CN114766013A - 中继系统 - Google Patents

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Light Field Lab Inc
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Abstract

中继系统可以结合到光学系统中以将来自至少一个图像源的光引导到视域。来自多个图像源的光可以被中继系统引导到视域。来自所述多个图像源的一些光可以被遮挡系统遮挡以减少在所述视域中观察来自所述多个图像源的中继光时的不希望的伪影。

Description

中继系统
技术领域
本公开总体上涉及被配置为用于生成对应于2D、3D或全息图像的光并且进一步被配置为将所生成的全息图像中继到期望位置的系统。
背景技术
今天存在的许多技术经常与全息图混淆，但缺乏以与真实对象相同的方式刺激人类视觉感官反应的能力。这些技术包括立体印刷、佩珀尔幻象、免带眼镜立体显示器、仅水平视差显示器、头戴式VR和AR显示器(HMD)，以及其它被概括为“荧光照相术”的舞台幻术。这些技术可能会展现出真正全息显示器的一些所需特性，但是对于任何数量的无需头饰或眼镜的观察者来说，它们都不能通过正确的遮挡处理达到全视差观看体验的理想状态，在这种体验中，光场几乎与真实对象发出光时存在的光场完全一样。
发明内容
根据本公开的光学系统的实施例可以包括第一输入接口，第一输入接口被配置为接收来自第一图像源的沿第一组光路的光，其中来自第一图像源的光能够操作以限定第一图像表面；第二输入接口，第二输入接口被配置为接收来自第二图像源的沿第二组光路的光，其中来自第二图像源的光能够操作以限定第二图像表面；和中继系统，中继系统被配置为将接收到的来自第一和第二图像源的光引导至视域，其中第一和第二图像表面中的至少一个被中继系统中继到视域中，其中第一和第二图像源中的至少一个包括光场显示器，并且第一组光路是根据光场显示器限定的四维(4D)函数确定的，使得来自光场显示器的每个光路在第一四维坐标系中具有一组空间坐标和角坐标。
根据本公开的光学系统的实施例可以包括第一输入接口，第一输入接口被配置为接收来自第一图像源的沿第一组光路的光，其中来自第一图像源的光能够操作以限定第一图像表面；第二输入接口，第二输入接口被配置为接收来自第二图像源的沿第二组光路的光，其中来自第二图像源的光能够操作以限定第二图像表面；中继系统，中继系统被配置为将接收到的来自第一和第二图像源的光引导至视域，其中第一和第二图像表面中的至少一个被中继系统中继到视域中；和遮挡系统，遮挡系统被配置为遮挡来自第一和第二图像源中的至少一个的光的一部分。
根据本公开的光学系统的实施例可以包括光学组合系统，该光学组合系统包括第一输入接口，第一输入接口被配置为接收来自第一图像源的沿第一组光路的光，其中来自第一图像源的光能够操作以限定第一图像表面；和第二输入接口，第二输入接口被配置为接收来自第二图像源的沿第二组光路的光，其中来自第二图像源的光能够操作以限定第二图像表面；和第一中继系统，中继系统被配置为接收来自光学组合系统的组合图像光并将接收到的光中继到视域中的中继位置，从而限定分别对应于第一和第二图像表面的第一和第二中继图像表面，其中第一和第二图像源中的至少一个包括光场显示器，第一组光路是根据四由光场显示器限定的四维(4D)函数确定，使得来自光场显示器的每个光路在第一四维坐标系中具有一组空间坐标和角坐标。
根据本公开的光学系统的实施例可以包括光学组合系统，该光学组合系统包括第一输入接口，第一输入接口被配置为接收来自第一图像源的沿第一组光路的光，其中来自第一图像源的光能够操作以限定第一图像表面；和第二输入接口，第二输入接口被配置为接收来自第二图像源的沿第二组光路的光的，其中来自第二图像源的光能够操作以限定第二图像表面；中继系统，中继系统被配置为接收来自光学组合系统的组合光并将接收到的光中继到视域中的中继位置，由此第一和第二中继图像表面在相应中继位置处能够观察到；和遮挡系统，遮挡系统被配置为遮挡来自第一和第二图像源中的至少一个的光的一部分。
根据本公开的显示系统的实施例可以包括中继系统，所述中继系统包括至少一个透射反射器、第一和第二图像源，该第一和第二图像源能够操作以分别沿着第一和第二组源光路输出光，其中第一和第二图像源相对于至少一个透射反射器定向，使得沿着第一和第二组源光路的光分别沿着第一和第二组中继光路中继，所述第一和第二组中继光路分别限定第一和第二视域，其中所述第一和第二中继视域不同。
根据本公开的显示系统的实施例可以包括中继系统，所述中继系统包括至少一个透射反射器、能够操作以输出光的图像源、以及被定位成接收来自图像源的光并沿着第一和第二组源光路引导光的分束器，其中图像源和分束器相对于至少一个透射反射器定向，使得沿着第一和第二组源光路的光分别沿着第一和第二组中继光路中继，所述第一和第二组中继光路分别限定第一和第二中继视域，并且其中所述第一和第二中继视域不同。
根据本公开的中继系统的实施例可以包括第一中继子系统，所述第一中继子系统包括第一中继子系统的第一透射反射器，第一透射反射器被定位成接收来自图像源的图像光，图像光能够操作以限定第一图像表面，其中第一透射反射器被配置为相对于第一透射反射器在第一和第二角度对准范围内中继沿源光路接收的图像光，以在第一中继位置限定第一中继图像表面；和第一中继子系统的第二透射反射器，第二透射反射器被定位成接收来自第一透射反射器的中继图像光并且被配置为中继来自第一透射反射器的中继图像光以在第二中继位置限定第二中继图像表面。
根据本公开的显示系统的实施例可以包括模块化显示装置阵列，每个模块化显示装置包括显示区和非成像区，其中模块化显示装置阵列限定多个显示平面，每个显示平面包括由相应显示装置的显示区限定的成像区域和由相应显示装置的非成像区限定的非成像区域；和光组合系统，光组合系统能够操作以组合来自模块化显示装置阵列的光，其中光组合系统和模块化显示装置阵列被布置成使得组合光具有通过叠加多个显示平面限定的有效显示平面，使得多个显示平面的非成像区域被多个显示平面的成像区域叠加。
根据本公开的光场显示系统的实施例可以包括模块化显示装置阵列，每个模块化显示装置包括显示区和非成像区，其中模块化显示装置阵列限定多个显示平面各显示平面，每个显示平面包括由相应显示装置的显示区限定的成像区域和由相应显示装置的非成像区限定的非成像区域；波导阵列，每个波导阵列被定位成接收来自一个模块化显示装置阵列的显示平面的光；和光组合系统，光组合系统能够操作以组合来自波导阵列的光，其中每个波导阵列被配置为引导来自相应模块化显示装置阵列的光，使得来自光组合光系统的组合光包括光路，每个光路是根据一个四维函数限定并在第一四维坐标系中具有一组空间坐标和角坐标。
根据本公开的光学系统的实施例可以包括：第一输入接口，第一输入接口被配置为接收来自第一图像源的沿第一组光路的光，其中来自第一图像源的光能够操作以限定第一图像表面；中继系统，中继系统被配置为将从第一图像表面接收到的光中继到视域以限定中继第一图像表面，其中第一图像源包括光场显示器，并且第一组光路是根据由光场显示器限定的四维(4D)函数确定，使得来自光场显示器的每个光路在第一四维坐标系中具有一组空间坐标和角坐标；以及传感器，传感器能够操作以收集与视域中的条件相关的数据。
附图说明
图1A示出了被配置为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一个实施例；
图1B示出了被配置为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一个实施例；
图2A示出了被配置为在四维(4D)坐标系中反转U-V角坐标的极性的校正光学元件的一个实施例；
图2B示出了放置在U-V平面中的多个照明源像素上方的波导的俯视图；
图2C示出了图2B所示的实施例以薄透镜作为波导时在U-Z平面中的侧视图；
图3A示出了与图1A所示的系统类似的全息显示系统的一个实施例，其中分束器和图像回射器已被透射反射器代替；
图3B示出了具有多个中继系统的全息显示系统的一个实施例；
图3C示出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示出了二面角反射器阵列(DCRA)的一个实施例的组合图；
图4B示出了对点光源进行成像的透射反射器的一个实施例的侧视图；
图4C示出了具有包括凹透镜的中继系统的全息显示系统的一个实施例；
图4D示出了具有包括凹透镜的中继系统的全息显示系统的另一个实施例；
图4E示出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示出了理想中继系统的一个实施例；
图5B示出了具有中继系统的全息显示系统的一个实施例，所述中继系统被配置为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和第二全息表面；
图5C示出了具有中继系统的全息显示系统的一个实施例，所述中继系统被配置为使用分束器和凹透镜中继由光场显示器投影的第一和第二全息表面；
图5D示出了校正图5C所示的中继系统的光学效果的一个实施例；
图5E示出了具有中继系统的全息显示系统的一个实施例，所述中继系统被配置为使用分束器和多个凹透镜中继由光场显示器投影的第一和第二全息表面；
图5F示出了具有中继系统的全息显示系统的一个实施例，所述中继系统被配置为使用分束器和多个凹透镜中继由光场显示器投影的第一和第二全息表面；
图5G示出了使用图5F的配置的环境光抑制系统；
图5H示出了具有环境光抑制系统的偏振控制元件的使用；
图6示出了具有中继系统的全息显示系统的一个实施例，所述中继系统被配置为使用透射反射器中继由光场显示器投影的第一和第二全息表面；
图7示出了具有第一中继系统的全息显示系统的一个实施例，所述第一中继系统被配置为中继由光场显示器投影的第一和第二全息表面，并且中继由第二显示器投影的第三表面；
图8A示出了具有第二中继系统、多个显示器以及遮挡层的全息显示系统的一个实施例；
图8B示出了使用图8A中的遮挡层来进行遮挡处理的一个实施例；
图8C示出了在不同位置处观察者感知的类似于图8A所示的全息显示系统的一个实施例；
图9A示出了具有第一和第二中继子系统的中继系统的一个实施例；
图9B示出了遮挡系统的操作；
图9C示出了遮挡系统的另一操作；
图9D示出了图9C所示的遮挡系统对中继真实世界对象图像的影响，如图9A所示的在三个观察者位置所观察的那样；
图9E示出了由两个中继子系统组成的中继系统的一个实施例，该中继子系统包括透射反射器；
图9F示出了图9E中所示的遮挡系统对中继真实世界对象图像的影响，如图9E中所示的在三个观察者位置所观察的那样；
图9G示出了具有第一和第二中继子系统的中继系统的一个实施例，该第一和第二中继子系统具有用于来自一个或多个图像源的光的附加输入接口。
图9H示出了具有第一和第二中继子系统的中继系统的一个实施例；
图9I示出了图9H所示的中继系统的一个可选实施例；
图9J示出了图9H所示的中继系统的一个可选实施例；
图10A示出了光在穿过光学折叠系统时所经历的反射和透射的顺序；
图10B是跟踪来自显示器的光在与图10A的光学折叠系统的每条路径的每一层相互作用之后如何改变偏振状态的表格；
图10C示出了具有可选择区域的光学折叠系统的另一个实施例；
图10D是光学折叠系统的正交视图，该光学折叠系统具有用于所选光线区域的增加的路径长度和增加的视场；
图11A示出了中继系统的一个实施例，该中继系统被配置为同时中继来自从光场显示器投影的全息对象表面的光和来自一个或多个真实世界对象的光；
图11B示出了执行深度反转的中继系统的一个实施例；
图11C示出了中继系统的一个实施例，该中继系统被配置为中继来自两个图像源的光并不接受环境光；
图11D示出了被配置为中继来自两个源的光的中继系统的一个实施例；
图11E示出了中继系统的一个实施例，该中继系统被配置为中继来自显示器和一个其它源的光；
图11F示出了中继系统的另一个实施例，该中继系统被配置为同时中继从第一图像源投影的光和来自第二图像源的光；
图11G示出了中继系统的一个实施例，该中继系统被配置为中继从第一图像源投影的光并且同时传输来自第二图像源的光；
图11H示出了具有两个接口的中继系统的又一个实施例，该两个接口被配置为中继来自两个图像源的光；
图11I示出了中继系统的一个实施例，该中继系统被配置为同时中继从包括真实世界对象的第一图像源投影的光和来自包括真实世界对象的第二图像源的光；
图11J示出了中继系统的一个实施例，该中继系统被配置为中继从第一图像源投影的光并同时传输来自第二图像源的光；
图12示出了图11A所示的配置，其中中继系统由透射反射器实现；
图13示出了图12所示的配置，除了在光场显示器和分束器之间放置了光学折叠系统之外；
图14A示出了图13中所示的中继配置，除了包括输入中继系统以中继真实世界对象的图像之外；
图14B示出了图12中所示的中继配置，除了包括输入中继系统以将真实世界对象的图像中继到与观察者相反的透射反射器的位置；
图15示出了中继系统的一个实施例，该中继系统包括分束器和一个或多个回射器；
图16示出了包括分束器和单个回射器的中继系统的一个实施例；
图17示出了由分束器和多于一个凹透镜组成的中继系统的一个实施例；
图18示出了中继系统的一个实施例，该中继系统包括分束器和两个菲涅耳镜。
图19示出了包括分束器和单个菲涅耳镜的中继系统的一个实施例；
图20示出了串联中继系统的一个示例；
图21A示出了从光场显示器投影并由观察者观察的全息对象；
图21B示出了图21B中的u-v角光场坐标反转后得到的全息对象的投影；
图21C示出了图21B所示的全息对象如何通过图20所示的中继系统进行中继；
图22示出了由串联中继系统和光学折叠系统构成的中继系统；
图23示出了图22的中继配置，但真实世界对象被输入中继系统取代；
图24示出了由一个或多个透镜构成的中继系统的配置；
图25A示出了中继系统的正交视图，其中来自至少一个对象的光通过从一个或多个反射镜反射两次穿过相同的中继器而被中继；
图25B示出了中继系统的正交视图，其中来自至少一个对象的光路通过使光线第一次穿过透射反射器中继器、从反射镜反射并且使反射的光线第二次穿过相同的中继器而被接收和中继；
图25C示出了中继系统的局部视图，该中继系统包括与透射反射器成一定角度设置的镜面；
图25D示出了图25C中中继器的更多光路；
图25E示出了由图25C的中继器接收和中继的光路；
图26A示出了在具有中继器的显示系统内的遮挡平面上的全息对象和遮挡区域之间的协调运动；
图26B示出了具有中继器的显示系统内的全息对象和遮挡对象之间的协调运动；
图26C示出了当显示系统内的中继器被物理移动时三个中继图像和遮挡平面的遮挡区域的移动；
图26D示出了用于图26A中所示的中继系统的一些部件的机动运动的选项；
图27A示出了两个中继器的组合视场，其大于单独的任一中继器的视场；
图27B示出了将图14中所示的两个中继器放置在一起以产生更大的组合视场；
图27C示出了图27B的组合中继系统在进行了调整之后以具有比任一单独中继器的视场更大的组合视场；
图27D示出了由凹透镜和分束器组成的两个中继器，它们被布置为实现更大的视场；
图27E示出了布置为实现更大视场的两个串联中继器；
图27F示出了图9G中所示的两个中继器放置在一起以能够实现几乎是单独中继器的视场的两倍的视场；
图27G是显示系统的俯视图，该显示系统包括形成单个组合视场的三个单独的中继器；
图27H是图27G的侧视图。
图27I示出了来自全息对象的光在图27G的显示系统的一部分内被中继并与其它光组合；
图27J示出了来自真实世界对象的光在图27G的显示系统的一部分内被中继并与其它光组合；
图27K示出了来自真实世界对象的光在图27G的显示系统的一部分内与其它光组合；
图27L示出了来自显示器的光在图27G的显示系统的一部分内与其它光组合；
图27M示出了图27G的显示系统的显示表面的正视图；
图27N示出了图27G的显示系统的显示表面的偏心视图；
图27O示出了由两个平行的透射反射器组成的中继配置，其中只有以锐角入射到第一透射反射器的表面的光被有效中继；
图27P示出了图27O中所示的中继系统的侧视图，具有用于光的附加光路，该光路与第一透射反射器的表面成法线角；
图28A示出了由图像源、分束器和透射反射器组成的桌面显示系统；
图28B示出了图28A的显示系统，具有用于另一个图像源的附加接口；
图28C示出了具有遮挡平面和附加中继的图28B的显示系统；
图28D示出了包括两个图像源和一个透射反射器的桌面显示系统；
图28E示出了包括四个图像源和一个透射反射器的桌面显示系统；
图28F示出了支持遮挡背景中继表面的前景中继表面的桌面显示系统；
图29A示出了两个显示装置的俯视图，其中每个显示器包括显示区和非成像区；
图29B示出了图29A中所示的显示装置的侧视图和端视图；
图29C示出了放置在第一平面A上的多个显示器，以及放置在第二平面B上的多个显示器；
图29D示出了彼此正交布置的显示器的第一显示平面A和第二显示平面B的侧视图；
图29E示出了由观察者观察的图29D的组合光，其中显示平面A和显示平面B重叠；
图29F示出了放置在规则矩形网格上的显示装置的两个显示平面；
图29G示出了图29C所示的显示平面A与B的组合图像，其中显示平面A相对于另一显示平面B旋转了90度；
图29H示出了显示平面C，该显示平面C包括按行并排放置的显示装置的规则直线网格；
图29I示出了光组合系统的一个实施例的侧视图，该光组合系统包括组合来自三个显示平面的光的两个光学组合器；
图29J是观察者观察的图29I所示的三个显示平面的组合光；
图29K示出了每个像素由三个矩形子像素组成的一个实施例；
图29L示出了四个相同的显示平面(显示平面I、显示平面J、显示平面K和显示平面L)，每个都包括在每个显示器与其相邻显示器之间具有空间的显示器图案；
图29M示出了使用三个光学组合器组合以形成显示系统的如图29L所示的四个显示平面I，J，K和L；
图29N示出了来自图29M所示配置的重叠显示平面，具有有效重叠的无缝2D显示表面；
图29O示出了由观察者从图29M所示的配置看到的产生组合光I+J+K+L的四个重叠显示平面I、J、K和L的配置；
图30A示出了放置在照明平面上的波导系统，该照明平面由位于无缝显示表面上的单独可寻址的像素组成；
图30B示出了光场系统，其包括在形成无缝显示表面的照明平面上的像素上的波导阵列；
图30C示出了由图29B所示的显示装置构成的光场显示器的侧视图，其中图30B所示的波导阵列安装在其有效显示区表面上；
图30D示出了显示装置的一部分的放大图，其中有源显示区被波导阵列覆盖，被非成像区包围；
图30E示出了由包括五个波导的光场显示系统投影的两个全息对象，每个波导投影来自一组相关像素的光并且被观察者感知；
图30F示出了图30B中所示的光场显示器，其中一层智能玻璃放置在平行于波导平面的平面中并且与波导表面相距一小段距离；
图30G示出了图30F所示的光场显示器，其中电压源向透明智能玻璃电极施加足够的电压以使智能玻璃变得透明；
图31A示出了显示装置阵列的侧视图，包括图29A和29B所示的各个显示器；
图31B示出了包含成像间隙的2D显示装置阵列如何与能量中继器阵列组合以产生具有没有非成像区域的无缝显示表面的无缝显示系统；
图31C示出了图30C和30D所示的单个光场显示单元阵列；
图31D是出现在本公开的多个图中的光场显示器的一个实施例；
图32示出了由一个或多个显示装置平面、光学组合器、中继系统和放置在虚拟显示平面处的波导阵列形成的重叠2D显示系统组成的光场显示器；
图33是与图32所示的光场显示器相似的光场显示器，除了图32中的两个显示平面被替换为单个无缝显示表面，其可以是在图31B中所示的无缝显示表面的实施例，以及可选的第二无缝显示表面；
图34A是由两个光场显示装置阵列组成的光场显示系统，每个光场显示装置可以包含由光学组合器组合的非显示区域；
图34B示出了图34A中所示的显示系统如何呈现给观察者；
图34C示出了图34A所示的光场显示系统，其与将全息对象中继到虚拟显示平面的中继系统相结合；
图35示出了图11A所示的显示系统的示意图，其中传感器记录观察者的姿势并响应于此而移动中继对象；
图36示出了图35的显示系统，其中来自观察者手的光的路径以与来自光场显示器和真实世界对象的组合光线的方向相反的方向行进穿过中继系统，这些反向光线被传感器检测到。
具体实施方式
图1A示出了包含第一显示器1001的全息显示系统的一个实施例，所述第一显示器包括光场显示器，光场显示器被配置为沿着一组投影光路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具有第一投影深度剖面。在一个实施例中，第一全息表面1016可以是例如对象的一部分、面、背景场景等全息场景中的任何表面。在一个实施例中，全息表面1016的投影深度剖面可以包括沿着显示器1001的法线轴(未示出)观察第一显示器1001的观察者(未示出)可感知的深度。图1A的全息显示系统还包含中继系统5010，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上的点中继到中继位置，因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具有第一中继深度剖面。在一个实施例中，虚拟屏幕平面1022相对于光场显示器1001的显示屏幕平面1021以非平行角度定向。在一个实施例中，虚拟屏幕平面1022相对于光场显示器1001的显示屏幕平面1021以垂直角度定向。
在一个实施例中，全息表面1016的深度剖面可以包含在虚拟屏幕平面1022的方向上观察的观察者1050可感知的深度。如图1A所示出的，中继全息表面1018的第一中继深度剖面与第一全息表面1016的第一投影深度剖面不同：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可被观察者1050感知为相对于虚拟屏幕平面1022的屏幕内全息表面。
在一个实施例中，中继系统5010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。在一个实施例中，光场显示器1001包括一个或多个显示装置1002，具有多个光源位置(未示出)；可以存在或可以不存在的成像中继器1003，用于将来自显示装置的图像中继到能量表面1005；和波导阵列1004，将能量表面1005上的每个光源位置投影到三维空间中的唯一方向(u,v)内。能量表面1005可以是无缝的能量表面，其具有大于所述一个或多个显示装置1002的任何单独显示装置的表面的分辨率的组合分辨率。在共同拥有的公开号为US2019/0064435、US2018/0356591、2018/0372926的美国专利申请和编号为16/063675的美国专利申请中描述了光场显示器1001的示例，所有这些专利申请都出于所有目的通过引用并入本文。投影光线1036可以在全息对象1016的表面上的位置113处会聚，并且然后在它们接近分束器101时发散。分束器101可以被配置为包含偏振分束器、透明的铝涂覆层或至少一个二向色滤光器。在一个实施例中，分束器101可以相对于光场显示屏幕平面1021和回射器1006A成45度角定向，并且回射器1006A相对于显示屏幕平面1021正交定向。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，而一部分剩余的光可以沿着一组透射光路1039A直接穿过分束器101进入光线，这可能对图1A中示出的配置中的中继全息对象1018的形成没有帮助。在一个实施例中，回射器1006A可以含有诸如角反射器的单独反射器的精细阵列。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光线，而没有显著的空间偏移。沿着光路1037的光线在从回射器1006A反射时反转其方向、使所述光线的接近角度基本上折回到回射器1006A，并且所述光线的强度的一部分沿着一组中继光路1025A穿过分束器101，会聚在全息对象1018的位置114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。回射器1006A可以放置在分束器101的右侧，如图1A所示，或者放置在分束器101上方，与图1A中所示的放置位置正交，直接面向LF显示表面1021(在与后面的图1B中所示的回射器1006B相同的位置)。换言之，可以放置回射器，使得来自LF显示器1001的光被分束器向右反射，然后从回射器反射，或者可以放置回射器使得来自LF显示器1001的光被分束器垂直透射，然后从回射器反射。稍后在本公开中，将示出两个方向。在一个实施例中，光场显示器1001可以包括控制器190，该控制器被配置为向光场显示器发出显示指令并根据4D函数输出光。
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的相对放置类似于图1B中出现的任选光学元件1041A的放置。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仅产生一种偏振状态，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线1039A。使用偏振分束器101，光线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，光线1025A上的大部分光可以在相反方向被圆偏振，并且对于这种相反的圆偏振，通过四分之一波长延迟器的返回通道将导致这些光线被转换成相对于接近回射器1006A的光线1027旋转90度的线性偏振。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，使得此光以最佳效率通过分束器101，产生全息图像，并且限制费光的产生。
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。这导致光线1039A丢失。在一个实施例中，如图1B所示，图1A的全息显示系统可以包含中继系统5020，所述中继系统包含附加回射器1006B。在一个实施例中，附加回射器1006B可以与来自分束器101的显示器1001相反设置、在距离上与回射器1006A对称但在朝向上与该回射器正交。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5020中继由光场显示器1001投影的全息表面的显示系统，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光线。在图1B中，回射器1006A被标记为可选的，但是中继器5020可以在回射器1006A存在而回射器1006B不存在、回射器1006A不存在而回射器1006B存在或回射器1006A和1006B都存在的情况下操作。两种配置都可以根据本公开的原理来实施。与图1A中其中沿着透射路径1039A的光线丢失的中继系统5010相反，在图1B中沿着透射路径1039B的光线从回射器1006B以与沿着反射路径1037的光线从回射器1006A回射的相同的方式回射。沿着光路1039B的光线被回射器1006B反向，然后从光学组合器101反射，使得它们被朝向光路1025B引导，该光路会聚形成全息对象1018。沿路径1039B和路径1037的光线被回射并在分束器101处会聚，结合以形成沿一组中继路径1025A和1025B的光线，其中一组中继光路1025A和1025B可以聚焦在点114，有助于形成第一中继全息表面1018。在一个实施例中，附加回射器1006B和分束器101对准，使得通过分束器101朝向附加回射器1006B透射的投影光从附加回射器1006B反射并且进一步由分束器101沿着附加的一组中继光路1025B朝着虚拟显示屏幕1022反射，并且来自第一回射器1006A的一组中继光线1025A和来自附加回射器1006B所述的附加一组中继光线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的大部分光线以相反的线性偏振返回到分束器101，使得这些光线中的大部分将由分束器101朝着全息表面1018的形成引导，而不是直接透射穿过分束器101并朝向显示器1001。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，在一个实施例中，直接投影表面1016上的位置113与光场显示屏平面1021之间的垂直距离D1可以相对于中继虚拟屏幕平面1022与中继全息表面1018上的对应点114之间的水平距离D1相同。中继系统5010或5020可以配置为中继分布在光场显示屏幕平面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示出的示例中，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，使得相对于观察者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，使得相对于观察者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最远的位置113被中继到中继全息表面1018的离观察者1050最远的位置114。考虑到这种深度反转，并向观察者1050呈现与直接投影的屏幕外全息对象1016的观察者在不使用中继系统5020的情况下将看到的中继全息表面1016相同的视图和相同的深度剖面，U-V光场坐标的极性可以反转。这些U-V光场坐标是4D光场函数中的两个角坐标，坐标为(X,Y,U,V)。反转U-V光场坐标的极性将投影的光线1036转换成投影的光线1013，每一个光线都具有相反的斜率。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，其将被中继为中继全息表面1020。中继全息表面1020相对于虚拟显示平面1022在屏幕外并且相对于虚拟屏幕平面1022呈现给观察者1050与投影对象1016相对于显示屏幕平面1021相同的深度剖面。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，为了向虚拟屏幕平面1022的观察者1050投影全息表面1020，可以不考虑中继器5010或5020的影响为光场显示器1021渲染具有预期深度剖面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相反的一侧，但是其通过中继系统5010或5020相对于虚拟屏幕平面1022中继为具有预期中继全息表面和预期深度剖面的中继全息对象1020。在共同拥有的公开号为US2019/0064435、US2018/0356591和US2018/0372926的美国专利申请和编号为16/063,675的美国专利申请中描述了(X,Y,U,V)的4D光场坐标系，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。
在一个实施例中，一组投影光路1036中的每个投影光路在相对于显示屏幕平面1021限定的四维(4D)坐标系中具有一组位置坐标和角坐标，并且一组中继光路1025A，1025B中的每个在相对于虚拟显示平面1022限定的四维(4D)坐标系中具有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直接观察。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5010或5020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的预期位置。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，可以作为全息对象渲染步骤，如下文参考图2B和2C所总结的。
图2A示出了校正光学元件20的一个实施例，所述校正光学元件用于反转U-V角光场坐标的极性。透镜的两个基本上相同的平面201，202被平行放置并且彼此分开。每个透镜具有焦距f200，并且透镜的平面被定向为彼此平行并且被两倍于焦距f200的间隔分开，使得它们的焦平面在虚拟平面203处重叠，并且使得在虚拟平面203的相对侧上的透镜诸如213和214)共享共同光轴204。入射平行光线211以U-Z平面中的
Figure BDA0003686320340000141
和V-Z平面中的
Figure BDA0003686320340000143
的相对于光轴204的入射角入射在平面201中的透镜213上。光线211被透镜213聚焦到焦平面203上并且然后朝着透镜214发散，所述透镜将光线折射成平行光线212。平行光线212以相对于U-Z平面中的光轴204成
Figure BDA0003686320340000145
的反转极性角度并且相对于V-Z平面中的光轴204成
Figure BDA0003686320340000144
的反转极性角度离开平面202中的透镜214，从而导致方向相对于平行光线211的入射方向已反转。此中继系统可以在图1A和1B所示的投影光路1036或中继光路1025A、1025B的路径中放置在屏幕平面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。
在一个实施例中，所述光场显示器1001可以包含如图1A和1B所示的控制器190，所述控制器被配置为接收指令，所述指令用于通过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第一中继深度剖面是针对观察者1050预期的深度剖面来解释所述第一投影深度剖面与所述第一中继深度剖面之间的差异。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。在一个实施例中，波导221可以是图1A和1B中的波导1004之一，像素222可以在图1A和1B中的能量表面1005上。在一个实施例中，波导221允许来自像素222的光沿着一组投影光路投影，其中每个投影光路在四维(4D)坐标系中具有一组位置坐标(X,Y)和角坐标(U,V)。投影光路可以是图1A和1B中所示的光路1036。为了反转U-V坐标的极性并根据为图1A和1B中的全息对象1016渲染的光场来创建全息对象1014，将如图中所示交换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。除(U,V)＝(0,0)保持在原位外，所有其它像素将交换虚线所示的位置。
图2C示出了图2B所示实施例在U-Z平面中的侧视图，其中波导221分别沿主光线232和231投影来自像素平面222上的两个不同像素位置223和224的光。主光线232和231限定从对应的两个像素接收并由波导221投影的光的传播轴，即使来自每个像素的光填满了波导221的孔的大部分。两个像素223和224可以位于恒定V值的像素行222的最小和最大U坐标处。角坐标U的反转可以导致相对于波导221的光轴204具有角度
Figure BDA0003686320340000151
的主光线231成为相对于光轴204具有相反角坐标
Figure BDA0003686320340000152
的主光线232，但可以具有与主光线231相同的强度和颜色。如果角光场坐标
Figure BDA0003686320340000153
的这种反转，或对于光场显示器的每条光线的等效地(U,V)，则投影全息对象表面的深度剖面可以反转，如上参考图1B所示。
图3A示出了类似于图1A中所示的配置的全息显示系统的一个实施例，除了图1A中所示的由分束器101和图像回射器1006A组成的中继系统5010已经被由单个透射反射器5030组成的中继系统所替代之外，该单个透射反射器被定位成沿着该组投影光路1036从光场显示器1001接收光并且沿着该组中继光路1026引导所接收的光1036。在一个实施例中，透射反射器5030在透射反射器5030的多个内部反射表面(下面参考图4A描述)之间内部地反射所接收的光1036的一部分，并在第一方向上沿着该组中继光路1026向虚拟屏幕平面1022输出光。来自光场显示器1001的投影光线1036可以在全息表面1016上的位置113处会聚，并且然后在它们接近透射反射器5030时发散。透射反射器5030内部反射发散光线1036，使得它们作为沿着中继路径1026的光线离开反射器5030的另一侧，并在中继全息表面1018的位置114处会聚。这可以通过一系列多次反射在透射反射器5030内完成，如下文详细描述。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。在一个实施例中，图3A所示的显示系统可以包括控制器190，该控制器被配置为向光场显示器发出显示指令并根据4D函数输出光。
在一个实施例中，透射反射器5030是二面角反射器阵列(DCRA)。DCRA的第一种可能的实施方式是具有许多垂直于衬底表面放置的微镜的平面结构。微镜可以是方形通孔，每个孔提供构成小角反射器的内壁。当光线穿过DCRA时，入射光线被方孔的两个正交相邻内壁反射两次，导致光线在结构平面内回射，同时使光方向的分量垂直到平面不受干扰。DCRA的第二种可能的实施方式是具有两个紧密间隔的平行反射镜平面薄层的结构，如图4A所示，这些平面被定向从而彼此正交。在图4A所示的实施例中，透射反射器5030由两个紧密间隔的平行反射镜平面层406和407构成，其中层406中的反射平面401的方向正交于反射平面402的方向定向在第二维的层407中。反射表面401和402可以是镜面。在图4A中，穿过透射反射器的入射光线404在紧密间隔的反射镜406的第一平面中被第一反射镜401第一次反射，并且在紧密间隔的反射镜407的第二平面中被第二反射镜402第二次反射，反射镜401和反射镜402彼此正交。入射光线404在其进入透射反射器的外表面430的一侧时将其能量的一部分反射到反射光线414中。可以通过向透射反射器5030的一个或两个表面430添加光学涂层来调节反射量。光线404使其动量的一个分量在位置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。在垂直于DCHA5030的表面430的方向上的光线404动量分量不受影响。
图4B示出了透射反射器5030的操作的一个实施例的侧视图，其可以是刚刚在图4A中描述的反射镜的双薄平行平面的DCRA结构，在上述平面基板上排列的方形通孔阵列，或一些其它透射反射器。透射反射器5030被示为对位于距透射反射器5030距离D处的点光源422进行成像。透射反射器5030平行于X-Y平面对准。来自点源422的光423中的每条光线的X和Y动量分量都被透射反射器5030反转，使得离开5030的光线424会聚在离透射反射器5030距离为D但在透射反射器5030的与源点422相对的一侧上的图像点425处。在图4A和4B所示的实施例中，由于透射反射器5030内的两次反射而发生的入射光线423的重定向使透射反射器用作聚焦元件。光线423的一部分从透射反射器5030的外表面430之一反射，产生反射光线433，并且可以通过将光学涂层施加到透射反射器5030的表面430来控制反射光的比例。
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一个第一光场显示器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位置。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被光场显示器1001A投影并且围绕虚拟显示平面1022B被中继到最终中继位置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。在一个实施例中，图3B所示的显示系统可以包括控制器190，所述控制器被配置为向光场显示器1001A和可选的光场显示器1001B发出显示指令，并根据相应的4D函数在每个显示器上输出光。代替第二光场显示器1001B，表面123A可以替代为真实世界对象的表面，或者甚至是传统2D显示器的表面。来自表面123A(不管它是投影的全息对象或真实世界对象的表面还是2D显示器的一部分)的光将由分束器101与全息表面121A和122A组合，并被该对中继系统130和140中继到图像位置123C，而没有深度反转。在对象123A是真实世界对象的情况下，则将全息表面121A、122A和真实世界对象123A的图像组合在一起并一起中继到中继位置处的全息表面121C、122C和123C，从而允许全息表面和真实世界对象一起显示，没有物理显示平面。
在图3B中，两个中继系统130和140分别包含透射反射器5030A和5030B，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5010)。全息表面121A和122A分别由来自光场显示器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图像组合器101。图像组合器101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中继全息表面121C和第四中继全息表面122C。中继全息对象121C和122C相对于屏幕平面1022B应具有与源投影表面121A和122A分别相对于屏幕平面1021A的深度剖面相同的深度剖面。
图像表面123A可以是真实世界对象的表面，2D显示表面的一部分，或者是由可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的深度剖面投影的全息表面。在其它实施例中，图像表面123A可以是中继全息对象。来自表面123A的光133Y的一部分被图像组合器101反射到投影光路133A中，而另一部分沿着一组透射路径133Z穿过图像组合器101。中继系统130的透射反射器5030A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)。来自表面123A的沿光路133A的光的一部分由第一中继系统130中继到中继光路133B，形成深度反转图像123B。沿着中继光路133B的光的第一部分沿着反射路径143B从中继系统140的透射反射器5030B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5030B的表面的这些反射未在图3B中示出)。沿着中继光路133B的光的剩余部分由第二中继系统140第二次中继到中继光路133C，形成非深度反转的中继表面123C，其是真实世界对象123A的图像，2D图像或中继全息表面123A。对于表面123A是由光场显示器1001B投影的全息对象的表面的情况，中继表面123C对于观察者1050具有与表面123A相对于屏幕平面1021B的深度剖面相同的深度剖面，并且第一观察者1050将看到三个中继全息表面121C、122C和123C。对于表面123A是真实世界对象的情况，中继表面123C对于观察者1050具有与真实世界对象相同的深度剖面，并且第一观察者1050将在中继全息表面121C和122C旁边看到中继全息对象。对于表面123A是2D显示器的情况，第一观察者1050将看到与中继全息对象121C和122C一起浮动的中继2D显示器。
在具有第二光场显示器1001B的图3B所示的显示配置中，虚拟屏幕平面1022C从对应的第二光场显示屏幕平面1021B中继，并且该虚拟屏幕平面1022C可以设置成与从第一光场显示屏平面1021A中继的虚拟显示屏平面1022B相距一定距离。以这种方式，来自两个光场显示器1001A和1001B的全息内容可以叠加到虚拟屏幕1022B和1022C周围的相同空间中，而没有深度反转，从而能够增加用于显示全息对象的深度范围，该深度范围超过单个光场显示器1001A或1001B中任一个的深度范围。注意，每个光场显示器1001A和1001B可以分别在对应的显示屏幕平面1021A和1021B的附近的全息对象空间中产生全息对象。显示屏幕1021A周围的全息对象空间被中继到虚拟屏幕平面1022B，而显示屏幕平面1021B周围的全息对象空间被中继到虚拟屏幕平面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5030A之间的第一距离和显示器1001B与透射反射器5030A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。另一方面，如果调整光场显示器1001A或1001B与透射反射器130的接近度，则可以使虚拟屏幕平面1022B和1022C附近的中继全息对象空间部分地重叠以创建更大的组合全息对象空间，或调整以创建适合给定应用的中继全息对象空间的两个不同且分离的区域。在中继全息对象空间重叠的情况下，则可以实现大于单独显示器中的任一个的全息对象空间的组合中继全息对象空间。类似地，如果使用真实世界表面123A代替投影全息表面123A，则可以调整中继全息对象121C和122C与来自真实世界对象123A的全息图像123C的相对位置，并且可以针对特定应用进行定制。注意，关于虚拟屏幕平面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是图3B中所示出的相同显示配置，但示出了从第二中继系统140的第二透射反射器5030B沿着反射路径141B、142B和143B反射的光可以如何被第二观察者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，并且在一个实施例中，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，V)的极性，从而使第二观察者1051分别感知相对于平面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相同的深度剖面的中继全息表面121C和122C。以类似的方式，可以是由显示器1001B投影的全息表面或真实世界对象的表面的对象123A产生光线，所述光线由中继系统130沿着形成深度反转图像123B的中继光路133B中继并且这些光线133B的一部分由透射反射器5030B的表面430反射成沿着反射路径143B的光。刚刚描述的位于137处的可选的校正光学元件还可以反转深度，使得第二观察者1051可以看到具有与表面123A的深度剖面相同的深度剖面的中继图像123C。以此方式，观察者1050和1051将在相同位置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。该第三中继器(未示出)的观察者将在与第一观察者1050感知的全息图像121C、122C和123C的位置不同的位置处看到由第三中继器中继的图像。
可以使用其它聚焦光学元件、散焦光学元件、镜面或这些的任何组合来中继来自光场显示器的全息对象空间。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空间而没有深度反转的一个实施例。图4C示出了具有全息中继系统5040的显示系统的正视图，该全息中继系统包括光学组合器462和凹透镜452。在一个实施例中，凹透镜452可以是球形、抛物线形或某个其它形状。光学组合器462可以是本文所描述的任何分束器。由于沿垂直轴454产生的光将被光学组合器462偏转成沿反射镜452的光轴453的光，因此垂直轴454位于反射镜452的光轴上，对象461的一部分也是如此。在其它实施例中，对象461可以从光轴完全移位。反射镜C451的曲率中心距图像组合器462的距离为D1。点C451是点C'441的中继点，其在垂直光轴454上与图像组合器的距离也相同的为D1。沿着一组投影光路465离开点C'441的光的一部分将从图像组合器462沿着入射在反射镜452上的反射光路466反射。凹面镜452和图像组合器462对准，使得入射在凹面镜452上的光线466沿一组反射光路467沿基本上平行的返回方向反射回穿过图像组合器462，但返回方向与该组入射光路466方向相反。沿着反射光路467的光可以通过点C451朝向虚拟屏幕平面469汇聚。对象461可以是真实世界对象，或者是由LF显示器463投影的全息对象的表面。类似地，来自表面461的光线471将从图像组合器462朝向凹透镜452反射到反射光路472中。光路472继而从凹透镜452反射并沿着光路474返回通过图像组合器462，这有助于形成由观察者450观察到的对象461的中继图像457。可选的光学层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，则在反射光路472上离开分束器462的光在第一状态下被线性地偏振。沿光路472的光线可以从该第一线性偏振状态转换成入射在反射镜452上的第一圆偏振状态，该第一圆偏振状态在被反射镜452反射时转换成与第一状态正交的第二圆偏振状态，并进一步被四分之一波长延迟器464转换成与第一线性偏振状态正交的第二线性偏振状态。结果是光线472和光线474具有相反的线性偏振状态，因此几乎所有首先撞击光学组合器462的光471可以被引导到反射镜，并且在从反射镜反射之后接近光学组合器462的所有光467将穿过偏振分束器462，并且有助于由观察看者450观查的中继对象457的成像，而不是被偏转。在图4C的情况下，其中对象461是由LF显示器463围绕显示屏幕平面468投影的全息表面，全息对象461被中继到相应中继虚拟屏幕平面469附近的中继全息对象467并且可以被观察者450观察到。在一个实施例中，点C'441附近的表面被中继到点C451附近。
图4C的中继系统的另一个特征是：比点C'441更靠近图像组合器462的对象通过放大被成像到比点C451更远离图像组合器的位置，并且比点C'441更远离图像组合器462的对象通过缩小被成像到比点C451更靠近图像组合器462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C451时，应遵守它们的深度排序。通过增加反射镜452的曲率半径和/或使得投影全息对象的深度范围相对于反射镜452的曲率半径关于点C'441较小，可以减小点C'441附近的对象的放大或缩小。尽管在图4B中示出的示例示出了球面镜，但可以使用不同配置的反射镜来进行成像，包含抛物线形的凹透镜，以及甚至可以是球形或抛物线形的凸面镜，用于在反射镜后面(图4C中的反射镜452的右侧)，在反射镜的距观察者450的另一侧投影具有会聚点的图像。在一个实施例中，图4C所示的显示系统可以包括控制器190，所述控制器被配置为向光场显示器463发出显示指令并根据4D函数输出光。
图4D是使用包含曲面凹透镜482和图像组合器485的全息中继系统5040将全息表面488中继到全息表面489的显示系统的正交视图，其中全息表面偏离光轴483。点481是反射镜的焦点，所述反射镜可以是球形、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。图像组合器485可以是本公开中讨论的任何分束器。光路490C和492C从光场显示器497以不同的角度投影并会聚到表面488的顶点上。这些投影路径490C和492C从图像组合器485反射(对于直接通过图像组合器的光线有一些损失，未示出)，变成沿反射光路490D和492D的光线，然后反射离开反射镜482的表面，变成分别在中继路径490E和492E上的光线，它们通过分束器(有一些损失，未示出)，并再次会聚在图像489的一个顶点，帮助形成图像489。沿着路径491C和493C的光线从光场显示器497以不同的角度投影并会聚以形成表面488的另一顶点。沿着491C和493C的这些光线从图像组合器485反射(有一些损失，未示出)，变成沿着反射路径491D和493D的光线，然后，这些光线从反射镜482的表面反射，变成在中继路径491E和493E上的光线，这些光线通过图像组合器485(有一些损失，未示出)，并再次会聚在图像489的一个顶点，帮助形成图像489。沿着投影路径492C和493C的光线作为沿着反射路径492D和493D的光线从图像组合器反射，并且穿过曲面镜482的焦点481，变成沿着平行于光轴483的中继路径492E和493E光线。沿着投影路径490C和491C的光线从分束器分别作为沿着反射490D和491D的光线反射，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的反射光线穿过曲面镜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。
在一个实施例中，沿着图4D中的投影路径490C和491C的光线以单个角度或等效地光场角坐标的单个值在光场显示器497的表面的法线处投影，将所述角光场坐标指定为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)。这些光线被图像组合器485反射成沿着反射路径490D和491D的光线，所述光线然后从反射镜反射到沿着中继路径490E和491E的光线中。观察者450可见的这两条光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u值贡献给中继全息表面489的成像。换句话说，尽管两条光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反射镜的焦点481的位置。而且，从光场显示器497以非零光场角坐标投影的沿着投影路径492C和493C的两条光线从图像组合器485和反射镜系统反射，以成为沿着中继路径492E和493E的光线，所述光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，如观察者所观察到的，尽管从具有非零值u的光场显示器497投影。换言之，在形成中继全息表面489时，由包含图像组合器485和曲面镜482的全息中继系统5040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)通常限定了来自光场显示表面498的投影光线的对称轴。从限定来自光场显示表面498的对称轴的光场显示器497在u＝0处产生的光线可以以显著的u值中继到虚拟屏幕平面469(即，法线496与虚拟屏幕平面469的角度θ可以变化)，尤其是如果中继全息对象488从光轴483显著偏移。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，光场显示器497可以靠近光轴居中，使得诸如488的全息表面可以中继到位置489，也靠近光轴483。在一个实施例中，图4D所示的显示系统可以包括控制器190，该控制器被配置为向光场显示器497发出显示指令并根据4D函数输出光。
在一些实施例中，图4D中所示出的反射镜482的聚焦功能可以用一个或多个光学元件，如透镜、反射镜或这些元件的某种组合来代替。在显示系统的一个实施例中，如图4E所示，中继系统5040可以用由有一个或多个透镜形成的中继系统5070代替。图4F示出了一个实施例，其中由一个或多个透镜组成的透镜中继系统5070将由光场显示器463投影的全息对象437中继到中继全息对象438。包含透镜446和可选透镜447的一个或多个透镜可以具有共同的光轴454，所述共同的光轴可以与显示表面468的法线基本上对准。一个或多个透镜可以执行聚焦功能，通过所述聚焦功，能将光场显示屏幕平面468周围的全息对象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。从光场显示器463的表面468投影的光线486A、487A有助于形成全息对象437的3D表面，并且这两个光线被透镜447中继成光线486B、487B，然后该光线通过透镜446被中继成光线486C、487C以帮助形成观察者450观察到的中继全息表面438。带有透镜的光学系统也可能包含焦点，从而在全息对象，例如437，被中继时会放大或缩小全息对象。中继器5070可以将非常接近多透镜446，447系统的有效焦距的投影全息对象437中继到离5070较远的中继位置438，同时将离图4E中437的右边较远的投影全息对象中继到从5070到图4E中438的右边稍近点的中继位置。在这种情况下，中继系统5070可以不反转投影全息对象437的深度剖面，因此中继表面438相对于虚拟屏幕平面435可以具有与437相对于光场显示器463屏幕平面468的深度剖面基本上相同的深度剖面。在一个实施例中，图4E所示的显示系统可以包括控制器190，所述控制器被配置为向光场显示器463发出显示指令并根据4D函数输出光。
图5A示出了包括理想全息对象中继系统100的光场显示系统的正交视图，所述理想全息对象中继系统将在第一位置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观察到的两个全息对象中继到在第二位置处在中继虚拟显示屏幕1022的任一侧上并且被第二观察者1050观察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的光线以及有助于在屏幕平面1021的后面1011形成对象1016Z的沿着投影光路1036Z的光线。光路1035是起源于光场显示表面的光线1036Z的跟踪路径，在该示例中，光场显示表面与显示屏平面1021并置。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1018B对于观察者1050看起来正如在没有任何中继系统100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。换言之，LF显示器1001和中继系统100应被配置为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的光线以与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的对应光线在没有任何中继系统100的情况下到达观察者1048相同的方式到达观察者1050。根据图1A、1B和3A以及下文的讨论，清楚的是，为了使用中继系统100的实际实施生成中继全息对象1032A和1028A，投影对象1015Z和1016Z的位置、深度剖面和放大可以必须根据其在图5A所示的位置进行调整，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。在一个实施例中，图5A中所示的显示系统可以包括控制器190，其被配置为向光场显示器1001发出显示指令并根据4D函数输出光。
