CN115576137A - 光束偏转器、用于操作其的方法和基于其的眼睛跟踪装置 - Google Patents

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宋炳权
金弘锡
宋薰
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Abstract

提供了一种光束偏转器，包括：包括在第一方向布置的多个电极图案的第一电极层；提供为与第一电极层相对的第二电极层；液晶层，在垂直于第一方向的第二方向在第一电极层和第二电极层之间提供，且包括多个液晶分子；包括多个输入通道的输入通道单元；去复用器，配置为将输入通道的每一个划分为预设数目的划分的通道，并将划分的通道连接到电极图案；和控制电路，连接到去复用器，并配置为控制从划分的通道输出到第一电极层的输出信号。

Description

光束偏转器、用于操作其的方法和基于其的眼睛跟踪装置
相关申请的交叉引用
本申请基于2021年06月21日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2021-0080362并要求其优先权，其公开通过引用完全地包括于此。
技术领域
本公开涉及光束偏转器，以及更加具体地，涉及通过使得入射光基于电信号偏转而当入射光时能够产生三维(3D)图像或者使3D图像能够被观看的光束偏转器，及其操作方法。
背景技术
用于在期望方向偏转入射光的装置已经广泛地用在各个领域中。具体地，光入射在其上的面积越大，可以通过经由***的增大的集成度来改进偏转效率而对光进行偏转越有效。如上所述的在期望方向使入射光偏转或者衍射的装置被称为光束偏转器或者光束衍射计。
光束偏转器可以广泛地用在需要眼睛跟踪的三维(3D)显示器中，且具体地，用在生成和发送全息图像到用户的双眼以向用户提供立体图像的全息显示***。
各种偏转元件和/或衍射元件用于将转换为3D图像的图像分别发送到用户的左眼和右眼。例如，光束偏转元件可以用于由用户佩戴以观看3D图像的3D眼镜的透镜。
发明内容
一个或多个示例实施例提供光束偏转器，用于操作光束偏转器的方法和由光束偏转器实现的眼睛跟踪装置。
根据示例实施例的一方面，一种光束偏转器可以包括：包括在第一方向布置的多个电极图案的第一电极层；提供为与第一电极层相对的第二电极层；液晶层，在垂直于第一方向的第二方向提供在第一电极层和第二电极层之间，且包括多个液晶分子；包括多个输入通道的输入通道单元；去复用器(DEMUX)，配置为将输入通道的每一个划分为预设数目的划分的通道，并将划分的通道连接到电极图案；和控制电路，连接到DEMUX，并配置为控制从划分的通道输出到第一电极层的输出信号。
多个液晶分子可以包括根据施加到电极图案的电压而在第二方向移动的正性液晶分子。
DEMUX的数目可以与输入通道的数目相同。
DEMUX可以包括与划分的通道的数目相同数目的开关。
开关的每一个可以是薄膜晶体管(TFT)。
TFT可以是P型TFT。
控制电路可以配置为控制从划分的通道输出的输出信号的输出时间以避免输出时间的重叠。
控制电路可以配置为通过控制在划分的通道的每一个中提供的开关的导通和关断状态，来控制来自各个划分的通道的输出信号。
控制电路可以包括多个控制通道，且多个控制通道的数目可以与划分的通道的数目相同。
光束偏转器可以进一步包括通道序列改变电路，其配置为对于预设时段改变DEMUX中包括的划分的通道的序列。
通道序列改变电路可以配置为随机改变划分的通道的序列。
通道序列改变电路可以配置为排除预设顺序地、随机改变划分的通道的序列。
根据另一示例实施例的一方面，一种光束偏转器的操作方法可以包括：由包括多个输入通道的输入通道单元，接收偏转控制信号和通道控制信号；由输入通道单元，划分偏转控制信号以用于每个去复用器(DEMUX)，所述去复用器将多个输入通道划分为多个划分的通道；由控制电路，基于通道控制信号控制从多个划分的通道输出的输出信号的输出时间，以避免输出时间的重叠；和由根据施加到电极层的电压移动的液晶分子偏转入射光。
偏转控制信号和通道控制信号可以包括在预设分辨率的一个视频图像中。
通过液晶分子的偏转可以包括：当通过液晶分子的移动形成光路径转换表面时，入射光的折射率可以在光路径转换表面改变。
眼睛跟踪装置可以包括两个光束偏转器。
眼睛跟踪装置可以没有配备提供Z轴方向的转向的组件，且可以用在Z轴方向上重叠的两个光束偏转器来实现。
眼睛跟踪装置可以没有配备聚集由两个光束偏转器偏转的光以向用户提供会聚的光的透镜，且可以用重叠两个光束偏转器来实现。
根据另一示例实施例的一方面，一种电子装置可以包括：多个输入通道；多个去复用器，以一一对应关系连接到多个输入通道，且配置为分别从多个输入通道接收多个输入信号，其中，多个去复用器中的每一个配置为接收多个输入信号之一，且连接到多个不同的选择线，来通过根据多个不同的选择线以多个不同方式处理多个输入信号之一而获得多个输出信号；光束偏转器，包括第一电极层、第二电极层和设置在第一电极层和第二电极层之间的液晶层，且配置为通过基于来自多个去复用器的多个输出信号在第一电极层和第二电极层之间施加电压而偏转入射到光束偏转器上的光；和显示器，配置为基于偏转的光生成图像。
