 2002。

在所示的範例中，第一偏振敏感光導向器2002A可以是透射型偏振敏感光導向器，其被配置為將選定偏振的反射光1630透射並重定向到第二偏振敏感光導向器2002B，並且可以類似於或基本上相同於上面參考圖15描述的第二偏振敏感光導向器1602B。

在所示的範例中，第二偏振敏感光導向器2002B位於基本上在第一偏振敏感光導向器2002A和檢測器1606之間的光路中。第二DT-PBS 2002B可以被配置為將反射光1630反射並重定向到檢測器1608。在示出的範例中，第二DT-PBS 2002B可以類似於或基本上相同於上面參照圖15描述的第一DT-PBS 1602A。在一些範例中，除了藉由使用如以上參照圖7A-7C所述的兩個DT-PBS 2002的色散補償之外，眼睛追蹤系統2000的透射-反射配置可以允許不同的和/或更小型化的眼睛追蹤形狀因子。

現在共同參考圖15-圖19，在一些範例中，DT-PBS 1602、1702、1802、1902和2002中的任一個或每一個可以包括例如光焦度，以收斂或發散光。在一些範例中，偏振敏感光導向器1602、1702、1802、1902和2002可以是彎曲的，並且在其他範例中，偏振敏感光導向器1602、1702、1802、1902和2002可以將相位延遲賦予入射光例如光1520和/或反射光1630的波前，以便收斂或發散光。

在一些範例中，偏振敏感光導向器1602、1702、1802、1902和2002中的任一個或每一個可以是可切換的，如以上關於圖14所述。

在本文提供的範例中，光學組件包括DT-PBS，其被配置為重定向第一偏振狀態，同時在不同方向上引導第二偏振狀態，或者不重定向第二偏振狀態。例如，利用DT-PBS的光學組件可以用於人工實境系統的HMD，例如人工實境系統100的HMD 112。根據光學組件的配置，DT-PBS可以以多種方式重定向或不重定向光。圖20A-圖26B示出了示例DT-PBS，並描述了可以用作DT-PBS的基本元件的偏振敏感繞射光柵的示例。

圖20A和圖20B是示出了根據本公開中描述的技術的以布拉格方式工作的可切換全像聚合物分散液晶（H-PDLC）光柵2102的示意圖。圖20A和圖20B所示的示例說明了對線性偏振敏感的示例繞射光柵。圖20A示出了處於接通狀態（on-state）的H-PDLC光柵2102，例如，電壓被施加到H-PDLC 2102的電極，其中具有第一線性偏振的光2108和/或第二線性偏振的光2110透射穿過H-PDLC 2102，而沒有被繞射或重定向。圖20B示出了處於斷開狀態（off-state）的H-PDLC光柵2102，其中具有第一線性偏振的光2108被H-PDLC 2102藉由繞射重定向，並且具有第二線性偏振2110的光在沒有被繞射或重定向的情況下透射穿過H-PDLC 2102。

在圖20A和圖20B所示的範例中，H-PDLC 2102包括第一和第二基板，第一和第二基板包括設置在第一和第二基板之間的各向同性聚合物2106和液晶2104。H-PDLC 2102可以由液晶疇（domain）或微滴形成，在各向同性聚合物2106和液晶2104的相分離期間，液晶疇或微滴可以藉由全像記錄來對齊。這種對齊可以藉由在相分離過程中施加的外部電場或磁場來改變。基板可以包括電極或電極圖案，電壓可以施加到該電極或電極圖案，從而在第一和第二基板之間施加電場。液晶的方向性可以藉由外部電場來控制。例如，可以藉由向電極施加電壓來控制（例如選擇）液晶的方向性，沿著該方向性，H-PDLC 2102的液晶材料的非常折射率以及被定向為垂直於非常折射率的液晶材料的尋常折射率對齊。

在圖20A所示的範例中，可以向電極施加電壓，在電極之間產生電場，使液晶2104垂直對齊，即，液晶的指向矢（director）具有垂直於或基本垂直於H-PDLC 2102的第一和第二基板的主軸。在一些範例中，H-PDLC 2102可以包括分散在各向同性陣列(isotropic matrix)中的任何合適的各向異性材料。