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一个实施例。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为沿着一组投影光路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具有第一深度剖面和第二深度剖面的第一全息表面1015A和第二全息表面1016A。全息显示系统还包含中继系统5010，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上的点被中继到中继位置，所述中继位置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的第一中继深度剖面和第二中继深度剖面。
图5B示出了包括图像组合器101和图像回射器1006A的全息中继系统5010。光场显示器1001可以类似于上面关于图1A，1B，3A和5A讨论的光场显示器1001。图像组合器101可以是分束器。光场显示器1001在屏幕平面1021的观察者侧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。在一个实施例中，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的光线以及有助于形成屏幕内表面1015A的沿着投影光路1030A的光线(路径1033是不表示物理光线的光线跟踪线)。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限定的四维(4D)坐标系中具有一组位置坐标(X,Y)和角坐标(U,V)。这些光线可以在它们接近分束器101时发散。此入射光的一部分被分束器101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穿过分束器并且可能会丢失，从而对中继全息表面1017A和1018B的成像没有帮助。回射器1006A可以含有诸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的每条光线，而没有显著的空间偏移。沿着反射光路1037A的光线在从回射器1006A反射时反转它们的方向，将它们的接近角基本上折回到回射器1006A，并且它们强度的一部分沿着中继光路1028A通过分束器101，会聚在全息表面的位置1018A。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，在从回射器1006A反射时，沿着光路1031A的光线反转它们的方向，将它们的接近路径折回到回射器1006A，并且它们的强度的一部分沿着中继光路1032A通过分束器，会聚并形成全息表面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101的所述一组投影光路并且然后穿过从分束器101到回射器1006A的所述一组反射光路，并且返回穿过分束器101。在一个实施例中，所述一组中继光路中的每个中继光路在如由中继系统5010限定的四维(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全息表面1015A被中继为表面1017A，所述表面现在比从1016A中继的表面1018A更靠近观察者1050。换言之，由光场显示器投影的全息表面1015A和1016A的深度剖面由全息中继系统5010反转。全息表面1016A与分束器101之间的竖直距离D1与对应的中继全息表面1018A与分束器101之间的水平距离基本上相同。类似地，全息表面1015A与分束器101之间的竖直距离D2与中继表面1017A与分束器101之间的水平距离D2基本上相同。如关于图1B所示的可选光学元件1041A所讨论的，图5B中的光学元件1041A也是可选的光学元件。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的大部分光线以与离开分束器101的光线相反的线性偏振返回到分束器101，因此，这些光线的大部分将被朝向观察者1050引导，而不是朝着显示器1001被分束器101偏转。而且，来自全息表面1016A的沿着投影光路1036A的路径1042A的光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)。此光线产生沿着中继路径1042B的光线，这有助于形成中继全息表面1018A。对于观察者1050，光线1042B垂直于虚拟显示平面1022投影，并且将被观察者1050感知为具有光场角坐标(u,v)＝(0,0)的光线。为了进一步进行概括，即使在被中继之后，光学中继系统5010保存光场坐标(u,v)＝(0,0)处的光线以保持在所述值，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。在一个实施例中，图2A所示的校正光学元件20可以设置在所述一组中继光路1028A和1032A中，并且校正光学元件被配置为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的观察者将感知到与在没有中继器5010的情况下观察到的第一全息表面1015A和第二全息表面1016A的深度顺序相同的校正的深度顺序。在一个实施例中，校正光学元件可以设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设置在一组投影光路1030A、1036A中并且光学上位于中继系统5010的前面，并且校正光学元件20可以被配置为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具有翻转的深度顺序。在一个实施例中，校正光学元件20可以与显示屏幕平面平行设置。
图5C示出了包括中继系统5040的光场显示器1001，该中继系统类似于上面关于图4C和4D讨论的中继系统5040。在一个实施例中，全息对象空间中继器5040包含图像组合器，所述图像组合器用于将来自全息表面的发散光重新引导到凹面反射镜1007A，所述凹面反射镜将此发散光重新聚焦到中继全息表面中。图像组合器101可以是分束器。图5B中的回射器1006A已经用图5C中的凹面反射镜1007A代替。凹面反射镜1007A可以放置在分束器101的右侧，如图5C所示，或者放置在分束器101上方，与图5C所示的位置正交，直接面向LF显示表面1021(在与后面的图5E中所示的反射镜1007B相同的位置)。换言之，可以放置反射镜，使得来自LF显示器1001的光被分束器反射，并且从反射镜的表面反射，或者可以放置反射镜，使得来自LF显示器1001的光被分束器透射，并且从反射镜的表面反射。稍后在本公开中，将示出两个方向。在图5C所示的设置中，在一个实施例中，反射镜可以是曲率半径大约等于显示屏幕平面1021与反射镜的表面之间的光路长度的球面镜，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限定的第一四维(4D)函数确定，使得每个投影光路在相对于显示屏幕平面1021限定的第一4D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1030A从分束器101反射成沿着反射光路1031A光线，而不是沿着与图5B中的回射器1006A相同的路径向后引导，这些光线沿着中继路径1032B反射以会聚并形成全息表面1017B。由于对应于全息表面1015A与反射镜之间的光路长度的凹透镜执行的缩小，中继全息表面1017B略小于源全息表面1015A。在一个实施例中，反射镜1007A是球面镜，并且全息表面1015A与反射镜1007A之间的光路长度略大于反射镜1007A的表面的曲率半径。类似地，来自全息表面1016A的光1036A从分束器101反射成沿着反射路径1037A的光线，并且这些光线沿着中继路径1028B反射以会聚并形成全息表面1018B。由于对应于全息表面1016A与反射镜之间的光路长度的凹透镜执行的放大，中继全息表面1018B略大于源全息表面1016A。在一个实施例中，反射镜是球面镜，并且全息表面1016A与反射镜1007A之间的路径长度略小于反射镜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察者。因此，通过使用反射镜1007A已经被避免了图5B中的回射器发生的深度反转。最后，因为由凹透镜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5040限定的第二4D函数确定，使得每个中继光路在相对于虚拟屏幕平面1022限定的第二4D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。
为了针对观察者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。在一个实施例中，所述光场显示器1001可以包含控制器190，所述控制器被配置为接收指令，所述指令用于通过根据所述第一4D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1028B和1032B中的每个中继光路在所述第二4D坐标系中的位置坐标和所述角坐标能够将所述中继全息表面1018B和1017B分别如所预期的呈现给观察者来解释所述第二4D函数。图5D示出了可以对图5C的显示系统中的投影对象进行的一些改变的一个实施例，以校正中继系统5040的光学效果。图5D示出了全息表面的位置和放大，如果使用具有图5D所示的曲面镜配置的中继系统5040，则该全息表面必须由光场显示器1001产生，以便显示图5B中观察者1050将看到的大致相同的全息对象。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1015C离反射镜1007A的距离更近而导致的放大。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反射镜1007A更远距离处出现的中继全息表面的缩小。相对于图5C中的1015A和1016A，全息表面1015C和1016C的位置左右交换，以解释由于反射镜而发生反射的图像反转。结果是全息表面1015C被中继成1017C，与图5B中的1017A精确地在同一位置，并且全息表面1016C被中继成1018C，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的这组光线由光线1041C、1042C和1043C组成。这些光线被图像组合器101反射到光路1037C中，该光路被反射镜1007A反射到由光线1041D、1042D和1043D组成的光线组1028C中，并形成中继全息面1018C。以类似的方式，在图5B中，来自全息球面1016A的沿着投影光路1036A的这组光线映射到沿着形成中继全息表面1018A的中继光路1028A的这组光线。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5B中屏幕平面1021(或显示表面1021)投影的中间光线1042A映射到垂直于被观察者1050观察的虚拟屏幕平面1022的中间光线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)处产生的光线，尽管可以按如图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投影的这组投影光线1036C中的中心光线1042C映射到可能不垂直于观察者1050所观察的虚拟屏幕平面1022的中间光线1042D。这与图4D中示出的行为相同，其中垂直于显示表面497投影的光线490C和491C分别产生光线490E和491E，所述光线产生相对于虚拟屏幕平面469的法线变化的角度θ1和θ2，部分取决于光线与全息表面488相交的位置。结果是，如果这是未校正的，则观察者将不会看到来自光线1042D的正确光场信息。在镜面高光由图5D中的光场显示器1001沿着顺着投影光路1042C的光线投影的示例中，此镜面高光将以与虚拟屏幕平面1022的法线成一定角度出现在中继光路1042D上。为了对此进行校正，在没有中继系统5040的情况下，沿着投影路径1042C投影在(u,v)＝(0,0)光线上的颜色和强度信息应代替为沿着投影路径1043C投影在光线上(如果中继系统5040在恰当的位置)，使得此信息将沿着相应中继路径1043D出现在映射的光线上，所述光线是相对于虚拟屏幕平面1022和观察者1050的(u,v)＝(0,0)光线。换言之，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的中继光学配置来中继全息表面。类似地，在图5D中，由光场显示器1001投影并形成全息对象1015C的光线1030C也可以在(u,v)＝(0，0)处具有中心光线。这些光线1030C被图像组合器101引导成光线1031C，然后这些光线被反射成光线1032C，光线1032C穿过图像组合器101并会聚以帮助形成中继全息对象1017C，中心光线不再垂直于虚拟屏幕平面1022。在图5D中，形成投影全息对象表面1015C的光路1030C和形成投影全息表面1016C的光路1036C各自根据由光场显示器1001限定的四维函数确定，使得每个投影光路在相对于光场显示屏幕平面1021的第一四维坐标系中具有一组空间坐标和角坐标。全息表面1015C和1016C分别中继到中继表面1017C和1018C，其中中继图像表面1017C和1018C的中继位置是根据中继系统5040限定的第二4D函数确定，使得来自光场显示器1030C、1036C的光路沿中继光路1032C、1028C中继，每个中继光路在第二4D坐标系中分别具有一组空间坐标和角坐标。在一个实施例中，所述光场显示器1001可以包含控制器190，所述控制器被配置为接收指令，所述指令用于通过操作光场显示器1001以根据第一4D函数输出光，使得用于中继光路1032C，1028C的第二4D坐标系中的位置坐标和角坐标能够将中继图像表面1017C和1018C按预期呈现给观察者1050来解释所述第二4D函数。
在LF显示器1001产生非偏振光并且使用非偏振50％分束器101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101时损失，并且另一半的光在第二次通过分束器101时损失，导致来自全息表面1015C和1016C的不超过25％的光被中继。如果使用偏振分束器101，则来自全息表面1015C和1016C的非偏振光中的一半在从分束器101进行第一次反射时会损失，但是引导朝向反射镜1007A的剩余的光将处于已知的第一线性偏振状态。通过用于可选的光学元件1041A的四分之一波长延迟器，从反射镜返回的光可以大部分处于已知的第二线性偏振状态，正交于第一状态，并且大部分透射穿过偏振分束器101，从而对中继全息表面1017C和1018C有利。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101和四分之一波长延迟器1041A可以基本上提高此效率。
图5D所示的配置的中继器5040可以用作包含两个中继器的全息中继系统中的一个或多个中继器，如图3B所示。在图3B中，中继器130和140均可以用中继系统5040代替，但是在图3C中，仅中继器130可以用中继器5040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5040，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。
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101成为沿透射路径1034的光线，如图5C所示。可以添加与反射镜1007A相同的另一个反射镜1007B，所述反射镜在分束器101的另一侧与显示器1001A相反放置，并且与反射镜1007A正交。图5E是包括全息中继系统5050的光场显示系统的正交视图，该全息中继系统包括分束器101和彼此正交放置的两个凹透镜1007A，1007B，以实现从投影全息表面到中继全息表面的高效光传输。此配置在概念上类似于图1B中出现的第二回射器1006B。尽管曲面镜1007A在图5E中所示的中继器5050中被标记为可选的，但中继器5050在曲面镜1007A存在且曲面镜1007B不存在、曲面镜1007A不存在且曲面镜1007B存在或曲面镜1007A和曲面镜1007B都存在的情况下操作。中继器5050的这些配置变化将在本公开中呈现。在存在两个曲面镜的情况下，来自全息表面1016C的沿着投影路径1036C的光线被分束器反射成朝向反射镜1007A引导的反射光路1037C中，或者穿过分束器进入朝向反射镜1007B引导的透射光路1042A。朝向反射镜1007A引导的光路1037C反射成再次入射到分束器101上的光路，并且此光的一部分透射直到中继路径1028C(而入射在分束器101上的此光的剩余部分(未示出)被向下引导回光场显示器1001)。朝向反射镜1007B引导的光路1042A反射成入射在分束器101上的光路1042B，并且此光的一部分反射到路径1028C中，与由反射镜1007A反射的光路组合(而此光的剩余部分(未示出)透射穿过分束器101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。在一个实施例中，凹透镜1007A和1007B与分束器101对准，使得沿着从反射镜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101的情况下，来自全息表面1015C和1016C的几乎所有光都被引导到反射镜1007A或1007B。返回时，从每个反射镜反射的光的至多一半可以朝向显示器透射穿过分束器101，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可选的光学元件1041A和1041B，如在图1A以及图5D的讨论中所描述的，因为朝向每个反射镜引导的大多数光具有特定的线性偏振(可能会在其返回分束器的行程中旋转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中所示出的反射镜1007A和1007B的聚焦功能可以用一个或多个光学元件，如透镜、反射镜或这些元件的某种组合来代替。在一个实施例中，图5C-5D的整个中继系统5040可以用由一个或多个透镜形成的中继器来代替，例如图4E所示的透镜中继系统5070。
可以使用更紧凑的菲涅耳镜代替图5E中的曲面镜1007A和1007B。图5F是具有全息中继系统5060的光场显示器的正交视图，该全息中继系统包括分束器101和彼此正交放置以实现从投影全息表面到中继全息表面的高效光传输的两个反射菲涅尔镜1008A，1008B。该中继器5060配置与图5E的中继器5050配置相同，除了曲面镜1007A和1007B已被菲涅耳镜1008A和1008B代替。图5E的编号适用于图5F，具有菲涅耳镜的中继器5060的操作与具有曲面镜的中继器5050的操作非常相似。尽管菲涅尔镜1008A在图5F所示的中继器5060中被标记为可选的，但中继器5060在菲涅尔镜1008A存在且菲涅尔镜1008B不存在、菲涅尔镜1008A不存在且菲涅尔镜1008B存在，或者在菲涅尔镜1008A和菲涅尔镜1008B都存在的情况下操作。中继器5060的配置的这些变化将在本公开中呈现。
本公开中的许多显示系统设计成将来自一个或多个光源的光通过中继系统中继到观察者。为了避免在这些显示系统中出现不想要的散射和反射，最好避免将光以与来自一名或多名观察者所观察到的中继对象的光的方向相反的方向引导到显示系统中。将显示系统呈现的中继对象的观察区保持在黑暗中并不总是可能的。图5G示出了限制在具有偏振滤光器1081的光阻挡外壳1080中的图5F的显示系统，所述偏振滤光器用作中继光路1037E的路径中的窗口，该中继光路形成中继全息对象的表面1018C。图5F的编号在图5G中使用。偏振滤光器1081可以仅通过第一偏振状态的光1037E(由实线1037表示)，同时吸收剩余的光(未示出)。环境光源1085产生两种偏振光1091(由点虚线表示)，但光源偏振滤光器1082仅允许第二偏振状态的光1092(由虚线表示)通过并在显示系统5055周围照亮环境，该光不会通过显示系统5055的偏振滤光器1081窗口。这意味着环境光1092不能进入显示系统5055并从中继器内的元件或显示系统5055中的任何其它部件反射或散射。在一个实施例中，可以使用偏振光源1085而没有光源偏振滤光器1082。应当理解，由环境光偏振滤光器1082、光阻挡外壳1080和显示系统偏振滤光器窗口形成的环境光抑制系统可以用于本公开中提出的具有中继器的任何显示系统。
在图5G中的显示系统5055内，形成投影全息对象1016C的光线1036C可以是非偏振光，由点虚线表示。这些光线1036C穿过可选的光学元件1083并且被图像组合器101部分地反射成光线1037C中并且部分地透射1036D穿过图像组合器。偏转的光线1037C穿过可选的光学元件1041A并从菲涅耳镜1008A反射成光线1037D。处于第一偏振状态的光线1037D的一部分通过偏振滤光器窗口1081，而处于正交的第二偏振状态的光线1037D的一部分被偏振滤光器窗口1081吸收。第二偏振状态的环境光1092不能通过偏振滤光器窗口1081进入，从而消除了这些不需要的光线在显示系统5055内反射并从显示系统返回到观察者1050的可能。显示系统5055内的可选光学元件1083和1041A可用于更有目的性地控制偏振。例如，可能希望将直接通过图像组合器101的部分光1036C最小化为诸如1036D的光线，因为诸如1036D的光线可以从外壳1080内的表面反射并离开外壳1080作为散射光穿过偏振滤光器窗口1081。
图5H示出了图5G的显示系统，所述显示系统具有用于光场显示器的路径中的显示偏振滤光器1083，用于接近菲涅耳镜1008A并从该菲涅耳镜反射的光线的路径中的四分之一波长延迟器，以及偏振分束器101。光场显示器可以投影非偏振光，并且显示器偏振滤光器1083可以仅通过由虚线1036C表示的第二偏振状态的光。在一个实施例中，光场显示器1001A可以仅产生第二偏振光，并且不需要偏振滤光器1083。偏振分束器可以用作图像组合器101，其中偏振分束器通过第一偏振状态的光并偏转第二偏振状态的光。由于入射光1036C仅具有第二偏振状态，几乎所有光1036C都偏向菲涅耳镜1008。第二偏振状态的光1037C(虚线)通过穿过四分之一波长延迟器1041A、从反射镜1008A的表面反射并再次通过四分之一波长延迟器1041A，大部分被转换成第一偏振状态的反射光1037D(实线)。光1037D通过偏振滤光器窗口1081进入第一偏振状态的光线1037E(实线)以形成中继全息对象表面1018C。第二偏振状态的环境光1092(虚线)不能通过偏振滤光器窗口1081进入显示系统5055，避免了不想要的散射。
图6示出了显示系统的一个实施例，所述显示系统使用图3A所示的透射反射器5030中继由光场显示器1001投影的全息表面。光场显示器1001在屏幕平面1021的观察者侧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。沿着投影光路1036A的会聚在全息表面1016A的表面上的投影光线和沿着投影光路1030A的会聚在屏幕内全息表面1015A上的投影光线(参见光线跟踪线1033)都在它们接近透射反射器5030时发散。透射反射器5030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。在一个实施例中，所述一组投影光路1030A、1036A中的每个投影光路在相对于显示屏幕平面1021限定的四维(4D)坐标系中具有一组位置坐标(X,Y)和角坐标(U,V)。在一个实施例中，所述一组中继光路1032A、1028A中的每个光路在相对于虚拟屏幕平面1022限定的四维(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，在一个实施例中，透射反射器5030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。在一个实施例中，来自投影全息表面1015A的光1030A的第一部分被中继器5030接收并中继到形成中继全息表面1017A的光线组1032A中，而光1030A的第二部分从中继器5030的表面430反射成光线1130，其中中继光线1032A和对应的反射光线1130基本上重叠，允许观察者1050和1350观察到相同的全息表面1017A。类似地，来自投影全息表面1016A的光1036A的第一部分被中继器5030接收并中继到形成中继全息表面1018A的光线组1028A中，而光1036A的第二部分从中继器5030的表面430反射成光线1136，其中中继光线1028A和对应的反射光线1136基本上重叠，允许观察者1050和1350观察相同的全息表面1018A。观察者1050和1350将观察全息表面，因为它确实在那里-所以如果一个人的面部1016A的表面被投影，使得对应的中继全息表面1018A对观察者1050看起来是深度反转的面部，则该面部将对于对面的观察者1350来说似乎具有正常深度。
注意，投影表面1015A比投影表面1016A离观察者更远，但是被中继到比另一个中继对象1018A更靠近观察者的中继表面1017A中。全息表面1016A和中继器5030之间的垂直距离D1与其对应的中继全息表面1018A和中继器5030之间的水平距离基本上相同。类似地，全息表面1015A和中继器5030之间的垂直距离D2与其对应的中继表面1017A和中继器5030之间的水平距离基本上相同。观察者1050将看到全息表面1017A在空间中紧挨但更靠近全息表面1018A漂浮。观察者1350将看到全息表面1018A在空间中紧挨但更靠近全息表面1017A漂浮。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，如观察者1050所观察到的，这意味着表面的深度关于屏幕平面1021翻转，并且光场角坐标U-V翻转，如图2B和2C所示，并且如上面参考图1A和5B所讨论的，那么对于从透射反射器5030的表面反射并在1350处观察到的表面将翻转U-V坐标。换言之，对于分别观察光线1130或1136的观察者1350，全息表面1017A或1018A的深度可能无法正确呈现。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，并且类似于图2A所示的校正光学元件20可以放置在虚拟显示平面1022处，以使观察者1050也以正确的深度排序观察全息表面1017A和1018A。换言之，如果像图2A所示的那样的校正光学元件20用于使观察者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通过反转U-V坐标的极性而反转屏幕平面1021周围的深度的步骤，如图2B所示。
图7示出了与图5B的全息系统相同的全息显示系统，其中添加了与第一显示器1001相反的另一显示器1201。图5B中的数字标记适用于图7。中继系统5010由图像组合器101和回射器1006A构成。如果1201是光场显示器，那么光场显示器1201可以被配置为以上关于图1A所讨论的光场显示器1001，其具有包含多个光源位置的一个或多个显示装置1202；成像中继器1203，其可以存在或可以不存在，用于将图像从显示装置中继到能量表面1205；以及波导阵列1204，其将能量表面上的每个光源位置投影到三维空间中的特定方向。能量表面1205可以是组合分辨率大于任何单独的显示装置1202的分辨率的无缝能量表面，而平面1221是1201的屏幕平面，其可以与显示表面重合。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。沿着离开显示器1201的附加的一组投影光路1231的光线从分束器101的表面反射，沿着附加的一组中继光路1233形成发散光线组，该发散光线组可以是通过假想路径1234追溯的光线，以揭示在感知全息表面1214处的会聚点。投影全息表面1213与分束器101之间的竖直距离D3基本上等于分束器与感知的全息表面1214之间的水平距离。观察者1050将看到全息表面1017A、1018A和显示表面1214，所述显示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101之间的距离放置在距观察者1050的任何合理的距离处。具有单独可寻址的遮挡元件的遮挡系统1207可以阻挡来自显示器1201的一些光。遮挡系统1207可以包括以下一项或多项：透明LED面板、透明OLED面板、LC面板、LCD面板的一部分(例如，没有背光或反射器)、视差屏障、真实世界物理对象、放置在玻璃平面上的遮罩或某些其它类型的面板，其可能会在选定位置和/或选定角度完全或部分阻挡光。遮挡系统1207可以放置在距离显示器1201的屏幕平面1221距离1210的显示器1201的路径中，以便阻挡来自显示器1201的部分或全部光。遮挡系统1207可以被认为是具有单独可寻址遮挡区域的遮挡屏障，所述遮挡区域阻挡来自显示器1201的全部或部分光1231。遮挡系统1207可以放置在距显示器与投影全息对象1213相同的距离处并且具有可调节的位置。在中继全息表面1017A或中继全息表面1018A遮挡感知全息表面1214并且不希望同时显示这两个图像的情况下，遮挡系统1207可用于遮挡表面1213的部分不到达中继器5010。如果遮挡系统1207是包含一个或多个偏振器和液晶(LC)层的LCD面板的一部分，则分束器可以是被选择成反射通过1207的偏振光的100％的偏振分束器。类似地，遮挡系统1208可以放置在光场显示器1001上方的距离1211处，以阻挡来自显示器1001的全部或部分光。如果1201是光场显示器，则遮挡系统1207和1208可能不是避免遮挡问题所必需的，因为可以使用光场显示器1001和1201两者的协调渲染来避免遮挡。在一个实施例中，图7所示的显示系统可以包括控制器190，所述控制器被配置为向光场显示器1001发出显示指令以根据4D函数输出光。控制器190可以向其它显示器1201和遮挡系统1207发出协调指令以按预期呈现全息表面1017A、1018A和表面1214。应当理解，以上关于图7的讨论中的各种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实现，包括图4C-4D和图5C-5D中的那些实施例。例如，上文所讨论的第二显示器1201和遮挡系统1207和1208可以实施为与包含至少一个凹透镜的中继系统一起工作，如图5C中所描述的。
图8A是与图7的全息显示系统相同的全息显示系统，其中中继系统5010被透射反射器中继器5030代替。图7的编号在图8A中使用。形成全息对象1213的投影光线1231的第一部分可以从透射反射器5030的表面部分反射，形成发散光线组1332。投影光线1231的第二部分将被接收并中继到形成中继全息对象1314的光线1333中，其中中继光路1333与反射光路1332基本重叠。显示表面1213和透射反射器中继器5030之间的垂直距离D3可以基本上等于中继器5030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和显示全息表面1314。在另一个实施例中，1201是2D显示器而不是光场显示器，并且观察者1050在位于虚拟平面1137的2D背景前面看到全息表面1017A、1018。使用2D显示器作为显示器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5030之间的距离放置在距观察者1050任何合理的距离处。如果1201是光场显示器，遮挡系统1207和1208可能不是避免遮挡问题所必需的，因为控制器190可以为两个光场显示器1001和1201发出协调的显示指令，以支持中继背景对象1018A，1214在前景对象1017A后面的适当的计算遮挡。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虚拟平面1137而不是虚拟平面1337处，或者虚拟平面1337而不是虚拟平面1137处，或者在两个位置处都不放置。同样，在平面1337和1137处的校正光学元件20均可以更靠近或远离透射反射器5030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，可以使用反射镜代替透射反射器5030来构建系统130，这可以在5030左侧上的观察者1050和位于在5030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单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，上文所讨论的第二显示器1201和遮挡系统1207和1208可以实施为与包含至少一个凹透镜的中继系统一起工作，如图5C中所描述的。在一个实施例中，图8A所示的显示系统可以包括控制器190，所述控制器被配置为向光场显示器1001发出显示指令以根据4D函数输出光。控制器190可以向其它显示器1201和遮挡系统1207发出协调指令以按预期呈现全息表面1017A、1018A和表面1314。
图8B示出了图8A中的显示系统的实施例，以使用遮挡系统1207来执行遮挡处理。图8A的标记适用于图8B中。遮挡系统1207的一部分1367可以被激活以阻挡来自投影全息表面1213的一侧的光1361。仅示出了来自表面1213的正交光线1362，并且所述正交光线从透射反射器5030部分反射成到达观察者1050的光线1364。光线1362被5030中继成光线1363，其形成投影全息表面1366。对应于中继全息图像1366的阻挡部分1365，观察者1050基本上看不到来自表面1213的一部分的阻挡光线1361。
图8C示出了类似于图8A所示的显示系统的显示系统的一个实施例，其基本上具有将到达透射反射器5030的右侧的观察者1350的所有光线，但是省略了将到达5030的左侧的观察者(未示出)的光线中的一些。图8A的编号适用于此图。形成全息对象1015A的光线1030A从中继器5030的表面430反射成光线1331，观察者1350感知到该光线源自中继全息对象1017A的位置。类似地，形成全息对象1016A的光线1036A从中继器5030的表面430反射成光线1337，观察者1350感知到该光线源自中继全息对象1018A的位置。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或使用遮挡系统1207和/或1208来进行遮挡处理。如果1201是2D显示器，则可以使用遮挡系统1207和/或1208进行遮挡处理。
将真实世界对象的图像与全息对象相结合
至少参考图参考图3B、3C、8A、8B和8C，本公开考虑并描述了用于使用中继系统分别中继来自第一和第二图像源的第一和第二图像表面的各种实施例。在一个实施例中，第一图像源可以包括光场显示器的表面，并且来自光场显示器的光可以形成全息对象的第一图像表面。在一个实施例中，第二图像源可以包括2D显示表面、立体显示表面、自动立体显示表面、可以是仅水平视差的多视图显示表面的多视图显示表面、空间3D显示器的一个或多个表面，第二光场显示表面，发射光的真实世界对象的表面，或反射光的真实世界对象的表面。相应地，第二图像源的图像表面可以包括从2D显示表面投影的图像表面、从立体显示表面投影的图像表面、从自动立体显示表面投影的图像表面、从多维显示表面投影的图像表面、空间3D显示器的图像表面、由从第二光场显示器投影的光路形成的全息对象的表面、真实世界对象的表面或真实世界对象的表面的中继图像。
在一个实施例中，本公开的中继系统可以将第一和第二图像表面中继到距第一和第二图像表面一定距离的中继位置，其中第一和第二中继图像表面在相应中继位置处能够观察到。例如，在一个实施例中，中继全息对象和真实世界对象的中继图像可以一起出现(例如，图3C中所示的121C、122C和123C)。如果中继全息对象出现在真实世界对象的中继图像之前，然后，可以将遮挡系统设置在真实世界对象附近，以遮挡来自被全息对象遮挡的真实世界对象的中继图像的光的一部分，使得观察者不能看到全息对象后面的真实世界对象。这能够在具有当前遮挡处理的真实世界图像前面呈现全息对象。这可以帮助避免使不透明的中继全息对象(例如，不是重影的人头)在来自真实世界对象的中继图像的光在中继全息对象的正后方对观察者可见的情况下显得透明。在本公开中，有时不区分中继对象和中继表面。例如，在图8C中，投影全息对象1015A和1016A是由中继器5030分别中继到中继全息表面1017A和1018A的表面。在本公开中，投影全息对象表面1015A和1016A可以同样称为“投影全息对象表面”、“投影全息对象”或“全息对象”。在本公开中，中继全息对象表面1017A和1018A可以被同等地称为“中继全息表面”或“中继全息对象”。
在本公开的一些实施例中，一些中继系统被配置为反转被中继的图像表面的深度剖面(例如，图1A中所示的中继系统5010)，并且一些中继系统被配置为不这样做(例如，图5D所示中继系统5040)。如果中继系统进行深度反转，则像全息对象表面等图像表面的中继图像将具有与原始图像表面不同的深度剖面。在一个实施例中，通过将原始图像表面配置为具有预先反转的深度剖面，中继图像表面可以具有预期的深度剖面；例如，真实世界对象可以被配置为具有反转深度剖面，使得真实世界对象的中继图像表面具有预期的深度剖面。在另一个实施例中，中继系统可以包括两个中继子系统，其中每个中继器反转深度，第二中继子系统反转由第一中继子系统执行的深度反转，产生具有与原始图像表面基本上相同的深度剖面的中继图像表面。例如，真实世界对象的图像表面可以通过两个反转深度的中继子系统中继两次，从而导致真实世界对象的中继图像表面基本上保持与真实世界对象的原始图像表面相同的深度剖面。在一些中继系统实施例中，不存在深度反转并且不需要解决深度反转问题(例如，图5D中所示的中继系统5040)。
为了说明这里讨论的原理，图9A示出了显示系统9001的实施例，该显示系统包括类似于图3C中所示的中继系统的中继系统9001，其中来自两个全息对象表面121A和122A的围绕光场显示器1001A的屏幕平面1021A的光通过光学组合系统101的第一和第二输入接口与来自真实世界对象123A的光组合，并且这三个对象被中继到虚拟显示平面1022B附近的另一个位置.图3C的编号在图9A中用于类似元件。在图9A所示的实施例中，中继系统5080被配置为通过中继系统5080的第一中继子系统5030A接收来自第一图像源1001A和第二图像源123A中的至少一个的光，第一中继子系统5030A能够操作用于中继所接收的光以限定对应于相应图像表面的第一中继图像表面121B/122B(中继全息对象)或123B(中继真实世界对象表面)，第一中继图像表面具有与由来自第一和第二图像源中的至少一个的光限定的相应图像表面121A/122A或123A的深度剖面不同的深度剖面。在一个进一步的实施例中，第一和第二图像源中的至少一个包括真实世界对象123A，其中第一中继子系统5030A能够操作以接收来自真实世界对象123A的表面的光，并且其中第一中继图像表面123B包括具有与真实世界对象123A的表面的深度剖面不同的深度剖面的真实世界对象的表面的中继图像。在另一个实施例中，中继系统5080还包括第二中继子系统5030B，所述第二中继子系统被配置为将来自第一中继图像表面121B/122B(中继全息对象)的光引导到观察者1050A-C附近的视域中，从而限定对应于相应的图像表面的中继全息对象的第二中继图像表面121C/122C，并且将来自第一和第二图像中的至少一个的未从全息显示器投影的另一个123A的光中继到视域中的中继位置123C，从而限定对应于相应图像表面123A的第一中继图像表面，第二中继图像表面121C/122C具有与由来自于第一和第二图像源1001A中的至少一个的光限定的相应图像表面121A/122A的深度剖面基本上相同的深度剖面。在一个实施例中，图像源包括真实世界对象123A，并且中继系统9001包括遮挡系统150，在所示实施例中，该遮挡系统可以包括一个或多个遮挡层151、152和153，其中遮挡层可以阻挡来自真实世界对象123A的一些光线，防止这些光线到达中继真实世界对象图像表面123C的中继位置。在这种情况下，中继子系统5080可以包括第一透射反射器中继子系统5030A和第二透射反射器中继子系统5030B，它们中的每一个都反转深度，使得第二透射反射器5030B反转第一透射反射器中继子系统5030A的深度反转，使得整个中继系统5080保持真实世界对象123A以及全息对象表面121A和122A的深度剖面。遮挡层151、152和153可以包含多个视差元件，在一个实施例中，这些视差元件可以是单独寻址的光阻挡元件。在一个实施例中，遮挡层151、152和153可以各自是包含一个或多个偏振器和具有可单独寻址的像素的液晶(LC)层的LCD面板、具有单独可寻址的像素的透明OLED显示面板或可以选择性地遮挡光并且是透明的、半透明的或遮光的另一个面板的一部分。
中继位置160是中继全息对象表面121C和122C围绕中继虚拟显示屏幕1022B和真实世界对象123A的中继图像表面123C分布的位置。真实世界对象的中继图像将看起来像全息对象一样栩栩如生，因为离开真实世界对象(例如123A)的表面的光线以相同的方式由中继系统5080传输即离开全息对象121A的表面的光线被传输以形成全息对象121C。控制器190可以生成用于光场显示器1001A的显示指令以及将配置指令发送到遮挡平面151、152和153。
图9B示出了遮挡系统150的第一实施例，包括位于靠近真实世界对象123A的一层或多层遮挡平面151、152和153，并且被设计成阻挡来自真实世界对象123A的光的一部分，该光将穿过投影全息对象121AE并到达三个观察者位置1050AE，1050BE和1050CE。一旦来自投影全息对象121A的光线131A被光学组合器101与来自真实世界对象123A的光线133Y组合，全息对象121AE被示出表示全息对象121A相对于真实世界对象123A的位置。换言之，投影全息对象121AE被示出在全息对象121A相对于真实世界对象123A的等效光学位置中。三个观察者位置1050AE，1050BE和1050CE分别对应于图9A所示的中继图像表面的观察位置1050A，1050B和1050E，并且以相反的自上向下顺序出现，因为中继真实世界图像表面123C相对于真实世界对象123A上下翻转。可以在每个遮挡平面151，152和153上驱动单独可寻址的光阻挡元件188的图案，以便阻挡来自真实世界对象123A的穿过全息对象121AE并到达三个不同观察位置的光线的一部分。这包括到达观察者1050AE的光线933A的被阻挡的光线943A、到达观察者1050BE的光线933B的被阻挡的光线943B、以及到达观察者1050CE的光线933C的光线943C。阻光元件的图案可以通过计算或算法确定，并且可以以与图9A中的全息显示器1001A相同的视频帧刷新率进行更新，以便观察者1050A、1050B和1050C感知的中继全息对象表面121C连续遮挡中继真实世界背景图像表面123C，即使中继全息对象表面121C相对于图9A中的真实世界对象的中继背景图像表面123C移动。中继全息对象表面121C的一部分对于中继真实世界对象的背景图像表面123C看起来是半透明的也是可能的，在这种情况下，对应的遮挡区域188可以是半透明的而不是不透明的。
图9C示出了遮挡系统150的第二实施例，包括一层或多层遮挡平面151、152和153，该遮挡平面位于离真实世界对象123A很短的距离处，并且被设计成阻挡来自真实世界对象123A的光的一部分，来自该真实世界对象的光的一部分将穿过投影全息对象表面121AE并到达三个观察者位置1050AE、1050BE和1050CE。图9B的编号在图9C中用于类似元件。在图9C所示的实施例中，遮挡平面152和153中的两个位于与全息对象121AE相对应的基本上相同的位置，并且每个面板上的选定遮挡区域188被激活，使得它们与全息对象重叠123AE。遮挡区域188可以通过计算或算法确定，并且可以以与图9A中的全息显示器1001A相同的视频帧速率进行更新，以便观察者1050A、1050B和1050C感知中继全息对象表面121C以持续遮挡中继真实世界背景图像表面123C，与中继全息对象表面121C相对于真实世界对象123A的中继背景图像表面123C的移动同步更新。如果中继全息对象121C的一部分对于真实世界对象的背景中继图像表面123C来说应该看起来是半透明的，则对应的遮挡区域188可以被配置为半透明而不是不透明的。为了考虑全息表面121A相对于真实世界对象123A的移动，一个或多个遮挡平面151、152和153可以安装在机动平移台上，因此使得它们可以在全息表面121A移动时放置在该全息表面的相同有效位置处。
图9D示出了图9C所示的遮挡系统150的遮挡层对中继真实世界对象图像表面121C的影响，如图9A所示的观察者位置1050A、1050B和1050C所观察的。虚线152E和153E分别是图9A和9C中所示的遮挡层152和153的中继图像。在平面152和153的这些中继图像上进行遮挡的中继区域188B示出了可以选择遮挡位点以通过中继全息表面121C提供中继表面123C的遮挡的位置。观察者1050A不能看到位于中继全息对象表面121C后面的真实世界对象123A的中继图像表面123C的部分161A，因为来自位于光线943D之间的源123A的中继光线被图9A所示的遮挡平面152和153上激活的遮挡位点阻挡。类似地，观察者1050B不能看到中继全息对象表面121C后面的中继真实世界图像表面123C的部分161B，因为来自光线943E之间的源123A的中继光线被在图9A所示的遮挡平面152和153上激活的遮挡位点阻挡。观察者1050C不能看到全息对象121C后面的中继真实世界图像表面123C的部分161C，因为在光线943F之间来自源123A的中继光线被图9A所示的遮挡平面152和153上激活的遮挡位点阻挡。在图9C和9D所示的示例中，没有示出对全息对象122C执行的遮挡处理，尽管这可能与全息对象121C的遮挡处理同时发生。遮挡平面151、152和153上的遮挡区域188可以连续更新，使得来自真实世界对象123A的光被诸如121C和122C的中继全息对象以这样的方式连续遮挡，使得那些全息对象看起来像它们是在由中继真实世界对象表面123C形成的实际背景前移动的栩栩如生的对象，对于中继对象121C、122C和123C的所有观察者都适当地处理了遮挡。诸如121C和122C之类的中继全息对象表面对于真实世界对象123A的中继背景图像表面123C看起来是半透明的也是可能的，这在遮挡区域188可能是半透明的情况下仅衰减而不是完全遮挡来自真实世界对象123A的光的一部分。最后，一个或多个遮挡平面151、152和153可以机动化，从而即使它们改变位置，它们也可以移动以与一个或多个投影全息对象121A和121B光学重合。
图9E是图9A的显示系统，其中遮挡系统150被真实世界遮挡对象155A代替，该真实世界遮挡对象阻挡来自真实世界对象123A的不想要的光线。图9A的编号在图9E中使用。真实世界遮挡对象155A可以在形状或轮廓上与至少一个投影全息对象122A相似，并且可以漆涂有或涂覆有光吸收材料，例如哑光黑色涂料。如图9E所示，因为真实世界遮挡对象155A已经被定位使得它与作为投影全息对象121A的图像组合器101等距，所以真实世界遮挡对象155A的表面将被中继系统5080中继到中继表面155C，使其在与投影全息对象表面121A的中继表面121C基本上相同的位置处重合。来自真实世界对象123A的光线157A和158A几乎被遮挡对象155A的边缘遮挡，并且分别由中继系统5080中继成光线157C和158C。中继光线158C将被观察者1050A观察到，但是来自中继对象123C的与光线158C平行且刚好在光线158C下方的光线在被中继器5080中继之前将被真实世界遮挡对象155A阻挡。结果是从观察者1050C的角度看，中继表面123C的一部分在中继全息表面121C后面将不可见。类似地，中继光线157C将被观察者1050A看到，但来自中继对象123C的平行于光线157C且刚好在光线157C上方的光线在被中继器5080中继之前也将被真实世界遮挡对象155A阻挡。结果是从观察者1050A的角度看，中继表面123C的一部分在中继全息表面121C后面将不可见。总之，图9E示出了在来自投影全息表面121A和真实世界对象表面123A的光被组合和中继的显示系统中，然后，可以将与中继全息对象表面121B具有相同尺寸的真实世界遮挡对象155A放置在遮挡来自真实世界对象123A的光的一部分的位置中，使得中继全息对象表面121C和真实世界遮挡对象155C的中继表面重合，真实世界遮挡对象155A为中继对象121C和123C的FOV内的所有观察者1050A-C提供中继全息对象表面后面的中继真实世界对象表面123C的遮挡。在一个实施例中，真实世界遮挡对象155A的位置由机动定位台(未示出)控制，并且155A可以与投影全息对象121A的移动相协调地移动156，使得中继遮挡对象155A的中继位置155C连续地与中继全息对象表面121C的位置重合。控制器190可以同时向光场显示器1001A发出显示指令以及向运动控制器发出命令，以引导真实世界遮挡对象155A的协调移动156以及投影全息对象121A的移动。
图9F示出了图9E所示的真实世界遮挡对象155A对中继真实世界对象图像表面123C的影响，如在图9E所示的观察者位置1050A、1050B和1050C所观察。真实世界遮挡对象155A的中继表面155C与投影全息对象121A的中继表面121C基本上重合。观察者1050A不能看到位于中继全息对象表面121C后面的真实世界对象123A的中继真实世界图像表面123C的部分162A，因为来自位于光线943D之间的源123A的中继光线被遮挡对象155A阻挡。类似地，观察者1050B不能看到中继全息对象表面121C后面的中继真实世界图像表面123C的部分162B，因为来自位于光线943E之间的源123A的中继光线被真实世界遮挡对象155A阻挡。最后，观察者1050C不能看到全息对象121C后面的中继真实世界图像表面123C的部分162C，因为来自位于光线943D之间的源123A的中继光线被图9E所示的真实世界遮挡对象155A阻挡。
图9G是显示系统9002，其中观察者看到投影在真实世界背景对象或背景显示器的中继表面前面的全息对象的中继表面，而没有中继对象的深度反转和对中继前景全息表面后面的背景表面的适当遮挡处理。图9G的中继系统与图9A的中继系统相似，但是当真实世界对象或显示器在两种配置中通过两个透射反射器进行中继时，在图9G中，全息对象121G与来自真实世界背景对象或位于两个透射反射器之间的位置的显示器123F的光一起被插入到光学路径。在图9G中，真实世界对象或显示器123F的表面由中继系统5090中继到中继对象表面123H，该中继系统包括具有透射反射器5030F和5030G以及图像组合器101F的两个中继子系统。
图9G中所示的中继器5090包括两个透射反射器5030F、5030G，它们放置在平行平面上并且彼此分离，图像组合器101F设置在它们之间。第一透射反射器中继子系统5030F提供第一输入接口，该第一输入接口被配置为接收来自第一图像源的光，该第一图像源是真实世界对象或2D显示器123F的表面，并且能够操作以将接收到的光中继以限定第一中继图像表面123G并且由图像组合器101F接收，第一中继图像表面123G具有与相应图像表面123F的深度剖面不同的深度剖面。中继系统5090还包括图像组合元件，该图像组合元件定位成组合来自形成真实世界对象或显示表面123F的中继表面123G的第一中继子系统5030F的光和来自限定全息表面121G的第二图像源1001F的光131G，其中包括第一中继图像表面123G和全息表面121G的组合光被引导到第二中继子系统5030G，该第二中继子系统被配置为将组合光中继到观察者1050G附近的视域135。图像组合器101F提供第二接口以接收来自第二图像源光场显示器1001F的光，并且该光与来自第二图像源的光组合并由第二透射反射器中继子系统5030G中继到观察者1050附近的视域135。真实世界对象或显示器123F的表面被中继两次，第一次到123G，接着第二次中继到123H，而投影全息对象121G的表面被一次中继到121H。由于这个原因，一次中继的全息表面121G的深度剖面被反转，而真实世界对象或显示器123F的两次中继的全息表面123H的深度剖面不被反转。在一个实施例中，由从光场显示器1001F投影的光路131G限定的全息表面121G具有相对于屏幕平面1021F的第一投影深度剖面，并且全息表面121G由中继系统中继以限定第一中继图像表面121H，所述第一中继图像表面包括具有第一中继深度剖面的中继全息表面，该第一中继深度剖面不同于121G的对应的第一投影深度剖面。
在一个实施例中，中继系统5090被配置为通过中继系统5090的第一中继子系统5030F接收来自不是全息显示器的第一和第二图像源123F之一的光，第一中继子系统5030F能够操作以中继接收的光以限定对应于相应图像表面123F的第一中继图像表面123G，第一中继图像表面123G具有与由来自不是全息对象的第一和第二图像源之一的光限定的相应图像表面123F的深度剖面不同的深度剖面。在另一个实施例中，第一123F和第二1001F图像源中的至少一个包括真实世界对象123F，其中第一中继子系统能够操作以接收来自真实世界对象123F的表面的光，并且其中第一中继图像表面123G包括真实世界对象的中继图像表面，所述真实世界对象的中继图像表面具有与真实世界对象123F的表面的深度剖面不同的深度剖面。在另一个实施例中，中继系统5090还包括第二中继子系统5030G，该第二中继子系统被配置为将来自第一中继图像表面123G的光引导到观察者1050G附近的视域135，并且中继来自限定全息表面121G的第一和第二图像源中的至少一个的光到视域135中的中继位置，从而限定全息表面的中继图像表面121H。在另一个实施例中，中继系统还包括图像组合元件101F，所述图像组合元件定位成组合来自第一中继子系统的光133E和来自限定全息表面121G的第一和第二图像源中的至少一个的光，其中包括第一中继图像表面123G和全息表面121G的组合光133E和133H被引导到第二中继子系统，该第二中继子系统被配置为将组合光中继到视域135。在一个实施例中，第二中继图像表面123H包括真实世界对象123F的第二中继图像表面，真实世界对象的第二中继图像表面123H具有与真实世界对象123F的表面的深度剖面基本上相同的深度剖面。
在一个实施例中，光场显示器包括控制器190，所述控制器被配置为接收指令，所述指令用于通过操作光场显示器1001A以输出投影光，使得第一中继图像表面所述的第一中继深度剖面是观察者预期的深度剖面来解释所述第一投影深度剖面121G与所述第一中继深度剖面121H之间的差异。在另一个实施例中，第一中继图像表面121H的中继位置是根据中继子系统5030G限定的第二4D函数确定，使得来自光场显示器1001F的光沿着中继光路131J中继，每个中继光路在第二4D坐标系中具有一组空间坐标和角坐标，其中光场显示器1001F包括控制器190，该控制器被配置为接收指令，所述指令用于通过操作光场显示器1001F根据第一4D函数输出光，使得中继光路131J在第二4D坐标系中的位置坐标和角坐标能够将第一中继图像表面121H按预期呈现给观察者来解释第二4D函数。
图9G所示的光学系统9002为分别来自第一图像源123F和第二图像源1001F的第一和第二组光路提供第一和第二输入接口。第二组光路131G根据由光场显示器1001F限定的四维函数确定，使得每条投影光路在第一四维坐标系中具有一组空间坐标和角坐标，该第一四维坐标系相对于显示器1001F的显示屏幕平面1021F限定，其中来自第一图像源123F的光能够操作以限定第一图像表面123FS。第一输入接口是中继子系统5030F，其被配置为接收来自第一图像源123F的沿第一组光路133D的光，在该示例中，该第一图像源是显示器或真实世界对象123F，其中来自第一图像源133D的光能够操作以限定第一图像表面123FS，该第一图像表面是真实世界对象或显示器123F的表面。第二中继子系统5030G被配置为将从第一图像源123F和第二图像源1001F接收的光引导到视域135，其中第一图像表面123FS和第二图像表面121G中的至少一个以及在这种情况下两者分别作为中继第一表面123H和中继第二全息表面121H被中继系统中继到视域135中。从观察者视点1050F获取的图9G的侧视图细节9003显示来自光场显示器1001F的第二图像源的光形成投影全息表面121G，在此它与来自真实世界对象或位于两个透射反射器5030F和5030G之间显示器123F的中继光133E组合，并由中继子系统5030G中继到中继全息表面121H。观察者1050G将在真实世界对象或显示表面123FS的中继表面123H前面看到中继全息表面121H。一个或多个遮挡平面150F可具有单独可寻址的遮挡区域151F，其可被激活以提供对真实世界对象或显示器123F的遮挡。这些一个或多个遮挡平面150F由中继系统5090中继到中继位置150H。控制器190可以同时向光场显示器1001F和一个或多个遮挡平面150F发出协调指令，以安排由中继对象123H和121H的视域135中的观察者1050G和任何其它观察者观察的前景中继全息表面121H遮挡中继真实世界表面或显示表面123H。对于图9A的配置，一个或多个遮挡平面150的操作的一些细节在上面参考图9B，9C和9D给出。在一个实施例中，一个或多个遮挡平面150F被替换为真实世界遮挡对象，例如图9E中的对象155A，其中遮挡对象可以在机动台上，该机动台使得遮挡对象155A与中继全息对象表面121C的移动相协调地移动156。在一个实施例中，如图9E所示，控制器190协调对光场显示器1001A和真实世界遮挡对象155A的移动的指令。