多个去复用器中的每一个可以包括多个开关，其连接到多个不同的选择线，且配置为根据来自多个不同的选择线的控制信号分别导通。
附图说明
从结合附图进行的以下描述，本公开的某些实施例的上述及其他方面、特征和优点将更为明显，在附图中：
图1是根据示例实施例的液晶光束偏转器100的示意性结构的截面图；
图2是示意性地示出了第一对准层的侧截面图的图；
图3是用于解释根据示例实施例的液晶光束偏转器100的操作的图；
图4是图示根据示例实施例的液晶光束偏转器的第一电极层的电极图案的布置的平面图；
图5是示意性地图示由图1到图4中描述的光束偏转器实现的眼睛跟踪装置的图；
图6是用于解释通过利用通孔/孔扩展活性区域的方法的图；
图7是使用去复用器(DEMUX，demultiplexer)的改进的输入驱动通道结构的示意图；
图8是用于进一步详细解释图7中描述的结构的图；
图9是基于图7和图8中描述的DEMUX的光束偏转器透镜的架构的示意图；
图10是根据示例实施例的光束偏转透镜的架构的图；
图11是利用图10中描述的光束偏转透镜架构的眼睛跟踪装置的示意图；
图12是示意性地图示连接到每个输入通道的DEMUX的操作的控制的定时图；
图13A到图13C是示出了DEMUX的源通道和薄膜晶体管(TFT)的驱动条件的曲线图；
图14是安装在光束偏转器上的主控制器的示意性框图；
图15是图示数据单独地应用于构成光束偏转器的18096条线中的每一条线的示意图；
图16是示意性地图示关于发送到光束偏转器的视频数据的操作的概念图；
图17是根据示例实施例的光束偏转器透镜结构的框图；
图18是用于解释谐波噪声生成的现象的图；
图19是示意性地图示已经在TFT上发生的损坏的图；
图20是用于减小谐波噪声的光束偏转器的结构的示意图；
图21是解释用于减小谐波噪声的控制算法的定时图；和
图22是根据本公开的光束偏转器的驱动方法的示例的流程图。
具体实施方式
以下参考附图更详细地描述示例实施例。
在下面的描述中，同样的附图标记即使在不同附图中也用于同样的元件。提供描述中定义的事物，比如详细结构和要素，以帮助示例实施例的全面的理解。但是，显然示例实施例可以在没有那些特别地定义的事物的情况下实践。此外，不详细描述公知的功能或者结构，因为它们将以不必要的细节模糊本描述。
如在此使用的，术语“和/或”包括一个或多个关联的列出的项目的任何和全部组合。比如当在元件的列表之后时“……中的至少一个”的表达修改整个元件列表而不修改列表的单个元件。
当前广泛使用的通用术语已经考虑它们在实施例中的功能而被选择使用；但是，这种术语可以根据本领域技术人员的意图、先例、新技术的出现等而改变。进一步，在某些情况下，术语已经由申请人任意地选择，且在此情况下，术语的含义将在相应的描述中具体阐述。因此，实施例中使用的术语应该基于它们的含义和实施例的总体描述而定义，而不是简单地由它们的名称定义。
在说明书中，当部分“包括”一元件时，其他元件可以进一步被包括，而不是排除其他元件的存在，除非例外地描述。另外，说明书中描述的术语“......部分”、“模块”等指的是用于处理至少一个功能或操作的单元，其可以由硬件、或者软件、或者硬件和软件的组合实现。
在下文中，将将参考附图具体描述本公开的实施例，以使得本领域技术人员可以容易地执行本公开。但是，本公开可以以各种不同形式实现且不限于在这里描述的实施例。
当组件“在另一组件上”，“在另一组件顶部”等时，应当理解组件不仅可以直接地在另一组件上，而且可以以无接触方式在另一组件上。
在下文中，将参考附图具体描述本公开的实施例。
图1是根据示例实施例的液晶光束偏转器100的示意性结构的截面图。
参考图1，液晶光束偏转器100可以包括在y方向彼此并排面对地布置的第一衬底110和第二衬底160。第一电极层120可以在第一衬底110上形成，且第二电极层170可以在第二衬底160上形成。第一电极层120和第二电极层170可以布置为面对彼此。第一衬底110和第二衬底160可以是绝缘衬底。第一衬底110和第二衬底160可以由玻璃或者塑料制成。
第一电极层120可以包括多个电极图案121。电极图案121可以并排布置。电极图案121可以在第一方向上以恒定间距P布置。在图1中，电极图案121在x方向上以恒定间距布置。
例如，电极图案121的间距P可以是大约2μm。当形成窄图案间距P时，光束偏转器的偏转角可以增大。电极图案121可以具有相同宽度。电极图案121的宽度可以是大约1.5μm，且电极图案121的长度可以是大约14mm。
例如，第一电极层120可以包括7200个电极图案121。对于另一示例，第一电极层120可以包括18096个电极图案121。为了说明的方便起见，图1图示六个电极图案121。电极图案121可以在第二方向(例如，y方向)上以行形成。
电极图案121可以由透明导电材料制成。例如，电极图案121可以包括铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铟锡锌氧化物(ITZO)等的任何一个或者任何组合。以下描述的扁平型的电极也可以由如电极图案121中的的透明导电材料制成。
