CN115997155A - 三维物件显示 - Google Patents

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CN115997155A CN202180062278.XA CN202180062278A CN115997155A CN 115997155 A CN115997155 A CN 115997155A CN 202180062278 A CN202180062278 A CN 202180062278A CN 115997155 A CN115997155 A CN 115997155A
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CN
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optical
diffraction
light
optionally
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CN202180062278.XA
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K·卡德里
史蒂芬·约翰·哈特
罗伯特·艾伦·赫斯
乔纳森·谢默斯·布莱克雷
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Original Assignee
Pacific Light Hologram
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Abstract

本发明提供用于通过个别地衍射不同色彩光来显示三维对象的方法、设备、装置及系统。在一个方面中，一种光学衍射装置包括：第一衍射组件及第二衍射组件以及其间的色彩选择性偏振器。该第一衍射组件被配置为在第一衍射角下以第一衍射效率衍射在第一入射角下入射的呈第一偏振状态的第一色彩光，且以实质上小于该第一衍射效率的衍射效率衍射呈第二偏振状态的第二色彩光。该色彩选择性偏振器被配置为将该第二色彩光的该第二偏振状态旋转至该第一偏振状态。该第二衍射组件被配置为在与该第一衍射角实质上相同的第二衍射角下以第二衍射效率衍射呈该第一偏振状态的该第二色彩光。

Description

三维物件显示
相关申请的交叉引用
本申请案根据35 U.S.C.§119主张标题为「DISPLAYING THREE-DIMENSIONALOBJECTS」且在2020年9月17日申请的美国申请案第63/079,707号及标题为「RECONSTRUCTING OBJECTS WITH DISPLAY ZERO ORDER LIGHT SUPPRESSION」且在2021年2月16日申请的美国申请案第63/149,964号的优先权，这些申请案的全部内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及三维(3D)显示器，且更具体地，涉及具有对象重建的3D显示器。
背景技术
常规二维(2D)投影及3D渲染的进步已带来用于3D显示的新方法，包括将头部及眼部追踪与常规显示设备混合以用于虚拟现实(VR)、扩增实境(AR)及混合实境(MR)的许多混合技术。此等技术试图复制全息影像的体验，通过结合追踪及基于量测的计算，以模拟可由实际全息图表示的立体或眼内光场。
发明内容
本发明描述用于特定言之对象重建中抑制显示零级光(例如，2D或3D)的方法、设备、装置及系统。本发明提供可高效地抑制来自经重建全息场景(或全息内容)中的显示器的显示零级光(例如，反射、衍射或透射)以改良全息场景的效应且因此改良显示系统的效能的技术。作为一实例，当光照明用于全息重建的显示器时，光的一部分入射于用全息图调变的显示元素上且由显示元素衍射以形成所要全息场景。光的另一部分入射于显示器上的显示元素上且在显示元素之间的间隙处反射。光的该经反射的另一部分可被视为可能不合需要地呈现于全息场景中的显示零级光的至少一部分(例如，主级)。显示零级光亦可包括来自显示器的任何非想要的光，例如间隙处的衍射光、来自显示元素的反射光或来自显示器上的显示器盖罩的反射光。本发明的实施例可抑制此显示零级光。
在一些实施方案中，全息图被配置为使得照明于显示器的显示元素上的光的第一部分由通过全息图调变的显示元素衍射以具有不同于包括来自显示器的反射光的显示零级光的特性的至少一个特性。显示零级光可包括在显示元素之间的间隙上照明且在间隙处反射而不调变全息图的光的第二部分。这些技术可利用光的衍射第一部分与显示零级光(例如，光的反射第二部分)之间的差异来使得在由光的衍射第一部分形成的全息场景中抑制显示零级光。这些技术可个别地或以其组合应用。这些技术可应用于自所要光抑制或消除不当光的任何其他显示系统。
在一些实例中，显示器被配置为抑制显示零级光的较高级，例如通过包括具有不同大小的不规则或非均匀显示元素。显示元素可不具有周期性，且可形成一沃罗诺伊(Voronoi)图案。在一些实例中，在全息场景中，显示零级光相较于光的衍射第一部分可具有小得多的功率密度。亦即，通过增加全息场景的信号噪声比(例如，通过使显示零级光发散而不使光的衍射第一部分发散，或通过在诸如[0,2π]的预定相位范围内调整显示元素的各别相位，或两者)来抑制显示零级光。在一些实例中，通过将显示零级光导向远离光的衍射第一部分(例如，通过使光以入射角照明显示器且对全息图进行预配置，使得光的衍射第一部分仍围绕垂直轴线传播且显示零级光以反射角传播)来抑制显示零级光。显示零级光可在由光的衍射第一部分形成的全息场景外重导向，例如，通过添加额外光学衍射光栅结构以进一步使显示零级光导向远离全息场景。显示零级光可经反射远离全息场景。显示零级光亦可在全息场景之前被吸收。
在本发明中，术语「零级(zero order)」与「零级(zero-order)」可互换地使用，且术语「一级(first order)」与「一级(first-order)」可互换地使用。
在本发明中，术语「零级(zero order)」与「零级(zero-order)」可互换地使用，且术语「一级(first order)」与「一级(first-order)」可互换地使用。
本发明的一个方面的特征在于一种方法，其包括：用光照明显示器，该光的第一部分照明该显示器的显示元素；及用对应于全息数据的全息图调变该显示器的显示元素，以i)衍射该光的该第一部分以形成对应于该全息数据的全息场景，及ii)抑制该全息场景中的显示零级光，该显示零级光包括来自该显示器的反射光。
在一些实例中，用该光照明该显示器包括该光的第二部分照明邻近显示元素之间的间隙。该显示零级光可包括以下各者中至少一者：在该显示器的该间隙处反射的该光的该第二部分，在该显示器的该间隙处衍射的该光的该第二部分，来自该显示元素的反射光，或来自覆盖该显示器的显示器罩盖的反射光。
来自该显示器的该反射光形成该显示零级光的主级，且该显示器可被配置为抑制该显示零级光的一或多个高级，且其中该显示元素不规则或非均匀。在一些实例中，该显示元素形成沃罗诺伊图案。
在一些实施方案中，该方法进一步包括：配置该全息图，使得该光的该衍射第一部分具有不同于该显示零级光的特性的至少一个特性。该至少一个特性可包括以下各者中至少一者：功率密度、光束发散度、远离该显示器的传播方向，或偏振状态。
在一些实施方案中，该显示零级光在该全息场景中以一光抑制效率被抑制。该光抑制效率被界定为减去该全息场景中具有该抑制的该显示零级光的量与该全息场景中没有该抑制的该显示零级光的量之间的比率的结果。在一些情况下，该光抑制效率大于为50％、60％、70％、80％、90％或99％中的一者的预定百分比。在一些情况下，该光抑制效率为100％。
在一些实施方案中，该方法进一步包括：对于对应于对象的多个基元中的每一者，通过在全局三维(3D)坐标系统中计算自该基元至该显示器的该显示元素中的每一者的电磁(EM)场传播而判定对该显示元素的EM场贡献；及对于该显示元素中的每一者，产生自该多个基元至该显示元素的该EM场贡献的总和。该全息数据可包括来自该对象的该多个基元的针对该显示器的该显示元素的该EM场贡献的该总和。该全息场景可包括对应于该对象的经重建对象。
在一些实施方案中，该全息数据包含该显示器的显示元素的各自相位，且该方法进一步包括通过将该显示元素的各自相位调整为具有预定相位范围来配置该全息图。该预定相位范围可为[0,2π]。
在一些实施方案中，调整该显示元素的各自相位包括：根据下式调整该各自相位，
Figure BDA0004119101650000023
其中
Figure BDA0004119101650000024
表示相应相位的初始相位值，
Figure BDA0004119101650000025
表示该相应相位的经调整相位值，且A及B为常数。
在一些实施方案中，调整该各自相位包括：调整该常数A及B，使得最大化该全息场景的一光抑制效率。该光抑制效率可大于50％、60％、70％、80％、90％或99％。在一些情况下，调整该常数A及B包括通过机器视觉算法机器学习算法调整该常数A及B。
在一些实施方案中，该方法进一步包括：使该光的该衍射第一部分发散以形成该全息场景；及使该全息场景中或邻近于该全息场景的该显示零级光发散。在一些实例中，使该光的该衍射第一部分发散包括引导该光的该衍射第一部分通过配置于该显示器下游的光学发散组件，且使该显示零级光发散包括引导该显示零级光通过该光学发散组件。
在一些实例中，照明该显示器的该光为准直光。该显示零级光在到达该光学发散组件之前准直，且该方法可进一步包括配置该全息图，使得该光的该衍射第一部分在到达该光学发散组件之前会聚。
在一些实施方案中，该全息数据包括该显示元素中的每一者对应的相位。该方法可进一步包括通过将对应的相位添加到该显示元素中的每一者的相应相位来配置该全息图，且该显示元素的对应相位可由该光学发散组件补偿，使得该全息场景对应于该显示元素对应的相位。该显示元素中的每一者的该对应相位可表达为：
Figure BDA0004119101650000021
其中
Figure BDA0004119101650000022
表示该显示元素的对应相位，λ表示该光的波长，f表示该光学发散组件的焦距，x及y表示该显示元素在坐标系统中的坐标，且a及b表示常数。
在一些实施方案中，该全息场景对应于具有视角的重建锥。该方法可进一步包括通过以下操作来配置该全息图：沿垂直于该显示器的方向相对于全局3D坐标系统使配置锥相对于该显示器移动对应于该光学发散组件的焦距的距离，该配置锥对应于该重建锥且具有相同于该视角的顶角；及基于该全局3D坐标系统中的该经移动的配置锥产生该全息数据。该对象的该多个基元可在该移动的配置锥中。
在一些实施方案中，该光学发散组件为包括凹透镜或全息光学组件(HOE)中至少一者的散焦组件，该凹透镜或该HOE被配置为在该全息场景外部衍射该显示零级光。
在一些实施方案中，该光学发散组件为包括凸透镜或全息光学组件(HOE)中至少一者的聚焦组件，该凸透镜或该HOE被配置为在该全息场景外部衍射该显示零级光。
在一些实施方案中，该方法进一步包括：在沿垂直于该显示器的方向与该显示器隔开的二维(2D)屏幕上显示该全息场景。该方法可进一步包括：移动该2D屏幕以获得该2D屏幕上的该全息场景的不同截块。
在一些实施中，该方法进一步包括：引导该光以照明该显示器。在一些实例中，引导该光以照明该显示器包括：由光束分光器引导该光，且该光的该衍射第一部分及该显示零级光透射通过该光束分光器。
在一些实施方案中，用该光照明该显示器包括：以正入射角用该光照明该显示器。
在一些实施方案中，该光的该衍射第一部分形成具有一视角的重建锥，且用该光照明该显示器包括以大于该视角的一半的入射角用该光照明该显示器。在一些实例中，该方法进一步包括：配置该全息图，使得该光的该衍射第一部分形成该重建锥，该重建锥与在该光正入射于该显示器上时由该光的该衍射第一部分形成的重建锥相同。
在一些实例中，该全息数据包括该显示元素中的每一者对应的相位。该方法可进一步包括通过将对应的相位添加到该显示元素中每一者的相应相位相加来配置该全息图，且该显示元素的对应相位可由该入射角补偿，使得该全息场景对应于该显示元素对应的相位。
在一些实例中，该显示元素中的每一者对应的相位可表达为：
Figure BDA0004119101650000031
其中
Figure BDA0004119101650000032
表示该显示元素的该对应相位，λ表示该光的波长，x及y表示该显示元素在一全局3D坐标系统中的坐标，且θ表示对应于该入射角的角度。
在一些实例中，配置该全息图包括：相对于全局3D坐标系统使配置锥相对于该显示器移动，该配置锥对应于该重建锥且具有对应于该重建锥的该视角的顶角；及基于该全局3D坐标系统中的该经移动的配置锥产生该全息数据。
在一些实例中，在该全局3D坐标系统中使该配置锥相对于该显示器移动包括：相对于该全局3D坐标系统使该配置锥相对于该显示器的表面旋转一旋转角，该旋转角对应于该入射角。
在一些实施方案中，该方法进一步包括：阻挡该显示零级光出现于该全息场景中。该全息场景的光抑制效率可为100％。在一些实例中，阻挡该显示零级光包括：引导该显示零级光朝向配置于该显示器下游的光学阻挡组件。该方法可进一步包括：引导该光的该衍射第一部分而以一透射效率透射通过该光学阻挡组件以形成该全息场景。该透射效率可不小于预定比率。该预定比率可为50％、60％、70％、80％、90％或99％。
在一些实施方案中，该光学阻挡组件被配置为透射具有小于预定角度的角度的第一光束且阻挡具有大于该预定角度的角度的第二光束，且该预定角度小于该入射角且大于该视角的该一半。该光学阻挡组件可包括多个微结构或纳米结构、超颖材料层(metamaterial layer)或光学异向性膜。
在一些实施方案中，该方法进一步包括：通过引导该光通过基板上的光学衍射组件来引导该光以照明该显示器，该光学衍射组件被配置为使该光以该入射角衍射出。引导该光以照明该显示器可包括以下各者中至少一者：将该光通过波导耦合器引导至该光学衍射组件；将该光通过耦合棱镜引导至该光学衍射组件；或将该光通过该基板的楔形表面引导至该光学衍射组件。
在一些实施方案中，该光学衍射组件形成于该基板的面对该显示器的第一表面上，且该光学阻挡组件形成于该基板的与该第一表面相对的第二表面上。
在一些实施方案中，该方法进一步包括：重导向该显示零级光远离该全息场景。该全息场景的光抑制效率可为100％。
在一些实施方案中，重导向该显示零级光远离该全息场景包括：由配置于该显示器下游的光学重导向组件衍射该显示零级光远离该全息场景。该光学重导向组件可被配置为透射该光的该衍射第一部分以形成该全息场景。
在一些实施方案中，该光学重导向组件被配置为使得该显示零级光沿向上方向、向下方向、向左方向、向右方向或其组合中至少一者在三维(3D)空间中在该全息场景外部衍射。
在一些实施方案中，该光学重导向组件被配置为使具有相同于预定角度的角度的第一光束与具有不同于该预定角度的角度的第二光束相比以一实质上较大衍射效率衍射，且该预定角度实质上相同于该入射角。该光学重导向组件可包括布拉格光栅。
在一些实施方案中，该光学衍射组件形成于该基板的面对该显示器的第一表面上，且该光学重导向组件形成于该基板的与该第一表面相对的第二表面上。
在一些情况下，该光的该入射角为负，且由该光学重导向组件衍射的该显示零级光的衍射角为负。在一些情况下，该光的该入射角为正，且由该光学重导向组件衍射的该显示零级光的衍射角为正。在一些情况下，该光的该入射角为负，且由该光学重导向组件衍射的该显示零级光的衍射角为正。在一些情况下，该光的该入射角为正，且由该光学重导向组件衍射的该显示零级光的衍射角为负。
在一些实施方案中，该光学重导向组件由第二基板覆盖。该方法可进一步包括：由形成于该第二基板的侧表面或该基板的侧表面中至少一者上的光学吸收体吸收由该光学重导向组件重导向且由该第二基板与周围介质之间的界面反射的该显示零级光。
在一些实施方案中，该第二基板在该第二基板的与该光学重导向组件相对的表面上包括抗反射涂层，且该抗反射涂层被配置为透射该显示零级光。
在一些实施方案中，该显示零级光在到达该第二基板之前进行p偏振，且该光学重导向组件被配置为将该显示零级光衍射为以布鲁斯特角入射于该第二基板与周围介质之间的界面上，使得该显示零级光完全透射通过该第二基板。
在一些实施方案中，该方法进一步包括：在显示零级光到达该第二基板之前将该显示零级光的偏振状态自s偏振转换成p偏振。在一些情况下，转换该显示零级光的该偏振状态包括：由相对于该显示器配置于该光学重导向组件上游的光学偏振装置转换该显示零级光的该偏振状态。
在一些情况下，转换该显示零级光的该偏振状态包括：由相对于该显示器配置于该光学重导向组件下游的光学偏振装置转换该显示零级光的该偏振状态。该光学偏振装置可包括依序配置于该光学重导向组件下游的光学延迟器及光学偏振器，且该光学延迟器可形成于该第二基板的与该光学重导向组件相对的一侧上，该光学偏振器由第三基板覆盖。在一些实例中，该光学延迟器包括宽带半波片，且该光学偏振器包括线形偏振器。
在一些实施方案中，该第二基板包括：在该光学重导向组件的顶部上的第一侧及与该第一侧相对的第二侧。光学阻挡组件可形成于该第二基板的该第二侧上，且被配置为透射该光的该衍射第一部分且吸收由该光学重导向组件衍射的该显示零级光。
在一些实施方案中，该光学阻挡组件包括光学异向性透射器，其被配置为透射具有小于预定角度的角度的第一光束且吸收具有大于该预定角度的角度的第二光束。该预定角度可大于该视角的一半且小于该显示零级光由该光学重导向组件衍射的衍射角。
在一些实施方案中，该光学重导向组件被配置为将该显示零级光衍射为以大于临界角的角度入射于该第二基板与周围介质之间的界面上，使得由该光学衍射组件衍射的该显示零级光在该界面处全反射。光学吸收体可形成于该基板及该第二基板的侧表面上，且被配置为吸收该全反射显示零级光。
在一些实施方案中，该光包括多个不同色彩光，且该光学衍射组件被配置为在该显示器上以该入射角衍射该多个不同色彩光。
在一些实施方案中，该光学重导向组件包括用于该多个不同色彩光中的每一者的光学重导向子组件。在一些实例中，用于该多个不同色彩光的该各别光学重导向子组件可记录于同一记录结构中。在一些实例中，用于该多个不同色彩光的该各别光学导向子组件记录于不同对应记录结构中。
在一些实施方案中，该光学重导向组件被配置为在一3D空间中朝向不同方向以不同衍射角衍射该多个不同色彩光。该光学重导向组件可被配置为将该多个不同色彩光中至少一者衍射为以至少一个布鲁斯特角入射于界面处。该界面可包括顶部基板与周围介质之间的界面或两个邻近基板之间的界面中的一者。
在一些实施方案中，该光学重导向组件被配置为衍射在平面内的第一色彩光及第二色彩光，及正交于该平面的第三色彩光。在一些实施方案中，该光学重导向组件包括被配置为衍射该多个不同色彩光中的相同色彩光的至少两个不同光学重导向子组件。该两个不同光学重导向子组件可依序配置于该光学重导向组件中。
在一些实施方案中，引导该光以照明该显示器包括：在一系列时段内依序引导该多个不同色彩光以照明该显示器。在一些实施方案中，该光学重导向组件包括可切换光学重导向子组件，其被配置为在第一时段期间在第一状态下衍射第一色彩光且在第二时段期间在第二状态下透射第二色彩光。在一些实施方案中，该光学重导向组件包括可切换光学重导向子组件，其被配置为在第一时段期间在第一状态下衍射第一色彩光且在第二时段期间在第二状态下衍射第二色彩光。
在一些实施方案中，该多个不同色彩光包括第一色彩光及第二色彩光，该第一色彩光相较于该第二色彩光具有较短波长，且在该光学重导向组件中，用于该第一色彩光的第一光学重导向子组件被配置成比用于该第二色彩光的第二光学重导向子组件更接近该显示器。
在一些实施方案中，用于至少两种不同色彩光的至少两个光学重导向子组件的条纹平面实质上不同地定向。
在一些实施方案中，该光学重导向组件包括：第一光学重导向子组件，其被配置为衍射第一色彩光；第二光学重导向子组件，其被配置为衍射第二色彩光；及至少一个光学偏振装置，其配置于该第一光学重导向子组件与该第二光学重导向子组件之间且被配置为转换该第一色彩光的偏振状态，使得该第一色彩光透射通过该第二光学重导向子组件。该至少一个光学偏振装置可包括依序配置于该第一光学重导向子组件下游的光学延迟器及光学偏振器。
在一些情况下，该视角的一半在-10度至10度的范围内或在-5度至5度的范围内。在一些情况下，该入射角为-6度或6度。
本发明的另一方面特征在于一种方法，其包括：用光照明显示器，该光的一部分照明该显示器的显示元素；及通过衍射光的该部分产生全息场景，同时抑制存在于该全息场景中的显示零级光，其中该显示零级光包括来自该显示器的反射光。
在一些实施方案中，抑制存在于该全息场景中的该显示零级光包括：使该显示零级光发散。
在一些实施方案中，通过衍射光的该部分产生全息场景包括用全息图调变显示元素。抑制存在于该全息场景中的该显示零级光可包括调整该全息图的相位范围。
在一些实施方案中，用该光照明该显示器包括以入射角用该光照明该显示器，且抑制存在于该全息场景中的该显示零级光包含用全息图调变光的该部分，该全息图被配置为使得该光的该部分由该显示元素以不同于该反射光被反射的反射角的衍射角衍射。在一些情况下，抑制存在于该全息场景中的该显示零级光包括：由入射角相依材料阻挡该显示零级光。该入射角相依材料可包括超颖材料或光学异向性材料。
在一些实施方案中，抑制存在于该全息场景中的该显示零级光包括：重导向该显示零级光。重导向该显示零级光可包括由光学衍射组件衍射该显示零级光。该光可包括不同色彩光，且其中重导向该显示零级光可包括在三维(3D)空间中将该不同色彩光衍射至不同方向。
在一些实施方案中，抑制存在于该全息场景中的该显示零级光包括：以不小于预定比率的光抑制效率抑制该显示零级光。该光抑制效率被定义为减去该全息场景中具有该抑制的该显示零级光的量与没有该抑制的该显示零级光的量之间的比率的结果。该预定比率可为50％、60％、70％、80％、90％或100％。
本发明的另一特征在于一种光学装置，其包括：光学衍射组件及光学阻挡组件。该光学衍射组件被配置为使光以入射角衍射以照明显示器，其中该光的部分照明该显示器的显示元素，且该光学阻挡组件被配置为阻挡由该显示元素衍射的该光的该部分形成一全息场景中的显示零级光，该显示零级光包括来自该显示器的反射光。
在一些实施方案中，该光学装置被配置为执行如上文所描述的方法。
在一些实施方案中，该显示器被配置为用对应于全息数据的全息图被调变以衍射该光的该部分以形成该全息场景，且该光学阻挡组件被配置为透射该光的该衍射部分以形成该全息场景。该光的该衍射部分可形成具有视角的重建锥，且该入射角可大于该视角的一半。
该光学阻挡组件可被配置为透射具有小于预定角度的角度的第一光束且阻挡具有大于该预定角度的角度的第二光束，且该预定角度可小于该入射角且大于该视角的该一半。
在一些实施方案中，该光学阻挡组件包括一超颖材料层或一光学异向性膜。在一些实施方案中，该光学阻挡组件包括多个微结构或纳米结构。
在一些实施方案中，该光学装置进一步包括具有相对侧的基板。该光学衍射组件及该光学阻挡组件可形成于该基板的相对侧上。
本发明的另一方面特征在于一种制造如上文所描述的光学装置的方法，其包括：在基板的第一侧上形成该光学衍射组件，且在该基板的与该第一侧相对的第二侧上形成该光学阻挡组件。
本发明的另一方面特征在于一种光学装置，其包括：光学衍射组件及光学重导向组件。该光学衍射组件被配置为将光以入射角衍射至显示器上，该显示器包括在该显示器上以间隙隔开的多个显示元素。该显示器被配置为衍射照明该显示元素的该光的一部分。该光学重导向组件被配置为透射该光的该部分以形成全息场景且在三维(3D)空间中重导向显示零级光远离该全息场景，该显示零级光包括来自该显示器的反射光。
在一些实例中，该光学重导向组件包括布拉格光栅。
在一些实施方案中，该光学衍射组件形成于基板的面对该显示器的第一侧上，且该光学重导向组件形成于该基板的与该第一侧相对的第二侧上。
在一些实施方案中，该光学装置进一步包括覆盖该光学重导向组件的第二基板。在一些实施方案中，该光学装置进一步包括形成于该基板的侧表面或该第二基板的侧表面中至少一者上的光学吸收体，其中该光学吸收体被配置为吸收由该光学重导向组件重导向且由该第二基板与周围介质之间的界面反射的该显示零级光。
在一些实施方案中，该光学装置进一步包括：形成于该第二基板上且与该光学重导向组件相对的抗反射涂层，该抗反射涂层被配置为透射由该光学重导向组件重导向的该显示零级光。
在一些实施方案中，该光学装置进一步包括：被配置为在该显示零级光到达该第二基板之前将该显示零级光的偏振状态自s偏振转换成p偏振的光学偏振装置，且该光学重导向组件被配置为将该显示零级光衍射为以布鲁斯特角入射于该第二基板与周围介质之间的界面上，使得该显示零级光完全透射通过该第二基板。该光学偏振装置可包括依序配置在一起的光学延迟器及线性偏振器。
在一些实施方案中，该光学偏振装置相对于该显示器配置于该光学重导向组件上游。在一些实施方案中，该光学偏振装置形成于该第二基板的与该光学重导向组件相对的一侧，该光学偏振装置由第三基板覆盖。
在一些实施方案中，该光学装置进一步包括：形成于该第二基板的与该光学重导向组件相对的一侧上的光学阻挡组件，该光学阻挡组件被配置为透射该光的该部分且吸收由该光学重导向组件衍射的该显示零级光。该光学阻挡组件可包括光学异向性透射器。
在一些实施方案中，该光学重导向组件被配置为将该显示零级光衍射为以大于临界角的角度入射于该第二基板与周围介质之间的界面上，使得由该光学衍射组件衍射的该显示零级光在该界面处全反射。
在一些实施方案中，该光包括多个不同色彩光。该光学衍射组件被配置为在该显示器上以该入射角衍射该多个不同色彩光，且该光学重导向组件可被配置为在该3D空间中朝向不同方向以不同衍射角衍射由该显示器反射的该多个不同色彩光中的显示零级光，该显示零级光包括由该显示器反射的该多个不同色彩光中的反射光。
在一些实施方案中，该光学衍射组件包括用于该多个不同色彩光的多个全息光栅，且该多个全息光栅中的每一者被配置为在该显示器上以该入射角衍射该多个不同色彩光中的相应色彩光。
在一些实施方案中，该光学重导向组件包括用于该多个不同色彩光中的该显示零级光的多个重导向全息光栅，且该多个重导向全息光栅中的每一者被配置为在该3D空间中朝向相应方向以相应衍射角衍射该多个不同色彩光中的相应色彩光中的显示零级光。
在一些实施方案中，该光学重导向组件包括至少两个不同重导向全息光栅，其被配置为衍射该多个不同色彩光中的相同色彩光中的显示零级光。
在一些实施方案中，该光学重导向组件包括可切换重导向全息光栅，其被配置为在第一时段期间在第一状态下衍射第一色彩光且在第二时段期间在第二状态下透射第二色彩光。
在一些实施方案中，该光学重导向组件包括可切换重导向全息光栅，其被配置为在第一时段期间在第一状态下衍射第一色彩光且在第二时段期间在第二状态下衍射第二色彩光。
在一些实施方案中，该多个不同色彩光包括第一色彩光及第二色彩光，该第一色彩光相较于该第二色彩光具有较短波长，且在该光学重导向组件中，用于该第一色彩光的第一重导向全息光栅被配置成比用于该第二色彩光的第二重导向全息光栅更接近该显示器。
在一些实施方案中，用于至少两种不同色彩光的至少两个重导向全息光栅的条纹平面实质上不同地定向。
在一些实施方案中，该光学重导向组件包括：第一重导向全息光栅，其被配置为衍射第一色彩光；第二重导向全息光栅，其被配置为衍射第二色彩光；及至少一个光学偏振装置，其配置于该第一重导向全息光栅与该第二重导向全息光栅之间且被配置为转换该第一色彩光的偏振状态，使得该第一色彩光透射通过该第二重导向全息光栅。
在一些实施方案中，该光学装置被配置为执行上文所描述的方法。
本发明的另一方面特征在于一种制造如上文所描述的光学装置的方法，其包括：在基板的第一侧上形成该光学衍射组件；及在该基板的与该第一侧相对的第二侧上形成该光学重导向组件。
本发明的另一方面特征在于一种系统，其包括：显示器，其包括在该显示器上以间隙分离的显示元素；及光学装置，其被配置为用光照明该显示器，其中该光的一部分在该显示元素上照明。该系统被配置为衍射该光的该部分以形成全息场景，同时抑制该全息场景中的显示零级光。该显示零级光可包括以下各者中至少一者：该间隙处的反射光、该间隙处的衍射光，或覆盖该显示器的显示器罩盖处的反射光。
在一些实施方案中，该系统进一步包括控制器，该控制器耦接至该显示器且被配置为：用对应于全息数据的全息图调变该显示器的该显示元素，以衍射该光的该部分以形成对应于该全息数据的该全息场景。该全息图可被配置为使得该显示零级光在该全息场景中被抑制。
在一些实施方案中，该系统进一步包括计算装置，该计算装置被配置为产生对应于该全息场景的一或多个对象的基元。该系统可被配置为执行如上文所描述的方法。该光学装置可包括如上文所描述的光学装置中的一或多者。
在一些实施方案中，该系统进一步包括：光学发散装置，该光学发散装置配置于该光学装置下游且被配置为使该全息场景中的该显示零级光发散。照明该显示器的该光为准直光。该显示零级光在到达该光学发散装置之前准直，且该全息图被配置为使得该光的该衍射部分在到达该光学发散装置之前会聚。该光学发散装置可包括如上文所描述的光学发散组件。
在一些实施方案中，该系统进一步包括配置于该显示器下游的二维(2D)屏幕。在一些实施方案中，该光学装置包括光束分光器。在一些实施方案中，该光学装置包括具有内部耦合器及外部耦合器的波导。在一些实施方案中，该光学装置包含光导，该光导包括一耦合器及光学衍射组件。该光耦合器可包括耦合棱镜。该光耦合器亦可包括楔形基板。
本发明的另一方面特征在于一种制造如上文所描述的系统的方法。
本发明的另一方面特征在于一种装置，其包括：至少两个扩束器，其被配置为在至少两个维度上扩展输入光束以通过衍射该输入光束以在该至少两个维度上调整该输入光束的光束大小来产生输出光束。该光束大小可包括宽度及高度。
在一些实施方案中，该至少两个扩束器中的每一者包括各自对应的光学衍射装置。该输入光束可包括多个不同色彩光，且该相应的光学衍射装置可被配置为以实质上彼此相同的各个衍射角衍射该多个不同色彩的该光。
在一些实例中，该相应的光学衍射装置被配置为使得当该不同色彩的该光入射于该相应的光学衍射装置上时，该相应的光学衍射装置分离该不同色彩中的个别色彩的光，同时抑制该不同色彩之间的串扰。
在一些实施方案中，该相应的光学衍射装置包括：至少两个光学衍射组件及至少一个色彩选择性偏振器。
在一些实施方案中，该相应的光学衍射装置包括：至少两个光学衍射组件及至少一个反射层。该至少一个反射层可被配置为用于具有至少一种色彩光的全内反射。
在一些实施方案中，该相应的光学衍射装置包括以下各者中至少一者：一或多个透射衍射结构，或一或多个反射衍射结构。
在一些实施方案中，该至少两个扩束器包括：第一一维扩束器，其被配置为在该至少二个维度中的第一维度上扩展该输入光束以产生中间光束；及第二一维扩束器，其被配置为在该至少两个维度中的第二维度上扩展该中间光束以产生该输出光束。该中间光束在该第一维度上相较于该输入光束具有较大光束大小，且在该第二维度上相较于该输入光束具有相同光束大小，且该输出光束在该第二维度上相较于该中间光束具有较大光束大小，且在该第一维度上相较于该中间光束具有相同光束大小。
在一些实施方案中，该光学装置被配置为使用以下各者中至少一者而将来自该第一一维扩束器的该中间光束耦合至该第二一维扩束器：自由空间空中几何结构、单体或经分割基板，或一或多个耦合组件。
在一些实施方案中，该中间输入光束包括具有两种或更多种色彩的共线准直光，且该一或多个耦合组件被配置为将该两种或更多种色彩的该共线准直光转换成具有该两种或更多种色彩中的对应色彩的两个或更多个独立的准直但不共线的光束。
本发明亦描述用于特定言之通过个别地衍射不同色彩光而显示三维(3D)对象的方法、设备、装置及系统。本发明提供的技术可高效地分离不同色彩或波长的光以抑制(例如，减少或消除)色彩或波长之间的串扰。该技术亦可抑制光不经光学衍射装置的衍射而传播且以不当角度射向至显示器上，藉此抑制诸如双重影像的不当效应。该技术使得能够在无或极少串扰的情况下依序或同时重建多色三维光场或影像。该技术使得能够实施一照明系统以便以相对较大入射角提供具有多个不同色彩的接近正交的偏振光束。因此，该技术使得能够在不妨碍照明器的情况下将光场或影像呈现给显示器前方的观看者(例如，观测者或使用者)，且能够减少例如归因于反射、衍射及/或散射的功率损失。该技术亦使得能够实施用于显示三维对象的紧凑光学系统。
本发明提供可克服已知技术中存在的限制的技术。作为实例，本文所揭示的技术可在不使用诸如「3D眼镜」的笨重的可穿戴装置的情况下实施。作为另一实例，本文所揭示的技术可选择性实施而不受限于：追踪机制准确性、显示设备的质量、相对长的处理时间及/或相对高的计算要求，及/或不能同时向多个观看者显示对象。作为另一实例，该技术可在没有专用工具及软件的情况下实现，从而可开发在常规3D内容创建中使用的工具及软件之上及之外扩展的内容。各种实施例可展现出前述优点中的一或多者。例如，本发明的某些实施方案可产生实时、全彩、真实的3D影像，该3D影像看起来为现实世界中的真实3D对象，且可被多个观看者自不同点不受妨碍地同时观看。
本发明的一个方面特征在于一种方法，该方法包括：针对与三维(3D)空间中的对象相对应的多个基元中的每一基元，通过在3D坐标系中计算自该基元至显示器的多个元素中的每一元素的电磁(EM)场传播来判定对该元素的EM场贡献；及针对该多个元素中的每一元素，产生该多个基元对该元素的EM场贡献总和。
EM场贡献可包括自由相位贡献及幅度贡献组成的组选择的至少一项。基元可包括自由点基元、线基元及多边形基元组成的组中选择的至少一项。该基元可包括线基元，该线基元具有包括自由梯度色彩、纹理化色彩及着色效果组成的组中选择的至少一项的信息。基元亦可包括多边形基元，该多边形基元具有包括自由梯度色彩、纹理化色彩及着色效果组成的组中选择的至少一项的信息。可对该多个基元按特定次序编索引。
在一些实施方案中，该方法亦包括获得该多个基元中的每一基元的各别基元数据。该多个基元中的每一基元的各别基元数据可包括该基元的各别色彩信息，且所判定的对每一该元素的EM场贡献包括与该基元的各别色彩信息相对应的信息。该色彩信息可包括自由纹理化色彩及梯度色彩组成的组中选择的至少一项。该多个基元中的每一基元的各别基元数据可包括该基元的纹理信息。该多个基元中的每一基元的各别基元数据可包括该基元的一或多个表面上的着色信息。该着色信息可包括对自由该基元的该一或多个表面上的色彩及该基元的该一或多个表面上的亮度组成的组选择的至少一项的调变。
在一些实施方案中，该多个基元中的每一基元的各别基元数据包括该基元在该3D坐标系中的各别坐标信息。该多个元素中的每一元素在该3D坐标系中的各别坐标信息可基于该多个基元在该3D坐标系中的各别坐标信息来判定。每一元素的各别坐标信息可与储存在内存中的针对该元素的逻辑储存地址相对应。
判定该多个基元中的每一基元对该多个元素中的每一元素的EM场贡献可包括：在该3D坐标系中，基于该元素的各别坐标信息及该基元的各别坐标信息来判定该元素与该基元之间的至少一个距离。判定该多个基元中的每一基元对该多个元素中的每一元素的EM场贡献包括：基于该多个基元中的第一基元的各别坐标信息及该多个元素中的第一元素的各别坐标信息，判定该第一基元与该第一元素之间的第一距离；及基于该第一距离及该第一元素与该多个元素中的第二元素之间的距离判定该第一基元与该第二元素之间的第二距离。该第一元素与该第二元素之间的距离可基于该显示器的该多个元素的节距预先判定。
在一些实例中，该多个基元中至少一个基元为包括第一端点及第二端点的线基元，且判定该元素与该基元之间的至少一个距离包括：判定该元素与该线基元的第一端点之间的第一距离；及判定该元素与该线基元的第二端点之间的第二距离。该多个基元中至少一个基元为包括第一端点、第二端点及第三端点的三角形基元，且判定该元素与该基元之间的至少一个距离包括：判定该元素与该三角形基元的第一端点之间的第一距离；判定该元素与该三角形基元的第二端之间的第二距离；及判定该元素与该三角形基元的第三端点之间的第三距离。
在一些实施方案中，判定该多个基元中的每一基元对该多个元素中的每一元素的EM场贡献包括：基于该基元的预定表达式及该至少一个距离来判定该基元对该元素的EM场贡献。该预定表达式是通过解析计算自该基元至该元素的EM场传播判定。该预定表达式是通过求解麦克斯韦方程判定。可通过提供在该显示器的表面处界定的边界条件来求解该麦克斯韦方程。该边界条件可包括狄利克雷(Dirichlet)边界条件或柯西(Cauchy)边界条件。该多个基元及该多个元素可在该3D空间中，且该显示器的表面可形成该3D空间的边界表面的一部分。该预定表达式包括自由包括正弦函数的函数、包括余弦函数的函数及包括指数函数的函数组成的组中选择的至少一项，且判定EM场贡献包括：在储存在内存中的表中识别该函数中至少一个函数的值。
在一些实施方案中，判定该多个基元中的每一基元对该多个元素中的每一元素的EM场贡献，并产生对该多个元素中的每一元素的场贡献总和，包括：判定该多个基元对该多个元素中的第一元素的第一EM场贡献，并对针对该第一元素的该第一EM场贡献进行求和；及判定该多个基元对该多个元素中的第二元素的第二EM场贡献，并对针对该第二元素的该第二EM场贡献进行求和。判定该多个基元对该第一元素的该第一EM场贡献可包括：将判定该多个基元中的第一基元对该第一元素的EM场贡献与判定该多个基元中的第二基元对该第一元素的EM场贡献并行进行。
在一些实施方案中，判定该多个基元中的每一基元对该多个元素中的每一元素的EM场贡献，包括：判定该多个基元中的第一基元对该多个元素中的每一元素的各别第一EM场贡献；及判定该多个基元中的第二基元对该多个元素中的每一元素的各别第二EM场贡献，且产生对该多个元素中的每一元素的场贡献总和可包括：通过将对该元素的该各别第二EM场贡献与该各别第一EM场贡献相加，来累加出对该元素的EM场贡献。判定该第一基元对该多个元素中的每一元素的各别第一EM场贡献可与判定该第二基元对该多个元素中的每一元素的各别第二EM场贡献并行地执行。
判定该多个基元中的每一基元对该多个元素中的每一元素的EM场贡献可包括：将判定该多个基元中的第一基元对该多个元素中的第一元素的第一EM场贡献与判定该多个基元中的第二基元对该第一元素的第二EM场贡献并行地进行。
在一些实施方案中，该方法亦包括：针对该多个元素中的每一元素，基于该多个基元对该元素的EM场贡献总和产生各别控制信号，该各别控制信号用于基于该多个基元对该元素的EM场贡献总和来调变该元素的至少一个特性。该元素的该至少一个特性可包括自由折射率、幅度指数、双折射及迟滞组成的组中选择的至少一项。该各别控制信号可包括电信号、光信号、磁信号或声信号。在一些情况下，该方法亦包括：将比例因子与每一元素的场贡献总和相乘，以获得经缩放的场贡献总和，且其中，该各别控制信号是基于针对该元素的经缩放的场贡献总和产生。该方法亦可包括：对针对每一元素的场贡献总和进行归一化，其中，该各别控制信号是基于针对该元素的归一化的场贡献总和。该方法亦可包括：向该元素发送该各别控制信号。
在一些实施方案中，该方法亦包括：向照明器发送控制信号，该控制信号指示启动该照明器，以使得该照明器发射光至该显示器上。该控制信号可响应于判定已获得了对该多个元素中的每一元素的场贡献总和而发送。该显示器的经调变的元素可使该光沿不同方向传播，以形成与该3D空间中的该对象对应的体积光场。该体积光场可与具有由该显示器的该经调变的元素界定的边界条件的麦克斯韦方程的解相对应。该光可包括白光，且该显示器可被配置为将该白光衍射为具有不同色彩光。
在一些实施方案中，该方法亦包括：在计算期间使用定点数表示来表示值。每一个值可表示为具有隐式比例因子的整数。
在一些实施方案中，该方法亦包括：使用定点数表示来执行数学函数。该数学函数可包括自由正弦、余弦及反正切组成的组中选择的至少一项。执行该数学函数可包括：接收第一定点格式的表达式；及输出精度水平不同于该第一定点格式的第二定点格式的值。执行该数学函数可包括：查找用于该数学函数的计算的表，其中，该表包括自由完全枚举查找表、内插表、基于半表的多项式函数及基于半表的完全最小最大多项式组成的组中选择的至少一项。执行该数学函数可包括：对输入应用专用范围缩小。执行该数学函数包括：将三角计算自范围[-π,π]变换成范围[-1,1]中的带符号的2's互补表示。
本发明的另一方面特征在于一种方法，该方法包括：获得与三维(3D)空间中的对象相对应的多个基元各自的基元数据；计算该多个基元中的第一基元对显示器的多个元素中的每一元素的各别第一电磁(EM)场贡献；及计算该多个基元中的第二基元对该显示器的该多个元素中的每一元素的各别第二EM场贡献，其中，计算来自该第一基元的该各别第一EM场贡献与计算来自该第二基元的该各别第二EM场贡献至少部分地并行进行。
在一些实施方案中，计算该第一基元对该多个元素中的第一元素的第一EM场贡献与计算该多个基元中的第二基元对该第一元素的第二EM场贡献并行地进行。该方法可包括：计算该多个基元中的每一基元对该多个元素中的每一元素的各别EM场贡献。该各别EM场贡献的计算可在不具有自以下项组成的组中选择的至少一项的情况下进行：将该对象的几何结构扩展至该多个组件，在包装波前之前应用可见度测试，及针对不同基元的并行计算之间的决策或通信。计算该各别EM场贡献可被配置为促成自以下项组成的组中选择的至少一项：调整针对不同基元的并行计算以达到速度、成本、大小或能量优化，减少发起绘制与结果准备好显示之间的延迟，使用定点数表示来增加精度，及通过优化数学函数来优化计算速度。
在一些实施方案中，该方法亦包括：在计算期间使用定点数表示来表示值。使用该定点数表示来表示该值可在不具有自由以下项组成的组中选择的至少一项的情况下进行：用于渐进式下溢出的反常浮点，处理来自包括零除的运算产生的非数值，更改浮点舍入模式，及引起操作系统的浮点异常。
在一些实施方案中，该方法亦包括：针对该多个元素中的每一元素，通过将对该元素的各别第二EM场贡献与对该元素的各别第一EM场贡献相加来累积对该元素的EM场贡献。
在一些实施方案中，该方法亦包括：针对该多个元素中的每一元素，基于该多个基元对该元素的EM场贡献总和来产生各别控制信号，该各别控制信号用于基于该多个基元对该元素的EM场贡献总和来调变该元素的至少一个特性。
在一些实施方案中，该方法亦包括：以预定因子缩放与第二基元相邻的第一基元，使得该第一基元的重建与该第二基元的重建不重叠。该预定因子可至少部分地基于该显示器的分辨率判定。该方法亦可包括：获得该多个基元中的每一基元的各别基元数据，其中，该多个基元中的每一基元的各别基元数据包括该基元在该3D坐标系中的各别坐标信息；及基于该第一基元的各别坐标信息及该预定因子，判定该第一基元的新的各别坐标信息。该方法亦可包括：基于该第一基元的新的各别坐标信息来判定该第一基元对该多个元素中的每一元素的EM场贡献。该方法亦可包括：以该预定因子缩放该第二基元。该第一基元及该第二基元可共享共同部分，且缩放该第一基元包括缩放该第一基元的该共同部分。缩放该第一基元可包括：在预定方向上缩放该第一基元。
本发明的另一方面特征在于一种方法，该方法包括：获得与三维(3D)空间中的对象相对应的多个基元各自的基元数据；使用与第二基元相邻的第一基元的各别基元数据及该第二基元的各别基元数据，以预定因子缩放该第一基元；及基于该缩放的结果来更新该第一基元的各别基元数据。
在一些实施方案中，该多个基元中的每一基元的各别基元数据包括该基元在3D坐标系中的各别坐标信息，且更新该各别基元数据包括：基于该第一基元的各别坐标信息及该预定因子，判定该第一基元的新的各别坐标信息。
在一些实施方案中，该预定因子被判定，使得在该3D空间中该第一基元的重建与该第二基元的重建不重叠。
在一些实施方案中，该缩放被执行，使得：该第一基元与该第二基元在该3D空间中的重建之间的间隙足够大，以将该第一基元及该第二基元分开从而最小化重叠效应，且使该间隙足够小以使该重建无缝地显现。
在一些实施方案中，该预定因子是至少部分地基于该显示器的分辨率或自观看者至显示器的实际或假定距离或基元在显示器的3D空间中的z深度而判定。
在一些实施方案中，该方法亦包括：在缓冲器中储存该第一基元的更新的基元数据。
在一些实施方案中，在该对象的渲染处理期间执行该缩放，以获得该多个基元各自的基元数据。
在一些实施方案中，该方法亦包括：向控制器发送该多个基元的更新的基元数据，其中，该控制器被配置为基于该多个基元的更新的基元数据来判定该多个基元中的每一基元对显示器的多个元素中的每一元素的各别EM场贡献。
在一些实施方案中，该方法亦包括：基于该第一基元的更新的基元数据来判定该第一基元对显示器的多个元素中的每一元素的EM场贡献。
在一些实施方案中，该方法亦包括：以该预定因子缩放该第二基元。
在一些实施方案中，该第一基元及该第二基元共享共同部分，且缩放该第一基元包括缩放该第一基元的该共同部分。
在一些实施方案中，缩放该第一基元包括：在预定方向上缩放该第一基元。
在一些实施方案中，缩放该第一基元包括：以第一预定因子缩放该第一基元的第一部分，及以第二预定因子缩放该第二基元的第二部分，其中，该第一预定因子不同于该第二预定因子。
本发明的另一方面特征在于一种方法，该方法包括：获得要被映射至与三维(3D)空间中的对象相对应的多个基元中的特定基元的指定表面上的影像的多个离散余弦变换(DCT)权重；及通过考虑该影像的该多个DCT权重的影响来判定该特定基元对显示器的多个元素中的每一元素的各别EM场贡献。
在一些实施方案中，该方法亦包括：判定要被映像至该特定基元的指定表面上的该影像的分辨率；及基于该分辨率判定该影像的该多个DCT权重。
在一些实施方案中，该方法亦包括：译码该影像的该DCT权重，以获得该影像的每一像素的各别DCT幅度。
在一些实施方案中，该方法亦包括：将与该影像的像素的各别DCT幅度相关联的值连同该特定基元的基元数据一起储存。判定该各别EM场贡献可包括：利用与该影像的像素的各别DCT幅值相关联的值来计算该特定基元对该多个元素中的每一元素的各别EM场贡献。
在一些实施方案中，该方法亦包括：选择在判定该各别EM场贡献时要包括的特定DCT项，每一该特定DCT项具有高于预定临限值的各别DCT权重。
本发明的另一方面特征在于一种方法，该方法包括：获得给定基元及该给定基元的遮挡物的信息，其中，该给定基元属于与三维(3D)空间中的对象相对应的多个基元中的一者；及判定显示器的多个元素中因该遮挡物的影响而对该给定基元的重建没有贡献的一或多个特定元素。
在一些实施方案中，该方法亦包括：储存特定元素的信息及该给定基元及该遮挡物的信息。
在一些实施方案中，该判定是在用于获得该多个基元的基元数据的对该对象的渲染处理期间执行。
在一些实施方案中，该方法亦包括：向控制器发送所储存的特定元素的信息及该给定基元及该遮挡物的信息，该控制器被配置为计算该多个基元对该显示器的该多个元素的电磁(EM)场贡献。
在一些实施方案中，该方法亦包括：针对每一特定元素，通过不包括该给定基元对该特定元素的电磁(EM)场贡献，来产生该多个基元对该特定元素的EM场贡献总和。
在一些实施方案中，该方法亦包括：针对该多个元素中除特定元素之外的每一元素，产生该多个基元对该元素的各别EM场贡献的总和。
在一些实施方案中，该方法亦包括：掩蔽特定元素对该给定基元的EM场贡献。
在一些实施方案中，判定该一或多个特定元素包括：将该给定基元连接至该遮挡物的端点；将该连接延伸至该显示器，以判定该连接与该显示器之间的交点；及将由该交点界定的特定范围内的元素判定为因该遮挡物的影响而对该给定基元的重建没有贡献的特定元素。
本发明的另一方面特征在于一种方法，该方法包括：获得给定基元及该给定基元的遮挡物的信息，其中，该给定基元属于与三维(3D)空间中的对象相对应的多个基元之一；及针对显示器的多个元素中的每一元素，判定该给定基元中因该遮挡物的影响而没有对该元素做出EM场贡献的各别部分。
在一些实施方案中，该方法亦包括：储存该给定基元的该各别部分的信息及该给定基元及该遮挡物的信息。
在一些实施方案中，该判定是在该对象的用于获得该多个基元的基元数据的渲染过程中执行。
在一些实施方案中，该方法亦包括：向控制器发送所储存的该给定信息的该各别部分的信息及该给定基元及该遮挡物的信息，该控制器被配置为计算该多个基元对该显示器的该多个元素的EM贡献。
在一些实施方案中，该方法亦包括：掩蔽该多个元素中的每一元素对该给定基元的该各别部分的EM场贡献。
在一些实施方案中，该方法亦包括：针对该多个元素中的每一元素，通过不包括该给定基元的该各别部分对该元素的EM场贡献来产生该多个基元对该元素的EM场贡献总和。产生该多个基元对该元素的EM场贡献总和可包括：自该多个基元在没有该遮挡物的影响的情况下对该元素的EM场贡献总和中减去该给定基元的该各别部分对该元素的EM贡献。产生该多个基元对该元素的EM场贡献总和可包括：将该给定基元的一或多个其他部分对该元素的EM场贡献进行求和，该各别部分及该一或多个其他部分形成该给定基元。
在一些实施方案中，判定该给定基元中因该遮挡物的影响而没有对该元素做出EM场贡献的各别部分包括：将该元素连接至该遮挡物的端点；判定该连接与该基元之间的交点；及将该给定基元中由这些交点包围的特定部分判定为该给定基元中因该遮挡物的影响而没有对该元素做出EM场贡献的该各别部分。
本发明的另一方面特征在于一种方法，该方法包括：获得与三维(3D)空间中的对象对应的多个基元中的每一基元的各别基元数据；获得该多个基元中的每一基元的各别几何镜面高光信息；及储存该各别几何镜面高光信息及该多个基元中的每一基元的各别基元数据。
在一些实施方案中，该多个基元中的每一基元的各别几何镜面高光信息包括：该基元所在表面根据视角的反射率。
在一些实施方案中，该方法亦包括：通过考虑该基元的各别几何镜面高光信息来判定该多个基元中的每一基元对显示器的多个元素中的每一元素的各别EM场贡献。
本发明的另一方面特征在于一种方法，该方法包括：获得图形数据，该图形数据包括与三维(3D)空间中的对象对应的多个基元的各别基元数据；针对该多个基元中的每一基元，通过在3D坐标系中计算自该基元到显示器的多个元素中的每一元素的电磁场传播，判定对该元素的电磁(EM)场贡献；针对该多个元素中的每一元素，产生该多个基元对该元素的EM场贡献总和；针对该多个元素中的每一元素，向该元素发送各别控制信号，该控制信号用于基于对该元素的EM场贡献总和来调变该元素的至少一个特性；及向照明器发送定时控制信号以启动该照明器从而将光照射在该显示器上，使得该显示器的该经调变的元素使该光形成对应于该对象的体积光场。
本发明的另一方面特征在于一种方法，该方法包括：针对显示器的多个元素中的每一元素，利用预定校准值更改各别控制信号；向该显示器的该多个元素各自施加更改的各别控制信号；量测入射在该显示器上的光的输出；及基于对该光的输出的该量测来评估该预定校准值。
在一些实施方案中，该预定校准值对于该多个元素中的每一元素是相同的。
在一些实施方案中，该方法亦包括：通过数字至模拟转换器(DAC)转换该多个组件各自的各别控制信号，其中，更改该多个组件各自的控制信号包括：利用该预定校准值更改各个控制信号的数字信号。
在一些实施方案中，该预定值包括多个位。
在一些实施方案中，该方法亦包括：基于该评估的结果调整该预定校准值。调整该预定校准值可包括：修改该多个位中的一或多个值。调整该预定校准值可包括：基于该预定校准值及根据先前评估判定的另一校准值来判定该多个位中的值的组合。
在一些实施方案中，该光的输出包括该光的相变或该光的输出与背景之间的强度差。
在一些实施方案中，该元素的各别控制信号是基于与3D空间中的对象相对应的多个基元对该元素的电磁(EM)场贡献总和而判定。
本发明的另一方面特征在于一种方法，该方法包括：针对显示器的多个元素中的每一元素，获得来自三维(3D)空间中的多个基元的各别EM场贡献总和，该多个基元与该3D空间中的对象对应；将各别数学变换应用于对该元素的各别电磁(EM)场贡献的总和，以获得对该元素的经变换的各别EM场贡献的总和；基于对该元素的经变换的各别EM场贡献的总和来判定各别控制信号；及基于对该元素所判定的各别控制信号来调变该元素的特性。
在一些实施方案中，该方法亦包括：引入入射在该显示器的该多个元素上的光；量测该光的第一输出；及基于对该光的该第一输出的量测结果来调整该多个元素各自的数学变换的一或多个系数。该方法亦可包括：根据该显示器的视角改变与该对象对应的全息图案的深度；量测该光的第二输出；及基于该第一输出及该第二输出调整该各别数学变换的该一或多个系数。该方法亦可包括：将与第一全息图案对应的该多个基元改变为与第二全息图案对应的多个第二基元；量测该光的第二输出；及基于该第一输出及该第二输出调整该各别数学变换的该一或多个系数。该第一全息图案及该第二全息图案可对应于该对象。该第二全息图案可与第二对象对应，该第二对象不同于及该第一全息图案相关的该对象。该光的该第一输出可由成像传感器量测(例如，点传感器或空间整合传感器或诸如光场传感器的三维传感器)。该成像传感器可被配置为使用机器视觉算法来判定正在显示的内容并计算适应度参数。该第一全息图案及该第二全息图案均可包括点网格或其他基准元素，其中，该适应度参数为以下各者中的一者：点或其他基准元素之间的距离有多近；点或其他基准元素的接近程度；点或其他基准元素至其预期位置色彩及密度的接近程度；点或其他基准元素相对于其预定位置居中的程度，以及点或其他基准元素的扭曲程度。
在一些实施方案中，该数学变换是自泽尔尼克(Zernike)多项式导出的。
在一些实施方案中，该多个元素的该数学变换逐个元素地变化。
在一些实施方案中，该方法亦包括：通过照明该显示器来再现已知色彩及强度的样本集；使用校准至国际委员会(CIE)标准观察曲线的色度计装置量测输出光；及界定该显示器在诸如CIE色彩空间的色彩空间中的输出光。该方法亦可包括：判定该界定的输出光的值与已知标准值的偏差；及使照明适应显示器或由显示器产生输出色彩及强度以使其重新对准，例如，符合标准或所要值。
本发明的另一方面特征在于一种方法，该方法包括：基于液晶(LC)显示器的显示元素的节距来判定LC显示器的单元间隙；及基于该单元间隙及该LC显示器的预定延迟计算LC混合物的双折射的最小值。
在一些实施方案中，该方法亦包括：在保持LC混合物的双折射在最小值以上的情况下，提高LC显示器的开关速度。提高该开关速度可包括从由以下项组成的组中选择的至少一项：增大该LC混合物的介电各向异性；及减小该LC混合物的旋转黏度。
在一些实施方案中，该LC显示器包括具有硅背板的硅上液晶(LCOS或LCoS)装置。
在一些实施方案中，该LC显示器包括：液晶层；位于该液晶层顶部的作为公共电极的透明导电层；及背板，包括位于该液晶层底部或电接近于其的多个金属电极，其中，该多个金属电极中的每一金属电极彼此隔离，且该背板被配置为控制该多个金属电极中的每一金属电极的电压。
本发明的另一方面特征在于一种显示器，该显示器包括：背板；及该背板上的多个显示元素，其中，该多个显示元素中的至少两个显示元素的尺寸不同。
在一些实施方案中，该至少两个显示元素中的较大显示元素包括缓冲器，且该至少两个显示元素中的较小显示元素不包括缓冲器。该较大显示元素可通过导线与第一多个显示元素连接，且该缓冲器被配置为缓存施加到该导线上的电压，使得该电压仅施加到该第一多个显示元素内的第二多个显示元素，该第二多个显示元素的数量小于该第一多个显示元素的数量。
在一些实施方案中，该缓冲器包括晶体管形式的模拟电路或逻辑闸形式的数字电路。
在一些实施方案中，该多个显示元素的尺寸分布基本等于该至少两个显示元素中的较小显示元素的尺寸。
在一些实施方案中，该显示器配置为硅上液晶装置。
本发明的另一方面特征在于一种显示器，该显示器包括：背板；及该背板上的多个显示元素，其中，该多个显示元素中的至少两个显示元素具有不同形状。
在一些实施方案中，该背板包括用于每一显示元素的各别电路，且用于该至少两个显示元素各自的各别的电路的形状与该至少两个显示元素的该不同形状相对应。
