TWI845862B - 以顯示零級光抑制重建物件 - Google Patents
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Abstract
本發明提供用於以顯示零級光抑制重建三維物件之方法、設備、裝置及系統。在一個態樣中，一種方法包括：用光照明一顯示器，該光之一部分照明該顯示器之顯示元素；及用對應於全像資料之一全像圖調變該顯示器之該等顯示元素，以繞射該光之該部分以形成對應於該全像資料之一全像場景，及抑制該全像場景中之顯示零級光。該顯示零級光可包括來自該顯示器之反射光。
Description
本發明係關於三維(3D)顯示器，且更特定言之，係關於具有物件重建之3D顯示器。
習知二維(2D)投影及3D渲染的進步已帶來用於3D顯示之新方法，包括將頭部及眼部追蹤與習知顯示裝置混合以用於虛擬實境(VR)、擴增實境(AR)及混合實境(MR)之許多混合技術。此等技術試圖複製全像影像之體驗，藉由結合追蹤及基於量測之計算，以模擬可由實際全像圖表示的立體或眼內光場。
本發明描述用於特定言之以顯示零級光抑制重建物件(例如，2D或3D)之方法、設備、裝置及系統。本發明提供可高效地抑制來自經重建全像場景(或全像內容)中之顯示器之顯示零級光(例如，反射、繞射或透射)以改良全像場景之效應且因此改良顯示系統之效能的技術。作為一實例，當光照明用於全像重建之一顯示器時，光之一部分入射於用全像圖調變之顯示元素上且由該等顯示元素繞射以形成所要全像場景。光之另一部分入射於顯示器上之顯示元素上且在該等顯示元素之間的間隙處反射。光之該經反射之另一部分可被視為可能不合需要地呈現於全像場景中之顯示零級光的至少一部分(例如，主級)。顯示零級光亦可包括來自顯示器之任何非想要的光，例如間隙處之繞射光、來自顯示元素之反射光或來自顯示器上之顯示器蓋罩之反射光。本發明之實施例可抑制此顯示零級光。
在一些實施方案中，全像圖經組態以使得照明於顯示器之顯示元素上的光之第一部分由藉由全像圖調變之顯示元素繞射以具有不同於包括來自顯示器之反射光之顯示零級光之特性的至少一個特性。顯示零級光可包括在顯示元素之間的間隙上照明且在間隙處反射而不調變全像圖之光之第二部分。該等技術可利用光之繞射第一部分與顯示零級光(例如，光之反射第二部分)之間的差異來使得在由光之繞射第一部分形成的全像場景中抑制顯示零級光。該等技術可個別地或以其組合應用。該等技術可應用於自所要光抑制或消除不當光的任何其他顯示系統。
在一些實例中，顯示器經組態以抑制顯示零級光之較高級，例如藉由包括具有不同大小之不規則或非均勻顯示元素。該等顯示元素可不具有週期性，且可形成一沃羅諾伊(Voronoi)圖案。在一些實例中，在全像場景中，顯示零級光相較於光之繞射第一部分可具有小得多的功率密度。亦即，藉由增加全像場景之信號雜訊比(例如，藉由使顯示零級光發散而不使光之繞射第一部分發散，或藉由在諸如[0, 2π]之預定相位範圍內調整顯示元素之各別相位，或兩者)來抑制顯示零級光。在一些實例中，藉由將顯示零級光導向遠離光之繞射第一部分(例如，藉由使光以一入射角照明顯示器且對全像圖進行預組態，使得光之繞射第一部分仍圍繞垂直軸線傳播且顯示零級光以反射角傳播)來抑制顯示零級光。顯示零級光可在由光之繞射第一部分形成之全像場景外重導向，例如，藉由添加額外光學繞射光柵結構以進一步使顯示零級光導向遠離全像場景。顯示零級光可經反射遠離全像場景。顯示零級光亦可在全像場景之前被吸收。
在本發明中，術語「零級(zero order)」與「零級(zero-order)」可互換地使用，且術語「一級(first order)」與「一級(first-order)」可互換地使用。
本發明之一個態樣的特徵在於一種方法，其包括：用光照明一顯示器，該光之一第一部分照明該顯示器之顯示元素；及用對應於全像資料之一全像圖調變該顯示器之該等顯示元素，以i)繞射該光之該第一部分以形成對應於該全像資料之一全像場景，及ii)抑制該全像場景中之顯示零級光，該顯示零級光包括來自該顯示器之反射光。
在一些實例中，用該光照明該顯示器包括該光之一第二部分照明鄰近顯示元素之間的間隙。該顯示零級光可包括以下各者中之至少一者：在該顯示器之該等間隙處反射的該光之該第二部分，在該顯示器之該等間隙處繞射的該光之該第二部分，來自該等顯示元素之反射光，或來自覆蓋該顯示器之一顯示器罩蓋之反射光。
來自該顯示器之該反射光形成該顯示零級光之一主級，且該顯示器可經組態以抑制該顯示零級光之一或多個高級，且其中該等顯示元素不規則或非均勻。在一些實例中，該等顯示元素形成一沃羅諾伊圖案。
在一些實施方案中，該方法進一步包括：組態該全像圖，使得該光之該繞射第一部分具有不同於該顯示零級光之特性的至少一個特性。該至少一個特性可包括以下各者中之至少一者：一功率密度、一光束發散度、遠離該顯示器之一傳播方向，或一偏振狀態。
在一些實施方案中，該顯示零級光在該全像場景中以一光抑制效率被抑制。該光抑制效率被界定為一減去該全像場景中具有該抑制之該顯示零光之一量與該全像場景中沒有該抑制之該顯示零光之一量之間的一比率的一結果。在一些情況下，該光抑制效率大於為50%、60%、70%、80%、90%或99%中之一者之一預定百分比。在一些情況下，該光抑制效率為100%。
在一些實施方案中，該方法進一步包括：對於對應於一物件之複數個基元中之每一者，藉由在一全域三維(3D)座標系統中計算自該基元至該顯示器之該等顯示元素中之每一者的電磁(EM)場傳播而判定對該顯示元素之一EM場貢獻；及對於該等顯示元素中之每一者，產生自該複數個基元至該顯示元素之該等EM場貢獻之一總和。該全像資料可包括來自該物件之該複數個基元的針對該顯示器之該等顯示元素之該等EM場貢獻之該等總和。該全像場景可包括對應於該物件之一經重建物件。
在一些實施方案中，該全像資料包含該顯示器之該等顯示元素之各別相位，且該方法進一步包括藉由將該等顯示元素之該等各別相位調整為具有一預定相位範圍來組態該全像圖。該預定相位範圍可為[0, 2π]。
在一些實施方案中，調整該等顯示元素之該等各別相位包括：根據下式調整該等各別相位，
，
其中
表示一各別相位之一初始相位值，
表示該各別相位之一經調整相位值，且A及B為常數。
在一些實施方案中，調整該等各別相位包括：調整該等常數A及B，使得最大化該全像場景之一光抑制效率。該光抑制效率可大於50%、60%、70%、80%、90%或99%。在一些情況下，調整該等常數A及B包括藉由一機器視覺演算法或一機器學習演算法調整該等常數A及B。
在一些實施方案中，該方法進一步包括：使該光之該繞射第一部分發散以形成該全像場景；及使該全像場景中或鄰近於該全像場景之該顯示零級光發散。在一些實例中，使該光之該繞射第一部分發散包括引導該光之該繞射第一部分通過配置於該顯示器下游之一光學發散組件，且使該顯示零級光發散包括引導該顯示零級光通過該光學發散組件。
在一些實例中，照明該顯示器之該光為一準直光。該顯示零級光在到達該光學發散組件之前準直，且該方法可進一步包括組態該全像圖，使得該光之該繞射第一部分在到達該光學發散組件之前會聚。
在一些實施方案中，該全像資料包括該等顯示元素中之每一者之一各別相位。該方法可進一步包括藉由將一對應相位與該等顯示元素中之每一者之該各別相位相加來組態該全像圖，且該等顯示元素之該等對應相位可由該光學發散組件補償，使得該全像場景對應於該等顯示元素之該等各別相位。該等顯示元素中之每一者之該對應相位可表達為：
，
其中
表示該顯示元素之該對應相位，λ表示該光之一波長，
f表示該光學發散組件之一焦距，x及y表示該顯示元素在一座標系統中之座標，且a及b表示常數。
在一些實施方案中，該全像場景對應於具有一視角之一重建錐。該方法可進一步包括藉由以下操作來組態該全像圖：沿垂直於該顯示器之一方向相對於一全域3D座標系統使一組態錐相對於該顯示器移動對應於該光學發散組件之一焦距之一距離，該組態錐對應於該重建錐且具有相同於該視角之一頂角；及基於該全域3D座標系統中之該經移動組態錐產生該全像資料。該物件之該複數個基元可在該移動的組態錐中。
在一些實施方案中，該光學發散組件為包括一凹透鏡或一全像光學元件(HOE)中之至少一者的一散焦元件，該凹透鏡或該HOE經組態以在該全像場景外部繞射該顯示零級光。
在一些實施方案中，該光學發散組件為包括一凸透鏡或一全像光學元件(HOE)中之至少一者的一聚焦元件，該凸透鏡或該HOE經組態以在該全像場景外部繞射該顯示零級光。
在一些實施方案中，該方法進一步包括：在沿垂直於該顯示器之一方向與該顯示器隔開之一二維(2D)螢幕上顯示該全像場景。該方法可進一步包括：移動該2D螢幕以獲得該2D螢幕上之該全像場景之不同截塊。
在一些實施中，該方法進一步包括：引導該光以照明該顯示器。在一些實例中，引導該光以照明該顯示器包括：由一光束分光器引導該光，且該光之該繞射第一部分及該顯示零級光透射通過該光束分光器。
在一些實施方案中，用該光照明該顯示器包括：以正入射角用該光照明該顯示器。
在一些實施方案中，該光之該繞射第一部分形成具有一視角之一重建錐，且用該光照明該顯示器包括以大於該視角之一半之一入射角用該光照明該顯示器。在一些實例中，該方法進一步包括：組態該全像圖，使得該光之該繞射第一部分形成該重建錐，該重建錐與在該光正入射於該顯示器上時待由該光之該繞射第一部分形成之一重建錐相同。