在所示的範例中，液晶2104基本上垂直對齊，也就是說，液晶指向矢垂直於或基本上垂直於（例如，與法線成30度以內）H-PDLC 2102的第一和第二基板，例如，沿著所示的z軸。在一些範例中，液晶2104的尋常折射率匹配聚合物2106的折射率。例如，n_p = n_o ＜ n_e ，其中n_o 和n_e 是液晶2104的尋常折射率和非常折射率，n_p 是聚合物的折射率。因為液晶是雙折射的，所以液晶的折射率取決於光的偏振和相對於液晶2104的指向矢的傳播方向。垂直入射光2108、2110的傳播基本上平行於液晶的指向矢，因此，不管垂直入射光2108、2110的偏振如何，液晶2104對於光2108、2110的有效折射率都是尋常折射率n_o 。在所示的範例中，聚合物折射率n_p 基本上與液晶2104的尋常折射率n_o 相同，並且液晶2104的微滴和聚合物2106之間沒有折射率差。因此，H-PDLC 2002不繞射垂直入射光2108、2110，並且H-PDLC 2102對於垂直入射光2108、2110基本上是透明的。結果，平行於液晶指向矢的入射到H-PDLC 2102的光2108、2110，例如在所示的範例中垂直入射的光，透明地透射穿透H-PDLC 2102，例如以很少或沒有重定向/繞射的方式透射。

在圖20B所示的範例中，如上所述，可以不再向電極施加電壓，並且液晶2104可以根據預定的優先方向排列。在所示的範例中，液晶2104的優先方向基本上在平面內排列，也就是說，液晶分子具有例如在所示的x-y平面內平行於或基本上平行於H-PDLC 2102的第一和第二基板的指向矢。此外，指向矢可以平行於H-PDLC 2102的光柵向量排列，例如，優選沿x方向排列。因為液晶是雙折射的，所以液晶的折射率取決於光的偏振和相對於液晶2104的指向矢（例如，液晶2104的光軸）的傳播方向。垂直入射光2110的偏振基本上垂直於液晶2104的指向矢，例如，入射光2110的電場垂直於液晶2104的指向矢，因此液晶2104對於光2110的有效折射率是尋常折射率n_o ，其基本上匹配聚合物折射率n_p 。因此，H-PDLC光柵2102不繞射垂直入射光2110，並且H-PDLC 2102對垂直入射光2110基本上是透明的。相反，垂直入射光2108的偏振基本上平行於液晶2104的指向矢，例如，入射光2108的電場平行於液晶2104的指向矢，因此液晶2104對於光2108的有效折射率是非常折射率n_e ，其與聚合物折射率n_p 不匹配。因此，液晶2104的微滴可以重定向（例如繞射）垂直入射光2108。

在一些範例中，各向異性材料（例如，液晶2104）的微滴可以在各向同性材料（例如，聚合物）內互連，而不是形成如圖20A和圖20B所示的孤立的微滴或孔。在一些範例中，液晶2104或各向異性材料可以在聚合物網路中形成永久相（permanent phase）。

在一些範例中，H-PDLC（如H-PDLC 2102）對線性偏振敏感。在一些範例中，H-PDLC 2102可以藉由切換入射光的偏振方向來切換。在其他範例中，如上所述，H-PDLC 2102可以藉由切換液晶2104的定向而為可切換的。在一些範例中，H-PDLC 2102可以包括布拉格繞射光柵。

圖21A-圖21B和圖22A-圖22B是示出根據本公開中描述的技術的對線性偏振敏感的光柵的不同示例（即，液晶填充表面浮雕光柵（LC-SRG） 2200、2300）的示意圖。

在圖21A和圖21B所示的範例中，LC-SRG 2200包括被動繞射光柵2202和線性偏振旋轉器2204。被動繞射光柵2202可以具有例如藉由蝕刻、壓印等在基板中形成的表面浮雕輪廓，輪廓的空間可以用雙折射材料例如液晶填充。在一些範例中，線性偏振旋轉器2204可以是可切換扭曲向列(twisted-nematic)液晶單元、可切換半波片或任何其他合適的線性偏振旋轉器。

在圖21A所示的範例中，具有第一線性偏振的入射光2208透射穿透線性偏振旋轉器2204，線性偏振旋轉器2204將入射光2208的偏振旋轉90度，使得透射光2210具有基本上垂直於第一線性偏振的第二線性偏振。填充表面浮雕圖案空間的液晶材料的指向矢可以垂直於光2210的第二線性偏振排列，並且可以具有基本上匹配在被動繞射光柵2202的基板中形成的表面浮雕輪廓的折射率的尋常折射率。這樣，由於光2210的偏振正交於液晶指向矢，所以光2210的有效折射率將是尋常折射率，並且光2210將在沒有重定向和/或繞射的情況下透射穿透被動繞射光柵2202，並且將以第二線性偏振作為光2212出射。

在圖21B所示的範例中，與圖21A相比，電壓可以被施加到線性偏振旋轉器2204，切換其旋轉狀態。例如，具有第一線性偏振的入射光2208透射穿透線性偏振旋轉器2204，而不旋轉其線性偏振，使得透射光2214保持第一線性偏振。這樣，因為光2214的偏振平行於液晶指向矢，所以光2214的有效折射率將是非常折射率。由於形成在基板中（例如，或設置在基板上）的表面浮雕輪廓的材料之間的折射率不匹配，被動繞射光柵2202將用作光2214的相位繞射光柵。這樣，光2214將被被動繞射光柵2202重定向，例如繞射，並且將以第一線性偏振出射，並且基於由被動繞射光柵2202的折射率分佈引起的相位分佈被繞射為繞射光2214。

