CN109477973A

CN109477973A - 通过透明波导阵列进行真实世界全光不透明度调制的全息叠加

Info

Publication number: CN109477973A
Application number: CN201780043907.8A
Authority: CN
Inventors: J·S·卡拉夫; B·E·比弗森
Original assignee: Light Field Lab Inc
Current assignee: Light Field Lab Inc
Priority date: 2016-07-15
Filing date: 2017-07-17
Publication date: 2019-03-15
Anticipated expiration: 2037-07-17
Also published as: EP3485330A4; US20220206570A1; CN109716242A; AU2017297617B2; US11681091B2; JP7289523B2; AU2017297629B2; US20210349259A1; US20240061166A1; JP2019535150A; JP7473115B2; AU2019200583B2; CN113504657A; JP2023078113A; EP3485331A1; KR102618960B1; KR20220134672A; US20210149108A1; TW201809771A; US20220083135A1

Abstract

公开透明能量中继波导系统，用于全息、光场、虚拟、扩增和混合现实应用的全息不透明度调制状态的叠加。光场系统可包括具有一个或多个能量调制元件的一个或多个能量波导中继器系统，每一能量调制元件被配置成调制通过其中的能量，借此通过其中的所述能量可根据4D全光函数或其逆形式来引导。

Description

通过透明波导阵列进行真实世界全光不透明度调制的全息叠加

技术领域

本公开大体涉及光场和4D能量调制系统，更具体地涉及通过能量波导中继器系统的全息传播，用于将数字不透明度叠加到真实世界坐标系中。

背景技术

由Gene Roddenberry的“星际迷航(Star Trek)”推广并且最初由作家亚历山大·莫斯科斯基(Alexander Moszkowski)在20世纪初设想的“全息甲板(holodeck)”室内的交互式虚拟世界的梦想，近一个世纪以来一直是科幻和技术创新的灵感来源。然而，除了文学、媒体以及儿童和成年人的集体想象之外，没有令人信服地实施此体验。

发明内容

公开了透明能量中继波导系统，用于全息、光场、虚拟、扩增和混合现实应用的全息不透明度调制状态的叠加。

在一个实施例中，一种透明显示系统包括：第一能量波导中继器系统，其被配置为使得通过其的能量根据第一4D全光函数被引导；在第一能量波导中继器系统之后的第二能量波导中继器系统，第二能量波导中继器系统被配置成使得通过其的能量根据第二4D全光函数被引导，第二4D全光函数与第一4D全光函数相逆；以及第一能量调制元件，其安置在第一能量波导中继器系统中的第一位置中、第二能量波导中继器系统中的第二位置中或第一能量波导中继器系统和第二能量波导中继器系统之间的第三位置中，第一能量调制元件被配置为调制通过其中的能量。

在一些实施例中，第一能量波导中继器系统包含第一能量波导阵列，其被配置为沿多个能量传播路径引导能量通过其中，其中第一阵列的能量波导位于不同的空间坐标处，并且其中每个能量波导根据第一4D全光函数将能量从相应的空间坐标沿着不同方向引导到所述多个能量传播路径。

在其它实施例中，第二能量波导中继器系统包含第二能量波导阵列，其被配置为沿多个能量传播路径引导能量通过其中，其中第二阵列的能量波导位于不同的空间坐标处，并且每个能量波导根据第二4D全光函数将能量从相应的空间坐标沿着不同方向引导到所述多个能量传播路径。

在一个实施例中，所述系统进一步包含位于第一、第二或第三位置中的一个中的第二能量调制元件，第二能量调制元件配置成调制通过其中的能量。在一个实施例中，第一和第二能量调制元件位于相同位置。在另一实施例中，第一和第二能量调制元件位于不同的位置。

在一个实施例中，所述系统进一步包含位于第一、第二或第三位置中的一个中的第三能量调制元件，第三能量调制元件配置成调制通过其中的能量。在一些实施例中，第三能量调制元件以及第一和第二能量调制元件中的至少一个位于相同位置。

在一个实施例中，第一、第二和第三能量调制元件位于相同位置。在另一实施例中，第一、第二和第三能量调制元件位于不同的位置。

在一些实施例中，第一、第二和第三能量调制元件中的每一个包含LCD、LED、DLP、OLED、LCOS、量子点或其它合适的能量调制元件。在另一实施例中，第一能量波导中继器系统和第二能量波导中继器系统中的至少一个是弯曲的。在又一实施例中，第一能量波导中继器系统和第二能量波导中继器系统都是弯曲的。

在一个实施例中，一种透明系统包含：第一能量波导中继器系统，其被配置为使得通过其的能量根据第一4D全光函数被引导；在第一能量波导中继器系统之后的第二能量波导中继器系统，第二能量波导中继器系统被配置成使得通过其的能量根据第二4D全光函数被引导，第二4D全光函数与第一4D全光函数相逆；第一能量调制元件，其安置在第一能量波导中继器系统中的第一位置，第二能量波导中继器系统中的第二位置或第一能量波导中继器系统和第二能量波导中继器系统之间的第三位置，第一能量调制元件被配置成调制通过其中的能量；以及位于第一、第二或第三位置中的一个中的第二能量调制元件，第二能量调制元件被配置成调制通过其中的能量。

在另一实施例中，第一能量波导中继器系统包含第一能量波导阵列，其被配置为沿多个能量传播路径引导能量通过其中，其中第一阵列的能量波导位于不同的空间坐标处，并且每个能量波导根据第一4D全光函数将能量从相应的空间坐标沿着不同方向引导到所述多个能量传播路径。

在另一实施例中，第二能量波导中继器系统包含第二能量波导阵列，其被配置为沿多个能量传播路径引导能量通过其中，其中第二阵列的能量波导位于不同的空间坐标处，并且每个能量波导根据第二4D全光函数将能量从相应的空间坐标沿着不同方向引导到所述多个能量传播路径。

在一个实施例中，第一和第二能量调制元件位于相同位置。在另一实施例中，第一和第二能量调制元件位于不同的位置。

在一些实施例中，所述系统进一步包含位于第一、第二或第三位置中的一个中的第三能量调制元件，第三能量调制元件配置成调制通过其中的能量。在一个实施例中，第三能量调制元件以及第一和第二能量调制元件中的至少一个位于相同位置。

在一些实施例中，第一、第二和第三能量调制元件位于相同位置。在其它实施例中，第一、第二和第三能量调制元件位于不同的位置。

在另一实施例中，一种透明系统包含：第一能量波导中继器系统，其配置成使得通过其的能量根据第一4D全光函数被引导；在第一能量波导中继器系统之后的第二能量波导中继器系统，第二能量波导中继器系统被配置成使得通过其的能量根据第二4D全光函数被引导，第二4D全光函数与第一4D全光函数相逆；第一能量调制元件，其安置在第一能量波导中继器系统中的第一位置，第二能量波导中继器系统中的第二位置或第一能量波导中继器系统和第二能量波导中继器系统之间的第三位置，第一能量调制元件被配置成调制通过其中的能量；位于第一、第二或第三位置中的一个中的第二能量调制元件，第二能量调制元件被配置成调制通过其中的能量；以及位于第一、第二或第三位置中的一个中的第三能量调制元件，第三能量调制元件配置成调制通过其中的能量。

在一个实施例中，第一能量波导中继器系统包含第一能量波导阵列，其被配置为沿多个能量传播路径引导能量通过其中，其中第一阵列的能量波导位于不同的空间坐标处，并且每个能量波导根据第一4D全光函数将能量从相应的空间坐标沿着不同方向引导到所述多个能量传播路径。

在一个实施例中，第一和第二能量调制元件位于相同位置。在另一实施例中，第一和第二能量调制元件位于不同的位置。在一些实施例中，第三能量调制元件以及第一和第二能量调制元件中的至少一个位于相同位置。在其它实施例中，第一、第二和第三能量调制元件位于相同位置。在另外一些其它实施例中，第一、第二和第三能量调制元件位于不同的位置。

在一个实施例中，一种透明显示系统包含：第一能量波导中继器系统，其被配置为使得通过其的能量根据第一4D全光函数被引导；在第一能量波导中继器系统之后的第二能量波导中继器系统，第二能量波导中继器系统被配置成使得通过其的能量根据第二4D全光函数被引导，第二4D全光函数与第一4D全光函数相逆；第一能量调制元件，其安置在第一能量波导中继器系统中；第二能量调制元件，其安置在第一能量波导中继器系统和第二能量波导中继器系统之间；以及第三能量调制元件，其安置在第二能量波导中继器系统中，其中第一、第二和第三能量调制元件配置成调制通过其中的能量。

在一些实施例中，第一、第二和第三能量调制元件中的每一个包含LCD、LED、DLP、OLED、LCOS、量子点或其它合适的能量调制元件。在另一实施例中，所述系统进一步包含位于第一、第二或第三位置中的一个中的一个或多个额外能量调制元件，所述一个或多个额外能量调制元件配置成调制通过其中的能量。

在一个实施例中，所述一个或多个额外能量调制元件以及第一、第二和第三能量调制元件中的至少一个位于相同位置。在另一实施例中，所述一个或多个额外能量调制元件以及第一、第二和第三能量调制元件中的至少一个位于不同位置。在一个实施例中，第一能量波导中继器系统和第二能量波导中继器系统中的至少一个是弯曲的。在另一实施例中，第一能量波导中继器系统和第二能量波导中继器系统都是弯曲的。

在一些实施例中，第一能量调制元件包含白色不透明度，第二能量调制元件包含额外的不透明度或颜色，且第三能量调制元件包含黑色不透明度。

在一个实例中，第一和第三能量调制元件都是OLED，且第二能量调制元件是LCD，使得为了呈现不透明的黑色，第一调制元件被配置为断开状态，第二调制元件被配置为接通状态，且第三调制元件可以被配置为接通状态或断开状态。

在另一实例中，第一和第三能量调制元件都是OLED，且第二能量调制元件是LCD，使得为了呈现透明的黑色，第一调制元件被配置为断开状态，第二调制元件被配置为断开状态，且第三调制元件被配置为断开状态。

在一个实例中，第一和第三能量调制元件都是OLED，且第二能量调制元件是LCD，使得为了呈现不透明的红色，第一调制元件被配置为仅红色接通状态，第二调制元件可以被配置为接通状态或断开状态，且第三调制元件被配置为断开状态。

在另一实例中，第一和第三能量调制元件都是OLED，且第二能量调制元件是LCD，使得为了呈现透明的红色，第一调制元件被配置为第一百分比的仅红色状态，第二调制元件被配置为断开状态，且第三调制元件被配置为第二百分比的仅红色状态，第二百分比不同于第一百分比。

在一个实例中，第一和第三能量调制元件都是OLED，且第二能量调制元件是LCD，使得为了呈现不透明的灰色，第一调制元件被配置为第一百分比的接通状态，第二调制元件被配置为接通状态，且第三调制元件被配置为断开状态。

