CN112888987A - 用于光场显示器的全息对象中继 - Google Patents

Abstract

公开了用于重新引导与光场或全息对象相对应的光使得由光场或其它显示器生成的图像在不必对所述显示器本身进行寻址的情况下被观看者感知到的系统和方法。

Description

用于光场显示器的全息对象中继

技术领域

本公开总体上涉及被配置成用于生成对应于2D、3D或全息图像的光并且进一步被配置成将所生成的全息图像中继到期望定位的系统。

背景技术

当今存在的许多技术通常不幸地与全息图混淆，所述全息图包含透镜印刷、佩珀尔幻象(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)，以及其它概括为“配镜(fauxlography)”的此类幻象。这些技术可能会展现出真正的全息显示器的期望特性中的一些，然而缺乏以任何足够的方式刺激人类视觉感觉反应的能力。

光场和全息显示是多个投影的结果，其中能量表面定位提供在视体内传播的角度、颜色和亮度信息。不同于立体显示器，观看到的汇聚能量传播路径在空间中的位置在观看者在视体周围移动时不会变化，并且任何数目的观看者可以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。

发明内容

全息显示系统的实施例包含第一显示器，所述第一显示器包括光场显示器，所述光场显示器被配置成沿着一组投影光路对光进行投影以至少形成相对于显示屏幕平面具有第一投影深度轮廓的第一全息表面；以及中继系统，所述中继系统被定位成沿着所述一组投影光路从所述光场显示器接收光并且沿着一组中继光路中继所接收的光，使得所述第一全息表面上的点中继到中继定位，由此形成相对于虚拟屏幕平面具有第一中继深度轮廓的第一中继全息表面，所述第一中继深度轮廓与所述第一投影深度轮廓不同。所述光场显示器包括控制器，所述控制器被配置成接收用于通过以下来解释所述第一投影深度轮廓与所述第一中继深度轮廓之间的差异的指令：操作所述光场显示器以输出投影光，使得第一中继全息对象的所述第一中继深度轮廓是针对观看者预期的深度轮廓。

全息显示系统的实施例包含第一显示器，所述第一显示器包括光场显示器，所述光场显示器被配置成沿着一组投影光路对光进行投影以至少形成第一全息表面，所述一组投影光路根据所述光场显示器定义的第一四维(4D)函数来确定，使得每个投影光路在相对于显示屏幕平面定义的第一4D坐标系中具有一组位置坐标和角坐标。所述系统还包含中继系统，所述中继系统被定位成沿着所述一组投影光路从所述光场显示器接收光并且沿着一组中继光路中继所接收的光，使得所述第一全息表面上的点中继到中继定位，由此形成第一中继全息表面，所述一组中继光路已根据所述中继系统定义的第二4D函数确定，使得每个中继光路在相对于虚拟屏幕平面定义的第二4D坐标系中具有一组位置坐标和角坐标。所述光场显示器包括控制器，所述控制器被配置成接收用于通过以下来解释所述第二4D函数的指令：根据所述第一4D函数操作所述光场显示器以输出投影光，使得所述一组中继光路中的每个中继光路在所述第二4D坐标系中的所述位置坐标和所述角坐标允许将所述中继全息表面如所预期的呈现给观看者。

全息显示系统的实施例包含光场显示器，所述光场显示器被配置成沿着一组投影光路对光进行投影以至少形成相对于显示屏幕平面呈第一深度顺序的第一全息表面和第二全息表面；中继系统，所述中继系统被定位成沿着所述一组投影光路从所述光场显示器接收光并且沿着一组中继光路中继所接收的光，使得所述第一全息表面和所述第二全息表面上的点中继到中继定位，由此形成能相对于虚拟屏幕平面以第二深度顺序感知到的第一中继全息表面和第二中继全息表面，所述第一深度顺序和所述第二深度顺序相反；以及校正光学元件，所述校正光学元件安置在所述一组中继光路中，其中所述一组中继光路中的每个中继光路在四维(4D)坐标系中具有一组位置坐标和角坐标，并且其中所述校正光学元件被配置成反转第一组中继光路中的每个中继光路的所述角坐标的极性，使得所述第一中继全息表面和所述第二中继全息表面能以与所述第一深度顺序基本上相同的校正的深度顺序感知到。

全息显示系统的实施例包含光场显示显示器，其被配置成沿着一组投影光路对光进行投影以至少形成相对于显示屏幕平面呈第一深度顺序的第一全息表面和第二全息表面；校正光学元件，所述校正光学元件安置在所述一组投影光路中，其中第一组投影光路中的每个投影光路在四维(4D)坐标系中具有一组位置坐标和角坐标，并且其中所述校正光学元件被配置成反转所述一组投影光路中的每个投影光路的所述角坐标的极性，所述第一全息表面和所述第二全息表面具有与所述第一深度顺序相反的中间深度顺序；以及中继系统，所述中继系统被定位成沿着所述一组投影光路从所述校正光学元件接收光并且沿着一组中继光路中继所接收的光，使得第一全息对象和第二全息对象上的点中继到中继定位，由此形成能相对于虚拟屏幕平面以第二深度顺序感知到的第一中继全息表面和第二中继全息表面，所述第一深度顺序和所述第二深度顺序相同。

全息显示系统的实施例包含第一显示器，所述第一显示器包括光场显示器，所述光场显示器被配置成沿着第一组投影光路对光进行投影以至少形成分别相对于显示屏幕平面具有第一深度轮廓和第二深度轮廓的第一全息表面和第二全息表面；以及第一中继系统，所述第一中继系统被定位成沿着所述第一组投影光路从所述光场显示器接收光并且沿着第一组中继光路中继所接收的光，使得所述第一全息表面和所述第二全息表面上的点中继到中继定位，由此形成分别相对于虚拟屏幕平面具有第一中继深度轮廓和第二中继深度轮廓的第一中继全息表面和第二中继全息表面。

全息显示系统的实施例包含第一显示器，所述第一显示器包括光场显示器，所述光场显示器被配置成沿着第一组投影光路对光进行投影以至少形成相对于显示屏幕平面具有第一深度轮廓的第一全息表面；第一中继系统，所述第一中继系统被定位成沿着所述第一组投影光路从所述光场显示器接收光并且沿着第一组中继光路中继所接收的光，使得所述第一全息表面上的点中继到中继定位，由此形成相对于虚拟屏幕平面具有第一中继深度轮廓的第一中继全息表面；以及第二中继系统，所述第二中继系统被定位成沿着所述第一组中继光路从所述第一中继系统接收光并且沿着第二组中继光路中继所接收的光，使得所述第一中继全息表面上的点进一步中继到新的中继定位，由此形成分别相对于新的虚拟屏幕平面具有第二中继深度轮廓的第二中继全息表面。

附图说明

图1A展示了被配置成使用分束器和图像回射器来中继由光场显示器投影的全息表面的系统的实施例；

图1B展示了被配置成使用分束器和多个图像回射器来中继由光场显示器投影的全息表面的系统的实施例；

图2A展示了被配置成在四维(4D)坐标系中反转U-V角坐标的极性的校正光学元件的实施例；

图2B展示了放置在U-V平面中的多个照明源像素上方的波导的俯视图；

图2C展示了图2B所示的实施例在U-Z平面中的侧视图，其中薄透镜作为波导；

图3A展示了与图1A所示的系统类似的全息显示系统的实施例，其中分束器和图像回射器已被透射反射器代替；

图3B展示了具有多个中继系统的全息显示系统的实施例；

图3C展示了具有多个中继系统的全息显示系统的另一个实施例；

图4A展示了二面角反射器阵列(DCRA)的实施例的组合图；

图4B展示了对点光源进行成像的透射反射器的实施例的侧视图；

图4C展示了具有包括凹镜的中继系统的全息显示系统的实施例；

图4D展示了具有包括凹镜的中继系统的全息显示系统的另一个实施例；

图4E展示了具有中继系统的全息显示系统的另一个实施例，所述中继系统包括分束器、至少一个透镜和反射器；

图4F展示了具有包括透镜系统的中继系统的全息显示系统的另一个实施例；

图5A展示了理想中继系统的实施例；

图5B展示了具有中继系统的全息显示系统的实施例，所述中继系统被配置成使用分束器和图像回射器中继由光场显示器投影的第一全息表面和第二全息表面；

图5C展示了具有中继系统的全息显示系统的实施例，所述中继系统被配置成使用分束器和凹镜中继由光场显示器投影的第一全息表面和第二全息表面；

图5D展示了校正图5C所示的中继系统的光学效果的实施例；

图5E展示了具有中继系统的全息显示系统的实施例，所述中继系统被配置成使用分束器和多个凹镜中继由光场显示器投影的第一全息表面和第二全息表面；

图6展示了具有中继系统的全息显示系统的实施例，所述中继系统被配置成使用透射反射器中继由光场显示器投影的第一全息表面和第二全息表面；

图7展示了具有第一中继系统的全息显示系统的实施例，所述第一中继系统被配置成中继由光场显示器投影的第一全息表面和第二全息表面，并且中继由第二显示器投影的第三表面；

图8A展示了具有第二中继系统、多个显示器的全息显示系统的实施例；

图8B展示了使用图8A中的视差屏障来执行遮挡处理的实施例；

图8C展示了在不同位置处观看者感知的类似于图8A所示的全息显示系统的实施例；

图8D展示了示出图8A和8B所示的显示系统的抽象的实施例；

图8E展示了图8D的系统的实施例，所述系统具有带有锥形表面的透射反射器；并且

图8F展示了类似于图8E中所示的具有金字塔形透射反射器表面的系统的实施例。

具体实施方式

图1A示出了包含第一显示器1001的全息显示系统的实施例，所述第一显示器包括光场显示器，所述光场显示器被配置成沿着一组投影光路1036对光进行投影以至少形成第一全息表面1016，所述第一全息表面相对于显示屏幕平面1021具有第一投影深度轮廓。在实施例中，第一全息表面1016可以是如对象的一部分、面、背景场景等全息场景中的任何表面。在实施例中，全息表面1016的投影深度轮廓可以包含沿着显示器1001的法线轴(未示出)观察第一显示器1001的观看者(未示出)可察觉的深度。图1A的全息显示系统还包含中继系统102A，所述中继系统被定位成沿着第一组投影光路1036从光场显示器1001接收光并且沿着一组中继光路1025A中继所接收的光，使得第一全息表面1016上的点中继到中继定位，由此形成第一中继全息表面1018，所述第一中继全息表面相对于虚拟屏幕平面1022具有第一中继深度轮廓。在实施例中，虚拟屏幕平面1022被朝向成相对于光场显示器1001的显示屏幕平面1021成非平行角度。在实施例中，虚拟屏幕平面1022被朝向成相对于光场显示器1001的显示屏幕平面1021成垂直角度。

在实施例中，全息表面1016的深度轮廓可以包含在虚拟屏幕平面1022的方向上观察的观看者1050感知到的深度。如图1所展示的，中继全息表面1018的第一中继深度轮廓与第一全息表面1016的第一投影深度轮廓不同：第一全息表面1016被投影为屏幕外全息表面，而第一中继全息表面1018可被观看者105感知为相对于虚拟屏幕平面1022的屏幕内全息表面。

在实施例中，中继系统102A可以使用分束器101和图像回射器1006A来中继由光场显示器1001投影的全息对象。在实施例中，光场显示器1001包括具有多个光源定位(未示出)的一个或多个显示装置1002，可以存在或可以不存在的成像中继器1003，其用于将来自显示装置的图像中继到能量表面1005，以及将能量表面1005上的每个光源定位投影到三维空间中的唯一方向(u,v)的波导1004的阵列。能量表面1005可以是无缝的能量表面，其具有大于任何单独显示装置1002的表面的组合分辨率。光场显示器1001的实例描述于共同拥有的美国专利申请公开号US2019/0064435、US2018/0356591、2018/0372926和美国专利申请序列号16/063675中，所有这些美国专利申请出于所有目的通过引用并入本文。投影光射线1036可以在全息对象1016的表面上的定位111处会聚，并且然后在它们接近分束器101时发散。分束器101可以被配置成包含偏振分束器、透明的铝涂覆层或至少一个二向色滤光片。在实施例中，分束器101可以被朝向成相对于显示屏幕平面1021和回射器1006A成45度角，并且回射器1006被朝向成相对于显示屏幕平面1021正交。沿着投影光路1036的入射光的一部分从分束器101沿着一组反射光路1037朝向图像回射器1006A反射，而大部分剩余的光沿着一组透射光路1039A穿过分束器101进入射线，这可能对图1A中的中继全息对象1018的形成没有帮助。在实施例中，回射器1006A可以含有单独反射器如角反射器的精细阵列。回射器1006A用于在与接近方向相反的方向上反转入射光的每条射线，而没有显著的空间偏移。沿着光路1037的射线在从回射器1006A反射时反转其方向、使所述射线的接近角度基本上折回到回射器1006A，并且所述射线的强度的一部分沿着一组中继光路1025A穿过分束器101，从而会聚在全息对象1018的定位112处。以此方式，中继由光场显示器1001直接投影的全息对象1016，以形成中继全息对象1018。