在一些範例中，上述關於圖8-圖12和圖14-圖19描述的顯示系統800-1300、1500和眼睛追蹤系統1600-200中的任何一個中的任何DT-PBS 802-1202、1502-1602和1802-2002可以包括LC-SRG 2200。

在圖22A和圖22B所示的範例中，LC-SRG 2300包括主動繞射光柵2302，該光柵包括形成在相對基板中的一個或兩個基板的表面上的表面浮雕圖案，並且輪廓的空間可以用雙折射材料例如液晶填充。在一些範例中，可以藉由向設置在基板上的電極或電極圖案施加電壓來選擇液晶的定向。

在圖22A所示的範例中，具有第一線性偏振的入射光2308可以透射穿透LC-SRG 2300。填充主動繞射光柵2302的空間的液晶可以具有與表面浮雕輪廓的折射率基本匹配的尋常折射率，以及與表面浮雕輪廓的折射率不匹配的非常折射率。電壓可以施加到LC-SRG 2300的電極，在相對基板之間形成電場，液晶可以藉由該電場排列。在所示的範例中，液晶的指向矢被電場排列成垂直於基板並平行於入射光2308的傳播方向。這樣，液晶的入射光2308的有效折射率是尋常折射率，而與入射光2308的偏振無關。因此，液晶的折射率與表面浮雕輪廓的折射率匹配，並且入射光2308透射穿透LC-SRG 2300而沒有繞射。

在圖22B所示的範例中，電壓沒有施加到LC-SRG 2300的電極，並且液晶以其優先取向進行排列。在所示的範例中，優先取向是沿著表面浮雕輪廓的凹槽，例如平行於y軸。對於具有平行於液晶指向矢（例如沿著y軸）的第一線性偏振的入射光2308，液晶的有效折射率將是非常折射率，並且與表面浮雕輪廓的折射率不匹配。這樣，基於由表面浮雕輪廓產生的相位分佈模式，具有第一線性偏振的入射光2308將被繞射和重定向。

在一些範例中，LC-SRG 2200和2300都可以被設計為Raman-Natt光柵或布拉格繞射光柵。在一些範例中，LC-SRG 2200和2300可以是透射的或反射的，例如透射和重定向（例如繞射）至少一部分入射光，或者反射和繞射（例如重定向）至少一部分入射光。在一些範例中，以上參照圖8-圖12和圖15-圖20B描述的顯示系統800-1300、1500和眼睛追蹤系統1600-200中的任何一個中的任何一個DT-PBS 802-1202、1502-1602和1802-2002可以包括LC-SRG 2300。

圖23A-圖23F是示出根據本公開中描述的技術的PBP光柵2400、反射PVG （r-PVG） 2430和透射PVG （t-PVG） 2460的範例性的示意圖。根據本公開中描述的技術，PBP光柵2400、r-PVG 2430和t-PVG 2460中的每一個可以被配置為呈現偏振敏感的光分離和重定向。在一些範例中，上面參照圖8-圖12和圖15-圖20B描述的顯示系統800-1300、1500和眼睛追蹤系統1600-200的任一個中的任何DT-PBS 802-1202、1502-1602和1802-2002可以包括PBP光柵2400、r-PVG 2430和/或t-PVG 2460。圖23A-圖23F所示的範例說明了對圓偏振敏感的範例性繞射光柵。例如，PBP 2400、r-PVG 2430和t-PVG 2460或PBP 2450可以在不同方向上例如藉由不同的繞射階數，透射和重定向右圓偏振和左圓偏振的光。

圖23A是示出根據本公開中描述的技術的PBP光柵2400的範例性分子定向的橫截面示意圖。圖23B是示出根據本公開中描述的技術的PBP光柵2400的範例性光學響應的橫截面示意圖。在一些範例中，PBP光柵2400是包括一層或更多層液晶的液晶光學元件。在一些範例中，PBP光柵2400包括一層其他類型的子結構，例如由高折射率材料組成的納米柱。

如圖23A所示，液晶2402的取向沿z方向保持不變。在一些範例中，PBP光柵2400具有沿z軸的恒定取向和理想地為設計波長一半的雙折射厚度（Δn ×d ），其中Δn 是液晶材料的雙折射率，d 是PBP透鏡2400的液晶材料的物理厚度。在圖23A所示的範例中，PBP光柵2400具有光柵間距Ʌ，其可以被定義為沿著x軸的距離，在該距離處液晶2402的方位角已經從初始取向旋轉了180度。