在另一实例中，第一和第三能量调制元件都是OLED，且第二能量调制元件是LCD，使得为了呈现透明的灰色，第一调制元件被配置为第一百分比的接通状态，第二调制元件被配置为断开状态，且第三调制元件被配置为第二百分比的接通状态，第二百分比不同于第一百分比。

从以下详细描述和所附权利要求书，本公开的这些和其它优点对于所属领域的技术人员而言将变得显而易见。

附图说明

图1是示出能量引导系统的设计参数的示意图；

图2是示出具有带有机械包络的有源装置区域的能量波导中继器系统的示意图；

图3是示出能量中继器系统的示意图；

图4是示出能量中继器元件附连在一起并固定到基部结构的实施例的示意图；

图5A是示出通过多芯光纤的中继图像的实例的示意图；

图5B是示出通过光学中继器的中继图像的实例的示意图，所述光学中继器展现横向安德森定位(Transverse Anderson Localization)原理的特性；

图6是示出从能量表面传播到检视者的射线的示意图；

图7示出根据本公开的一个实施例由多个能量波导对组成的光学中继器系统的正交视图；

图8示出根据本公开的一个实施例的每个能量波导对的增大尺寸的正交视图，以考虑来自眼睛的视场相对于距眼睛的距离的缩放；

图9示出根据本公开的一个实施例的能量波导的正交视图，所述能量波导被缩放且围绕眼睛的旋转轴线呈圆柱形辐射；

图10示出根据本公开的一个实施例参考能量波导对的三个潜在显示器中的每一个的平面接近相对位置的正交视图；

图11A示出根据本公开的一个实施例将两个显示器结合在一起以增加制造和校准效率的配置的正交视图；

图11B示出根据本公开的一个实施例将两个显示器结合在一起以增加制造和校准效率的配置的正交视图；

图12示出根据本公开的一个实施例的体积不透明度产生显示器的替代方案的正交视图，所述体积不透明度产生显示器直接反转光线，使得可以去除来自系统的一个或多个元件；以及

图13示出根据本公开的一个实施例沿着具有多个能量波导中继器对的波导中继器系统内的个别元件的集合的射线传播路径的正交视图。

具体实施方式

Holodeck(统称为“Holodeck设计参数”)的实施例提供足够的能量刺激以欺骗人类感觉受体，使其相信在虚拟、社交和交互式环境中接收的能量脉冲是真实的，提供：1)双眼视差而无需外部附件、头戴式眼镜或其它外围设备；2)对于任何数目的检视者，同时在整个检视体积内准确的运动视差、遮挡和不透明度；3)对于所有感知到的光线，通过眼睛的同步会聚、适应和瞳孔缩小实现的视觉焦点；4)会聚能量波传播，其密度和分辨率足以超过视觉、听觉、触觉、味觉、嗅觉和/或平衡性的人类感觉“分辨率”。

基于迄今为止的传统技术，我们距离能够按照Holodeck设计参数(包含视觉、听觉、体感、味觉、嗅觉和前庭系统)所建议的令人信服的方式提供所有感受场的技术有几十年甚至几个世纪。

在本公开中，术语光场和全息可以互换使用以限定用于刺激任何感觉受体响应的能量传播。虽然初始公开可能提及通过能量表面用于全息图像和体积触觉的电磁和机械能量传播的实例，但是在本公开中设想了所有形式的感觉受体。此外，本文公开的用于沿传播路径传播能量的原理可适用于能量发射和能量捕获两者。

当今存在的许多技术经常不幸地与全息图混淆，包含光栅印刷、Pepper's Ghost、无眼镜立体显示器、水平视差显示器、头戴式VR和AR显示器(HMD)，以及其它广义为“照骗(fauxlography)”的幻象。这些技术可能展现真正的全息显示器的一些所需特性，然而，缺乏以足以解决四个识别的Holodeck设计参数中的至少两个的任何方式刺激人类视觉感觉响应的能力。

传统技术尚未成功地实现这些挑战，以产生足以用于全息能量传播的无缝能量表面。有各种方法来实现体积和方向复用光场显示，包含视差屏障、微元(hogel)、体素、衍射光学、多视图投影、全息漫射器、旋转镜、多层显示器、时序显示器、头戴式显示器等，但是传统方法可能涉及对图像质量、分辨率、角取样密度、尺寸、成本、安全性、帧速率等的折衷，最终导致不可行的技术。

为了实现视觉、听觉、体感系统的Holodeck设计参数，研究和理解相应系统的人类敏锐度以传播能量波以充分欺骗人类感觉受体。视觉系统能够解析到大约1弧分，听觉系统可以将放置的差异区分为小到3度，并且手上的体感系统能够识别分开2-12mm的点。虽然存在各种且相互矛盾的方法来测量这些敏锐度，但这些值足以理解刺激能量传播感知的系统和方法。

在所提到的感觉受体中，人类视觉系统是迄今为止最敏感的，因为即使单个光子也可以引起感觉。由于这个原因，本介绍的大部分将集中在视觉能量波传播上，并且在公开的能量波导表面内联接的极低分辨率能量波导中继器系统可以会聚适当的信号以引起全息感觉感知。除非另有说明，否则所有公开内容适用于所有能量和感觉域。

当在给定检视体积和检视距离的情况下计算视觉系统的能量传播的有效设计参数时，可以将期望的能量表面设计为包含许多有效能量位置密度的千兆像素。对于宽检视体积或近场检视，期望的能量表面的设计参数可包含数百千兆像素或更多的有效能量位置密度。相比之下，根据输入的环境变量，可以将所需的能量源设计成具有1至250个有效百万像素的能量位置密度，用于体积触觉的超声波传播，或者具有36至3,600个有效能量位置的阵列，用于全息声音的声传播。重要的是应注意，利用所公开的双向能量表面架构，所有组件可以被配置为形成用于任何能量域的适当结构以实现全息传播。

然而，现今支持Holodeck的主要挑战涉及可用的视觉技术和电磁装置限制。考虑到基于相应感受场中的感觉敏锐度的所需密度的数量级差异，声学和超声波装置不太具有挑战性，但不应低估复杂性。虽然存在分辨率超过所需密度的全息乳胶以编码静态图像中的干涉图案，但是现有技术的显示装置受到分辨率、数据处理量和制造可行性的限制。迄今为止，没有一种单一的显示装置能够有意义地产生具有视敏度的接近全息分辨率的光场。

能够满足令人信服的光场显示器的所需分辨率的单个硅基装置的生产可能是不实际的，并且可能涉及超出当前制造能力的极其复杂的制造工艺。将多个现有显示装置拼接在一起的限制涉及由封装、电子装置、壳体，光学器件的物理尺寸和许多其它挑战形成的接缝和间隙，其不可避免地导致从成像、成本和/或尺寸的立场来看不可行的技术。

本文公开的实施例可以提供构建Holodeck的真实世界路径。

现在将在下文中参考附图来描述实例实施例，附图形成本发明的一部分，并且示出可以实践的实例实施例。如在公开内容和所附权利要求书中所使用，术语“实施例”、“实例实施例”和“示例性实施例”不一定是指单个实施例(尽管它们可以指单个实施例)，并且各种实例实施例可以容易地组合和互换，而不脱离实例实施例的范围或精神。此外，本文使用的术语仅用于描述实例实施例的目的，而不是限制。在这方面，如本文所用，术语“在...中”可以包含“在......中”和“在......上”，并且术语“一”、“一个”和“所述”可以包含单数和复数的参考。此外，如本文所用，术语“由”也可以表示“依据”，这取决于上下文。此外，如本文所用，术语“如果”还可以表示“在......时”或“在......后”，这取决于上下文。此外，如本文所使用，词语“和/或”可以指代并涵盖一个或多个相关所列项目的任何和所有可能的组合。

全息系统考虑事项：

光场能量传播分辨率的概述

光场和全息显示是多个投影的结果，其中能量表面位置提供在检视体积内传播的角度、颜色和强度信息。所公开的能量表面提供了额外信息共存且通过相同表面传播以引起其它感觉系统响应的机会。与立体显示器不同，当检视者围绕检视体积移动时，会聚的能量传播路径在空间中的检视位置不会变化，并且任何数目的检视者可以同时看到真实世界空间中的传播对象，就好像它确实在那里一样。在一些实施例中，能量的传播可以位于相同的能量传播路径中但是位于相反的方向上。例如，在本公开的一些实施例中，沿着能量传播路径的能量发射和能量捕获都是可能的。

图1是示出与刺激感觉受体响应相关的变量的示意图。这些变量可以包含表面对角线101、表面宽度102、表面高度103、所确定的目标就座距离118、来自显示器的中心的目标就座视场视场104、本文示出为眼睛之间的样本的中间样本的数目105、平均成人眼间间距106、人眼以弧分计的平均分辨率107、在目标检视者位置和表面宽度之间形成的水平视场108、在目标检视者位置和表面高度之间形成的垂直视场109、跨越表面的所得水平波导元件分辨率或元件总数110、跨越表面的所得垂直波导元件分辨率或元件总数111、基于眼睛之间的眼间间距和用于眼睛之间的角投射的中间样本的数目的样本距离112，角取样可以基于样本距离和目标就座距离113、从期望的角取样导出的每个波导元件的总分辨率水平(Horizontal)114、从期望的角取样导出的每个波导元件的总分辨率垂直(Vertical)115，装置水平是所需离散能量源的所确定数目的计数116，且装置垂直是所需离散能量源的所确定数目的计数117。

理解所需最小分辨率的方法可以基于以下标准以确保对视觉(或其它)感觉受体响应的充分刺激：表面尺寸(例如，84”对角线)、表面纵横比(例如，16:9)、就座距离(例如，距显示器128”)、就座视场(例如，围绕显示器中心120度或+/-60度)，某一距离处的所需中间样本(例如，眼睛之间的一条额外传播路径)、成人的平均眼间间距(约65mm)，以及人眼的平均分辨率(约1弧分)。应根据具体的应用设计参数将这些实例值视为占位符。

此外，归因于视觉感觉受体的每个值可以用其它系统代替，以确定所需的传播路径参数。对于其它能量传播实施例，可以认为听觉系统的角灵敏度低至三度，并且体感系统的手的空间分辨率小至2-12mm。

虽然存在各种且相互矛盾的方法来测量这些感觉敏锐度，但这些值足以理解刺激虚拟能量传播感知的系统和方法。有许多方法可以考虑设计分辨率，下文提出的方法将实用产品考虑因素与感觉系统的生物分辨率限制结合起来。如所属领域的普通技术人员将理解，以下概述是任何这样的系统设计的简化，并且应该仅考虑用于示例性目的。

在理解了感觉系统的分辨率限制的情况下，可以计算总能量波导元件密度，使得接收感觉系统不能辨别单个能量波导元件与相邻元件，给定：

·

上述计算产生大约32x18°的视场，导致需要大约1920x1080(舍入到最接近的格式)个能量波导元件。还可以约束变量，使得视场对于(u,v)两者是一致的，以提供能量位置的更规则的空间取样(例如，像素纵横比)。系统的角取样假设限定的目标检视体积位置和在优化距离处的两点之间的额外传播能量路径，给定：