在一些實例中，該全像資料包括該等顯示元素中之每一者之一各別相位。該方法可進一步包括藉由將一對應相位與該等顯示元素中之每一者之該各別相位相加來組態該全像圖，且該等顯示元素之該等對應相位可由該入射角補償，使得該全像場景對應於該等顯示元素之該等各別相位。
在一些實例中，該等顯示元素中之每一者之該對應相位可表達為：
,
其中
表示該顯示元素之該對應相位，λ表示該光之一波長，x及y表示該顯示元素在一全域3D座標系統中之座標，且θ表示對應於該入射角之一角度。
在一些實例中，組態該全像圖包括：相對於一全域3D座標系統使一組態錐相對於該顯示器移動，該組態錐對應於該重建錐且具有對應於該重建錐之該視角之一頂角；及基於該全域3D座標系統中之該經移動組態錐產生該全像資料。
在一些實例中，在該全域3D座標系統中使該組態錐相對於該顯示器移動包括：相對於該全域3D座標系統使該組態錐相對於該顯示器之一表面旋轉一旋轉角，該旋轉角對應於該入射角。
在一些實施方案中，該方法進一步包括：阻擋該顯示零級光出現於該全像場景中。該全像場景之一光抑制效率可為100%。在一些實例中，阻擋該顯示零級光包括：引導該顯示零級光朝向配置於該顯示器下游之一光學阻擋組件。該方法可進一步包括：引導該光之該繞射第一部分而以一透射效率透射通過該光學阻擋組件以形成該全像場景。該透射效率可不小於一預定比率。該預定比率可為50%、60%、70%、80%、90%或99%。
在一些實施方案中，該光學阻擋組件經組態以透射具有小於一預定角度之一角度之一第一光束且阻擋具有大於該預定角度之一角度之一第二光束，且該預定角度小於該入射角且大於該視角之該一半 該光學阻擋組件可包括複數個微結構或奈米結構、一超穎材料層或一光學異向性膜。
在一些實施方案中，該方法進一步包括：藉由引導該光通過一基板上之一光學繞射組件來引導該光以照明該顯示器，該光學繞射組件經組態以使該光以該入射角繞射出。引導該光以照明該顯示器可包括以下各者中之至少一者：將該光通過一波導耦合器引導至該光學繞射組件；將該光通過一耦合稜鏡引導至該光學繞射組件；或將該光通過該基板之一楔形表面引導至該光學繞射組件。
在一些實施方案中，該光學繞射組件形成於該基板之面對該顯示器之一第一表面上，且該光學阻擋組件形成於該基板之與該第一表面相對之一第二表面上。
在一些實施方案中，該方法進一步包括：重導向該顯示零級光遠離該全像場景。該全像場景之一光抑制效率可為100%。
在一些實施方案中，重導向該顯示零級光遠離該全像場景包括：由配置於該顯示器下游之一光學重導向組件繞射該顯示零級光遠離該全像場景。該光學重導向組件可經組態以透射該光之該繞射第一部分以形成該全像場景。
在一些實施方案中，該光學重導向組件經組態使得該顯示零級光沿一向上方向、一向下方向、一向左方向、一向右方向或其一組合中之至少一者在一三維(3D)空間中在該全像場景外部繞射。
在一些實施方案中，該光學重導向組件經組態以使具有相同於一預定角度之一角度之一第一光束與具有不同於該預定角度之一角度之一第二光束相比以一實質上較大繞射效率繞射，且該預定角度實質上相同於該入射角。該光學重導向組件可包括一布拉格光柵。
在一些實施方案中，該光學繞射組件形成於該基板之面對該顯示器之一第一表面上，且該光學重導向組件形成於該基板之與該第一表面相對之一第二表面上。
在一些情況下，該光之該入射角為負，且由該光學重導向組件繞射之該顯示零級光之一繞射角為負。在一些情況下，該光之該入射角為正，且由該光學重導向組件繞射之該顯示零級光之一繞射角為正。在一些情況下，該光之該入射角為負，且由該光學重導向組件繞射之該顯示零級光之一繞射角為正。在一些情況下，該光之該入射角為正，且由該光學重導向組件繞射之該顯示零級光之一繞射角為負。
在一些實施方案中，該光學重導向組件由一第二基板覆蓋。該方法可進一步包括：由形成於該第二基板之一側表面或該基板之一側表面中之至少一者上的一光學吸收器吸收由該光學重導向組件重導向且由該第二基板與一周圍介質之間的一界面反射之該顯示零級光。
在一些實施方案中，該第二基板在該第二基板之與該光學重導向組件相對之一表面上包括一抗反射塗層，且該抗反射塗層經組態以透射該顯示零級光。
在一些實施方案中，該顯示零級光在到達該第二基板之前進行p偏振，且該光學重導向組件經組態以將該顯示零級光繞射為以一布魯斯特角入射於該第二基板與一周圍介質之間的一界面上，使得該顯示零級光完全透射通過該第二基板。
在一些實施方案中，該方法進一步包括：在顯示零級光到達該第二基板之前將該顯示零級光之一偏振狀態自s偏振轉換成p偏振。在一些情況下，轉換該顯示零級光之該偏振狀態包括：由相對於該顯示器配置於該光學重導向組件上游之一光學偏振裝置轉換該顯示零級光之該偏振狀態。
在一些情況下，轉換該顯示零級光之該偏振狀態包括：由相對於該顯示器配置於該光學重導向組件下游之一光學偏振裝置轉換該顯示零級光之該偏振狀態。該光學偏振裝置可包括依序配置於該光學重導向組件下游之一光學延遲器及一光學偏振器，且該光學延遲器可形成於該第二基板之與該光學重導向組件相對之一側上，該光學偏振器由一第三基板覆蓋。在一些實例中，該光學延遲器包括一寬頻半波片，且該光學偏振器包括一線形偏振器。
在一些實施方案中，該第二基板包括：在該光學重導向組件之頂部上之一第一側及與該第一側相對之一第二側。一光學阻擋組件可形成於該第二基板之該第二側上，且經組態以透射該光之該繞射第一部分且吸收由該光學重導向組件繞射之該顯示零級光。
在一些實施方案中，該光學阻擋組件包括一光學異向性透射器，其經組態以透射具有小於一預定角度之一角度之一第一光束且吸收具有大於該預定角度之一角度之一第二光束。該預定角度可大於該視角之一半且小於該顯示零級光由該光學重導向組件繞射之一繞射角。
在一些實施方案中，該光學重導向組件經組態以將該顯示零級光繞射為以大於一臨界角之一角度入射於該第二基板與一周圍介質之間的一界面上，使得由該光學繞射組件繞射之該顯示零級光在該界面處全反射。一光學吸收器可形成於該基板及該第二基板之側表面上，且經組態以吸收該全反射顯示零級光。
在一些實施方案中，該光包括複數個不同色彩之光，且該光學繞射組件經組態以在該顯示器上以該入射角繞射該複數個不同色彩之光。
在一些實施方案中，該光學重導向組件包括用於該複數個不同色彩之光中之每一者之一各別光學重導向子組件。在一些實例中，用於該複數個不同色彩之光之該等各別光學重導向子組件可記錄於同一記錄結構中。在一些實例中，用於該複數個不同色彩之光之該等各別光學導向子組件記錄於不同對應記錄結構中。
在一些實施方案中，該光學重導向組件經組態以在一3D空間中朝向不同方向以不同繞射角繞射該複數個不同色彩之光。該光學重導向組件可經組態以將該複數個不同色彩之光中之至少一者繞射為以至少一個布魯斯特角入射於一界面處。該界面可包括一頂部基板與一周圍介質之間的一界面或兩個鄰近基板之間的一界面中之一者。
在一些實施方案中，該光學重導向組件經組態以繞射在一平面內之一第一色彩之光及一第二色彩之光，及正交於該平面之一第三色彩之光。在一些實施方案中，該光學重導向組件包括經組態以繞射該複數個不同色彩之光中的一相同色彩之光的至少兩個不同光學重導向子組件。該兩個不同光學重導向子組件可依序配置於該光學重導向組件中。
在一些實施方案中，引導該光以照明該顯示器包括：在一系列時段內依序引導該複數個不同色彩之光以照明該顯示器。在一些實施方案中，該光學重導向組件包括一可切換光學重導向子組件，其經組態以在一第一時段期間在一第一狀態下繞射一第一色彩之光且在一第二時段期間在一第二狀態下透射一第二色彩之光。在一些實施方案中，該光學重導向組件包括一可切換光學重導向子組件，其經組態以在一第一時段期間在一第一狀態下繞射一第一色彩之光且在一第二時段期間在一第二狀態下繞射一第二色彩之光。
在一些實施方案中，該複數個不同色彩之光包括一第一色彩之光及一第二色彩之光，該第一色彩之光相較於該第二色彩之光具有一較短波長，且在該光學重導向組件中，用於該第一色彩之光之一第一光學重導向子組件被配置成比用於該第二色彩之光之一第二光學重導向子組件更接近該顯示器。
在一些實施方案中，用於至少兩種不同色彩之光之至少兩個光學重導向子組件之條紋平面實質上不同地定向。
在一些實施方案中，該光學重導向組件包括：一第一光學重導向子組件，其經組態以繞射一第一色彩之光；一第二光學重導向子組件，其經組態以繞射一第二色彩之光；及至少一個光學偏振裝置，其配置於該第一光學重導向子組件與該第二光學重導向子組件之間且經組態以轉換該第一色彩之光之一偏振狀態，使得該第一色彩之光透射通過該第二光學重導向子組件。該至少一個光學偏振裝置可包括依序配置於該第一光學重導向子組件下游之一光學延遲器及一光學偏振器。
在一些情況下，該視角之一半在-10度至10度之一範圍內或在-5度至5度之一範圍內。在一些情況下，該入射角為-6度或6度。
本發明之另一態樣特徵在於一種方法，其包括：用光照明一顯示器，該光之一部分照明該顯示器之顯示元素；及藉由繞射光之該部分產生一全像場景，同時抑制存在於該全像場景中之顯示零級光，其中該顯示零級光包括來自該顯示器之反射光。
在一些實施方案中，抑制存在於該全像場景中之該顯示零級光包括：使該顯示零級光發散。
