CN112859563B - 用于全息能量引导系统的校准方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开用于全息能量引导系统的校准方法。全息能量引导系统可包含波导阵列和中继器元件。所公开的校准方法允许能量位置的映射和能量位置到四维全光系统中限定的能量角方向的映射。也能够补偿因所述波导阵列和中继器元件所致的畸变。

Description

用于全息能量引导系统的校准方法

本申请是国际申请日为2017年07月18日、进入国家阶段日为2019年03月15日的名称为“用于全息能量引导系统的校准方法”的中国专利申请201780056889.7(PCT/US2017/042679)的分案申请。

技术领域

本公开大体上涉及用于全息能量系统的校准方法，且更具体地说，涉及用于校准全息能量系统的中继器元件和波导元件的方法。

背景技术

由Gene Roddenberry的《星际迷航(Star Trek)》推广、最初由作家AlexanderMoszkowski在二十世纪初设想的“全息甲板”室内的交互式虚拟世界的梦想在近一个世纪里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等的集体想象之外，这种体验并不存在令人信服的实施方案。

发明内容

本公开的实施例涉及用于能量中继器元件的校准方法，其中所述能量中继器元件被配置成使得传播通过所述能量中继器元件的能量在纵向定向上具有更高输送效率。所述方法可包含接收在能量中继器元件的第一表面处的第一多个能量位置处的能量的能量属性数据，其中在所述第一多个能量位置处的能量沿着所述纵向定向从第二多个能量位置中继通过所述能量中继器元件而来。所述方法还可包含将第二多个能量位置处的能量的预定能量属性数据与第一多个能量位置处的能量的能量属性数据相关以形成校准的中继函数。在实施例中，所述校准的中继函数包括第一多个能量位置处的所述能量属性到第二多个能量的能量属性的映射。

公开一种用于能量波导阵列的校准方法的实施例，其中所述能量波导阵列可用于沿着从所述能量波导阵列的第一侧延伸到第二侧的未受抑制能量传播路径引导能量，其中所述未受抑制能量传播路径在所述第一侧延伸到多个能量位置，且取决于所述第一侧上的相应能量位置，在所述第二侧沿着相对于所述能量波导阵列的不同角方向延伸。所述方法可包含接收沿着所述波导阵列的第二侧上的未受抑制能量传播路径的能量的能量属性数据。所述方法还可包含使所述多个能量位置处的能量的能量属性数据与沿着所述波导阵列的第二侧上的未受抑制能量传播路径的能量的能量属性数据相关，以形成校准的用于所述能量波导阵列的四维(4D)全光函数。在实施例中，所述校准4D全光函数包括所述多个能量位置与所述未受抑制能量传播路径的相应角方向之间的映射。

公开一种用于能量引导系统的校准方法，其中所述能量引导系统的能量中继器元件配置成使得传播通过所述能量中继器元件的能量在纵向定向上具有较高传输效率，且所述能量引导系统的能量波导阵列可用于沿着从所述能量波导阵列的第一侧延伸到第二侧的未受抑制能量传播路径引导能量，其中所述未受抑制能量传播路径在所述第一侧延伸到多个中继能量位置，且取决于所述第一侧上的相应能量位置，在所述第二侧沿着相对于所述能量波导阵列的不同角方向延伸。所述方法可包含接收在能量中继器元件的第一表面处的第一多个能量位置处的能量的能量属性数据，其中在所述第一多个能量位置处的能量沿着所述纵向定向从多个源能量位置中继通过所述能量中继器元件而来。所述方法还可包含使所述多个源能量位置处的能量的预定能量属性数据与所述多个中继能量位置处的能量的能量属性数据相关以形成校准的中继函数，其中所述校准的中继函数包括第一多个能量位置处的能量属性到第二多个能量处的能量属性的映射。所述方法还可包含接收沿着所述波导阵列的第二侧上的所述未受抑制能量传播路径的能量的能量属性数据，以及使所述多个中继能量位置处的能量的能量属性数据与沿着所述波导阵列的第二侧上的所述未受抑制能量传播路径的能量的能量属性数据相关以形成校准的四维(4D)全光函数以用于所述能量波导阵列，其中所述校准的4D全光函数包括所述多个能量位置与所述未受抑制能量传播路径的相应角方向之间的映射。

附图说明

附图中通过举例来示出实施例，图中相似附图标号指示类似部分，且其中：

图1是示出用于能量引导系统的设计参数的示意图；

图2是示出具有带机械外壳的有源装置区域的能量系统的示意图；

图3是示出能量中继器系统的示意图；

图4是示出粘合在一起且紧固到基座结构的能量中继器元件的实施例的示意图；

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是示出通过能量中继器的中继图像的实例的示意图，所述能量中继器呈现横向安德森局域化原理的特性；

图6是示出从能量表面传播到观看者的射线的示意图；

图7是示出可用于根据四维全光函数引导能量的系统架构的示意图；

图8是示出映射四维全光能量引导系统的能量位置和能量传播路径的过程的流程图；

图9是示出用于校准四维全光能量引导系统中的能量中继器元件的校准系统的示意图；

图10A-C是图8的过程中的映射的实施例；

图11是示出映射能量位置的过程的实施例的流程图；

图12是示出映射能量位置的过程的另一实施例的流程图；

图13是示出映射用于四维全光能量引导系统的能量位置和能量传播路径的过程的实施例的流程图；以及

图14是示出用于校准四维全光能量引导系统中的能量波导元件的校准系统的示意图。

具体实施方式

尽管下文详细论述本公开的各种实施例的制作和使用，但应了解，本公开提供许多可体现在广泛多种特定情形中的适用发明概念。本文所论述的具体实施例仅说明用于制作和使用本公开的特定方式，而不限制本公开的范围。

全息甲板(统称为“全息甲板设计参数”)的实施例提供足以迷惑人类感觉受体以使其相信在虚拟、社交和交互环境内接收到的能量脉冲真实的能量刺激，从而提供：1)在没有外部配件、头戴式眼镜或其它外围设备的情况下的双眼视差；2)同时对于任何数目的观看者，在整个视体中的准确运动视差、阻挡和不透明度；3)对于所有感知光线，通过眼睛的同步会聚、调节和缩瞳的视觉聚焦；以及4)汇聚具有足够密度和分辨率的能量波传播以超过视觉、听觉、触觉、味觉、嗅觉和/或平衡的人类感官“分辨率”。

基于迄今为止的常规技术，我们需要数十年甚至几个世纪才能达到能够按照如全息甲板设计参数(包含视觉、听觉、体感、味觉、嗅觉和前庭系统)所提出的令人信服的方式实现所有感受野的技术。

在本公开中，术语光场和全息可互换使用以限定用于刺激任何感觉受体响应的能量传播。尽管初始公开可涉及通过全息图像和立体触觉的能量表面的电磁和机械能传播的实例，但本公开中设想了所有形式的感觉受体。此外，本文中所公开的沿着传播路径传播能量的原理可适用于能量发射和能量捕捉。

令人遗憾的是，当今存在的许多技术通常与包含透镜印刷、佩珀尔幻象(Pepper'sGhost)、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)以及其它概括为“幻境(fauxlography)”的此类幻象的全息图混淆。这些技术可能会呈现出真正的全息显示的一些期望特性，但是它们无法通过任何足以解决四个识别出的全息甲板设计参数中的至少两个的方式刺激人类视觉响应。