·

在这种情况下，利用眼间距离来计算样本距离，但可以利用任何度量来考虑给定距离处的适当样本数目。考虑到上述变量，可能需要每0.57°大约一条射线，且可以确定每个独立感觉系统的总系统分辨率，给定：

·

·总分辨率H＝N*水平元件分辨率

·总分辨率V＝N*垂直元件分辨率

在上述情况下，给定能量表面的尺寸和针对视敏度系统所考虑的角分辨率，所得能量表面可以理想地包含大约400k×225k像素的能量分辨率位置，或90千兆像素的全息传播密度。提供的这些变量仅用于示例性目的，并且应当考虑许多其它感觉和能量计量考虑因素以优化全息能量传播。在额外实施例中，基于输入变量可能需要1千兆像素的能量分辨率位置。在额外实施例中，基于输入变量，可能需要1,000千兆像素的能量分辨率位置。

当前技术局限：

有源区域、装置电子学、封装和机械包络

图2示出具有带有特定机械形状因子的有源区域220的装置200。装置200可以包含驱动器230和电子设备240，用于为有源区域220供电和介接到有源区域220，有源区域具有如x和y箭头所示的尺寸。此装置200不考虑布线和机械结构来对组件进行驱动、供电和冷却，并且机械占地面积可以通过将柔性电缆引入到装置200被进一步最小化。此装置200的最小占地面积也可以称为机械包络210，其具有如M:x和M:y箭头所示的尺寸。此装置200仅用于说明目的，并且定制电子设计可以进一步降低机械包络开销，但是在几乎所有情况下可能不是装置的有效区域的确切尺寸。在一实施例中，此装置200示出电子设备的依赖性，因为它涉及用于微OLED、DLP芯片或LCD面板的有源图像区域220，或具有图像照明目的的任何其它技术。

在一些实施例中，还可以考虑其其它投影技术以将多个图像聚合到更大的整体显示器上。然而，这可能以投射距离、最小焦点、光学质量、均匀场分辨率、色差、热特性、校准、对准，额外尺寸或形状因子的更大复杂性为代价。对于大多数实际应用，代管数十或数百个这些投影源200可能导致设计更大且可靠性更低。

仅出于示例性目的，假设能量位置密度为3840×2160个站点的能量装置，可以确定能量表面所需的个别能量装置(例如，装置100)的数目，给定：

·

考虑到上述分辨率考虑因素，可能需要类似于图2中所示的大约105×105个装置。应注意，许多装置由各种像素结构组成，这些像素结构可以或可以不映射到规则网格。在每个完整像素内存在额外子像素或位置的情况下，可以利用这些子像素或位置来产生额外的分辨率或角密度。可以使用额外信号处理来确定如何根据像素结构的指定位置将光场转换为正确的(u,v)坐标，并且可以是已知和经校准的每个装置的显式特征。此外，其它能量域可能涉及对这些比率和装置结构的不同处理，并且所属领域的技术人员将理解每个期望频域之间的直接内在关系。这将在随后的公开中更详细地示出和讨论。

所得计算可用于理解可能需要多少这些个别装置来产生全分辨率能量表面。在这种情况下，可能需要大约105×105或大约11,080个装置来实现视敏度阈值。为实现足够的感觉全息传播从这些可用的能量位置制造无缝能量表面存在挑战和新颖性。

无缝能量表面的概述：

能量中继器阵列的配置和设计

在一些实施例中，公开了一些方法，以解决由于装置的机械结构的限制而从没有接缝的个别装置阵列产生高能量位置密度的挑战。在一实施例中，能量传播中继器系统可以允许增加有源装置区域的有效尺寸以满足或超过用以配置中继器阵列并形成单个无缝能量表面的机械尺寸。

图3示出这种能量中继器系统300的实施例。如图所示，中继器系统300可以包含安装到机械包络320的装置310，其中能量中继器元件330传播来自装置310的能量。中继器元件330可以被配置为提供减轻当装置的多个机械包络320被放置到多个装置310的阵列中时可能产生的任何间隙340的能力。

例如，如果装置的有效区域310是20mm×10mm并且机械包络320是40mm×20mm，则能量中继器元件330可以设计成具有2:1的放大率以产生缩小末端(箭头A)上大约20mm×10mm以及放大末端(箭头B)上大约40mm×20mm的锥形形状，从而提供将这些元件330的阵列无缝地对准在一起而不会改变或碰撞每个装置310的机械包络320的能力。在机械上，中继器元件330可以粘合或熔合在一起以对准和抛光，确保装置310之间的最小接缝间隙340。在一个这样的实施例中，可以实现小于眼睛的视敏度极限的接缝间隙340。

图4示出基部结构400的实例，基部结构400具有形成在一起并牢固地固定到额外机械结构430的能量中继器元件410。无缝能量表面420的机械结构提供了通过粘合或其它机械工艺将多个能量中继器元件410、450串联联接到相同的基部结构以安装中继器元件410、450的能力。在一些实施例中，每个中继器元件410可以熔合、粘合、附连、压力配合、对准或以其它方式附接在一起以形成所得的无缝能量表面420。在一些实施例中，装置480可以安装到中继器元件410的后部并且无源地或有源地对准，以确保维持所确定的容差内的适当的能量位置对准。

在一实施例中，无缝能量表面包括一个或多个能量位置，并且一个或多个能量中继器元件堆叠包括第一和第二侧，并且每个能量中继器元件堆叠被布置为形成单个无缝显示表面，所述无缝显示表面沿着在一个或多个能量位置和无缝显示表面之间延伸的传播路径引导能量，且其中终端能量中继器元件的任何两个相邻第二侧的边缘之间的间隔小于由人眼的视敏度所限定的最小可感知轮廓，该人眼在大于单一无缝显示表面的宽度的距离下具有好于20/40视力。

在一实施例中，每个无缝能量表面包括一个或多个能量中继器元件，每个能量中继器元件具有形成具有横向和纵向定向的第一和第二表面的一个或多个结构。第一中继器表面具有与第二中继器表面不同的面积，从而产生正或负放大率，并且配置有第一和第二表面两者的明确的表面轮廓，使能量通过第二中继器表面以相对于整个第二中继器表面上的表面轮廓的法线基本上填充+/-10度角。

在一实施例中，多个能量域可以配置在单个能量中继器内或多个能量中继器之间，以引导包含视觉、声学、触觉或其它能量域的一个或多个感觉全息能量传播路径。

在一实施例中，无缝能量表面配置有能量中继器，所述能量中继器包括用于每个第二侧的两个或两个以上第一侧，以同时接收和发射一个或多个能量域，从而在整个系统中提供双向能量传播。

在一实施例中，能量中继器被提供为松散的相干元件。

组件工程结构的介绍：

横向安德森定位能量中继器的所公开进展

根据本文公开的引起横向安德森定位的能量中继器元件的原理，可以显著优化能量中继器的特性。横向安德森定位是通过横向无序但纵向一致的材料传送的射线的传播。

这意味着产生安德森定位现象的材料的效果可能受到全内反射的影响小于多次散射路径之间的随机化的影响，其中波干涉可以在纵向定向继续的同时完全限制横向定向中的传播。

显著的额外益处是消除了传统多芯光纤材料的包层。包层在功能上消除了纤维之间的能量散射，但同时作为能量射线的屏障，从而将透射率至少减小芯与包层的比率(例如，芯与包层的比率为70:30将最多传输70％的所接收能量传输)并且另外在传播的能量中形成强烈的像素化图案。

图5A示出一个这样的非安德森定位能量中继器500的实例的端视图，其中图像通过多芯光纤中继，其中由于光纤的固有特性可能展现像素化和光纤噪声。对于传统的多模和多芯光纤，由于芯的离散阵列的全内反射特性，中继图像可能本质上是像素化的，其中芯之间的任何串扰将削弱调制传递函数并增加模糊。用传统的多芯光纤产生的所得图像往往具有类似于图3所示的残余固定噪声光纤图案。

图5B示出通过能量中继器的相同中继图像550的实例，所述能量中继器包括展现横向安德森定位的特性的材料，其中，与图5A中的固定光纤图案相比，所述中继图案具有更大的密度晶粒结构。在一实施例中，包括随机化微观组件工程结构的中继器引起横向安德森定位，且与市售的多模玻璃光纤相比具有更高的可分辨分辨率传播，更有效地传送光。

在成本和重量方面，横向安德森定位材料特性具有显著的优点，其中类似的光学级玻璃材料的成本和重量可能比实施例内产生的相同材料的成本高10至100倍，其中所公开的系统和方法包括随机化的微观组件工程结构，与所属领域已知的其它技术相比，它们显示出改善成本和质量的重要机会。

在一实施例中，展现横向安德森定位的中继器元件可以包括在以三维网格布置的三个正交平面中的每一个中的多个至少两个不同的组件工程结构，并且所述多个结构在尺寸网格内的横向平面中形成材料波传播特性的随机化分布，且在尺寸网格内的纵向平面中形成材料波传播特性的相似值的通道，其中通过能量中继器传播的局部能量波在纵向定向上相对于横向定向具有更高的传送效率。

在一实施例中，多个能量域可以配置在单个横向安德森定位能量中继器内或多个横向安德森定位能量中继器之间，以引导包含视觉、声学、触觉或其它能量域的一个或多个感觉全息能量传播路径。

在一实施例中，无缝能量表面配置有横向安德森定位能量中继器，其包括用于每个第二侧的两个或两个以上第一侧，以同时接收和发射一个或多个能量域，以在整个系统中提供双向能量传播。

在一实施例中，横向安德森定位能量中继器被配置为松散相干或柔性能量中继器元件。

4D全光函数的考虑事项：

通过全息波导阵列的选择性能量传播

如上文和此处所讨论的，光场显示系统通常包含能量源(例如，照明源)和无缝能量表面，所述无缝能量表面配置有如上述讨论中所阐述的足够的能量位置密度。多个中继器元件可用于将能量从能量装置中继到无缝能量表面。一旦能量以所需的能量位置密度递送到无缝能量表面，就可以通过所公开的能量波导系统根据4D全光函数传播能量。如所属领域的普通技术人员将理解，4D全光函数在所属领域中是众所周知的，并且在此不再进一步详述。

能量波导系统沿着无缝能量表面通过多个能量位置选择性地传播能量，所述无缝能量表面表示4D全光函数的空间坐标，其结构被配置为改变通过的能量波的角方向，表示4D全光函数的角分量，其中传播的能量波可以根据由4D全光函数引导的多个传播路径在空间中会聚。