图9G示出了来自显示器或真实世界对象123F的表面的光133D穿过一个或多个可以由单独可寻址的遮挡位点151F组成的遮挡平面150F，并且该光133D被第一透射反射器中继子系统5030F接收并沿光路133E中继以在中继器之间形成第一中继对象表面123G。第一对象中继位置123G处的图像光通过第二透射反射器中继子系统5030G从光路133E中继到光路133F到第二对象位置123H。遮挡平面150F由第一中继子系统5030F中继到中间虚拟平面150G，并且从该位置由第二中继子系统5030G中继到第二中继虚拟遮挡平面150H，其中虚拟遮挡平面150H可以与中继全息图像表面121H基本重叠。一个或多个遮挡平面150F可以被配置为使得观察者1050G可能不能看到在前景中继全息对象表面121H后面的背景中继对象表面123H的一部分。图9G提供了将从观察者位置1050F观察到的光学显示系统9002的侧视图细节9003。设置在来自显示器或真实世界对象123F的光线133E的光路中的图像组合器101F组合这些光线133E和形成全息对象表面121G的光线131G。光线131G被图像组合器偏转成光线131H，光线131H在与来自显示器或真实世界对象123F的光线133E相同的方向上传播。这两组光线都由第二透射反射器中继子系统5030G接收。来自全息对象121G的光线131H被中继成光线131J，形成中继全息对象表面121H，所述中继全息对象表面可以与中继遮挡平面150H基本上接近或重叠。在图9G所示的配置中，中继全息对象表面121H仅由中继子系统5030G中继一次，这意味着中继全息表面121H将具有相对于投影全息表面121G的翻转深度剖面，因此投影全息表面可以通过使用图2A中所示的光学器件或反转角光场坐标(U,V)来反转其深度剖面，因此相应的中继表面121H具有正确的深度。显示器或真实世界对象123F的表面123FS由深度剖面反转透射反射器中继器5030F和5030G中继两次，使得对应的中继表面123H应该以与显示器或真实世界对象123F的表面123FS基本上相同的深度剖面呈现给观察者1050G。在一个实施例中，图9G中所示的第一图像源123F可以包括：2D显示表面、立体显示表面、自动立体显示表面、多视图显示表面、空间3D显示器的一个或多个表面、第二光场显示表面，发射光的真实世界对象的表面，或反射光的真实世界对象的表面。在另一个实施例中，图9G中的第二图像源光场显示器1001F可以包括：2D显示表面、立体显示表面、自动立体显示表面、多视图显示表面、空间3D显示器的一个或多个表面、光场显示表面、发射光的真实世界对象的表面、或反射光的真实世界对象的表面。在另一个实施例中，投影全息对象121G可以是全息对象的中继表面。
在由图9G所示实施例提供的示例中，透射反射器中继器5030F或5030G都不于显示器或真实世界对象123F的平面成45度角。一个结果是光线133F和131J从中继系统朝向观察者1050G投影，其光轴133G不垂直于显示器或真实世界对象123F的平面。这种配置的一个优点是中继系统9002可以与类似的中继系统并排放置以产生比单个中继器9002的视野更大的视野，如在下面的图27F中所示。
尽管以上对图9A-9G的讨论是针对中继全息图像表面在前景中并且中继真实世界图像表面在背景中的实施例进行的，但是本公开还设想了中继全息图像表面在背景中以及中继真实世界图像表面在前景中或者其中中继全息图像表面和中继真实世界图像表面都在前景或背景中的实施例。应当理解，这些实施例中的每一个都可以根据本公开中讨论的各种实施例所示的相同原理和操作来实施。
在本公开中，存在可以根据本文公开的原理实现的中继配置的许多排列。图9H是图9A所示的光学系统9001的一些部件的正交图，包括中继系统5080。图9H中的编号适用于图9I。可以是显示器1001A的第一图像源产生沿着路径131A的光，该路径由中继系统5080内的第一中继子系统5030A中继到中继光路131B，形成中间虚拟显示平面1022A，并且这些光路由中继系统5080内的第二中继子系统5030B中继到光路131C，所述光路形成虚拟显示平面1022B。中继系统5080的这种配置也可以通过将第二中继子系统5030B旋转90度来实现，这可能是所希望的，这取决于应用的要求。图9I是图9H所示光学系统的正交图，其中第二中继子系统5030B旋转了90度。图9H的编号在图9I中用于类似元件。除了图9I中的输出光131C在与图9H中的输出光131C的方向相反的方向上中继之外，图9I以与图9H相同的方式操作。出于本公开的目的，图9H和图9I的中继系统可以被认为是功能等效的，并且将不讨论图9H和9I中所示的配置的细节之间的进一步区别，并且在此将这两者称为中继系统5080。对于本公开中讨论的许多中继配置也是如此。例如，在图5F所示的中继5060系统中，中继系统5060的配置可以省略反射菲涅耳镜1008A或1008B中的任何一个，并被认为是相同的中继系统5060。类似地，图9J是图9H所示光学系统的正交视图，其中在中继系统5090中的两个中继器5030A和5030B之间增加了图像组合器101，以提供第二输入接口用于第二图像源，所述第二图像源能够操作以限定第二图像表面并产生一组要被中继的光线。来自第二图像源的光将在垂直于页面平面的方向上发送并由101组合到将沿着光路131B行进的光路中(参见图9G)。图9J中所示的这种光学配置是图9G中所示的中继器5090的变体，但在本公开中将不给出单独的区别。
在许多全息中继系统中，例如在图3A中所示的中继器5030中，以显示平面1021为中心的全息对象空间被中继到漂浮在自由空间中的虚拟屏幕平面1022。图3A所示的虚拟屏幕平面1022和透射反射器中继器5030之间的距离由透射反射器中继器5030和显示屏幕平面1021之间的距离确定。为了在紧凑设计中实现中继虚拟屏幕平面和任何物理装置之间的最大距离，在设计中使用光学折叠系统可能是有利的。图10A示出了包括多个内部光学层的光学折叠系统1150，其中来自相应图像源的光沿着内部光学层之间的多个内部通道引导。这样的配置可以用于增加中继系统和相应中继位置之间的距离。在一个实施例中，光学折叠系统由五层组成，光学折叠系统接收来自显示器1101的光，该显示器可以是LED显示器、LCD显示器、OLED或一些其它类型的显示器。在一个实施例中，内部光学层首先包括由输入偏振器1111和四分之一波长延迟器1112组成的圆偏振器，圆偏振器在光学上位于反射器1113之前，然后是四分之一波长延迟器1114，最后是输出偏振器1115。四分之一波长延迟器1114具有在第一方向上的光轴。第一四分之一波长延迟器1112具有在第一方向上的光轴，而第二四分之一波长延迟器1114具有在第二方向上的光轴。来自显示器1101的光以具有两次反射的三个通道的顺序穿过光学折叠系统1150的五层或更多层1111-1115。图10A示出了光在穿过光学折叠系统1150的五层时的反射和透射顺序。来自显示器1101的光穿过前四层1111-1114作为第一路径12016的一部分，从最后一层1115反射并穿过层1114作为第二路径22017的一部分，最后从层1113反射并穿过层1114和1115作为第三路径32018的一部分。穿过层1114三次。换言之，来自图像源的光在三个内部通道中在反射器1113和输出偏振器1115之间被引导通过四分之一波长延迟器1114。该光学系统可以布置成使得层1111-1114放置在一起，它们之间的间距最小并且远离层1115，如图10A所示，因此路径2和路径3非常接近路径1的长度，导致总光路长度等于路径1-3的长度，其约为光学折叠系统1150的路径1长度的三倍。
在一个实施例中，输入偏振器1111可以包括线性偏振器，其仅透射处于第一线性偏振状态的光，并反射或吸收正交的第二线性偏振状态的光。圆形延迟器的四分之一波长延迟器1112和四分之一波长延迟器1114可以形成一对四分之一波长延迟器或四分之一波片(QWP)，其中第一QWP1的快轴角度相对于偏振平面可以是45度，并且第二QWP2的快轴角相对于偏振平面可以是-45度，或反之亦然，使得QWP21114可以逆转QWP11112对线性偏振光的影响。反射器1113可以是由半透射镜、介电镜、反射偏振器、一些其它反射器形成的半反射镜反射器。反射偏振器1115可以反射第一线性偏振状态的光并透射线性偏振的正交状态的光，或者可以反射第一圆偏振状态(例如左旋圆偏振LHC)的光，具有或不具有第一圆偏振状态的变化(例如，反射LHC可以是LHC或右旋圆偏的正交状态，RHC)，并透射与第一圆偏振LHC状态正交的第二圆偏振状态(例如RHC)。在一些实施例中，光学折叠系统1150可以包括一些其它光学层。
图10B示出了在一个实施例中跟踪来自诸如显示器1101的图像源的光在与光学折叠系统1150的每一层相互作用之后如何改变偏振状态的表格。光在路径1上离开显示器，并被偏振器层1111过滤，该偏振器层可以是线性偏振器，其透射第一线性偏振状态L1的光，并吸收与第一状态正交的第二线性偏振状态L2的光。该透射的线性偏振光L1由图10B表中1111和路径1下面的“偏振状态”行中的垂直箭头偏振状态描绘。四分之一波长延迟器1112将线性偏振光L1转换成圆偏振状态LHC的光，由图10B中1112和路径1下的逆时针螺旋表示。线性偏振器1111和四分之一波长延迟器1112被称为圆偏振器，因为它们一起起作用，它们能够操作用于将非偏振输入光转换成圆偏振光。反射层1113可以是半透明层，例如半镀银反射镜，并且一些圆偏振光LHC透射穿过该层，在图10B中标记为1113和路径1下的逆时针螺旋。未透射的光的一部分以与LHC正交的圆偏振状态RHC被反射回显示器1101，被层1112转换成与第一状态L1正交的第二线性偏振状态L2，并被偏振器1111吸收。离开反射器1113的LHC偏振光由四分之一波长延迟器1114转换成具有第一线性偏振状态L1的线性偏振光L1(图10B中1114和路径1下的垂直箭头)，并且第一线性偏振状态L1的光被反射偏振器层1115反射到路径2中，反射回层1114，其中保持线性偏振L1的第一状态(图10B中1115和路径2下的垂直箭头)。层1114将此光L1转换为透射的LHC偏振光，在1114和路径2下，由图10B的表中所示的逆时针螺旋表示。该LHC光被反射器1113接收，并且该光中的一些可能被反射器1113反射回层1114，反射到路径3中，并且该光可能具有与LHC状态正交的RHC偏振状态作为反射的结果，由图10B的表中1113和路径2下的顺时针箭头表示。四分之一波长延迟器1114将此RHC偏振状态转换为第二线性偏振状态L2，与第一状态L1正交，由图10B的表中1114和路径3下的水平箭头表示，并且该光通过反射偏振器层1115。这样，来自显示器的光在离开光学折叠系统1150的最后一个反射偏振器层1115之前已经按路径发送通过路径1、路径2和路径3。
图10C是包括提供选择性路径长度扩展的光学折叠系统1160的显示系统的正交视图。折叠系统1160被设计成放置在成像系统的光路中，该成像系统使用偏振控制面板、偏振分束器和两个反射表面平面来增加入射光线的选定区的路径长度。偏振控制面板1123是可以选择性地改变用于诸如1188的可寻址区域的入射偏振状态的面板并且可以是包括液晶平面的LCD面板的一部分。反射表面1125A和1125B的每个平面分别与靠近反射表面设置的四分之一波长延迟器平面1126A和1126B配对，以产生在从反射表面反射时将具有第一偏振状态的光线转换成具有第二偏振状态光线的配置。来自对象1121的光可以以两种偏振方式发射，但是偏振滤光器1122仅允许第一偏振状态的光路1131朝向偏振控制面板1123通过。在图10C中，第一偏振的光线是虚线，而与第一偏振正交的第二偏振的光线是实线。由偏振控制面板1123接收的光路1131可以归类为光线1131A的第一部分，该光线入射在偏振控制面板的选定区1188上并且其第一偏振状态被偏振控制面板1123改变为与第一偏振状态正交的第二偏振状态的光线1132A(实线)；以及保持其第一偏振状态并且沿光路1132B(虚线)基本不受影响地继续的光线1131B的第二部分。离开偏振控制面板的光线1132包括第二偏振状态的光线1132A(实线)和第一偏振状态的光线1132B(虚线)，它们被偏振分束器1130接收。第一偏振状态的光线1132B(虚线)穿过这个偏振分束器并离开光学系统1160。包括光线1133A的第二偏振状态的光线1132A被偏振分束器偏转，并且包括光线1133B的这些偏转的光线被朝向第一对四分之一波长延迟器1126A和反射表面1125A引导。从这两个平面反射后，第二偏振状态的光线(实线)被转换为第一偏振状态的光线(虚线)，包括光线1133C，这些光线通过偏振分束器1130朝向第二对四分之一波长延迟器1126B和反射表面1125B。在从成对的四分之一波长延迟器1126B和反射表面1125B反射后，包括光线1133C(虚线)的第一偏振状态的光线被转换成包括光线1133D(实线)的第二偏振状态的光线，并且这些光线被偏振分束器1130偏转成输出光线1133，所述输出光线包括光线1133E。未被图10C中的光学系统1160偏转的光线1132B可以追溯到起源于在点1135A源对象1121，而被偏振控制面板1123的切换区域1188偏转的光线1133可以追溯到源一个共同的发散点1135V。这意味着在选定区域1188中入射在偏振控制面板1123上的所有光路1131A已经有效地增加了路径长度，因此它们的明显会聚点1135V与源点1135A分离，并且有选择区域1188的偏振选择平面1121已有效地移回具有虚拟选择区域1188V的虚拟平面1121V。可选的输出偏振滤光器1124可以放置在输出光线1132B和1133的光路中以仅通过对应于来自图10C中的源对象1121的光线1131A的子集的光线1133，该光线的路径长度增加了，从而反射或吸收与未增加路径长度的光线1131B的子集相对应的光线1132B，从而提供将通过选定遮挡区域1188的光路中继到另一位置1188V的光学系统。
图10C所示的选择性路径长度扩展系统1160具有FOV限制，因为来自对象1121的与水平光轴成大于约10度的角度的入射光路1131可能不会被偏转。图10D是光学折叠系统1170的正交视图，其使用嵌入在高折射率n>1材料1162的介质中的偏振分束器来增加低折射率n～1介质1161中的光线的选定区域的路径长度，并且使用两个反射面平面来增加图10C中所示的光学系统的视场。近棱柱形边界1144内的高折射率材料1162使入射光朝向光轴弯曲，从而增加了入射光线的接受角。否则，选择性路径长度扩展器1170的操作原理与选择性路径长度扩展器1160的操作相似。第一偏振(虚线)的入射光线1151A、1152A、1156A和1157A可以由源1121和偏振滤光器1122产生，其中1121和1122不是选择性光学折叠系统1170的一部分。这些光线由偏振控制面板1143接收，该偏振控制面板可以在诸如区域1188的可寻址区域中选择性地将一种偏振状态切换到另一种偏振状态，并且可以是LC面板的一部分。光线1151A穿过该选定区域，并被转换成第二偏振状态1151B(实线)，被偏振分束器1149偏转成光线1151C，该光线从第一对四分之一波长延迟器1146A和反射表面1145A反射到光路1151D中，将偏振状态切换到第一偏振状态(虚线)，并通过偏振分束器1149。在从第二对四分之一波长延迟器1146B和反射表面1145B反射时，第一偏振状态的光路1151D被转换成第二偏振状态的光路1151E(实线)，其作为光路1151F从偏振分束器1149偏转并离开光学系统1170。类似地，入射光路1152A遵循类似的路径并且作为光路1152F离开光学系统1170。入射在偏振控制面板的未被选择的区上的光1156A和1157A可以不切换偏振状态，但是在该组光线中，与边界1144的平面的法线成一定角度入射的光线在进入更高折射率的区域1162时分别朝向水平光轴偏转到光路1156B和1157B中。在离开高折射率介质1162时，与水平光轴成角度的光路1156B和1157B根据斯涅尔定律偏离光轴而进入光路1156C和1157C。虽然在光学系统1170中未示出，但是由偏振控制平面选择并由偏振分束器1149偏转的光线1151A和1152A具有在源对象平面1121左侧的虚拟会聚点，非常类似于图10C中的会聚点1135V，并且选择性偏振控制平面可以具有在该虚拟会聚点和源对象1121之间的相应虚拟平面，类似于图10C中的平面1121V。如图10C所示，可以在输出光线1151F，1152F，1156C和1157C的光路中放置可选的偏振滤光器1124，以仅使对应于来自源对象1121的光线1151A和1152A的，路径长度增加的光线1151F和1152F通过，从而提供将通过所选遮挡区域1188的光路中继到另一位置(例如，类似于图10C中的1188V)的光学系统。
图11A、11B和11C示出了光学系统的实施例，所述光学系统包括第一输入接口，第一输入接口被配置为接收来自第一图像源的沿第一组光路的光，其中来自第一图像源的光能够操作以限定第一图像表面；第二输入接口，第二输入接口被配置为接收来自第二图像源的沿第二组光路的光，其中来自第二图像源的光能够操作以限定第二图像表面；和第一中继系统，中继系统被配置为接收来自光学组合系统的组合图像光并将接收到的光中继到视域中的中继位置，从而限定分别对应于第一和第二图像表面的第一和第二中继图像表面；其中第一和第二图像源中的至少一个包括光场显示器，并且第一组光路是根据由光场显示器限定的四维函数确定，使得每个投影光路在第一四维坐标系中具有一组空间中坐标和角坐标。图11A示出了通用中继系统5000，其反转了其中继的表面的深度剖面，而图11B示出了通用中继系统5001，其保留了其中继的表面的深度剖面。图11C显示了与图11B稍有不同的配置。
图11A示出了包括光学组合系统101和第一中继系统5000的显示系统的示例，该第一中继系统反转其中继的对象的深度剖面。图9A的编号在图11A中用于类似元件。中继系统5000可以是图1A所示的中继器5010、图1B所示的中继系统5020、图3A所示的中继系统5030，或者任何其它执行深度反转的中继系统。中继系统5000也可以是将在下面的图20和22中介绍的中继系统5100。在图11A中，光场显示器1001A投影光线组131A和132A以分别产生全息表面121A和122A。光线131A和132A通过图像组合器101与来自真实世界对象123A的表面123AS的光线133Y组合，其中图像组合器101将光线133Y偏转为光线133A，使得它们在与穿过101的光线131A和132A的一部分在相同的方向行进。这些组合光线131A、132A、133A被中继系统5000接收，被中继为光线131B、132B、133B。光线131B和132B分别形成围绕虚拟中继屏幕平面1022A的中继全息对象表面121B、122B，而光线133B形成真实世界对象123A的中继表面123BS。中继表面121B、122B和123BS已被中继到由边界1060限定并可由观察者1050观察的视域。在图11A-11J中示出了视域边界1060，以指示在显示器的视场内可以完全看到中继表面的位置。观察者1050将从视域边界1060内观察中继表面121B、122B和123BS。该边界未在本公开的其它图中示出。注意，中继全息表面121B和122B分别从它们的投影全息表面121A和122A深度反转，而真实世界对象123B的表面123BS与真实世界对象123A的表面123AS相比也深度反转。在一个实施例中，全息表面121A/122A由从光场显示器1001A投影的光路131A/132A形成并且具有第一投影深度剖面，并且第一中继图像表面121B/122B包括具有与第一投影深度剖面不同的第一中继深度剖面的中继全息表面。在一个实施例中，光场显示器包括控制器190，所述控制器被配置为发出指令，所述指令用于通过操作光场显示器1001A以输出投影光，从而使得第一中继图像表面121B/122B的第一中继深度剖面是针对观察者1050的深度剖面，来解释第一投影深度剖面和第一中继深度剖面之间的差异。在另一个实施例中，第一中继图像表面121B/122B的中继位置是根据中继系统限定的第二4D函数确定，从而分别从第一和第二图像源接收到的光路131A/132A和133A沿着中继光路131B/132B和133B中继，每个中继光路在相对于第一虚拟显示平面1022A限定的第二4D坐标系中具有一组空间坐标和角坐标，其中光场显示器1001A包括控制器，该控制器被配置为发出指令，所述指令用于通过操作光场显示器1001A以根据第一4D函数输出投影光，使得每组中继光路131B/132B在第二4D坐标系中的位置坐标和角坐标分别允许第一中继图像表面121B/122B按预期呈现给观察者，来解释第二4D函数。具有诸如188的单独可寻址区域的一个或多个遮挡层151、152和153可以设置在来自真实世界对象123A的光线133Y的光路中，以提供与如图9B、9C和9D所示的大致相同的真实世界对象123A的遮挡。图10A-B所示的可选光路折叠系统1150、图10C所示的1160或图10D所示的1170可设置在来自光场显示器1021A的光131A和132A或来自真实世界对象123A的光133Y的路径中以增加这些光线的相对路径长度，导致由这些光线产生的相应表面从中继器5000进一步中继。例如，如果路径长度扩展器1150、1160或1170设置在光线131A和132A的路径中，则中继全息表面121B和122B以及虚拟中继屏幕平面1022A都将被中继得更靠近观察者1050并远离中继器5000。如上所示，图10C所示的选择性光学折叠系统1160或图10D所示的选择性光学折叠系统1170可用于选择性地延长形成全息表面121A的第一组光线131A的路径长度而不影响形成全息表面122A的第二组光线132A，反之亦然。作为示例，激活来自投影表面121A的光线131A的路径中的光学折叠系统将移动对应的中继表面121B更靠近观察者1050。在一个实施例中，图11A所示的显示系统可以包括控制器190，所述控制器向光场显示器1001A发出协调的显示指令，向遮挡系统150的遮挡层发出配置指令，以及发出用于选择性光学折叠系统1160或1170的配置指令。
在本公开中，有时不区分中继对象和中继表面。在图11A中，投影全息对象121A和122A是由中继系统5000分别中继到中继全息表面121B和122B的表面。在本公开中，投影全息对象表面121A和122A以及中继全息对象表面可以同样称为“投影全息对象表面”或“投影全息对象”或甚至“全息对象”。相应的中继全息表面121B和122B可以被称为“中继全息表面”或“中继全息对象”。类似地，在图11A中，真实世界对象123A具有反射或发射光的表面123AS，来自该表面123AS的光由中继系统5000中继到中继表面123BS。本公开可以使用“真实世界对象”被中继到“中继真实世界对象”或“真实世界对象的中继图像”的等效描述，而不提及表面-有时是真实世界对象123A或将示出中继真实世界对象123B，而不会单独提及表面。此外，全息表面的图像源是光场显示器，光场显示器投影会聚在全息对象的表面并离开该表面的光，就像真实对象在那里发射或反射光一样。在此示例中，全息对象的表面是会聚光的真实位置。然而，由其它类型的图像源(例如一些立体、自动立体显示器或仅水平视差(HPO)多视图显示器)产生的图像表面能够操作用于限定感知图像表面，即使观察者在观察这些感知表面时可能在显示屏上正在聚焦他或她的眼睛。在这些情况下，中继器将形成感知图像表面的光线中继到观察者可以观察到的另一位置处的感知中继图像表面。
光场显示器1001A的视场可能比离开真实世界对象123A的光的角度范围更受限制。在一些情况下，为了允许观察者1050看到中继全息对象表面121B和122B以及真实世界对象123A的中继图像表面123B两者的一致视场，并且还减少可能进入中继系统5000的在杂散光，角度滤光器124可以放置在真实世界对象123A的前面，以便吸收或反射掉超出观察者或光学系统的预期视野的光。在图11A所示的实施例中，角度滤光器124吸收来自真实世界对象123A的光线133R，该光线相对于角度滤光器的表面的法线具有超过阈值的角度。在示出光场显示系统的所有以下示例图中，光场显示系统将真实世界对象的中继图像与中继全息对象相结合，可以在真实世界对象123A前面使用角度滤光器124，无论它是否在图中示出。
图11B是包括与图11A相同的配置的显示系统的示例，除了中继系统5001保留其中继的图像表面的深度剖面。图11A的编号在图11B中使用。图11B中的中继系统5001可以是如图4C和5D所示的中继系统5040，图5E所示的中继系统5050，图5F所示的中继系统5060，图4E所示的中继系统5070，图9A所示的中继系统5080，图9G所示的中继系统5090，或任何其它不反转深度的中继系统。中继系统5001可以是图25A中将介绍的中继系统5110，也可以是以下图25B中介绍的中继系统5120。图11B中的光场显示器1001A投影深度反转的全息对象表面121AR代替图11A所示的121A，并且投影122AR代替图11A所示的122A，因此对应的中继全息对象表面121B和122B相同，如图11A所示。注意，在图11B中，投影全息表面121AR和122AR具有相对于显示平面1021A的深度剖面，该深度剖面与它们相应的中继全息表面121B和122B相对于中继显示平面1022A的深度剖面相同。中继真实世界对象表面123BS具有与真实世界对象123A深度剖面123AS相同的深度剖面，并且由于中继表面123BS距虚拟屏幕平面1022A较远，因此中继全息表面121B和122B，相应的真实世界对象123A也必须位于距图像组合器101比投影全息对象表面121AR和122AR更大的距离(光路长度)处。在图11B所示的实施例中，中继系统5001被配置为将真实世界对象123A的中继图像表面123B中继到中继位置，该中继位置在由边界1060限定并可由观察者1050观察的视域中限定真实世界对象的相应中继图像表面123B，使得视域中真实世界对象的相应中继图像表面123B具有与真实世界对象123A的表面的深度剖面基本上相同的深度剖面。
在一个实施例中，图11A的中继系统还可以包括根据本公开中描述的任何实施例配置的遮挡系统，包括上面关于9A-9D所讨论的遮挡系统150。遮挡系统可以包括图9E和9F中所示的真实世界遮挡对象155A，将在下面的图11C中示出。此外，控制器190可以向光场显示器1001A以及遮挡系统150发送显示指令，如上所述，所述遮挡系统可以包括一个或多个遮挡平面151、152和153。控制器190可以向光场1001A发出显示指令并且同时向遮挡层151、152和153发出遮挡指令，以便正确遮挡一个或多个中继全息表面121B和122B后面的真实世界对象123BS的中继表面，如由观察者1050在中继对象121B，122B和123B的视场中的任何地方所观察到的。在本公开中出现的后续图中，控制器190可能未显示为连接到遮挡系统150，但是应该假设控制器可以连接到遮挡系统150以及系统中的图像源1001A。
图11C是图11B的显示系统，其中遮挡系统150被真实世界遮挡对象155A和阻挡环境光进入中继系统5001的外壳所代替。图11B的编号在图11C中使用。参考图9E呈现了真实世界遮挡对象155A，并且参考上面的图5G和5H呈现了环境光抑制外壳1080。遮挡对象155A阻挡来自真实世界对象123A的不想要的光线。真实世界遮挡对象155A可以在形状或轮廓上与至少一个投影全息对象121AR相似，并且可以漆涂或涂覆有光吸收材料，例如哑光黑色涂料。在图11C中，真实世界遮挡对象155A已被定位使得它与作为投影全息对象121AR的图像组合器101等距，因此与作为全息对象121AR的中继系统5001具有相等的光路长度。因此，如果真实世界遮挡对象155A是反射性的或发射性的，则中继系统5100将把155A的表面中继到中继表面155B，使得它在与投影全息对象表面121AR的中继表面121B基本上相同的位置重合。如上参考图5G所示，来自真实世界对象123A的表面123AS的一些光线133YS被真实世界遮挡对象155A(虚线)阻挡。来自表面123AS的光线的整个分布(包括未被155A阻挡的133YS和133Y)被中继系统5001中继为光线133YSR和133B，并且这些光线为来自表面123AS的中继光基本上在所有角度提供中继全息对象121B对真实世界对象123A的中继表面123BS的阻挡，给定中继全息对象表面121B到中继真实世界对象表面123B的相对位置与真实世界遮挡对象155A到真实世界对象表面123AS的相对位置相同，以及与真实世界遮挡对象155A到中继全息对象表面121B的尺寸基本上相同。作为参考，图9F示出了图9E所示的真实世界遮挡对象155A对中继真实世界对象图像表面123C的影响，如在图9E所示的观察者位置1050A、1050B和1050C所观察。总之，图11C示出了在其中来自投影全息表面121AR和真实世界对象表面123A的光被组合和中继的显示系统中，然后，可以将与中继全息对象表面121B具有相同尺寸的真实世界遮挡对象155A放置在遮挡来自真实世界对象123A的光的一部分的位置中，使得中继全息对象表面121B和真实世界遮挡对象155B的中继表面重合，真实世界遮挡对象155A为中继对象表面121B和123B的FOV内的所有观察者1050提供中继全息对象表面后面的中继真实世界对象表面123B的遮挡。在一个实施例中，真实世界遮挡对象155A的位置由机动定位台(未示出)控制，并且155A可以与投影全息对象121A的移动相协调地移动156，使得中继遮挡对象155A的中继位置155B与中继全息对象表面121B的位置连续一致。控制器190可以同时向光场显示器1001A发出显示指令以及向运动控制器发出命令，以便引导真实世界遮挡对象155A的协调移动156以及投影全息对象121AR的移动。虽然图11C所示的中继器5001不反转中继对象121AR、122AR和123A的深度剖面，但是可以在反转深度的中继器，例如图11A中的中继器5000，中使用遮挡对象。在这种情况下，真实世界对象123A可以被具有反转深度的中继真实世界对象代替。为了这样安排，真实世界遮挡对象155A和真实世界对象副本123A可以具有图11C中所示的155A和123A的相同相对位置，但是123A的真实世界对象副本将使用反转深度的中继器，例如透射反射器中继器5030，被中继到图11C中所示的位置123A。这样的配置将在下面呈现的图14A中的显示系统1400中示出。
本公开中的许多显示系统设计成将来自一个或多个光源的光通过中继系统中继到观察者。为避免在这些显示系统内出现不想要的散射和反射，最好避免将光以与被中继和被一个或多个观察者看到的光的方向相反的方向引导到显示系统中。将显示系统呈现的中继对象的观察区保持在黑暗中并不总是可能的。图11C示出了图11B的显示系统被限制在光阻挡外壳或外壳1080的一部分中，其中偏振滤光器1081用作中继光路路径中的窗口以便拒绝周围环境光。对于继电器5001是继电器5060的情况，以上参照图5G和5H讨论了包括外壳1080和偏振滤光器1081和1082的这种环境光抑制系统。偏振滤光器1081被放置在分别形成中继全息对象的表面121B和122B的中继光路131B和132B的以及形成真实世界对象的中继表面123BS的中继光路133B的路径中。窗口1081可以仅通过这些中继光路131B、132B和133B中处于第一偏振状态的部分，同时吸收或反射这些中继光路中处于第二偏振状态的部分。环境光源1085产生两种偏振的光1091，但光源偏振滤光器1082只允许第二偏振状态的光1092通过并照亮显示系统周围的环境，该光不会通过显示系统的偏振滤光器窗口1081或不会从中继器5001内的元件或图11C中的显示系统中的任何其它部件反射或散射。在一个实施例中，可以使用偏振光源1085而没有光源偏振滤光器1082。应当理解，由环境光偏振滤光器1082、光阻挡外壳1080和显示系统偏振滤光器窗口形成的环境光抑制系统可以用于本公开中提出的具有中继器的任何显示系统。
在图11A-C中，光学组合系统101可以包括第一输入接口，第一输入接口被配置为沿着第一组光路(例如131A)从第一图像源接收光，该第一图像源是光场显示器1001A的表面1021A，其中来自第一图像源的光能够操作以限定第一图像表面(例如图11A中的121A，图11B和11C中的121AR)；以及第二输入接口，第二输入接口被配置为沿着第二组光路(例如133Y)从第二图像源(例如真实世界对象123A的发射或反射表面123AS)接收光，其中来自第二图像源的光能够操作以限定第二图像表面(例如123AS)。在一个实施例中，第一图像源1001A包括如图11A所示的光场显示器1001A的表面1021A，其能够操作以限定全息第一图像表面(例如图11A中的121A、图11B中的121AR)，以及根据由光场显示器1001A限定的四维函数确定光场显示器1001A图像源的第一组光路(例如131A)，使得每个投影光路(例如131A)在相对于光场显示屏幕平面1021A限定的第一四维坐标系中具有一组空间坐标和角坐标。光场显示器1001A的第一图像表面可以包括全息表面，例如图11A中的全息表面121A和122A，以及图11B中的121AR和122AR。
在一个实施例中，第二图像源123A可以包括2D显示器的表面、立体显示表面、自动立体显示表面、在一个轴上包括多视图显示表面的多视图显示表面(例如，仅水平视差或HPO显示器(例如透镜显示器)的表面)，空间3D显示器的一个或多个表面，第二光场显示表面，发射光的真实世界对象的表面，或反射光的真实世界对象的表面。相应地，第二图像源的图像表面可以包括从2D显示表面投影的图像表面、从立体显示表面投影的图像表面、从自动立体显示表面投影的图像表面、从多维显示表面投影的图像表面、空间3D显示器的图像表面、由从第二光场显示器投影的光路形成的全息对象的表面、真实世界对象的表面或真实世界对象的表面的中继图像。在一个实施例中，第一中继系统5000或5001可以被配置为接收来自光学组合系统101的组合图像光，并且将接收到的光中继到由边界1060限定并且观察者1050能够观察的视域中的中继位置，由此图11A-C中的第一和第二中继图像表面121B/122B和123B在相应中继位置能够观察到。全息对象的图像源是一个光场显示表面，它投影会聚在全息对象的表面并离开该表面的光，就好像一个真实的对象在那里发射或反射光一样。在此示例中，全息对象的表面是会聚光的真实位置。然而，由其它类型的图像源(例如一些立体、自动立体显示器或仅水平视差(HPO)多视图显示器)产生的图像表面能够操作用于限定感知图像表面，即使观察者在观察这些感知表面时可能在显示屏上正在聚焦他或她的眼睛。在这些情况下，中继器将形成感知图像表面的光线中继到观察者可以观察到的另一位置处的感知中继图像表面。
图11A-C中所示的配置的许多变化是可能的。遮挡系统可以包括光学上在第一和第二输入接口中的至少一个之前的遮挡系统(例如在图11A中的光路133Y上)，遮挡系统被配置为遮挡第一和第二图像表面中的至少一个的一部分(例如图11A-C中的表面123A)，其中遮挡部分对应于第一和第二中继图像表面中的至少一个的中继遮挡部分(例如图11A-B中的中继图像表面123BS的遮挡部分189)，中继遮挡部分(例如图11A-B中的189)能够观察到被第一和第二中继图像表面中的另一个(例如图11A-B中的中继图像121B)遮挡。在一个实施例中，遮挡系统包括至少一个遮挡层(例如，图11A中的遮挡系统150的层151、152和153)。在一个实施例中，遮挡层包括一个或多个单独可寻址的元件(例如图11A-B中的188)。一个或多个单独可寻址的元件可以包括被配置为阻挡入射光的一部分或视差屏障的遮挡位点。在一个实施例中，具有单独可寻址的元件的一个或多个遮挡层包括一个或多个透明LED面板、透明OLED面板、LC面板或能够操作以选择性地遮挡光的其它面板。在一个实施例中，图11A-B中的第一中继图像表面121B包括在包括背景表面的第二中继图像表面123B之前的前景表面，并且该至少一个遮挡层位于第二图像源123A之前，并且能够操作以限定具有与前景表面121B的大小和形状成比例的大小和形状的遮挡区域188，使得在前景表面121B之后不能观察到背景表面123B的遮挡部分189。在一个实施例中，至少一个遮挡层152与第二图像表面源123AS之间的距离实质上等于前景中继表面121B与背景中继表面123B之间的距离。在一个实施例中，由至少一个遮挡层限定的遮挡区域188被中继到由边界1060限定的视域以与前景表面121B基本上重合。在一个实施例中，光学系统还包括控制器，该控制器能够操作以使遮挡区域188的移动与由边界1060限定的视域中的图像表面121B/122B的移动相协调。在一个实施例中，图11A中的至少一个遮挡层152中的遮挡区域的移动至少部分地通过调制至少一个遮挡层中的图11A中的单独可寻址的元件188来实现。
在一个实施例中，遮挡系统可以由真实世界遮挡对象(图11C中的155A)提供，并且该遮挡对象可以机动化，因此它的中继位置(图11C中的155B)可以与中继图像表面(图11C中的121B)保持同步。在一个实施例中，并且参考图11C，第一中继图像表面121B包括在包括背景表面的第二中继图像表面123B前面的前景表面，并且其中至少一个遮挡对象155A位于第二图像源123A的前面，并且至少一个遮挡对象155A的大小和形状与由边界1060限定的视域中的前景表面121B的大小和形状成比例，使得不能在前景表面121B之后观察到背景表面123BS的遮挡部分。在一个实施例中，并且参考图11C，至少一个遮挡对象155A和第二图像表面源123A之间的距离基本上等于前景121B和背景123B中继表面之间的距离。在另一实施例中，并且参考图11C，由至少一个遮挡对象155A限定的遮挡区域被中继到由边界1060限定的视域到155B，以与前景表面基本上重合。在一个实施例中，至少一个遮挡对象155A机动化，因此它可以被移动156。在另一个实施例中，光学系统还包括控制器190，该控制器能够操作以使至少一个遮挡对象155A的移动156与由边界1060限定的视域中的中继图像表面121B、122B或123B的移动相协调。在一个实施例中，图11A-C中的第一中继图像表面121B/122B在前景中能够观察到，而图11A-C中的第二中继图像表面123B在背景中能够观察到。在另一个实施例中，第一中继图像表面可以在背景中能够观察到，并且第二中继图像表面可以在前景中能够观察到。在又一个实施例中，第一和第二中继图像表面可以都在前景或背景中能够观察到。在图11B所示的实施例中，其中该中继系统不反转中继对象表面的深度剖面，中继系统被配置为将真实世界对象123A的中继图像表面123B中继到在由边界1060限定的视域中限定真实世界对象的相应中继图像表面123B的中继位置，使得视域中的真实世界对象的相应中继图像表面123B具有与真实世界对象123A的表面的深度剖面基本上相同的深度剖面。
在一个实施例中，可以有光学上在光学组合系统101的第一和第二接口中的至少一个之前的光学折叠系统(在图11A-C中，在来自全息显示器1001A的光的路径中或在来自真实世界对象123A的光的路径中)。或者，在图11A中，光学折叠系统1150可以放置在：光学组合系统101和中继系统5000之间(在来自全息对象的光131A和132A已经与来自真实世界对象123A的光133Y组合之后)；中继系统5000和观察者1050之间，或在系统的光路中的某个其它位置。光学折叠系统1150可用于延长来自第一源1001A或第二源123A的光的路径长度。如上所示，图10C所示的选择性光学折叠系统(选择性路径长度延长器)1160或图10D所示的选择性光学折叠系统1170可用于选择性地延长形成全息表面121AR而不影响形成全息表面122AR的第二组光线132A的在图11C第一组光线131A的路径长度，反之亦然。作为示例，激活来自投影表面121AR的光线131A的路径中的光学折叠系统将移动对应的中继表面121B更靠近观察者1050。在一个实施例中，图11C所示的显示系统可以包括控制器190，所述控制器向光场显示器1001A发出协调显示指令，向负责遮挡对象155A的移动156的运动控制器发出配置指令，以及发出用于选择性光学折叠系统1160或1170的配置指令。
在一个实施例中，图11A-C的光学显示系统还可以包括光学折叠系统，该光学折叠系统在光学上位于中继器5000或5001的第一和第二接口之一之前。在图11A-C中，这些可选的光学折叠系统被标记为1150，1160或1170，它们位于来自第一图像源123A的光路133A中，或者位于来自第二图像源1001A的光路131A和132A中。光学折叠系统1150在上面参考图10A-B详细描述，而选择性光学折叠系统1160和1170在上面分别参考图10C和10D详细描述。在一个实施例中，光学折叠系统1150、1160或1170包括多个内部光学层，并且相应图像源1001A或123A的光沿着内部光学层之间的多个内部通道被引导，从而增加了在中继子系统和由边界1060限定的视域中的图像表面位置之间的光路距离。在一个实施例中，在图11A-C所示，一个图像源包括光场显示器1001A，并且光学折叠系统位于来自光场显示器的光路131A和132A中以增加在由边界1060限定的视域中的相应图像表面位置121B/122B和中继系统5000或5001之间的光路长度距离。在一个实施例中，参考图11A-C中，一个图像源包括光场显示器1001A，并且光学折叠系统位于第二图像源123A的路径中以增加在由边界1060限定的限定的视域中的相应图像表面位置(例如123B)和中继系统5000或5001之间的光路长度距离。在另一个实施例中，图11C中所示的光学系统还可以包括光学折叠系统，该光学折叠系统在中继系统5001的内层中或在中继系统5001的输出上在光线131B，132B和133B的路径中光学上中继系统的第一和第二接口中的至少一个之后。在一个实施例中，图11A-C所示的光学系统具有如图11C所示的环境光抑制系统，其包括部分包围中继系统的外壳(例如图11C中的1080)和包括偏振滤光器的窗口(例如图11C中的1081)。在另一个实施例中，偏振滤光器能够操作以阻挡具有第一偏振状态的环境光。环境光可以具有第一偏振状态并且由包括偏振输出滤光器的光源提供，该偏振输出滤光器被配置为仅允许第一偏振状态的光通过(例如光源1085被图11C中的偏振输出滤光器1082滤光)。
图11B中的中继系统5001可以被配置为类似于图9A中的中继系统5080或图9G中的中继系统5090，使得真实世界对象123A可能为了实现深度反转的目的而被中继两次。在一些配置中，中继系统5001可以引入中继全息对象或真实世界对象的放大变化，如图5D中的中继器5040、图5E中的5050或图5F中的5060。在其它配置中，中继器5001可以引入针对光线的u-v角坐标重新映射，如上文针对图5D中的曲面中继器5040和图5E中的5050或图5F中的中继器5060的菲涅耳镜所描述的。中继器可以在光场显示平面1021A和中继虚拟显示平面1022A之间引入90度旋转，180度旋转，或者在另一实施例中，在中继器与光场显示器1001A和观察者成一直线的配置中不引入旋转，如下所述。在一些配置中，在光场显示器1001A的第一中继图像表面121B/122B与真实世界对象123A的第二中继图像表面123B之间存在相当大的距离。在另一个实施例中，中继系统5000或5001可以仅中继图11A中的全息对象表面121A/122A和图11B中的121AR/122AR，并且仅传输来自真实世界对象的光而不中继它，或者，相反，中继器可以仅中继来自真实世界对象的图像表面123A并且仅传输来自图11A中的相应全息对象表面121A/122A和图11B中的121AR/122AR的光，而不中继全息对象表面。下面给出了许多这些配置的示例。
接下来的两图11D和11E示出了光学系统，包括：一种光学组合系统，包括第一输入接口，第一输入接口被配置为接收来自第一图像源的沿着第一组光路的光，其中来自所述第一图像源的光能够操作以限定第一图像表面；第二输入接口，第二输入接口被配置为接受来自第二图像源的沿着第二组光路的光，其中来自所述第二图像源的光能够操作以限定第二图像表面；中继系统，中继系统被配置为接收来自该光学组合系统的组合光并且将所接收的光中继到由边界1060限定的一个视域中的多个中继位置，由此在这些相应中继位置处能够观察到第一和第二中继图像表面；以及遮挡系统，遮挡系统被配置为遮挡来自所述第一图像源和所述第二图像源中的至少一个的光的一部分。在这些光学系统中，第一图像源和第二图像源都不需要是光场显示器，除此之外，这些光学系统类似于图11A-C所示的光学系统。
图11D是图11A的显示系统，其中第一图像源光场显示器1001A被具有显示表面991A的显示器990A代替。图11A的编号在图11D中使用。来自具有表面991A的第一图像源显示器990A的光线131G和132G分别中继到光路131H和132H，并且聚焦在中继虚拟显示平面992A上。真实世界对象123B被中继到如图11A所示的相同位置。遮挡平面151-153上的站点188可以被激活以阻挡来自真实世界对象123A的一些光，从而在虚拟显示平面992A上的中继图像后面不能看到真实世界对象的中继图像123B的部分。控制器190可以向遮挡系统150以及第一图像源990A发出指令。在替代配置中，光线133Y可以使用如图11C中所示的真实世界遮挡对象155A来阻挡，并且该遮挡对象可以使用控制器190指示的一个或多个机动载物台移动。在一个实施例中，虽然图11D中的第一和第二图像源是显示器990A和真实世界对象123A，但第一和第二图像源每个可以是以下任何一种：2D显示表面、立体显示表面、自动立体显示表面、多视图显示表面，其可以是仅水平视差多视图显示器(例如透镜显示器)的表面、空间3D显示器的一个或多个表面、发射光的真实世界对象的表面，或反射光的真实世界对象的表面。来自第一和第二图像源中的每一个的光能够操作以限定对应的图像表面，该图像表面可以是以下任何一种：从2D显示表面投影的图像表面、从立体显示表面投影的图像表面、从自动立体显示表面投影的图像表面、从多视图显示表面投影的图像表面、空间3D显示器的图像表面、由光场显示器投影的光路形成的全息对象的表面、真实世界对象的表面，或真实世界对象的表面的中继图像。在一个实施例中，图11D中的深度剖面反转中继器5000可以被图11B中引入的不执行深度反转的另一个中继器5001替换，导致由第一和第二图像源限定的投影图像表面被中继到具有与投影图像表面不同的深度剖面的中继图像表面。
在另一个实施例中，并且作为图11A所示的中继系统的进一步配置选项，图11D中的真实世界对象123A可以替代为第二显示器。图11E是图11A的显示系统，其中光场显示器1001A和真实世界对象123A都被显示器990A和992A代替，该显示器可能是不同类型的。在图11E中，显示器990A的显示表面991A和显示器992A的显示表面993A可以各自是2D显示表面、立体显示表面、自动立体显示表面、多视图显示表面、空间3D显示器的一个或多个表面、光场显示表面、真实世界对象发光的表面，或真实世界对象反射光的表面。图11D的编号在图11E中使用。来自显示器990A的光路131G和132G分别中继到光路131H和132H，形成聚焦的第一虚拟中继图像平面992A。来自显示器993A的光路996A被图像组合器101偏转成光路996B，光路996B由中继器5000接收并被中继到光路996C，光路996C会聚在第二中继虚拟图像平面994A上。角度滤光器124可以拒绝高角度的光路996R。对于观察者1050，虚拟中继图像平面992A在中继图像平面994A前面，因此一个或多个遮挡平面151-153上的遮挡区域188可以被激活以便阻挡来自背景中继图像平面994A的光189的部分，使其不能从前景中继图像平面992A上的前景图像后面看到。控制器192可以连接到遮挡系统150以及第一图像源990A和第二图像源992A。也可以通过指示显示器992A不发光而不是依赖于遮挡系统150来实现遮挡。遮挡系统150可以由图11C所示的真实世界遮挡对象155A代替。
在一个实施例中，如图11D-E所示，显示系统可以包括光学组合系统101，该光学组合系统可以包括1)第一输入接口，第一输入接口被配置为接收来自第一图像源990A的沿第一组光路131G或132G的光，其中来自第一图像源990A的光能够操作以限定第一图像表面991A；2)第二输入接口，第二输入接口被配置为接收来自图11D中的第二图像源123A或图11E中的992A沿着第二组光路的图11D中的光133Y或图11E中的996A，其中来自第二图像源的光能够操作以限定图11D中的第二图像表面123AS或图11E中的993A。显示系统还可以被配置为从光学组合系统101接收组合图像光(例如，图11D中的131G、132G和133A以及图11E中的131G、132G和996B)并将接收到的光中继到中继位置(例如图11D中的992A和123B，以及图11E中的992A和994A)，由此第一和第二中继图像表面(例如，图11D中真实世界对象的中继图像123B的992A或表面123BS上的图像，或图11E中992A和994A上的图像)在相应中继位置处能够观察到。显示系统还可以包括在光学上位于第一和第二输入接口中的至少一个之前的遮挡系统(遮挡层151A、151B和151C上的遮挡区域188)，遮挡系统被配置为遮挡第一和第二图像表面(图11D中的123AS、图11E中的993A)中的至少一个的一部分，其中遮挡部分对应于第一和第二中继图像表面(图11D中的123BS或图11E中的994A)中的至少一个的中继遮挡部分(189)，中继遮挡部分被第一和第二中继图像表面中的另一个遮挡(123BS可能被图11D中的表面992A上的图像遮挡，并且表面994A上的图像可能被图11E中表面992A上的图像遮挡)。或者，可以利用图11C所示的遮挡系统，其中第一和第二中继图像表面(图11D中的123BS，或图11E中的994A)中的至少一个的遮挡可以通过设置在第一或第二图像表面的前面的真实世界遮挡对象155A来实现。更一般地，如图11A-D所示，第一和第二图像源中的至少一个包括:2D显示表面、立体显示表面、自动立体显示表面、多视图显示表面，其包括仅水平视差或HPO显示器的显示表面、空间3D显示器内的表面、光场显示表面，发射光的真实世界对象的表面，或反射光的真实世界对象的表面。在一个实施例中，第一和第二图像表面中的至少一个包括：从2D显示表面投影的图像表面、从立体显示表面投影的图像表面、从自动立体显示表面投影的图像表面、从多视图显示表面投影的图像表面、空间3D显示器的图像表面、由从光场显示器投影的光路形成的全息对象的表面、真实世界对象的表面或真实世界对象的表面的中继图像。上面已经参照图11A-C描述了图11D-E中所示的遮挡系统，光学折叠系统和环境光抑制的特性。
光学系统可以包含第一输入接口，第一输入接口被配置为接收来自第一图像源的沿第一组光路的光，其中来自第一图像源的光能够操作以限定第一图像表面；第二输入接口，第二输入接口被配置为接收来自第二图像源的沿第二组光路的光，该第二图像源包括光场显示器；和中继系统，中继系统被配置为将接收到的来自第一和第二图像源的光引导到由边界1060限定的视域，其中第一和第二图像表面中的至少一个由中继系统中继到由边界1060限定的视域中。来自第一或第二图像源中的仅一个的光可以被中继。图8A-C示出了具有两个源的中继配置，其中中继器本身组合来自两个源的光。图11F示出了光学显示系统，其中中继器5002接受来自两个图像源的光路并且同时组合和中继光路。中继器5002可以是图9G中所示的中继器5090，或者是图9A中所示的中继器5080，其中图像组合器放置在两个中继器元件5030A和5030B之间以接受来自第二图像源的光路(见图9J)。在图11F中，中继器5002具有第一输入接口，配置为接收来自第一图像源123A的沿第一组光路133A的光，其中来自第一图像源的光能够操作以在真实世界对象123A的表面限定第一图像表面123AS，该真实世界对象的表面可以采用发射表面123AS或反射表面123AS的形式。中继系统5002的第二接口被配置为接收来自第二图像源光场显示器1001A的沿第二组光路131A和132A的光，所述第二组光路和根据由光场显示器1001A限定的四维函数确定，使得每个投影光路131A和132A在相对于第二图像源的显示屏幕平面1021A限定的第一四维坐标系中具有一组空间坐标和角坐标。来自第二图像源的光131A、132A能够操作以限定包括全息图像表面的第二图像表面121A和122A。中继系统5002被配置为将来自第二图像源1001A的接收光121A、122A和来自第一图像源123AS的接收光133A引导到由虚拟平面1022A附近的边界1060限定的视域，其中第一123A和第二个121A/122B图像表面中的至少一个并且在这种情况下，两者都由中继系统中继到由边界1060限定的视域中。在图11F中，中继系统5002将形成图像表面121A、122A的接收光131A、132A分别中继到形成中继图像表面121B、122B的光路131B、132B中。中继系统5002还将来自真实世界图像表面123AS的接收光133A中继为形成中继表面123BS的光线133B。
在图11F中，控制器190可以连接到遮挡系统150以及图像源光场显示器1001A并且向光场显示器1001A发出显示指令并且同时向在遮挡系统150中的一个或多个遮挡层151，152和153发出遮挡指令，以便正确遮挡在由中继对象121B、122B和123B的边界1060限定的视域中的任何地方的观察者1050观察的一个或多个中继全息表面121B和122B后面的真实世界对象123BS的中继表面。在图11F中，第一123A和第二121A/122A图像表面都由中继系统5002中继到观察者1050附近的视域中，以分别限定第一123B和第二121B/122B中继图像表面，并且其中光133A的遮挡部分188对应于第一123B和第二121B/122B中继图像表面(在这种情况下为第一中继图像表面123B)中的至少一个的中继遮挡部分189，中继遮挡部分在由靠近观察者1050的边界1060限定的视域中能够观察到被第一和第二中继图像表面中的另一个(在这种情况下为121B)遮挡。在一个实施例中，至少一个遮挡层可以具有一个或多个单独可寻址的元件，这些元件可以是被配置为阻挡入射光一部分或视差屏障的遮挡位点。具有单独可寻址的遮挡元件的遮挡层可以是一个或多个透明LED面板、透明OLED面板、LC面板或能够操作以选择性地遮挡光或形成视差屏障的其它面板。或者，可以利用图11C中所示的遮挡系统，其中第一和第二中继图像表面(图11F中的123BS)中的至少一个的遮挡可以利用设置在第一或第二图像表面(图11F中的123A)前面的真实世界遮挡对象(图11C中的155A)来实现。在这种情况下，控制器190可以向运动控制器发出指令，该运动控制器协调中继全息对象121B的移动改变真实世界遮挡对象的位置，如图11C所示。在一个实施例中，至少一个遮挡层152与背景图像源123A之间的距离基本上等于前景中继表面121B和中继背景表面123B之间的距离。在另一实施例中，由至少一个遮挡层152限定的遮挡区域188被中继到由边界1060限定的视域以与前景表面121B基本上重合。在一个实施例中，控制器190能够操作以使遮挡区域188的移动(或诸如图11C中的155A的真实世界遮挡对象的位置)与在由边界1060限定的视域中的图像表面121B或122B的移动相协调。在一个实施例中，第一图像源123A包括：2D显示表面、立体显示表面、自动立体显示表面、多视图显示表面、空间3D显示器的一个或多个表面、第二光场显示表面、发射光的真实世界对象的表面，或反射光的真实世界对象的表面。在图11F的实施例中，包括真实世界遮挡对象(例如图11C中的155A)或在光线131A和132A的路径中光学上在中继器5002的第二输入接口之前的一个或多个遮挡平面(例如150)的附加遮挡系统可以配置为遮挡来自光场显示器1001A的对应于中继全息表面121B或122B的一部分的光的一部分，如果123B在121B或122B前被中继，则该中继全息表面121B或122B可以被中继第一图像表面123B遮挡。在一个实施例中，至少一个遮挡区域188或遮挡对象(未示出，但类似于图11C中的155A)的大小和形状与由边界1060限定的视域中的前景表面121B的大小和形状成比例，因此在前景面121B的后方无法观察到背景表面123B的遮挡部分189。在一个实施例中，来自第一图像源123A和第二图像源1001A的光都被中继到由边界1060限定的视域中，以分别形成第一中继图像表面123B和第二中继图像表面121B、122B。第一和第二中继图像表面都可以在前景中被1050观察到，都可以在背景中观察到，或者一个可以在前景中而另一个在背景中。
图11F所示的显示系统的中继器5002可以是图9G所示的中继器5090，其包括两个透射反射器5030，两个透射反射器放置在平行平面上并且彼此分离，图像组合器101F设置在它们之间。第一透射反射器中继子系统提供第一输入接口，第一输入接口被配置为接收来自第一图像源的光，该第一图像源是真实世界对象123A的表面，并且能够操作以中继所接收的光以限定真实世界对象123A的第一中继图像表面，并由图像组合器接收，第一中继图像表面具有与相应图像表面123A的深度剖面不同的深度剖面。中继系统5090还包括图像组合元件，该图像组合元件定位成组合来自形成真实世界对象表面123A的中继表面的第一中继子系统的光和来自限定全息表面的第二图像源的光，其中包括第一中继图像表面和全息表面的组合光被引导到第二中继子系统，该第二中继子系统被配置为将组合光中继到由靠近观察者1050的边界1060限定的视域。图像组合器提供第一接口以接收来自第一图像源123A的表面123AS的光，并且该光与来自第二图像源1001A的光组合并通过第二透射反射器中继子系统中继到观察者1050附近的视域1060。真实世界对象123A的表面两次中继到123B，而投影全息对象121A、122A的表面分别一次中继到121B、122B。由于这个原因，一次中继的全息表面121B、122B的深度剖面被反转，而真实世界对象123A的两次中继的全息表面123B的深度剖面不被反转。换言之，中继系统5002包括第二中继子系统(例如，图9G中的5030G)，其被配置为将从表面123AS中继的第一中继图像表面中继到观察者1050附近的视域1060中的中继位置以限定对应于由来自第一图像源123A的光限定的相应图像表面123A的第二中继图像表面123B，第二中继图像表面123B具有与由来自第一图像源123A的光限定的相应图像表面123A的深度剖面基本上相同的深度剖面。在一个实施例中，由从光场显示器1001A投影的光路131A、132A限定的全息表面121A、122A分别具有相对于屏幕平面1021A的第一投影深度剖面，并且全息表面由中继系统中继以首先限定包括中继全息表面的第一中继图像表面121B、122B，其相对于虚拟平面1022A具有不同于对应的第一投影深度剖面的第一中继深度剖面。在一个实施例中，光场显示器包括控制器190，该控制器被配置为接收指令，所述指令通过操作光场显示器1001A以输出投影光，使得第一中继图像表面的第一中继深度剖面是针对观察者的深度剖面来解释第一投影深度剖面和第一中继深度剖面之间的差异。在另一个实施例中，第一中继图像表面121B、122B的中继位置由根据中继系统5002限定的第二4D函数确定，使得来自光场显示器1001A的光分别沿着相应中继光路131B、132B中继，每个中继光路在第二4D坐标系中具有一组空间坐标和角坐标，并且光场显示器1001A包括控制器190，该控制器被配置为接收指令，所述指令通过操作光场显示器1001A以根据第一4D函数输出光，使得中继光路131B，132B在第二4D坐标系中的位置坐标和角坐标允许中继图像表面121B，122B按预期呈现给观察者1050来解释第二4D函数。这在上面参考图5D详细讨论。