常规技术尚未成功实施这些挑战以产生足以用于全息能量传播的无缝能量表面。存在各种方法来实施立体和方向复用光场显示器，包含视差屏障、微元(hogel)、体素、衍射光学件、多视图投射、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，但是常规方法可能涉及对图像质量、分辨率、角取样密度、大小、成本、安全性、帧速率等的牺牲，这最终使得技术不可行。

为了实现视觉、听觉、体感系统的全息甲板设计参数，研究和理解每个相应系统中的人类敏锐度来传播能量波，以便充分迷惑人类感觉受体。视觉系统能够分辨到大约1弧分，听觉系统可以区分小到三度的位置差异，且手部的体感系统能够辨别分隔2到12mm的点。尽管测量这些敏锐度的方式各种各样且相互矛盾，但是这些值足以理解刺激能量传播的感知的系统和方法。

在所提到的感觉受体中，人类视觉系统到目前为止是最敏感的，因为即使是单个光子也可引发感觉。出于此原因，这一介绍的大部分将集中在视觉能量波传播，且联接在所公开的能量波导表面内的分辨率低得多的能量系统可将适当的信号会聚以引发全息感觉感知。除非另外指出，否则所有公开内容适用于所有能量和感觉域。

在给定视体和视距的情况下计算视觉系统的能量传播的有效设计参数时，所要能量表面可设计成包含数十亿像素的有效能量位置密度。对于宽视体或近场查看，所要能量表面的设计参数可包含数千亿像素或更多的有效能量位置密度。相比而言，所要能量源可设计成取决于输入环境变量，针对立体触觉的超声波传播具有1到250个有效百万像素的能量位置密度，或针对全息声音的声学传播具有36到3,600个有效能量位置的阵列。重要的是注意，在所公开的双向能量表面架构的情况下，所有组件都可配置成形成适用于任何能量域的结构来实现全息传播。

然而，目前实现全息甲板的主要挑战涉及可用视觉技术和电磁装置限制。鉴于基于相应感受野中的感觉敏锐度的所要密度的数量级差异，声学和超声波装置不太具有挑战性，但不应低估复杂性。尽管存在分辨率超过所要密度的全息乳剂来对静态图像中的干扰图案进行编码，但目前先进技术的显示装置受到分辨率、数据吞吐量和制造可行性的限制。迄今为止，没有一个显示装置能够有意义地产生具有针对视觉敏锐度的近全息分辨率的光场。

能够满足令人信服的光场显示的所要分辨率的单个硅基装置的生产可能不切实际，且可能会涉及极其复杂的超出当前制造能力的制造工艺。将多个现有显示装置平铺在一起的局限性涉及由封装、电子件、壳体、光学件的物理大小形成的接缝和间隙，以及从成像、成本和/或大小角度来看不可避免地导致技术不可行的数个其它挑战。

本文中所公开的实施例可提供构建全息甲板的现实路径。

现将在下文中参考附图描述实例实施例，附图形成本发明的一部分并示出可实践的实例实施例。如在本公开和所附权利要求书中所用，术语“实施例”、“实例实施例”和“示范性实施例”不一定指代单个实施例但可以指代单个实施例，且各种实例实施例可易于组合和互换，同时不脱离实例实施例的范围或精神。此外，本文中使用的术语仅用于描述各种实施例的目的，而不希望限制实例实施例。就此而言，如本文中所使用，术语“在……中”可包含“在……中”和“在……上”，且术语“一”、“一个”和“所述”可包含单数引用和复数引用。此外，如本文中所使用，术语“通过”依据上下文还可意指“根据”。此外，如本文所使用，术语“如果”还可依据上下文意指“当……时”或“在……后”。此外，如本文中所使用，词语“和/或”可指代并涵盖相关联的所列项目中的一个或多个的任何和所有可能组合。

全息系统考虑因素：

光场能量传播分辨率概述

光场和全息显示是多个投射的结果，其中能量表面位置提供在视体内传播的角度、颜色和强度信息。所公开的能量表面提供机会供额外信息通过相同表面共存和传播以引发其它感觉系统响应。不同于立体显示器，在空间中会聚的能量传播路径的观看位置在观看者在视体中四处移动时不会变化，且任何数目的观看者可同时在现实空间中看见所传播的对象，就像它真的在现实空间中一样。在一些实施例中，能量的传播可位于相同的能量传播路径中，但是沿着相反的方向。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捉均是可能的。

图1是示出与感觉受体响应的刺激相关的变量的示意图。这些变量可包含表面对角线101、表面宽度102、表面高度103、所确定目标就座距离118、从显示器104的中心起的目标就座视场、在本文中展示为眼睛105之间的样本的中间样本的数目、平均成人眼间间隔106、以弧分为单位的人眼平均分辨率107、在目标观看者位置与表面宽度之间形成的水平视场108、在目标观看者位置与表面高度之间形成的竖直视场109、所得水平波导元件分辨率或在表面110上的元件总数目、所得竖直波导元件分辨率或在表面111上的元件总数目、基于眼睛之间的眼间间距和眼睛之间的角投射的中间样本的数目的样本距离112，角度取样可基于所述样本距离和目标就座距离113、从所要角度取样导出的每波导元件总水平分辨率114、从所要角度取样导出的每波导元件总竖直分辨率115，水平的装置是确定数目的所要精密能量源的计数116，且竖直的装置是确定数目的所要精密能量源的计数117。

一种理解所要最小分辨率的方法可基于以下判据来确保视觉(或其它)感觉受体响应的足够刺激：表面尺寸(例如84”对角线)、表面纵横比(例如16：9)、就座距离(例如距离显示器128”)、就座视场(例如120度或围绕显示器的中心+/-60度)、在一定距离处的所要中间样本(例如眼睛之间的一个额外传播路径)、成人的平均眼间间隔(大约65mm)，以及人眼的平均分辨率(大约1弧分)。应依据特定应用设计参数将这些实例值视为占位符。

此外，归于视觉感觉受体的每个值可由其它系统代替以确定所要传播路径参数。对于其它能量传播实施例，可考虑低至三度的听觉系统的角度敏感度，以及手部的小至2到12mm的体感系统的空间分辨率。

尽管测量这些感觉敏锐度的方法各种各样且相互矛盾，但这些值足以理解刺激虚拟能量传播的感知的系统和方法。有多种方式来考虑设计分辨率，且下文提出的方法组合了实用产品考虑因素与感觉系统的生物分辨限制。如所属领域的一般技术人员应了解，以下概述是任何此类系统设计的简化，且应视为仅用于示范性目的。

在理解了感觉系统的分辨率极限的情况下，给定下式，可计算总能量波导元件密度，使得接收感觉系统无法辨别单个能量波导元件与邻近元件：

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上述计算得到大约32×18°视场，从而产生所要大约1920×1080(舍入到最接近格式)能量波导元件。还可约束变量，使得视场对于(u，v)两者都是一致的，从而提供能量位置的更规则的空间取样(例如像素纵横比)。给定下式，系统的角度取样采用限定的目标视体位置和处于优化距离的两个点之间的额外传播能量路径：

·

·

在此情况下，利用眼间距离来计算样本距离，但可利用任何度量将适当数目的样本用作给定距离。考虑到上述变量，可能需要大约每0.57°一条射线，且给定下式，可确定每独立感觉系统的总系统分辨率：