在一些實施方案中，藉由繞射光之該部分產生一全像場景包括用一全像圖調變該等顯示元素。抑制存在於該全像場景中之該顯示零級光可包括調整該全像圖之一相位範圍。
在一些實施方案中，用該光照明該顯示器包括以一入射角用該光照明該顯示器，且抑制存在於該全像場景中之該顯示零級光包含用一全像圖調變光之該部分，該全像圖經組態使得該光之該部分由該等顯示元素以不同於該反射光被反射之一反射角之一繞射角繞射。在一些情況下，抑制存在於該全像場景中之該顯示零級光包括：由一入射角相依材料阻擋該顯示零級光。該入射角相依材料可包括一超穎材料或一光學異向性材料。
在一些實施方案中，抑制存在於該全像場景中之該顯示零級光包括：重導向該顯示零級光。重導向該顯示零級光可包括由一光學繞射組件繞射該顯示零級光。該光可包括不同色彩之光，且其中重導向該顯示零級光可包括在一三維(3D)空間中將該等不同色彩之光繞射至不同方向。
在一些實施方案中，抑制存在於該全像場景中之該顯示零級光包括：以不小於一預定比率之一光抑制效率抑制該顯示零級光。該光抑制效率被界定為一減去該全像場景中具有該抑制之該顯示零級光之一量與沒有該抑制之該顯示零級光之一量之間的一比率的一結果。該預定比率可為50%、60%、70%、80%、90%或100%。
本發明之另一特徵在於一種光學裝置，其包括：一光學繞射組件及一光學阻擋組件。該光學繞射組件經組態以使光以一入射角繞射以照明一顯示器，其中該光之一部分照明該顯示器之顯示元素，且該光學阻擋組件經組態以阻擋由該等顯示元素繞射的該光之該部分形成的一全像場景中之顯示零級光，該顯示零級光包括來自該顯示器之反射光。
在一些實施方案中，該光學裝置經組態以執行如上文所描述之方法。
在一些實施方案中，該顯示器經組態以用對應於全像資料之一全像圖被調變以繞射該光之該部分以形成該全像場景，且該光學阻擋組件經組態以透射該光之該繞射部分以形成該全像場景。該光之該繞射部分可形成具有一視角之一重建錐，且該入射角可大於該視角之一半。
該光學阻擋組件可經組態以透射具有小於一預定角度之一角度之一第一光束且阻擋具有大於該預定角度之一角度之一第二光束，且該預定角度可小於該入射角且大於該視角之該一半。
在一些實施方案中，該光學阻擋組件包括一超穎材料層或一光學異向性膜。在一些實施方案中，該光學阻擋組件包括複數個微結構或奈米結構。
在一些實施方案中，該光學裝置進一步包括具有相對側之一基板。該光學繞射組件及該光學阻擋組件可形成於該基板之該等相對側上。
本發明之另一態樣特徵在於一種製造如上文所描述之光學裝置的方法，其包括：在一基板之一第一側上形成該光學繞射組件，且在該基板之與該第一側相對之一第二側上形成該光學阻擋組件。
本發明之另一態樣特徵在於一種光學裝置，其包括：一光學繞射組件及一光學重導向組件。該光學繞射組件經組態以將光以一入射角繞射至一顯示器上，該顯示器包括在該顯示器上以間隙隔開之複數個顯示元素。該顯示器經組態以繞射照明該等顯示元素的該光之一部分。該光學重導向組件經組態以透射該光之該部分以形成一全像場景且在一三維(3D)空間中重導向顯示零級光遠離該全像場景，該顯示零級光包括來自該顯示器之反射光。
在一些實例中，該光學重導向組件包括一布拉格光柵。
在一些實施方案中，該光學繞射組件形成於一基板之面對該顯示器之一第一側上，且該光學重導向組件形成於該基板之與該第一側相對之一第二側上。
在一些實施方案中，該光學裝置進一步包括覆蓋該光學重導向組件之一第二基板。在一些實施方案中，該光學裝置進一步包括形成於該基板之一側表面或該第二基板之一側表面中之至少一者上的一光學吸收體，其中該光學吸收體經組態以吸收由該光學重導向組件重導向且由該第二基板與一周圍介質之間的一界面反射之該顯示零級光。
在一些實施方案中，該光學裝置進一步包括：形成於該第二基板上且與該光學重導向組件相對之一抗反射塗層，該抗反射塗層經組態以透射由該光學重導向組件重導向之該顯示零級光。
在一些實施方案中，該光學裝置進一步包括：經組態以在該顯示零級光到達該第二基板之前將該顯示零級光之一偏振狀態自s偏振轉換成p偏振的一光學偏振裝置，且該光學重導向組件經組態以將該顯示零級光繞射為以一布魯斯特角入射於該第二基板與一周圍介質之間的一界面上，使得該顯示零級光完全透射通過該第二基板。該光學偏振裝置可包括依序配置在一起之一光學延遲器及一線性偏振器。
在一些實施方案中，該光學偏振裝置相對於該顯示器配置於該光學重導向組件上游。在一些實施方案中，該光學偏振裝置形成於該第二基板之與該光學重導向組件相對之一側，該光學偏振裝置由一第三基板覆蓋。
在一些實施方案中，該光學裝置進一步包括：形成於該第二基板之與該光學重導向組件相對之一側上的一光學阻擋組件，該光學阻擋組件經組態以透射該光之該部分且吸收由該光學重導向組件繞射之該顯示零級光。該光學阻擋組件可包括一光學異向性透射器。
在一些實施方案中，該光學重導向組件經組態以將該顯示零級光繞射為以大於一臨界角之一角度入射於該第二基板與一周圍介質之間的一界面上，使得由該光學繞射組件繞射之該顯示零級光在該界面處全反射。
在一些實施方案中，該光包括複數個不同色彩之光。該光學繞射組件經組態以在該顯示器上以該入射角繞射該複數個不同色彩之光，且該光學重導向組件可經組態以在該3D空間中朝向不同方向以不同繞射角繞射由該顯示器反射的該複數個不同色彩之光中之顯示零級光，該顯示零級光包括由該顯示器反射的該複數個不同色彩之光中之反射光。
在一些實施方案中，該光學繞射組件包括用於該複數個不同色彩之光的複數個全像光柵，且該複數個全像光柵中之每一者經組態以在該顯示器上以該入射角繞射該複數個不同色彩之光中的一各別色彩之光。
在一些實施方案中，該光學重導向組件包括用於該複數個不同色彩之光中之該顯示零級光的複數個重導向全像光柵，且該複數個重導向全像光柵中之每一者經組態以在該3D空間中朝向一各別方向以一各別繞射角繞射該複數個不同色彩之光中的一各別色彩之光中之顯示零級光。
在一些實施方案中，該光學重導向組件包括至少兩個不同重導向全像光柵，其經組態以繞射該複數個不同色彩之光中的一相同色彩之光中之顯示零級光。
在一些實施方案中，該光學重導向組件包括一可切換重導向全像光柵，其經組態以在一第一時段期間在一第一狀態下繞射一第一色彩之光且在一第二時段期間在一第二狀態下透射一第二色彩之光。
在一些實施方案中，該光學重導向組件包括一可切換重導向全像光柵，其經組態以在一第一時段期間在一第一狀態下繞射一第一色彩之光且在一第二時段期間在一第二狀態下繞射一第二色彩之光。
在一些實施方案中，該複數個不同色彩之光包括一第一色彩之光及一第二色彩之光，該第一色彩之光相較於該第二色彩之光具有一較短波長，且在該光學重導向組件中，用於該第一色彩之光之一第一重導向全像光柵被配置成比用於該第二色彩之光之一第二重導向全像光柵更接近該顯示器。
在一些實施方案中，用於至少兩種不同色彩之光之至少兩個重導向全像光柵之條紋平面實質上不同地定向。
在一些實施方案中，該光學重導向組件包括：一第一重導向全像光柵，其經組態以繞射一第一色彩之光；一第二重導向全像光柵，其經組態以繞射一第二色彩之光；及至少一個光學偏振裝置，其配置於該第一重導向全像光柵與該第二重導向全像光柵之間且經組態以轉換該第一色彩之光之一偏振狀態，使得該第一色彩之光透射通過該第二重導向全像光柵。
在一些實施方案中，該光學裝置經組態以執行上文所描述之方法。
本發明之另一態樣特徵在於一種製造如上文所描述之光學裝置的方法，其包括：在一基板之一第一側上形成該光學繞射組件；及在該基板之與該第一側相對之一第二側上形成該光學重導向組件。
本發明之另一態樣特徵在於一種系統，其包括：一顯示器，其包括在該顯示器上以間隙分離之顯示元素；及一光學裝置，其經組態以用光照明該顯示器，其中該光之一部分在該等顯示元素上照明。該系統經組態以繞射該光之該部分以形成一全像場景，同時抑制該全像場景中之顯示零級光。該顯示零級光可包括以下各者中之至少一者：該等間隙處之反射光、該等間隙處之繞射光，或覆蓋該顯示器之一顯示器罩蓋處之反射光。
在一些實施方案中，該系統進一步包括一控制器，該控制器耦接至該顯示器且經組態以：用對應於全像資料之一全像圖調變該顯示器之該等顯示元素，以繞射該光之該部分以形成對應於該全像資料之該全像場景。該全像圖可經組態以使得該顯示零級光在該全像場景中被抑制。
在一些實施方案中，該系統進一步包括一計算裝置，該計算裝置經組態以產生對應於該全像場景之一或多個物件之基元。該系統可經組態以執行如上文所描述之方法。該光學裝置可包括如上文所描述之光學裝置中之一或多者。
在一些實施方案中，該系統進一步包括：一光學發散裝置，該光學發散裝置配置於該光學裝置下游且經組態以使該全像場景中之該顯示零級光發散。照明該顯示器之該光為一準直光。該顯示零級光在到達該光學發散裝置之前準直，且該全像圖經組態使得該光之該繞射部分在到達該光學發散裝置之前會聚。該光學發散裝置可包括如上文所描述之光學發散組件。
在一些實施方案中，該系統進一步包括配置於該顯示器下游之一二維(2D)螢幕。在一些實施方案中，該光學裝置包括一光束分光器。在一些實施方案中，該光學裝置包括具有一內部耦合器及一外部耦合器之一波導。在一些實施方案中，該光學裝置包含一光導，該光導包括一光耦合器及一光學繞射組件。該光耦合器可包括一耦合稜鏡。該光耦合器亦可包括一楔形基板。
