CN112105968A

CN112105968A - 全息衍射光学编码系统

Info

Publication number: CN112105968A
Application number: CN201980018338.0A
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: 2018-01-14
Filing date: 2019-01-14
Publication date: 2020-12-18
Also published as: KR20200116943A; EP3737977A4; EP3737977A1; TW202323885A; TWI771555B; TWI807981B; JP2021515258A; US11092930B2; WO2019140398A1; US20220035311A1; US20200379407A1; TW201940909A

Abstract

公开用于形成反射或透射全息图的全息衍射光学编码技术。编码装置包含具有干涉图案的衬底，所述干涉图案能够沿着光传播路径将光从所述衬底的一侧传播到所述衬底的另一侧。此外，能够使用光学元件来根据四维光场坐标系传播光。

Description

全息衍射光学编码系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年1月14日提交的标题为《全息衍射光学编码系统(Holographicand Diffractive Optical Encoding Systems)》的第62/617,284号美国临时专利申请的优先权，其以全文引用的方式并入。

技术领域

本公开大体上涉及光学技术，且更确切地说，涉及用于形成反射或透射全息图的全息衍射光学编码系统。

背景技术

全息是一种能够记录光场并在之后原始光场因为没有原始物体而不存在的情况下重构光场的技术。全息术可以被认为有点类似于录音，其中由乐器或声带等振动物质产生的声场以一种使得它可以在之后没有原始振动物质的情况下再现的方式进行编码。

全息图具有2种基本类型：反射全息图和透射全息图。反射全息图反射光。当用于重构的光从摄影介质内的干涉图案反射时，形成光场。透射全息图透射光。在重构期间，光通过全息图衍射。一般来说，反射全息图提供了最高质量的图像，但是产生成本最高。透射全息图是最常见的，因为它们能够采用模压全息图的形式以低成本批量产生。信用卡通常含有模压全息图。应了解，本文所论述的实施例可以实施任一类型的全息图，此外应了解，对任一类型的全息图进行编码并将反射全息图转换成透射全息图以及将透射全息图转换成反射全息图的技术在本领域中众所周知的，此处无需重复。

发明内容

本公开的波导的实施例可包含：衬底，其包括摄影介质；及干涉图案，其在所述摄影介质中编码，所述干涉图案限定所述衬底中的衬底位点阵列。干涉图案配置成沿着光传播路径传播光，所述光传播路径从所述衬底的第一侧上的光位置朝向所述衬底的第二侧延伸。所述光传播路径包括多组光传播路径，它们延伸穿过同一衬底位点和同一光位置，其中每一组光传播路径配置成在所述衬底的所述第二侧上大体上沿唯一方向延伸并且从所述同一衬底位点汇聚到所述衬底的所述第一侧上的所述同一光位置，所述唯一方向通过每一组光传播路径中的主光线传播路径的角度方向确定。因而，衬底位点阵列配置成根据四维光场坐标系传播光，所述四维光场坐标系包括由所述衬底位点的位置限定的空间坐标和由每个衬底位点的多组光传播路径的唯一方向限定的角坐标。

在实施例中，光场编码为摄影介质的干涉图案。当适当地被照亮时，干涉图案将光衍射成原始光场的再现，并且其中的物体似乎仍然存在，从而展现出视差和透视等视觉深度线索，这些视觉深度线索随观察者的相对位置的任何变化而真实地改变。包含摄影乳胶的摄影介质可包含重铬酸盐明胶、光刻胶、光热塑塑料、光敏聚合物和光折变物等等。

在另一实施例中，波导阵列可包含：衬底，其包括摄影介质；干涉图案，其在所述摄影介质中编码，所述干涉图案限定所述衬底中的衬底位点阵列，每个衬底位点包括多个衬底子位点；以及光学元件，所述光学元件限定各自对应于相应衬底位点的光学元件位点的阵列，每个光学元件位点包括多个光学元件子位点位置。干涉图案配置成沿着光传播路径传播光，所述光传播路径延伸穿过每个衬底位点的所述衬底子位点到相应光学元件位点的光学元件子位点位置，其中所述光传播路径包括多组延伸穿过同一光学元件位点和对应衬底位点的同一衬底子位点的光传播路径。每一组光传播路径大体上沿唯一方向远离衬底从光学元件延伸，并且从所述同一光学元件位点的不同光学元件子位点位置汇聚到所述对应衬底位点的所述同一衬底子位点，所述唯一方向通过每一组光传播路径中的主光线传播路径的角度方向确定。因而，光学元件位点阵列配置成根据四维光场坐标系传播光，所述四维光场坐标系包括由光学位点的位置限定的空间坐标和由每个光学位点的多组光传播路径的唯一方向限定的角坐标。

附图说明

图1是全息微透镜阵列(“HLA”)位点的图示；

图2是对应HLA和照明源阵列(“ISA”)位点的图示；

图3是HLA和ISA位点的坐标系的图示；

图4是HLA和ISA位点的另一坐标系的图示；

图5是HLA和ISA位点的几何结构的图示；

图6是HLA和ISA位点的坐标系的图示；

图7是ISA子位点位置的主光线角的图示；

图8是HLA子位点位置的主光线传播路径的图示；

图9是一个ISA子位点位置和多个HLA子位点位置的共同输入参考光束角的图示；

图10是一个ISA子位点位置和多个HLA子位点位置的物体光束角的图示；

图11A和B是参考光束角和物体光束角的图示；

图12是三维中的参考光束角和物体光束角的透视图示；

图13是本公开的干涉图案的示例性编码参数的图示；

图14是本公开的对干涉图案进行编码的第一实施例的图示；

图15是本公开的对干涉图案进行编码的第二实施例的图示；

图16是本公开的对干涉图案进行编码的第三实施例的图示；

图17是直接HLA编码假设的图示；

图18是光线在ISA子位点位置处的汇聚的图示；

图19是虚拟HLA元件处的正确汇聚的图示；

图20是未校正虚拟HLA播放的图示；

图21是所要虚拟HLA播放的图示；

图22是衍射光学元件(“DOE”)校正的图示；

图23是DOE校正后虚拟HLA播放的图示；

图24是虚拟HLA平面处的编码的图示；

图25是ISA参考光束编码的图示；

图26是ISA照明源重构的图示；

图27是DOE位点的实施例的图示；

图28是大型ISA位点的编码考虑因素的图示；以及

图29是多元件DOE HLA光学系统的图示。

具体实施方式

根据本公开的一方面的原理的实施例可包含两个不同平面——全息微透镜阵列(本文中称为“HLA”)，其可包含在摄影介质中编码且限定许多不同全息元件的干涉图案；及照明源阵列(本文中称为“ISA”)，其可定位在HLA下方。HLA元件可分别在HLA子位点位置处划分成NxM个子位点。本公开的一方面描述用于这些子位点的编码，因此HLA元件大体上用作透镜阵列。根据本公开的另一方面的原理的实施例可包含编码干涉图案，所述干涉图案配置成类似于ISA将光引导到具有类似于HLA子位点的光学元件子位点的光学元件。