第二电极层170可以是扁平型的公共电极。但是，本公开的示例实施例不限于此。例如，第二电极层170可以由如在第一电极层120中相同的多个电极图案121制成。在该情况下，相同电压可以施加到第二电极层170的电极图案121。第二电极层170可以由与在第一电极层120中的相同的透明导电材料制成。第一对准层130可以在第一电极层120上提供以覆盖第一电极层120。
图2是示意性地示出了第一对准层的侧截面图的图。
多个凹陷132可以在图2的第一对准层130的上表面上在与第一方向正交的第二方向以行形成。凹陷132可以在与第二电极层170的电极图案121的布置方向正交的方向，向第一对准层130第一对准层的下表面凹陷。每个凹陷132可以具有半球形状，和几百纳米(nm)的直径R。
返回参考图1，由液晶分子152制成的液晶层150可以布置在第一对准层130上。液晶分子152可以具有椭圆形状，和具有不同于短直径的长直径，且长直径可以在第一方向布置。虽然在图1中在一个间距中在水平方向(x方向)上形成大约两个液晶分子152，但是这种描述仅作为示例提供。多个液晶分子152可以在一个间距的水平方向上布置。
第二对准层180可以形成在液晶层150和第二电极层170之间。类似第一对准层130的凹陷132的多个凹陷132可以在第二对准层180的与液晶层150接触的表面形成。第二对准层180的凹陷132可以在第一方向上以行形成。第二对准层180的凹陷132可以在与第一电极图案正交的方向布置。在图1中，为了方便省略第二对准层180的凹陷132。
第一对准层130和第二对准层180可以由聚酰亚胺制成。
多个间隔球可以布置在第一对准层130和第二对准层180之间。间隔球可以具有大约2.5μm到3μm的直径。第一对准层130和第二对准层180之间的距离可以通过间隔球保持恒定。间隔球可以由聚合物材料形成。
液晶分子152可以是正性液晶分子。正性液晶分子可以在与电极图案121正交的方向布置，且当电压施加在第一电极层120和第二电极层170的电极图案121之间时，已经在第一方向上以行布置的液晶分子152可以根据施加的电压的电平在相对于第一衬底110的垂直方向上移动。根据液晶分子152的这种位置的改变，可以相对于第一电极层120上入射的光发生相位调制。
根据示例实施例的液晶光束偏转器100可以使用具有小宽度的电极图案，且由于薄液晶层，液晶光束偏转器100的尺寸也可以是小的和薄的。
图3是用于解释根据示例实施例的液晶光束偏转器100的操作的图。
在下文中，与图1的组件相同的组件可以由相同的附图标记表示，且将省略冗余的描述。
为了说明的方便，图3图示液晶光束偏转器100的四个电极图案(即，第一电极图案PE1、第二电极图案PE2、第三电极图案PE3和第四电极图案PE4)布置在第一衬底110上。第一电极图案到第四电极图案PE1到PE4可以指在图1的电极图案121当中连续地布置的四个电极。由于跨第二电极层(例如，公共电极)170和第一电极图案到第四电极图案PE1到PE4中的每一个的电压差，可以在各个电极图案区域形成电场。当地电压GND施加到第二电极层(例如，公共电极)170，且0V施加到第一电极图案PE1时，液晶分子152可以与第一衬底110的凹陷132并排地布置。也就是，当施加0V时，液晶分子152可以不移动。液晶分子152可以保持初始布置。
当施加到电极图案的电压(在下文中，“第一施加电压”)逐渐增大时，液晶分子152可以在垂直于第一衬底110的方向移动。当第一施加电压达到阈值电压时，液晶分子152可以垂直于第一衬底110布置。
例如，在图3中，阈值电压可以是5V。阈值电压已经施加到第三电极图案PE3，且2.5V已经施加到第二电极图案PE2。当分别施加到第一极电极图案到第四电极图案PE1到PE4的电压以第一电极图案到第四电极图案PE1到PE4的次序增大时，导致增大的延迟，入射在各个电极图案上的光的相位可以因此被延迟。当阈值电压施加到电极图案，且垂直于第一衬底110形成液晶分子152时，入射在相应的电极区域上的光的延迟可变为2π。
当施加到第一电极图案到第四电极图案PE1到PE4的电压增大时，光的延迟大小增大，且因此，可以在某些区域(例如，图3中的三个电极图案区域)中形成光路径转换表面CF1。也就是，可以形成虚拟棱镜(virtual prism)。虚拟棱镜可以在液晶光束偏转器100的第一方向上重复地出现。形成一个棱镜的电极图案121的数目可以由施加到电极图案的电压改变。也就是，当0V和阈值电压(5V)顺序地施加到两个相邻的电极图案121时，每两个电极图案可以形成一个棱镜。这种情况的光路径转换表面CF2以图3中的交替的长短划线示出。这里，m表示电极图案121的数目，且可以是2到n之间的整数。n是整数，且数量n个电极图案可以构成一个单元电极，如之后所述的。
当电压顺序地施加到第一电极图案到第四电极图案PE1到PE4，即，0V、5/3V、10/3V和5V分别施加到第一电极图案到第四电极图案PE1到PE4时，可以形成每四个电极图案的一个光路径转换表面CF3(以图3中的交替的长和两短划线示出)。
也就是，当施加到m个电极图案的电压从0V到阈值电压(例如，5V)顺序地增大时，可以在m个电极图案区域形成一个棱镜。
入射在第一衬底110上的激光光束LB可以在光路径转换表面CF1到CF3折射且然后发射。激光光束LB可以是红光、绿光和蓝光之一。当通过控制施加到电极图案121的电压调整在光路径转换表面CF1到CF3的每一个的折射率时，可以调整穿过液晶层150的光的发射角。也就是，当由施加到电极图案121的电压改变光的路径时，可以实现光束偏转功能。通过使用光束偏转功能，红光、绿光和蓝光可以在相同方向发射。