图1A可以具有定位于分束器101与回射器1006A之间的任选光学元件1041A。此任选光学元件1041A的相对位置类似于图1B中出现的任选光学元件1041A。此光学元件可以是与偏振分束器101一起使用的偏振控制元件。如果显示器1001仅产生一种偏振态，则偏振分束器101可以被布置成将显示器的几乎所有光朝向回射器1006A引导，从而消除了可以竖直穿过分束器并且对全息对象1018成像没有帮助的大部分光射线1039A。使用偏振分束器101，光射线1037在接近光学元件1041A时被线性地偏振并且在穿过光学元件1041A之后被圆偏振，所述光学元件可以包含四分之一波长延迟器。在从回射器1006A反射时，射线1025A上的大部分光可以在相反方向上被圆偏振，并且对于这种相反的圆偏振，返回穿过四分之一波长延迟器将导致这些光射线转换为线性偏振，所述线性偏振相对于沿着反射光路1037的射线上的离开分束器101的光旋转90度。此光具有与由分束器101反射的光相反的偏振，因此所述光将直接穿过分束器101而不是被偏转，并且有助于全息对象1018的成像。简而言之，放置在分束器101与回射器1006A之间的四分之一波片光学元件1041A可以帮助将从分束器101反射的大部分光从一个线性偏振转换成相反的线性偏振，使得分束器101以最佳效率传递此光，产生全息图像，并且限制浪费的光。

在显示器1001产生非偏振光的情况下，分束器上约一半的入射光1036将沿着所述一组反射光路1037朝着回射器1006A被引导到光射线，并且约一半的入射光将在竖直方向上沿着一组透射光路1039A被引导。这导致光射线1039A丢失。在实施例中，如图1B所示，图1A的全息显示系统可以包含中继系统102B，所述中继系统包含另外的回射器1006B。在实施例中，另外的回射器1006B可以被安置成相对于分束器101与显示器1001相反、在距离上对称但在朝向上与回射器1006A正交。图1B示出了使用包含分束器101和两个图像回射器1006A和1006B的全息中继系统102B中继由光场显示器1001投影的全息表面的系统，其中每个回射器在与其入射方向相反的方向上反射入射光的射线。与其中沿着透射路径1039A的光射线丢失的图1A形成对比，沿着透射路径1039B的光射线从回射器1006B回射，其方式与沿着反射路径1037的射线从回射器1006A回射相同。沿着透射路径1039B和反射路径1037的光射线在分束器101处回射并会聚并且沿着一组中继路径1025B组合以形成光射线，所述光射线聚焦在点112处，从而有助于第一中继全息表面1018。在实施例中，另外的回射器1006B和分束器101对齐，使得通过分束器101朝着另外的回射器透射的投影光从另外的回射器1006B反射并且进一步由分束器101沿着另外一组中继光路1025B朝着虚拟显示屏幕1022反射，并且来自第一回射器1006A的一组中继光射线1025A和来自另外的回射器1006B的所述另外一组中继光射线1025B基本上重叠。如关于图1A所示的任选光学元件1041A所讨论的，光学元件1041B可以包含四分之一波长延迟器，所述四分之一波长延迟器可以导致沿着透射路径1039B的大部分光射线以相反的线性偏振返回到分束器101，使得这些光射线中的大部分将由分束器101朝着全息表面1018的形成引导，而不是朝着显示器1001引导直接通过分束器101。任选的光学元件1041B可以含有偏振控制元件、衍射元件、折射元件、聚焦或散焦元件或任何其它光学元件。

现在参考图1A和1B，在实施例中，点(如直接投影的表面1016上的定位111)之间的竖直距离D1可以与中继全息表面1018上的如对应于定位111的定位112的点之间的水平距离D1相同。中继系统102A或102B可以被配置成中继分布在显示屏幕平面1021周围的多个全息表面，包含屏幕平面1021的侧面1010上的屏幕外表面1016，以及在屏幕平面1021的侧面1011上屏幕内投影的表面。在图1A和1B所示出的实例中，表面1016被投影为屏幕外全息表面。这些全息表面可以从屏幕平面1021中继到虚拟平面1022，使得相对于观看者1050，屏幕平面1021的屏幕外的表面1016出现在虚拟平面1022的后面，并且类似地，使得相对于观看者1050，投影在屏幕平面1021的侧面1011上的光场显示器1001的屏幕内的表面出现在虚拟屏幕平面1022的前面。因此，全息表面1016的深度翻转极性——屏幕外全息表面1016的离显示屏幕平面1021最远的定位111被中继到中继全息表面1018的离观看者1050最远的定位112。为了解释这种深度反转，并且为了向观察者1050呈现直接投影的屏幕外全息对象1016的观察者将在不使用中继系统102B的情况下看到的中继全息表面1016的相同视图和相同深度轮廓，一种方法是反转作为具有坐标(X,Y,U,V)的4D光场函数中的两个角坐标的U-V光场坐标的极性，从而将投影光射线1036转换为投影光射线1013，所述投影光射线中的每条投影光射线具有相反的斜率。这将屏幕外全息投影表面1016转换为具有反转深度的屏幕内全息投影表面1014，其将被中继到中继全息表面1020中。中继全息表面1020相对于虚拟显示平面1022在屏幕外并且将对于观察者1050看起来相对于虚拟屏幕平面1022具有与投影对象1016相对于显示屏幕平面1021所具有的深度轮廓相同的深度轮廓。投影全息表面1014将似乎相对于显示屏幕平面1021是深度反转的。总之，为了对虚拟屏幕平面1022的观察者1050的全息表面1020进行投影，可以为显示屏幕1021渲染具有预期深度轮廓的预期投影全息表面1016，并且然后U-V角光场坐标中的每个U-V角光场坐标可以被翻转以产生深度反转表面1014，所述深度反转表面出现在显示屏幕平面1021的与全息对象1016相反的侧上，但是其通过中继系统102A或102B中继到中继全息对象1020中，所述中继全息对象相对于虚拟屏幕平面1022具有预期中继全息表面和预期深度轮廓。(X,Y,U,V)的4D光场坐标系描述于共同拥有的美国专利申请公开号US2019/0064435、US2018/0356591、US2018/0372926和美国专利申请序列号16/063,675中，所述美国专利申请通过引用并入本文并且在此将不再重复。

在实施例中，一组投影光路1036中的每个投影光路具有关于显示屏幕平面定义的四维(4D)坐标系中的一组位置坐标和角坐标，并且一组中继光路1025A、1025B中的每个中继光路具有关于虚拟显示平面定义的四维(4D)坐标系中的一组位置坐标和角坐标。如上文所描述的，全息表面1014可以被渲染，使得形成对象1014的表面的光将被中继为中继表面1020的预期分布，所述预期分布可以由观察者1050直接观看。渲染全息表面1014的一种方法是首先渲染全息对象1016(在没有中继系统102A或102B的情况下要示出的预期对象)，并且然后反转其U-V角坐标的极性。U-V坐标的这种反转可能导致全息对象1014而不是对象1016被投影，所述对象可以中继到全息对象1020的预期定位。可以使用校正光学元件来完成U-V极性反转，如下文参考图2A所总结的，或者使用4D光场坐标中的调整，如下文参考图2B和2C所总结的。

图2A示出了校正光学元件的实施例，所述校正光学元件用于反转U-V角光场坐标的极性。两行基本上相同的透镜201、202并排放置。透镜行201和202具有焦距f并且被朝向成彼此平行，其中间距为焦距f的两倍，使得它们的焦平面在虚拟平面203处重叠，并且使得虚拟平面203的相反侧的透镜如213和214共享共同光轴204。传入的平行光射线211以相对于光轴204在U-Z平面中为θ并且在V-Z平面中为φ的入射角入射在透镜213上。光射线211被透镜213聚焦到焦平面203上并且然后朝着透镜214发散，所述透镜将射线折射成平行射线212。平行射线212以相对于U-Z平面中的光轴204成-θ 并且相对于V-Z平面中的光轴204成-φ的反转极性角度离开20，从而导致方向相对于平行射线211的入射方向已反转。此中继系统可以在图1A和1B的投影光路1036中或中继光路1025A、1025B中放置在屏幕平面1021上方，以便分别反转投影全息表面或中继全息表面的U-V坐标的极性。

在实施例中，所述光场显示器1001可以包含如图1A和1B所示的控制器190，所述控制器被配置成接收用于通过以下来解释所述第一投影深度轮廓与所述第一中继深度轮廓之间的差异的指令：操作所述光场显示器1001以输出投影光，使得第一中继全息对象的所述第一中继深度轮廓是针对观看者1050预期的深度轮廓。图2B示出了放置在U-V平面中的多个照明源像素222上方的光场显示器1001的波导221的俯视图，包含V＝0处的像素行，U＝0处的像素列以及单独像素223和224。在实施例中，波导221允许来自像素222的光沿着一组投影光路1036投影，其中每个投影光路1036在四维(4D)坐标系中具有一组位置坐标(X,Y)和角坐标(U,V)。为了反转U-V坐标的极性，并且从图1A和1B中为全息对象1016渲染的光场创建全息对象1014，如图所示将交换U和V坐标的极性，使得具有–U和+V坐标的像素224将与具有+U和–V坐标的像素223交换位置。所有其它像素将如所指示的交换位置，除了保持在位的U,V＝0,0。

图2C示出了图2B所示的实施例在U-Z平面中的侧视图，其中薄透镜作为波导221。对于V＝0处的一行像素222，交换位于最小和最大U坐标处的两个像素。结果是，在最小U(231)和最大U(232)处，来自像素的投影射线的强度和颜色交换了位置。

图3A示出了类似于图1A中所示的配置的全息系统的实施例，除了图1A所示的包含分束器101的中继系统102A之外，并且图像回射器1006A已被中继系统代替，所述中继系统包含单个透射反射器301，所述单个透射反射器被定位成沿着一组投影光路1036接收光并且沿着一组中继光路1026引导所接收的光。在实施例中，透射反射器301在透射反射器301的多个内部反射表面(在图4A中示出为401、402，如下文所描述的)中内部反射所接收的光的一部分，并且沿着一组中继光路1026朝着虚拟屏幕平面1022在第一方向上输出光。透射反射器301的实例可以是二面角反射器阵列(DCRA)，所述二面角反射器阵列是由多个二面角反射器组成的光学成像元件，其可以被实现为两层紧密间隔的平行镜平面的薄层，其朝向使得所述平面彼此正交，如图4A所示。另一个实例是角反射器微镜阵列。投影光射线1036可以在全息表面1016的表面上的定位111处会聚，并且然后在它们接近透射反射器301时发散。透射反射器301在内部反射发散射线1036，使得所述发散射线作为沿着中继路径1026的射线离开301的另一侧并且会聚在中继全息表面1018的定位112处。这可以在透射反射器301内通过如图4A所示的两次反射的序列来实现。以此方式，中继由光场显示器101直接投影的全息表面1016，以形成中继全息表面1018。

图4A示出了DCRA 401的详细结构以及穿过DCRA 41的光射线的路径的实施例的组装图。在实施例中，DCRA由平行的但在第一维度上偏移的紧密间隔的反射平面的两层406和407构成，并且在第二维度中，层406中的反射平面401的方向被朝向成正交于层407中的反射平面402的方向。反射表面401和402可以是镜像表面。当入射光射线404穿过透射反射器的外表面(在图4B中示出为430)时，入射光射线将其能量中的一些反射到反射光射线414中。光射线404使其动量的一个分量在定位410处在第一反射表面401上反转并且然后使基本上正交的动量分量在从第二反射表面402在点411处进行第二反射时反转。

图4B示出了透射反射器421的实施例的侧视图，所述透射反射器可以是DCRA，其对定位于距透射反射器421距离D处的光的点光源422进行成像。透射反射器421平行于X-Y平面对齐。来自点源422的光射线423中的每条光射线的X和Y动量分量都被透射反射器421反转，使得离开421的光射线424会聚在像点425处，与透射反射器421的距离为D。光射线423的一部分从透射反射器421的外表面430反射出去，从而产生反射光射线433。

现在转到图3B和3C，可以使用具有一个以上的中继器的配置来中继全息表面。如果全息表面被中继两次，则通过第一中继器可能发生的全息对象的深度反转可以通过第二中继器撤消。对于由偶数个全息中继器中继的全息表面，通常是这样。图3B示出了光场显示系统，所述光场显示系统包含至少第一光场显示器1001A以及两个中继系统130和140，所述两个中继系统一起将至少第一投影全息表面中继到最终中继定位。在图3B所示的实施例中，全息表面121A和122A围绕光场显示屏幕平面1021A投影并且围绕虚拟显示平面1022B中继到最终中继定位121C和122C，而没有深度反转。图3B中还示出了任选的第二光场显示器1001B，所述第二光场显示器可以投影图像表面123A。代替第二光场显示器1001B，表面123A可以是现实对象的表面，现实对象的图像将由分束器101与全息表面121A和122A组合，并且由一对中继系统130和140中继到图像位置123C，而没有深度反转。全息表面和现实对象的图像被一起组合并且中继到新的中继定位，从而使全息表面和现实对象可以在没有物理显示平面的情况下一起显示。