转向示出HLA 100的实施例的图1，HLA 100可包含多个HLA元件102，每个HLA元件包括进行编码以大体上重新产生理论上完美的透镜的特性的单独数字全息图。这些全息图可具有一种以数字方式构造的光学轮廓，其功能不受与显微光学元件相关的限制。

转向示出ISA 200的实施例的图2，ISA包含将光引导到HLA位点102上的对应位置的多个光源。

在实施例中，HLA和ISA平面分别细分成多个位置，称为位点。在实施例中，每个位点可独立地编码。HLA和ISA位点可具有规则、不规则或重叠的构型。图1示出HLA位点102的图。

在实施例中，HLA和ISA位点可以包装规则的矩形，其中ISA位点之间具有重叠区域，如图2所示。应了解，可以使用且本公开中预期了根据本文中所公开的原理的其它设计。

每个显示器的HLA和ISA位点的所要数量限定了显示器的可视分辨率和每个物理位点的大小，通过以下限定：

I_W＝H_W*(1+O_X)，I_H＝H_H*(1+O_Y)

其中H_WH和I_WH分别是每个HLA和ISA位点的物理宽度和高度测量值，D_WH是整个显示表面的总宽度和高度，DN_XY是在相对于整体HLA显示表面的竖直和水平维度中单独HLA位点的总数，且O_XY是考虑到每个ISA区域可能大于其对应的HLA区域的事实而存在的重叠因数。这些参数在图1和2中示出。对于非零O_XY，位于ISA的重叠区域内的照明源可能不仅作用于它正上方的HLA，还作用于至少一个相邻HLA。

不规则构型可以利用更高级的计算来确定。

将含有共中心的HLA和ISA位点对的位置放在正则坐标系内，此正则坐标系可以以x方向上的变量i和y方向上的j作索引：

HLA H_ij＜＝＞ISA I_ij

如图3所示，原点i，j＝0，0位于显示器的中心处。i和j的值的范围是

为简单起见，HLA H_ij和ISA I_ij对将统称为HI_ij。

H_ij&I_ij对＜＝＞H_ij

HI_ij位置中的每一个表示来自尺寸为D_W x D_H的整体显示系统内的单个光学元件300，包括对应的HLA和ISA位点。

D_W x D_H可在显示系统的整个表面上展现不同的W、H值，并且可以表示为索引位置的函数。

适当地考虑到偶数、奇数和非整数DN_XY值，其中HI₀₀不在HLA位点的中心处，HI_ij坐标可以通过考虑如图4中所示的HI′_ij来建立，其中HI′₀₀从显示表面上的左下方HLA位置开始并递增，使得

i′＝0→(DN_X-1)，j′＝0→(DN_Y-1)

这两个坐标系HI_ij和HI′_ij的索引通过简单的偏移而彼此相关：

适当地考虑到每个HLA光学中心，有可能参考显示器原点来计算每个HI_ij元件中心的精确位置。

HI_ijx_c＝i*HLA_W

HI_ijy_c＝j*HLA_H

考虑到全息透镜阵列坐标，坐标系中的每个HI_ij位点300现在可含有额外的子位点坐标系，此坐标系由x轴上的N个细分部和y轴上的M个细分部限定。换句话说，HI_ij位点300的ISA和HLA位点均细分成NxM个单独区域。为了完全地指定HI元件的一组坐标，使用以下符号：

HI_ijn_Hm_Hn_Im_I

此处，ij是HLA元件的ISA和HLA位点的索引，n_Hm_H表示HLA位点的HLA子位点的索引，而n_Im_I表示ISA位点的ISA子位点的索引。

如图5所示，通过使HI_ijHLA光学元件500的HLA位点502的宽度除以x轴上的N并使HLA位点502的高度除以y轴上的M来确定每个HLA子位点的大小。类似地，基于HI_ij HLA光学元件500的ISA位点504的宽度和高度来限定ISA子位点的大小。

每个HLA和ISA子位点可针对不同位点而展现不同的值，并且可表达为索引位置的函数。

HLA和ISA可具有不同尺寸，但是共享在每个HI_ijHLA光学元件的中心处的共同(0，0)点。n_Hm_Hn_Im_I子位点索引可以通过与上方ij HLA元件索引相同的方式来处理，使得

每个HI_ij处的HLA和ISA子位点共享相同的N x M坐标系，但是在中心轴线外部的平面之间可具有不同物理位置，其中n_I＝m_I＝n_H＝m_H＝0。

以长度为单位的特定HLA子位点的物理位置通过下式给出：

类似地，以长度为单位的特定ISA子位点的物理位置通过下式给出：

每个索引可以限定为整数或整数-.5。我们发现还可限定另一坐标系，其中(n_H，m_H)＝(0，0)不位于HLA子位点的中心处。此坐标系如图6所示，表示为HI′_ijn_Hm_Hn_Im_I，其中(0，0)在子位点的左下方拐角处。在这个坐标系中，子位点位置索引具有以下范围。

n′_H＝0→(N-1)，m′_H＝0→(M-1)

n′_I＝0→(N-1)，m′_I＝0→(M-1)

其中

应注意，上述所有内容都假设HLA和ISA位点的构型是均匀规则的，但是此类构型不应被理解为是必须的。应了解，本公开的原理可应用于HLA和ISA位点的其它构型，如本文所预期的。

平行的HLA平面702和ISA平面704之间的距离706表示为f。此参数设计成提供对每个HLA元件HI_ij的视场(“FOV”)和主光线角(“CRA”)的控制。CRA是将任何ISA子位点位置n_I，m_I连接到HLA元件H_ij的HLA位点的中心的光线，所述中心同等地用索引(n_H，m_H)＝(0，0)限定，如图7中所示。

每个HLA的最大全FOV角度通过以下确定：

在HLA位点的中心和ISA子位点位置之间形成的CRA半角是ISA子位点位置坐标

和参数f的函数。

应注意，对于由n_I，m_I限定的每个ISA子位点位置，存在不同CRA，如图8中所示，本图说明一组CRA角度，针对对应HLA位点H_ij的每个ISA子位点位置(n_I，m_I)示出一个CRA角度。对于(n_H，m_H)＝(0，0)，输入参考光束角等于输出物体光束角(假设其中在所形成的CRA角度、大小均匀的HLA子位点和大小均匀的ISA子位点中的每一个之间存在相等步长(step)的系统)。

CRA角度和HLA/ISA位点均可由更复杂的光学配置的不规则间隔或角度限定，并且应了解，本公开的原理可应用于这些配置，如本文所预期的。

在实施例中，每个单独的HLA位点H_ij编码如下：

A)对于每个ISA子位点位置

相关联的CRA限定中心光线，所述中心光线设置HLA位点H_ij的NxM个HLA子位点位置中的每一个的单个共同输入参考光束角，如图9中所示。换句话说，对于给定(n_I，m_I)，所有输入参考光束角都是相同的。

B)来自每个HLA子位点位置

的每个光线应该汇聚在ISA子位点位置

上，如图10中所示。这一组光线形成NxM个HLA子位点位置中的每一个的输出物体光束角。

C)ISA和HLA平面之间的每个光线的角度是ISA坐标

HLA坐标

和HLA和ISA平面之间的距离f的函数。

D)对于具有索引(n_I，m_I)的每个ISA子位点位置，将存在NxM个输出参考光束角。因为存在NxM个ISA子位点位置，所以每个HLA-ISA对需要N²xM²个输入参考-输出物体角度编码对。