图4是图示根据示例实施例的液晶光束偏转器的第一电极层的电极图案的布置的平面图。
为了描述的方便，图4中仅图示了电极和连接到器件的装置。
参考图4，第一电极层120可以包括多个电极图案121。电极图案121可以划分为多个，例如，10个单元电极。每个单元电极可以包括720个电极图案。720个电极图案可以对应于电极图案连接到的电子器件，例如，全息摄影显示器中使用的驱动集成电路(IC)的720个通道。当驱动IC包括1024个通道时，每个单元电极可以包括1024个电极图案。在下文中，作为示例例描述第一电极层120包括7,200个电极图案的情况。
当根据示例实施例的液晶光束偏转器100的电极图案121具有大约2μm的窄宽度时，导致增大的偏转角和包括在一个单元电极区域中的更大数目的电极图案121，可以改进采用液晶光束偏转器100的显示装置的分辨率。在示例实施例中使用10个单元电极，以使得在液晶光束偏转器100上入射的激光光束可以具有14mm的直径以改进入射效率。
也就是，当具有2μm的宽度的720个电极图案用于第一电极层时，第一电极层的入射长度是1.4mm，且因此，与示例实施例中的激光光束具有14mm的直径的情况相比，可以使用相对多十倍的波导。当如示例实施例中描述的使用10个单元电极时，入射在第一电极层上的激光光束的直径可以增大，且激光光束的减小过程(reduction process)所需的波导的数目可以减小，导致改进的激光光束的效率。
图4图示如下情况：第一电极层120包括包含三个电极图案121的三个单元电极，即，第一单元电极EU1、第二单元电极EU2和第三单元电极EU3。
第一单元电极到第三单元电极EU1到EU3中的每一个的第i电极图案121可以通过第i线电极LE彼此电连接。连接到第i线电极LE的三个黑色方块可以表示将第i电极图案121连接到第i线电极LE的通孔金属。
连接到第i线电极LE的十个电极图案之一可以包括用于外部连接的扩展122。也就是，第一电极层120可以包括720个扩展122。这些扩展122可以以规则间隔布置。例如，扩展122可以以十个电极图案的间隔(即，20μm的间隔)布置。在该情况下，第一单元电极EU1的扩展122可以是第1、第11、第21、......、第711电极图案的扩展122，且第二单元电极EU2的扩展122可以是第2、第22、第32、......、第712个电极图案的扩展122。以该方式，可以形成720个扩展122。
每个扩展122可以连接到相应的电极焊盘EP。也就是，可以形成720个电极焊盘EP。电极焊盘EP可以由金属(例如，钼(Mo))形成。
电极焊盘EP可以接合到驱动IC 125。在电极焊盘EP形成的白色圆形可以表示电极焊盘EP和驱动IC 125之间的电连接。
经由720个电极焊盘EP，电压可以区别地施加到720个电极图案121。结果，期望的电压可以区别地施加到每个单元电极中的720个电极焊盘EP。因此，可以形成具有用于每个单元电极的期望大小的电棱镜以用于光束偏转。
通过图4的描述的扩展，如参考图1描述的，当液晶光束偏转器100包括划分为10个单元电极的7200个电极图案121时，720个电极图案可以包括在一个单元电极中，且因此，需要720个电极焊盘。
图4示出了通过利用通孔/孔扩展活性(active)区域以克服有限的输入驱动通道的限制。为克服720个有限的通道的输入驱动通道的限制，单元排(unit bank)可以重复十次以通过使用其中单元电极中包括的电极图案121和线电极LE1到LE3重叠的通孔/孔来构成活性区域。活性区域可以指其中入射光实际上经由光束偏转器衍射的区域。
结果，当光束偏转器配置为如图4所示时，活性区域可以包括7200个通道(线)，且以该方式活性区域可以扩展，但是由于重复单元排，可能在表示光学相位轮廊上存在限制。
图5是示意性地图示由图1到图4中描述的光束偏转器实现的眼睛跟踪装置的图。
将已经对于全息摄影特别地产生的图像精确地发送到佩戴专用设备的用户在全息显示***中是非常重要的。因此，为将2D面板的全息图图像发送到用户的眼睛，可以通过其中透镜、垂直光束偏转器和水平光束偏转器在Z轴方向上重叠的结构实现眼睛跟踪装置，如图5所示。
光束偏转器可以在一个维度上运作。特别地，由于图3的液晶光束偏转器可以根据液晶分子152的运动在左或者右方向上偏转光束，所以图5的眼睛跟踪装置可以通过组合对应于通过2D面板提供给用户的全息图图像的垂直光束偏转器和水平光束偏转器而构成，且图5的眼睛跟踪装置还可以包括聚集图像信息并将聚集的图像信息发送到用户的眼睛的透镜。
如上所述，包括两个光束偏转器和透镜的眼睛跟踪装置可以操作为X/Y转向***。X/Y转向***可以包括在一点上聚集图像的透镜，和用于不能由垂直和水平光束偏转器实现的z转向的Z转向组件。X/Y转向***的限制可以是由于通过将单元排(720个通道)重复多次(10次)以扩展活性区域而提供的7200条线(通道)。
因而，通过使用通孔/孔以将排线公共地连接到一个输入驱动通道而扩展活性区域的方法，可能不是无限制地扩展活性区域的最好方式。