在一些实施方案中，该多个显示元素的尺寸分布基本等于预定尺寸。
在一些实施方案中，该显示器配置为硅上液晶装置。
本发明的另一方面特征在于一种方法，该方法包括：获得图形数据，该图形数据包括与三维(3D)空间中的对象对应的多个基元的各别基元数据；针对该多个基元中的每一基元，通过在3D坐标系中计算自该基元至显示器的多个元素中的每一元素的电磁场传播，判定对该元素的电磁(EM)场贡献；针对该多个元素中的每一元素，产生该多个基元对该元素的EM场贡献总和；针对该多个元素中的每一元素，向该元素发送各别控制信号，该控制信号用于基于对该元素的EM场贡献总和来调变该元素的至少一个特性；及向照明器发送定时控制信号以启动该照明器从而将光照射在该显示器上，使得该显示器的该经调变的元素使该光形成对应于该对象的体积光场。
这些方面的其他实施例包括对应计算机系统、设备及记录在一或多个计算机储存装置上的计算机程序，其均被配置为执行所述方法的动作。一或多个计算机的系统被配置为执行特定操作或动作意味着该系统上安装有软件、固件、硬件或且组合，当其运行时促使该系统执行该操作或动作。一或多个计算机程序被配置为执行特定操作或动作意味着该一或多个程序包括当被数据处理设备执行时促使该设备执行所述操作或动作的指令。
本发明的另一方面特征在于一种装置，该装置包括：一或多个处理器；及非暂时性计算机可读储存介质，与该一或多个处理器通信且储存能由该一或多个处理器执行的指令，且该指令执行时促使该一或多个处理器执行本文揭示的一种或多种方法。
本发明的另一方面特征在于一种储存指令的非暂时性计算机可读储存介质，所述指令能由一或多个处理器执行且所述指令执行时促使该一或多个处理器执行本文揭示的一种或多种方法。
本发明的另一方面特征在于包括多个元素的显示器；及控制器，耦接至该显示器且被配置为执行本文揭示的一种或多种方法。该控制器可包括多个计算单元，每一计算单元被配置为对与三维(3D)空间中的对象对应的多个基元中的一或多者基元进行操作。在一些实施方案中，该控制器本端耦接至该显示器，且该每一计算单元耦接至该显示器的一或多个各别组件且被配置为向该一或多个各别组件中的每一各别组件发送各别控制信号。所述计算单元可被配置为并行地进行操作。
该控制器可包括自由特殊应用集成电路(ASIC)、场可程序化门阵列(FPGA)、可程序化门阵列(PGA)、中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)及标准或定制计算单元组成的组中选择的至少一项。该显示器可包括空间光调变器(SLM)，该空间光调变器包括数字微镜装置(DMD)或硅上液晶(LCOS或LCoS)装置。该显示器可被配置为相位调变、振幅调变、或者相位及振幅调变。该控制器可通过储存缓冲器耦接至该显示器。
在一些实施方案中，该系统包括：照明器，其被配置为邻近于该显示器且被配置为发射光到该显示器上。该照明器可耦接到该控制器且被配置为基于来自该控制器的控制信号而开启/关闭。
在一些情况下，该照明器通过储存缓冲器耦接至该控制器，该储存缓冲器被配置为控制该照明器中的一或多者发光组件的幅度或亮度。用于该照明器的储存缓冲器的尺寸可小于用于该显示器的储存缓冲器的尺寸。该照明器中的该发光组件的数量可小于该显示器的该元素的数量。该控制器可被配置为同时或依序启动该照明器的该一或多个发光组件。
该照明器可为相干光源、半相干光源或非相干光源。在一些实施方案中，该照明器被配置为发射白光，且该显示器被配置为将该白光衍射为具有不同色彩光。在一些实施方案中，该照明器包括各自被配置为发射具有不同色彩光的两个或更多个发光组件。该控制器可被配置为依序利用在第一时段期间与第一色彩相关联的信息及在第二顺序时段期间与第二色彩相关联的信息调变该显示器，且该控制器可被配置为控制该照明器以依序在该第一时段期间启动第一发光组件以发射具有该第一色彩光及在该第二时段期间开启第二发光组件以发射具有该第二色彩光。
在一些实施方案中，该照明器被布置在该显示器的表面前方且被配置为以0度与90度之间的范围内的入射角将该光发射至该显示器的该表面上，且该衍射的光自该显示器被反射。在一些情况下，自该照明器发射的光包括准直光。在一些情况下，自该照明器发射的光包括发散光。该照明器发射的光包括半准直光。
在一些实施方案中，该照明器配置在该显示器的背表面后方且被配置为将发散准直、半准直或会聚光发射至该显示器的该背表面上，且所发射的光透射通过该显示器且自该显示器的前表面透射出该显示器。
在一些实施方案中，该照明器包括：光源，被配置为发射该光；及波导，耦接至该光源且邻近于该显示器配置，该波导被配置为接收自该光源发射出的光并将该发射的光引导至该显示器。在一些情况下，来自该光源的光通过光耦合器自该波导的侧部横截面耦合至该波导。在一些情况下，该光源及该波导以平面形式集成且定位于该显示器的表面上。该波导可被配置为引导该光均匀地照射该显示器。
在一些情况下，该波导定位在该显示器的背表面上或光学接近于该背表面，且该光被引导以透射通过该显示器且自该显示器的前表面透射且衍射出该显示器。该控制器可定位在该波导的背表面上。在一些情况下，该波导或光导定位在该显示器的前表面上或光学接近于该前表面，且该光被引导以入射在该显示器的该前表面上并自该前表面反射及衍射出。
本发明的另一方面特征在于一种系统，该系统包括：显示器，包括元素数组；及集成电路，包括计算单元数组，每一计算单元耦接到该显示器的一或多个各别元素并被配置为：计算多个基元中至少一个基元对该元素数组中的每一元素的EM场贡献；及针对该一或多个各别元素中的每一元素，产生该多个基元对该元素的各别EM场贡献的总和。
每一计算单元可被配置为：自该计算单元数组的其他计算单元接收计算出的该多个基元中的其他基元对该一或多个各别元素中的每一元素的EM场贡献；及针对该一或多个各别元素中的每一元素，通过将接收到的该计算出的该其他基元对该元素的EM场贡献相加来产生该各别EM场贡献的总和。
每一计算单元可被配置为针对该一或多个各别元素中的每一元素产生各别控制信号以基于对该元素的各别EM场贡献的总和来调变该元素的至少一个特性。
在一些实施方案中，该集成电路包括一个各别的累加器，该各别的累加器被配置为储存该多个基元对该显示器的每一元素的所计算EM场贡献的累加结果。该集成电路可被配置为在计算操作开始时将该累加器清零。在一些实例中，该集成电路包括用于每一元素的各别储存缓冲器，且该集成电路可被配置为将该多个基元对该元素的所计算EM场贡献进行累加以获得该各别EM场贡献的总和作为该各别累加器中的最终累加结果，且将该最终累加结果自该各别累加器传递至用于该元素的该各别储存缓冲器。
在一些实施方案中，该系统亦包括照明器，该照明器定位于该集成电路与该显示器之间且被配置为自该集成电路接收控制信号且基于该控制信号将光照射在该显示器上，其中，该集成电路、该照明器及该显示器可被集成为单个单元。
本发明的另一方面特征在于一种系统，该系统包括：计算装置，被配置为产生包括与三维(3D)空间中的对象对应的多个基元的各别基元数据的数据；及如本文揭示的系统。该系统被配置为自该计算装置接收该图形数据并处理该图形数据以在该3D空间中呈现该对象。该计算装置可包括应用编程界面(API)，该应用编程界面被配置为通过渲染该对象的计算机产生(CG)模型来利用该各别基元数据产生基元。
本发明的另一方面特征在于一种光学装置，其包括：第一光学衍射组件；第二光学衍射组件；及色彩选择性偏振器，其在该第一光学衍射组件与该第二光学衍射组件之间。当包括呈第一偏振状态的第一色彩光的第一光束入射于该第一光学衍射组件上时，该第一光学衍射组件衍射呈该第一偏振状态的该第一色彩光；当包括呈第二偏振状态的第二色彩光的第二光束入射于该色彩选择性偏振器上时，该色彩选择性偏振器将该第二光束转换成包括呈该第一偏振状态的该第二色彩光的第三光束，该第二色彩不同于该第一色彩，且该第二偏振状态不同于该第一偏振状态；当该第三光束入射于该第二光学衍射组件上时，该第二光学衍射组件衍射呈该第一偏振状态的该第二色彩光；且该第一光学衍射组件衍射呈该第二偏振状态的该第二色彩光的衍射效率实质上小于该第一光学衍射组件衍射呈该第一偏振状态的该第一色彩光的衍射效率。
本发明的另一方面特征在于一种光学装置，其包括：第一光学衍射组件；第二光学衍射组件；及色彩选择性偏振器，其在该第一光学衍射组件与该第二光学衍射组件之间。当第一色彩光在第一入射角下且以第一偏振状态入射于该第一光学衍射组件上时，该第一光学衍射组件在第一衍射角下以第一衍射效率衍射该第一色彩光；当不同于该第一色彩光的第二色彩光在第二入射角下以不同于该第一偏振状态的第二偏振状态入射于该第一光学衍射组件上时，该第一光学衍射组件以实质上小于该第一衍射效率的衍射效率衍射该第二色彩光；当呈该第二偏振状态的该第二色彩光入射于该色彩选择性偏振器上时，该色彩选择性偏振器将该第二色彩光的偏振状态自该第二偏振状态旋转至该第一偏振状态；且当该第二色彩光在该第二入射角下且以该第一偏振状态入射于该第二光学衍射组件上时，该第二光学衍射组件在第二衍射角下以第二衍射效率衍射该第二色彩光。
本发明的另一方面特征在于一种光学装置，其包括：第一光学衍射组件，其被配置为：i)在第一衍射角下以第一衍射效率衍射在第一入射角下入射的呈第一偏振状态的第一色彩光；及ii)以实质上小于该第一衍射效率的衍射效率衍射在第二入射角下入射的呈第二偏振状态的第二色彩光；色彩选择性偏振器，其被配置为将入射于该色彩选择性偏振器上的呈该第二偏振状态的该第二色彩光的偏振状态自该第二偏振状态旋转至该第一偏振状态；及第二光学衍射组件，其被配置为在第二衍射角下以第二衍射效率衍射在该第二入射角下入射的呈该第一偏振状态的该第二色彩光，其中该色彩选择性偏振器在该第一光学衍射组件与该第二光学衍射组件之间。
在一些实施方案中，该第二光学衍射组件被配置为在该第一入射角下以实质上小于该第二衍射效率的衍射效率衍射呈该第二偏振状态的该第一色彩光。
在一些实施方案中，该第一光学衍射组件、该色彩选择性偏振器及该第二光学衍射组件依序堆栈，使得该第一色彩光及该第二色彩光在该第二光学衍射组件之前入射于该第一光学衍射组件上。
在一些实施方案中，该光学装置进一步包括：第三光学衍射组件；及第二色彩选择性偏振器，其在该第二光学衍射组件与该第三光学衍射组件之间。该第二色彩选择性偏振器被配置为当第三色彩光以该第二偏振状态入射于该第二色彩选择性偏振器上时，将该第三色彩光的偏振状态自该第二偏振状态旋转至该第一偏振状态。该第三光学衍射组件被配置为当该第三色彩光在第三入射角下且以该第一偏振状态入射于该第三光学衍射组件上时，在第三衍射角下以第三衍射效率衍射该第三色彩光。
在一些实施方案中，该色彩选择性偏振器被配置为将该第一色彩光的偏振状态自该第一偏振状态旋转至该第二偏振状态，且该第二色彩选择性偏振器被配置为将该第二色彩光的该偏振状态自该第一偏振状态旋转至该第二偏振状态，而不旋转该第一色彩光的该偏振状态。
该光学装置视情况进一步包括第三色彩选择性偏振器，该第三色彩选择性偏振器被配置为将该第一色彩光及该第二色彩光中的每一者的该偏振状态自该第二偏振状态旋转至该第一偏振状态，而不旋转该第三色彩光的该偏振状态。该第三光学衍射组件在该第二色彩选择性偏振器与该第三色彩选择性偏振器之间。
在一些实施方案中，该第三光学衍射组件被配置为以实质上小于该第三衍射效率的衍射效率衍射以该第二偏振状态入射的该第一色彩光及该第二色彩光中的每一者，该第一光学衍射组件被配置为以实质上小于该第一衍射效率的衍射效率衍射以该第二偏振状态入射的该第三色彩光。该第二光学衍射组件被配置为以实质上小于该第二衍射效率的衍射效率衍射以该第二偏振状态入射的该第一色彩光及该第三色彩光中的每一者。
在一些实施方案中，该第二色彩选择性偏振器包括一对第一子偏振器及第二子偏振器。该第一子偏振器被配置为将该第二色彩光的该偏振状态自该第一偏振状态旋转至该第二偏振状态，而不旋转该第一色彩光及该第三色彩光中的每一者的该偏振状态，且该第二子偏振器被配置为将该第三色彩光的该偏振状态自该第二偏振状态旋转至该第一偏振状态，而不旋转该第一色彩光及该第二色彩光中的每一者的该偏振状态。
在一些实施方案中，该光学装置视情况进一步包括第四色彩选择性偏振器，该第四色彩选择性偏振器被配置为将该第一色彩光的偏振状态自该第二偏振状态旋转至该第一偏振状态，而不旋转该第二色彩光及该第三色彩光中的每一者的该偏振状态，其中该第一光学衍射组件在该第四色彩选择性偏振器与该色彩选择性偏振器之间。
在一些实施方案中，该第一光学衍射组件、该第二光学衍射组件及该第三光学衍射组件中的每一者包括形成于记录介质中的各自对应的全息光栅。该记录介质可包括感光聚合物。该记录介质可为光学透明的。各个全息光栅是固定于该记录介质中。
在一些实施方案中，该第一光学衍射组件、该第二光学衍射组件及该第三光学衍射组件中的每一者包括附接至该记录介质的一侧的载体膜。该第一光学衍射组件、该第二光学衍射组件及该第三光学衍射组件中的每一者可包括附接至该记录介质的与该载体膜相对的另一侧的一衍射基板。
在一些情况下，该第一光学衍射组件的该载体膜附接至该色彩选择性偏振器的第一侧，且该第二光学衍射组件的该衍射基板附接至该色彩选择性偏振器的第二相对侧，且该第二光学衍射组件的该载体膜附接至该第二色彩选择性偏振器的第一侧，且该第二光学衍射组件的该衍射基板附接至该第二色彩选择性偏振器的第二相对侧。
在一些实施方案中，该光学装置进一步包括基板，且该第一光学衍射组件在该基板与该色彩选择性偏振器之间。在一些实施方案中，该光学装置在该基板的表面上进一步包括抗反射涂层。在一些实施方案中，该光学装置进一步包括前表面及背表面，其中该第一色彩光及该第二色彩光入射于该前表面上，且该光学装置进一步在该背表面上包括抗反射涂层。
在一些实施方案中，该光学装置包括多个光学组件，该多个光学组件包括该第一光学衍射组件、该色彩选择性偏振器及该第二光学衍射组件，其中该多个组件中的邻近的两个光学组件经由折射率匹配材料附接在一起。
在一些实施方案中，该第一光学衍射组件及该第二光学衍射组件中的每一者包括形成于记录介质中的一各别布拉格光栅，且该各别布拉格光栅包括具有条纹倾斜角θt的多个条纹平面及在该记录介质的一体积中垂直于这些条纹平面的条纹间距Λ。
在一些实施方案中，该各别布拉格光栅被配置为使得当该记录介质上的入射角为布拉格角时，各个衍射角θm满足如下布拉格等式：
mλ＝2nΛsin(θm-θt)，
其中λ表示一种色彩光在真空中的波长，n表示在该记录介质中的折射率，θm表示在该记录介质中的m级衍射布拉格角，且θt表示该记录介质中的条纹倾角。
在一些实施方案中，该第一入射角及该第二入射角中的每一者实质上相同于该布拉格角，且该第一衍射角及该第二衍射角中的每一者实质上相同于一级布拉格角。
在一些实施方案中，该各别布拉格光栅的该条纹倾斜角实质上等于45度。
在一些实施方案中，该记录介质的厚度比该条纹间距大多于一个数量级。该记录介质的该厚度可比该条纹间距大出约30倍。
在一些情况下，该第一衍射角与该第二衍射角实质上彼此相同。
在一些情况下，该第一衍射角及该第二衍射角中的每一者在-10度至10度的范围内。该第一衍射角及该第二衍射角中的每一者实质上等于0度。该第一衍射角及该第二衍射角中的每一者可在-7度至7度的范围内。该第一衍射角及该第二衍射角中的每一者可实质上等于6度。
在一些情况下，该第一入射角及该第二入射角中的每一者在70度至90度的范围内。该第一入射角与该第二入射角可实质上彼此相同。
在一些情况下，该第一偏振状态为s偏振，且该第二偏振状态可为p偏振。
在一些实施方案中，该第一光学衍射组件被配置为以比该第一衍射效率小至少一个数量级的该衍射效率衍射以该第二偏振状态入射的该第二色彩光。
在一些实施方案中，该色彩选择性偏振器被配置为不旋转该第一色彩光的偏振状态。
在一些实施方案中，该光学装置进一步包括第二色彩选择性偏振器，该第二色彩选择性偏振器被配置为将该第一色彩光的偏振状态自该第二偏振状态旋转至该第一偏振状态，而不旋转该第二色彩光的该偏振状态，其中该第一光学衍射组件在该第二色彩选择性偏振器与该色彩选择性偏振器之间。
在一些实施方案中，该第一光学衍射组件包括第一衍射结构，且该第二光学衍射组件包括第二衍射结构，其中该光学装置包括第一反射层及第二反射层，其中该第一反射层在该第一衍射结构与该第二衍射结构之间，该第二衍射结构在该第一反射层与该第二反射层之间，其中该第一衍射结构被配置为：i)衍射在该第一入射角下入射于该第一衍射结构上的该第一色彩光的一级及零级，该一级在该第一衍射角下衍射。该零级在该第一入射角下透射；及ii)透射在该第二入射角下入射于该第一衍射结构上的该第二色彩光，其中该第一反射层被配置为：i)全反射在该第一入射角下入射于该第一反射层上的该第一色彩光；及ii)透射在该第二入射角下入射于该第一反射层上的该第二色彩光，且其中该第二衍射结构被配置为衍射在该第二入射角下入射于该第二衍射结构上的该第二色彩光。
本发明的另一方面特征在于一种光学装置，其包括：第一光学衍射组件，其包括第一衍射结构；第二光学衍射组件，其包括第二衍射结构；第一反射层；及第二反射层。该第一反射层在该第一衍射结构与该第二衍射结构之间；该第二衍射结构在该第一反射层与该第二反射层之间；当第一色彩光在第一入射角下入射于该第一衍射结构上时，该第一衍射结构衍射该第一色彩的一级及零级，该一级在第一衍射角下衍射。该零级在该第一入射角下透射；当第二色彩光在第二入射角下入射于该第一衍射结构上时，该第一衍射光栅在该第二入射角下透射该第二色彩光；当该第一色彩光在该第一入射角下入射于该第一反射层上时，该第一反射层全反射该第一色彩光；当该第二色彩光在该第二入射角下入射于该第一反射层上时，该反射层在该第二入射角下透射该第二色彩光；当该第二色彩光在该第二入射角下入射于该第二衍射结构上时，该第二衍射结构衍射该第二色彩光的一级及零级，该一级在第二衍射角下衍射。该零级在该第二入射角下透射；且当该第二色彩光在该第二入射角下入射于该第二反射层上时，该反射层全反射该第二色彩光。
本发明的另一方面特征在于一种光学装置，其包括：第一光学衍射组件，其包括第一衍射结构，该第一衍射结构被配置为：i)衍射在第一入射角下入射于该第一衍射结构上的第一色彩光的一级及零级，该一级在第一衍射角下衍射。该零级在该第一入射角下透射；及ii)透射在第二入射角下入射于该第一衍射结构上的第二色彩光；第一反射层，其被配置为：i)全反射在该第一入射角下入射于该第一反射层上的该第一色彩光；及ii)透射在该第二入射角下入射于该第一反射层上的该第二色彩光；第二光学衍射组件，其包括第二衍射结构，该第二衍射结构被配置为衍射在该第二入射角下入射于该第二衍射结构上的该第二色彩光的一级及零级，该一级在第二衍射角下衍射，且该零级在该第二入射角下透射；及第二反射层，其被配置为全反射在该第二入射角下入射于该第二反射层上的该第二色彩光，其中该第一反射层在该第一衍射结构与该第二衍射结构之间，且该第二衍射结构在该第一反射层与该第二反射层之间。
本发明的另一方面特征在于一种光学装置，其包括：第一光学衍射组件，其包括第一衍射结构，该第一衍射结构被配置为在第一衍射角下衍射具有第一入射角的第一色彩光；第二光学衍射组件，其包括第二衍射结构，该第二衍射结构被配置为在第二衍射角下衍射具有第二入射角的第二色彩光；第一反射层，其被配置为全反射具有该第一入射角的该第一色彩光且透射具有该第二入射角的该第二色彩光；及第二反射层，其被配置为全反射具有该第二入射角的该第二色彩光，其中该第一反射层在该第一衍射结构与该第二衍射结构之间，且该第二衍射结构在该第一反射层与该第二反射层之间。
在一些实施方案中，该光学装置进一步包括在该第一衍射结构与该第二衍射结构之间的色彩选择性偏振器。该第一衍射结构被配置为：i)以第一衍射效率衍射在该第一入射角下入射的呈第一偏振状态的该第一色彩光；及ii)以实质上小于该第一衍射效率的衍射效率衍射在该第二入射角下入射的呈第二偏振状态的该第二色彩光。该色彩选择性偏振器可被配置为将入射于该色彩选择性偏振器上的呈该第二偏振状态的该第二色彩光的偏振状态自该第二偏振状态旋转至该第一偏振状态。该第二衍射结构可被配置为以第二衍射效率衍射在该第二入射角下入射的层该第一偏振状态的该第二色彩光。
在一些实施方案中，该光学装置进一步包括：侧表面及附接至该侧表面且被配置为吸收该第一色彩及该第二色彩的全反射光的光学吸收体。
在一些实施方案中，该第一反射层被配置为具有小于该第一光学衍射组件的紧邻该第一反射层的一层的折射率的折射率，使得具有该第一入射角的该第一色彩光由该第一反射层与该第一光学衍射组件的该层之间的界面全反射，而不全反射具有该第二入射角的该第二色彩光。
在一些实施方案中，该第一光学衍射组件包括附接至该第一衍射结构的相对侧的第一载体膜及第一衍射基板，该第一载体膜比该第一衍射基板更接近该第二衍射结构，且该第一载体膜可包括该第一反射层。
在一些实施方案中，该第二光学衍射组件包括附接至该第二衍射结构的相对侧的第二载体膜及第二衍射基板，该第二衍射基板比该第二载体膜更接近该第一衍射结构，且该第二反射层附接至该第二载体膜。
在一些实施方案中，该光学装置进一步包括第三光学衍射组件，该第三光学衍射组件包括第三衍射结构，该第三衍射结构被配置为衍射在第三入射角下入射于该第三衍射结构上的第三色彩光的一级及零级，其中该一级在第三衍射角下衍射，该零级在该第三入射角下透射，且该第二反射层在该第二衍射结构与该第三衍射结构之间。
在一些情况下，该第一反射层及该第二反射层中的每一者被配置为透射在该第三入射角下的该第三色彩光。
在一些实施方案中，该光学装置进一步包括第三反射层，该第三反射层被配置为全反射在该第三入射角下入射于该第三反射层上的该第三色彩光，其中该第三衍射结构在该第二反射层与该第三反射层之间。
在一些实施方案中，该第二光学衍射组件包括配置于该第二衍射结构的相对侧上的第二衍射基板及第二载体膜，该第三光学衍射组件包括定位于该第三衍射结构的相对侧上的第三载体膜及第三衍射基板，且该第二反射层在该第二载体膜与该第三载体膜之间。
在一些实施方案中，该第一衍射组件及该光学衍射组件中的每一者包括形成于记录介质中的一各别全息光栅。该记录介质可包括感光聚合物。该记录介质可为光学透明的。
在一些实施方案中，该第一光学衍射组件及该第二光学衍射组件中的每一者包括形成于该记录介质中的对应的布拉格光栅。该各别布拉格光栅包括具有条纹倾斜角θt的多个条纹平面及在该记录介质的一体积中垂直于这些条纹平面的条纹间距Λ。
在一些实施方案中，该各别布拉格光栅被配置为使得当在该记录介质上的入射角为布拉格角时，各个衍射角θm满足如下布拉格等式
mλ＝2nΛsin(θm-θt)，
其中λ表示一种色彩光在真空中的波长，n表示在该记录介质中的折射率，θm表示在该记录介质中的m级衍射布拉格角，θt表示该记录介质中的条纹倾角。
该第一入射角及该第二入射角中的每一者可实质上相同于一各别布拉格角，且该第一衍射角及该第二衍射角中的每一者可实质上相同于一各别一级布拉格角。
在一些实施方案中，该记录介质的厚度比该条纹间距大多于一个数量级。该记录介质的该厚度可比该条纹间距大出约30倍。
在一些情况下，该第一衍射角与该第二衍射角实质上彼此相同。该第一衍射角及该第二衍射角中的每一者在-10度至10度的范围内。该第一衍射角及该第二衍射角中的每一者实质上等于0度。该第一衍射角及该第二衍射角中的每一者实质上等于6度。
在一些情况下，该第一入射角不同于该第二入射角。在一些情况下，该第一色彩光具有小于该第二色彩光的波长，且该第一色彩光的该第一入射角大于该第二色彩光的该第二入射角。在一些情况下，该第一入射角及该第二入射角中的每一者在70度至90度的范围内。
在一些实施方案中，该光学装置包括多个组件，该多个组件包括该第一光学衍射组件及该第二光学衍射组件，且该多个组件中的邻近的两个组件通过一中间层附接在一起，该中间层包括折射率匹配材料、OCA、UV固化或热固化光学胶或光学接触材料中至少一者。
在一些实施方案中，该第二反射层包括该中间层。
在一些实施方案中，该光学装置进一步包括具有附接至该第一光学衍射组件的前表面的背表面的基板。该基板可包括与该背表面成角度的侧表面。被配置为在该侧表面处接收多个不同色彩光。该基板的该侧表面与该背表面之间的角度可不小于90度。该基板可被配置为使得该多个不同色彩光以实质上等于0度的入射角入射于该侧表面上。在一些情况下，该基板为楔形且包括倾斜前表面。该前表面与该侧表面之间的角度小于90度。
本发明的另一实施例特征在于一种系统，其包括：照明器，其被配置为提供多个不同色彩光；及如本文所述的光学装置中的任一者。该光学装置邻近于该照明器而配置，且被配置为自该照明器接收该多个不同色彩光并衍射该多个不同色彩光。
在一些实施方案中，该光学装置被配置为在实质上彼此相同的各别衍射角下衍射该多个不同色彩光。
在一些实施方案中，衍射角中的每一者在-10度至10度的范围内。
在一些实施方案中，该系统进一步包括：控制器，其耦接至该照明器且被配置为控制该照明器以提供该多个不同色彩光中的每一者。
在一些实施方案中，该系统进一步包括显示器，该显示器包括多个显示元素，且该光学装置被配置为将该多个色彩光衍射至该显示器。
在一些实施方案中，该控制器耦接至该显示器。被配置为将各个控制信号传输至该多个显示元素中的每一者以用于调变该显示元素的至少一个特性。
在一些实施方案中，该控制器被配置为：获得图形数据，该图形数据包括用于对应于三维空间中的对象的多个基元的各别基元数据；对于该多个基元中的每一者，判定对该显示器的该多个显示元素中的每一者的一电磁(EM)场贡献；对于该多个显示元素中的每一者，产生自该多个基元对该显示元素的EM场贡献的一总和；及对于该多个显示元素中的每一者，基于对该显示元素的EM场贡献的该总和而产生该各别控制信号。
本发明的另一方面特征在于一种系统，其包括：显示器，其包括多个显示元素；及如本文所述的光学装置中的任一者，且该光学装置被配置为将多个不同色彩光衍射至该显示器。
在一些实施方案中，该光学装置及该显示器沿着一方向配置，该光学装置包括沿着该方向的前表面及背表面，且该显示器包括沿着该方向的前表面及背表面，且该显示器的该前表面与该光学装置的该背表面间隔开。
在一些实施方案中，该显示器的该前表面与该光学装置的该背表面间隔开一间隙。该显示器的该前表面或该光学装置的该背表面中至少一者可用抗反射涂层处理。
在一些实施方案中，该系统进一步包括在该光学装置的该背表面上的一透明保护层。
在一些实施方案中，该显示器的该前表面与该光学装置的该背表面通过中间层附接在一起。该中间层被配置为具有低于该光学装置的一层的折射率的折射率，使得通过该光学装置以零级透射的该多个不同色彩光中的每一者在该中间层与该光学装置的该层之间的界面处全反射。
在一些实施方案中，该系统进一步包括在该显示器的该前表面上的一盖罩(例如，防护玻璃罩)，其中该光学装置形成于该防护玻璃罩中。
在一些实施方案中，该光学装置被配置为在该光学装置的该前表面处接收该多个色彩光。
在一些实施方案中，该光学装置包括在该光学装置前方的基板，且被配置为自该基板的至少一个侧表面接收该多个色彩光。
在一些实施方案中，该光学装置包括由该基板支撑且被配置为朝向该显示器衍射该多个不同色彩光的至少一个衍射光栅。
在一些实施方案中，该基板包括容器，该容器填充有具有小于该衍射光栅的记录介质的折射率的液体。
在一些实施方案中，该基板为楔形且包含倾斜前表面。该前表面与该侧表面之间的角度可小于90度。
在一些实施方案中，该光学装置被配置为沿着该基板中的不同光学路径接收该多个不同色彩光的不同部分。衍射该不同部分以照明该显示器的不同对应区。该不同区可包括该显示器的下部区、上部区、左侧区及右侧区中的两者或更多者。该多个不同色彩光的该不同部分可由不同对应照明器提供。该光学装置可被配置为自该基板的不同对应侧表面接收该多个不同色彩光的不同部分。
在一些实例中，该光学装置被配置为：将该多个不同色彩光的第一部分自该基板的第一侧表面接收至该光学装置的该背表面。衍射该第一部分以照明该显示器的第一区；及将该多个不同色彩光的第二部分自该基板的第二侧表面接收至该光学装置的该前表面、将该第二部分反射回至该光学装置的该背表面。衍射该第二部分以照明该显示器的第二区。该第一侧表面与该第二侧表面可为同一侧表面。该多个不同色彩光的该第二部分可由该光学装置中的全内反射或反射光栅反射。该基板亦可包括被配置为将输入光分离成该第一部分及该第二部分的一部分反射表面。
在一些实施方案中，该光学装置包括配置于该光学装置的该背表面处的至少一个衍射光栅。该衍射光栅可包括具有对应不同衍射效率的不同子区。该衍射光栅可被配置为：衍射入射于该衍射光栅的第一子区处的该多个不同色彩光的第一部分，以照明该显示器的第一区。将该多个不同色彩光的第二部分反射至该光学装置的该前表面，该第二部分进一步反射回至该光学装置的该背表面且入射于该衍射光栅的第二子区处；及衍射该第二部分以照明该显示器的第二不同区。
在一些实施方案中，该衍射光栅被配置为使得该显示器的该第一区及该第二区上的该衍射第一部分与该衍射第二部分具有一实质上相同的光功率。该显示器的该第一区及该第二区可具有与该衍射光栅的该第一子区及该第二子区的第一及第二不同衍射效率相关联的不同反射率。
在一些实施方案中，该衍射光栅包括平铺在一起的多个子区。这些子区可沿着水平方向平铺。
在一些实施方案中，该不同子区的边缘被配置为以光学无缝方式彼此邻接。该不同子区可通过记录记录介质中的每一子区期间将一或多个边缘界定组件包括在记录光束或对象光束中至少一者的光学路径中而形成，且该一或多个边缘界定组件可包括正方形孔隙、矩形孔隙或平面平铺孔隙。
在一些实施方案中，该衍射光栅的两个邻近子区邻接而具有间隙。该显示器可包括多个平铺显示设备。该衍射光栅的邻近子区之间的该间隙与该显示器的邻近平铺显示设备之间的间隙对准。
在一些情况下，两个邻近不同子区具有重叠。
在一些实施方案中，该衍射光栅是通过使用压花、纳米压印或自装配结构以机械方式形成。
在一些实施方案中，该显示器具有沿着水平方向的宽度及沿着竖直方向的高度，该水平方向及该竖直方向两者皆垂直于该方向，且该宽度与该高度之间的纵横比可大于16:9。
在一些实施方案中，该光学装置被配置为在实质上彼此相同的各别衍射角下衍射该多个不同色彩光。在一些实例中，衍射角中的每一者在-10度至10度的范围内。
在一些实施方案中，该显示器被配置为经由该光学装置将衍射色彩光衍射回。
在一些实施方案中，该光学装置的区域覆盖该显示器的区域。
在一些实施方案中，该系统进一步包括：照明器，其邻近于该光学装置配置且被配置为将该多个色彩光提供至该光学装置。该照明器可包括各自被配置为发射各别色彩光的多个发光组件。
在一些实施方案中，来自该多个发光组件的光束的中心可相对于彼此偏移。该照明器可被配置为提供具有椭圆形光束剖面或矩形光束剖面的光束。该照明器可被配置为提供具有特定偏振定向的光束。该照明器可包括被配置为独立地控制该多个不同色彩光中的每一者的椭圆度及偏振定向的一或多个光学组件。
在一些实施方案中，该照明器包括被配置为控制该多个不同色彩光的均匀性的一或多个光学组件。该一或多个光学组件包括变迹光学组件或剖面转换器。
在一些实施方案中，该系统包括被配置为增大该多个不同色彩光的宽度的一或多个变形或圆柱形光学组件。
在一些实施方案中，该系统可进一步包括：棱镜组件，其在该照明器与该光学装置之间且被配置为自该棱镜组件的输入表面接收该多个不同色彩光，及邻近于该棱镜组件的出射表面的一或多个扩展光栅，该一或多个扩展光栅中的每一者被配置为使不同对应色彩的光的光束剖面在至少一个维度上扩展一个因子。
在一些实施方案中，该系统进一步包括在该一或多个扩展衍射光栅下游的一或多个反射器，该一或多个反射器中的每一者被配置为将各自对应的色彩光反射至该光学装置中。该一或多个反射器中的每一者的一倾斜角可独立调整以使该光学装置至该显示器的衍射均匀。
在一些实施方案中，该系统可进一步包括被配置为检测由该系统形成的全息光场的一或多个光学特性的色彩传感器或亮度传感器中至少一者，其中该一或多个反射器的该倾斜角可基于该全息光场的检测到的光学特性加以调整。该一或多个光学特性可包括亮度均匀性、色彩均匀性或白点。
在一些实施方案中，该一或多个反射器可调整以校正该系统的组件的对准的改变。
在一些实施方案中，该一或多个反射器与该光学装置之间的光学距离经配置使得该多个不同色彩光中的每一者由对应反射器反射，而不透射通过一或多个其他反射器。
在一些实施方案中，该一或多个反射器被配置为使得在该一或多个反射器中的每一者处照明的光来自实质上不同的方向。
在一些实施方案中，该棱镜组件与该光学装置的基板之间的角度可调整以使由该系统形成的全息光场的位置倾斜。
在一些实施方案中，该一或多个扩展光栅被配置为在一个或两个横向方向上至少部分地准直该多个不同色彩光。
在一些实施方案中，该系统进一步包括：控制器，其耦接至该照明器且被配置为控制该照明器以提供该多个色彩光中的每一者。该控制器可耦接至该显示器，且被配置为将各个控制信号传输至该多个显示元素中的每一者以用于调变该显示元素的至少一个特性。
在一些实施方案中，该控制器被配置为：获得图形数据，该图形数据包括用于对应于三维空间中的对象的多个基元的各别基元数据；对于该多个基元中的每一者，判定对该显示器的该多个显示元素中的每一者的电磁(EM)场贡献；对于该多个显示元素中的每一者，产生自该多个基元对该显示元素的该EM场贡献的总和；及对于该多个显示元素中的每一者，基于对该显示元素的EM场贡献的该总和而产生该相应的控制信号。
在一些实施方案中，该控制器被配置为：在一系列时段中使用与该多个色彩光相关联的信息依序调变该显示器；及控制该照明器以将该多个色彩光中的每一者在该系列时段中的相应时段期间依序发射至该光学装置，使得该多个色彩光中的每一者由该光学装置衍射至该显示器。由该显示器的经调变显示元素反射以在该各别时段期间形成对应于该对象的相应的色彩三维光场。
在一些实施方案中，该控制器被配置为调变该显示器，使得该各个色彩三维光场完全出现在该显示器前方、完全出现在该显示器后方，或部分出现在该显示器前方且部分出现在该显示器后方。
在一些实施方案中，该显示器包括空间光调变器(SLM)，该空间光调变器包括数字微镜装置(DMD)或硅上液晶(LCOS)装置。
在一些实施方案中，该系统进一步包括配置于该显示器与该光学装置之间的光学偏振器，其中该光学偏振器被配置为改变该多个不同色彩光的偏振状态。
在一些实施方案中，该光学装置包括光学衍射组件，该光学衍射组件被配置为将包含该多个不同色彩光的光衍射至该显示器，该显示器被配置为衍射照明该显示元素的该光的一部分。
在一些实施方案中，该光学装置进一步包括光学重导向组件，该光学重导向组件被配置为透射该光的该部分以形成全息场景且在三维(3D)空间中重导向显示零级光远离该全息场景，该显示零级光包含来自该显示器的反射光。
在一些实施方案中，该光学重导向组件包括用于该多个不同色彩光中的该显示零级光的多个重导向全息光栅，且该多个重导向全息光栅中的每一者被配置为在该3D空间中朝向各自对应的方向以各自对应的衍射角衍射该多个不同色彩光中的各个色彩光中的显示零级光。
在一些实施方案中，该光学衍射组件被配置为衍射该多个不同色彩光以约0°的角度照明该显示器，使得该光学衍射组件重导向自该显示器反射的该显示零级光远离该全息场景。
在一些实施方案中，该全息场景中具有该光学衍射组件及该光学重导向组件的抑制的该显示零级光的量与该全息场景中不具有该抑制的该显示零级光的量之间的一比率小于2％。
在一些实施方案中，该光学重导向组件包括一维抑制光栅，且该全息场景包含对应于该显示零级光的抑制的条带，且该系统可被配置为使得该条带在观看者的观看视力之外。
本发明的另一方面特征在于一种系统，其包括：显示器，其包括多个显示元素；光学装置，其邻近于该显示器配置且被配置为将光衍射至该显示器；及控制器，其耦接至该显示器且被配置为：获得图形数据，该图形数据包括用于对应于三维空间中的对象的多个基元的各别基元数据；对于该多个基元中的每一者，通过在三维坐标系统中计算自该基元至该显示元素的电磁(EM)场传播来判定对该显示器的该多个显示元素中的每一者的EM场贡献；对于该多个显示元素中的每一者，产生自该多个基元对该显示元素的EM场贡献的总和；及对于该多个显示元素中的每一者，基于对该显示元素的EM场贡献的该总和而产生各自对应的控制信号，用于调变该显示元素的至少一个特性。
在一些实施方案中，该光学装置可包括包括如本文所述的至少一个色彩选择性偏振器的光学装置中的任一者。
在一些实施方案中，该光学装置可包括包括如本文所述的至少一个反射层的光学装置中的任一者。
在一些实施方案中，该光学装置包括形成于记录介质中的一全息光栅。
在一些实施方案中，该光学装置包括形成于记录介质上的多个全息光栅，且该多个全息光栅中的每一者被配置为将具有各个入射角的各个色彩光衍射至该显示器。
在一些实施方案中，该光学装置配置于该显示器前方，且该显示器被配置为经由该光学装置将该衍射光衍射回以形成对应于该对象的三维光场。
在一些实施方案中，该光学装置进一步包括照明器，该照明器邻近于该光学装置配置且被配置为将该光提供至该光学装置。
在一些实施方案中，该控制器被配置为：在一系列时段中用与对应于多个色彩光的多个色彩相关联的信息依序调变该显示器，及控制该照明器以将该多个色彩光中的每一者在该系列时段中的各自对应的时段期间依序发射至该光学装置，使得该多个色彩光中的每一者由该光学装置衍射至该显示器，且由该显示器的经调变显示元素反射以在该各自对应的时段期间形成对应于该对象的相应的色彩三维光场。
本发明的另一方面特征在于一种方法，其包括：制造如本文所述的光学装置中的任一者。
本发明的另一方面特征在于一种制造包括至少一个色彩选择性偏振器的光学装置的方法，该方法包括：形成该第一光学衍射组件；形成该第二光学衍射组件；及将该色彩选择性偏振器配置在该第一光学衍射组件与该第二光学衍射组件之间。
在一些实施方案中，形成该第一光学衍射组件包括：在记录介质中形成第一衍射结构。
在一些实施方案中，在该记录介质中形成该第一衍射结构包括通过在该记录介质上在第一记录对象角下照明第一记录对象光束且在第一记录参考角下照明第一记录参考光束来在该记录介质中记录第一全息光栅，其中该第一记录对象光束与该第一记录参考光束具有相同波长及相同的第一偏振状态。
在一些实例中，该第一色彩光包括宽于或等于该第一记录参考光束或该第一记录对象光束的波长范围的波长范围。在一些实例中，该第一记录参考光束对应于不同于该第一色彩光的第一色彩的色彩。
在一些实例中，该第一色彩光的该第一入射角实质上相同于该第一记录参考角，且该第一衍射角实质上相同于该第一记录对象角。
在一些实例中，该第一记录参考角度在70度至90度的范围内。在一些实例中，该第一记录参考角在80度至90度的范围内。在一些实例中，该第一记录对象角在-10度至10度的范围内。在一些实例中，该第一记录对象角实质上等于6度。在一些实例中，该第一记录对象角实质上等于0度。在一些实例中，该第一记录参考角与该第一记录对象角的一总和实质上等于90度。
在一些实施方案中，该记录介质的厚度比该第一记录对象光束的该波长大多于一个数量级。该记录介质的该厚度可比该第一记录对象光束的该波长大出约30倍。
在一些实施方案中，在该记录介质中形成该第一衍射结构包括：在该记录介质中固定该第一衍射结构。
在一些实施方案中，该记录介质在载体膜与衍射基板之间。
在一些实例中，该第一衍射角与该第二衍射角实质上彼此相同。在一些实例中，该第一入射角与该第二入射角实质上彼此相同。
在一些实施方案中，将该色彩选择性偏振器配置在该第一光学衍射组件与该第二光学衍射组件之间包括：依序堆栈该第一光学衍射组件、该色彩选择性偏振器及该第二光学衍射组件，使得该第一色彩光及该第二色彩光在该第二光学衍射组件之前入射于该第一光学衍射组件上。
在一些实施方案中，依序堆栈该第一光学衍射组件、该色彩选择性偏振器及该第二光学衍射组件包括在该第一光学衍射组件之前的基板上依序配置该第一光学衍射组件、该色彩选择性偏振器及该第二光学衍射组件。
在一些实施方案中，依序堆栈该第一光学衍射组件、该色彩选择性偏振器及该第二光学衍射组件包括：将该色彩选择性偏振器经由第一中间层附接至该第一光学衍射组件；及将该第二光学衍射组件经由第二中间层附接至该色彩选择性偏振器，其中该第一中间层及该第二中间层中的每一者包括各自对应的折射率匹配材料。
在一些实施方案中，该方法进一步包括：形成第三光学衍射组件，其被配置为在第三衍射角下以第三衍射效率衍射具有该第一偏振状态及第三入射角的第三色彩光；及将第二色彩选择性偏振器配置于该第二光学衍射组件与该第三光学衍射组件之间，其中该第二色彩选择性偏振器被配置为将该第三色彩光的偏振状态自该第二偏振状态旋转至该第一偏振状态。
在一些实施方案中，该色彩选择性偏振器被配置为将该第一色彩光的偏振状态自该第一偏振状态旋转至该第二偏振状态，且该第二色彩选择性偏振器被配置为将该第二色彩光的该偏振状态自该第一偏振状态旋转至该第二偏振状态，而不旋转该第一色彩光的该偏振状态。
在一些实施方案中，该方法进一步包括将第三色彩选择性偏振器依序配置至该第三光学衍射组件，使得该第三光学衍射组件在该第二色彩选择性偏振器与该第三色彩选择性偏振器之间，其中该第三色彩选择性偏振器被配置为将该第一色彩光及该第二色彩光中的每一者的该偏振状态自该第二偏振状态旋转至该第一偏振状态，而不旋转该第三色彩光的该偏振状态。
在一些实施方案中，该方法进一步包括在该第一光学衍射组件之前配置第四色彩选择性偏振器，使得该第一光学衍射组件在该第四色彩选择性偏振器与该色彩选择性偏振器之间，其中该第四色彩选择性偏振器被配置为将该第一色彩光的偏振状态自该第二偏振状态旋转至该第一偏振状态，而不旋转该第二色彩光及该第三色彩光中的每一者的该偏振状态。
在一些实施方案中，该第一偏振状态为s偏振，且该第二偏振状态为p偏振。
本发明的另一方面特征在于一种制造包括至少一个反射层的光学装置中的任一者的方法，该方法包括：形成包括该第一衍射结构的该第一光学衍射组件；形成包括该第二衍射结构的该第二光学衍射组件；将该第一反射层配置在该第一衍射结构与该第二衍射结构之间，该第二衍射结构沿着一方向与该第一衍射结构连续；及沿着该方向与该第二衍射结构连续地配置该第二反射层。
在一些实施方案中，该方法进一步包括在该光学装置的侧表面上形成光学吸收体，其中该光学吸收体被配置为吸收该第一色彩及该第二色彩的该全反射光。
在一些实施方案中，该第一反射层被配置为具有小于该第一光学衍射组件的紧邻该第一反射层的一层的折射率的折射率，使得具有该第一入射角的该第一色彩光由该第一反射层与该第一光学衍射组件的该层之间的界面全反射，而不全反射具有该第二入射角的该第二色彩光。
在一些实施方案中，该方法进一步包括形成第三光学衍射组件，该第三光学衍射组件包括被配置为衍射具有第三入射角的第三色彩光，其中沿着该方向与该第二衍射结构连续地配置该第二反射层包括沿着该方向在该第二衍射结构与该第三衍射结构之间配置该第二反射层。该第一反射层及该第二反射层中的每一者可被配置为透射具有该第三入射角的该第三色彩光。
在一些实施方案中，该方法进一步包括沿着该方向与该第三衍射结构连续地配置第三反射层，其中该第三反射层被配置为全反射具有该第三入射角的该第三色彩光。
在一些实施方案中，该第一光学衍射组件、该第二光学衍射组件及该第三光学衍射组件中的每一者包括各自对应的载体膜及各自对应的衍射基板，该第一反射层包括该第一光学衍射组件的第一载体膜。将该第一反射层配置在该第一衍射结构与该第二衍射结构之间可包括将该第二光学衍射组件的第二衍射基板通过第一中间层附接至该第一光学衍射组件的该第一载体膜。将该第二反射层沿着该方向配置在该第二衍射结构与该第三衍射结构之间可包括将该第二光学衍射组件的第二载波膜通过第二中间层附接至该第三光学衍射组件的第三载体膜。该第二反射层可包括该第二中间层。该第三反射层可附接至该第三光学衍射组件的第三衍射基板。
在一些实施方案中，该方法进一步包括：在基板上配置该第一光学衍射组件，该基板沿着该方向在该第一光学衍射组件之前，其中该基板包括前表面及背表面。
在一些实施方案中，在该基板上配置该第一光学衍射组件包括将该第一光学衍射组件的前表面经由折射率匹配材料附接至该基板的该背表面。
在一些实施方案中，该基板包括与该基板的该背表面成角度的侧表面，且该基板被配置为在该侧表面处接收多个不同色彩光。该基板可被配置为使得该多个不同色彩光以实质上等于0度的入射角入射于该侧表面上。
在一些实施方案中，形成包括该第一衍射结构的该第一光学衍射组件包括：在记录介质中形成该第一衍射结构。
在一些实施方案中，在该记录介质中形成该第一衍射结构包括通过在第一记录对象角下注入第一记录对象光束且在第一记录参考角下注入第一记录参考光束来在该记录介质中记录第一全息光栅，其中该第一记录对象光束与该第一记录参考光束具有相同波长及相同偏振状态。
在一些实施方案中，该第一色彩光包括宽于或等于该第一记录参考光束的波长范围的波长范围。
在一些实施方案中，该第一记录参考光束对应于不同于该第一色彩光的第一色彩的色彩。
在一些实施方案中，该第一色彩光的该第一入射角实质上相同于该第一记录参考角，且该第一衍射角实质上相同于该第一记录对象角。
在一些实例中，该第一记录参考角在70度至90度的范围内。在一些实例中，该第一记录参考角在70度至80度的范围内。在一些实例中，该第一记录对象角在-10度至10度的范围内。
在一些实施方案中，该记录介质的厚度比该第一记录对象光束的该波长大多于一个数量级。该记录介质的该厚度可比该第一记录对象光束的该波长大出约30倍。
在一些实施方案中，在该记录介质中形成该第一衍射结构包括在该记录介质中固定该第一衍射结构。
在一些实施方案中，该第一入射角不同于该第二入射角。在一些实例中，该第一色彩光具有小于(或短于)该第二色彩光的波长，该第一入射角大于(或长于)该第二入射角。
本发明的另一方面特征在于一种方法，其包括：根据如本文所述的方法中的任一者形成光学装置；及配置该光学装置及包括多个显示元素的显示器，使得该光学装置被配置为将多个不同色彩光衍射至该显示器。
在一些实施方案中，配置该光学装置及该显示器包括使该光学装置的背表面与该显示器的前表面间隔开一间隙。
在一些实施方案中，该方法进一步包括在该显示器的该前表面或该光学装置的该背表面中至少一者上形成抗反射涂层。
在一些实施方案中，配置该光学装置及该显示器包括将该光学装置的背表面经由中间层附接于该显示器的前表面上。
在一些情况下，该中间层被配置为具有低于该光学装置的一层的折射率的折射率，使得由该光学装置以零级透射的该多个不同色彩光中的每一者在该中间层与该光学装置的该层之间的界面处全反射。
在一些实施方案中，该光学装置被配置为在实质上彼此相同的各个衍射角下衍射该多个不同色彩光。
在一些实例中，该各个衍射角中的每一者在-10度至10度的范围内。
在一些实施方案中，该显示器被配置为经由该光学装置将衍射色彩光衍射回。
在一些实施方案中，该光学装置的区域覆盖该显示器的区域。
在一些实施方案中，该光学装置包括基板，该基板在该光学装置前方且被配置为在该基板的与该基板的一背表面成角度的侧表面处接收该多个不同色彩光。
本发明的另一方面特征在于一种方法，其包括：使用光学装置将包括多个不同色彩光的入射光束转换为单独衍射的色彩光。该光学装置可为如本文所述的光学装置中的任一者。
本发明的另一方面特征在于一种方法，其包括：将至少一个时序控制信号传输至照明器以启动该照明器，从而将多个不同色彩光发射至光学装置上，使得该光学装置将该多个不同色彩光转换成个别衍射色彩光以照明包括多个显示元素的显示器，其中该光学装置为如本文所述的光学装置中的任一者；及对于该显示器的该多个显示元素中的每一者，传输至少一个各自对应的控制信号以调变该显示元素，使得单独衍射的色彩光由该经调变的显示元素反射以形成对应于该各个控制信号的多色三维光场。
在一些实施方案中，该方法其进一步包括：获得图形数据，该图形数据包括对应于三维空间中的对象的多个基元的各自的基元数据；对于该多个基元中的每一者，通过在三维坐标系统中计算自该基元至该显示元素的电磁(EM)场传播来判定对该显示器的该多个显示元素中的每一者的EM场贡献；对于该多个显示元素中的每一者，产生自该多个基元对该显示元素的EM场贡献的总和；及对于该多个显示元素中的每一者，基于对该显示元素的EM场贡献的该总和而产生各自对应的控制信号，用于调变该显示元素的至少一个特性，其中该多色三维光场对应于该对象。
在一些实施方案中，该方法包括：在一系列时段中使用与该多个色彩光相关联的信息依序调变该显示器；及控制该照明器以在该系列时段中的各个时段期间将该多个色彩光中的每一者依序发射至该光学装置，使得该多个色彩光中的每一者由该光学装置衍射至该显示器，且由该显示器的该经调变的显示元素反射以在各自对应的时段期间形成对应于该对象的相应的色彩三维光场。
在一些实施方案中，该多个不同色彩光由该光学装置在实质上相同的衍射角下衍射至该显示器。在一些实例中，该衍射角在-10度至10度的范围内。
在一些实施方案中，该照明器及该光学衍射装置被配置为使得该多个不同色彩光在各个入射角下入射于该光学衍射装置的该第一光学衍射组件上。在一些实例中，该各个入射角彼此不同。在一些实例中，该各个入射角实质上彼此相同。在一些实例中，该各个入射角中的每一者在70度至90度的范围内。
本发明的另一方面特征在于一种光学装置，其包括：至少两个光学衍射组件；及至少一个色彩选择性偏振器，其中该光学装置被配置为使得当不同色彩的光入射于该光学装置上时，该光学装置分离具有该不同色彩中的个别色彩的光，同时抑制该不同色彩之间的串扰。
在一些实施方案中，该光学装置被配置为使得当不同色彩的该光入射于该光学装置上时，该光学衍射组件中的每一者衍射具有该不同色彩中相应色彩的光。
在一些实施方案中，该光学装置被配置为使得在由该光学装置衍射的输出光束中，具有该不同色彩中的特定色彩的光的功率比不同色彩中的一或多个其他色彩的光的功率高至少一个数量级。
在一些实施方案中，该至少一个色彩选择性偏振器被配置为旋转具有该不同色彩中的至少一种色彩光的偏振状态，使得具有该不同色彩中的特定色彩光以第一偏振状态入射于所述光学衍射组件中的相应一个上，而具有该不同色彩中的一或多种其他色彩光以不同于该第一偏振状态的第二偏振状态入射于所述光学衍射组件中的该相应一个上。
本发明的另一方面特征在于一种光学装置，其包括：至少两个光学衍射组件；及至少一个反射层，其中该光学装置被配置为使得当不同色彩的光入射于该光学装置上时，该光学装置分离具有该不同色彩中的个别色彩的光，同时抑制该不同色彩之间的串扰，且其中该至少一个反射层被配置为用于具有该不同色彩中至少一者的光的全内反射。
在一些实施方案中，该光学装置被配置为使得由该光学装置衍射的输出光束仅包括具有该不同色彩中的特定色彩的光，而无来自该不同色彩中的一或多种其他色彩的串扰。
在一些实施方案中，该至少一个反射层被配置为全反射由该光学衍射组件中的相应一个透射的该不同色彩中的特定色彩的零级光，同时透射该不同色彩中的一或多种其他色彩。
在一些实施方案中，该光学装置被配置为使得当不同色彩的该光入射于该光学装置上时，光学衍射组件中的每一者衍射具有该不同色彩中相应色彩的光。
本发明的另一方面特征在于一种系统，其包括：显示器；及如本文所述的光学装置中的任一者，其中该光学装置被配置为将多个不同色彩光衍射至该显示器。
本发明的另一方面特征在于一种系统，其包括：照明器，其被配置为提供多个不同色彩光；及如本文所述的光学装置中的任一者，其中该光学装置被配置为衍射来自该照明器的该多个不同色彩光。
本发明的另一方面特征在于一种系统，其包括：显示器；及光学装置，其包括用于将光衍射至该显示器的一或多个透射衍射结构。
在一些实施方案中，该显示器为被配置为经由该光学装置将该光衍射回的反射式显示器。在一些实施方案中，该系统进一步包括照明器，该照明器被配置为将该光提供至该光学装置，其中该照明器配置于该光学装置的该透射衍射结构的前侧中。
在一些实施方案中，该显示器为被配置为在不经由该光学装置的情况下向前衍射该光的透射式显示器。在一些实施方案中，该系统进一步包括照明器，该照明器被配置为将该光提供至该光学装置，其中该照明器配置于该光学装置的该透射衍射结构的后侧中。
在一些实施方案中，该一或多个透射衍射结构中的每一者被配置为衍射多个不同色彩中的相应色彩。
该光学装置进一步包括一或多个反射衍射结构。该一或多个透射衍射结构及该一或多个反射衍射结构中的每一者被配置为衍射多个不同色彩中的相应色彩。
本发明的另一方面特征在于一种系统，其包括：显示器；及光学装置，其包括用于将光衍射至该显示器的一或多个反射衍射结构。
在一些实施方案中，该显示器为被配置为经由该光学装置将该光衍射回的反射式显示器。在一些实施方案中，该系统进一步包括照明器，该照明器被配置为将该光提供至该光学装置，其中该照明器配置于该光学装置的该反射衍射结构的后侧中。
在一些实施方案中，该显示器为被配置为在不经由该光学装置的情况下向前衍射该光的透射式显示器。在一些实施方案中，该系统进一步包括照明器，该照明器被配置为将该光提供至该光学装置，其中该照明器配置于该光学装置的该反射衍射结构的前侧中。
在一些实施方案中，该一或多个反射衍射结构中的每一者被配置为衍射多个不同色彩中的相应色彩。
在一些实施方案中，该光学装置进一步包括一或多个透射衍射结构，且该一或多个透射衍射结构及该一或多个反射衍射结构中的每一者被配置为衍射多个不同色彩中的相应色彩。
本发明的另一方面特征在于一种光学装置，其包括：多个光学衍射组件，其包括至少一个透射衍射结构及至少一个反射衍射结构，其中该光学装置被配置为使得当不同色彩的光入射于该光学装置上时，该光学装置分离具有该不同色彩中的个别色彩的光，同时抑制该不同色彩之间的串扰。
在一些实施方案中，该透射衍射结构及该反射衍射结构中的每一者被配置为衍射具有该不同色彩中的相应色彩光。
在一些实施方案中，该光学装置进一步包括：至少一个反射层，该至少一个反射层被配置为用于该不同色彩中至少一者的光的全内反射。
在一些实施方案中，该光学装置进一步包括至少一个色彩选择性偏振器，该至少一个色彩选择性偏振器被配置为旋转具有该不同色彩中的至少一种色彩光的偏振状态，使得具有该不同色彩中的一特定色彩光以第一偏振状态入射于光学衍射组件中的相应一个上，而具有该不同色彩中的一或多种其他色彩光以不同于该第一偏振状态的第二偏振状态入射于光学衍射组件中的该相应一个上。
本发明的另一方面特征在于一种系统，其包括：显示器；及根据如本文所述的光学装置中的任一者的光学装置，其中该光学装置被配置为将多个不同色彩光衍射至该显示器。
本发明的另一方面特征在于一种系统，其包括：照明器，其被配置为提供多个不同色彩光；及根据如本文所述的光学装置中的任一者的光学装置，其中该光学装置被配置为衍射来自该照明器的该多个不同色彩光。
在本发明中，术语「基元(primitive)」是指计算系统内用于输入及输出的基本不可划分元素。该元素可是几何元素或图形元素。术语「全息图(hologram)」是指由显示器显示(或上载至显示器)的图案，其含有关于对象的幅度信息或相位信息，或其某一组合。术语「全息重建(holographic reconstruction)」是指来自被照射的显示器的体积光场(例如，全息光场)。
本文的主题的一或多个实施方案的细节在附图及相关描述中阐述。主题的其他特征、方面及优点将从说明书、附图及申请专利范围中显现。
应理解，实施方案的各个方面可以不同方式组合。作为实例，某些方法、装置或系统的特征可与其他方法、装置或系统的特征组合。
附图说明
图1A示出包括全息显示器的实例系统的示意图。
图1B示出实例全息显示器的示意图。
图1C示出用于3D显示的实例系统。
图2示出用于电磁(EM)传播计算的实例配置。
图3A示出点基元相对于显示元素的实例EM传播。
图3B示出线基元相对于显示元素的实例EM传播。
图3C示出三角形基元相对于显示元素的实例EM传播。
图3D示出点基元以线基元作为遮挡物的马克士威全息遮挡的实例实施方案。
图3E示出线基元以另一线基元作为遮挡物的马克士威全息遮挡的实例实施方案。
图3F示出三角形基元以线基元作为遮挡物的马克士威全息遮挡的实例实施方案。
图3G示出马克士威全息拼接的实例实施方案。
图4为显示3D对象的实例程序的流程图。
图5A示出用于3D显示的实例系统，其包括利用前部照明的反射式显示器。
图5B示出用于3D显示的另一实例系统，其包括利用前部照明的反射式显示器。