本發明之另一態樣特徵在於一種製造如上文所描述之系統的方法。
本發明之另一態樣特徵在於一種裝置，其包括：至少兩個擴束器，其經組態以在至少兩個維度上擴展一輸入光束以藉由繞射該輸入光束以在該至少兩個維度上調整該輸入光束之一光束大小來產生一輸出光束。該光束大小可包括一寬度及一高度。
在一些實施方案中，該至少兩個擴束器中之每一者包括一各別光學繞射裝置。該輸入光束可包括複數個不同色彩之光，且該各別光學繞射裝置可經組態而以實質上彼此相同之各別繞射角繞射該複數個不同色彩之該光。
在一些實例中，該各別光學繞射裝置經組態以使得當該等不同色彩之該光入射於該各別光學繞射裝置上時，該各別光學繞射裝置分離該等不同色彩中之個別色彩的光，同時抑制該等不同色彩之間的串擾。
在一些實施方案中，該各別光學繞射裝置包括：至少兩個光學繞射組件及至少一個色彩選擇性偏振器。
在一些實施方案中，該各別光學繞射裝置包括：至少兩個光學繞射組件及至少一個反射層。該至少一個反射層可經組態以用於至少一種色彩之光的全內反射。
在一些實施方案中，該各別光學繞射裝置包括以下各者中之至少一者：一或多個透射繞射結構，或一或多個反射繞射結構。
在一些實施方案中，該至少兩個擴束器包括：一第一一維擴束器，其經組態以在該至少二個維度中之一第一維度上擴展該輸入光束以產生一中間光束；及一第二一維擴束器，其經組態以在該至少兩個維度中之一第二維度上擴展該中間光束以產生該輸出光束。該中間光束在該第一維度上相較於該輸入光束具有一較大光束大小，且在該第二維度上相較於該輸入光束具有一相同光束大小，且該輸出光束在該第二維度上相較於該中間光束具有一較大光束大小，且在該第一維度上相較於該中間光束具有一相同光束大小。
在一些實施方案中，該光學裝置經組態以使用以下各者中之至少一者而將來自該第一一維擴束器之該中間光束耦合至該第二一維擴束器：一自由空間空中幾何結構、一單體或經分割基板，或一或多個耦合元件。
在一些實施方案中，該中間輸入光束包括兩個或更多種色彩之共線準直光，且該一或多個耦合元件經組態以將該兩個或更多種色彩之該共線準直光轉換成具有該兩個或更多種色彩中之對應色彩的兩個或更多個獨立的準直但不共線之光束。
本發明亦描述用於特定言之藉由個別地繞射不同色彩之光而顯示三維(3D)物件之方法、設備、裝置及系統。本發明提供的技術可高效地分離不同色彩或波長之光以抑制(例如，減少或消除)色彩或波長之間的串擾。該技術亦可抑制光不經光學繞射裝置之繞射而傳播且以不當角度射向至顯示器上，藉此抑制諸如雙重影像之不當效應。該技術使得能夠在無或極少串擾之情況下依序或同時重建多色三維光場或影像。該技術使得能夠實施一照明系統以便以相對較大入射角提供具有多個不同色彩之接近正交的偏振光束。因此，該技術使得能夠在不妨礙照明器之情況下將光場或影像呈現給顯示器前方之觀看者(例如，觀測者或使用者)，且能夠減少例如歸因於反射、繞射及/或散射之功率損失。該技術亦使得能夠實施用於顯示三維物件之緊湊光學系統。
本發明提供可克服已知技術中存在之限制之技術。作為實例，本文所揭示之技術可在不使用諸如「3D眼鏡」之笨重的可穿戴裝置之情況下實施。作為另一實例，本文所揭示之技術可選擇性實施而不受限於：追蹤機制準確性、顯示裝置之品質、相對長之處理時間及/或相對高之計算要求，及/或不能同時向多個觀看者顯示物件。作為另一實例，該技術可在沒有專用工具及軟體之情況下實現，從而可開發在習知3D內容創建中使用之工具及軟體之上及之外擴展之內容。各種實施例可展現出前述優點中之一或多者。例如，本發明之某些實施方案可產生實時、全彩、真實之3D影像，該3D影像看起來為現實世界中之真實3D物件，且可被多個觀看者自不同點不受妨礙地同時觀看。
本發明之一個態樣特徵在於一種方法，該方法包括：針對與三維(3D)空間中之物件相對應之複數個基元中之每一基元，藉由在3D座標系中計算自該基元至顯示器之複數個元素中之每一元素之電磁(EM)場傳播來判定對該元素之EM場貢獻；及針對該複數個元素中之每一元素，產生該複數個基元對該元素之EM場貢獻總和。
EM場貢獻可包括自由相位貢獻及幅度貢獻組成的組選擇的至少一項。該等基元可包括自由點基元、線基元及多邊形基元組成的組中選擇的至少一項。該基元可包括線基元，該線基元具有包括自由梯度色彩、紋理化色彩及著色效果組成的組中選擇的至少一項之資訊。該等基元亦可包括多邊形基元，該多邊形基元具有包括自由梯度色彩、紋理化色彩及著色效果組成的組中選擇的至少一項之資訊。可對該複數個基元按特定次序編索引。
在一些實施方案中，該方法亦包括獲得該複數個基元中之每一基元之各別基元資料。該複數個基元中之每一基元之各別基元資料可包括該基元之各別色彩資訊，且所判定之對每一該元素之EM場貢獻包括與該基元之各別色彩資訊相對應之資訊。該色彩資訊可包括自由紋理化色彩及梯度色彩組成的組中選擇的至少一項。該複數個基元中之每一基元之各別基元資料可包括該基元之紋理資訊。該複數個基元中之每一基元之各別基元資料可包括該基元之一或多個表面上之著色資訊。該著色資訊可包括對自由該基元之該一或多個表面上之色彩及該基元之該一或多個表面上之亮度組成的組選擇的至少一項之調變。
在一些實施方案中，該複數個基元中之每一基元之各別基元資料包括該基元在該3D座標系中之各別座標資訊。該複數個元素中之每一元素在該3D座標系中之各別座標資訊可基於該複數個基元在該3D座標系中之各別座標資訊來判定。每一元素之各別座標資訊可與儲存在記憶體中之針對該元素之邏輯儲存位址相對應。
判定該複數個基元中之每一基元對該複數個元素中之每一元素之EM場貢獻可包括：在該3D座標系中，基於該元素之各別座標資訊及該基元之各別座標資訊來判定該元素與該基元之間的至少一個距離。判定該複數個基元中之每一基元對該複數個元素中之每一元素之EM場貢獻包括：基於該複數個基元中之第一基元之各別座標資訊及該複數個元素中之第一元素之各別座標資訊，判定該第一基元與該第一元素之間的第一距離；及基於該第一距離及該第一元素與該複數個元素中之第二元素之間的距離判定該第一基元與該第二元素之間的第二距離。該第一元素與該第二元素之間的距離可基於該顯示器之該複數個元素之節距預先判定。
在一些實例中，該複數個基元中之至少一個基元為包括第一端點及第二端點之線基元，且判定該元素與該基元之間的至少一個距離包括：判定該元素與該線基元之第一端點之間的第一距離；及判定該元素與該線基元之第二端點之間的第二距離。該複數個基元中之至少一個基元為包括第一端點、第二端點及第三端點之三角形基元，且判定該元素與該基元之間的至少一個距離包括：判定該元素與該三角形基元之第一端點之間的第一距離；判定該元素與該三角形基元之第二端之間的第二距離；及判定該元素與該三角形基元之第三端點之間的第三距離。
在一些實施方案中，判定該複數個基元中之每一基元對該複數個元素中之每一元素之EM場貢獻包括：基於該基元之預定表達式及該至少一個距離來判定該基元對該元素之EM場貢獻。該預定表達式係藉由解析計算自該基元至該元素之EM場傳播判定。該預定表達式係藉由求解麥克斯韋方程判定。可藉由提供在該顯示器之表面處界定之邊界條件來求解該麥克斯韋方程。該邊界條件可包括狄利克雷(Dirichlet)邊界條件或柯西(Cauchy)邊界條件。該複數個基元及該複數個元素可在該3D空間中，且該顯示器之表面可形成該3D空間之邊界表面之一部分。該預定表達式包括自由包括正弦函數之函數、包括餘弦函數之函數及包括指數函數之函數組成的組中選擇的至少一項，且判定該等EM場貢獻包括：在儲存在記憶體中之表中識別該函數中之至少一個函數之值。
在一些實施方案中，判定該複數個基元中之每一基元對該複數個元素中之每一元素之EM場貢獻，並產生對該複數個元素中之每一元素之該等場貢獻總和，包括：判定該複數個基元對該複數個元素中之第一元素之第一EM場貢獻，並對針對該第一元素之該第一EM場貢獻進行求和；及判定該複數個基元對該複數個元素中之第二元素之第二EM場貢獻，並對針對該第二元素之該第二EM場貢獻進行求和。判定該複數個基元對該第一元素之該第一EM場貢獻可包括：將判定該複數個基元中之第一基元對該第一元素之EM場貢獻與判定該複數個基元中之第二基元對該第一元素之EM場貢獻並行進行。
在一些實施方案中，判定該複數個基元中之每一基元對該複數個元素中之每一元素之EM場貢獻，包括：判定該複數個基元中之第一基元對該複數個元素中之每一元素之各別第一EM場貢獻；及判定該複數個基元中之第二基元對該複數個元素中之每一元素之各別第二EM場貢獻，且產生對該複數個元素中之每一元素之該等場貢獻總和可包括：藉由將對該元素之該各別第二EM場貢獻與該各別第一EM場貢獻相加，來累加出對該元素之EM場貢獻。判定該第一基元對該複數個元素中之每一元素之各別第一EM場貢獻可與判定該第二基元對該複數個元素中之每一元素之各別第二EM場貢獻並行地執行。
判定該複數個基元中之每一基元對該複數個元素中之每一元素之EM場貢獻可包括：將判定該複數個基元中之第一基元對該複數個元素中之第一元素之第一EM場貢獻與判定該複數個基元中之第二基元對該第一元素之第二EM場貢獻並行地進行。