在图3B中，两个中继系统130和140分别包含透射反射器301A和301B，但是这些中继器中的任何一个也可以包含分束器和回射器(类似于图1A中所示的中继器102A)。全息表面121A和122A由来自光场显示器1001A的沿着一组投影光路131A和132A的光形成，并且沿着所述一组投影光路的光的一部分直接透射通过分束器101。分束器可以是本公开中公开的任何分束器。沿着所述一组投影光路131A和132A的投影光由第一中继系统130沿着第一组中继光路131B和132B中继，所述第一组中继光路围绕第一虚拟屏幕平面1022A分别形成深度反转的第一中继全息表面121B和第二中继全息表面122B。沿着第一组中继光路131B和132B的光由第二中继系统140沿着第二组中继光路131C和132C中继，所述第二组中继光路形成围绕新的虚拟屏幕平面1022B的未深度反转的第三相关全息表面121C和第四相关全息表面122C。中继全息对象121C和122C相对于屏幕平面1022B的深度轮廓应分别与源投影表面121A和122A的深度轮廓相同。

图像表面123A是现实对象的表面，或者是由任选的第二光场显示器1001B以相对于光场显示器1001B的屏幕平面1021B的深度轮廓投影的全息表面。来自表面123A的沿着输入路径133Y的光的一部分被分束器101反射到投影光路133A中，而另一部分沿着一组透射路径133Z穿过分束器101。中继系统130的透射反射器301A具有反射表面430，并且沿着投影路径133A的入射光中的一些反射到光路143A中(并且这对于沿着投影路径131A和132A的光来说也是如此，但是这在图3B中未示出)。沿着来自对象123A的投影路径133A的光的一部分由第一中继系统130中继到第一组中继光路131B、132B和133B中的中继光路133B。光路133B形成深度反转的图像123B。沿着中继光路133B的光的一些沿着反射路径143B从中继系统140的透射反射器301B的表面反射(这对于沿着中继光路131B和132B的入射光也是如此，但是这些来自透射反射器301B的表面的这些反射未在图3B中示出)。沿着中继光路133B的光的另一部分由第二中继系统140第二次中继到第二组中继光路121C、132C和133C中的中继光路133C。中继光路133C形成未深度反转的中继表面123C，所述中继表面是现实对象123A的图像，或者是中继全息表面123A，其中中继表面123C对于观察者1050具有与源投影全息表面123A相对于显示屏幕平面1021B相同的深度轮廓。从显示屏幕平面1021B中继的虚拟屏幕平面是虚拟屏幕平面1022C。第一观察者1050将看到两个中继全息表面121C和122C以及现实表面123A的全息图像123C或三个中继全息对象121C、122C和123C。在图3B所示的配置中，通过在适当的位置使用分束器101与第二光场显示器1001B，来自两个光场显示器的全息内容可以被叠加到第二虚拟屏幕1022B周围的相同空间中，而没有深度反转，从而允许用于显示全息对象的深度范围的增加超过单独光场显示器1001A或1001B中的任一个的深度范围。注意，每个显示器1001A和1001B可以分别在对应的显示屏幕平面1021A和1021B的附近的全息对象体积中产生全息对象。这些全息对象体积被中继到对应于显示屏幕1021A的虚拟屏幕平面1022B和对应于显示屏幕1021B的虚拟屏幕平面1022C。虚拟屏幕平面1022B和1022C之间的间隔量取决于显示器1001A与透射反射器301A之间的第一距离和显示器1001B与透射反射器301A之间的第二距离之差。如果这些距离相同，则虚拟屏幕平面1022B和1022C将重叠。还应注意，由于可以调节光场显示器1001A或1001B距分束器101的接近度，因此虚拟屏幕平面1022B和1022C附近的中继全息对象体积可以含有一个较大的区域或两个较小但分离的区域，用于显示对于给定应用可调整的全息对象。在中继全息对象体积重叠的情况下，则可以实现大于单独显示器中的任一个的全息对象体积的组合中继全息对象体积。类似地，如果使用现实表面123A代替全息表面123A，则可以调整中继全息对象121C和122C与来自现实对象123A的全息图像123C的相对位置，并且针对任何应用进行定制。注意，关于屏幕平面1022B和1022C之间的可变间隔的此讨论还可以应用于仅使用一个中继器(如130)的情况。

图3C示出了图3B中所示出的相同配置，但从第二中继系统140的第二透射反射器301B沿着一组反射路径141B、142B和143B反射的光被示出为被第二观察者1051接收。图3B中的编号适用于图3C。来自深度反转的中继全息对象121B和122B的沿着第一组中继光路131B和132B的光分别被反射到反射光路141B和142B中，并且在实施例中，可以穿过放置在平面137处的校正光学元件。校正光学元件可以类似于图2A所示的校正光学元件，用于反转角光场坐标u和v的极性，从而使第二观察者1051分别感知中继全息表面121C和122C相对于平面137具有与源投影表面121A和122A相对于光场显示器1001A的显示平面1021相同的深度轮廓。以类似的方式，可以是由显示器1001B投影的全息表面或现实对象的表面的对象123A产生光射线，所述光射线由中继系统130沿着形成深度反转图像123B的中继光路133B中继并且由透射反射器301B的表面430沿着反射路径143B反射到光中。刚刚描述的位于137处的任选的校正光学元件还可以使深度反转，使得第二观察者1051可以看到具有与表面123A的深度轮廓相同的深度轮廓的中继图像123C。以此方式，观察者1050和1051将在相同定位看到相同的全息图像。

如先前所描述的，如果第一观察者1050看到深度正确的中继全息图像121C、122C和123C，则沿着路径141B、142B和143B接近平面137的对应光在其到达第二观察器1051的途中将是深度反转的图像121B、122B和123B。代替将校正光学器件放置在平面137处，可以替代地使用第三中继系统(未示出)来反转这些深度反转图像121B、122B和123B的深度。此方法的一个缺点是以下事实：在具有另外的中继器(未示出)的情况下，现在中继图像的第二观察者1051(定位于不同位置以从所述另外的中继器接收光，未示出)将不会在与第一观察者1050感知到的全息图像121C、122C和123C相同的定位处看到这些中继图像。

可以使用其它聚焦光学元件、散焦光学元件、镜像表面或这些的任何组合来中继围绕光场显示平面的全息对象体积。图4C示出了使用曲面镜代替回射器作为聚焦元件来中继全息对象体积而没有深度反转的实施例。图4C示出了使用包含分束器462和凹镜452两者的全息中继系统460成像的三角形表面的正投影视图，其中所述表面在光轴453上。在实施例中，凹镜452可以是球形、抛物线形或某个其它形状。分束器462可以是本文所描述的任何分束器。三角形表面461放置在正交于水平光轴453的竖直轴454上。在451处的镜C的曲率中心距分束器的距离为D1。在竖直光轴454上，点C'441与分束器的距离也是相同的D1。沿着一组投影光路465离开点C'441的光的一部分将从分束器462将沿着入射在镜452上的一组反射光路466反射到光射线中。凹镜452和分束器462对齐，使得从分束器462朝着凹镜452反射的光466的一部分从凹镜452沿着一组中继光路467返回穿过分束器462反射并聚焦，所述一组中继光路沿着与所述一组反射光路466基本上相反的返回方向延伸。沿着中继路径467的光可以通过点C 451朝着虚拟屏幕平面469中继。表面461可以是真实表面，或者是由LF显示器463投影的全息表面。类似地，沿着来自表面461的投影路径471的光射线将从分束器462反射到反射光路径472中，所述反射光路从凹镜452反射，并且返回光473中的一些将穿过分束器462并且沿着中继光路474，所述中继光路会聚以有助于形成观察者450观看到的表面461的中继图像457。任选的光学层464可以含有偏振控制光学器件、透镜元件、衍射光学器件、折射光学器件等。在一个实施例中，如上文针对图3A所描述的，光学层464是四分之一波长延迟器，所述四分之一波长延迟器可以将线性偏振光转换成圆偏振光，反之亦然。如果使用偏振分束器462，则在第一状态下，在反射光路472上离开分束器462的光被线性地偏振。沿着反射光路472的射线可以从线性偏振的第一状态转换为圆偏振，所述圆偏振在通过镜452反射时转换为相反的圆偏振，并且进一步由四分之一波长延迟器464转换为与第一状态正交的线性偏振的第二状态。结果是，与沿着反射光路472离开偏振分束器462的射线相比，接近偏振分束器462的射线473将具有相反的线性偏振，并且这些射线将穿过分束器462，从而有助于观看者450所观看到的中继图像457的成像，而没有被偏转。在图4C所示的配置中，由LF显示器463围绕显示屏幕平面468投影的全息表面(其可以与LF显示器463的显示表面相同)被中继为围绕虚拟屏幕平面469，可由观察者450观看到。

在实施例中，点C'441附近的表面被中继到点C 451附近。此光学系统的另一个特征是：比C'441更靠近分束器462的对象通过放大被成像到比点C 451更远离分束器的位置，并且比点C'441更远离分束器462的对象通过缩小被成像到比点C 451更靠近分束器的位置。这意味着在将点C'441附近产生的全息对象中继到点C 451时，应遵守它们的深度排序。通过增加镜452的曲率半径和/或使得投影全息对象的深度范围相对于镜452的曲率半径关于点C'441较小，可以减小点C'441附近对象的放大或缩小。尽管在图4B中展示的实例示出了球面镜，但可以使用不同配置的镜来执行成像，包含抛物线形的凹镜，以及甚至是球形或抛物线形的凸透镜，用于在观看者450的镜子的另一侧上投影镜后(图4C中镜452的右边)具有会聚点的图像。

在一些实施例中，图4C中所示出的镜452的聚焦功能可以用一个或多个光学元件，如透镜、镜或这些元件的某种组合来代替。在图4E所示的一个实施例中，中继系统460可以用中继系统470代替，所述中继系统包含分束器、包含透镜444和任选的透镜445的一个或多个透镜，以及在一个或多个透镜的与分束器462相反的侧上的反射器442。反射器可以与光轴453正交。一个或多个透镜的光轴可以与光轴453基本上对齐。在这种情况下，来自全息对象461的从分束器462反射并朝向反射器442的光射线将各自穿过一个或多个透镜，并且所述一个或多个透镜将提供聚焦功能。在一个实施例中，使用平面反射器，并且至少一个透镜444或透镜445的焦平面定位于平面反射器442的焦点处。在不同的实施例中，反射器442是弯曲的。在另一个实施例中，一个或多个透镜444、445用小的多的透镜的阵列代替。

在另一个实施例中，整个中继系统460可以用一个或多个透镜形成的中继器代替。图4F示出了实施例，其中包含一个或多个透镜的透镜中继系统480代替了中继系统460，所述一个或多个透镜围绕光场显示器463的屏幕平面468将全息表面437中继到中继全息表面438。包含透镜446和任选透镜447的一个或多个透镜可以具有共同的光轴，所述共同的光轴可以沿着光轴454与显示表面468的法线基本上对齐。一个或多个透镜可以执行聚焦功能，所述聚焦功能将显示屏幕平面468周围的区域光学地中继到光轴附近但在一个或多个透镜的远离光场显示器463的一侧的虚拟屏幕平面435。具有透镜的光学系统还可以含有焦点，并且由光场显示器463在显示屏幕平面468附近投影的全息对象的放大或缩小与上文针对图4D所示的配置所描述的大致相同。

图4D是使用包含弯曲的凹镜482和分束器485的全息中继系统将全息表面488中继到全息表面489的正交视图，其中全息表面偏离光轴483。点481是镜的焦点，所述镜可以是球形、抛物线形或其它形状。如图所示，表面488是从光场显示器497投影的全息表面，但是如果表面488是真实表面，则此处所描述的成像也可以工作。光路490C和492C从光场显示器497以不同角度投影，并且会聚以形成表面488的另一个顶点。沿着投影路径490C和492C的这些光从分束器485反射(由于直接穿过分束器而造成一些丢失，其未示出)，以成为沿着反射光路490D和492D的光射线，所述光射线然后从镜482的表面反射出，以成为中继路径490E和492E上的光射线，这些光射线穿过分束器(有一些丢失，其未示出)，并且再次会聚在图像489的一个顶点处，帮助形成图像489。沿着路径491C和493C的光射线从光场显示器497以不同角度投影，并且会聚以形成表面488的一个顶点。沿着491C和493C的这些光射线从分束器485反射(由于直接穿过分束器而造成一些丢失，其未示出)，以成为沿着反射路径491D和493D的光射线，所述光射线然后从镜482的表面反射，以成为中继路径491E和493E上的光射线，这些光射线穿过分束器(有一些丢失，未示出)，并且再次会聚在图像489的一个顶点处，帮助形成图像489。沿着投影路径492C和493C的光射线作为光射线从分束器沿着反射路径492D和493D反射，并且穿过曲面镜482的焦点481，沿着平行于光轴的中继路径492E和493E变成射线。沿着投影路径490C和491C的光射线从分束器反射分别作为沿着反射490D和491D的光射线，并且在从曲面镜482反射之前与光轴平行，因此它们分别沿着中继路径490E和491E的反射射线穿过曲面镜482的焦点481。在图4D所示的配置中，由LF显示器497围绕屏幕平面498投影的全息表面(其可以与LF显示器497的显示表面相同)被中继为围绕虚拟屏幕平面469投影，可由观察者450观看到。