E)具有DN_x x DN_y个HLA元件的整个显示器将需要对DN_x x DN_y x N²x M²个输入参考-输出物体角度对进行编码。

图11A和11B示出可具有坐标I_ij的同一ISA位点1106的两个不同ISA子位点位置1102和1104与可具有坐标H_ij的HLA位点1108的不同子位点位置的编码对。图12示出单个ISA子位点位置1206和单个HLA位点1204的编码对的三维视图。ISA子位点位置1206可具有由主光线传播路径1208限定的CRA。

在图13中提供实施例作为说明本公开的原理的实例A。在实例A中，要考虑的照明源假设可包含以下：

·拜耳RGB、非激光、漫射照明源平面

·用于HOE聚焦的漫射表面

·必须是可见的白色光

·观察者和照明源之间的透射元件

在实例A中，单个HOE编码超过了当前技术发展水平(SOTA)的HOE编码方法。SOTA过程限制包含：

·100um²的最小子位点编码大小

·每10度一个参考角

的最大值，其多路复用有效透射减小

(请确认假设)

·1/L有效透射(或更小)，其中L＝多路复用λ的数目

考虑到上文对HLA和ISA位点和子位点的结构关系及ISA位点中的多个ISA子位点位置的HLA位点的编码的论述，所属领域的普通技术人员将了解，本公开的方面的原理可以实施到波导。

在实施例中，本公开的波导可包含：衬底，其包括摄影介质；及干涉图案，其在摄影介质中编码，使得干涉图案限定衬底中的衬底位点阵列。在实施例中，干涉图案包括全息图，所述全息图进行编码以作为微透镜阵列引导光，由此形成全息微透镜阵列(“HLA”)，如上文所论述。HLA可包含细分成位点的平面，所述位点例如是上文所论述的位点Hij。HLA位点对应于衬底位点。此外，衬底的干涉图案可配置成沿着光传播路径传播光，所述光传播路径从衬底的第一侧(例如，HLA位点Hij)上的光位置(例如ISA子位点位置)朝向衬底的第二侧(例如，HLA位点Hij)延伸。上文在图10-12中示出光传播路径的实例。

在实施例中，光传播路径包含多组延伸穿过同一衬底位点(例如，图11A和11B中的HLA位点1108，或图12中的HLA位点1204)和同一光位置(例如，图11A和11B中的ISA子位点位置1102和1104或图12中的ISA子位点位置1206)的光传播路径，其中每一组光传播路径配置成在衬底的第二侧上大体上沿唯一方向延伸，如图10中所示，并且从所述同一衬底位点汇聚到衬底的第一侧上的所述同一光位置。如图10中所示，唯一方向通过每一组光传播路径中的主光线传播路径的角度方向确定。

在实施例中，如上文相对于图7-9所论述，主光线传播路径包括在ISA子位点位置中的一个和HLA的相应子位点的中心之间的光传播路径。每一组光传播路径的唯一方向通过相应主光线传播路径的主光线角(“CRA”)确定。因而，衬底位点阵列配置成根据包括空间坐标和角坐标的四维光场坐标系传播光，所述空间坐标由衬底位点(例如，图11A和11B中的HLA位点1108，或图12中的HLA位点1204)的位置限定，且所述角坐标由每个衬底位点位置的所述多组光传播路径的唯一方向(例如，CRA)限定。

在如图10-12所示的实施例中，对于ISA的第一位点的每个ISA子位点位置，干涉图案中HLA的对应位点以共同输入参考光束角或输出物体光束角编码，所述共同输入参考光束角通过每个ISA子位点位置的相应主光线传播路径的CRA确定，所述输出物体光束角通过从HLA的对应位点中的HLA子位点位置汇聚到ISA的第一位点的每个ISA子位点位置的光传播路径确定。

在实施例中，用于对HLA位点编码的编码方法假设对于每个N x M输入参考角，存在如上方论述中定义的相关联的N x M输出物体角，其中单个光束分成参考光束和物体光束，就像一般利用全息编码方法执行的那样。如图14所示，对于ISA的第一位点1402和HLA1404的对应位点，相应HLA子位点位置1406中的一个同时用单个相应ISA子位点位置1408的一对共同输入参考光束角1410和所述单个相应ISA子位点位置1408的输出物体光束角1412中的一个编码。

应了解，尽管本公开的图示，例如图14，可以说明来自下方的物体光束或参考光束的相对侧，由此表示反射全息图等等，但是所属领域的技术人员可易于了解，本文提供的图示仅意图展示本公开的原理，并不意图为限制性的。基于本公开中公开或展示的原理，所属领域的技术人员应易于了解，本公开中的实施例不必具有所说明的明确定向，并且本公开的编码方法可以使用实现透射、立体(volume)、边光(edge lit)、光栅、衍射、折射、等等的相同/类似侧、边缘、离轴实施例实施。

所属领域的技术人员将理解编码光敏聚合物所涉及的额外光学器件、电机控制系统和光子，如本公开中所提到。

图14的编码方法可包含本领域中已知的用于反射、透射和/或立体全息光敏聚合物介质等等的相关联硬件，并且在输入和输出光线之间存在一对一映射时提供最具柔性但也是最耗时的光学数字编码配置。

在这一系统中，引导参考和物体光束，以便以通过

确定的角度照射给定HLA子位点位置，光斑大小为H_Wijnm,H_Hijnm，其中光束和/或光学器件围绕轴线旋转，如上述的图中所描绘，但不限于此。

但是，给定示例性1.731x 1.731mm²的HLA元件大小，上述SOTA限制将实现在每颜色33％透射率及约289(17²)个已编码HLA子位点的情况下每波长具有单个参考光束。

相比而言，实例A提供27x 40.5um子位点编码大小以及2,741.3(64.125x42.75)个已编码HLA子位点。

此外，每个HLA子位点可配置成为N x M个参考角中的每一个提供唯一输出角。但是，SOTA只提供最多36(6²)个参考角，代价是1/36有效透射乘以1/3多路复用RGB透射减小量，从而对于所需编码信息的一部分，每个观察到的子位点只具有大致1％的透射照明。

或者，对于更高效的编码方法，可以通过制造产生HLA编码所要效果的偏移光学系统同时对多个HLA或ISA子位点位置进行编码。由于编码系统的功能性，这可以以两种不同方式中的一种来执行。

在实施例中，如图15中所示，针对ISA子位点位置1506的每个可能

利用共同输入参考光束角1512和相应的多个输出物体光束角1510对HLA位点1502的多个HLA子位点位置1504进行编码。针对ISA位点1508中的其它ISA子位点位置1506重复这一操作。此方法可依赖于制造出的将光束适当地引导到每个HI_ijn_Hm_Hn_Im_I子位点位置的光学器件。针对由

限定和/或在光敏聚合物角度响应和/或编码系统最小子位点大小的情况下可能的NxM个ISA子位点位置中的每一个，重复这一编码过程。此方法可通过具有将光学CRA与已编码CRA对准的定向的光学系统或者替代性的离轴光学路径来实施，其中光学器件保持与HLA平面平行，并且光线的定向使得它们从较大的入射光瞳内偏移，并且根据光学系统的焦点进行聚焦，所述光学系统产生与编码过程所需相同的光束转向，而无需与已汇聚光学器件(converged optics)相关联的梯形变形(keystoning)。