现在参考图6，其示出根据4D全光函数的4D图像空间中的光场能量表面的实例。该图示出能量表面600到检视者620的射线轨迹，描述了能量射线如何从检视体积内的各个位置会聚在空间630中。如图所示，每个波导元件610限定描述通过能量表面600的能量传播640的四维信息。两个空间维度(此处称为x和y)是当通过能量波导阵列投射时可在图像空间中检视的物理多个能量位置，以及在虚拟空间中检视的角分量θ和(此处称为u和v)。通常，并且根据4D全光函数，多个波导(例如，小透镜)能够在形成本文描述的全息或光场系统时沿着由u,v角分量限定的方向将能量位置从x,y维度引导到虚拟空间中的唯一位置。

然而，所属领域的技术人员将理解，对光场和全息显示技术的重大挑战源于能量的不受控制的传播，这是由于设计没有准确地考虑任何衍射、散射、扩散、角方向、校准、聚焦、准直、曲率、均匀性、元件串扰，以及许多其它参数，这些参数促使降低有效分辨率以及无法以足够的保真度精确地会聚能量。

在一实施例中，用于解决与全息显示相关联的挑战的选择性能量传播的方法可以包含能量抑制元件和基本上将具有近准直能量的波导孔填充到由4D全光函数限定的环境中。

在一实施例中，能量波导阵列可以为每个波导元件限定多个能量传播路径，所述多个能量传播路径被配置成在由规定的4D函数限定的独特方向上延伸通过并基本上填充波导元件的有效孔隙到沿着无缝能量表面的多个能量位置，所述无缝能量表面受到一个或多个元件的抑制，这些元件被定位成将每个能量位置的传播限制为仅通过单个波导元件。

在一实施例中，多个能量域可以配置在单个能量波导内或多个能量波导之间，以引导包含视觉、声学、触觉或其它能量域的一个或多个感觉全息能量传播。

在一实施例中，能量波导和无缝能量表面被配置为接收和发射一个或多个能量域，以在整个系统中提供双向能量传播。

在一实施例中，能量波导被配置为利用用于任何无缝能量表面定向(包含墙壁、桌子、地板、天花板、房间或其它基于几何形状的环境)的数字编码、衍射、折射、反射、梯度变率折射率(grin)、全息、菲涅耳等波导配置传播非线性或非规则能量分布(包含非透射空隙区域)。在另外的实施例中，能量波导元件可以被配置为产生各种几何形状，其提供任何表面轮廓和/或桌面检视，允许用户以360度配置检视来自能量表面周围的全息图像。

在一实施例中，能量波导阵列元件可以是反射表面，并且元件的布置可以是六边形、正方形、不规则、半规则、弯曲、非平面、球形、圆柱形、倾斜规则、倾斜不规则、空间变化和/或多层。

对于无缝能量表面内的任何组件，波导或中继器组件可包含但不限于光纤、硅、玻璃、聚合物、光学中继器、衍射、全息、折射或反射元件、光学面板、能量组合器、分束器、棱镜、偏振元件、空间光调制器、有源像素、液晶单元、透明显示器，或任何展现安德森定位或全内反射的类似材料。

实现Holodeck：

双向无缝能量表面系统的聚合以刺激全息环境内的人类感觉受体

通过将多个无缝能量表面拼接、熔合、粘合、附接和/或缝合在一起形成任意尺寸、形状、轮廓或包含整个房间的形状因子，可以构建无缝能量表面系统的大规模环境。每个能量表面系统可以包括具有基部结构、能量表面、中继器、波导、装置和电子设备的组合件，这些组件共同配置用于双向全息能量传播、发射、反射或感测。

在一实施例中，平铺无缝能量波导中继器系统的环境被聚合以形成大的无缝平面或弯曲壁，包含在给定环境中包括多达所有表面的安装，并且被配置为无缝、不连续平面、刻面、弯曲、圆柱形、球面、几何或非规则几何形状的任何组合。

在一实施例中，平面表面的聚合平铺片形成用于基于剧院或会场的全息娱乐的壁尺寸的系统。在一实施例中，平面表面的聚合平铺片覆盖用于基于洞穴的全息安装的具有四到六个壁的房间，包含天花板和地板。在一实施例中，弯曲表面的聚合平铺片产生用于沉浸式全息安装的圆柱形无缝环境。在一实施例中，无缝球面的聚合平铺片形成用于基于Holodeck的沉浸式体验的全息圆顶。

在一实施例中，无缝弯曲能量波导的聚合平铺片沿着能量波导结构内的能量抑制元件的边界遵循精确图案提供机械边缘，以粘合、对准或熔合相邻波导表面的相邻平铺机械边缘，从而产生模块化无缝能量波导系统。

在聚合平铺环境的另一实施例中，能量针对多个同时能量域双向传播。在另外的实施例中，能量表面提供了从相同能量表面同时显示和捕获的能力，其中波导被设计成使得光场数据可以由照明源通过波导投射并同时通过相同的能量表面接收。在另外的实施例中，可以利用额外的深度感测和有源扫描技术以允许能量传播和检视者之间在正确的世界坐标中交互。在另外的实施例中，能量表面和波导可操作以发射、反射或会聚频率以引发触觉感觉或体积触觉反馈。在一些实施例中，双向能量传播和聚合表面的任何组合都是可能的。

在一实施例中，系统包括能量波导，所述能量波导能够双向发射并且通过能量表面感测能量，其中一个或多个能量装置独立地与两个或两个以上路径能量组合器配对以将至少两个能量装置配对到无缝能量表面的相同部分，或者一个或多个能量装置固定在能量表面后面，靠近固定到基部结构的额外组件，或靠近用于离轴引导或者反射投射或感测的波导的FOV前方和外部的位置，并且所得的能量表面提供能量的双向传输，允许波导会聚能量，第一装置发射能量且第二装置感测能量，且其中处理信息以执行与计算机视觉相关的任务，包含但不限于4D全光眼和视网膜跟踪或感测所传播能量模式内的干扰、深度估计、近程、运动跟踪、图像、颜色或声音形成，或其它能量频率分析。在另外的实施例中，跟踪位置基于双向捕获数据和投影信息之间的干扰有源地计算和修改能量位置。

在一些实施例中，包括超声传感器、可见电磁显示器和超声发射装置的三个能量装置的多个组合被配置在一起，以使传播能量的三个第一中继表面中的每一个组合成单个第二能量中继表面，三个第一表面的每一个包括特定针对每个装置的能量域的工程特性，且两个工程波导元件分别配置用于超声波和电磁能量，以提供独立地引导和会聚每个装置的能量的能力，且基本上不受被配置成用于单独能量域的其它波导元件的影响。

在一些实施例中，公开了一种校准程序，以使得能够有效制造以移除系统假影，并产生所得能量表面的几何映射以与编码/解码技术一起使用，以及用于基于经校准配置文件将数据转换为适于能量传播的经校准信息的专用集成系统。

在一些实施例中，串联的额外能量波导和一个或多个能量装置可以集成到系统中以产生不透明的全息像素。

在一些实施例中，可以集成包括能量抑制元件、分束器、棱镜、有源视差屏障或偏振技术的额外波导元件，以便提供大于波导直径的空间和/或角分辨率或用于其它超分辨率目的。

在一些实施例中，所公开的能量波导中继器系统还可以被配置为可穿戴双向装置，例如虚拟现实(VR)或增强现实(AR)。在其它实施例中，能量波导中继器系统可以包含调节光学元件，其使得所显示或接收的能量聚焦在检视者的空间中的所确定平面附近。在一些实施例中，波导阵列可以并入到全息头戴式显示器。在其它实施例中，系统可以包含多个光学路径以允许检视者看到能量波导中继器系统和真实世界环境(例如，透明全息显示器)。在这些情况下，除了其它方法之外，系统可以呈现为近场。

在一些实施例中，数据传输包括具有可选择或可变压缩比的编码过程，其接收信息和元数据的任意数据集；分析所述数据集并接收或指派材料属性、向量、表面ID、形成更稀疏数据集的新像素数据，并且其中所接收的数据可包括：2D、立体、多视图、元数据、光场、全息、几何、向量或者向量化元数据，且编码器/解码器可以提供实时或离线转换数据的能力，包括针对以下各项的图像处理：2D；2D加深度、元数据或其它向量化信息；立体、立体加深度、元数据或其它向量化信息；多视图；多视图加深度、元数据或其它向量化信息；全息；或光场内容；通过深度估计算法，有或没有深度元数据；且逆射线追踪方法通过特征化的4D全光函数将通过逆射线追踪产生的所得经转换数据从各种2D、立体、多视图、体积、光场或全息数据适当地映射到真实世界坐标。在这些实施例中，期望的总数据传输可以是比原始光场数据集少多个数量级的所传输信息。

通过透明波导阵列进行全光不透明度调制

虽然本公开的大部分涉及实现感觉全息体验，但是所公开的中间步骤包括虚拟和扩增现实装置之间的集成，以显著地限制完整感觉全息数据集的同时传播和光栅化的数据和处理要求。对于其它现代VR和AR技术，缺乏经调制的不透明状态、分辨率和视场极大地限制了感官体验的敏锐度。

作为替代方案，公开了一种新颖的透明波导中继器系统，其实现真实世界环境中叠加的经调制不透明状态的全息会聚。能够传输具有数字和真实世界照明的覆叠光场调制衰减的真实世界数据的直接视图双向能量波导中继器设计包括HMD、全息、感觉能量传播以及传统显示应用。能量波导中继器设计包括多个能量波导和能量调制元件，其中存在可以由两个焦距分开的第一对和第二对。两对也可以放置成分开两个焦距。透明能量波导对可以放置在眼睛前面，以中继通过不透明度调制抑制或衰减的外部能量，或者放置在预定距离处的可见位置处，并且可以包含额外的波导元件。来自距离眼睛最远的第二对的射线中继反向传播路径，并且在该距离处引入另外一对能量波导将这些射线整流为再次适当的射线方向性。4D全光函数与多个能量调制装置组合，提供全息近场或远场数字信息在真实世界坐标上的传播，具有真正的4D不透明度和其它经调制的电磁或感觉能量。

图7示出根据本公开的一个实施例由多个能量波导对72A、72B、72C、72D组成的波导中继器系统70的正交视图。如图7所示，每个能量波导对可以间隔开焦距f，并且可以从左侧，检视者眼睛74的位置，向右侧，能量波导中继器76检视，或者反之亦然。在一些实施例中，在本公开的范围内设想了额外的波导元件、更少的波导元件和各种间隔，并且不应以任何方式将特定实施例视为限制性的。

在一个实施例中，波导中继器系统70可以包含：第一能量波导中继器系统72A、72B，其被配置成使得通过其的能量根据第一4D全光函数被引导；在第一能量波导中继器系统72A、72B之后的第二能量波导中继器系统72C、72D，第二能量波导中继器系统72C、72D被配置成使得通过其的能量根据第二4D全光函数被引导，第二4D全光函数与第一4D全光函数相逆。

在一个实施例中，系统70包含第一能量调制元件(例如，如图10和11中最佳示出的102A、102B、102C)，其安置在第一能量波导中继器系统72A、72B中的第一位置、第二能量波导中继器系统72C、72D中的第二位置或第一能量波导中继器系统72A、72B和第二能量波导中继器系统72C、72D之间的第三位置，第一能量调制元件被配置为调制通过其中的能量。这将在随后的图式和讨论中更详细地描述。