图5C示出用于3D显示的另一实例系统，其包括利用背部照明的透射式显示器。
图5D示出用于3D显示的另一实例系统，其包括利用波导照明的透射式显示器。
图5E示出用于3D显示的另一实例系统，其包括利用波导照明的透射式显示器。
图5F示出用于3D显示的另一实例系统，其包括利用波导照明的反射式显示器。
图5G示出用于3D显示的另一实例系统，其包括利用波导照明的反射式显示器。
图5H示出用于3D显示的另一实例系统，其包括使用基于透射式场光栅的结构的利用光学衍射照明的反射式显示器。
图5I示出用于3D显示的另一实例系统，其包括使用基于反射式场光栅的结构的利用光学衍射照明的反射式显示器。
图5J示出用于3D显示的另一实例系统，其包括使用基于反射式场光栅的结构的利用光学衍射照明的透射式显示器。
图5K示出用于3D显示的另一实例系统，其包括使用基于透射式场光栅的结构的利用光学衍射照明的透射式显示器。
图6A示出显示元素具有非均匀形状的实例显示器。
图6B示出显示元素具有不同大小的实例显示器。
图7A示出在记录介质中记录光栅的实例。
图7B示出由图7A的光栅衍射重放参考光束的实例。
图7C示出使用不同色彩光在记录介质中记录用于不同色彩光栅的实例。
图7D示出使用相同色彩光在记录介质中记录用于不同色彩光栅的实例。
图7E示出由用于不同色彩光栅衍射不同色彩的重放参考光束的实例。
图7F示出不同色彩的衍射光束当中的串扰的实例。
图8示出在记录介质中记录具有大参考角度的衍射式光栅的实例。
图9A示出用于个别地衍射两种色彩光的实例光学装置，其包括用于两种色彩的衍射式光栅及对应色彩选择性偏振器。
图9B示出由图9A的光学装置衍射两种色彩光的实例。
图10A示出用于个别地衍射三种色彩光的实例光学装置，其包括用于三种色彩的衍射式光栅及对应色彩选择性偏振器。
图10B示出由图10A的光学装置衍射三种色彩光的实例。
图11示出用于个别地衍射两种色彩光的实例光学装置，其包括用于两种色彩的衍射式光栅及对应反射层。
图12A示出用于个别地衍射三种色彩光的实例光学装置，其包括用于三种色彩的衍射式光栅及对应反射层。
图12B示出包括用于三种色彩的衍射式光栅及具有楔形基板的对应反射层的另一实例光学装置。
图12C示出包括用于三种色彩的衍射式光栅及具有楔形输入面的对应反射层的另一实例光学装置。
图13A至图13C示出在针对蓝色光(图13A)、绿色光(图13B)及红色光(图13C)具有不同入射角的情况下在衍射光束功率与反射光束功率之间的关系。
图14A为制造光学装置的实例程序的流程图，该光学装置包括全息光栅及对应色彩选择性偏振器。
图14B为制造光学装置的实例程序的流程图，该光学装置包括全息光栅及对应反射层。
图15示出包括透射式及反射衍射式光栅的组合的实例光学装置。
图16示出由显示器的显示元素衍射且在显示器上的显示元素之间的间隙处反射的入射光的实例。
图17A示出显示于投影屏幕上的全息场景内的显示零级光的实例。
图17B示出显示于观看者眼睛上的全息场景内的显示零级光的实例。
图18示出通过使显示于投影屏幕上的全息场景中的显示零级光发散来抑制显示零级光的实例。
图19A示出当用处于正入射角的光照明显示器时的全息场景中的显示零级光的实例。
图19B示出当用处于入射角的光照明显示器时通过导向显示于投影屏幕上的全息场景中的显示零级光远离全息场景来抑制显示零级光的实例。
图19C示出当用处于入射角的光照明显示器时通过导向显示于观看者眼睛上的全息场景中的显示零级光远离全息场景来抑制显示零级光的实例。
图20A示出对应于关于3D坐标系统中的显示器的全息场景的配置锥及重建锥的实例。
图20B示出调整图20A的配置锥以配置对应于3D坐标系统中的全息场景的全息图的实例。
图21示出经由耦合棱镜将光耦合至光学衍射装置以在入射角下照明显示器以用于抑制全息场景中的显示零级光的实例。
图22示出经由楔形基板将光耦合至光学衍射装置以在入射角下照明显示器以用于抑制全息场景中的显示零级光的实例。
图23A示出通过用超颖材料层吸收自显示器反射的显示零级光来抑制显示于投影屏幕上的全息场景中的显示零级光的实例。
图23B示出通过用超颖材料层阻挡(或吸收)自显示器反射的显示零级光来抑制显示于观看者眼睛上的全息场景中的显示零级光的实例。
图24示出通过经由光学重导向结构重导向全息场景中的显示零级光远离全息场景来抑制显示零级光的系统。
图25A至图25C示出经由光学重导向结构将显示零级光重导向至空间中的不同方向的实例。
图26A至图26E示出在光经由光学重导向结构以不同入射角输入至空间中的不同方向时重导向显示零级光的实例。
图27A示出以p偏振重导向显示零级光而以布鲁斯特角进行透射的实例。
图27B至图27C示出用光学延迟器以s偏振重导向显示零级光以供以布鲁斯特角进行透射的实例。
图28示出将显示零级光重导向至用于吸收显示零级光的异向性透射器的实例。
图29示出再导向显示零级光以全反射显示零级光的实例。
图30A至图30B示出将两种不同色彩的显示零级光重导向至远离全息场景的不同方向的实例。
图31A至图31B示出将三种不同色彩的显示零级光重导向至在同一平面中远离全息场景的不同方向的实例。
图32示出将三种不同色彩的显示零级光重导向至在空间中远离全息场景的不同方向的实例。
图33示出针对三种不同色彩中的一者使用可切换光栅将这些色彩的显示零级光重导向至远离全息场景的不同方向的实例。
图34为抑制全息场景中的显示零级光的实例程序的流程图。
图35A至图35C示出用于显示经重建3D对象的系统的实例。
图36A至图36C分别示出图35A至图35C的系统的相同视图，但其中三种色彩光在系统中传播。
各种图式中的相同参考编号及名称指示相同组件。
具体实施方式
本发明的实施方案的特征在于用于实现将复杂计算机产生场景作为真实全息图进行3D显示的技术。这些技术提供了基于用于电磁场的马克士威方程式的实时动态计算全息术的新颖且确定性的解，其可表示为马克士威全息术。马克士威全息术中的计算可表示为马克士威全息计算。在实施例中，本发明利用包括场理论、拓朴结构、解析延拓及/或对称群组的工具将全息图作为一般电场的狄利克雷(Dirichlet)或柯西(Cauchy)边界条件问题来处理，此使得能够实时地求解全息图而没有旧版全息系统的限制。在实施例中，这些技术可用于利用空间光调变器(SLM)或任何其他全息装置来制作仅相位、仅振幅、或者相位及振幅全息图。
本发明的实施方案可提供：1)使用场理论及接触几何而非经典光学将全息图近似为电磁边界条件的机制；2)导出及实施为计算全息术的电磁边界条件方法的计算机程序码及应用程序设计界面(API)，即，将全息图计算实施为全息图平面的2D解析函数并且随后离散化为并行算法；及/或3)实施标准计算机图形基元(例如，点、线、三角形及纹理三角形)的全3D全息版本的完整集合，此可实现与标准现有计算机图形工具及技术的完全兼容性。这些技术可使得装置能够显示现有通用的不是为全息术专门建立的内容，并且同时允许现有内容建立者建立全息作品，而不必学习特殊技术或者使用特殊工具。
特定言之，本文揭示的技术可涉及使用光的数学立式(或表达式)作为电磁(EM)现象来代替在计算全息术中常用的经典光学的数学立式，例如，格希贝格-沙克斯顿(Gerchberg-Saxton)(G-S)算法。本文揭示的数学立式源自马克士威方程式。在实施例中，本文揭示的技术涉及将显示的影像视为电磁场并且将全息图视为产生电磁场的边界值条件(例如，狄利克雷问题)。另外，可使用计算机图形中普遍存在的基元范式来建构期望的影像，从而允许例如这些技术被用于将任何3D影像显示为全息重建(例如，全息光场)而非2D屏幕上的投影影像。与遭受带宽限制的深度点云技术相比，这些技术可避免此等限制并使用任何合适类型的基元，例如，点基元、线基元或多边形基元(诸如三角形基元)。此外，可用色彩信息、纹理信息及/或着色信息来渲染基元。此可帮助达成包括全息视频的CG全息内容的记录及压缩方案。
在实施例中，本文揭示的技术使用马克士威方程式来将所产生的全息图计算为电磁场模型化的边界条件问题，此可消除对快速傅立叶变换(FFT)及其固有限制的依赖性、消除对诸如雷射或发光二极管(LED)的准直光源的依赖性、及/或消除计算全息术的先前方法及非确定性解的限制。
在实施例中，可根据建置场景所需的计算机产生(CG)基元的参数，通过数学优化程序针对计算简单性及速度来优化本文揭示的技术，该数学优化程序将独立输入约束至全息图的表面。此允许在计算架构(例如，特殊应用集成电路(ASIC)及多核心架构)中以高度并行及高度最佳的方式执行工作。计算全息图的程序可被认为是以计算机产生影像(CGI)场景的形式在输入数据上执行的单一指令，并且在理论上可在每一CGI基元的单一频率循环中完成。
在实施例中，本文揭示的技术将全息场景视为全3D全息基元孔径的组合，孔径在功能上与常规3D图形的标准基元兼容，如在例如视频游戏、电影、电视、计算机显示器、或任何其他显示技术中所采用。这些技术可使得能够在硬件及软件中有效地实施此等孔径基元，而没有计算全息术的标准实施中固有的限制。可自动计算基元的振幅及色彩。与标准计算全息术中的n^2或n*log(n)相比，计算复杂度可随着相位元素数n线性地增加。所建立的影像系全3D的且不为平面影像的集合，并且这些技术不需要具有未知步数的反复振幅校正。此外，所产生的全息图不具有在全息装置上占据空间的「共轭」影像。
由于全息基元是数学对象的特殊集合的部分，所以全息基元可相对简单且相对快速进行计算，并且全息基元可独特地适用于并行、分布式计算方法。可计算性及并行性可允许大全息图的交互式计算，从而设计理论上无限大小的大面积全息装置，其可充当全息计算机显示器、电话显示器、家庭影院以及甚至全息房间。此外，全息图可用光填充大区域，例如，在3D中渲染大着色区域，而没有与常规全息计算方法相关联的限制，常规全息计算方法可致使元素以轮廓而非实心出现。此外，相对简单及相对快速计算允许以不受n^2计算负荷及反复振幅校正约束的交互式速度显示实时全息图。
在实施例中，这些技术可实现现代ASIC及多核心架构上的自然可计算性，并且可实现与现代图形硬件、现代图形软件、及/或现代图形工具及工具链的完全兼容性。例如，这些技术可实施清楚且简单的全息API，并通过API使用常规3D内容建立工具(例如，3ds
Figure BDA0004119101650000271
或Unity)来实施任意CG模型的高效能渲染。API可使开发者或用户能够与全息装置(例如，光调变器或全息系统)互动。全息API可将计算机图形基元建立为离散全息场景基元，从而允许利用通用及专门设计的全息计算硬件产生丰富的全息内容。数学及计算架构的建立可允许使用用于制作常规3D内容及软件应用程序的工具及技术来渲染全息图。数学及计算架构的优化可允许常规图形及渲染的执行性实施例被显示为全息重建。
本文揭示的技术中的算法相对易于在硬件中实施。此不仅允许使用者期望的高质量渲染所需的计算速度，而且亦允许在相对简单的电路(例如，作为全息装置的一部分的ASIC闸结构)中实施算法。因而，会困扰高密度显示器的带宽问题可能变得无关紧要，这是因为场景的计算可散布在建置至显示设备中的计算架构(例如，内建式计算)中，而非必须远程计算，且然后针对每一讯框内容写入至显示器的每一显示元素(或显示像素)。此亦意谓显示元素的数量以及因此全息显示器的大小可相对不受严重限制其他技术的约束所制约。
本文揭示的技术可使得使用结构化光的多种交互式技术能够在不同应用中相对简单且相对便宜地实施，此等应用包括例如固态光检测及测距(LIDAR)装置、3D打印及加工、智能型照明器、智能型微显示器、光学切换、光学钳子、或要求结构化光的任何其他应用。本文揭示的技术亦可用于光学仿真，例如用于光栅模拟。
图1A示出用于3D显示的实例系统100的示意图。系统100包括计算装置102及全息显示设备(或马克士威全息显示设备)110。计算装置102被配置为准备与例如3D对象的对象对应的基元列表的数据，并经由有线或无线连接(例如USB-C连接或任何其他高速串行连接)将该数据传输至全息显示设备110。全息显示设备110被配置为计算基元清单对全息显示设备110中的显示器(例如，调变器)的显示元素的电磁(EM)场贡献，基于所计算出对显示器的EM场贡献而用例如全息图的图案来调变显示元素，以及在照明时以3D形式显示与对象对应的光场，例如，全息重建。在本文中，全息图是指显示在显示器上的图案，该图案含有关于对象的振幅信息或相位信息或者其组合。全息重建是指当显示器被照明时来自显示器的体积光场(例如，全息光场)。
计算装置102可为任何适当类型的装置，例如桌面计算机、个人计算机、笔记本电脑、平板计算装置、个人数字助理(PDA)、网络设备、智能型移动电话、智能型手表、增强型通用封包无线电服务(EGPRS)移动电话、介质播放器、导航装置、电子邮件装置、游戏控制面板、或此等计算装置或其他计算装置中的任何两者或更多者的任何适当组合。
计算装置102包括操作系统(OS)104，OS 104可包括数个应用程序106作为图形引擎。应用程序106可使用标准3D内容建立工具(例如，3ds
Figure BDA0004119101650000281
或Unity)来处理或渲染场景，例如，任何任意CG模型。场景可对应于一或多个真或虚3D对象或对象的表示。应用程序106可并行操作以渲染场景从而获得OS图形抽象101，OS图形抽象101可被提供给图形处理单元(GPU)108以供进一步处理。在一些实施方案中，OS图形抽象101被提供给全息显示设备110以供进一步处理。
GPU 108可包括被设计用于快速操纵计算机图形及图像处理的专用电子电路。GPU108可处理场景的图形抽象101以获得经处理场景数据103，该经处理场景数据可用于获得例如以特定次序编索引的基元列表105。基元可包括点基元、线基元或多边形基元中至少一者。在一些实施方案中，GPU108包括被配置为产生经处理场景数据103及基元列表105的视频驱动器。
在一些实施方案中，GPU 108包括常规渲染器120，可通过例如剔除及裁剪的常规渲染技术将基元列表105渲染为项目列表以在例如2D显示屏幕的常规监视器124上绘制。项目列表可经由屏幕缓冲器122发送至常规监视器124。
在一些实施方案中，GPU 108包括全息渲染器130，用于将基元清单105渲染为要由全息显示设备110显示的图形数据。图形数据可包括基元列表及对应基元数据。例如，图形数据可包括每一基元的十六进制码。
在一些实施方案中，GPU 108包括常规渲染器120及全息渲染器130两者。在一些实施方案中，GPU 108包括常规渲染器120，且全息显示设备110包括全息渲染器130。
基元的对应基元数据亦可包括色彩信息(例如，纹理化色彩、梯度色彩或两者)、纹理信息及/或着色信息。着色信息可通过涉及调变基元表面的色彩或亮度的任何习用CGI表面着色方法来获得。
基元的基元数据可包括基元在例如笛卡尔坐标系统XYZ、极坐标系统、柱面坐标系统及球面坐标系统的3D坐标系统中的坐标信息。如下进一步所详述，全息显示设备110中的显示元素亦可在3D坐标系统中具有对应坐标信息。坐标位置处的基元可表示邻近于显示元素(例如，在显示元素前方、在显示元素后方或跨越显示元素)的3D对象。
作为实例，基元为着色线，例如，在其跨度上自一种色彩平滑地改变为另一种色彩的直线。基元需要四个数据元素来渲染：两个端点以及每一端点处的色彩信息(例如，RGB色彩值)。假设该线的十六进制码为a0，且在3D坐标系统中，该线自第一端点(0.1,0.1,0.1)伸展至第二端点(0.2,0.2,0.2)，第一端点处色彩为1/2蓝色：RGB＝(0,0,128)，第二端点处色彩为全红色：RGB＝(255,0,0)。全息渲染器判定每一基元预期多少数据及什么类型的数据。对于该线，基元串流中针对着色线的基元数据可为如下指令集合：
0xa0//hex code for the shaded line
0x3dcccccd//first vertex at(0.1,0.1,0.1)float(single)
0x3dcccccd
0x3dcccccd
0x000080//first vertex color is(0,0,128)
0x3e4ccccd//second vertex at(0.2,0.2,0.2)float(single)
0x3e4ccccd
0x3e4ccccd
0xff0000//second vertex color is(255,0,0)
着色线基元的基元数据中总共有31个十六进制字。其可为一种极其有效的传输复杂场景的方式，并且可进一步压缩基元数据。因为每一基元为确定性杜林(Turing)步骤，所以不需要终止符。与在2D显示屏幕上简单地绘制线基元的传统模型的不同的处在于，线的基元数据被传输至全息显示设备110，全息显示设备110可计算全息图并显示呈现漂浮在空间中的线的对应全息重建。
在一些实施方案中，计算装置102将例如经记录光场视频的非基于基元的数据传输至全息显示设备110。全息显示设备110可计算顺序全息图以将视频显示为空间中的顺序全息重建。在一些实施方案中，计算装置102将CG全息内容与实况全息内容同时传输至全息显示设备110。全息显示设备110亦可计算对应全息图以将内容显示为对应全息重建。
如图1A所示，全息显示设备110包括控制器112及显示器114。控制器112可包括数个计算单元或处理单元。在一些实施方案中，控制器112包括ASIC、场可程序化门阵列(FPGA)或GPU单元，或者其任何组合。在一些实施方案中，控制器112包括全息渲染器130，用于将基元清单105渲染为要由计算单元计算的图形数据。在一些实施方案中，控制器112自计算装置102接收OS图形抽象101以供进一步处理。显示器114可包括数个显示元素。在一些实施方案中，显示器114包括空间光调变器(SLM)。SLM可为相位SLM、振幅SLM、或者相位及振幅SLM。在一些实例中，显示器114为数字微镜装置(DMD)或硅上液晶(LCOS)装置。在一些实施方案中，全息显示设备110包括邻近于显示器114且被配置为朝向显示器114发射光的照明器116。照明器116可包括例如雷射的一或多个相干光源、例如发光二极管(LED)或超发光二极管(SLED)的一或多个半相干光源、一或多个非相干光源，或此类源的组合。
与采用3D场景并将其渲染至2D显示设备上的常规3D图形系统的不同的处在于，全息显示设备110被配置为产生3D输出，诸如光场形式的全息重建117，例如，光3D体。在全息图中，每一显示元素可对场景的全息重建的每一部分做出贡献。因此，对于全息显示设备110，潜在地需要针对场景的每一部分(例如，由GPU 108产生的基元清单中的每一基元)来调变每一显示元素以用于场景的完全全息再现。在一些实施方案中，可基于例如再现场景中或场景的某一区中的可接受精度位准而省略或简化对某些元素的调变。
在一些实施方案中，控制器112被配置为计算每一基元对每一显示元素的EM场贡献(例如，相位、振幅或两者)，且针对每一显示元素产生基元列表对该显示元素的EM场贡献总和。此可通过针对给定显示元素遍历每一基元并累积(accrue)其对该给定显示元素的贡献、或通过针对每一基元遍历每一显示元素、或通过此两种技术的混合调合来完成。
控制器112可基于基元的预定表达式来计算每一基元对每一显示元素的EM场贡献。不同基元可具有对应表达式。在一些情况下，预定表达式为解析式，如下关于图3A至图3C进一步所详述。在一些情况下，通过用显示器114处界定的边界条件求解马克士威方程式来判定预定表达式。边界条件可包括狄利克雷边界条件或柯西边界条件。然后，可基于EM场贡献总和来调变显示元素，例如，通过调变显示元素的折射率、振幅指数、双折射或迟滞中至少一者。
若EM场在界定该场的表面上的每一点处的值(例如，马克士威方程式的解)是已知的，则可判定由边界表面界定的体积内的EM场的准确、唯一配置。基元清单(或对应全息图的全息重建)及显示器114界定3D空间，并且显示器114的表面形成3D空间的边界表面的一部分。通过在显示器114的表面上设定EM场状态(例如，相位或振幅或者相位及振幅状态)，例如通过在显示器表面上照明光，可判定EM场的边界条件。由于马克士威方程式的时间对称性，当基于来自对应于全息图的基元的EM场贡献来调变显示元素时，可获得作为全息重建的对应于全息图的体积光场。
例如，可在显示器114前方设定以特定色彩照明的线基元。如下针对图3B进一步所详述，线性孔径的解析式可被写为空间中的函数。然后可判定来自包括显示器114的边界表面上的线基元的EM场贡献。若对应于所计算的EM场贡献的EM场值被设定在显示器114中，则由于马克士威方程式的时间对称性，在计算中使用的同一线性孔径可出现在对应位置处，例如在3D坐标系统中及具有特定色彩的线性基元的坐标位置处。
在一些实例中，如下针对图3B进一步所详述，假设在3D空间中的两个点A与B之间存在一条线的光。光均匀地发出并且每线长l的光强为I。在沿着自A至B的线的每一无穷小dl处，发射出与I*dl成比例的光量。无穷小dl充当Δ(点)源，并且可判定无穷小dl对与基元清单对应的场景周围的边界表面上的任何点的EM场贡献。因此，对于显示器114的任何显示元素，可判定表示该线的无穷小段对显示元素的EM场贡献的解析方程式。可判定沿着该线行进并累积整条线对显示器的显示元素处的EM场的EM场贡献的特定类型的求和/积分作为表达式。可例如通过调变显示元素且对显示元素照明来设定在该显示元素处对应于该表达式的值。然后，通过时间反转及校正常数，可在由3D空间中的点A及点B界定的相同位置处建立该线。
在一些实施方案中，控制器112通过内存缓冲器耦接至显示器114。控制信号112可基于对每一显示元素的EM场贡献总和来产生控制信号。控制信号用于基于EM场贡献总和来调变显示元素。各个控制信号经由内存缓冲器被传输至对应显示元素。
在一些实施方案中，控制器112与显示器114整合且本端耦接至显示器114。如关于图1B进一步所详述，控制器112可包括数个计算单元，其各自耦接至一或多个各别显示元素且被配置为将各别控制信号传输至一或多个各别显示元素中的每一者。每一计算单元可被配置为对基元清单中的一或多个基元执行计算。计算单元可并行操作。
在一些实施方案中，照明器116耦接至控制器112，且被配置为基于来自控制器112的控制信号而开启/关闭。例如，控制器112可响应于控制器112完成计算(例如，获得对显示元素的EM场贡献的所有总和)而启动照明器116以开启。如上所述，当照明器116将光发射至显示器114上时，显示器的经调变元素促使光沿不同方向传播以形成对应于基元清单的体积光场，其中，基元列表对应于3D对象。所得体积光场与具有由显示器114的经调变元素界定的边界条件的马克士威方程式的解对应。
在一些实施方案中，控制器112通过内存缓冲器耦接至照明器116。内存缓冲器可被配置为控制照明器中的发光组件的振幅或亮度。用于照明器116的内存缓冲器可比用于显示器114的内存缓冲器在大小上更小。照明器116中的发光组件的数量可小于显示器114的显示元素的数量，只要来自发光组件的光可照明在显示器114的实质上整个表面上即可。例如，具有64x64个有机发光二极管(OLED)的照明器可用于具有1024x1024个元素的显示器。控制器112可被配置为同时启动照明器116的数个发光组件。
在一些实施方案中，照明器116为单色光源，其被配置为发射实质上单色光，例如红光、绿光、黄光或蓝光。在一些实施方案中，照明器116包括两个或更多个发光组件，例如雷射或发光二极管(LED)，其各自被配置为发射具有不同色彩光。例如，照明器116可包括红色、绿色及蓝色发光组件。为了显示全彩3D对象，可计算包括至少红色、绿色及蓝色的色彩的三个或更多个单独全息图。即，可获得对应基元对显示元素的至少三个EM场贡献。可基于该至少三个EM场贡献顺序地调变显示元素，并且可控制照明器116以顺序地开启至少红色、绿色及蓝色发光组件。例如，控制器112可首先传输第一时序信号以开启蓝色发光组件并将对应于蓝色全息图的第一控制信号传输至显示器114的显示元素。在第一时段内用蓝光照明显示器114上的蓝色全息图之后，控制器112可传输第二时序信号以开启绿色发光组件并将对应于绿色全息图的第二控制信号传输至显示器114的显示元素。在第二时段内用绿光照明显示器114上的绿色全息图之后，控制器112可传输第三时序信号以开启红色发光组件并将对应于红色全息图的第三控制信号传输至显示器114的显示元素。在第三时段内用红光照明显示器114上的红色全息图之后，控制器112可重复上述步骤。取决于观看者眼睛中的视觉效果的时间相干性，三种色彩可在眼睛中组合以呈现全彩。在一些情况下，照明器116在显示影像(或全息重建)的状态改变期间关闭并且在有效影像(或全息重建)被呈现一时段时开启。此亦可取决于视觉的时间相干性来使影像(或全息重建)显得稳定。
在一些实施方案中，显示器114具有小至足以衍射可见光的分辨率，例如，具有0.5μm或更小数量级的分辨率。照明器116可包括单一白光源，并且所发射的白光可由显示器114衍射为不同色彩以用于全息重建。
如下针对图5A至图5K进一步所详述，可存在针对系统100的不同配置。显示器114可为反射式或透射式。显示器114可具有各种大小，该大小具有自小尺度(例如，一侧为1至10cm)至大尺度(例如，一侧为100至1000cm)的范围。来自照明器116的照明可来自显示器114的前部(例如，对于反射式或透射反射式显示器)或来自显示器114的后部(例如，对于透射式显示器)。全息显示设备110可横越显示器114提供均匀照明。在一些实施方案中，如图5D至图5G所示的光波导可用于使显示器114的表面照明均匀。在一些实例中，控制器112、照明器116及显示器114可一起整合为单一单元。整合的单一单元可包括例如控制器112中的全息渲染器130。
在一些实施方案中，光学衍射装置，例如如图5H至图5K所示的场光栅装置或光导装置，可被配置为将光自照明器116衍射至显示器114中，且显示器114可接着将光衍射至观看者眼睛。在一些实例中，来自照明器116的光可自一侧以大入射角入射于光学衍射装置上，使得照明器116并不阻挡观看者对显示器114的观看。在一些实例中，来自光学衍射装置的衍射光可以近正入射角衍射至显示器中，使得光可相对均匀地照明显示器且以减少(例如，最小化)的损失衍射至观看者眼睛。
图1B示出实例全息显示设备150的示意图。全息显示设备150可类似于图1A的全息显示设备110。全息显示设备150包括计算架构152及显示器156。计算架构152可类似于图1A的控制器112。计算架构152可包括并行计算核心154的数组。计算核心可经由通信连接159(例如，USB-C连接或任何其他高速串行(或并列)连接)连接至邻近计算核心。连接159可包括在数据分配网络中，通过该数据分配网络，可在计算核心154之间分配场景数据151(例如，场景基元)。
显示器156可类似于图1A的显示器114，且可包括位于背板158上的显示元素160的数组。显示元素160可配置在背板158的前侧上，且计算核心154可配置在背板158的背侧上。背板158可为基板，例如晶圆。计算核心154可与显示器156在同一基板上或结合至显示器156的背侧。
每一计算核心154可连接至显示元素160的各别图块(tile)(或数组)。每一计算核心154可被配置为与一或多个其他计算核心并行地对场景数据151中的数个基元中的各别基元执行计算。在一些实例中，计算核心154被配置为计算每一各别基元对显示元素160的数组中的每一显示元素的EM场贡献，并且产生数个基元对显示元素160的各别图块中的每一显示元素的EM场贡献总和。计算核心154可自计算核心154的数组中的其他计算核心接收所计算的数个基元中的其他基元对显示元素160的各别图块中的每一显示元素的EM场贡献，并且基于接收到的所计算的EM场贡献来产生EM场贡献总和。计算核心154可产生针对显示元素的各别图块中的每一显示元素的控制信号以基于对显示元素的EM场贡献总和来调变显示元素160的各别图块中的每一显示元素的至少一个性质。
如上所述，计算架构152亦可例如响应于判定针对数个基元对每一显示元素的EM场贡献总和的计算已经完成而产生对照明器162的控制信号。照明器162发射输入光153以照明经调变显示元素160，且输入光153被经调变显示元素160衍射以形成对应于场景数据151的体积光场，例如，全息光场155。
如图1B所示，显示元素160的图块可互连成为较大显示器。对应地，计算核心154可互连以进行数据通信及分配。注意，在对任何给定两个显示元素之间的全息计算中变化的参数为显示元素的实体位置。因此，计算全息图的任务可在对应计算核心154之间相等地分担，并且整个显示器150可以与单一图块相同的速度操作，即，与图块数量无关。
图1C示出用于在3D空间中显示对象的例示性系统170。系统170可包括例如图1A的计算装置102的计算装置，及例如图1A的全息显示器110或图1B的全息显示器150的全息显示设备172。用户可使用输入设备(例如，键盘174及/或鼠标176)来操作系统170。例如，用户可通过计算装置建立用于2D对象178及3D对象180的CG模型。计算装置或全息显示设备172可包括全息渲染器，例如，图1A的全息渲染器130，以渲染CG模型从而产生用于2D对象178及3D对象180的对应图形数据。图形数据可包括与对象178及180对应的基元清单的各别基元数据。
全息显示设备172可包括控制器，例如图1A的控制器112或图1B控制器152，以及显示器173，例如图1A的显示器114或图1B的显示器156。控制器可计算基元对显示器173的每一显示元素的各别EM场贡献总和，并且基于该各别EM场贡献总和来产生用于调变每一显示元素的控制信号。全息显示设备172亦可包括照明器，例如，图1A的照明器116或图1B的照明器162。控制器可产生时序控制信号以启动照明器。当来自照明器的光照明显示器173的表面时，经调变显示元素可促使光在3D空间中传播以形成与针对对象178的2D视图的全息重建及针对3D对象180的全息重建对应的体积光场。因此，对象178的2D视图及对象180的3D全息重建被显示为漂浮在显示器173前方、在显示器173后方或跨越显示器173的3D空间中的各别全息重建。
在一些实施方案中，计算装置将非基于基元的数据(例如，记录的光场视频)传输至全息显示设备172。全息显示设备172可计算及产生对应全息图(例如，一系列顺序全息图)以显示为3D空间中的对应全息重建。在一些实施方案中，计算装置将CG全息内容与实况全息内容同时传输至全息显示设备172。全息显示设备172亦可计算及产生对应全息图以将内容显示为3D空间中的对应全息重建。
图2示出用于电磁(EM)场计算的例示性配置200。3D空间208中具有包括元素204的数组的显示器202(例如，LCOS装置)及包括点基元206的基元清单。3D空间208包括边界表面210。在3D坐标系统XYZ中，点基元206具有坐标信息(x,y,z)。每一显示元素204相对于其他显示元素204位于一平面中且具有2D位置(u,v)。显示元素204亦具有3D空间中的位置。通过数学点变换，2D位置(u,v)可被变换为3D坐标系统中的六个坐标250。即，显示器202的表面形成边界表面210的一部分。因此，通过界定显示器202的表面处的边界条件而计算的基元列表对显示元素的EM场贡献表示基元对显示元素的总EM场贡献的一部分。可将比例因子(例如，六)乘以对每一显示元素的EM场贡献总和，以获得经缩放的场贡献总和，且可基于经缩放的场贡献总和来调变显示元素。
基元的例示性EM场贡献
基元可用于计算机图形渲染。计算机图形中的每一类型的基元在本文揭示的技术的立式中对应于一种离散数学函数，该离散数学函数界定添加至全息图的图形元素的单一全息基元。每一类型的基元可对应于用于计算对显示元素的EM场贡献的表达式。基元可为点基元、线基元或多边形(例如，三角形)基元。如下所示，可通过计算自对应基元至显示器的显示元素的EM场传播来导出解析式。
图3A示出自点基元304至显示器300的元素302的实例EM传播。在3D坐标系统XYZ中，假设z坐标在显示器300上为0，此意谓在显示器300后方z值为负，而在显示器300前方z值为正。点基元304的坐标为(x,y,z)，且显示元素302的坐标为(u,v,0)。点基元304与显示元素302之间的距离duv可基于其坐标来判定。
点基元304可被视为具有时变振幅的点电荷。根据电磁理论，由此种点电荷产生的电场E可表示为：
Figure BDA0004119101650000321
其中，λ表示EM波的波长，且d表示距点电荷的距离。
因此，显示元素(u,v)处的电场Eu,v可表示为：
Figure BDA0004119101650000322
其中I表示在显示元素处由点基元304贡献的全息基元电场的相对强度。
如以上针对图2所述，显示器300的表面仅形成EM场的边界表面的一部分。比例因子δ可被应用至电场Eu,v以获得显示元素处的针对部分边界进行调整的缩放电场
Figure BDA0004119101650000323
如下：
Figure BDA0004119101650000324
其中
Figure BDA0004119101650000325
图3B示出3D坐标系统XYZ中自线基元306至显示器300的显示元素302的EM传播的实例。如上所述，显示元素302的坐标可为(u,v,0)，其中z＝0。线基元306的两个端点P0及P1的坐标分别为(x0,y0,z0)及(x1,y1,z1)。端点P0与显示元素之间的距离d0可基于其坐标来判定。类似地，端点P1与显示元素之间的距离d1可基于其坐标来判定。两个端点P0与P1之间的距离d01亦可被判定，例如，d01＝d1-d0。
如上所述，线基元可被视为迭加或线性变形，并且作为线性孔径的线基元的对应解析式可作为空间中的分布式Δ函数被获得。该解析式可为作为全息图的连续3D线段之封闭表达式。
图3C示出3D坐标系统XYZ中自三角形基元308至显示器300的显示元素302的实例EM传播。如上所述，显示元素302的坐标可为(u,v,0)，其中z＝0。三角形基元308具有三个端点：P0(x0,y0,z0)、P1(x1,y1,z1)及P2(x2,y2,z2)。显示元素与端点P0、P1及P2之间的距离d0、d1及d2可分别基于其坐标来判定。
类似于图3B中的线基元，三角形基元可被视为空间中的连续孔径，并且可通过积分获得三角形基元对显示元素的EM场贡献的解析式。此可被简化以获得用于高效计算的表达式。
基元的例示性计算
如上所述，例如图1的控制器112的控制器可基于可如上所示判定的解析式来计算基元对显示元素的EM场贡献。例如，如下计算线基元的EM场贡献。
显示器中的每一显示元素具有空间中的实体位置，且每一显示元素相对于其他显示元素位于一平面中。假设显示元素及其控制器如在显示及内存装置中惯常那样布置，则简单的数学点变换可用于基于显示元素在处理器中的逻辑内存地址将给定显示元素的逻辑位置变换为显示元素在空间中的实际实体位置。因此，当显示元素的逻辑内存地址在处理器的逻辑内存空间中循环时，可识别显示器的表面空间中的对应实际实体位置。
作为实例，若显示器在x及y两者上的间距为5μm，则每一逻辑地址增量可沿x方向移动5μm，并且当达到显示器的x分辨率极限时，下一增量将移动回至初始x实体位置并且将y实体位置递增5μm。可假设第三空间坐标z在显示器表面上为零，此意谓负z值在显示器后方，并且正z值在显示器前方。
为了开始线计算，当前显示元素与线基元的两个点中的每一点之间的一种类型的缩放实体距离可被判定为d0及d1。事实上，d0及d1可每一基元计算一次，这是因为针对所有显示元素的距离的每次后续计算为初始值的小扰动。以此方式，该计算在一维中执行。
用于每一基元的实例计算程序可包括以下计算程序代码：
DD＝f(d1,d0),
iscale＝SS*COLOR*Alpha1,
C1＝-2*iscale*sin(DD/2)*sin(Alpha2)*cos(Alpha3),
C2＝-2*iscale*sin(DD/2)*sin(Alpha2)*sin(Alpha4)，
其中，SS、Alpha1、Alpha2、Alpha3及Alpha4为预先计算的常数，COLOR为与基元一起传递的RGB色彩值，并且所有值为纯量、单精度浮点数。正弦及余弦函数两者都可在储存于控制器中的表中被查找，以提高计算效率。
然后，在每一显示元素处，例如在用于显示元素的累加器中针对每一基元累加C1及C2的结果，并且可在针对显示元素的计算结束时将其正规化一次。此时，如上所述，控制器可将第一控制信号传输至显示元素以基于所计算的结果调变显示元素，并将第二控制信号传输至照明器以开启照明器从而发射光。因此，全息重建(或全息光场)对于观看者是可见的。当经调变显示元素被照明时，可使光在三维空间中产生清晰的连续色线。
在一些实施方案中，计算程序代码包括用于例如在程序代码开始时清除累加器中的先前累加的十六进制码。计算程序代码亦可例如在程序代码结束时包括用于将累加器结果储存至用于每一显示元素的各别内存缓冲器中的十六进制码。在一些实施方案中，例如图1A的计算装置102的计算装置在应用程序启动时或在不影响主要显示讯框速率的、在对讯框进行显示之间的间隔时将数个背景或静态基元十六进制码传输至控制器。随后，计算装置可将十六进制码的一或多个组合潜在地连同其他前景或动态基元一起以更高的速率传输至控制器，该控制器可形成对应控制信号以调变显示器的显示元素。
计算程序可比常规2D显示技术中最有效的线绘制例程更简单且更快几个数量级。此外，该计算算法随显示元素的数量线性地缩放。因此，将控制器的计算单元缩放为2D网络连接处理系统可跟上显示器的表面积增加的计算需要。
例示性计算实施方案
例如图1A的控制器112的马克士威全息控制器可基于可如上所示判定的解析式来计算基元对显示元素的EM场贡献。控制器可在例如ASIC、FPGA或GPU或者其任意组合中实施。
在现代GPU管线中，GPU进行几何图形以及顶点及片段着色程序的描述以产生至一或多个输出影像表面(称为渲染目标)的色彩及深度像素输出。该程序涉及信息的爆炸性扇出(explosive fan-out)，其中几何结构被扩展至着色片段，随后进行可见度测试以选择是否需要对此等片段中的每一者做些工作。片段为含有着色该样本点所涉及的所有信息(例如，三角形的重心坐标、内插值(如色彩或纹理坐标)、表面导数等)的记录。建立此等记录然后拒绝对最终影像没有贡献的此等记录的程序为可见度测试。通过了可见度测试的片段可被封装至由着色器引擎并行执行的称为波前(wavefront)或翘曲(warp)的工作组中。此等会产生输出值，该输出值被写回至内存作为像素值，准备好用于显示，或用作输入纹理以用于稍后的渲染通道。
在马克士威全息术中，渲染程序可被显著简化。在马克士威全息计算中，每一基元可对每一显示元素做出贡献。不需要将几何结构扩展至像素，并且不需要在包装波前(packing wavefronts)的前应用可见度测试。此亦可去除对马克士威全息管线之间的决策或通信的需要，并且允许计算成为具有数个可能解的并行问题，每一解被调谐为速度、成本、大小或能量优化。图形管线显著更短，具有较少的中间步骤、没有数据复制或移动、以及具有较少的决策，从而使得起始绘制与结果准备好显示之间的潜时较低。此可允许马克士威全息渲染建立极低潜时的显示。如下所述，此可允许马克士威全息计算例如通过使用马克士威全息管线中的定点数来提高精度，并且例如通过优化数学函数来优化计算速度。
使用定点数
当计算每一基元在每一显示元素(或「相位单元(phasel)」)处的EM贡献时，中间计算涉及产生非常大的数值。此等大数值涉及特殊处置，这是因为其在计算期间亦需要保留小数部分。
浮点值具有以下缺点：其接近原点(在数在线为零)最精确并且当远离原点移动时每两次幂损失一位精度。对于接近[-1,1]范围的数值，浮点值的精度可较高，但一旦达到数千万的数值，例如达到单精度32位IEEE-754浮点值没有剩余小数字的程度，就使用整个有效数(又称为尾数)来表示值的整数部分。然而，马克士威全息术特别感兴趣保留的是大数值的小数部分。
在一些情况下，在马克士威全息计算中使用定点数。定点数表示为小数点不视情况而改变的数值。通过选择用于数值的整数及小数部分的正确位数，可获得相同数量的小数字元，而不管数值的量值如何。定点数表示为具有隐式比例因子的整数，例如，在具有8个小数字元的16位固定点值中，14.375可表示为数值3680(负二进制为000011100100000)。此亦可表示为「无正负号16.8」定点数，或简称为u16.8。负数可具有一个额外符号位并且以「2s补码(2s compliment)」格式储存。以此方式可大大提高计算的精度。
数学函数的优化
如上所示，马克士威全息计算涉及使用超越数学函数，例如，正弦、余弦、反正切等。在CPU中，此等函数被实施为可使用专用CPU指令的浮点库函数，或在GPU上被实施为GPU中的浮点单元。此等函数被写为将自变量作为浮点数，且以相同的浮点表示传回结果。此等函数被建置以使对于一般情况，其在浮点数精确的情况下此等函数是精确的、被正确地舍位并且处理浮点数表示中的每一边缘情况(+/-无穷大、非数值、带正负号的零及非正规浮点数)。
在马克士威全息计算中，利用定点表示，不需要使用非正规浮点数用于渐进式下溢，不需要处置来自如除以0的运算的非数值，不需要更改浮点舍位模式，并且不需要引起操作系统的浮点异常。所有此等允许简化(及/或优化)超越数学函数，例如，如下所述。
在一些情况下，可进行优化以便以一种固定点格式获取自变量并将该值传回至不同的精度位准，例如，输入s28.12及输出s15.14。在计算为数千万的大值的正弦时，此可能是特别期望的，输入自变量可较大，但输出可仅需要表示值范围[-1,1]，或者取任何值但传回范围[-π/2,π/2]中的值的反正切。
在一些情况下，取决于所涉及的输入范围，可进行优化以自由地将超越函数实施为完全枚举的查找表、实施为内插表、实施为基于半表的多项式函数，或实施为基于半表的完全极小极大多项式。该优化亦允许应用处理较大输入的特定范围缩小方法，通用GPU管线计算可由于速度而跳过该方法。
在一些情况下，另一优化可为将三角计算自范围[-π,π]变换成范围[-1,1]中的带正负号的2补码表示，其具有不需要代价高的模2π除法运算的优点。
遮挡的例示性实施方案
遮挡通常被视为计算机图形中的重要难题，并且在计算全息术中甚至更是如此。这是因为，在至少一些情况下，虽然投影CGI中的遮挡问题是静态的，但在全息系统中什么是隐藏的及什么是可见的取决于观看者的位置、定向及方向。已开发了G-S全息术或其衍生物的波方法以解决全息遮挡。然而，在G-S方法中，将来自位于场景中其他部分后方的部分的贡献掩蔽或阻挡可能非常复杂且计算成本高。
在马克士威全息术中，可相对容易地解决遮挡问题，这是因为哪些显示元素(例如，相位单元)对应于哪些基元是完全确定性的并且是细微的。例如，当执行针对给定基元的计算时，可判定给定显示元素是否对给定基元的重建做出贡献。在判定数个显示元素由于遮挡而对给定基元无贡献之后，在计算对该数个显示元素中的一者的EM贡献的总和时，将来自该给定基元的EM贡献自对该数个显示元素中的该一者的EM贡献的总和的计算中略去。
仅用于说明，图3D至图3F展示判定在线基元作为遮挡物的情况下未对给定基元(图3D中的点、图3E中的线及图3F中的三角形)做出贡献的显示元素。线基元的起始点为O1，结束点为O2。
如图3D所示，点基元P0在遮挡物后方并且更靠近显示器。通过延伸连接O1-P0及O2-P0的线，判定显示器中对点基元P0的重建无贡献的显示元素的范围D1至D2。
在一些实例中，O1、O2及P0的坐标信息是已知的，例如，储存在由GPU(例如，图1A的GPU108)在将场景传输至马克士威全息控制器(例如，图1A的控制器112)之前计算的「Z」缓冲器中。例如，在y＝0的xZ平面中，坐标信息可为O1(Ox1,Oz1)、O2(Ox2,Oz2)及P0(Px,Pz)，其中Oz1＝Oz2＝Oz。基于该坐标信息，可将D1及D2的坐标信息判定为：
Dx1＝ Px + ρ (Px - Ox2), Dx2＝ Dx1 + ρ (Ox2 - Ox1)  (4)，
其中ρ＝Pz/(Oz-Pz)，并且Dz1＝Dz2＝0。
除了用于点基元P0的Z缓冲器中的信息之外，D1及D2的信息亦可作为额外信息储存在用于马克士威全息控制器的「S」缓冲器中。以此方式，额外信息可用以简单地掩蔽特定显示元素(在自D1至D2的范围内)对编索引的基元列表中的特定基元P0的贡献。
图3E示出对遮挡物在线基元之前(或前方)的情况下特定显示元素如何对线基元做出贡献的判定。通过将特定显示元素D0连接至遮挡物的起始点O1及结束点O2，线基元上的两个点基元P1及P2被判定为交点。因此，特定显示元素D0对线基元上自P1至P2的线基元部分的重建无贡献。因而，当计算对特定显示元素D0的EM贡献的总和时，不计算来自线基元的P1-P2部分的EM贡献。
此可以两种方式实施。在第一方式中，通过考虑来自遮挡物的遮挡，将P0-P1部分及P2-Pn部分对特定显示元素D0的EM贡献相加作为线基元对特定显示元素D0的EM贡献。在第二方式中，计算来自整个线基元P0-Pn的EM贡献以及来自P1-P2部分的EM贡献，且通过考虑来自遮挡物的遮挡，两个计算出的EM贡献之差可被视为线基元对特定显示元素D0的EM贡献。P1及P2或者P1-P2部分的坐标信息可作为对特定显示元素D0无贡献的线基元部分，连同遮挡物的信息及GPU的「Z」缓冲器中的其他信息一起被储存在马克士威全息控制器的「S」缓冲器中。
图3F示出对遮挡物在三角形基元之前的情况下特定显示元素如何对三角形基元做出贡献的判定。通过将特定显示元素D0连接至遮挡物的起始点O1及结束点O2，三角形基元的侧上的四个点基元P1、P2、P3及P4被判定为交点。因此，特定显示元素D0对三角形基元的被点P1、P2、P3、P4、PC围封的部分的重建无贡献。因而，当计算对特定显示元素D0的EM贡献的总和时，不计算来自三角形基元的P1-P2-P3-P4-PC部分的EM贡献。即，通过考虑遮挡物的遮挡，仅将来自由点PA、P1及P2形成的第一三角形及由点PB、P3及P4形成的第二三角形的EM贡献相加作为三角形基元PA-PB-PC的EM贡献。P1、P2、P3及P4或者三角形基元PA-P1-P2及PB-P3-P4的坐标信息可作为三角形基元PA-PB-PC的对特定显示元素D0做出贡献的部分，连同遮挡物的信息及GPU的「Z」缓冲器中的其他信息一起被储存在马克士威全息控制器的「S」缓冲器中。
马克士威全息术中遮挡的实施方案使得能够将GPU中的「Z」缓冲器转换成马克士威全息控制器中的「S」缓冲器，并且可掩蔽编索引的基元列表中的特定基元(或基元的特定部分)对特定显示元素的贡献。此不仅提供了精确、实体上正确的遮挡，亦节省了计算时间，这是因为对给定显示元素无贡献的基元可被忽略且计算可继续用于针对下一显示元素的计算。「S」缓冲器可含有与显示器的衍射效率相关的额外信息。
「S」缓冲器亦可包括渲染特征，如全息镜面高光，其中表面的反射率取决于视角。在传统CGI中，镜面高光仅依赖于所渲染的物件的定向，而在马克士威全息背景下，观看对象的方向亦起到了作用。因此，几何镜面信息可作为加法(镜面)而非减法(遮挡)贡献被编码在「S」缓冲器中。在马克士威全息术中，全息镜面高光的数学运算可与全息遮挡的数学运算实质上相同。
拼接的例示性实施方案
当光照明用来自3D对象的基元列表的EM贡献进行调变的显示器时，经调变显示器致使光沿不同方向传播以形成与基元对应的体积光场。体积光场为马克士威全息重建。3D对象中的两个邻近基元(例如，两个三角形基元)具有共享侧(例如边缘或表面)。在重建期间，可能引起拼接问题，其中共享侧的光强度可能由于两个邻近基元的单独重建而加倍。此可能影响重建的3D对象的外观。
为了解决马克士威全息术中的拼接问题，如图3G所示，邻近基元可被缩小预定因子，使得可在邻近基元之间形成间隙。在一些情况下，并非缩小两个邻近基元，而是仅缩小一个基元或基元的一部分。例如，三角形基元中的线可缩小以与另一三角形基元分开。在一些情况下，缩放可包括利用不同的预定因子缩放基元的不同部分。缩放可被设计成使得间隙足够大以最小化邻近基元的拼接问题，并且足够小以使重建的3D对象无缝地出现。预定因子可基于显示器的信息及观看者的信息(例如，全息光场的最大空间分辨率，及在全部或部分地出现于显示器后方的基元的部分的情况下，自观看者至该基元的该部分的最小距离)来判定。
在一些情况下，缩放操作可应用于自全息渲染器(例如，图1A的全息渲染器130)获得的基元的基元数据，并且将基元的经缩放基元数据发送至马克士威全息控制器，例如，图1A的控制器112。在一些情况下，控制器可在计算基元对显示器的显示元素的EM贡献之前对自全息渲染器获得的基元数据执行缩放操作。
纹理映射的例示性实施方案
纹理映像为在计算机图形中开发的技术。基本构思为：拍摄源影像并在CGI系统中将其作为贴花应用至表面，使得能够将细节渲染至场景中而无需添加复杂几何结构。纹理映像可包括用于在CGI系统中建立现实照明及表面效果的技术，并且可泛指将表面数据应用至三角形网格。
在马克士威全息术中，可使用空间中的任意三角形与全息装置上的相位图之间的解析关系来在真实3D中渲染平面着色且亦内插的三角形网格。然而，为了与现代渲染引擎兼容，需要在此等三角形的表面上映像信息的能力。此可能会带来实际问题，此在于该方法的速度源自解析映像的存在，其不容许数据驱动的振幅变化。
离散余弦变换(DCT)为一种影像压缩技术并且可被认为是快速傅立叶变换(FFT)的实数取值版本。DCT取决于将权重指派给给定影像中的余弦谐波的编码-译码程序。编码的结果为权重集合，其中权重的数量等于原始影像中的像素的数量，并且若每一权重用于重建影像，则信息将不会丢失。然而，在许多影像中，可根据权重的小子集进行可接受的重建，从而实施大的压缩比。
DCT在二维中的译码(渲染)程序涉及每一DCT权重及每一目的地像素的加权双重总和(double sum)。此可应用于马克士威全息术以进行纹理映射。在马克士威全息术中，三角形渲染涉及相位空间中的「尖峰」双积分，以判定任何个别相位单元对所论述的三角形的相位贡献。积分可折合成双重总和，其反映了DCT重建中的积分，接着依据DCT权重重新导出解析三角形表达式。马克士威全息计算中的DCT技术的此实施方案使得能够绘制完整的经纹理映像的三角形，从而对经渲染纹理三角形的数据采用影像压缩，并且利用使用诸如JPEG的DCT来自动压缩纹理及影像数据的现有工具集。
在一些实施方案中，为了绘制马克士威全息纹理化三角形，首先计算指定表面上的映像所需的空间分辨率。然后，提供具有该分辨率的纹理，并且获得用角度及原点信息压缩的DCT以在三角形上正确地对其进行定向。然后，三角形的角及DCT权重的列表被包括在编索引的基元列表中并且被发送至马克士威全息控制器。DCT权重可被包括在三角形基元对每一显示元素的EM贡献中。纹理三角形可比平面三角形慢n倍，其中n为与基元一起发送的(非零)DCT权重的数量。可在马克士威全息系统中实施用于「片段着色」的现代技术，其中，DCT编码的步骤替换用于传统投影渲染的滤波步骤。
作为实例，以下表达式展示影像的DCT权重Bpq：
Figure BDA0004119101650000361
其中，
Figure BDA0004119101650000362
M及N为矩形影像的角，(p,q)为DCT项。
通过解码，可如下获得振幅值Amn：
Figure BDA0004119101650000363
其中
Figure BDA0004119101650000364
当计算纹理化三角形基元对显示元素(例如，相位单元)的EM贡献时，具有对应DCT权重
Figure BDA0004119101650000365
的DCT项可包括在如下计算中：
Figure BDA0004119101650000366
其中，X、Y为坐标系统中三角形的角，T对应于三角形基元对显示元素的EM贡献，并且
Figure BDA0004119101650000367
为DCT中非零项Bpq的部分贡献。可通过考虑重建中的信息损失及信息压缩两者来选择(p,q)DCT项的数量。
例示性程序
图4为3D显示对象的例示性程序400的流程图。程序400可由用于显示器的控制器执行。控制器可为图1A的控制器112或图1B的控制器152。显示器可为图1A的显示器114或图1B的显示器156。
获得包括与3D空间中的对象对应的基元的各别基元数据的数据(402)。该数据可自例如图1A的计算装置102的计算装置获得。计算装置可对场景进行处理以产生对应于对象的基元。计算装置可包括渲染器以产生基元的基元数据。在一些实施方案中，控制器本身例如通过渲染场景来产生数据。
基元可包括点基元、线基元或多边形基元中至少一者。基元列表以特定次序编索引，例如，可藉此重建对象。基元数据可包括具有纹理化色彩、梯度色彩或恒定色彩中至少一者的色彩信息。例如，线基元可具有梯度色彩、纹理化色彩或恒定色彩中至少一者。多边形基元亦可具有梯度色彩、纹理化色彩或恒定色彩中至少一者。基元数据亦可包括基元的纹理信息及/或基元的一或多个表面(例如，三角形)上的着色信息。着色信息可包括对基元的一或多个表面上的色彩及/或亮度的调变。基元数据亦可包括基元在3D坐标系统中的各别坐标信息。
显示器可包括数个显示元素，且控制器可包括数个计算单元。可基于基元列表在3D坐标系统中的各别坐标信息来判定每一显示元素在3D坐标系统中的各别坐标信息。例如，显示器与对应于基元的对象之间的距离可为预定的。基于预定距离及基元的坐标信息，可判定显示元素的坐标信息。每一显示元素的各别坐标信息可对应于储存在内存中的针对该元素的逻辑内存地址。以此方式，当控制器在控制器的逻辑内存空间中的用于显示元素的逻辑内存地址中循环时，可识别显示元素在该空间中的对应实际实体位置。
通过在3D坐标系统中计算自每一基元至每一显示元素的EM场传播来判定该基元对该显示元素的EM场贡献(404)。EM场贡献可包括相位贡献或振幅贡献。
如以上针对图3A至图3C所示，可基于显示元素的各别坐标信息及基元的各别坐标信息来判定基元与显示元素之间的至少一个距离。在一些情况下，对于每一基元，该至少一个距离可被仅计算一次。例如，控制器可基于第一基元的各别坐标信息及第一元素的各别坐标信息，判定基元中的第一基元与显示元素中的第一元素之间的第一距离，且基于第一距离及第一元素与第二元素之间的距离判定第一基元与元素中的第二元素之间的第二距离。可基于显示器的多个元素的间距来预先判定第一元素与第二元素之间的距离。
控制器可基于基元的预定表达式及该至少一个距离来判定基元对显示元素的EM场贡献。在一些情况下，如以上针对图3A至图3C所示，预定表达式可通过解析地计算自基元至显示元素的EM场传播来判定。在一些情况下，通过求解马克士威方程式来判定预定表达式。特定言之，可通过提供在显示器的表面处界定的边界条件来求解马克士威方程式。边界条件可包括狄利克雷边界条件或柯西边界条件。基元及显示元素在3D空间中，且显示器的表面形成3D空间的边界表面的一部分。预定表达式可包括包括正弦函数、余弦函数及指数函数的函数中至少一者。在计算期间，控制器可在储存在内存中的表中识别至少一个函数的值，此可提高计算速度。控制器可针对每一基元通过以下方式来判定对每一显示元素的EM场贡献：将判定第一基元对显示元素的第一EM场贡献与判定第二基元对该显示元素的第二EM场贡献并行地进行。
对于每一显示元素，产生基元列表对该显示元素的EM场贡献总和(406)。
在一些实施方案中，控制器判定多个基元对第一显示元素的第一EM场贡献并对针对第一显示元素的第一EM场贡献求和、并且判定多个基元对第二显示元素的第二EM场贡献并对针对第二显示元素的第二EM场贡献求和。控制器可包括数个计算单元。控制器可将由第一计算单元判定第一基元对第一元素的EM场贡献与由第二计算单元判定第二基元对第一元素的EM场贡献并行进行。
在一些实施方案中，控制器判定第一基元对每一显示元素的第一各别EM场贡献并判定第二基元对每一显示元素的第二各别EM场贡献。然后，控制器通过将对该显示元素的第二各别EM场贡献与第一各别EM场贡献相加来累加对该显示元素的EM场贡献。特定言之，控制器可将通过使用第一计算单元来判定第一基元对每一显示元素的第一各别EM场贡献与通过使用第二计算单元来判定第二基元对每一显示元素的第二各别EM场贡献并行进行。