在一些範例中，PBP光柵2400可以具有不同於圖23A所示的液晶結構的液晶結構。例如，PBP光柵2400可以包括沿z方向的雙扭液晶結構。在另一個範例中，PBP光柵可以包括沿z方向的三層交替結構，以便在寬光譜範圍內提供消色差響應。

如圖23B所示，PBP光柵2400可以基於偏振來使入射光偏振和重定向。例如，PBP光柵2400可以藉由基於偏振的重定向來分離例如重定向非偏振光。在所示的範例中，PBP光柵2400將入射的非偏振光的LCP部分重定向到第一透射方向，並將入射的非偏振光的RCP部分重定向到第二透射方向，從而基於圓偏振來偏振和重定向入射光。

圖23C是示出根據本公開中描述的技術的r-PVG 2430的示例分子定向的橫截面示意圖。圖23D是示出根據本公開中描述的技術的r-PVG 2430的示例光學響應的橫截面示意圖。在一些範例中，r-PVG 2430是包括一層或更多層液晶的液晶光學元件。在一些範例中，r-PVG 2430包括一層其他類型的子結構，例如由高折射率材料組成的納米柱。

如圖23C所示，液晶2402的取向可以是傾斜的，例如，液晶2432可以沿著z方向以螺旋排列方式排列。在一些範例中，可以藉由表面介導的光配向（surface mediated photoalignment）例如藉由摻雜有手性摻雜添加劑(chiral dopant additive)的液晶2432來形成r-PVG 2430。在一些範例中，r-PVG 2430可以是布拉格繞射光柵，該光柵包括布拉格光柵間距Ʌ_B ，相對於r-PVG 2430的表面成角度θ。

如圖23D所示，r-PVG 2430可以基於偏振來偏振和重定向入射光。例如，r-PVG 2430可以藉由基於偏振的重定向來分離例如重定向非偏振光。在所示的範例中，r-PVG 2430在第一反射方向上重定向入射的非偏振光的LCP部分，並且在沒有重定向的情況下透射入射的非偏振光的RCP部分，從而基於圓偏振來偏振和分離入射光。在其他範例中，r-PVG 2430在第一反射方向上重定向入射的非偏振光的RCP部分，並且在沒有重定向的情況下透射入射的非偏振光的LCP部分，從而基於圓偏振來偏振和分離入射光。

圖23E是示出根據本公開中描述的技術的t-PVG 2460的示例分子定向的橫截面示意圖。圖23F是示出根據本公開中描述的技術的t-PVG 2460的示例光學響應的橫截面示意圖。在一些範例中，t-PVG 2460是包括一層或更多層液晶的液晶光學元件。在一些範例中，t-PVG 2460包括一層其他類型的子結構，例如由高折射率材料組成的納米柱。

如圖23E所示，液晶2462的取向可以是傾斜的，例如，液晶2462可以在相對於z軸的方向θ上具有恒定的取向。在一些範例中，可以藉由體介導（bulk mediated）的光配向，例如，藉由在光敏LC聚合物的厚層中記錄取向結構，來形成t-PVG 2460。在一些範例中，t-PVG 2460可以是布拉格繞射光柵，包括相對於t-PVG 2460的表面成角度θ的布拉格光柵間距Ʌ_B 。

如圖23F所示，t-PVG 2460可以基於偏振來偏振和重定向入射光。例如，t-PVG 2460可以藉由基於偏振的重定向來分離例如重定向非偏振光。在所示的範例中，t-PVG 2460在第一透射方向上重定向入射的非偏振光的LCP部分，並且在沒有重定向的情況下透射入射的非偏振光的RCP部分，從而基於圓偏振來偏振和分離入射光。在其他範例中，t-PVG 2460在第一透射方向上重定向入射的非偏振光的RCP部分，並且在沒有重定向的情況下透射入射的非偏振光的LCP部分，從而基於圓偏振來偏振和分離入射光。

圖24A-圖26B是示出根據本公開中描述的技術的與被動繞射光柵相結合的示例液晶快門的示意圖。在所示的範例中，被動繞射光柵可以是LC填充表面浮雕光柵（LC-SRG）、H-PDLC光柵、PVG、PBP光柵或任何其他類型的偏振敏感繞射光柵。圖24A-圖26B中示出的液晶快門每個都可以是像素化的DT-PBS的一個示例，例如上面參考圖14描述的DT-PBS 1502A和1502B。

圖24A和圖24B是示出可切換的像素化雙折射型液晶（LC）快門2500的示意圖。在所示的範例中，LC快門2500包括一對正交偏振器，例如偏振器1和2，其間設置有LC單元。在圖24A所示的範例中，入射光2502可以是任何偏振的，或者可以是隨機偏振的，例如未偏振的。入射光2502穿過偏振器1，然後被線性偏振。LC單元將光的偏振旋轉90度，然後光以相當高的透射率穿過偏振器2。暗態和亮態可以藉由快門的像素化在空間上分佈。來自光通量的未關閉部分（not shut down section）的光然後被被動光柵2504重定向。