在一些实施例中，第一能量波导中继器系统72A、72B包含第一能量波导阵列，其被配置为沿多个能量传播路径引导能量通过其中，其中第一阵列的能量波导位于不同的空间坐标处，并且其中每个能量波导根据第一4D全光函数将能量从相应的空间坐标沿着不同方向引导到所述多个能量传播路径。

在其它实施例中，第二能量波导中继器系统72C、72D包含第二能量波导阵列，其被配置为沿多个能量传播路径引导能量通过其中，其中第二阵列的能量波导位于不同的空间坐标处，并且每个能量波导根据第二4D全光函数将能量从相应的空间坐标沿着不同方向引导到所述多个能量传播路径。

在一个实施例中，系统70进一步包含位于第一、第二或第三位置中的一个中的第二能量调制元件(例如，如图10和11中最佳示出的102A、102B、102C)，第二能量调制元件被配置为调制通过其中的能量。在一个实施例中，第一和第二能量调制元件位于相同位置。在另一实施例中，第一和第二能量调制元件位于不同的位置。这也将在随后的图式和讨论中更详细地描述。

在一个实施例中，系统进一步包含位于第一、第二或第三位置中的一个中的第三能量调制元件(例如，如图10和11中最佳示出的102A、102B、102C)，第三能量调制元件被配置为调制通过其中的能量。在一些实施例中，第三能量调制元件以及第一和第二能量调制元件中的至少一个位于相同位置。这也将在随后的图式和讨论中更详细地描述。

在一个实施例中，第一、第二和第三能量调制元件(例如，如图10和11中最佳示出的102A、102B、102C)位于相同位置。在另一实施例中，第一、第二和第三能量调制元件(例如，如图10和11中最佳示出的102A、102B、102C)位于不同的位置。

在一些实施例中，第一、第二和第三能量调制元件(例如，图10和11中最佳示出的102A、102B、102C)中的每一个包含LCD、LED、DLP、OLED、LCOS、量子点或其它合适的能量调制元件。在另一实施例中，第一能量波导中继器系统72A、72B和第二能量波导中继器系统72C、72D中的至少一个是弯曲的。在又一实施例中，第一能量波导中继器系统72A、72B和第二能量波导中继器系统72C、72D都是弯曲的。这也将在随后的图式和讨论中更详细地描述。

此基本方法的另一实施例提供了倾斜波导，其优化了眼睛所检视到的能量传播质量。这可以实施，但不限于，区域性变化的功能、基于梯度的倾斜、额外的能量抑制元件、衍射性质、折射、反射、梯度折射率、全息光学元件等，和/或可以并入到上文或下文的任何潜在的设计中空间变化能量波导设计提供具有限定的波导参数的两个或两个以上区域，以针对眼睛的特定设计进行优化。基于梯度的函数涉及为每个元件产生变化的波导优化。

图8示出根据本公开的一个实施例的波导中继器系统80的正交视图，其中每个能量波导对82A、82B、82C、82D的尺寸增大，以考虑来自眼睛84的视场相对于距眼睛84的距离的缩放。此实施例提供更大的波导效率以提供对于视觉系统的孔径来说更正常的传播函数，从而通过系统86内的每个元件更有效地瞄准眼睛84的视场。

如上所述，波导中继器系统80可以包含：第一能量波导中继器系统82A、82B，其配置成使得通过其的能量根据第一4D全光函数被引导；在第一能量波导中继器系统82A、82B之后的第二能量波导中继器系统82C、82D，第二能量波导中继器系统82C、82D被配置成使得通过其的能量根据第二4D全光函数被引导，第二4D全光函数与第一4D全光函数相逆。

在一个实施例中，第一能量调制元件(例如，如图10和11中最佳示出的102A、102B、102C)可以安置在第一能量波导中继器系统82A、82B中的第一位置、第二能量波导中继器系统82C、82D中的第二位置或第一能量波导中继器系统82A、82B和第二能量波导中继器系统82C、82D之间的第三位置，第一能量调制元件被配置为调制通过其中的能量。这将在随后的图式和讨论中更详细地描述。

在另一实施例中，第二能量调制元件(例如，如图10和11中最佳示出的102A、102B、102C)可位于第一、第二或第三位置中的一个中，第二能量调制元件被配置为调制通过其中的能量。

在另一实施例中，第一能量波导中继器系统82A、82B可以包含第一能量波导阵列，其被配置为沿多个能量传播路径引导能量通过其中，其中第一阵列的能量波导位于不同的空间坐标处，并且每个能量波导根据第一4D全光函数将能量从相应的空间坐标沿着不同方向引导到所述多个能量传播路径。

在又一实施例中，第二能量波导中继器系统82C、82D可以包含第二能量波导阵列，其被配置为沿多个能量传播路径引导能量通过其中，其中第二阵列的能量波导位于不同的空间坐标处，并且每个能量波导根据第二4D全光函数将能量从相应的空间坐标沿着不同方向引导到所述多个能量传播路径。

在一个实施例中，第一和第二能量调制元件(例如，如图10和11中最佳示出的102A、102B、102C)位于相同位置。在另一实施例中，第一和第二能量调制元件位于不同的位置。

在一些实施例中，系统90可进一步包含位于第一、第二或第三位置中的一个中的第三能量调制元件(例如，如图10和11中最佳示出的102A、102B、102C)，第三能量调制元件被配置成调制通过其中的能量。在一个实施例中，第三能量调制元件以及第一和第二能量调制元件中的至少一个位于相同位置。在一些实施例中，第一、第二和第三能量调制元件位于相同位置。在其它实施例中，第一、第二和第三能量调制元件位于不同的位置。在一些实施例中，第一、第二和第三能量调制元件中的每一个包含LCD、LED、DLP、OLED、LCOS，量子点或其它能量调制元件。在另一实施例中，第一能量波导中继器系统和第二能量波导中继器系统中的至少一个是弯曲的。在又一实施例中，第一能量波导中继器系统和第二能量波导中继器系统都是弯曲的。将在随后的图式和讨论中更详细地描述这些实施例。

图9示出根据本公开的一个实施例的能量波导92A、92B、92C、92D的波导中继器系统90的正交视图，所述能量波导92A、92B、92C、92D被缩放并且围绕眼睛的旋转轴线呈圆柱形辐射。在此实施例中，能量波导92A、92B、92C、92D是弯曲的，以考虑检视者眼睛94的旋转轴线。这可以实施为非缩放或缩放且弯曲设计。此弯曲设计可以实施为水平或垂直圆柱形状，或者可以形成为凹形或球形。使用这种方法可以增加通过中继器系统90呈现给眼睛94的射线的所感知清晰度。还应注意，圆柱形或球形方法提供了每个波导的角样本数目的更高效率，因为每个波导的法线更准确地朝向眼睛94e的入射光瞳定向，从而更有效地模仿自然能量传播，而不是使射线偏离眼睛94的视场周边的轴线传播的平面函数。

如图9所示，第一能量波导中继器系统92A、92B和第二能量波导中继器系统92C、92D中的至少一个可以是弯曲的。尽管两个能量波导中继器系统92都被示出为弯曲的，但是所属领域的技术人员将理解，在一个实施例中，第一能量波导中继器系统92A、92B可以是弯曲的，并且第二能量波导中继器系统92C、92D可以是平面的。在替代实施例中，第一能量波导中继器系统92A、92B可以是平面的，而第二能量波导中继器系统92C、92D可以是弯曲的。能量波导中继器系统92的弯曲可以类似地应用于本文公开的所有系统(例如，图7、8和10-12)。

如上所述，在一个实施例中，系统90可以包含：第一能量波导中继器系统92A、92B，其配置成使得通过其的能量根据第一4D全光函数被引导；在第一能量波导中继器系统92A、92B之后的第二能量波导中继器系统92C、92D，第二能量波导中继器系统92C、92D被配置成使得通过其的能量根据第二4D全光函数被引导，第二4D全光函数与第一4D全光函数相逆。

在另一实施例中，第一能量调制元件(例如，如图10和11中最佳示出的102A、102B、102C)可以安置在第一能量波导中继器系统92A、92B中的第一位置、第二能量波导中继器系统92C、92D中的第二位置或第一能量波导中继器系统92A、92B和第二能量波导中继器系统92C、92D之间的第三位置，第一能量调制元件被配置为调制通过其中的能量。这将在随后的图式和讨论中更详细地描述。

在又一实施例中，第二能量调制元件(例如，如图10和11中最佳示出的102A、102B、102C)可以位于第一、第二或第三位置中的一个中，第二能量调制元件被配置为调制通过其中的能量，并且第三能量调制元件(例如，如图10和11中最佳示出的102A、102B、102C)可以位于第一、第二或第三位置中的一个中，第三能量调制元件被配置为调制通过其中的能量。这将在随后的图式和讨论中更详细地描述。

在一个实施例中，第一能量波导中继器系统92A、92B包含第一能量波导阵列，其被配置为沿多个能量传播路径引导能量通过其中，其中第一阵列的能量波导位于不同的空间坐标处，并且每个能量波导根据第一4D全光函数将能量从相应的空间坐标沿着不同方向引导到所述多个能量传播路径。

在另一实施例中，第二能量波导中继器系统92C、92D包含第二能量波导阵列，其被配置为沿多个能量传播路径引导能量通过其中，其中第二阵列的能量波导位于不同的空间坐标处，并且每个能量波导根据第二4D全光函数将能量从相应的空间坐标沿着不同方向引导到所述多个能量传播路径。

在一个实施例中，第一和第二能量调制元件(例如，如图10和11中最佳示出的102A、102B、102C)可以位于相同的位置。在另一实施例中，第一和第二能量调制元件可以位于不同的位置。在一些实施例中，第三能量调制元件以及第一和第二能量调制元件中的至少一个可位于相同位置。在其它实施例中，第一、第二和第三能量调制元件可以位于相同的位置。在另外一些其它实施例中，第一、第二和第三能量调制元件可以位于不同的位置。在一些实施例中，第一、第二和第三能量调制元件中的每一个包含LCD、LED、DLP、OLED、LCOS，量子点或其它合适的能量调制元件。将在随后的图式和讨论中更详细地描述这些实施例。

图10示出了根据本公开的一个实施例的波导中继器系统100的正交视图，示出了三个潜在能量装置102A、102B、102C中的每一个相对于能量波导104A、104B、104C、104D的相对位置。在一个实施例中，每对能量波导(例如，104A和104B或104C和104D)可以被配置为形成能量波导中继器系统。