向显示器传输第一控制信号，该第一控制信号用于基于对每一显示元素的场贡献总和来调变该显示元素的至少一个性质(408)。该元素的至少一个性质包括折射率、振幅指数、双折射或迟滞中至少一者。
控制器可针对每一显示元素，基于多个基元对该元素的EM场贡献总和来产生各别控制信号。各别控制信号用于基于多个基元对该元素的EM场贡献总和来调变该元素的至少一个性质。即，第一控制信号包括用于显示元素的各别控制信号。
在一些实例中，显示器由电信号控制。则，各别控制信号可为电信号。例如，LCOS显示器包括将电压作为元素强度被个别地控制的微小电极数组。LCOS显示器可填充有随着施加电压改变而改变其折射率的双折射液晶(LC)调配物。因此，来自控制器的各别控制信号可控制各显示元素的相对折射率，且因此控制穿过显示器或由显示器反射的光的相对相位。
如上所述，显示器表面形成边界表面的一部分。控制器可将比例因子乘以对每一元素的场贡献总和，以获得经缩放的场贡献总和，并基于对该元素的经缩放的场贡献总和来产生各别控制信号。在一些情况下，控制器可正规化对例如所有元素中每一元素的场贡献总和，并且基于对该元素的正规化的场贡献总和产生各别控制信号。
向照明器传输第二控制信号作为用于开启照明器以将光照明在经调变显示器上的控制信号(410)。响应于判定已获得了对每一显示元素的场贡献总和，控制器可产生并传输第二控制信号。由于时间对称性(或能量守恒)，显示器的经调变元素可致使光沿不同方向传播以形成与3D空间中的对象对应的体积光场。体积光场可与马克士威方程式的解对应，马克士威方程式具有由显示器的经调变元素界定的边界条件。
在一些实施方案中，照明器通过内存缓冲器耦接至控制器，该内存缓冲器被配置为控制照明器中的一或多个发光组件的振幅或亮度。用于照明器的内存缓冲器的大小可比用于显示器的内存缓冲器更小。照明器中的发光组件的数量可小于显示器的元素的数量。控制器可被配置为同时启动照明器的一或多个发光组件。
在一些实例中，照明器包括两个或更多个发光组件，每一发光组件被配置为发射具有不同色彩光。控制器可被配置为在第一时段期间用与第一色彩相关联的信息顺序地调变显示器，并在第二顺序时段期间用与第二色彩相关联的信息顺序地调变显示器，并且控制照明器在第一时段期间顺序地开启第一发光组件以发射具有第一色彩光，并且在第二时段期间顺序地开启第二发光组件以发射具有第二色彩光。以此方式，可在3D空间中显示多色对象。
在一些实例中，显示器具有足够小以衍射光的分辨率。照明器可发射白光至显示器中，该显示器可将白光衍射为具有不同色彩光，从而显示多色对象。
例示性系统
图5A至图5K示出用于3D显示的实例系统的实施方案。任一系统可对应于例如图1A的系统100。图5A及图5B展示具有利用前部照明的反射式显示器的实例系统。图5C展示具有利用背部照明的透射式显示器的实例系统。图5D及图5E展示具有利用波导照明的透射式显示器的实例系统。图5F及图5G展示具有利用波导照明的反射式显示器的实例系统。图5H及图5I展示具有使用透射式光栅结构(图5H)及反射式光栅结构(图5I)的利用光学衍射照明的反射式显示器的实例系统。图5J及图5K展示使用反射式光栅结构(图5J)及透射式光栅结构(图5K)的利用光学衍射照明的透射式显示器的实例系统。
图5A示出具有利用前部照明的反射式显示器的系统500。系统500包括计算机502、控制器510(例如，ASIC)、显示器512(例如，LCOS装置)及照明器514。计算机502可为图1A的计算装置102，控制器510可为图1A的控制器112，显示器512可为图1A的显示器114，且照明器514可为图1A的照明器116。
如图5A所示，计算机502包括具有用于渲染对象的场景的渲染器503的应用程序504。所渲染的场景数据由视频驱动器505处理且然后由GPU 506处理。GPU 506可为图1A的GPU 108且可被配置为产生与场景对应的基元清单及各别基元数据。例如，视频驱动器505可被配置为处理所渲染的场景数据且产生基元列表。如上所述，GPU 506可包括常规2D渲染器，例如，图1A的常规2D渲染器120，以将基元渲染为项目列表从而绘制在2D显示器508上。GPU 506或控制器510可包括全息渲染器，例如，图1A的全息渲染器130，以将基元清单渲染为将由显示器512显示的图形数据。
控制器510被配置为自计算机502接收图形数据，计算基元列表对显示器512的每一显示元素的EM场贡献，并产生基元对每一显示元素的各别EM场贡献总和。控制器510可产生对每一显示元素的各别控制信号以调变显示元素的至少一个性质。控制器可通过用于显示器512的内存缓冲器511将各别控制信号传输至显示器512的显示元素。
控制器510亦可产生并传输例如照明时序信号的控制信号以启动照明器514。例如，响应于判定完成了计算基元对显示元素的EM场贡献总和，控制器510可产生并传输控制信号。如上所述，控制器510可经由内存缓冲器向照明器514传输控制信号。内存缓冲器可被配置为控制照明器514中的发光组件的振幅或亮度并且同时或顺序地启动发光组件。
如图5A所示，照明器514可发射准直光束516，该准直光束以0度与几乎±90度之间的范围内的入射角入射在显示器512的前表面上。所发射的光束自显示器512衍射以形成全息光场518，其对应于观看者可看到的对象。
图5B示出具有利用前部照明的另一反射式显示器524的另一系统520。与图5A的系统500相比，系统520具有较大反射式显示器524。为了适应此情形，或出于其他封装或美观原因，显示控制器522被包括在外壳中，该外壳可为照明器526的支撑件或围封体。控制器522类似于图5A的控制器510并且可被配置为自计算机521接收图形数据，计算多个基元对显示器524的每一显示元素的EM场贡献，并且产生多个基元对每一显示元素的各别EM场贡献总和。控制器522接着产生对每一显示元素的各别控制信号以调变显示元素的至少一个性质，并且通过用于显示器524的内存缓冲器523将各别控制信号传输至显示器524的显示元素。
控制器522亦将控制信号传输至照明器526以启动照明器526。照明器526发射发散的或半准直的光束527以覆盖显示器524的整个表面。光束527被经调变显示器524衍射以形成全息光场528。
图5C示出具有利用背部照明的透射式显示器534的系统530。透射式显示器534例如可为大型显示器。系统530包括控制器532，该控制器可类似于图5A的控制器510。控制器532可被配置为自计算机531接收图形数据，计算多个基元对显示器534的每一显示元素的EM场贡献，且产生多个基元对每一显示元素的各别EM场贡献总和。控制器532接着产生对每一显示元素的各别控制信号以调变显示元素的至少一个性质，且通过用于显示器534的内存缓冲器533将各别控制信号传输至显示器534的显示元素。
控制器532亦将控制信号传输至照明器536以启动照明器536。不同于图5A的系统500及图5B的系统520，系统530中的照明器536被定位在显示器534的背表面后方。为了覆盖显示器534的大表面，照明器536发射发散的或半准直的光束535至显示器534的背表面上。光束535透射通过经调变显示器534并由其衍射以形成全息光场538。
图5D示出具有利用波导照明的透射式显示器544的另一系统540。系统540亦包括控制器542及照明器546。控制器542可类似于图5A的控制器510，并且可被配置为自计算机541接收图形数据，对图形数据进行计算，产生用于调变的控制信号并将其传输至显示器544以及产生并传输时序信号，以启动照明器546。
照明器546可包括光源545且包括或光学附接至波导547。自光源545发射的光可例如自波导的侧横截面耦合至波导547。波导547被配置为引导光均匀地照明显示器544的表面。由波导547引导的光入射在显示器544的背表面上并且透射通过显示器544并由其衍射以形成全息光场548。
不同于图5A的系统500、图5B的系统520及图5C的系统530，在系统540中，控制器542、显示器544及波导547被一起整合至单一单元550中。在一些情况下，波导547及光源545可以平面形式整合为主动波导照明器，此可进一步提高单一单元550的整合度。如上所述，单一单元500可与其他类似单元550连接或平铺以形成更大的全息显示设备。
图5E示出具有利用波导照明的另一透射式显示器564的另一系统560。与系统540相比，透射式显示器564可潜在地实施大于透射式显示器544的显示器。例如，透射式显示器564可具有比控制器562大的面积，并且为了适应于此情形，控制器562可远离显示器564定位。系统560包括具有光源565及波导567的照明器566。波导567与显示器564整合，例如，光学附接至显示器564的背表面。在一些实施方案中，显示器564制造于基板的前侧上，且波导567可制造于基板的背侧上。
控制器562可类似于图1A的控制器510并被配置为自计算机561接收图形数据，对图形数据进行计算，产生控制信号并通过内存缓冲器563将其传输至显示器564以及产生并传输时序信号，以启动光源565。自光源565发射的光在波导567中被引导以照明显示器564的背表面且透射通过显示器564并由其衍射以形成全息光场568。
图5F示出具有利用波导照明的反射式显示器574的另一系统570。反射式显示器574例如可为大型显示器。照明器576的波导577定位在反射式显示器574的前表面上。类似于图5A的控制器510的控制器572可被配置为自计算机571接收图形数据，对图形数据进行计算，产生控制信号并通过内存缓冲器573将其传输至显示器574以及产生并传输时序信号，以启动照明器576的光源575。自照明器576的波导577耦合的光被引导以入射在显示器574的前表面上并由显示器574衍射以形成全息光场578。
图5G示出使用波导装置588的具有利用另一类型的波导照明的反射式显示器584的另一系统580。类似于图5A的控制器510的控制器582被配置为产生及传输对应于全息数据(影像及/或视频)的控制信号以用于调变显示器584，且传输时序信号以启动照明器586。照明器586可提供可被准直的一或多种色彩光。波导装置588定位于照明器586及显示器584前方。波导装置588可包括输入耦合器588-1、波导588-2以及输出耦合器588-3。输入耦合器588-1被配置为将来自照明器586的准直光耦合至波导588-2中。光接着经由全内反射在波导588-2内部行进且在波导588-2的端处入射于输出耦合器588-3上。输出耦合器588-3被配置为将光耦合输出至显示器584中。光接着照明显示器584的用对应控制信号调变的显示元素，且由反射式显示器584衍射且通过波导装置588(例如，输出耦合器588-3)反射回(例如，通过显示器584的后镜)，以形成对应于观看者前方的全息数据的全息光场。
在一些实例中，光以垂直于波导装置588及/或反射式显示器584的前表面的角度由输出耦合器588-3耦合输出。在一些实例中，输入耦合器588-1及输出耦合器588-2中的每一者可包括光栅结构，例如，布拉格光栅。输入耦合器588-1及输出耦合器588-2可包括具有不同条纹倾斜角的类似衍射光栅。在一些实例中，照明器586提供单一色彩光，且输入耦合器588-1及输出耦合器588-2包括用于色彩的衍射光栅。在一些实例中，照明器586提供多种色彩光，例如，红色、绿色及蓝色光束，且输入耦合器588-1及输出耦合器588-2可包括分别耦合输入或耦合输出不同色彩光束的三个对应衍射光栅(或具有三个对应衍射光栅的单一层)的多层堆栈。
图5H示出使用光学衍射装置598的具有利用光学衍射照明的反射式显示器594的另一系统590。光学衍射装置598可被视为用于引导光的光导装置。光学衍射装置598可为基于透射式场光栅的结构，其可包括一或多个透射式全息光栅。反射式显示器594可为反射式LCOS装置。类似于图5A的控制器510的控制器592可被配置为自计算机591接收对应于一或多个对象的图形数据，对图形数据执行计算，且产生并传输用于经由内存缓冲器593调变至显示器594的控制信号。控制器592亦可耦接至照明器596且被配置为提供时序信号以启动照明器596以提供光。光接着由光学衍射装置598衍射以入射于显示器594上且接着由显示器594衍射以形成对应于一或多个对象的全息光场599。显示器594可将后镜包括于显示器594的背部上且可将光反射朝向观看者。光学衍射装置598可为光学透明的。照明器596可定位于显示器594下方，其可允许照明器596与系统590的其他组件一起安装或容纳且在观看者的视线下方。
如下文进一步详细地所论述，布拉格选择性允许离轴照明光自光学衍射装置598朝向显示器594衍射，而自显示器594衍射的返回光可接近于同轴且因此为至光学衍射装置598中的光栅的离布拉格，且因此可几乎完美地穿过光学衍射装置598至观看者而不再次由光学衍射装置598中的光栅衍射。在一些实施方案中，来自照明器596的光可自显示器594的一侧以大入射角入射于光学衍射装置598上，使得照明器596并不阻挡观看者的视野且并不侵入全息光场599中。入射角可相对于显示器594的法线为正角或负角。为了说明，入射角呈现为正角。例如，入射角可在70度至90度的范围内，例如在80度至90度的范围内。在特定实例中，入射角为84度。来自光学衍射装置598的衍射光可以近正入射角衍射至显示器594中，使得光可均匀地照明显示器594且可通过光学衍射装置598近垂直地衍射回至观看者眼睛，其中归因于不当反射、衍射及/或在光学衍射装置598的表面内或处散射的功率损失最小化。在一些实例中，自光学衍射装置598至反射式显示器594的衍射角可在-10°(或10度)至10°(或10度)的范围内，例如，自-7°至7°或自5°至7°。在一特定实例中，衍射角为6°。在另一实例中，衍射角为0°。
在一些实施方案中，如图5H所示，光学衍射装置598例如沿着朝向观看者的Z方向配置于反射式显示器594前方。光学衍射装置598可包括定位于基板598-2上的场光栅结构598-1。场光栅结构598-1的背表面面向反射式显示器594的前表面，且场光栅结构598-1的前表面附接至基板598-2。来自照明器596的光可通过基板598-2(例如，自基板598-2的侧表面)入射于场光栅结构598-1的前表面上。例如，基板598-2可具有楔形侧表面，例如如图12C中的另外细节所示，使得在大入射角下的光可具有较少反射损失。
如下文进一步详细地所论述，若衍射结构(例如，全息光栅)的衍射效率小于100％，则以入射角入射的光可由衍射结构衍射成零级及一级。一级的光(或一级光)被衍射结构以朝向显示器的衍射角衍射以在其中再次衍射，从而重建全息光场599。一级亦可被称为一级衍射级。零级的光(或零级光，或非衍射光或非衍射级)是由衍射结构非衍射(或非偏转)且由衍射结构以对应于入射角的角度透射。零级光可引起诸如双重影像的不当效应，例如，在零级光直接或在自光学衍射装置598内的表面反射之后入射于反射式显示器598-1上时。
为了消除不当效应，场光栅结构598-1可与显示器594隔开。在一些实施方案中，场光栅结构598-1的背表面通过间隙与显示器594的前表面隔开。该间隙可具有任何合适距离，例如，1mm。该间隙可填充有空气或任何较低折射率材料以在界面上满足全内反射(TIR)。例如，空气具有比场光栅结构598-1的背层的折射率(例如，n≈1.5)小得多的折射率(例如，n≈1.0)，且因此，当入射角大于临界角(例如，对于n≈1.5，为≈41.8°)时，处于入射角(例如，>70°)的任何残余光可由场光栅结构598-1的背表面全内反射。即，入射角下的残余光无法到达反射式显示器594以引起不当效应。在一些实例中，反射式显示器594的前表面或场光栅结构598-1的背表面中的至少一者用抗反射涂层被处理，该抗反射涂层可实质上减少来自场光栅结构598-1的背部的自反射式显示器594反射回至反射式显示器594的全息光场的一部分，否则该部分可导致其他双重影像。在一些实例中，场光栅结构598-1的背表面可受到额外层(例如玻璃层)保护。
在一些实施方案中，代替用间隙隔开，场光栅结构598-1的背表面可使用中间层附接至反射式显示器594的前表面。中间层可为折射率实质上低于场光栅结构598-1的背层的折射率的光学透明黏着剂(OCA)层，使得可发生全内反射(TIR)且残余零级光可在场光栅结构598-1的中间层与背层之间的界面处全反射回至光学衍射结构598中。
在一些实施方案中，场光栅结构598-1及显示器594可用间隙分离，使得任何残余光无法到达显示器594。该间隙可填充有任何合适透明材料、折射率匹配流体或OCA。在一些实施方案中，场光栅结构598-1可形成于显示器594的覆盖层(例如，防护玻璃罩)中。
在一些情况下，为了通过自场光栅结构598-1的主动区域衍射的光照明反射式显示器594的整个表面，场光栅结构598-1的主动区域可不小于反射式显示器594的整个表面的区域。在一些实施方案中，场光栅结构598-1及反射式显示器594具有矩形形状，其具有沿着X方向的高度及沿着Y方向的宽度。场光栅结构598-1的主动区域可具有不小于反射式显示器594的高度的高度及不小于反射式显示器594的宽度的宽度。若场光栅结构598-1与反射式显示器594之间存在实质间隙，则场光栅结构598-1及基板598-2可被进一步放大，使得可在全息光场599的整个竖直及水平视场(围绕Z轴)上通过光学衍射装置598的前部看到来自反射式显示器594(例如，全息光场599)的光的扩展锥(或截头锥)。基板598-2可比场光栅结构598-1宽且高一点。
当光在例如Z方向的维度上以实质上离轴角入射于场光栅结构598-1上时，光可因彼维度中的入射角的余弦而较窄。来自照明器596的光可具有入射至场光栅结构598-1中的窄矩形形状，其可接着将光扩展至入射至反射式显示器594中的大矩形形状。一或多个光学组件(例如，镜面、棱镜、光学厚块及/或光学填充物)可配置于照明器596、光学衍射结构598及反射式显示器594之间及内，以进一步扩展光且对其带宽进行滤波。在一些实例中，经扩展光可具有稍微小于反射式显示器594的主动区域的光束区域，使得反射式显示器594的经照明区域的边缘及周围区域在朝向观看者的反射或散射中并不可辨。在一些实例中，经扩展光可具有稍微大于反射式显示器594的主动区域的光束区域，使得即使经扩展光的边缘不均匀(例如，由于离开掩蔽边缘的衍射)，反射式显示器594的经照明区域的边缘亦得到充分照明。
在一些实施方案中，控制器592可获得包括对应于三维空间中的对象的多个基元的各别基元数据的图形数据，针对多个基元中的每一者判定对反射式显示器594的多个显示元素中的每一者的电磁(EM)场贡献，针对多个显示元素中的每一者产生多个基元对该显示元素的EM场贡献总和，且针对多个显示元素中的每一者基于对显示元素的EM场贡献总和产生各别控制信号。
在一些实施方案中，照明器596可包括被配置为发射对应色彩光的一或多个色彩发光组件，例如红色、蓝色或绿色雷射(或LED)。光学衍射装置598可被配置为使多个不同色彩光以彼此实质上相同的各别衍射角衍射。各别衍射角中的每一者可在0°至±10°的范围内，例如实质上相同于0°、+或-1°、+或-2°、+或-3°、+或-4°、+或-5°、+或-6°、+或-7°、+或-8°、+或-9°，+或-10°。
在一些实施方案中，控制器592被配置为在一系列时段中用与多个色彩光相关联的信息顺序地调变显示器594。例如，该信息可包括一系列彩色全息图或彩色影像。控制器592可控制照明器596以在一系列时段中的各别时段期间顺序地将多个色彩光中的每一者发射至光学衍射装置598，使得多个色彩光中的每一者由光学衍射装置598衍射至反射式显示器594且由反射式显示器594的经调变显示元素衍射以在各别时段期间形成对应于对象的各别色彩三维全息光场599。取决于观看者眼睛中的视觉效果的时间相干性，可在眼睛中组合多个色彩以得到全色外观。在一些情况下，在显示影像的状态改变(或全息重建)期间，诸如在彩色子讯框之间的黑色插入子讯框期间或在视频源的消隐或重新追踪时段期间，或在LC上升、下降或DC平衡反转转变期间，或在系统暖机期间，或当预期全息光场为完全黑色时，或在校准程序期间，照明器596在不同发光组件当中关闭，或在呈现有效影像(或全息)达一时段时，照明器596开启。此亦可依赖于视觉的持久性以使影像(或全息重建)显得稳定且无闪烁。
若全息光场599的一部分出现在显示器594前方，如由图5H中的光场599-1所示，则全息光场599的彼部分为经重建影像或全息重建的真实部分(亦称为真实影像或真实全息重建)。当观看者看到显示器594前方的光点时，实际上存在自显示器594反射至彼点的光。若光场599的一部分对于观看者而言出现在显示器594后方(或内部)，如由图5H中的光场599-2所示，则全息光场599的彼部分为经重建影像或全息重建的虚拟部分(亦称为虚拟图像或虚拟全息重建)。当观看者看到出现在显示器594后方或内部的光点时，实际上不存在自显示器594衍射至彼虚拟点的光：实情为，自显示器594衍射的光部分似乎起始于彼虚拟点处。
计算机591及/或控制器592可被配置为调整待在显示器594中调变的信息(例如，二维全息图、影像或图案)的计算(例如，通过方程式)，以沿垂直于显示器594的方向(例如，Z方向)来回移动经重建全息光场599。计算可基于全息渲染程序，例如如图2及图3A至图3G所示。在一些情况下，全息光场599可完全在显示器594前方。在一些情况下，全息光场599可似乎全部在显示器594后方。在一些情况下，如图5H所示，全息光场可具有在显示器594前方的一个部分，例如真实部分599-1，及出现为在显示器后方的另一部分，例如虚拟部分599-2。即，光场599可似乎跨越显示器594的表面，此可称为影像规划。
光学衍射装置598可以不同配置而实施。在一些实施方案中，光学衍射装置598包括例如如图7A、图7B及图8所示的用于特定色彩的全息光栅，例如布拉格光栅，且全息光场599可对应于特定色彩。在一些实施方案中，光学衍射装置598包括用于单一记录层中的不同色彩的多个全息光栅，例如如图7C、图7D及图7E所示。
在一些实施方案中，光学衍射装置598包括用于不同记录层中的不同色彩的多个全息光栅，例如如图9A至图12C所示。如图7F所示，用于特定色彩光栅可不仅衍射特定色彩光，而且衍射其他色彩光，此可引起不同色彩之间的串扰。在一些实例中，如下文关于图9A至图10B的其他细节所描述，光学衍射装置598可包括具有一或多个色彩选择性偏振器的多个全息光栅，以抑制(例如消除或最小化)色彩串扰。在一些实例中，如下文关于图11至图12C的其他细节所描述，光学衍射装置598可包括具有用于以各别入射角入射的不同色彩光的一或多个反射层的多个全息光栅，以抑制色彩串扰及零级光。在一些实例中，光学衍射装置598可包括具有一或多个色彩选择性偏振器的多个全息光栅，例如如图9A至图10B所示，及一或多个反射层，例如如图11至图12C所示，以抑制色彩串扰及零级衍射。可针对单一色彩或多种色彩来配置低选择性偏振器中的每一者。可针对单一色彩或多种色彩来配置反射层中的每一者。
图5I示出使用光学衍射装置598A的具有利用光学衍射照明的反射式显示器594A的另一系统590A。反射式显示器594A可与图5H的反射式显示器594相同。不同于图5H的系统590的光学衍射装置598，系统590A的光学衍射装置598A具有基于反射式场光栅的结构，其可包括反射式场光栅结构598-1A及基板598-2A。基板598-2A可为玻璃基板。反射式场光栅结构598-1A可包括用于一或多种不同色彩的一或多个反射式全息光栅。反射式场光栅结构598-1A配置于基板598-2A的前表面上，例如沿着Z方向。照明器596配置于反射式场光栅结构598-1A后方且被配置为使光以大入射角照明在反射式场光栅结构598-1A上。光衍射回(沿着-Z方向)至反射式显示器594A，该反射式显示器进一步使光通过光学衍射装置598A衍射回以形成全息光场599。
图5J示出使用光学衍射装置598B的具有利用光学衍射照明的透射式显示器594B的另一系统590B。透射式显示器594B可与图5C的透射式显示器534、图5D的透射式显示器544或图5E的透射式显示器564相同。类似于图5I的光学衍射结构598A，光学衍射结构598B可为基于反射式场光栅的结构，其可包括反射式场光栅结构598-1B及基板598-2B。基板598-2B可为玻璃基板。反射式场光栅结构598-1B可包括用于一或多种不同色彩的一或多个反射式全息光栅。不同于图5I的光学衍射结构598A，光学衍射结构598B中的反射式场光栅结构598-1B配置于基板598-2B的背表面上。照明器596配置于反射式场光栅结构598-1B之前且被配置为使光以大入射角照明在反射式场光栅结构598-1B上。光衍射回(沿着-Z方向)至透射式显示器594B，该透射式显示器进一步衍射光以形成全息光场599。
图5K示出使用光学衍射装置598C的具有利用光学衍射照明的透射式显示器594C的另一系统590C。透射式显示器594C可与图5J的透射式显示器594C相同。类似于图5H的光学衍射结构598，光学衍射结构598C可为基于透射式场光栅的结构，其可包括透射式场光栅结构598-1C及基板598-2C。基板598-2C可为玻璃基板。透射式场光栅结构598-1C可包括用于一或多种不同色彩的一或多个透射式全息光栅。不同于图5H的光学衍射结构598，光学衍射结构598C中的透射式场光栅结构598-1C配置于基板598-2C的前表面上。照明器596配置于透射式场光栅结构598-1C后方且被配置为使光以大入射角照明在透射式场光栅结构598-1C上。光向前衍射(沿着+Z方向)至透射式显示器594C，该透射式显示器进一步衍射光以形成全息光场599。
如上文所论述，图5H至图5K展示反射式/透射式显示器与基于反射式/透射式场光栅的光学衍射装置的不同组合。在一些情况下，若光聚合物尚未由其固有结构或额外玻璃层保护，则将光学衍射装置置放于显示器的后侧上可为光聚合物提供更好的保护。在一些情况下，透射式光栅可在机械及光学上更接近于显示器，且相比于自反射式光栅，自透射式光栅至显示器的光可行进较短距离，此可减少对准、覆盖、分散及/或散射问题。在一些情况下，透射式光栅相比于反射式光栅可具有较大波长容许度及较小角度容许度。在一些情况下，透射式光栅可较不可能朝向观看者(例如，天花板灯及经照明键盘)镜像处理环境照明。在一些情况下，在透射式显示器的情况下，观看者可更接近于显示器，且全息光场可经投影为更接近于显示器。在一些情况下，对于透射式显示器，用于透射式显示器的玻璃基板可具有高达>100"对角线的经证实制造能力，其中对于电影院及建筑大小而言，具有近无缝平铺。在一些情况下，反射式及透射反射式显示器可将控制器(例如，马克士威全息术电路)嵌入于显示元素后方，且透射式显示器可将控制器或电路并入于像素间(或相位单元间)间隙后方。在一些情况下，反射式及透射反射式显示器可使光能够双通显示元素(例如，液晶材料)，且可具有使用穿过液晶材料的单通的透射式显示器的折射率改变的两倍。透射反射式显示器可表示具有反射透射光的光学层的显示器。
实例显示器实施方案
如上所述，马克士威全息术中的显示器可为相位调变装置。显示器的相位元素(或显示元素)可表示为相位单元。仅出于说明目的，在下面论述了硅上液晶(LCOS)装置以用作相位调变装置。LCOS装置为使用硅背板顶部的液晶(LC)层的显示器。LCOS装置可被优化以达成最小可能的相位单元间距(phasel pitch)、相位单元之间的最小串扰及/或较大的可用相位调变或迟滞(例如，至少2π)。
可控制参数列表以优化LCOS装置的效能，包括LC混合物的双折射(Δn)、胞元间隙(d)、LC混合物的介电异向性(Δε)、LC混合物的旋转黏度(η)，及硅背板与LC层顶部上的共同电极之间的最大施加电压(V)。
液晶材料及结构的参数之间可存在基本取舍(trade-off)。例如，基本定界参数为可用的相位调变或迟滞(Re)，其可被表示为：
Re ＝ 4π·Δn ·d / λ      (8)，
其中，λ为输入光的波长。若对于波长为约0.633μm的红光，迟滞Re需要为至少2π，则
Δn ·d ≥ 0.317 μm     (9)。
以上表达式暗示：对于任何给定波长(λ)，在LC混合物的胞元间隙(d)与双折射(Δn)之间存在直接取舍。
另一定界参数为在施加电压之后液晶(LC)层中的LC分子达到期望定向所花费的切换速度或切换时间(T)。例如，对于使用3色场顺序色彩系统的实时视频(约60Hz)，涉及对LC层的最小为180Hz的调变，此使得LC切换速度的上限为5.6毫秒(ms)。切换时间(T)与包括液晶混合物、胞元间隙、操作温度及施加电压的数个参数相关。首先，T与d2成比例。随着胞元间隙d减小，切换时间随d的平方减小。其次，切换时间亦与液晶(LC)混合物的介电异向性(Δε)相关，其中较高介电异向性导致较短切换时间，并且较低黏度(其可为温度相依的)亦导致较短切换时间。
第三定界参数可为边缘场。由于晶体硅的高电子迁移率，LCOS装置可被制造成具有非常小的相位单元大小(例如，小于10μm)且具有亚微米相位单元间间隙。当邻近相位单元在不同电压下操作时，相位单元边缘附近的LC指向矢被边缘场的横向分量扭曲，此显著地降低了装置的电光效能。此外，随着相位单元间隙变得与入射光波长相当，衍射效应可引起严重的光损失。相位单元间隙可能需要保持为小于或等于相位单元间距以将相位噪声保持在可接受的位准内。
在一些实例中，若遵守边缘场定界条件，则LCOS装置被设计成具有2μm的相位单元间距及约2μm的胞元间隙。根据上述表达式Δn·d≥0.317μm，因此Δn需要等于0.1585或更大，此可使用当前液晶技术来达成。一旦判定针对给定相位单元间距的最小双折射，LC就可例如通过增大介电异向性及/或减小旋转黏度而针对切换速度进行优化。
显示器的非均匀相位单元实施方案
在LCOS装置中，电路芯片(例如，互补金属氧化物半导体(CMOS)芯片或等同物)控制埋入在芯片表面下方的反射金属电极上的电压，每一反射金属电极控制一个相位单元。所有相位单元的共同电极由LCOS防护玻璃罩上的铟锡氧化物制成的透明导电层供应。相位单元可具有相同大小及相同形状(例如，正方形)。例如，芯片可具有1024x768(或4096x2160)个相位单元，每一相位单元具有可独立寻址的电压。如上所述，当相位单元间间隙变得与入射光波长相当时，由于LCOS装置的周期性结构而可能出现衍射效应，此可能导致严重的光损失及衍射光中的强的周期性结构。
在马克士威全息计算中，每一相位单元自每一基元接收EM贡献总和并且彼此相对独立。因此，马克士威全息术中的LCOS装置的相位单元可被设计为彼此不同。例如，如图6A所示，LCOS装置600可由数个非均匀(或不规则)相位单元602制成。至少两个相位单元602具有不同形状。相位单元602的非均匀形状可极大地减小或消除衍射像差(例如，由于衍射光中的周期性结构)以及其他效应，并因此改良影像质量。尽管相位单元可具有非均匀形状，但相位单元可被设计为具有平均值(例如，约3μm)满足期望空间分辨率的大小分布。硅背板可被配置为根据相位单元的形状提供用于每一相位单元的各别电路(例如，包括金属电极)。
在LCOS装置中的相位单元数组中，为了选择特定相位单元，向连接包括特定相位单元的相位单元列的字线施加第一电压，并且向连接包括特定相位单元的相位单元行的位线施加第二电压。由于每一相位单元具有电阻及/或电容，因此LCOS装置的操作速度可受到此等电压的切换(或上升及下降时间)限制。
如上所述，在马克士威全息术中，相位单元可具有不同大小。如图6B所示，LCOS装置650被设计为具有一或多个相位单元654，相位单元654的大小大于其他相位单元652的大小。所有相位单元仍可具有满足期望分辨率的大小分布。例如，99％的相位单元的大小为3μm，且仅1％的相位单元的大小为6μm。除了与相位单元652中相同的其他电路之外，相位单元654的较大大小亦允许将至少一个缓冲器660配置在相位单元654中。缓冲器660被配置为缓冲施加电压，使得电压仅被施加至相位单元列或相位单元行内的较小数量的相位单元。缓冲器660可为模拟电路(例如，由晶体管制成)或数字电路(例如，由数个逻辑闸制成)或者其任何组合。
例如，如图6B所示，将电压施加至字线651且将另一电压施加至位线653以选择特定相位单元652*。相位单元652*与包括缓冲器660的较大相位单元654在同一列中。电压主要施加至列中较大相位单元654之前的第一数量的相位单元，且被较大相位单元654中的缓冲器660阻挡。以此方式，LCOS装置650的操作速度可被提高。利用相位单元654的较大大小，其他电路亦可被配置在LCOS装置650中以进一步提高LCOS装置650的效能。虽然图6B中的相位单元654及相位单元652具有正方形形状，但相位单元亦可具有如图6A所示的不同形状，只要一或多个相位单元654的大小大于其他相位单元652的大小即可。
例示性校准
本发明中的马克士威全息术的独特性质允许保护校准技术，此等技术可在高质量显示器的实际生产中产生显著的竞争优势。可实施数种校准技术以与马克士威全息计算技术组合，包括：
(i)结合狄利克雷边界条件调变器及/或结合机械及软件衍射及非衍射校准技术使用影像传感器或光场；
(ii)软件对准及软件校准，包括利用狄利克雷边界条件调变器的个别色彩校准及对准；以及
(iii)在边界条件调变器中嵌入硅特征，该硅特征允许将光检测(包括功率及色彩)及/或测温术直接建置至调变器中，使得与马克士威全息术结合时建立简化制造校准程序的强大且独特的方法。
在下文中，仅出于说明目的，针对基于相位的显示器(例如，LCOS显示器)实施三种类型的校准。每一相位元素可表示为相位单元。
相位校准
添加至照射在LCOS相位元素(或相位单元)上的光的相位量可通过施加至LCOS相位单元的电压直接得知。这是由于双折射液晶(LC)在存在电场的情况下旋转并且因此改变其折射率从而减慢光以改变其相位。改变的相位可取决于液晶(LC)及LC所在的硅装置的电特性。发送至LCOS的数字信号需要被变换成正确的模拟电压以达成高质量全息影像。LCOS装置涉及相位校准，以确保数字信号被适当地变换成施加至LC的模拟信号，使得其产生最大量的相位范围。预期此转换导致线性行为。即，当电压以固定增量改变时，相位亦以固定增量改变，而不管起始电压值如何。
在一些情况下，LCOS装置允许用户更改数字至模拟转换器(DAC)，使得使用者在给定数位输入信号的情况下对模拟电压输出的量进行控制。数字电位计可应用于每一输入位。例如，若存在8个输入位，则可存在对应于每一输入位的8个数字电位计。来自数字电位计的相同数字输入可被施加至LCOS装置的所有相位单元。设定为「1」的位启动电压，且设定为「0」的位不启动电压。来自此类「1」位的所有电压一起求和以获得发送至每一相位单元的最终电压。亦可能在所有情况下施加DC电压，使得所有「0」位导致基线非零电压。因此，LCOS装置的相位校准可通过设定用于LCOS装置的数字电位计的值来实施。例如，如上所述，控制器可计算基元清单对显示器的每一相位单元的EM场贡献，产生多个基元对每一相位单元的各别EM场贡献总和，并产生对每一相位单元的各别控制信号以对相位单元的相位进行调变。来自数字电位计的相同数字输入可被施加以调整对LCOS装置的所有相位单元的各别控制信号，此与基于逐相位单元的相位校准不同。数字输入可在LCOS装置的操作期间被设定一次，例如用于显示全息图。
为了判定数位输入的一组最佳相位校准值，可应用遗传算法，其中多个输入值导致一个输出值，如相位范围或全息影像对比度。该输出值可被简化为一个称为适应度的数值。遗传算法可被配置为探索输入值的不同组合，直至其达成具有最高适应度的输出。在一些情况下，该算法可采用最适应的输入中的两者或更多者，并将其数个构成值组合在一起以建立具有采用的输入的特性但又不同于每一采用的输入的新输入。在一些情况下，该算法可将此等构成值中的一者更改为不来自所采用的适应输入中的任一者的某值，其被表示为「变异」并且可将变体添加至可用的适应输入中。在一些情况下，在尝试新值的同时，通过利用自具有良好结果的先前量测获得的知识，可找到一或多个最佳值，因此最佳值不限于局部最大值。
可存在多种方式来计算适应度输出值。一种方式是在给定施加至LCOS上的所有相位单元的一组数字输入的情况下计算光的相位变化。在此方案中，入射光可偏振。当照射在LCOS上时，入射光的偏振可根据LC的旋转而改变。入射光可被衍射回通过被设定为与原始偏振相同的偏振或与原始偏振相差90度的偏振的另一偏振器，然后进入光检测器。因此，当LC旋转改变时，自光检测器观看到的强度可改变。因而，可通过光的强度变化间接感知光的相位变化。计算相位变化的另一方式是量测马克士威全息重建与背景的强度差。此在投影式显示器中最有效。在此种情况下，量测强度可能需要使用计算机视觉算法来识别马克士威全息重建并量测其强度。判定相位变化的另一方式是在干涉光学几何结构中量测相位变化或用显微镜使其成像。
对准校准
光源及其他光学组件可能不会在全息装置内适当地对准并且因此可能需要对准。对于光源的不同波长，不同液晶(LC)及光学衍射组件或衍射光学组件亦可表现不同。此外，尤其是，LC、衍射物及光源可逐装置且随时间(老化及烧入)并且由于诸如操作温度的操作环境的改变及归因于热或机械应力的机械诱发性变形而改变，从而当以不同基础色彩展示时或在不同时间或在不同环境内向相同输入全息图给予不同特性，例如对象缩放。此外，某些硬件特征可对亦可能在此等情况下需要校正的输出光应用不同光学效应，例如透镜效应。
在一些实施方案中，可通过对一或多个光学组件应用机械平移、变形及旋转来解决上述问题。在一些实施方案中，可通过对针对显示器的相位单元所计算的相位应用数学变换来解决上述问题。相位为基元列表对相位单元的各别EM场贡献总和。数学变换可自数学表达式(例如，任尼克(Zernike)多项式)导出，并且可通过改变多项式系数或其他变化的输入值来变化。数学变换可逐相位单元以及根据色彩而变化。例如，存在任尼克多项式系数，其与光自显示器衍射之后施加至光的倾斜量对应。
为了判定此等系数/输入值，可建立硬件及软件设置，其中2D摄影机、亮度计、光场摄影机及/或其他亮度或比色仪器在投影式显示器的情况下指向由LCOS照明的反射或漫透射表面或在直视式显示器的情况下指向LCOS。一或多个全息测试图案及对象可被发送至显示器并由一或多个量测仪器量测。2D摄影机或3D(光场)摄影机或摄影机数组可使用机器视觉算法来判定正在显示的内容并随后计算其适应度。例如，若点网格为测试图案，则适应度可通过点的接近程度、点在其预期位置的居中程度、点展现多少畸变(例如，缩放或枕形失真)等的统计度量来判定。针对不同效能特性可存在不同适应度值。取决于此等值，校正可例如以改变系数的形式应用于任尼克多项式，直至适应度达到预定满意位准或通过视觉或任务导向式A/B测试。此等测试图案可在不同距离处渲染，以确保对于对象在不同距离处的对准是一致的，而不仅仅尤其在一个3D点或平面处是一致的。此类基于深度的校准可涉及反复程序，该程序涉及更改全息测试图案或其中的元素的深度，以及反射或漫透射表面的位置，且其中可重复先前校准直至收敛至在多个深度处可行的解上。最后，可显示白点以展示校准的有效性。
色彩校准
在显示器中，不管是全息抑或其他，当任何两个单元渲染同一影像时，重要的是，显示器之间的色彩匹配并且另外与由电视(TV)及计算机显示器标准(如用于高清晰度电视(HDTV)的Rec.709标准或计算机监视器的sRGB色彩空间)界定的色彩匹配。不同批次的硬件组件(例如，LED及雷射二极管)可对于相同输入表现出不同行为，并且可在被人眼感知时输出不同色彩。因此，重要的是具有能够校准所有显示单元的色彩标准。
在一些实施方案中，通过量测强度及色度而指定的色彩的客观量测可通过比对国际委员会(Commission internationale de l'éclairage，CIE)标准观察曲线(StandardObserver curve)量测色彩强度来获得。通过请求每一显示器再现已知色彩及强度的样本集合，然后使用根据CIE标准观察曲线校准的色度计装置量测输出光，可客观地界定装置在选定CIE色彩空间中的色彩输出。量测值与已知良好值的任何偏差可用于调适显示器上的输出色彩以使其回至对准或一致性，此可使用反复量测-调适-量测回馈循环来实施。一旦马克士威全息装置针对给定输入集合产生精确输出，就可将最终调适编码为用于将输入值映射至输出强度的照明器的查找表，以及编码为将输入色彩变换为输出色彩空间值的色彩矩阵变换。此等校准表可嵌入在装置本身中以产生可靠的客观输出色彩。可针对众多操作温度范围中的每一者提供多个此类表。可针对LCOS的主动表面的众多不同区中的每一者提供多个此类表。可将校准值内插于用于邻近温度范围及/或邻近表面区的表之间。
此外，给定具有足够精细特征来控制具有亚波长精度的衍射的LCOS装置，可能不需要三刺激照明(例如，红色、绿色及蓝色的线性混合)，并且LCOS装置可用单一宽谱光源被照明并且选择性地调谐相位单元输出以产生三刺激、四刺激、甚至N刺激输出色彩，此等色彩与空间抖动图案组合可再现色彩的更完整的光谱输出而非常见的三刺激近似。给定足够宽的光谱照明器，此允许马克士威全息术产生位于人类视觉系统的光谱焦点内或位于红外线(IR)或紫外线(UV)结构化光的光谱焦点外的任何反射色彩。
例示性全息光栅
图7A至图7F示出可包括于光学衍射装置(或光导装置)中的实例全息光栅的实施方案，该光学衍射装置例如为图5H的光学衍射装置598、图5I的598A、图5J的598B或图5K的598C。图7A及图7B示出在记录介质中以单色记录及重放全息光栅。图7C及图7D示出在记录介质中以三种不同色彩光记录三种不同色彩的全息光栅(图7C)及以单色光重放该光栅(图7D)。图7E及图7F示出在记录介质中以三种不同色彩光重放三种不同色彩的全息光栅，且图7F示出不同色彩的衍射光之间的色彩串扰。记录参考光束、记录对象光束、重放参考光束及衍射光束中的任一者为可经s偏振或p偏振的偏振光。
图7A示出在记录介质中记录全息光栅的实例。记录介质可为感旋光性材料，例如感旋光性聚合物或光聚合物、卤化银或任何其他合适的材料。记录介质可配置于基板上，例如玻璃基板。在记录期间，该基板可为透明或不透明的。在一些实施方案中，感旋光性材料可黏附至载体膜，例如三乙酸纤维素(TAC)膜。具有载体膜的感旋光性材料可层压于基板上，其中感旋光性材料处于载体膜与基板之间。
在透射全息术中，记录参考光束及记录对象光束分别以记录参考角θr及记录对象角θo自同一侧入射于记录介质的同一区上。参考光束及对象光束中的每一者可在空气中开始，穿过感旋光性材料且接着进入并穿过基板，射出至空气中。记录参考光束及记录对象光束具有相同色彩，例如绿色，且具有相同偏振状态，例如经s偏振。两个光束均可源自具有高空间及时间相干性的雷射源，使得该光束强干涉以形成光束重叠的驻立图案。在记录介质内，该图案经记录为条纹图案，例如光栅，包括多个平行干涉平面，如在图7A中示出为以满足以下表达式的条纹倾斜角θt倾斜的实线：
θt ＝ (θo + θr) / 2                               (10)，
其中θt表示在记录期间记录介质中的条纹倾斜角，θo表示在记录期间记录介质中的对象角，且θr表示在记录期间记录介质中的参考角。
记录介质的表面上的条纹间隔(或条纹周期)d可表达为：
d ＝ λrecord / (n sinθrecord)      (11)，
其中λrecord表示记录波长(在真空中)，n表示光栅周围的介质的折射率(例如，n＝1.0的空气)，θrecord表示在记录期间的束间角且等于|θo-θr|，其中θo表示在记录期间在记录介质的表面处的对象入射角，且θr表示在记录期间在记录介质的表面处的参考入射角。在一些状况下，条纹间隔d具有类似于记录光的波长的大小，例如0.5μm。因此，条纹图案可具有频率f＝1/d，例如约每毫米2,000个条纹。记录介质的厚度D可能比记录光的波长大超过一个数量级。在一些实例中，记录介质D的厚度为波长的约30倍，例如约16.0+/-2.0μm。载体膜可具有大于记录介质的厚度，例如60μm。基板可具有比记录介质大超过几个数量级的厚度，例如约1.0mm。
在条纹图案或光栅记录于记录介质中之后，条纹图案可固定于记录介质中，例如通过用深蓝光或紫外(UV)光对光聚合物进行曝光可将条纹冻结在适当位置且亦可增强条纹的折射率差。记录介质可在固定期间收缩。可选择记录介质在固定期间具有低收缩率，例如小于2％，或可补偿此收缩率。
在每一光束穿过具有不同折射率的材料之间的界面时，光束的一些部分根据菲涅耳定律反射，该菲涅耳定律给出在每次跃迁时反射的功率的百分比。该反射为偏振相依的。对于入射角较小(例如，30°)的光，菲涅耳反射可能较弱。对于入射角较大(例如，80°)的光且对于经s偏振光，菲涅耳反射可能较强。当入射角达到或超过临界角时，会发生全内反射(TIR)，亦即，反射率为100％。举例而言，对于自玻璃(n＝1.5)至空气(n＝1.0)的跃迁，临界角为约41.8°。由于折射率取决于偏振且微弱地取决于波长，因此大入射角下的反射功率可能变为弱波长相依的，且可能变为强偏振相依的。
图7B示出通过图7A的光栅衍射重放参考光束的实例。对于透射全息术，在重放期间，基板为透明的。基板亦可为光学透明塑料，诸如TAC或某一其他低双折射率塑料。当记录介质中的记录光栅相较于重放参考光束的波长较薄时，例如记录介质的厚度比重放波长大不到一个数量级，光栅的衍射角可由光栅方程描述如下：
mλreplay＝n d(sinθin-sinθout)              (12)，
其中m表示衍射级(整数)，n表示光栅周围的介质的折射率，d表示记录介质的表面上的条纹间隔，θin表示自周围介质至光栅上的入射角，θout表示自光栅返回至周围介质中的第m级的输出角，且λreplay表示真空中的重放波长。
当记录光栅相对较厚时，例如当记录介质的厚度比重放波长大超过一个数量级(例如，30倍)时，光栅可被称为体积光栅或布拉格光栅。对于体积光栅，在布拉格角下，布拉格选择性可极大地增强衍射效率。布拉格角可基于例如严格耦合波解的数值解及/或实验及迭代而判定。在偏离布拉格(off-Bragg)角下，衍射效率可实质上降低。
当入射至条纹平面上的入射角等于离开含有条纹平面的介质内的条纹平面的衍射角时，可满足布拉格条件。光栅方程(12)可接着变为布拉格方程：
mλreplay＝2 nreplayΛreplay sin(θm-θt)   (13)，
其中m表示衍射级(或布拉格级)，nreplay表示介质中的折射率，Λreplay表示记录介质中的条纹间隔，θm表示记录介质中的第m布拉格角，θt表示记录介质中的条纹倾斜角，且Λreplay可等于dcosθt。
对于以相同角度及波长记录及重放的体积光栅(假设在处理期间无收缩)，可自动满足布拉格条件。举例而言，如图7B中所示出，以相同波长(例如，绿色)及参考角(例如，θr)记录及重放体积光栅，且光栅可以记录对象光束的角度将一级重放光束衍射出。入射光束的一小部分可作为未偏振或未衍射零级光束穿过光栅。若零级光束到达诸如反射式LCOS装置的显示器，则该光束可导致非期望效应，例如双重影像。
若重放参考角不改变但重放参考波长改变，则记录介质中的布拉格光栅的衍射效率η可表达为：
η∝2Dreplay sinθBragg2δλcosθtilt.replay/(λBragg2 cosθBragg)   (14)，
其中η表示衍射效率，Dreplay表示在重放期间记录介质的厚度(在收缩之后)，θBragg表示预期重放波长λBragg在布拉格下的重放参考角(在收缩之后)，δλ表示重放波长中的误差，亦即，δλ＝│λreplay-λBragg│，且θtilt.replay表示重放期间记录介质中的条纹倾斜角(在收缩之后)。所有λ为真空中的值。
图7C示出使用不同色彩光在记录介质中记录用于不同色彩光栅的实例。如所示出，三个条纹图案(或光栅)可例如依序或同时记录于单个记录介质中。条纹图案对应于重放色彩(例如，红色、绿色或蓝色)且可以不同波长记录。记录参考光束及记录对象光束具有相同偏振状态。每一光束可经s偏振。每种色彩的记录参考光束可以相同参考光束角θr(例如，+30°)入射于单个记录介质上。每种色彩的记录对象光束可以相同对象光束角θo(例如，-20°)入射于单个记录介质上。
在记录期间每一光栅的条纹平面倾斜角θt可相同，这是因为θt独立于波长，例如θt＝(θo+θr)/2。对于每一光栅，在记录期间垂直于条纹平面的条纹间隔d可不同，这是因为d取决于波长。在一些实例中，如图7C中所示出，条纹间隔按比例为对应于640nm:520nm:460nm的实例波长的红色:绿色:蓝色≈123％:100％:89％。
图7D示出使用相同色彩光在记录介质中记录用于不同色彩光栅的实例。类似于图7C，在单个光聚合物中记录三个条纹图案，每一重放色彩一个条纹图案。不同于图7C，可使用例如绿光的相同波长记录图7D中的三个条纹图案。为达成此记录，每种重放色彩的记录对象光束可以不同对象光束角入射于单个记录介质上，且每种重放色彩的记录参考光束可以不同参考光束角入射于单个记录光聚合物上。图7D中用于重放色彩的条纹倾斜角及条纹间隔可匹配图7C中用于彼相同重放色彩的条纹倾斜角及条纹间隔。
图7E示出通过用于不同色彩光栅衍射不同色彩的重放参考光束的实例。可如图7C或图7D中所示出记录光栅。类似于图7B，对于重放色彩，当记录波长与重放波长相同且重放参考角为用于重放色彩光栅的第一布拉格角时，该光栅以等于记录对象角的衍射角衍射一级重放参考光束，且以重放参考角透射零级重放参考光束。由于布拉格选择性，一级重放参考光束的功率可实质上大于零级重放参考光束的功率。三个重放参考光束可具有相同入射角，例如30°，且一级衍射光束可具有相同衍射角，例如20°。
用于每种色彩的重放参考角可能既不等于彼此，亦不等于用于在记录期间使用的色彩的角度。举例而言，对于绿色，可例如使用诸如倍频二极管泵浦YaG雷射的高功率高相干性绿色雷射在532nm下记录光栅，且接着使用绿色雷射二极管在520±10nm下重放光栅。在一些状况下，具有532nm的波长的绿色雷射亦可用以记录所需条纹图案，以便使用640±10nm的廉价红色雷射二极管进行重放。对于蓝色，可使用HeCd雷射在442nm下记录光栅，且使用460±2nm蓝色雷射二极管重放光栅。
图7F示出不同色彩的衍射光束之间的串扰的实例。尽管具有布拉格选择性，但每种色彩亦可略微衍射离开针对每一其他色彩而记录的光栅，此可导致此等色彩之间的串扰。相较于仅提供对应色彩的一级衍射的图7E，图7F提供离开每一光栅的每种色彩的一级衍射。
举例而言，如图7F中所示出，分别记录用于红色、绿色及蓝色的红色光栅、绿色光栅及蓝色光栅。当红光以相同参考角30°入射于红色光栅上时，一级红光的衍射角为20°；但当红光以相同参考角30°入射于绿色光栅上时，一级红光的衍射角为32°；且当红光以相同参考角30°入射于蓝色光栅上时，一级红光的衍射角为42°。因此，衍射光可以非预期角度出现，且会发生色彩串扰。类似地，当绿光以参考角30°入射于绿色光栅上时，一级绿光的衍射角为20°；但当绿光以相同参考角30°入射于红色光栅上时，一级绿光的衍射角为11°；且当绿光以相同参考角30°入射于蓝色光栅上时，一级绿光的衍射角为27°。因此，衍射光可以非预期角度出现，且会发生色彩串扰。类似地，当蓝光以参考角30°入射于蓝色光栅上时，一级蓝光的衍射角为20°；但当蓝光以相同参考角30°入射于红色光栅上时，一级蓝光的衍射角为6°；且当蓝光以相同参考角30°入射于绿色光栅上时，一级蓝光的衍射角为14°。因此，衍射光可以非预期角度出现，且会发生色彩串扰。因此，当例如绿光的单色光入射于记录介质中的三个光栅上时，三个光栅衍射单色光以具有衍射角为20°的第一衍射绿光、衍射角为27°的第二衍射绿光及衍射角为11°的第三衍射绿光。每种色彩的衍射光的两个非预期角度可产生非期望效应。
在一些状况下，替代在单个记录层中记录用于三种不同色彩的三个不同光栅，可替代地将三个不同光栅储存于堆栈在一起的三个分离的记录层中。类似于图7F，当三种色彩光以相同入射角入射于光栅中的任一者上时，可能会发生色彩串扰。本发明的实施方案提供用于抑制多个光栅堆栈中的色彩串扰的方法及装置，如在图9A至图12C中进一步详细地示出。
图8示出在记录介质中记录具有大参考角的全息光栅的实例。使用大重放参考光束角可实现薄的重放系统。又，重放输出光束，亦即，一级的衍射角，可正交于显示器。因此，记录对象光束可接近于正入射，如图8中所示出。
对于布拉格衍射，经p偏振光及经s偏振光的菲涅耳反射在每一条纹平面处均为低的，但在45°的入射角下，s偏振的反射比p偏振强几个数量级。因此，若重放参考至记录介质中的条纹上的入射角接近45°，则离开条纹的布拉格谐振可为高度偏振敏感的，非常有利于s偏振。记录对象光束可近正入射于记录介质上，使得经重建对象光束或经衍射重放光束可近正入射于显示器上。由于记录介质中的条纹倾斜角为介质中记录对象角及参考角的平均值，因此为了在重放时达成至条纹上的接近45°的入射角且因此达成高偏振选择性，可使用记录介质中接近90°的记录参考角。记录对象光束与记录参考光束之间的束间角可接近90°。举例而言，束间角为84°，如图8中所示出，且记录光束中的条纹平面的条纹倾斜角为42°，且重放参考光束至条纹平面上的入射角为48°，其对应于约90:1的偏振灵敏度。
在一些状况下，为获得0°的重放输出(或一级)衍射角，记录对象光束可能不等于0°，但接近0°，其可通过考虑记录介质在其处理期间的收缩及记录波长与重放波长之间的微小波长差的组合来达成。举例而言，记录对象角的范围可为-10°至10°，例如范围为-7°至7°，或5°至7°。在一些实例中，记录对象角为0°。在一些实施例中，记录对象角为6°。
在一些实施方案中，为在记录期间达成足够大的束间角，例如接近90°，应用棱镜使得每一记录光束经由棱镜面进入棱镜，在该棱镜面处，该光束入射至棱镜中的入射角接近棱镜的彼面的法线，且因此折射及菲涅耳损失两者均变得可忽略。棱镜可在界面处与记录介质的覆盖膜或基板折射率匹配，使得折射率失配在该界面处可忽略，且折射及菲涅耳损失在该界面处亦可忽略。
例示性光学衍射装置
图9A至图12C展示实例光学衍射装置的实施方案。该装置中的任一者可对应于例如图5H的光学衍射装置598或图5K的598C。光学衍射装置被配置为个别地衍射具有多个色彩光，以抑制(例如，减少或消除)衍射光之间的色彩串扰及/或抑制零级未衍射光。图9A至图10B展示包括色彩选择性偏振器的实例光学衍射装置。色彩选择性偏振器可选择性地改变选定色彩的偏振，使得单色光可具有s偏振以达成一级的高衍射效率，而其他色彩光具有p偏振，因此达成一级的较低衍射效率。图11至图12C展示包括反射层的实例光学衍射装置。反射层可选择性地全反射零级单色光，同时透射其他色彩光。
具有色彩选择性偏振器的光学衍射装置
图9A示出包括用于两种色彩的全息光栅以及对应色彩选择性偏振器的实例光学衍射装置900，且图9B示出通过图9A的光学衍射装置900衍射两种色彩光的实例950。为了说明，装置900被配置为用于绿色光及蓝色光。
光学衍射装置900包括：第一光学衍射组件910，其具有用于蓝色光的第一衍射光栅(B光栅)912；及第二光学衍射组件920，其具有用于绿色光的第二衍射光栅(G光栅)922。衍射光栅中的每一者可处于例如TAC膜的载体膜与例如玻璃基板的基板之间。沿着Z方向，载体膜可在衍射光栅之后且基板可在衍射光栅之前，或反之亦然。如图9A中所示出，第一光学衍射组件910包括在B光栅912的相对侧上的基板914及载体膜916，且第二光学衍射组件920包括在G光栅922的相对侧上的基板924及载体膜926。光学衍射装置900可包括场光栅基板902，第一光学衍射组件910及第二光学衍射组件920堆栈于该场光栅基板上。抗反射(AR)涂层901可附着至或涂覆于场光栅基板902的表面上以减少表面处的反射。