在实施例中，如图16中所示，HLA位点1604的HLA子位点位置1602中的一个同时用ISA位点1608的多个ISA子位点位置1606的多个共同输入参考光束角1610和相应多个ISA子位点位置1606的相应多个输出物体光束角1612来编码。针对具有对应的汇聚物体光束光线的其它HLA子位点位置1602，重复此过程。此方法可使用设计成在单个子位点位置汇聚的偏移光学器件来实施，其中形成的角度精确地重构在指定的HLA子位点位置、ISA n_H、m_H子位点位置之间形成的所需角度以及限定所要HLA子位点FOV的所需参考角。仅出于示例性目的，此处将光学元件展示为折叠的。参考光束角可进一步受光敏聚合物响应限定或限制。

应了解，尽管本公开的图示，例如图15和16，可以说明来自下方的物体光束或参考光束的相对侧，由此表示反射全息图等等，但是所属领域的技术人员可易于了解，本文提供的图示仅意图展示本公开的原理，并不意图为限制性的。基于本公开中公开或展示的原理，所属领域的技术人员应易于了解，本公开中的实施例不必具有所说明的明确定向，并且本公开的编码方法可以使用实现透射、立体、边光、光栅、衍射、折射、等等的相同/类似侧、边缘、离轴实施例实施。

利用实际的光学器件而不是所描述的图14的穷举(brute-force)方法不仅将编码过程的准确性限于运动控制硬件的准确性，而且还限于光学系统本身的准确性。然而，穷举方法涉及到高达N²x M²个编码曝光，而图15和16中的偏移光学器件方法都只涉及N x M个编码曝光，因为每次曝光时输入和输出角度都是成对的。在图15中，所有HLA子位点针对每个CRA同时编码，且在图16中，所有角度针对每个HLA子位点同时编码。

这些实施例中的每一个提供到适当透射和/或立体全息图的转换以产生预期光学器件效果。

上方编码方法可受光敏聚合物中编码位点的最大密度限制。

虚拟HLA编码：

另外，有可能通过针对虚拟平面进行编码将ISA和HLA平面解耦。这可以考虑到HLA或ISA平面，并且下面的公开内容将集中于虚拟HLA平面和物理ISA编码过程，这仅用于示例性目的。

在先前论述中，假设同时针对输入和输出角度对HLA位点编码，由此形成对N²x M²个HLA子位点位置进行编码的要求。

然而，这假设对于每个H_ijn_Hm_Hn_Im_IHLA子位点位置，输入参考光线汇聚，并且输出物体光线成对从HI_ijn_Hm_Hn_Im_I坐标对衍射，如图17中所示。

当针对所有子位点位置重复时，这形成每个光学元件所需要的所有H_ijn_Hm_Hn_Im_I输入参考角和输出物体角。然而，这个的不利之处在于每个HLA子位点都需要N²x M²个编码角度，这因为需要多个参考光束角而使复制过程复杂化。直接编码是最直接的方法，因为这一平面是光学元件所需的汇聚点，几乎可以直接取代其它任何形式的光学元件。

但是，当从给定的H_ijn_Im_I坐标跟踪从ISA平面到HLA平面的汇聚光线时，由CRA限定的所需输入参考角可以被视为相同的平行光线，而不是如图18所示的不同的汇聚和衍射光线，图18示出对于与图17所示相同但是现在在ISA平面上汇聚的n、m坐标，经过优化的输入参考光线现在都被视为虚拟HLA平面上的平行光线，而不是汇聚和衍射光线。

因此，可以简化编码过程，以允许单个参考光束角针对在虚拟HLA平面上进行适当汇聚所需要的必要角度进行编码。

示例编码方法

如果针对ISA平面处的目的地汇聚位置进行编码，那么有可能仅使用单个参考光束定向和偏移光学器件在所需的HLA子位点位置处汇聚光线，以形成虚拟HLA平面。

另外应注意，每个ISA位点可展现更大的I_Wijnm，I_Hijnm子位点物理大小，如果给定OXOY过扫描(over-scan)值1，1，那么它是对应的坐标位置H_Wijnm，H_Hijnm。给定在图13中提供的示例值，每个ISA子位点是大致54x81um，而HLA子位点大小是27x 40.5um。利用ISA平面上的虚拟HLA编码方法，SOTA编码技术几乎可以产生所要的编码密度。

利用此方法，有可能如图19所示的那样准确地在HLA平面处形成所有汇聚光线，但是播放时将不再衍射到正确的

输入参考角，因为当光线准确地汇聚在HLA平面上时，它们是不受约束的，且不再衍射，如图20所示。

对于某些应用，图20中突出显示的上述未校正结果可能已足够，并且考虑到可能发生的视觉畸变，可以利用起源图像源对其进行补偿。

但是，对于大多数应用，希望密切维持由HI_ijn_Hm_Hn_Im_I形成的准确角度，以确保保持适当的观察图像质量，如图21中所示。

为了在不增加N² x M²个已编码HLA校正角的情况下实现这一点，可以添加一个光学元件，例如透镜或相对简单的衍射光学元件(“DOE”)，其在整个光学表面上展现多个角方差，以便更准确地将光线衍射到HLA平面以外的所要角度。这些DOE的制造可以通过本领域中已知的数种不同DOE制造方法来进行。应了解，尽管本文中的实施例可以参考DOE来论述，但是应了解，本公开设想了其中DOE可以被透镜等其它光学元件替代以实现相同光学效果的实施例。

使用这一最简单的方法，DOE具有为虚拟N x M个HLA子位点位置中的每一个规定的衍射值。每个H_ijn_Hm_H子位点位置同时校正来自ISAI_ij的所有N x M个输出物体角。

对于每个H_ijn_Hm_H子位点位置构造的单个

校正值，

φ衍射元件针对所有n_Im_I位置实现几乎均匀的

输入参考角。虽然这种简单化的方法(每个子位点位置只有单个衍射值)无法校正在规定的光学要求内设想的每个角度，但通过该方法获得的准确性显著提高到了更理想的状态。

对于要校正的给定所要

每子位点位置应用的校正可以通过所产生的角度来形成，所述角度分别等分了在±(n_Im_I)和从n_Im_I到-n_I-m_I的n_Hm_H之间形成的角度，其中关于每个虚拟n_Hm_H子位点位置计算的校正光学处方为

其中

φ′表示在针对产生于所述两个光学元件之间的所得角度进行计算时将应用于每个限定的

的校正角度，且校正应用于每个H_ijn_Hm_H子位点，并且产生的所得衍射角度是

φ″并通过下式计算

在整个讨论中，基于一个规范化系统，通常更容易提到每个±(n_HIm_HI)位置，其中

n″_H＝-1→1，m″_H＝-1→1

n″_I＝-1→1，m″_I＝-1→1

以及

一般来说，选择一个位于给定

上的最大和最小位置中间的DOE校正目标会使得在0和最大角度处补偿的负面影响最小，而n″_H＝0，m″_H＝0处的DOE校正将在垂直于光学元件表面时观察到的角度下产生最准确的结果，但当n″_H＝±1，m″_H＝±1时偏离处方越远，反之亦然。当n″_H＝±.5，m″_H＝±.5时，所应用的校正在整个