为了将虚拟光场覆盖到真实世界上，需要集成多个能量传播路径，如通过上述能量波导中继器配置所检视。具有三个能量装置(透明OLED 102A、透明LCD 102B和透明OLED102C，仅出于示例性目的而提供)的能量波导的中继通过透射光场能量引导中继器实现全息不透明度的真实会聚。在一些实施例中，对特定类型的显示技术的明确参考仅用于示例性目的，并不希望以任何方式限制本公开。三个特别提到的(但不限于)能量调制装置102A、102B、102C的配对放置在每对能量波导104A、104B、104C、104D之间的焦距处或附近，加上在各对104A、104B、104C、104D之间距检视者眼睛106的焦距f处，可变光场不透明度的数字叠加和对于指定能量域内的任何能量范围的透射状态的能力。

在一实施例中，第一能量调制装置可以包括用于在有源状态下的不透明能量传播的体积光谱调制的结构。光谱调制可以另外通过其它能量调制装置对102A、102C的组合来传播。特定调制装置102A、102C可以提供对饱和度和透明度的传播的精确控制。出于本文档的目的，可以使用或不使用所有三个能量调制装置102A、102B、102C的添加-仅需要一个能量调制装置用于能量传播。设计可以以任何组合实施，具体参考包括根据具体应用公开的平面波导系统、弯曲、缩放、可变方法的先前实施例。

如图10中所示，系统100可包括第一能量波导中继器系统104A、104B，其配置成使得通过其的能量根据第一4D全光函数被引导；以及在第一能量波导中继器系统104A、102A，104B之后的第二能量波导中继器系统104C、104D，第二能量波导中继器系统104C、102C、104D被配置成使得通过其的能量根据第二4D全光函数被引导，第二4D全光函数与第一4D全光函数相逆。

如图10中所示，第一调制元件102A可以是LCD、LED、DLP、OLED、LCOS，量子点或其它合适的能量调制元件。所述系统可以包含类似于第一调制元件102A的第二调制元件102B和第三调制元件102C。

在一个实施例中，第一能量调制元件102A可以安置在第一能量波导中继器系统104A、104B中，而第二能量调制元件102B可以安置在第一能量波导中继器系统104A、104B和第二能量波导中继器系统104C、104D之间。第三能量调制元件102C可以安置在第二能量波导中继器系统104C、104D中。在此实施例中，第一、第二和第三能量调制元件102A、102B、102C中的每一个可以配置成调制通过其中的能量。

尽管第一调制元件102A被示出为处于第一能量波导中继器系统104A、104B中，第二调制元件102B被示出为处于第一能量波导中继器系统104A、104B和第二能量波导中继器系统104C、104D之间，并且第三调制元件102C被示出为处于第二能量波导中继器系统104C、104D中，应当理解，调制元件102A、102B、102C可以位于整个系统100的任何位置。例如，所有三个调制元件102可以位于第一能量波导中继器系统104A、104B中。在另一实施例中，所有三个调制元件102可以位于第二能量104C、104D中。在又一实施例中，所有三个调制元件102可以位于第一能量波导中继器系统104A、104B和第二能量波导中继器系统104C、104D之间。所属领域的普通技术人员将理解，可以使用各种组合和置换。在一些实施例中，取决于应用，系统100可进一步包含四个或五个或更多个调制元件102。

类似于图9的那些，在一个实施例中，第一能量波导中继器系统104A、104B可以是弯曲的。在另一实施例中，第二能量波导中继器系统104C、104D可以是弯曲的。在又一实施例中，第一能量波导中继器系统104A、104B和第二能量波导中继器系统104C、104D都可以是弯曲的。所属领域的技术人员将理解，尽管示出了两个能量波导中继器系统104，但根据应用，可以根据需要存在三个或四个或更多个能量波导中继器系统104。此外，这些能量波导中继器系统104中的一个或两个或任何数目可以是或可以不是弯曲的。

在一个实施例中，透明显示系统100包含：第一能量波导中继器系统104A、104B，其配置成使得通过其的能量根据第一4D全光函数被引导；在第一能量波导中继器系统104A、104B之后的第二能量波导中继器系统104C、104D，第二能量波导中继器系统104C、104D被配置成使得通过其的能量根据第二4D全光函数被引导，第二4D全光函数与第一4D全光函数相逆。在此实施例中，第一能量调制元件102A安置在第一能量波导中继器系统104A、104B中；第二能量调制元件102B安置在第一能量波导中继器系统104A、104B和第二能量波导中继器系统104C、104D之间；且第三能量调制元件102C安置在第二能量波导中继器系统104C、104D中，其中第一、第二和第三能量调制元件102A、102B、102C被配置成调制通过其中的能量。

在一个实施例中，第一能量波导中继器系统104A、104B可以包含第一能量波导阵列，其被配置为沿多个能量传播路径引导能量通过其中，其中第一阵列的能量波导位于不同的空间坐标处，并且每个能量波导根据第一4D全光函数将能量从相应的空间坐标沿着不同方向引导到所述多个能量传播路径。

在另一实施例中，第二能量波导中继器系统104C、104D可以包含第二能量波导阵列，其被配置为沿多个能量传播路径引导能量通过其中，其中第二阵列的能量波导位于不同的空间坐标处，并且每个能量波导根据第二4D全光函数将能量从相应的空间坐标沿着不同方向引导到所述多个能量传播路径。

在一些实施例中，系统100可进一步包含位于第一、第二或第三位置中的一个中的一个或多个额外能量调制元件(未示出)，所述一个或多个额外能量调制元件被配置成调制通过其中的能量。第一位置可以在第一能量波导中继器系统104A、104B内，第二位置可以在第一能量波导中继器系统104A、104B和第二能量波导中继器系统104C、104D之间，并且第三位置可以在第二能量波导中继器系统104C、104D内。在一些实施例中，所述一个或多个额外能量调制元件(未示出)以及第一、第二和第三能量调制元件102中的至少一个可以位于相同位置。在其它实施例中，所述一个或多个额外能量调制元件(未示出)以及第一、第二和第三能量调制元件102中的至少一个可以位于不同位置。

在一实施例中，三个能量调制元件102累积地传播电磁能量，包括用于颜色、透明度、强度、不透明度和多个其它全息条件的经调制综合体。提供表1以供参考多个光谱值的几个可变不透明度和透射状态，以及三个能量调制元件中的每一个将表现出的相称的示例性值。

表1

表1示出中继器系统中的每个相应调制元件的潜在颜色值的矩阵，以产生包含全光场投影中的所有颜色、强度、透明度和不透明度的体积射线。

指示接通或断开的值取决于调制系统吸收配置中的电磁辐射的效率而指代任一配置的可能性。对于指示X或Y百分比的值，这是由于需要确定通过能量调制装置102C聚集的能量调制装置102A产生有效和期望的全息不透明度和光谱能量传播的效率。Y可能是断开，或可能是所需总传输的某一百分比。

在一些实施例中，能量波导中继器系统的调制包括所有感觉能量域，并且其中能量调制装置可包括其它形式的感觉能量装置，以包含所公开的视觉、听觉、味觉、嗅觉、体感或其它感觉系统。此外，此系统的范围包括能量传播波导中继器系统之间和通过能量传播波导中继器系统的双向能力，以用于包括涉及引导全息或感觉能量的任何此类公开内容的额外实施例。在一实施例中，能量中继器系统被设计为具有调制和其它能量装置的双向大格式能量引导装置，以通过波导中继器系统实现感觉能量的透明和全息叠加，并且其中系统可以呈现为通过透明系统不可见，且可以包括能量传感器或感觉能量传播、全息甲板参数、交互性或另外用于本申请中未明确公开的其它应用的任何组合。

应注意，此方法提供了在体积空间中真实“绘制”黑色或不透明值的能力，其中所述多个调制装置和波导系统引起能量传播路径的会聚，使得空间中的投影坐标包括真实世界对象的性质。在一实施例中，可以在所公开的实施例之外利用交互性、体积掩蔽或其它新颖的应用。这种从近场、扩增、虚拟或其它头戴式显示器重建真实世界反射点的新颖的方法是沉浸式质量的重大飞跃，并提供了其它方法无法实现的更大的真实感。

如图10所示且在表1中公开，第一能量调制元件可包含白色不透明度，且第二能量调制元件可包含额外的不透明度或颜色，且第三能量调制元件可包含黑色不透明度。在一实施例中，第一和第三能量调制元件都可以是OLED 102A、102C，且第二能量调制元件可以是LCD 102B，使得为了呈现不透明黑色，第一调制元件被配置为断开状态，第二调制元件被配置为接通状态，且第三调制元件可被配置为接通状态或断开状态。

图13示出单个能量波导中继器元件系统100，其中包括波导中继器元件对104A、104B和104C、104D的四个波导元件函数的单个有效集合提供了有效的能量传播。在传播的能量波130A、130B、130C的子集内，当由4D函数引导时由能量波导规定的函数允许对沿着系统传播的给定射束的精确会聚，其中，对能量域、频率或其它环境参数的了解根据4D函数提供能量的投射和感测两者。

参考表1并考虑图13，所属领域的技术人员将理解通过102A、102B、102C会聚调制状态从而与传播路径130A、130B、130C相交的方法，其中在位置131处与波导元件104D相邻的进入系统的能量可以双向传播通过系统。在能量通过系统从位置131传播到检视位置106的情况下，在整个波导功能104A、104B、104C、104D和能量调制装置102A、102B、102C中传播的能量波以入口路径131和出口路径132之间基本上类似的方向离开。对于由能量调制元件102A、102B和102C从检视位置106产生并沿132传播的经检视射线和叠加信息，能量的双向传播在整个能量波导中继器系统中通过位置131保持基本相似。

以这种方式，可以通过透明波导中继器系统传播信息，其中当调制元件102A、102B和102C在没有调制时，检视者106可以从原始能量波基本上未修改地从131接收能量132。然而，在激活由4D函数引导的能量调制装置后，提供了传播会聚的4D全光不透明状态的能力，使得真正不透明的对象和叠加的虚拟对象之间的表观差异在技术充分校准和成熟的情况下可能无法区分。

在一实施例中，第一和第三能量调制元件都是OLED 102A、102C，且第二能量调制元件可以是LCD 102B，使得为了呈现透明黑色，第一调制元件被配置为断开状态，第二调制元件被配置为断开状态，并且第三调制元件被配置为断开状态。

在一实施例中，第一和第三能量调制元件都是OLED 102A、102C，且第二能量调制元件可以是LCD 102B，使得为了呈现不透明红色，第一调制元件被配置为仅红色接通状态，第二调制元件可以被配置为接通状态或断开状态，且第三调制元件被配置为断开状态。

在一实施例中，第一和第三能量调制元件都是OLED 102A、102C，且第二能量调制元件可以是LCD 102B，使得为了呈现透明红色，第一调制元件被配置为第一百分比的仅红色状态，第二调制元件被配置为断开状态，且第三调制元件被配置为第二百分比的仅红色状态，第二百分比不同于第一百分比。

在一实施例中，第一和第三能量调制元件都是OLED 102A、102C，且第二能量调制元件可以是LCD 102B，使得为了呈现不透明灰色，第一调制元件被配置为第一百分比的接通状态，第二调制元件被配置为接通状态，且第三调制元件被配置为断开状态。