在一个实施例中，图11F的光学显示系统可以进一步包括光学折叠系统，该光学折叠系统在光学上位于中继器5002的第一和第二接口之一之前。这些可选的光学折叠系统被标记为1150、1160或1170，在图11F中位于来自第一图像源123A的光路133A中或位于来自第二图像源1001A的光路131A和132A中。光学折叠系统1150在上面参考图10A-B详细描述，而选择性光学折叠系统1160和1170在上面分别参考图10C和10D详细描述。在一个实施例中，光学折叠系统1150、1160或1170包括多个内部光学层，并且来自相应图像源的光沿着内部光学层之间的多个内部通道被引导，由此增加中继子系统和由边界1060限定的视域中的图像表面位置之间的光路距离。在一个实施例中，一个图像源包括光场显示器1021A，并且其中光学折叠系统位于来自光场显示器的光路131A和132A中，以增加观察者1050附近的视域中的相应图像表面位置与中继系统5002之间的光路长度距离。在一个实施例中，一个图像源包括光场显示器1001A，并且其中光学折叠系统位于第二图像源123A的路径中以增加由靠近观察者1050的边界1060限定的视域中的相应图像表面位置(例如123B)和中继系统5002之间的光路长度距离。在另一个实施例中，图11F中所示的光学系统还可以包括光学折叠系统，该光学折叠系统在中继系统5002的内层或的中继系统5002的输出上在光线131B，132B和133B的路径中光学上在中继系统的第一和第二接口中的至少一个之后。在一个实施例中，图11F所示的光学系统具有如图11C所示的环境光抑制系统，其包括部分包围中继系统的外壳(例如图11C中的1080)和包括偏振滤光器的窗口(例如图11C中的1081)。在另一个实施例中，偏振滤光器能够操作以阻挡具有第一偏振状态的环境光。环境光可以具有第一偏振状态并且由包括偏振输出滤光器的光源提供，该偏振输出滤光器被配置为仅允许第一偏振状态的光通过(例如光源1085被图11C中的偏振输出滤光器1082滤光)。
图11F中所示的显示系统的中继器5002中继来自第一图像源真实世界对象123A的第一发射或反射表面123AS以及由第二图像源光场显示器1001A投影的第二全息图像表面121A、122A。在一个实施例中，图11F中所示的光学系统可以包括中继器，该中继器接收来自这两个图像源的光路组并将该光引导到由边界1060限定的视域，但是其中只有一组来自图像源之一的光路被中继。图11G是图11F中的显示系统，其中中继来自两个源的图像表面的中继器5002已被中继器5003代替，该中继器仅中继从一个源即光场显示器1001A投影的图像表面，同时将来自另一图像源真实世界对象123A的光直接传递到观察者1050附近的视域。图11F的编号在图11G中使用。中继器5003可以是图1B所示的仅具有一个回射器1006B的中继系统5020，图5E所示的仅具有一个反射镜1007B的中继系统5050，图5F所示的仅具有一个反射式菲涅耳镜1008B的中继系统5060，或一些其它中继器，其同时中继来自第一接口的光，同时直接通过从第二接口到达的光。这些中继器5020、5040和5050中的每一个可以包括分束器和与接受来自光场显示器1001A的光的第一中继接口相反布置的聚焦元件(例如，用于5020的回射器或用于5040和5050的反射聚焦镜)。投影全息表面121A和122A将由这些中继配置5020、5040和5050的第一接口中继，而在第二中继接口上接收到的来自真实世界对象123A的光将直接通过中继器的分束器并到达到观察者1050而不被主动中继。
在由边界1060限定的视域中的观察者1050可以在真实世界背景对象123A前面看到两个前景中继全息表面121B和122B，该真实世界背景对象产生直接穿过中继器5003的光133A。由遮挡平面组成的遮挡系统150或如图11C所示的真实世界遮挡对象如155A可用于遮挡真实世界背景对象123A在一个或多个中继全息表面121B和122B后面的部分。在一个实施例中，仅将第一和第二图像表面中的一个(例如，121A/122A，而不是图11G中的123AS)中继到观察者1050附近的视域中，以在由边界1060限定的视域中限定中继图像表面121B/122B，并且其中光的遮挡部分(例如图11G中的133A)对应于在视域中能够观察到被中继图像表面(例如121B/122B)遮挡的第一和第二图像表面中的另一个(例如123AS)的遮挡部分。
在一个实施例中，图11F和11G中的光场显示器1001A可以替代为另一种类型的显示器。下面的图11H、11I和11J是光学系统的一个实施例，所述光学系统包括第一输入接口，第一输入接口被配置为接收来自第一图像源123A的沿第一组光路的光133A，其中来自第一图像源的光能够操作以限定第一图像表面123AS；第二输入接口，第二输入接口被配置为接收来自第二图像源的沿第二组光路的光，其中来自第二图像源的光能够操作以限定第二图像表面；中继系统，中继系统被配置为将来自第一和第二图像源的接收光引导到由边界1060限定的视域，其中第一123A和第二图像表面中的至少一个由中继系统5002或5003中继到靠近观察者1050的视域中；和遮挡系统150或155A，被配置为遮挡来自第一和第二图像源中的至少一个的光的一部分。图11H是图11F的显示系统，其中第二图像源光场显示器1001A被具有显示表面991A的第二图像源显示器990A代替。在一个实施例中，第二图像源可以是2D显示表面、立体显示表面、自动立体显示表面、多视图显示表面，其可以是仅水平视差(HPO)多视图显示器(例如透镜显示器)的表面、空间3D显示器的一个或多个表面、发射光的真实世界对象的表面或反射光的真实世界对象的表面。图11F的编号在图11H中使用。来自具有表面991A的第二图像源显示器990A的光线131G和132G分别中继到光路131H和132H，并且聚焦在中继虚拟显示平面992A上。真实世界对象123B被中继到如图11F所示的相同位置。遮挡平面151-153可以被激活以阻挡来自真实世界对象123A的一些光，从而在被中继到中继虚拟显示平面992A的图像后面不能看到真实世界对象的中继图像的一部分.控制器191可以连接到遮挡系统150以及第一图像源显示器990A和可能的可选的选择性光学折叠系统1160或1170(如果它们在适当位置)。在一个实施例中，第一图像源真实世界对象123A以及第二图像源显示器990A可以被以下任何一种代替：2D显示表面、立体显示表面、自动立体显示表面、多视图显示表面，它可以是仅水平视差(HPO)多视图显示器(例如透镜显示器)的表面、空间3D显示器的一个或多个表面、光场显示器的表面、发射光的真实世界对象的表面，或反射光的真实世界对象的表面。第一图像表面123AS以及第二图像表面991A可以是以下任何一种：从2D显示表面投影的图像表面、从立体显示表面投影的图像表面、从自动立体显示表面投影的图像表面、从多视图显示表面投影的图像表面、空间3D显示器的图像表面、全息对象的表面、真实世界对象的表面或真实世界对象的表面的中继图像。
图11I是图11F的显示系统，其中第二图像源光场显示器1001A被第二图像源真实世界对象998A代替，并且由真实世界遮挡对象155A组成的遮挡系统代替具有一个或多个遮挡平面151、152和153的遮挡系统使用150。来自真实世界对象998A的光线131K和132K被中继器接收并分别中继到光路131H和132H，形成具有中继表面998BS的中继对象998B。可以放置真实世界遮挡对象155A以遮挡来自第一图像源真实世界对象123A的光133A的一部分。在一个实施例中，第一123AS和第二998AS图像表面都由中继系统5002中继到由边界1060限定的视域中以分别限定第一123BS和第二998BS中继图像表面，并且其中光的遮挡部分对应于第一和第二中继图像表面中的至少一个的中继遮挡部分，在该示例中为第一图像表面123AS，在观察者1050附近的视域中能够观察到被第一和第二中继图像表面中的另一个遮挡的中继遮挡部分189，在该示例中为第二中继图像表面999BS，其中当前景中继真实世界对象表面999BS在背景中继真实世界对象123B之前时，所述第二中继图像表面看起来将遮挡从背景中继图像表面123BS到观察者1050的光线的一部分189。控制器191可以连接到运动控制器，所述运动控制器将运动156A赋予给遮挡对象155A。在一个实施例中，真实世界对象998A或123A可以在由控制器191控制的机动载物台上，并且控制器191可以同时调整真实世界对象的位置和改变遮挡对象155A的位置以保持当背景中继表面123BS位于前景中继表面998BS之后时，该背景中继表面被遮挡。
图11J是图11I的显示系统，其中中继器5002被中继器5003代替。中继器5003可以是图1B所示的仅具有一个回射器1006B的中继系统5020、图5E所示的仅具有一个反射镜1007B的中继系统5050、图5F所示的仅具有一个反射式菲涅耳镜1008B的中继系统5060，或一些其它中继器，其中继来自第一接口的光同时直接通过从第二接口到达的光。这些中继器5020、5040和5050中的每一个可以包括分束器和聚焦元件(例如，用于5020的回射器或用于5040和5050的反射聚焦镜)，该聚焦元件设置在第一中继器接口的对面，第一中继器接口接受来自限定图像表面998AS的第二图像源998A的光。在一个实施例中，仅第一123AS和第二998AS图像表面中的一个，这里是第二图像表面998AS，被中继到由靠近观察者1050的边界1060限定的视域中，以在视域中限定中继图像表面998B，并且其中光133A的遮挡部分对应于第一和第二图像表面中的未被中继的另一个的遮挡部分，这里第一图像源123A在由边界1060限定的视域中能够观察到被中继图像表面遮挡998B。
图12示出了由图11A所示的显示系统构成的显示系统1200，中继系统5000由透射反射器5030实现，没有图示的光学折叠系统1150、1160、1170。图11A的编号在图12中使用。中继全息对象表面121B/122B位于分布在虚拟显示平面1022A周围的中继位置处，并且真实世界对象123A的中继图像表面123B被接近中继全息对象121B和122B投影。
图13示出了图12所示的显示器配置，除了光学折叠系统1150已经放置在光场显示器1001A和光学组合系统的分束器101之间。图12的编号用于图13。图13是图11A所示的显示系统，其中中继系统由透射反射器中继器5030组成。光学折叠系统1150的有效光路长度约为距离D1151的三倍，其中D1151是图10B中所示的路径2或路径3的长度。结果是，形成全息对象表面121A的发散光线131A具有足够的光路长度以扩散成光线131B，光线131B被中继成光线131C，光线131C将在距透射反射器5030更远的比没有光学折叠系统1150的会聚距离更远的距离处会聚。类似地，由于光学折叠系统1150，形成全息对象122A的发散光线132A扩散成光线132B，该光线被中继成光线132C。在图13中，在虚拟显示平面1022X周围的中继位置处的全息对象表面121X和122X分别示出了图12中所示的没有光学折叠系统1150的中继全息对象表面121B和122B的位置，而在虚拟显示平面1022A周围的中继位置处的全息对象表面121B和122B示出了存在光学折叠系统1150的中继全息对象表面的位置。虚拟显示平面1022X和1022A之间的偏移1152是2D，其中D是放置在光场显示器1001A的路径中的光学折叠系统1150的有效路径长度1151。在另一个实施例中，光学折叠系统1150被放置在真实世界对象123A的路径中，其用于仅将中继真实世界图像表面123B移动得更靠近观察者1050。在不同的实施例中，光学折叠系统1150可以放置在分束器101和中继系统5030之间，用于将中继全息对象和中继真实世界图像都移动得更靠近观察者。在又一个实施例中，光学折叠系统1150可以放置在中继系统5030和中继真实世界图像表面123B之间，导致该中继图像123B以及全息对象表面121B和122B更靠近观察者1050移动.请注意图13中显示的深度反转。虚拟显示屏幕1022A周围的中继全息对象121B和122B的深度排序分别与直接投影的对象表面121A和122A相对于显示屏幕平面1021A的深度排序相反。类似地，真实世界对象123A的中继图像表面123B也深度反转，如真实世界对象123A的曲面如何中继所示。在真实世界对象123A复杂，例如真实的人脸或复杂的真实世界背景场景，并且无法通过深度反转轻松构建的情况下，可以将真实世界对象123A替换为具有反转深度的真实世界对象的中继表面。在一个实施例中，光学折叠系统1150可以用上述的选择性光学折叠系统1160或1170代替。在该实施例中，只有一组光线131B或132B可以使它们的光路长度延长，导致只有一个中继对象121B或122B被中继得更靠近观察者1050。
图14A示出了显示系统1400，其通过用于真实世界对象123A的额外中继器从图13中所示的显示系统配置修改。在图14A中，输入中继系统5030A用于中继真实世界对象的图像表面123A以形成真实世界对象的中间深度反转的中继图像123B，然后由中继系统5030接收并再次以深度反转中继以形成深度校正的中继真实世界图像表面123C。图13是图11A所示的显示系统，其中继系统由透射反射器中继器5030组成，其中真实世界对象123A的表面被中继两次。注意，真实世界图像表面123A和中继真实世界图像表面123C之间的唯一区别在于图像是上下翻转的，可以通过将真实世界对象123A的位置旋转180度来校正该特征。由图14A所示的显示系统1400中的中继器5030和5030A组成的中继系统在没有深度反转的情况下中继真实世界对象的图像的能力允许实时中继复杂的真实世界动态对象的图像，因此它们可以与从光场显示器1001A中继的中继全息对象表面121B和122B一起显示。在该配置中，对于由光场显示器1001A投影的全息对象表面121A和122A，角光场坐标u和v可以在计算上反转，以便实现中继全息图像表面121B和122B所需的正确深度剖面，如以上关于图1A和1B所讨论的。在图14A中，遮挡系统150可以由真实世界遮挡对象(如图11C中的对象155A)代替。此外，如以上在图11D-E所示，第一图像源光场显示器1001A表面1021A和第二图像源真实世界对象123A表面可以被以下任何一种代替：2D显示表面、立体显示表面、自动立体显示表面、多视图显示表面，其可以是仅水平视差多视图显示器(例如透镜显示器)的表面、空间3D显示器的一个或多个表面、发射光的真实世界对象的表面或反射光的真实世界对象的表面。
图14B示出了显示系统1410，其通过用于真实世界对象123A的额外中继器从图12中所示的显示系统配置修改。图12的编号在图14B中使用。图14B是图11F所示的显示系统，其中继系统包括透射反射器中继器5030，并且其中真实世界对象123A的表面被中继两次。在图14B中，输入中继器5030A用于将光线133K从真实世界对象123A的表面中继到一次中继的光线133L，该光线形成了真实世界对象123A的中间深度反转的中继表面123B。形成中继表面123B的光线133L的第一部分从透射反射器5030的表面反射成观察者1050能够观察到的光线133LR，而光线133L的第二部分由中继器5030中继成形成真实世界对象表面123A的二次中继表面123C的光线133M。反射到光路133LR中的朝向观察者1050的一次中继光133L的部分可以通过选择中继器5030的表面的反射率来调整。真实世界对象123A的二次中继表面123C从观察者1050中继到中继器5030的对面的位置，但到达观察者1050的反射光线133LR与构成表面123C的光线133M大致对准，因此被观察者观察为源自真实世界对象123A的二次中继表面123C。观察者1050看到中继全息对象表面121B和122B以及表面123C的背面。在中继器5030的相对侧，观察者1050A将通过接收形成全息对象121A的入射光线131A的反射部分131AR看到中继全息对象121B的背面，通过接收形成全息对象122A的入射光线132A的反射部分132AR看到中继全息对象122B的背面，和由光线133M形成的真实世界对象表面123A的二次中继表面123C的正面。在该配置中，对于由光场显示器1001A投影的全息对象表面121A和122A，角光场坐标u和v可以在计算上反转，以便实现中继全息图像表面121B和122B所需的正确深度剖面，如以上关于图1A和1B所讨论的。在图14B中，遮挡系统150可以由真实世界遮挡对象(如图11C中的对象155A)代替。此外，如以上在图11D-E所示，第一图像源光场显示器1001A表面1021A和第二图像源真实世界对象123A表面可以被以下任何一种代替：2D显示表面、立体显示表面、自动立体显示表面、多视图显示表面，其可以是仅水平视差多视图显示器(例如透镜显示器)的表面、空间3D显示器的一个或多个表面、发射光的真实世界对象的表面或反射光的真实世界对象的表面。
图15是图11A所示的显示系统配置，其中中继器5020与光学折叠系统1150在来自光场显示器1001A的光路131A和132A中一起使用。图15的配置类似于图13中所示的配置，除了代替由透射反射器5030组成的中继系统，中继系统5020由分束器101B和一个或多个回射器1006A，1006B组成，类似于图1B中所示的配置5020。对于类似的元件，图13中的编号适用于图15，并且图1B的一些讨论适用于这种中继配置。在可选的附加回射器1006B被包括在中继系统5020中的实施例中，附加回射器1006B可以与第一回射器1006A正交放置，并且在一些实施例中，附加回射器1006B可以放置在距分束器101B与第一回射器1006A和分束器101B之间的距离相等的距离处。应当理解，图15所示的中继系统5020的配置可以通过以下方式实现：1)只有回射器1006A；2)只有回射器1006B；或3)包括并对准两个回射器1006A和1006B。在一个实施例中，形成全息对象表面121A的光线131A和形成全息对象表面122A的光线132A可以使其光路长度在光学折叠系统1150内延长，并分别变成光线131B和132B。在一个实施例中，来自全息对象表面121A和122A的光线131B和132B通过光学组合系统101A的第一输入接口接收，来自第二图像源123A的光133Y通过光学组合系统101A的第二输入接口接收。在一个实施例中，第二图像源包括发射或反射光的真实世界对象123A。在一个实施例中，来自真实世界对象123A的光133Y的一部分从光学组合系统的分束器101A反射成光线133A，并由分束器101A与来自全息对象表面121A和122A的光131B和132B组合。该组合图像光131B、132B和133A被中继系统5020接收。在一个实施例中，中继系统5020的回射器1006A和分束器101B对准，使得组合光从分束器101B在接近方向上朝向回射器1006A引导并且从回射器1006A沿与接近方向相反的返回方向反射。沿着返回方向的光被朝向中继虚拟屏幕平面1022A周围的中继位置引导。在一个实施例中，中继系统5020的回射器1006A和分束器101B对准，使得组合光131B、132B和133A的第一部分被中继系统5020的分束器101B朝向回射器1006A反射。在从反射器1006A反射时，光路反转，并且这些反转路径的一部分沿着光线131C、132C和133B通过分束器101B，被中继系统5020聚焦在中继位置以分别形成全息对象表面121B、122B和真实世界对象123A的中继表面123B。组合光131B、132B和133A的第二部分由中继系统5020接收，并通过分束器101B沿附加的接近方向朝可选的附加回射器1006B透射。这些光路从可选的附加回射器1006B沿着与附加接近方向相反的附加返回方向朝向分束器101B反射，在该分束器上，它们沿着与来自第一回射器1006A的组合光的第一部分基本上相同的光路131C、132C和133B反射，分别有助于形成全息对象表面121B，122B和真实世界对象123A的中继表面123B。
在中继系统5020接收到非偏振光的情况下，添加可选的附加回射器1006B可导致中继全息对象表面121B和122B以及第二图像源123A的中继图像表面123B的亮度增加。偏振分束器101B可用于将组合光131B、132B和133A的第一线性偏振光朝向回射器1006A引导，并将组合光131B、132B和133A的第二线性偏振光朝向回射器1006B引导。光的第一线性偏振可以在被回射器1006A反射之前被四分之一波长延迟器1041A转换为第一圆偏振，该回射器用于将反射光改变为与第一圆偏振正交的第二圆偏振。在通过四分之一波长延迟器1041A朝向分束器101B返回时，反射光被转换为与第一线性偏振正交的第二线性偏振。这种偏振状态的光将通过分束器101B而没有明显反射。类似地，通过穿过四分之一波长延迟器1041B，从可选的回射器1006B反射，并第二次穿过四分之一波长延迟器1041B，在可选的回射器1006B引导的光的第二线性偏振状态将被转换成第一线性偏振的正交状态，并且该第一线性偏振状态的光应该基本上被偏振分束器101B反射，并有助于对中继全息图像表面121B和122B以及真实世界对象的中继图像123B进行成像。如果中继系统5020接收到的光是偏振的，则可以使用偏振分束器101B，并且仅使用第一回射器1006A即可实现良好的性能，而无需可选的回射器1006B。在其它实施例中，可选的光学元件1041A和1041B可以是除了四分之一波长延迟器、折射元件、衍射元件或其它光学元件之外的偏振控制元件。
图15所示的中继配置所获得的技术优点是，如果需要，中继全息对象表面和第二图像源的中继图像表面(例如真实世界对象的图像)可以在接近中继虚拟屏幕平面1022A的基本上相同的空间中组合。然而，在某些应用中，可能需要将全息对象表面中继到背景(例如真实世界背景)前面的前景。图16是图11G的显示配置，包括中继系统5020，该中继系统同时中继全息对象的表面并将来自真实世界背景源的光直接传到观察者。图16中的中继器5020包括分束器和回射器，其中投影在显示平面1021A周围的全息对象表面121A和122A分别中继到虚拟屏幕平面1022A周围的全息对象表面121B和122B。在一个实施例中，中继系统5020可以被认为是来自真实世界背景对象123A和全息对象表面121A和122A的光的光学组合器。图16示出了中继系统的配置，其中中继系统与图15的配置相似，除了中继系统5020仅包含设置在分束器101的与光场显示器1001A相反的一侧的单个回射器，并且分束器101还允许来自真实世界对象123A的光133A单次通过分束器101到达观察者1050。图15的编号在图16中用于类似的元件，并且针对图15给出的仅具有一个回射器的中继器5020的操作描述在此适用。在一个实施例中，遮挡系统可以包括一个或多个遮挡层151、152和153以及单独可寻址的遮挡元件188，并且遮挡层可以是透明的、半透明的或完全遮挡的。在图16中，观察者1050观察中继全息对象表面121B，但是遮挡元件188的图案被配置为使得观察者1050不接收来自真实世界背景图像表面123A的在全息对象121B后面的部分的光，沿着示出为光线131B的延伸的线132D，使得中继全息对象表面121B看起来遮挡真实世界背景图像表面123A，其方式与放置在中继全息对象表面121B处的真实对象遮挡背景图像表面123A的方式相同。在一个实施例中，像图11C中的对象155A的真实世界遮挡对象可以替代由遮挡层151、152和153组成的遮挡系统。在另一个实施例中，图10A-B中所示的可选光学折叠系统1150，图10C中所示的选择性折叠系统1160或图10D中所示的选择性折叠系统1170可分别用于中继对象121B，122B的光路131B，132B中。如果选择性光学折叠系统1160或1170被配置为仅增加光路131B和132B上的路径长度，而不是光路133A上的路径长度，并且这些选择性折叠系统1160或1170的光路长度被制成足够长，那么观察者1050可以感知到将位于真实世界对象123A的表面之后的中继全息表面121B和122B。在这种情况下，中继图像源光场显示器1001A的路径中的遮挡系统可以提供对非中继图像表面123A后面的背景中继对象121B或122B的遮挡。
在一个实施例中，可以使用具有镜面的中继器，其可以包括曲面镜或菲涅耳镜，以中继全息对象表面和真实世界对象的图像表面。图17是具有与图15中所示的中继配置类似的中继配置的显示系统，其中由回射器1006A和可选的附加回射器1006B组成的中继系统5020已经被由可以包括弯曲反射镜的镜面1007A和可选的附加镜面1007B组成的中继系统5050替换，所述反射镜表面可以正交放置并且可以包括弯曲反射镜。中继系统5050在图5E中示出并且在上面进行了描述。图17是图11B的中继系统，用中继器5050代替5001。在图17中，光学折叠系统1150不是分别放置在投影全息对象表面121A和122A的光路131A和132A中，而是光学折叠系统1150放置在第二图像源的光路133Y中，其可以是发射或反射光的真实世界对象123A。每个中继对象表面的放大或缩小可以取决于源对象到反射镜系统的有效焦点的距离，如上文参考图4D、5D和5E所示的曲面反射镜中继配置所描述的。在图17中，来自真实世界对象123A的光133Y穿过光学折叠系统1150，进入光线133A，其中光学折叠系统1150，如图10A和10B所示，使中继真实世界图像表面123B远离中继系统5050移动。来自真实世界对象123A表面的光133A由光学组合系统的分束器101A的第一输入接口接收，来自全息对象表面121A和122A的光131A和132A通过分束器101A的第二输入接口接收。组合光被中继系统5050接收。上面参考图5E描述了中继系统5050和5050内的光的详细反射。接收光131A，132A和133B的第一部分从分束器101B向右反射，接着在与接近方向相反的返回方向上从第一反射镜1007A反射，并穿过分束器101B进入光路131C，132C和133C，分别形成中继图像表面121B，122B和123B。接收光131A、132A和133B的第二部分被分束器101B透射，并沿附加接近方向垂直地继续，从可选的反射镜1007B沿通常与附加接近方向相反的附加返回方向反射，然后从分束器101B反射到基本上相同的光路131C、132C和133C中，也贡献光以分别形成中继图像表面121B、122B和123B。在存在两个镜面1007A和1007B的实施例中，可能希望它们在几何上匹配，放置在距离中继系统5050的分束器101B相等的距离处，并且彼此正交。中继系统5050也可以在仅存在镜面1007A或1007B之一的情况下实施。在一个实施例中，使用线性偏振分束器101B，并且可以包括包括四分之一波长延迟器的可选光学元件1041A和1041B以允许在从镜面1007A或1007B反射之后返回分束器101B的光处于与接近反射镜1007A或1007B的光的线性偏振状态相反的线性偏振状态，并且这允许减少来自分束器101B的不希望的反射，如上面参考图5C和5E所描述的。为了简化，图17中未示出来自全息对象122A的光线132A的全光路和用于中继全息对象122B的中继光线132C(见图5E的讨论)。最后，可以包括在遮挡层151、152和153上的单独可寻址遮挡区域188的遮挡系统可以阻挡来自真实世界对象123A表面的一部分的中继光，导致观察者1050不能看到中继全息图像表面122B后面的真实世界对象123A的中继图像表面123B的涂黑区域189，导致中继全息图像表面122B后面的中继背景图像表面123B的自然遮挡处理。
图18是一个显示系统，其类似于图17的显示系统作用，但是用具有由反射式菲涅耳镜1008A和可选的反射式菲涅耳镜1008B组成的中继器5060来代替图17中的中继系统5050使用。图17中的编号用于图18中类似的元件。图18是图11B的中继系统，用中继器5060代替5001使用。如在图5E所示的中继系统5050的上述讨论中发现的，中继系统5060可以在去除菲涅耳反射器1008A或1008B的情况下实施。为了讨论图5F中的5060，上文描述了中继系统5060内的详细反射。
图19是图11G的显示系统，具有由图像组合器101和菲涅耳镜1008B组成的中继器5060，其中全息对象的表面由中继器5060中继，并且通过该中继器5060可以看到真实世界背景。如果通过将菲涅耳镜1008B更换为如图5E所示的曲面镜1007B来用中继器5050代替中继器5060，则图19的显示系统的功能将是相同的。显示平面1021A周围的全息对象表面121A和122A分别中继到虚拟屏幕平面1022A周围的中继全息图像表面121B和122B。中继系统5060可以被认为用作光学组合器，光学组合器用于分别来自由光场显示器1001A投影的全息对象表面121A和122A的光线131A和132A以及来自真实世界背景对象123A的表面的光线133A，光线仅通过光学组合器101。来自全息对象的表面121A和122A的光线131A和132A的一部分被中继器5060接收，通过图像组合器101，从菲涅耳镜1008B反射成光线131B和132B，然后从图像组合器101朝向光线131C和132C反射，它们会聚以分别形成全息对象121B和122B。上述光学折叠系统1150、1160或1170是可选的。在图19所示的示例中，由于具有一个或多个遮挡层151，152和153的遮挡系统150的操作，观察中继全息图像表面122B的观察者1050可能不能看到中继全息图像表面122B后面的背景现实对象表面123A，如上所述，该遮挡层可包括单独可寻址的遮挡区域188。遮挡系统150的操作允许观察者1050观察中继全息图像表面122B，因为它是遮挡中继背景对象表面123B的真实对象。线132D示出了形成中继全息图像表面122B的光线132C的延伸，示出了遮挡区域188如何与这些线中的每条相交以衰减或阻挡这些光线。遮挡图案188可以通过实验，计算，算法或使用其它方法来确定。
本公开中以上所示的大多数中继系统允许中继位置分布在中继虚拟屏幕平面周围，该虚拟屏幕平面从光场显示屏平面旋转90度或180度。图20示出了具有串联中继系统5100的显示系统的示例，该串联中继系统由透射回射器2051、反射表面2060和若干光学层2061、2062和2063组成，其中光场显示屏幕平面1021A和中继虚拟屏幕平面1022A是平行的。一些光学层2061、2062和2063是可选的。中继系统5100的反射器2060被配置为接收从光场显示器1001A投影的光线2071并将接收到的光反射成光线2072，并且回射器2051被配置为将这些光线2072回射成光线2073，该光线在离开中继系统5100之前追踪反向路径。透射回射器2051用于聚焦光线2073，产生中继虚拟屏幕平面1022A。中继系统5100中的光学层有许多配置选项。在一个实施例中，反射器2060可以包括半反射镜，而在其它实施例中，反射器2060可以包括反射偏振器。在反射器2060是反射偏振器的情况下，反射器2060可以反射第一线性偏振状态L1的光，并且透射正交的第二线性偏振状态L2的光，或者反射器2060可以被配置为反射第一圆偏振状态C1的光，并且透射第二圆偏振状态C2的光。如果反射器2060是反射偏振器，则光学层2061、2062和2063可以被配置为将首先接近反射偏振器2060的光2071的偏振设置为将被光线2071反射的第一状态，并且将在第二通道上接近反射式偏振器2060的光2073的状态设置为与第一状态正交的第二偏振状态，因此它将通过反射式偏振器2060。这可以通过多种方式实现。在一个示例中，如果反射偏振器2060反射第一线性偏振状态L1的光，并且透射与第一状态L1正交的第二线性偏振状态L2的光，那么在光线2071上接近反射器2060的光应该具有线性偏振L1，在光线2073上接近反射器2060的光应该具有线性偏振状态L2。为了实现这一点，光学层2061可以被配置为包括偏振滤光器，其吸收状态L2的光并透射状态L1的光。或者，在显示器仅在L1状态下产生光的实施例中，如一些LC面板，可以省略层2061。光学层2062可以是快轴角为45度的四分之一波长延迟器，在回射器2051的对面的光学层2063可以是相对快轴角为-45度的四分之一波长延迟器。在此配置中，光线2071在A点可能同时具有L1和L2偏振状态，在B点仅包含L1偏振状态，在C点被转换为第一圆偏振状态C1，它将通过回射器到达D点，在E点转换回L1偏振状态，在F点以L1态反射成光线2072，在G点成为第一圆偏振状态C1，作为反射的结果，在点H反射成具有反向第二圆偏振状态C2的光线2073，在点I被转换成第二线偏振状态L2，在点J处穿过透射反射器2060。在其它实施例中，反射器2060可以是反射偏振器，它透射第一圆偏振状态C1的光，并反射第二圆偏振的正交状态C2的光，对于反射光有或没有C2到C1的变化。此外，透射回射器2051有可能被配置为依赖于偏振，从而它透射第一偏振状态的光，并反射或吸收与第一偏振状态正交的第二偏振状态的光，这些偏振状态为线性偏振状态L1和L2或圆形偏振状态C1和C2。
包括上述透射回射器2051的中继系统5100将反转对象图像表面和对应中继图像表面的深度剖面。图21A示出了从LF显示器1001A投影并由观察者1048观察到的全息对象表面121Z和122Z。对于要由中继系统5100中继的这些全息对象，因此它们相对于虚拟屏幕平面出现在与它们相对于显示屏幕平面1021A相同的方向上，u-v角坐标的极性可以反转，如图2B和2C所示。图21B示出了当图21A中的所有u-v角坐标已被反转时获得的全息对象表面121A和122A的投影。图21C是示出如何通过利用包括图20所示的透射回射器2051的中继系统5100来中继图21B所示的全息对象的显示系统的视图。分别形成全息对象表面121A和122A的光线131A和132A在第一接近路径中穿过透射回射器2051以及光学层2061、2062和2063，因为它们在从反射器2060反射之前发散。反射光线131B和132B在第一返回通路中继续发散，因为它们在第二接近通路中从透射反射器2051回射之前穿过一个光学层2063，从而形成光线131C和132C，这些光线现在被聚焦以分别形成中继全息图像表面121B和122B。LF显示屏幕平面1021A被中继到虚拟屏幕平面1022A。图21C中的观察者1050与图21A中的观察者1048看到相同的全息对象分布，以及这些全息对象的相同的深度剖面。
图22示出了一个显示系统，使用具有透射回射器2051的中继系统5100，采用光学折叠系统1150，并且以允许遮挡处理的方式中继全息对象和真实世界对象的图像。图22是图11A的带有中继系统5100的配置。图11A的编号在图22中使用。光学折叠系统1150分别接收来自全息对象表面121A和122A的光线131A和132A，并且随着光线继续分别发散成光线131B和132B而增加这些光线的路径长度。包括分束器101的光学组合系统组合来自光学折叠系统1150的光线131B和132B以及来自真实世界对象123A的表面的光线133A，其中一些光线133A可能部分或全部被遮挡系统150遮挡，在一个实施例中，遮挡系统可以包括在一个或多个遮挡层151、152和153上的多个单独寻址的遮挡区域188。如上所述，这些层151、152、153可以是透射OLED面板或LCD面板的一部分，并且单独可寻址的元件可以配置为完全不透明、半透明或基本透明。来自全息对象表面121A和122A的光线131B和132B的一部分分别被分束器101朝向中继系统5100反射为光线131C和132C，并且这些光线被中继系统5100中继成会聚光线131D和132D，所述会聚光线分别形成中继全息图像表面121B和122B。显示表面1021A被中继到虚拟显示平面1022A中。上面参考图21C描述了中继系统5100的操作。来自真实世界对象123A的光线133A的一部分通过图像组合器101，然后被中继到形成中继真实世界图像表面123C的光线133B。如上所述，对于观察者1050，遮挡区域188可以导致来自中继真实世界图像表面123C的部分189的光线在中继全息图像表面121B后面不可见，如观察者1050所看到的。以此方式，中继全息图像表面121B似乎遮挡了真实世界对象123A的中继背景图像表面123C，就像中继全息图像表面121B是真实物理对象一样。在图22所示的实施例中，角度滤光器124吸收来自真实世界对象123A的光线133R，该光线相对于角度滤光器124的表面的法线具有超过阈值的角度。
图22中所示的中继系统5100在将全息对象表面121A和122A中继到中继全息图像表面121B和122B时可以导致全息对象表面121A和122A的深度剖面的反转。这可以使用图2B和2C中所示的u-v角光场坐标的反转来计算校正。然而，当中继该对象的图像以形成中继图像表面123C时，中继系统5100还反转真实世界对象123A的深度剖面，并且构造具有补偿反转深度剖面的真实世界场景123A可能非常困难或不可能。如本公开前面所讨论的，另一种方法是通过用相同对象的中继深度反转图像替换真实世界对象123A来反转真实世界对象的深度。
图23示出了图22的显示系统配置，但是图22中的真实世界对象123A已经使用输入中继系统5030被真实世界对象123A的中继图像表面123B替换，其在一个实施例，可以包括透射反射器。图22的编号适用于图23。图22也是图11A的具有中继系统5100的配置，其中真实世界对象123A被中继两次。在图23中，来自真实世界对象123A的表面的光133X被中继器5030中继以形成真实世界对象123A的深度反转中继图像123B。真实世界对象123A的深度反转中继图像123B再次由中继器5100中继到与真实世界对象123A具有相同深度剖面的真实世界对象123C的中继图像。结果，观察者1050观察到的真实世界对象123C的中继表面与真实真实世界对象123A具有相同的深度剖面。一个或多个遮挡层150、151和152设置在真实世界对象的前面，经过中继器5030和中继器5100中继后，中继遮挡平面将位于真实世界对象的二次中继表面123C和观察者1050之间。这些遮挡层上的可寻址区域188可以被激活以阻挡来自真实世界对象123A的光的一部分，因此，对于在中继表面121B，122B和123C的视域中的观察者1050，来自真实世界对象的中继表面123C的相应遮挡部分189的光在全息对象(例如121B)的前景中继表面之后将是不可见的。控制器190可以向光场1001A发出显示指令并且同时向遮挡层151、152和153发出遮挡指令以正确地实现遮挡。图像123C相对于真实世界对象123A的上下翻转可以通过旋转真实世界对象123A或使用一个或多个反射镜来校正。在图23所示的实施例中，角度滤光器124吸收来自真实世界对象123A的光线133R，该光线相对于角度滤光器124的表面的法线具有超过阈值的角度。
可以使用简单的透镜系统作为中继器。图24示出了使用由一个或多个透镜446和447组成的中继系统5070系统实现全息对象和真实世界对象的图像的同时中继的显示系统。中继系统5070在本公开的前面参考图4E进行了介绍。图24是图11B所示的结构，其中使用了中继器5070。图23的编号在图24中用于类似的元件。在图24中，分别来自全息对象表面121A和122A的光131A和132A通过光学组合系统101与来自真实世界对象123A的表面的光133Y组合，该光学组合系统可以包括分束器，并且组合光被由一个或多个透镜446和447组成的中继系统5070接收。透镜446和447可以是凹透镜、凸透镜、诸如菲涅耳透镜的衍射透镜或任何其它类型的简单或复合透镜。在图24中，仅显示了一个菲涅耳透镜446的聚焦效果。分别来自全息对象表面121A和122A的光线131A和132A分别被透镜系统5070聚焦成会聚光线131C和132C，这些光线分别在中继虚拟屏幕平面1022A周围分布的中继位置处形成中继全息图像表面121B和122B。光线133A被透镜中继器5070聚焦成光线133C，该光线形成真实世界对象123A的中继图像表面123B。可以包括在遮挡平面151、152和153上的一个或多个遮挡区域188的遮挡系统150可以用于阻挡来自中继真实世界图像表面123B的一部分189的光线，使其在观察者1050正在观察中继全息图像表面121B时不到达观察者1050，使得中继全息图像表面121B看起来是遮挡中继真实世界图像表面123B的真实对象。为了增加穿过中继系统5070的光线的光路长度，并改变中继全息图像表面121B和122B的位置，以及真实世界对象123A的中继图像123B的位置，光学折叠系统1150(或1160、1170)可以在1150A处放置在中继器5070之前，或者在1150B处放置在中继器5070之后。可以将诸如1150、1160或1170的光学折叠系统放置在来自真实世界对象123A的表面的光线133Y的路径中，以允许真实世界对象123A和遮挡平面更靠近分束器101用于更紧凑的设计。
保持深度剖面的中继系统能够将由立体，自动立体或多视图显示器呈现的场景，由立体3D显示器投影的对象，由光场显示器投影的全息对象，发射光的真实世界对象，以及在它们最初存在时或在它们被中继之前最初被投影时反射光的真实世界对象传输到另一位置。图9A和9G呈现了由两个单独的中继器组成的中继系统，其中第一中继器的深度剖面反转基本上被第二中继器的深度剖面反转取消。可以构建一种成像，其中来自对象的光路由同一中继器中继两次。即使中继器在中继器的每次通过期间反转对象的深度剖面，两次通过继电器将恢复对象的深度剖面。这样的配置可以具有在没有深度反转的情况下中继对象的优点并且可以在材料和大小方面是经济的。图25A是包括中继系统5110的显示系统的正交视图，其中来自至少一个对象的光通过从一个或多个反射镜反射两次穿过相同中继器而被中继。图25A是图11B的显示系统，其中使用中继系统5110代替5001。
光学组合系统101包括第一输入接口，第一输入接口被配置为接受来自形成图像表面121A的第一图像源1001的沿路径131A的光；第二输入接口，配置为接受来自第二图像源123A沿路径133A的光。图25A的配置是使用中继器5110的图11B的配置，其中中继器5110由透射反射器5030和两个反射镜2510A和2510B组成。如上面参考图11A-D所描述的，第一1001和第二123A图像源中的至少一个可以包括：2D显示器、立体显示器、自动立体显示器、单轴多视图显示器(例如，仅水平视差或HPO显示器)、空间3D显示器、光场显示表面、发射光的真实世界对象、反射光的真实世界对象或表面的中继图像。在图25A中示出的示例中，对于本讨论，第一图像源是能够操作以限定全息图像表面121A的光场显示器1001，并且第二图像源123A可以是具有2D显示表面的2D显示器或具有反射或发射表面的真实世界对象。由中继器5110接收的由图像组合器101组合的光线包括来自全息对象121A的第一表面的光线131A和来自2D显示器的第二表面的或真实世界对象123A的光线133A，其中光线131A由第一图像源光场显示器1001投影并由101偏转成光线131B，光线133A穿过图像组合器101。来自显示器或真实世界对象123A的光线133A被中继成朝向虚拟会聚点2511A聚焦的光线133B。光线133B从第一反射镜2510A反射成光线133C，光线133C会聚在第一虚拟显示平面123B处，第一虚拟显示平面123B是2D显示器或真实世界对象123A的中继表面。光线133C继续，从第二反射镜2510B反射到光路133D中。光路133D从虚拟会聚点2511B发散。这些光线133D再次被中继器5030接收并且被中继到光路133E中，该光路会聚以形成第二虚拟显示平面123C，第二虚拟显示平面是2D显示器或真实世界对象123A的二次中继表面。来自全息对象121A的光线131B没有示出为在图25A所示的中间步骤期间被中继，但是这些光路被图25A所示的中继器以与来自显示器或真实世界对象的光线133A大致相同的方式中继，被中继为形成中继全息图像表面121B的光线131C。一个或多个遮挡平面151A可以是LC显示面板、透射LED或LED面板或具有单独可寻址的遮挡位点188的一些其它类型的面板的一部分。可以选择一个或多个遮挡平面151A与显示器或真实世界对象123A之间的距离，使得对应的中继遮挡平面151B与中继全息对象121B重合，如图25A所示。为了这样安排，一个或多个遮挡平面151与2D显示器或真实世界对象123A之间的距离应该被调整，使得遮挡平面151A和投影全息对象表面121A与图像组合器101等距，使得2D显示器或真实世界对象123A的中继表面123C可以以尽可能自然的方式遮挡，以免被观察者1050在中继全息图像表面121B后面看到(参见图9B、9C和9D)。这样做可以向观察者1050提供正确的深度提示，即中继全息图像表面121B在虚拟对象平面123C的前面。控制器190可以生成用于光场显示器1001的显示指令以及将配置指令发送到一个或多个遮挡平面151A。在另一实施例中，如图9B的配置所示，可以将一个或多个遮挡平面151A在与中继全息图像表面121B显着不同的位置处中继到虚拟遮挡平面151B，但仍将为观察者1050提供有效的遮挡。在另一个实施例中，在图25A中，全息显示器1001与对象123A交换，反之亦然，其中中继对象平面将在中继全息对象前面被看到，并且全息对象可能被遮挡而不能直接在中继对象平面的部分后面被看到。在另一个实施例中，在图25A中，来自全息对象121A的光线131A可以通过放置在两个反射镜2510A和2510B之间的图像组合器与来自对象123A的光线133B、133C或133D组合，从而允许对象123A位于更靠近透射反射器中继器5030的位置。在该配置中，来自全息对象131A的光可以从图25A中的反射镜2510A-B中的一个或两个反射，并且该光131A可以仅通过一次通过透射反射器5030来中继。在另一实施例中，两个反射镜2510A和2510B可以由三边矩形或正方形配置中的三个反射镜代替，其中反射镜的三个边可以彼此正交并且矩形或正方形的第四边由透射反射器5030形成。在另一个实施例中，两个或更多个反射镜可以用于与图25A中所示的配置不同的配置中，以通过使光多次通过同一中继器来中继来自对象的光。接下来描述具有透射反射器和单个反射镜的实施例。
图25B由具有中继系统5120的显示系统的两个正交视图组成，其中来自至少一个对象的光通过两次通过同一中继器并从反射镜反射而被中继。光学组合器101C包括第一输入接口，第一输入接口被配置为接受来自形成对象表面121A的图像源1001的沿路径131A的光；和第二输入接口，第二输入接口被配置为接收来自第二图像源123A的沿路径133A的光。图25B的配置是使用中继器5120的图11B的配置，其中中继器5120由透射反射器5030、反射镜2510C和分束器101D组成。如上面参考图11A-D所描述的，第一1001和第二123A图像源中的至少一个可以包括：2D显示表面、立体显示表面、自动立体显示表面、多视图显示表面，其可以是仅水平视差(HPO)多视图显示器(例如透镜显示器)的表面、空间3D显示器的一个或多个表面、发射光的真实世界对象的表面或反射光的真实世界对象的表面。在图25B所示的示例中，对于本讨论，第一图像源是能够操作以限定全息图像表面121A的光场显示器1001，并且第二图像源123A可以是具有2D显示表面的2D显示器或具有反射或发射表面的真实世界对象。图25B中的侧视图2501揭示了由图像组合器101C接收的光线包括来自由第一图像源光场显示器1001投影的全息对象121A的第一表面的光线组131A，以及来自第二图像源2D显示器或真实世界对象123A的光线组133A。形成全息对象121A的光线131A包括由图像组合器101C偏转成光线1310B的光线1310A。来自2D显示器或真实世界对象133A的光线133A包括以不同角度投影的光线1330A和1331A，其中光线1330A和1331A与光线1310B组合并被中继系统5120的分束器101D接收，并且这些光线1330A、1331A和1310B分别被中继系统5120的分束器101D偏转成光线1330B、1331B和1310C。
图25B中的俯视图2502示出了来自全息对象121A的光线1310C和来自2D显示器或真实世界对象123A的光线1330B和1331B如何穿过中继系统5120。光线1310C被透射反射器5030中继成光线1310D，于是1310D从反射镜2510C以相同的接近角反射成光线1310E，光线1310E再次被透射反射器5030中继到光路1310F中，光路1310F有助于形成中继全息对象121B的表面。类似地，透射反射器5030将1330B和1331B分别中继到光路1330C和1331C中，朝向反射镜，从反射镜反射到光路1330D和1331D中，然后光路1330D和1331D由透射反射器5030中继为光路1330E和1331E，光路1330E和1331E通过穿过分束器101D离开中继器5120，并会聚以形成中继对象123B，中继对象123B可以是2D显示器123A的中继表面或真实世界对象123A的中继表面。在图25B中，一个或多个遮挡平面151A可以在遮挡位置例如188遮挡来自对象2511A的光的一部分，以便阻挡来自在中继全息图像表面121B后面的2D显示器或真实世界对象的中继表面123B的部分的光，使其不能到达观察者1050。控制器190可以生成用于光场显示器1001的显示指令以及将配置指令发送到一个或多个遮挡平面151A。在图25B中，全息对象121A比2D显示器或真实世界对象123A更靠近第一图像组合器101C，并且对应的中继对象121B比中继对象123B更靠近观察者1050。因此，该中继器5120可能不会反转深度。图25B可以具有位于透射反射器5030和反射元件2510C之间的可选光学元件1041A，其可以是四分之一波长延迟器。如果使用偏振分束器101D，则由中继器5030接收并朝向反射元件2510C中继到相应光路1330C、1331C和1310D的大部分光1330B、1331B和1310C可以具有第一偏振状态。四分之一波长延迟器1041A和反射表面2510C的组合可以将这些光路改变为与第一偏振状态正交的第二偏振状态，因为它们再次被中继器5030接收并通过分束器101D中继，因此这些光线中的大部分将通过而不被偏转。这可使中继系统5120的光损失更少。
图25C是成像中继系统2503的正交视图，该成像中继系统包括透射反射器5030，在透射反射器的一侧具有偏振分束器2521；以及与四分之一波长延迟器2522配对的反射镜2510D，反射镜的平面相对于透射反射器5030的表面设置成锐角。偏振分束器2521的平面平行于透射反射器5030的面放置，在反射镜的一侧，偏振分束器2521可能附接到5030的表面。偏振分束器2521可以通过第一线性偏振状态的光并且反射与第一线性偏振状态正交的第二线性偏振状态的光。在一些实施例中，偏振分束器2521可以通过第一圆偏振状态的光并且反射与第一圆偏振状态正交的第二圆偏振状态的光。在一些实施例中，四分之一波长延迟器2522是另一个偏振元件，例如半波片，或者可以完全不存在。四分之一波长延迟器2522的平面被设置为平行于反射镜2510D的平面，在反射镜的反射部分上，并且可以附接到反射镜的平面。在一个实施例中，反射镜2510D和透射反射器5030之间的角度约为22.5度，但也可以实现具有不同角度的其它配置。沿路径1到中继系统2503的由实线表示的第一线性偏振状态的入射光线由透射反射器5030接收，并中继到路径2中，穿过偏振分束器2521并朝向反射镜2510D。在沿着路径2到达反射镜2510D之前，四分之一波长延迟器2522将光2的偏振状态从第一偏振状态改变为第一圆偏振状态。当该光2从反射镜反射到路径3中时，第一圆偏振状态被转换成与第一圆偏振状态正交的第二圆偏振状态。在再次通过四分之一波长延迟器2522之后，路径3上的光被转换为路径2上的与第一线性偏振状态正交的第二线性偏振状态的光，由沿路径3的虚线表示。换言之，路径2的线性偏振状态的光在第一次通过四分之一波长延迟器2522、从反射镜2510D反射并第二次通过四分之一波长延迟器2522时已从第一状态转换为第二状态，这在本领域中是众所周知的。第二线性偏振状态的路径3上的光从偏振分束器2521反射到路径4而不改变状态，因此图25C中路径4的线显示为剩余的虚线。在路径4从反射镜反射时，路径4的第二线性偏振状态变为路径5的第一线性偏振状态，其显示为实线。这种偏振状态的光可以通过偏振分束器2521，因此路径5被透射反射器中继成路径6，其中路径6在点25115处与路径1相交。可以通过改变反射镜2510D和透射反射器5030之间的距离25114来调整入射光线的这个交点25115。中继系统2503是可逆的-在图25C的示例中，路径1上输入的光被中继到路径6中，但是路径6输入的光将被中继到路径1中。这意味着来自点25115的由中继系统2503接收的光将返回到该点，并交换光线角度。
图25D是在图25C所示的中继系统内针对来自点源的三个输入角度产生的光路的正交视图。沿光路25117A、25118A和25119以三个角度输入的光通过公共点25116，被中继器接收，被反射，并分别沿路径25117B、25118B和25119离开中继器。沿中心路径25119输入的光沿同一中心路径返回，但方向相反。沿着路径25117A由中继器2503以相对于该中心路径25119的入射角
Figure BDA0003686320340000833
接收的光线沿着路径25117B以入射角的负值
Figure BDA0003686320340000832
返回。
图25E是使用图25C所示的中继系统2503将对象2521A中继到中继对象2521B的显示系统。包括沿着光路2522A、2532A和2542A的光线的光线2550被朝向图像组合器101E引导。光路2522A被图像组合器101E反射成路径2522B，路径2522B被中继系统2503接收并中继到光路2522C，光路2522C通过图像组合器101E。类似地，光路2532A被图像组合器101E反射到路径2532B中，该路径被中继系2503接收并中继到直接通过图像组合器2503的光路2532C。离开对象2521A的垂直光路2542A被图像组合器101E反射，沿光路2542B在朝向中继系统2503的方向上被中继系统2503接收，沿光路2542B在远离中继系统2503的相反方向上中继返回，并直接通过图像组合器101E。中继光路2522C、2532C和2542B会聚以形成中继对象2521B。在图25E中，中继系统2503和中继对象位置2521B之间的期望距离2525可以通过调整图25C中所示的反射镜2510D和透射反射器5030之间的距离25114来调整。对象2521A和图像组合器101E之间的距离可以被设置为等于中继对象2521B和图像组合器101E之间的距离。在一个实施例中，对象2521A可以被以下任何一种替换：2D显示表面、立体显示表面、自动立体显示表面或诸如透镜显示器之类的仅水平视差多视图显示器。
中继全息对象和真实世界对象的运动
本公开已经提出了将全息对象与真实世界对象的图像组合在一起的多种方式，使得它们一起出现在大致相同的位置，并且与真实世界对象的图像重叠的全息对象的遮挡可以使用遮挡屏障进行处理。有几种方法可以处理全息对象或真实世界对象的运动，如下所述。
图26A是图11A所示的相同显示系统，但其中中继系统5000用箭头示出中继全息对象表面121B和122B如何可以计算地移动。中继器5000将来自从第一图像源光场显示器1001A投影的全息对象表面的光与来自一个或多个真实世界对象的第二图像源的光同时中继，总结了图9A和图11-24中所示的许多系统。图11A中的编号适用于图26A。中继系统5000示为反转中继对象的深度剖面(例如中继全息对象表面121B和122B具有与投影对象表面121A和122B相反的深度剖面)，但这里的讨论也适用于图11B所示的显示系统，其中中继器5001保留了被中继的表面的深度排序。图26A所示的讨论也适用于图11D和11E所示的变体，其中第一和第二图像源各自包括：2D显示表面、立体显示表面、自动立体显示表面、多视图显示表面，其可以是仅水平视差(HPO)多视图显示器(例如透镜显示器)的表面、空间3D显示器的一个或多个表面、光场显示表面、发射光的真实世界对象的表面或反射光的真实世界对象的表面。在一个实施例中，中继系统可以包括控制器190，控制器被配置为向光场显示器1001A和一个或多个遮挡平面151、152和153提供显示指令。图26A示出了全息对象是如何在计算上完全移动的。在图26A中，通过控制器190向显示器1001A提供显示指令，全息对象表面121A沿由箭头A表示的方向移动。可以从渲染引擎确定显示指令。控制器190还可以向遮挡系统150发出指令，在一个实施例中，该遮挡系统可以包括遮挡平面151、152和153，以提供正确的实时遮挡区域188以遮挡来自真实世界对象123A的光线使得对于观察者1050的可能观看位置，在移动的中继全息图像表面121B后面的真实世界对象123A的中继图像表面123B的部分189不透射光。遮挡区域188在188附近沿箭头A表示的方向移动，继而，中继图像表面123B的遮挡部分189将在189附近沿箭头A表示的方向移动。所有这些运动都是通过计算实现的。在一个实施例中，光学系统包括控制器190，该控制器能够操作以使遮挡区域188的移动与视域中的图像表面121B或122B的移动相协调。
在一个实施例中，图26A中的遮挡屏障151、152和153可以用至少一个真实世界遮挡对象代替。在一个实施例中，至少一个遮挡对象可以被配置为与中继全息对象121B、122B具有相同的尺寸并且与全息对象的移动同步地机械移动，其中可以计算地移动全息对象。图26B是图26A的显示系统，其中真实世界对象121AS代替了图26A所示的遮挡系统150中的遮挡屏障151、152和153。图26A的编号在图26B中使用。真实世界对象121AS被设计为遮挡对象，其可以被漆涂成哑光黑色或具有吸光纹理并且具有由电机控制的位置。在图26B中，全息对象表面121A通过来自控制器190的显示指令在121A附近沿箭头B向左移动。作为响应，中继全息图像表面121B响应于被移动的全息对象表面121A而在121B附近沿箭头B垂直移动。在一个实施例中，对象121AS可以机动化，并且控制器190也可以向电机发出指令，该电机在121AS附近沿箭头B的方向移动遮挡对象121AS。移动的机动遮挡对象121AS阻挡离开真实世界对象123A的光线，允许中继真实世界图像表面123B的遮挡部分189在189附近沿箭头B垂直移动，移动以跟踪中继全息图像表面121B的运动，使得中继的全息图像表面121B看起来遮挡了真实世界对象123A的中继背景图像表面123B。在一个实施例中，至少一个遮挡对象121AS机动化。在又一实施例中，光学系统包括控制器190，该控制器能够操作以使至少一个遮挡对象121AS的移动与视域中的图像表面121B或122B的移动相协调。