范围内大体上是最能接受的。这并不总是预期的结果，并且会因明确的应用而有所不同，可根据需要应用校正因数的任何组合。

为了帮助进一步阐明这些校正，鉴于本DOE设计的特定复杂性，给定0→(N-1)，0→(M-1)中所有H_ijn′_Hm′_H在指定的单个I_ijn_Im_I位置对n″_H＝±.5，m″_H＝±.5进行的针对性校正，下表有助于阐明原本会产生的未校正的

角度、上述HLA公开中设想的“完美”透镜处方、每H_ijn_Hm_H子位点位置的

DOE校正因数，以及考虑到单个子位点校正元件而形成的已校正角度。

图22是示例性表格，用于帮助展示将在产生ISA平面的HOE(例如，编码有干涉图案的摄影介质)时形成的未校正的虚拟HLA角度、规定为完美透镜的角度、应用于每个子位点位置的DOE校正因数，以及在应用DOE校正时形成的所得角度。希望很清楚的是，尽管这些角度并不完美，但即使只应用单个校正处方，这些角度也接近理想目标。以上所有值都应视为只是示例性的，因为每个具体应用需要不同的考虑。考虑并求解图13中阐明的值，以用于n″_H＝±.5的目标DOE校正，这些值表示ISA平面n′_I＝48，并产生图22中的以下数据矩阵

图23是示出利用虚拟HLA平面处的DOE校正元件进行校正后的虚拟HLA播放的图。在每个n、m虚拟HLA子位点位置仅具有单个DOE校正光学值的情况下，有可能将虚拟HLA近似校正到HI_ijn_Hm_Hn_Im_I规定的准确角度。在与图20中所示的未校正的虚拟HLA光线相比时，形成已校正

的光线展示出了形成由系统的CRA

限定的平行光线的准确性显著增加，并且非常接近图21中所示的系统的光学处方。

在实施例中，图23中所示的校正可以用编码成引导光的干涉图案以及配置成引导光的光学元件实施，所述干涉图案类似于参考图8至12论述的ISA，所述光学元件类似于参考图8-12论述的HLA。在实施例中，干涉图案可限定衬底中类似于参考图1-12论述的ISA位点的衬底位点的阵列，每个衬底位点包括多个衬底子位点(类似于ISA子位点)。光学元件可限定类似于参考图1-12论述的HLA位点的光学元件位点的阵列，每个光学元件位点对应于相应衬底位点，每个光学元件位点包括多个光学元件子位点位置(类似于HLA子位点位置)。光学元件和干涉图案配置成使得延伸穿过同一光学元件位点和对应衬底位点的同一衬底子位点的每一组光传播路径大体上在唯一方向上从光学元件远离衬底延伸，并且从所述同一光学元件位点的不同光学元件子位点位置汇聚到所述对应衬底位点的所述同一衬底子位点，所述唯一方向通过每一组光传播路径中的主光线传播路径的角度方向确定。

图24是ISA位点2402的编码方法的实施例的图示，其中ISA位点2402的n_I子位点位置基于由ISA子位点位置限定的所要CRA角度利用来自下方的参考光束和斜置准直光线的物体光束进行编码。参考光学器件可以展现也可以不展现角度，并且可以包含也可以不包含偏移编码光线。

如先前所论述，应了解，尽管本公开的图示，例如图23和24，可以说明来自下方的物体光束或参考光束的相对侧，由此表示反射全息图等等，但是所属领域的技术人员可易于了解，本文提供的图示仅意图展示本公开的原理，并不意图为限制性的。基于本公开中公开或展示的原理，所属领域的技术人员应易于了解，本公开中的实施例不必具有所说明的明确定向，并且本公开的编码方法可以使用实现透射、立体、边光、光栅、衍射、折射、等等的相同/类似侧、边缘、离轴实施例实施。

使用这种编码方法，机械和光学过程要简单得多，其中物体光束(现在位于HLA平面上方)仅依赖于一个元件，基于CRA并利用平行光线在所要ISA平面上准确地聚焦和汇聚光线，所述平行光线可以填充光学元件的入射光瞳，以便产生规定的所需角度。光学器件不一定需要移动，但准直光束可以准确定向，以满足CRA要求的角度。参考光束光学器件(现在在ISA平面下方)简单得多，且不一定需要以任何特定方式倾斜，因为这些位置现在表示作为漫射照明表面的照明平面。依据编码系统的特性，这些光束可以偏移、垂直和/或倾斜。

考虑到用于播放的照明表面，有可能产生一组模拟指定光源的行为的发散光线。在一个实施例中，当光线通过汇聚光学组合件的焦点并产生受限于全息光学元件子位点H_Wijnm,I_Hijnm的一系列照明角度时，编码参考光学器件(或所有先前公开内容的物体光束)可有意产生一系列角度，如图25所描绘。如在本公开的其它地方所论述，全息光学元件可包含衬底，所述衬底包括编码有干涉图案的摄影介质，并且在图25的实施例中，所编码的干涉图案包含具有子位点2504的衬底位点2502。

在具有给定照明源2602的显示器上，已编码角度现在将准确地重构已编码物体光束，而不需要如图26所示的激光照明源。

依据照明像素的轮廓，包含其它光学配置，并且这些光学配置可包含多个较小元件、不同焦距、光圈、偏移和/或各种其它光学重新配置，以便准确地降低对准直光线的要求，从而适当地使用HOE元件。

另外，可以在照明源处利用其它DOE元件，以便更准确地从不相干/非准直照明源产生近准直的光线。例如，可以利用微菲涅耳(micro-Fresnel)或相息(kinoform)元件。

有可能将每个DOE子位点位置划分成d_x、d_y个细分部。这用于通过基于n_Hm_H坐标的附加函数修改上述DOE校正数学和/或在虚拟HLA平面之前或之后添加额外的DOE光学元件，以进一步提高准确性，使其更接近原始光学处方。

假设虚拟HLA光斑大小小于HLA子位点自身，还可以利用d_x、d_y细分校正方法，其中单个DOE元件偏移在虚拟HLA平面以下或之上。有了这个偏移，就有可能在所要HLA平面处对尚未汇聚(在下方)或刚刚超出汇聚范围(上方)的光线进行衍射，产生现在分布在H_ijn_Hm_H子位点位置内的更大空间分布上的光线，并通过只具有单元件或多元件DOE平面的已编码d_x、d_y细分部提供额外的控制。

最直接的方法是将HOE放置在虚拟HLA平面上方以处理潜在的衍射错误，其中所得细分部可表达为

HI_ijn_Hm_Hd_xd_y

其中每个d_x、d_y坐标表示每个nH、mH子位点的局部坐标系，从而产生大致是来自虚拟HLA平面的汇聚光线刚开始与邻近的子位点光线相交的位置的偏移位置，如图27中所描绘。图27示出示例性多元件DOE校正元件，其中第一元件2702和第二元件2704相隔距离H_D，展示了Ox、Oy第二元件DOE细分部在所述距离处共址，其中每n_H光线在邻近的子位点位置之间汇聚。还示出了第二元件DOE的替代性位置2706。