在圖24B所示的範例中，入射光2502可以是任何偏振的，或者可以是隨機偏振的，例如未偏振的。入射光2502穿過偏振器1，然後被線性偏振。LC單元可以具有施加到LC單元的相對基板上的透明導體的電壓，從而在電極之間形成電場並改變液晶的配向。旋轉量可以藉由施加的電壓來控制。在所示的範例中，旋轉液晶，使得光的偏振不旋轉，並且光基本上不透射穿透偏振器2，例如基於偏振器的類型被吸收或反射。因為這些類型的快門包括線性偏振器，所以它們可以與對光的線性偏振敏感的光柵結合工作。

圖25A和圖25B是示出可切換的像素化主客型(guest-host)液晶（LC）快門2600的示意圖。在所示的範例中，LC快門2600包括溶解在液晶單元的液晶2608中的二色性染料2606和被動繞射光柵2604。染料分子（客體）與LC分子（主體）對齊。當LC處於第一狀態時，例如施加電壓使得液晶的長軸垂直於LC單元的表面，染料僅引起輕微的吸收（圖25A的亮態），並且當LC處於第二狀態時，例如沒有施加電壓並且液晶分子的長軸平行於LC單元的平面，染料引起強烈的吸收（圖25B的暗態）。在一些範例中，對於具有相反各向異性（例如，與正各向異性相反的負各向異性）的LC單元，亮態和暗態可以顛倒。

圖26A和圖26B是示出可切換、像素化、散射液晶（LC）快門2700的示意圖。在所示的範例中，LC快門2700包括LC散射單元2710和被動繞射光柵2704。在一些範例中，LC散射單元2710可以是可切換的聚合物分散液晶單元（PDLC）。液晶可以具有與PDLC的聚合物折射率基本匹配的尋常折射率，以及與聚合物折射率基本不匹配的非常折射率。

在圖26A所示的範例中，入射光2702可以是任何偏振的，或者可以是隨機偏振的，例如未偏振的。在所示的範例中，LC散射單元2710中的液晶指向矢可以沿著優先配向排列，例如垂直於PDLC表面（並且在x-y平面中）。不管入射光2702的偏振如何，偏振都將垂直於液晶的指向矢，並且LC散射單元2710的有效折射率將是尋常折射率並與聚合物匹配。這樣，入射光2702將不會被散射，並且將透明地透射穿透LC散射單元2710，並經由被動繞射光柵2704繞射。

在圖26B所示的範例中，電壓可以施加到LC散射單元2710的相對基板上的透明導體，從而在電極之間形成電場並改變液晶的配向。旋轉量可以藉由施加的電壓來控制。因為LC微滴可以隨機分佈在基板之間的LC散射單元2710體積中，所以光2702將歷經不匹配折射率介面的隨機圖案，並且將隨機散射，包括反向散射，並且入射光2702的透射將顯著減少。

如本文藉由各種示例描述的，本公開的技術可以包括人工實境系統或者結合人工實境系統來實現。如所述，人工實境是在呈現給使用者之前已經以某種方式調整過的現實形式，其可以包括例如虛擬實境（VR）、擴增實境（AR）、混合實境（MR）、混雜實境或其某種組合和/或衍生物。人工實境內容可以包括完全生成的內容或與捕獲的內容（例如，真實世界的照片或視訊）相結合的生成的內容。人工實境內容可以包括視訊、音訊、觸覺回饋或它們的某種組合，並且它們中的任何一個都可以在單個通道或多個通道中呈現（例如向觀看者產生三維效果的立體視訊）。另外，在一些實施例中，人工實境可以與應用、產品、附件、服務或其某種組合相關聯，這些應用、產品、附件、服務或其某種組合例如用於在人工實境中創建內容和/或在人工實境中使用（例如，在人工實境中執行活動）。提供人工實境內容的人工實境系統可以在各種平臺上實現，這些平臺包括連接到主計算機系統的頭戴式設備（HMD）、獨立的HMD、移動設備或計算系統、或者能夠向一個或更多個觀看者提供人工實境內容的任何其他硬體平臺。

本公開中描述的技術可以至少部分地以硬體、軟體、韌體或其任意組合來實現。例如，所描述的技術的各個方面可以在一個或更多個處理器中實現，包括一個或更多個微處理器、DSP、特殊應用積體電路（ASIC）、現場可程式化閘陣列（FPGA）或任何其他等效的整合或離散邏輯電路，以及這些部件的任何組合。術語“處理器”或“處理電路”通常可以指任何前述邏輯電路，單獨或與其他邏輯電路組合，或任何其他等效電路。包括硬體的控制單元也可以執行本公開的一種或更多種技術。