光学衍射装置900亦可包括光学透明折射率匹配黏着剂(OCA)、UV固化或热固化光学胶、光学接触或折射率匹配流体的一或多个层，以将例如以下各者的邻近层或组件附着或黏附在一起：场光栅基板902及BY滤光片904、BY滤光片904及第一衍射组件910(或基板914)、第一衍射组件910(或载体膜916)及GM滤光片906，及/或GM滤光片906及第二衍射组件920(或基板924)。载体膜916或926、基板914或924及OCA层的次序可基于其在重放光波长下的折射率而判定，以减少界面处的折射率失配且因此减少界面处的菲涅耳反射。
第一衍射光栅及第二衍射光栅中的每一者可为独立地记录及固定(例如，固化)于例如感旋光性聚合物的记录介质中的全息光栅(例如，体积光栅或布拉格光栅)。记录介质的厚度可能比记录波长大超过一个数量级，例如约30倍。类似于图7A或图8中所示出的情况，以记录参考角入射于记录介质上的记录参考光束及以记录对象角入射于记录介质上的记录对象光束可在记录介质中干涉以形成衍射光栅。接着，类似于图7B中所示出的情况，重放参考光束可通过记录衍射光栅以一级及零级衍射。记录光束及重放光束可具有相同的s偏振状态。重放光束的重放波长可与记录光束的记录波长大体上相同。
在一些实例中，重放入射角可与记录参考角(或布拉格角)大体上相同，且布拉格条件可满足。一级的光(或一级光)以大体上接近记录对象角的衍射角衍射，且零级的光(或零级光)不衍射且以重放入射角透射。由于布拉格选择性，一级光的功率可实质上高于零级光的功率。零级光(例如，残余光或耗尽光)的功率取决于衍射光栅的衍射效率。衍射效率愈高，则零级光的功率愈低。在一些实例中，记录参考角、记录对象角、重放入射角、记录波长及重放波长可经配置使得重放输出角(或一级衍射角)大体上接近0°或正交于光栅。衍射角可在-10°至10°的范围内，例如在-7°至7°、0°至10°或5°至7°的范围内。在特定实例中，衍射角为6°。
又，由于偏振灵敏度，以重放参考角入射且以衍射角按一级衍射的第一色彩(例如，蓝色)的经s偏振光的衍射效率可实质上高于以重放参考角入射、以衍射角按一级衍射的相同色彩的经p偏振光的衍射效率。如图7F中所示出，以与第一色彩光相同的重放入射角入射的第二色彩光(例如，绿色)是以不同于第一色彩光的衍射角的衍射角衍射。因此，由于布拉格灵敏度及偏振灵敏度两者，以重放入射角在s偏振状态下入射且以一级衍射的第一色彩光的衍射效率可实质上高于以相同重放入射角或以不同重放入射角在p偏振状态下入射的第二色彩光的衍射效率。
光学衍射装置900可被配置为抑制蓝色衍射光束与绿色衍射光束之间的串扰。举例而言，当在装置900中，B光栅912沿着Z方向定位于G光栅922前方时，光在入射于G光栅922上之前入射于B光栅912上。光学衍射装置900可经配置使得蓝色光以s偏振状态入射于B光栅912上，且绿色光以p偏振光入射于B光栅912上，且绿色光以s偏振状态入射于G光栅922上。在一些状况下，光学衍射装置900亦可经配置使得残余蓝色光以p偏振状态入射于G光栅922上。
在一些实施方案中，如图9A及图9B中所展示，光学衍射装置900可包括第一衍射光栅912与第二衍射光栅922之间(或第一衍射组件910与第二衍射组件920之间)的色彩选择性偏振器906(亦称为色彩选择性延迟器或滤光片)。色彩选择性偏振器906可包括GM滤光片，该滤光片被配置为将绿色光的偏振状态旋转90度，例如自p偏振状态旋转至s偏振状态，但不旋转蓝色光的偏振状态。
在一些实施方案中，如图9A及图9B中所展示，光学衍射装置900可包括沿着Z方向在第一衍射光栅912及第二衍射光栅922前方的另一色彩选择性偏振器904。色彩选择性偏振器904可包括BY滤光片，该滤光片被配置为将蓝色光的偏振状态旋转90度，自p偏振状态旋转至s偏振状态，但不旋转绿色光的偏振状态。
如图9A及图9B中所展示，蓝色光952及绿色光954两者均可以p偏振状态同时或依序入射至光学衍射装置900中。两种色彩光可具有相同入射角θ°。当蓝色光952及绿色光954首先入射于BY滤光片904上时，色彩选择性偏振器904将蓝色光的P偏振状态旋转至s偏振状态，而不旋转绿色光的偏振状态，使得蓝色光以s偏振状态入射于B光栅912上且绿色光以p偏振状态入射于B光栅912上。B光栅912以第一衍射效率、以衍射角将s偏振状态下的蓝色光衍射成一级蓝色光952'，且以入射角透射零级蓝色光952”。由于偏振灵敏度及布拉格灵敏度，B光栅912以实质上小于第一衍射效率的衍射效率衍射p偏振状态下的绿色光954，且p偏振状态下的大部分绿色光954透射穿过B光栅912。色彩选择性偏振器906将绿色光的P偏振状态旋转成s偏振状态，而不旋转蓝色光的s偏振状态，使得G光栅922以第二衍射效率、以衍射角将s偏振下的绿色光衍射成一级绿色光954'，且以入射角透射零级绿色光954”。因此，衍射的蓝色光952'及绿色光954'以相同s偏振状态及相同衍射角射出光学衍射装置900，该衍射角例如在-10°至10°或-7°至7°的范围内或大体上接近0°或正交于装置900。
如图5H中所展示，沿着Z方向，光学衍射装置900可定位于显示器(例如，图5H的显示器594)的防护玻璃罩930前方。如上文在图5H中所论述，光学衍射装置900可通过OCA层或折射率匹配油附接至防护玻璃罩930，或以诸如气隙的间隙隔开。衍射的蓝色光952'及绿色光954'可以相同s偏振状态及相同入射角(例如，以大体上正入射)入射至显示器中。显示器可将蓝色光952'及绿色光954'衍射回至光学衍射装置900中且穿过光学衍射装置。自显示器衍射的蓝色光及绿色光无法通过光学衍射装置950显著地进一步衍射，这是因为光以远离布拉格的角度入射于衍射光栅912及922上。
显示器594可通过在显示器的配向层的方向上或垂直于显示器的配向层的方向上偏振的光照明。显示器可在其自身的平面中在水平定向与竖直定向之间旋转，因此需要哪种偏振取决于显示器所处的定向。在一些实施方案中，可用经p偏振光照明显示器。自光学衍射装置900衍射的蓝色光及绿色光可以相同p偏振状态入射于显示器上。光学衍射装置900可包括在G光栅922之后的额外色彩选择性偏振器，以将蓝色光952'及绿色光954'中的每一者的s偏振状态旋转至p偏振状态。
在一些实施方案中，蓝色光以s偏振状态且绿色光以p偏振状态入射至光学衍射装置900中，且光学衍射装置900在B光栅912之前可能不包括BY滤光片904以旋转蓝色光的偏振状态。
在一些实施方案中，零级未衍射(或透射)蓝色光及/或零级未衍射(或透射)绿色光可由配置于光学衍射装置900中的一或多个反射层全内反射，如在图11至图12C中进一步详细地论述。
图10A示出用于个别地衍射三种色彩光的实例光学衍射装置1000，该光学衍射装置包括用于三种色彩的全息光栅以及对应色彩选择性偏振器。图10B示出通过图10A的光学装置衍射三种色彩光的实例。相较于图9A及图9B，光学衍射装置1000包括用于额外色彩的额外衍射组件及用于三种色彩的不同色彩选择性偏振器。为了说明，装置1000被配置为用于蓝色光、红色光及绿色光。
如图10A中所示出，沿着Z方向，光学衍射装置1000可配置于显示器(例如，图5H的显示器594)的防护玻璃罩1050前方。光学衍射装置1000包括可沿着Z方向一起依序堆栈于场光栅基板1002上的第一衍射组件1010、第二衍射组件1020及第三衍射组件1030。AR膜1001可涂覆或涂布于场光栅基板1002的前表面上以减少光反射。第一衍射组件1010、第二衍射组件1020及第三衍射组件1030中的每一者可包括各别基板1014、1024、1034；各别衍射光栅1012、1022、1032；及各别载体膜1016、1026、1036。各别衍射光栅1012、1022、1032处于各别基板1014、1024、1034与各别载体膜1016、1026、1036之间。在一些状况下，沿着Z方向，各别基板1014、1024、1034在各别载体膜1016、1026、1036前方。在一些状况下，沿着Z方向，各别载体膜1016、1026、1036在各别基板1014、1024、1034前方。
第一衍射光栅1012、第二衍射光栅1022及第三衍射光栅1032中的每一者可被配置为：衍射以入射角入射的s偏振状态下的单色光，衍射效率实质上高于衍射光栅衍射以相同或不同入射角入射的P偏振状态下的另一种色彩光的衍射效率，例如高超过一个数量级、两个数量级或三个数量级。第一衍射光栅1012、第二衍射光栅1022及第三衍射光栅1032中的每一者可为全息光栅，例如体积光栅或布拉格光栅。第一衍射光栅1012、第二衍射光栅1022及第三衍射光栅1032中的每一者可独立地记录及固定于例如感旋光性聚合物或光聚合物的记录介质中。
光学衍射装置1000可包括用于三种色彩光的多个色彩选择性偏振器。在一些实施方案中，BY滤光片1004处于场光栅基板1002与第一衍射组件1010的第一衍射光栅1012之间，且被配置为旋转蓝色光的偏振状态，而不旋转红色光及绿色光中的每一者的偏振状态。MG滤光片1006处于第一衍射光栅1012与第二衍射光栅1022之间(或第一衍射组件1010与第二衍射组件1020之间)，且被配置为旋转蓝色光及红色光中的每一者的偏振状态，而不旋转绿色光的偏振状态。YB滤光片1008处于第二衍射光栅1022与第三衍射光栅1032之间(或第二衍射组件1020与第三衍射组件1030之间)，且被配置为旋转红色光及绿色光中的每一者的偏振状态，而不旋转蓝色光的偏振状态。MG滤光片1040在第三衍射光栅1032(或第三衍射组件1030)之后，且被配置为旋转红色光及蓝色光中的每一者的偏振状态，而不旋转绿色光的偏振状态。
在一些实施方案中，色彩选择性偏振器是由两个或多于两个子偏振器构成。子偏振器可按任何期望次序配置。举例而言，YB滤光片1008可由RC滤光片1008-1及GM滤光片1008-2构成。RC滤光片1008-1可配置于GM滤光片1008-2之前，或反之亦然。RC滤光片1008-1被配置为旋转红色光的偏振状态，而不旋转绿色光及蓝色光中的每一者的偏振状态，且GM滤光片1008-2被配置为旋转绿色光的偏振状态，而不旋转红色光及蓝色光中的每一者的偏振状态。
光学衍射装置1000中的邻近层或组件可使用OCA、UV固化或热固化光学胶、光学接触或折射率匹配流体的一或多个中间层附接在一起。如图5H中所论述，光学衍射装置1000可经由中间层附接至显示器防护玻璃罩1050或以例如气隙的间隙隔开。
光学衍射装置1000经配置为将三种色彩光(红色、绿色及蓝色)以相同衍射角(例如，大体上正入射)、以相同偏振状态(例如，s或p)朝向显示器衍射出。三种色彩光可以相同入射角θ°(例如，与布拉格角大体上相同)输入至光学衍射装置1000中。在一些状况下，三种色彩光可以不同角度入射以匹配每种色彩光栅的布拉格角。三种色彩光可呈足够大以照明光栅的整个区的光束。三种色彩光可以相同偏振状态(例如，s或p)输入至光学衍射装置1000中。在一些状况下，一种色彩光是自相对侧(例如，以-θ°)或自Y方向入射。可旋转每一色彩光栅以匹配其对应色彩重放参考光的方向。对应色彩选择性偏振器可独立于色彩光栅的旋转。
图10B示出通过图10A的光学衍射装置1000衍射三种色彩光(蓝色、红色、绿色)的实例1060。三种色彩光是以相同入射角θ°且以相同p偏振状态入射至光学衍射装置1000中。
如图10B中所展示，BY滤光片1004将蓝色光的P偏振状态旋转至s偏振状态，而不旋转红色光及绿色光中的每一者的p偏振状态。B光栅1012以衍射角将s偏振状态下的蓝色光衍射成一级，且以入射角衍射成零级。以入射角在p偏振状态下入射的绿色光及红色光透射穿过B光栅1012。
MG滤光片1006将蓝色光的s偏振状态旋转至p偏振状态，且将红色光的P偏振状态旋转至s偏振状态，而不旋转绿色光的P偏振状态。R光栅1022以衍射角将s偏振状态下的红色光衍射成一级，且以入射角衍射成零级。残余零级蓝色光及以入射角在p偏振状态下入射的绿色光透射穿过R光栅1022。
YB滤光片1008中的RC滤光片1008-1将红色光的s偏振状态旋转至p偏振状态，而不旋转绿色光及蓝色光中的每一者的p偏振状态。YB滤光片1008的GM滤光片1008-2将绿色光的P偏振状态旋转至s偏振状态，而不旋转红色光及蓝色光中的每一者的p偏振。残余零级蓝色光、残余零级红色光以及绿色光透射穿过RC滤光片1008-1及GM滤光片1008-2。
G光栅1032以衍射角将s偏振状态下的绿色光衍射成一级，且以入射角衍射成零级。以入射角在p偏振状态下入射的残余蓝色光及残余红色光透射穿过G光栅1032。
MG滤光片1040将红色光及蓝色光中的每一者的p偏振状态旋转至s偏振状态，而不旋转绿色光的s偏振状态。以相同衍射角在s偏振状态下衍射的蓝色光、红色光及绿色光传播出光学衍射装置1000。零级的残余蓝色光、残余红色光及残余绿色光亦在s偏振状态下且以入射角透射穿过MG滤光片1040。
在一些实施方案中，光学衍射装置1000可具有大于显示器的大小。零级的残余蓝色光、红色光及绿色光可以大角度传播出装置1000且进入空气中。在一些实施方案中，如下文在图11至图12C中进一步详细地论述，光学衍射装置1000可包括在衍射光栅之间或之后的一或多个反射层，以用于对应色彩的零级光的全内反射。
具有反射层的例示性光学衍射装置
图11至图12C展示包括反射层的实例光学衍射装置。反射层可选择性地全反射零级单色光，同时透射其他色彩光。光学衍射装置中的每一者包括各自用于不同色彩光的多个光栅。每种色彩光可以不同的重放参考角入射于对应光栅上，使得未由光栅衍射(或透射)的每种色彩的零级光自在将该色彩的一级光以相同衍射角(例如，大体上正交)衍射出的光栅之后且在装置中的后续光栅(若存在)之前的界面经历全内反射(TIR)。其他色彩光可以对应的重放参考角透射穿过光栅。
图11示出用于个别地衍射两种色彩光的实例光学衍射装置1100，该光学衍射装置包括用于两种色彩的衍射光栅以及对应反射层。为了说明，装置1100被配置为用于绿色光及蓝色光。
光学衍射装置1100包括：第一衍射组件1110，其具有用于蓝色的第一衍射光栅1112；及第二衍射组件1120，其具有用于绿色的第二衍射光栅1122。第一衍射光栅1112及第二衍射光栅1122中的每一者可为全息光栅，例如布拉格光栅或体积光栅。第一衍射光栅1112及第二衍射光栅1122中的每一者可独立地记录及固定于例如感旋光性材料(诸如，光聚合物)的记录介质中。
第一衍射组件1110及第二衍射组件1120可沿着例如Z方向的方向一起堆栈于场光栅基板1102上。场光栅基板1102可为光学透明基板，例如玻璃基板。光学衍射装置1100可在诸如LCOS的显示器前方，该显示器例如为图5H的显示器594。举例而言，光学衍射装置1100可经由中间层配置于显示器的防护玻璃罩1130上，或以例如气隙的间隙隔开。
类似于图9A及图9B中的第一衍射组件910及第二衍射组件920，第一衍射组件1110及第二衍射组件1120中的每一者可包括在各别衍射光栅1112、1122的相对侧上的各别基板1114、1124及各别载体膜1116、1126。各别衍射光栅1112、1122处于各别基板1114、1124与各别载体膜1116、1126之间。可按次序配置各别基板1114、1124及各别载体膜1116、1126以减少折射率失配且因此减少非期望菲涅耳反射。各别基板1114、1124可为玻璃基板，该玻璃基板可具有与场光栅基板1102的折射率相同或接近的折射率。各别载体膜1116、1126可为TAC膜。TAC膜可具有低于用以记录衍射光栅1112及1122的感旋光性聚合物的折射率。在一些实例中，各别基板1114、1124配置于载体膜1116、1126之前。
光学衍射装置1100中的邻近层或组件可使用OCA、UV固化或热固化光学胶、光学接触或折射率匹配流体的一或多个中间层附接在一起。举例而言，第一衍射组件1110(例如，基板1114)可经由例如OCA层的中间层1101附接至场光栅基板1102。第一衍射组件1110及第二衍射组件1120，例如载体膜1116及基板1124，可经由例如OCA层的另一中间层1103附接在一起。光学衍射装置1100(例如，载体膜1126)可经由例如OCA层的中间层1105附接至显示器的防护玻璃罩1130。
如图11中所展示，例如由于布拉格选择性，第一衍射光栅1112及第二衍射光栅1122中的每一者经配置为以各别衍射角将以各别入射角入射的对应色彩光衍射成一级，且以各别入射角衍射成零级，且以不同入射角透射另一种色彩光。因此，在对应衍射光栅处个别地衍射的不同色彩的光之间不存在串扰。每种色彩光可经偏振。以一级衍射的不同色彩光的偏振状态可相同，例如s或p。不同色彩光的各别衍射角可相同，例如大体上正交。
光学衍射装置1100可包括在第一光栅1112与第二光栅1122之间的第一反射层(或阻挡层)。第一光栅1112经配置为以例如0°的衍射角将以例如78.4°的第一入射角θb入射的蓝色光衍射成一级，且以第一入射角衍射成零级。第一反射层，例如第一反射层的折射率，被配置为全反射以第一入射角衍射的蓝色光，但透射以例如76.5°的第二入射角θg入射的绿色光。举例而言，第一反射层的折射率低于紧接在第一反射层之前的层(例如，第一光栅1112)的折射率。第一反射层可为第一光栅1112与第二光栅1122之间的合适层。在一些实例中，第一反射层为载体膜1116，如图11中所展示。
类似地，光学衍射装置1100可包括在第二光栅1122之后且在显示器防护玻璃罩1130之前的第二反射层。第二光栅1122经配置为以例如0°的衍射角将以例如76.5°的第二入射角θg入射的绿色光衍射成一级，且以第二入射角衍射成零级。第二反射层，例如第二反射层的折射率，被配置为全反射以第二入射角衍射的绿色光。第二反射层可为第二光栅1122与防护玻璃罩1130之间的合适层。在一些实例中，第二反射层为中间层1105，如图11中所展示。
通过对应反射层全反射的蓝色光及绿色光被反射回至光学衍射装置1100中，反射至光学衍射装置1100的一侧。如图11中所示出，该侧的表面可涂布有光学吸收体1104，例如黑涂层，以吸收通过对应衍射光栅以零级衍射的全反射蓝色光及绿色光。
场光栅基板1102可足够厚使得不同色彩的重放参考光束可在场光栅基板1102的其边缘处进入。场光栅基板1102亦可配置以完全包含重放参考光束，使得观看者或观察者无法将手指或其他对象插入至重放参考光束中。因此，观看者无法遮挡重放参考光束，此可改善雷射安全性，这是因为观看者的眼睛(或反射或聚焦组件)无法进入全功率重放参考光束。相比重放参考光束自空气入射于光学衍射装置1100的前表面上的情况，具有场光栅基板1102的光学衍射装置1100可显著更紧密。
由于蓝色光及绿色光是以例如超过70°的相对较大的重放参考角(或入射角)入射，因此自层界面的菲涅耳反射可为显著的(对于P偏振及S偏振两者)，且可随着重放参考角增加而快速增加。由于光学衍射装置1100含有具有不同折射率的材料之间的数个界面，因此自每一此类界面的菲涅耳反射损失可增加以使重放输出光实质上衰减，从而导致每一衍射光栅处，尤其最接近显示器的光栅(例如，G光栅1122)处的重放光功率实质上减小。在一些实例中，可将用于特定色彩光的重放参考角(或入射角)选择为刚好足够大以可靠地经受TIR，但不能太大以使得菲涅耳损失可减少。
图13A至图13C针对蓝色光(图13A)、绿色光(图13B)及红色光(图13C)示出衍射(实线)及反射或阻挡(虚线)的重放参考光束功率与不同入射角之间的关系。衍射重放参考光束功率可为进入邻近于光学衍射装置(例如，图5H的光学衍射装置598)的显示器(例如，图5H的显示器594)的防护玻璃罩中的照明光束。
如图13A中所示出，对于蓝色光，曲线1302展示随着重放参考光束角(例如，玻璃中的入射角)增加，衍射重放参考光束功率(或显示器的蓝光照明功率)，且曲线1304展示随着重放参考光束角增加，来自对应反射层的反射重放参考光束功率。如图13B中所示出，对于绿色光，曲线1312展示随着重放参考光束角(例如，玻璃中的入射角)增加，衍射重放参考光束功率(或显示器的绿光照明功率)，且曲线1314展示随着重放参考光束角增加，来自对应反射层的反射重放参考光束功率。如图13C中所示出，对于红色光，曲线1322展示随着重放参考光束角(例如，玻璃中的入射角)增加，衍射重放参考光束功率(或显示器的红光照明功率)，且曲线1324展示随着重放参考光束角增加，来自对应反射层的反射重放参考光束功率。
可将不同色彩光的重放参考角选择为足够大以使得对于每种色彩光，对应反射层可以100％的反射率全反射该色彩光，而重放参考角可足够小以使得菲涅耳损失实质上不会消除衍射重放参考光束或显示器的防护玻璃罩中的照明。作为实例，每一光栅的衍射效率对于蓝色为50％，对于绿色为60％，且对于红色为70％。光学衍射装置的底部层平行于显示器的防护玻璃罩。每种色彩的重放对象光束的衍射角为-6°。如图13A、图13B、图13C中所展示，当重放参考角对于460nm的蓝色光为78.4°、对于520nm的绿色光为76.5°且对于640nm的红色光为73.5°时，显示器的防护玻璃罩内的净对象光束功率对于蓝色为46.8％，对于绿色为33.1％且对于红色为43.0％。
图12A示出用于个别地衍射三种色彩光的实例光学衍射装置1200，该光学衍射装置包括用于三种色彩的衍射光栅以及对应反射层。为了说明，装置1200被配置为用于蓝色光、绿色光及红色光。
光学衍射装置1200包括：第一衍射组件1210，其具有用于蓝色的第一衍射光栅1212；第二衍射组件1220，其具有用于绿色的第二衍射光栅1222；及第三衍射组件1230，其具有用于红色的第三衍射光栅1232。第一衍射光栅1212、第二衍射光栅1222及第三衍射光栅1232中的每一者可为全息光栅，例如布拉格光栅或体积光栅。第一衍射光栅1212、第二衍射光栅1222及第三衍射光栅1232中的每一者可独立地记录及固定于例如感旋光性材料(诸如，光聚合物)的记录介质中。
第一衍射组件1210、第二衍射组件1220及第三衍射组件1230可沿着例如Z方向的方向一起堆栈于场光栅基板1202上。场光栅基板1202可为光学透明基板，例如玻璃基板。光学衍射装置1200可在诸如LCOS的显示器前方，该显示器例如为图5H的显示器594。举例而言，光学衍射装置1200可经由中间层配置于显示器的防护玻璃罩1240上，或以例如气隙的间隙隔开。
类似于图10A及图10B中的第一衍射组件1010、第二衍射组件1020及第三衍射组件1030，第一衍射组件1210、第二衍射组件1220及第三衍射组件1230中的每一者可包括在各别衍射光栅1212、1222、1232的相对侧上的各别基板1214、1224、1234及各别载体膜1216、1226、1236。各别衍射光栅1212、1222、1232处于各别基板1214、1224、1234与各别载体膜1216、1226、1236之间。可按次序配置各别基板1214、1224、1234及各别载体膜1216、1226、1236以减少折射率失配且因此减少菲涅耳反射。各别基板1214、1224、1234可为玻璃基板，该玻璃基板可具有与场光栅基板1202的折射率相同或接近的折射率。各别载体膜1216、1226、1236可为TAC膜。TAC膜可具有低于感旋光性聚合物的折射率。在一些实例中，各别基板1214、1224配置于载体膜1216、1226之前。基板1234配置于载体膜1236之后。
光学衍射装置1200中的邻近层或组件可使用OCA、UV固化或热固化光学胶、光学接触或折射率匹配流体的一或多个中间层附接在一起。举例而言，第一衍射组件1210(例如，基板1214)可经由例如OCA层的中间层1201附接至场光栅基板1202。第一衍射组件1210及第二衍射组件1220，例如载体膜1216及基板1224，可经由例如OCA层的另一中间层1203附接在一起。第二衍射组件1220及第三衍射组件1230，例如载体膜1226及载体膜1236，可经由例如OCA层的另一中间层1205附接在一起。光学衍射装置1200(例如，基板1234)可经由例如OCA层的中间层1207附接至显示器的防护玻璃罩1240。
如图12A中所展示，例如由于布拉格选择性，第一衍射光栅1212、第二衍射光栅1222及第三衍射光栅1232中的每一者经配置为以各别衍射角将以各别入射角入射的对应色彩光衍射成一级，且以各别入射角衍射成零级，且以不同入射角透射另一种色彩光。因此，在对应衍射光栅处个别地衍射的不同色彩的光之间不存在串扰或存在极少串扰。每种色彩光可经偏振。以一级衍射的不同色彩光的偏振状态可相同，例如s或p。不同色彩光的各别衍射角可相同，例如大体上正交。
如上文在图13A、图13B、图13C中所论述，可将不同色彩光(蓝色、绿色及红色)的不同入射角θb、θg、θr(或重放参考角)选择为例如78.4°、76.5°及73.5°。光学衍射装置1200可包括在第一光栅1212与第二光栅1222之间的第一反射层(或阻挡层)。第一光栅1212经配置为以例如0°的衍射角将以第一入射角θb入射的蓝色光衍射成一级，且以第一入射角衍射成零级。第一反射层，例如第一反射层的折射率，被配置为全反射以第一入射角衍射的蓝色光，但透射以第二入射角θg入射的绿色光及以第三入射角θr入射的红色光。举例而言，第一反射层的折射率低于紧接在第一反射层之前的层(例如，第一光栅1212)的折射率。第一反射层可为第一光栅1212与第二光栅1222之间的合适层。在一些实例中，第一反射层为载体膜1216，如图12A中所展示。全内反射发生在第一光栅1212与载体膜1216之间的界面上。零级的未衍射(或透射)的全反射蓝色光被反射回至第一反射层上方的层，且可由涂布于光学衍射装置1200的侧表面上的光学吸收体1204吸收。
光学衍射装置1200可包括在第二光栅1222与第三光栅1232之间的第二反射层(或阻挡层)。第二光栅1222经配置为以例如0°的衍射角将以第二入射角θg入射的绿色光衍射成一级，且以第二入射角衍射成零级。第二反射层，例如第二反射层的折射率，被配置为全反射以第二入射角衍射的绿色光，但透射以第三入射角θr入射的红色光。举例而言，第二反射层的折射率低于紧接在第二反射层之前的层的折射率。第二反射层可为第二光栅1222与第三光栅1232之间的合适层。在一些实例中，第二反射层为中间层1205，如图12A中所展示。全内反射发生在载体膜1226与中间层1205之间的界面上。零级的未衍射(或透射)的全反射绿色光被反射回至第二反射层上方的层，且可由光学吸收体1204吸收。
光学衍射装置1200可包括在第三光栅1232之后且在显示器防护玻璃罩1240之前的第三反射层。第三光栅1232经配置为以例如0°的衍射角将以第三入射角θr入射的红色光衍射成一级，且以第三入射角衍射成零级。第三反射层，例如第三反射层的折射率，被配置为全反射以第三入射角衍射的红色光。第三反射层可为第三光栅1232与防护玻璃罩1240之间的合适层。在一些实例中，第三反射层为基板1234与防护玻璃罩1240之间的中间层1207，如图12A中所展示。零级的未衍射(或透射)的全反射红色光被反射回至第二反射层上方的层，且可由光学吸收体1204吸收。
场光栅基板1202可足够厚使得不同色彩的重放参考光束在场光栅基板1202的其边缘处进入。场光栅基板1202亦可配置以完全包含重放参考光束，使得观看者或观察者无法将手指或其他对象插入至重放参考光束中。因此，观看者无法遮挡重放参考光束，此可改善雷射安全性，这是因为观看者的眼睛(或反射或聚焦组件)无法进入全功率重放参考光束。相比重放参考光束自空气入射于光学衍射装置1200的前表面上的情况，具有场光栅基板1202的光学衍射装置1200可显著更紧密。
如图12A中所展示，场光栅基板1202可在XZ平面中具有矩形横截面。不同色彩光是自场光栅基板1202的侧表面入射。图12B示出包括楔形场光栅基板1252的另一实例光学衍射装置1250。可选择基板1252的侧表面(或光束的输入表面)1251与基板1252的顶层1253之间的楔角，及/或侧面可经AR涂布，使得由自光学衍射装置1250及显示器返回至场光栅基板1252的任何光束所采用的光学路径可方便地被阻挡或衰减或导向，以减少或消除返回至光学衍射装置1250及显示器中的反射。光学衍射装置1250可包括涂布于相对侧表面上的对应光学吸收体1254，该对应光学吸收体可短于图12A的光学吸收体1204。
图12C示出另一实例光学衍射装置1270，该光学衍射装置包括具有楔形输入面1271的场光栅基板1272。楔形输入面1271可被配置为减少不同色彩的输入光的菲涅耳损失。楔形输入面1271可经配置使得不同色彩的输入光以大体上正入射来入射于输入面1271上且以不同入射角(或重放参考角)入射于对应衍射光栅上。楔形输入面1271可被配置为将不同色彩的输入光折射至衍射装置内的每种色彩的期望角度且在空气中自方便方向及角度折射。举例而言，楔形输入面1271可具有楔角使得空气中的角度导致输入光束平行于衍射装置的前表面或自衍射装置的前表面后方的空间行进。
AR涂层可形成于场光栅基板1272的前表面1273上以减少或消除周围光返回朝向观看者的反射。AR涂层亦可形成于光学衍射装置1270的最接近显示器的背面上，以减少或消除自显示器反射及/或衍射的光朝向观看者的非期望反射。
在一些实施方案中，光学衍射装置(例如，图11的光学衍射装置1100、图12A的1200、图12B的1250或图12C的1270)中的一或多个层可略微成楔形，此可允许微调每一层处的TIR及菲涅耳反射。该层亦可被配置为在使用例如雷射二极管的窄带光源时减少或消除可能出现在光学衍射装置内的任一对大体上平行的表面之间的牛顿环或干涉条纹的可见性。
例示性制造程序
图14A为制造包括衍射结构及对应色彩选择性偏振器的光学衍射装置的实例程序1400的流程图。光学衍射装置可为图5H的光学衍射装置598、图5I的598A、图5J的598B或图5K的598C、图9A及图9B的光学衍射装置900或图10A及图10B的光学衍射装置1000。
制造用于第一色彩的第一衍射组件(1402)。第一衍射组件可为图9A及图9B的第一衍射组件910或图10A及图10B的1010。第一衍射组件包括形成于记录介质中的第一衍射结构，例如图9A及图9B的B光栅912或图10A及图10B的B光栅1012。第一衍射结构经配置为以第一衍射效率、以第一衍射角衍射第一色彩的重放参考光(或第一色彩光)，该重放参考光以第一入射角、以第一偏振状态入射于第一衍射结构上。例如由于偏极化选择性，第一衍射效率可实质上高于第一衍射结构衍射第一色彩光或另一种不同色彩光的衍射效率，该另一不同色彩光是以第一入射角、以不同于第一偏振状态的第二偏振状态入射。第一偏振状态可为s偏振且第二偏振状态可为p偏振。
第一衍射结构可为全息光栅，例如体积光栅或布拉格光栅。记录介质的厚度可能比第一记录对象光束的波长大超过一个数量级，例如30倍。在一些实例中，第一入射角可为布拉格角。例如由于布拉格选择性，第一衍射效率可实质上高于第一衍射结构衍射第一色彩光或另一不同色彩光的衍射效率，该另一不同色彩光是以不同于第一入射角的入射角、以第一或第二偏振状态入射。
记录介质可包括感旋光性材料，例如感旋光性聚合物或光聚合物。第一衍射结构可通过以第一记录对象角将感旋光性材料曝露于第一记录对象光束及同时以第一记录参考角曝露于第一记录参考光束来形成。第一记录对象光束及第一记录参考光束可具有相同波长，例如来自同一光源，及相同的第一偏振状态。
在一些状况下，用于重放的第一色彩的光可包括宽于或等于第一记录参考光束或第一记录对象光束的波长范围的波长范围。举例而言，第一记录参考光束及第一记录对象光束可为激光束，且用于重放的第一色彩的光可为雷射二极管的光束。在一些状况下，第一记录参考光束及第一记录对象光束可对应于不同于第一色彩光的第一色彩的色彩。举例而言，绿色雷射光可用以记录用于红色的衍射光栅。
第一色彩光的第一入射角可与第一记录参考角大体上相同，且第一衍射角可与第一记录对象角大体上相同。在一些实例中，第一记录参考角在70度至90度的范围内，例如在80度至90度的范围内。在一些实例中，第一记录对象角在-10度至10度的范围内，例如-7度至7度、0度或6度。在一些实例中，感旋光性材料内的第一记录参考角及第一记录对象角的总和大体上等于90度。
第一衍射结构可例如通过UV固化或热固化固定于记录介质中。在一些实例中，第一衍射组件包括记录介质上的载体膜，例如TAC膜。在一些实例中，第一衍射组件包括衍射基板，例如玻璃基板。记录介质可处于载体膜与衍射基板之间。
制造用于第二色彩的第二衍射组件(1404)。第二衍射组件可为图9A及图9B的第二衍射组件920或图10A及图10B的1020。第二衍射组件包括形成于第二记录介质中的第二衍射结构，例如图9A及图9B的B光栅922或图10A及图10B的R光栅1022。第二衍射结构经配置为以第二衍射效率、以第二衍射角衍射第二色彩的重放参考光(或第二色彩光)，该重放参考光以第二入射角、以第一偏振状态入射于第二衍射结构上。第二衍射效率可实质上高于第二衍射结构衍射第二色彩光或另一不同色彩光的衍射效率，该另一不同色彩光是以第二入射角或不同于第二入射角的入射角、以第二偏振状态入射。
可以类似于如上文所描述的第一衍射结构的方式制造第二衍射结构。可独立地制造第一衍射结构及第二衍射结构。第二衍射组件亦可包括载体膜及衍射基板。
第一衍射组件及第二衍射组件可经配置使得第一衍射角及第二衍射角彼此大体上相同，例如大体上正交。第一入射角及第二入射角彼此可大体上相同。
在第一光学衍射组件与第二光学衍射组件之间配置色彩选择性偏振器(1406)。色彩敏感偏振器可为图9A及图9B的GM滤光片906或图10A及图10B的mG滤光片1006。光学衍射结构可包括场光栅基板，例如图9A及图9B的基板902或图10A及图10B的基板1002。第一光学衍射组件、色彩选择性偏振器及第二光学衍射组件可依序堆栈于场光栅基板上，使得第一色彩光及第二色彩光在第二光学衍射组件之前入射于第一光学衍射组件上。色彩选择性偏振器可被配置为旋转第二色彩光的偏振状态，例如自第二偏振状态旋转至第一偏振状态，使得第二色彩光可以第一偏振状态入射于第二衍射结构上。在一些状况下，色彩选择性偏振器可旋转第一色彩光的偏振状态。在一些状况下，色彩选择性偏振器被配置为不旋转第一色彩光的偏振状态。
在一些实施方案中，额外的色彩选择性偏振器配置于第一衍射组件前方。举例而言，额外的色彩选择性偏振器可处于场光栅基板与第一衍射组件之间。额外的色彩选择性偏振器可为图9A及图9B的BY滤光片904或图10A及图10B的BY滤光片1004。额外的色彩选择性偏振器被配置为旋转第一色彩光的偏振状态，例如自第二偏振状态旋转至第一偏振状态，使得第一色彩光以第一偏振状态入射于第一衍射结构上。在一些状况下，额外的色彩选择性偏振器可旋转第二色彩光的偏振状态，例如自第一偏振状态旋转至第二偏振状态，使得第二色彩光以第二偏振状态入射于第一衍射结构上。在一些状况下，额外的色彩选择性偏振器被配置为不旋转第二色彩光的偏振状态，使得第二色彩光以第二偏振状态入射于第一衍射结构上。
光学衍射装置中的邻近组件可经由中间层附接在一起。中间层可为OCA层、UV固化或热固化光学胶、光学接触或折射率匹配流体。
在一些实施方案中，程序1400可进一步包括形成第三光学衍射组件。第三衍射组件包括形成于第三记录介质中的第三衍射结构，例如图10A及图10B的G光栅1032。第三衍射结构经配置为以第三衍射效率、以第三衍射角衍射第三色彩的重放参考光(或第三色彩光)，该重放参考光以第三入射角、以第一偏振状态入射于第三衍射结构上。第三衍射效率可实质上高于第三衍射结构衍射第三色彩光或另一不同色彩光的衍射效率，该另一不同色彩光是以第二入射角或不同于第三入射角的入射角、以第三偏振状态入射。
可以类似于如上文所描述的第一衍射结构的方式制造第三衍射结构。可独立地制造第一衍射结构、第二衍射结构及第三衍射结构。第三衍射组件亦可包括载体膜及衍射基板。第一衍射组件、第二衍射组件及第三衍射组件可经配置使得第一衍射角、第二衍射角及第三衍射角彼此大体上相同，例如大体上正交。第一入射角、第二入射角及第三入射角彼此可大体上相同。
第二色彩选择性偏振器可配置于第二光学衍射组件与第三光学衍射组件之间。第二色彩敏感偏振器可为图10A及图10B的YG滤光片。第二色彩选择性偏振器可由两个或多于两个子偏振器构成，例如图10A及图10B的RC滤光片1008-1及GM滤光片1008-2。在一些实例中，第二色彩选择性偏振器首先附接于第三衍射组件上，且接着第二色彩选择性偏振器可附接至第二衍射组件。在一些实例中，第二色彩选择性偏振器可首先附接至第二衍射组件，且接着第三衍射组件可附接至第二色彩选择性偏振器。第二色彩选择性偏振器可被配置为将第三色彩光的偏振状态自第二偏振状态旋转至第一偏振状态，使得第三色彩光以第一偏振状态入射于第三衍射结构上。第二色彩选择性偏振器可被配置为旋转第二色彩光的偏振状态，例如自第一偏振状态旋转至第二偏振状态，而不旋转第一色彩光的偏振状态。
第三色彩选择性偏振器可与第三光学衍射组件依序配置，使得第三光学衍射组件处于第二色彩选择性偏振器与第三色彩选择性偏振器之间。第三色彩敏感偏振器可为图10A及图10B的mG滤光片1040。第三色彩选择性偏振器被配置为旋转第一及第二色彩光中的每一者的偏振状态，例如自第二偏振状态旋转至第一偏振状态，而不旋转第三色彩光的第一偏振状态，使得衍射的第一、第二及第三色彩光具有相同偏振状态。
图14B为制造包括衍射结构及对应反射层的光学衍射装置的实例程序1450的流程图。光学衍射装置可为图5H的光学衍射装置598、图5I的598A、图5J的598B或图5K的598C、图11的光学衍射装置1100或图12A的光学衍射装置1200、图12B的1250或图12C的1270。
形成第一光学衍射组件(1452)。第一衍射组件可为图11的第一衍射组件1110、图12A、图12B或图12C的1210。第一衍射组件包括储存于第一记录介质中的第一衍射结构。第一衍射结构经配置为以第一衍射角将以第一入射角入射的第一色彩光衍射成一级，且以第一入射角衍射成零级。一级的第一色彩光的功率可实质上高于零级的第一色彩光的功率。
第一衍射结构可为全息光栅，例如体积光栅或布拉格光栅。记录介质的厚度可能比第一记录对象光束的波长大超过一个数量级，例如30倍。在一些实例中，第一入射角可为布拉格角。例如由于布拉格选择性，第一衍射效率可实质上高于第一衍射结构衍射第一色彩光或另一不同色彩光的衍射效率，该另一不同色彩光是以不同于第一入射角的入射角入射。以不同入射角入射的光可透射穿过第一衍射结构。
记录介质可包括感旋光性材料，例如感旋光性聚合物或光聚合物。第一衍射结构可类似于图14A的步骤1402形成，例如通过以第一记录对象角将感旋光性材料曝露于第一记录对象光束且同时以第一记录参考角曝露于第一记录参考光束。第一记录对象光束及第一记录参考光束可具有相同波长，例如来自同一光源，及相同偏振状态。第一色彩光的第一入射角可与第一记录参考角大体上相同，且第一衍射角可与第一记录对象角大体上相同。在一些实例中，第一记录参考角在70度至90度的范围内，例如在70度至80度的范围内。在一些实例中，第一记录对象角在-10度至10度的范围内，例如-7度至7度、0度或6度。第一衍射结构可例如通过UV固化或热固化固定于记录介质中。在一些实例中，第一衍射组件包括记录介质上的载体膜，例如TAC膜。在一些实例中，第一衍射组件包括衍射基板，例如玻璃基板。记录介质可处于载体膜与衍射基板之间。
形成第二光学衍射组件(1454)。第二衍射组件可为图11的第二衍射组件1120、图12A、图12B或图12C的1220。第二衍射组件包括储存于第二记录介质中的第二衍射结构。第二衍射结构经配置为以第二衍射角将以第二入射角入射的第二色彩光衍射成一级，且以第二入射角衍射成零级。一级的第二色彩光的功率可实质上高于零级的第二色彩光的功率。
可以类似于步骤1452中的第一衍射结构的方式制造第二衍射结构。可独立地制造第一衍射结构及第二衍射结构。第二衍射组件亦可包括载体膜及衍射基板。
第一衍射组件及第二衍射组件可经配置使得第一衍射角及第二衍射角彼此大体上相同，例如大体上正交。第一入射角及第二入射角彼此不同。可例如根据描述于图13至图13C中的内容判定第一入射角及第二入射角。在一些实例中，第一色彩光具有小于第二色彩光的波长，且第一入射角大于第二入射角。
在第一衍射结构与第二衍射结构之间配置第一反射层(1456)。第一反射层可为图11的反射层1116，或图12A、图12B或图12C的1216。第一反射层被配置为全反射以第一入射角入射的第一色彩光，使得可将零级的未衍射(或透射)的第一色彩光反射回至第一反射层之前的层中，而不传播至光学衍射装置后方的显示器。第一反射层可被配置为具有小于第一衍射组件的紧邻第一反射层的层的折射率的折射率，使得具有第一入射角的第一色彩光由第一反射层与第一光学衍射组件的层之间的界面全反射，而不全反射具有第二入射角的第二色彩光。第一反射层可为第一衍射结构与第二衍射结构之间的任何合适层。举例而言，第一反射层可为第一衍射组件的载体膜。
将第二反射层配置于第二衍射结构后方(1458)。第二反射层可为图11的反射层1105，或图12A、图12B或图12C的1205。第二反射层被配置为全反射以第二入射角入射的第二色彩光，使得可将零级的未衍射(或透射)的第二色彩光反射回至第二反射层之前的层中，而不传播至光学衍射装置后方的显示器。
光学吸收体可形成于光学衍射装置的侧表面上。光学吸收体可为图11的光学吸收体1104、图12A、图12C的1204，或图12B的1254。光学吸收体被配置为吸收第一及第二色彩的全反射光。
在一些实施方案中，形成包括第三衍射结构的第三光学衍射组件。第三衍射组件可为图12A、图12B或图12C的第三衍射组件1230。第三衍射结构可为图12A、图12B或图12C的第三衍射结构1232。第三衍射结构经配置为以第三衍射角将以第三入射角入射的第三色彩光衍射成一级，且以第三入射角衍射成零级。一级的第三色彩光的功率可实质上高于零级的第三色彩光的功率。第一衍射角、第二衍射角及第三衍射角彼此可大体上相同。第三入射角可不同于第一入射角及第二入射角。第一反射层及第二反射层中的每一者可被配置为透射具有第三入射角的第三色彩光。第二反射层可配置于第二衍射结构与第三衍射结构之间。可以类似于步骤1452中的第一衍射结构的方式制造第三衍射结构。可独立地制造第一衍射结构、第二衍射结构及第三衍射结构。第三衍射组件亦可包括载体膜及衍射基板。
第三反射层可配置于第三衍射结构后方。第三反射层可为图12A、图12B或图12C的第三反射层1207。第三反射层被配置为全反射具有第三入射角的第三色彩光，使得零级的未衍射(或透射)的第三色彩光被反射回至第三反射层之前的层且可由光学吸收体吸收，该光学吸收体涂布于光学衍射装置的侧表面上。
在一些实施方案中，第一反射层包括第一光学衍射组件的第一载体膜。第二衍射组件的第二衍射基板通过例如OCA层的第一中间层附接至第一衍射组件的第一载体膜。第二衍射组件的第二载体膜通过第二中间层附接至第三光学衍射组件的第三载体膜，且第二反射层可包括第二中间层。第三反射层可附接至第三衍射组件的第三衍射基板。
程序1450可包括将第一衍射组件配置于第一衍射组件之前的基板上。基板可为图11的场光栅基板1102、图12A的1202、图12B的1252或图12C的1272。基板可包括前表面及背表面。第一衍射组件的前表面可经由折射率匹配材料或OCA层附接至基板的背表面。
在一些实例中，基板包括与基板的背表面成角度的侧表面，且基板被配置为在侧表面处接收多个不同色彩光。基板可经配置使得多个不同色彩光以大体上等于0度的入射角入射于侧表面上且以各别重放参考角入射于背表面上。
本发明的实施方案可提供制造包括光学衍射装置及显示器的装置的方法。显示器可为图5H的显示器594、图5I的594A、图5J的594B或图5K的594。光学衍射装置可为图5H的光学衍射装置598、图5I的598A、图5J的598B或图5K的598C、图9A及图9B的光学衍射装置900、图10A及图10B的光学衍射装置1000、图11的光学衍射装置1100，或图12A的光学衍射装置1200、图12B的1250或图12C的1270。
该方法可包括根据图14A的程序1400或图14B的程序1450形成光学衍射装置。在一些实施方案中，光学衍射装置可包括用于多个不同色彩光的一或多个色彩选择性偏振器及一或多个反射层。可根据程序1400及程序1450的组合制造光学衍射装置。
该方法可进一步包括配置光学衍射装置及显示器，使得光学衍射装置被配置为将多个不同色彩光衍射至显示器。
在一些实施方案中，光学衍射装置及显示器可经配置使得光学装置的背表面与显示器的前表面以例如气隙的间隙隔开。该方法可进一步包括在显示器的前表面或光学衍射装置的背表面中至少一者上形成抗反射涂层。
在一些实施方案中，光学衍射装置及显示器是通过经由中间层将光学衍射装置的背表面附接于显示器的前表面上来配置。中间层可被配置为具有低于光学衍射装置的层的折射率的折射率，使得通过光学衍射装置以零级衍射的多个不同色彩光中的每一者在中间层与光学衍射装置的层之间的界面处全反射。
光学衍射装置经配置为以彼此大体上相同的各别衍射角衍射多个不同色彩光。各别衍射角中的每一者可在-10度至10度的范围内，例如-7度至7度、0度或6度。显示器可被配置为经由光学衍射装置将衍射色彩光重新衍射回。光学衍射装置的区域可覆盖显示器的区域。光学衍射装置可包括在光学装置前方的基板，该基板可被配置为在其侧表面处接收多个不同色彩光，该侧表面与基板的背表面成角度。
本发明的实施方案可提供操作光学衍射装置的方法。光学衍射装置可为图5H的光学衍射装置598、图5I的598A、图5J的598B或图5K的598C、图9A及图9B的光学衍射装置900、图10A及图10B的光学衍射装置1000、图11的光学衍射装置1100，或图12A的光学衍射装置1200、图12B的1250或图12C的1270。可操作光学衍射装置以将包括多个不同色彩光的入射光束转换成个别衍射色彩光。
本发明的实施方案可提供操作包括光学衍射装置及显示器的装置的方法。光学衍射装置可为图5H的光学衍射装置598、图5I的598A、图5J的598B或图5K的598C、图9A及图9B的光学衍射装置900、图10A及图10B的光学衍射装置1000、图11的光学衍射装置1100，或图12A的光学衍射装置1200、图12B的1250或图12C的1270。显示器包括多个显示元素。显示器可为图5H的显示器594、图5I的594A、图5J的594B或图5K的594C。该方法可由控制器执行，该控制例如为图1A的控制器112或图5H的592。
该方法可包括：将至少一个时序控制信号传输至照明器以启动照明器，从而将多个不同色彩光发射至光学衍射装置上，使得光学衍射装置将多个不同色彩光转换成个别衍射色彩光以照明显示器；及对于显示器的多个显示元素中的每一者，传输至少一个各别控制信号以调变显示元素，使得个别衍射色彩光由经调变显示元素反射以形成对应于各别控制信号的多色三维光场。
在一些实施方案中，该方法可进一步包括：获得图形数据，该图形数据包含用于对应于三维空间中的对象的多个基元的各别基元数据；对于多个基元中的每一者，通过在三维坐标系统中计算自基元至显示元素的电磁(EM)场传播来判定对显示器的多个显示元素中的每一者的EM场贡献；对于多个显示元素中的每一者，产生自多个基元对显示元素的EM场贡献的总和；及对于多个显示元素中的每一者，基于对显示元素的EM场贡献的总和而产生各别控制信号以用于调变显示元素的至少一个性质。多色三维光场对应于对象。
在一些实施方案中，该方法包括：在一系列时段中使用与多个不同色彩相关联的信息依序调变显示器；及控制照明器以在该系列时段中的各别时段期间将多个不同色彩光中的每一者依序发射至光学装置，使得多个不同色彩光中的每一者由光学装置衍射至显示器，且由显示器的经调变的显示元素反射以在各别时段期间形成对应于对象的相应的色彩三维光场。
多个不同色彩光可由光学装置以大体上相同的衍射角衍射至显示器。衍射角可在0度至10度的范围内。
照明器及光学衍射装置可经配置使得多个不同色彩光以各别入射角入射于光学衍射装置的第一光学衍射组件上。各别入射角中的每一者在70度至90度的范围内。在一些状况下，各别入射角彼此不同。在一些状况下，各别入射角彼此大体上相同。
光学衍射装置可包括用于多个不同色彩的多个衍射光栅。这些光栅可包括透射光栅、反射光栅或其组合。举例而言，图9A至图12C中所展示的光学衍射装置中的每一者包括用于不同色彩的对应透射光栅。在一些实施方案中，光学衍射装置可包括可被配置为用于不同色彩的透射光栅及反射光栅的组合。光学衍射装置可被配置为将入射光朝向相同方向或往回朝向相反方向衍射。
图15示出用于个别地衍射两种各别色彩光的实例光学装置1500，该光学装置包括用于两种各别色彩的透射式及反射式衍射光栅的组合以及对应反射层。光学装置1500可包括：第一衍射组件1510，其具有用于蓝色的第一衍射光栅1512；及第二衍射组件1520，其具有用于绿色的第二衍射光栅1522。第一衍射光栅1512及第二衍射光栅1522中的每一者可为全息光栅，例如布拉格光栅或体积光栅。然而，用于蓝色的第一衍射光栅1512经配置为相对于入射于光栅1512上的蓝色光向前衍射蓝色光的透射光栅，而用于绿色的第二衍射光栅1522经配置为相对于入射于光栅1522上的绿色光向后反射绿色光的反射光栅。第一衍射光栅1512及第二衍射光栅1522中的每一者可独立地记录及固定于例如感旋光性材料(诸如，光聚合物)的记录介质中。
第一衍射组件1510及第二衍射组件1520可沿着例如Z方向的方向一起堆栈于场光栅基板1502上。场光栅基板1502可为光学透明基板，例如玻璃基板。光学衍射装置1500可在诸如LCOS的显示器前方，该显示器例如为图5H的显示器594、图5I的594A、图5J的594B或图5K的594C。举例而言，光学衍射装置1500可经由中间层配置于显示器的防护玻璃罩1530上，或以例如气隙的间隙隔开。
类似于图11中的第一衍射组件1110及第二衍射组件1120，第一衍射组件1510及第二衍射组件1520中的每一者可包括在各别衍射光栅1512、1522的相对侧上的各别基板1514、1524及各别载体膜1516、1526。各别衍射光栅1512、1522处于各别基板1514、1524与各别载体膜1516、1526之间。各别基板1514、1524可为玻璃基板，该玻璃基板可具有与场光栅基板1502的折射率相同或接近的折射率。各别载体膜1516、1526可为TAC膜。TAC膜可具有低于用以记录衍射光栅1512及1522的感旋光性聚合物的折射率。光学衍射装置1500中的邻近层或组件可使用OCA、UV固化或热固化光学胶、光学接触或折射率匹配流体的一或多个中间层附接在一起。举例而言，第一衍射组件1510(例如，基板1514)可经由例如OCA层的中间层1501附接至场光栅基板1502。第一衍射组件1510及第二衍射组件1520，例如载体膜1516及基板1524，可经由例如OCA层的另一中间层1503附接在一起。光学衍射装置1500(例如，载体膜1526)可经由例如OCA层的中间层1505附接至显示器的防护玻璃罩1530。
如图15中所展示，例如由于布拉格选择性，第一衍射光栅1512经配置为以各别衍射角(例如，正交于显示器)将以例如78.4°的第一入射角θb入射的蓝色光衍射成一级且以各别入射角衍射成零级，且以不同入射角透射绿色光。因此，在对应衍射光栅处个别地衍射的不同色彩的光之间不存在串扰。每种色彩光可经偏振。以一级衍射的不同色彩光的偏振状态可相同，例如s或p。
光学衍射装置1500可包括在第一光栅1512与第二光栅1522之间的第一反射层(或阻挡层)。第一光栅1512经配置为以例如0°的衍射角将以例如78.4°的第一入射角θb入射的蓝色光衍射成一级，且以第一入射角衍射成零级。第一反射层，例如第一反射层的折射率，被配置为全反射以第一入射角衍射的蓝色光，但透射以第二入射角入射的绿色光。举例而言，第一反射层的折射率低于紧接在第一反射层之前的层(例如，第一光栅1512)的折射率。第一反射层可为第一光栅1512与第二光栅1522之间的合适层。在一些实例中，第一反射层为载体膜1516，如图15中所展示。
光学衍射装置1500可包括在第二光栅1512之后且在显示器防护玻璃罩1530之前的第二反射层。第二反射层可为中间层1505且被配置为将绿色光例如全反射回至第二光栅1512。第二光栅1512接着经配置为以例如0°的衍射角将以例如76.5°的第二入射角θg入射的绿色光衍射成返回朝向显示器的一级，且以第二入射角衍射成返回至光学衍射装置1500中的零级。
由反射层1516全反射的蓝色光以及透射的零级绿色光返回至光学衍射装置1500中以到达光学衍射装置1500的一侧。如图15中所示出，该侧的表面可涂布有光学吸收体1504，例如黑涂层，以通过对应的透射式衍射光栅1512及反射式衍射光栅1522吸收零级的蓝色光及绿色光。
具有色彩选择性偏振器的光学衍射装置(例如，如图9A至图10B中所示出)及具有反射层的光学衍射装置(例如，如图11至图12C及图15中所示出)中的每一者可被视为一维扩束器。一维扩束器可被配置为将具有一宽度及一高度的输入光束扩展成具有相同宽度及更大高度或相同高度及更大宽度的输出光束，例如通过以一或多个衍射角衍射输入光束。
本文中所描述的技术亦可用以将输入光束扩展成宽于且高于输入光束的输出光束，例如通过二维扩束。可通过使用二维扩束器(或双扩束器)来达成二维扩束，该二维扩束器具有串联的至少两个一维扩束器。举例而言，第一一维扩束器可被配置为在第一维度(宽度或高度)上扩展输入光束，从而产生在第一维度上宽于或高于输入光束的中间光束。第二一维扩束器可被配置为在第二维度(高度或宽度)上扩展中间光束，从而产生在第二维度上高于或宽于中间光束的输出光束。因此，输出光束可在第一维度及第二维度上宽于且高于输入光束。
在此二维扩束器配置中，一维扩束器中的一者或两者可使用色彩选择性技术，且一维扩束器中的一者或两者可使用反射层技术。每一一维扩展器可使用本文中的详细实施例中的任一者，包括反射式衍射组件或折射式衍射组件，或反射式衍射组件及折射式衍射组件的组合。一维扩束器可以任何合适的配置或配置按顺序定位。
在一些实施方案中，可使用自由空间空中几何形状或经由整体或分段基板将两个此类一维扩展器之间的中间光束自第一一维扩展器耦合至第二一维扩展器中，该基板由例如玻璃或丙烯酸制成且体现两个扩展器的基板的几何形状及功能性。可使用两个一维扩束器之间的一或多个耦合组件达成此耦合。这些耦合组件可包括一镜、多个镜，或一镜及一光束分光二向色组件，或其他衍射组件的薄膜组件。这些耦合组件可自第一一维扩展器获取两种或多于两种色彩的共线准直输出光，且将两种或多于两种色彩的共线准直输出光转换成两个或多于两个独立的准直但不共线的中间光束，每一中间光束用于这些色彩中的一者，以满足第二一维扩展器的色彩相依角度输入要求(若存在)。类似地，第一一维扩展器可将各自具有不同色彩的两个或多于两个光源(例如，雷射二极管)的共线准直输出作为其输入，或可将两个或多于两个独立的准直但不共线的中间光束作为其输入，每一中间光束用于来自两个或多于两个光源的一种色彩。
抑制显示零级光
显示器(例如，LCoS)包括显示元素(例如，像素或相位单元)的数组。显示器上的显示元素之间存在间隙。这些间隙占据显示器的一部分区域，例如在5％至10％的范围内。这些间隙可被视为死间隙，这是因为此等间隙处的显示材料(例如，液晶)不受输入控制信号控制，且无全息信息可输入至此等间隙中。相比之下，全息信息可输入至显示元素中，这些显示元素受控制(或调变)以衍射光，从而重建对应于全息信息的全息场景。
图16示出入射于显示器1610上的入射光1620的实例1600。显示器1610可为图1A的显示器114、图1B的显示器156、图5A的显示器512、图5B的显示器524、图5C的显示器534、图5D的显示器544、图5E的显示器564、图5F的显示器574、图5G的显示器584、图5H的显示器594、图5I的显示器594A、图5J的显示器594B、图5K的显示器594C、图6A的显示器600或图6B的显示器650。其他显示器配置亦为可能的。