在实施例中，沿着图4D中的投影路径490C和491C的光射线以单个角度或等效地光场角坐标的单个值投影在光场显示器497的表面的法线处，将所述光场角坐标指定为u＝0(u在图的平面中——正交角光场坐标v并未参考图4D进行讨论，但是类似的注释也适用于v)。这些射线被分束器485反射到沿着反射路径490D和491D的射线中，所述射线然后从镜反射到沿着中继路径490E和491E的射线中。观察者450可见的这两条光射线与平行于虚拟屏幕平面496的线495的法线496形成不同的角度θ₁和θ₂，并且因此将光场角坐标u的两个不同值贡献给中继全息表面489的成像。换句话说，尽管两条射线均具有如由光场显示器497所投影的光场角坐标u＝0的单个值，但是它们在中继全息表面489处具有不同的u值，并且此u值(或等效地角度)部分地取决于对象相对于镜的焦点481的位置。而且，从光场显示器497以光场角坐标(u1和u2)投影的沿着投影路径492C和493C的两条射线从分束器和镜系统反射，以成为沿着中继路径492E和493E的光射线，所述光射线彼此平行并且平行于虚拟屏幕平面469的法线496，使得它们在此虚拟屏幕平面469处具有相同的光场坐标u＝0，如观察者所观看到的。换句话说，在形成中继全息表面489时，由包含分束器485和曲面镜482的全息中继系统460重新布置了全息表面488的角光场坐标。为了对此进行校正，可以以补偿的方式布置离开光场显示器497的屏幕平面498的角光场坐标，以实现离开中继虚拟屏幕平面469的期望的角光场坐标。另一个可能不希望的效果是，光场显示表面498的法线(通常是光场角坐标u＝0)通常定义了来自光场显示表面498的投影射线的对称轴。从光场显示器497以u＝0产生的定义来自光场显示表面498的对称轴的光射线可以以u的有效值(即，与虚拟屏幕平面469的法线496的角度θ可以变化)中继到虚拟屏幕平面469，特别是在中继全息图像显著偏离光轴483时。这可能会导致视场改变。通常，为了最小化由图4D所示的光学中继系统中继的全息表面的视场变化，可以使光场显示器497居中，使得如488等全息表面可以被中继到位置489，所述位置尽可能靠近光轴483。在一些实施例中，图4D所示的镜482的聚焦功能可以用一个或多个光学元件如透镜、镜或这些元件的某种组合来代替。在一个实施例中，如上文关于图4C所讨论的，镜482可以由图4E所示的透镜444和反射器442代替。在另一个实施例中，如上文关于图4C所讨论的，整个中继系统460可以用由一个或多个透镜形成的中继器代替，如图4F中所示的透镜中继系统480。

图5A示出了光场显示器和理想全息对象中继系统103的正交视图，所述理想全息对象中继系统将在第一定位处投影在光场显示屏幕平面1021的任一侧上并且被第一观察者1048观看到的两个全息对象中继到在第二定位处投影在虚拟显示屏幕1022的任一侧上并且被第二观察者1050观看到的两个中继全息表面。光场显示器1001可以沿着一组投影光路输出光，所述光包含有助于在光场显示屏幕平面1021的前面1010形成表面1015Z的沿着投影光路1030Z的光射线以及有助于在屏幕平面1021的后面1011形成对象1016A的沿着投影光路1036Z的光射线。光路1035是源自于在此实例中与显示屏幕平面并置的光场显示表面1021处的光射线1036Z的追踪路径。在理想情形下，虚拟屏幕平面1022的任一侧上的中继全息对象1017A和1017B对于观察者1050看起来正如在没有任何中继系统103的情况下直接投影的全息对象1015Z和1016Z对于观察者1048看起来一样。换句话说，LF显示器1001和中继系统103应被配置成使得分别形成中继全息表面1017A和1018A的沿着中继路径1032A和1028A的光射线以与以下相同的方式到达观察者1050：分别形成直接投影全息表面1015Z和1016Z的沿着投影路径1030Z和1036Z的对应光射线在没有任何中继系统103的情况下到达观察者1048。根据图1A、1B和3A以及下文的讨论，将清楚的是，为了使用中继系统103的实际实施生成中继全息对象1032A和1028A，投影对象1015Z和1016Z的定位、深度轮廓和放大可以必须根据其在图5A所示的定位进行调整，并且对于这些投影全息源对象1015Z和1016Z中的每个投影全息源对象，光场角坐标可以必须重新布置。

图5B示出了类似于图1A的全息显示系统的全息显示系统的实施例。图5B的全息显示系统包含第一显示器1001，所述第一显示器可以是光场显示器，所述光场显示器被配置成沿着一组投影光路1030A和1036A对光进行投影以至少形成分别相对于显示屏幕平面1021具有第一深度轮廓和第二深度轮廓的第一全息表面1015A和第二全息表面1016A。全息显示系统还包含中继系统104，所述中继系统被定位成沿着所述一组投影光路1030A和1036A从所述光场显示器1001接收光，并且沿着一组中继光路1032A和1028A中继所接收的光，使得所述第一投影全息表面1015A和所述第二投影全息表面1016A上的点被中继到所述中继定位，所述中继定位形成第一中继全息表面1017A和第二中继全息表面1018A，所述第一中继全息表面和所述第二中继全息表面具有分别相对于虚拟屏幕平面1022的第一中继深度轮廓和第二中继深度轮廓。

图5B示出了包含分束器1005和图像回射器1006A的全息中继系统104。光场显示器1001可以类似于上文关于图1A、1B、3A和5A所讨论的光场显示器1001。光场显示器1001在屏幕平面1021的观看者侧1010上投影屏幕外全息表面1016A并且在屏幕平面1021的显示侧1011上投影屏幕内全息表面1015A。在实施例中，光场显示器1001可以沿着一组投影光路输出光，所述光包含有助于形成表面1016A的沿着投影光路1036A的光射线以及有助于形成屏幕内表面1015A的沿着投影光路1030A的光射线(路径1033是不表示物理射线的射线跟踪线)。所述一组投影光路1030A和1036A中的每个投影光路在由光场显示器定义的四维(4D)坐标系中具有一组位置坐标(X,Y)和角坐标(U,V)。这些光射线可以在它们接近分束器1005时发散。此入射光的一部分被分束器1005沿着一组反射光路朝着图像回射器1006A反射，所述一组反射光路包含来自入射光1036A的路径1037A和来自入射光1030A的路径1031A，而没有被分束器反射的其余的光1034沿着一组透射光路1034穿过分束器并且可能会丢失，从而对中继全息表面1017A和1017B的成像没有帮助。回射器1006A可以含有如角反射器等单独反射器的精细阵列。回射器1006A在与接近方向基本上相反的方向上反转入射光路1037A、1031A的每条射线，而没有显著的空间偏移。沿着反射光路1037A的光射线在从分束器1005反射时反转其方向、使所述光射线的接近角度基本上折回到回射器1006A，并且所述光射线的强度的一部分沿着中继光路1028A穿过分束器1005，从而会聚在全息表面的定位1018A处。以此方式，中继由光场显示器1001直接投影的全息表面1016A，以形成中继全息表面1018A。类似地，沿着光路1031A的射线在撞击分束器1005时反转其方向、使所述射线的接近路径折回到回射器1006A，并且所述射线的强度的一部分沿着中继光路1032A穿过分束器，从而会聚并且形成全息表面1017A。以此方式，中继由光场显示器1001直接投影的全息表面1015A，以形成全息表面1017A。中继光路1028A和1032A构成了一组中继光路，所述一组中继光路源自从显示器1001到分束器1005的所述一组投影光路并且然后通过从分束器1005到回射器1006A的所述一组反射光路。在实施例中，所述一组中继光路中的每个中继光路在如由中继系统104定义的四维(4D)坐标系中具有一组位置坐标(X,Y)和角坐标(U,V)。由光场显示器1001以比屏幕外表面1016A更大的深度投影的屏幕内表面1015A被中继为表面1017A，所述表面现在比从1016A中继的表面1018A更靠近观看者1050。换句话说，由光场显示器投影的全息表面1015A和1016A的深度轮廓由全息中继系统104反转。全息表面1016A与分束器1005之间的竖直距离D1与对应的中继全息表面1018A与分束器1005之间的水平距离基本上相同。类似地，全息表面1015A与分束器1005之间的竖直距离D2与中继全息表面1017A与分束器1005之间的水平距离D2基本上相同。如关于图1B所示的任选光学元件1041A所讨论的，光学元件1041A也是任选的光学元件。此1041A可以是四分之一波长延迟器，所述四分之一波长延迟器可以导致沿着路径1031A或1037A的大部分光射线以与离开分束器1005的光射线相反的线性偏振返回到分束器1005，因此，这些光射线的大部分将被引导朝向观看者1050，而不是朝着显示器1001被分束器1005偏转。而且，沿着从全息表面1016A的投影光路1036A的路径1042A的光射线从垂直于显示屏幕平面1021的光场显示器投影并且通常指定为角光场坐标值(u＝,v)＝(0,0)。此光射线产生沿着中继路径1042B的光射线，这有助于形成中继全息表面1018A。对于观察者1050，光射线1042B垂直于虚拟显示平面1022投影，并且将被感知为到观察者1050的具有光场角坐标(u,v)＝(0,0)的射线。为了进一步进行概括，即使在被中继之后，光学中继系统103保存光场坐标(u,v)＝(0,0)处的光射线以保持在所述值，尽管需要重新布置图2B所示的光场角坐标以通过图5B所示的回射器配置反转深度。可替代地，校正光学元件可以被包含在图5B的全息显示系统中以反转深度。在实施例中，图2A所示的校正光学元件20可以安置在所述一组中继光路1028A和1032A中，并且校正光学元件20被配置成反转所述一组中继光路中的每条中继光路的角坐标(U,V)的极性，使得通过校正光学元件20感知第一中继全息表面1017A和第二中继全息表面1018A的观看者将感知到与第一全息表面1015A和第二全息表面1016A的深度顺序相同的校正的深度顺序。在实施例中，校正光学元件20可以安置在虚拟显示平面中。在另一个实施例中，可以将校正光学元件20安置在一组投影光路1030A、1036A中并且光学上位于中继系统104的前面，并且校正光学元件20可以被配置成反转所述一组投影光路1030A、1036A中每个投影光路的角坐标(U,V)的极性，使得第一全息表面1015A和第二全息表面1016A具有预先校正的深度顺序。在实施例中，校正光学元件20可以安置在显示屏幕平面中。

图5C示出了光场显示器1001和类似于上文关于图4C和4D所讨论的中继系统460的中继系统105。在实施例中，全息对象体积中继器105包含分束器，用于将来自全息表面的发散光重新引导到凹反射镜1007A，所述凹反射镜将此发散光重新聚焦到中继全息表面中。图5B中的回射器1006A已经用图5C中的凹反射镜1007A代替。在图5C所示的设置中，在实施例中，镜可以是曲率半径大约等于显示屏幕平面1021与镜表面之间的光学路径长度的球形镜，类似于图4D中的镜曲率中心C'441定位于图4C中的屏幕平面468处或附近。相同的全息表面1015A和1016A由如图5B所示的光场显示器1001沿着一组投影光路1030A、1036A投影。所述一组投影光路1030A和1036A可以被认为是根据由光场显示器1001定义的第一四维(4D)函数确定的，使得每个投影光路在相对于显示屏幕平面1021定义的第一4D坐标系中具有一组位置坐标(X,Y)和角坐标(U,V)。来自全息表面1015A的光从分束器1005沿着反射光路1031A反射到光射线中，而不是沿着与图5B中的回射器1006A相同的路径向后引导，这些射线沿着中继路径1032B反射以会聚并形成全息表面1017B。由于对应于全息表面1015A与镜之间的光学路径长度的凹镜执行的缩小，中继全息表面1017B略小于源全息表面1015A。在实施例中，镜1007A是球形镜，并且全息表面1015A与镜1007A之间的路径长度略大于镜1007A的表面的曲率半径。类似地，来自全息表面1016A的光从分束器1005沿着反射路径1037A反射到光射线中，而不是沿着与图5B中的回射器1006A相同的路径向后引导，这些射线沿着中继路径1028B反射以会聚并形成全息表面1018B。由于对应于全息表面1015A与镜之间的光学路径长度的凹镜执行的放大，中继全息表面1018B略大于源全息表面1016A。在实施例中，镜是球形镜，并且全息表面1016A与镜1007A之间的路径长度略小于镜1007A的表面的曲率半径。另外，全息表面的深度排序由中继器保留：源表面1016A投影到屏幕平面1021的前面，并且其中继表面1018B也投影在虚拟屏幕平面1022的前面。源表面1015A投影在屏幕平面1021的后面，并且其中继表面1017B也投影在虚拟屏幕平面1022的后面，在每种情况下远离观看者。因此，通过使用镜1007A已经被避免了图5B中的回射器发生的深度反转。最后，因为由凹镜1007A产生的图像被翻转，所以中继全息球1018B以与这些表面在图5B中出现的位置相反的顺序被投影到中继全息盒1017B下方的位置。所述一组中继光路1028B、1032B可以被认为是已根据由中继系统105定义的第二4D函数确定的，使得每个中继光路在相对于虚拟屏幕平面1022定义的第二4D坐标系中具有一组位置坐标(X,Y)和角坐标(U,V)。中继表面1018B和1017B的放大、缩小和位置变化全都是在第二4D坐标系中应用第二4D函数的效果。