利用与以单个DOE校正处方执行的类似的考虑，相同的逻辑可适用于上述的多元件设计，其中可通过添加d_x、d_y子位点位置来优化额外的校正。

其它校正机会包含基于最新的SOTA角度复用方法，将每个虚拟H_ijn_Hm_H子位点位置全息编码为细分的出口角。以此方式，可以基于入口角(如从ISA平面到DOE元件所限定)改变校正应用，并基于进入角应用不同的校正。这可以作为单个元件与DOE元件一起执行，或作为不同的多元件光学设计来执行。

ISA＞HLA区域考虑因素

此外，还应注意，当对大于HLA区域的ISA区域进行编码时，编码ISA HOE的复杂性更高。在此情况下，一些照明平面子位点将同时作用于超过一个HLA。例如，如果ISA重叠因数仅在一个轴上不为零(例如，OX＝1且OY＝0)，那么每个ISA源将作用于两个不同的HLA元件。对于此实例，更具体地说，对于任何一个HLA位点H_ij，必须同时进行ISA I_ij编码，其中1)所有子位点都有作用于H_ij的输出，2)负的n_I子位点作用于负X方向上的相邻者，以及3)正的n_I子位点作用于正X方向上的相邻者。此示例布置的编码过程将需要三个不同的相干光源和透镜源。图28中的图展示了三个平面HLA透镜，其中考虑到了O_X＝1过扫描。

有许多方法来适应这个元件，其中最直接的是透镜的倍增，如图14-16所示，以便计算参与最终ISA子位点编码区域的HLA透镜的数目。此外，这还需要将多个光束分成不同的光学区域，以便在每个n、m子位点的整个编码过程中分别容纳每个透镜所需的CRA。

类似地，当在两个维度(OX＝1和OY＝1)中存在重叠时，如果编码这些过扫描区域，那么可能需要同时使用多达9个单独的透镜，因为每个子位点可能作用于9个真实或虚拟的HLA子位点位置。

仅有衍射元件的光学系统设计

虽然编码HOE有某些优点，但用单元件或多元件衍射光学器件阵列设计所规定的光学系统设计是可能的。

衍射光学元件(DOE)具有利用已充分建立和完善的制造方法的优势。这些元件，例如多层相控波带板(PZP)，可以在厚度小于1mm的薄板中制造，并且这些元件的多个平面可用于产生透镜功能。图29中的图示说明了这样一个设计的光线轨迹，该设计包含三个衍射光学元件，其中每个元件和每个子位点位置分别具有唯一的衍射特性。

另外，DOE系统还可以考虑到虚拟HLA来制造，或者制造成ISA平面处具有衍射光学器件。

由于DOE元件引入了较大的负色差，所以DOE元件通常会发生整体成像质量的下降。这可以通过使用折射和衍射元件之间的混合实现透镜功能来解决。一个简单的折射透镜可以附接到薄的DOE元件上，使得DOE的较大负色差被透镜的正色差补偿。这种混合组合可以减少畸变，并在整个图像平面上产生更均匀的点扩散函数(PSV)，从而提高单个简单透镜的离轴性能。

额外考虑因素：

已考虑其它选择方案来降低所需的HOE分辨率要求，包含：

·复用每个子位点以形成类似于拜耳图案的具有不同编码波长的图案；

·将多个HOE层合在一起以从较大的整体全息像素形成一个更复杂的光学系统；以及

·只需暂时放弃复制透镜光圈特性的概念，并且为每个照明像素提供独立的输入参考角和输出物体角，但会导致可视照明显著降低。

考虑到光敏聚合物的局限性，为了限制透射损耗，理想的做法是将每个子位点进一步划分为一系列额外的N x M个子位点(或依据已复用或移除的变量，更大或更小的某个值)，每个子位点都展现出单个、一系列和/或复用的RGB特征。

在最简单的形式中，将每个子位点划分为N x M个“子子位点”，每个子子位点仅具有单个输入参考角和输出物体角，它们分别编码(代价是更低的可视透射率，因为每个子位点现在只展现先前设想的总照明的1/(N xM))，并且只编码有单一彩色(RGB的重复图案，其中每个子位点的角度编码分辨率分别具有1/3的损耗，或某一其它类似图案，或者针对RGB进行多路复用)，每个所得子子编码位点现在大致为(27.4um/60x 41.1um/40).456um x1.0275um。

替代方案：

考虑到输入参考角理想情况下应为单光束(相比于N x M)，且单个参考光束可能产生复杂的输出角，因此有可能直接对ISA平面与HLA板进行编码以形成虚拟HOE平面。

如果此方法在一些实施例中更合理，那么可以包含额外的考虑因素。

1.通过上面建议的类似过程，我们不直接对输入参考进行编码，而是直接对ISA坐标进行编码。

2.尽管照明源不是天然准直的，其具有简单的衍射元件(例如相息等等)和/或针孔掩模阵列，和/或其中使用适当的折射匹配粘合剂和/或材料将HOE直接放置在ISA表面上尽可能靠近照明平面，但是每个ISA位点可以产生近准直的照明源。以上所有论述也可以探讨这一点。

3.现在，输入参考光束来自单个角度(理想情况下垂直于HOE表面的法线，或由衍射光学元件补偿的另一方向)，物体光束利用一系列光学元件将光束展开并聚焦到与参考光束相同的ISA坐标。

4.形成物体光束以匹配：

a.在与ISA编码位点相隔虚拟f距离处的HLA光学元件w x h大小

b.适当地倾斜，使得CRA通过分别与虚拟HLA中心和ISA已编码坐标相交的光线

c.综合考虑了适当的光圈和焦距，使得在ISA处汇聚的光线适当地匹配上文提供的图。

d.何时被视为反射(或另一)全息图。

注意：ISA w x h现在可能需要匹配HLA，或者HLA可能在虚拟坐标系中更大(大得多)。这可能不是问题，并且指定的ISA重叠区域可能具有多个编码角度，这些角度可偏移某一量，或者大于10°。

或者，通过掩蔽物体光束的部分，每个ISA子位点编码有每次曝光的部分覆盖，使得来自整个光束的“饼状”片段仅聚焦在HOE处，并提供总透镜的一部分。在当前实施例中，HLA和ISA之间分别存在200％的重叠，使每个ISA坐标具有多达四个共享HLA。这会导致四分之一的干涉图案暴露以维持这种关系，使用这种方法或分段和多路复用的某种组合，这是有可能发生的。

既然所有的光线都通过HLA坐标系(当被视为透射/立体或类似的复制全息图时)，挑战就可能是光线不再像最初设想的那样通过参考光束和相关联的衍射物体光束的编码模式进行准直，从照明源发出的光线将通过虚拟HLA平面，并继续在空间中移动，而无需根据需要进一步改变角度，以适当地观察每个HLA子位点。根据理想观察距离和子位点FOV，这可能是一个大问题，也可能不是一个大问题(目前认为这会损害可视图像质量)。