這樣的硬體、軟體和韌體可以在同一設備內或在單獨的設備內實現，以支持本公開中描述的各種操作和功能。此外，任何描述的單元、模塊或部件可以一起或單獨實現為分立但可互操作的邏輯設備。將不同特徵描述為模塊或單元旨在突出不同的功能方面，並不一定意味著這些模塊或單元必須由單獨的硬體或軟體部件來實現。相反，與一個或更多個模塊或單元相關聯的功能可以由單獨的硬體或軟體部件來執行，或者整合在公共或單獨的硬體或軟體部件中。

本公開中描述的技術也可以包含或編碼在包含指令的電腦可讀取媒體中，例如電腦可讀取儲存媒體。嵌入或編碼在電腦可讀取儲存媒體中的指令可以使可程式化處理器或其他處理器執行該方法，例如，當指令被執行時。電腦可讀儲存媒體可以包括隨機存取記憶體（RAM）、唯讀記憶體（ROM）、可程式化唯讀記憶體（PROM）、可抹除可程式化唯讀記憶體（EPROM）、電子可擦除可程式化唯讀記憶體（EEPROM）、快閃記憶體、硬碟、CD-ROM、軟性磁碟、磁帶、磁性媒體、光學媒體或其它電腦可讀取媒體。

如本文藉由各種示例描述的，本公開的技術可以包括人工實境系統或結合人工實境系統來實現。如所述，人工實境是在呈現給使用者之前已經以某種方式調整過的實境形式，其可以包括例如虛擬實境（VR）、擴增實境（AR）、混合實境（MR）、混雜實境或其某種組合和/或衍生物。人工實境內容可以包括完全生成的內容或與捕獲的內容（例如，真實世界的照片或視訊）相結合的生成的內容。人工實境內容可以包括視訊、音訊、觸覺回饋或它們的某種組合，並且它們中的任何一個都可以在單個通道或多個通道中呈現（例如向觀看者產生三維效果的立體視訊）。另外，在一些實施例中，人工實境可以與應用、產品、附件、服務或其某種組合相關聯，這些應用、產品、附件、服務或其某種組合例如用於在人工實境中創建內容和/或在人工實境中使用（例如，在人工實境中執行活動）。提供人工實境內容的人工實境系統可以在各種平臺上實現，這些平臺包括連接到主計算機系統的頭戴式設備（HMD）、獨立的HMD、移動設備或計算系統、或者能夠向一個或更多個觀看者提供人工實境內容的任何其他硬體平臺。