为了针对观看者1050产生图5B所示的中继全息表面，可以对由图5C所示的显示器投影的全息表面进行一些校正。在实施例中，所述光场显示器1001可以包含控制器190，所述控制器被配置成接收用于通过以下来解释所述第二4D函数的指令：根据所述第一4D函数操作所述光场显示器1001以输出投影光，使得所述一组中继光路1028C和1017C中的每个中继光路在所述第二4D坐标系中的所述位置坐标和所述角坐标允许将所述中继全息表面1018C和1017C如所预期的呈现给观看者。图5D示出了如果使用具有图5D中所示的曲面镜配置的中继系统105，则必须由光场显示器1001生成的全息表面的位置和放大。图5C中的全息表面1015A将必须投影到图5D中的全息表面1015C的位置，并且使其略小以补偿由于所述表面离镜更近的距离而导致的放大。图5C中的全息表面1016A将必须投影到图5D中的全息表面1016C的位置中，并且放大以补偿在离镜较大距离处出现的图像缩小。相对于图5C中的1015A和1016A，全息表面1015C和1016C的位置左右交换，以解释由于镜而发生反射的图像反转。结果是全息表面1015C被中继到1017C中，与图5B中的1017A精确地在同一位置，并且全息表面1016C被中继到1018C中，与图5B中的1018A精确地在同一位置。

在图5D中，沿着形成投影全息球面1016C的投影光路1036C的光射线组映射到沿着形成中继全息表面1018C的中继光路1028C的光射线组。以类似的方式，在图5B中，沿着来自投影全息球面1016A的投影光路1036A的光射线组映射到沿着形成中继全息表面1018A的中继光路1028A的光射线组。在仔细检查图5B时，通常与光场角坐标(u＝,v)＝(0,0)相关联的，在垂直于图5B中屏幕平面1021(或显示表面1021)投影的中间射线1042A映射到垂直于虚拟屏幕平面1022(被观看者1050观看)的中间射线1042B。换句话说，对于图5B中所示的回射器配置，保存在(u＝,v)＝(0,0)处产生的光射线，尽管必须按如图2B所示的交换角坐标u和v以校正深度反转。然而，在图5D所示的曲面镜中继配置中，其中未发生深度反转，通常与光场角坐标(u＝,v)＝(0,0)相关联的，垂直于光场显示器1001的屏幕平面1021投影的一组投影光射线1036C中的中心光射线1042C映射到可能不垂直于观看者1050所观看的虚拟屏幕平面1022的中间射线1042D。这与图4D中示出的行为相同，其中垂直于显示表面497投影的光射线490C和491C分别产生光射线490E和491E，所述光射线产生相对于虚拟屏幕平面469的法线变化的角度θ₁和θ₂，部分取决于射线与全息表面488相交的定位。结果是观看者将看不到来自光射线1043D的正确的光场信息。在镜面高光由图5D中的光场显示器1001沿着投影光路1042C的光射线投影的实例中，此镜面高光将沿着与虚拟屏幕平面1022的法线成某个角度的中继光路1042D出现在映射的射线上。为了对此进行校正，在没有中继系统106的情况下，沿着投影路径1042C投影在(u＝,v)＝(0,0)射线上的颜色和强度信息应代替为沿着投影路径1043C投影在光射线上(如果中继系统106在位)，使得此信息将沿着中继路径1043D出现在映射的射线上，所述射线是相对于虚拟屏幕平面1022和观察者1050的(u＝,v)＝(0,0)射线。换句话说，可以在光场显示器1001上进行一些光场坐标的重新映射(除了先前所描述的放大调整之外)，以便使用具有曲面镜1007A的中继光学配置来适当地中继全息表面。

在LF显示器1001产生非偏振光并且使用非偏振50％分束器1005的情况下，来自全息表面1015C和1016C的约一半的光在第一次通过分束器1005时会损失，并且另一半的光在第二次通过分束器1005时会损失，导致来自全息表面的不超过25％的光被中继。如果使用偏振分束器1005，则来自全息表面1015C和1016C的非偏振光中的一半在从分束器1005进行第一次反射时可能会损失，但是引导朝向镜1007A的剩余的光将处于已知的线性偏振的第一状态。通过用于任选的光学元件1041A的四分之一波长延迟器，从镜返回的光可以大部分处于已知的线性偏振的第二状态，正交于第一状态，并且大部分透射通过偏振分束器1005，从而有助于中继全息表面1017C和1018C。在这些情况下，来自全息表面1015C和1016C的介于25％与50％之间的光的可以被中继到全息表面1017C和1018C。如果光场显示器1001产生偏振光，则通过使用偏振分束器1005和四分之一波长延迟器1041A可以基本上提高此效率。

在图5D中，分别来自全息表面1016C或1015C的来自光路1036C或1030C的光的一半可能被浪费，因为其穿过分束器1005成为沿透射路径1034的光射线，如图5C所示。可以添加与镜1007A相同的另一个镜1007B，所述镜在分束器1005的另一侧与显示器1001A相反放置，并且与镜1007A正交。图5E是光场显示器和全息中继系统107的正交视图，所述全息中继系统包含分束器1005和彼此正交放置的两个凹镜1007A、1007B，以实现从投影全息表面到中继全息表面的高光透射率。此配置在概念上类似于图1B中出现的第二回射器1006B。沿着来自全息表面1016C的投影路径1036C的光射线被分束器反射到引导朝向镜1007A的反射光路径1037A中，或者穿过分束器进入引导朝向镜1007B的透射光路径1042A。引导朝向镜1007A的光路1037C反射到再次入射到分束器1005上的光路中，并且此光的一部分透射通过中继路径1028C(而入射在分束器1005上的此光的剩余部分(未示出)被向下引导朝向光场显示器1001)。引导朝向镜1007B的光路1042A反射到入射在分束器1005上的光路1042B中，并且此光的一部分反射到路径1028C中，与由镜1007A反射的光路组合(而此光的剩余部分(未示出)透射通过分束器1005并且被引导回光场显示器1001)。对于来自全息表面1015C的被中继到全息表面1017C中的光同样如此，但是这些光路在图5D中未示出。在实施例中，凹镜1007A和1007B与分束器1005对齐，使得沿着从镜1007A和1007B反射的路径1028C的光基本上重叠。

在LF显示器1001产生非偏振光并且使用非偏振50％分束器1005的情况下，来自全息表面1015C和1016C的几乎所有光都被引导到镜1007A或1007B。返回时，从每个镜反射的光的至多一半可以朝向显示器透射通过分束器1005，并且不会有助于中继全息表面1016C或1017C的成像。对于来自全息表面1015C和1016C的要被中继到全息表面1017C和1018C的光，这给出了效率的50％的上限。然而，使用偏振分束器以及四分之一波长延迟器作为任选的光学元件1041A和1041B，如在图1A以及图5D的讨论中所描述的，因为引导朝向每个镜的大多数光具有特定的线性偏振(可能会在其返回行程中朝向分束器旋转90度)，所以可以产生基本上较高的效率，导致两种不同反射偏振的大部分光在被引导到中继全息表面1017C和1018C时重新组合。

在一些实施例中，图5C-5E中所示出的镜1007A和1007B的聚焦功能可以用一个或多个光学元件，如透镜、镜或这些元件的某种组合来代替。在一个实施例中，如上文关于图4C所讨论的，镜1007A和1007B可以各自由图4E所示的透镜444和反射器442代替。在另一个实施例中，图5C-5D的整个中继系统和105和106可以用由一个或多个透镜形成的中继器代替，如上文关于图4C所讨论的图4F中所示的透镜中继系统480。

图5D所示的配置的中继器106可以用作包含两个中继器的全息中继系统中的中继器中的一个或多个，如图3B所示的。在图3B中，中继器130和140均可以用中继系统106代替，但是在图3C中，仅中继器130可以用中继器106代替，因为中继器140需要光在两个不同的方向上透射。在另一个实施例中，在图3B所示的全息中继系统配置中使用了两个基本上相同的中继器106，并且上文参考5D所描述的第一中继器130的光场角坐标(u,v)的缩小、放大和重新布置的效果至少部分被第二中继器140反转。

图6示出了系统的实施例，所述系统使用透射反射器1105中继由光场显示器1001投影的全息表面。元件1105的实例是二面角反射器阵列(DCRA)，所述二面角反射器阵列是由多个二面角反射器组成的光学成像元件，其可以被实现为两层紧密间隔的平行镜平面的薄层，其朝向使得所述平面彼此正交，如图4A所示。另一个实例是角反射器微镜阵列。光场显示器1001可以类似于上文关于图1所讨论的光场显示器1001。光场显示器1001在屏幕平面1021的观看者侧1010上投影屏幕外全息表面1016A并且在屏幕平面1021的显示侧1011上投影屏幕内全息表面1015A。透射反射器1105定位成沿着所述一组投影光路1030A、1036A接收光，并且沿着所述一组中继光路1032A、1028A引导所接收的光。在实施例中，所述一组投影光路1030A、1036A中的每个投影光路在关于显示屏幕平面1021定义的四维(4D)坐标系中具有一组位置坐标(X,Y)和角坐标(U,V)。在实施例中，透射反射器1105在透射反射器1105的多个内部反射表面401、402中在内部反射所接收的光的一部分，并且沿着一组中继光路1032A、1028A朝着虚拟屏幕平面1022在第一方向上输出光。在实施例中，所述一组中继光路1032A、1028A中的每个光路在关于虚拟屏幕平面1022定义的四维(4D)坐标系中具有唯一一组位置坐标(X,Y)和角坐标(U,V)。进一步地，在实施例中，透射反射器1105的外表面430在与第一方向相反的第二方向上沿着一组反射光路1130、1136反射所接收的光的第二部分。在实施例中，所述一组反射光路1130、1136和所述一组中继光路1032A、1028A基本上对齐，使得从所述第一方向和所述第二方向感知所述第一中继全息表面1015A和所述第二中继全息表面1016A相对于所述虚拟屏幕平面1022具有相同的深度轮廓。

在实施例中，沿着会聚在全息表面1016的表面上的投影光路1036A的投影光射线，以及沿着会聚在屏幕内全息表面1015A处的投影光路1030A的投影光射线(参见射线轨迹线1033)在它们接近透射反射器1105时全部发散。沿着投影光路1036A的入射光射线的一部分从1105的外表面430反射到沿着反射光路1136的射线中。沿着投影光路1036A的入射光射线的另一部分穿过透射反射器1105，进行反射，并且沿着中继光路1028作为光射线出射，所述光射线会聚以形成中继全息表面1018A。类似地，沿着投影光路1030A的入射光射线的一部分从透射反射器1105的外表面430反射到沿着反射光路1130的光射线中，而沿着投影光路1030A的入射光射线的其它部分在1105内被反射并且沿着中继光路1032A会聚光射线时出现，形成中继全息表面1017A。注意，在被中继为中继表面1017A之后，比投影表面1016A更远离观看者的投影表面1015A现在在全息场景被中继之后更靠近观看者。全息表面1016A与分束器D1之间的竖直距离与中继全息表面1018A与分束器1105之间的水平距离基本上相同。类似地，全息表面1015A与分束器1105之间的竖直距离D2与中继全息表面1017A与分束器1105之间的水平距离基本上相同。观察者1050将看到漂浮在全息表面1018A略前面的空间中的全息表面1017A。观察者1350将看到被感知到在一组反射光路1136的会聚点处的反射全息表面1018A，并且将看到被感知到在一组反射光路1130的会聚点处的反射全息表面1015A。然而，如果全息源表面1015A和1016A在被显示之前被渲染以便实现中继全息表面1017A和1018A的正确的深度排序，如观看者1050所观察到的，这意味着表面的深度围绕屏幕平面1021反转并且光场角坐标U-V如示出在图2B和2C中并且参考上文图1A和5B所讨论的那样反转，则对于从透射反射器1105的表面反射并在1350处观察到的表面，U-V坐标将被反转。换句话说，对于分别观看光射线1130或1136的观察者1350，全息表面1017A或1018A的深度可能无法正确显示。为了对此进行校正，可以在平面1137处放置类似于图2A所示的校正光学元件，以便对所述一组反射光路1130、1136执行U-V坐标反转。在另一个实施例中，利用全息表面1015A或1016A的不同光场渲染，在平面1137处没有校正光学元件的情况下，观察者1350可以感知到具有正确的深度排序的全息表面1017A和1018A，并且如上文关于图5B所讨论的，可以将类似于图2A中所示的校正光学元件放置在虚拟显示平面1022处，以允许观察者1050也观看具有正确的深度排序的全息表面1017A和1018A。换句话说，如果像图2A所示的那样的校正光学元件用于允许观察者1050和1350都看到具有正确深度的全息表面1017A和1018A，则它们可以被放置在平面1022或1137处，这取决于来自光场显示器1001的全息表面的光场渲染是否含有反转屏幕平面1021周围的深度并反转U-V坐标的极性的步骤，如图2B所示出的。