在一个实施例中，中继全息图像表面121B和122B以及真实世界对象的中继图像表面123B的运动可以通过简单机械地移动中继系统5000或中继系统5000的一部分来实现。图26C是图26A的显示系统，示出了当中继系统5000在中继器5000附近沿箭头C的方向垂直移动时图26A所示的许多元件的运动方向。图26A的编号在图26C中使用。中继器5000的这种运动导致中继图像121B、122B和123B，以及被进一步投影的中继图像的向上运动，用于靠近中继对象121B、122B和123B的沿相关箭头C的朝页面左上角斜向上的组合运动。取决于使用中继系统5000的哪种配置，在某些情况下，控制器190可以向遮挡层151，152和153发出指令以调整由向下箭头C表示的遮挡区域188，使得真实世界对象123A的中继图像表面123B的遮挡部分189跟踪中继全息对象图像表面121B的运动，使得中继全息图像表面121B继续呈现为遮挡真实世界对象123A的中继图像表面123B。在一个实施例中，中继系统5000包括机械机构，该机械机构能够操作以赋予中继系统相对于至少一个遮挡层151、152或153以及第一和第二图像源1001A和123A的运动，其中中继系统相对于光学系统的其余部分移动。在另一个实施例中，中继系统5000包括控制器，控制器能够操作以使中继系统的移动与限定在视域中的图像表面121B、122B的移动相协调，从而可以实现中继图像表面的期望移动。在又一个实施例中，中继系统包括控制器190，该控制器能够操作以使中继系统5000的移动与由至少一个遮挡层151，152或153限定的遮挡区域188的移动相协调，以便允许在中继对象121B，122B和123B响应于中继移动而移动时对所述中继对象进行可调节的遮挡处理。图26C中所示的光学显示系统可以具有由诸如图26B中所示的121AS的真实世界遮挡对象组成的遮挡系统。在一个实施例中，中继系统5000包括机械机构，该机械机构能够操作以赋予中继系统相对于至少一个遮挡对象121AS以及第一和第二图像源1001A和123A的运动，并且控制器190能够操作以当中继对象121B、122B和123B响应中继运动而移动时，使中继系统5000的移动与至少一个遮挡对象的移动相协调，以便正确地解决遮挡。在又一个实施例中，中继系统包括机械机构，该机械机构能够操作以赋予中继系统5000相对于至少一个遮挡对象121AS以及第一和第二图像源1001A和123A的运动，并且控制器190能够操作以使中继系统的移动与图像表面121B、122B和123B在视域中的移动相协调。
图26D是图26A的显示系统，示出了用于中继系统5000的一些部件的机动运动的三个其它选项D、E和F。图26A的编号在图26D中使用。在选项D中，光场显示器1001A由电机沿方向D向上移动。作为响应，中继全息图像表面121B和122B在这些对象附近沿箭头D向右移动。在一个实施例中，第一和第二图像源1001A和123A中的至少一个可移动，以赋予相对于至少一个遮挡层的运动。在另一个实施例中，第一和第二图像源1001A和123A中的至少一个可移动，以赋予相对于至少一个遮挡对象的运动。在选项E中，真实世界对象123A在123A附近由电机沿箭头E的方向向下移动，但没有其它任何移动。作为响应，真实世界对象123A的中继图像表面123B在123A附近沿箭头E向上移动，但中继全息图像表面121B和122B不移动。最后，在选项F中，包括光场显示器1001A、中继系统5000、光学组合系统101、真实世界对象123A、光学折叠系统1150和遮挡系统150的遮挡屏障151、152和153的所有硬件部件与马达一起沿方向F移动。这使得中继全息图像表面121B、122B和中继真实世界图像表面123B沿着在它们相应自的对象旁边显示的箭头F相对于静止的观察者1050移动。最后，虽然在图26A-D中未示出，但可以通过简单地移动遮挡层或遮挡对象来调整遮挡层或遮挡对象。在一个实施例中，至少一个遮挡层152中的遮挡区域188的移动至少部分地通过至少一个遮挡层的物理运动来实现。在一个实施例中，至少一个遮挡层中的遮挡区域至少部分地通过调制至少一个遮挡层中的单独可寻址的元件来实现。
图26A-D中所示的运动是特定方向上的示例性运动，并且对于显示系统26A的元件来说许多其它运动方向是可也能的。如前所述，图11A-H中所示的显示系统的其它配置或者本公开中呈现的具有中继器的任何其它显示系统可以以类似的方式移动中继对象。根据中继器5000或在显示系统中使用的任何其它中继器的配置，这里描述的运动可以伴随投影全息对象表面的缩小或放大，U-V坐标的计算交换为了反转深度，或用于形成投影全息对象表面的光线的U-V映射的计算调整为了使相应的中继对象看起来平滑地移动而没有失真。最后，虽然该讨论集中在光场显示器的第一图像源和具有发射或反射表面的真实世界对象的第二源，但第一和第二图像源可以包括2D显示表面、立体显示表面、自动立体显示表面、多视图显示表面，其可以是仅水平视差(HPO)多视图显示器(透镜显示器)的表面、空间3D显示器的一个或多个表面、光场显示表面、发射光的真实世界对象的表面，或反射光的真实世界对象的表面，如上文对图11A-11I的讨论中所详述的，以及本公开的其它显示配置包括至少一个图像中继器。
多中继器显示系统
通常，成像中继系统的视场(FOV)比显示应用所需的视场更受限制。例如，透射反射器或回射器的FOV约为45度(+/-22.5度)，这意味着由此类部件构建的中继系统可能会限制在此角度输出范围内。为了克服这个限制，使用具有多个中继系统的配置很有用。图27A是两个中继器的表面的正交视图，中继器相对于彼此成一定角度以产生大于单个中继器的任一FOV的组合视场(FOV)。仅显示了每个中继器的出口表面2701A和2701B。虽然该表面被示为有角度的表面，但它可以是有角度的图像组合器或中继器的有角度的透射反射器，例如图9A、9G，图12-19或图25A、25B或25E所示，该表面可以是平面的，类似于图20和图24中所示的中继器。第一中继器2701A可以具有受第一FOV2703A限制的中继光路2702A的输出角度范围，而第二中继器2701B可以具有受第二FOV2703B限制的中继光路2702B的输出角度范围。然而，如果第一中继表面2701A和第二中继表面2701B彼此相邻设置，并且在该配置中相对于彼此旋转角度2704，则可以实现组合FOV2703C，其中来自第一中继器2701A或第二中继器2701B的光路可以从各个角度观察。在一个实施例中，中继系统2701A的视域限定第一视场2703A；其中光学系统还包括附加中继系统2701B，该附加中继系统2701B被配置为将来自至少一个附加图像源的光沿着光路中继到限定第二视场2703B的附加视域，并且其中第一中继系统2701A和附加中继系统2701B对准，使得第一和第二视场被组合以限定组合视场2703C。
图27B是图27A中所示概念的实现的正交视图，包括图14A中所示的两个相同的显示系统1400，每个显示系统1400配置有透射反射器中继器，其中这两个显示系统被布置为使得中继对象的FOV大于任何一个单独的显示系统1400的FOV。分别来自两个显示系统1400A和1400B的中继器5030和50300相对于彼此以角度2704设置。在一个实施例中，角度2704小于90度。在图27B中，图14的编号用于第一显示系统1400A，并且图14A的讨论详细描述了对象如何在该显示系统内中继。在第一显示系统1400A内，中继器5030将投影全息对象121A中继到中继对象121B并且将投影全息对象122A中继到中继全息对象122B。真实世界对象123A的表面通过透射反射器5030A中继到表面123B，并且表面123B通过透射反射器5030中继到真实世界对象123A的中继表面123C。类似地，在第二显示系统1400B内，中继器50300将投影全息表面1210A中继到中继全息对象1210B并且将投影全息对象1220A中继到中继全息对象1220B。真实世界对象1230A的表面通过透射反射器50300A中继到中继表面1230B，并且表面1230B通过透射反射器50300中继到真实世界对象1230A的中继表面1230C。注意，如图所示，来自第一中继器的对象123C和来自第二中继器的对象1230C的二次中继的真实世界图像不重叠。而且，这两个中继对象是上下翻转的。为了实现来自两个中继器的这些中继对象之间的对准，可以进行几次调整。第一调整是使每个中继系统1400A和1400B内的图像组合系统1205A和1205B分别朝向彼此旋转2706A和2706B，每个图像组合系统包括每个中继系统中除了透射反射器之外的所有光学部件。包括第一中继系统1400A的图像组合系统1205A可以逆时针旋转2706A，并且包括第二中继系统1400B的图像组合系统1205B可以顺时针旋转2706B。此外，中继系统1400B之一内的真实世界对象1230A之一可旋转1208约180度的角度，但仍使其表面对准基本上平行于诸如1520A的遮挡层。中继系统1400B内的遮挡区域188B也应该与真实世界对象1230A的移动相协调地移动。此外，为了实现中继真实世界对象123C和1230C之间的垂直对准，真实世界对象123A可以沿箭头1207A指示的方向移动，而真实世界对象1230A可以沿箭头1207B指示的方向移动.第一中继系统1400A内的一个或多个遮挡平面152内的遮挡位点188可以调整到真实世界对象123A的新位置，而第二中继系统1400B内的一个或多个遮挡平面1520A内的遮挡位点188B可以调整到真实世界对象1230A的新位置。可以对投影全息对象121A、1210A、121B和1210B进行与刚刚描述的调整类似的位置调整。图27B中所示的这个示例只是可以对本公开中早先描述的一个或多个中继系统进行的若干调整的一种实施方式，以实现组合FOV。还有图像组合器相对于中继系统具有变化角度的许多其它配置、显示器或真实世界对象的放置、全息对象的投影，以及使用多于一个的中继器实现组合FOV的其它配置，组合FOV大于具有单个中继器的显示系统的单个FOV。
图27C是图27B所示的显示系统的正交视图，其中已经对每个显示系统进行了调整以实现中继对象的重叠。显示系统1401A是图27B中所示的显示系统1400A，具有图27B中所示和上述的一些调整，包括图像组合系统1205A相对于透射反射器5030的旋转2706A、真实世界对象123A到新位置的移动1207A，以及投影全息对象121A和122A的位置分别到新位置121D和122D的可能重新调整。显示系统1401B是图27B中所示的显示系统1400B，具有图27B中所示和上述的一些调整，包括图像组合系统1205B相对于透射反射器50300的转旋2706B、真实世界对象1230A到新位置的平移1207B和旋转1208，以及投影全息对象1210A和1220A的位置分别到新位置1210D和1220D的可能重新调整。显示系统系统1401A和1401B都被示为分别具有控制器190A和190B，其中190A和190B可以是相同的控制器。在图27C中，在中继系统1401A内，来自真实世界对象123A的光线1214A由透射反射器5030A中继到光路1214B。光路1214B形成中继图像123D，并被图像组合器101反射成光线1214C，该图像组合器将这些光路1214C与来自全息对象121D的光1220和来自从光场显示器1001A投影的全息对象122D(为简单起见未示出)的光组合起来。在该图中，来自全息对象121D的光线组1220中只有一条光线1216A被示为继续通过图像组合器101以避免图27C的混乱。光线1214C和光线1216A被示为由中继器5030接收并分别中继到光线1214D和光线1216B，其中中继光线1214D形成真实世界对象123A的中继表面1213的一部分，并且光线1216B形成中继全息对象1211的一部分。请注意，光路1216A在光场角坐标(u,v)＝(0,0)处以垂直于光场显示器1001A的表面的角度投影，但相应的中继光路1216B不垂直于观察者1050，因此具有与(u,v)＝(0,0)不同的光场角坐标。在这种情况下，由光场显示器1001A产生的4D光场坐标可以由控制器190A以计算方式重新映射，使得中继全息对象1211具有预期用于观察者1050的外观和深度剖面。可以激活一个或多个遮挡平面188C以阻挡一些不想要的光路。例如，由真实世界对象123A反射或发射并由组1214A-D中唯一的虚线表示的一组光路1214A中的光路1218A被中继到有助于形成真实世界对象123A的中继表面1213的光路1218B。对于观看中继全息对象1212的观察者1050D，可能希望不能够看到全息对象1212后面的中继真实世界对象1213。为此，光线1218A可被一个或多个遮挡层152上的单独可寻址的遮挡区域188C阻挡。控制器190A可以生成用于光场显示器1001A的显示指令以及将配置指令发送到一个或多个遮挡平面152。
在图27C中，在显示系统1401B内，来自真实世界对象1230A的光线1215A由透射反射器50300A中继到光路1215B。光路1215B形成中继图像表面1230E，并且这些光路被图像组合器101D反射成光线1215C，该图像组合器将这些光路1215C与来自全息对象1210D的光1221和来自从光场显示器1001D投影的全息对象1220D(为了简单起见，未示出)的光组合。在图中的这一点，只有来自全息对象1210D的光线组1221中的一条光线1217A被示为继续通过图像组合器101D，以避免图27C中的混乱。光线1215C和光线1217A被示为由中继器5030D接收并分别中继到光线1215D和光线1217B，其中中继光线1215D形成真实世界对象1230A的中继图像表面1313的一部分，并且光线1217B形成中继全息对象1211的一部分。请注意，光路1217B在光场角坐标(u,v)＝(0,0)处以垂直于光场显示器1001D的表面的角度投影，但相应的中继光路1217B不垂直于观察者1050，因此具有与(u,v)＝(0,0)不同的光场角坐标。在这种情况下，由光场显示器1001D产生的4D光场坐标可以由控制器190B以计算方式重新映射，使得中继全息对象1211具有预期用于观察者1050的外观和深度剖面。可以激活一个或多个遮挡平面188D以阻挡一些不想要的光路。例如，对于观看中继全息对象1211的观察者1050，可能希望不能够看到全息对象1211后面的中继真实世界对象1213。为此，源光线1215A可以被一个或多个遮挡层1520A上的一个或多个单独可寻址的遮挡区域188D阻挡。控制器190B可以生成用于光场显示器1001D的显示指令以及将配置指令发送到一个或多个遮挡平面1520A。中继系统1401B中的控制器190B可以与中继系统1401A中的控制器190A相同，并且可以向图27C中的光场显示器1001A和1001D以及两组一个或多个遮挡平面152和1520A发送指令。真实世界对象123A可以是真实世界对象1230A的副本。
检查图27C中的所有光路，很明显，显示系统1401A和1401B都可以将光线贡献给中继的真实世界对象1213的相同图像或投影全息对象121D/1210D或122D/1220D的相同中继表面1211或1212。由显示系统1401A和1401B中继的光的FOV可以各自类似于图27A中所示的FOV2703A和2703B，而中继对象表面1211、1212或1213的组合FOV可以类似于如图27A所示的更宽的角度范围2703C。在一个实施例中，中继系统1401A的视域限定第一视场1229A；其中光学系统还包括附加中继系统1401B，该附加中继系统被配置为将来自至少一个附加图像源的光沿光路中继到限定第二视场1229B的附加视域，并且其中第一中继系统1401A和附加中继系统1401B对准，使得第一和第二视场1229A和1229B被组合以限定组合视场1229C。在另一个实施例中，附加中继器1401B中的至少一个附加图像源包括第一和第二附加图像源1001D和1230A，其中光学系统还包括第三输入接口，第三输入接口被配置为接收来自第一附加图像源1001D的光；和第四输入接口，第四输入接口被配置为接收来自第二附加图像源1230A的光，其中附加中继系统被配置为将来自第一附加图像源1001D和第二附加图像源1230A的光引导至限定组合视场1229C的附加视域。
图27D是由两个单独的中继器5040A和5040B组成的中继系统的正交视图，该两个单独的中继器相对于彼此成一定角度以产生大于单独中继器的任一FOV的组合视场(FOV)，其中每个中继器5040A和5040B是图5D所示的中继器5040，包括图像组合器和曲面镜。中继器5040A和5040B均具有配置为接收光的中继器输入接口。在一个实施例中，中继器5040A和5040B各自沿一组光路直接从至少第一图像源接收光，其中来自第一图像源的光能够操作以限定至少一个第一图像表面。每个中继器5040A和5040B的第一图像源可以是光场显示器，并且第一图像表面可以是由光场显示器投影的全息对象的表面。例如，5040A和5040B可以各自是图5D所示配置中的中继器5040，其中继来自投影全息图像表面1015C和1016C的第一光场显示图像源1001的光。在另一个实施例中，中继器5040A和5040B各自接收来自光学组合系统的组合图像光，该光学组合系统包括第一光学组合输入接口，被配置为接收来自第一图像源的沿第一组光路的光，其中来自第一图像源的光能够操作以限定第一图像表面；和第二光学组合输入接口，被配置为接收来自第二图像源的沿第二组光路的光，其中来自第二图像源的光能够操作以限定第二图像表面。作为示例，每个中继器5040A和5040B可以是图17中所示的显示系统的中继器5050(仅具有一个反射镜)，其中每个中继器5050接收来自图17中所示的包括图像组合器101A的光学组合系统的组合光，所述图像组合器接收来自分别投影全息对象121A和122A的图像表面的第一图像源光场显示器1001A的第一组光路131A和132A，以及由具有真实世界对象表面的反射性或发射性真实世界对象123A图像源产生的第二组光路133A。虽然图5D和图17的示例在此呈现为具有作为用于中继器5040A和5040B的光场显示器的第一图像源，但第一和第二图像源各自可以是以下任何一种：2D显示表面、立体显示表面、自动立体显示表面、多视图显示表面，其可以是仅水平视差(HPO)多视图显示器(例如透镜显示器)的表面、空间3D显示器的一个或多个表面、光场显示表面，发射光的真实世界对象的表面，或反射光的真实世界对象的表面。相应地，第二图像源的图像表面可以包括从2D显示表面投影的图像表面、从立体显示表面投影的图像表面、从自动立体显示表面投影的图像表面、从多视图显示表面投影的图像表面、空间3D显示器的图像表面、由光场显示器投影的光路形成的全息对象的表面、真实世界对象的表面或真实世界对象的表面的中继图像。
图27E是中继系统的正交视图，该中继系统包括两个单独的中继器5100A和5100B，它们彼此成角度以产生大于单独中继器的任一FOV的组合视场(FOV)，其中每个单独的中继器5100A和5100B是图20中所示的中继系统5100，包括透射回射器、反射表面和一个或多个可选光学层，所述光学层可以包括偏振滤光器、四分之一波长延迟器、半波延迟器等，并且上面参考图20进行了描述。中继器5100A和5100B均具有被配置为接收光的中继器输入接口。在一个实施例中，中继器5100A和5100B各自沿一组光路直接从至少第一图像源接收光，其中来自第一图像源的光能够操作以限定至少一个第一图像表面。每个中继器5100A和5100B的第一图像源可以是光场显示器，并且第一图像表面可以是光场显示器投影的全息对象的表面。例如，5100A和5100B可以各自是图21C所示的显示系统中的中继器5100，其中继来自投影全息图像表面121A和122A的第一光场显示图像源1001A的光。在另一个实施例中，中继器5100A和5100B各自接收来自光学组合系统的组合图像光，该光学组合系统包括第一光学组合输入接口，被配置为接收来自第一图像源的沿第一组光路的光，其中来自第一图像源的光能够操作以限定第一图像表面；和第二光学组合输入接口，被配置为接收来自第二图像源的沿第二组光路的光，其中来自第二图像源的光能够操作以限定第二图像表面。作为示例，每个中继器5100A和5100B可以是图22中所示的显示系统中的中继器5100，其中每个中继器5100A和5100B接收来自图22中所示的光学组合系统的组合光，该光学组合系统包括图像组合器101，图像组合器101接收来自分别投影全息对象121A和122A的图像表面的第一图像源光场显示器1001A的第一组光路131B和132B，以及由具有真实世界对象表面的反射性或发射性真实世界对象123A图像源产生的第二组光路133A。虽然图21C和图22的示例在此呈现为具有作为用于中继器5100A和5100B的光场显示器的第一图像源，但第一和第二图像源各自可以是以下任何一种：2D显示表面、立体显示表面、自动立体显示表面、多视图显示表面，其可以是仅水平视差(HPO)多视图显示器(例如透镜显示器)的表面、空间3D显示器的一个或多个表面、光场显示表面，发射光的真实世界对象的表面，或反射光的真实世界对象的表面。相应地，第二图像源的图像表面可以包括从2D显示表面投影的图像表面、从立体显示表面投影的图像表面、从自动立体显示表面投影的图像表面、从多视图显示表面投影的图像表面、空间3D显示器的图像表面、由光场显示器投影的光路形成的全息对象的表面、真实世界对象的表面或真实世界对象的表面的中继图像。
图27F是由并排放置的两个显示系统9002A和9002B组成的组合显示系统的正交俯视图，其中每个显示系统是图9G所示的显示系统9002，其中组合显示系统具有几乎是单个显示系统9002的FOV的两倍的组合FOV。图27F中的显示系统由9002B和显示系统9002A组成，显示系统9002B是图9G中所示的显示系统9002的精确副本，显示系统9002A是图9G中所示的显示系统9002的精确副本但从俯视图旋转180度，并且直接放在中继器9002B旁边。
在一个实施例中，中继系统9002A的视域限定第一视场2720A；其中光学系统还包括附加中继系统9002B，被配置为将来自至少一个附加图像源的光沿着光路中继到限定第二视场2720B的附加视域，并且其中第一中继系统9002A和附加中继系统9002B对准，使得第一和第二视场2720A和2720B被组合以限定组合视场2720C。在另一个实施例中，附加中继器9002A中的至少一个附加图像源包括图9G所示的第一和第二附加图像源光场显示器1001F和对象123F，其中光学系统还包括第三输入接口，第三输入接口被配置为接收来自第一附加图像源1001F的光；和第四输入接口，第四输入接口被配置为接收来自第二附加图像源123F的光，其中附加中继系统9002B被配置为将来自第一和第二附加图像源1001F和123F的光引导至限定组合视场2720C的附加视域。
图9G的编号适用于图27F的编号，并且以上对图9G的讨论描述了光路如何在显示系统9002A和9002B中的每一个内中继以中继投影全息对象的表面和真实世界对象或显示器的表面，真实世界对象或显示器的中继背景表面可能被投影全息对象的中继前景表面遮挡。每个显示系统9002A和9002B中的中继系统5090由两个透射反射器组成，它们之间具有图像组合器：显示系统9002A由中继系统5090A组成，中继系统5090A是图9G中的具有平行透射中继器5030D、5030E和图像组合器101的中继器5090，而显示系统9002B由中继系统5090B组成，中继系统5090B也是图9G中的具有平行透射中继器5030F、5030G和图像组合器101的中继器5090的配置。图27F所示的组合显示系统的组合中继器50901由并排的中继器5090A和5090B组成，它们彼此相邻设置，输出中继器面5030E和5030G形成的角度2704A可以小于90度，就像图27A中的锐角2704。组合中继器50901由四个透射反射器5030D-F组成，这些透射反射器布置为形成侧对侧中继器5090A和5090B。
在图27F的顶部显示系统中，中继器5090B将来自投影全息对象(在图9G的侧视图中编号为121F，但在该顶视图中未示出)的光线中继到光线131J和133G，该光线形成中继全息对象121H。在这个讨论中，真实世界对象或显示器123F将被称为对象123F。类似地，来自对象123F的光线被中继到形成对象123F的中继表面123H的光路133F。形成中继全息对象121H的光线131J和133G以及形成中继对象123H的光线133F被投影到角度范围2720B中并且由观察者1050H观察。一个或多个遮挡平面150F被中继到中继平面150H。类似地，在图27F中的底部中继器内，中继器9002A将来自从与中继器9002B中的光场显示器分开的光场显示器投影的全息对象的光线中继到形成中继全息对象121H的光线1310J和1330G。类似地，来自对象1230F的光线被中继到有助于形成中继对象123H的光路1330F。有助于形成中继全息对象121H的光线1310J和1330G以及形成中继对象123H的光线133F被投影到角度范围2720A中并且由观察者1050G观察。遮挡平面1510F被中继到中继平面150H。总而言之，由显示系统9002B内的中继器5090B中继并由观察者1050H接收的光线填充FOV角度范围2720B，而由显示系统9002A内的中继器5090A中继并由观察者1050G接收的光线填充FOV角度范围2720A。这两个角度范围2720A和2720B的总和形成大于2720A或2720B的单独FOV的组合FOV。
相应的显示系统9002A和9002B内的每个中继系统5090A和5090B包含一个中继器，该中继器由两个单独的透射反射器中继器组成，透射反射器中继器可以保持如前所述的中继对象的深度剖面。中继系统9002B中的一个或多个遮挡平面150F比对象123F更靠近由5030F和5030G形成的中继器，因此它在比从123F中继的表面123H更远离中继器的位置处中继到中继平面150H。遮挡平面150F和对象平面123F之间的间隔可以设置为大约等于中继全息对象121H和中继对象123H之间的距离，以便为前景中继全息对象121H提供背景中继对象123H的遮挡。例如，如果光线133G到达观察者1050H，则观察者1050H可以看到中继全息对象121H后面的背景中继对象123H的一部分。光线133G的来源是光线133K，可以通过激活遮挡区域151F来阻挡光线133K，从而为观察者1050H提供背景对象123H前面的前景对象121H的预期视图，并阻挡来自背景对象123H的一些光。类似地，对于显示系统9002A，如果观察者1050G可以看到源自对象1230F的光线1330G作为光线1330K，则观察者1050G可以感知到中继全息对象121H对于中继背景对象123H是透明的。为了避免这种情况，可以激活遮挡区域1510F以阻挡光线1330K并防止光线1330G到达观察者1050G。
在一个中继系统中可以使用两个以上的中继器。图27G示出了显示系统2750的顶部正交视图，该显示系统包括三个单独的中继器，每个中继器将来自对象D1-D3的光线中继到被划分为三个角度范围之一的路径中。图27H示出了图27G所示的相同显示系统2750的侧正交图。图27G的编号在图27H中使用。来自任何对象D1-D3的光可以与来自图像组合系统10C的光组合，这将在下面讨论。对象D12721A沿路径2731A产生光，路径2731A从反射镜2723A反射并朝向透射反射器5030A引导，于是光线被中继到光线2731B，光线2731B会聚在中继对象2725处，并继续进入角度范围2726A。类似地，来自对象D32723A的光沿路径2733A产生光，路径2733A从反射镜2723C反射并被透射反射器5030C接收，然后被中继为光路2733B，光路2733B会聚在中继对象位置2725并继续进入角度范围2726C。图27H中的侧视图显示来自对象D22722A的光2732A从光学折叠镜2723B反射，由透射反射器中继器5030B接收，并朝向光路2732B引导，这有助于形成中继对象2725并继续进入角度范围2726B。光线的整个角度范围是角度范围2726A、2726B和2726C的总和。取决于图像组合系统10C的细节，平面2724B是可能的遮挡平面。
图27I-L是图像组合系统10C的几种可能性的正交侧视图，该图像组合系统可以设置在来自D1-D32721A、2722A或2723A的任何光线路径中。在图27I-L中所示的四种配置中的每一种中，输入光路273X可以是来自对象D12721A的光路2731A、来自对象D22722A的光路2732A或来自对象D32723A的光路2733A。图27I示出了具有光场显示器和中继器的光组合系统的正交视图。在图27I中，来自由光场显示器1001投影的全息对象2734A的光2739A被中继器5030中继到形成中继全息对象2734B的光路2739B中，并且光线继续从图像组合器101反射并被重定向以沿着输入光线273X的路径行进。图27J示出了具有真实世界对象和中继系统的光组合系统的正交视图。在图27J中，来自真实世界对象2740A的光路2741A在被中继器5030接收并中继为光路2741B之前穿过遮挡平面2724A，光路2741B会聚以形成真实世界对象2740A的中继图像2740B，这些光路2741B从图像组合器反射并与输入光273X一起发送。遮挡平面2724A可以被中继到图27G和27H所示的中继遮挡平面2724B，以及真实世界对象的遮挡部分，如参考图27F和在本公开中前面所讨论的。图27K示出了具有真实世界对象的光组合系统的正交视图。在图27K中，来自真实世界对象2740A的光2742被图像组合器重定向成与输入光线273X一起传播的光线。图27L示出了具有通用对象的光组合系统的正交视图。在图27L中，可以是2D显示表面、立体显示表面、自动立体显示表面、多视图显示表面，其可以是仅水平视差(HPO)多视图显示器(例如透镜显示器)的表面、空间3D显示器的一个或多个表面、光场显示表面、发射光的真实世界对象的表面、或反射光的真实世界对象的表面或任何其它类型的反射或发射光的对象的对象表面2743产生光2744，该光由图像组合器101与输入光路273X组合。
虽然在图27G和27H的例子中，在这三个角度范围2726A，2726B和2726C之间几乎没有示出重叠，需要一些重叠以避免非投影显示区的死区域。中继表面由透射反射器5030A、5030B和5030C的三个平面限定，并且从不同的视点来看，在此组合FOV中，观察者1050A、1050B、1050C或任何其他观察者不得看到接缝。图27M示出了在图27G和27H中所示的显示系统2750中使用的3面中继系统的前视图，其可以由在如图27G中所示的显示系统2750前面的观察者1050B观看。来自位置2735A和2736A的光到达观察者1050B，并且在这些位置的面板之间存在重叠。然而，随着观察者向左移动并成为图27G中的观察者1050A，视图可能改变。图27N示出了在图27G和27H所示的显示系统2750中使用的3面中继系统的前视图，其可以由在如图27G所示的显示系统2750前面的观察者1050A观看。因为只有从中继表面5030A中继的光到达观察者1050A，所以观察者可能无法注意到中继表面5030B和5030C之间的间隙2735B。对于该观察位置1050A，中继表面5030A和5030B之间的位置2736B附近的接缝上存在大量重叠。
图27O是包括中继系统2760的显示系统的正交视图，该中继系统中继来自仅相对于中继系统的表面以广角投影的对象的光线。中继系统由两个透射反射器5030A和5030B组成，其中5030A将来自对象2751A的光中继到中间中继图像2751B。该光由将中继图像2715B中继到第二中继图像2751C的透射反射器5030B接收。第二中继图像2751C预期与源对象2751A具有基本上相同的深度剖面。来自对象2751A的光线2752A相对于第一中继器5030A的表面的法线形成45度的入射角。这些光线以及来自对象2751A的位于距离这些光线2752A大约+/-22.5度的圆锥内的光线将被中继为围绕光路2752B分组的光线，形成中继对象图像2751B。这些光路在相对于第一透射反射器5030A的第一和第二角度对准范围内。这些光线2752B被第二中继器5030B接收，并且被中继到光路2752C中，该光路可以被观察者1050C看到，但不能被观察者1050B或1050A看到。类似地，来自对象2751A的光线2753A以与光线2752A不同的方向传播，但是也与第一中继器5030A的表面的法线形成45度的入射角。这些光线2753A以及来自对象2751A的位于与这些光线2753A成约+/-22.5度的锥体内的光线将被中继为围绕光路2753B分组的光线，也形成中继对象图像2751B。这些光线2753B被第二中继器5030B接收，并且被中继到光路2753C中，该光路可以被观察者1050A看到，但不能被观察者1050B或1050C看到。从对象2751沿着法向入射2754的路径到第一中继器5030A表面的光路以及在距该法向光路约+/-22.5度的锥体内的大多数光线可以被这两个中继器5030A和5030B阻挡，或者可以以一些散射通过中继器5030A和5030B。可以在对象2751A和第一透射反射器5030A之间放置一个或多个角度滤光器2791以拒绝接近垂直入射到中继表面5030A的光线，因此它们不会到达观察者1050B。图27O所示的中继系统2760为观察者1050A和1050C生成两个视场。它有一些面向桌面配置的应用，这将在下面讨论。在一个实施例中，中继系统包括第一中继子系统，其包括：第一中继子系统的透射反射器5030A，第一透射反射器被定位成沿着相对于透射反射器的第一和第二角度对准范围内的源光路2752A、2753A接收来自图像源2751A的图像光以形成第一图像表面，其中第一透射反射器被配置为中继图像光以在第一中继位置形成第一中继图像表面2751B；和第一中继子系统的第二透射反射器5030B，第二透射反射器被定位成接收来自第一透射反射器的光并且中继来自第一透射反射器的光以在第二中继位置形成第二中继图像表面2751C；并且其中沿着相对于透射反射器的第一和第二角度对准范围之外的源光路来自图像源的图像光可以不被中继以形成第一图像表面。在一个实施例中，沿着相对于第一透射反射器的第一和第二角度对准范围之外的图像源光路来自图像源的图像光被第一中继子系统中继，其散射明显比沿着相对于第一透射反射器的第一和第二角度对准范围之内的源光路来自图像源的图像光更多。相对于透射反射器的角度对准的第一和第二范围分别包括相对于透射反射器的表面的法线的-67.5至-22.5度和+22.5至+67.5度的近似范围。在一个实施例中，在图像源2751A和第一透射反射器5030A之间采用可选的角度滤光器2791以沿着相对于透射反射器的第一和第二角度对准范围之外的源光路吸收或反射图像源光。在一个实施例中，第二中继图像表面可在两个不同的视域中观看而没有重叠，并且在另一实施例中，存在重叠。视域可以彼此分开90度。在一个实施例中，第二透射反射器可以形成桌面，并且第二中继图像表面在相对于桌面的法线基本以-45度和+45度为中心的两个视域中是可见的，并且对于位于桌面的相对两侧的两个观察者可见。
图27P是显示系统2770的正交侧视图，该显示系统包括图27O中所示的显示系统，具有用于中继与第一中继器5030A的表面的法线角度接近的入射光路的附加光路。图27Q是图27P所示的显示系统2770的正交俯视图。图27O中所示的中继系统2760中的一些编号用于图27P和27Q。在一个实施例中，图27P的中继系统是图27O的中继系统，进一步包括：第一分束器101A，定位成接收来自图像源的沿源光路的图像光；图9J中所示的第二分束器101C和第二中继子系统5090，其中第一分束器101A被配置为将来自图像源2751A的图像光的第一部分引导到第一中继子系统5030A、5030B和将来自该图像源的图像光的第二部分引导到第二中继子系统5090；其中第二中继子系统5090被配置为将从第一分束器101A接收的光中继到第二分束器101C；并且其中第二分束器被定位成接收来自第一中继子系统的第二透射反射器5030B的光并且被配置为将来自第一中继子系统5030A、5030B的第二透射反射器的光与来自第二中继子系统5090的光组合并引导组合光以形成第二中继图像表面2751C。在附加实施例中，第二中继子系统包括第二中继子系统的第一和第二透射反射器5030C、5030D，其中第二中继子系统的第一透射反射器5030C被定位成接收来自第一分束器101A的光并且被配置为将接收到的光中继到第二中继子系统5090的第二透射反射器5030D，并且其中第二中继子系统5090的第二透射反射器5030D被配置为将来自第二中继子系统的第一透射反射器5030C的光朝向第二分束器101C中继。在附加实施例中，显示系统还包括附加图像源1001，其能够操作以沿附加源光路2762A输出附加图像光以形成第二图像表面2756A，并且其中第二中继子系统5090还包括第二中继子系统5090的第一分束器101B，其定位成接收和组合来自附加图像源1001的附加图像光和来自第二中继子系统5090的第一透射反射器的光2754C，并将组合光引导到第二中继子系统的第二透射反射器5030D。在一个实施例中，2770中的中继系统还包括遮挡系统，该遮挡系统能够操作以遮挡来自图像源或附加图像源的光的一部分。遮挡系统可以包括至少一个遮挡层2759A，该遮挡层具有一个或多个单独可寻址的元件，或者可以包括图11C中如155A的遮挡对象。在一个实施例中，来自附加图像源1001的光被中继到靠近二次中继图像表面2751C的附加中继图像表面2756B，并且其中遮挡系统能够操作以遮挡来自图像源的光的一部分，遮挡部分对应于二次中继图像表面2751C的被附加中继图像表面2756B遮挡的部分。在另一个实施例中，来自附加图像源2762A的光被中继到靠近二次中继图像表面2751C的附加中继图像表面2756B，并且其中遮挡系统能够操作以遮挡来自附加图像源的光的一部分，遮挡部分对应于被二次中继图像表面2751C遮挡的附加中继图像表面2756B的一部分(在图27P和27Q中未示出)。
在这两个图27P和27Q中，距离标记2755用于系统中的光轴上以显示光学部件之间的一种可能间距，其中距离标记表示等效光路长度段。在图27Q中，来自对象2751A的光可以分类为光线2752X，光线2752X以光路2752A为中心以45度角入射到第一中继表面5030A并且具有角度范围2752Y；光线2753X，光线2753X也以光路2753A为中心以45度角入射到中继表面5030A并且具有角度范围2753Y；和光线2754X，光线2754X以垂直于中继表面5030A的路径2754A为中心，光线2754X在图27Q中未详细示出。在图27Q中，并且如针对图27O所讨论的，来自对象2751A的以光路2752A为中心并在角度范围2752Y中发现的光路2752X被中继到以光路2752C为中心的光线2752Z，也在相同的角度范围2752Y中，形成中继对象2751C的一部分。类似地，在图27Q中，并且如针对图27O所讨论的，来自对象2751A的以光路2753A为中心并且在角度范围2753Y中发现的光路2753X被中继到以光路2753C为中心的光线2753Z，也在相同的角度范围2753Y中，形成中继对象2751C的一部分。最后，如参考图27O所讨论的，来自对象2751A的以法线2754为中心到中继5030A表面的并在角度范围2754Y内发现的光路2754A不被中继器对5030A和5030B中继。相反，如图27P所示，这些光线沿着单独的光路通过两个单独的中继器5030C和5030D被引导，该中继器被设计为将具有接近法线入射的这组光线传到中继器5030A表面。这些光路2754A被图像组合器101A偏转成朝向第三中继器5030C的光线2754B，在这种情况下，该第三中继器是接收光路2754B并将这些光路2754B中继到形成第一中继对象2751B的光路2754C的透射反射器，光路2754C继续被第二中继器5030B接收。可选的图像组合器101B可以将中继光2754C与来自由光场显示器1001投影的全息对象2756A的表面的光2762A组合。在其它实施例中，图像源1001可以是2D显示表面、立体显示表面、自动立体显示表面、多视图显示表面，其可以是仅水平视差(HPO)多视图显示器(例如透镜显示器)的表面、空间3D显示器的一个或多个表面、光场显示表面、发射光的真实世界对象的表面、或反射光的真实世界对象的表面。图像组合器101B将来自全息对象的光2756A重定向成与来自中继对象2751A的光2754C以大致相同方向行进的光线2762B。来自全息对象2756A的组合光2762B和来自对象2751A的光2754C被第四中继器5030D接收并分别中继到组合光路2762C和2754D。图像组合器101C重定向并组合四组光路：中继光路2762C被反射为光路2762D，光路2762D会聚以形成中继全息对象2756B；光路2754D，其被反射为光路2754E，光路2754E会聚以形成观察者1050B可见的中继对象2751C的表面；光路2752Z，其围绕图27Q所示的45度角光路2752C分组，光路2752C由中继器5030A和5030B中继并会聚以形成观察者1050C可见的中继对象2751C的表面；和光路2753Z，其围绕图27Q中所示的45度角光路2753C分组，光路2753C会聚以形成观察者1050A可见的中继对象2751C。所有这些光路都存在于图27P中的组2763中，但图27P中仅显示了通过中继器5030C和5030D获得光路的光。层2759A可以是一个或多个被中继到位置2759B的遮挡平面，并且可以激活单独可寻址的区域，使得背景中继对象2751C在中继的全息对象2756B后面可能不可见，这与图9A中的遮挡层151、152和153的操作相同，并在图9B、9C和9D中详细示出。如参考图27O所说明的，可以在对象2751A和第一透射反射器5030A之间放置一个或多个角度滤光器，以拒绝接近垂直入射到中继表面5030A的穿过图像组合器101A的光线，因此它们确实无法到达观察者1050B。
具有多个单独视域的显示系统
图27O中的中继器将光中继到两个单独的视场，这些视场是为两个观察者在两个不同方向观看显示器而设计的。这样的应用可以用于桌面显示器，其中显示表面是水平的并且显示器的观察点在显示表面之上并且可以在显示表面的两个或多个侧面上。图28A是显示系统的正交视图，在显示系统中，来自由光场显示器1001投影的全息对象2801A的光线被分束器分成两个方向，每个方向提供单独的视域。在一个实施例中，图像源1001可以是2D显示表面、立体显示表面、自动立体显示表面、多视图显示表面，其可以是仅水平视差(HPO)多视图显示器(例如透镜显示器)的表面、空间3D显示器的一个或多个表面、光场显示表面、发射光的真实世界对象的表面、或反射光的真实世界对象的表面。从光场显示器1001投影的光线2802形成全息对象2801A并且被分束器101A分成直接穿过分束器101A的光线2803A和被101A偏转的光线2804A，其中光线2803A形成由光线2803A包围的全息对象2801A的第一视域2806A，而光线2804A形成由光线2905A包围的全息对象2801A的第二视域2805A。在图28A所示的二维视图中，第一和第二视域2806A和2805A分别显示为包围从相应全息对象投影的光线组的弧，但应该理解，这些弧中的每一个都表示空间中的视域。光线2804A似乎从虚拟全息对象2801B发散。光线2803A和2804A被透射反射器中继器5030A接收，并且被中继到光路2803C和2804C中，形成中继全息对象2801C和2801D，观察者1050A和1050B可以分别在视域2805B和2806B中看到该中继全息对象。分别为每个中继全息对象2801C和2801D指示视域的两个角度范围2805B和2806B不连续，因为它们是为两个不同的观察者设计的。在一个实施例中，图28A中的光场显示器1001被替换为2D显示表面、立体显示表面、自动立体显示表面、多视图显示表面，其可以是仅水平视差(HPO)多视图显示器(例如透镜显示器)的表面、空间3D显示器的一个或多个表面、发射光的真实世界对象的表面、或反射光的真实世界对象的表面。图28A是中继系统的实施例，其包括至少一个透射反射器5030A；图像源1001，其能够操作以输出光2802；和分束器101A，其定位成接收来自图像源的光并沿着第一和第二组源光路2803A、2804A引导光，其中图像源和分束器相对于至少一个透射反射器定向使得沿着第一和第二组源光路的光分别沿着第一和第二组中继光路2803C、2804C中继，第一和第二组中继光路分别限定第一和第二中继视域2805A、2806A，并且其中第一和第二中继视域是不同的。在一个实施例中，第一和第二中继视域部分地重叠，而在另一个实施例中，第一和第二中继视域不重叠。在一个实施例中，图像源1001和分束器101A相对于至少一个透射反射器5030A定向，使得第一组源光路2803A和第二组源光路2804A分别包括相对于至少一个透射反射器的表面在22.5和67.5度之间定向的光路。在另一个实施例中，图像源1001和分束器101A相对于至少一个透射反射器5030A定向，使得第一和第二组中继光路2803C、2804C分别包括相对于至少一个透射反射器5030A的表面在22.5和67.5度之间定向的光路。
图28B是类似于图28A的显示系统2810的正交视图，但是光场显示器设置在中继系统的平面之外，其中使用图像组合器将来自光场显示器的光朝向中继系统引导，以允许来自附加源的光进入中继系统。图28A的编号在图28B中使用。光场显示器1001被设置成沿着与透射反射器中继器5030A的表面基本上平行的光轴投影光2802。从观察者1050C角度的侧视图2810A示出来自光场显示器的光2802被分束器101A分成两个路径2803A和2804A，如图28A所示，但是这些光路斜向下朝向分束器101B引导。从观察者1050D角度的端视图2810B显示了包括两组光线2803A和2804A的来自光场显示器的所有光线2834A，被分束器101B反射成光线2834B，光线2834B入射到分束器5030A，其中光线2834B包括光线组2803B和2804B。在该端视图2810B中，仅示出了来自光场显示器1001的一个平面中的光线。光线组2803B和2804B被中继器5030A接收并被分别中继成光线组2803C和2804C，分别形成全息对象2801C和2801D。图像组合器101B被定位成接收来自与光场显示器1001分开的另一个源的光2811。
图28B中所示的显示系统2810在中继表面上方的两个单独视场中提供中继全息对象，但是可以在更大的系统中使用该系统来中继来自除全息对象之外的另一个对象的光，并且还安排适当地遮挡前景全息对象与背景对象，反之亦然。为了实现这一点，使用了图27O中所示的双中继器配置2760。图28C是显示系统的正交俯视图，该显示系统通过使用图28B所示的显示系统2810和附加中继系统来中继可能沿着中继全息对象遮挡的背景对象。图28B的编号在图28C中使用。在图28C中，图28B所示的显示系统2810是由作为第一级的显示系统2810和作为第二级的透射反射器5030B组成的两级中继系统的一级。显示系统2810接收来自对象2811A的光，将该光与来自全息对象2801A的光组合，并将该组合光中继以形成对象2811A的中继图像2811B以及中继的全息对象2801C和2801D。参考图28B讨论中继器2810的细节。来自显示系统2810的该中继光被第二级中继系统5030B接收，其中一次中继对象图像2811B被中继到二次中继对象图像2811C，并且一次中继全息对象2801C和2801D被分别中继到二次中继全息对象2801E和2801F。来自一次中继的全息对象2801C的光线2804C包围全息视域2805B，并且这些光线被中继器5030B中继成光线2804D，该光线形成观察者1050E在视域2805C中能够观察到的二次中继全息对象2801E。来自一次中继全息对象2801D的光线2803C包围全息视域2806B，并且这些光线由中继器5030B中继成光线2803D，该光线形成观察者1050F在视域2806C中能够观察到的二次中继全息对象2801F。以类似的方式，遮挡平面2851A由显示系统2810中继到一次中继遮挡平面2851B，并且该一次中继遮挡平面2811B由中继5030B中继到二次中继遮挡平面2851C。在图28C中，未画出与相应中继全息对象2801C/2801D和2801E/2801F重叠的中继遮挡平面2851B和2851C的部分。中继对象2811C和中继遮挡平面2851C的深度排序与对象2811A和遮挡平面2851A的深度排序相同，这使得图28C所示的显示系统的配置能够适当地处理遮挡。遮挡平面2851A可以从对象2811A偏移与中继全息对象2801E和2801F与中继对象2811C之间的距离基本上相同的距离。来自对象2811A的沿着路径2813A、2814A和2815A光被显示系统2810中继到光路2813B、2814B和2815B中，并且这些光路被中继器5030B接收并分别中继为光路2813C、2814C和2815C。光路2813A和2815A起源于对象2811A上的同一点2817A，它们的一次中继光路2813B和2815B会聚在中继对象平面2811B上的同一对应点2817B处，而它们的二次中继光路2813C和2815C会聚于中继对象平面2811C上的相同对应点2817C。观察者1050E可以同时看到来自前景中继全息对象2801E和背景中继对象2811C的沿路径2813C的光，这可能是不希望的。为了避免这种情况并阻挡光路2813C上或附近的光，遮挡平面2851A上的遮挡区域2888可以被激活到光阻挡状态，防止路径2813A上的光被中继到光线2813C。类似地，观察者1050F可能能够看到来自中继全息对象2801F后面的背景中继对象2811C的光2814C。为了遮挡背景光2814C，遮挡平面2851A上位置2888附近的遮挡位点可以被激活到光阻挡状态。有助于形成中继对象2811C的光线2815C应该对观察者1050F可见，因此其对应的源光线2815A不应被遮挡平面2851A阻挡。
在一个实施例中，显示系统可以进一步包括光学组合器101B，该光学组合器被定位成接收来自图像源2803B、2804B的光和接收来自附加图像源的光2811，并且被配置为用于将组合光2811和2803B，2804B沿着该第一和第二组源光路引导到该至少一个透射反射器5030A，该至少一个透射反射器能够操作成用于将来自该第一和第二组源光路的组合光沿着该第一和第二组中继光路2811和2803C，2804C分别中继到该第一2805B和第二2806B视域中。在一个实施例中，来自图像源和附加图像源的光是从不同方向提供的。在一个实施例中，附加图像源包括以下任何一种：2D显示表面、立体显示表面、自动立体显示表面、多视图显示表面、空间3D显示器的表面、光场显示表面、发射光的真实世界对象的表面，或反射光的真实世界对象的表面。在一个实施例中，输入中继器被配置为将来自附加图像源的图像光中继到光学组合器101B(图28B中未示出)。输入中继器能够操作以中继来自附加图像源的图像光以限定中继图像表面，由此附加图像表面可以包括附加图像源的中继图像表面；并且其中光学组合器101B能够操作以将限定附加图像源的中继图像表面的光与来自图像源的光组合并将组合光引导到至少一个透射反射器5030A，其中组合光被中继到第一和第二视域中。在一个实施例中，显示系统还包括遮挡系统，遮挡系统能够操作以遮挡来自图像源和附加图像源中的至少一个的光的一部分。遮挡系统可以包括至少一个遮挡层，该遮挡层具有一个或多个单独可寻址的元件，一个或多个遮挡对象，并且该遮挡层被定位成在光学上位于光学组合器101B之前。
在一个实施例中，来自图像源和附加图像源的光沿着透射反射器中继的第一和第二组源光路分别限定第一2801A、2801B和第二2811A图像表面，所述透射反射器形成由来自图像源的第一和第二组中继光路2804C，2803C形成的第一中继图像表面2801C，2801D和由来自附加图像源的第一和第二组中继光路2813B和2815B形成的第二中继图像表面2811B，并且其中遮挡系统2851A能够操作以遮挡来自图像源或附加图像源的光2813A的一部分，遮挡部分2813A对应于第一或第二中继图像表面2811B的一部分。在一个实施例中，至少一个透射反射器包括第一透射反射器5030和附加透射反射器5030B，该附加透射反射器被配置为沿着用于来自图像源的光的第三和第四组中继光路2804D，2803D以及来自附加图像源的第三和第四组中继光路2813C和2815D中继来自第一透射反射器的沿着第一和第二组中继光路的光，其中来自该图像源的光沿着该第一和第二组源光路限定一个源图像表面2801A，2801B，从该第一透射反射器中继的光沿着该第一和第二组中继光路限定一个第一中继图像表面2801C，2801D，并且来自该附加透射反射器的光沿着该第三组和第四组中继光路限定一个第二中继图像表面2801E，2801F，其中该第一中继图像表面2801C，2801D，具有第一中继深度剖面，而第二中继图像表面2801E，2801F具有第二中继深度剖面，该第二中继深度剖面不同于第一中继深度剖面，但与源图像表面的深度剖面相同。
图28C所示的显示系统可以用作水平显示表面，被位于二次中继全息对象2801E的角度2805C的观看范围内或位于二次中继全息对象2801F的角度2806C的观看范围内的观察者包围。如所描述的，这些浮动的全息对象2801E和2801F可以投影在同样浮动的中继背景对象2811C的前面，对背景对象2811C的位于中继全息对象2801E和2801F后面的部分进行适当的遮挡处理，如由显示系统的两个全息视域中的每一个中的一个或多个观察者所看。
图28D中示出了可用于将全息对象投影到一个或多个全息视域中的一个或多个观察者的替代显示系统。图28D是显示系统的正交视图，该显示系统由相对于透射反射器中继器的平面成角度的两个或更多个全息显示器组成。从光场显示器1001A投影的光线2843A形成在第一全息视域2847A中可见的全息对象2844A，并且这些光路2843A被中继器5030C接收并中继到形成中继全息对象2844B的中继光路2843B，在第三全息视域2847B对观察者1050A可见。类似地，从光场显示器1001B投影的光线2841A形成在第二全息视域2846A中可见的全息对象2842A，并且这些光线2841A被中继器5030C接收并且被中继到中继光路2841B，该中继光路形成在第四全息视域2846A内对观察者1050B可见的中继全息对象2842B。在图28D所示的二维视图中，第一、第二、第三和第四视域2847A、2846A、2847B和2846B分别显示为包围从相应全息对象投影的光线组的弧，但是应当理解，这些弧中的每一个都指示空间中的视域。观察者1050A和1050B可以彼此相对地坐在桌子的相对两侧，桌子的顶面由中继器5030C组成，光场显示器1001A和1001B隐藏在桌子下方而无法看到。在一个实施例中，图28D所示的显示系统包括中继系统，该中继系统包括至少一个透射反射器5030C和第一和第二图像源1001A、1001B，该第一和第二图像源能够操作以分别沿着第一和第二组源光路2843A、2841A输出光，其中第一和第二图像源1001A、1001B相对于至少一个透射反射器定向，使得沿着第一和第二组源光路的光分别沿着第一和第二组中继光路2843B、2841B中继，第一和第二组中继光路分别限定第一和第二视域2847B、2846B，其中第一和第二中继视域2847B、2846B不同。在一个实施例中，第一和第二中继视域部分地重叠，而在另一个实施例中，第一和第二中继视域不重叠。在一个实施例中，第一和第二图像源1001A、1001B相对于至少一个透射反射器5030C定向，使得第一和第二组源光路2843A、2841A各自包括相对于相对于至少一个透射反射器5030C在22.5和67.5度之间定向的光路。在一个实施例中，第一和第二图像源1001A、1001B相对于至少一个透射反射器5030C定向，使得第一和第二组中继光路2843B、2841B各自包括相对于至少一个透射反射器5030C在22.5和67.5度之间定向的光路。在另一个实施例中，第一和第二图像源1001A、1001B各自包括相对于至少一个透射反射器5030C以22.5和67.5度之间的角度定向的显示表面。
虽然图28D中的全息显示器的数量被示为两个，但是任何数量的光场显示器可以设置在透射反射器的一侧以在多个观察位置处创建多个中继全息对象。在一个实施例中，任何数量的光场显示器可以如图28D所示布置在透射反射器的一侧，或透射反射器的两侧。在另一实施例中，光场显示器被布置为使得一个或多个光场显示器的单独视域重叠。在另一个实施例中，光场显示器布置为如图28D所示，但基本上是圆周布局。在又一实施例中，参考图28D描述的光场显示源1001A和/或1001B被替换为以下任何一种：2D显示表面、立体显示表面、自动立体显示表面、多视图显示表面，其可以是仅水平视差(HPO)多视图显示器(例如透镜显示器)的表面、空间3D显示器的一个或多个表面、发射光的真实世界对象的表面、或反射光的真实世界对象的表面。