图6是用于解释通过利用通孔/孔扩展活性区域的方法的图。
如图6所示，当与输入驱动通道对应的活性区域的线(通道)的数目无限制地增加时，导致增大的寄生电容和寄生电阻，可能对光束偏转器的驱动能力造成负担。
另外，如图6所示，当一个有限地固定的图案可能由于公共地施加到通过通孔/孔共享的活性区域的线而在输入驱动通道中重复时，在表示闪耀光栅(blazed grating)光学相位轮廊上可能存在限制，且因此，不可以执行利用整个活性区域的z转向。
特别地，表示闪耀光栅光学相位轮廓上的限制可能意味着转向可以仅在有限区域中执行，因为无论液晶光束偏转器100中包括的电极图案121的数目增加多少，在通孔/孔区域中对于重复的每个时段跨电极图案121输入相同电压，且因此，电压不能越来越大地施加到多个电极图案121。
进而，图6图示无论电极图案121的数目增大多少以扩展活性区域，由于在用于施加电压到单元电极和电极图案以导致光束偏转的硬件结构上可能存在限制(重复特性)，因此闪耀光栅光学相位轮廓的表示可能受限。
图7是根据示例实施例的使用DEMUX的改进的输入驱动通道结构的示意图。
图7是提出以克服如上所述的通孔/孔方法的问题的结构，且根据图7所示的结构，可以解决由于寄生电容和寄生电阻施加于驱动能力的负担。另外，根据图7所示的结构，由于通过使用DEMUX每次将不同输入数据施加到每个通道，因此可以不限制相位轮廓的表示，且不仅左/右转向而且z转向也是可能的。
在图7的利用DEMUX的输入驱动通道结构中，输出通道的数目可以在输入通道的数目受限的情况下增大。输出通道的数目的增大可以意味着可以扩展从其经由光束偏转器发射光束的活性区域。进而，图7所示的结构是能够以有限数目的输入通道实现多通道的结构，且因此，最终活性区域的线可以定义输入信号为采样和保持。
图7所示的结构以多个DEMUX共享一个输入控制通道的方式实现。每个DEMUX的输入控制通道可以共享DEMUX中包括的多个输出通道的序列。例如，可以通过一个选择线共享与输入1对应的第一DEMUX的第一输入控制通道和与输入2对应的第二DEMUX的第一输入控制通道。此时，当第一输入控制通道开启时，DEMUX的第一栅(gate)可以打开。将参考图8描述DEMUX中包括的栅。
图8是用于进一步详细解释图7中描述的结构的图。
图8中，由控制通道控制的开关通-断可以是单个P型薄膜晶体管(TFT)。另外，TFT的驱动电压可以取决于经由输入通道输入的数据的电压电平。图8中，N可以指一个输入通道由DEMUX划分为的通道的数目，且由DEMUX划分的通道将被称为划分的通道。
根据图8所示的结构，DEMUX中的TFT的数目可以是N，其表示由DEMUX划分的通道的数目。
图9是基于图7和图8中描述的DEMUX的光束偏转器透镜的架构的示意图。
在图9的结构中，可以使用DEMUX，而不是通过使用通孔/孔与多个活性线结合的单个输入驱动通道(input_1、input_2等)，通过时间复用方法共享多个划分的通道。
在图9的改进的结构中，由于由DEMUX划分的每个划分的通道(线)通过软件或者固件被时分地控制，因此不仅由多个活性线的同时结合引起的寄生阻抗可以不是问题，而且在表示光学相位轮廓上可能没有限制，这允许克服仅能够左/右转向的现有的光束偏转器的限制。
图10是根据示例实施例的光束偏转透镜的架构的图。
如图10所示的光束偏转透镜的结构可以通过时间复用要输入的一个输入驱动通道，而将不同信号独立地施加到活性区域的每条线。图10的光束偏转结构便于构成光束偏转结构的每条线(通道)的单独的表示，且因此，使用全部活性区域的光束偏转成为可能。如上所述的本公开的特征可以促进由于重复的输入数据图案而受限的转向的自由度的扩展。
图11是利用图10中描述的光束偏转透镜架构的眼睛跟踪装置的示意图。
当比较图11和图5时，可理解图11的眼睛跟踪装置省略将图像聚集在用户的眼睛上的透镜。根据图10所示的结构，由于每条线可以独立地表示数据，因此用于z转向的透镜光学相位轮廓成为可能。
进而，根据本公开，即使当如在图中11中省略使用于聚集图像的单独的透镜，且不提供用于z转向的组件时，可以通过利用两个可变的柱面透镜实现能够3D转向的眼睛跟踪装置。如图11所示，表示光束偏转透镜的焦距的z值可以变化以执行z转向。
图12是示意性地图示连接到每个输入通道的DEMUX的操作的控制的定时图。
如图12所示，时分控制信号发送到每个DEMUX，以使得可以根据本公开对于光束偏转器结构中的每个输入(input_1、input_2、......、input_N之一)来输出N个输出。更具体地，当控制DEMUX的控制通道(例如，图8和图9的选择线)可以通过时间复用方法控制DEMUX的输出时，可以根据控制信号的设置的序列以连续顺序从一个DEMUX输出多个信号。
图12是关于输入到配备26个DEMUX的光束偏转结构的信号的定时图，且数据建立时间中的MUX 1到MUX 26的信号发送时间点可以单独地控制。如上所述，由于DEMUX配备TFT，因此当控制信号被时间划分且输入到每个DEMUX时，DEMUX的TFT可以在单独的时间变为导通/关断，这可以改变来自每个通道的输出信号的时间点。