图7展示了与图5B的全息系统相同的全息系统，其中增加了与第一显示器1001相对并夹着中继系统108的另一个显示器1201，并且来自图5B的数字标记适用于图7。中继系统108包含分束器1205和回射器1006A。如果1201是光场显示器，则光场显示器1201可以被配置为上文关于图1A所讨论的光场显示器1001、具有一个或多个显示表面1202，所述光场显示器含有多个光源定位、用于将图像从发射显示器中继到能量表面1205的可能存在或可能不存在的成像中继器1203以及将能量表面上的每个光源定位投影到三维空间中的特定方向的波导1204的阵列。能量表面1205可以是组合分辨率大于任何单独的发射显示装置1202的无缝能量表面，而平面1221是1201的屏幕平面。如果1201是传统的2D显示器，则中继器1203和/或波导1204可以不存在。显示器1201可以显示2D图像(未示出)或全息表面1213。离开显示器1201的沿着另外一组投影光路1231的射线反射离开分束器1205的表面，从而沿着另外一组中继光路1233形成发散射线组，所述发散射线组可以是通过假想路径1234追溯以揭示在感知的全息表面1214处的会聚点的射线。显示的表面1213与分束器1205之间的竖直距离D3基本上等于分束器与感知的表面1214之间的水平距离。观察者1050将看到全息表面1017A、1018A和显示的表面1214，所述显示的表面可以是全息的或可以不是全息的，这取决于显示器1201是否是光场显示器。使用2D显示器作为1201，可以创建均匀的背景成像平面，所述均匀的背景成像平面可以根据显示器1201与分束器1205之间的距离放置在距观察者1050任何合理的距离处。视差元件1207可以放置在显示器1201的路径中距屏幕平面1201距离1210处以便阻挡来自显示器1201的一些或全部光并且可以采用液晶显示器的一部分的形式，而没有背光、透明显示器、真实物理表面等。在全息表面1017A或全息表面1018A遮挡1214且不期望同时显示两个图像的情况下，视差屏障1207可以用于遮挡表面1214的部分。如果视差屏障1207是含有一个或多个偏振器和液晶(LC)层的LCD面板的一部分，则分束器可以是偏振分束器，所述分束器被选择为反射100％穿过1207的偏振光。类似地，可以将视差屏障1208以距离1211放置在光场显示器1001上方，以便阻挡来自显示器1001的全部或部分光，并且可以采用液晶显示器的一部分的形式，而没有背光、透明显示器，真实物理表面等。应当理解，上文关于图7的讨论中的各个实施例可以在本公开的全息显示系统的其它实施例中部分或全部地实施，包含图4C-4D和图5C-5E中的那些。例如，上文所讨论的第二显示器1201和视差元件1207和1208可以实施为与包含至少一个凹镜的中继系统一起工作，如图4C-4D和图5C-5E中所描述的。

图8A示出了与图6的全息系统110相同的全息系统，增加了与第一显示器1001相对并夹着中继系统109的另一个显示器1201，并且来自图6的编号标记适用于图8A。如果显示器1201是光场显示器，则光场显示器1201可以被配置为上文关于图7所讨论的光场显示器1201。显示器1201可以显示2D图像(未示出)或全息表面1213。离开显示器的沿着另外一组投影光路1231的射线可以部分反射离开透射反射器1305的表面，从而形成沿着另外一组中继光路1332的发散射线组。射线1231也可以穿过透射反射器1305，进行反射，并且作为光射线沿着一组透射光路1333出射，所述光射线会聚以形成中继全息表面1314。显示表面1213和1305之间的竖直距离D3可以基本上等于表面1305和中继全息表面1314之间的水平距离。观察者1050将看到全息表面1017A、1018A和显示表面1314(可以是全息的或可以不是全息的)，这取决于1201是否是光场显示器。使用2D显示器作为1201，可以创建均匀的背景成像平面，所述均匀的背景成像平面可以根据显示器1201与透射反射器1305之间的距离放置在距观察者1050任何合理的距离处。视差元件1207可以放置在显示器1201的路径中与屏幕平面1201的距离1210处，以便阻挡来自显示器1201的一些或全部光，并且可以采用液晶显示器的一部分的形式，而没有背光、透明显示器，真实物理表面等。在全息表面1017A或全息表面1018A遮挡1314且不期望同时显示两个图像的情况下，视差元件1207可以用于遮挡表面1214的部分。类似地，可以将视差元件1208以距离1211放置在光场显示器1001上方，以便阻挡来自显示器1001的全部或部分光，并且可以采用液晶显示器的一部分的形式，而没有背光、透明显示器，真实物理表面等。如果1201是光场显示器，则视差元件1207和1208对于避免遮挡问题可能不是必需的，因为两个光场显示器的协调渲染可以用于避免遮挡。通常，什么都将不会放置在中间平面1137或虚拟屏幕平面1337上。然而，来自图2A的校正光学元件20或反转角4D光场坐标U，V的极性的类似配置可以放置在平面1137而不是平面1337，或者平面1337而不是平面1137处，或者两者定位处或者都不放置。同样，在平面1337和1137处的校正光学器件20均可以更靠近或远离透射反射器1305移动。另一个选择是具有来自图2A的校正光学器件20或类似配置，它们可以反转正好放置在光场显示器1001的屏幕平面1021上方的U，V坐标的极性。最后，可以使用镜代替透射反射器1305来构建系统130，这可以在1305左侧上的观察者1050和定位在1305右侧上的观察者(未示出)处产生两个独立的视图，其中每个观察者将只能从一个显示器看到全息表面。应当理解，在上文关于图8A的讨论中的各个实施例可以在本公开的全息显示系统的其它实施例中部分或全部地实施，包含图4C-4D和图5C-5E中的那些。例如，上文所讨论的另外的显示器1201和视差元件1207和1208可以实施为与包含至少一个凹镜的中继系统一起工作，如图4C-4D和图5C-5E中所描述的。

图8B示出了使用图8A中的视差屏障来执行遮挡处理的实施例。图8A的标记适用于此图中。视差屏障1207的一部分1367可以被激活以阻挡来自投影表面1213的一侧的光1361。仅示出了来自表面1213的正交射线1362，并且所述正交射线从透射反射器1305部分反射到到达观察者1050的射线1364中。射线1362被1305部分透射并且出射到射线1363中，所述射线形成投影全息表面1366。观察者1050基本上看不到来自表面1213的一部分的阻挡光射线1361，其对应于中继全息图像1366的阻挡部分1365。

图8C示出了类似于图8A所示的系统的系统的实施例，其具有将到达透射反射器1305的右侧的观察者1350的基本上所有光射线，但是省略了将到达1305的左侧的观察者(未示出)的光射线中的一些。图8A的标记适用于此图中。观察者1350将通过从1305反射的发散射线1337感知到全息表面1018A，并且通过从1305反射的发散射线1331感知到全息表面1017A。如果显示器1201是全息显示器，则全息表面1213将被中继到全息表面1314，并且观察者1350将在前景中看到1314，并且在背景中看到全息表面1017A和1018A。如果显示器1201是2D显示器，则观察者1350将看到平坦的前景图像以及背景中的全息表面1017A和1018A。如针对图8A所讨论的，如果1201是光场显示器，则可以通过协调两个光场1001和1201或使用视差屏障1207和/或1208来进行遮挡处理。如果1201是2D显示器，则可以使用视差屏障1207和/或1208进行遮挡处理。

图8D展示了示出图8A和8B所示的显示系统的抽象的实施例。显示器1001投影全息表面1016A，所述全息表面由透射反射器中继到观察者1050在1305前面看到的表面1018A中。显示器1201投影全息表面1213，所述全息表面由1305中继到观察者1050在透射反射器1305后面看到的表面1314中。包括部分或完全封闭的透射反射器表面1305的实施例可以允许观察者从所有角度看在扩展的视体中的全息表面。

图8E是图8D的系统的实施例，其具有透射反射器1605，所述透射反射器具有至少部分地封闭的透射反射器表面。在实施例中，反射器表面可以具有圆锥形的几何形状，所述圆锥形的几何形状被配置成允许观察者从所有角度看在扩展的视体中的全息表面。透射反射器1605可以是二面角反射器阵列(DCRA)，所述二面角反射器阵列是由多个二面角反射器组成的光学成像元件，其可以被实现为两层紧密间隔的平行镜平面的薄层，其朝向使得所述平面彼此正交，如图4A所示。另一个实例是角反射器微镜阵列。全息表面1213由光场显示器1201投影，并且由透射锥形反射器中继到可观看定位1314。类似地，1016A由显示器1001投影，并且中继到可观看表面1018A。这种配置允许全息表面的布置被投影并中继到全息圆锥体外部以及内部围绕显示器的全360度的定位。在显示器周围的多个定位处可能有多个观察者，如1050处所示的观察者。在实施例中，透射反射器1605的锥形表面可以具有与显示器1001或1201的中心对齐的顶点1610。遮挡处理可以通过协调来自显示器1201和1001的表面的投影来完成，如关于图8A和8C所讨论的。透射反射器1605可以是锥形的(如所示出的，具有四个或更多个平面侧的正棱锥)、定制形状的并且可以是完全或部分地封闭的。

在实施例中，透射反射器可以被配置成具有顶点1810和多边形底部1815。例如，图8F展示了类似于图8E中所示的具有金字塔形透射反射器表面1805的系统的实施例。在实施例中，透射反射器1805的顶点1810可以与显示器1001或1201的中心对齐。

虽然上文已经描述了根据本文所公开的原理的各个实施例，但是应该理解，它们仅以实例的方式呈现，且不具有限制性。因此，一个或多个本发明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，可以在各个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一个或多个本发明。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。进一步地，“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一个或多个本发明的现有技术。“发明内容”也不应视为所发布权利要求中阐述的一个或多个本发明的特征。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一个或多个本发明和其等同物。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。

当在权利要求和/或说明书中与术语“包括”结合使用时，对词语“一个/一种(a/an)”的使用可以意指“一个/一种”，但其还与“一个或多个/一种或多种”、“至少一个/至少一种”和“一个或多于一个/一种或多于一种”的含义一致。权利要求中对术语“或”的使用用于意指“和/或”，除非明确指出仅指代替代方案或当替代方案相互排斥，但本公开支持仅指代替代方案以及指代“和/或”的定义。贯穿本申请，术语“约”用于指示值包含用于测定值的装置、方法的固有的误差变化，或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”或“基本上”等近似词语修饰的值可由所陈述的值变化至少±1、2、3、4、5、6、7、10、12或15％。

如本说明书和一项或多项权利要求中所使用的，词语“包括(comprising)”(以及包括的任何形式，如“包括(comprise)”和“包括(comprises)”)、“具有(having)”(和具有的任何形式，如“具有(have)”和“具有(has)”)、“包含(including)”(和包含的任何形式，如“包含(includes)”和“包含(include)”)或“含有(containing)”(和含有的任何形式，如“含有(contains)”和“含有(contain)”)是包含性或开放性的，且不排除另外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“基本上在……时”、“基本上等同”、“基本上在……期间”、“基本上完全”等，其中“基本上”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。如“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。

Claims (102)

1.一种全息显示系统，其包括：

第一显示器，所述第一显示器包括光场显示器，所述光场显示器被配置成沿着一组投影光路对光进行投影以至少形成相对于显示屏幕平面具有第一投影深度轮廓的第一全息表面；以及

中继系统，所述中继系统被定位成沿着所述一组投影光路从所述光场显示器接收光并且沿着一组中继光路中继所接收的光，使得所述第一全息表面上的点中继到中继定位，由此形成相对于虚拟屏幕平面具有第一中继深度轮廓的第一中继全息表面，所述第一中继深度轮廓与所述第一投影深度轮廓不同；

其中所述光场显示器包括控制器，所述控制器被配置成接收用于通过以下来解释所述第一投影深度轮廓与所述第一中继深度轮廓之间的差异的指令：操作所述光场显示器以输出投影光，使得第一中继全息对象的所述第一中继深度轮廓是针对观看者预期的深度轮廓。

2.根据权利要求1所述的全息显示系统，其中所述光场显示器被配置成将所述第一全息表面投影为屏幕内全息表面。

3.根据权利要求1所述的全息显示系统，其中所述光场显示器被配置成将所述第一全息表面投影为屏幕外全息表面。

4.根据权利要求1所述的全息显示系统，其中所述一组投影光路中的每个投影光路在四维(4D)坐标系中具有一组位置坐标和角坐标，并且所述控制器接收的所述指令包括反转所述第一全息表面在所述4D坐标系中的所述角坐标的极性。