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·总分辨率H＝N*水平元件分辨率

·总分辨率V＝N*竖直元件分辨率

在上述情形下，给定能量表面的尺寸和针对视敏度系统所处理的角度分辨率，所得能量表面可合乎需要地包含大约400k×225k个像素的能量分辨率位置，或900亿像素全息传播密度。所提供的这些变量仅出于示范性目的，且能量的全息传播的优化应考虑许多其它感觉和能量计量考虑因素。在另一实施例中，基于输入变量，可能需要1千兆像素的能量分辨率位置。在另一实施例中，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、装置电子件、封装和机械外壳

图2示出具有带特定机械外观尺寸的有源区域220的装置200。装置200可包含驱动器230和电子件240以用于为有源区域220提供动力和介接到所述源区域，所述有源区域具有如由x和y箭头所示的尺寸。此装置200不考虑用于驱动、供电和冷却组件的走线和机械结构，且机械占用面积可通过引入排线到装置200中来进一步最小化。此类装置200的最小占用面积还可被称作具有如由M:x和M:y箭头所示的尺寸的机械外壳210。此装置200仅出于说明的目的，且自定义电子件设计可进一步减少机械外壳开销，但几乎在所有情况中可能都不是装置的有源区域的确切尺寸。在实施例中，此装置200示出对电子件的依赖性，因为其涉及微OLED、DLP芯片或LCD面板或目的是图像照明的任何其它技术的有源图像区域220。

在一些实施例中，还有可能考虑将多个图像聚合到更大的整体显示器上的其它投射技术。然而，这些技术可能会以投射距离、最短聚焦、光学质量、均匀场分辨率、色差、热特性、校准、对准、额外尺寸或外观尺寸的更大复杂性为代价。对于大多数实际应用，容纳数十或数百个这些投射源200可能产生大得多而可靠性更低的设计。

仅出于示范性目的，假设具有3840×2160个位点的能量位置密度的能量装置，给定下式，可确定能量表面所要的个别能量装置(例如，装置100)的数目：

·

·

给定上述分辨率考虑因素，可能需要类似于图2中所示的装置的大约105×105个装置。应注意，许多装置包括可能映射或可能不会映射到规则网格的各种像素结构。在每个全像素内存在额外亚像素或位置的情况下，这些可利用来产生额外分辨率或角度密度。额外信号处理可用于取决于像素结构的指定位置而确定将光场转换成校正(u，v)坐标的方式，且可以是已知和已校准的每个装置的明显特性。此外，其它能量域可涉及这些比和装置结构的不同处理，且所属领域的技术人员将理解每个所要频率域之间的直接内在关系。这将在后续公开内容中更详细地示出和论述。

可使用所得计算值来理解可能需要多少个这些个别装置来产生全分辨率能量表面。在此情况下，可能需要大约105×105个或大约11,080个装置来实现所述视敏度阈值。从这些可用的能量位置制出无缝能量表面以进行足够的感觉全息传播存在挑战性和新颖性。

无缝能量表面概述:

能量中继器阵列的配置和设计

在一些实施例中，公开解决以下挑战的方法：由个别装置阵列产生高能量位置密度而不存在因装置的机械结构的限制所致的接缝。在实施例中，能量传播中继器系统可允许有源装置区域的有效大小增大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示出此类能量中继器系统300的实施例。如所示，中继器系统300可包含安装到机械外壳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可配置成提供减少任何间隙340的能力，所述间隙可能在装置的多个机械外壳320被放置到多个装置310的阵列中时产生。

例如，如果装置的有源区域310是20mm×10mm，且机械外壳320是40mm×20mm，那么能量中继器元件330可设计有2:1的放大率，以产生在缩小端(箭头A)上为20mm×10mm且在放大端(箭头B)上为40mm×20mm的锥形形式，从而提供将这些元件330的阵列无缝地对齐在一起而不更改或妨碍每个装置310的机械外壳320的能力。中继器元件330可以机械方式接合或熔合在一起以便对齐和抛光，从而确保装置310之间的接缝间隙340最小。在一个此类实施例中，有可能实现小于眼睛的视敏度限值的接缝间隙340。

图4示出具有能量中继器元件410的基座结构400的实例，所述能量中继器元件形成在一起且牢牢地紧固到额外机械结构430。无缝能量表面420的机械结构提供通过接合或安装中继器元件410、450的其它机械过程将多个能量中继器元件410、450串联联接到同一基座结构的能力。在一些实施例中，每个中继器元件410可熔合、接合、粘合、压配、对齐或以其它方式附接到一起以形成所得无缝能量表面420。在一些实施例中，装置480可安装到中继器元件410的后部上，且被动地或主动地对齐以确保维持所确定容限内的适当能量位置对齐。

在实施例中，无缝能量表面包括一个或多个能量位置，且一个或多个能量中继器元件堆叠包括第一和第二侧，且每个能量中继器元件堆叠被布置成形成单个无缝显示表面，从而沿着在一个或多个能量位置与无缝能量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邻近第二侧的边缘之间的间隔小于最小可感知轮廓，所述最小可感知轮廓由在大于单个无缝能量表面的宽度的距离处具有优于20/100的视力的人眼视敏度限定。

在实施例中，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带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不同于第二中继器表面的面积，从而形成正放大或负放大，且配置有明确的表面轮廓以供第一和第二表面将能量传送通过第二中继器表面，从而大体上填充相对于整个第二中继器表面上的表面轮廓的法线的+/-10度角。

在实施例中，可在单个能量中继器内或多个能量中继器之间配置多个能量域，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两个或更多个第一侧以供每个第二侧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。

在实施例中，将能量中继器提供为松散相干元件。

组件工程化结构简介：

横向安德森局域化能量中继器的已公开进展

根据本文中针对引发横向安德森局域化的能量中继器元件所公开的原理，可显著优化能量中继器的特性。横向安德森局域化是输送通过横向无序但纵向一致的材料的射线的传播。

这意味着相比于其中波干扰可能完全限制横向定向上的传播而在纵向定向上继续的多个散射路径之间的随机化，产生安德森局域化现象的材料效应受到全内反射的影响可能更小。

最显著的额外益处是：消除了传统多芯光纤材料的包层。包层是为了在功能上消除光纤之间的能量散射，而同时充当能量射线的屏障，由此使传输至少减少芯皮比(coreto clad ratio)(例如，70:30的芯皮比将最多传输70％的所接收能量传输)，且另外在传播的能量中形成强像素化图案化。

图5A示出这样一个非安德森局域化能量中继器500的实例的端视图，其中图像通过多芯光纤中继，其中由于光纤的内在特性可能呈现像素化和光纤噪声。对于传统多模和多芯光纤，由于芯的离散阵列的全内反射的特性，中继的图像在本质上可能被像素化，其中芯之间的任何串扰将降低调制传递函数并增大模糊。通过传统多芯光纤产生的所得图像往往会具有类似于图3所示的那些的残差固定噪声光纤图案。

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呈现横向安德森局域化特性的材料，其中相比于图5A的固定光纤图案，所述中继图案具有更大密度的颗粒结构。在实施例中，包括随机化微观组件工程化结构的中继器引发横向安德森局域化，且更高效地传输光，与市售多模玻璃光纤相比，传播的可分辨分辨率更高。