但是，在虚拟HLA平面的位置处或附近添加第二(或更多)HOE能够对通过这些虚拟HLA子位点坐标中的每一个的光线的校正性动作进行编码。

虚拟HLA处的每个坐标现在都有来自所有ISA子位点的光线的汇聚部分。现在可以设计添加衍射元件(例如，相息、光栅、菲涅耳阵列等)来校正来自每个HLA子位点的CRA，其中可以计算和校正来自ISA光线束集合的中心光线，以便满足所要HLA规范。

以此方式，另外还有可能形成简单的数字全息像素，以使用上文阐明的同一方法执行这一校正，其中来自物体光束(现在它的位置与先前的参考光束颠倒)的CRA形成为匹配所需的校正因子，以便通过根据给定参考光束情况下的最理想配置改变焦距、光圈、位置和旋转角度，将不正确发散的光线衍射到正确定向。

在本公开中设想了其它方法：

·将原版HOE编码为边光全息图，并且在整个复制过程中包含此照明源作为最终显示器中的一个元件

·通过将复制平面从HLA位置(或原始放置位置，取决于所实施的配置)偏移到ISA平面(或替代平面)，将原版从反射/立体/透射转换为透射/反射/立体全息图，以便在原版和各种复制品之间进行转换

·将原版或复制品从反射/立体/透射全息图转换为反射或透射边光全息图，以便能够使用基于编码过程优化和控制的激光照明源观察已编码光学特性，从而在不使用白色光的情况下提供更高质量的HOE。

虽然上面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，且不具有限制性。因此，本公开的广度和范围不应受到上文所描述的示例性实施例中的任一者限制，而是应该仅根据由本公开发布的权利要求书和其等同物来定义。此外，上文优点及特征在所描述实施例中提供，且不应将此类所发布权利要求的应用限于实现上文优点中的任一个或全部的过程及结构。

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使用不超过常规的实验来确定本文中所描述的具体方法的许多等同物。此类等同物被视为处于本公开的范围内并且被权利要求书涵盖。

另外，本文中的章节标题是出于与依据37CFR 1.77的建议一致而提供，或以其它方式提供组织性提示。这些标题不应限制或特征化可以从本公开发布的任何权利要求中所阐述的发明。确切地说且作为实例，虽然标题提及“技术领域”，但此类权利要求不应受到此标题下描述所谓技术领域的语言限制。此外，“背景技术”部分中对技术的描述不应理解为承认技术是本公开中的任何发明的现有技术。“发明内容”也不应视为所发布权利要求中阐述的发明的特征。此外，本公开中以单数形式对“发明”的任何参考不应用于争论在本公开中仅存在单个新颖性点。多项发明可根据从本公开发布的多个权利要求的限制来阐述，且此类权利要求相应地限定由此保护的发明和其等同物。在所有情况下，此类权利要求的范围应鉴于本公开而基于其自有优点加以考虑，而不应受到本文中阐述的标题约束。

使用词语“一”在结合术语“包括”用在权利要求书和/或说明书中时可指“一个”，而且其还符合“一个或多个”、“至少一个”及“一个或超过一个”的含义。尽管本公开支持提及单独替代物和“和/或”的定义，但是除非明确指示提及单独替代物或替代物相互排斥，否则权利要求书中使用的术语“或(or)”用于指“和/或(and/or)”。在整个本申请中，术语“约”用于指示一个值包括用于确定所述值的装置、方法的误差的固有变化，或在研究受试者间存在的变化。总的来说但符合前文论述，本文中由“约”等近似词语修饰的数值可由所陈述的值变化至少±1、2、3、4、5、6、7、10、12或15％。

如本说明书和权利要求书中所用，词语“包括”(和包括(comprising)的任何形式，例如“comprise”和“comprises”)、“具有”(和具有(having)的任何形式，例如“have”和“has”)、“包含”(和包含(including)的任何形式，例如“includes”和“include”)或“含有”(和含有(containing)的任何形式，例如“contains”和“contain”)是包含性或开放性的，且不排除其它未列出的要素或方法步骤。

例如“在…时”、“等同”、“在…期间”、“完全”等比较、测量和时序词语应理解为意指“大体上在…时”、“大体上等同”、“大体上在…期间”、“大体上完全”等，其中“大体上”意指此类比较、测量和时序可用来实现暗含地或明确地陈述的所要结果。“附近”、“接近于”和“邻近”等与元件的相对位置相关的词语应意指足够接近以对相应的系统元件交互具有实质效果。其它近似词语类似地指代某种条件，所述条件在如此修饰时被理解为未必是绝对或完善的，但会被视为足够接近以使所属领域的技术人员保证指定所存在的条件。描述可变化的程度将取决于可形成多大的变化，且仍使所属领域的普通技术人员将修改的特征辨识为仍具有未修改特征的所需特性和能力。

如本文所用的术语“或其组合”是指在所述术语前面的所列项目的所有排列和组合。例如，A、B、C或其组合旨在包含以下至少一个：A、B、C、AB、AC、BC或ABC，并且如果次序在特定情况下较重要，则还有BA、CA、CB、CBA、BCA、ACB、BAC或CAB。继续此实例，明确包含含有一个或多个项目或项的重复的组合，例如BB、AAA、AB、BBC、AAABCCCC、CBBAAA、CABABB等。本领域技术人员将了解，除非另外从上下文显而易见，否则通常不存在对任何组合中的项目或项的数目的限制。

本文中所公开和要求的所有组合物和/或方法都可以根据本公开在无不当实验的情况下制造和执行。尽管已在优选实施例方面描述了本公开的组合物和方法，但对于所属领域的技术人员来说显而易见的是，可在不脱离本公开的概念、精神和范围的情况下对组合物和/或方法以及在本文所描述的方法的步骤中或步骤序列中进行变化。对于所属领域的技术人员来说显而易见的所有此类类似取代和修改被视作属于所附权利要求书所限定的本公开的精神、范围和概念内。

Claims

1.一种波导，其包括

衬底，其包括摄影介质；以及

干涉图案，其在所述摄影介质中编码，所述干涉图案限定所述衬底中的衬底位点阵列；

其中所述干涉图案配置成沿着光传播路径传播光，所述光传播路径从所述衬底的第一侧上的光位置朝向所述衬底的第二侧延伸；

其中所述光传播路径包括多组光传播路径，所述光传播路径延伸穿过同一衬底位点和同一光位置，其中每一组光传播路径配置成在所述衬底的所述第二侧上大体上沿唯一方向延伸并且从所述同一衬底位点汇聚到所述衬底的所述第一侧上的所述同一光位置，所述唯一方向通过每一组光传播路径中的主光线传播路径的角度方向确定；

借此，所述衬底位点阵列配置成根据四维光场坐标系传播光，所述四维光场坐标系包括由所述衬底位点的位置限定的空间坐标和由每个衬底位点的所述多组光传播路径的所述唯一方向限定的角坐标。