5.根据权利要求1所述的全息显示系统，其中所述一组投影光路形成相对于所述显示屏幕平面具有第二投影深度轮廓的第二全息表面，并且所述第二全息表面上的点由所述中继系统中继到中继定位，所述中继定位形成相对于所述虚拟屏幕平面具有第二中继深度轮廓的第二中继全息表面。

6.根据权利要求4所述的全息显示系统，其进一步包括校正光学元件，所述校正光学元件安置在所述一组中继光路中，其中所述一组中继光路中的每个中继光路在四维(4D)坐标系中具有一组位置坐标和角坐标，并且所述第一全息表面和所述第二全息表面的深度顺序以及所述第一中继全息表面和所述第二中继全息表面的深度顺序反转，并且进一步地，其中所述校正光学元件被配置成反转所述一组中继光路中的每个中继光路的所述角坐标的极性，使得通过所述校正光学元件感知所述第一中继全息表面和所述第二中继全息表面的观看者将感知到与所述第一全息表面和所述第二全息表面的所述深度顺序相同的校正的深度顺序。

7.根据权利要求6所述的全息显示系统，其中所述校正光学元件定位于虚拟显示平面处。

8.根据权利要求6所述的全息显示系统，其中所述校正光学元件包括平行的透镜行，每个透镜具有相同的焦距f，并且所述透镜行相隔的距离是所述焦距的两倍，由此，所述透镜行的焦平面在虚拟平面处重叠，并且与焦平面相对的透镜共享同一光轴。

9.根据权利要求4所述的全息显示系统，其进一步包括校正光学元件，所述校正光学元件安置在所述一组投影光路中并且光学上在所述中继系统前方；

其中所述一组投影光路中的每个投影光路在四维(4D)坐标系中具有一组位置坐标和角坐标，并且所述校正光学元件被配置成反转所述一组投影光路中的每个投影光路的所述角坐标的极性，使得所述第一表面和所述第二表面具有预先校正的深度顺序；并且

其中所述中继系统被定位成沿着所述一组投影光路从所述校正光学元件接收光，并且所述第一中继表面和所述第二中继表面能相对于所述虚拟屏幕平面以校正的深度顺序感知到，所述校正的深度顺序与所述预先校正的深度顺序相反。

10.根据权利要求9所述的全息显示系统，其中所述校正光学元件定位于所述显示屏幕平面处。

11.根据权利要求9所述的全息显示系统，其中所述校正光学元件包括平行的透镜行，每个透镜具有相同的焦距f，并且所述透镜行相隔的距离是所述焦距的两倍，由此，所述透镜行的焦平面在虚拟平面处重叠，并且与焦平面相对的透镜共享同一光轴。

12.根据权利要求1所述的全息显示系统，其中所述中继系统包括分束器和回射器，所述分束器被定位成沿着所述一组投影光路接收光并且沿着一组反射光路朝着所述回射器反射所接收的光的一部分。

13.根据权利要求12所述的全息显示系统，其中所述分束器被朝向成相对于所述显示屏幕平面和所述回射器成45度角，并且所述回射器被朝向成相对于所述显示屏幕平面正交。

14.根据权利要求12所述的全息显示系统，其中所述分束器包括偏振分束器。

15.根据权利要求14所述的全息显示系统，其中所述中继系统进一步包括安置在所述偏振分束器与所述回射器之间的四分之一波长延迟器。

16.根据权利要求12所述的全息显示系统，其中所述分束器包括透明的金属涂覆层。

17.根据权利要求12所述的全息显示系统，其中所述分束器包括二向色滤光片。

18.根据权利要求12所述的全息显示系统，其中所述回射器包括角反射器微镜阵列。

19.根据权利要求12所述的全息显示系统，其中所述回射器和所述分束器对齐，使得从所述分束器朝着所述回射器反射的光沿着所述一组中继光路从所述回射器反射，所述一组中继光路沿着与所述一组反射光路相反的返回方向延伸。

20.根据权利要求19所述的全息显示系统，其中朝着所述虚拟屏幕平面引导从所述回射器反射的所述光通过所述分束器。

21.根据权利要求20所述的全息显示系统，其中所述一组中继光路中的每个中继光路在四维(4D)坐标系中具有唯一的一组位置坐标和角坐标，并且所述全息显示系统进一步包括定位于所述虚拟屏幕平面处的校正光学元件，其中所述校正光学元件被配置成反转所述中继光路的所述角坐标的极性。

22.根据权利要求12所述的全息显示系统，其中所述中继系统包括另外的回射器，并且所述分束器被配置成沿着一组透射光路朝着所述另外的回射器引导所接收的光的另一部分。

23.根据权利要求22所述的全息显示系统，其中所述另外的回射器和所述分束器对齐，使得通过所述分束器朝着所述另外的回射器透射的投影光从所述另外的回射器反射并且进一步由所述分束器沿着另外一组中继光路朝着所述虚拟显示屏幕反射，并且进一步地，其中所述一组中继光路和所述另外一组中继光路基本上重叠。

24.根据权利要求1所述的全息显示系统，其中所述虚拟屏幕平面被朝向成相对于所述光场显示器的所述显示屏幕平面成非平行角度。

25.根据权利要求1所述的全息显示系统，其中所述虚拟屏幕平面被朝向成相对于所述光场显示器的所述显示屏幕平面成垂直角度。

26.根据权利要求1所述的全息显示系统，其中所述中继系统包括透射反射器，所述透射反射器被定位成沿着所述一组投影光路接收光并且沿着所述一组中继光路引导所接收的光。

27.根据权利要求26所述的全息显示系统，其中所述透射反射器在所述透射反射器的多个内部反射表面中在内部反射所接收的光的一部分并且沿着所述一组中继光路在第一方向上朝着所述虚拟屏幕平面输出光。

28.根据权利要求26所述的全息显示系统，其中所述透射反射器在所述透射反射器的多个内部反射表面中在内部反射所接收的光的第一部分并且沿着所述一组中继光路在第一方向上朝着所述虚拟屏幕平面输出所接收的光的所述第一部分，并且其中所述透射反射器的外表面沿着一组反射光路在与所述第一方向相反的第二方向上反射所接收的光的第二部分。

29.根据权利要求28所述的全息显示系统，其中所述一组反射光路和所述一组中继光路基本上对齐，使得从所述第一方向和所述第二方向感知所述第一中继全息表面相对于所述虚拟屏幕平面具有相同的深度轮廓。

30.根据权利要求28所述的全息显示系统，其中所述一组中继光路中的每个光路在四维(4D)坐标系中具有唯一的一组位置坐标和角坐标，并且所述全息显示系统进一步包括被定位在与所述一组中继光路相交的定位中或与所述一组反射光路相交的定位中的校正光学元件，其中所述校正光学元件被配置成反转通过其中的光路的所述角坐标的极性。

31.根据权利要求28所述的全息显示系统，其中所述一组中继光路中的每个光路在四维(4D)坐标系中具有唯一的一组位置坐标和角坐标，并且所述全息显示系统进一步包括被分别定位在第一定位和第二定位中的第一校正光学元件和第二校正光学元件，所述第一定位与所述一组中继光路相交并且所述第二定位与所述一组反射光路相交，并且其中所述第一校正光学元件和所述第二校正光学元件各自被配置成反转通过其中的光路的所述角坐标的极性。

32.根据权利要求26所述的全息显示系统，其中所述透射反射器包括二面角反射器阵列，所述二面角反射器阵列包括多个二面角反射器。

33.根据权利要求32所述的全息显示系统，其中所述二面角反射器阵列包括两层反射平面，所述两层是平行的，但在第一维度上偏移，并且其中在第二维度上，一层中的所述反射平面的方向被朝向成与另一层中的所述反射平面的方向正交。

34.根据权利要求1所述的全息显示系统，其进一步包括：

第二显示器，所述第二显示器相对于所述第一显示器基本上正交地安置；以及

分束器，所述分束器被配置成沿着所述一组投影光路从所述第一显示器并沿着另外一组投影光路从所述第二显示器接收光并且朝着所述中继系统引导所接收的光。

35.根据权利要求34所述的全息显示系统，其中所述第二显示器包括光场显示器，所述光场显示器被配置成对另外的全息表面进行投影，所述另外的全息表面上的点由所述中继系统中继到中继点，由此形成相对于另外的虚拟屏幕平面具有深度轮廓的另外的中继全息表面。

36.根据权利要求35所述的全息显示系统，其中对应于所述第一显示器的所述虚拟屏幕平面和对应于所述第二显示器的所述另外的虚拟屏幕平面被定位成使得产生了两个不同的全息体积。

37.根据权利要求35所述的全息显示系统，其中对应于所述第一显示器的所述虚拟屏幕平面和对应于所述第二显示器的所述另外的虚拟屏幕平面被定位成使得产生了一个连续的全息体积，所述一个连续的全息体积大于与任一虚拟屏幕平面相关联的单独全息体积。

38.根据权利要求1所述的全息显示系统，其进一步包括与所述第一显示器相对的第二显示器，所述中继系统安置在所述第一显示器与所述第二显示器之间，其中所述中继系统被配置成沿着另外一组投影光路从所述第二显示器接收光并且沿着另外一组中继光路中继所接收的光。

39.根据权利要求38所述的全息显示系统，其中所述第二显示器包括被配置成对另外的全息表面进行投影的光场显示器，并且所述另外的全息表面上的点由所述中继系统中继到中继点，由此形成相对于所述虚拟屏幕平面具有深度轮廓的另外的中继全息表面。

40.根据权利要求39所述的全息显示系统，其进一步包括定位于来自所述第一显示器或所述第二显示器的所述一组投影光路中的视差元件，并且其中所述视差元件能够操作以遮挡沿着相应显示器的所述一组投影光路形成的所述全息表面的至少一部分。

41.根据权利要求39所述的全息显示系统，其进一步包括定位于来自所述第一显示器和所述第二显示器的所述一组投影光路中的每个投影光路中的视差元件，并且其中每个视差元件能够操作以遮挡沿着相应的一组投影光路形成的所述全息表面的至少一部分。

42.根据权利要求38所述的全息显示系统，其中所述中继系统包括透射反射器至少包括部分封闭的透射反射器表面。

43.根据权利要求42所述的全息显示系统，其中包括顶点和多边形底部的所述部分封闭的透射反射器表面，所述顶点与所述第一显示器或所述第二显示器的中心基本上对齐。

44.根据权利要求42所述的全息显示系统，其中包括具有顶点的锥形表面的所述部分封闭的透射反射器表面，所述顶点与所述第一显示器或所述第二显示器的中心基本上对齐。

45.根据权利要求26所述的全息显示系统，其中所述透射反射器至少包括部分封闭的透射反射器表面。

46.根据权利要求45所述的全息显示系统，其中包括顶点和多边形底部的所述部分封闭的透射反射器表面，所述顶点与所述第一显示器的中心基本上对齐。

47.根据权利要求45所述的全息显示系统，其中包括具有顶点的锥形表面的所述部分封闭的透射反射器表面，所述顶点与所述第一显示器的中心基本上对齐。

48.一种全息显示系统，其包括：

第一显示器，所述第一显示器包括光场显示器，所述光场显示器被配置成沿着一组投影光路对光进行投影以至少形成第一全息表面，所述一组投影光路根据所述光场显示器定义的第一四维(4D)函数来确定，使得每个投影光路在相对于显示屏幕平面定义的第一4D坐标系中具有一组位置坐标和角坐标；以及

中继系统，所述中继系统被定位成沿着所述一组投影光路从所述光场显示器接收光并且沿着一组中继光路中继所接收的光，使得所述第一全息表面上的点中继到中继定位，由此形成第一中继全息表面，所述一组中继光路已根据所述中继系统定义的第二4D函数确定，使得每个中继光路在相对于虚拟屏幕平面定义的第二4D坐标系中具有一组位置坐标和角坐标；

其中所述光场显示器包括控制器，所述控制器被配置成接收用于通过以下来解释所述第二4D函数的指令：根据所述第一4D函数操作所述光场显示器以输出投影光，使得所述一组中继光路中的每个中继光路在所述第二4D坐标系中的所述位置坐标和所述角坐标允许将所述中继全息表面如所预期的呈现给观看者。

49.根据权利要求48所述的全息显示系统，其中所述光场显示器被配置成将所述第一全息表面投影为屏幕内全息表面。

50.根据权利要求48所述的全息显示系统，其中所述光场显示器被配置成将所述第一全息表面投影为屏幕外全息表面。

51.根据权利要求48所述的全息显示系统，其中所述一组投影光路形成相对于所述显示屏幕平面具有第二投影深度轮廓的第二全息表面，并且所述第二全息表面上的点由所述中继系统中继到中继定位，所述中继定位形成相对于所述虚拟屏幕平面具有第二中继深度轮廓的第二中继全息表面。

52.根据权利要求48所述的全息显示系统，其中所述中继系统包括分束器和凹镜，所述分束器被定位成沿着所述一组投影光路接收光并且沿着一组反射光路朝着所述凹镜反射所接收的光的第一部分。