90:感測器 100:人工實境系統/AR系統 104:網路 106:控制台 110:使用者 112:HMD（頭戴式顯示器） 114A:控制器 114B:控制器 120:虛擬對象 122:人工實境內容 130A:視場 130B:視場 138:影像捕獲設備 138A:影像捕獲設備 138B:影像捕獲設備 146A:耦合器 148A:投影儀 148B:投影儀 203A:窗口 203B:窗口 205A:組合器 205B:組合器 206:運動感測器 210:內部控制單元 302:處理器 303:電子顯示器 304:記憶體 305:操作系統 306:光學系統/變焦光學系統 307:軟體部件 312:處理器 314:記憶體 315: I/O介面 316:操作系統 317:軟體部件/軟體應用 320:應用引擎 322:成像引擎 324:手勢檢測器 326:姿勢追蹤器 328:使用者介面引擎 329:虛擬使用者介面元素 330:手勢庫 340:應用引擎 417:軟體應用 422:成像引擎 424:手勢檢測器 426:姿勢追蹤器 428:使用者介面引擎 429:使用者介面元素 430:手勢庫 440:應用引擎 502:DT-PBS 502A:DT-PBS/第一DT-PBS 502B:DT-PBS/第二DT-PBS 503:反射器 504:未偏振光/非偏振光或隨機偏振光 506:第一偏振的光 508:第二偏振的光/具有第二偏振狀態的光 604:光 606:第一偏振的光 612:空間光調製器 614:反射鏡 704:光/光束 706A:光/最大波長的光 706B:光/中間波長的光 706C:光/最小波長的光 708:寬帶光 800:顯示系統 802A:DT-PBS 802B:DT-PBS 804:光源 806:顯示器 806L:顯示器 806R:顯示器 808:顯示器 810:光學組合器 810L:波導 810R:波導 812、812L、812R:波導輸入耦合器 900:顯示系統 902A:DT-PBS 902B:DT-PBS 1000:顯示系統 1002A:DT-PBS/第一DT-PBS 1002B:DT-PBS/第二DT-PBS 1100:顯示系統 1102A:DT-PBS/第一DT-PBS 1102B:DT-PBS/第二DT-PBS 1200:顯示系統 1202A-L:DT-PBS/反射型DT-PBS 1202A-R:DT-PBS/反射型DT-PBS 1202B-L:DT-PBS/透射型DT-PBS 1202B-R:DT-PBS/透射型DT-PBS 1402:光源 1404:光源 1406:光源 1500:顯示系統 1502A:DT-PBS/第一像素化DT-PBS/第一DT-PBS 1502B:DT-PBS/第二像素化DT-PBS/第二DT-PBS 1600:眼睛追蹤系統 1602A:DT-PBS/第一DT-PBS/第一偏振敏感光導向器 1602B:DT-PBS/第二DT-PBS/第二偏振光導向器 1604A:光源 1604B:光源 1606:相機 1608:眼睛 1620:光 1630:反射光 1700:眼睛追蹤系統 1800:眼睛追蹤系統 1802A:DT-PBS/第一DT-PBS 1802B:DT-PBS/第二DT-PBS 1900:眼睛追蹤系統 1902A:第一DT-PBS 1902B:第二DT-PBS 2000:眼睛追蹤系統 2002A:第一DT-PBS/第一偏振敏感光導向器 2002B:第二DT-PBS/第二偏振敏感光導向器 2102:H-PDLC/H-PDLC光柵 2104:液晶 2106:聚合物 2108:第一線性偏振的光/垂直入射光/入射光/光 2110:第二線性偏振的光/垂直入射光/入射光/光 2200:液晶填充表面浮雕光柵/LC-SRG 2202:被動繞射光柵 2204:線性偏振旋轉器 2208:入射光 2210:光 2212:光 2214:光 2216:光 2300:液晶填充表面浮雕光柵/LC-SRG 2302:主動繞射光柵 2304:液晶 2308:入射光 2400:PBP光柵 2402:液晶 2430:反射PVG（r-PVG） 2432:液晶 2460:透射PVG（t-PVG） 2500:LC快門 2502:入射光 2504:被動光柵 2600:LC快門 2604:LC快門 2606:二色性染料 2608:液晶 2700:LC快門 2702:入射光 2704:被動繞射光柵 2710:LC散射單元

[圖1]是描繪根據本公開中描述的技術的包括至少一個繞射型偏振分光器的示例性人工實境(artificial reality)系統的圖示。

[圖2A]是描繪根據本公開中描述的技術的包括至少一個繞射型偏振分光器的示例HMD的圖示。

[圖2B]是描繪根據本公開中描述的技術的包括至少一個繞射型偏振分光器的另一示例HMD的圖示。

[圖3]是示出根據本公開中描述的技術的圖1的人工實境系統的控制台和HMD的示例實現的框圖。

[圖4]是描繪根據本公開中描述的技術的圖1的人工實境系統的示例HMD的框圖。

[圖5A-圖5D]是描述根據本公開中描述的技術的示例繞射型偏振分光器的圖示。

[圖6]是描繪根據本公開中描述的技術的示例繞射型偏振分光器和空間光調製器的圖示。

[圖7A-圖7D]是描述根據本公開中描述的技術的兩個繞射型偏振分光器的示例組合的圖示。

[圖8]是描繪根據本公開中描述的技術的示例顯示系統的圖示。

[圖9]是描繪根據本公開中描述的技術的示例顯示系統的圖示。

[圖10]是描繪根據本公開中描述的技術的示例顯示系統的圖示。

[圖11]是描繪根據本公開中描述的技術的示例顯示系統的圖示。

[圖12]是描繪根據本公開中描述的技術的示例顯示系統的圖示。

[圖13]是描繪根據本公開中描述的技術的示例光源的圖示。

[圖14]是描繪根據本公開中描述的技術的示例顯示系統的圖示。

[圖15]是描繪根據本公開中描述的技術的示例眼睛追蹤系統的圖示。

[圖16]是描繪根據本公開中描述的技術的示例眼睛追蹤系統的圖示。

[圖17]是描繪根據本公開中描述的技術的示例眼睛追蹤系統的圖示。

[圖18]是描繪根據本公開中描述的技術的示例眼睛追蹤系統的圖示。

[圖19]是描繪根據本公開中描述的技術的示例眼睛追蹤系統的圖示。

[圖20A-圖20B]是示出根據本公開中描述的技術的可切換全像聚合物分散液晶（ H-PDLC）光柵的示意圖。

[圖21A-圖21B]是示出根據本公開中描述的技術的示例液晶表面浮雕光柵（LC-SRG）的示意圖。

[圖22A-圖22B]是示出根據本公開中描述的技術的另一個示例性LC-SRG的示意圖。

[圖23A-圖23F]是示出根據本公開中描述的技術的PBP光柵2400、反射PVG（r-PVG）2430和透射PVG（t-PVG）2460的示例的示意圖。

[圖24A-圖26B]是示出根據本公開中描述的技術的與被動繞射光柵相結合的示例液晶快門的示意圖。

112:HMD(頭戴式顯示器)