作为实例，显示器1610可为由液晶制成的LCoS。显示器1610包括以间隙1614隔开的显示元素1612(例如，图1B的显示元素160)的数组。每一显示元素1612可具有正方形(或矩形或任何其他合适的)形状，该形状具有元素宽度1613，例如5μm。显示元素1612亦可为任何其他合适的形状，例如多边形。邻近显示元素1612以间隙1614分离，该间隙具有例如小于0.5μm的间隙大小1615。
入射光1620可为准直光束，该准直光束可具有大于显示器1610的整个区域的光束大小，使得入射光1620可照明显示器1610的整个区域。当入射光1620以入射角θi入射于显示器1610上时，入射光1620的第一部分(例如，光1620的90％至95％)照明显示元素1612，且入射光1620的第二部分(例如，光1620的5％至10％)照明间隙1614。当使用全息信息(例如，对应于全息数据的全息图)，例如通过电压，调变显示元素1612时，入射光1620的第一部分可由经调变显示元素1612以衍射角θd按一级衍射，以变为衍射一级光1622。
衍射一级光1622形成全息光场，该全息光场可为具有视角θa的重建锥(或截锥)1630。视角θa取决于显示器1610的一或多个特性(例如，元素间距1613)及入射光1620的一或多个波长。在一些实例中，视角θa的一半在3°至10°的范围内，例如5°。举例而言，对于间距d＝3.7μm，蓝色光(λ＝460nm)在空气中的视角θa为约7°，且红色光(λ＝640nm)在空气中的视角为约10°。具有较大波长的光对应于较大视角。
由于显示器1610的间隙1614不受任何全息信息调变，因此间隙1614处的显示器1610充当反射镜。当入射光1620的第二部分入射于间隙1614上时，入射光1620的第二部分可在间隙1614处以反射角θr反射，该反射角具有等于入射角θi的绝对值的绝对值。在本文中的本发明中，「A等于B」指示A的绝对值等于B的绝对值，且A的方向可与B的方向相同或不同。入射光1620的反射第二部分可被视为显示零级光1624的至少一部分。若入射角θi小于顶角θa的一半，例如θi＝0°，则显示零级光1624可能会非期望地出现在重建锥中，此可影响全息场景的效应。
显示零级光亦可包括来自显示器的任何其他非想要光，例如间隙处的衍射光、来自显示元素的反射光或来自显示器上的显示器防护玻璃罩的反射光。显示零级光1624的高级可包括间隙处的衍射光。在一些实施方案中，显示器1610被配置为抑制显示零级光的高级，例如通过包括具有不同大小的不规则或非均匀显示元素。显示元素可能不具有周期性，且可形成沃罗诺伊图案，例如，如图6A中所示出。
在本文中的本发明中，仅出于说明的目的，入射光的反射第二部分被视为显示零级光的表示。
图17A至图17B示出显示于投影屏幕上(图17A)及观看者眼睛上(图17B)的全息场景内的显示零级光的实例1700、1750。准直输入光1720由光学装置1710耦合从而以正入射(亦即，θi＝0°)照明显示器1610。光学装置1710可为波导、光束分光器或光学衍射装置。为了说明，光学装置1710为包括形成于基板1712上的光栅1714的光学衍射装置，例如图5H的装置598。然而，如上文所提及，可使用反射光学装置。
输入光1720的第一部分入射于显示器1610的使用全息信息调变的显示元素1612上，且由显示元素1612衍射以变为衍射一级光1722。输入光1720的第二部分入射于显示器1610的间隙1614上且在间隙1614处反射以变为显示零级光1724的至少一部分。衍射一级光1722在空间中传播以形成具有例如10°的视角的重建锥。由于例如0°的入射角小于视角的一半，例如5°，因此以等于例如0°的入射角的反射角传播的显示零级光1724在重建锥内。
如图17A中所示出，衍射一级光1722形成三维全息场景，该三维全息场景的二维横截面1732可在二维(2D)投影屏幕1730上观察到，该投影屏幕沿着垂直于显示器1610的方向与显示器1610隔开。显示零级光1724看似准直零级光1734，作为全息场景1732内的非期望影像(例如，具有矩形形状)。如图17B中所示出，衍射一级光1722在观看者1760的眼睛上形成全息场景1762。显示零级光1724由观看者1760的眼睛的晶状体聚焦，且看似聚焦的零级光1764，作为全息场景1762内的非期望光点。
为改善经重建全息场景的效应且因此改善显示系统的效能，需要抑制(或甚至消除)经重建全息场景中的显示零级光。本发明的实施方案提供多种技术，例如，如下文所描述的五种技术，以抑制(或甚至消除)经重建全息场景中的显示零级光。这些技术可个别地或以其组合应用。
可在经重建全息场景中以光抑制效率抑制显示零级光。光抑制效率界定为一减去使用本文中所描述的技术进行抑制的全息场景中的显示零级光的量与未进行抑制的全息场景中的显示零级光的量之间的比率。在一些实例中，光抑制效率大于预定百分比，例如50％、60％、70％、80％、90％或99％。在一些实例中，光抑制效率为100％。亦即，在全息场景中消除所有显示零级光。
在被称作「相位校准」的第一种技术中，可调整显示器的显示元素的相位以具有预定相位范围，例如[0,2π]。以此方式，可增加基于经校准相位形成的全息场景与显示零级光之间的信杂比(S/N)。
在被称作「零级光束发散的第二种技术」中，如图18中所示出，显示零级光束由光学散焦装置(例如，凹透镜)发散以具有较低功率密度。相比之下，全息图经预配置，使得入射于由全息图调变的显示元素上的准直光束经衍射以变为会聚光束。会聚光束由光学散焦装置重新聚焦以形成具有较高功率密度的全息场景。因此，在全息场景中减弱或抑制显示零级光束。
在被称作「零级光偏离」的第三种技术中，如图19A至图19C、图20A至图20B、图21及图22中所示出，显示零级光偏离全息场景。光学装置被配置为耦合输入光，从而以大于形成全息场景的经重建锥的视角的一半的入射角照明显示器。显示零级光以等于入射角的反射角传播远离显示器。对应于全息场景的全息图经预配置，使得衍射一级光以与入射角为0°时相同的方式传播远离显示器，从而形成重建锥。因此，显示零级光偏离重建锥且因此偏离全息场景。
在被称作「零级光阻挡」的第四种技术中，如图23A至图23B中所示出，显示零级光首先根据第三种技术偏离衍射一级光，且接着由光学阻挡组件阻挡(或吸收)，该光学阻挡组件例如为超颖材料层或异向性光学组件，诸如遮光膜。光学阻挡组件被配置为透射具有小于预定角度的角度的光束，且阻挡具有大于预定角度的角度的光束。预定角度可小于输入光的入射角且大于重建锥的视角的一半。
在被称作「零级光重导向」的第五种技术中，如图24至图33中所示出，显示零级光首先根据第三种技术偏离衍射一级光，且接着通过例如衍射光栅的光学衍射组件重导向进一步远离衍射一级光。当输入光同时或依序包括不同色彩光时，如图30A至图30B、图31A至图31B、图32及图33中所示出，光学衍射组件可包括一或多个对应衍射光栅，该一或多个对应衍射光栅被配置为在平面或空间中将不同色彩光朝向不同方向衍射，从而减少不同色彩光之间的色彩串扰。
以上五种技术主要用以抑制整体显示零级光的主反射零级。在第六种技术中，显示器被配置为抑制整体显示零级光的高级，例如通过使用具有不同大小或形状或其两者的不规则或非均匀显示元素。显示元素可能不具有周期性，且可形成沃罗诺伊图案或为经沃罗诺伊图案化的显示元素。在一些实施方案中，显示器可为图6A的显示器600或图6B的显示器650。
在下文中，更详细地描述前五种技术。
第一种技术-相位校准
相位校准为可增加显示器中的对比度的技术，例如通过拉出所计算全息图的直流(DC)项，此可通过软件或程序指令实施。相位校准可达成超出装置校准的准确度，此可为不良或未知的。
在一些实施方案中，全息图包括用于显示器的显示元素的各别相位。如上文所描述，各别相位可为一或多个对应对象对每一显示元素的所计算EM贡献。根据相位校准技术，通过调整(例如，按比例调整及/或移位)用于显示元素的各别相位以具有例如[0,2π]的预定相位范围从而获得显示器中的较高对比度度来配置全息图。
可根据以下表达式调整各别相位：
Figure BDA0004119101650000601
其中
Figure BDA0004119101650000602
表示各别相位的初始相位值，
Figure BDA0004119101650000603
表示各别相位的经调整相位值，且A及B为用于各别相位的常数，A在[0,1]内且B在[0,2π]内。在一些实例中，对于所有显示元素，A皆相同。在一些实例中，对于所有显示元素，B皆相同。在一些实例中，对于不同显示元素，A不同。在一些实例中，对于不同显示元素，B不同。
在经完全校准及线性化的显示系统中，(A,B)的一对值(1,0)通过证明输入全息图的最高衍射效率来提供最佳对比度。然而，由于显示器的非线性LC曲线及不准确校准，用于显示元素的各别相位通常不在[0,2π]的范围内，且因此显示对比度会降低。由于输入光相同，因此显示零级光将相同。若全息图的衍射效率增加，则显示对比度可较高，且全息场景的s/N比可较高。
根据相位校准技术，可通过在相位坐标系统中按比例调整及移位各别相位来改善显示对比度，使得将各别相位调整为具有一范围，例如准确地为[0,2π]。在一些状况下，取决于工作LC的校准及最大相移，经调整的各别相位的范围可小于或大于2π范围。因此，对于每一显示器，可存在一对(A,B)，其产生最高衍射效率，从而导致最高S/N比。
可通过调整常数A及B来调整用于显示元素的各别相位，使得全息场景的光抑制效率得以最大化。光抑制效率可大于预定百分比，例如50％、60％、70％、80％、90％或99％。
在一些实施方案中，通过机器视觉算法或诸如人工智能(AI)算法的机器学习算法来调整常数A及B。在机器视觉算法中，全息图经设计以产生聚焦于距显示器特定距离处的平面中的透射式漫射屏幕上的伪随机点。接着，以RGB重建点在彼平面上完全对准的方式针对三原色红色、绿色及蓝色(RGB)而计算全息图。接着，该算法经设定以针对每种色彩得到一对值(A,B)，使得显示对比度处于可接受位准。在一对值(A,B)之开始处，例如[1,0]，特定距离处之摄影机拍摄屏幕上的图案的图像。在所拍摄图像中，对将所有点(X)的亮度进行平均，且亦量测背景噪声上的一个小区域(Y)。计算比率X/Y且检查其是否大于特定值。若否，则将会改变该对值(A,B)且自动地重复程序直至判定可接受的一对值(A,B)。
第二种技术-零级光束发散
图18示出通过使显示零级光束发散来抑制显示于投影屏幕1830上的全息场景中的显示零级光的实例系统1800。光束分光器1810定位于显示器1610前方且耦合准直输入光束1820，从而以正入射照明显示器1610。光束1820的第一部分由显示元素衍射以变为衍射一级光束1822，显示元素通过全息图调变，且光束1820的第二部分由显示器1610的间隙反射以变为显示零级光束1824。光学发散组件，例如凹透镜1802，配置于光束分光器1810下游及投影屏幕1830之前。在一些实例中，光学发散组件包括相比凹透镜1802配置于更远离投影屏幕1830的位置处的凸透镜，使得准直光束首先被聚焦且接着朝向投影屏幕1830发散。
当显示零级光束1824离开显示器1610时，显示零级光束1824经准直。因此，当显示零级光束1824透射穿过凹透镜1802时，显示零级光束1824被凹透镜1802发散，如图18中所示出。因此，相较于原始准直输入光束1820的功率密度，发散的显示零级光束1824的功率密度在发散光束区域上减小或减弱。
根据第二种技术，调变显示器1610的显示元素的全息图(或各别相位)可经预配置，使得衍射一级光束1822在离开显示器1610时会聚。会聚度被配置为对应于凹透镜1802的发散度。亦即，凹透镜的发散由经配置会聚补偿。因此，当会聚的衍射一级光束1822透射穿过凹透镜1802时，衍射一级光束1822经准直以在投影屏幕1830上形成经重建全息场景1832，此与未预配置全息图及凹透镜1802的情况相同。因此，经重建全息场景1832具有与准直输入光束1820的功率密度相同的功率密度。相比之下，显示零级光束1834以减小的功率密度在投影屏幕1830上发散及涂抹(或减弱)。投影屏幕1830与显示器1610隔开指定距离，例如50cm。显示零级光束1834可为暗的且看似全息场景1832中的背景噪声。以此方式，光抑制效率可增加至例如大于99％，且全息场景1832的s/N比可增加。
在一些实施方案中，通过将对应相位加至用于显示器1610的显示元素的各别相位来预配置全息图。用于显示元素的各别相位可为根据第一种技术—相位校准而调整的各别相位。用于显示元素中的每一者的对应相位表达为：
Figure BDA0004119101650000611
其中
Figure BDA0004119101650000612
表示用于显示元素的对应相位，λ表示输入光1820的波长，f表示光学发散组件(例如，凹透镜1802)的焦距，x及y表示显示元素在2D显示坐标系统中的坐标，且a及b表示常数。一对值(a,b)可基于应用而调整，例如用于为眼睛患有散光之人引入散光。若a等于b，例如a＝1且b＝1，则对应相位之散焦效应为圆形；若a不同于b，例如a＝1且b＝0.5，则散焦效应为椭圆形且可匹配2:1变形聚焦透镜。若a＝0或b＝0，但并非两者皆有，则散焦效应可产生线焦点而非区域焦点且可匹配柱面聚焦透镜。
在一些实施方案中，当在诸如Unity的3D软件应用程序(例如，图1A的应用程序106)中设计(或模拟)全息场景时，通过为配置锥添加虚拟透镜来预配置全息图。在图20A至图20B中进一步详细地描述配置锥。衍射一级光束1822形成具有视角的重建锥，且配置锥对应于重建锥并具有与视角相同的顶角。在模拟中，配置锥可在全局3D坐标系统中相对于显示器沿着垂直于显示器的方向移动对应于光学发散组件的焦距的距离。对于重建锥中的所有对象，配置锥可仅移动一次。接着基于在全局3D坐标系统中的移动配置锥而产生全息数据，例如对象的基元列表。
第三种技术-零级光偏离
如上文在图16及图17A至图17B中所描述，全息场景(或全息内容)的重建锥具有取决于显示器以及输入光束的波长的视角。若显示零级光可偏离出重建锥外，则可在无显示零级光的情况下观察到全息场景。
图19A示出当使用准直输入光1920以正入射(亦即，θi＝0°)照明显示器1610时全息场景中的显示零级光的实例系统1900。光学装置1910耦合准直输入光1920从而以正入射照明显示器1610。在一些实施方案中，如图19A中所示出，光学装置1910为波导装置，例如图5G的波导装置588，该光学装置包括形成于基板1912上的输入耦合器1916及输出耦合器1914。
输入光1920的第一部分入射于显示器1610的使用全息图调变的显示元素上，且由显示元素衍射以变为衍射一级光1922。输入光1920的第二部分入射于显示器1610的间隙上，且在间隙处反射以变为显示零级光1924的至少一部分。衍射一级光1922在空间中传播以形成具有例如10°的视角的重建锥。由于例如0°的入射角小于视角的一半，例如5°，因此以等于例如0°的入射角的反射角传播的显示零级光1924在重建锥内。如图19A中所示出，衍射一级光1922在二维(2D)投影屏幕1930上形成全息场景1932。显示零级光1924看似准直零级光1934，作为全息场景1932内的非期望影像。
图19B示出通过引导显示零级光远离(或使其偏离)全息场景来抑制显示于投影屏幕1930上的全息场景中的显示零级光的实例1950。不同于光学装置1910，包括形成于基板1962上的输入耦合器1966及输出耦合器1964的光学装置1960被配置为耦合准直输入光1920，从而以大于0°的入射角θi照明显示器1610。由于反射，显示零级光1974以等于入射角θi的反射角θr离开显示器1610。
根据第三种技术，调变显示器1610的显示元素的全息图(或各别相位)可经预配置，使得衍射一级光1972以正入射离开显示器1610。亦即，入射角的偏离由经配置全息图补偿。因此，衍射一级光束1972在投影屏幕1930上形成看似经重建全息场景1976的重建锥，与入射角处于正入射时相同。当入射角(例如，6°)大于重建锥的视角的一半(例如，5°)时，显示零级光1974可偏离或移位远离重建锥。因此，如图19B中所示出，由显示零级光1974形成的移位显示零级影像1978可在投影屏幕1930上的全息场景1976外部。类似地，如图19C中所示出，当由观看者1990看到时，由显示零级光1974形成的显示零级光点1994可在由衍射一级光1972在观看者1990的眼睛上形成的全息场景1992外部。通过配置入射角的方向，显示零级光可向上或向下或向空间中的一侧偏离。
在一些实施方案中，通过将对应相位加至用于显示器1610的显示元素的各别相位来预配置全息图。用于显示元素的各别相位可为根据第一种技术—相位校准而调整的各别相位。用于显示元素中的每一者的对应相位表达为：
Figure BDA0004119101650000621
其中
Figure BDA0004119101650000622
表示用于显示元素的对应相位，λ表示输入光1920的波长，x及y表示显示元素在2D显示坐标系统中(或3D坐标系统中)的坐标，且θ表示对应于入射角θi的角度，例如θ＝θi。
在一些实施方案中，当在诸如Unity的3D软件应用程序(例如，图1A的应用程序106)中设计(或模拟)全息场景时，通过为配置锥添加虚拟棱镜来预配置全息图。
图20A示出3D软件应用程序中的3D坐标系统中的相对于显示器2002及光学装置2010的配置锥2020及重建锥2030的实例2000。光学装置2010可为光导装置，例如图5H的光学衍射装置598，该光导装置包括形成于基板2012上的光栅2014。
如图20A中所示出，光学装置2010耦合输入光2040，从而以大于0°的入射角(非正入射)照明显示器2002，此在效果上与以对应于(例如，等于)相对于3D坐标系统的入射角的反射角的角度旋转配置锥2020(连同所有对象，包括配置锥2020内的对象2022)相同。在一些实施方案中，配置锥2020在原始3D坐标系统中旋转。在一些实施方案中，原始3D坐标系统旋转，但配置锥2020不旋转。一旦设定了3D坐标系统中的配置锥2020，便可将物件置放于配置锥2020中而无需个别地改变基元的顶点。因此，模拟的重建锥2030(具有所有经重建对象，包括经重建对象2032)及显示零级光2042以相对于3D坐标系统的相同反射角相对于显示器2002旋转。亦即，当观看者看到时，显示零级光2042可出现在全息场景中。
图20B示出在3D软件应用程序中的3D坐标系统中调整图20A的配置锥2020以配置对应于全息场景的全息图的实例2050。配置锥2020(连同设计对象，包括对象2022)可在3D坐标系统中相对于显示器2002的表面以旋转角旋转。旋转角对应于(例如，等于)入射角使得经调整配置锥2060(具有经调整的设计对象，包括经调整对象2062)与显示器2002成正入射。对于所有设计对象，配置锥2020可仅调整一次。接着基于全局3D坐标系统中的经调整配置锥2060而产生全息数据，例如用于对象的基元列表。接着基于全息数据产生全息图。
因此，当光学装置2010耦合输入光2040从而以入射角照明显示器2002时，输入光2040的第一部分由用预配置全息图调变的显示元素衍射。衍射一级光形成正交于显示器2002的重建锥2070(具有经重建对象，包括设计对象2062的经重建对象2072)。重建锥2070具有视角θv。相比之下，输入光2040的第二部分在无预配置全息图的调变的间隙处反射以变为显示零级光2042，该显示零级光以等于入射角θi的反射角θr离开显示器。因此，当入射角θi大于视角的一半，亦即，θi>θv/2时，显示零级光2042在由观看者看到时处于重建锥2070外部且因此处于全息场景外部。
输入光2040可以任何合适方式耦合至光学装置2010中，例如通过输入耦合器，诸如图19B的输入耦合器1966，通过如图21中所示出的棱镜，或如图22中所示出的楔形基板。
图21示出经由耦合棱镜2111将准直输入光2120耦合至光学装置2110从而以入射角照明显示器1610以用于抑制全息场景中的显示零级光的实例2100。光学装置2110包括基板2112上的光栅2114。耦合棱镜2111将输入光2120耦合至基板2112中，该基板将输入光2120导向光栅2114。光栅2114以入射角将输入光2120朝向显示器1610衍射出。全息图经预配置使得衍射一级光2122以接近正入射方式离开显示器1610，以形成重建锥，而显示零级光2124以等于入射角的反射角离开显示器1610。当入射角大于重建锥的视角的一半时，显示零级光2124形成在由观看者2130看到时处于全息场景2132外部的移位零级光点2134。
图22示出经由光学装置2210的楔形基板2212耦合光从而以入射角照明显示器1610以用于抑制全息场景中的显示零级光的实例系统2200。光学装置2210包括楔形基板2212上的光栅2214。楔形基板2212将输入光2220耦合至基板2212中，该基板将输入光2120导向光栅2214。光栅2214以入射角将输入光2120朝向显示器1610衍射出。全息图经预配置使得衍射一级光2222以接近正入射方式离开显示器1610，以形成重建锥，而显示零级光2224以等于入射角的反射角离开显示器1610。当入射角大于重建锥的视角的一半时，显示零级光2224形成在由观看者2230看到时处于全息场景2232外部的移位零级光点2234。
根据第三种技术，离开显示器的显示零级光具有大于离开显示器的衍射一级光的偏离角。因此，可基于角度差在全息场景中抑制(或消除)显示零级光，例如，如在第四种技术「零级光阻挡」及第五种技术「零级光重导向」中进一步描述。
第四种技术-零级光阻挡
图23A至图23B示出通过用光学阻挡组件阻挡或吸收自显示器反射的显示零级光来抑制全息场景中的显示零级光的实例系统2300、2350。光学阻挡组件可为任何合适的结构，例如人工结构，诸如遮光层、超颖材料层、超颖材料结构、超颖表面或可展现阻挡性质的任何其他种类的工程微结构或纳米结构。
为了说明，类似于图21，耦合棱镜2311将准直输入光2320耦合至具有形成于基板2312上的光栅2314的光学装置2310中。光栅2314被配置为将输入光2320衍射出，从而以例如大于重建锥的视角的一半的入射角照明显示器1610。通过应用第三种技术，全息图经预配置使得衍射一级光2322以与输入光以正入射来入射于显示器上时的方式相同的方式离开显示器1610，而显示零级光2324以等于入射角的反射角传播远离显示器1610。
作为光学阻挡组件的实例，超颖材料层2316形成于基板2312上(例如，沈积于基板上或附着至基板)。如图23A至图23B中所示出，超颖材料层2316及光栅2314可形成于基板2312的相对侧上。超颖材料层2316可由小于所关注波长的微结构或纳米结构的数组制成。通过个别地及共同地配置微结构或纳米结构的几何形状，超颖材料层2316可经设计为以期望方式与光相互作用。在本发明中，超颖材料层2316被配置为透射具有小于预定角度的角度的光束，且阻挡具有大于预定角度的角度的光束。预定角度可设定为小于入射角且大于由衍射一级光2322形成的重建锥的视角的一半。因此，衍射一级光2322可以例如不小于诸如50％、60％、70％、80％、90％或99％的预定比率的透射效率透射穿过超颖材料层2316。相比之下，显示零级光可由超颖材料层2316阻挡或吸收，例如以100％的阻挡效率。
全息场景中的显示零级光的光抑制效率可为100％。如图23A中所示出，衍射一级光2322可在投影屏幕2330上形成全息场景2332，而无显示零级光2324。如图23B中所示出，当由观看者2360看到时，衍射一级光2322可在观看者2360的眼睛上形成全息场景2362，而无显示零级光2324。
第五种技术-零级光重导向
图24示出通过经由光学重导向结构将显示零级光重导向远离全息场景来抑制全息场景中的显示零级光的系统2400。光学重导向结构可为光栅，例如全息光栅，诸如布拉格光栅，或任何其他合适的重导向结构。
类似于图5H的系统590，系统2400包括计算机2401(例如，图5H的计算机591)、控制器2402(例如，图5H的控制器592)、反射式显示器2404(例如，图5H的反射式显示器594)及照明器2406(例如，图5H的照明器596)。系统2400亦包括光学装置2410，该光学装置可包括光学衍射装置，例如图5H的光学衍射装置598、图5I的598A、图5J的598B或图5K的598C、图9A及图9B的光学衍射装置900、图10A及图10B的1000、图11的1100、图12A的1200、图12B的1250，或图12C的1270，或图15的1500。在一些实施方案中，如图24中所示出，光学装置2410包括基板2412(例如，图5H的基板598-2)上的透射式场光栅结构2414作为光学衍射装置。透射式场光栅结构2414可为图5H的场光栅结构598-1。透射式场光栅结构2414可包括用于一或多种不同色彩光的一或多个光栅。基板2412可为透明玻璃基板。
类似于上文所描述的内容，光学装置2410可邻近于显示器2404的前表面配置。在一些实施方案中，光学装置2410(例如，场光栅结构2414的表面)附接至显示器2404的前表面，例如经由折射率匹配材料。在一些实施方案中，气隙处于光学装置2410的顶表面与显示器2404之间。在一些实施方案中，例如玻璃之间隔物插入于光学装置2410的顶表面与显示器2404之间的气隙中。为了较佳地说明光传播，在图24及以下图26A至图33中使用气隙作为实例。
控制器2402被配置为自计算机2401接收对应于一或多个对象的图形数据(例如，通过使用诸如Unity的3D软件应用程序)，对图形数据执行计算，且产生用于调变的控制信号并经由内存缓冲器2403将这些信号传输至显示器2404。控制器2402亦耦接至照明器2406，且被配置为提供时序信号2405，从而启动照明器2406以提供输入光2420。输入光2420接着由光学装置2410的透射式场光栅2414衍射以照明显示器2404。入射于显示器2404的显示元素上的输入光2420的第一部分由显示器2404衍射，且衍射一级光2421朝向观看者形成全息光场2422。全息光场2422可对应于具有视角的重建锥(或截锥)。显示器2404可包括在显示器2404的背面上的后镜，且可朝向观看者反射光。入射于显示器2404的间隙上的输入光2420的第二部分由显示器2404反射，例如由后镜反射以变为显示零级光2424。
如上文所描述，透射式场光栅2414可被配置为将来自照明器2406的输入光2420衍射出，从而以例如大于重建锥(或截锥)的视角的一半的入射角离轴照明显示器2404。通过应用第三种技术，衍射一级光2421以与当输入光2420以正入射来轴上入射时的方式相同的方式离开显示器2404，而显示零级光2424以等于入射角的反射角离开，该显示零级光在重建锥外部。
如图24中所示出，系统2400可包括光学重导向结构2416，该光学重导向结构被配置为相比具有不同于预定角度的角度的第二光束，以衍射角、以实质上更大的衍射效率衍射具有等于预定角度的角度的第一光束。光学重导向结构2416可为全息光栅，诸如布拉格光栅。衍射角可实质上大于预定角度。在一些实施方案中，光学重导向结构2416包括用于一或多种不同色彩光的一或多个光栅，如图30A至图33中进一步示出。在一些实施方案中，光学重导向结构2416配置于光学装置2410下游，远离显示器2404。在一些实施方案中，如图24中所示出，光学重导向结构2416形成于基板2412的与透射式场光栅结构2414相对的一侧上。
根据第五种技术，光学重导向结构2416可被配置为具有等于显示零级光2424的反射角或输入光2420在显示器2404处的入射角的预定角度。当显示零级光2424以反射角传播时，相比衍射一级光2421，光学重导向结构2416可以实质上更大的衍射效率、以衍射角衍射显示零级光2424，而衍射一级光2421可透射穿过光学重导向结构2416以形成全息光场2422。以此方式，光学重导向结构2416可重导向显示零级光2424以形成进一步远离全息光场2422的重导向零级光2426。
图25A至图25C示出经由图25A、图25B、图25C中的零级重导向光栅2500、2530、2550将显示零级光重导向至空间中的不同方向的实例。零级重导向光栅2500、2530、2550可在图24的光学重导向光栅结构2416中。可根据图7A中所示出的方法制造重导向光栅2500、2530、2550。
为了比较，显示零级光2502以-6.0°的入射角入射于零级重导向光栅2500、2530、2550上，该入射角为用于重导向光栅2500、2530、2550的预定角度。重导向光栅2500、2530、2550经配置为以显著大于显示零级光2502的入射角的衍射角、以高衍射效率衍射显示零级光2502。重导向光栅2500、2530、2550可经配置为以不同衍射角衍射显示零级光2502以形成重导向零级光2504、2534、2554，例如对于图25A中所展示的光栅2500以60°，对于图25B中所展示的光栅2530以56°且对于图25C中的光栅2550以-56°。
图26A至图26E示出当光以不同入射角输入时经由光学重导向结构(例如，零级重导向光栅)将显示零级光重导向至空间中的不同方向的实例。入射角中的每一者，例如空气中的-6°或6°，经配置为大于对应于全息光场的重建锥的视角的一半，例如空气中的5°。
如图26A中所示出，系统2600包括光学装置2610，该光学装置可为图24的光学装置2410。光学装置2610包括基板2612(例如，图24的基板2412)、透射式场光栅结构2614(例如，图24的透射式场光栅结构2414)及零级重导向光栅结构2616(例如，图24的零级重导向光栅结构2416)。光学装置2610可包括零级重导向光栅结构2616上的防护玻璃罩2618。
来自照明器2406的输入光2620由透射式场光栅结构2614衍射，从而以入射角-6°(在空气中)照明显示器2404。照明于显示器2404的经调变显示元素上的输入光2620的第一部分被衍射以透射穿过光学装置2610(包括零级重导向光栅结构2616)，以变为形成全息光场2622的衍射一级光2621。照明于显示器2404的间隙上的输入光2620的第二部分被反射以作为显示零级光2624离开显示器2404。显示零级光2624由零级重导向光栅结构2616以实质上大于入射角(例如，玻璃中的-28°)的衍射角重导向。由于菲涅耳反射，重导向的显示零级光的部分由防护玻璃罩2618与空气之间的界面反射回光学装置2610，且反射的显示零级光，例如零级光的菲涅耳反射2625，可由形成于光学装置2610的边缘上的光学吸收体2619吸收。光学吸收体2619可类似于图11的光学吸收体1104、图12A、图12C的1204，或图12B的1254。重导向的显示零级光的另一部分以-45°的重导向角向下穿过界面透射至空气中，例如重导向的零级光2626，该零级光远离全息光场2622。
如图26B中所示出，系统2630包括光学装置2640，该光学装置可为图24的光学装置2410。光学装置2640包括基板2642(例如，图24的基板2412)、透射式场光栅结构2644(例如，图24的透射式场光栅结构2414)及零级重导向光栅结构2646(例如，图24的零级重导向光栅结构2416)。光学装置2640可包括零级重导向光栅结构2646上的防护玻璃罩2648。
不同于图26A的光学装置2640的透射式场光栅结构2614，光学装置2640的透射式场光栅结构2644衍射来自照明器2406的输入光2620，从而以入射角+6°(在空气中)照明显示器2404。照明于显示器2404的经调变显示元素上的输入光2620的第一部分被衍射以透射穿过光学装置2640(包括零级重导向光栅结构2646)，以变为形成全息光场2632的衍射一级光2631。照明于显示器2404的间隙上的输入光2620的第二部分被反射以作为显示零级光2634离开显示器2404。不同于图26A的零级重导向光栅结构2616，零级重导向光栅结构2646以实质上大于入射角(例如，玻璃中的+28°)的衍射角重导向(衍射)显示零级光2634。由于菲涅耳反射，重导向的显示零级光的部分由防护玻璃罩2648与空气之间的界面反射回光学装置2610，且反射的显示零级光，例如零级光的菲涅耳反射2635，可由形成于光学装置2640的边缘上的光学吸收体2649吸收。光学吸收体2649可类似于图26A的光学吸收体2619。重导向的显示零级光的另一部分以+45°的重导向角向上穿过界面透射至空气中，例如重导向的零级光2636，该零级光远离全息光场2632。
如图26C中所示出，系统2650包括光学装置2660，该光学装置可为图24的光学装置2410。光学装置2660包括基板2662(例如，图24的基板2412)、透射式场光栅结构2664(例如，图24的透射式场光栅结构2414)及零级重导向光栅结构2666(例如，图24的零级重导向光栅结构2416)。光学装置2660可包括零级重导向光栅结构2666上的防护玻璃罩2668。
与图26A的光学装置2610的透射式场光栅结构2614相同，光学装置2660的透射式场光栅结构2664衍射来自照明器2406的输入光2620，从而以入射角-6°(在空气中)照明显示器2404。照明于显示器2404的经调变显示元素上的输入光2620的第一部分被衍射以透射穿过光学装置2660(包括零级重导向光栅结构2666)，以变为形成全息光场2652的衍射一级光2651。照明于显示器2404的间隙上的输入光2620的第二部分被反射以离开显示器2404，以变为显示零级光2654的至少一部分。不同于图26A的零级重导向光栅结构2616，零级重导向光栅结构2666以实质上大于入射角(例如，玻璃中的+28°)的衍射角重导向(衍射)显示零级光2654。由于菲涅耳反射，重导向的显示零级光的部分由防护玻璃罩2668与空气之间的界面反射回光学装置2660，且反射的显示零级光，例如零级光的菲涅耳反射2655，可由形成于光学装置2660的边缘上的光学吸收体2649吸收。光学吸收体2669可类似于图26A的光学吸收体2619。重导向的显示零级光的另一部分以+45°的重导向角向上穿过界面透射至空气中，例如重导向的零级光2656，该零级光远离全息光场2652。
为了消除防护玻璃罩的表面与空气之间的界面上的重导向的显示零级光的菲涅耳反射的效应，可在防护玻璃罩2668的表面上形成抗反射(AR)涂层，使得重导向的显示零级光可以高透射率透射至空气中，但具有极少或无返回至光学装置的反射。
如图26D中所示出，系统2670包括光学装置2680。类似于图26C的光学装置2660，光学装置2680被配置为衍射输入光2620，从而以入射角-6°(在空气中)照明显示器2404，且以+45°的重导向角将显示零级光2654向上重导向至空气中。然而，不同于图26C的光学装置2660，光学装置2680包括形成于防护玻璃罩2668的外表面上的AR涂层2682，使得重导向的显示零级光大体上以+45°的重导向角穿过防护玻璃罩2668透射至空气中，例如重导向的零级光2672。以此方式，存在极少或不存在重导向的零级光返回至光学装置2680中的菲涅耳反射。
图26E展示以甚至更大重导向角，例如空气中的+75°或玻璃中的大约+40°，重导向显示零级光的另一实例。如图26E中所示出，系统2690包括光学装置2692。类似于图26C的光学装置2660，光学装置2692被配置为衍射输入光2620，从而以入射角-6°(在空气中)照明显示器2404。然而，不同于图26C的光学装置2660，光学装置2692包括零级重导向光栅结构2694，该零级重导向光栅结构经配置为以+75°的重导向角将显示零级光2654向上重导向至空气中，例如重导向的零级光2696。因此，存在返回至光学装置2692中的零级光2698的较大菲涅耳反射，该反射可由光学吸收体2669吸收。
当具有p偏振的光在较大折射率介质与较小折射率介质之间的界面处以布鲁斯特角入射时，具有p偏振的光不存在菲涅耳反射。
图27A示出重导向具有p偏振的显示零级光从而以布鲁斯特角透射至空气中的实例系统2700。系统2700包括光学装置2710，该光学装置可为图24的光学装置2410。光学装置2710包括基板2712(例如，图24的基板2412)、透射式场光栅结构2714(例如，图24的透射式场光栅结构2414)及零级重导向光栅结构2716(例如，图24的零级重导向光栅结构2416)。光学装置2710可包括零级重导向光栅结构2716上的防护玻璃罩2718。
与图26A的光学装置2610的透射式场光栅结构2614相同，光学装置2710的透射式场光栅结构2714衍射来自照明器2406的输入光2620，从而以入射角-6°(在空气中)照明显示器2404。照明于显示器2404的经调变显示元素上的输入光2620的第一部分被衍射以透射穿过光学装置2710(包括零级重导向光栅结构2716)，以变为形成全息光场2702的衍射一级光2701。照明于显示器2404的间隙上的输入光2620的第二部分被反射以作为显示零级光2704离开显示器2404。显示零级光2704可具有p偏振状态。在一些状况下，来自照明器2406的输入光2620具有p偏振状态。在一些状况下，光学装置2710包括被配置为将衍射输入光2620的偏振状态控制为p偏振的一或多个光学偏振装置(例如，偏振器、延迟器、波片或其组合)。在一些实施方案中，光学装置2710包括光学延迟器(例如，宽带半波延迟器)，其后接着光学偏振器(例如，线性偏振器)。光学延迟器经配置为例如以对应效率将每种色彩光自s偏振旋转至p偏振，且光学偏振器被配置为吸收每种色彩光中尚未自s偏振旋转至p偏振的任何百分比。
不同于图26A的零级重导向光栅结构2616，零级重导向光栅结构2716在防护玻璃罩2718与空气之间的界面处以布鲁斯特角(例如，玻璃中的大约-37°)重导向(衍射)显示零级光2704。因此，不存在返回至光学装置2710的重导向的显示零级光的菲涅耳反射，且几乎所有重导向的显示零级光以大约-57°的布鲁斯特角透射至空气中，例如重导向的零级光2706。
图27B至图27C示出通过诸如光学延迟器的光学偏振装置重导向具有s偏振的显示零级光以用于以布鲁斯特角透射的实例。当显示零级光以s偏振离开显示器2404时，光学装置可包括在进入空气的界面之前的光学延迟器。光学延迟器可将显示零级光的偏振状态自s偏振状态转换至p偏振状态，以用于以布鲁斯特角在空气界面处透射而无菲涅耳反射。
如图27B中所示出，系统2730包括光学装置2740，该光学装置可为图24的光学装置2410。光学装置2740包括基板2742(例如，图24的基板2412)、透射式场光栅结构2744(例如，图24的透射式场光栅结构2414)及零级重导向光栅结构2746(例如，图24的零级重导向光栅结构2416)。光学装置2740可包括零级重导向光栅结构2746上的防护玻璃罩2748。
类似于图27A的光学装置2710的透射式场光栅结构2714，光学装置2740的透射式场光栅结构2744衍射来自照明器2406的输入光2620，从而以入射角-6°(在空气中)照明显示器2404。照明于显示器2404的经调变显示元素上的输入光2620的第一部分被衍射以透射穿过光学装置2740(包括零级重导向光栅结构2746)，以变为形成全息光场2732的衍射一级光2731。照明于显示器2404的间隙上的输入光2620的第二部分被反射以作为显示零级光2734离开显示器2404。不同于图27A中的显示零级光2704，显示零级光2734可具有s偏振。在一些状况下，来自照明器2406的输入光2620具有s偏振状态。在一些状况下，光学装置2740包括被配置为将衍射输入光2620的偏振状态控制为s偏振的一或多个光学偏振装置。
不同于图27A的光学装置2710，光学装置2740包括被配置为将显示零级光2734的偏振状态自s偏振转换至p偏振的光学延迟器2747。在一些实例中，可使用宽带半波延迟器达成偏振转换，该延迟器可针对每种色彩以不同效率将每种色彩光自s偏振旋转至p偏振。半波延迟器之后可接着为「清除」线性偏振器，以吸收每种色彩光中尚未自s偏振旋转至p偏振的百分比。以此方式，延迟器可将自光学装置2740出射的光的偏振旋转至更适合于显示器2404的最佳效能的另一偏振，且线性偏振器可消除以不太适合于显示器240的最佳效能的偏振入射于显示器2404上的光。
在一些实施方案中，如图27B中所示出，光学延迟器2747(及视情况，线性偏振器)配置于基板2742上的零级重导向光栅结构2746之前。与图27A的零级重导向光栅结构2716相同，零级重导向光栅结构2746在防护玻璃罩2748与空气之间的界面处以布鲁斯特角(例如，玻璃中的大约-37°)重导向(衍射)具有p偏振的显示零级光2734。因此，不存在返回至光学装置2740的重导向的显示零级光的菲涅耳反射或存在可忽略菲涅耳反射，且几乎所有重导向的显示零级光以大约-57°的布鲁斯特角透射至空气中，例如重导向的零级光2736。
在一些实施方案中，如图27C中所示出，在系统2750的光学装置2760中，光学延迟器2747相对于基板2742配置于零级重导向光栅结构2746之后。零级重导向光栅结构2746配置于基板2742与光栅防护玻璃罩2748之间。光学延迟器2747可配置于光栅防护玻璃罩2748与延迟器防护玻璃罩2762之间。与图27A的零级重导向光栅结构2716相同，零级重导向光栅结构2746在延迟器防护玻璃罩2762与空气之间的界面处以布鲁斯特角(例如，玻璃中的大约-37°)重导向(衍射)显示零级光2734。因此，不存在返回至光学装置2760的重导向的显示零级光的菲涅耳反射或存在可忽略菲涅耳反射，且几乎所有重导向的显示零级光以大约-57°的布鲁斯特角透射至空气中，例如重导向的零级光2752。
图28示出将显示零级光重导向至异向性透射器2820以用于吸收重导向的显示零级光的实例系统2800。异向性透射器2820经配置为以小于预定角度的角度(例如，小于重建锥的视角的一半)透射第一光束(例如，衍射一级光)，且以大于预定角度的角度(例如，重导向角)吸收第二光束(例如，重导向的显示零级光)。预定角度经配置为大于视角的一半且小于显示零级光由光学重导向组件衍射的重导向角。
系统2800包括光学装置2810，该光学装置可包括图24的光学装置2410。光学装置2810包括基板2812(例如，图24的基板2412)、透射式场光栅结构2814(例如，图24的透射式场光栅结构2414)及零级重导向光栅结构2816(例如，图24的零级重导向光栅结构2416)。光学装置2810可包括零级重导向光栅结构2816上的防护玻璃罩2818。
与图24的光学装置2410的透射式场光栅结构2414相同，光学装置2810的透射式场光栅结构2814衍射来自照明器2406的输入光2620，从而以入射角(例如，空气中的-6°)照明显示器2404。照明于显示器2404的经调变显示元素上的输入光2620的第一部分被衍射以透射穿过光学装置2810(包括零级重导向光栅结构2816)，以变为形成全息光场2802的衍射一级光2801。入射角经配置为大于对应于全息光场2802的重建锥的视角的一半。照明于显示器2404的间隙上的输入光2620的第二部分被反射以作为显示零级光2804的至少一部分离开显示器2404。类似于图24的零级重导向光栅结构2416，零级重导向光栅结构2816以实质上大于入射角(例如，对应于空气中的大约75°的角度)的重导向角重导向(衍射)显示零级光2804。
不同于图24的光学装置2410，光学装置2810可包括被配置为透射衍射一级光2801且吸收显示零级光2804的异向性透射器2820。在一些实例中，异向性透射器2820包括被配置为在空气中具有大约±30°或在丙烯酸中具有大约±20°的预定角度(或通过角度)的遮光膜。异向性透射器2820实质上例如以空气中的大约±5°(丙烯酸中的大约±3°)透射衍射一级光2801，且一例如空气中的大约75°吸收显示零级光2804。异向性透射器2820可与防护玻璃罩2818折射率匹配，使得对于具有s偏振或p偏振状态的显示零级光2804，无自异向性透射器2820的表面返回至光学装置2810中的显著菲涅耳反射。遮光膜中的遮光体亦可与遮光膜的透射材料折射率匹配，以消除自遮光体的菲涅耳反射。
在图26A至图26E、图27A至图27B及图28中所展示的先前实例中，零级重导向光栅结构经配置为以小于进入空气的界面处的全内反射的临界角的重导向角衍射显示零级光。
图29示出重导向显示零级光以全反射显示零级光的实例系统2900。类似于图26A的光学装置2610，系统2900的光学装置2910包括透射式场光栅结构2914，该透射式场光栅结构形成于基板2912上且被配置为衍射输入光2620，从而以例如空气中的-6°及玻璃中的大约-4°的入射角照明显示器2404。
然而，不同于图26A的光学装置2610，光学装置2910包括零级重导向光栅结构2916，该零级重导向光栅结构经配置为以大于玻璃中的全内反射的临界角的重导向角(例如，玻璃中的大约+60°)重导向显示零级光2904，对于高至低折射率界面2919处自防护玻璃罩2918至空气的跃迁，该临界角例如为大约41°。因此，显示零级光2904在界面2919处全反射回，且显示零级光2906的菲涅耳反射可由形成于光学装置2910的边缘上的光学吸收体2920(例如，图26A的光学吸收体2619)吸收。相比之下，照明于显示器2404的经调变显示元素上的输入光2620的一部分被衍射以透射穿过光学装置2910(包括零级重导向光栅结构2916)，从而变为形成全息光场2902的衍射一级光2901，而无显示零级光2904。
照明显示器的输入光可包括多种不同色彩光，例如红色、绿色及蓝色。不同色彩光可依序入射于显示器上，且对应的不同色彩全息数据(或全息图)可依序调变显示器的显示元素。如上文所描述，光学衍射装置，例如图5H的光学衍射装置598，可被配置为衍射不同色彩光从而照明显示器，且亦可被配置为减少不同色彩光之间的色彩串扰。举例而言，光学衍射装置598包括不同记录层中的用于不同色彩的多个全息光栅，例如，如图9A至图12C中所示出。在一些实例中，如上文关于图9A至图10B所描述，光学衍射装置可包括具有一或多个色彩选择性偏振器的多个全息光栅，以抑制(例如，消除或最小化)色彩串扰。在一些实例中，如上文关于图11至图12C及图15所描述，光学衍射装置可包括具有用于以各别入射角入射的不同色彩光的一或多个反射层的多个全息光栅，以抑制色彩串扰及零级光。
类似地，光学重导向装置亦可被配置为将不同色彩的显示零级光重导向出对应全息场景，且亦可被配置为减少不同色彩的显示零级光之间的色彩串扰，例如通过将不同色彩的显示零级光重导向至平面中及/或空间中远离全息场景的不同方向。在下文中，图30A至图30B、图31A至图31B、图32及图33示出实施方案的不同实例。
图30A至图30B示出将两种不同色彩(例如，蓝色及红色)的显示零级光重导向至远离全息场景的不同方向的实例。
如图30A中所示出，类似于图24的系统2400，系统3000包括计算机3001(例如，图24的计算机3001)、控制器3002(例如，图24的控制器2402)、反射式显示器3004(例如，图24的反射式显示器2404)及照明器3006(例如，图24的照明器2406)。系统3000亦包括光学装置3010，该光学装置可包括光学衍射装置，例如图9A及图9B的光学衍射装置900或图11的1100。在一些实施方案中，如图30A中所示出，光学装置3010包括基板3012(例如，图24的基板2412)上的透射式场光栅结构3014。透射式场光栅结构3014可包括用于两种不同色彩光的两个对应的不同光栅。
控制器3002被配置为自计算机3001接收对应于一或多个对象的图形数据(例如，通过使用诸如Unity的3D软件应用程序)，对图形数据执行计算，产生用于调变的控制信号并经由内存缓冲器3003将这些信号传输至显示器3004。控制器3002亦耦接至照明器3006，且被配置为提供时序信号3005，从而启动照明器3006以提供输入光3020。输入光3020接着由光学装置3010的透射式场光栅结构3014衍射以照明显示器3004。入射于显示器3004的显示元素上的输入光3020的第一部分由显示器3004衍射，且衍射一级光3021朝向观看者形成全息光场3022。全息光场3022可对应于具有视角的重建锥(或截锥)。入射于显示器3004的间隙上的输入光3020的第二部分由显示器3004反射以变为显示零级光3024的至少一部分。
透射式场光栅结构3014被配置为将来自照明器3006的不同色彩的输入光3020衍射出，从而以大于重建锥(或截锥)的视角的一半的入射角(例如，空气中的-6°或玻璃中的大约-4°)离轴照明显示器3004。通过应用第三种技术，衍射一级光3021以与当输入光3020以正入射轴上入射时的方式相同的方式离开显示器3004，而显示零级光3024以等于入射角的反射角离开，该显示零级光在重建锥外部。
如图30A中所示出，系统3000可包括光学重导向结构，该光学重导向结构具有用于不同色彩(蓝色及红色)的光的对应零级重导向光栅3016及3018。每一零级重导向光栅3016、3018可类似于图24的重导向光栅2416且被配置为相比具有不同于预定角度的角度的第二光束，以衍射角、以实质上更大的衍射效率衍射具有等于预定角度的角度的第一光束。每一零级重导向光栅3016、3018可为全息光栅，诸如用于对应色彩光的布拉格光栅。
如图30A中所示出，零级重导向光栅3016经配置为以空气中的+45°(玻璃中的大约+28°)的衍射角的反射角(等于入射角)衍射蓝色显示零级光，例如重导向的蓝色零级显示光3026。零级重导向光栅3018被配置为将红色显示零级光自空气中的大约-6°(玻璃中的大约-4°)衍射至大约-45°(玻璃中的大约-28°)，例如重导向的红色显示零级光3028。
零级重导向光栅3016、3018可在透射式场光栅结构3014的相对侧上依序配置基板3012上。由于具有较短波长的光倾向于更强地串扰意欲用于较长波长的光栅，因此用于蓝色光的零级重导向光栅3016可配置成相比用于红色的零级重导向光栅3018更接近显示器。两个零级重导向光栅3016、3018可具有实质上不同的条纹平面倾斜，此可减少色彩串扰。
在一些实施方案中，如图30A中所示出，用于不同色彩光的每一零级重导向光栅3016、3018记录于例如感旋光性聚合物的对应记录材料中，且由对应防护玻璃罩3017、3019保护。
在一些实施方案中，如图30B中所示出，系统3030中的光学装置3040的用于不同色彩光的每一零级重导向光栅3046、3048记录于例如感旋光性聚合物的相同记录材料中，且由防护玻璃罩3047保护。零级重导向光栅3046可与零级重导向光栅3016相同，且被配置为将蓝色显示零级光自空气中的大约-6°(玻璃中的大约-4°)衍射至大约+45°(玻璃中的大约+28°)，例如重导向的蓝色显示零级光3036。零级重导向光栅3048可与零级重导向光栅3018相同，且被配置为将红色显示零级光自空气中的大约-6°(玻璃中的大约-4°)衍射至大约-45°(玻璃中的大约-28°)，例如重导向的红色显示零级光3038。
光学装置3010、3040可包括光学装置3010、3040的边缘上的光学吸收体(例如，图26A的光学吸收体2619)，以减少防护玻璃罩与空气之间的界面处的菲涅耳反射。
图31A至图31B示出将三种不同色彩(蓝色、绿色、红色)的显示零级光重导向至远离同一平面中的全息场景的不同方向的实例系统3100及3150。相较于用于两种不同色彩光的系统，例如，如图30A或图30B中所示出，用于三种不同色彩光的系统包括：光学衍射结构，其包括用于衍射三种色彩的输入光从而以相同入射角照明显示器的三个不同衍射光栅；及光学重导向结构，其包括用于以不同衍射角朝向不同方向衍射三种色彩的显示零级光的三个不同零级重导向光栅。
如图31A中所示出，类似于图30A的系统3000，系统3100包括计算机3101(例如，图30A的计算机3001)、控制器3102(例如，图30A的控制器3002)、反射式显示器3104(例如，图30A的反射式显示器3004)及照明器3106(例如，图30A的照明器3006)。系统3100亦包括光学装置3110，该光学装置可包括光学衍射装置，例如图10A及图10B的光学衍射装置1000、图12A的1200、图12B的1250，或图12C的1270，或图15的1500。在一些实施方案中，如图31A中所示出，光学装置3110包括基板3111上的透射式场光栅结构3112。透射式场光栅结构3112可包括用于三种不同色彩光的三个对应的不同光栅。
控制器3102被配置为自计算机3101接收对应于一或多个对象的图形数据(例如，通过使用诸如Unity的3D软件应用程序)，对图形数据执行计算，产生用于调变的控制信号并经由内存缓冲器3103将这些信号传输至显示器3104。控制器3102亦耦接至照明器3106，且被配置为提供时序信号3105，从而启动照明器3106以提供输入光3120。输入光3120接着由光学装置3110的透射式场光栅结构3112衍射以照明显示器3104。入射于显示器3104的显示元素上的输入光3120的第一部分由显示器3104衍射，且衍射一级光3121朝向观看者形成全息光场3122。全息光场3122可对应于具有视角的重建锥(或截锥)。入射于显示器3104的间隙上的输入光3120的第二部分由显示器3104反射以变为显示零级光3123。
透射式场光栅结构3112被配置为将来自照明器3106的不同色彩的输入光3120衍射出，从而以大于重建锥(或截锥)的视角的一半的入射角(例如，空气中的-6°或玻璃中的大约-4°)离轴照明显示器3104。通过应用第三种技术，衍射一级光3121以与当输入光3120以正入射轴上入射时的方式相同的方式离开显示器3104，而显示零级光3123以等于入射角的反射角离开，该显示零级光在重建锥外部。
如图31A中所示出，系统3100可包括光学重导向结构，该光学重导向结构具有用于不同色彩(蓝色、绿色及红色)的光的三个对应零级重导向光栅3114、3116及3118。每一零级重导向光栅3114、3116、3118可类似于图24的重导向光栅2416。每一零级重导向光栅3114、3116、3118可为全息光栅，诸如用于对应色彩光的布拉格光栅。
零级重导向光栅3114、3116、3118可在透射式场光栅结构3112的相对侧上依序配置于基板3111上。在一些实施方案中，如图31A中所示出，用于不同色彩光(蓝色、绿色、红色)的每一零级重导向光栅3114、3116、3118记录于例如感旋光性聚合物的对应记录材料中，且由对应防护玻璃罩3113、3115、3117保护。如上文所提及，用于三种不同色彩光的零级重导向光栅3114、3116、3118可记录于例如感旋光性聚合物的相同记录材料中，且由防护玻璃罩保护。三个零级重导向光栅3114、3116、3118可具有实质上不同的条纹平面倾斜，此可减少色彩串扰。
如图31A中所示出，蓝色零级重导向光栅3114被配置为将蓝色显示零级光自空气中的大约-6°(玻璃中的大约-4°)衍射至大约+45°(玻璃中的大约+28°)，例如重导向的蓝色显示零级光3124。绿色零级重导向光栅3116被配置为将绿色显示零级光自空气中的大约-6°(玻璃中的大约-4°)衍射至大约-45°(玻璃中的大约-28°)，例如重导向的绿色显示零级光3126。红色零级重导向光栅3118被配置为将红色显示零级光自空气中的大约-6°(玻璃中的大约-4°)衍射至大约-57°(玻璃中的大约-37°)的布鲁斯特角，例如重导向的红色显示零级光3128。若红色显示零级光具有p偏振状态，则红色显示零级光可完全透射至空气中。光学装置3110可包括光学装置3110的一或多个边缘上的一或多个光学吸收体(例如，图26A的光学吸收体2619)以减少蓝色及绿色显示零级光在防护玻璃罩与空气之间的界面处的菲涅耳反射。