在一实施例中，第一和第三能量调制元件都是OLED 102A、102C，且第二能量调制元件可以是LCD 102B，使得为了呈现透明灰色，第一调制元件被配置为第一百分比的接通状态，第二调制元件被配置为断开状态，且第三调制元件被配置为第二百分比的接通状态，第二百分比不同于第一百分比。

在一些实施例中，本公开可以明确地针对任何尺寸类型实施，以包含不以任何方式头戴式安装的显示器。以这种方式，利用本文提出的方法和系统，可以用任何形式的光场“绘制”透明度值，包含视觉或其它感觉显示系统。

在用于制造效率的实施例中，额外的实施例提出将能量调制元件102A和102B或102C和102B结合在一起。这有助于提高校准效率并解决许多机械对准挑战。

图11A示出根据本公开的一个实施例将两个能量调制元件102A、102B结合在一起以增加制造和校准效率的配置110的正交视图。图11B示出根据本公开的一个实施例将两个能量调制元件102B、102C结合在一起以增加制造和校准效率的配置116的正交视图。

如图11A和11B所示，在一实施例中，系统110(图11A)或116(图11B)可以包含第一能量波导中继器系统112A、112B，其配置成使得通过其的能量根据第一4D全光函数被引导；以及在第一能量波导中继器系统112A、112B之后的第二能量波导中继器系统112C、112D，第二能量波导中继器系统112C、112D被配置成使得通过其的能量根据第二4D全光函数被引导，第二4D全光函数与第一4D全光函数相逆。

在一个实施例中，系统110可以包含OLED调制元件102A、LCD调制元件102B和另一OLED调制元件102C，以及它们的任何组合。如图11A所示，OLED调制元件102A和LCD调制元件102B可以位于第一能量波导中继器系统112A、112B中，而OLED调制元件102C可以位于第二能量波导中继器系统112C、112D中。相反，如图11B所示，OLED调制元件102A可以位于第一能量波导中继器系统112A、112B中，而LCD调制元件102B和OLED调制元件102C位于第二能量波导中继器系统112C、112D中。所属领域的技术人员将理解，调制元件102可以随机分布在整个能量波导中继器系统112中。

在一实施例中，第一能量调制元件可以安置在第一能量波导中继器系统中的第一位置、第二能量波导中继器系统中的第二位置或第一能量波导中继器系统和第二能量波导中继器系统之间的第三位置，其中第一能量调制元件被配置为调制通过其中的能量。在另一实施例中，第二能量调制元件可以位于第一、第二或第三位置中的一个中，第二能量调制元件被配置成调制通过其中的能量。在又一实施例中，第三能量调制元件可以位于第一、第二或第三位置中的一个中，第二能量调制元件被配置成调制通过其中的能量。在一个实例中，第三能量调制元件可以位于第一和第二能量调制元件中的至少一个的相同位置。在另一实例中，第三能量调制元件可以位于与第一和第二能量调制元件中的至少一个不同的位置。

在一个实施例中，第一能量波导中继器系统112A、112B可以包含第一能量波导阵列，其被配置为沿多个能量传播路径引导能量通过其中，其中第一阵列的能量波导位于不同的空间坐标处，并且每个能量波导根据第一4D全光函数将能量从相应的空间坐标沿着不同方向引导到所述多个能量传播路径。第二能量波导中继器系统可以包含第二能量波导阵列，其被配置为沿着多个能量传播路径引导能量通过其中，其中第二阵列的能量波导位于不同的空间坐标处，并且每个能量波导根据第二4D全光函数将能量从相应的空间坐标沿着不同方向引导到所述多个能量传播路径。

第二能量调制元件可以位于第一、第二或第三位置中的一个中，第二能量调制元件被配置成调制通过其中的能量。在一实施例中，第一和第二能量调制元件位于相同位置，但是第一和第二能量调制元件也可以位于不同位置。

在一些实施例中，第三能量调制元件可以位于第一、第二或第三位置中的一个中，第三能量调制元件被配置为调制通过其中的能量。在一实施例中，第三能量调制元件以及第一和第二能量调制元件中的至少一个位于相同位置，而在其它实施例中，第一、第二和第三能量调制元件位于相同位置或不同位置。

另外的实施例提供通过多步骤晶片级结合工艺制造能量波导中继光学元件的能力。由于近场显示器的分辨率要求和所需的高像素密度，并且可以另外利用类似于本申请中讨论的用于全息超分辨率的编码能量波导的其它公开内容的方法，其中对能量波导中继器设计进行了复杂的修改。利用高刷新率同步能量调制元件，在两个原始能量波导对中的每一个的中心处实施两个额外的更高密度能量波导。密度增加的比率可能是以下结果：

D²＝Nn/Nc

其中D是所需的增加密度比(分别为X和Y的平方)，Nn是所需的每个波导元件的新的角样本数量，并且Nc是没有应用超分辨率的当前系统角样本值。例如，如果当前取样在当前系统中沿X提供了9个样本，并且需要27个样本，则密度增加将是3x²倍。

为了确定所需的时间顺序样本的数目：

FPSn＝FPSs*D²

其中FPSn是所得的所需帧速率，FPS是原始内容帧速率，且D²是从上文计算出的比率。例如，如果源内容帧速率是24fps并且D²等于9，则新的取样频率可以包括216fps。

图12示出根据本公开的一个实施例波导中继器系统的替代系统120的正交视图，其直接反转光线，使得可以去除来自系统的一个或多个元件。此系统120可以实施硬件修改，其中利用反射波导中继器系统122提供到检视者眼睛124的每个呈现的传播路径的直接反转。这对于任何HMD系统或不透明度产生装置可以进一步有利，使得可以从整个系统移除波导中继器。

虽然上文已经描述了根据本文公开的原理的各种实施例，但是应该理解，它们仅以示例的方式呈现，而不是限制性的。因此，本发明的广度和范围不应受任何上述示例性实施例的限制，而应仅根据从本公开发布的权利要求书及其等效物来限定。此外，在所描述的实施例中提供了上述优点和特征，但是不应将这些所公开的权利要求的应用限制于实现任何或所有上述优点的过程和结构。

应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以在各种实施例中采用本公开的主要特征。所属领域的技术人员将认识到或能够仅仅使用常规的实验确定本文所描述的特定方法的许多等效物。这些等效物被认为是在本公开的范围内并且由权利要求书涵盖。

此外，本文中的章节标题是为了与37 CFR 1.77下的建议保持一致或以其它方式提供组织线索。这些标题不应限制或表征可能从本公开发布的任何权利要求中阐述的发明。具体来说，并且作为实例，尽管标题指的是“技术领域”，但是此些权利要求不应受该标题下的语言的限制以描述所谓的技术领域。此外，“背景技术”章节中的技术描述不应被解释为承认技术是本公开中的任何发明的现有技术。“发明内容”也不被认为是在所发布的权利要求中阐述的发明的特征。此外，本公开中对单数形式的“发明”的任何引用不应用于论证在本公开中仅存在单个新颖点。可以根据从本公开发布的多个权利要求的限制来阐述多个发明，并且此些权利要求因此限定由其保护的发明及其等效物。在所有情况下，根据本公开内容，此些权利要求的范围应根据其自身的优点来考虑，但不应受本文所阐述的标题的约束。

当与权利要求书和/或说明书中的术语“包括”结合使用时，使用词语“一”或“一个”可以表示“一个”，但其也与“一个或多个”、“至少一个”和“一个或一个以上”的含义一致。权利要求书中术语“或”的使用用于表示“和/或”，除非明确指出仅指替代方案或替代方案是相互排斥的，但本公开支持仅指替代方案和“和/或”的定义。在整个本申请中，术语“约”用于表示值包含装置的误差的固有变化，使用所述方法来确定值，或研究对象之间存在的变化。一般而言，但是根据前面的讨论，这里通过例如“约”等近似词修饰的数值可以相对于所陈述值变化至少±1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、10％、12％或15％。

如在本说明书和权利要求书中所使用，词语“包括(comprising)”(和任何形式的包括，例如“包括(comprise)”和“包括(comprises)”)、“具有(having)”(和任何形式的具有(having)，例如“具有(have)”和“具有(has)”)、“包含(including)”(和任何形式的包含，例如“包含(includes)”和“包含(includes)”)或“含有(containing)”(和任何形式的含有，例如“含有(contains)”和“含有(contain)”)都是包含或开放式的，并且不排除额外未列举的元件或方法步骤。

例如“在……时”、“等效”、“在……期间”、“完成”等的比较、测量和定时的词应理解为表示“基本上在……时”、“基本上等效”、“基本上在……期间”、“基本上完成”等，其中“基本上”意味着这种比较、测量和定时对于实现隐含或明确陈述的期望结果是切实可行的。与例如“近”、“接近”和“邻近”的元件的相对位置相关的词应当意味着足够接近以对相应的系统元件交互具有实质性影响。近似的其它词语类似地指代当被如此修饰时被理解为不一定是绝对的或完美的但是将被所属领域的普通技术人员认为是足够接近的条件，以保证将所述条件指定为存在。描述内容可以变化的程度将取决于可以安置多大的变化，并且仍然使所属领域的普通技术人员认识到被修饰的特征仍然具有未修饰特征的所需特征和能力。

本文使用的术语“或其组合”是指该术语之前列出的项目的所有排列和组合。例如，“A、B、C或其组合”希望包含以下中的至少一个：A、B、C、AB、AC、BC或ABC，并且如果顺序在特定上下文中是重要的，那么还包含BA、CA、CB、CBA、BCA、ACB、BAC或CAB。继续此实例，明确地包含含有一个或多个项目或术语的重复的组合，例如BB、AAA、AB、BBC、AAABCCCC、CBBAAA、CABABB等。熟练的技术人员将理解，除非从上下文中另外显而易见，否则通常对任何组合中的项目或术语的数目没有限制。

根据本公开，无需过度实验即可制造和执行本文公开和要求保护的所有组合物和/或方法。尽管已经根据优选实施例描述了本公开的组合物和方法，但是对于所属领域的技术人员显而易见的是，可以对组合物和/或方法以及方法的步骤或步骤序列应用变化，而不脱离本公开的概念、精神和范围。对于所属领域的技术人员显而易见的所有这些类似的替代和修改被认为是在由所附权利要求书限定的本公开的精神、范围和概念内。

Claims

1.一种系统，其包括：

第一能量波导中继器系统，其被配置成使得根据第一4D全光函数引导通过其中的能量；

第二能量波导中继器系统，其在所述第一能量波导中继器系统之后，所述第二能量波导中继器系统被配置成使得根据第二4D全光函数引导通过其中的能量，所述第二4D全光函数与所述第一4D全光函数相逆；以及