横向安德森局域化材料特性在成本和重量两个方面均存在显著优势，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到100倍，其中所公开的系统和方法包括随机化微观组件工程化结构，相比于所属领域中已知的其它技术，它们有大量机会来改进成本和质量。

在实施例中，呈现横向安德森局域化的中继器元件可在布置成三维栅格的三个正交平面中的每个平面中包括多个至少两种不同组件工程化结构，且所述多个结构在三维栅格内的横向平面中形成材料波传播特性的随机化分布以及在三维栅格内的纵向平面中形成具有材料波传播特性的类似值的通道，其中相较于横向定向，传播通过能量中继器的局域化能量波在纵向定向上具有更高输送效率。

在实施例中，可在单个横向安德森局域化能量中继器内或在多个横向安德森局域化能量中继器之间配置多个能量域以引导包含视觉、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。

在实施例中，无缝能量表面配置有横向安德森局域化能量中继器，所述中继器包括两个或更多个第一侧以供每个第二侧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。

在实施例中，横向安德森局域化能量中继器被配置为松散相干的或柔性的能量中继器元件。

4D全光函数的考虑因素：

通过全息波导阵列的能量的选择性传播

如上文和此处所论述，光场显示系统大体上包含能量源(例如，照明源)和配置有足够能量位置密度的无缝能量表面，如上文论述中所阐述。可使用多个中继器元件将能量从能量装置中继到无缝能量表面。一旦能量被递送到具有必需的能量位置密度的无缝能量表面，能量就可根据4D全光函数传播通过所公开的能量波导系统。如所属领域的普通技术人员将了解，4D全光函数在所属领域中众所周知，且在本文中将不另外详述。

能量波导系统选择性地将能量传播通过沿着无缝能量表面的多个能量位置，所述多个能量位置表示4D全光函数的空间坐标，其中结构配置成更改通过的能量波的角方向，所述角方向表示4D全光函数的角分量，其中所传播的能量波可根据通过4D全光函数引导的多个传播路径而在空间中会聚。

现参考图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。本图示出能量表面600到观看者620的射线轨迹，其描述能量射线如何从视体内的各个位置会聚在空间630中。如所示，每个波导元件610限定描述通过能量表面600的能量传播640的四个信息维度。两个空间维度(在本文中称为x和y)是可在图像空间中观看到的物理多个能量位置，以及在投射通过能量波导阵列时可在虚拟空间中观察到的角分量θ和

(在本文中称为u和v)。一般来说，根据4D全光函数，在形成本文中所描述的全息或光场系统时，多个波导(例如，微透镜)能够沿着由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应理解，光场和全息显示技术的显著挑战源于不受控的能量传播，因为设计没有精确地考虑到以下中的任一个：衍射、散射、漫射、角方向、校准、焦点、准直、曲率、均一性、元件串扰以及促使有效分辨率降低及无法以足够的保真度精确地会聚能量的大量其它参数。

在实施例中，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包含能量抑制元件，以及利用进入由4D全光函数限定的环境中的近准直能量大体上填充波导孔径。

在实施例中，能量波导阵列可针对每个波导元件限定多个能量传播路径，所述能量传播路径配置成在由规定的4D函数限定的唯一方向上延伸通过且大体上填充波导元件的有效孔径到沿着无缝能量表面的多个能量位置，所述能量位置被一个或多个元件抑制，所述一个或多个元件定位成将每个能量位置的传播限制于仅穿过单个波导元件。

在实施例中，可在单个能量波导内或多个能量波导之间配置多个能量域，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。

在实施例中，能量波导和无缝能量表面配置成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。

在实施例中，能量波导配置成针对包含墙壁、桌子、地板、天花板、房间或基于其它几何结构的环境的任何无缝能量表面定向，利用数字编码的、衍射、折射、反射、grin、全息、菲涅耳(Fresnel)等波导配置来传播能量的非线性或不规则分布，包含非传输空隙区域。在另一实施例中，能量波导元件可配置成产生各种几何结构，所述几何结构提供任何表面轮廓和/或桌面查看，从而允许用户从360度配置的能量表面的各个位置观看全息图像。

在实施例中，能量波导阵列元件可为反射表面，且所述元件的布置可为六边形、正方形、不规则的、半规则的、弯曲、非平面、球面、圆柱形、倾斜规则的、倾斜不规则的、空间变化的和/或多层的。

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、透明显示器或呈现安德森局域化或全内反射的任何类似材料。

实现全息甲板：

用于在全息环境内刺激人类感觉受体的无缝能量表面系统的聚合

有可能通过将多个无缝能量表面平铺、熔合、接合、附接和/或拼接在一起以形成包含整个房间的任意大小、形状、轮廓或外观尺寸来构造无缝能量表面系统的大型环境。每个能量表面系统可包括组合件，所述组合件具有基座结构、能量表面、中继器、波导、装置和电子件，它们共同配置成用于双向全息能量传播、发射、反射或感测。

在实施例中，平铺无缝能量系统的环境聚合以形成大型无缝平面或弯曲壁，所述壁包含包括多达给定环境中的所有表面的设施，且被配置为无缝、不连续平面、有刻面、弯曲、圆柱形、球面、几何或不规则几何结构的任何组合。

在实施例中，平面表面的聚合平铺块形成墙壁大小的系统以用于剧场的或基于场所的全息娱乐。在实施例中，对于基于洞穴的全息设施，平面表面的聚合平铺块覆盖具有包含顶部和地面在内的四个到六个壁的空间。在实施例中，弯曲表面的聚合平铺块产生圆柱形无缝环境以用于沉浸式全息设施。在实施例中，无缝球面表面的聚合平铺块形成全息圆顶以用于基于全息甲板的沉浸式体验。

在实施例中，聚合无缝弯曲能量波导平铺块提供遵循沿着能量波导结构内的能量抑制元件的边界的精确图案的机械边缘，以接合、对齐或熔合邻近波导表面的邻近平铺机械边缘，从而产生模块化的无缝能量波导系统。

在聚合平铺环境的另一实施例中，针对多个同时能量域，双向传播能量。在另一实施例中，能量表面提供同时从相同能量表面进行显示和捕捉的能力，其中波导被设计成使得光场数据可通过照明源投射通过波导且同时通过相同能量表面接收。在另一实施例中，可利用额外深度感测和主动扫描技术以在准确的世界坐标中实现能量传播与观看者之间的交互。在另一实施例中，能量表面和波导可用来发射、反射或会聚频率以引发触感或立体触觉反馈。在一些实施例中，双向能量传播和聚合表面的任何组合是可能的。

在实施例中，系统包括能量波导，所述能量波导能够通过能量表面双向发射和感测能量，其中一个或多个能量装置独立地与两个或更多个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，或一个或多个能量装置固定在能量表面后面，接近于固定到基座结构上的额外组件，或接近于在用于轴外直射或反射投射或感测的波导的FOV的前面和外部的位置，且所得能量表面实现能量的双向传输，从而允许波导会聚能量、允许第一装置发射能量且允许第二装置感测能量，且其中信息被处理以执行计算机视觉相关任务，包含但不限于对传播的能量图案内的干扰的4D全光眼动和视网膜跟踪或感测、深度估计、接近、运动跟踪、图像、颜色或声音形成，或其它能量频率分析。在另一实施例中，所跟踪位置基于双向捕捉的数据与投射信息之间的干扰进行主动计算并修改能量位置。