若所有三种色彩的显示零级光皆具有p偏振状态，例如当输入光经p偏振时，则光学重导向装置可包括用于三种不同色彩的显示零级光的零级重导向光栅，零级重导向光栅经配置为将三种不同色彩的显示零级光全部以布鲁斯特角衍射至空气中，此可减少菲涅耳反射。一或多个衍射光栅可一起用以重导向特定色彩光。
如图31B中所示出，系统3150的光学装置3160包括：蓝色重导向光栅3164、一对绿色重导向光栅3166-1、3166-2以及红色重导向光栅3168，这些光栅记录于对应记录介质中且由对应防护玻璃罩3163、3165-1及3165-2以及3167保护。蓝色零级重导向光栅3164被配置为将蓝色显示零级光自空气中的大约+6°(玻璃中的大约+4°)衍射至空气中的大约-57°(玻璃中的大约-37°)的布鲁斯特角，例如重导向的蓝色显示零级光3154。绿色显示零级光首先由第一绿色零级重导向光栅3166-1自空气中的大约+6°(玻璃中的大约+4°)衍射至大约+70°(玻璃中的大约+38°)，且接着由第二绿色零级重导向光栅3166-2衍射至空气中的大约-57°(玻璃中的大约-37°)的布鲁斯特角，例如重导向的绿色显示零级光3156。红色零级重导向光栅3168被配置为将红色显示零级光自空气中的大约+6°(玻璃中的大约+4°)衍射至空气中的大约+57°(玻璃中的大约+37°)的布鲁斯特角，例如重导向的红色显示零级光3158。四个零级重导向光栅3164、3166-1、3166-2及3168可具有实质上不同的条纹平面倾斜，此可减少色彩串扰。
为减少不同色彩的显示零级光之间的色彩串扰，光学重导向装置可被配置为将不同色彩的显示零级光朝向样本平面中的不同方向重导向，如图30A至图30B及图31A至图31B中所示出。光学重导向装置亦可被配置为将不同色彩的显示零级光朝向空间中的不同平面重导向，如下图32中所示出。
图32示出包括光学装置3210的实例系统3200，该光学装置将三种不同色彩(例如，蓝色、绿色及红色)的显示零级光重导向至远离空间中的对应全息场景的不同方向。
类似于图31A的光学装置3110，光学装置3210包括透射式场光栅结构3212，该透射式场光栅结构与图31A的透射式场光栅结构3112相同且被配置为衍射每种色彩的输入光，从而以大于重建锥(截锥)的视角的一半的入射角(例如，空气中的-6°或玻璃中的大约-4°)离轴照明显示器3104。通过应用第三种技术，衍射一级光以与当输入光以正入射轴上入射时的方式相同的方式离开显示器3104。如上文所提到，具有较大波长的光对应于较大视角。如图32中所示出，蓝色衍射一级光形成蓝色全息光场3220，绿色衍射一级光形成绿色全息光场3222，且红色衍射一级光形成红色全息光场3224。
类似于图31A的光学装置3110，光学装置3210包括蓝色重导向光栅3214、绿色重导向光栅3216、红色重导向光栅3218，这些重导向光栅记录于不同记录介质中且相对于透射式场光栅结构3212依序配置于基板3211的相对侧上。蓝色重导向光栅3214、绿色重导向光栅3216、红色重导向光栅3218由对应的蓝色防护玻璃罩3213、绿色防护玻璃罩3215、红色防护玻璃罩3217保护。然而，不同于图31A的重导向光栅3114、3116、3118，重导向光栅3214、3216、3218将对应色彩的显示零级光重导向至不同平面中。
举例而言，如图32中所示出，蓝色重导向光栅3214将蓝色显示零级光自空气中的大约-6°(玻璃中的大约-4°)衍射至空气中的大约+57°(玻璃中的大约+37°)的向上布鲁斯特角，例如向上的重导向的蓝色零级光3230。红色重导向光栅3218将红色显示零级光自空气中的大约-6°(玻璃中的大约-4°)衍射至空气中的大约-57°(玻璃中的大约-37°)的向下布鲁斯特角，例如向下的重导向的红色零级光3234。绿色重导向光栅3216将绿色显示零级光自空气中的大约-6°(玻璃中的大约-4°)重导向至向右布鲁斯特角(空气中的大约+57°、玻璃中的大约+37°)，例如向右的重导向的绿色零级光3232，该绿色零级光与向上的重导向的蓝色零级光3230及向下的重导向的红色零级光3234的平面正交。应注意，蓝色重导向光栅3214及红色重导向光栅3218具有与绿色重导向光栅3216不同的条纹平面倾斜及/或定向，此可抑制色彩串扰。
图33示出使用用于至少一种对应色彩的显示零级光的至少一个可切换光栅将三种不同色彩的显示零级光重导向至远离全息场景的不同方向的另一实例系统3300。
类似于图31A的光学装置3110，系统3300中的光学装置3310包括蓝色重导向光栅3314、绿色重导向光栅3316、红色重导向光栅3318，这些重导向光栅相对于透射式场光栅结构3112依序配置于基板3111的相对侧上。蓝色重导向光栅3314、绿色重导向光栅3316、红色重导向光栅3318由对应的蓝色防护玻璃罩3313、绿色防护玻璃罩3315、红色防护玻璃罩3317保护。类似于图31A的蓝色重导向光栅3114及红色重导向光栅3118，蓝色重导向光栅3314及红色重导向光栅3318永久地记录于对应记录介质中。
然而，不同于永久地记录于对应记录介质中的图31A的绿色重导向光栅3116，绿色重导向光栅3316记录于例如电可切换全息聚合物分散液晶(HPDLC)材料的可切换记录材料中，且经配置为可在不同状态之间切换。举例而言，当仅存在绿色光时，绿色重导向光栅3316可在场序色彩(FSC)照明序列的第一间隔期间切换至第一状态。在第一纯绿色间隔期间，第一状态下的可切换绿色重导向光栅3316将绿色显示零级光自空气中的大约-6°(玻璃中的大约-4°)衍射至空气中的大约-45°(玻璃中的大约-28°)的向下角度，例如重导向的绿色显示零级光3338。
在FSC色彩照明序列的其他间隔期间，当仅存在红色或蓝色光时，可切换绿色重导向光栅3316切换至第二状态，其中可切换绿色重导向光栅不衍射红色或蓝色光。如图32中所示出，蓝色重导向光栅3314将蓝色显示零级光自空气中的大约-6°(玻璃中的大约-4°)衍射至空气中的大约+45°(玻璃中的大约+28°)的向上角度，例如向上的重导向的蓝色零级光3336。红色重导向光栅3318将红色显示零级光自空气中的大约-6°(玻璃中的大约-4°)重导向至空气中的大约-45°(玻璃中的大约-28°)的向下角度，例如向下的重导向的红色零级光3340。尽管重导向的红色零级光3340具有与重导向的绿色零级光3338相同的方向，但可切换绿色重导向光栅3316在用于重导向绿色光的第一间隔中的全部、一或多个部分期间的第一状态与用于透射红色或蓝色光的其他间隔中的全部、一或多个部分期间的第二状态之间切换，此可抑制色彩串扰。
在一些实施方案中，两个或多于两个分离的可切换光栅可用于两种或多于两种对应色彩，其中具有较少或不具有永久记录的光栅，此可进一步抑制色彩串扰。在一些实施方案中，二元(开/关)可切换光栅可由第一切换状态衍射第一色彩且第二切换状态衍射第二色彩的可切换光栅替换，此可使得能够使用较少或不使用永久记录的光栅。
图34为抑制全息场景中的显示零级光的实例程序3400的流程图。程序3400可实施于用于重建2D或3D对象的系统中。该系统可为任何合适的系统，例如图5A的系统500、图5B的520、图5C的530、图5D的540、图5E的560、图5F的570、图5G的580、图5H的590、图5I的590A、图5J的590B、图5K的590C、图18的1800、图19B的1950、图19C的1980、图21的2100、图22的2200、图23A的2300、图23B的2350、图24的2400、图26A的2600、图26B的2630、图26C的2650、图26D的2670、图26E的2690、图27A的2700、图27B的2730、图27C的2750、图28的2800、图29的2900、图30A的3000、图30B的3030、图31A的3100、图31B的3150、图32的3200或图33的3300。
在3402处，用光照明显示器。该光的第一部分照明显示器的显示元素。在一些状况下，该光的第二部分照明邻近显示元素之间的间隙。显示器可为图16的显示器1610，显示元素可为图16的显示元素1612，且间隙可为图16的间隙1614。
在3404处，使用对应于全息数据的全息图调变显示器的显示元素，以衍射光的第一部分，从而形成对应于全息数据的全息场景且抑制全息场景中的显示零级光。显示零级光可包括来自显示器的反射光，例如在间隙处反射的光的第二部分。来自显示器的反射光可为显示零级光的主级。显示零级光亦可包括任何非想要或非期望的光，例如间隙处的衍射光、显示元素的表面处的反射光及覆盖显示器的显示器罩盖的表面处的反射光。全息场景对应于具有视角的重建锥(或截锥)。全息图经配置使得显示零级光在全息场景中得到抑制。全息图可经配置使得光的衍射第一部分具有不同于显示零级光的特性的至少一个特性。至少一个特性可包括功率密度(例如，如图18中所示出)、光束发散度(例如，如图18中所示出)、远离显示器的传播方向(例如，如图19B中、图19C、图20B及图21至图33中所示出)或偏振状态中至少一者。
可在全息场景中以光抑制效率抑制显示零级光。光抑制效率可界定为一减去使用抑制的全息场景中的显示零级光的量与未进行任何抑制的全息场景中的显示零级光的量之间的比率的结果。在一些实例中，光抑制效率大于预定百分比，该预定百分比为50％、60％、70％、80％、90％或99％中的一者。在一些实例中，光抑制效率为100％。
在一些实施方案中，程序3400进一步包括：对于对应于对象的多个基元中的每一者，通过在全局三维(3D)坐标系统中计算自基元至显示元素的电磁(EM)场传播来判定对显示器的显示元素中的每一者的EM场贡献；以及对于显示元素中的每一者，产生自多个基元对显示元素的EM场贡献的总和。全息数据可包括自对象的多个基元对显示器的显示元素的EM场贡献的总和。当显示器经相位调变时，全息数据可包括用于显示器的显示元素的相应相位。全息场景可包括对应于对象的经重建对象。全息数据可包括两个或多于两个对象的信息。
在一些实施方案中，如上文关于第一种技术「相位校准」所论述，全息图可通过将用于显示元素的各别相位调整为具有例如[0,2π]的预定相位范围来配置。在一些实施方案中，可根据以下表达式(15)调整各别相位：
Figure BDA0004119101650000711
其中
Figure BDA0004119101650000712
表示各别相位的初始相位值，
Figure BDA0004119101650000713
表示各别相位的经调整相位值，且A及B为用于各别相位的常数。可调整常数A及B使得全息场景的光抑制效率最大化或大于预定临限值，例如50％、60％、70％、80％、90％或99％。在一些实施方案中，根据机器视觉算法或机器学习算法调整常数A及B。
在一些实施方案中，如上文关于第二种技术「零级光束发散」所论述，光学发散组件配置于显示器下游。光学发散组件可为散焦组件，该散焦组件包括凹透镜，例如图18的凹透镜1802。光学发散组件可为包括凸透镜的聚焦组件。光的衍射第一部分被导引通过光学发散组件以形成全息场景，而显示零级光在全息场景中发散。照明显示器的光可经准直，且显示零级光可在到达光学发散组件之前经准直，且全息图经配置使得光的衍射第一部分在到达光学发散组件之前会聚。光学发散组件可为包括柱面透镜的聚焦组件。光学发散组件可为包括凹透镜、凸透镜或柱面透镜或其组合的微透镜数组。光学发散组件可为添加至光学装置或并入光学装置的其他衍射层中的一或多者内的一或多个全息光学组件(HOE)。一或多个HOE可被配置为使光会聚、发散或线性聚焦，或将更复杂的转移函数施加于光学发散组件上，诸如将显示零级光引导至全息场景的重建锥外部的一或多个区。该区可包括环形或周边区，或环形或周边区的部分。照明显示器的光可经准直，且全息图可经配置使得光的衍射第一部分在到达光学发散组件之前以塑形效应进行塑形，使得光学发散组件对光的第一部分的效应补偿塑形效应。
在一些实例中，通过添加虚拟透镜来配置全息图，例如通过将对应相位加至用于显示元素中的每一者的各别相位，且通过光学发散组件补偿用于显示元素的对应相位，使得全息场景对应于用于显示元素的各别相位。用于显示元素中的每一者的对应相位可由以下表达式(16)表达：
Figure BDA0004119101650000721
其中
Figure BDA0004119101650000722
表示用于显示元素的对应相位，λ表示光的波长，f表示光学发散组件的焦距，x及y表示显示元素在坐标系统中的坐标，且a及b表示常数。
在一些实例中，全息图通过沿着垂直于显示器的方向相对于全局3D坐标系统将配置锥相对于显示器移动而配置于例如Unity的3D软件应用程序中，移动距离对应于光学发散组件的焦距。配置锥对应于重建锥且具有等于视角的顶角。软件应用程序可基于全局3D坐标系统中的经移动配置锥而为对象产生基元。
程序3400可包括在沿着垂直于显示器的方向与显示器隔开的二维(2D)屏幕(例如，图18的投影屏幕1830)上显示全息场景。2D屏幕可沿着该方向移动以获得2D屏幕上的全息场景的不同图块。
程序3400可进一步包括导引光以照明显示器。在一些实例中，该光由光束分光器导引，例如图18的光束分光器1810，以照明显示器，且该光的衍射第一部分以及显示零级光透射穿过光束分光器。
在一些实施方案中，使用正入射的光照明显示器，例如，如图18或图19A中所示出。在一些实施方案中，用光以可大于视角的一半的入射角照明显示器，如图19B或图19C中所示出。
在一些实施方案中，如上文关于第三种技术「零级光偏离」所论述，全息图经配置使得光的衍射第一部分形成重建锥，该重建锥与待在光正入射于显示器上的情况下由该光的衍射第一部分形成的重建锥相同，而该光的反射第二部分以等于入射角的反射角离开显示器，如图19B或图19C中所示出。
在一些实例中，通过添加虚拟透镜来配置全息图，例如通过将对应相位加至用于显示元素中的每一者的各别相位，且通过入射角补偿用于显示元素的对应相位，使得全息场景对应于用于显示元素的各别相位。用于显示元素中的每一者的对应相位可由以下表达式(17)表达：
Figure BDA0004119101650000723
其中
Figure BDA0004119101650000724
表示用于显示元素的对应相位，λ表示光的波长，x及y表示显示元素在全局3D坐标系统中的坐标，且θ表示对应于入射角的角度。
在一些实例中，通过相对于全局3D坐标系统将配置锥相对于显示器移动来配置全息图，例如，如图20B中所示出，通过相对于全局3D坐标系统将配置锥相对于显示器的表面以旋转角旋转，该旋转角对应于入射角。
在一些实施方案中，如上文关于第四种技术「零级光阻挡」所论述，显示零级光被阻挡出现在全息场景中。全息场景的光抑制效率可为100％。
在一些实例中，光学阻挡组件配置于显示器下游。光学阻挡组件可包括多个微结构或纳米结构。光学阻挡组件可包括超颖材料层，例如图23A至图23B的超颖材料层2316，或遮光膜，例如图28的异向性透射器。光学阻挡组件被配置为透射具有小于预定角度的角度的第一光束，且阻挡具有大于预定角度的角度的第二光束，且预定角度小于入射角且大于视角的一半。因此，如图23A、图23B中所示出，显示零级光由光学阻挡组件阻挡，且光的衍射第一部分以透射效率透射穿过光学阻挡组件以形成全息场景。透射效率不小于预定比率，例如50％、60％、70％、80％、90％或99％。
在一些实施方案中，程序3400进一步包括：通过导引光穿过基板上的光学衍射组件来导引光以照明显示器，该光学衍射组件经配置为以入射角将光衍射出。光学衍射组件可为图19A的输出耦合器1914、图19B或图19C的1964或图24的透射式场光栅结构2414。在一些实例中，经由例如图19A的输入耦合器1916或图19B或图19C的1966的波导耦合器将光导引至光学衍射组件。在一些实例中，经由例如图21的耦合棱镜2111或图23A或图23B的2311的耦合棱镜将光导引至光学衍射组件。在一些实例中，经由基板的楔形表面将光导引至光学衍射组件，例如，如图22中所示出。
如图23A或图23B中所示出，光学衍射组件形成于基板的面向显示器的第一表面上，且光学阻挡组件形成于基板的与第一表面相对的第二表面上。
在一些实施方案中，如上文关于第五种技术「零级光重导向」所论述，光学重导向组件配置于显示器下游且被配置为透射光的衍射第一部分从而形成全息场景，且重导向显示零级光远离全息场景。光学重导向组件可为图24的零级重导向光栅结构2416、图26A的2616、图26B的2646、图26C或图26D的2666、图26E的2694、图27A的2716、图27B或图27C的2746、图28的2816、图29的2916、图30A的3016及3018、图30B的3046及3048、图31A的3114、3116及3118、图31B的3164、3166-1、3166-2及3168，或图32的3214、3216及3218，或图33的3314、3316及3318。
光学重导向组件可被配置为相比具有不同于预定角度的角度的第二光束，以显著更大的衍射效率衍射具有等于预定角度的角度的第一光束，且该预定角度与入射角大体上相同。光学重导向组件可包括一或多个全息光栅，诸如布拉格光栅。
在一些实施方案中，光学衍射组件形成于基板的面向显示器的第一表面上，且光学重导向组件形成于基板的与第一表面相对的第二表面上，例如，如图24至图33中所示出。
光学重导向组件经配置使得显示零级光在三维(3D)空间中沿着向上方向、向下方向、向左方向、向右方向或其组合中至少一者衍射出全息场景之外。全息场景的光抑制效率可为100％。在一些实例中，如图26A中所示出，光的入射角为负，例如空气中的-6°，且由光学重导向组件衍射的显示零级光的衍射角为负，例如空气中的-45°。在一些实例中，如图26B中所示出，光的入射角为正，例如空气中的+6°，且由光学重导向组件衍射的显示零级光的衍射角为正，例如空气中的+45°。在一些实例中，如图26C或图26D中所示出，光的入射角为负，例如空气中的-6°，且由光学重导向组件衍射的显示零级光的衍射角为正，例如空气中的+45°。在一些实例中，光的入射角为正，例如空气中的+6°，且由光学重导向组件衍射的显示零级光的衍射角为负，例如空气中的-45°。
光学重导向组件可由第二基板覆盖，例如图26A的防护玻璃罩2618。光学重导向组件可被配置为将显示零级光重导向至光学吸收体，例如图26A的光学吸收体2619或图26B的2649，该光学吸收体形成于第二基板的侧表面或基板的侧表面中至少一者上。第二基板可包括第二基板的与光学重导向组件相对的表面上的抗反射(AR)涂层，例如图26D的AR涂层2682。抗反射涂层被配置为透射显示零级光以防止显示零级光的菲涅耳反射。抗反射涂层亦可被配置为减少或消除来自观看者的周围光的反射及自第二基板的面向观看者的前表面反射的环境光，例如图26D的AR涂层2682。最终AR涂层可经设计以使得其不干扰如本文中所描述的五种技术中的彼等技术，这些技术取决于在观看者一侧的至空气中的最终跃迁的性质。防止来自前表面的菲涅耳反射会防止观看者看到自身及由前表面镜射的房间灯光。光学装置内的较深表面仅涉及相对较小的折射率改变，且因此观察者及房间灯光返回观看者的菲涅耳反射最少，或表面亦可经AR涂布，或如在显示器之后反射器的状况下，表面在诸如线性偏振器的多个吸收层后方，经由这些吸收层，周围照明可产生双通过(double pass)且因此衰减，此效应可通过将累积光学密度在0.2至1.0的范围内的材料层添加至装置或并入装置内来增强。
在一些实施方案中，显示零级光在到达第二基板之前经p偏振。如图27A中所示出，光学重导向组件可被配置为衍射显示零级光，从而以布鲁斯特角入射于第二基板与例如空气的周围介质之间的界面上的，使得显示零级光完全透射穿过第二基板。
在一些实施方案中，显示零级光在到达第二基板之前经s偏振。程序3400可进一步包括：将显示零级光的偏振状态自s偏振转换至p偏振。在一些实例中，通过相对于显示器配置于光学重导向组件上游的光学延迟器(例如，图27B的光学延迟器2747)(及视情况，线性偏振器)来转换显示零级光的偏振状态。在一些实例中，通过相对于显示器配置于光学重导向组件下游的光学延迟器(例如，图27C的光学延迟器2747)(及视情况，线性偏振器)来转换显示零级光的偏振状态。光学延迟器可形成于第二基板的与光学重导向组件相对的一侧上，且光学延迟器可由第三基板(例如，图27C的延迟器防护玻璃罩2762)覆盖。
在一些实施方案中，如图28中所示出，光学阻挡组件形成于第二基板的与光学重导向组件相对的一侧上。光学阻挡组件被配置为透射光的衍射第一部分且吸收由光学重导向组件衍射的显示零级光。在一些实例中，光学阻挡组件包括异向性透射器(例如，图28的异向性透射器2820)，该异向性透射器被配置为透射具有小于预定角度的角度的第一光束，且吸收具有大于预定角度的角度的第二光束。预定角度大于视角的一半且小于显示零级光由光学重导向组件衍射的衍射角。
在一些实施方案中，如图29中所示出，光学重导向组件被配置为衍射显示零级光，从而以大于临界角的角度入射于第二基板与周围介质之间的界面上，使得由光学衍射组件衍射的显示零级光在界面处全反射。光学吸收体，例如图29的光学吸收体2920，可形成于该基板及第二基板的侧表面上且被配置为吸收全反射的显示零级光。
在一些实施方案中，如图30A至图33中所示出，该光包括多个不同色彩光，且光学衍射组件经配置为以入射角衍射显示器上的多个不同色彩光。光学重导向组件针对多个不同色彩光中的每一者包含各别光学重导向子组件。
在一些实施方案中，如图30B中所示出，用于多个不同色彩光的各别光学重导向子组件记录于相同记录结构中或记录于邻近且仅通过薄的光学转位(indexing)、接触或黏着层分离的记录结构中。在一些实施方案中，如图30A、图31A、图31B、图32、图33中所示出，用于多个不同色彩光的各别光学引导子组件记录于可通过防护玻璃罩分离的不同的对应记录结构中。
光学重导向组件可经配置为以不同衍射角朝向3D空间中的不同方向衍射多个不同色彩光。在一些实例中，如图31A至图31B中所示出，光学重导向组件被配置为衍射多个不同色彩光中至少一者，从而以至少一个布鲁斯特角入射于界面处。界面可包括顶部基板与周围介质之间的界面或两个邻近基板之间的界面中的一者。
在一些实施方案中，如图32中所示出，光学重导向组件被配置为在平面内衍射第一色彩光(例如，蓝色)及第二色彩光(例如，红色)且正交于平面衍射第三色彩光(例如，绿色)。
在一些实施方案中，如图31B中所示出，光学重导向组件包括被配置为衍射多个不同色彩光中的相同色彩光的至少两个不同的光学重导向子组件(例如，图31B的重导向光栅3166-1、3166-2)。两个不同的光学重导向子组件可依序配置于光学重导向组件中。
导引光以照明显示器可包括在一系列时段内依序导引多个不同色彩光以照明显示器。在一些实施方案中，如图33中所示出，光学重导向组件可包括可切换光学重导向子组件(例如，图33的可切换绿色重导向光栅3316)，该可切换光学重导向子组件被配置为在第一时段中的全部、一或多个部分期间在第一状态下衍射第一色彩光，且在第二时段中的全部、一或多个部分期间在第二状态下透射第二色彩光。
在一些实施方案中，可切换光学重导向子组件被配置为在第一时段中的全部、一或多个部分期间在第一状态下衍射第一色彩光，且在第二时段中的全部、一或多个部分期间在第二状态下衍射第二色彩光。
多个不同色彩光可包括第一色彩光及第二色彩光，第一色彩光具有短于第二色彩光的波长。在光学重导向组件中，相比用于第二色彩光的第二光学重导向子组件，用于第一色彩光的第一光学重导向子组件可配置成更接近显示器，如图30A至图33中所示出。
在一些实施方案中，用于至少两种不同色彩光的至少两个光学重导向子组件的条纹平面的定向实质上不同。
在一些实施方案中，光学重导向组件包括：第一光学重导向组件，其被配置为衍射第一色彩光；第二光学重导向组件，其被配置为衍射第二色彩光；及至少一个光学延迟器(及视情况，线性偏振器)，其配置于第一光学重导向子组件与第二光学重导向子组件之间且被配置为转换第一色彩光的偏振状态，使得第一色彩光透射穿过第二光学重导向组件。
该光的反射第二部分具有等于入射角的反射角且传播出全息场景之外。在一些实例中，视角的一半在-10度至10度的范围内或在-5度至5度的范围内。在一些实例中，入射角为-6度或6度。
在一些实施方案中，光学重导向组件被配置为允许显示零级光不变地通过，且重导向该光的衍射第一部分以形成对应于具有预定角度的锥或截锥的全息场景，该全息场景远离显示零级光。
在一些实施方案中，光学重导向组件被配置为将显示零级光朝向第一方向重导向且将该光的衍射第一部分朝向远离第一方向的第二方向重导向。举例而言，该光的衍射第一部分可经重导向以正交于基板的楔形表面，且显示零级光可经重导向以超出临界角而射中楔形表面且因此经历全内反射(TIR)返回至基板中。
显示经重建三维对象的额外方面
本发明的实施方案提供一种用于在全息光场中显示经重建三维(3D)对象的显示器，该全息光场例如为图5A的全息光场518、图5B的528、图5C的538、图5D的548、图5E的568、图5F的578、图5H、图5I、图5J或图5K的599-1及599-2、图24的2422、图26A的2622、图26B的2632、图26C、图26D或图26E的2652、图27A的2702、图27B或图27C的2732、图28的2802、图29的2902、图30A或图30B的3022、图31A或图31B或图33的3122，或图32的3220、3222、3224。本文中所描述的技术可改善全息光场的一或多个特性(例如，大小或零级抑制)，以藉此改善显示系统的效能，例如通过使用较大反射式显示器，使用较大光栅及/或控制输入光。仅出于说明的目的，参考图31A中的系统3100来论述这些技术。
第一例示性方法-使用较大反射式显示器
增加图31A的全息光场3122的大小的一种方法为使用较大反射式显示器3104及成比例的较大基板3111建置相同的光学几何结构，其中光束角不变。
随着反射式显示器3104的线性范围增加，基板3111的前部面积的增加为反射式显示器3104的线性范围的增加的平方。若光束角及光束分布保持不变，则基板3111的厚度随着反射式显示器3104的线性范围的增加而增加。结果，基板3111的体积的增加可为反射式显示器3104的线性范围的增加的立方。举例而言，将反射式显示器3104的宽度加倍，同时维持反射式显示器3104的相同宽度对高度纵横比及基板3111的比例厚度，使基板3111的前部面积变为四倍且将基板3111的体积增加八倍。最终，基板3111的大厚度及高成本可变为不期望的，例如这是因为可能需要基板3111维持光学级清晰度，实质上不含显著的夹杂物、吸收、散射、双折射及/或其他可见光学缺陷或瑕疵。
基板3111的重量亦可能变为不期望的。举例而言，基板3111可具有反射式显示器3104的高度的大约20％的厚度。作为实例，对于具有16:9纵横比(计算机监视器的典型尺寸)的686mm(27")对角线反射式显示器3104，基板3111可具有598mm×336mm×68mm或更大的尺寸。若此基板3111由具有1.17至1.20g/cm3的密度的丙烯酸固体块制成，则基板3111的重量可为至少16kg(35磅)。对于具有16:9纵横比的类似1,650mm(65")对角线反射式显示器3104，基板3111的厚度可为至少165mm且重量至少为225kg(495磅)，此对于运送、装设及移动可具有挑战性。此类丙烯酸块的安装及支撑结构亦可能为大且重的。
另外，若全息光场3122的全部或部分投影至最终防护玻璃罩3113前方的观看空间中，则可能需要全息光场3122按比例更远地定位于前部防护玻璃罩3113前方(例如，在具有1,650mm对角线的反射式显示器3104前方超过165mm处)。此可减小其视场及分辨率。若应用较小、零或负z轴平移，则全息光场3122可出现在前部防护玻璃罩3113的前表面后方更深处。
为解决以上问题，可将基板3111制得较薄，此可减小其质量、成本且使基板对其z位置及视场具有较少约束。
在一些实施例中，基板3111可由具有较低密度及/或具有准许进入基板3111、在基板内及射出基板的光束具有更极端角度及光束角改变的折射率的材料制成。举例而言，液体填充基板3111可与例如水或油的液体一起使用，该液体的折射率可小于丙烯酸的折射率(例如，小17％至20％)。液体可封闭于储罐中，此可有助于解决某些潜在的运送及装设问题，这是因为该储罐可空着输送且接着就地填充。
在某些实施例中，对于输入光3120的一或多个波长，如折射至基板3111中的输入光3120的角度可增加。此可允许将相对较薄的基板3111用于输入光3120，例如以照明反射式显示器3104的同一区域。在一些状况下，可能需要选择角度以达成特定衍射效率及/或满足期望临界角性质。
在一些实施例中，基板3111可为楔形，例如类似于图12B的基板1252或图12C的基板1272，使得场光栅3112上的输入光3120的入射角可相对较大。
在某些实施例中，两个或多于两个照明器可用以例如分别自上下方向照明反射式显示器3104的不同区。举例而言，将第一输入光3120提供至基板3111的第一边缘面(例如，基板3111的下边缘面)中的第一照明器3106可用以仅照明反射式显示器3104的第一区(例如，下半部分)。将第二输入光(其可类似于第一输入光3120)提供至基板3111的第二边缘面(例如，基板3111的上边缘面)中的第二照明器(其可类似于第一照明器3106)可用以仅照明反射式显示器3104的第二区(例如，上半部分)。此配置可允许完全照明反射式显示器3104，同时允许基板3111相对较薄(例如，允许基板3111的厚度减半)。视情况，各自经由基板3111的不同的对应边缘面(例如，基板3111的左边缘面及右边缘面)进入的第三、第四或更大数目输入光可用以分别照明反射式显示器3104的区(例如，分别为左方区及右方区)。
在一些实施例中，输入光可沿着不同光学路径照明反射式显示器3104的不同区。举例而言，将第一输入光3120提供至基板3111的边缘面(例如，基板3111的下边缘面)中且直接照明透射式场光栅3112的第一照明器3106可结合将第二输入光提供至基板3111的边缘面(其可为与由第一输入光使用的边缘面相同的边缘面)中的第二照明器使用，但其中第二输入光最初被向前导向重导向光栅3114且随后朝向透射式场光栅3112反射回，使得第一输入光照明反射式显示器3104的第一区(例如，上半部分)且第二输入光照明反射式显示器3104的第二相邻区(例如，下半部分)。第二输入光的此反射可通过使用全内反射(TIR)或重导向光栅3114的表面处或重导向光栅之前的反射光栅(例如，通过基板3111与重导向光栅3114之间的界面)来达成。替代地，部分反射表面(例如，50:50或梯度或经图案化光束分光器)可并入至基板3111中，以将基板3111内的单束输入光3120分成两个光束，包括以减小的光学功率直接行进至透射式场光栅3112的第一光束及最初亦以减小的光学功率行进远离透射式场光栅3112的第二光束，且随后导向回透射式场光栅3112，例如通过TIR或重导向光栅3114的表面处或重导向光栅之前的反射光栅。
在某些实施例中，透射式场光栅3112的衍射效率可经图案化使得当输入光3120第一次遇到透射式场光栅3112的子区时，仅所选择百分比的输入光3120朝向反射式显示器3104衍射出，而剩余输入光3120中的全部或部分反射回至基板3111中。基板3111中的反射输入光3120进一步由TIR反射，例如自基板3111的前表面朝向透射式场光栅3112的第二子区反射回，该透射式场光栅将第二部分朝向反射式显示器3104耦出，其中衍射效率经调整使得透射式场光栅3112的两个此类区以大体上类似的光学功率照明反射式显示器3104的两个对应子区。以上程序可延伸至透射式场光栅3112的三个或多于三个此类子区且因此延伸至反射式显示器3104的三个或多于三个对应子区。
在一些实施例中，最初未衍射至反射式显示器的光被再循环以照明反射式显示器。举例而言，透射式场光栅3112的衍射效率可经图案化或选择使得当输入光3120第一次遇到透射式场光栅3112的第一子区时，仅所选择百分比的此输入光3120朝向反射式显示器3104衍射出，而剩余输入光3120中的全部或部分被反射回至基板3111中。反射输入光3120最终可前往(例如，通过基板3111内的TIR或经由直接路径)附接至基板3111的边缘面或在该边缘面之后的反射组件(例如，代替图12A的吸收体1204的镜或反射光栅)，该反射组件将反射输入光反射回穿过基板3111以重新照明(直接或在进一步TIR或衍射重导向之后)透射式场光栅3112的第一子区或透射式场光栅3112的第二子区，其中透射式场光栅3112的子区将光朝向反射式显示器3104衍射出。
在一些实施例中，反射式显示器3104的子区中的每一者由个别显示设备(例如，LCoS)或任何其他反射式显示设备制成，且反射式显示器3104由较小显示设备的平铺数组形成。此可允许通过操作具有不同反射率的此类较小显示设备来补偿透射式场光栅3112的每一子区的衍射效率及因此装置照明的差异。
在某些实施例中，反射式显示器的宽度对高度的相对较高纵横比用以增加全息光场的大小。因为基板3111的厚度通常取决于反射式显示器3104的照明高度，但不取决于反射式显示器3104的照明宽度，所以若反射式显示器3104的纵横比增加使得其宽度增加而其高度未必相应地增加，则基板3111的厚度不必增加。举例而言，可使用20:9的纵横比而非宽度:高度的16:9纵横比。以此方式增加反射式显示器3104的纵横比可增加全息光场的大小，这是因为观看者通常具有呈主要水平配置的两只眼睛，从而提供立体视觉。
在一些状况下，当多个观看者同时观察全息光场显示时，观看者可能并排定位(而非一个观看者在另一观看者的头部上方查看)，因此由高纵横比提供的较宽视场可适合于群组观看。另外，凭经验已观察到，全息光场的大多数观看者(例如，临时观看者)更可能将其头部自一侧移动至另一侧而非上下移动，因此可同样实施具有较宽宽度的较高纵横比以提高系统的效能。
在一些状况下，有用且合意的全息光场显示可具有极高纵横比(条带或狭缝显示)。例如，若光栅3112、3114、3116及3118在水平方向上平铺，则可使用相对较薄的基板3111达成较宽纵横比。
一般而言，无关于反射式显示器3104(及因此，基板3111以及光栅3112、3114、3116及3118)的纵横比，需要输入光3120的宽度足以照明反射式显示器3104的宽度(及基板3111以及光栅3112、3114、3116及3118的宽度)。对于反射式显示器3104的低纵横比，输入光3120可具有适度延伸的矩形剖面或横截面(或甚至正方形剖面或横截面)，其可通过遮蔽或以其他方式截断来自照明器3106的足够大的圆形或椭圆形光束剖面来实施。
第二例示性方法-使用较大光栅
若反射式显示器3104及基板3111被放大，则透射式场光栅3112以及显示零级重导向光栅3114、3116及3118亦可被放大以匹配。
在一些实施例中，透射式场光栅3112可分成两个或多于两个区，其各自利用经由基板3111的不同边缘面进入基板3111的输入光，如上文所提及。
在某些实施例中，较大光栅3112、3114、3116及3118可通过放大其各别生产系统的对应光学组件及记录材料来生产。
在一些实施例中，可通过平铺光学记录来生产较大光栅3112、3114、3116及3118，其中可使用较小光学组件及全大小记录材料在分步重复程序中依序记录光栅中的每一者的子区。此可允许使用较小光学组件，这些光学组件常常相对便宜。另外或替代地，此可允许使用较低记录功率(例如，而非增加记录曝光持续时间)，其可允许使用相对便宜的记录雷射源及/或相对较大范围的激光技术、波长及可用于提供此类源的供货商。此类平铺光栅亦可用以提供多个区以用于使用多个输入光放大透射式场光栅3112。
光栅的平铺子区的边缘可彼此邻接，其中光栅的子区之间具有微小间隙。视情况，子区可无缝地接合，或子区可略微或大体上重叠。此等方法的组合为可能的。在一些状况下，微小间隙可能为不可见的或对观看者可具有低可见度。举例而言，当全息光场3122占据与观看者的光学距离(不包括光栅与观看者的光学距离)时，间隙在观看者的眼睛聚焦于全息光场3122上时可离焦。在某些状况下，略微重叠对观看者可具有极小可见度或不具有可见度。可实施光栅的两个子区之间的显著重叠(例如，50％重叠)，以平滑及/或降低平铺可见度及/或改善重叠光栅的净均匀性。
在一些状况下，为了降低此类微小间隙的可见度或减少光栅的平铺子区之间的重叠，光栅的子区可与较小显示设备之间的间隙对准，从而将反射式显示器3104形成为较小显示设备的平铺数组。
在一些状况下，既不具有显著间隙亦不具有显著重叠的有效无缝光栅可通过以下操作实施：当记录用于子区的光栅时，将例如正方形、矩形或其他平面平铺孔隙的一或多个边缘界定组件包括于记录参考及/或对象光束的光学件中；及对如此形成的一或多个边缘投影或重新成像使得在一或多个光栅的记录期间，这些边缘在记录材料内大体上在清晰焦点处。当记录用于子区的光栅时，例如在记录参考及/或对象光束的光学件中使用反射或透射相位光罩，亦可达成明确界定的边缘。
在一些实施例中，可使用机械手段而非光学手段来生产较大光栅3112、3114、3116及3118，例如压花、纳米压印或自装配结构，且此类以机械方式生产的光栅亦可在一或多个维度上平铺，例如通过在辊对辊系统中使用辊压花。
第三例示性方法-控制输入光
如上文所提及，随着反射式显示器3104的纵横比增加，输入光3120的进一步延伸的矩形剖面可变为期望的，且来自照明器3106的更椭圆的光束剖面亦可变为期望的。因为许多雷射二极管产生椭圆形光束，所以在一些状况下，来自照明器3106的期望光束剖面可通过旋转照明器3106内的雷射二极管源的椭圆度来实施，例如通过以机械方式或光学方式旋转照明器3106内的雷射二极管源。
因为许多雷射二极管发射实质上偏振光且因为光学装置3110的某些其他组件对于特定偏振定向可能执行较佳(例如，可能需要特定偏振定向)，所以可能需要独立地旋转照明器3106内的光源的椭圆度及偏振定向，例如通过使用宽波长带半波延迟器来旋转所有输入光3120的偏振或通过使用个别窄波长带半波迟延器来分离地旋转每种色彩的输入光3120的偏振。因为输入光3120的剖面或横截面在宽度及高度两者上均可能相当大，所以诸如聚合物波片或液晶波片的低成本半波片可能比由例如石英制成的高成本半波片更合适。
在一些实施例中，输入光3120的均匀性可通过使用变迹光学组件或剖面转换器(例如，如透镜或全息光学组件(HOE)或积分杆的光学组件的配置)以实现例如高斯至顶帽及/或圆形至矩形剖面转换或通过使用偏振再循环组件来改善。
在某些实施例中，可实施变形光学件。反射式显示器3104的纵横比可增加至使得输入光3120的期望变形度可超过临限度的程度，该临限度可方便地由照明器3160中具成本效益的光源提供而无需遮蔽且因此浪费不可接受比例的光源功率。在此等状况下，输入光3120的宽度可通过使用例如变形透镜或柱面透镜的变形光学件或用作变形或柱面透镜或镜的HOE而进一步增加。
例示性系统
图35A至图35C示出用于显示经重建3D对象的实例系统3500。图36A至图36C分别展示与图35A至图35C相同的系统3500的视图，但三种色彩光(例如，红色、绿色、蓝色)传播通过系统3500。
来自照明器3501S(例如，由用于诸如红色、绿色及蓝色的三种不同色彩的三个雷射二极管制成)的大体上同轴的椭圆形光束3501(如图36A中所示出)的矩形截面自镜3502反射，且接着折射至棱镜组件3504的第一面3503中。光束3501具有界定于上部光束与下部光束之间的宽度，如图36A中所示出。折射至棱镜组件3504中的不同色彩的光束可沿着第一方向堆栈在一起(例如，如图36A中所示出)且沿着第二方向彼此隔开(或彼此重叠)(例如，如图36B中所示出)。棱镜组件3504的第二表面3505将光束反射至棱镜组件3504的第三表面3506，一或多个透射式扩展光栅3507光学堆栈于该第三表面上(通常，每种色彩一个光栅)。每一扩展光栅在棱镜组件3504内以相对较高的入射角(例如，68°)被其对应色彩照明，且被配置为将其照明光的一部分朝向一系列反射器3508衍射出。实际上，光栅3507将来自雷射二极管的光束3501的原始矩形截面在一个维度上(例如，在宽度上，如图36A中所示出)扩展相当大的倍数(例如，大约6倍)。由第三表面3506及/或扩展光栅3507及/或涂覆至扩展光栅3507的覆盖层反射回至棱镜组件3504中的光束可由吸收层3504A吸收，该吸收层被涂覆至棱镜组件3504的表面(例如，如图36A中所示出)。
因为入射于光栅3507上的光是以大角度入射，所以棱镜组件3504的深度(例如，其面3505的长度，该面的部分至少为反射的)可相对较小。若光是以此大角度自空气(折射率～1.0)入射于光栅3507上，从而导致所有入射光反射远离光栅，则入射角可超过临界值。在系统3500中，光是自棱镜组件3504入射，该棱镜组件可由例如具有高折射率(例如，～1.5)的玻璃或丙烯酸制成，且因此入射角不会超过临界角。
在一些实施例中，反射器3508可包括三个二向色反射器，每种色彩一个反射器，或两个二向色反射器及用于一种色彩的一个镜，或用于两种色彩的一个二向色反射器及用于一种色彩的一个镜，二向色反射器配置于由扩展光栅3507衍射出的光束(所有三种色彩)3509中以将每种色彩反射至盖板3510中，该盖板附接至塑形基板3511。每种色彩光以不同角度且在盖板3510的不同区上方入射于盖板3510上，且以使得这些色彩光随后自例如形成于塑形基板3511的正面3512上的低折射率层反射的角度折射至盖板3510中(且此后折射至塑形基板3511中)，接着自附接至塑形基板3511的背面3514的三个堆栈场光栅(每种色彩一个光栅)3513衍射出。所有三种色彩光以针对每种色彩大体上相同的角度入射于反射式显示设备3515的数组上，且其中每种色彩大体上照明由一或多个反射式显示设备3515形成的整个反射区域。反射式显示设备经由场光栅3513、经由塑形基板3511将每种色彩反射及衍射回，且进入三个堆栈式显示(例如，LCoS)零级抑制(LZOS)光栅3516(每种色彩一个光栅)的堆栈中(在本文中别处被称作重导向光栅，例如图31A的重导向光栅3114、3116及3118)，这些光栅附接至基板3511的正面3512。
入射于反射式显示设备3515上的每种色彩的一部分被反射成显示零级光束3521，且入射于每一显示设备(例如，LCoS)上的每种色彩的一部分由每一显示设备衍射至可由观看者看到的对应全息光场3522中，例如图32的全息光场3220、3222、3224。如本文中别处所论述，显示零级抑制光栅(或重导向光栅)3516为角度选择性透射光栅，该光栅实质上衍射以显示零级角度入射于其上的光，但实质上透射以较大或较小角度入射于其上的光，从而将反射显示零级光与衍射全息光场分离。被拒绝的显示零级光3523可以相当大的角度射出重导向光栅的前部，如图36B中所展示，或可通过TIR或通过如本文中别处所描述的反射光栅反射回至塑形基板3511中。
在一些实施例中，可调整反射组件3508的倾斜角以达成自透射式场光栅3513的衍射的较大均匀性(例如，通过使透射式场光栅3513以或接近其重放布拉格角被照明)，及/或达成自透射式场光栅3513的衍射的较大亮度(例如，通过使透射式场光栅3513以或接近其重放布拉格角被照明)。通过调整反射组件3508中的各别者的倾斜角，可针对每种色彩实质上独立地进行此类调整。
在一些实施例中，可在制造或装配期间将这些调整作为一次性调整进行。视情况，可通过使用者或装设者在现场进行调整。在某些实施例中，可自动执行调整，例如作为反馈回路的部分，该反馈回路利用色彩及/或亮度传感器以检测及优化全息光场的光学性质，例如亮度、均匀性、色彩均匀性或白点。在一些状况下，调整正交于图35B中所展示的倾斜角的反射组件3508的倾斜角以优化显示系统3500的效能。可在适当时组合此等方法。
在一些状况下，反射组件3508的倾斜调整可用以校正由例如以下各者的因素引起的显示系统的组件的对准的改变或误差：制造及装配公差；运送、储存及使用中振动及冲击；热膨胀及收缩；光栅、雷射二极管或其他波长相依组件的老化，以及由于老化、操作温度、操作工作循环及/或零件间变化的雷射二极管的波长移位。
在一些状况下，即使扩展棱镜3504与塑形基板3511之间的角度实质上自90°(如图35B中所展示)改变，例如通过将塑形基板3511向后或向前倾斜或旋转以将全息光场分别向上或向下倾斜，反射组件3508的实质上较大或实质上较小倾斜调整亦可用以维持对准。
为了达成反射式显示器3515上的相对均匀的照明，来自雷射二极管的光束的中心可偏移，此亦可维持全息光场中的色彩均匀性。每种色彩行进至显示设备3515及自显示设备行进的路径的小差异(一般而言，主要由于光束的色散)，例如在其进入棱镜组件3504时，否则可能会使三种色彩的浓度略微未对准。此亦可通过以空间变化方式(例如，在一个或两个维度上)调整反射式显示设备3515的衍射效率来校正。此调整可实时进行，这是因为衍射效率为计算机产生全息图(CGH)的函数，或通过在显示设备3515之前或之后利用具有恒定或可调整的空间变化透射率或吸收率(例如，在一个或两个维度上)的组件。
在一些状况下，进入基板3511的输入光3517(例如，如图36B中所示出)可在基板3511的边缘表面处经p偏振，在该边缘表面处输入光3517进入基板3511(或防护玻璃罩3510，若使用)，以减少表面处的菲涅耳损失，或该表面可倾斜或经抗反射涂布以减少此类菲涅耳损失。若s偏振光为透射式场光栅3513所需或期望的偏振，则贴附至表面或在表面之后的宽波长带半波延迟器可将此p偏振转换至s偏振。
在一些状况下，定位于透射式场光栅3513与反射式显示设备3515之间的宽波长带延迟器可用以进一步调整反射式显示设备3515上的照明光的偏振，从而提供反射式显示设备3515的所需或期望或最佳偏振状态。此延迟器可贴附至场光栅3513的射出面或贴附至反射式显示设备3515的外表面或其两者，且可为用以提供p偏振或s偏振的半波片或可为用以提供圆偏振的四分的一波片，或可具有另一值的延迟，该延迟亦可在空间上及/或在时间上及/或随波长变化，以针对每种色彩在反射式显示设备3515上的各点处提供最佳偏振。只要此波片为来自反射式显示设备3515的反射全息光场提供偏振状态，此偏振状态可能并非例如重导向光栅3516之后续偏振相依组件的期望或最佳偏振状态。在一些状况下，可在具有固定或具有在空间或时间或色谱上变化的延迟的此类一或多个组件之前设置一或多个其他波片，以进一步调整偏振从而满足该一或多个组件。
在一些状况下，基板3511与耦合反射组件3508之间的光学距离可成比例地大，以允许三种色彩光在其由反射组件3508反射时进一步分离，使得每种色彩可由对应反射组件反射而不必透射穿过一个或两个其他反射组件，或甚至使光学距离足够大使得三种色彩光足够分离以使用三个镜反射而不透射穿过其他反射组件。
在某些实施例中，耦合反射组件3508可经定位及倾斜使得反射组件3508中的每一者的照明来自实质上不同的方向而非来自大体上光学同轴的激光束。此可允许照明器3501S分成两个或三个分离的照明器，其各自提供三种照明色彩中的一种或两种，此可能比使用照明器3501S内的光学件将来自三个雷射二极管的光组合成提供输入光3501的组合白色输入光更便宜及/或更高效。
在一些实施例中，塑形基板3511可整体地形成，例如通过计算机数控(CNC)自较大材料块机器加工而成，可通过光学接合或转位两个或多于两个更简单(且因此更易于制造)的形状形成，或可通过增材或减材制造技术形成。
在某些实施例中，具有较大竖直范围的反射式显示器3515(或反射式显示设备3515的数组)可通过增加输入光3517的高度来照明，该高度受输入光3517实际上在形成显示器照明的第一下截止的塑形基板3511的尖端处进入防护玻璃罩3510(其可被省略)的影响，且受输入光3517缺失形成显示器照明之上截止及第二下截止的塑形基板3511的拐角3518的影响。
在一些实施例中，反射式显示器3515的照明角度为大约6°，其可改变至大约0°，这是因为透射式场光栅3513亦可充当零级抑制组件，类似于重导向光栅3516。在此等实施例中，场光栅3513可反射而非透射，将来自反射式显示器3515的镜面反射零级光截留在塑形基板3511内，其中TIR可将该零级光向上且导引出塑形基板3511的顶部或导引至形成于基板上的吸收体3524中。结合重导向光栅3516使用处于或接近0°的场光栅3513可将残余显示零级减少至极高程度，例如残余显示零级光小于2％或甚至<1％。
在某些实施例中，当使用一维抑制光栅时，显示零级抑制呈现为反射式显示器3515上的暗带而非点，其中每一照明色彩的零级仅在此暗带内作为彼色彩的点可见。若观看者更可能自反射式显示器3515的法线上方查看反射式显示器3515，如通常为台上或桌上显示器的状况，则替代配置于全息光场下方或任一侧，系统可被配置为将带配置于全息光场上方(但在角度空间中，接近全息光场)，在彼处该带不大可能被注意到或令人反感。类似地，若观看者更可能自反射式显示器3515的法线下方查看显示器，则系统可被配置为将带配置于全息光场下方。若大多数观看者使用主要水平地分布的两只眼睛查看显示器，则该带可配置于全息光场上方或下方而非左方或右方。
在照明器3501S源自光谱带宽为约几nm或几十nm的光源的一些实施例中，扩展光栅3505及场光栅3507中的衍射可在光谱上分散入射于反射式显示器3515上的照明光。照明光可接着展现光谱分集(来自雷射二极管的光谱带宽)及空间分集(来自此等光栅对来自雷射二极管的光的分散，且在较小程度上来自雷射二极管的源大小)。相较于仅由雷射二极管自身的光谱及空间分集提供的彼等雷射斑点，此等多个正交的分集度可导致全息光场中的可见雷射斑点的显著减少。
在一些实施例中，扩展光栅3505可形成有光学功率，使得扩展光栅3505可使输入光3501在一个或两个横向方向上完全或部分准直，从而减少或消除对照明器3501S中的雷射二极管准直的需要。
可选择输入光3517在盖板3510上的入射角，使得两个或多于两个此类入射角大体上相等，且在此状况下，反射组件3508的数目可减小，这是因为单个此类反射组件可足以反射两种或多于两种色彩。另外，3508中的最终反射组件可作为反射涂层设置于先前反射组件的表面上或先前反射组件的基板内，该基板可为楔形的以提供用于此最终反射器的不同反射角。
本说明书中所描述的主题及功能性操作的实施方案可在数字电子电路系统中、在有形地体现的计算机软件或韧体中、在包括本说明书中所揭示的结构及其结构等效物的计算机硬件中或在其中的一或多者的组合中实施。本说明书中所描述的主题的实施方案可实施为一或多个计算机程序，诸如编码于有形的非暂时性计算机储存介质上以供数据处理设备执行或控制数据处理设备的操作的计算机程序指令的一或多个模块。替代地或另外，程序指令可经编码于诸如机器产生的电、光学或电磁信号的人工产生的传播信号上，该传播信号经产生以编码用于传输至合适的接收器设备以供数据处理设备执行的信息。计算机储存介质可为机器可读存储装置、机器可读储存基板、随机或串行存取内存装置，或其中的一或多者的组合。
术语「数据处理设备」、「计算机」或「计算机装置」(或如一般熟习此项技术者所理解的等效物)是指数据处理硬件且涵盖用于处理数据的所有种类的设备、装置及机器，作为实例包括可程序化处理器、计算机或多个处理器或计算机。该设备亦可为或进一步包括专用逻辑电路系统，例如中央处理单元(CPU)、场可程序化门阵列(FPGA)或特殊应用集成电路(ASIC)。在一些实施方案中，数据处理设备及专用逻辑电路系统可为基于硬件的及基于软件的。该设备可视情况包括建立用于计算机程序的执行环境的程序代码，例如构成处理器韧体、协议堆栈、数据库管理系统、操作系统或其中的一或多者的组合的程序代码。本说明书涵盖在具有或不具有常规操作系统的情况下使用数据处理设备。
亦可被称作或描述为程序、软件、软件应用程序、模块、软件模块、脚本或程序代码的计算机程序可以任何形式的程序设计语言来编写，包括经编译或解译语言，或陈述性或程序性语言，且计算机程序可被部署为任何形式，包括作为独立程序或作为模块、组件、次例程或适合在计算环境使用的其他单元。计算机程序可但无需对应于文件系统中的档案。程序可储存于保存其他程序或数据的档案的一部分中，例如储存于标记语言文件中的一或多个脚本；专用于所讨论的程序的单个档案中或多个协同档案中，例如储存一或多个模块、子程序或程序代码部分的档案中。计算机程序可经部署以在一台计算机上或在位于一个地点或分布在多个地点且由通信网络互连的多台计算机上执行。虽然各图中所示出的程序的部分经展示为经由各种对象、方法或其他程序实施各种特征及功能性的个别模块，但这些程序可替代地在适当时包括数个子模块、第三方服务、组件、链接库等。相反，各种组件的特征及功能性可在适当时组合成单个组件。
本说明书中所描述的程序及逻辑流程可由一或多个可程序化计算机执行，该一或多个可程序化计算机执行一或多个计算机程序，以通过操作输入数据及产生输出来执行功能。程序及逻辑流程亦可由专用逻辑电路系统执行且设备亦可实施专用逻辑电路系统，诸如CPU、GPU、FPGA或ASIC。
适合于执行计算机程序的计算机可基于通用微处理器或专用微处理器、其两者，或任何其他种类的CPU。通常，CPU将自只读存储器(ROM)或随机存取内存(RAM)或其两者接收指令及数据。计算机的主组件为用于进行或执行指令的CPU，以及用于储存指令及数据的一或多个内存装置。通常，计算机亦将包括或可操作地耦接至用于储存数据的一或多个大容量储存装置，例如磁盘、磁光盘或光盘，以自该一或多个大容量储存装置接收数据或向其传送数据，或接收数据及传送数据两者。然而，计算机无需具有此类装置。此外，计算机可嵌入于另一装置中，例如移动电话、个人数字助理(PDA)、行动音频或视频播放器、游戏控制面板、全球定位系统(GPS)接收器或携带型储存装置，例如通用串行总线(USB)随身碟，此处仅举几例。
适合于储存计算机程序指令及数据的计算机可读介质(在适当时，为暂时性或非暂时性)包括所有形式的非挥发性内存、介质及内存装置，作为实例包括半导体内存装置，例如可抹除可程序化只读存储器(EPROM)、电可抹除可程序化只读存储器(EEPROM)及闪存装置；磁盘，例如内部硬盘或可移动磁盘；磁光盘；以及CD-ROM、DVD-R、DVD-RAM及DVD-ROM磁盘。内存可储存各种对象或数据，包括高速缓存、查找表、类别、框架、应用程序、备份数据、工作、网页、网页模板、数据库表、储存业务及动态信息的储存库以及任何其他适当信息，包括任何参数、变量、算法、指令、规则、约束或引用。另外，内存可包括任何其他适当数据，诸如日志、策略、安全或存取数据、报告档案以及其他数据。处理器及内存可补充有专用逻辑电路系统或并入在专用逻辑电路系统中。
为了提供与使用者的互动，本说明书中所描述的主题的实施方案可在计算机上实施，该计算机具有：用于向用户显示信息的显示设备，例如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)、全息或光场显示器或电浆监视器；以及用户可藉以将输入提供至计算机的键盘及指针设备，例如鼠标、轨迹球或轨迹垫。亦可使用触控屏幕将输入提供至计算机，诸如具有压力敏感性的平板计算机表面、使用电容感测或电感测的多点触摸屏幕或其他类型的触控屏幕。其他种类的装置亦可用以提供与使用者的互动；例如，提供给使用者的反馈可为任何形式的感官反馈，例如视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈；且可接收来自使用者的任何形式的输入，包括声音、话音或触觉输入。此外，计算机可通过将文件发送至由用户使用的装置及自该装置接收文件来与用户互动；例如通过响应于自网页浏览器接收到的请求而将网页发送至用户的客户端装置上的网页浏览器。
术语「图形用户接口」或「GUI」可以单数或复数使用，以描述一或多个图形用户接口以及特定图形用户接口的每一显示。因此，GUI可表示处理信息且高效地向用户呈现信息结果的任何图形用户接口，包括但不限于网页浏览器、触控屏幕或命令行接口(CLI)。一般而言，GUI可包括多个用户接口(UI)元素，这些用户接口元素中的一些或全部与网页浏览器相关联，诸如互动字段、下拉列表及可由业务套件用户操作的按钮。此等及其他UI元素可与网页浏览器的功能相关或表示网页浏览器的功能。