在一些實施方案中，該方法亦包括：針對該複數個元素中之每一元素，基於該複數個基元對該元素之EM場貢獻總和產生各別控制信號，該各別控制信號用於基於該複數個基元對該元素之EM場貢獻總和來調變該元素之至少一個特性。該元素之該至少一個特性可包括自由折射率、幅度指數、雙折射及遲滯組成的組中選擇的至少一項。該各別控制信號可包括電信號、光信號、磁信號或聲信號。在一些情況下，該方法亦包括：將比例因子與對每一該等元素之場貢獻總和相乘，以獲得經縮放之場貢獻總和，且其中，該各別控制信號係基於針對該元素之經縮放之場貢獻總和產生。該方法亦可包括：對針對每一該等元素之場貢獻總和進行歸一化，其中，該各別控制信號係基於針對該元素之歸一化之場貢獻總和。該方法亦可包括：向該元素發送該各別控制信號。
在一些實施方案中，該方法亦包括：向照明器發送控制信號，該控制信號指示啟動該照明器，以使得該照明器發射光至該顯示器上。該控制信號可回應於判定已獲得了對該複數個元素中之每一元素之場貢獻總和而發送。該顯示器之經調變之元素可使該光沿不同方向傳播，以形成與該3D空間中之該物件對應之體積光場。該體積光場可與具有由該顯示器之該經調變之元素界定之邊界條件之麥克斯韋方程之解相對應。該光可包括白光，且該顯示器可經組態以將該白光繞射為具有不同色彩之光。
在一些實施方案中，該方法亦包括：在計算期間使用定點數表示來表示值。每一該等值可表示為具有隱式比例因子之整數。
在一些實施方案中，該方法亦包括：使用定點數表示來執行數學函數。該數學函數可包括自由正弦、餘弦及反正切組成的組中選擇的至少一項。執行該數學函數可包括：接收第一定點格式之表達式；及輸出精度水平不同於該第一定點格式之第二定點格式之值。執行該數學函數可包括：查找用於該數學函數之計算之表，其中，該表包括自由完全枚舉查找表、內插表、基於半表之多項式函數及基於半表之完全最小最大多項式組成的組中選擇的至少一項。執行該數學函數可包括：對輸入應用專用範圍縮小。執行該數學函數包括：將三角計算自範圍[-π,π]變換成範圍[-1,1]中之帶符號之2's互補表示。
本發明之另一態樣特徵在於一種方法，該方法包括：獲得與三維(3D)空間中之物件相對應之複數個基元各自之基元資料；計算該複數個基元中之第一基元對顯示器之複數個元素中之每一元素之各別第一電磁(EM)場貢獻；及計算該複數個基元中之第二基元對該顯示器之該複數個元素中之每一元素之各別第二EM場貢獻，其中，計算來自該第一基元之該各別第一EM場貢獻與計算來自該第二基元之該各別第二EM場貢獻至少部分地並行進行。
在一些實施方案中，計算該第一基元對該複數個元素中之第一元素之第一EM場貢獻與計算該複數個基元中之第二基元對該第一元素之第二EM場貢獻並行地進行。該方法可包括：計算該複數個基元中之每一基元對該複數個元素中之每一元素之各別EM場貢獻。該各別EM場貢獻之計算可在不具有自以下項組成的組中選擇的至少一項之情況下進行：將該物件之幾何結構擴展至該複數個元件，在包裝波前之前應用可見度測試，及針對不同基元之並行計算之間的決策或通信。計算該各別EM場貢獻可經組態以促成自以下項組成的組中選擇的至少一項：調整針對不同基元之並行計算以達到速度、成本、大小或能量最佳化，減少發起繪製與結果準備好顯示之間的延遲，使用定點數表示來增加精度，及藉由最佳化數學函數來最佳化計算速度。
在一些實施方案中，該方法亦包括：在計算期間使用定點數表示來表示值。使用該定點數表示來表示該值可在不具有自由以下項組成的組中選擇的至少一項之情況下進行：用於漸進式下溢出之反常浮點，處理來自包括除以零之運算產生之非數值，更改浮點捨入模式，及引起作業系統之浮點異常。
在一些實施方案中，該方法亦包括：針對該複數個元素中之每一元素，藉由將對該元素之各別第二EM場貢獻與對該元素之各別第一EM場貢獻相加來累積對該元素之EM場貢獻。
在一些實施方案中，該方法亦包括：針對該複數個元素中之每一元素，基於該複數個基元對該元素之EM場貢獻總和來產生各別控制信號，該各別控制信號用於基於該複數個基元對該元素之EM場貢獻總和來調變該元素之至少一個特性。
在一些實施方案中，該方法亦包括：以預定因子縮放與第二基元相鄰之第一基元，使得該第一基元之重建與該第二基元之重建不重迭。該預定因子可至少部分地基於該顯示器之解析度判定。該方法亦可包括：獲得該複數個基元中之每一基元之各別基元資料，其中，該複數個基元中之每一基元之各別基元資料包括該基元在該3D座標系中之各別座標資訊；及基於該第一基元之各別座標資訊及該預定因子，判定該第一基元之新之各別座標資訊。該方法亦可包括：基於該第一基元之新之各別座標資訊來判定該第一基元對該複數個元素中之每一元素之EM場貢獻。該方法亦可包括：以該預定因子縮放該第二基元。該第一基元及該第二基元可共用共同部分，且縮放該第一基元包括縮放該第一基元之該共同部分。縮放該第一基元可包括：在預定方向上縮放該第一基元。
本發明之另一態樣特徵在於一種方法，該方法包括：獲得與三維(3D)空間中之物件相對應之多個基元各自之基元資料；使用與第二基元相鄰之第一基元之各別基元資料及該第二基元之各別基元資料，以預定因子縮放該第一基元；及基於該縮放之結果來更新該第一基元之各別基元資料。
在一些實施方案中，該複數個基元中之每一基元之各別基元資料包括該基元在3D座標系中之各別座標資訊，且更新該各別基元資料包括：基於該第一基元之各別座標資訊及該預定因子，判定該第一基元之新之各別座標資訊。
在一些實施方案中，該預定因子被判定，使得在該3D空間中該第一基元之重建與該第二基元之重建不重疊。
在一些實施方案中，該縮放被執行，使得：該第一基元與該第二基元在該3D空間中之重建之間的間隙足夠大，以將該第一基元及該第二基元分開從而最小化重疊效應，且使該間隙足夠小以使該重建無縫地顯現。
在一些實施方案中，該預定因子係至少部分地基於該顯示器之解析度或自觀看者至顯示器的實際或假定距離或基元在顯示器之3D空間中的z深度而判定。
在一些實施方案中，該方法亦包括：在緩衝器中儲存該第一基元之更新之基元資料。
在一些實施方案中，在該物件之渲染處理期間執行該縮放，以獲得該複數個基元各自之基元資料。
在一些實施方案中，該方法亦包括：向控制器發送該複數個基元之更新之基元資料，其中，該控制器經組態以基於該複數個基元之更新之基元資料來判定該複數個基元中之每一基元對顯示器之複數個元素中之每一元素的各別EM場貢獻。
在一些實施方案中，該方法亦包括：基於該第一基元之更新之基元資料來判定該第一基元對顯示器之複數個元素中之每一元素之EM場貢獻。
在一些實施方案中，該方法亦包括：以該預定因子縮放該第二基元。
在一些實施方案中，該第一基元及該第二基元共用共同部分，且縮放該第一基元包括縮放該第一基元之該共同部分。
在一些實施方案中，縮放該第一基元包括：在預定方向上縮放該第一基元。
在一些實施方案中，縮放該第一基元包括：以第一預定因子縮放該第一基元之第一部分，及以第二預定因子縮放該第二基元之第二部分，其中，該第一預定因子不同於該第二預定因子。
本發明之另一態樣特徵在於一種方法，該方法包括：獲得要被映射至與三維(3D)空間中之物件相對應之複數個基元中之特定基元之指定表面上之影像之多個離散餘弦變換(DCT)權重；及藉由考慮該影像之該複數個DCT權重之影響來判定該特定基元對顯示器之複數個元素中之每一元素之各別EM場貢獻。
在一些實施方案中，該方法亦包括：判定要被映射至該特定基元之指定表面上之該影像之解析度；及基於該解析度判定該影像之該複數個DCT權重。
在一些實施方案中，該方法亦包括：解碼該影像之該DCT權重，以獲得該影像之每一像素之各別DCT幅度。
在一些實施方案中，該方法亦包括：將與該影像之像素之各別DCT幅度相關聯之值連同該特定基元之基元資料一起儲存。判定該各別EM場貢獻可包括：利用與該影像之像素之各別DCT幅值相關聯之值來計算該特定基元對該複數個元素中之每一元素之各別EM場貢獻。
在一些實施方案中，該方法亦包括：選擇在判定該各別EM場貢獻時要包括之特定DCT項，每一該特定DCT項具有高於預定臨限值之各別DCT權重。
本發明之另一態樣特徵在於一種方法，該方法包括：獲得給定基元及該給定基元之遮擋物之資訊，其中，該給定基元屬於與三維(3D)空間中之物件相對應之複數個基元中之一者；及判定顯示器之複數個元素中因該遮擋物之影響而對該給定基元之重建沒有貢獻之一或多個特定元素。
在一些實施方案中，該方法亦包括：儲存該等特定元素之資訊及該給定基元及該遮擋物之資訊。
在一些實施方案中，該判定係在用於獲得該複數個基元之基元資料之對該物件之渲染處理期間執行。
在一些實施方案中，該方法亦包括：向控制器發送所儲存之該等特定元素之資訊及該給定基元及該遮擋物之資訊，該控制器經組態以計算該複數個基元對該顯示器之該複數個元素之電磁(EM)場貢獻。
在一些實施方案中，該方法亦包括：針對每一該等特定元素，藉由不包括該給定基元對該特定元素之電磁(EM)場貢獻，來產生該複數個基元對該特定元素之EM場貢獻總和。
在一些實施方案中，該方法亦包括：針對該複數個元素中除該等特定元素之外的每一元素，產生該複數個基元對該元素之各別EM場貢獻之總和。
在一些實施方案中，該方法亦包括：掩蔽該等特定元素對該給定基元之EM場貢獻。
在一些實施方案中，判定該一或多個特定元素包括：將該給定基元連接至該遮擋物之端點；將該連接延伸至該顯示器，以判定該連接與該顯示器之間的交點；及將由該交點界定之特定範圍內之元素判定為因該遮擋物之影響而對該給定基元之重建沒有貢獻之該等特定元素。