在一些实施例中，针对组合成单个第二能量中继器表面的传播能量的三个第一中继器表面中的每个表面，将包括超声波传感器、可见电磁显示器和超声波发射装置的三个能量装置的多个组合配置在一起，其中所述三个第一表面中的每个表面包括特定于每个装置的能量域的工程化特性，且两个工程化波导元件分别针对超声波和电磁能配置以能够独立引导和会聚每个装置的能量，且大体上不受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，公开一种实现高效制造以消除系统伪影并产生与编码/解码技术一起使用的所得能量表面的几何映射的校准程序，以及用于将数据转换成适合基于校准配置文件进行能量传播的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集成到系统中以产生不透明全息像素。

在一些实施例中，可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/或角度分辨率或用于其它超分辨率目的。

在一些实施例中，所公开的能量系统还可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，能量系统可包含使所显示或所接收的能量聚焦接近于空间中对于观看者来说确定的平面的调整光学元件。在一些实施例中，波导阵列可并入到全息头戴式显示器中。在其它实施例中，系统可包含多个光学路径，以允许观看者看到能量系统和现实世界环境(例如，透明的全息显示)。在这些情况下，除了其它方法之外，系统可呈现为近场。

在一些实施例中，数据的传输包括具有可选择或可变压缩比的编码过程，所述编码过程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特性、向量、表面ID、新像素数据，从而形成更稀疏的数据集，且其中接收到的数据可包括：2D、立体、多视图、元数据、光场、全息、几何结构、向量或向量化元数据，且编码器/解码器可提供包括图像处理的实时或离线转换数据的能力，以用于：2D；2D+深度、元数据或其它向量化信息；立体、立体+深度、元数据或其它向量化信息；多视图；多视图+深度、元数据或其它向量化信息；全息；或光场内容；在具有或不具有深度元数据的情况下通过深度估计算法；以及逆射线跟踪方法通过特征化4D全光函数以适当方式将各种2D、体视、多视图、立体、光场或全息数据的逆射线跟踪所产生的所得转换数据映射到现实世界坐标中。在这些实施例中，所要的总数据传输可以是比原始光场数据集少多个数量级的传输信息。

4D全光能量引导系统架构概述

图7示出四维(4D)全光能量引导系统700的一个实施例的架构的概观。能量引导系统700可包含一个或多个能量装置702，例如LCD、LED或OLED，其可包含处于规则栅格上的能量位置704。来自能量位置704的能量可通过能量中继器元件708引导到能量表面706的能量位置712，所述能量中继器元件可包含但不限于锥形能量中继器、柔性能量中继器或面板，其中的每一者在一些实施例中可根据安德森横向局域化原理操作。能量系统700可包含这些能量装置702和中继器元件708的镶嵌件。每个中继器元件708可能引入唯一畸变710，例如扭曲，使得能量装置平面上的规则栅格图案在能量表面706上不再规则。在能量表面706上方，能量系统700还可包含能量波导阵列720。在可见电磁能的实施例中，能量波导阵列720可以是透镜阵列。能量装置702中的能量位置704可在能量表面706上具有中继能量位置712，所述中继能量位置由其在所述能量表面上的(x,y)坐标限定。能量系统700还可包含用于抑制能量传播的抑制元件714。抑制元件714和能量波导阵列720可协作，使得能量位置712各自可具有通过波导阵列位置(x,y)的未受抑制传播路径。能量位置712的未受抑制传播路径的特征可在于由角坐标(u,v)限定的路径角度，且准直能量波可沿着角坐标(u,v)处的未受抑制传播路径传播。四个参数(x,y,u,v)——波导位置和通过波导元件的传播路径的角坐标——一起限定4D全光坐标系统。校准的一个是尽可能精确地确定每个能量位置712的4D参数。

校准程序概述

图8是示出校准过程800的实施例的流程图，其可包含能量位置映射过程802和波导映射过程804。在实施例中，能量位置映射过程802可包含在无波导720的情况下对中继器元件708的校准。能量位置映射过程802可限定每个能量位置704在能量表面706上的物理空间现实世界坐标(x,y)。能量位置映射过程802还可限定能量表面706上的每个能量位置712与能量源装置702上的每个能量位置704之间的映射。在实施例中，能量位置映射过程802可消除中继器元件708可能引入的任何畸变或伪影710。在实施例中，能量位置映射过程802可包含两个步骤：粗略步骤和精确步骤。在粗略步骤中，分析光场镶嵌件(称为平铺块)的每个个别能量中继器，且确定该平铺块的能量表面706与对应的能量装置702之间的总映射。在精确步骤期间，一次分析每个平铺块的更小但更详细的部分，且使能量表面706与能量装置702之间的映射更为精确。在实施例中，能量位置映射过程802还可包含针对每个中继器元件平铺块应用增益映射，且调整每个中继器元件平铺块的总能量强度以匹配能量系统700中的所有其它部分。在实施例中，校准过程800的波导阵列映射过程804可在能量位置映射过程802之后且在能量波导720对准且固定之后执行。波导阵列映射过程804可限定传播通过大体上在能量波导720下方的每个能量位置的能量的能量传播路径角度。波导映射过程804可产生用于每个能量位置712的正确(u,v)角坐标。在实施例中，此校准程序可涉及将能量位置712定位在每个波导720的中心下方且为每个波导720下方的能量位置712指派合适的(u,v)角坐标，以及最后通过直接测量和插值来验证和优化这些(u,v)指派。

用于能量位置的校准设置的概述

图9是用于能量位置映射过程802的校准系统900的示意图。在实施例中，校准系统900可包含能量传感器902。能量传感器902可以是配置成从能量装置702和中继器元件708接收能量的任何装置。例如，能量传感器902可包含相机、行扫描装置、安置成空间阵列的多个压力传感器或安置成空间阵列的多个声学传感器。在实施例中，能量传感器902可包含具有大于20MPix的可通过计算机远程操作以进行自动化数据采集的商用相机。在实施例中，可将能量传感器902的传感器大小选为约是个别中继器元件708的能量表面706侧的大小，且可将水平面中每个维度的像素数目选为大于能量位置712或704的数目。在实施例中，能量传感器可包含微距镜，其聚焦到能量表面706上且提供比个别中继器元件708的能量表面706侧大10％的成像视场，其由此使整个中继器元件成像。能量系统700可安装到校准系统900的机动可移动平台904上，所述可移动平台使能量系统700在能量传感器902下方在平行于能量表面706的x和y坐标中移动。在实施例中，出于自动化的目的，校准系统900还可包含与能量传感器902和可移动平台904电通信的控制器模块906，使得可移动平台904可受控制器模块906控制而远程移动。

在实施例中，能量系统700可安装于具有两个自由度的倾斜台904上，且允许能量表面706的调整，使得其与可移动平台904的运动平面共面。在用于能量传感器902的光学件的实施例中，可通过试错法调整倾角，直到整个能量表面706即使在物镜景深较浅的情况下都保持焦点对准为止。