图28E是图28D所示的双显示系统的实施例的俯视图，其中显示系统包括至少一个附加图像源。图28E是由布置在透射反射器中继器下方的四个显示器组成的桌面显示系统，每个显示器相对于中继器的平面成一定角度，使得四个全息对象可以在该桌子的四个侧面中的每一个上投影给观察者。包括显示系统28E中的显示器1001A和1001B的所有显示器可以以与图28D中的显示器1001A和1001B相同的方式定向，与透射反射器中继器5030C的表面成大约45度角，如图28D示出了形成全息对象2842A和2844A的投影光线2841A和2843A如何分别通过这种布置进行中继。注意，在图28D中，中继全息对象2844B可以直接位于投影全息对象2844A上方，使得从图28D的俯视图中，这些对象2844B、2844A是重合的。对于图28E中所示的全息对象和中继全息对象也是如此。在图28E中，由显示器1001A投影的光线2886A形成第一投影全息表面2880A，并且这些光线发散直到它们被中继器5030C接收并中继为光线2886B以形成第一中继全息对象表面2880E，在被光线2886B所包围的第一视域2891中对观察者1050A可见。全息对象2880A和中继对象2880E在图28E的俯视图中重合。形成全息表面2880A的光线2886A在桌面中继器5030C下方行进，表示为虚线，并且形成中继全息对象表面2880E的中继光线2886B在桌面上方行进，表示为实线。以类似的方式，由显示器1001B投影并在桌面下方形成第二投影全息对象表面2880B的光线2887A由中继器5030C中继成中继光线2887B，该中继光线形成由观察者1050B在被光线2887B所包围的第二视域2892中观察到的第二中继全息对象表面2880F。由显示器1001C投影并在桌面下方形成第三投影全息对象表面2880C的光线2888A由中继器5030C中继成中继光线2888B，该中继光线形成由观察者1050C在被光线2888B所包围的第三视域2893中观察到的第三中继全息对象表面2880F。最后，由显示器1001D投影并在桌面下方形成第四投影全息对象表面2880D的光线2889A由透射反射器中继器5030C中继成中继光线2889B，该中继光线形成由观察者1050D在被光线2889B所包围的第四视域2894中观察到的第四中继全息对象表面2880H。中继全息表面2880E-H可以相同或不同，如图28E中，表面2880E和2880G可以相同，但不同于表面2880F和2880H。在图28E所示的显示系统中，有四个显示器用于为每个独立的全息对象创建四个不重叠的视域。在其它实施例中，其它配置包括桌面5030C的更多侧、多于或少于四个的显示器、以及多于或少于四个的视域，其中与一个或多个显示器相对应的视域中的一些可能重叠或可能不重叠。在又一个实施例中，参考图28E描述的一个或多个光场显示器1001A-D被替换为以下中的任何一个：2D显示表面、立体显示表面、自动立体显示表面、多视图显示表面，其可以是仅水平视差(HPO)多视图显示器(例如透镜显示器)的表面、空间3D显示器的一个或多个表面、发射光的真实世界对象的表面、或反射光的真实世界对象的表面。在图28E所示的实施例中，图28D的显示系统包括至少一个附加图像源1001C、1001D，其能够操作以沿至少附加的一组源光路2888A、2889A输出光，其中至少一个附加图像源相对于至少一个透射反射器5030C定向，使得沿着至少附加的一组源光路2888A、2889A的光分别沿着至少附加的一组中继光路2888B、2889B中继，至少附加的一组中继光路限定至少一个附加视域2893、2894，并且其中至少一个附加中继视域2893、2894不同于任何其它视域2891、2892。
图28F是显示系统的正交视图，该显示系统包括相对于透射反射器中继器的表面成角度的两个或更多个图像组合系统，每个图像组合系统组合来自全息对象和另一个对象的光，来自每个图像组合系统的组合光中继到一个单独的位置，这些单独的位置设计用于由不同的观察者观看。第一图像组合系统由光场显示器1001E、对象2852A、透射反射器中继器5030A和图像组合器101A组成。从光场显示器1001E投影的光线2861A形成全息对象2842A并通过图像组合器101A。来自对象2852A的光线2853A穿过一个或多个遮挡平面2854A并被透射反射器中继器5030A中继到光路2853B中，形成第一中继对象2852B。光路2853B被图像组合器101A反射成光路2853C，光路2853C与来自全息对象2842A的光线2861A组合。这些组合光路2853C和2861A被中继器5030C接收并分别中继为光路2853D和2861B，其中光路2853D会聚以形成中继对象2852C并且光路2861B会聚以形成中继全息对象2842B。对象2852A附近的遮挡平面2854A被中继为中继遮挡平面2854C。与中继全息对象2842B重叠的中继遮挡平面2854A的部分未在图28F中示出。观察者1050A可以观察到中继全息对象2842B，但如果光线组2853D中的中心光线丢失，则看不到来自全息对象2842B正后方的中继对象2852C的光线。这种遮挡可以通过激活遮挡平面2854A上的遮挡平面位置2855来阻挡光来遮挡来自对象2852A的对应光线2853A的中心部分来实现。遮挡平面2854A和对象2852A之间的距离可以与中继全息对象2842B和中继对象2852C之间的距离基本上相同。来自对象2852A的光通过透射反射器5030A然后通过透射反射器5030C的双中继基本上保持了对象2852A对于相应的中继对象2852C的深度，以及保持了在对象2852A前面的一个或多个遮挡平面2854A的深度排序，使得相应的中继遮挡平面2854C可以放置在与中继全息对象2842B基本上相同的位置。在一个实施例中，图28F中的显示系统包括第一光学组合器101A，该第一光学组合器被定位成接收来自第一图像源1001E的光2861A和来自第三图像源2852A的光，并且被配置为将组合光2861A、2853C引导到至少一个一个透射反射器5030C，透射反射器能够操作以将组合光中继到第一视域2896A中。在一个实施例中，第三图像源包括以下任意一种：2D显示表面、立体显示表面、自动立体显示表面、多视图显示表面、空间3D显示器的表面、第二光场显示表面、发射光的真实世界对象的表面，或反射光的真实世界对象的表面。在一个实施例中，显示系统包括输入中继器5030A，其中输入中继器5030A被配置为将来自第三图像源的图像光中继到第一光学组合器101A。输入中继器5030A能够操作以中继来自第三图像源2852A的表面的图像光以限定第一中继图像表面2852B，由此第三图像表面包括第一中继图像表面2852B，并且其中第一光学组合器101A能够操作将限定第一中继图像表面2852B的光与来自第一图像源2853A的光组合，并将组合光引导到至少一个透射反射器5030C，其中组合光被中继到第一视域2896A中。在一个实施例中，从至少一个透射反射器中继的组合光2861B、2853D限定第一视域2896A中的第三图像源2852A的至少第二中继图像表面2852C，并且其中第一中继图像表面2852B具有第一中继深度剖面，并且第二中继图像表面2852C具有与第一中继深度剖面2852B不同但与第三图像源2852A的表面的深度剖面相同的第二中继深度剖面。
图28F中的第二图像组合系统由光场显示器1001F、对象2862A、透射反射器中继器5030B和图像组合器101B组成。从形成全息对象2844A的光场显示器1001F投影的光线2871A穿过图像组合器101B。来自对象2862A的光线2863A穿过一个或多个遮挡平面2864A并且被透射反射器中继器5030B中继到光路2863B中，形成第一中继对象2862B。光路2863B被图像组合器101B反射成光路2863C，光路2863C与来自全息对象2844A的光线2871A组合。这些组合光路2863C和2871A被中继器5030C接收并分别中继为光路2863D和2871B，其中光路2863D会聚以形成中继对象2862C并且光路2871B会聚以形成中继全息对象2844B。在一个实施例中，显示系统还包括第二光学组合器101B，被定位成接收来自第二图像源的光2871A和来自第四图像源2862A的光2863A，并且被配置为将来自第二光学组合器101B的组合光引导至至少一个透射反射器5030C，其能够操作以将第二光学组合器101B的组合光中继到第二视域2896B中。在一个实施例中，第四图像源包括以下任意一种：2D显示表面、立体显示表面、自动立体显示表面、多视图显示表面、空间3D显示器的表面、光场显示表面、发射光的真实世界对象的表面，或反射光的真实世界对象的表面。在一个实施例中，图28F的显示系统包括输入中继器5030B，其中输入中继器被配置为将图像光2863A中继到第二光学组合器101B。在一个实施例中，输入中继器5030B能够操作以中继来自第四图像源2862A的图像光以限定第一中继图像表面，由此第四图像表面包括第一中继图像表面2862B；并且其中第二光学组合器101B能够操作以将限定第一中继图像表面2862B的光2863B与来自第二图像源1001F的光2871A组合并将组合光引导到至少一个透射反射器5030C，其中组合光被中继到第二视域中。在一个实施例中，来自至少一个透射反射器5030C的组合光在第二视域2896B中限定第四图像源的至少第二中继图像表面2862C，并且其中第四图像表面的第一中继图像表面2862B具有第一中继深度剖面，并且第四图像表面的第二中继图像表面2862C具有与2862B的第一中继深度剖面不同但与对象2862A表面的深度剖面相同的第二中继深度剖面。
在一个实施例中，图28F的显示系统还包括遮挡系统，该遮挡系统能够操作以遮挡来自第一1001E和第三2852A图像源中的至少一个的光的一部分。在一个实施例中，遮挡系统包括至少一个遮挡层2854A，该遮挡层具有一个或多个单独可寻址的元件2855。在另一实施例中，遮挡系统包括至少一个遮挡对象(未示出)。遮挡系统可以定位成在光学上位于光学组合器101A之前。在一个实施例中，来自第一1001E和第三2852A图像源的光分别限定第一2842A和第二2852B图像表面，并且该光由至少一个透射反射器5030C中继以在第一视域2896A中限定第一2842B和第二2852C中继图像表面，并且其中遮挡系统2854A能够操作以遮挡来自第一或第三图像源2852B的光的一部分，遮挡部分对应于第一或第二中继图像表面2852C的被观察者1050A观察到的第一或第二中继图像表面2842B中的另一个遮挡的部分。
在一个实施例中，图28F的显示系统还包括遮挡系统，该遮挡系统能够操作以遮挡来自第二1001F和第四2862A图像源中的至少一个的光的一部分。在一个实施例中，遮挡系统包括至少一个遮挡层2864A，该遮挡层具有一个或多个单独可寻址的元件2865。在另一实施例中，遮挡系统包括至少一个遮挡对象(未示出)。遮挡系统可以定位成在光学上位于光学组合器101B之前。在一个实施例中，来自第一1001F和第四2862A图像源的光分别限定第一2844A和第二2862B图像表面，并且该光被至少一个透射反射器5030C中继以在第二视域2896B中限定第一2844B和第二2862C中继图像表面，并且其中遮挡系统2864A能够操作以遮挡来自第一或第四图像源2862A的光的一部分，遮挡部分对应于第一或第二中继图像表面2862C的被第一或第二中继图像表面2844B中的另一个遮挡并被观察者1050B观察的一部分。
对象2862A附近的遮挡平面2864A被中继为中继遮挡平面2864C。与中继全息对象2844B重叠的中继遮挡平面2864C的部分未在图28F中示出。观察者1050B可以观察中继全息对象2844B，但如果光线组2863D中的中心光线丢失，则看不到来自全息对象2862B正后方的中继对象2862C的光线。该遮挡可以通过在遮挡平面位置2865遮挡来自对象2862A的对应光线2863A的中心部分来实现。遮挡平面2864A和对象2862A之间的距离可以与中继全息对象2844B和中继对象2862C之间的距离基本上相同。来自对象2862A的通过透射反射器5030B然后通过透射反射器5030C的光的双中继基本上保持了对象2862A对于相应的中继对象2862C的深度剖面，以及保持了在对象2862A前面的一个或多个遮挡平面2864A的深度排序，使得相应的一个或多个中继遮挡平面2864C可以放置在与中继全息对象2844B基本上相同的位置。
图28F中所示的显示系统的许多显示变化是可能的。在一个实施例中，全息显示器1001E和1001F以及图28F中的对象2852A和2862A可以是以下任何一种：2D显示表面、立体显示表面、自动立体显示表面、多视图显示表面，其可以是仅水平视差(HPO)多视图显示器(例如透镜显示器)的表面、空间3D显示器的一个或多个表面、发射光的真实世界对象的表面或反射光的真实世界对象的表面。
模块化显示系统
图29A示出了两个显示装置201的俯视图，一个用于放置在第一成像平面A上，另一个用于放置在第二成像平面B上，每个显示装置包括显示区205和非成像区206，例如，它可以是遮光板。图29B示出显示装置201的侧视图和端视图。显示装置201可以是诸如LED、OLED或微型LED显示器之类的发射型显示器或诸如LCD显示器之类的透射型显示器。图29C示出了放置在第一平面A211上的多个显示器201，以及放置在第二平面B212上的多个显示器201。图29D示出了彼此正交设置的第一显示平面A211和第二显示平面B212的侧视图，来自平面A211的光241与来自平面B212的光242叠加在一起以使用光组合系统形成叠加光243，光组合系统包括光学图像组合器101，其中叠加的光243到达观察者1050。光学组合器101可以是非偏振分束器、偏振分束器、半反射镜或一些其它光学系统，其可以包含折射光学器件、衍射光学器件或镜面系统。图29E示出了由观察者1050观察到的组合光243，其中显示平面A211和显示平面B212叠加，平面B上的显示器201用虚线示出并且略微褪色以将它们与平面A上的显示器201区分开来，平面之间的小偏移能够形成区域221，其中不产生来自显示平面B212的光的非成像区域与产生光的显示平面A211上的成像区域重叠，使得可以在该区域221中从至少一个显示器产生一些光。仍然存在区域222，其中来自平面上的显示器的非成像区重叠，并且这些区域不产生光。如果非成像区的大小可以忽略不计，则该重叠区域可能是可接受的，但对于实际显示器，该非成像区域通常足够大以被观察者1050注意到。
可以使用类似于图29D中所示的分束器配置来叠加显示平面的其它布置。图29F示出了放置在规则矩形网格上的显示装置201的两个显示平面，显示平面D214和显示平面E215，它们在二维上彼此偏移少量以便最大化重叠区域217，其中至少一个显示平面产生光，并且最小化在显示平面D214和E215都不产生光的两个显示平面上的非成像区域218重叠。
可以使用相对于彼此旋转的显示平面。图29G示出了在图29C中分别示出的两个重叠的显示平面A211和B212，其中显示平面A211相对于另一个显示平面B212旋转了90度。如在先前的配置中，这导致在平面之一上存在一个但只有一个非成像区域的区域221，以及在平面A211和B212上都存在非成像区域的非成像区域222。可以使用具有非成像区域的第三显示平面来消除这些非成像区域222。图29H示出了显示平面C213，该显示平面包括显示装置201的规则直线网格，该显示装置大小并排放置在整齐的行中。图29I示出了显示系统2910的一个实施例的侧视图，该显示系统包括光组合系统，该光组合系统包括组合来自三个显示平面A211、B212和C213的光的至少两个光学组合器101A和101B。显示平面B212和C213相对于彼此平行放置但可以偏移，使得显示平面B212和分束器101B之间的距离与显示平面A211和分束器101B之间的距离相同。平面B212相对于平面C213旋转90度，使得对于图29I所示的侧视图，显示器201B的两个长边在显示平面B212上可见，而显示器201C的三个短边在显示平面C213上可见。显示平面A211与显示平面C213正交设置，并且对于图29I所示的侧视图，显示装置201A在平面A211中的短边是可见的。来自显示平面A211的表面280A的光241可以与来自显示平面C213的表面280C的光251组合成组合光252。该组合光252与来自显示平面B212的表面280B的光242组合成来自三个显示平面A211、B212和C213的组合光253，该组合光到达观察者1050。观察者1050看到组合光274，就好像它来自在观察者1050和显示平面A211之间的距离处的单个显示器。观察者1050与三个显示平面A211、B212或C213中的任何一个之间的光路长度可以被调整为基本上相同。如果要中继组合光253以使其聚焦在虚拟显示平面上，则可能需要这些相等的路径长度。
图29J是观察者1050从图29I所示的三个显示平面观察到的组合光253。显示平面A211和C213是平行的，但彼此偏移小于显示装置的短尺寸。显示平面B212正交于显示平面A211和C213。显示平面已对准，使得可能存在位置219，其在对应位置处仅具有来自一个显示平面的一个遮光板，但显示区域存在于其它两个平面上，或位置220，其具有存在于一个显示平面(例如，显示平面C213)上的显示区域，但可能由于位置220处的其它两个平面(例如，平面A211和B212)上的两个非成像区域而仅具有一个。在图29J中，每个位置在三个显示平面之一上具有至少一个显示源。这样，来自图29J所示的显示平面A211、B212和C213的组合光是无缝显示表面280，其具有许多单独的显示装置201的组合分辨率，其中每个单独的显示装置201包含非成像区域。由图29I所示的显示表面280A、280B和280C的三个贡献平面组成的图29J所示的无缝显示表面280可以根据需要制成大的并且具有尽可能高的分辨率，条件是图29I中的光学组合器101A和101B可以做成适当大小。
将显示装置放置在相对于彼此旋转的显示平面(例如，图29J中的显示平面A211和B212)上的一个可能的优点是增加了组合像素的分辨率，这是由于多于一个显示平面上的像素重叠而导致的。例如，在一些实施例中，每个平面上的显示像素将包括一个以上的子像素。图29K示出了一个实施例，其中每个像素例如230或235由三个矩形子像素组成，其颜色可以是红色、蓝色和绿色。对应于图29J中所示的显示布置，形成用于平面A211上的显示器的A平面像素230的子像素231、232和233(例如，红色、绿色和蓝色子像素)可能高度大于宽度，这意味着形成用于平面B212上的显示器的B-平面像素235的子像素236、237和238(例如，红色、绿色和蓝色子像素)旋转到与B平面上的显示装置正交，可能比宽度大于高度。叠加后，像素230和像素235可以形成交叉叠加的子像素图案240，包含9个交叉的子像素区域，例如234。与来自像素230和235的源子像素的组合数量相比，叠加像素240上较大数量的交叉子像素区域可以提供更多的颜色选择和更高的有效空间分辨率。
虽然图29J中所示的无缝显示表面280可能没有非显示区域，但它由显示器A211、B212和C213的三个贡献平面组成，每个平面都具有以紧密排列的形式放置的显示器。显示装置平面的其它更有效的布置是可能的。图29L示出了四个相同的显示平面，显示平面I216、显示平面J217、显示平面K218和显示平面L219，每个都包括显示器201的图案，每个显示器201与其相邻显示器之间具有空间。虽然这些显示平面每个仅显示四个显示器，但它们可以根据需要制作得尽可能大，并且每个轴上的显示器与显示器之间的间隔相同。可以使用具有一个或多个光学组合器的光组合系统来组合这四个显示平面，这与图29I中组合三个显示平面的方式非常相似。图29M示出了如何使用光组合系统的三个光学组合器101A、101B和101C组合图29L中所示的四个显示平面I216、J217、K218和L219以形成重叠的2D显示系统2920。来自显示平面I216表面290I的光261和来自显示平面J217表面290J的光262由分束器101A组合成组合光I+J263。来自显示平面K218表面290K的光271和来自显示平面L219表面290L的光272由分束器101B组合成组合光K+L273。光I+J263和光K+L273由分束器101C组合成观察者1050看到的组合光274I+J+K+L。图29N显示观察者1050应该从图29M所示的配置看到重叠的显示平面275，具有有效的重叠无缝2D显示表面290。图29O示出了四个重叠显示平面I216、J217、K218和L219的配置，其产生由观察者1050从图29M所示的配置看到的组合光274I+J+K+L。这四个重叠的显示平面I216、J217、K218和L219在一些区域265中具有最多三个非成像区域重叠，但从来没有四个非成像区域同时重叠。这意味着组合无缝显示表面290上的基本上所有区域都产生光。图29O所示的由显示器的四个贡献平面组成的无缝显示表面290可以根据需要制成相应大小，并且具有根据需要的高分辨率，条件是光学组合器101A、101B和101C可以制成适当大小。本公开中所示的配置是示例性的，并且具有非成像区的显示平面的许多其它配置可以组合以产生一个有效的无缝显示平面。
鉴于以上示例说明的原理，应当理解，通常，显示系统可以被构造为包括模块化显示装置阵列，每个模块化显示装置包括显示区和非成像区，其中模块化显示装置阵列限定多个显示平面，每个显示平面包括由相应显示装置的显示区限定的成像区域和由相应显示装置的非成像区限定的非成像区域。此外，显示系统可以被构造为进一步包括光组合系统，该光组合系统能够操作以组合来自模块化显示装置阵列的光，其中光组合系统和模块化显示装置阵列被布置为使得组合光具有通过叠加多个显示平面而限定的有效显示平面，使得多个显示平面的非成像区域与多个显示平面的成像区域重叠。
具有所需大小分辨率的无缝显示平面可以与波导阵列组合，以便创建光场显示系统。图30A示出了放置在照明平面3002上的单个波导1004A，该照明平面由位于无缝显示表面3020上的坐标u03010、uk3011和u-k3012处的单独可寻址的像素3003组成。无缝显示表面3020可以是图29O中的无缝显示表面290，图29J中的无缝显示表面280，图29A中所示的显示装置201的显示区205，或一些其它显示表面。照明平面3002可以是来自图29A和29B所示的显示装置201的显示区205的实施例。照明平面3002包含由两个正交轴U3005和V3006限定的平面中的像素，但在图30A中，像素3002仅显示在U轴3005中。每个波导与一组像素3002相关联。波导1004A将接收来自照明平面3002上的像素u-k3012的光3041并将该光3041投影到方向3031，该方向由至少部分地由像素3012在U-V平面上相对于波导1004A的位置确定的角度限定。来自左侧uk3011的像素的一些光3042被波导1004A接收并传播到主光线传播路径3032中，3032向上和向右的方向由像素uk3011相对于波导1004A的位置确定。在该示例中，垂直于照明平面的主光线传播路径3030由来自靠近波导1004A的光轴的像素u03010的光提供。坐标u0、uk和u-k是光传播路径在称为轴U的一维中的光场角坐标，但在正交维度V中存在对应的角坐标。通常，分配波导1004A以在二维(X，Y)中具有单个空间坐标，并且与波导相关联的像素3003、3010、3011或3012可以产生具有二维角坐标(U，V)的光传播路径。这些2D空间坐标(X，Y)和2D角坐标(U，V)一起形成分配给照明平面3002上的每个像素3003，3010，3011或3012的4维(4D)光场坐标(X，Y，U，V)。
4D光场由在各种空间坐标处的多个波导的所有4D坐标(X、Y、U、V)组成，每个波导1004A与对应于与波导1004A相关联的照明源像素3003的多个角坐标(U,V)相关联(例如，跨越在图30A中所示的波导1004A的U轴3005中的u-k，和uk)。图30B示出了光场显示系统3060，其包括布置在照明平面3002上方的波导1004平面，该照明平面包含照明源(例如像素)3003并形成无缝显示表面3020。无缝显示表面3020可以是图29O中的无缝显示表面290，图29J中的无缝显示表面280，图29A中所示的显示装置201的显示区205，或一些其它显示表面。在照明平面上方的是波导阵列1004，该波导阵列包括三个波导1004A、1004B和1004C。与每个波导1004A，1004B和1004C相关联的是像素组3002A，3002B和3003B，所述像素组分别产生传播路径组3025A，3025B和3025C。主光线3031，3030和3032分别在光场角坐标U的最小值，中间值和最大值处限定从波导1004A投影的光的传播路径。光场角坐标V与U正交。在图30B中，在相邻波导1004A，1004B和1004C之间形成垂直壁的光抑制结构3009防止由与第一波导相关联的一组像素产生的光到达相邻波导。例如，因为这两个波导之间的光抑制结构3009，来自与中心波导1004B相关联的任何像素3002B的光无法到达波导1004A。
图30C示出了光场显示器3050的侧视图，该光场显示器包括图29B所示的显示装置201，其中诸如图30B所示的波导阵列1004安装在有源显示区上。该光场显示器将光线投影到传播路径中，如图30B所示。下面，本公开示出了该构建块3050如何可以用作比光场显示器3050具有更高分辨率的光场显示器中的构建块。
图30D示出了显示装置201，其具有被波导阵列1004覆盖的有源显示区205，该波导阵列被非成像区206包围。(X,Y)＝(0,0)处的两个波导1004A和(X,Y)＝(1,0)处的两个波导1004B的放大图3030在图30A中显示了同样显示的U、V和Z轴3040，以及与每个波导相关的4-D像素坐标。这些像素共同形成照明源平面3002，其也在图30B中示出。例如，像素3083与(X,Y,U,V)坐标(0,0,-2,-2)相关联，由x0y0u-2v-2表示。在与像素3083相对于波导1004A的位置相同的相对于波导1004B的相对位置下，像素3093具有与(X,Y,U,V)坐标(1,0,-2,-2)相同的(U,V)坐标(-2,-2)。类似地，在波导1004A的中心处的像素3081具有(X,Y,U,V)坐标(0,0,0,0)，而在波导1004B的中心处的像素3091具有(X,Y,U,V)坐标(1,0,0,0)。一些其它的4D光场坐标在图30D中示出，包括(X,Y,U,V)＝(0,0,-1,0)，(0,0,-2,0)，(0,0,-3,0)和(1,0,0,-1)。
图30E示出了由包括五个波导1004A-E的光场显示系统投影的两个全息对象3022和3024，每个波导分别投影来自一组相关像素3002A-D的光，并且被观察者1050感知。像素是无缝显示表面3020的一部分，其可以是图29O中的无缝显示表面290、图29J中的无缝显示表面280、图29A中所示的显示装置201的显示区205，或一些其它显示表面。由形成全息对象3024的主光线3023限定的光线包括由波导1004C投影的来自像素3071的光，由波导1004B投影的来自像素3072的光，以及由波导1004C投影的来自像素3073的光。由形成全息对象3022的主光线3021限定的光线包括由波导1004C投影的来自像素3074的光，由波导1004D投影的来自像素3075的光，以及由波导1004E投影的来自像素3076的光。在图30E中，在相邻波导1004A-D之间形成垂直壁的光抑制结构3009防止由与第一波导相关联的一组像素生成的光到达相邻波导。例如，来自与波导1004C相关联的任何像素3002C的光不能到达波导1004B或波导1004D，因为围绕波导1004C的光抑制结构3009将阻挡并吸收这种杂散光。虽然在图30E中仅示出了主光线传播路径组3023和3021，但应当理解，来自照明源平面像素3071-3076的光可以基本上填充相应波导的孔径，正如当来自像素3012的光3041被投影到图30A中的主光线传播路径3031中时，该光3041基本上填充波导1004A的孔径。
应该注意的是，在整个本公开中，任何光场显示器都可以通过添加可切换玻璃层(例如“智能玻璃”)转换为普通显示器，该可切换玻璃层是当施加电压、光或热时具有从透明变为半透明的改变的光透射特性的玻璃层或窗玻璃。例如，在聚合物分散液晶装置(PDLC)中，液晶溶解或分散到液态聚合物中，然后凝固或固化聚合物。通常，将聚合物和液晶的液体混合物置于两层透明导电玻璃或塑料之间，然后固化聚合物，从而形成智能窗的基本夹层结构。来自电源的电极连接到透明电极上。在没有施加电压的情况下，液晶随机排列在液滴中，导致光在穿过智能窗组件时发生散射。这导致半透明的乳白色外观。当向电极施加电压时，在玻璃上的两个透明电极之间形成的电场会导致液晶对准，从而使光以非常小的散射穿过液滴，并根据施加的电压导致透明度不同的状态。
图30F示出了图30B中所示的光场显示器3060，其中智能玻璃层3070放置在平行于波导1004的平面的平面中并且与波导1004的表面相距一小段距离。图30B的编号在图30F中使用。基板3071，可以是固化聚合物和液晶的混合物，液晶分子在聚合物中形成液滴，位于两个透明塑料或玻璃电极板3072之间。电压源3075附接到电极板3072并且将电压施加到板之间的基板3071。在PDLC基板3071的情况下，从电压源3075施加零伏导致液晶随机排列在液滴中，导致智能玻璃3070散射入射光。在这些情况下，照明平面3002像素3009A、3009B和3009C产生光投影路径3041、3042和3043，这些光投影路径被智能玻璃3070散射为散射光束3051、3052和3053，每一个散射光束都具有可以为分别大于入射光3041、3042和3043的角度分布。所有光线3050的集合离开智能玻璃层3070，具有在智能玻璃层上的每个位置处产生的角分布，该角分布可以对应于观察者1050从传统2D显示器预期的宽视场。
图30G示出了图30F所示的光场显示器，但是其中电压源3075向透明智能玻璃电极3072施加足够的电压以使智能玻璃变得透明。施加的电压形成电场并导致悬浮在聚合物中的液滴中的液晶对准，允许光以非常小的散射穿过液滴并使智能玻璃层3070处于透明状态。来自波导1004A、1004B和1004C的入射光线3041、3042和3042分别直接通过智能玻璃层3070，并且光场显示器3060相当于光场显示器，透明玻璃薄层悬浮在其上方，能够操作用于投影全息对象。
可切换智能玻璃层3070可以采用与PDLC结构交替的形式。例如，在悬浮粒子装置(SPD)中，棒状纳米级粒子的薄膜层压体悬浮在液体3071中并放置在两片玻璃或塑料3072之间或附接到这些层之一。当不施加电压时，悬浮颗粒随机排列，从而阻挡、吸收甚至散射光。当施加电压时，悬浮粒子对准并让光通过。智能玻璃层3070的另一种替代方案是可以显示各种变色现象的多种类型的玻璃中的一种，这意味着基于光化学效应，玻璃会根据环境信号(例如电压(电致变色))改变其光传输特性。在另一个实施例中，智能玻璃层可以用微窗帘来实现，微窗帘可以以诸如白色的反射颜色实现并且响应于施加的电压控制穿过或散射的光的量。
显示装置、成像中继器和波导可以组合起来以多种方式实现光场显示器。图31A示出了模块化显示装置阵列1002的侧视图，其包括图29和29B所示的单独的显示器201。模块化显示装置阵列1002可以采用2D显示装置阵列的形式，例如图29I和29J中所示的211显示平面A，212显示平面B或213显示平面C。图29I和29J示出了组合无缝显示表面280如何可以由与分束器101组合的显示装置1002的2D阵列的多个实例形成，尽管显示装置1002的每个2D平面由于存在非-成像区域包含间隙。
图31B示出了如何将包含成像间隙的显示装置1002的2D阵列与能量中继器阵列1003组合以产生具有无缝显示表面3121且没有诸如遮光板206的非成像区域的无缝显示系统。在这种情况下，能量中继器1003A、1003B和1003C是锥形能量中继器，用于将从显示装置201的多个显示区205接收的图像中继到中继器相对侧的公共无缝显示表面3121。每个锥形能量中继器1003A，1003B和1003C中继图像而基本上不损失图像的空间分辨率，并且基本上不损失来自显示区205的光强度。锥形能量中继器1003A-C可以是锥形光纤中继器，包含随机排列的材料并根据Anderson定位原理中继光的玻璃或聚合物材料，或者包含有序排列的材料并根据有序能量定位效应中继光的玻璃或聚合物材料，这在共同拥有的国际公号为.WO2019/140269和WO2019/140343的专利申请中进行了描述，所有这些都出于所有目的通过引用并入本文。锥形中继器1003A、1003B和1003B具有靠近显示装置201的显示区205的小端3157和有助于形成无缝显示表面3121的放大端3158。锥形能量中继器1003A-C可以在具有第一成像区的显示装置201的显示区205处的中继器1003A-C的一个窄端3157与中继器1003A-C的另一个较宽端3158之间在具有第二成像区的无缝显示表面3121处具有倾斜部分3155，其中第二成像区可以大于第一成像区，这意味着锥形1003A-C可以提供图像的放大。继电器阵列1003中的锥形继电器之间的接缝3156可以足够小，从而在距无缝显示表面3121的任何合理观看距离处都不会被注意到。虽然图31B示出了来自显示装置平面1002上的三个单独的显示装置201的显示区205被锥形继电器阵列1003的三个锥形成像继电器1003A，1003B和1003C中继为基本没有明显接缝3156的公共显示表面3121，但是可以通过在两个正交平面中中继更多的装置来构造类似的组合显示平面，从而任何实际数量的显示装置(每个显示装置包括非成像区域)可以有助于基本上无缝的显示表面3121。可以利用图31B所示的方法在二维中组合所需数量的显示装置，形成具有应用所需分辨率的无缝显示表面。多个显示表面3121可以排列成单独的显示平面，它们可以使用分束器或其它光学组合装置相互叠加，或者它们可以用作不需要分束器的光场显示器的构建块，如将在下面显示。
如图30A-D所示，光场显示器可以由提供照明源平面3002以及波导阵列1004的显示表面构成，每个波导将一个或多个照明源投影到投影路径中，每个投影路径的方向至少部分地由相应照明源相对于波导的位置确定。照明源平面3002可以由图3121所示的无缝显示面3121、图29O中的无缝显示面290、图29J中的无缝显示面280、图29A所示的显示装置201的显示区205，或其它一些显示表面提供。图31C示出了图30C和30D中所示的各个光场显示单元3050的阵列3150，每个光场显示单元3050包括波导阵列1004和由显示单元201提供的单独控制的照明源阵列。下面，本公开描述了由具有可以大于单个光场显示单元3050的分辨率的光场显示单元3050构成的光场显示器。波导阵列1004可以包含光抑制结构3009，如图30B和30E所示。
图31D是光场显示器1001的一个实施例，其在本公开的许多图中显示为1001或1001A，包括图1A-B、3A、5A-H、6、7、8A-C、9A、11A-B、11F、11C和12-26。它由显示装置层1002、可以形成无缝能量表面3121的图像中继层1003和波导阵列1004组成，每个波导与一组照明源相关联，其中每个波导可以将来自该组照明源的至少一个照明源的光投影到至少部分地由照明源相对于波导的位置确定的方向上。波导阵列1004可以包含光抑制结构3009，如图30B和30E所示。如参考图31B所讨论的，可以使无缝显示表面组合多个显示器201的成像区，从而可以实现期望大小的显示分辨率。
图31A-C所示的每个构建块可以与本文中公开的任何中继系统结合使用，包括但不限于图11A所示的中继系统5000、图11B所示的中继系统5001、图11F所示的中继系统5002、和图11G中所示的中继系统5003以创建光场显示器。图32示出了由重叠的2D显示系统3250、中继系统5005和放置在中继器5005的虚拟显示平面3205处的波导阵列1004组成的光场显示系统。为了说明的目的，重叠的2D显示系统3250被示出为仅具有两个显示阵列平面3201和3202，它们可以是图31A中所示的显示平面1002的实施例。然而，重叠2D显示系统3250可以是图29I所示的重叠2D显示系统2910，或图29M所示的重叠2D显示系统2920。中继系统5005可以是本公开中所示的中继器5010、5020、5030、5040、5050、5060、5070、5080、5090、5100、5110或5120，或者可以将来自光源的发散光线转换成聚光线的并能将对象的表面中继到另一个位置一些其它中继器。来自显示阵列平面3202的表面3204上的一点的一部分光线3222通过分束器101成为光线3232，这些光线3232与作为来自显示阵列平面3201的表面3203的光3221的起源和然后被分束器101反射的光线3231组合。来自显示装置阵列3202的光线3232和来自显示装置阵列3201的光线3231被中继器5005接收并分别中继为光线3242和3241，分别在点3252和3251处聚焦在中继虚拟显示平面3205上。虚拟显示平面3205从来自显示装置阵列3202的组合显示表面3204和来自显示装置阵列3201的显示表面3203中继。可以在虚拟显示平面3205处使用漫射元件3210来漫射来自中继器的聚焦光线3241和3242，使得可以由波导阵列1004接收期望角分布的光线，该波导阵列被布置在与虚拟显示平面3205基本上相同的位置处。漫射元件3210可以是由微透镜或微珠组成的漫射膜、聚合物薄膜、可由玻璃或聚合物组成的中继材料薄层、或导致期望的光分布的一些其它层这可能，导致波导阵列1004中的每个波导的孔径被基本填充。由漫射层3210接收的光的角分布可以比呈现给波导阵列1004的光的角分布更宽或更窄，或者它可以具有适合于波导阵列1004中的各个波导的定制分布。如图30E所示，在虚拟显示平面3205处形成的照明平面与波导阵列1004结合在一起为观察者1050生成光场。波导阵列1004可以包含光抑制结构3009，如图30B和30E所示。
图33是类似于图32中所示的光场显示器的光场显示器，不同之处在于图32中的两个显示平面3201和3202均被替换为单个无缝显示表面3302，这可以是图31B所示的无缝显示表面3120的实施例，以及可选的第二无缝显示表面3301。如果存在两个无缝显示表面3301和3302，则光组合器101可能是必需的，并且如果仅存在一个无缝显示表面3302，则可以省略该光组合器。为此，无缝显示表面3301和分束器101被示为可选的，由虚线表示。图32的编号用于图33。在图33中，虚拟显示平面3205从无缝显示表面3302的组合显示平面3304和无缝显示表面3301的显示平面3303(如果存在)中继。在该图中，即使仅存在一个无缝显示表面3302，中继虚拟显示平面3205也不会包含任何成像“孔”。在图33中，如果存在无缝显示表面3304和3303，则由中继器5005同时将其中继为虚拟显示平面3205，在该虚拟显示平面3205处进行组合。光场由虚拟显示平面3205处的中继照明源产生，波导阵列1004靠近虚拟显示平面布置。波导阵列1004可以包含光抑制结构3009，如图30B和30E所示。
图34A是由两个光场显示装置阵列3401和3402组成的光场显示系统3450，每个阵列可以包含由光组合系统组合的非成像区域，在一个实施例中，光组合系统可以包括至少一个光学组合器101。两个光场显示装置阵列3401和3402可以各自是图31C中的光场显示装置阵列3150的实施例。每个光场显示装置阵列3401和3402包含不投影光的间隙区域，间隙区域包括阵列3401上的区域3406和阵列3402上的区域3408。然而，到达观察者1050A的光场，即由光学组合器101从两个光场装置阵列3401和3402组合的光，可以是没有任何间隙的光场。在图34A中，全息对象3416主要由从第一光场装置阵列3401投影的光线3411形成，表示为实线。所示的两条光线3411投影在光场装置阵列3401的非显示区域3406附近，这些光线3411被图像组合器101偏转成光线3421A。作为非显示区域3406的结果，第一光场装置阵列3401对于接近于第一光场装置阵列3401的屏幕平面3403的法线的角度不会投影光线。然而，这些光线可以由第二光场显示装置阵列3402提供，表示为虚线。例如，光线3442B从第二光场装置阵列3402的位置3407投影，并通过分束器101与来自第一光场显示装置阵列3401的光线3421A组合，形成一组光线3431，该组光线都是全息对象3416的光场显示器所需的所有光线，如预期的那样，光投影在观察者1050A的整个视场上。在图34A中，来自第二光场装置阵列3402的光线3442B被示为虚线，而来自第一光场装置阵列3401的光线3421A被示为实线。因此，第一光场装置阵列3401和第二光场装置阵列3402都贡献光线以形成如观察者1050A所见的形成投影全息对象3416的光。以类似的方式，屏幕内全息对象3415被第二光场装置阵列3402中的波导投影到非成像区域3408附近，以此使得接近第二光场装置阵列3402的屏幕平面3404的法线的光线不能由该第二光场装置阵列3402产生。这些光线，例如光线3421B，由第一光场装置阵列3401产生，从第一阵列3401的位置3409投影。光线3421B由分束器101与形成全息对象3415的大部分的光线3422A组合，使得光线组3432包含以跨越观察者1050A的全视场的角度显示全息对象3415所需的光线。形成全息对象3415并且源自第二光场显示装置阵列3402的光线3442A被示为虚线。光线3421B，表示由于位置3408处的显示间隙而不能垂直于第二阵列3402的屏幕平面3404投影的光，并且由第一阵列3401提供，被示为实线。
图34B显示了图34A中所示的显示系统3450如何呈现给观察者1050A，观察者看到两个全息对象3415和3416围绕屏幕平面3404投影，并且观察者可能不能区分来自这些全息对象中的每一个的光源自图34A所示的光场显示装置3401和3402的两个分离的正交平面的事实。控制器190在平面3401和3402中的所有光场显示器之间协调指令，因此正确的光线由光场显示装置阵列3150内的每个光场显示装置3050投影。
图34C是图34A所示的光场显示系统，其与将全息对象中继到虚拟显示平面的中继系统5000相结合。图34A的编号在图34C中使用。光线3431被中继器5000接收，并中继为光线3451，该光线形成投影全息对象3416的中继表面3418。在图34C中，从第二光场装置阵列3402投影的光线3422B以虚线示出，被中继为光线3442B，而来自第一光场装置阵列3401的光线3421A以实线示出，中继为光线3441A。因此，第一光场装置阵列3401和第二光场装置阵列3402分别贡献光线3441A和3442B以形成中继表面3418。以类似的方式，光线组3432被中继器5000接收并中继为光线组3452，该光线组形成中继全息对象3417。形成全息对象3415并且源自第二光场显示装置阵列3402的光线3442A被示为虚线，并且这些光线由中继器5000中继为虚线3442A。光线3421B表示不能垂直于第二阵列3402的屏幕平面3404投影并由第一阵列3402提供的光，显示为实线，该光线由中继器5000中继为光线3441B，也显示为实线。观察者1050看到两个中继全息对象3417和3418，并且她/他无法区分形成每个对象的光源自光场显示装置3401和3402的两个单独正交平面的事实。控制器190向光场装置阵列3401和3402发出协调显示指令，以按预期投影中继全息对象表面3417和3418。图34C所示的显示系统使用中继器5000，中继器反转全息对象3415或3416的表面的深度，包括这些全息对象分别中继为中继全息表面3417和3418时的深度排序。然而，在其它实施例中，中继系统5000可以由图11B所示的中继系统5001代替，该中继系统不反转深度，并将全息对象3415和3416中继到不同位置。图34C中所示的中继器5000可以被本公开中呈现的任何中继器或将投影全息对象的表面中继为不同位置的中继全息表面的任何其它中继器替换。
鉴于上面提供的示例所说明的原理，应当理解，一般而言，光场显示系统可以被构造为包括模块化显示装置阵列，每个模块化显示装置包括显示区和非成像区，其中模块化显示装置阵列限定多个显示平面，每个显示平面包括由相应显示装置的显示区限定的成像区域和由相应显示装置的非成像区限定的非成像区域。光场显示系统还可以包括波导阵列，每个波导阵列被定位成接收来自模块化显示装置阵列之一的显示平面的光，以及光组合系统，光组合系统能够操作以组合来自波导阵列的光。每个波导阵列可以被配置为引导来自相应模块化显示装置阵列的光，使得来自光组合系统的组合光包括光路，每个光路是根据四维函数限定并且在第一个四维坐标系中具有一组空间坐标和角坐标。光场显示系统还可以包括控制器，该控制器能够操作以操作模块化显示装置阵列以输出光，使得来自光组合系统的组合光限定全息表面，限定全息表面的组合光包括来自不同模块化显示装置阵列的至少一个成像区域的光。
具有交互式中继对象的显示系统
在显示系统中，中继对象是交互式应用的理想候选对象，其中传感器监视中继对象周围的区，记录显示系统附近的观察者，并响应观察者的动作或特征来改变中继对象。图35是图11A所示的显示系统的示意图，其中第一图像源光场显示器1001A投影全息对象表面121A和122A和第二图像源真实世界对象123A，该全息对象表面和分别由中继器5000中继为中继全息表面121B和122B，该第二图像源真实世界对象被中继为真实世界对象123A的中继表面123B。图11A的编号在图35中使用。观察者1050可以将他/她的手3502放在中继对象121B、122B或123B之一的附近，并且传感器3501可以记录观察者的手3502的移动。或者，传感器3501可以感测观察者1050的任何其它属性，包括观察者位置、观察者身体部位的位置、来自观察者的声音、观察者的姿势、观察者的运动、观察者的表情、观察者的特征，例如年龄或性别、观察者的服装，或任何其它属性。传感器3501可以是相机、接近度传感器、麦克风、深度传感器或任何其它感测装置或记录声音、图像或任何其它能量的感测装置的组合。控制器190可以记录该信息并通过向光场显示器1001A和/或遮挡平面151、152以及153发出指令来改变中继对象123A、123B或真实世界对象123C的遮挡区域的内容或位置.在另一个实施例中，真实世界源对象123A在电机控制系统上，并且真实世界对象123A的位置也可以由控制器190响应于观察者1050的交互而改变。图35中所示的显示系统使用中继器5000，中继器反转全息对象121A和122A的表面以及真实世界对象123A的表面的深度，包括这些对象在被中继为中继表面121B、122B和123B时的深度排序。然而，在其它实施例中，中继系统5000可以由图11B所示的中继系统5001代替，该中继系统不反转深度，并将对象121A、122A和123A中继到不同位置。图35中所示的中继器5000可以用本公开中提出的任何中继器或将对象的表面中继为不同位置的中继表面的任何其它中继器代替。
中继系统5000或任何其它成像中继器可以是双向中继器。这意味着可以从光场显示器1001A或真实世界对象123A的位置看到来自观察者的手3502的光。图36示出了图35的显示系统，其中来自显示器前面环境的光通过图像中继器传输并在显示系统内被感测。图36中使用了图35中的编号，为了简单起见，没有画出光路131A、131B、132A、132B、133A、133Y和133B。在图36中，来自观察者的手3502的光路3503A沿与形成真实世界对象123A的中继表面123B的中继光线的方向相反的方向行进通过中继器5000。图36的配置与图35的配置相同，除了附加分束器101B以一定角度设置在光场显示器1001A和分束器101之间，并且改变传感器3501的位置。来自观察者的手3502的光线3503A被中继器5000接收，并且被中继到光路3503B，其中的一部分被附加分束器101B反射为光线3503C，该光线可以被传感器3501接收。传感器3501可以是相机、接近度传感器、麦克风、深度传感器或记录声音、图像、深度或任何其它物理量的任何其它感测装置。如上所述，传感器3501可以记录观察者与中继对象的交互或者观察者的属性或特征，并且该信息可以由控制器190解释。作为响应，控制器190可以修改中继全息对象121B和122B的显示方式或修改包括层151、152和153或这两者的遮挡平面系统上的遮挡位点188。在图36中，传感器3501可以替代地位于靠近真实世界对象的3501A，或位于靠近光场显示器的3501B，在采用图36的实施选择可能允许的替代配置中，这些传感器位置可能不需要附加分束器101B的存在。此外，还存在多种其它类似的配置-例如，在不发射或反射光的对象123A的位置，传感器可以与真实世界对象123A并置。在另一个实施例中，如果光场显示器1001A具有既投影光又感测光的双向表面，则传感器3501可以集成到光场显示器中。图36所示的显示系统使用中继器5000，该中继器反转全息对象121A和122A的表面以及真实世界对象123A的表面的深度。在其它实施例中，中继系统5000可以由图11B中所示的中继系统5001代替，该中继系统不反转深度。图36中所示的中继器5000可以用本公开中提出的任何中继器或将对象的表面中继为不同位置的中继表面的任何其它中继器代替。
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限定。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涵盖。
另外，本文中的章节标题是出于与依据37CFR1.77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当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，词语“一(a)”或“一个(an)”的使用可以表示“一个(one)”，但它也与“一个或多个”，“至少一个”和“一个或多于一个”的含义一致。权利要求中使用的术语“或”用于表示“和/或”，除非明确指出仅指备选方案或者备选方案是互相排斥的，尽管本公开支持仅指备选方案和“和/或”的限定。在本申请中，术语“约”用于表示值包括装置的误差的固有变化，用于确定该值的方法，或在研究对象中存在的变化。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)”)是包容性或开放性的，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、测量和时序词语应当理解为意指“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”是指这样的比较，测量和定时是可行的，以实现隐含地或明确地陈述的期望结果。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本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，且仍使本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 (505)

1.一种光学系统，其包括
第一输入接口，所述第一输入接口被配置为接收来自第一图像源的沿第一组光路的光，其中来自所述第一图像源的所述光能够操作以限定第一图像表面；
第二输入接口，所述第二输入接口被配置为接收来自第二图像源的沿第二组光路的光，其中来自所述第二图像源的所述光能够操作以限定第二图像表面；和
中继系统，所述中继系统被配置为将接收到的来自所述第一和第二图像源的所述光引导到视域，其中所述第一和第二图像表面中的至少一个由所述中继系统中继到所述视域中；
其中所述第一和第二图像源中的至少一个包括光场显示器，并且所述第一组光路是根据由所述光场显示器限定的四维(4D)函数确定，使得来自所述光场显示器的每个光路在第一四维坐标系中具有一组空间坐标和角坐标。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述第一和第二图像源中的所述至少一个中的另一个包括：2D显示表面、立体显示表面、自动立体显示表面、多视图显示表面、空间3D显示表面、第二光场显示表面、发射光的真实世界对象的表面，或反射光的真实世界对象的表面。
3.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述第一和第二图像表面中的所述至少一个包括：从2D显示表面投影的图像表面、从立体显示表面投影的图像表面、从自动立体显示表面投影的图像表面、从多视图显示表面投影的图像表面、空间3D显示器的图像表面、全息对象的表面、真实世界对象的表面或所述真实世界对象的所述表面的中继图像。
4.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述第一图像源包括所述光场显示器，并且所述第一图像表面包括全息对象的表面；并且进一步地，其中所述第二图像源包括2D显示表面、立体显示表面、自动立体显示表面、多视图显示表面、空间3D显示表面、第二光场显示表面、发射光的真实世界对象的表面，或反射光的真实世界对象的表面。
5.根据权利要求4所述的光学系统，其中所述第二图像表面包括从2D显示表面投影的图像表面、从立体显示表面投影的图像表面、从自动立体显示表面投影的图像表面、从多视图显示表面投影的图像表面、空间3D显示器的图像表面、全息对象的表面，或真实世界对象的表面，或所述真实世界对象的所述表面的中继图像。
6.根据权利要求1所述的光学系统，其还包括在光学上位于所述第一和第二输入接口中的至少一个之前的遮挡系统，所述遮挡系统被配置为遮挡来自所述第一和第二图像源中的至少一个的光的一部分。
7.根据权利要求6所述的光学系统，其中所述第一和第二图像表面都由所述中继系统中继到所述视域中以分别限定第一和第二中继图像表面，并且其中所述光的遮挡部分对应于所述第一和第二中继图像表面中的至少一个的中继遮挡部分，在所述视域中能够观察到所述中继遮挡部分被所述第一和第二中继图像表面中的另一个遮挡。
8.根据权利要求6所述的光学系统，其中只有所述第一和第二图像表面中的一个被中继到所述视域中以限定所述视域中的中继图像表面，并且其中所述光的遮挡部分对应于所述第一和第二图像表面中的另一个在所述视域中能够观察为被所述中继图像表面遮挡的遮挡部分。
9.根据权利要求6所述的光学系统，其中只有所述第一和第二图像表面中的一个被中继到所述视域中以限定所述视域中的中继图像表面，并且其中所述光的遮挡部分对应于所述中继图像表面的中继遮挡部分，所述中继遮挡部分在所述视域中能够观察为被所述第一和第二图像表面中的另一个遮挡。
10.根据权利要求6所述的光学系统，其还包括光学上在所述第一和第二输入接口中的所述至少一个中的另一个之前的附加遮挡系统，所述附加遮挡系统被配置为遮挡来自所述第一和第二图像源的所述至少一个中的另一个的光的一部分。
11.根据权利要求6所述的光学系统，其中所述遮挡系统包括至少一个遮挡层。
12.根据权利要求11所述的光学系统，其中所述至少一个遮挡层包括一个或多个单独可寻址的元件。
13.根据权利要求12所述的光学系统，其中所述一个或多个单独可寻址的元件包括被配置为阻挡入射光的一部分或视差屏障的遮挡位点。
14.根据权利要求12所述的光学系统，其中所述一个或多个遮挡层包括一个或多个透明LED面板、透明OLED面板、LC面板或能够操作以选择性地遮挡光的其它面板。
15.根据权利要求12所述的光学系统，其中
来自所述第一图像源的光在所述视域中在由来自所述第二图像源的光在所述视域中限定的背景表面之前限定前景表面，并且；
所述至少一个遮挡层位于第二图像源的前面并且能够操作以限定遮挡区域，所述遮挡区域的大小和形状与所述前景表面的大小和形状成比例，使得在所述前景表面后面不能观察到所述背景表面的遮挡部分。
16.根据权利要求15所述的光学系统，其中所述至少一个遮挡层与所述第二图像源之间的距离基本上等于所述前景表面与所述背景表面之间的距离。
17.根据权利要求15所述的光学系统，其中由所述至少一个遮挡层限定的所述遮挡区域被中继到所述视域以与所述前景表面基本上重合。
18.根据权利要求15所述的光学系统，其中光学系统还包括控制器，所述控制器能够操作以使所述遮挡区域的移动与所述视域中的图像表面的移动相协调。
19.根据权利要求11所述的光学系统，其中所述中继系统包括机械机构，所述机械机构能够操作以赋予所述中继系统相对于所述至少一个遮挡层以及所述第一和第二图像源的运动。
20.根据权利要求19所述的光学系统，其中所述中继系统还包括控制器，所述控制器能够操作以使所述中继系统的移动与限定在所述视域中的图像表面的移动相协调。
21.根据权利要求19所述的光学系统，其中所述中继系统还包括控制器，所述控制器能够操作以使所述中继系统的移动与由所述至少一个遮挡层限定的遮挡区域的移动相协调。
22.根据权利要求21所述的光学系统，其中所述至少一个遮挡层中的所述遮挡区域的所述移动至少部分地由所述至少一个遮挡层的物理运动来实现。
23.根据权利要求21所述的光学系统，其中所述至少一个遮挡层中的所述遮挡区域的所述移动至少部分地通过调制所述至少一个遮挡层中的单独可寻址的元件来实现。
24.根据权利要求11所述的光学系统，其中所述至少一个遮挡层是可移动的，以赋予相对于所述第一和第二图像源中的至少一个的运动。
25.根据权利要求11所述的光学系统，其中所述第一和第二图像源中的至少一个是可移动的，以赋予相对于所述至少一个遮挡层的运动。
26.根据权利要求6所述的光学系统，其中所述遮挡系统包括至少一个遮挡对象。
27.根据权利要求26所述的光学系统，其中来自所述第一图像源的光在所述视域中在由来自所述第二图像源的光在所述视域中限定的背景表面之前限定前景表面，并且其中所述至少一个遮挡对象位于所述第二图像源的前面，并且所述至少一个遮挡对象的大小和形状与所述视域中的前景表面的大小和形状成比例，使得在所述前景表面后面不能观察到所述背景表面的遮挡部分。
28.根据权利要求27所述的光学系统，其中所述至少一个遮挡对象与所述第二图像源之间的距离基本上等于所述前景表面与所述背景表面之间的距离。
29.根据权利要求27所述的光学系统，其中由所述至少一个遮挡对象限定的遮挡区域被中继到所述视域以与所述前景表面基本上重合。
30.根据权利要求26所述的光学系统，其中所述至少一个遮挡对象机动化。
31.根据权利要求30所述的光学系统，其中所述光学系统还包括控制器，所述控制器能够操作以使所述至少一个遮挡对象的移动与所述视域中的图像表面的移动相协调。
32.根据权利要求31所述的光学系统，其中所述中继系统包括机械机构，所述机械机构能够操作以赋予所述中继系统相对于所述至少一个遮挡对象以及所述第一和第二图像源的运动，并且所述控制器能够操作以使所述中继系统的移动与所述至少一个遮挡对象的所述移动相协调。
33.根据权利要求26所述的光学系统，其中所述中继系统包括机械机构，所述机械机构能够操作以赋予所述中继系统相对于所述至少一个遮挡对象以及所述第一和第二图像源的运动，并且所述控制器能够操作以使所述中继系统的移动与所述视域中的图像表面的移动相协调。
34.根据权利要求26所述的光学系统，其中所述第一和第二图像源中的至少一个是可移动的，以赋予相对于所述至少一个遮挡对象的运动。
35.根据权利要求1所述的光学系统，其中来自所述第一图像源的光被中继到所述视域中以限定在前景中能够观察到的中继图像表面，并且来自所述第二图像源的光在背景中的所述视域中能够观察到。
36.根据权利要求1所述的光学系统，其中来自所述第一图像源的光在背景中的所述视域中能够观察到，并且来自所述第二图像源的光被中继到所述视域中以限定在前景中能够观察到的中继图像表面。
37.根据权利要求1所述的光学系统，其中来自所述第一和第二图像源的光都被中继到所述视域中以分别形成第一和第二中继图像表面。
38.根据权利要求37所述的光学系统，其中：
a.所述第一和第二中继图像表面都在前景中能够观察到；
b.所述第一和第二中继图像表面都在背景中能够观察到；或者
c.所述第一和第二中继图像表面中的一个在前景中能够观察到，并且所述第一和第二中继图像表面中的另一个在背景中能够观察到。
39.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述光场显示器包括：
模块化显示装置阵列，每个模块化显示装置包括显示区和非成像区，其中所述模块化显示装置阵列限定多个显示平面，每个显示平面包括由相应显示装置的所述显示区限定的成像区域和由相应显示装置的所述非成像区限定的非成像区域；