138A:影像捕獲設備

138B:影像捕獲設備

146A:耦合器

148A:投影儀

148B:投影儀

203A:窗口

203B:窗口

205A:組合器

205B:組合器

206:運動感測器

210:內部控制單元

Claims

一種光學組件，包括：顯示器；光源，其用於照亮所述顯示器；和第一繞射型偏振分光器（DT-PBS），其被配置為引導來自第一光導向器的光，其中所述第一DT-PBS是偏振敏感的，並且被配置為基於偏振將第一部分光引導向所述顯示器。
根據請求項1所述的光學組件，其中，所述顯示器是液晶覆矽（LCoS）顯示器。
根據請求項1所述的光學組件，還包括設置在所述光源和所述第一DT-PBS之間的光路中的偏振器。
根據請求項1所述的光學組件，其中，所述第一光導向器是DT-PBS，並且被配置為基於偏振將所述第一部分光引導向所述第一DT-PBS。
根據請求項1所述的光學組件，其中，所述第一DT-PBS和所述第一光導向器中的至少一個的至少部分是能夠電子控制的，以基於偏振而選擇性地在被活化時引導所述第一部分光，而在被去活化時不引導所述第一部分光。
根據請求項1所述的光學組件，其中，所述第一DT-PBS和所述第一光導向器中的至少一個包括反射或透射偏振體光柵、Pancharatnam-Berry相位（PBP）光柵、液晶填充表面浮雕光柵或全像聚合物分散液晶光柵中的一種。
根據請求項1所述的光學組件，其中，所述第一DT-PBS和所述第一光導向器中的至少一個基於偏振反射並引導或透射並引導所述第一部分，其中所述第一DT-PBS和所述第一光導向器中的至少另一個基於偏振反射並引導或透射並引導所述第一部分。
根據請求項1所述的光學組件，其中，所述第一DT-PBS被配置為基於偏振將來自所述顯示器的光引導向目標。
根據請求項1所述的光學組件，還包括：第二顯示器；第二DT-PBS，其被配置為引導來自第二光導向器的光，其中所述第二DT-PBS是偏振敏感的，並且被配置為基於偏振將第二部分光引導向所述第二顯示器。
一種頭戴式顯示器（HMD），包括：顯示器；光源，其用於照亮所述顯示器；和第一繞射型偏振分光器（DT-PBS），其被配置為引導來自第一光導向器的光，其中所述第一DT-PBS是偏振敏感的，並且被配置為基於偏振將第一部分光引導向所述顯示器。
根據請求項10所述的HMD，還包括設置在所述光源和所述第一DT-PBS之間的光路中的偏振器，並且其中所述顯示器是液晶覆矽（LCoS）顯示器。
根據請求項10所述的HMD，其中，所述第一光導向器是DT-PBS，其被配置為補償所述第一DT-PBS的光譜色散。
根據請求項10所述的HMD，其中，所述第一光導向器是DT-PBS，並且被配置為基於偏振將所述第一部分光引導向所述第一DT-PBS，其中，所述第一DT-PBS和所述第一光導向器中的至少一個的至少部分是能夠電子控制的，以基於偏振選擇性地在被活化時引導所述第一部分光，而在被去活化時不引導所述第一部分光。
根據請求項10所述的HMD，其中，所述第一光導向器是DT-PBS，並且被配置為基於偏振將所述第一部分光引導向所述第一DT-PBS。
根據請求項10所述的HMD，其中，所述第一DT-PBS和所述第一光導向器中的至少一個包括反射或透射偏振體光柵、PBP光柵、液晶填充表面浮雕光柵或全像聚合物分散液晶光柵中的一種。
根據請求項10所述的HMD，其中，所述第一DT-PBS和所述第一光導向器中的至少一個基於偏振反射且引導所述第一部分光。
根據請求項10所述的HMD，還包括：第二顯示器；第二DT-PBS，其被配置為引導來自第二光導向器的光，其中所述第二DT-PBS是偏振敏感的，並且被配置為基於偏振將第二部分光引導向所述第二顯示器。
一種引導光的方法，包括：藉由第一光導向器將來自光源的光引導向第一繞射型偏振分光器（DT-PBS）；以及藉由所述第一DT-PBS將第一偏振的光重定向到顯示器。
根據請求項18所述的方法，還包括：經由所述第一光導向器補償所述第一DT-PBS的光譜色散，其中所述第一光導向器是DT-PBS。
根據請求項18所述的方法，還包括：藉由所述第一DT-PBS和第二DT-PBS中的至少一個對光進行收斂或發散中的至少一者。