能量位置映射过程802可允许能量位置712的现实世界坐标与能量装置702中的能量位置704的数字坐标之间的映射。

这样做的一个方法是首先使用能量传感器902捕捉具有置于能量表面706上的第一参考图案的数据。所述参考图案的所得数据处于传感器的数字空间中，且已知参考图案处于能量表面706的平面中。图10A示出传感器902的数字空间中记录的能量中继器的能量表面706的轮廓。传感器数据可含有特定中继器镶嵌平铺块的边界。尽管图10A中所示的平铺块是矩形，但平铺块的图像可能具有细微的畸变，例如枕形畸变。图10B示出在物理参考空间中限定的能量表面706的实际现实世界坐标。使用参考图案的特征，有可能形成在数字参考空间中限定的传感器坐标与表面706上的现实世界坐标之间的映射。为易于参考，此映射在本文中称为“映射1”。在实施例中，映射1以长度单位(例如mm)将数字传感器坐标转换成现实世界坐标。

在实施例中，在移除第一参考图案之后，第二参考图案可存在于能量源装置702的能量位置702处。这将使得此第二参考图案被中继到第一表面706。中继器元件708可能在将第二参考图案中继到表面706时将其扭曲。同样，此第二参考图案的传感器数据可记录在数字参考空间中。此时，映射1可应用于数字传感器坐标以将此第二参考图案转换成物理参考空间中的现实世界坐标。在实施例中，通过特征检测且通过知晓源装置702上存在的第二参考图案，有可能将表面706的现实世界坐标映射到能量源平面702的数字坐标中，从而产生在本文中称为“映射2”的映射。在实施例中，映射2将能量表面706的(x,y)坐标转换成能量源平面702的数字坐标。此正向映射具有配对的反向映射。图10C示出能量源平面702的数字坐标中的能量表面706，其中能量源平面坐标轮廓映射到中继器706的表面的物理边缘。

图11是示出能量位置映射过程1100的实施例的流程图。映射过程1100可包含步骤1102，其中接收能量中继器元件708的第一表面706处的第一多个能量位置712处的能量的能量属性的数据。第一多个能量位置712处的能量沿着中继器元件708的纵向定向从第二多个能量位置704中继通过能量中继器元件708而来。映射过程1100还可包含步骤1104，其中使第二多个能量位置704处的能量的预定能量属性数据与第一多个中继能量位置712处的能量的能量属性数据相关以形成校准的中继函数，所述校准的中继函数包含第一多个能量位置712处的能量属性到第二多个能量704处的能量属性的映射。应了解，步骤1104中相关的和映射的能量属性可包含选自以下组成的群组的至少一个能量属性：位置、颜色、强度、频率、振幅、对比度和分辨率。在实施例中，可应用校准映射以补偿选自以下组成的群组的至少一个中继属性：强度变化、颜色变化、衰减区和空间畸变。

在实施例中，第一多个能量位置712处的能量属性可至少包含在物理参考空间中限定的位置坐标，且第二多个能量位置704处的能量属性可至少包含在第一数字参考空间中限定的位置坐标。例如，第一数字参考空间可由能量装置702中的能量位置704限定。在能量装置702包括显示器的实施例中，显示器的像素可限定数字“像素”参考空间。在实施例中，物理参考空间中限定的位置坐标可使用转换函数从第二数字参考空间转换而来。第二数字空间可由传感器902中的感测单元限定。例如，由传感器902捕捉的数据可包含数据中的所捕捉的像素位置，且所捕捉像素位置到现实世界中的物理测量值的转换函数可用于以物理测量值转换第一多个能量位置712处的能量属性。

在实施例中，第一多个能量位置712处的能量属性数据可通过捕捉来自第一多个能量位置712的能量的能量传感器902产生。在实施例中，能量传感器902可配置成从控制器906接收能量传感器902的操作参数，所述控制器可编程成根据预定指令操作能量传感器902。在实施例中，操作参数可提供于来自控制器906的数字信号中。在实施例中，操作参数可包含位置指令，其中控制器906编程成根据预定指令定位传感器902。

在实施例中，第一多个能量位置712处的能量属性数据可通过定位能量中继器元件708所位于的可移动平台904以及在能量中继器元件708位于预定位置时通过操作能量传感器902来捕捉来自第一多个能量位置712的能量而产生。在实施例中，可移动平台904和传感器902配置成从控制器906接收数字信号，所述控制器可编程成根据预定指令操作能量传感器902和可移动平台904。在实施例中，数字信号可包括用于能量传感器902和可移动平台904的位置指令，且控制器906编程成根据所述预定指令定位能量传感器902和可移动平台904。

图12是使用转换函数以将数字空间中的能量属性转换到物理空间中的能量属性的能量位置映射过程1200的实施例的流程图图解。映射过程1200可包含步骤1206，其中接收所捕捉的参考能量的参考能量属性的数据，所述参考能量属性在能量中继器元件708的第一表面706处的第一多个能量位置712处捕捉到。所述参考能量可具有在物理参考空间中限定的预定参考能量属性，例如真实字测量值。预定参考能量属性可包含选自以下组成的群组的至少一个能量属性：位置、颜色、强度、频率、振幅、对比度和分辨率。在实施例中，所述参考能量形成参考空间图案，且另外其中在第一表面706处的第一多个能量位置712处所捕捉的参考能量形成所捕捉图案。在实施例中，参考空间图案的位置属性在物理参考空间中已知。

在实施例中，映射过程1200可包含步骤1208，其中通过使物理参考空间中限定的预定参考能量属性与所捕捉的数字参考空间中的参考能量属性相关来产生转换函数。在实施例中，此映射类似于上文以长度单位(例如mm)将图像像素坐标转换成现实世界坐标的映射1，并且是图10A与图10B之间示出的映射。

映射过程1200可包含步骤1202，其中接收能量中继器元件708的第一表面706处的第一多个能量位置712处的能量的能量属性数字数据。第一多个能量位置712处的能量沿着中继器元件708的纵向定向从第二多个能量位置704中继通过能量中继器元件708而来。映射过程1200还可包含步骤1204，其中在步骤1208中产生的转换函数应用于在步骤1202接收的数字数据，以便将数字参考空间中限定的能量的能量属性映射到物理参考空间中的能量属性。

在实施例中，映射过程1200还可包含步骤1210，其产生物理参考空间中限定的第一多个能量位置712处的能量属性到数字参考空间中限定的第二多个能量位置704处的能量属性之间的映射。在实施例中，此映射类似于上文以长度单位(例如mm)将现实世界坐标转换成能量源数字像素坐标的映射2，并且是图10B与图10C之间示出的映射。

实例实施方案1

出于示出本公开原理的目的，在下文相对于显示系统提供实施映射过程1100和1200的实施例的实例，所述显示系统具有显示表面和可提供图像到所述显示表面的照明源像素。应了解，可针对其它类型的能量系统执行根据本发明的原理的其它实施方案，所述其它类型的能量系统例如声学、红外线、紫外线、微波、x射线、电磁、光学-机械或触觉能量系统。

1.将高分辨率参考棋盘图直接放在显示表面上。这是具有用于校准现实世界坐标的已知间距的参考栅格，且打印在聚酯薄膜或玻璃等透明媒体上。图的深色部分应不透光，而图的浅色部分应光学透明。如果棋盘图添加任何路径长度，例如源于玻璃的厚度，则在无此图的情况下在显示表面的成像期间还必须包含补偿路径长度。在至少一个实施例中，参考棋盘的间距是125um。

2.针对光学中继器镶嵌件的每个平铺块，或如果不存在平铺块，则针对匹配相机的FOV的具有轻微相邻帧重叠的显示器的每个部分，捕捉此图的图像。棋盘图应通过均匀地光照能量源平面而呈背光式。通过图2中示出的平移台将显示器移动到相机下方。