波导阵列，每个波导阵列被定位成接收来自所述模块化显示装置阵列之一的所述显示平面的光；和
光组合系统，所述光组合系统能够操作以组合来自所述波导阵列的光；
其中每个波导阵列被配置为引导来自相应模块化显示装置阵列的光，使得来自所述光组合系统的组合光包括根据所述四维函数确定的所述第一组光路。
40.根据权利要求39所述的光学系统，其中所述光场显示器还包括控制器，所述控制器能够操作以操作所述模块化显示装置阵列以输出光，使得来自所述光组合系统的所述组合光限定全息表面，限定所述全息表面的所述组合光包括来自不同模块化显示装置阵列的至少一个成像区域的光。
41.根据权利要求39所述的光学系统，其中所述光组合系统包括至少两个光组合器，所述至少两个光组合器被布置成组合来自至少三个模块化显示装置阵列的光。
42.根据权利要求39所述的光学系统，其中所述光组合系统包括至少三个光组合器，所述至少三个光组合器被布置成组合来自至少四个模块化显示装置阵列的光。
43.根据权利要求1所述的光学系统，其中：
全息表面由来自所述光场显示器的光路限定并且具有第一深度剖面；并且
所述全息表面由所述中继系统中继以限定第一中继图像表面，所述第一中继图像表面包括具有不同于所述第一深度剖面的第一中继深度剖面的中继全息表面。
44.根据权利要求43所述的光学系统，其中所述光场显示器包括控制器，所述控制器被配置为提供指令，所述指令通过操作所述光场显示器以输出光，使得所述第一中继图像表面的所述第一中继深度剖面是针对观察者的深度剖面来解释所述第一深度剖面与所述第一中继深度剖面之间的差异。
45.根据权利要求43所述的光学系统，其中：
所述第一中继图像表面的中继位置是根据所述中继系统限定的第二4D函数确定，使得来自所述光场显示器的光沿着中继光路中继，每个中继光路在第二4D坐标系中具有一组空间坐标和角坐标，并且；
其中所述光场显示器包括控制器，所述控制器被配置为提供指令，所述指令用于通过根据所述第一4D函数操作所述光场显示器以输出光，使得用于所述中继光路的所述第二4D坐标系中的位置坐标和角坐标允许所述第一中继图像表面按预期呈现给观察者来解释所述第二4D函数。
46.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述中继系统被配置为通过所述中继系统的第一中继子系统接收来自所述第一和第二图像源中的所述至少一个中的另一个的光，所述第一中继子系统能够操作以中继接收到的光以限定与相应图像表面相对应的第一中继图像表面，所述第一中继图像表面具有与由来自所述第一和第二图像源中的所述至少一个中的另一个的光限定的相应图像表面的深度剖面不同的深度剖面。
47.根据权利要求46所述的光学系统，其中所述第一和第二图像源中的所述至少一个中的另一个包括真实世界对象的表面；其中所述第一中继子系统能够操作以接收来自所述真实世界对象的所述表面的光；并且其中所述第一中继图像表面包括所述真实世界对象的中继图像表面，其具有与所述真实世界对象的所述表面的深度剖面不同的深度剖面。
48.根据权利要求46所述的光学系统，其中所述中继系统还包括第二中继子系统，所述第二中继子系统被配置为将来自所述第一中继图像表面的光引导到所述视域，并且将来自限定全息表面的所述第一和第二图像源中的所述至少一个的光中继到所述视域中的中继位置，从而限定所述全息表面的中继图像表面。
49.根据权利要求46所述的光学系统，其中所述中继系统还包括第二中继子系统，所述第二中继子系统被配置为将所述第一中继图像表面中继到所述视域中的中继位置以限定与由来自所述第一和第二图像源中的所述至少一个中的另一个的光限定的相应图像表面相对应的第二中继图像表面，所述第二中继图像表面具有与由来自所述第一和第二图像源中的所述至少一个中的另一个的光限定的相应图像表面的深度剖面基本上相同的深度剖面。
50.根据权利要求49所述的光学系统，其中所述中继系统还包括图像组合元件，所述图像组合元件被定位成组合来自所述第一中继子系统的光和来自限定全息表面的所述第一和第二图像源中的所述至少一个的光，其中包括所述第一中继图像表面和所述全息表面的组合光被引导到所述第二中继子系统，所述第二中继子系统被配置为将所述组合光中继到所述视域。
51.根据权利要求50所述的光学系统，其中所述第一和第二图像源中的所述至少一个中的另一个包括真实世界对象的表面；其中所述第一中继子系统能够操作以接收来自所述真实世界对象的所述表面的光；其中对应于所述第一和第二图像源中的所述至少一个中的另一个的相应图像表面的所述第一中继图像表面包括所述真实世界对象的中继图像表面，所述真实世界对象的所述中继图像表面具有与所述真实世界对象的所述表面的深度剖面不同的深度剖面。
52.根据权利要求51所述的光学系统，其中所述第二中继图像表面包括所述真实世界对象的第二中继图像表面，所述真实世界对象的所述第二中继图像表面具有与所述真实世界对象的所述表面的所述深度剖面基本上相同的深度剖面。
53.根据权利要求50所述的光学系统，其中所述中继系统的所述视域限定第一视场，并且其中所述光学系统还包括附加中继系统，所述附加中继系统被配置为将来自至少一个附加图像源的光沿着光路中继到限定第二视场的附加视域；并且其中所述中继系统和所述附加中继系统对准，使得所述第一和第二视场被组合以限定组合视场。
54.根据权利要求53所述的光学系统，其中所述至少一个附加图像源包括第一和第二附加图像源；其中所述光学系统还包括：
第三输入接口，所述第三输入接口被配置为接收来自所述第一附加图像源的光；
第四输入接口，所述第四输入接口被配置为接收来自所述第二附加图像源的光；
其中所述附加中继系统包括第一和第二中继子系统以及所述附加中继系统的光学组合元件；
其中所述附加中继系统的所述第一中继子系统被定位成接收来自所述第一附加图像源的光，并且被配置为向所述附加中继系统的所述第二中继子系统中继接收到的光；
其中所述附加中继系统的所述光学组合元件被定位成接收来自所述附加中继系统的所述第一中继子系统的所述光和来自所述附加第二图像源的所述光，并且被配置为将接收到的光组合并引导到所述附加中继系统的所述第二中继子系统；并且
其中所述附加中继系统的所述第二中继子系统被配置为将从所述光学组合元件接收到的光中继到所述附加视域。
55.根据权利要求1所述的光学系统，其还包括光学折叠系统，所述光学折叠系统在光学上位于所述第一和第二接口中的至少一个之前。
56.根据权利要求55所述的光学系统，其中所述光学折叠系统包括多个内部光学层，并且来自相应图像源的光沿着内部光学层之间的多个内部通道被引导，从而增加了所述中继系统和所述视域中的图像表面位置之间的光路长度。
57.根据权利要求56所述的光学系统，其中所述光学折叠系统包括光学上在反射器之前的圆偏振器、光学上在所述反射器之后的四分之一波长延迟器和光学上在所述四分之一波长延迟器之后的输出偏振器，所述四分之一波长延迟器具有在第一方向上的光轴。
58.根据权利要求57所述的光学系统，其中来自相应图像源的所述光在所述反射器和所述输出偏振器之间在三个内部通道中被引导通过所述四分之一波长延迟器。
59.根据权利要求57所述的光学系统，其中所述圆偏振器包括输入偏振器和四分之一波长延迟器，所述四分之一波长延迟器具有在第二方向上的光轴。
60.根据权利要求59所述的光学系统，其中所述输入和输出偏振器具有正交光轴。
61.根据权利要求59所述的光学系统，所述四分之一波长延迟器的第一和第二光轴是正交的。
62.根据权利要求55所述的光学系统，其中所述光学折叠系统包括：
偏振分束器，所述偏振分束器被定位成在所述偏振分束器的输入侧接收来自相应图像源的光；
第一和第二反射器，所述第一和第二反射器与所述偏振分束器的相对侧相邻；
第一四分之一波长延迟器，所述第一四分之一波长延迟器位于所述第一反射器和所述偏振分束器之间；和
第二四分之一波长延迟器，所述第二四分之一波长延迟器位于所述第二反射器和所述偏振分束器之间；
其中所述偏振分束器接收到的所述光具有第一偏振状态，并被所述偏振分束器朝向所述第一四分之一波片和所述第一反射器反射；
其中由所述第一反射器接收的所述光在两次通过所述第一四分之一波长延迟器后被反射回所述偏振分束器；
其中所述偏振分束器从所述第一反射器接收的所述光具有与所述第一偏振状态正交的第二偏振状态，并被引导通过所述偏振分束器朝向所述第二四分之一波片和所述第二反射器；
其中由所述第二反射器接收的所述光在两次通过所述第二四分之一波长延迟器后被反射回所述偏振分束器；并且
其中所述偏振分束器从所述第二反射器接收的所述光具有所述第一偏振状态并且被所述偏振分束器朝向相应接口反射。
63.根据权利要求62所述的光学系统，其中所述光学折叠系统还包括输入偏振器。
64.根据权利要求62所述的光学系统，其中所述光学折叠系统还包括偏振控制面板，所述偏振控制面板被定位成接收来自相应图像源的所述光并且能够操作以选择性地将接收到的光的选定部分的偏振状态从所述第一偏振状态改变为所述第二偏振状态，使得接收到的光的所述选定部分穿过所述偏振分束器而不被朝向所述第一或第二反射器反射。
65.根据权利要求64所述的光学系统，其中所述光学折叠系统还包括出射偏振器，所述出射偏振器被配置为吸收或反射具有所述第二偏振状态的光。
66.根据权利要求62所述的光学系统，其中所述偏振分束器包括具有第一折射率的材料，并且来自相应图像源的所述光通过与所述偏振分束器的所述输入侧相邻的介质传播，所述介质具有第二折射率，所述第一折射率大于所述第二折射率。
67.根据权利要求55所述的光学系统，其中所述第一图像源包括所述光场显示器，并且其中所述光学折叠系统位于所述光场显示器的路径中以增加所述视域中的相应图像表面位置和所述中继系统之间的光路长度。
68.根据权利要求55所述的光学系统，其中所述第一图像源包括所述光场显示器，并且其中所述光学折叠系统位于所述第二图像源的路径中以增加所述视域中的相应图像表面位置和所述中继系统之间的光路长度。
69.根据权利要求1所述的光学系统，其还包括光学上在所述第一和第二接口中的至少一个之后的光学折叠系统。
70.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述中继系统包括分束器和回射器，所述分束器被配置为接收来自所述第一图像源的沿所述第一组光路的所述光，并且沿所述第一组光路将接收到的光的第一部分沿着接近方向朝向所述回射器引导。
71.根据权利要求70所述的光学系统，其中所述回射器和所述分束器对准，使得从所述分束器朝向所述回射器引导的光从所述回射器沿与所述接近方向相反的返回方向反射。
72.根据权利要求71所述的光学系统，其中在所述返回方向上从所述回射器反射的所述光被所述分束器朝向视域引导。
73.根据权利要求72所述的光学系统，其中所述分束器被配置为接收来自所述第二图像源的沿所述第二组光路的光，并使接收到的光的一部分沿所述第二组光路朝向所述视域通过。
74.根据权利要求70所述的光学系统，其中所述分束器包括偏振分束器，并且所述中继系统进一步包括设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。
75.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述中继系统包括分束器和镜面，所述分束器被配置为接收来自所述第一图像源的沿所述第一组光路的所述光，并将接收到的光的第一部分沿着所述第一组光路在接近方向上朝向所述镜面引导。
76.根据权利要求75所述的光学系统，其中所述镜面和所述分束器对准，使得从所述分束器朝向所述镜面引导的光沿着与所述接近方向大致相反的返回方向从所述镜面反射。
77.根据权利要求76所述的光学系统，其中在所述返回方向上从所述镜面反射的所述光被所述分束器朝向所述视域引导。
78.根据权利要求77所述的光学系统，其中所述分束器被配置为接收来自所述第二图像源的沿所述第二组光路的光，并使接收到的光的一部分沿所述第二组光路朝向视域通过。
79.根据权利要求75所述的光学系统，其中所述镜面为曲面镜面。
80.根据权利要求75所述的光学系统，其中所述镜面为菲涅耳镜。
81.根据权利要求75所述的光学系统，其中所述分束器包括偏振分束器，并且所述中继系统还包括设置在所述偏振分束器和所述镜面之间的四分之一波长延迟器。
82.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述中继系统的所述视域限定第一视场；其中所述光学系统还包括附加中继系统，所述附加中继系统被配置为将来自至少一个附加图像源的光沿光路中继到限定第二视场的附加视域；并且其中所述第一中继系统和所述附加中继系统对准，使得所述第一和第二视场被组合以限定组合视场。
83.根据权利要求82所述的光学系统，
其中所述至少一个附加图像源包括第一和第二附加图像源；
其中所述光学系统还包括：
第三输入接口，所述第三输入接口被配置为接收来自所述第一附加图像源的光；
第四输入接口，所述第四输入接口被配置为接收来自所述第二附加图像源的光；
其中所述附加中继系统被配置为将来自所述第一和第二附加图像源的光引导到所述附加视域。
84.根据权利要求1所述的光学系统，所述光学系统还包括第三输入接口，所述第三输入接口被配置为接收来自第三图像源的沿第三组光路的光；其中所述中继系统包括：第一中继子系统，所述第一中继子系统被定为成接收来自所述第一图像源的所述光；第二中继子系统，所述第二中继子系统被定为成接收来自所述第二图像源的所述光；和第三中继子系统，所述第三中继子系统被定为成接收来自所述第三图像源的所述光，其中所述第一、第二和第三中继子系统被定向为将相应接收到的光中继到相应的子视域，所述子视域被组合以限定组合视场。
85.根据权利要求1所述的光学系统，所述光学系统还包括环境光抑制系统，所述环境光抑制系统被配置为减少进入所述光学系统的环境光的量。
86.根据权利要求85所述的光学系统，其中所述环境光抑制系统包括部分地包围所述中继系统的外壳和包括偏振滤光器的窗口。
87.根据权利要求86所述的光学系统，其中所述偏振滤光器能够操作以阻挡具有第一偏振状态的环境光。
88.根据权利要求87所述的光学系统，其中所述环境光具有所述第一偏振状态并且由包括所述偏振输出滤光器的光源提供，所述偏振输出滤光器被配置为允许所述第一偏振状态的光通过。
89.一种光学系统，其包括：
第一输入接口，所述第一输入接口被配置为接收来自第一图像源的沿第一组光路的光，其中来自所述第一图像源的所述光能够操作以限定第一图像表面；
第二输入接口，所述第二输入接口被配置为接收来自第二图像源的沿第二组光路的光，其中来自所述第二图像源的所述光能够操作以限定第二图像表面；
中继系统，所述中继系统被配置为将接收到的来自所述第一和第二图像源的所述光引导到视域，其中所述第一和第二图像表面中的至少一个由所述中继系统中继到所述视域中；和
遮挡系统，所述遮挡系统被配置为遮挡来自所述第一和第二图像源中的至少一个的光的一部分。
90.根据权利要求89所述的光学系统，其中所述第一和第二图像源中的至少一个包括：2D显示表面、立体显示表面、自动立体显示表面、多视图显示表面、空间3D显示表面、光场显示表面、发射光的真实世界对象的表面，或反射光的真实世界对象的表面。
91.根据权利要求89所述的光学系统，其中所述第一和第二图像表面中的至少一个包括：从2D显示表面投影的图像表面、从立体显示表面投影的图像表面、从自动立体显示表面投影的图像表面、从多视图显示表面投影的图像表面、空间3D显示器的图像表面、全息对象的表面、真实世界对象的表面，或所述真实世界对象的所述表面的中继图像。
92.根据权利要求89所述的光学系统，其中所述第一图像源包括光场显示器，并且所述第一图像表面包括全息对象的表面；并且进一步地，其中所述第二图像源包括2D显示表面、立体显示表面、自动立体显示表面、多视图显示表面、空间3D显示表面、第二光场显示表面、发射光的真实世界对象的表面，或真实世界对象反射光的表面。
93.根据权利要求92所述的光学系统，其中所述第二图像表面包括从2D显示表面投影的图像表面、从立体显示表面投影的图像表面、从自动立体显示表面投影的图像表面、从多视图显示表面投影的图像表面、空间3D显示器的图像表面、全息对象的表面，或真实世界对象的表面，或所述真实世界对象的所述表面的中继图像。
94.根据权利要求89所述的光学系统，其中所述第一和第二图像表面都由所述中继系统中继到所述视域中以分别限定第一和第二中继图像表面，并且其中所述光的遮挡部分对应于所述第一和第二中继图像表面中的至少一个的中继遮挡部分，所述中继遮挡部分在所述视域中能够观察到被所述第一和第二中继图像表面中的另一个遮挡。
95.根据权利要求89所述的光学系统，其中只有所述第一和第二图像表面中的一个被中继到所述视域中以限定所述视域中的中继图像表面，并且其中所述光的遮挡部分对应于所述第一和第二图像表面中的另一个的在所述视域中能够观察到被所述中继图像表面遮挡的遮挡部分。
96.根据权利要求89所述的光学系统，其中只有所述第一和第二图像表面中的一个被中继到所述视域中以限定所述视域中的中继图像表面，并且其中所述光的遮挡部分对应于所述中继图像表面的中继遮挡部分，所述中继遮挡部分在所述视域中能够观察到被所述第一和第二中继图像表面中的另一个遮挡。
97.根据权利要求89所述的光学系统，其还包括附加遮挡系统，所述附加遮挡系统被配置为遮挡来自所述第一和第二图像源中的所述至少一个中的另一个的光的一部分。
98.根据权利要求89所述的光学系统，其中所述遮挡系统包括至少一个遮挡层。
99.根据权利要求98所述的光学系统，其中所述至少一个遮挡层包括一个或多个单独可寻址的元件。
100.根据权利要求99所述的光学系统，其中所述一个或多个单独可寻址的元件包括被配置为阻挡入射光的一部分或视差屏障的遮挡位点。
101.根据权利要求99所述的光学系统，其中所述一个或多个遮挡层包括一个或多个透明LED面板、透明OLED面板、LC面板或能够操作以选择性地遮挡光的其它面板。
102.根据权利要求99所述的光学系统，其中
来自所述第一图像源的光在所述视域中在由来自所述第二图像源的光在所述视域中限定的背景表面之前限定前景表面，并且；
所述至少一个遮挡层位于第二图像源的前面并且能够操作以限定遮挡区域，所述遮挡区域的大小和形状与所述前景表面的大小和形状成比例，使得在所述前景表面后面不能观察到所述背景表面的遮挡部分。
103.根据权利要求102所述的光学系统，其中所述至少一个遮挡层与所述第二图像源之间的距离基本上等于所述前景表面与所述背景表面之间的距离。
104.根据权利要求102所述的光学系统，其中由所述至少一个遮挡层限定的所述遮挡区域被中继到所述视域以与所述前景表面基本上重合。
105.根据权利要求102所述的光学系统，其中光学系统还包括控制器，所述控制器能够操作以使所述遮挡区域的移动与所述视域中的图像表面的移动相协调。
106.根据权利要求98所述的光学系统，其中所述中继系统包括机械机构，所述机械机构能够操作以赋予所述中继系统相对于所述至少一个遮挡层以及所述第一和第二图像源的运动。
107.根据权利要求106所述的光学系统，其中所述中继系统还包括控制器，所述控制器能够操作以使所述中继系统的移动与限定在所述视域中的图像表面的移动相协调。
108.根据权利要求106所述的光学系统，其中所述中继系统还包括控制器，所述控制器能够操作以使所述中继系统的移动与由所述至少一个遮挡层限定的遮挡区域的移动相协调。
109.根据权利要求108所述的光学系统，其中所述至少一个遮挡层中的所述遮挡区域的所述移动至少部分地通过所述至少一个遮挡层的物理运动来实现。
110.根据权利要求108所述的光学系统，其中所述至少一个遮挡层中的所述遮挡区域的所述移动至少部分地通过调制所述至少一个遮挡层中的单独可寻址的元件来实现。
111.根据权利要求98所述的光学系统，其中所述至少一个遮挡层是可移动的，以赋予相对于所述第一和第二图像源中的至少一个的运动。
112.根据权利要求98所述的光学系统，其中所述第一和第二图像源中的至少一个是可移动的，以赋予相对于所述至少一个遮挡层的运动。
113.根据权利要求89所述的光学系统，其中所述遮挡系统包括至少一个遮挡对象。
114.根据权利要求113所述的光学系统，其中来自所述第一图像源的光在由来自所述第二图像源的光在所述视域中限定的背景表面之前在所述视域中限定前景表面，并且其中所述至少一个遮挡对象位于所述第二图像源的前面，并且所述至少一个遮挡对象的大小和形状与所述视域中的所述前景表面的大小和形状成比例，使得在所述前景表面后面不能观察到所述背景表面的遮挡部分。
115.根据权利要求114所述的光学系统，其中所述至少一个遮挡对象与所述第二图像源之间的距离基本上等于所述前景表面与所述背景表面之间的距离。
116.根据权利要求114所述的光学系统，其中由所述至少一个遮挡对象限定的遮挡区域被中继到所述视域以与所述前景表面基本上重合。
117.根据权利要求113所述的光学系统，其中所述至少一个遮挡对象机动化。
118.根据权利要求117所述的光学系统，其中所述光学系统还包括控制器，所述控制器能够操作以使所述至少一个遮挡对象的移动与所述视域中的图像表面的移动相协调。
119.根据权利要求118所述的光学系统，其中所述中继系统包括机械机构，所述机械机构能够操作以赋予所述中继系统相对于所述至少一个遮挡对象以及所述第一和第二图像源的运动，并且所述控制器能够操作以使所述中继系统的移动与所述至少一个遮挡对象的所述移动相协调。
120.根据权利要求113所述的光学系统，其中所述中继系统包括机械机构，所述机械机构能够操作以赋予所述中继系统相对于所述至少一个遮挡对象以及所述第一和第二图像源的运动，并且所述控制器能够操作以使所述中继系统的移动与所述视域中的图像表面的移动相协调。
121.根据权利要求113所述的光学系统，其中所述第一和第二图像源中的至少一个是可移动的，以赋予相对于所述至少一个遮挡对象的运动。
122.根据权利要求89所述的光学系统，其中来自所述第一图像源的光被中继到所述视域中以限定在前景中能够观察到的中继图像表面，并且来自所述第二图像源的光在背景中的所述视域中能够观察到。
123.根据权利要求89所述的光学系统，其中来自所述第一图像源的光在背景中的所述视域中能够观察到，并且来自所述第二图像源的光被中继到所述视域中以限定在前景中能够观察到的中继图像表面。
124.根据权利要求89所述的光学系统，其中来自所述第一和第二图像源的光都被中继到所述视域中以分别形成第一和第二中继图像表面。
125.根据权利要求124所述的光学系统，其中：
a.所述第一和第二中继图像表面都在前景中能够观察到；
b.所述第一和第二中继图像表面都在背景中能够观察到；或者
c.所述第一和第二中继图像表面中的一个在前景中能够观察到，并且所述第一和第二中继图像表面中的另一个在背景中能够观察到。
126.根据权利要求89所述的光学系统，其中：
所述第一图像表面是由来自光场显示器的光路形成的全息对象的表面，所述全息对象的所述表面具有第一深度剖面，并且；
所述全息表面由所述中继系统中继以限定第一中继图像表面，所述第一中继图像表面包括具有不同于所述第一深度剖面的第一中继深度剖面的中继全息表面。
127.根据权利要求126所述的光学系统，其中所述光场显示器包括：
模块化显示装置阵列，每个模块化显示装置包括显示区和非成像区，其中所述模块化显示装置阵列限定多个显示平面，每个显示平面包括由相应显示装置的所述显示区限定的成像区域和由相应显示装置的所述非成像区限定的非成像区域；
波导阵列，每个波导阵列被定位成接收来自所述模块化显示装置阵列之一的所述显示平面的光；和
光组合系统，所述光组合系统能够操作以组合来自所述波导阵列的光；
其中每个波导阵列被配置为引导来自相应模块化显示装置阵列的光，使得来自所述光组合系统的组合光包括所述光路，每个光路是根据四维函数限定并且每个光路在第一四维坐标系中具有一组空间坐标和角坐标，并且其中所述组合光包括限定所述全息对象的所述光路。
128.根据权利要求127所述的光学系统，其中所述光场显示器还包括控制器，所述控制器能够操作以操作所述模块化显示装置阵列以输出光，使得限定所述全息表面的所述组合光包括来自不同模块化显示装置阵列的至少一个成像区域的光。
129.根据权利要求127所述的光学系统，其中所述光组合系统包括至少两个光组合器，所述光组合器被布置成组合来自至少三个模块化显示装置阵列的光。
130.根据权利要求127所述的光学系统，其中所述光组合系统包括至少三个光组合器，所述光组合器被布置成组合来自至少四个模块化显示装置阵列的光。
131.根据权利要求126所述的光学系统，其中所述光场显示器包括控制器，所述控制器被配置为提供指令，所述指令用于通过操作所述光场显示器以输出光，使得所述第一中继图像表面的所述第一中继深度剖面是针对观察者的深度剖面来解释所述第一深度剖面与所述第一中继深度剖面之间的差异。
132.根据权利要求126所述的光学系统，其中：
所述光场显示器被配置为沿着一组光路对光进行投影以形成所述第一图像表面，所述一组光路是根据由所述光场显示器限定的第一四维(4D)函数确定，使得来自所述光场显示器的每个光路在相对于光场显示屏幕平面限定的第一4D坐标系中具有一组空间坐标和角坐标，并且；
所述第一中继图像表面的中继位置是根据所述中继系统限定的第二4D函数确定，使得接收到的光沿着中继光路中继，每个中继光路在相对于第一虚拟显示平面限定的第二4D坐标系统中具有一组空间坐标和角坐标，并且；
其中所述光场显示器包括控制器，所述控制器被配置为提供指令，所述指令用于通过根据所述第一4D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坐标系中的位置坐标和角坐标允许将所述中继全息表面如所预期的呈现给观察者来解释所述第二4D函数。
133.根据权利要求89所述的光学系统，其中所述中继系统被配置为通过所述中继系统的第一中继子系统接收来自所述第一和第二图像源中的至少一个的光，所述第一中继子系统能够操作以中继接收到的光以限定对应于相应图像表面的第一中继图像表面，所述第一中继图像表面具有与由来自所述第一和第二图像源中的所述至少一个的光限定的相应图像表面的深度剖面不同的深度剖面。
134.根据权利要求133所述的光学系统，其中所述第一和第二图像源中的所述至少一个包括真实世界对象的表面；其中所述第一中继子系统能够操作以接收来自所述真实世界对象的所述表面的光；并且其中所述第一中继图像表面包括所述真实世界对象的所述表面的中继图像，其具有与所述真实世界对象的所述表面的深度剖面不同的深度剖面。
135.根据权利要求133所述的光学系统，其中所述中继系统还包括第二中继子系统，所述第二中继子系统被配置为将来自所述第一中继图像表面的光引导到所述视域，并且将来自限定相应图像表面的所述第一和第二图像源中的所述至少一个中的另一个的光中继到所述视域中的中继位置，从而限定所述第一和第二图像源中的所述至少一个中的另一个的相应图像表面的中继图像表面。
136.根据权利要求133所述的光学系统，其中所述中继系统还包括第二中继子系统，所述第二中继子系统被配置为将所述第一中继图像表面中继到所述视域，从而限定对应于由来自所述第一和第二图像源中的所述至少一个的光限定的相应图像表面的第二中继图像表面，所述第二中继图像表面的深度剖面与由来自所述第一和第二图像源中的所述至少一个的光限定的相应图像表面的深度剖面基本上相同。
137.根据权利要求136所述的光学系统，其中所述中继系统还包括图像组合元件，所述图像组合元件被定位成组合来自所述第一中继子系统的光和来自限定相应图像表面的所述第一和第二图像源中的所述至少一个中的另一个的光，其中包括所述第一中继图像表面和所述第一和第二图像源中的所述至少一个中的另一个的相应图像表面的组合光被引导到所述第二中继子系统，所述第二中继子系统被配置为将所述组合光中继到所述视域。
138.根据权利要求137所述的光学系统，其中所述第一和第二图像源中的所述至少一个包括真实世界对象的表面；其中所述第一中继子系统能够操作以接收来自所述真实世界对象的所述表面的光；其中对应于所述第一和第二图像源中的所述至少一个的相应图像表面的所述第一中继图像表面包括所述真实世界对象的第一中继图像表面，所述真实世界对象的所述中继图像表面具有与所述真实世界对象的所述表面的深度剖面不同的深度剖面。
139.根据权利要求138所述的光学系统，其中对应于所述第一和第二图像源中的所述至少一个的相应图像表面的所述第二中继图像表面包括所述真实世界对象的第二中继图像表面，所述真实世界对象的所述第二中继图像表面具有与所述真实世界对象的所述表面的深度剖面基本上相同的深度剖面。
140.根据权利要求137所述的光学系统，其中所述中继系统的所述视域限定第一视场，并且其中所述光学系统还包括附加中继系统，所述附加中继系统被配置为将来自至少一个附加图像源的光沿着光路中继到限定第二视场的附加视域；并且其中所述中继系统和所述附加中继系统对准，使得所述第一和第二视场被组合以限定组合视场。
141.根据权利要求140所述的光学系统，其中所述至少一个附加图像源包括第一和第二附加图像源；其中所述光学系统还包括：
第三输入接口，所述第三输入接口被配置为接收来自所述第一附加图像源的光；
第四输入接口，所述第四输入接口被配置为接收来自所述第二附加图像源的光；
其中所述附加中继系统包括第一和第二中继子系统以及所述附加中继系统的光学组合元件；
其中所述附加中继系统的所述第一中继子系统被定位成接收来自所述第一附加图像源的光，并且被配置为向所述附加中继系统的所述第二中继子系统中继接收到的光；
其中所述附加中继系统的所述光学组合元件被定位成接收来自所述附加中继系统的第一中继子系统的光和来自所述附加第二图像源的光，并且被配置为将接收到的光组合并引导到所述附加中继系统的所述第二中继子系统；并且
其中所述附加中继系统的所述第二中继子系统被配置为将从所述光学组合元件接收到的光中继到所述附加视域。
142.根据权利要求89所述的光学系统，其还包括在光学上位于所述第一和第二接口中的至少一个之前的光学折叠系统。
143.根据权利要求142所述的光学系统，所述光学折叠系统包括多个内部光学层，其中来自相应图像源的光沿着内部光学层之间的多个内部通道被引导，从而增加了所述中继系统和所述视域中的图像表面位置之间的光路长度。
144.根据权利要求143所述的光学系统，其中所述光学折叠系统包括光学上在反射器之前的圆偏振器、光学上在所述反射器之后的四分之一波长延迟器和光学上在所述四分之一波长延迟器之后的输出偏振器，所述四分之一波长延迟器具有在第一方向上的光轴。
145.根据权利要求144所述的光学系统，其中来自相应图像源的所述光在所述反射器和所述输出偏振器之间在三个内部通道中被引导通过所述四分之一波长延迟器。
146.根据权利要求144所述的光学系统，其中所述圆偏振器包括输入偏振器和四分之一波长延迟器，所述四分之一波长延迟器具有在第二方向上的光轴。
147.根据权利要求146所述的光学系统，其中所述输入和输出偏振器具有正交光轴。
148.根据权利要求146所述的光学系统，所述四分之一波长延迟器的所述第一和第二光轴是正交的。
149.根据权利要求142所述的光学系统，其中所述光学折叠系统包括：
偏振分束器，所述偏振分束器被定位成在所述偏振分束器的输入侧接收来自相应图像源的光；
第一和第二反射器，所述第一和第二反射器与所述偏振分束器的相对侧相邻；
第一四分之一波长延迟器，所述第一四分之一波长延迟器位于所述第一反射器和所述偏振分束器之间；和
第二四分之一波长延迟器，所述第二四分之一波长延迟器位于所述第二反射器和所述偏振分束器之间；
其中所述偏振分束器接收到的光具有第一偏振状态，并被所述偏振分束器朝向所述第一四分之一波片和所述第一反射器反射；
其中由所述第一反射器接收的所述光在两次通过所述第一四分之一波长延迟器后被反射回所述偏振分束器；
其中所述偏振分束器从所述第一反射器接收的所述光具有与所述第一偏振状态正交的第二偏振状态，并被引导通过所述偏振分束器朝向所述第二四分之一波片和所述第二反射器；
其中由所述第二反射器接收的所述光在两次通过所述第二四分之一波长延迟器后被反射回所述偏振分束器；并且
其中所述偏振分束器从所述第二反射器接收的所述光具有所述第一偏振状态并且被所述偏振分束器朝向相应接口反射。
150.根据权利要求149所述的光学系统，其中所述光学折叠系统还包括输入偏振器。
151.根据权利要求149所述的光学系统，其中所述光学折叠系统还包括偏振控制面板，所述偏振控制面板被定位成接收来自相应图像源的所述光并且能够操作以选择性地将接收到的光的选定部分的偏振状态从所述第一偏振状态改变为所述第二偏振状态，使得接收到的光的所述选定部分通过所述偏振分束器而不被朝向所述第一或第二反射器反射。
152.根据权利要求151所述的光学系统，其中所述光学折叠系统还包括出射偏振器，所述出射偏振器被配置为吸收或反射具有所述第二偏振状态的光。
153.根据权利要求149所述的光学系统，其中所述偏振分束器包括具有第一折射率的材料，并且来自相应图像源的所述光通过与所述偏振分束器的输入侧相邻的介质传播，所述介质具有第二折射率，所述第一折射率大于所述第二折射率。
154.根据权利要求142所述的光学系统，其中所述光学折叠系统位于所述第一图像源的路径中，以增加所述视域和所述中继系统之间的光路长度。
155.根据权利要求142所述的光学系统，其中所述光学折叠系统位于第二图像源的路径中，以增加所述视域和所述中继系统之间的光路长度。
156.根据权利要求89所述的光学系统，其还包括光学折叠系统，所述光学折叠系统光学上在所述中继系统的所述第一和第二接口中的至少一个之后。
157.根据权利要求89所述的光学系统，其中所述中继系统包括分束器和回射器，所述分束器被配置为接收来自所述第一图像源的沿所述第一组光路的所述光，并将接收到的光的第一部分沿着所述第一组光路在接近方向上朝向所述回射器引导。
158.根据权利要求157所述的光学系统，其中所述回射器和所述分束器对准，使得从所述分束器朝向所述回射器引导的光沿着与所述接近方向相反的返回方向从所述回射器反射。
159.根据权利要求158所述的光学系统，其中在所述返回方向上从所述回射器反射的所述光被所述分束器朝向视域引导。
160.根据权利要求159所述的光学系统，其中所述分束器被配置为接收来自所述第二图像源的沿所述第二组光路的光，并使接收到的光的一部分沿所述第二组光路朝向所述视域通过。
161.根据权利要求157所述的光学系统，所述分束器包括偏振分束器，所述中继系统还包括设置在所述偏振分束器和所述回射器之间的四分之一波长延迟器。
162.根据权利要求89所述的光学系统，其中所述中继系统包括分束器和镜面，所述分束器被配置为接收来自所述第一图像源的沿所述第一组光路的所述光，并将接收到的光的第一部分沿着所述第一组光路在接近方向上朝向所述镜面引导。
163.根据权利要求162所述的光学系统，其中所述镜面和所述分束器对准，使得从所述分束器朝向所述镜面的引导光沿着与所述接近方向大致相反的返回方向从所述镜面反射。
164.根据权利要求163所述的光学系统，其中在所述返回方向上从所述镜面反射的所述光被所述分束器朝向所述视域引导。
165.根据权利要求164所述的光学系统，其中所述分束器被配置为接收来自所述第二图像源的沿所述第二组光路的光，并使接收到的光的一部分沿所述第二组光路朝向视域通过。
166.根据权利要求162所述的光学系统，其中所述镜面为曲面镜面。
167.根据权利要求162所述的光学系统，其中所述镜面为菲涅耳镜。
168.根据权利要求162所述的光学系统，其中所述分束器包括偏振分束器，并且所述第一中继子系统还包括设置在所述偏振分束器和所述镜面之间的四分之一波长延迟器。
169.根据权利要求89所述的光学系统，其中所述中继系统的所述视域限定第一视场；其中所述光学系统还包括附加中继系统，所述附加中继系统被配置为将来自至少一个附加图像源的光沿光路中继到限定第二视场的附加视域；并且其中所述第一中继系统和所述附加中继系统对准，使得所述第一和第二视场被组合以限定组合视场。
170.根据权利要求169所述的光学系统，
其中所述至少一个附加图像源包括第一和第二附加图像源；
其中所述光学系统还包括：
第三输入接口，所述第三输入接口被配置为接收来自所述第一附加图像源的光；
第四输入接口，所述第四输入接口被配置为接收来自所述第二附加图像源的光；
其中所述附加中继系统被配置为将来自所述第一和第二附加图像源的光引导到所述附加视域。
171.根据权利要求89所述的光学系统，所述光学系统还包括第三输入接口，所述第三输入接口被配置为接收来自第三图像源的沿一组光路的光；其中所述中继系统包括：第一中继子系统，所述第一中继子系统被定为成接收来自所述第一图像源的所述光；第二中继子系统，所述第二中继子系统被定为成接收来自所述第二图像源的所述光；和第三中继子系统，所述第三中继子系统被定为成接收来自所述第三图像源的光，其中所述第一、第二和第三中继子系统被定向为将相应接收到的光中继到相应的子视域，所述子视域被组合以限定组合视场。
172.根据权利要求89所述的光学系统，所述光学系统还包括环境光抑制系统，所述环境光抑制系统被配置为减少进入所述光学系统的环境光的量。
173.根据权利要求172所述的光学系统，其中所述环境光抑制系统包括部分地包围所述中继系统的外壳和包括偏振滤光器的窗口。
174.根据权利要求173所述的光学系统，其中所述偏振滤光器能够操作以阻挡具有第一偏振状态的环境光。
175.根据权利要求174所述的光学系统，其中所述环境光具有所述第一偏振状态并且由包括偏振输出滤光器的光源提供，所述偏振输出滤光器被配置为允许所述第一偏振状态的光通过。
176.一种光学系统，其包括
光学组合系统，所述光学组合系统包括：
第一输入接口，所述第一输入接口被配置为接收来自第一图像源的沿第一组光路的光，其中来自所述第一图像源的所述光能够操作以限定第一图像表面；和
第二输入接口，所述第二输入接口被配置为接收来自第二图像源的沿第二组光路的光，其中来自所述第二图像源的所述光能够操作以限定第二图像表面；和
第一中继系统，所述中继系统被配置为接收来自所述光学组合系统的组合图像光并将接收到的光中继到视域中的中继位置，从而限定分别对应于所述第一和第二图像表面的第一和第二中继图像表面；
其中所述第一和第二图像源中的至少一个包括光场显示器，并且所述第一组光路是根据由所述光场显示器限定的四维(4D)函数确定，使得来自所述光场显示器的每个光路在第一四维坐标系中具有一组空间坐标和角坐标。
177.根据权利要求176所述的光学系统，其中所述第一和第二图像源中的所述至少一个中的另一个包括：2D显示表面、立体显示表面、自动立体显示表面、多视图显示表面、空间3D显示表面、第二光场显示表面、发射光的真实世界对象的表面或反射光的真实世界对象的表面。
178.根据权利要求176所述的光学系统，其中所述第一和第二图像表面中的所述至少一个包括：从2D显示表面投影的图像表面、从立体显示表面投影的图像表面、从自动立体显示表面投影的图像表面、从多视图显示表面投影的图像表面、空间3D显示器的图像表面、全息对象的表面，或真实世界对象的表面，或所述真实世界对象的所述表面的中继图像。
179.根据权利要求176所述的光学系统，其中所述第一图像源包括所述光场显示器，所述第一图像表面包括全息对象的表面；并且进一步地，其中所述第二图像源包括2D显示表面、立体显示表面、自动立体显示表面、多视图显示表面、空间3D显示表面、第二光场显示表面、发射光的真实世界对象的表面，或反射光的真实世界对象的表面。
180.根据权利要求179所述的光学系统，其中所述第二图像表面包括从2D显示表面投影的图像表面、从立体显示表面投影的图像表面、从自动立体显示表面投影的图像表面、从多视图显示表面投影的图像表面、空间3D显示器的图像表面、全息对象的表面或真实世界对象的表面，或所述真实世界的所述表面的中继图像。
181.根据权利要求176所述的光学系统，其还包括在光学上位于所述第一和第二输入接口中的至少一个之前的遮挡系统，所述遮挡系统被配置为遮挡来自所述第一和第二图像源中的至少一个的光的一部分。
182.根据权利要求181所述的光学系统，其中所述光的遮挡部分对应于所述第一和第二中继图像表面中的至少一个的中继遮挡部分，所述中继遮挡部分在所述视域中能够观察到被所述第一和第二中继图像表面中的另一个遮挡。
183.根据权利要求181所述的光学系统，其还包括在光学上在所述第一和第二输入接口中的所述至少一个中的另一个之前的附加遮挡系统，所述附加遮挡系统被配置为遮挡来自所述第一和第二图像源中的所述至少一个中的另一个的光的一部分。
184.根据权利要求181所述的光学系统，其中所述遮挡系统包括至少一个遮挡层。
185.根据权利要求184所述的光学系统，其中所述至少一个遮挡层包括一个或多个单独可寻址的元件。
186.根据权利要求185所述的光学系统，其中所述一个或多个单独可寻址的元件包括被配置为阻挡入射光的一部分或视差屏障的遮挡位点。
187.根据权利要求185所述的光学系统，其中所述一个或多个遮挡层包括一个或多个透明LED面板、透明OLED面板、LC面板或能够操作以选择性地遮挡光的其它面板。
188.根据权利要求185所述的光学系统，其中
所述第一中继图像表面包括在所述第二中继图像表面前面的前景表面，所述第二中继图像表面包括背景表面，并且；
所述至少一个遮挡层位于第二图像源的前面并且能够操作以限定遮挡区域，所述遮挡区域的大小和形状与所述前景表面的大小和形状成比例，使得在所述前景表面后面不能观察到所述背景表面的遮挡部分。
189.根据权利要求188所述的光学系统，其中所述至少一个遮挡层与所述第二图像源之间的距离基本上等于所述前景表面与所述背景表面之间的距离。
190.根据权利要求188所述的光学系统，其中由所述至少一个遮挡层限定的所述遮挡区域被中继到所述视域以与所述前景表面基本上重合。
191.根据权利要求188所述的光学系统，其中光学系统还包括控制器，所述控制器能够操作以使所述遮挡区域的移动与所述视域中的图像表面的移动相协调。
192.根据权利要求184所述的光学系统，其中所述中继系统包括机械机构，所述机械机构能够操作以赋予所述中继系统相对于所述至少一个遮挡层以及所述第一和第二图像源的运动。
193.根据权利要求192所述的光学系统，其中所述中继系统还包括控制器，所述控制器能够操作以使所述中继系统的移动与限定在所述视域中的图像表面的移动相协调。
194.根据权利要求192所述的光学系统，其中所述中继系统还包括控制器，所述控制器能够操作以使所述中继系统的移动与由所述至少一个遮挡层限定的遮挡区域的移动相协调。
195.根据权利要求194所述的光学系统，其中所述至少一个遮挡层中的所述遮挡区域的所述移动至少部分地通过所述至少一个遮挡层的物理运动来实现。
196.根据权利要求194所述的光学系统，其中所述至少一个遮挡层中的所述遮挡区域的所述移动至少部分地通过调制所述至少一个遮挡层中的单独可寻址的元件来实现。
197.根据权利要求184所述的光学系统，其中所述至少一个遮挡层是可移动的，以赋予相对于所述第一和第二图像源中的至少一个的运动。
198.根据权利要求184所述的光学系统，其中所述第一和第二图像源中的至少一个是可移动的，以赋予相对于所述至少一个遮挡层的运动。
199.根据权利要求181所述的光学系统，其中所述遮挡系统包括至少一个遮挡对象。
200.根据权利要求199所述的光学系统，其中所述第一中继图像表面包括在所述第二中继图像表面前面的前景表面，所述第二中继图像表面包括背景表面，并且其中至少一个遮挡对象位于所述第二图像源的前面，并且所述至少一个遮挡对象的大小和形状与所述视域中的前景表面的大小和形状成比例，使得不能在所述前景表面之后观察到所述背景表面的遮挡部分。
201.根据权利要求200所述的中继系统，其中所述至少一个遮挡对象与所述第二图像源之间的距离基本上等于所述前景表面与所述背景表面之间的距离。
202.根据权利要求200所述的中继系统，其中由所述至少一个遮挡对象限定的遮挡区域被中继到所述视域以与所述前景表面基本上重合。
203.根据权利要求199所述的中继系统，其中所述至少一个遮挡对象机动化。
204.根据权利要求203所述的中继系统，其中所述光学系统还包括控制器，所述控制器能够操作以使所述至少一个遮挡对象的移动与所述视域中的图像表面的移动相协调。
205.根据权利要求204所述的光学系统，其中所述中继系统包括机械机构，所述机械机构能够操作以赋予所述中继系统相对于所述至少一个遮挡对象以及所述第一和第二图像源的运动，并且所述控制器能够操作以使所述中继系统的移动与所述至少一个遮挡对象的所述移动相协调。
206.根据权利要求199所述的光学系统，其中所述中继系统包括机械机构，所述机械机构能够操作以赋予所述中继系统相对于所述至少一个遮挡对象以及所述第一和第二图像源的运动，并且所述控制器能够操作以使所述中继系统的移动与所述视域中的图像表面的移动相协调。
207.根据权利要求199所述的光学系统，其中所述第一和第二图像源中的至少一个是可移动的，以赋予相对于所述至少一个遮挡对象的运动。
208.根据权利要求176所述的光学系统，其中所述第一中继图像表面在前景中能够观察到，并且所述第二中继图像表面在背景中能够观察到。
209.根据权利要求176所述的光学系统，其中所述第一中继图像表面在背景中能够观察到，并且所述第二中继图像表面在前景中能够观察到。
210.根据权利要求176所述的光学系统，其中所述第一和第二中继图像表面都在前景中能够观察到。
211.根据权利要求176所述的光学系统，其中所述第一和第二中继图像表面都在背景中能够观察到。
212.根据权利要求176所述的光学系统，其中所述光场显示器包括：
模块化显示装置阵列，每个模块化显示装置包括显示区和非成像区，其中所述模块化显示装置阵列限定多个显示平面，每个显示平面包括由相应显示装置的所述显示区限定的成像区域和由相应显示装置的所述非成像区限定的非成像区域；
波导阵列，每个波导阵列被定位成接收来自所述模块化显示装置阵列之一的所述显示平面的光；
所述光场显示器的光组合系统，所述光组合系统能够操作以组合来自所述波导阵列的光；
其中每个波导阵列被配置为引导来自相应模块化显示装置阵列的光，使得来自所述光场显示器的所述光组合系统的组合光包括根据四维函数确定的第一组光路。
213.根据权利要求212所述的光学系统，其中所述光场显示器还包括控制器，所述控制器能够操作以操作所述模块化显示装置阵列以输出光，使得来自所述光组合系统的组合光限定全息表面，限定所述全息表面的所述组合光包括来自不同模块化显示装置阵列的至少一个成像区域的光。
214.根据权利要求212所述的光学系统，其中所述光场显示器的所述光组合系统包括至少两个光组合器，所述光组合器被布置成组合来自至少三个模块化显示装置阵列的光。
215.根据权利要求212所述的光学系统，其中所述光场显示器的光组合系统包括至少三个光组合器，所述光组合器被布置成组合来自至少四个模块化显示装置阵列的光。
216.根据权利要求176所述的光学系统，其中：
全息表面由来自所述光场显示器的光路形成并且具有第一深度剖面；并且
所述第一中继图像表面包括具有与所述第一深度剖面不同的第一中继深度剖面的中继全息表面。
217.根据权利要求216所述的光学系统，其中所述光场显示器包括控制器，所述控制器被配置为提供指令，所述指令用于通过操作所述光场显示器以输出光，使得所述第一中继图像表面的所述第一中继深度剖面是针对观察者的深度剖面来解释所述第一深度剖面与所述第一中继深度剖面之间的差异。
218.根据权利要求216所述的光学系统，其中：
所述第一中继图像表面的所述中继位置是根据所述中继系统限定的第二4D函数确定，使得来自所述第一和第二图像源的接收到的光沿着中继光路中继，每个中继光路在相对于第一虚拟显示平面限定的第二4D坐标系中具有一组空间坐标和角坐标，并且；
其中所述光场显示器包括控制器，所述控制器被配置为提供指令，所述指令用于通过根据所述第一4D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坐标系中的位置坐标和角坐标允许将所述第一中继图像表面如所预期的呈现给观察者来解释所述第二4D函数。
219.根据权利要求176所述的光学系统，其中：
所述第一和第二图像源中的所述至少一个中的另一个包括真实世界对象的表面，并且所述光学组合系统被配置为通过输入中继子系统接收来自所述真实世界对象的所述表面的光，并且所述输入中继子系统被配置为中继来自所述真实世界对象的所述表面的光以限定所述真实世界对象的中继图像表面，由此所述第一和第二图像源中的所述至少一个的相应图像表面包括所述真实世界对象的所述中继图像表面；并且
所述真实世界对象的所述中继图像表面具有与所述真实世界对象的所述表面的深度剖面不同的深度剖面。
220.根据权利要求219所述的光学系统，其中所述中继系统被配置为将所述真实世界对象的所述中继图像表面中继到限定所述视域中的所述真实世界对象的相应中继图像表面的中继位置，使得所述视域中的所述真实世界对象的相应中继图像表面具有与所述真实世界对象的所述表面的深度剖面基本上相同的深度剖面。
221.根据权利要求176所述的光学系统，其还包括光学折叠系统，所述光学折叠系统光学上在所述光学组合系统的第一和第二接口中的至少一个之前。
222.根据权利要求221所述的光学系统，其中所述光学折叠系统包括多个内部光学层，其中来自相应图像源的光沿着内部光学层之间的多个内部通道被引导，从而增加所述中继系统和所述视域中的相应中继位置之间的光路长度。
223.根据权利要求222所述的光学系统，其中所述光学折叠系统包括光学上在反射器之前的圆偏振器、光学上在所述反射器之后的四分之一波长延迟器和光学上在所述四分之一波长延迟器之后的输出偏振器，所述四分之一波长延迟器具有在第一方向上的光轴。
224.根据权利要求223所述的光学系统，其中来自相应图像源的所述光在所述反射器和所述输出偏振器之间在三个内部通道中被引导通过所述四分之一波长延迟器。
225.根据权利要求223所述的光学系统，其中所述圆偏振器包括输入偏振器和四分之一波长延迟器，所述四分之一波长延迟器具有在第二方向上的光轴。
226.根据权利要求225所述的光学系统，其中所述输入和输出偏振器具有正交光轴。
227.根据权利要求225所述的光学系统，所述四分之一波长延迟器的所述第一和第二光轴是正交的。
228.根据权利要求221所述的光学系统，其中所述光学折叠系统包括：
偏振分束器，所述偏振分束器被定位成在所述偏振分束器的输入侧接收来自相应图像源的光；
第一和第二反射器，所述第一和第二反射器与所述偏振分束器的相对侧相邻；
第一四分之一波长延迟器，所述第一四分之一波长延迟器位于所述第一反射器和所述偏振分束器之间；和
第二四分之一波长延迟器，所述第二四分之一波长延迟器位于所述第二反射器和所述偏振分束器之间；
其中所述偏振分束器接收到的所述光具有第一偏振状态，并被所述偏振分束器朝向所述第一四分之一波片和所述第一反射器反射；
其中由所述第一反射器接收的所述光在两次通过所述第一四分之一波长延迟器后被反射回所述偏振分束器；
其中所述偏振分束器从所述第一反射器接收的所述光具有与所述第一偏振状态正交的第二偏振状态，并被引导通过所述偏振分束器朝向所述第二四分之一波片和所述第二反射器；
其中由所述第二反射器接收的所述光在两次通过所述第二四分之一波长延迟器后被反射回所述偏振分束器；并且
其中所述偏振分束器从所述第二反射器接收的所述光具有所述第一偏振状态并且被所述偏振分束器朝向相应接口反射。
229.根据权利要求228所述的光学系统，其中所述光学折叠系统还包括输入偏振器。
230.根据权利要求228所述的光学系统，其中所述光学折叠系统还包括偏振控制面板，所述偏振控制面板被定位成接收来自相应图像源的所述光并且能够操作以选择性地将接收到的光的选定部分的偏振状态从所述第一偏振状态改变为所述第二偏振状态，使得接收到的光的所述选定部分穿过所述偏振分束器而不被朝向所述第一或第二反射器反射。
231.根据权利要求230所述的光学系统，其中所述光学折叠系统还包括出射偏振器，所述出射偏振器被配置为吸收或反射具有所述第二偏振状态的光。
232.根据权利要求228所述的光学系统，其中所述偏振分束器包括具有第一折射率的材料，并且来自相应图像源的所述光通过与所述偏振分束器的输入侧相邻的介质传播，所述介质具有第二折射率，所述第一折射率大于所述第二折射率。
233.根据权利要求221所述的光学系统，其中所述第一图像源包括所述光场显示器，并且其中所述光学折叠系统位于所述光场显示器的路径中以增加所述视域中的所述第一中继图像表面位置和所述中继系统之间的光路长度。
234.根据权利要求221所述的光学系统，其中所述第一图像源包括所述光场显示器，并且其中所述光学折叠系统位于所述第二图像源的路径中以增加所述第二中继图像表面和所述中继系统之间的光路长度。
235.根据权利要求176所述的光学系统，其还包括光学折叠系统，所述光学折叠系统光学上在所述光学组合系统的第一和第二接口中的至少一个之后。
236.根据权利要求176所述的光学系统，其中所述中继系统包括透射反射器。
237.根据权利要求236所述的光学系统，其中所述中继系统还包括：
分束器，所述分束器被定位成接收所述组合图像光并引导所述组合图像光的一部分在第一通道中穿过所述透射反射器；
反射镜系统，所述反射镜系统包括至少一个反射镜，其中所述反射镜系统被定位成接收来自所述分束器并通过所述透射反射器的所述组合图像光的所述部分，并且在第二通道内将接收到的光引导回穿过所述透射反射器并随后穿过所述分束器，从而形成在相应中继位置处能够观察到的所述第一和第二中继图像表面。
238.根据权利要求237所述的光学系统，其中所述第一和第二中继图像表面各自具有分别与所述第一和第二图像表面的深度剖面基本上相同的深度剖面。
239.根据权利要求237所述的光学系统，其中所述分束器包括偏振分束器并且所述中继系统包括在所述透射反射器和所述反射镜系统之间的四分之一波长延迟器。
240.根据权利要求236所述的光学系统，其中所述中继系统还包括反射镜系统，所述反射镜系统包括多个反射镜，并且其中所述组合图像光从所述透射反射器的第一侧接收并在第一通道中被引导穿过所述透射反射器到所述反射镜系统，从而形成在所述透射反射器的第二侧上的第一和第二中间中继图像表面，并且所述反射镜系统被配置为在第二通道内将所述组合图像光反射回穿过所述透射反射器，从而形成在相应中继位置能够观察到的所述第一和第二中继图像表面。
241.根据权利要求240所述的光学系统，其中所述反射镜系统包括一对反射镜。
242.根据权利要求240所述的光学系统，其中所述反射镜系统包括三个或更多反射镜。
243.根据权利要求240所述的光学系统，其中所述第一和第二中继图像表面各自具有分别与所述第一和第二图像表面的深度剖面基本上相同的深度剖面。
244.根据权利要求176所述的光学系统，其中所述中继系统包括：第一中继子系统，所述第一中继子系统被定位成接收来自所述光学组合系统的光；和第二中继子系统，所述第二中继子系统被配置为接收从所述第一中继子系统中继的光，所述第二中继子系统被配置为从相应中继位置中继所述第一和第二中继图像表面，以在新的视域中的新的中继位置处分别形成第三和第四中继图像表面。
245.根据权利要求244所述的光学系统，其中所述第一中继子系统包括第一透射反射器并且所述第二中继子系统包括第二透射反射器，其中所述第一和第二透射反射器定位在第一和第二平行平面中并且对准使得所述第一和第二中继图像表面位于在所述第一和第二透射反射器之间的中继位置。
246.根据权利要求244所述的光学系统，其中所述第二图像源包括发射或反射光的真实世界对象，并且所述第二图像表面包括具有第一深度剖面的所述真实世界对象的表面，其中在所述中继位置处的所述第二中继图像表面具有与所述第一深度剖面不同的第二深度剖面，并且其中在所述新的中继位置处的所述第四中继图像表面具有与所述第一深度剖面基本上相同的第三深度剖面。
247.根据权利要求176所述的光学系统，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接收来自所述光学组合系统的所述组合图像光并将接收到的组合图像光的一部分沿接近方向朝向所述回射器引导。
248.根据权利要求247所述的光学系统，其中所述分束器相对于所述第一和第二图像源之一的显示屏幕平面和所述回射器成45度角定向，所述回射器相对于所述显示屏幕平面正交定向。
249.根据权利要求247所述的光学系统，其中所述分束器相对于所述第一和第二图像源之一的显示屏幕平面和所述回射器成45度角定向，所述回射器与所述显示屏幕平面相反定向。
250.根据权利要求247所述的光学系统，其中所述分束器包括偏振分束器。
251.根据权利要求250所述的光学系统，其中所述中继系统进一步包括设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。
252.根据权利要求247所述的光学系统，其中所述回射器包括角反射器微镜阵列。
253.根据权利要求247所述的光学系统，其中所述回射器和所述分束器对准，使得从所述分束器沿接近方向朝向所述回射器引导的光沿与所述接近方向相反的返回方向从所述回射器反射，其中沿所述返回方向的光被朝向所述中继位置引导。
254.根据权利要求247所述的光学系统，其中所述中继系统包括附加回射器，并且所述分束器被配置为沿着附加接近方向朝着所述附加回射器引导接收到的组合图像光的另一部分。
255.根据权利要求254所述的光学系统，其中所述分束器包括偏振分束器，并且所述中继系统还包括设置在所述偏振分束器和所述附加回射器之间的四分之一波长延迟器。
256.根据权利要求254所述的光学系统，其中所述附加回射器和所述分束器对准，使得在所述附加接近方向上从所述分束器朝向所述附加回射器引导的光在与所述附加接近方向相反的附加返回方向上从所述附加回射器反射。
257.根据权利要求256所述的中继系统，其中在所述附加返回方向上从所述附加回射器反射的光被所述分束器朝向所述中继位置引导。
258.根据权利要求176所述的光学系统，其中所述中继系统包括分束器和镜面，所述分束器被定位成接收来自所述光学组合系统的所述组合图像光并将接收到的组合图像光的一部分沿接近方向朝向所述镜面引导。
259.根据权利要求258所述的光学系统，其中所述镜面包括曲面或菲涅耳镜。
260.根据权利要求258所述的光学系统，其中所述分束器相对于所述第一和第二图像源之一的显示屏幕平面和所述镜面以45度角定向，并且所述镜面相对于所述显示屏幕平面正交定向。
261.根据权利要求258所述的光学系统，其中所述分束器相对于所述第一和第二图像源之一的显示屏幕平面和所述镜面以45度角定向，并且所述镜面与所述显示屏幕平面相反定向。
262.根据权利要求258所述的光学系统，其中所述分束器包括偏振分束器。
263.根据权利要求262所述的光学系统，其中所述中继系统进一步包括设置在所述偏振分束器与所述镜面之间的四分之一波长延迟器。
264.根据权利要求258所述的光学系统，其中所述镜面和所述分束器对准，使得从所述分束器沿接近方向朝向所述镜面引导的光沿与所述接近方向大致相反的返回方向从所述镜面反射，其中沿所述返回方向的光朝向所述中继位置引导。
265.根据权利要求258所述的光学系统，其中所述中继系统包括附加镜面，并且所述分束器被配置为将接收到的组合图像光的另一部分沿附加接近方向朝向所述附加镜面引导。