本说明书中所描述的主题的实施方案可实施于计算系统中，该计算系统包括后端组件，例如作为数据服务器，包括中间软件组件，例如应用程序服务器，或包括前端组件，例如具有图形用户接口或网页浏览器的客户端计算机，经由该图形用户接口或网页浏览器，使用者可与本说明书中所描述的主题的实施方案互动，或包括一或多个此类后端组件、中间软件组件或前端组件的任何组合。系统的组件可通过有线或无线数字数据通信的任何形式或介质(例如，通信网路)来互连。通信网路的实例包括局域网络(LAN)、无线电存取网络(RAN)、都会局域网络(MAN)、广域网(WAN)、微波存取全球互通(WIMAX)、使用例如902.11a/b/g/n及902.20的无线局域网络(WLAN)、因特网的全部或一部分，以及一或多个位置处的一或多个任何其他通信系统。网络可例如与网络地址之间的因特网协议(IP)封包、讯框中继讯框、异步传送模式(ATM)小区、语音、视频、数据或其他合适信息通信。
计算系统可包括客户端及服务器。客户端及服务器通常彼此远离且通常经由通信网路互动。客户端与服务器的关系藉助于在各别计算机上运行且彼此具有主从关系的计算机程序产生。
在一些实施方案中，计算系统的组件中的任一者或全部(硬件及软件两者)可使用应用程序设计界面(API)或服务层彼此介接或对接。API可包括例程、数据结构及对象类别的规格。API可为计算机语言独立或相依的，且是指完整的接口、单个函数或甚至一组API。服务层将软件服务提供至计算系统。计算系统的各种组件的功能性可供所有服务消费者经由此服务层存取。软件服务经由界定的接口提供可重用的、界定的业务功能。举例而言，接口可为以任何合适的语言编写、以任何合适的格式提供数据的软件。API及服务层可为与计算系统的其他组件整合的组件或独立的组件。此外，在不脱离本说明书的范围的情况下，服务层的任何或所有部分可实施为另一软件模块、企业应用或硬件模块的子代或子模块。
虽然本说明书含有许多特定实施方案细节，但此等细节不应被解释为对任何发明的范围或可能主张的内容的范围的限制，而应被解释为对可能特定于特定发明的特定实施方案的特征的描述。在分离实施方案的内容背景下描述于本说明书中的某些特征亦可在单个实施方案中组合地实施。相反，在单个实施方案的内容背景下描述的各种特征亦可在多个实施方案中分离地或以任何合适的子组合实施。此外，尽管特征可被描述为以某些组合起作用且甚至最初如此主张，但在一些状况下，来自所主张组合的一或多个特征可自该组合中去除，且所主张的组合可针对子组合或子组合的变化。
已描述主题的特定实施方案。如熟习此项技术者将显而易见的，所描述实施方案的其他实施方案、变更及置换在以下申请专利范围的范围内。虽然操作在图式或申请专利范围中以特定次序来描绘，但不应将此理解为要求以所展示的特定次序或以顺序次序执行此等操作，或执行所有所示出操作(一些操作可被视为可选的)以达成期望的结果。在某些情况下，多任务或并行处理可为有利的且在认为适当时被执行。
出于简洁起见，本文中可能未详细地描述用于全息光栅、LCOS装置以及其他光学结构及系统的建构、使用及/或其类似者的常规技术。此外，本文中所含的各种图中所展示的连接线意欲表示各种组件之间的例示性功能关系、信号或光学路径及/或实体耦接。应注意，许多替代或额外功能性关系、信号或光学路径或实体连接可存在于例示性全息光栅、LCOS或其他光学结构或系统及/或其组件中。
本文中的各种例示性实施例的详细描述参看附图及图像，作为说明，这些附图及图像展示各种例示性实施例。虽然足够详细地描述此等各种例示性实施例以使得熟习此项技术者能够实践本发明，但应理解，可实现其他例示性实施例，且可在不脱离本发明的精神及范围的情况下进行逻辑、光学及机械改变。因此，本文中的详细描述仅出于说明而非限制的目的来呈现。举例而言，在方法或程序描述中的任一者中叙述的步骤可以任何合适的次序执行且不限于所呈现的次序，除非明确地如此陈述。此外，这些功能或步骤中的任一者可外包给一或多个第三方或由一或多个第三方执行。在不脱离本发明的范围的情况下，可对本文中所描述的系统、设备及方法进行修改、添加或省略。举例而言，可整合或分离系统及设备的组件。此外，本文中所揭示的系统及设备的操作可由更多、更少或其他组件执行，且所描述的方法可包括更多、更少或其他步骤。
如此文件中所使用，「每一」是指集合中的每一成员或集合的子集中的每一成员。此外，对单数的任何参考包括多个例示性实施例，且对多于一个组件的任何参考可包括单个例示性实施例。尽管本文中已列举特定优点，但各种例示性实施例可包括列举优点中的一些、不包括列举优点，或包括所有列举优点。
上文已关于特定例示性实施例描述了益处、其他优点以及问题的解决方案。然而，益处、优点、问题的解决方案以及可使任何益处、优点或解决方案出现或变得更明显的任何要素不应被解释为本发明的关键、所需或基本特征或要素。本发明的范围因此仅受随附申请专利范围限制，其中对单数形式的组件的参考并不欲意谓「一个且仅一个」而是意谓「一或多个」，除非明确地如此陈述。此外，在类似于「A、B及C中至少一者」或「A、B或C中至少一者」的词组用于申请专利范围或说明书中的情况下，片语意欲解译为意谓A可单独地存在于例示性实施例中，B可单独地存在于例示性实施例中，C可单独地存在于例示性实施例中，或元素A、B及C的任何组合可存在于单个例示性实施例中；例如，A及B、A及C、B及C或A及B及C。
因此，先前提供的对实例实施方案的描述并不限定或约束本说明书。在不脱离本说明书的精神及范围的情况下，其他改变、替换及变更亦是可能的。

Claims (76)

1.一种光学装置，其包含：
第一光学衍射组件；
第二光学衍射组件；及
色彩选择性偏振器，其在该第一光学衍射组件与该第二光学衍射组件之间，
其中：
当包含呈第一偏振状态的第一色彩光的第一光束入射于该第一光学衍射组件上时，该第一光学衍射组件衍射呈该第一偏振状态的该第一色彩光；
当包含呈第二偏振状态的第二色彩光的第二光束入射于该色彩选择性偏振器上时，该色彩选择性偏振器将该第二光束转换成包含呈该第一偏振状态的该第二色彩光的第三光束，该第二色彩不同于该第一色彩，且该第二偏振状态不同于该第一偏振状态；
当该第三光束入射于该第二光学衍射组件上时，该第二光学衍射组件衍射呈该第一偏振状态的该第二色彩光；
该第一光学衍射组件衍射呈该第二偏振状态的该第二色彩光的衍射效率实质上小于该第一光学衍射组件衍射呈该第一偏振状态的该第一色彩光的衍射效率。
2.一种光学装置，其包含：
第一光学衍射组件；
第二光学衍射组件；及
色彩选择性偏振器，其在该第一光学衍射组件与该第二光学衍射组件之间，
其中：
当第一色彩光在第一入射角下且以第一偏振状态入射于该第一光学衍射组件上时，该第一光学衍射组件在第一衍射角下以第一衍射效率衍射该第一色彩光；
当不同于该第一色彩光的第二色彩光在第二入射角下以不同于该第一偏振状态的第二偏振状态入射于该第一光学衍射组件上时，该第一光学衍射组件以实质上小于该第一衍射效率的衍射效率衍射该第二色彩光；
当呈该第二偏振状态的该第二色彩光入射于该色彩选择性偏振器上时，该色彩选择性偏振器将该第二色彩光的偏振状态自该第二偏振状态旋转至该第一偏振状态；
当该第二色彩光在该第二入射角下且以该第一偏振状态入射于该第二光学衍射组件上时，该第二光学衍射组件在第二衍射角下以第二衍射效率衍射该第二色彩光。
3.一种光学装置，其包含：
第一光学衍射组件，其被配置为以：i)在第一衍射角下以第一衍射效率衍射在第一入射角下入射的呈第一偏振状态的第一色彩光；及ii)以实质上小于该第一衍射效率的衍射效率衍射在第二入射角下入射的呈第二偏振状态的第二色彩光；
色彩选择性偏振器，其被配置为将入射于该色彩选择性偏振器上的呈该第二偏振状态的该第二色彩光的偏振状态自该第二偏振状态旋转至该第一偏振状态；及
第二光学衍射组件，其被配置为在第二衍射角下以第二衍射效率衍射在该第二入射角下入射的呈该第一偏振状态的该第二色彩光，
其中该色彩选择性偏振器在该第一光学衍射组件与该第二光学衍射组件之间。
4.如前述权利要求中任一项的光学装置，其中该第二光学衍射组件被配置为在该第一入射角下以实质上小于该第二衍射效率的衍射效率衍射呈该第二偏振状态的该第一色彩光，且
视情况其中该第一光学衍射组件、该色彩选择性偏振器及该第二光学衍射组件依序堆栈，使得该第一色彩光及该第二色彩光在该第二光学衍射组件之前入射于该第一光学衍射组件上。
5.如权利要求4的光学装置，其进一步包含：
第三光学衍射组件；及
第二色彩选择性偏振器，其在该第二光学衍射组件与该第三光学衍射组件之间，
其中该第二色彩选择性偏振器被配置为当第三色彩光以该第二偏振状态入射于该第二色彩选择性偏振器上时，将该第三色彩光的偏振状态自该第二偏振状态旋转至该第一偏振状态，且该第三光学衍射组件被配置为当该第三色彩光在第三入射角下且以该第一偏振状态入射于该第三光学衍射组件上时，在第三衍射角下以第三衍射效率衍射该第三色彩光，且
视情况其中该色彩选择性偏振器被配置为将该第一色彩光的偏振状态自该第一偏振状态旋转至该第二偏振状态，且该第二色彩选择性偏振器被配置为将该第二色彩光的该偏振状态自该第一偏振状态旋转至该第二偏振状态，而不旋转该第一色彩光的该偏振状态，且
该光学装置视情况进一步包含第三色彩选择性偏振器，该第三色彩选择性偏振器被配置为将该第一色彩光及该第二色彩光中每一者的该偏振状态自该第二偏振状态旋转至该第一偏振状态，而不旋转该第三色彩光的该偏振状态，其中该第三光学衍射组件在该第二色彩选择性偏振器与该第三色彩选择性偏振器之间，且
视情况其中该第三光学衍射组件被配置为以实质上小于该第三衍射效率的衍射效率衍射以该第二偏振状态入射的该第一色彩光及该第二色彩光中每一者，该第一光学衍射组件被配置为以实质上小于该第一衍射效率的衍射效率衍射以该第二偏振状态入射的该第三色彩光，且该第二光学衍射组件被配置为以实质上小于该第二衍射效率的衍射效率衍射以该第二偏振状态入射的该第一色彩光及该第三色彩光中每一者，且
视情况其中该第二色彩选择性偏振器包含一对第一子偏振器及第二子偏振器，该第一子偏振器被配置为将该第二色彩光的该偏振状态自该第一偏振状态旋转至该第二偏振状态，而不旋转该第一色彩光及该第三色彩光中每一者的该偏振状态，且该第二子偏振器被配置为将该第三色彩光的该偏振状态自该第二偏振状态旋转至该第一偏振状态，而不旋转该第一色彩光及该第二色彩光中每一者的该偏振状态，且
该光学装置视情况进一步包含第四色彩选择性偏振器，该第四色彩选择性偏振器被配置为将该第一色彩光的偏振状态自该第二偏振状态旋转至该第一偏振状态，而不旋转该第二色彩光及该第三色彩光中每一者的该偏振状态，其中该第一光学衍射组件在该第四色彩选择性偏振器与该色彩选择性偏振器之间。
6.如权利要求5的光学装置，其中该第一光学衍射组件、该第二光学衍射组件及该第三光学衍射组件中每一者包含形成于记录介质中的各自对应的全息光栅，且
视情况其中该记录介质包含感光聚合物，且
视情况其中该记录介质为光学透明的，且
视情况其中该各自对应的全息光栅固定于该记录介质中，且
视情况其中该第一光学衍射组件、该第二光学衍射组件及该第三光学衍射组件中每一者包含附接至该记录介质一侧的载体膜，且
视情况其中该第一光学衍射组件、该第二光学衍射组件及该第三光学衍射组件中每一者包含附接至该记录介质的与该载体膜相对的另一侧的衍射基板，且视情况其中该第一光学衍射组件的该载体膜附接至该色彩选择性偏振器的第一侧，且该第二光学衍射组件的该衍射基板附接至该色彩选择性偏振器的第二相对侧，且该第二光学衍射组件的该载体膜附接至该第二色彩选择性偏振器的第一侧，且该第二光学衍射组件的该衍射基板附接至该第二色彩选择性偏振器的第二相对侧。
7.如前述权利要求中任一项的光学装置，其进一步包含基板，
其中该第一光学衍射组件在该基板与该色彩选择性偏振器之间，且
视情况，该光学装置在该基板的表面上进一步包含抗反射涂层，且
视情况，该光学装置进一步包含前表面及背表面，且
视情况其中该第一色彩光及该第二色彩光入射于该前表面上，且该光学装置进一步在该背表面上包含抗反射涂层。
8.如前述权利要求中任一项的光学装置，其包含多个光学组件，该多个光学组件包括该第一光学衍射组件、该色彩选择性偏振器及该第二光学衍射组件，
其中该多个组件中邻近的两个光学组件经由折射率匹配材料附接在一起。
9.如前述权利要求中任一项的光学装置，其中该第一光学衍射组件及该第二光学衍射组件中每一者包含形成于记录介质中的各自对应的布拉格光栅，且
其中该各自对应的布拉格光栅包含具有条纹倾斜角为θt的多个条纹平面及在该记录介质的体积中垂直于该多个条纹平面的条纹间距Λ，且
视情况其中该各自对应的布拉格光栅被配置为使得当该记录介质上的入射角为布拉格角时，各自对应的衍射角θm满足布拉格等式mλ＝2nΛsin(θm-θt)，其中λ表示色彩光在真空中的波长，n表示在该记录介质中的折射率，θm表示在该记录介质中的m级衍射布拉格角，且θt表示该记录介质中的条纹倾角，且
视情况其中该第一入射角及该第二入射角中每一者实质上相同于该布拉格角，且该第一衍射角及该第二衍射角中每一者实质上相同于一级布拉格角，且
视情况其中该各自对应的布拉格光栅的该条纹倾斜角实质上等于45度，且
视情况其中该记录介质的厚度比该条纹间距大多于一个数量级，且
视情况其中该记录介质的该厚度比该条纹间距大出约30倍，且
视情况其中该第一衍射角与该第二衍射角实质上彼此相同，且
视情况其中该第一衍射角及该第二衍射角中每一者在-10度至10度的范围内，且
视情况其中该第一衍射角及该第二衍射角中每一者实质上等于0度，且
视情况其中该第一衍射角及该第二衍射角中每一者在-7度至7度的范围内，且
视情况其中该第一衍射角及该第二衍射角中每一者实质上等于6度，且
视情况其中该第一入射角及该第二入射角中每一者在70度至90度的范围内，且
视情况其中该第一入射角与该第二入射角实质上彼此相同。
10.如前述权利要求中任一项的光学装置，其中以下各者中的至少一者成立：
该第一偏振状态为s偏振，且该第二偏振状态为p偏振；
该第一光学衍射组件被配置为以比该第一衍射效率小至少一个数量级的衍射效率衍射以该第二偏振状态入射的该第二色彩光；该色彩选择性偏振器被配置为不旋转该第一色彩光的偏振状态；且
该光学装置进一步包含第二色彩选择性偏振器，该第二色彩选择性偏振器被配置为将该第一色彩光的偏振状态自该第二偏振状态旋转至该第一偏振状态，而不旋转该第二色彩光的偏振状态，其中该第一光学衍射组件在该第二色彩选择性偏振器与该色彩选择性偏振器之间。
11.如前述权利要求中任一项的光学装置，其中该第一光学衍射组件包含第一衍射结构，且该第二光学衍射组件包含第二衍射结构，
其中该光学装置包含第一反射层及第二反射层，其中该第一反射层在该第一衍射结构与该第二衍射结构之间，且该第二衍射结构在该第一反射层与该第二反射层之间，
其中该第一衍射结构被配置为：i)衍射在该第一入射角下入射于该第一衍射结构上的该第一色彩光的一级及零级，该一级在该第一衍射角下衍射，且该零级在该第一入射角下透射；及ii)透射在该第二入射角下入射于该第一衍射结构上的该第二色彩光，
其中该第一反射层被配置为：i)全反射在该第一入射角下入射于该第一反射层上的该第一色彩光；及ii)透射在该第二入射角下入射于该第一反射层上的该第二色彩光，
其中该第二衍射结构被配置为衍射在该第二入射角下入射于该第二衍射结构上的该第二色彩光的一级及零级，该一级在第二衍射角下衍射，且该零级在该第二入射角下透射，且
其中该第二反射层被配置为全反射在该第二入射角下入射于该第二反射层上的该第二色彩光。
12.一种光学装置，其包含：
第一光学衍射组件，其包含第一衍射结构；
第二光学衍射组件，其包含第二衍射结构；
第一反射层；及
第二反射层，
其中：
该第一反射层在该第一衍射结构与该第二衍射结构之间；
该第二衍射结构在该第一反射层与该第二反射层之间；
当第一色彩光在第一入射角下入射于该第一衍射结构上时，该第一衍射结构衍射该第一色彩的一级及零级，该一级在第一衍射角下衍射，且该零级在该第一入射角下透射；
当第二色彩光在第二入射角下入射于该第一衍射结构上时，该第一衍射光栅在该第二入射角下透射该第二色彩光；
当该第一色彩光在该第一入射角下入射于该第一反射层上时，该第一反射层全反射该第一色彩光；
当该第二色彩光在该第二入射角下入射于该第一反射层上时，该反射层在该第二入射角下透射该第二色彩光；
当该第二色彩光在该第二入射角下入射于该第二衍射结构上时，该第二衍射结构衍射该第二色彩光的一级及零级，该一级在第二衍射角下衍射，且该零级在该第二入射角下透射；且
当该第二色彩光在该第二入射角下入射于该第二反射层上时，该反射层全反射该第二色彩光。
13.一种光学装置，其包含：
第一光学衍射组件，其包含第一衍射结构，该第一衍射结构被配置为：i)衍射在第一入射角下入射于该第一衍射结构上的第一色彩光的一级及零级，该一级在第一衍射角下衍射，且该零级在该第一入射角下透射；及ii)透射在第二入射角下入射于该第一衍射结构上的第二色彩光；
第一反射层，其被配置为：i)全反射在该第一入射角下入射于该第一反射层上的该第一色彩光；及ii)透射在该第二入射角下入射于该第一反射层上的该第二色彩光；
第二光学衍射组件，其包含第二衍射结构，该第二衍射结构被配置为衍射在该第二入射角下入射于该第二衍射结构上的该第二色彩光的一级及零级，该一级在第二衍射角下衍射，且该零级在该第二入射角下透射；及
第二反射层，其被配置为全反射在该第二入射角下入射于该第二反射层上的该第二色彩光，
其中该第一反射层在该第一衍射结构与该第二衍射结构之间，且该第二衍射结构在该第一反射层与该第二反射层之间。
14.一种光学装置，其包含：
第一光学衍射组件，其包含第一衍射结构，该第一衍射结构被配置为在第一衍射角下衍射具有第一入射角的第一色彩光；
第二光学衍射组件，其包含第二衍射结构，该第二衍射结构被配置为在第二衍射角下衍射具有第二入射角的第二色彩光；
第一反射层，其被配置为全反射具有该第一入射角的该第一色彩光且透射具有该第二入射角的该第二色彩光；及
第二反射层，其被配置为全反射具有该第二入射角的该第二色彩光，
其中该第一反射层在该第一衍射结构与该第二衍射结构之间，且该第二衍射结构在该第一反射层与该第二反射层之间。
15.如权利要求12至14中任一项的光学装置，其中以下各者中的至少一者成立：
该光学装置进一步包含在该第一衍射结构与该第二衍射结构之间的色彩选择性偏振器，其中该第一衍射结构被配置为：i)以第一衍射效率衍射在该第一入射角下入射的呈第一偏振状态的该第一色彩光；及ii)以实质上小于该第一衍射效率的衍射效率衍射在该第二入射角下入射的呈第二偏振状态的该第二色彩光，该色彩选择性偏振器被配置为将入射于该色彩选择性偏振器上的呈该第二偏振状态的该第二色彩光的偏振状态自该第二偏振状态旋转至该第一偏振状态，且该第二衍射结构被配置为以第二衍射效率衍射在该第二入射角下入射的呈该第一偏振状态的该第二色彩光；
该光学装置进一步包含侧表面及附接至该侧表面且被配置为吸收该第一色彩及该第二色彩的全反射光的光学吸收体；
该第一反射层被配置为具有小于该第一光学衍射组件的紧邻该第一反射层的一层的折射率的折射率，使得具有该第一入射角的该第一色彩光由该第一反射层与该第一光学衍射组件的该层之间的界面全反射，而不全反射具有该第二入射角的该第二色彩光；
该第一光学衍射组件包含附接至该第一衍射结构的相对侧的第一载体膜及第一衍射基板，该第一载体膜比该第一衍射基板更接近该第二衍射结构，且该第一载体膜包含该第一反射层；且
该第二光学衍射组件包含附接至该第二衍射结构的相对侧的第二载体膜及第二衍射基板，该第二衍射基板比该第二载体膜更接近该第一衍射结构，且该第二反射层附接至该第二载体膜。
16.如权利要求12至15中任一项的光学装置，其进一步包含第三光学衍射组件，该第三光学衍射组件包含第三衍射结构，该第三衍射结构被配置为衍射在第三入射角下入射于该第三衍射结构上的第三色彩光的一级及零级，其中该一级在第三衍射角下衍射，该零级在该第三入射角下透射，且该第二反射层在该第二衍射结构与该第三衍射结构之间，且
视情况其中该第一反射层及该第二反射层中每一者被配置为透射在该第三入射角下的该第三色彩光，且
视情况其中该光学装置进一步包含第三反射层，该第三反射层被配置为全反射在该第三入射角下入射于该第三反射层上的该第三色彩光，其中该第三衍射结构在该第二反射层与该第三反射层之间，且
视情况其中该第二光学衍射组件包含配置于该第二衍射结构的相对侧上的第二衍射基板及第二载体膜，该第三光学衍射组件包含定位于该第三衍射结构的相对侧上的第三载体膜及第三衍射基板，且该第二反射层在该第二载体膜与该第三载体膜之间。
17.如权利要求12至16中任一项的光学装置，其中该第一衍射组件及该光学衍射组件中每一者包含形成于记录介质中的各自对应的全息光栅，且
视情况其中该记录介质包含感光聚合物，且
视情况其中该记录介质为光学透明的，且
视情况其中该第一光学衍射组件及该第二光学衍射组件中每一者包含形成于该记录介质中的各自对应的布拉格光栅，且该各自对应的布拉格光栅包含具有条纹倾斜角为θt的多个条纹平面及在该记录介质的体积中垂直于该多个条纹平面的条纹间距Λ，且
视情况其中该各自对应的布拉格光栅被配置为使得当在该记录介质上的入射角为布拉格角时，各自对应的衍射角θm满足布拉格等式mλ＝2nΛsin(θm-θt)，其中λ表示色彩光在真空中的波长，n表示在该记录介质中的折射率，θm表示在该记录介质中的m级衍射布拉格角，且θt表示该记录介质中的条纹倾角，且其中该第一入射角及该第二入射角中每一者实质上相同于各自对应的布拉格角，且该第一衍射角及该第二衍射角中每一者实质上相同于各自对应的一级布拉格角，且
视情况其中该记录介质的厚度比该条纹间距大多于一个数量级，且
视情况其中该记录介质的该厚度比该条纹间距大出约30倍，且
视情况其中该第一衍射角与该第二衍射角实质上彼此相同，且
视情况其中该第一衍射角及该第二衍射角中每一者在-10度至10度的范围内，且
视情况其中该第一衍射角及该第二衍射角中每一者实质上等于0度，且
视情况其中该第一衍射角及该第二衍射角中每一者实质上等于6度。
18.如权利要求12至17中任一项的光学装置，其中该第一入射角不同于该第二入射角，且
视情况其中该第一色彩光具有小于该第二色彩光的波长，且该第一色彩光的该第一入射角大于该第二色彩光的该第二入射角，且
视情况其中该第一入射角及该第二入射角中每一者在70度至90度的范围内。
19.如权利要求12至18中任一项的光学装置，其包含多个组件，该多个组件包括该第一光学衍射组件及该第二光学衍射组件，其中该多个组件中邻近的两个组件通过中间层附接在一起，该中间层包含折射率匹配材料、OCA、UV固化或热固化光学胶或光学接触材料中的至少一者，且
视情况其中该第二反射层包含该中间层。
20.如权利要求12至19中任一项的光学装置，其进一步包含基板，其具有背表面，该背表面附接至该第一光学衍射组件的前表面，且
视情况其中该基板包含与该背表面成角度的侧表面，且被配置为在该侧表面处接收多个不同色彩光，且
视情况其中该基板的该侧表面与该背表面之间的角度不小于90度，且
视情况其中该基板被配置为使得该多个不同色彩光以实质上等于0度的入射角入射于该侧表面上，且
视情况其中该基板为楔形且包含倾斜前表面，且该前表面与该侧表面之间的角度小于90度。
21.一种系统，其包含：
照明器，其被配置为提供多个不同色彩光；及
如权利要求1至20中任一项的光学装置，
其中该光学装置邻近于该照明器而配置，且被配置为自该照明器接收该多个不同色彩光并衍射该多个不同色彩光。
22.如权利要求21的系统，其中该光学装置被配置为在实质上彼此相同的各个衍射角下衍射该多个不同色彩光，且视情况其中该各个衍射角中每一者在-10度至10度的范围内。
23.如权利要求21或权利要求22的系统，其进一步包含：
控制器，其耦接至该照明器且被配置为控制该照明器以提供该多个不同色彩光中每一者，及
视情况其中该系统进一步包含显示器，该显示器包含多个显示元素，其中该光学装置被配置为将该多个色彩光衍射至该显示器，且
视情况其中该控制器耦接至该显示器，且被配置为将各个控制信号传输至该多个显示元素中的每一者以用于调变该显示元素的至少一个特性，且
视情况其中该控制器被配置为：获得图形数据，该图形数据包含用于对应于三维空间中对象的多个基元的各自对应的基元数据；对于该多个基元中每一者，判定对该显示器的该多个显示元素中的每一者的电磁(EM)场贡献；对于该多个显示元素中的每一者，产生自该多个基元对该显示元素的该EM场贡献的总和；及对于该多个显示元素中每一者，基于对该显示元素的该EM场贡献的该总和而产生该各个控制信号。
24.一种系统，其包含：
显示器，其包含多个显示元素；及
如权利要求1至20中任一项的光学装置，
其中该光学装置被配置为将多个不同色彩光衍射至该显示器。
25.如权利要求24的系统，其中该光学装置及该显示器沿着一方向配置，该光学装置包含沿着该方向的前表面及背表面，且该显示器包含沿着该方向的前表面及背表面，且该显示器的该前表面与该光学装置的该背表面间隔开，且
视情况其中该显示器的该前表面与该光学装置的该背表面间隔开一段间隙，且
视情况其中该显示器的该前表面或该光学装置的该背表面中至少一者用抗反射涂层处理，且
视情况，该系统进一步包含在该光学装置的该背表面上的透明保护层，且
视情况其中该显示器的该前表面与该光学装置的该背表面通过中间层附接在一起，且
视情况其中该中间层被配置为具有低于该光学装置的一层的折射率的折射率，使得通过该光学装置以零级透射的该多个不同色彩光中的每一者在该中间层与该光学装置的该层之间的界面处全反射，且
视情况，该系统进一步包含在该显示器的该前表面上的盖罩，其中该光学装置形成于防护玻璃罩中，且
视情况其中该光学装置被配置为在该光学装置的该前表面处接收该多个色彩光。
26.如权利要求24或权利要求25的系统，其中该光学装置包含在该光学装置前方的基板，且被配置为自该基板的至少一个侧表面接收该多个色彩光，且
视情况其中该光学装置包含由该基板支撑且被配置为朝向该显示器衍射该多个不同色彩光的至少一个衍射光栅，且
视情况其中该基板包含容器，该容器填充有具有小于该衍射光栅的记录介质的折射率的液体，且
视情况其中该基板为楔形且包含倾斜前表面，且
视情况其中该前表面与该侧表面之间的角度小于90度，且
视情况其中该光学装置被配置为沿着该基板中的不同光学路径接收该多个不同色彩光的不同部分，且衍射该多个不同部分以照明该显示器的不同对应区，且
视情况其中该不同区包含该显示器的下部区、上部区、左侧区及右侧区中两者或更多者，且
视情况其中该多个不同色彩光的该不同部分是由不同对应照明器提供，且
视情况其中该光学装置被配置为自该基板的不同对应侧表面接收该多个不同色彩光的不同部分，且
视情况其中该光学装置被配置为：将该多个不同色彩光的第一部分自该基板的第一侧表面接收至该光学装置的该背表面，且衍射该第一部分以照明该显示器的第一区；及将该多个不同色彩光的第二部分自该基板的第二侧表面接收至该光学装置的该前表面、将该第二部分反射回至该光学装置的该背表面，且衍射该第二部分以照明该显示器的第二区，且
视情况其中该第一侧表面与该第二侧表面为同一侧表面，且
视情况其中该多个不同色彩光的该第二部分在该光学装置中全内反射或由一反射光栅反射，且
视情况其中该基板包含被配置为将输入光分离成该第一部分及该第二部分的部分反射表面。
27.如权利要求24至26中任一项的系统，其中该光学装置包含配置于该光学装置的该背表面处的至少一个衍射光栅，且
视情况其中该衍射光栅包含具有对应不同衍射效率的不同子区，且
视情况其中该衍射光栅被配置为：衍射入射于该衍射光栅的第一子区处的该多个不同色彩光的第一部分，以照明该显示器的第一区，且将该多个不同色彩光的第二部分反射至该光学装置的该前表面，该第二部分进一步反射回至该光学装置的该背表面且入射于该衍射光栅的第二子区处；及衍射该第二部分以照明该显示器的第二不同区，且
视情况其中该衍射光栅被配置为使得该显示器的该第一区及该第二区上的该衍射第一部分与该衍射第二部分具有实质上相同的光功率，且
视情况其中该显示器的该第一区及该第二区具有与该衍射光栅的该第一子区及该第二子区的第一及第二不同衍射效率相关联的不同反射率。
28.如权利要求27的系统，其中该衍射光栅包含平铺在一起的多个子区，且
视情况其中该多个子区沿着水平方向平铺，且
视情况其中该多个不同子区的边缘被配置为以光学无缝方式彼此邻接，且
视情况其中该不同子区是通过记录记录介质中每一子区期间将一或多个边缘界定组件包括在记录光束或对象光束中至少一者的光学路径中而形成，且该一或多个边缘界定组件包含正方形孔隙、矩形孔隙或平面平铺孔隙，且
视情况其中该衍射光栅的两个邻近子区以间隙邻接，且
视情况其中该显示器包含多个平铺显示设备，且该衍射光栅的该邻近子区之间的该间隙与该显示器的邻近平铺显示设备之间的间隙对准，且
视情况其中两个邻近不同子区具有重叠。
29.如权利要求27或权利要求28的系统，其中以下各者中至少一者成立：
该衍射光栅是通过使用压花、纳米压印或自装配结构以机械方式形成；且
该显示器具有沿着水平方向的宽度及沿着竖直方向的高度，该水平方向及该竖直方向两者皆垂直于该方向，且该宽度与该高度之间的纵横比大于16:9。
30.如权利要求24至29中任一项的系统，其中该光学装置被配置为在实质上彼此相同的各个衍射角下衍射该多个不同色彩光，且
视情况其中该各个衍射角中的每一者在-10度至10度的范围内，且
视情况其中该显示器被配置为经由该光学装置将该衍射色彩光衍射回；且
视情况其中该光学装置的区域覆盖该显示器的区域。
31.如权利要求24至30中任一项的系统，其进一步包含：
照明器，其邻近于该光学装置配置且被配置为将该多个色彩光提供至该光学装置，及
视情况其中该照明器包含各自被配置为发射各自对应的色彩光的多个发光组件，且
视情况其中来自该多个发光组件的光束的中心相对于彼此偏移，且
视情况其中该照明器被配置为提供具有椭圆形光束剖面或矩形光束剖面的光束，且
视情况其中该照明器被配置为提供具有特定偏振定向的光束，且
视情况其中该照明器包含被配置为独立地控制该多个不同色彩光中每一者的椭圆度及偏振定向的一或多个光学组件，且
视情况其中该照明器包含被配置为控制该多个不同色彩光的均匀性的一或多个光学组件，且
视情况其中该一或多个光学组件包含变迹光学组件或剖面转换器，且
视情况，该系统包含被配置为增大该多个不同色彩光的宽度的一或多个变形或圆柱形光学组件。
32.如权利要求31的系统，其进一步包含：
棱镜组件，其在该照明器与该光学装置之间且被配置为自该棱镜组件的输入表面接收该多个不同色彩光，及
邻近于该棱镜组件的出射表面的一或多个扩展光栅，该一或多个扩展光栅中每一者被配置为使不同的对应色彩光的光束剖面在至少一个维度上扩展一个因子，且
视情况，该系统进一步包含在该一或多个扩展衍射光栅下游的一或多个反射器，该一或多个反射器中每一者被配置为将各自对应的色彩光反射至该光学装置中，且
视情况其中该一或多个反射器中每一者的倾斜角能够独立调整以使该光学装置至该显示器的衍射均匀，且
视情况，该系统进一步包含被配置为检测由该系统形成的全息光场的一或多个光学特性的色彩传感器或亮度传感器中至少一者，其中该一或多个反射器的该倾斜角能够基于该全息光场的该检测到的光学特性加以调整，且
视情况其中该一或多个光学特性包含亮度均匀性、色彩均匀性或白点，且
视情况其中该一或多个反射器能够调整以校正该系统的组件的对准的改变，且
视情况其中该一或多个反射器与该光学装置之间的光学距离被配置使得该多个不同色彩光中每一者由对应反射器反射，而不透射通过一或多个其他反射器，且
视情况其中该一或多个反射器被配置为使得在该一或多个反射器中每一者处照明光来自实质上不同的方向，且
视情况其中该棱镜组件与该光学装置的基板之间的角度能调整以使由该系统形成的全息光场的位置倾斜，且
视情况其中该一或多个扩展光栅被配置为在一个或两个横向方向上至少部分地准直该多个不同色彩光。
33.如权利要求31或权利要求32的系统，其进一步包含：
控制器，其耦接至该照明器且被配置为控制该照明器以提供该多个色彩光中每一者，及
视情况其中该控制器耦接至该显示器，且被配置为将各个控制信号传输至该多个显示元素中每一者以用于调变该显示元素的至少一个特性，且
视情况其中该控制器被配置为：获得图形数据，该图形数据包含用于对应于三维空间中的对象的多个基元的各自对应的基元数据；对于该多个基元中每一者，判定对该显示器的该多个显示元素中每一者的电磁(EM)场贡献；对于该多个显示元素中的每一者，产生自该多个基元对该显示元素该EM场贡献的总和；及对于该多个显示元素中每一者，基于对该显示元素该EM场贡献的该总和而产生该相应的控制信号，且
视情况其中该控制器被配置为：在一系列时段中使用与该多个色彩光相关联的信息依序调变该显示器；及控制该照明器以将该多个色彩光中的每一者在该系列时段中相应时段期间依序发射至该光学装置，使得该多个色彩光中的每一者由该光学装置衍射至该显示器，且由该显示器的经调变显示元素反射以在该各自对应的时段期间形成对应于该对象的相应的色彩三维光场，且
视情况其中该控制器被配置为调变该显示器，使得该各个色彩三维光场：i)完全出现在该显示器前方；ii)完全出现在该显示器后方；或iii)部分出现在该显示器前方且部分出现在该显示器后方。
34.如权利要求24至33中任一项的系统，其中该显示器包含空间光调变器(SLM)，该空间光调变器包括数字微镜装置(DMD)或硅上液晶(LCOS)装置，且
视情况，且该系统进一步包含配置于该显示器与该光学装置之间的光学偏振器，其中该光学偏振器被配置为改变该多个不同色彩光的偏振状态。
35.如权利要求24至34中任一项的系统，其中该光学装置包含光学衍射组件，该光学衍射组件被配置为将包含该多个不同色彩光的光衍射至该显示器，该显示器被配置为衍射照明该显示元素的该光的一部分，且
视情况其中该光学装置进一步包含光学重导向组件，该光学重导向组件被配置为透射该光的该部分以形成全息场景且在三维(3D)空间中重导向显示零级光远离该全息场景，该显示零级光包含来自该显示器的反射光，且
视情况其中该光学重导向组件包含用于该多个不同色彩光中的该显示零级光的多个重导向全息光栅，且该多个重导向全息光栅中每一者被配置为在该3D空间中朝向各自对应的方向以各自对应的衍射角衍射该多个不同色彩光中的各个色彩光中的显示零级光，且
视情况其中该光学衍射组件被配置为衍射该多个不同色彩光以约0°的角度照明该显示器，使得该光学衍射组件重导向自该显示器反射的该显示零级光远离该全息场景，且
视情况其中该全息场景中具有该光学衍射组件及该光学重导向组件抑制的该显示零级光的量与该全息场景中不具有该抑制的该显示零级光的量之间的比率小于2％，且
视情况其中该光学重导向组件包含一维抑制光栅，且该全息场景包含对应于该显示零级光抑制的条带，且该系统被配置为使得该条带在观看者的观看视力之外。
36.一种系统，其包含：
显示器，其包含多个显示元素；
光学装置，其邻近于该显示器配置且被配置为将光衍射至该显示器；及
控制器，其耦接至该显示器且被配置为：
获得图形数据，该图形数据包含用于对应于三维空间中的对象的多个基元的各个基元数据；
对于该多个基元中每一者，通过在三维坐标系统中计算自该基元至该显示元素的电磁(EM)场传播来判定对该显示器的该多个显示元素中的每一者的EM场贡献；
对于该多个显示元素中每一者，产生自该多个基元对该显示元素该EM场贡献的总和；及
对于该多个显示元素中每一者，基于对该显示元素的该EM场贡献的该总和而产生各自对应的控制信号，用于调变该显示元素的至少一个特性。
37.如权利要求36的系统，其中以下各者中的至少一者成立：
该光学装置包含该如权利要求1至11中任一项的光学装置；且
该光学装置包含该如权利要求12至20中任一项的光学装置。
38.如权利要求36或权利要求37的系统，其中以下各者中的至少一者成立：
该光学装置包含形成于记录介质中的全息光栅；
该光学装置包含形成于记录介质上的多个全息光栅，且该多个全息光栅中每一者被配置为将具有各个入射角的各个色彩光衍射至该显示器；
该光学装置配置于该显示器前方，且该显示器被配置为经由该光学装置将该衍射光衍射回以形成对应于该对象的三维光场；且
该光学装置进一步包含照明器，该照明器邻近于该光学装置配置且被配置为将该光提供至该光学装置。
39.如权利要求38的系统，其中该控制器被配置为：
在一系列时段中用与对应于多个色彩光的多个色彩相关联的信息依序调变该显示器，及
控制该照明器以将该多个色彩光中每一者在该系列时段中的各自对应的时段期间依序发射至该光学装置，使得该多个色彩光中每一者由该光学装置衍射至该显示器，且由该显示器的经调变显示元素反射以在该各自对应的时段期间形成对应于该对象的相应的色彩三维光场。
40.一种方法，其包含：
制造如权利要求1至20中任一项的光学装置。
41.一种制造如权利要求1至11中任一项的光学装置的方法，该方法包含：
形成该第一光学衍射组件；
形成该第二光学衍射组件；及
将该色彩选择性偏振器配置在该第一光学衍射组件与该第二光学衍射组件之间。
42.如权利要求41的方法，其中形成该第一光学衍射组件包含在记录介质中形成第一衍射结构，且
视情况其中在该记录介质中形成该第一衍射结构包含通过在该记录介质上在第一记录对象角下照明第一记录对象光束且在第一记录参考角下照明第一记录参考光束来在该记录介质中记录第一全息光栅，其中该第一记录对象光束与该第一记录参考光束具有相同波长及相同的第一偏振状态，且
视情况其中该第一色彩光包含宽于或等于该第一记录参考光束或该第一记录对象光束的波长范围的波长范围，且
视情况其中该第一记录参考光束对应于不同于该第一色彩光的第一色彩的色彩，且
视情况其中该第一色彩光的该第一入射角实质上相同于该第一记录参考角，且该第一衍射角实质上相同于该第一记录对象角，且
视情况，该第一记录参考角度在70度至90度的范围内，且
视情况其中该第一记录参考角在80度至90度的范围内，且
视情况其中该第一记录对象角在-10度至10度的范围内，且
视情况其中该第一记录对象角实质上等于6度，且
视情况其中该第一记录对象角实质上等于0度，且
视情况其中该第一记录参考角与该第一记录对象角的总和实质上等于90度，且
视情况其中该记录介质的厚度比该第一记录对象光束的该波长大多于一个数量级，且
视情况其中该记录介质的该厚度比该第一记录对象光束的该波长大出约30倍，且
视情况其中在该记录介质中形成该第一衍射结构包含在该记录介质中固定该第一衍射结构，且视情况其中该记录介质在载体膜与衍射基板之间，且
视情况其中该第一衍射角与该第二衍射角实质上彼此相同，且
视情况其中该第一入射角与该第二入射角实质上彼此相同。
43.如权利要求42的方法，其中将该色彩选择性偏振器配置在该第一光学衍射组件与该第二光学衍射组件之间包含：
依序堆栈该第一光学衍射组件、该色彩选择性偏振器及该第二光学衍射组件，使得该第一色彩光及该第二色彩光在该第二光学衍射组件之前入射于该第一光学衍射组件上，且
视情况其中依序堆栈该第一光学衍射组件、该色彩选择性偏振器及该第二光学衍射组件包含在该第一光学衍射组件之前的基板上依序配置该第一光学衍射组件、该色彩选择性偏振器及该第二光学衍射组件，且
视情况其中依序堆栈该第一光学衍射组件、该色彩选择性偏振器及该第二光学衍射组件包含：将该色彩选择性偏振器经由第一中间层附接至该第一光学衍射组件；及将该第二光学衍射组件经由第二中间层附接至该色彩选择性偏振器，其中该第一中间层及该第二中间层中每一者包含各自对应的折射率匹配材料。
44.如权利要求41至43中任一项的方法，其进一步包含：
形成第三光学衍射组件，其被配置为在第三衍射角下以第三衍射效率衍射具有该第一偏振状态及第三入射角之第三色彩光；及
将第二色彩选择性偏振器配置于该第二光学衍射组件与该第三光学衍射组件之间，其中该第二色彩选择性偏振器被配置为将该第三色彩光的偏振状态自该第二偏振状态旋转至该第一偏振状态，且
视情况其中该色彩选择性偏振器被配置为将该第一色彩光的偏振状态自该第一偏振状态旋转至该第二偏振状态，且该第二色彩选择性偏振器被配置为将该第二色彩光的该偏振状态自该第一偏振状态旋转至该第二偏振状态，而不旋转该第一色彩光的该偏振状态，且
视情况其中该方法进一步包含将第三色彩选择性偏振器依序配置至该第三光学衍射组件，使得该第三光学衍射组件在该第二色彩选择性偏振器与该第三色彩选择性偏振器之间，其中该第三色彩选择性偏振器被配置为将该第一色彩光及该第二色彩光中每一者的该偏振状态自该第二偏振状态旋转至该第一偏振状态，而不旋转该第三色彩光的该偏振状态，且
视情况其中该方法进一步包含在该第一光学衍射组件之前配置第四色彩选择性偏振器，使得该第一光学衍射组件在该第四色彩选择性偏振器与该色彩选择性偏振器之间，其中该第四色彩选择性偏振器被配置为将该第一色彩光的偏振状态自该第二偏振状态旋转至该第一偏振状态，而不旋转该第二色彩光及该第三色彩光中的每一者的该偏振状态。
45.如权利要求41至44中任一项的方法，其中该第一偏振状态为s偏振，且该第二偏振状态为p偏振。
46.一种制造如如权利要求12至20中任一项的光学装置的方法，该方法包含：
形成包含该第一衍射结构的该第一光学衍射组件；
形成包含该第二衍射结构的该第二光学衍射组件；
将该第一反射层配置在该第一衍射结构与该第二衍射结构之间，该第二衍射结构沿着一方向与该第一衍射结构连续；及
沿着该方向与该第二衍射结构连续地配置该第二反射层。
47.如权利要求46的方法，其进一步包含在该光学装置的侧表面上形成光学吸收体，其中该光学吸收体被配置为吸收该第一色彩及该第二色彩的该全反射光，且
视情况其中该第一反射层被配置为具有小于该第一光学衍射组件的紧邻该第一反射层的一层的折射率的折射率，使得具有该第一入射角的该第一色彩光由该第一反射层与该第一光学衍射组件的该层之间的界面全反射，而不全反射具有该第二入射角的该第二色彩光，且
视情况其中该方法进一步包含形成第三光学衍射组件，该第三光学衍射组件包含被配置为衍射具有第三入射角的第三色彩光，其中沿着该方向与该第二衍射结构连续地配置该第二反射层包含沿着该方向在该第二衍射结构与该第三衍射结构之间配置该第二反射层，且其中该第一反射层及该第二反射层中每一者被配置为透射具有该第三入射角的该第三色彩光，且
视情况其中该方法进一步包含沿着该方向与该第三衍射结构连续地配置第三反射层，其中该第三反射层被配置为全反射具有该第三入射角的该第三色彩光，且
视情况其中该第一光学衍射组件、该第二光学衍射组件及该第三光学衍射组件中每一者包含各自对应的载体膜及各自对应的衍射基板，该第一反射层包含该第一光学衍射组件的第一载体膜，将该第一反射层配置在该第一衍射结构与该第二衍射结构之间包含将该第二光学衍射组件的第二衍射基板通过第一中间层附接至该第一光学衍射组件的该第一载体膜，将该第二反射层沿着该方向配置在该第二衍射结构与该第三衍射结构之间包含将该第二光学衍射组件的第二载波膜通过第二中间层附接至该第三光学衍射组件的第三载体膜，该第二反射层包含该第二中间层，且该第三反射层附接至该第三光学衍射组件的第三衍射基板。
48.如权利要求47的方法，其进一步包含：
在基板上配置该第一光学衍射组件，该基板沿着该方向在该第一光学衍射组件之前，且该基板包含前表面及背表面，及
视情况其中在该基板上配置该第一光学衍射组件包含将该第一光学衍射组件的前表面经由折射率匹配材料附接至该基板的该背表面，及
视情况，该基板包含与该基板的该背表面成角度的侧表面，且该基板被配置为在该侧表面处接收多个不同色彩光，且
视情况其中该基板被配置为使得该多个不同色彩光以实质上等于0度的入射角入射于该侧表面上。
49.如权利要求46至48中任一项的方法，其中形成包含该第一衍射结构的该第一光学衍射组件包含在记录介质中形成该第一衍射结构，且
视情况其中在该记录介质中形成该第一衍射结构包含通过在第一记录对象角下注入第一记录对象光束且在第一记录参考角下注入第一记录参考光束来在该记录介质中记录第一全息光栅，且该第一记录对象光束与该第一记录参考光束具有相同波长及相同偏振状态，且
视情况其中该第一色彩光包含宽于或等于该第一记录参考光束的波长范围的波长范围，且
视情况其中该第一记录参考光束对应于不同于该第一色彩光的第一色彩的色彩，且
视情况其中该第一色彩光的该第一入射角实质上相同于该第一记录参考角，且该第一衍射角实质上相同于该第一记录对象角，且
视情况其中该第一记录参考角在70度至90度的范围内，且
视情况其中该第一记录参考角在70度至80度的范围内，且
视情况其中该第一记录对象角在-10度至10度的范围内，且
视情况其中该记录介质的厚度比该第一记录对象光束的该波长大多于一个数量级，且
视情况其中该记录介质的该厚度比该第一记录对象光束的该波长大出约30倍，且
视情况其中在该记录介质中形成该第一衍射结构包含在该记录介质中固定该第一衍射结构。
50.如权利要求46至49中任一项的方法，其中该第一入射角不同于该第二入射角，且
视情况其中该第一色彩光具有小于该第二色彩光的波长，且该第一入射角大于该第二入射角。
51.一种方法，其包含：
根据如权利要求40至50中任一项的方法形成一光学装置；及
配置该光学装置及包含多个显示元素的显示器，使得该光学装置被配置为将多个不同色彩光衍射至该显示器。
52.如权利要求51的方法，其中以下各者中的至少一者成立：
配置该光学装置及该显示器包含使该光学装置的背表面与该显示器的前表面间隔开间隙，且视情况该方法进一步包含在该显示器的该前表面或该光学装置的该背表面中至少一者上形成抗反射涂层；
配置该光学装置及该显示器包含将该光学装置的背表面经由中间层附接于该显示器的前表面上，且视情况其中该中间层被配置为具有低于该光学装置的层的折射率的折射率，使得由该光学装置以零级透射的该多个不同色彩光中每一者在该中间层与该光学装置的该层之间的界面处全反射；
该光学装置被配置为在实质上彼此相同的各个衍射角下衍射该多个不同色彩光，且视情况该各个衍射角中的每一者在-10度至10度的范围内；
该显示器被配置为经由该光学装置将该多个衍射色彩光衍射回；
该光学装置的区域覆盖该显示器的区域；且
该光学装置包含基板，该基板在该光学装置前方且被配置为在该基板的与该基板的背表面成角度的侧表面处接收该多个不同色彩光。
53.一种方法，其包含：
使用光学装置将包含多个不同色彩光的入射光束转换为单独衍射的色彩光，
其中该光学装置包含如权利要求1至20中任一项的光学装置。
54.一种方法，其包含：
将至少一个时序控制信号传输至照明器以启动该照明器，从而将多个不同色彩光发射至光学装置上，使得该光学装置将该多个不同色彩光转换成单独衍射色彩光以照明包含多个显示元素的显示器，其中该光学装置包含一如权利要求1至20中任一项的光学装置；及
对于该显示器的该多个显示元素中的每一者，传输至少一个各自对应的控制信号以调变该显示元素，使得该单独衍射的色彩光由该经调变的显示元素反射以形成对应于该各个控制信号的多色三维光场。
55.如权利要求54的方法，其进一步包含：
获得图形数据，该图形数据包含对应于三维空间中的对象的多个基元的各自的基元数据；
对于该多个基元中每一者，通过在三维坐标系统中计算自该基元至该显示元素之电磁(EM)场传播来判定对该显示器的该多个显示元素中每一者的EM场贡献；
对于该多个显示元素中每一者，产生自该多个基元对该显示元素的该EM场贡献的总和；及
对于该多个显示元素中每一者，基于对该显示元素该EM场贡献的该总和而产生该各自对应的控制信号，用于调变该显示元素的至少一个特性，
其中该多色三维光场对应于该对象，且
视情况，该方法包含：在一系列时段中使用与该多个色彩光相关联的信息依序调变该显示器；及控制该照明器以将该多个色彩光中的每一者在该系列时段中的各自对应的时段期间依序发射至该光学装置，使得该多个色彩光中的每一者由该光学装置衍射至该显示器，且由该显示器的该经调变显示元素反射以在该各自对应的时段期间形成对应于该对象的相应的色彩三维光场，且
视情况其中该多个不同色彩光由该光学装置在实质上相同的衍射角下衍射至该显示器，且
视情况其中该衍射角在-10度至10度的范围内，且
视情况其中该照明器及该光学衍射装置被配置使得该多个不同色彩光在各个入射角下入射于该光学衍射装置的该第一光学衍射组件上，且
视情况其中该各个入射角彼此不同，且
视情况，该各个入射角实质上彼此相同，且
视情况其中该各个射角中每一者在70度至90度的范围内。
56.一种光学装置，其包含：
至少两个光学衍射组件；及
至少一个色彩选择性偏振器，
其中该光学装置被配置为使得当不同色彩的光入射于该光学装置上时，该光学装置分离具有该不同色彩中的个别色彩的光，同时抑制该不同色彩之间的串扰。
57.如权利要求56的光学装置，其中该光学装置被配置为使得当不同色彩的该光入射于该光学装置上时，该光学衍射组件中的每一者衍射具有该不同色彩中相应色彩的光，且
视情况其中该光学装置被配置为使得在由该光学装置衍射的输出光束中，具有该不同色彩中的特定色彩的光的功率比该不同色彩中的一或多个其他色彩的光的功率高至少一个数量级，且
视情况其中该至少一个色彩选择性偏振器被配置为旋转具有该不同色彩中至少一种色彩光的偏振状态，使得具有该不同色彩中的特定色彩光以第一偏振状态入射于该光学衍射组件中的相应一个上，而具有该不同色彩中的一或多种其他色彩光以不同于该第一偏振状态的第二偏振状态入射于该光学衍射组件中的该相应一个上。
58.一种光学装置，其包含：
至少两个光学衍射组件；及
至少一个反射层，
其中该光学装置被配置为使得当不同色彩的光入射于该光学装置上时，该光学装置分离具有该不同色彩中的个别色彩的光，同时抑制该不同色彩之间的串扰，且
其中该至少一个反射层被配置为用于具有该不同色彩中至少一者的光的全内反射。
59.如权利要求58的光学装置，其中该光学装置被配置为使得由该光学装置衍射的输出光束仅包含具有该不同色彩中的特定色彩的光，而无来自该不同色彩中的一或多种其他色彩的串扰，且
视情况其中该至少一个反射层被配置为全反射由该光学衍射组件中的相应的一个透射的该不同色彩中的特定色彩的零级光，同时透射该不同色彩中的一或多种其他色彩，且
视情况其中该光学装置被配置为使得当不同色彩的该光入射于该光学装置上时，该光学衍射组件中每一者衍射具有该不同色彩中的相应色彩的光。
60.一种系统，其包含：
显示器；及
如权利要求56至59中任一项的光学装置，
其中该光学装置被配置为将多个不同色彩光衍射至该显示器。
61.一种系统，其包含：
照明器，其被配置为提供多个不同色彩光；及
如权利要求56至59中任一项的光学装置，
其中该光学装置被配置为衍射来自该照明器的该多个不同色彩光。
62.一种系统，其包含：
显示器；及
光学装置，其包含用于将光衍射至该显示器的一或多个透射衍射结构。
63.如权利要求62的系统，其中该显示器为被配置为经由该光学装置将该光衍射回的反射式显示器，且
视情况其中该系统进一步包含照明器，该照明器被配置为将该光提供至该光学装置，其中该照明器配置于该光学装置的该透射衍射结构的前侧中。
64.如权利要求62的系统，其中该显示器为被配置为在不经由该光学装置的情况下向前衍射该光的透射式显示器，且
视情况，该系统进一步包含照明器，该照明器被配置为将该光提供至该光学装置，其中该照明器配置于该光学装置的该透射衍射结构的后侧中。
65.如权利要求62至64中任一项的系统，其中以下各者中至少一者成立：
该一或多个透射衍射结构中每一者被配置为衍射多个不同色彩中的相应色彩；且
该光学装置进一步包含一或多个反射衍射结构，且该一或多个透射衍射结构及该一或多个反射衍射结构中每一者被配置为衍射多个不同色彩中的相应色彩。
66.一种系统，其包含：
显示器；及
光学装置，其包含用于将光衍射至该显示器的一或多个反射衍射结构。
67.如权利要求66的系统，其中该显示器为被配置为经由该光学装置将该光衍射回的反射式显示器，且
视情况，该系统进一步包含照明器，该照明器被配置为将该光提供至该光学装置，其中该照明器配置于该光学装置的该反射衍射结构的后侧中。
68.如权利要求66的系统，其中该显示器为被配置为在不经由该光学装置的情况下向前衍射该光的透射式显示器，且
视情况，该系统进一步包含照明器，该照明器被配置为将该光提供至该光学装置，其中该照明器配置于该光学装置的该反射衍射结构的前侧中。
69.如权利要求66至68中任一项的系统，其中以下各者中至少一者成立：
该一或多个反射衍射结构中每一者被配置为衍射多个不同色彩中的相应色彩；且
该光学装置进一步包含一或多个透射衍射结构，且该一或多个透射衍射结构及该一或多个反射衍射结构中每一者被配置为衍射多个不同色彩中的相应色彩。
70.一种光学装置，其包含：
多个光学衍射组件，其包含至少一个透射衍射结构及至少一个反射衍射结构，
其中该光学装置被配置为使得当不同色彩的光入射于该光学装置上时，该光学装置分离具有该不同色彩中的个别色彩的光，同时抑制该不同色彩之间的串扰。
71.如权利要求70的光学装置，其中该透射衍射结构及该反射衍射结构中每一者被配置为衍射具有该不同色彩中的相应色彩光，且
视情况，该光学装置进一步包含至少一个反射层，该至少一个反射层被配置为用于该不同色彩中至少一者的光的全内反射，且
视情况，该光学装置进一步包含至少一个色彩选择性偏振器，该至少一个色彩选择性偏振器被配置为旋转具有该不同色彩中至少一种色彩光的偏振状态，使得具有该不同色彩中的特定色彩光以第一偏振状态入射于该光学衍射组件中的相应一个上，而具有该不同色彩中的一或多种其他色彩光以不同于该第一偏振状态的第二偏振状态入射于该光学衍射组件中的该相应一个上。
72.一种系统，其包含：
显示器；及
如权利要求70或权利要求71的光学装置，
其中该光学装置被配置为将多个不同色彩光衍射至该显示器。
73.一种系统，其包含：
照明器，其被配置为提供多个不同色彩光；及
如权利要求70或权利要求71的光学装置，
其中该光学装置被配置为衍射来自该照明器的该多个不同色彩光。
74.一种光学装置，其包含：
至少两个扩束器，其被配置为在至少两个维度上扩展输入光束以通过衍射该输入光束以在该至少两个维度上调整该输入光束的光束大小而产生输出光束。
75.如权利要求74的光学装置，其中该光束大小包含宽度及高度，且
视情况其中该至少两个扩束器中每一者包括相应的光学衍射装置，且
视情况其中该输入光束包含多个不同色彩光，且该相应的光学衍射装置被配置为以实质上彼此相同的各个衍射角衍射该多个不同色彩的该光，且
视情况其中该相应的光学衍射装置被配置为使得当该不同色彩的该光入射于该相应的光学衍射装置上时，该相应的光学衍射装置分离不同色彩中的个别色彩的光，同时抑制该不同色彩之间的串扰，且
视情况其中该相应的光学衍射装置包含：至少两个光学衍射组件；及至少一个色彩选择性偏振器，且
视情况其中该相应的光学衍射装置包含：至少两个光学衍射组件；及至少一个反射层，其中该至少一个反射层被配置为用于具有至少一种色彩光的全内反射，且
视情况其中该相应的光学衍射装置包含以下各者中至少一者：一或多个透射衍射结构，或一或多个反射衍射结构。
76.如权利要求74或权利要求75的光学装置，其中该至少两个扩束器包含：
第一一维扩束器，其被配置为在该至少二个维度中的第一维度上扩展该输入光束以产生中间光束；及
第二一维扩束器，其被配置为在该至少两个维度中的第二维度上扩展该中间光束以产生该输出光束，
其中该中间光束在该第一维度上相较于该输入光束具有较大光束大小，且在该第二维度上相较于该输入光束具有相同光束大小，且该输出光束在该第二维度上相较于该中间光束具有较大光束大小，且在该第一维度上相较于该中间光束具有相同光束大小，且
视情况其中该光学装置被配置为使用以下各者中至少一者而将来自该第一一维扩束器的该中间光束耦合至该第二一维扩束器：自由空间空中几何结构；单体或经分割基板；或一或多个耦合组件，且
视情况其中该中间输入光束包含具有两种或更多种色彩的共线准直光，且该一或多个耦合组件被配置为将该两种或更多种色彩的该共线准直光转换成具有该两种或更多种色彩中的对应色彩的两个或更多个独立的准直但不共线的光束。
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