3.识别参考棋盘栅格图案。

4.产生从图像空间到现实世界坐标的映射1。这会校准距离，且消除因透镜或不完全相机对准所致的畸变。应由此点向前，将此映射应用于每个后续校准图像。

5.将放置在显示表面上的高分辨率参考棋盘图移除。

6.在均匀地照明时，捕捉光学中继器镶嵌件的单个平铺块的白图。

7.对此白图执行边缘检测以确定光学中继器平铺块的边界。

8.计算图像中的光学中继器平铺块的旋转，且施加反向旋转以便使光学中继器平铺块边界不旋转且与图像边界成直线。

9.将已知棋盘图案放置到能量源平面上。在至少一个实施例中，棋盘方块各自为4到12像素宽。在存在光学中继器的情况下，显示表面上的棋盘图案可能在行进通过光学中继器之后具有光学畸变。

10.捕捉光学中继器平铺块的图像，且利用所述白图将其逐像素分割，以便消除(校正)跨越光学中继器的任何瑕疵或强度变化。

11.通过应用映射1将此图像转换到现实世界坐标。

12.识别棋盘图像的栅格图案以及光学镶嵌平铺块的边界

13.将映射1应用于此图像以确定显示表面上的栅格图案的现实世界坐标

14.确定从显示表面现实世界坐标到照明引擎像素坐标的映射：映射2。对于显示表面上的已知位置，例如左上角，此映射可针对照明源显示器使用至少一个偏移像素参考位置。

15.现已识别两个映射：映射1和映射2。

16.如果显示表面由光学中继器平铺块构成，则应利用统一白图对每个平铺块拍照。接着可确定平均照度，且可调整每个平铺块的总照度以实现统一显示表面。

4D校准概述

以上论述的能量位置校准可限定能量表面706的现实世界坐标与能量装置702中的能量位置704的坐标之间的映射可在无能量波导阵列720的情况下执行此能量位置校准。一旦已安装波导720，则4D校准可限定每个能量位置712的能量传播路径的角坐标。4D校准过程的一个目标可以是限定每个能量位置712的4D全光坐标(x，y，u，v)。

参考图13和14，在实施例中，能量波导元件720a可用来沿着未受抑制能量传播路径1402和1404引导能量，所述未受抑制能量传播路径从能量波导元件720a的第一侧延伸到第二侧。未受抑制能量传播路径1402和1404可在第一侧分别延伸到多个能量位置1406、1408，且取决于能量中继器元件706的第一侧上的相应能量位置1406、1408，在第二侧相对于能量波导元件720a沿着不同角方向(u1,v1)、(u2,v2)延伸。

在实施例中，4D校准的过程1300可包含：步骤1302，其中接收沿着波导阵列第二侧上的未受抑制能量传播路径1402、1404的能量的能量属性数据；以及步骤1304，其中使能量波导元件第一侧上的多个能量位置1406、1408处的能量的能量属性数据和沿着能量波导元件第二侧上的未受抑制能量传播路径1402和1404的能量的能量属性数据相关以形成校准的四维(4D)全光函数以用于波导元件720a。校准的4D全光函数可包含多个能量位置1406、1408与能量传播路径1402、1404的相应角方向之间的映射。

在实施例中，沿着所述波导阵列第二侧上的未受抑制能量传播路径1402、1404的能量的能量属性数据可通过能量传感器902产生，所述能量传感器捕捉沿着所述波导阵列第二侧上的未受抑制能量传播路径1402、1404的能量。在实施例中，能量传感器902可配置成从控制器906接收能量传感器902的操作参数，所述控制器可编程成根据预定指令操作能量传感器902。在实施例中，操作参数可提供于来自控制器906的数字信号中。在实施例中，操作参数可包含位置指令，其中控制器906编程成根据预定指令定位传感器902。

在实施例中，沿着所述波导阵列第二侧上的未受抑制能量传播路径1402、1404的能量的能量属性数据可通过定位能量中继器元件708所位于的可移动平台904以及在能量中继器元件708位于预定位置时通过操作能量传感器902以捕捉沿着所述波导阵列第二侧上的未受抑制能量传播路径1402、1404的能量而产生。在实施例中，可移动平台904和传感器902配置成从控制器906接收数字信号，所述控制器可编程成根据预定指令操作能量传感器902和可移动平台904。在实施例中，数字信号可包括用于能量传感器902和可移动平台904的位置指令，且控制器906编程成根据所述预定指令定位能量传感器902和可移动平台904。

应了解，步骤1304中相关的和映射的能量属性可包含选自以下组成的群组的至少一个能量属性：位置、颜色、强度、频率、振幅、对比度和分辨率。在实施例中，可应用校准的4D全光函数以补偿选自以下组成的群组的至少一个波导阵列属性：强度变化、颜色变化、衰减区以及空间畸变。在实施例中，可执行过程1100或1200以补偿至少一个中继属性，随后执行过程1300以补偿至少一个波导阵列属性，由此补偿整个能量引导系统700。

在实施例中，沿着能量波导元件720a的第二侧上的未受抑制能量传播路径1402、1404的能量的能量属性至少包括未受抑制能量传播路径1402、1404的角坐标(u1,v1)、(u2,v2)，且能量波导元件720a的第一侧上的多个能量位置1406、1408处的能量的能量属性至少包括所述多个能量位置的位置坐标。在实施例中，多个能量位置1406、1408的位置坐标可在物理参考空间中限定，或使用上文相对于过程1100和1200所论述的转换函数从数字参考空间转换到物理参考空间。

在实施例中，可在过程1300之前执行1100的能量位置映射过程，使得多个能量位置1406、1408的位置坐标可用于分别确定未受抑制能量传播路径1402、1404在物理参考空间中的角坐标(u1,v1)、(u2,v2)。在实施例中，未受抑制能量传播路径1402、1404在物理参考空间中的角坐标(u1,v1)、(u2,v2)可使用全都在相同物理参考空间中限定的能量波导元件720a的已知参考位置、传感器902与波导元件720a之间的已知距离1410和参考能量位置712a的已知位置来确定。例如，可在波导元件720a限定能量传播轴线1412且将其用作参考位置。传感器902与波导元件720a之间的距离1410可根据所属领域中已知的数个测量方法来确定。给定物理参考空间中的这些已知参考参数，可使用由传感器902获得的数据点的三角测量结合物理参考空间中的已知参考参数来确定未受抑制能量传播路径1402、1404的角坐标(u1,v1)、(u2,v2)。

实例实施方案2

出于示出本公开原理的目的，在下文相对于显示系统提供实施映射1300的实施例的实例，所述显示系统具有显示表面和可提供图像到所述显示表面的照明源像素以及波导阵列，例如用于根据4D全光函数将光从显示表面引导到视野的微透镜阵列。应了解，可针对其它类型的能量系统执行根据本发明的原理的其它实施方案，所述其它类型的能量系统例如声学、红外线、紫外线、微波、x射线、电磁、光学-机械或触觉能量系统。