本發明之另一態樣特徵在於一種方法，該方法包括：獲得給定基元及該給定基元之遮擋物之資訊，其中，該給定基元屬於與三維(3D)空間中之物件相對應之複數個基元之一；及針對顯示器之複數個元素中之每一元素，判定該給定基元中因該遮擋物之影響而沒有對該元素做出EM場貢獻之各別部分。
在一些實施方案中，該方法亦包括：儲存該給定基元之該各別部分之資訊及該給定基元及該遮擋物之資訊。
在一些實施方案中，該判定係在該物件之用於獲得該複數個基元之基元資料之渲染過程中執行。
在一些實施方案中，該方法亦包括：向控制器發送所儲存之該給定資訊之該各別部分之資訊及該給定基元及該遮擋物之資訊，該控制器經組態以計算該複數個基元對該顯示器之該複數個元素之EM貢獻。
在一些實施方案中，該方法亦包括：掩蔽該複數個元素中之每一元素對該給定基元之該各別部分之EM場貢獻。
在一些實施方案中，該方法亦包括：針對該複數個元素中之每一元素，藉由不包括該給定基元之該各別部分對該元素之EM場貢獻來產生該複數個基元對該元素之EM場貢獻總和。產生該複數個基元對該元素之EM場貢獻總和可包括：自該複數個基元在沒有該遮擋物之影響之情況下對該元素之EM場貢獻總和中減去該給定基元之該各別部分對該元素之EM貢獻。產生該複數個基元對該元素之EM場貢獻總和可包括：將該給定基元之一或多個其他部分對該元素之EM場貢獻進行求和，該各別部分及該一或多個其他部分形成該給定基元。
在一些實施方案中，判定該給定基元中因該遮擋物之影響而沒有對該元素做出EM場貢獻之各別部分包括：將該元素連接至該遮擋物之端點；判定該連接與該基元之間的交點；及將該給定基元中由該等交點包圍之特定部分判定為該給定基元中因該遮擋物之影響而沒有對該元素做出EM場貢獻之該各別部分。
本發明之另一態樣特徵在於一種方法，該方法包括：獲得與三維(3D)空間中之物件對應之複數個基元中之每一基元之各別基元資料；獲得該複數個基元中之每一基元之各別幾何鏡面高光資訊；及儲存該各別幾何鏡面高光資訊及該複數個基元中之每一基元之各別基元資料。
在一些實施方案中，該複數個基元中之每一基元之各別幾何鏡面高光資訊包括：該基元所在表面根據視角之反射率。
在一些實施方案中，該方法亦包括：藉由考慮該基元之各別幾何鏡面高光資訊來判定該複數個基元中之每一基元對顯示器之多個元素中之每一元素之各別EM場貢獻。
本發明之另一態樣特徵在於一種方法，該方法包括：獲得圖形資料，該圖形資料包括與三維(3D)空間中之物件對應之多個基元之各別基元資料；針對該複數個基元中之每一基元，藉由在3D座標系中計算自該基元到顯示器之多個元素中之每一元素之電磁場傳播，判定對該元素之電磁(EM)場貢獻；針對該複數個元素中之每一元素，產生該複數個基元對該元素之EM場貢獻總和；針對該複數個元素中之每一元素，向該元素發送各別控制信號，該控制信號用於基於對該元素之EM場貢獻總和來調變該元素之至少一個特性；及向照明器發送定時控制信號以啟動該照明器從而將光照射在該顯示器上，使得該顯示器之該經調變之元素使該光形成對應於該物件之體積光場。
本發明之另一態樣特徵在於一種方法，該方法包括：針對顯示器之複數個元素中之每一元素，利用預定校準值更改各別控制信號；向該顯示器之該複數個元素各自施加更改之各別控制信號；量測入射在該顯示器上之光之輸出；及基於對該光之輸出之該量測來評估該預定校準值。
在一些實施方案中，該預定校準值對於該複數個元素中之每一元素係相同的。
在一些實施方案中，該方法亦包括：藉由數位至類比轉換器(DAC)轉換該複數個元件各自之各別控制信號，其中，更改該複數個元件各自之控制信號包括：利用該預定校準值更改該等各別控制信號之數字信號。
在一些實施方案中，該預定值包括複數個位元。
在一些實施方案中，該方法亦包括：基於該評估之結果調整該預定校準值。調整該預定校準值可包括：修改該複數個位元中之一或多個值。調整該預定校準值可包括：基於該預定校準值及根據先前評估判定之另一校準值來判定該複數個位元中之值之組合。
在一些實施方案中，該光之輸出包括該光之相變或該光之輸出與背景之間的強度差。
在一些實施方案中，該元素之各別控制信號係基於與3D空間中之物件相對應之多個基元對該元素之電磁(EM)場貢獻總和而判定。
本發明之另一態樣特徵在於一種方法，該方法包括：針對顯示器之複數個元素中之每一元素，獲得來自三維(3D)空間中之複數個基元之各別EM場貢獻總和，該複數個基元與該3D空間中之物件對應；將各別數學變換應用於對該元素之各別電磁(EM)場貢獻之總和，以獲得對該元素之經變換之各別EM場貢獻之總和；基於對該元素之經變換之各別EM場貢獻之總和來判定各別控制信號；及基於對該元素所判定之各別控制信號來調變該元素之特性。
在一些實施方案中，該方法亦包括：引入入射在該顯示器之該複數個元素上之光；量測該光之第一輸出；及基於對該光之該第一輸出之量測結果來調整該複數個元素各自之數學變換之一或多個係數。該方法亦可包括：根據該顯示器之視角改變與該物件對應之全像圖案之深度；量測該光之第二輸出；及基於該第一輸出及該第二輸出調整該各別數學變換之該一或多個係數。該方法亦可包括：將與第一全像圖案對應之該複數個基元改變為與第二全像圖案對應之多個第二基元；量測該光之第二輸出；及基於該第一輸出及該第二輸出調整該各別數學變換之該一或多個係數。該第一全像圖案及該第二全像圖案可對應於該物件。該第二全像圖案可與第二物件對應，該第二物件不同於及該第一全像圖案相關之該物件。該光之該第一輸出可由成像感測器量測(例如，點感測器或空間整合感測器或諸如光場感測器之三維感測器)。該成像感測器可經組態以使用機器視覺算法來判定正在顯示之內容並計算適應度參數。該第一全像圖案及該第二全像圖案均可包括點網格或其他基準元素，其中，該適應度參數為以下各者中的一者：點或其他基準元素之間的距離有多近；點或其他基準元素的接近程度；點或其他基準元素至其預期位置色彩及密度的接近程度；點或其他基準元素相對於其預定位置居中的程度，以及點或其他基準元素的扭曲程度。
在一些實施方案中，該數學變換係自澤爾尼克(Zernike)多項式導出的。
在一些實施方案中，該複數個元素之該數學變換逐個元素地變化。
在一些實施方案中，該方法亦包括：藉由照明該顯示器來再現已知色彩及強度之樣本集；使用校準至國際委員會(CIE)標準觀察曲線之色度計裝置量測輸出光；及界定該顯示器在諸如CIE色彩空間之色彩空間中的輸出光。該方法亦可包括：判定該界定之輸出光之值與已知標準值之偏差；及使照明適應顯示器或由顯示器產生輸出色彩及強度以使其重新對準，例如，符合標準或所要值。
本發明之另一態樣特徵在於一種方法，該方法包括：基於液晶(LC)顯示器之顯示元素之節距來判定LC顯示器之單元間隙；及基於該單元間隙及該LC顯示器之預定延遲計算LC混合物之雙折射之最小值。
在一些實施方案中，該方法亦包括：在保持LC混合物之雙折射在最小值以上之情況下，提高LC顯示器之開關速度。提高該開關速度可包括從由以下項組成的組中選擇的至少一項：增大該LC混合物之介電各向異性；及減小該LC混合物之旋轉黏度。
在一些實施方案中，該LC顯示器包括具有矽背板之矽上液晶(LCOS或LCoS)裝置。
在一些實施方案中，該LC顯示器包括：液晶層；位於該液晶層頂部之作為公共電極之透明導電層；及背板，包括位於該液晶層底部或電接近於其之複數個金屬電極，其中，該複數個金屬電極中之每一金屬電極彼此隔離，且該背板經組態以控制該複數個金屬電極中之每一金屬電極之電壓。
本發明之另一態樣特徵在於一種顯示器，該顯示器包括：背板；及該背板上之複數個顯示元素，其中，該複數個顯示元素中之至少兩個顯示元素之尺寸不同。
在一些實施方案中，該至少兩個顯示元素中之較大顯示元素包括緩衝器，且該至少兩個顯示元素中之較小顯示元素不包括緩衝器。該較大顯示元素可藉由導線與第一複數個顯示元素連接，且該緩衝器經組態以緩存施加到該導線上之電壓，使得該電壓僅施加到該第一複數個顯示元素內之第二複數個顯示元素，該第二複數個顯示元素之數量小於該第一複數個顯示元素之數量。
在一些實施方案中，該緩衝器包括電晶體形式之類比電路或邏輯閘形式之數位電路。
在一些實施方案中，該複數個顯示元素之尺寸分佈基本等於該至少兩個顯示元素中之較小顯示元素之尺寸。
在一些實施方案中，該顯示器組態為矽上液晶裝置。
本發明之另一態樣特徵在於一種顯示器，該顯示器包括：背板；及該背板上之複數個顯示元素，其中，該複數個顯示元素中之至少兩個顯示元素具有不同形狀。
在一些實施方案中，該背板包括用於每一顯示元素之各別電路，且用於該至少兩個顯示元素各自之各別之電路之形狀與該至少兩個顯示元素之該等不同形狀相對應。
在一些實施方案中，該複數個顯示元素之尺寸分佈基本等於預定尺寸。
在一些實施方案中，該顯示器組態為矽上液晶裝置。
本發明之另一態樣特徵在於一種方法，該方法包括：獲得圖形資料，該圖形資料包括與三維(3D)空間中之物件對應之複數個基元之各別基元資料；針對該複數個基元中之每一基元，藉由在3D座標系中計算自該基元至顯示器之複數個元素中之每一元素之電磁場傳播，判定對該元素之電磁(EM)場貢獻；針對該複數個元素中之每一元素，產生該複數個基元對該元素之EM場貢獻總和；針對該複數個元素中之每一元素，向該元素發送各別控制信號，該控制信號用於基於對該元素之EM場貢獻總和來調變該元素之至少一個特性；及向照明器發送定時控制信號以啟動該照明器從而將光照射在該顯示器上，使得該顯示器之該經調變之元素使該光形成對應於該物件之體積光場。