第一能量调制元件，其安置于所述第一能量波导中继器系统中的第一位置中、所述第二能量波导中继器系统中的第二位置中，或所述第一能量波导中继器系统和所述第二能量波导中继器系统之间的第三位置中，所述第一能量调制元件被配置成调制通过其中的能量。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一能量波导中继器系统包含被配置成沿着多个能量传播路径引导通过其中的能量的能量波导的第一阵列，其中所述第一阵列的所述能量波导位于不同空间坐标处，且每一能量波导根据所述第一4D全光函数沿着不同方向将能量从所述相应空间坐标引导到所述多个能量传播路径。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二能量波导中继器系统包含被配置成沿着多个能量传播路径引导通过其中的能量的能量波导的第二阵列，其中所述第二阵列的所述能量波导位于不同空间坐标处，且每一能量波导根据所述第二4D全光函数沿着不同方向将能量从所述相应空间坐标引导到所述多个能量传播路径。

4.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括位于所述第一、第二或第三位置中的一个中的第二能量调制元件，所述第二能量调制元件被配置成调制通过其中的能量。

5.根据权利要求4所述的系统，其中所述第一和第二能量调制元件位于相同位置。

6.根据权利要求4所述的系统，其中所述第一和第二能量调制元件位于不同位置。

7.根据权利要求4所述的系统，其进一步包括位于所述第一、第二或第三位置中的一个中的第三能量调制元件，所述第三能量调制元件被配置成调制通过其中的能量。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述第三能量调制元件以及所述第一和第二能量调制元件中的至少一个位于相同位置。

9.根据权利要求7所述的系统，其中所述第一、第二和第三能量调制元件位于相同位置。

10.根据权利要求7所述的系统，其中所述第一、第二和第三能量调制元件位于不同位置。

11.根据权利要求7所述的系统，其中所述第一、第二和第三能量调制元件中的每一个包含LCD、LED、DLP、OLED、LCOS、量子点或其它合适的能量调制元件。

12.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一能量波导中继器系统和所述第二能量波导中继器系统中的至少一个是弯曲的。

13.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一能量波导中继器系统和所述第二能量波导中继器系统两者是弯曲的。

14.一种系统，其包括：

第二能量波导中继器系统，其在所述第一能量波导中继器系统之后，所述第二能量波导中继器系统被配置成使得根据第二4D全光函数引导通过其中的能量，所述第二4D全光函数与所述第一4D全光函数相逆；

第一能量调制元件，其安置于所述第一能量波导中继器系统中的第一位置中、所述第二能量波导中继器系统中的第二位置中，或所述第一能量波导中继器系统和所述第二能量波导中继器系统之间的第三位置中，所述第一能量调制元件被配置成调制通过其中的能量；以及

第二能量调制元件，其位于所述第一、第二或第三位置中的一个中，所述第二能量调制元件被配置成调制通过其中的能量。

15.根据权利要求14所述的系统，其中所述第一能量波导中继器系统包含被配置成沿着多个能量传播路径引导通过其中的能量的能量波导的第一阵列，其中所述第一阵列的所述能量波导位于不同空间坐标处，且每一能量波导根据所述第一4D全光函数沿着不同方向将能量从所述相应空间坐标引导到所述多个能量传播路径。

16.根据权利要求14所述的系统，其中所述第二能量波导中继器系统包含被配置成沿着多个能量传播路径引导通过其中的能量的能量波导的第二阵列，其中所述第二阵列的所述能量波导位于不同空间坐标处，且每一能量波导根据所述第二4D全光函数沿着不同方向将能量从所述相应空间坐标引导到所述多个能量传播路径。

17.根据权利要求14所述的系统，其中所述第一和第二能量调制元件位于相同位置。

18.根据权利要求14所述的系统，其中所述第一和第二能量调制元件位于不同位置。

19.根据权利要求14所述的系统，其进一步包括位于所述第一、第二或第三位置中的一个中的第三能量调制元件，所述第三能量调制元件被配置成调制通过其中的能量。

20.根据权利要求19所述的系统，其中所述第三能量调制元件以及所述第一和第二能量调制元件中的至少一个位于相同位置。

21.根据权利要求19所述的系统，其中所述第一、第二和第三能量调制元件位于相同位置。

22.根据权利要求19所述的系统，其中所述第一、第二和第三能量调制元件位于不同位置。

23.根据权利要求19所述的系统，其中所述第一、第二和第三能量调制元件中的每一个包含LCD、LED、DLP、OLED、LCOS、量子点或其它合适的能量调制元件。

24.根据权利要求14所述的系统，其中所述第一能量波导中继器系统和所述第二能量波导中继器系统中的至少一个是弯曲的。

25.根据权利要求14所述的系统，其中所述第一能量波导中继器系统和所述第二能量波导中继器系统两者是弯曲的。

26.一种系统，其包括：

第一能量调制元件，其安置于所述第一能量波导中继器系统中的第一位置中、所述第二能量波导中继器系统中的第二位置中，或所述第一能量波导中继器系统和所述第二能量波导中继器系统之间的第三位置中，所述第一能量调制元件被配置成调制通过其中的能量；

第二能量调制元件，其位于所述第一、第二或第三位置中的一个中，所述第二能量调制元件被配置成调制通过其中的能量；以及

第三能量调制元件，其位于所述第一、第二或第三位置中的一个中，所述第三能量调制元件被配置成调制通过其中的能量。

27.根据权利要求26所述的系统，其中所述第一能量波导中继器系统包含被配置成沿着多个能量传播路径引导通过其中的能量的能量波导的第一阵列，其中所述第一阵列的所述能量波导位于不同空间坐标处，且每一能量波导根据所述第一4D全光函数沿着不同方向将能量从所述相应空间坐标引导到所述多个能量传播路径。

28.根据权利要求26所述的系统，其中所述第二能量波导中继器系统包含被配置成沿着多个能量传播路径引导通过其中的能量的能量波导的第二阵列，其中所述第二阵列的所述能量波导位于不同空间坐标处，且每一能量波导根据所述第二4D全光函数沿着不同方向将能量从所述相应空间坐标引导到所述多个能量传播路径。

29.根据权利要求26所述的系统，其中所述第一和第二能量调制元件位于相同位置。

30.根据权利要求26所述的系统，其中所述第一和第二能量调制元件位于不同位置。

31.根据权利要求26所述的系统，其中所述第三能量调制元件以及所述第一和第二能量调制元件中的至少一个位于相同位置。

32.根据权利要求26所述的系统，其中所述第一、第二和第三能量调制元件位于相同位置。

33.根据权利要求26所述的系统，其中所述第一、第二和第三能量调制元件位于不同位置。

34.根据权利要求26所述的系统，其中所述第一、第二和第三能量调制元件中的每一个包含LCD、LED、DLP、OLED、LCOS、量子点或其它合适的能量调制元件。

35.根据权利要求26所述的系统，其中所述第一能量波导中继器系统和所述第二能量波导中继器系统中的至少一个是弯曲的。

36.根据权利要求26所述的系统，其中所述第一能量波导中继器系统和所述第二能量波导中继器系统两者是弯曲的。

37.一种系统，其包括：

第一能量调制元件，其安置于所述第一能量波导中继器系统中；

第二能量调制元件，其安置于所述第一能量波导中继器系统和所述第二能量波导中继器系统之间；以及

第三能量调制元件，其安置于所述第二能量波导中继器系统中；以及

其中所述第一、第二和第三能量调制元件被配置成调制通过其中的能量。

38.根据权利要求37所述的系统，其中所述第一能量波导中继器系统包含被配置成沿着多个能量传播路径引导通过其中的能量的能量波导的第一阵列，其中所述第一阵列的所述能量波导位于不同空间坐标处，且每一能量波导根据所述第一4D全光函数沿着不同方向将能量从所述相应空间坐标引导到所述多个能量传播路径。

39.根据权利要求37所述的系统，其中所述第二能量波导中继器系统包含被配置成沿着多个能量传播路径引导通过其中的能量的能量波导的第二阵列，其中所述第二阵列的所述能量波导位于不同空间坐标处，且每一能量波导根据所述第二4D全光函数沿着不同方向将能量从所述相应空间坐标引导到所述多个能量传播路径。

40.根据权利要求37所述的系统，其中所述第一、第二和第三能量调制元件中的每一个包含LCD、LED、DLP、OLED、LCOS、量子点或其它合适的能量调制元件。

41.根据权利要求37所述的系统，其进一步包括位于所述第一、第二或第三位置中的一个中的一个或更多个额外能量调制元件，所述一个或更多个额外能量调制元件被配置成调制通过其中的能量。

42.根据权利要求41所述的系统，其中所述一个或更多个额外能量调制元件以及所述第一、第二和第三能量调制元件中的至少一个位于相同位置。

43.根据权利要求41所述的系统，其中所述一个或更多个额外能量调制元件以及所述第一、第二和第三能量调制元件中的至少一个位于不同位置。

44.根据权利要求37所述的系统，其中所述第一能量波导中继器系统和所述第二能量波导中继器系统中的至少一个是弯曲的。

45.根据权利要求37所述的系统，其中所述第一能量波导中继器系统和所述第二能量波导中继器系统两者是弯曲的。

46.根据权利要求37所述的系统，其中所述第一能量调制元件包含白色不透明度，所述第二能量调制元件包含额外不透明度或颜色，且所述第三能量调制元件包含黑色不透明度。

47.根据权利要求37所述的系统，其中所述第一和第三能量调制元件均为OLED，且所述第二能量调制元件为LCD，使得为了呈现不透明黑色，所述第一调制元件被配置成断开状态，所述第二调制元件被配置成接通状态，且所述第三调制元件能够被配置成接通状态或断开状态。

48.根据权利要求37所述的系统，其中所述第一和第三能量调制元件均为OLED，且所述第二能量调制元件为LCD，使得为了呈现透明黑色，所述第一调制元件被配置成断开状态，所述第二调制元件被配置成断开状态，且所述第三调制元件被配置成断开状态。

49.根据权利要求37所述的系统，其中所述第一和第三能量调制元件均为OLED，且所述第二能量调制元件为LCD，使得为了呈现不透明红色，所述第一调制元件被配置成仅红色接通状态，所述第二调制元件能够被配置成接通状态或断开状态，且所述第三调制元件被配置成断开状态。

50.根据权利要求37所述的系统，其中所述第一和第三能量调制元件均为OLED，且所述第二能量调制元件为LCD，使得为了呈现透明红色，所述第一调制元件被配置成第一百分比的仅红色状态，所述第二调制元件被配置成断开状态，且所述第三调制元件被配置成第二百分比的仅红色状态，所述第二百分比不同于所述第一百分比。

51.根据权利要求37所述的系统，其中所述第一和第三能量调制元件均为OLED，且所述第二能量调制元件为LCD，使得为了呈现不透明灰色，所述第一调制元件被配置成第一百分比的接通状态，所述第二调制元件被配置成接通状态，且所述第三调制元件被配置成断开状态。

52.根据权利要求37所述的系统，其中所述第一和第三能量调制元件均为OLED，且所述第二能量调制元件为LCD，使得为了呈现透明灰色，所述第一调制元件被配置成第一百分比的接通状态，所述第二调制元件被配置成断开状态，且所述第三调制元件被配置成第二百分比的接通状态，所述第二百分比不同于所述第一百分比。