1.测量已知竖直参考激光束与显示器拐角之间的距离。

2.确定用于测量的透镜位置。这可以是跨越显示表面的规则取样。

3.使用已知透镜位置几何结构来引导平移台以移动显示器，由此相机直接在每个透镜中心上。

4.照射透镜下方的每个像素。对于每一者，测量相机传感器上的射束位置。

5.使用此射束位置以及透镜上方传感器的已知高度以确定射束与x-z平面(θ)和y-z平面

中的竖直z轴形成的角度。这些角度可转换成标准化(u,v)坐标。

6.针对透镜下方的许多像素重复此过程。

7.重复此程序以对显示表面上的盘进行规则取样。

8.查找随偏离盘中心的像素偏移而变的(u，v)坐标，且将此参数的变化拟合到沿着整个显示表面的宽度和高度的每个轴线的多项式。

尽管上文已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范性实施例中的任一者限制，而是应仅根据由本公开发布的权利要求书和其等同物来限定。此外，上述优点和特征在所描述实施例中提供，但不应将此类发布的权利要求的应用限制于实现上述优点中的任一者或全部的过程和结构。

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应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程序的许多等同物。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，提供本文中的章节标题以与37 CFR 1.77的建议一致，或另外提供组织性提示。这些标题不应限制或特性化可能从本公开发布的任何权利要求中所阐述的主题。具体地说且作为实例，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所阐述的发明的特征。此外，本公开中以单数形式对“发明”的任何提及不应用以论证在本公开中仅存在单个新颖点。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在其自有优点上加以考虑，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。除非明显表示仅指替代方案或替代方案相互排斥，否则在权利要求书中使用术语“或”用于指“和/或”，但本公开支持仅指代替代方案的定义和“和/或”。贯穿本申请，术语“约”用于指示一个值包含装置误差的固有变化、用于确定所述值的方法的固有变化或研究对象当中存在的变化。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在所陈述的值左右变化至少±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绝对或完善但会被视为足够接近以使所属领域的技术人员保证如所呈现指定所述条件。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要特性和能力。

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。举例来说，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。所属领域的技术人员应理解，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。

本文所公开和要求保护的所有组合物和/或方法都可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构思、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、范围和构思内。

Claims (18)

1.一种用于能量波导阵列的校准方法，所述能量波导阵列可用来沿着从所述能量波导阵列的第一侧延伸到第二侧的未受抑制能量传播路径引导能量，其中所述未受抑制能量传播路径在所述第一侧延伸到多个能量位置，且取决于所述第一侧上的相应能量位置，在所述第二侧沿着相对于所述能量波导阵列的不同角方向延伸，所述方法包括：

接收沿着所述波导阵列的所述第二侧上的所述未受抑制能量传播路径的能量的能量属性数据；以及

使所述多个能量位置处的能量的能量属性数据与沿着所述波导阵列的所述第二侧上的所述未受抑制能量传播路径的能量的能量属性数据相关以形成用于所述能量波导阵列的校准的四维(4D)全光函数即校准的4D全光函数；

其中所述校准的4D全光函数包括所述多个能量位置与所述未受抑制能量传播路径的所述相应角方向之间的映射。

2.根据权利要求1所述的方法，其中沿着所述波导阵列的所述第二侧上的所述未受抑制能量传播路径的能量的能量属性数据通过捕捉沿着所述波导阵列的所述第二侧上的所述未受抑制能量传播路径的能量的能量传感器产生。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述能量传感器包括相机、行扫描装置、以空间阵列安置的多个压力传感器或以空间阵列安置的多个声学传感器。

4.根据权利要求2所述的方法，其中所述传感器配置成从控制器接收所述能量传感器的操作参数，所述控制器编程成根据预定指令操作所述能量传感器。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述操作参数提供于来自所述控制器的数字信号中。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述操作参数包括位置指令，且所述控制器编程成根据所述预定指令定位所述传感器。

7.根据权利要求2所述的方法，其中沿着所述波导阵列的所述第二侧上的所述未受抑制能量传播路径的能量的能量属性数据通过定位能量中继器元件所位于的可移动平台以及在所述能量波导阵列位于预定位置时通过操作能量传感器以捕捉沿着所述波导阵列的所述第二侧上的所述未受抑制能量传播路径的能量而产生。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述可移动平台和所述能量传感器配置成从控制器接收数字信号，所述控制器编程成根据预定指令操作所述能量传感器和所述可移动平台。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述数字信号包括用于所述能量传感器和所述可移动平台的位置指令，且所述控制器编程成根据所述预定指令定位所述能量传感器和可移动平台。

10.根据权利要求1所述的方法，其中沿着所述能量波导阵列的所述第二侧上的所述未受抑制能量传播路径的能量的所述能量属性至少包括所述未受抑制能量传播路径的角坐标，且在所述能量波导阵列的所述第一侧上的所述多个能量位置处的能量的所述能量属性至少包括所述多个能量位置的位置坐标。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述位置坐标在物理参考空间中限定。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述位置坐标使用转换函数从数字参考空间转换到物理参考空间。

13.根据权利要求10所述的方法，其中所述角坐标在物理参考空间中限定。

14.根据权利要求13所述的方法，其中沿着所述波导阵列的所述第二侧上的所述未受抑制能量传播路径的能量的能量属性数据通过捕捉沿着所述波导阵列的所述第二侧上的所述未受抑制能量传播路径的能量的能量传感器产生，且另外其中，在所述物理参考空间中限定的所述角坐标使用全都在同一物理参考空间中限定的所述能量波导阵列的已知参考位置、所述能量传感器与所述波导阵列之间的已知距离以及参考能量位置的已知位置而确定。

15.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个能量位置处的能量的所述能量属性包括选自以下组成的群组的至少一个能量属性：位置、颜色、强度、频率、振幅、对比度和分辨率。

16.根据权利要求1所述的方法，其中沿着所述能量波导阵列的所述第二侧上的所述未受抑制能量传播路径的能量的所述能量属性包括选自以下组成的群组的至少一个能量属性：位置、颜色、强度、频率、振幅、对比度和分辨率。

17.根据权利要求1所述的方法，其中应用所述映射以补偿选自以下组成的群组的至少一个中继属性：强度变化、颜色变化、衰减区以及空间畸变。

18.一种用于能量引导系统的校准方法，其中所述能量引导系统的能量中继器元件配置成使得传播通过所述能量中继器元件的能量在纵向定向上具有较高传输效率，且所述能量引导系统的能量波导阵列可用来沿着从所述能量波导阵列的第一侧延伸到第二侧的未受抑制能量传播路径引导能量，其中所述未受抑制能量传播路径在所述第一侧延伸到多个中继能量位置，且取决于所述第一侧上的相应能量位置，在所述第二侧沿着相对于所述能量波导阵列的不同角方向延伸，所述方法包括：

接收在能量中继器元件的第一表面处的第一多个能量位置处的能量的能量属性数据，其中在所述第一多个能量位置处的能量沿着所述纵向定向从第二多个能量位置中继通过所述能量中继器元件；以及

使所述第二多个能量位置处的能量的预定能量属性数据与所述多个中继能量位置处的能量的所述能量属性数据相关以形成校准的中继函数，其中所述校准的中继函数包括所述第一多个能量位置处的所述能量属性到所述第二多个能量位置处的所述能量属性的映射；

使所述多个中继能量位置处的能量的能量属性数据与沿着所述波导阵列的所述第二侧上的所述未受抑制能量传播路径的能量的所述能量属性数据相关以形成校准的四维(4D)全光函数即校准的4D全光函数以用于所述能量波导阵列，其中所述校准的4D全光函数包括所述多个能量位置与所述未受抑制能量传播路径的相应角方向之间的映射。

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