例如，如图12所示，在包括26个DEMUX的结构中，当每输入通道的由DEMUX划分的划分的通道的数目是696时，光束偏转结构中包括的划分的通道的数目将是总计18096，且对于每18096条线，数据可以经由时分控制信号在不同定时独立地发送到电极图案。也就是，经由图12所示的时间复用方法，可以通过使用有限的输入通道创建每一个输入通道的N个输出通道(划分的通道)，且可以扩展光束偏转器的活性区域。
图13A到图13C是示出了DEMUX的源通道和TFT的驱动条件的曲线图。
施加到源通道的电压可以划分为负伽马(gamma)和正伽马，如图13A所示。另外，TFT的电压驱动条件VGS可以定义为0到10V或者10到20V。
TFT开关的驱动电压条件在负伽马的情况下可以是-15到10V，且在正伽马的情况下可以是-5到20V，如图13B所示。因此，最终驱动电压可以是-15到20V，且DEMUX内部操作的TFT开关可以在-15V导通和在20V关断。
图14是安装在光束偏转器上的主控制器的示意性框图。
连接到光束偏转器的每个电极图案的每条线(由DEMUX划分的划分的通道)可以独立地具有数据，且各条线的数据可以具有8位(1字节)。如上所述，当连接26个DEMUX，且存在696条线时，可能需要发送总共18096条线的数据，且作为没有任何错误地发送这样大量数据的方式，可以计算和发送每条线的视频图像记录数据。
在图14中，发送到光束偏转器的视频数据可以经由光束偏转器的接收器中提供的印刷电路板(PCB)1中的模拟-数字(AD)转换器首要处理为数字数据。然后，视频数据可以发送到PCB2并由在现场可编程门阵列(FPGA)实现的固件二次处理，并发送到源驱动集成芯片(IC)。
图15是图示数据单独地施加到构成光束偏转器的18096条线中的每一条线的示意图。
在图15中，26条线分配用于每个输入通道，且每个输入通道已经由DEMUX划分。
图16是示意性地图示关于发送到光束偏转器的视频数据的操作的概念图。
更具体地，图16的图示意性地图示经由什么处理从光束偏转器的存储器读来取由光束偏转器接收的视频图像类型接收，且视频图像的分辨率被认为是800*600像素。视频数据的红、绿和蓝(RGB)光中的每一个可以定义发送到每条线的8位数据，且要发送到总共18096条线的数据可以通过处理754*8(位)*3(RGB)的数据而获得。
图17是根据示例实施例的光束偏转器透镜的结构的框图。
参考图17，根据本公开的光束偏转器透镜可以包括液晶光束偏转器1710、输入通道单元1730、多个DEMUX 1751-1到1751-n、控制通道单元(例如，控制电路)1770和通道序列改变单元1790。图17示意性地图示解释光束偏转器透镜的特征所需的组件，且省略其他组件。
首先，液晶光束偏转器1710可以具有与参考图1到图3描述的液晶光束偏转器100基本上相同的结构。液晶光束偏转器1710可以包括第一电极层、第二电极层和包括在第一电极层和第二电极层之间在第一方向布置的多个液晶分子的液晶层。第一电极层可以包括在第一衬底上布置的多个电极图案，且第二电极层可以布置在不同于第一衬底的第二衬底上。
输入通道单元1730可以包括多个输入通道。
输入通道的数目可以是26。如经由图3描述的，当经由输入通道单元1730的输入通道输入数据时，数据经由DEMUX发送到液晶光束偏转器1710的电极图案，这导致第一电极层和第二电极层之间的电位差，且因此，可以形成可以偏转入射光的光路径转换表面。
DEMUX 1751-1到1751-n可以将输入通道单元中包括的输入通道的每一个划分为预设数目的划分单元，以将划分的通道连接到第一电极层的电极图案。DEMUX的数目可以与输入通道的数目相同。
另外，一个输入通道由DEMUX 1751-1到1751-n划分为的划分的通道的数目可以是696。另外，DEMUX 1751-1到1751-n可以包括与划分的通道相同数目的开关，且开关可以是P型TFT。此外，DEMUX 1751-1到1751-n可以从以下描述的控制通道单元1770和通道序列改变单元1790接收信号，并基于接收到的信号操作。这将在之后描述。
控制通道单元1770可以连接到DEMUX 1751-1到1751-n，并控制从划分的通道输出到第一电极层的输出信号。
另外，控制通道1770可以控制从不同的划分的通道输出的输出信号的输出时间，以避免输出时间的重叠。该实施例用以上定义的术语详细描述参考图12解释的时间复用方法。
另外，控制通道单元1770可以通过控制各个划分的通道中提供的开关的通/断状态而控制经由每个划分的通道输出的信号。已经参考图10到图13解释了可以通过TFT开关的通/断操作使能时分控制。
此外，控制通道单元1770可以包括多个控制通道，且控制通道的数目可以与划分的数目相同。这里，控制通道可以是与控制图7到图9中的DEMUX的选择线相同的模块。例如，当信号输入到第一控制通道时，连接到第一控制通道的每个DEMUX的TFT元件可以操作为导通或者关断。
通道序列改变单元1790可以对于每个预设时段改变DEMUX中包括的划分的通道的序列。通道序列改变单元1790可以随机改变划分的通道的序列。此外，通道序列改变单元1790可以排除预设序列地随机改变划分的通道的序列。通道序列改变单元1790是最小化由谐波噪声引起图像质量的恶化的模块，该谐波噪声由于DEMUX中包括的某些TFT元件的错误导致，且这将参考图18到图20具体描述。在一些实施例中，可以从光束偏转器透镜结构省略通道序列改变单元1790。