該等態樣之其他實施例包括對應電腦系統、設備及記錄在一或多個電腦儲存裝置上之電腦程式，其均經組態以執行該等方法之動作。一或多個電腦之系統經組態以執行特定操作或動作意味著該系統上安裝有軟體、韌體、硬體或且組合，當其運行時促使該系統執行該操作或動作。一或多個電腦程式經組態以執行特定操作或動作意味著該一或多個程式包括當被資料處理設備執行時促使該設備執行該等操作或動作之指令。
本發明之另一態樣特徵在於一種裝置，該裝置包括：一或多個處理器；及非暫時性電腦可讀儲存介質，與該一或多個處理器通信且儲存能由該一或多個處理器執行之指令，且該指令執行時促使該一或多個處理器執行本文揭示之一種或多種方法。
本發明之另一態樣特徵在於一種儲存指令之非暫時性電腦可讀儲存介質，該等指令能由一或多個處理器執行且該等指令執行時促使該一或多個處理器執行本文揭示之一種或多種方法。
本發明之另一態樣特徵在於包括複數個元素之顯示器；及控制器，耦接至該顯示器且經組態以執行本文揭示之一種或多種方法。該控制器可包括多個計算單元，每一計算單元經組態以對與三維(3D)空間中之物件對應之複數個基元中之一或多者基元進行操作。在一些實施方案中，該控制器本端耦接至該顯示器，且該每一計算單元耦接至該顯示器之一或多個各別元件且經組態以向該一或多個各別元件中之每一各別元件發送各別控制信號。該等計算單元可經組態以並行地進行操作。
該控制器可包括自由特殊應用積體電路(ASIC)、場可程式化閘陣列(FPGA)、可程式化閘陣列(PGA)、中央處理單元(CPU)、圖形處理單元(GPU)及標準或定製計算單元組成的組中選擇的至少一項。該顯示器可包括空間光調變器(SLM)，該空間光調變器包括數字微鏡裝置(DMD)或矽上液晶(LCOS或LCoS)裝置。該顯示器可經組態以相位調變、振幅調變、或者相位及振幅調變。該控制器可藉由儲存緩衝器耦接至該顯示器。
在一些實施方案中，該系統包括：照明器，其被配置為鄰近於該顯示器且經組態以發射光到該顯示器上。該照明器可耦接到該控制器且經組態以基於來自該控制器之控制信號而開啟/關閉。
在一些情況下，該照明器藉由儲存緩衝器耦接至該控制器，該儲存緩衝器經組態以控制該照明器中之一或多者發光元件之幅度或亮度。用於該照明器之儲存緩衝器之尺寸可小於用於該顯示器之儲存緩衝器之尺寸。該照明器中之該發光元件之數量可小於該顯示器之該元素之數量。該控制器可經組態以同時或依序啟動該照明器之該一或多個發光元件。
該照明器可為相干光源、半相干光源或非相干光源。在一些實施方案中，該照明器經組態以發射白光，且該顯示器經組態以將該白光繞射為具有不同色彩之光。在一些實施方案中，該照明器包括各自經組態以發射具有不同色彩之光之兩個或更多個發光元件。該控制器可經組態以依序利用在第一時段期間與第一色彩相關聯之資訊及在第二順序時段期間與第二色彩相關聯之資訊調變該顯示器，且該控制器可經組態以控制該照明器以依序在該第一時段期間啟動第一發光元件以發射具有該第一色彩之光及在該第二時段期間開啟第二發光元件以發射具有該第二色彩之光。
在一些實施方案中，該照明器被佈置在該顯示器之表面前方且經組態以以0度與90度之間的範圍內之入射角將該光發射至該顯示器之該表面上，且該繞射之光自該顯示器被反射。在一些情況下，自該照明器發射之光包括準直光。在一些情況下，自該照明器發射之光包括發散光。該照明器發射之光包括半準直光。
在一些實施方案中，該照明器配置在該顯示器之背表面後方且經組態以將發散準直、半準直或會聚光發射至該顯示器之該背表面上，且所發射之光透射藉由該顯示器且自該顯示器之前表面透射出該顯示器。
在一些實施方案中，該照明器包括：光源，經組態以發射該光；及波導，耦接至該光源且鄰近於該顯示器配置，該波導經組態以接收自該光源發射出之光並將該發射之光引導至該顯示器。在一些情況下，來自該光源之光藉由光耦合器自該波導之側部橫截面耦合至該波導。在一些情況下，該光源及該波導以平面形式集成且定位於該顯示器之表面上。該波導可經組態以引導該光均勻地照射該顯示器。
在一些情況下，該波導定位在該顯示器之背表面上或光學接近於該背表面，且該光被引導以透射通過該顯示器且自該顯示器之前表面透射且繞射出該顯示器。該控制器可定位在該波導之背表面上。在一些情況下，該波導或光導定位在該顯示器之前表面上或光學接近於該前表面，且該光被引導以入射在該顯示器之該前表面上並自該前表面反射及繞射出。
本發明之另一態樣特徵在於一種系統，該系統包括：顯示器，包括元素陣列；及積體電路，包括計算單元陣列，每一計算單元耦接到該顯示器之一或多個各別元素並經組態以：計算複數個基元中之至少一個基元對該元素陣列中之每一元素之EM場貢獻；及針對該一或多個各別元素中之每一元素，產生該複數個基元對該元素之各別EM場貢獻之總和。
每一計算單元可經組態以：自該計算單元陣列之其他計算單元接收計算出之該複數個基元中之其他基元對該一或多個各別元素中之每一元素之EM場貢獻；及針對該一或多個各別元素中之每一元素，藉由將接收到之該計算出之該其他基元對該元素之EM場貢獻相加來產生該各別EM場貢獻之總和。
每一計算單元可經組態以針對該一或多個各別元素中之每一元素產生各別控制信號以基於對該元素之各別EM場貢獻之總和來調變該元素之至少一個特性。
在一些實施方案中，該積體電路包括一個各別之累加器，該各別之累加器經組態以儲存該複數個基元對該顯示器之每一元素之所計算EM場貢獻之累加結果。該積體電路可經組態以在計算操作開始時將該累加器清零。在一些實例中，該積體電路包括用於每一該等元素之各別儲存緩衝器，且該積體電路可經組態以將該複數個基元對該元素之所計算EM場貢獻進行累加以獲得該各別EM場貢獻之總和作為該各別累加器中之最終累加結果，且將該最終累加結果自該各別累加器傳遞至用於該元素之該各別儲存緩衝器。
在一些實施方案中，該系統亦包括照明器，該照明器定位於該積體電路與該顯示器之間且經組態以自該積體電路接收控制信號且基於該控制信號將光照射在該顯示器上，其中，該積體電路、該照明器及該顯示器可被集成為單個單元。
本發明之另一態樣特徵在於一種系統，該系統包括：計算裝置，經組態以產生包括與三維(3D)空間中之物件對應之複數個基元之各別基元資料之資料；及如本文揭示之系統。該系統經組態以自該計算裝置接收該圖形資料並處理該圖形資料以在該3D空間中呈現該物件。該計算裝置可包括應用編程介面(API)，該應用編程介面經組態以藉由渲染該物件之電腦產生(CG)模型來利用該各別基元資料產生該等基元。
本發明之另一態樣特徵在於一種光學裝置，其包括：一第一光學繞射組件；一第二光學繞射組件；及一色彩選擇性偏振器，其在該第一光學繞射組件與該第二光學繞射組件之間。當包括呈一第一偏振狀態之一第一色彩之光的一第一光束入射於該第一光學繞射組件上時，該第一光學繞射組件繞射呈該第一偏振狀態之該第一色彩之光；當包括呈一第二偏振狀態之一第二色彩之光的一第二光束入射於該色彩選擇性偏振器上時，該色彩選擇性偏振器將該第二光束轉換成包括呈該第一偏振狀態之該第二色彩之光的一第三光束，該第二色彩不同於該第一色彩，且該第二偏振狀態不同於該第一偏振狀態；當該第三光束入射於該第二光學繞射組件上時，該第二光學繞射組件繞射呈該第一偏振狀態之該第二色彩之光；且該第一光學繞射組件繞射呈該第二偏振狀態之該第二色彩之光的一繞射效率實質上小於該第一光學繞射組件繞射呈該第一偏振狀態之該第一色彩之光的一繞射效率。
本發明之另一態樣特徵在於一種光學裝置，其包括：一第一光學繞射組件；一第二光學繞射組件；及一色彩選擇性偏振器，其在該第一光學繞射組件與該第二光學繞射組件之間。當一第一色彩之光在一第一入射角下且以一第一偏振狀態入射於該第一光學繞射組件上時，該第一光學繞射組件在一第一繞射角下以一第一繞射效率繞射該第一色彩之光；當不同於該第一色彩之光的一第二色彩之光在一第二入射角下以不同於該第一偏振狀態之一第二偏振狀態入射於該第一光學繞射組件上時，該第一光學繞射組件以實質上小於該第一繞射效率之一繞射效率繞射該第二色彩之光；當呈該第二偏振狀態的該第二色彩之光入射於該色彩選擇性偏振器上時，該色彩選擇性偏振器將該第二色彩之光的一偏振狀態自該第二偏振狀態旋轉至該第一偏振狀態；且當該第二色彩之光在該第二入射角下且以該第一偏振狀態入射於該第二光學繞射組件上時，該第二光學繞射組件在一第二繞射角下以一第二繞射效率繞射該第二色彩之光。
本發明之另一態樣特徵在於一種光學裝置，其包括：一第一光學繞射組件，其經組態以：i)在一第一繞射角下以一第一繞射效率繞射在一第一入射角下入射的呈一第一偏振狀態之一第一色彩之光；及ii)以實質上小於該第一繞射效率之一繞射效率繞射在一第二入射角下入射的呈一第二偏振狀態之一第二色彩之光；一色彩選擇性偏振器，其經組態以將入射於該色彩選擇性偏振器上的呈該第二偏振狀態的該第二色彩之光的一偏振狀態自該第二偏振狀態旋轉至該第一偏振狀態；及一第二光學繞射組件，其經組態以在一第二繞射角下以一第二繞射效率繞射在該第二入射角下入射的呈該第一偏振狀態之該第二色彩之光，其中該色彩選擇性偏振器在該第一光學繞射組件與該第二光學繞射組件之間。
在一些實施方案中，該第二光學繞射組件經組態以在該第一入射角下以實質上小於該第二繞射效率之一繞射效率繞射呈該第二偏振狀態之該第一色彩之光。