2.根据权利要求1所述的波导，其中所述摄影介质包括选自由以下组成的组的至少一个材料：摄影乳胶、重铬酸盐明胶、光刻胶、光热塑塑料、光敏聚合物和光折变物。

3.根据权利要求1所述的波导，其中所述干涉图案包括全息图，所述全息图进行编码以作为微透镜阵列引导光，由此形成全息微透镜阵列(“HLA”)。

4.根据权利要求3所述的波导，其中所述全息图包括反射全息图。

5.根据权利要求3所述的波导，其中所述全息图包括透射全息图。

6.根据权利要求3所述的波导，其中所述HLA包括细分成位点的平面，并且所述衬底位点对应于所述HLA的所述位点。

7.根据权利要求6所述的波导，其中所述HLA的所述位点各自配置成作为微透镜引导光。

8.一种全息能量引导系统，所述系统包括根据权利要求1所述的波导和照明源阵列(“ISA”)，所述照明源阵列配置成在所述衬底的所述第一侧上的所述光位置处提供照明。

9.根据权利要求8所述的全息能量引导系统，其中所述ISA包括在所述衬底的所述第一侧上的所述光位置处的多个光源。

10.根据权利要求8所述的全息能量引导系统，其中所述ISA限定细分成位点的平面，并且所述ISA的所述位点分别对应于所述HLA的至少一个相应位点，且分别包括对应于所述衬底的所述第一侧上的所述光位置的多个ISA子位点位置。

11.根据权利要求10所述的全息能量引导系统，其中所述HLA和所述ISA的所述对应位点至少部分地重叠。

12.根据权利要求10所述的全息能量引导系统，其中所述HLA和所述ISA的所述对应位点具有不同尺寸。

13.根据权利要求10所述的全息能量引导系统，其中所述HLA和所述ISA的所述对应位点共中心。

14.根据权利要求10所述的全息能量引导系统，其中所述主光线传播路径包括在所述ISA子位点位置中的一个和所述HLA的相应位点的中心之间的所述光传播路径。

15.根据权利要求14所述的全息能量引导系统，其中每一组光传播路径的所述唯一方向通过所述相应主光线传播路径的主光线角(“CRA”)确定。

16.根据权利要求15所述的全息能量引导系统，其中，对于所述ISA的第一位点的每个ISA子位点位置，所述干涉图案中所述HLA的对应位点以共同输入参考光束角编码，所述共同输入参考光束角通过每个ISA子位点位置的所述相应主光线传播路径的所述CRA确定。

17.根据权利要求15所述的全息能量引导系统，其中，对于所述ISA的第一位点的每个ISA子位点位置，所述干涉图案中所述HLA的对应位点以输出物体光束角编码，所述输出物体光束角通过从所述HLA的所述对应位点中的HLA子位点位置汇聚到所述ISA的所述第一位点的每个ISA子位点位置的光传播路径确定。

18.根据权利要求15所述的全息能量引导系统，其中，对于所述ISA的第一位点的每个ISA子位点位置，所述干涉图案中所述HLA的对应位点以共同输入参考光束角和输出物体光束角编码，所述共同输入参考光束角通过每个ISA子位点位置的所述相应主光线传播路径的所述CRA确定，所述输出物体光束角通过从所述HLA的所述对应位点中的HLA子位点位置汇聚到所述ISA的所述第一位点的每个ISA子位点位置的光传播路径确定。

19.根据权利要求1815所述的全息能量引导系统，其中，对于所述ISA的所述第一位点和所述HLA的所述对应位点，所述相应HLA子位点位置中的一个同时以单个相应ISA子位点位置的所述共同输入参考光束角和所述单个相应ISA子位点位置的所述输出物体光束角中的一个编码。

20.根据权利要求1815所述的全息能量引导系统，其中，对于所述ISA的所述第一位点和所述HLA的所述对应位点，多个所述相应HLA子位点位置同时以单个相应ISA子位点位置的所述共同输入参考光束角和所述单个相应ISA子位点位置的相应多个所述输出物体光束角编码。

21.根据权利要求1815所述的全息能量引导系统，其中，对于所述ISA的所述第一位点和所述HLA的所述对应位点，所述相应HLA子位点位置中的一个同时以相应多个ISA子位点位置的多个共同输入参考光束角和所述相应多个ISA子位点位置的相应多个所述输出物体光束角编码。

22.一种波导阵列，其包括

衬底，其包括摄影介质；

干涉图案，其在所述摄影介质中编码，所述干涉图案限定所述衬底中的衬底位点阵列，每个衬底位点包括多个衬底子位点；以及

光学元件，所述光学元件限定各自对应于相应衬底位点的光学元件位点的阵列，每个光学元件位点包括多个光学元件子位点位置；

其中所述干涉图案配置成沿着光传播路径传播光，所述光传播路径延伸穿过每个衬底位点的所述衬底子位点到相应光学元件位点的所述光学元件子位点位置，其中所述光传播路径包括多组延伸穿过同一光学元件位点和对应衬底位点的同一衬底子位点的光传播路径；

其中每一组光传播路径大体上沿唯一方向远离衬底从所述光学元件延伸，并且从所述同一光学元件位点的不同光学元件子位点位置汇聚到所述对应衬底位点的所述同一衬底子位点，所述唯一方向通过每一组光传播路径中的主光线传播路径的角度方向确定；

借此，所述光学元件位点阵列配置成根据四维光场坐标系传播光，所述四维光场坐标系包括由所述光学位点的位置限定的空间坐标和由每个光学位点的所述多组光传播路径的所述唯一方向限定的角坐标。

23.根据权利要求22所述的波导阵列，其中所述摄影介质包括选自由以下组成的组的至少一个材料：摄影乳胶、重铬酸盐明胶、光刻胶、光热塑塑料、光敏聚合物和光折变物。

24.根据权利要求22所述的波导阵列，其中所述光学元件包括位于所述光学元件位点处的微透镜阵列。

25.根据权利要求22所述的波导阵列，其中所述光学元件包括位于所述光学元件位点处的衍射光学元件阵列。

26.根据权利要求25所述的波导阵列，其中每个衍射光学元件根据透镜的功能传播光。

27.根据权利要求25所述的波导阵列，其中每个衍射光学元件细分成子位点位置阵列，其中每个子位点位置用于将从中穿过的光传播路径偏转一偏转角。

28.根据权利要求27所述的波导阵列，其中针对与所述衍射光学元件相关联的所有所述多组传播路径，选择每个子位点处的所述偏转角，使得入射到所述光学位点的所述第一侧上的每一组传播路径的光偏转成大体上唯一方向。

29.根据权利要求22所述的波导阵列，其中所述干涉图案包括反射全息图。

30.根据权利要求22所述的波导阵列，其中所述干涉图案包括透射全息图。

31.一种全息能量引导系统，所述系统包括根据权利要求22所述的波导阵列和配置成在每个衬底位点处提供照明的照明源阵列(“ISA”)。

32.根据权利要求31所述的全息能量引导系统，其中所述ISA包括在所述衬底位点附近的多个照明光源。

33.根据权利要求32所述的全息能量引导系统，其中每个干涉图案衬底位点进行编码，以沿着相应多组光传播路径引导来自对应光源的入射光的分布。

34.根据权利要求22所述的全息能量引导系统，其中光学层位点和所述对应衬底位点至少部分地重叠。

35.根据权利要求33所述的全息能量引导系统，其中光学层位点和所述对应衬底位点具有不同尺寸。

36.根据权利要求33所述的全息能量引导系统，其中所述ISA的光学层位点和所述对应衬底位点共中心。