图18是用于解释谐波噪声生成的现象的图。
在根据本公开的光束偏转器结构中，全部DEMUX可以经由选择线共享一条线。在这种共享连接中，当TFT元件被损坏或者由于有缺陷的选择线而导致连接状态被破坏时，可能发生信号丢失，其指的是不能发送信号到全部DEMUX。
图19是示意性地图示TFT上出现损坏的图。
图19示出了光束偏转器结构中包括的DEMUX中的缺陷，且更具体地，由虚线框强调的三个TFT元件由于静电放电(ESD)而烧毁，而在这样的情况下，使用光束偏转器的用户可以在3D图像中观察到谐波噪声。
由于DEMUX的共享结构和周期性连接特性，可能生成3D图像中出现的谐波噪声，且谐波噪声分类为可以由裸眼容易地观察到的高强度噪声。
图20是用于减小谐波噪声的光束偏转器的结构的示意图。
当比较图20与图10时，可理解随机改变与第二输入通道和第三输入通道对应的DEMUX中包括的TFT开关的布置序列。通过对于每个预设时段重新定义DEMUX的选择线的方法，可以显著地减小谐波噪声。参考图17描述的通道序列改变单元1790可以存储重新定义DEMUX的选择线的时段和算法。
更具体地，通道序列改变单元1790可以在重新定义选择线时排除可能增大谐波噪声的某些布置序列。
图21是解释用于减小谐波噪声的控制算法的定时图。
在图21中，当在DMUX1顺序地布置第一到第二十六TFT元件时，同时在DMUX 2和DMUX 3中随机布置内部TFT元件，可以显著地减小谐波噪声。参考图21，假定构成选择线1的TFT元件是DMUX1的TFT1、DMUX2的TFT11和DMUX3的TFT7，且构成选择线2的TFT元件是DMUX1的TFT2、DMUX2的TFT4和DMUX3的TFT22，可理解随机形成选择线。例如，当分配给每个DMUX中的TFT元件的数字表示DMUX中的TFT元件的相对位置时，相同选择线(例如，选择线1)可以连接到在不同DMUX的每一个中具有不同相对位置的TFT元件(例如，分别在DMUX1、DMUX2和DMUX3中具有相对位置1、11和7的DMUX1的TFT1、DMUX2的TFT11和DMUX3的TFT7)。
通道序列改变单元1790可以控制数据发送到每条线，所述每条线根据传输之前TFT元件的改变被重新布置，以使得可以不影响经由光束偏转器最终输出的数据。
图22是根据本公开的光束偏转器的驱动方法的示例的流程图。
因为根据图22的方法可以由参考图5到图21描述的光束偏转器实现，将省略关于其的冗余描述。
首先，包括多个输入通道的输入通道单元1730可以接收偏转控制信号和通道控制信号(S2210)。
在操作S2210，偏转控制信号可以指通过将某个电压施加到电极图案而导致偏转的信号，且通道控制信号可以指由控制通道单元1770控制多个DEMUX 1751-1到1751-n的信号。更具体地，通道控制信号可以是控制通道单元1770参考以定义选择线的信号，且在一些实施例中可以包括由通道序列改变单元1790重新定义预设选择线的信号。
输入通道单元1730可以划分用于将输入通道划分为多个划分的通道的每个DEMUX1751-1到1751-n的偏转控制信号(S2230)。划分的偏转控制信号可以输入到相应的DEMUX，且当偏转控制信号经由DEMUX输出时，其可以成为输出信号。此外，由DEMUX划分的输入通道可以被称为划分的通道。
控制通道单元1770可以基于通道控制信号来控制从不同的划分的通道输出的输出信号的输出时间以避免输出时间的重叠(S2250)。已经描述了S2250的控制方法是时间复用方法。
液晶光束偏转器可以接收从DEMUX输出的输出信号，且当与电极层相邻的液晶分子由电压施加到的电极层移动时，由液晶分子偏转入射光(S2270)。
如上所述的根据本公开的实施例可以以可以经由各种组件在计算机中执行的计算机程序的形式实现，且这种计算机程序可以记录在计算机可读介质上。此时，该介质可以包括比如硬盘、软盘和磁带的磁介质，比如CD-ROM和DVD的光记录介质，比如软光盘的磁光介质，特别地配置为存储和执行程序指令的硬件设备，比如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存存储器等。
同时，计算机程序可以是对于本公开特别地设计和配置的，或者可以是计算机软件领域的技术人员公开地已知的。计算机程序的示例可以不仅包括由编译器生成的机器语言代码，而且包括通过使用解释器等生成的计算机可执行的高级语言代码。
在这里示出和描述的特定的实现是实施例的说明性的示例，且不意在以任何方式另外限制实施例的范围。为了简洁的缘故，可以不具体描述***的现有的电子设备、控制***、软件开发及其他功能方面。此外，在呈现的各种图中示出的连接线或者连接器意在表示示例性功能关系和/或各种元件之间的物理或者逻辑耦合。应当注意在实际的装置中可能存在许多替换的或者另外的功能关系、物理连接或者逻辑连接。此外，没有项目或组件是对实施例的实践必不可少的，除非该元件被特别地描述为“必要的”或者“关键的”。