53.根据权利要求52所述的全息显示系统，其中所述分束器包括偏振分束器。

54.根据权利要求53所述的全息显示系统，其中所述中继系统进一步包括安置在所述偏振分束器与所述凹镜之间的四分之一波长延迟器。

55.根据权利要求52所述的全息显示系统，其中所述分束器包括透明的金属涂覆层。

56.根据权利要求52所述的全息显示系统，其中所述分束器包括二向色滤光片。

57.根据权利要求52所述的全息显示系统，其中所述凹镜和所述分束器对齐，使得从所述分束器朝着所述凹镜反射的光沿着所述一组中继光路从所述凹镜反射并聚焦，所述一组中继光路沿着与所述一组反射光路基本上相反的返回方向延伸。

58.根据权利要求57所述的全息显示系统，其中朝着所述虚拟屏幕平面引导从所述凹镜反射的所述光通过所述分束器。

59.根据权利要求52所述的全息显示系统，其中所述中继系统包括另外的凹镜，并且所述分束器被配置成沿着一组透射光路朝着所述另外的凹镜引导所接收的光的第二部分。

60.根据权利要求59所述的全息显示系统，其中所述另外的凹镜和所述分束器对齐，使得通过所述分束器朝着所述另外的凹镜透射的投影光从所述另外的凹镜反射并且进一步由所述分束器沿着另外一组中继光路朝着虚拟显示屏幕反射，并且进一步地，其中所述一组中继光路和所述另外一组中继光路基本上重叠。

61.根据权利要求48所述的全息显示系统，其中所述中继系统包括至少一个透镜，所述透镜被定位成沿着所述一组投影光路从所述光场显示器接收光并且沿着所述一组中继光路朝着所述虚拟屏幕平面中继所接收的光，并且其中所述至少一个透镜在所述显示屏幕平面与所述虚拟屏幕平面之间。

62.根据权利要求61所述的全息显示系统，其中所述至少一个透镜具有与所述光场显示器的法线基本上对齐的光轴。

63.根据权利要求61所述的全息显示系统，其中所述中继系统包括具有穿过其中的共同光轴的第一透镜和第二透镜。

64.根据权利要求48所述的全息显示系统，其中所述中继系统包括分束器，所述分束器被定位成沿着所述一组投影光路从所述光场显示器接收光并且沿着一组反射光路朝着反射器反射所接收的光的第一部分，其中所述中继系统进一步包括在所述分束器与所述反射器之间的至少一个透镜，所述至少一个透镜被配置成聚焦穿过其中的光。

65.根据权利要求64所述的全息显示系统，其中所述至少一个透镜具有与所述反射器正交对齐的光轴。

66.根据权利要求64所述的全息显示系统，其中所述至少一个透镜具有定位于所述反射器的表面处的焦平面。

67.根据权利要求64所述的全息显示系统，其中所述中继系统包括在所述分束器与所述反射器之间的第一透镜和第二透镜。

68.根据权利要求67所述的全息显示系统，其中所述第一透镜和所述第二透镜具有共同光轴。

69.根据权利要求64所述的全息显示系统，其中所述反射器是弯曲的。

70.根据权利要求48所述的全息显示系统，其中所述虚拟屏幕平面被朝向成相对于所述光场显示器的所述显示屏幕平面成非平行角度。

71.根据权利要求48所述的全息显示系统，其中所述虚拟屏幕平面被朝向成相对于所述光场显示器的所述显示屏幕平面成垂直角度。

72.根据权利要求48所述的全息显示系统，其进一步包括与所述第一显示器相对的第二显示器，所述中继系统安置在所述第一显示器与所述第二显示器之间，其中所述中继系统被配置成沿着另外一组投影光路从所述第二显示器接收光并且沿着另外一组中继光路中继所接收的光。

73.根据权利要求72所述的全息显示系统，其中所述第二显示器包括被配置成对另外的全息表面进行投影的光场显示器，并且所述另外的全息表面上的点由所述中继系统中继到中继点，由此形成相对于所述虚拟屏幕平面具有深度轮廓的另外的中继表面。

74.根据权利要求73所述的全息显示系统，其进一步包括定位于来自所述第一显示器或所述第二显示器的所述一组投影光路中的视差元件，并且其中所述视差元件能够操作以遮挡沿着相应显示器的所述一组投影光路形成的所述全息表面的至少一部分。

75.根据权利要求73所述的全息显示系统，其进一步包括定位于来自所述第一显示器和所述第二显示器的所述一组投影光路中的每个投影光路中的视差元件，并且其中每个视差元件能够操作以遮挡沿着相应的一组投影光路形成的所述全息表面的至少一部分。

76.根据权利要求48所述的全息显示系统，其中所述第二4D函数包括所述第一4D函数的放大、缩小和位置变化中的至少一个。

77.根据权利要求48所述的全息显示系统，其中所述第一4D函数在所述第一4D坐标系中具有相同位置坐标的光路之间交换强度和颜色信息。

78.一种全息显示系统，其包括：

显示器，所述显示器包括光场显示器，所述光场显示器被配置成沿着一组投影光路对光进行投影以至少形成相对于显示屏幕平面呈第一深度顺序的第一全息表面和第二全息表面；

中继系统，所述中继系统被定位成沿着所述一组投影光路从所述光场显示器接收光并且沿着一组中继光路中继所接收的光，使得所述第一全息表面和所述第二全息表面上的点中继到中继定位，由此形成能相对于虚拟屏幕平面以第二深度顺序感知到的第一中继全息表面和第二中继全息表面，所述第一深度顺序和所述第二深度顺序相反；以及

校正光学元件，所述校正光学元件安置在所述一组中继光路中，其中所述一组中继光路中的每个中继光路在四维(4D)坐标系中具有一组位置坐标和角坐标，并且其中所述校正光学元件被配置成反转第一组中继光路中的每个中继光路的所述角坐标的极性，使得所述第一中继全息表面和所述第二中继全息表面能以与所述第一深度顺序基本上相同的校正的深度顺序感知到。

79.根据权利要求78所述的全息显示系统，其中所述校正光学元件定位于虚拟显示平面处。

80.根据权利要求78所述的全息显示系统，其中所述校正光学元件包括平行的透镜行，每个透镜具有相同的焦距f，并且所述透镜行相隔的距离是所述焦距的两倍，由此，所述透镜行的焦平面在虚拟平面处重叠，并且与焦平面相对的透镜共享同一光轴。

81.一种全息显示系统，其包括：

显示器，所述显示器包括光场显示器，所述光场显示器被配置成沿着一组投影光路对光进行投影以至少形成相对于显示屏幕平面呈第一深度顺序的第一全息表面和第二全息表面；

校正光学元件，所述校正光学元件安置在所述一组投影光路中，其中第一组投影光路中的每个投影光路在四维(4D)坐标系中具有一组位置坐标和角坐标，并且其中所述校正光学元件被配置成反转所述一组投影光路中的每个投影光路的所述角坐标的极性，所述第一全息表面和所述第二全息表面具有与所述第一深度顺序相反的中间深度顺序；以及

中继系统，所述中继系统被定位成沿着所述一组投影光路从所述校正光学元件接收光并且沿着一组中继光路中继所接收的光，使得第一全息对象和第二全息对象上的点中继到中继定位，由此形成能相对于虚拟屏幕平面以第二深度顺序感知到的第一中继全息表面和第二中继全息表面，所述第一深度顺序和所述第二深度顺序相同。

82.根据权利要求81所述的全息显示系统，其中所述校正光学元件定位于所述显示屏幕平面处。

83.根据权利要求81所述的全息显示系统，其中所述校正光学元件包括平行的透镜行，每个透镜具有相同的焦距f，并且所述透镜行相隔的距离是所述焦距的两倍，由此，所述透镜行的焦平面在虚拟平面处重叠，并且与焦平面相对的透镜共享同一光轴。

84.一种全息显示系统，其包括：

第一显示器，所述第一显示器包括光场显示器，所述光场显示器被配置成沿着第一组投影光路对光进行投影以至少形成分别相对于显示屏幕平面具有第一深度轮廓和第二深度轮廓的第一全息表面和第二全息表面；以及

第一中继系统，所述第一中继系统被定位成沿着所述第一组投影光路从所述光场显示器接收光并且沿着第一组中继光路中继所接收的光，使得所述第一全息表面和所述第二全息表面上的点中继到中继定位，由此形成分别相对于虚拟屏幕平面具有第一中继深度轮廓和第二中继深度轮廓的第一中继全息表面和第二中继全息表面。

85.一种全息显示系统，其包括：

第一显示器，所述第一显示器包括光场显示器，所述光场显示器被配置成沿着第一组投影光路对光进行投影以至少形成相对于显示屏幕平面具有第一深度轮廓的第一全息表面；

第一中继系统，所述第一中继系统被定位成沿着所述第一组投影光路从所述光场显示器接收光并且沿着第一组中继光路中继所接收的光，使得所述第一全息表面上的点中继到中继定位，由此形成相对于虚拟屏幕平面具有第一中继深度轮廓的第一中继全息表面；以及

第二中继系统，所述第二中继系统被定位成沿着所述第一组中继光路从所述第一中继系统接收光并且沿着第二组中继光路中继所接收的光，使得所述第一中继全息表面上的点进一步中继到新的中继定位，由此形成分别相对于新的虚拟屏幕平面具有第二中继深度轮廓的第二中继全息表面。

86.根据权利要求85所述的全息显示系统，其中所述新的虚拟屏幕平面和所述显示屏幕平面基本上平行。

87.根据权利要求85所述的全息显示系统，其中由所述第一显示器投影的所述第一全息表面的所述第一深度轮廓与所述第二中继全息表面的所述第二中继深度轮廓基本上相同。

88.根据权利要求85所述的全息显示系统，其进一步包括：

第二显示器，所述第二显示器被配置成对光进行投影以用于形成图像表面；以及

分束器，所述分束器被配置成从所述第一显示器和所述第二显示器两者接收投影光并且沿着一组投影光路朝着所述第一中继系统引导所述投影光的一部分；

其中所述第一中继系统被配置成沿着所述一组投影光路从所述分束器接收投影光并且沿着所述第一组中继光路中继所接收的光的一部分，由此与中继图像表面一起形成所述第一中继全息表面；并且

其中所述第二中继系统被配置成沿着所述第一组中继光路从所述第一中继系统接收光并且沿着所述第二组中继光路中继所接收的光的一部分，从而与另外的中继图像表面一起形成所述第二中继全息表面。

89.根据权利要求88所述的全息显示系统，其中由来自所述第二显示器的所述投影光形成的所述图像表面是全息表面。

90.根据权利要求88所述的全息显示系统，其中由来自所述第二显示器的所述投影光形成的所述图像表面是非全息表面。

91.根据权利要求85所述的全息显示系统，其进一步包括

分束器，所述分束器被配置成接收现实世界对象的表面的光和来自所述第一显示器的投影光并且沿着一组投影光路朝着所述第一中继系统引导所述投影光的一部分；

其中所述第一中继系统被配置成沿着所述一组投影光路从所述分束器接收投影光并且沿着所述第一组中继光路中继所接收的光的一部分，由此与所述现实世界对象的所述表面的中继图像一起形成所述第一中继全息表面；并且

其中所述第二中继系统被配置成沿着所述第一组中继光路从所述第一中继系统接收光并且沿着所述第二组中继光路中继所接收的光的一部分，从而与所述现实世界对象的所述表面的另外的中继图像一起形成所述第二中继全息表面。

92.根据权利要求85所述的全息显示系统，其中所述第二中继系统沿着一组反射光路在与所述第二组中继光路的方向基本上相反的方向上引导从所述第一中继系统接收的所述光的另一部分。

93.根据权利要求92所述的全息显示系统，其进一步包括校正光学元件，所述校正光学元件安置在所述一组反射光路中，使得沿着所述一组反射光路感知光的观看者将感知到所述第二中继全息表面的所述第二中继深度轮廓。

94.根据权利要求85所述的全息显示系统，其中所述第一中继系统包括分束器和回射器。

95.根据权利要求85所述的全息显示系统，其中所述第一中继系统包括透射反射器。

96.根据权利要求85所述的全息显示系统，其中所述第一中继系统包括分束器和弯曲的反射器。

97.根据权利要求85所述的全息显示系统，其中所述第二中继系统包括分束器和回射器。

98.根据权利要求85所述的全息显示系统，其中所述第二中继系统包括透射反射器。

99.根据权利要求85所述的全息显示系统，其中所述第二中继系统包括分束器和弯曲的反射器。

100.根据权利要求85所述的全息显示系统，其中所述第一中继系统和所述第二中继系统均包括分束器和弯曲的反射器，并且其中所述第一中继系统和所述第二中继系统的所述弯曲的反射器具有与所述分束器基本上相同的弯曲几何形状和相同的距离。

101.根据权利要求100所述的全息显示系统，其中由所述第一中继系统引入的放大变化或光场角坐标变化至少部分由所述第二中继系统校正。

102.根据权利要求100所述的全息显示系统，其中所述第一全息表面在所述显示屏幕平面处的所述深度轮廓与所述第二中继全息表面在所述新的虚拟屏幕平面处的所述深度轮廓基本上相同。

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