266.根据权利要求265所述的光学系统，其中所述分束器包括偏振分束器，并且所述第一中继子系统还包括设置在所述偏振分束器和所述附加镜面之间的四分之一波长延迟器。
267.根据权利要求265所述的光学系统，其中所述附加镜面和所述分束器对准，使得从所述分束器沿所述附加接近方向朝向所述附加镜面引导的光从所述附加镜面沿与所述附加接近方向相反的附加返回方向反射。
268.根据权利要求267所述的光学系统，其中在所述附加返回方向上从所述附加回射器反射的光被所述分束器朝向所述中继位置引导。
269.根据权利要求176所述的光学系统，其中所述中继系统包括在第一平面中的透射回射器和在第二平面中的反射器，其中所述第一平面基本上平行于所述第二平面。
270.根据权利要求269所述的光学系统，其中所述反射器包括反射偏振器或半透明反射镜。
271.根据权利要求269所述的光学系统，其中来自所述光学组合系统的所述组合图像光的一部分在沿接近方向的第一前向通道中被引导穿过所述透射回射器，并在沿与所述接近方向相反的返回方向的第一返回通道中从所述反射器反射回到所述透射回射器。
272.根据权利要求271所述的光学系统，其中所述第一返回通道中的光在沿所述接近方向的第二前向通道中被所述透射回射器反射，并被引导通过所述反射器朝向所述中继位置。
273.根据权利要求271所述的光学系统，其中所述反射器包括反射偏振器，所述反射偏振器反射第一偏振状态的光并透射与所述第一偏振状态正交的第二偏振状态的光，并且其中光轴在第一方向的第一四分之一波长延迟器放置在所述反射器和所述透射回射器之间，并且在与所述第一方向正交的第二方向具有光轴的第二四分之一波长延迟器放置在所述透射回射器的相对侧。
274.根据权利要求273所述的光学系统，其中所述组合图像光在所述第一前向通道中通过所述第一和第二四分之一波片延迟器以及所述透射回射器后，以第一线性偏振状态偏振；其中具有所述第一线性偏振状态的所述组合图像光从所述反射偏振器反射；其中在所述第一返回通道中通过所述第一四分之一波长延迟器、从所述透射回射器反射并在所述第二前向通道中通过所述第一四分之一波长延迟器之后，所述组合图像光的偏振状态接下来从第一线性偏振状态旋转到第二线性偏振状态，由此所述第二偏振状态的所述组合图像光穿过所述反射式偏振器。
275.根据权利要求176所述的光学系统，其中所述中继系统包括一个或多个透镜，所述透镜具有对准以接收组合光线的公共光轴。
276.根据权利要求275所述的光学系统，其中所述一个或多个透镜包括凸透镜、凹透镜、正菲涅耳透镜、负菲涅耳透镜、由超材料实现的透镜、包括通过计算方法计算的设计的透镜、或由负折射率材料制成的透镜。
277.根据权利要求275所述的光学系统，其中所述一个或多个透镜将来自所述第一图像源的发散光聚焦成在所述中继位置处会聚的光。
278.根据权利要求275所述的光学系统，其中所述一个或多个透镜将来自所述第二图像源的发散光线聚焦成在所述中继位置附近会聚的光。
279.根据权利要求275所述的光学系统，其中所述一个或多个透镜将来自所述第一或第二图像源的发散光聚焦成在所述中继系统的与观察者相对的一侧上的虚拟点处会聚的光。
280.根据权利要求176所述的光学系统，其中所述中继系统被配置为沿着限定第一视场的中继光路中继从所述光学组合系统接收到的光；其中所述光学系统还包括第一附加中继系统，所述第一附加中继系统被配置为沿限定第二视场的中继光路中继来自至少一个附加图像源的光；并且其中所述中继系统和所述第一附加中继系统对准，使得所述第一和第二视场被组合以限定组合视场。
281.根据权利要求280所述的光学系统，
其中所述至少一个附加图像源包括第一和第二附加图像源；
其中所述光学系统还包括附加光学组合系统，所述附加光学组合系统包括：
所述附加光学组合系统的第一输入接口，所述第一输入接口被配置为接收来自所述第一附加图像源的光；和
第二输入接口，所述第二输入接口被配置为接收来自所述第二附加图像源的光；并且
其中所述第一附加中继系统被配置为接收来自所述附加光学组合系统的组合光并将接收到的光中继到附加中继位置。
282.根据权利要求280所述的光学系统，其中所述光学系统还包括第二附加中继系统，所述第二附加中继系统被配置为沿限定第三视场的中继光路中继来自至少一个附加图像源的光；并且其中所述中继系统与所述第一和第二附加中继系统对准，使得所述第一、第二和第三视场被组合以限定所述组合视场。
283.根据权利要求176所述的光学系统，所述光学系统还包括环境光抑制系统，所述环境光抑制系统被配置为减少进入所述光学系统的环境光的量。
284.根据权利要求283所述的光学系统，其中所述环境光抑制系统包括部分地包围所述中继系统的外壳和包括偏振滤光器的窗口。
285.根据权利要求284所述的光学系统，其中所述偏振滤光器能够操作以阻挡具有第一偏振状态的环境光。
286.根据权利要求285所述的光学系统，其中所述环境光具有所述第一偏振状态并且由包括偏振输出滤光器的光源提供，所述偏振输出滤光器被配置为允许所述第一偏振状态的光通过。
287.一种光学系统，其包括：
光学组合系统，所述光学组合系统包括：
第一输入接口，所述第一输入接口被配置为接收来自第一图像源的沿第一组光路的光，其中来自所述第一图像源的所述光能够操作以限定第一图像表面；和
第二输入接口，所述第二输入接口被配置为接收来自第二图像源的沿第二组光路的光，其中来自所述第二图像源的所述光能够操作以限定第二图像表面；
中继系统，所述中继系统被配置为接收来自所述光学组合系统的组合光，并将接收到的光中继到视域中的中继位置，由此在相应中继位置处能够观察到第一和第二中继图像表面；和
遮挡系统，所述遮挡系统被配置为遮挡来自所述第一和第二图像源中的至少一个的光的一部分。
288.根据权利要求287所述的光学系统，其中所述第一和第二图像源中的至少一个包括：2D显示表面、立体显示表面、自动立体显示表面、多视图显示表面、空间3D显示表面、光场显示表面、发射光的真实世界对象的表面，或反射光的真实世界对象的表面。
289.根据权利要求287所述的光学系统，其中所述第一和第二图像表面中的至少一个包括：从2D显示表面投影的图像表面、从立体显示表面投影的图像表面、从自动立体显示表面投影的图像表面、从多视图显示表面投影的图像表面、空间3D显示器的图像表面、全息对象的表面、真实世界对象的表面或所述真实世界对象的所述表面的中继图像。
290.根据权利要求287所述的光学系统，其中所述第一图像源包括光场显示器，并且所述第一图像表面包括全息对象的表面；并且进一步地，其中所述第二图像源包括2D显示表面、立体显示表面、自动立体显示表面、多视图显示表面、空间3D显示表面、第二光场显示表面、发射光的真实世界对象的表面，或反射光的真实世界对象的表面。
291.根据权利要求290所述的光学系统，其中所述第二图像表面包括从2D显示表面投影的图像表面、从立体显示表面投影的图像表面、从自动立体显示表面投影的图像表面、从多视图显示表面投影的图像表面、空间3D显示器的图像表面、全息对象的表面或真实世界对象的表面，或所述真实世界对象的所述表面的中继图像。
292.根据权利要求287所述的光学系统，其中所述光的遮挡部分对应于所述第一和第二中继图像表面中的至少一个的中继遮挡部分，所述中继遮挡部分在所述视域中能够观察为被所述第一和第二中继图像表面中的另一个遮挡。
293.根据权利要求287所述的光学系统，其还包括附加遮挡系统，所述附加遮挡系统被配置为遮挡来自所述第一和第二图像源中的所述至少一个中的另一个的光的一部分。
294.根据权利要求287所述的光学系统，其中所述遮挡系统包括至少一个遮挡层。
295.根据权利要求294所述的光学系统，其中所述至少一个遮挡层包括一个或多个单独可寻址的元件。
296.根据权利要求295所述的光学系统，其中所述一个或多个单独可寻址的元件包括被配置为阻挡入射光的一部分或视差屏障的遮挡位点。
297.根据权利要求295所述的光学系统，其中所述一个或多个遮挡层包括一个或多个透明LED面板、透明OLED面板、LC面板或能够操作以选择性地遮挡光的其它面板。
298.根据权利要求295所述的光学系统，其中
所述第一中继图像表面包括在所述第二中继图像表面前面的前景中继表面，所述第二中继图像表面包括背景中继对象表面，并且；
所述至少一个遮挡层位于第二图像源的前面并且能够操作以限定遮挡区域，所述遮挡区域的大小和形状与所述前景表面的大小和形状成比例，使得在所述前景表面后面不能观察到所述背景表面的遮挡部分。
299.根据权利要求298所述的光学系统，其中所述至少一个遮挡层与所述第二图像源之间的距离基本上等于所述前景表面与所述背景表面之间的距离。
300.根据权利要求298所述的光学系统，其中由所述至少一个遮挡层限定的所述遮挡区域被中继到所述视域以与所述前景表面基本上重合。
301.根据权利要求298所述的光学系统，其中光学系统还包括控制器，所述控制器能够操作以使所述遮挡区域的移动与所述视域中的图像表面的移动相协调。
302.根据权利要求294所述的光学系统，其中所述中继系统包括机械机构，所述机械机构能够操作以赋予所述中继系统相对于所述至少一个遮挡层以及所述第一和第二图像源的运动。
303.根据权利要求302所述的光学系统，其中所述中继系统还包括控制器，所述控制器能够操作以使所述中继系统的移动与限定在所述视域中的图像表面的移动相协调。
304.根据权利要求302所述的光学系统，其中所述中继系统还包括控制器，所述控制器能够操作以使所述中继系统的移动与由所述至少一个遮挡层限定的遮挡区域的移动相协调。
305.根据权利要求304所述的光学系统，其中所述至少一个遮挡层中的所述遮挡区域的所述移动至少部分地通过所述至少一个遮挡层的物理运动来实现。
306.根据权利要求304所述的光学系统，其中所述至少一个遮挡层中的所述遮挡区域的所述移动至少部分地通过调制所述至少一个遮挡层中的单独可寻址的元件来实现。
307.根据权利要求294所述的光学系统，其中所述至少一个遮挡层是可移动的，以赋予相对于所述第一和第二图像源中的至少一个的运动。
308.根据权利要求294所述的光学系统，其中所述第一和第二图像源中的至少一个是可移动的，以赋予相对于所述至少一个遮挡层的运动。
309.根据权利要求287所述的光学系统，其中所述遮挡系统包括至少一个遮挡对象。
310.根据权利要求309所述的光学系统，其中所述第一中继图像表面包括在所述第二中继图像表面之前的前景表面，所述第二中继图像表面包括背景表面，并且其中所述至少一个遮挡对象位于所述第二图像源的前面，所述至少一个遮挡对象的大小和形状与所述视域中的所述前景表面的大小和形状成比例，使得在所述前景表面之后不能观察到所述背景表面的遮挡部分。
311.根据权利要求310所述的光学系统，其中所述至少一个遮挡对象与所述第二图像源之间的距离基本上等于所述前景表面与所述背景表面之间的距离。
312.根据权利要求310所述的光学系统，其中由所述至少一个遮挡对象限定的遮挡区域被中继到所述视域以与所述前景表面基本上重合。
313.根据权利要求309所述的光学系统，其中所述至少一个遮挡对象机动化。
314.根据权利要求313所述的光学系统，其中所述光学系统还包括控制器，所述控制器能够操作以使所述至少一个遮挡对象的移动与所述视域中的图像表面的移动相协调。
315.根据权利要求309所述的光学系统，其中所述中继系统包括机械机构，所述机械机构能够操作以赋予所述中继系统相对于所述至少一个遮挡对象以及所述第一和第二图像源的运动，并且所述控制器能够操作以使所述中继系统的移动与所述至少一个遮挡对象的所述移动相协调。
316.根据权利要求309所述的光学系统，其中所述中继系统包括机械机构，所述机械机构能够操作以赋予所述中继系统相对于所述至少一个遮挡对象以及所述第一和第二图像源的运动，并且所述控制器能够操作以使所述中继系统的移动与所述视域中的图像表面的移动相协调。
317.根据权利要求287所述的光学系统，其中所述第一和第二图像源中的至少一个是可移动的，以赋予相对于所述至少一个遮挡对象的运动。
318.根据权利要求287所述的光学系统，其中所述第一中继图像表面在前景中能够观察到，并且所述第二中继图像表面在背景中能够观察到。
319.根据权利要求287所述的光学系统，其中所述第一中继图像表面在背景中能够观察到，并且所述第二中继图像表面在前景中能够观察到。
320.根据权利要求287所述的光学系统，其中所述第一和第二中继图像表面都在前景中能够观察到。
321.根据权利要求287所述的光学系统，其中所述第一和第二中继图像表面都在背景中能够观察到。
322.根据权利要求287所述的光学系统，其中：
所述第一图像表面是由来自光场显示器的光路形成的全息对象的表面，所述全息对象的所述表面具有第一深度剖面，并且；
所述第一中继图像表面包括具有与所述第一深度剖面不同的第一中继深度剖面的第一中继全息表面。
323.根据权利要求322所述的光学系统，其中所述光场显示器包括：
模块化显示装置阵列，每个模块化显示装置包括显示区和非成像区，其中所述模块化显示装置阵列限定多个显示平面，每个显示平面包括由相应显示装置的所述显示区限定的成像区域和由相应显示装置的所述非成像区限定的非成像区域；
波导阵列，每个波导阵列被定位成接收来自所述模块化显示装置阵列之一的所述显示平面的光；和
所述光场显示器的光组合系统，所述光组合系统能够操作以组合来自所述波导阵列的光；
其中每个波导阵列被配置为引导来自相应模块化显示装置阵列的光，使得来自所述光场显示器的所述光组合系统的组合光包括所述光路，每个光路是根据四维函数限定并且每个光路在第一四维坐标系中具有一组空间坐标和角坐标，并且其中所述组合光包括限定所述全息对象的所述光路。
324.根据权利要求323所述的光学系统，其中所述光场显示器还包括控制器，所述控制器能够操作以操作所述模块化显示装置阵列以输出光，使得来自所述光组合系统的所述组合光限定全息表面，限定所述全息表面的所述组合光包括来自不同模块化显示装置阵列的至少一个成像区域的光。
325.根据权利要求323所述的光学系统，其中所述光场显示器的所述光组合系统包括至少两个光组合器，所述光组合器被布置成组合来自至少三个模块化显示装置阵列的光。
326.根据权利要求323所述的光学系统，其中所述光场显示器的光组合系统包括至少三个光组合器，所述光组合器被布置成组合来自至少四个模块化显示装置阵列的光。
327.根据权利要求322所述的光学系统，其中所述光场显示器包括控制器，所述控制器被配置为提供指令，所述指令用于通过操作所述光场显示器以输出光，使得所述第一中继全息对象的所述第一中继深度剖面是针对观察者的深度剖面来解释所述第一深度剖面与所述第一中继深度剖面之间的差异。
328.根据权利要求322所述的光学系统，其中：
所述光场显示器被配置为沿着一组光路对光进行投影以形成所述第一图像表面，所述一组光路是根据由所述光场显示器限定的第一四维(4D)函数确定，使得来自所述光场显示器的每个光路在相对于光场显示屏幕平面限定的第一4D坐标系中具有一组空间坐标和角坐标，并且；
所述第一中继图像表面的所述中继位置是根据所述中继系统限定的第二4D函数确定，使得接收到的光沿中继光路中继，每个中继光路在相对于第一虚拟显示平面限定的第二4D坐标系统中具有一组空间坐标和角坐标，并且；
其中所述光场显示器包括控制器，所述控制器被配置为提供指令，所述指令用于通过根据所述第一4D函数操作所述光场显示器以输出光，使得所述一组中继光路中的每个中继光路在所述第二4D坐标系中的位置坐标和角坐标允许将所述中继全息表面如所预期的呈现给观察者来解释所述第二4D函数。
329.根据权利要求287所述的光学系统，其中：
所述第一和第二图像源中的至少一个包括真实世界对象的表面，并且所述光学组合系统被配置为通过输入中继子系统接收来自所述真实世界对象的表面的光，并且所述输入中继子系统被配置为中继来自所述真实世界对象的所述表面的光以限定所述真实世界对象的中继图像表面，由此所述第一和第二图像源中的所述至少一个的相应图像表面包括所述真实世界对象的所述中继图像表面；并且
所述真实世界对象的所述中继图像表面具有与所述真实世界对象的所述表面的深度剖面不同的深度剖面。
330.根据权利要求329所述的光学系统，其中所述中继系统被配置为将所述真实世界对象的所述中继图像表面中继到所述中继位置，这些中继位置限定所述真实世界对象在所述视域中的相应中继图像表面，使得所述真实世界对象在所述视域中的相应中继图像表面具有与所述真实世界对象的所述表面的深度剖面基本上相同的深度剖面。
331.根据权利要求287所述的光学系统，其还包括光学折叠系统，所述光学折叠系统光学上在所述光学组合系统的第一和第二接口中的至少一个之前。
332.根据权利要求331所述的光学系统，其中所述光学折叠系统包括多个内部光学层，其中来自相应图像源的光沿着内部光学层之间的多个内部通道被引导，从而增加所述中继系统和相应中继位置之间的光路长度。
333.根据权利要求332所述的光学系统，其中所述光学折叠系统包括光学上在反射器之前的圆偏振器、光学上在所述反射器之后的四分之一波长延迟器和光学上在所述四分之一波长延迟器之后的输出偏振器，所述四分之一波长延迟器具有在第一方向上的光轴。
334.根据权利要求333所述的光学系统，其中来自相应图像源的所述光在所述反射器和所述输出偏振器之间在三个内部通道中被引导通过所述四分之一波长延迟器。
335.根据权利要求333所述的光学系统，其中所述圆偏振器包括输入偏振器和四分之一波长延迟器，所述四分之一波长延迟器具有在第二方向上的光轴。
336.根据权利要求335所述的光学系统，其中所述输入和输出偏振器具有正交光轴。
337.根据权利要求335所述的光学系统，所述四分之一波长延迟器的所述第一和第二光轴是正交的。
338.根据权利要求331所述的光学系统，其中所述光学折叠系统包括：
偏振分束器，所述偏振分束器被定位成在所述偏振分束器的输入侧接收来自相应图像源的光；
第一和第二反射器，所述第一和第二反射器与所述偏振分束器的相对侧相邻；
第一四分之一波长延迟器，所述第一四分之一波长延迟器位于所述第一反射器和所述偏振分束器之间；和
第二四分之一波长延迟器，所述第二四分之一波长延迟器位于所述第二反射器和所述偏振分束器之间；
其中所述偏振分束器接收到的所述光具有第一偏振状态，并被所述偏振分束器朝向所述第一四分之一波片和所述第一反射器反射；
其中由所述第一反射器接收的所述光在两次通过所述第一四分之一波长延迟器后被反射回所述偏振分束器；
其中所述偏振分束器从所述第一反射器接收的所述光具有与所述第一偏振状态正交的第二偏振状态，并被引导通过所述偏振分束器朝向所述第二四分之一波片和所述第二反射器；
其中由所述第二反射器接收的所述光在两次通过所述第二四分之一波长延迟器后被反射回所述偏振分束器；并且
其中所述偏振分束器从所述第二反射器接收的所述光具有所述第一偏振状态并且被所述偏振分束器朝向相应接口反射。
339.根据权利要求338所述的光学系统，其中所述光学折叠系统还包括输入偏振器。
340.根据权利要求338所述的光学系统，其中所述光学折叠系统还包括偏振控制面板，所述偏振控制面板被定位成接收来自相应图像源的所述光并且能够操作以选择性地将接收到的光的选定部分的偏振状态从所述第一偏振状态改变为所述第二偏振状态，使得接收到的光的所述选定部分穿过所述偏振分束器而不被朝向所述第一或第二反射器反射。
341.根据权利要求340所述的光学系统，其中所述光学折叠系统还包括出射偏振器，所述出射偏振器被配置为吸收或反射具有所述第二偏振状态的光。
342.根据权利要求338所述的光学系统，其中所述偏振分束器包括具有第一折射率的材料，并且来自相应图像源的所述光通过与所述偏振分束器的输入侧相邻的介质传播，所述介质具有第二折射率，所述第一折射率大于所述第二折射率。
343.根据权利要求331所述的光学系统，其中所述光学折叠系统位于所述第一图像源的路径中，以增加所述第一中继图像表面和所述中继系统之间的光路长度。
344.根据权利要求331所述的光学系统，其中光学折叠系统位于所述第二图像源的路径中，以增加所述第二中继图像表面和所述中继系统之间的光路长度。
345.根据权利要求287所述的光学系统，其还包括光学折叠系统，所述光学折叠系统光学上在所述光学组合系统的第一和第二接口中的至少一个之后。
346.根据权利要求287所述的光学系统，其中所述中继系统包括透射反射器。
347.根据权利要求346所述的光学系统，其中所述中继系统还包括：
分束器，所述分束器被定位成接收所述组合图像光并引导所述组合图像光的一部分在第一通道中穿过所述透射反射器；
反射镜系统，所述反射镜系统包括至少一个反射镜，其中所述反射镜系统被定位成接收来自所述分束器并通过所述透射反射器的所述组合图像光的所述部分，并且在第二通道内将接收到的光引导回穿过所述透射反射器并随后穿过所述分束器，从而形成在相应中继位置处能够观察到的所述第一和第二中继图像表面。
348.根据权利要求347所述的光学系统，其中所述第一和第二中继图像表面各自具有分别与所述第一和第二图像表面的深度剖面基本上相同的深度剖面。
349.根据权利要求347所述的光学系统，其中所述分束器包括偏振分束器并且所述中继系统包括在所述透射反射器和所述反射镜系统之间的四分之一波长延迟器。
350.根据权利要求346所述的光学系统，其中所述中继系统还包括反射镜系统，所述反射镜系统包括多个反射镜，并且其中所述组合图像光从所述透射反射器的第一侧接收并在第一通道中被引导穿过所述透射反射器到所述反射镜系统，从而形成在所述透射反射器的第二侧上的第一和第二中间中继图像表面，并且所述反射镜系统被配置为在第二通道内将所述组合图像光反射回穿过所述透射反射器，从而形成在相应中继位置能够观察到的所述第一和第二中继图像表面。
351.根据权利要求350所述的光学系统，其中所述反射镜系统包括一对反射镜。
352.根据权利要求350所述的光学系统，其中所述反射镜系统包括三个或更多反射镜。
353.根据权利要求350所述的光学系统，其中所述第一和第二中继图像表面各自具有分别与所述第一和第二图像表面的深度剖面基本上相同的深度剖面。
354.根据权利要求287所述的光学系统，其中所述中继系统包括：第一中继子系统，所述第一中继子系统被定位成接收来自所述光学组合系统的光；和第二中继子系统，所述第二中继子系统被配置为接收从所述第一中继子系统中继的光，所述第二中继子系统被配置为从相应中继位置中继所述第一和第二中继图像表面，以在新的视域中的新的中继位置处分别形成第三和第四中继图像表面。
355.根据权利要求354所述的光学系统，其中所述第一中继子系统包括第一透射反射器并且所述第二中继子系统包括第二透射反射器，其中所述第一和第二透射反射器定位在第一和第二平行平面中并且对准使得所述第一和第二中继图像表面位于在所述第一和第二透射反射器之间的中继位置。
356.根据权利要求354所述的光学系统，其中所述第二图像源包括发射或反射光的真实世界对象，并且所述第二图像表面包括具有第一深度剖面的所述真实世界对象的表面，其中在所述中继位置处的所述第二中继图像表面具有与所述第一深度剖面不同的第二深度剖面，并且其中在所述新的中继位置处的所述第四中继图像表面具有与所述第一深度剖面基本上相同的第三深度剖面。
357.根据权利要求287所述的光学系统，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接收来自所述光学组合系统的所述组合图像光并将接收到的组合图像光的一部分沿接近方向朝向所述回射器引导。
358.根据权利要求357所述的光学系统，其中所述分束器相对于所述第一和第二图像源之一的显示屏幕平面和所述回射器成45度角定向，所述回射器相对于所述显示屏幕平面正交定向。
359.根据权利要求357所述的光学系统，其中所述分束器相对于所述第一和第二图像源之一的显示屏幕平面和所述回射器成45度角定向，所述回射器与所述显示屏幕平面相反定向。
360.根据权利要求357所述的光学系统，其中所述分束器包括偏振分束器。
361.根据权利要求360所述的光学系统，其中所述中继系统进一步包括设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。
362.根据权利要求357所述的光学系统，其中所述回射器包括角反射器微镜阵列。
363.根据权利要求357所述的光学系统，其中所述回射器和所述分束器对准，使得从所述分束器沿接近方向朝向所述回射器引导的光沿与所述接近方向相反的返回方向从所述回射器反射，其中沿所述返回方向的光被朝向所述中继位置引导。
364.根据权利要求357所述的光学系统，其中所述中继系统包括附加回射器，并且所述分束器被配置为沿着附加接近方向朝着所述附加回射器引导接收到的组合图像光的另一部分。
365.根据权利要求364所述的光学系统，其中所述分束器包括偏振分束器，并且所述中继系统还包括设置在所述偏振分束器和所述附加回射器之间的四分之一波长延迟器。
366.根据权利要求364所述的光学系统，其中所述附加回射器和所述分束器对准，使得在所述附加接近方向上从所述分束器朝向所述附加回射器引导的光在与所述附加接近方向相反的附加返回方向上从所述附加回射器反射。
367.根据权利要求366所述的中继系统，其中在所述附加返回方向上从所述附加回射器反射的光被所述分束器朝向所述中继位置引导。
368.根据权利要求287所述的光学系统，其中所述中继系统包括分束器和镜面，所述分束器被定位成接收来自所述光学组合系统的所述组合图像光并将接收到的组合图像光的一部分沿接近方向朝向所述镜面引导。
369.根据权利要求368所述的光学系统，其中所述镜面包括曲面或菲涅耳镜。
370.根据权利要求368所述的光学系统，其中所述分束器相对于所述第一和第二图像源之一的显示屏幕平面和所述镜面以45度角定向，并且所述镜面相对于所述显示屏幕平面正交定向。
371.根据权利要求368所述的光学系统，其中所述分束器相对于所述第一和第二图像源之一的显示屏幕平面和所述镜面以45度角定向，并且所述镜面与所述显示屏幕平面相反定向。
372.根据权利要求368所述的光学系统，其中所述分束器包括偏振分束器。
373.根据权利要求372所述的光学系统，其中所述中继系统进一步包括设置在所述偏振分束器与所述镜面之间的四分之一波长延迟器。
374.根据权利要求368所述的光学系统，其中所述镜面和所述分束器对准，使得从所述分束器沿接近方向朝向所述镜面引导的光沿与所述接近方向大致相反的返回方向从所述镜面反射，其中沿所述返回方向的朝向所述中继位置引导。
375.根据权利要求368所述的光学系统，其中所述中继系统包括附加镜面，并且所述分束器被配置为将接收到的组合图像光的另一部分沿附加接近方向朝向所述附加镜面引导。
376.根据权利要求375所述的光学系统，其中所述分束器包括偏振分束器，并且所述第一中继子系统还包括设置在所述偏振分束器和所述附加镜面之间的四分之一波长延迟器。
377.根据权利要求375所述的光学系统，其中所述附加镜面和所述分束器对准，使得从所述分束器沿所述附加接近方向朝向所述附加镜面引导的光从所述附加镜面沿与所述附加接近方向相反的附加返回方向反射。
378.根据权利要求377所述的中继系统，其中在所述附加返回方向上从所述附加回射器反射的光被所述分束器朝向所述中继位置引导。
379.根据权利要求287所述的光学系统，其中所述中继系统包括在第一平面中的透射回射器和在第二平面中的反射器，其中所述第一平面基本上平行于所述第二平面。
380.根据权利要求379所述的光学系统，其中所述反射器包括反射偏振器或半透明反射镜。
381.根据权利要求379所述的光学系统，其中来自所述光学组合系统的所述组合图像光的一部分在沿接近方向的第一前向通道中被引导穿过所述透射回射器，并在沿与所述接近方向相反的返回方向的第一返回通道中从所述反射器反射回到所述透射回射器。
382.根据权利要求381所述的光学系统，其中所述第一返回通道中的光在沿所述接近方向的第二前向通道中被所述透射回射器反射，并被引导通过所述反射器朝向所述中继位置。
383.根据权利要求381所述的光学系统，其中所述反射器包括反射偏振器，所述反射偏振器反射第一偏振状态的光并透射与所述第一偏振状态正交的第二偏振状态的光，并且其中光轴在第一方向的第一四分之一波长延迟器放置在所述反射器和所述透射回射器之间，并且在与所述第一方向正交的第二方向具有光轴的第二四分之一波长延迟器放置在所述透射回射器的相对侧。
384.根据权利要求383所述的光学系统，其中所述组合图像光在第一前向通道中通过所述第一和第二四分之一波片延迟器以及所述透射回射器后，以第一线性偏振状态偏振；其中具有所述第一线性偏振状态的所述组合图像光从所述反射偏振器反射；其中在所述第一返回通道中通过所述第一四分之一波长延迟器、从所述透射回射器反射并在所述第二前向通道中通过所述第一四分之一波长延迟器之后，所述组合图像光的偏振状态接下来从第一线性偏振状态旋转到第二线性偏振状态，由此所述第二偏振状态的所述组合图像光穿过所述反射偏振器。
385.根据权利要求287所述的光学系统，其中所述中继系统包括一个或多个透镜，所述透镜具有对准以接收组合光线的公共光轴。
386.根据权利要求385所述的光学系统，其中所述一个或多个透镜包括凸透镜、凹透镜、正菲涅耳透镜、负菲涅耳透镜、由超材料实现的透镜、包括通过计算方法计算的设计的透镜、或由负折射率材料制成的透镜。
387.根据权利要求385所述的光学系统，其中所述一个或多个透镜将来自所述第一图像源的发散光聚焦成在所述中继位置处会聚的光。
388.根据权利要求385所述的光学系统，其中所述一个或多个透镜将来自所述第二图像源的发散光线聚焦成在所述中继位置附近会聚的光。
389.根据权利要求385所述的光学系统，其中所述一个或多个透镜将来自所述第一或第二图像源的发散光聚焦成在所述中继系统的与所述第一或第二图像表面相对的一侧上的虚拟点处会聚的光。
390.根据权利要求287所述的光学系统，其中所述中继系统被配置为沿着限定第一视场的中继光路中继从所述光学组合系统接收到的光；其中所述光学系统还包括第一附加中继系统，所述第一附加中继系统被配置为沿限定第二视场的中继光路中继来自至少一个第三图像源的光；并且其中所述中继系统和所述第一附加中继系统对准，使得所述第一和第二视场被组合以限定组合视场。
391.根据权利要求390所述的光学系统，其中所述光学系统还包括：
第一附加光学组合系统，所述第一附加光学组合系统包括：
所述第一附加光学组合系统的第一输入接口，所述第一输入接口被配置为接收来自所述第三图像源的光；和
所述第二附加光学组合系统的第二输入接口，所述第二输入接口被配置为接收来自第四图像源的光；
其中所述第一附加中继系统被配置为接收来自所述第一附加光学组合系统的组合图像光并将接收到的光中继到第一附加中继位置；和
第一附加遮挡系统，所述第一附加遮挡系统在光学上位于所述第一附加光学组合系统的所述第一和第二输入接口中的至少一个之前，所述第一附加遮挡系统被配置遮挡分别由来自所述第三和第四图像源的光形成的第三和第四图像表面中的至少一个的一部分。
392.根据权利要求390所述的光学系统，其中所述光学系统还包括第二附加中继系统，所述第二附加中继系统被配置为沿限定第三视场的中继光路中继来自至少一个附加图像源的光；并且其中所述中继系统与所述第一和第二附加中继系统对准，使得所述第一、第二和第三视场被组合以限定所述组合视场。
393.根据权利要求287所述的光学系统，所述光学系统还包括环境光抑制系统，所述环境光抑制系统被配置为减少进入所述光学系统的环境光的量。
394.根据权利要求393所述的光学系统，其中所述环境光抑制系统包括部分地包围所述中继系统的外壳和包括偏振滤光器的窗口。
395.根据权利要求394所述的光学系统，其中所述偏振滤光器能够操作以阻挡具有第一偏振状态的环境光。
396.根据权利要求395所述的光学系统，其中所述环境光具有所述第一偏振状态并且由包括偏振输出滤光器的光源提供，所述偏振输出滤光器被配置为允许所述第一偏振状态的光通过。
397.一种显示系统，其包括
中继系统，所述中继系统包括至少一个透射反射器
第一和第二图像源，所述第一和第二图像源能够操作以分别沿第一和第二组源光路输出光；
其中所述第一和第二图像源相对于所述至少一个透射反射器定向，使得沿着所述第一和第二组源光路的光分别沿着第一和第二组中继光路中继，所述第一和第二组中继光路分别限定第一和第二视域；
其中所述第一和第二中继视域不同。
398.根据权利要求397所述的显示系统，其中所述第一和第二中继视域部分地重叠。
399.根据权利要求397所述的显示系统，其中所述第一和第二中继视域不重叠。
400.根据权利要求397所述的显示系统，
其中所述显示系统包括至少一个附加图像源，所述附加图像源能够操作以沿至少附加的一组源光路输出光；
其中所述至少一个附加图像源相对于所述至少一个透射反射器定向，使得沿着所述至少附加的一组源光路的光沿着至少附加的一组中继光路中继，所述至少附加的一组中继的光路限定至少一个附加视域；并且
其中所述至少一个附加中继视域不同于任何其它视域。
401.根据权利要求397所述的显示系统，其中所述第一和第二图像源相对于所述至少一个透射反射器定向，使得所述第一和第二组源光路各自包括相对于所述至少一个透射反射器的表面在22.5和67.5度之间定向的光路。
402.根据权利要求397所述的显示系统，其中所述第一和第二图像源相对于所述至少一个透射反射器定向，使得所述第一和第二组中继光路各自包括相对于所述至少一个透射反射器的表面在22.5和67.5度之间定向的光路。
403.根据权利要求397所述的显示系统，其中所述第一和第二图像源各自包括以相对于所述至少一个透射反射器的表面在22.5和67.5度之间的角度定向的显示表面。
404.根据权利要求397所述的显示系统，其中所述显示系统还包括第一光学组合器，所述第一光学组合器被定位成接收来自所述第一图像源的所述光和来自第三图像源的光，并且被配置为将组合光引导到所述至少一个透射反射器，所述至少一个透射反射器能够操作以将所述组合光中继到所述第一视域中。
405.根据权利要求404所述的显示系统，其中所述第三图像源包括2D显示表面、立体显示表面、自动立体显示表面、多视图显示表面、空间3D显示表面、第二光场显示表面、发射光的真实世界对象的表面，或反射光的真实世界对象的表面。
406.根据权利要求404所述的显示系统，其进一步包括输入中继器，其中所述输入中继器被配置为将来自所述第三图像源的光中继到所述第一光学组合器，并且其中来自所述第三图像源的光能够操作以限定图像表面，并且从所述输入中继器中继的所述光能够操作以限定对应于所述第三图像源的所述图像表面的第一中继图像表面。
407.根据权利要求406所述的显示系统，其中从所述至少一个透射反射器中继的光能够操作以在所述第一视域中限定对应于所述第三图像源的所述图像表面的至少第二中继图像表面。
408.根据权利要求407所述的显示系统，其中与所述第三图像源的所述图像表面对应的所述第一中继图像表面具有第一中继深度剖面，并且与所述第三图像源的所述图像表面对应的所述第二中继图像表面具有与所述第一中继深度剖面不同但与所述第三图像源的所述图像表面的深度剖面相同的第二中继深度剖面。
409.根据权利要求404所述的显示系统，其中所述显示系统还包括遮挡系统，所述遮挡系统能够操作以遮挡来自所述第一和第三图像源中的至少一个的光的一部分。
410.根据权利要求409所述的显示系统，其中所述遮挡系统包括至少一个遮挡层，所述遮挡层具有一个或多个单独可寻址的元件。
411.根据权利要求409所述的显示系统，其中所述遮挡系统包括至少一个遮挡对象。
412.根据权利要求409所述的显示系统，其中所述遮挡系统被定位成在光学上位于所述光学组合器之前。
413.根据权利要求409所述的显示系统，
其中来自所述第一和第三图像源的所述光分别限定第一和第二图像表面，并且所述至少一个透射反射器中继来自所述第一和第三图像源的所述光以分别在所述第二视域中限定第一和第二中继图像表面；并且
其中所述遮挡系统能够操作以遮挡来自所述第一或第三图像源的所述光的一部分，遮挡部分对应于被所述第一或第二图像中继图像表面中的另一个遮挡的所述第一或第二图像中继图像表面的一部分。
414.根据权利要求404所述的显示系统，其中所述显示系统还包括第二光学组合器，所述第二光学组合器被定位成接收来自所述第二图像源的所述光和来自第四图像源的光，并且被配置为将来自所述第二光学组合器的组合光引导到所述至少一个透射反射器，所述至少一个透射反射器能够操作以将所述第二光学组合器的所述组合光中继到所述第二视域。
415.根据权利要求414所述的显示系统，其中所述第四图像源包括2D显示表面、立体显示表面、自动立体显示表面、多视图显示表面、空间3D显示表面、第二光场显示表面、发射光的真实世界对象的表面，或反射光的真实世界对象的表面。
416.根据权利要求414所述的显示系统，其进一步包括输入中继器，其中所述输入中继器被配置为将来自所述第四图像源的光中继到所述第二光学组合器，并且其中来自所述第四图像源的所述光能够操作以限定图像表面，并且从所述输入中继器中继的所述光能够操作以限定对应于所述第三图像源的所述图像表面的第一中继图像表面。
417.根据权利要求416所述的显示系统，其中从所述至少一个透射反射器中继的光能够操作以在所述第二视域中限定对应于所述第四图像源的所述图像表面的至少第二中继图像表面。
418.根据权利要求417所述的显示系统，其中与所述第四图像源的所述图像表面对应的所述第一中继图像表面具有第一中继深度剖面，并且与所述第四图像源的所述图像表面对应的所述第二中继图像表面具有与所述第一中继深度剖面不同但与所述第四图像源的所述图像表面的深度剖面相同的第二中继深度剖面。
419.根据权利要求414所述的显示系统，其中所述显示系统还包括遮挡系统，所述遮挡系统能够操作以遮挡来自所述第二和第四图像源中的至少一个的光的一部分。
420.根据权利要求419所述的显示系统，其中所述遮挡系统包括至少一个遮挡层，所述遮挡层具有一个或多个单独可寻址的元件。
421.根据权利要求419所述的显示系统，其中所述遮挡系统包括至少一个遮挡对象。
422.根据权利要求419所述的显示系统，其中所述遮挡系统被定位成光学上位于所述第二光学组合器之前。
423.根据权利要求419所述的显示系统，
其中来自所述第二和第四图像源的所述光分别限定第一和第二图像表面，并且所述至少一个透射反射器中继来自所述第二和第四图像源的所述光以分别在所述第二视域中限定第一和第二中继图像表面；并且
其中所述遮挡系统能够操作以遮挡来自所述第二或第四图像源的所述光的一部分，遮挡部分对应于被所述第一或第二中继图像表面中的另一个遮挡的所述第一或第二中继图像表面的一部分。
424.一种显示系统，其包括：
中继系统，所述中继系统包括至少一个透射反射器；
图像源，所述图像源能够操作以输出光；和
分束器，所述分束器被定位成接收来自所述图像源的所述光并沿着第一和第二组源光路引导所述光；
其中所述图像源和所述分束器相对于所述至少一个透射反射器定向，使得沿着所述第一和第二组源光路的光分别沿着第一和第二组中继光路中继，所述第一和第二组中继光路分别限定第一和第二中继视域；并且
其中所述第一和第二中继视域不同。
425.根据权利要求424所述的显示系统，其中所述第一和第二中继视域部分地重叠。
426.根据权利要求424所述的显示系统，其中所述第一和第二中继视域不重叠。
427.根据权利要求424所述的显示系统，其中所述图像源和所述分束器相对于所述至少一个透射反射器定向，使得所述第一和第二组源光路各自包括相对于所述至少一个透射反射器的表面在22.5和67.5度之间定向的光路。
428.根据权利要求427所述的显示系统，其中所述图像源和所述分束器相对于所述至少一个透射反射器定向，使得所述第一和第二组中继光路各自包括相对于所述至少一个透射反射器的表面在22.5和67.5度之间定向的光路。
429.根据权利要求424所述的显示系统，其中所述显示系统还包括光学组合器，所述光学组合器定位成接收来自所述图像源的所述光并接收来自附加图像源的光，并且被配置成将组合光沿着所述第一和第二组源光路引导至所述至少一个透射反射器，其能够操作用于将来自所述第一和第二组源光路的所述组合光沿着所述第一和第二组中继光路分别中继到所述第一和第二视域中。
430.根据权利要求429所述的显示系统，其中来自所述图像源和所述附加图像源的所述光是从不同方向提供的。
431.根据权利要求429所述的显示系统，其中所述附加图像源包括真实世界对象的表面。
432.根据权利要求429所述的显示系统，其还包括输入中继器，其中所述输入中继器被配置为将图像光中继到所述光学组合器。
433.根据权利要求432所述的显示系统，其中所述输入中继器能够操作以中继来自所述真实世界对象的所述表面的图像光以限定所述真实世界对象的中继图像表面，由此所述附加图像源包括所述真实世界对象的所述中继图像表面；并且其中所述光学组合器能够操作以将限定所述真实世界对象的所述中继图像表面的所述光与来自所述图像源的光组合并将组合光引导到所述至少一个透射反射器，在所述至少一个透射反射器中，所述组合光被中继到所述第一和第二视域中。
434.根据权利要求429所述的显示系统，其中所述显示系统还包括遮挡系统，所述遮挡系统能够操作以遮挡来自所述图像源和所述附加图像源中的至少一个的光的一部分。
435.根据权利要求434所述的显示系统，其中所述遮挡系统包括至少一个遮挡层，所述遮挡层具有一个或多个单独可寻址的元件。
436.根据权利要求434所述的显示系统，其中所述遮挡系统包括至少一个遮挡对象。
437.根据权利要求434所述的显示系统，其中所述遮挡系统被定位成在光学上位于所述光学组合器之前。
438.根据权利要求434所述的显示系统，
其中来自所述图像源和所述附加图像源的所述光分别沿所述第一和第二组源光路限定第一和第二图像表面，并且所述至少一个透射反射器能够操作用于沿所述第一和第二组源光路中继所述光，以限定沿所述第一和第二组中继光路的第一和第二中继图像表面；并且
其中所述遮挡系统能够操作以遮挡来自所述图像源或所述附加图像源的所述光的一部分，遮挡部分对应于被所述第一或第二中继图像表面中的另一个遮挡的所述第一或第二中继图像表面的一部分。
439.根据权利要求424所述的显示系统，
其中所述至少一个透射反射器包括第一透射反射器和附加透射反射器，所述附加透射反射器被配置为分别沿着第三和第四组中继光路中继来自所述第一透射反射器的沿所述第一和第二组中继光路的光，
其中来自所述图像源的所述光沿着所述第一和第二组源光路限定源图像表面，从所述第一透射反射器中继的所述光沿着所述第一和第二组中继光路限定第一中继图像表面，并且来自所述附加透射反射器的所述光沿着第三和第四组中继光路限定第二中继图像表面；
其中所述第一中继图像表面具有第一中继深度剖面，并且所述第二中继图像表面具有与所述第一中继深度剖面不同但与所述源图像表面的深度剖面相同的第二中继深度剖面。
440.一种中继系统，其包括：
第一中继子系统，所述第一中继子系统包括：
所述第一中继子系统的第一透射反射器，所述第一透射反射器被定位成接收来自图像源的图像光，所述图像光能够操作以限定第一图像表面，其中所述第一透射反射器被配置为在相对于所述第一透射反射器的第一和第二角度对准范围内中继沿源光路接收的所述图像光，以在第一中继位置限定第一中继图像表面；和
所述第一中继子系统的第二透射反射器，所述第二透射反射器被定位成接收来自所述第一透射反射器的中继图像光，并被配置成中继来自所述第一透射反射器的所述中继图像光以在第二中继位置限定第二中继图像表面。
441.根据权利要求440所述的中继系统，其中所述第一中继子系统的所述第一透射反射器相对于所述图像源定向，使得沿着在所述第一和第二角度对准范围之外的源光路的图像光基本上不被所述第一中继子系统的所述第一透射反射器中继。
442.根据权利要求440所述的中继系统，其中相对于所述透射反射器的所述第一和第二角度对准范围分别大致由相对于所述透射反射器的法线的-67.5到-22.5度和+22.5到+67.5度的范围限定。
443.根据权利要求440所述的中继系统，其还包括位于所述图像源和所述第一中继子系统的所述第一透射反射器之间的角度滤光器，所述角度滤光器能够操作以沿在所述第一和第二角度对准范围之外的源光路吸收或反射图像光。
444.根据权利要求440所述的中继系统，所述第二中继图像表面在非重叠视域中可见。
445.根据权利要求444所述的中继系统，其中所述非重叠视域彼此分开90度。
446.根据权利要求445所述的中继系统，其中所述第一中继子系统的所述第二透射反射器限定桌面，并且所述非重叠视域相对于所述桌面的法线基本上以-45度和+45度为中心。
447.根据权利要求440所述的中继系统，其进一步包括：
第一分束器，所述第一分束器被定位成接收来自所述图像源的所述图像光；
第二分束器；和
第二中继子系统；
其中所述第一分束器被配置为将来自所述图像源的所述图像光的第一部分引导到所述第一中继子系统并且将来自所述图像源的所述图像光的第二部分引导到所述第二中继子系统，所述图像光的所述第一部分包括沿着在所述第一和第二角度对准范围内的源光路的所述图像光，并且所述图像光的所述第二部分包括沿着在所述第一和第二角度对准范围外的源光路的所述图像光；
其中所述第二中继子系统被配置为将从所述第一分束器接收的光中继到所述第二分束器；并且
其中所述第二分束器被定位成接收来自所述第一中继子系统的所述第二透射反射器的光并且被配置为将来自所述第一中继子系统的所述第二透射反射器的所述光与来自所述第二中继子系统的光组合并且引导组合的光形成所述第二中继图像表面。
448.根据权利要求447所述的中继系统，其中所述第二中继子系统包括所述第二中继子系统的第一和第二透射反射器，其中所述第二中继子系统的所述第一透射反射器被定位成接收来自所述第一分束器的光并且被配置为将接收到的光中继到所述第二中继子系统的所述第二透射反射器，其中所述第二中继子系统的所述第二透射反射器被配置为将来自所述第二中继子系统的所述第一透射反射器的光向所述第二分束器中继。
449.根据权利要求448所述的中继系统，其中附加图像源能够操作以沿附加源光路输出附加图像光以形成第二图像表面，并且其中所述第二中继子系统还包括所述第二中继子系统的第一分束器，其被定位成接收和组合来自所述附加图像源的所述附加图像光和来自所述第二中继子系统的所述第一透射反射器的所述光，并将组合光引导到所述第二中继子系统的所述第二透射反射器。
450.根据权利要求449所述的中继系统，其中所述中继系统还包括遮挡系统，所述遮挡系统能够操作以遮挡来自所述图像源或所述附加图像源的光的一部分。
451.根据权利要求450所述的中继系统，其中所述遮挡系统包括至少一个遮挡层，所述遮挡层具有一个或多个单独可寻址的元件。
452.据权利要求451所述的中继系统，其中所述遮挡系统包括至少一个遮挡对象。
453.据权利要求452所述的中继系统，其中所述第二中继子系统的所述第二透射反射器和所述中继系统的所述第二分束器能够操作以协作以中继来自所述第二中继子系统的所述第一分束器的所述组合光以限定附加中继图像表面，并且其中所述遮挡系统能够操作以遮挡来自所述图像源的所述光的一部分，遮挡部分对应于被所述附加中继图像表面遮挡的所述第二中继图像表面的一部分。
454.据权利要求452所述的中继系统，其中所述第二中继子系统的所述第二透射反射器和所述中继系统的所述第二分束器能够操作以协作以中继来自所述第二中继子系统的所述第一分束器的所述组合光以限定附加中继图像表面，并且其中所述遮挡系统能够操作以遮挡来自所述附加图像源的所述光的一部分，遮挡部分对应于被所述第二中继图像表面遮挡的所述附加中继图像表面的一部分。
455.一种显示系统，其包括：
模块化显示装置阵列，每个模块化显示装置包括显示区和非成像区，其中所述模块化显示装置阵列限定多个显示平面，每个显示平面包括由相应显示装置的所述显示区限定的成像区域和由相应显示装置的所述非成像区限定的非成像区域；
光组合系统，所述光组合系统能够操作以组合来所述自模块化显示装置阵列的光，其中所述光组合系统和所述模块化显示装置阵列被布置成使得组合光具有通过叠加所述多个显示平面而限定的有效显示平面，使得所述多个显示平面的所述非成像区域由所述多个显示平面的所述成像区域重叠。
456.根据权利要求455所述的显示系统，其中所述光组合系统包括至少两个光组合器，所述光组合器被布置成组合来自至少三个模块化显示装置阵列的光。
457.根据权利要求455所述的显示系统，其中所述光组合系统包括至少三个光组合器，所述光组合器被布置成组合来自至少四个模块化显示装置阵列的光。
458.根据权利要求455所述的显示系统，其还包括中继系统，所述中继系统定位成接收来自所述光组合系统的所述组合光，并且被配置成将接收到的光沿着一组中继光路中继到虚拟屏幕平面。
459.根据权利要求458所述的显示系统，其还包括位于所述虚拟屏幕平面处的波导阵列，其中来自所述虚拟屏幕平面的光由所述波导阵列根据四维(4D)函数沿着一组光路引导，使得来自所述波导阵列的每个光路在相对于所述虚拟屏幕平面限定的第一四维坐标系中具有一组空间坐标和角坐标。
460.根据权利要求459所述的显示系统，其进一步包括光学上在所述波导阵列之后的可切换玻璃层，其中所述可切换玻璃层能够操作以在第一状态和第二状态之间切换，在所述第一状态时，来自所述波导阵列的光基本上穿过所述可切换玻璃层而不改变所述光路的所述空间坐标和角坐标，在所述第二状态时，所述可切换玻璃层在来自所述波导阵列的所述光穿过时使所述光散射。
461.根据权利要求460所述的显示系统，其中所述可切换玻璃层包括聚合物分散的液晶装置。
462.根据权利要求458所述的显示系统，其中所述中继系统包括分束器和回射器，所述分束器被配置为接收来自所述光组合系统的所述组合光并将接收到的光的第一部分在接近方向上朝向所述回射器引导。
463.根据权利要求462所述的显示系统，其中所述回射器和所述分束器对准，使得从所述分束器朝着所述回射器引导的光沿着与所述接近方向相反的返回方向从所述回射器反射。
464.根据权利要求463所述的显示系统，其中从所述回射器沿所述返回方向反射的所述光被所述分束器朝向所述虚拟屏幕平面引导。
465.根据权利要求462所述的显示系统，其中所述中继系统包括附加回射器，并且所述分束器被配置为将接收到的组合光的另一部分沿附加接近方向朝向所述附加回射器引导。
466.根据权利要求465所述的显示系统，其中所述分束器包括偏振分束器，并且所述中继系统还包括设置在所述偏振分束器和所述附加回射器之间的四分之一波长延迟器。
467.根据权利要求465所述的显示系统，其中所述附加回射器和所述分束器对准，使得在所述附加接近方向上从所述分束器朝向所述附加回射器引导的光在与所述附加接近方向相反的附加返回方向上从所述附加回射器反射。
468.根据权利要求467所述的中继系统，其中在所述附加返回方向上从所述附加回射器反射的光被所述分束器朝向所述虚拟屏幕平面引导。
469.根据权利要求462所述的显示系统，其中所述分束器包括偏振分束器，所述中继系统进一步包括设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。
470.根据权利要求458所述的显示系统，其中所述中继系统包括分束器和镜面，所述分束器被配置为接收来自所述光组合系统的所述组合光并将接收到的光的第一部分在接近方向上朝向所述镜面引导。
471.根据权利要求470所述的显示系统，其中所述镜面和所述分束器对准，使得从所述分束器朝向所述镜面的引导的光沿着与所述接近方向大致相反的返回方向从所述镜面反射。
472.根据权利要求471所述的显示系统，其中在所述返回方向上从所述镜面反射的所述光被所述分束器朝向所述虚拟屏幕平面引导。
473.根据权利要求470所述的显示系统，其中所述中继系统包括附加镜面，并且所述分束器被配置为将接收到的组合图像光的另一部分沿附加接近方向朝向所述附加镜面引导。
474.根据权利要求473所述的显示系统，其中所述分束器包括偏振分束器，并且所述中继系统还包括设置在所述偏振分束器和所述附加镜面之间的四分之一波长延迟器。
475.根据权利要求473所述的显示系统，其中所述附加镜面和所述分束器对准，使得从所述分束器沿所述附加接近方向朝向所述附加镜面引导的光从所述附加镜面沿与所述附加接近方向相反的附加返回方向反射。
476.根据权利要求475所述的显示系统，其中在所述附加返回方向上从所述附加回射器反射的光被所述分束器朝向所述中继位置引导。
477.根据权利要求470所述的显示系统，其中所述镜面为曲面镜面。
478.根据权利要求470所述的显示系统，其中所述镜面为菲涅耳镜。
479.根据权利要求470所述的显示系统，其中所述分束器包括偏振分束器，并且所述中继系统还包括设置在所述偏振分束器和所述镜面之间的四分之一波长延迟器。
480.根据权利要求458所述的显示系统，其中所述中继系统包括透射反射器。
481.根据权利要求458所述的显示系统，其中所述中继系统包括在第一平面中的透射回射器和在第二平面中的反射器，其中所述第一平面基本上平行于所述第二平面。
482.根据权利要求481所述的显示系统，其中所述反射器包括反射偏振器或半透明反射镜。
483.根据权利要求481所述的显示系统，其中来自所述光学组合系统的所述组合图像光的一部分在沿接近方向的第一前向通道中被引导通过所述透射回射器，并在沿与所述接近方向相反的返回方向的第一返回通道中从所述反射器反射回到所述透射回射器。
484.根据权利要求483所述的显示系统，其中在所述第一返回通道中的光在沿所述接近方向的第二前向通道中被所述透射回射器反射，并被引导通过所述反射器朝向所述虚拟屏幕平面。
485.根据权利要求483所述的显示系统，其中所述反射器包括反射偏振器，所述反射偏振器反射第一偏振状态的光并透射与所述第一偏振状态正交的第二偏振状态的光，并且其中光轴在第一方向的第一四分之一波长延迟器放置在所述反射器和所述透射回射器之间，并且在与所述第一方向正交的第二方向具有光轴的第二四分之一波长延迟器放置在所述透射回射器的相对侧。
486.根据权利要求485所述的显示系统，其中所述组合光在所述第一前向通道中通过所述第一和第二四分之一波片延迟器以及所述透射回射器后，以第一线性偏振状态偏振；其中具有所述第一线性偏振状态的所述组合图像光从所述反射偏振器反射；其中在所述第一返回通道中通过所述第一四分之一波长延迟器、从所述透射回射器反射并在所述第二前向通道中通过所述第一四分之一波长延迟器之后，所述组合图像光的偏振状态接下来从第一线性偏振状态旋转到第二线性偏振状态，由此所述第二偏振状态的所述组合图像光穿过所述反射偏振器。
487.根据权利要求458所述的显示系统，其中所述中继系统包括一个或多个透镜，所述透镜具有对准以接收所述组合光的公共光轴。
488.根据权利要求487所述的显示系统，其中所述一个或多个透镜包括凸透镜、凹透镜、正菲涅耳透镜、负菲涅耳透镜、由超材料实现的透镜、包括通过计算方法计算的设计的透镜、或由负折射率材料制成的透镜。
489.根据权利要求487所述的显示系统，其中所述一个或多个透镜将来自所述第一图像源的发散光聚焦成在所述虚拟屏幕平面处会聚的光。
490.根据权利要求487所述的显示系统，其中所述一个或多个透镜将来自所述第二图像源的发散光线聚焦成在所述虚拟屏幕平面附近会聚的光。
491.根据权利要求487所述的显示系统，其中所述一个或多个透镜将来自所述第一或第二图像源的发散光聚焦成在所述中继系统的与所述第一或第二图像源相反的一侧上的虚拟点会聚的光。
492.一种光场显示系统，其包括：
模块化显示装置阵列，每个模块化显示装置包括显示区和非成像区，其中所述模块化显示装置阵列限定多个显示平面，每个显示平面包括由相应显示装置的所述显示区限定的成像区域和由相应显示装置的所述非成像区限定的非成像区域；
波导阵列，每个波导阵列被定位成接收来自所述模块化显示装置阵列之一的所述显示平面的光；
光组合系统，所述光组合系统能够操作以组合来自所述波导阵列的光；
其中每个波导阵列被配置为引导来自相应模块化显示装置阵列的光，使得来自所述光组合系统的组合光包括光路，每个光路是根据四维函数限定并且每个光路在第一四维坐标系中具有一组空间坐标和角坐标。
493.根据权利要求492所述的显示系统，其还包括控制器，所述控制器能够操作以操作所述模块化显示装置阵列以输出光，使得来自所述光组合系统的所述组合光限定全息表面，限定所述全息表面的所述组合光包括来自不同模块化显示装置阵列的至少一个成像区域的光。
494.根据权利要求492所述的显示系统，其中所述光组合系统包括至少两个光组合器，所述光组合器被布置成组合来自至少三个模块化显示装置阵列的光。
495.根据权利要求492所述的显示系统，其中所述光组合系统包括至少三个光组合器，所述光组合器被布置成组合来自至少四个模块化显示装置阵列的光。
496.根据权利要求492所述的显示系统，其进一步包括光学上在至少一个波导阵列之后的可切换玻璃层，其中所述可切换玻璃层能够操作以在第一状态和第二状态之间切换，在所述第一状态时，来自所述至少一个波导阵列的光基本上穿过所述可切换玻璃层而不改变所述光路的所述空间坐标和角坐标，在所述第二状态时，所述可切换玻璃层在来自所述至少一个波导阵列的所述光穿过时使所述光散射。
497.根据权利要求496所述的显示系统，其中所述可切换玻璃层包括聚合物分散的液晶装置。
498.一种光学系统，其包括
第一输入接口，所述第一输入接口被配置为接收来自第一图像源的沿第一组光路的光，其中来自所述第一图像源的所述光能够操作以限定第一图像表面；
中继系统，所述中继系统被配置为将从所述第一图像表面接收到的所述光中继到视域以限定中继第一图像表面，其中所述第一图像源包括光场显示器，并且所述第一组光路是根据由所述光场显示器限定的四维(4D)函数确定，使得来自所述光场显示器的每个光路在第一四维坐标系中具有一组空间坐标和角坐标，以及；
传感器，所述传感器能够操作以收集与所述视域中的条件相关的数据。
499.根据权利要求498所述的光学系统，其还包括控制器，所述控制器能够操作以基于由所述传感器收集的数据来调整所述中继第一图像表面。
500.根据权利要求498所述的光学系统，其中所述传感器包括以下至少之一：摄像头、接近度传感器、麦克风、深度传感器、热成像装置、温度计和压力传感器。
501.根据权利要求498所述的光学系统，其中所述传感器被配置为感测观察者的移动或特征。
502.根据权利要求501所述的光学系统，其中观察者的所述移动包括以下至少一项：观察者位置、所述观察者的身体部位的位置、所述观察者的运动或所述观察者的姿势。
503.根据权利要求501所述的光学系统，其中观察者的所述特征包括以下至少一项：所述观察者的姿势；所述观察者的表情；所述观察者的年龄、身高、性别、衣着；所述观察者的声音；或所述观察者的喜好。
504.根据权利要求498所述的光学系统，其中所述传感器远程连接到所述中继系统。
505.根据权利要求498所述的光学系统，其中所述中继系统接收来自所述视域的能量，并在与来自所述第一图像源的所述光传播的方向基本上相反的方向上通过所述中继器中继所述能量，所述中继系统接收的所述能量由所述传感器记录。
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