描述实施例的上下文中术语“一”和“一个”和“该”和类似的指代的使用(特别是在以下权利要求的上下文中)要被解释为覆盖单数和复数两者。此外，在这里的值的范围的叙述仅意在用作单独地参考落在该范围内的每一单独的值的简写方法，除非在这里另有说明，每一单独的值被包括在说明书中，就好像其在这里单独地叙述那样。此外，可以以任何适当的次序执行在这里描述的所有方法的步骤，除非在这里另有说明或者以其他方式由上下文清楚地反驳。实施例不限于步骤的描述的次序。在这里提供的任何和所有示例或者示例性语言(例如，“比如”)的使用仅意在更好地阐明实施例且不对实施例的范围施加以限制，除非以别的方式声明。在不脱离本发明概念的精神和保护范围的情况下，许多修改和适配对本领域技术人员是容易地显而易见的。
与现有的光束偏转器相比，根据本公开的光束偏转器可以具有光学相位轮廓的表示的宽范围。
另外，由根据本公开的光束偏转器实现的眼睛跟踪装置可以在没有用于z轴转向的单独的组件的情况下向用户稳定地提供3D图像。
前述示例性实施例仅是示例性的，且不被看作限制。本教导可以容易地应用于其他类型的装置。此外，示例性实施例的描述意在为说明性的，而不是限制权利要求的范围，且许多替换、修改和变更是对本领域技术人员明显的。

Claims (20)

1.一种光束偏转器，包括：
第一电极层，包括在第一方向布置的多个电极图案；
第二电极层，提供为与所述第一电极层相对；
液晶层，在垂直于所述第一方向的第二方向在所述第一电极层和所述第二电极层之间提供，所述液晶层包括多个液晶分子；
输入通道单元，包括多个输入通道；
去复用器，配置为将所述输入通道的每一个划分为预设数目的划分的通道，并将所述划分的通道连接到所述电极图案；和
控制电路，连接到所述去复用器，并配置为控制从所述划分的通道输出到所述第一电极层的输出信号。
2.如权利要求1所述的光束偏转器，其中，所述多个液晶分子包括根据施加到所述电极图案的电压在所述第二方向移动的正性液晶分子。
3.如权利要求1所述的光束偏转器，其中，所述去复用器的数目与所述输入通道的数目相同。
4.如权利要求1所述的光束偏转器，其中，所述去复用器包括与所述划分的通道的数目相同数目的开关。
5.如权利要求4所述的光束偏转器，其中，所述开关的每一个是薄膜晶体管(TFT)。
6.如权利要求5所述的光束偏转器，其中，所述TFT是P型TFT。
7.如权利要求1所述的光束偏转器，其中，所述控制电路配置为控制从所述划分的通道输出的输出信号的输出时间，以避免所述输出时间的重叠。
8.如权利要求7所述的光束偏转器，其中，所述控制电路配置为通过控制所述划分的通道的每一个中提供的开关的导通和关断状态，来控制来自各个划分的通道的输出信号。
9.如权利要求7所述的光束偏转器，其中，所述控制电路包括多个控制通道，且所述多个控制通道的数目与所述划分的通道的数目相同。
10.如权利要求1所述的光束偏转器，进一步包括通道序列改变电路，其配置为对于预设时段改变所述去复用器中包括的所述划分的通道的序列。
11.如权利要求10所述的光束偏转器，其中，所述通道序列改变电路配置为随机改变所述划分的通道的序列。
12.如权利要求10所述的光束偏转器，其中，所述通道序列改变电路配置为排除预设序列地来随机改变所述划分的通道的序列。
13.一种光束偏转器的操作方法，所述操作方法包括：
由包括多个输入通道的输入通道单元，接收偏转控制信号和通道控制信号；
由所述输入通道单元，划分偏转控制信号以用于每个去复用器，所述去复用器将所述多个输入通道划分为多个划分的通道；
由控制电路，基于所述通道控制信号控制从所述多个划分的通道输出的输出信号的输出时间，以避免输出时间的重叠；和
通过根据施加到电极层的电压移动的液晶分子偏转入射光。
14.如权利要求13所述的操作方法，其中，所述偏转控制信号和所述通道控制信号包括在预设分辨率的一个视频图像中。
15.如权利要求13所述的操作方法，其中，通过所述液晶分子的偏转包括：当由所述液晶分子的移动形成光路径转换表面时，在所述光路径转换表面改变所述入射光的折射率。
16.一种包括两个如权利要求1-12任一所述的光束偏转器的眼睛跟踪装置。
17.如权利要求16所述的眼睛跟踪装置，其中，所述眼睛跟踪装置没有配备提供z轴方向上的转向的组件，且用在z轴方向上重叠的两个光束偏转器来实现。
18.如权利要求16所述的眼睛跟踪装置，其中，所述眼睛跟踪装置没有配备聚集由所述两个光束偏转器偏转的光以将聚集的光提供给用户的透镜，且用重叠两个光束偏转器来实现。
19.一种电子设备，包括：
多个输入通道；
多个去复用器，以一一对应关系连接到所述多个输入通道，且配置为分别从所述多个输入通道接收多个输入信号，其中，所述多个去复用器中的每一个配置为接收所述多个输入信号之一，且连接到多个不同的选择线，来通过根据所述多个不同的选择线以多个不同的方式处理所述多个输入信号之一，而获得多个输出信号；
光束偏转器，包括第一电极层、第二电极层和设置在所述第一电极层和所述第二电极层之间的液晶层，且配置为通过基于来自所述多个去复用器的所述多个输出信号在所述第一电极层和所述第二电极层之间施加电压而偏转入射到所述光束偏转器上的光；和
显示器，配置为基于偏转的光生成图像。
20.如权利要求19所述的电子装置，其中，所述多个去复用器中的每一个包括连接到所述多个不同的选择线的多个开关，且所述多个开关配置为分别根据来自所述多个不同的选择线的控制信号来导通。
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