在一些實施方案中，該第一光學繞射組件、該色彩選擇性偏振器及該第二光學繞射組件依序堆疊，使得該第一色彩之光及該第二色彩之光在該第二光學繞射組件之前入射於該第一光學繞射組件上。
在一些實施方案中，該光學裝置進一步包括：一第三光學繞射組件；及一第二色彩選擇性偏振器，其在該第二光學繞射組件與該第三光學繞射組件之間。該第二色彩選擇性偏振器經組態以當一第三色彩之光以該第二偏振狀態入射於該第二色彩選擇性偏振器上時，將該第三色彩之光之一偏振狀態自該第二偏振狀態旋轉至該第一偏振狀態。該第三光學繞射組件經組態以當該第三色彩之光在一第三入射角下且以該第一偏振狀態入射於該第三光學繞射組件上時，在一第三繞射角下以一第三繞射效率繞射該第三色彩之光。
在一些實施方案中，該色彩選擇性偏振器經組態以將該第一色彩之光的一偏振狀態自該第一偏振狀態旋轉至該第二偏振狀態，且該第二色彩選擇性偏振器經組態以將該第二色彩之光的該偏振狀態自該第一偏振狀態旋轉至該第二偏振狀態，而不旋轉該第一色彩之光的該偏振狀態。
該光學裝置視情況進一步包括一第三色彩選擇性偏振器，該第三色彩選擇性偏振器經組態以將該第一色彩之光及該第二色彩之光中之每一者的該偏振狀態自該第二偏振狀態旋轉至該第一偏振狀態，而不旋轉該第三色彩之光之該偏振狀態。該第三光學繞射組件在該第二色彩選擇性偏振器與該第三色彩選擇性偏振器之間。
在一些實施方案中，該第三光學繞射組件經組態而以實質上小於該第三繞射效率之一繞射效率繞射以該第二偏振狀態入射的該第一色彩之光及該第二色彩之光中之每一者，該第一光學繞射組件經組態而以實質上小於該第一繞射效率之一繞射效率繞射以該第二偏振狀態入射的該第三色彩之光。該第二光學繞射組件經組態而以實質上小於該第二繞射效率之一繞射效率繞射以該第二偏振狀態入射的該第一色彩之光及該第三色彩之光中之每一者。
在一些實施方案中，該第二色彩選擇性偏振器包括一對一第一子偏振器及一第二子偏振器。該第一子偏振器經組態以將該第二色彩之光之該偏振狀態自該第一偏振狀態旋轉至該第二偏振狀態，而不旋轉該第一色彩之光及該第三色彩之光中之每一者之該偏振狀態，且該第二子偏振器經組態以將該第三色彩之光之該偏振狀態自該第二偏振狀態旋轉至該第一偏振狀態，而不旋轉該第一色彩之光及該第二色彩之光中之每一者之該偏振狀態。
在一些實施方案中，該光學裝置視情況進一步包括一第四色彩選擇性偏振器，該第四色彩選擇性偏振器經組態以將該第一色彩之光的一偏振狀態自該第二偏振狀態旋轉至該第一偏振狀態，而不旋轉該第二色彩之光及該第三色彩之光中之每一者之該偏振狀態，其中該第一光學繞射組件在該第四色彩選擇性偏振器與該色彩選擇性偏振器之間。
在一些實施方案中，該第一光學繞射組件、該第二光學繞射組件及該第三光學繞射組件中之每一者包括形成於一記錄介質中之一各別全像光柵。該記錄介質可包括一感光聚合物。該記錄介質可為光學透明的。該各別全像光柵係固定於該記錄介質中。
在一些實施方案中，該第一光學繞射組件、該第二光學繞射組件及該第三光學繞射組件中之每一者包括附接至該記錄介質之一側的一載體膜。該第一光學繞射組件、該第二光學繞射組件及該第三光學繞射組件中之每一者可包括附接至該記錄介質之與該載體膜相對的另一側之一繞射基板。
在一些情況下，該第一光學繞射組件之該載體膜附接至該色彩選擇性偏振器之一第一側，且該第二光學繞射組件之該繞射基板附接至該色彩選擇性偏振器之一第二相對側，且該第二光學繞射組件之該載體膜附接至該第二色彩選擇性偏振器之一第一側，且該第二光學繞射組件之該繞射基板附接至該第二色彩選擇性偏振器之一第二相對側。
在一些實施方案中，該光學裝置進一步包括一基板，且該第一光學繞射組件在該基板與該色彩選擇性偏振器之間。在一些實施方案中，該光學裝置在該基板之一表面上進一步包括一抗反射塗層。在一些實施方案中，該光學裝置進一步包括一前表面及一背表面，其中該第一色彩之光及該第二色彩之光入射於該前表面上，且該光學裝置進一步在該背表面上包括一抗反射塗層。
在一些實施方案中，該光學裝置包括複數個光學組件，該複數個光學組件包括該第一光學繞射組件、該色彩選擇性偏振器及該第二光學繞射組件，其中該複數個組件中之鄰近的兩個光學組件經由一折射率匹配材料附接在一起。
在一些實施方案中，該第一光學繞射組件及該第二光學繞射組件中之每一者包括形成於一記錄介質中之一各別布拉格光柵，且該各別布拉格光柵包括具有一條紋傾斜角θ
t之複數個條紋平面及在該記錄介質之一體積中垂直於該等條紋平面之一條紋間距Λ。
在一些實施方案中，該各別布拉格光柵經組態以使得當該記錄介質上之一入射角為一布拉格角時，一各別繞射角θ
m滿足如下布拉格等式：
mλ = 2 n Λ sin( θ
m- θ
t)，
其中λ表示一種色彩之光在真空中的一各別波長，n表示在該記錄介質中之一折射率，θ
m表示在該記錄介質中之m級繞射布拉格角，且θ
t表示該記錄介質中之一條紋傾角。
在一些實施方案中，該第一入射角及該第二入射角中之每一者實質上相同於該布拉格角，且該第一繞射角及該第二繞射角中之每一者實質上相同於一級布拉格角。
在一些實施方案中，該各別布拉格光柵之該條紋傾斜角實質上等於45度。
在一些實施方案中，該記錄介質之一厚度比該條紋間距大多於一個數量級。該記錄介質之該厚度可比該條紋間距大出約30倍。
在一些情況下，該第一繞射角與該第二繞射角實質上彼此相同。
在一些情況下，該第一繞射角及該第二繞射角中之每一者在-10度至10度之一範圍內。該第一繞射角及該第二繞射角中之每一者實質上等於0度。該第一繞射角及該第二繞射角中之每一者可在-7度至7度之一範圍內。該第一繞射角及該第二繞射角中之每一者可實質上等於6度。
在一些情況下，該第一入射角及該第二入射角中之每一者在70度至90度之一範圍內。該第一入射角與該第二入射角可實質上彼此相同。
在一些情況下，該第一偏振狀態為s偏振，且該第二偏振狀態可為p偏振。
在一些實施方案中，該第一光學繞射組件經組態而以比該第一繞射效率小至少一個數量級之該繞射效率繞射以該第二偏振狀態入射的該第二色彩之光。
在一些實施方案中，該色彩選擇性偏振器經組態以不旋轉該第一色彩之光之一偏振狀態。
在一些實施方案中，該光學裝置進一步包括一第二色彩選擇性偏振器，該第二色彩選擇性偏振器經組態以將該第一色彩之光的一偏振狀態自該第二偏振狀態旋轉至該第一偏振狀態，而不旋轉該第二色彩之光之該偏振狀態，其中該第一光學繞射組件在該第二色彩選擇性偏振器與該色彩選擇性偏振器之間。
在一些實施方案中，該第一光學繞射組件包括一第一繞射結構，且該第二光學繞射組件包括一第二繞射結構，其中該光學裝置包括一第一反射層及一第二反射層，其中該第一反射層在該第一繞射結構與該第二繞射結構之間，該第二繞射結構在該第一反射層與該第二反射層之間，其中該第一繞射結構經組態以：i)繞射在該第一入射角下入射於該第一繞射結構上之該第一色彩之光的一級及零級，該一級在該第一繞射角下繞射。該零級在該第一入射角下透射；及ii)透射在該第二入射角下入射於該第一繞射結構上之該第二色彩之光，其中該第一反射層經組態以：i)全反射在該第一入射角下入射於該第一反射層上之該第一色彩之光；及ii)透射在該第二入射角下入射於該第一反射層上之該第二色彩之光，且其中該第二繞射結構經組態以繞射在該第二入射角下入射於該第二繞射結構上之該第二色彩之光。
本發明之另一態樣特徵在於一種光學裝置，其包括：一第一光學繞射組件，其包括一第一繞射結構；一第二光學繞射組件，其包括一第二繞射結構；一第一反射層；及一第二反射層。該第一反射層在該第一繞射結構與該第二繞射結構之間；該第二繞射結構在該第一反射層與該第二反射層之間；當一第一色彩之光在一第一入射角下入射於該第一繞射結構上時，該第一繞射結構繞射該第一色彩之一級及零級，該一級在一第一繞射角下繞射。該零級在該第一入射角下透射；當一第二色彩之光在一第二入射角下入射於該第一繞射結構上時，該第一繞射光柵在該第二入射角下透射該第二色彩之光；當該第一色彩之光在該第一入射角下入射於該第一反射層上時，該第一反射層全反射該第一色彩之光；當該第二色彩之光在該第二入射角下入射於該第一反射層上時，該反射層在該第二入射角下透射該第二色彩之光；當該第二色彩之光在該第二入射角下入射於該第二繞射結構上時，該第二繞射結構繞射該第二色彩之光的一級及零級，該一級在一第二繞射角下繞射。該零級在該第二入射角下透射；且當該第二色彩之光在該第二入射角下入射於該第二反射層上時，該反射層全反射該第二色彩之光。
本發明之另一態樣特徵在於一種光學裝置，其包括：一第一光學繞射組件，其包括一第一繞射結構，該第一繞射結構經組態以：i)繞射在一第一入射角下入射於該第一繞射結構上之一第一色彩之光的一級及零級，該一級在一第一繞射角下繞射。該零級在該第一入射角下透射；及ii)透射在一第二入射角下入射於該第一繞射結構上之一第二色彩之光；一第一反射層，其經組態以：i)全反射在該第一入射角下入射於該第一反射層上之該第一色彩之光；及ii)透射在該第二入射角下入射於該第一反射層上之該第二色彩之光；一第二光學繞射組件，其包括一第二繞射結構，該第二繞射結構經組態以繞射在該第二入射角下入射於該第二繞射結構上之該第二色彩之光的一級及零級，該一級在一第二繞射角下繞射，且該零級在該第二入射角下透射；及一第二反射層，其經組態以全反射在該第二入射角下入射於該第二反射層上之該第二色彩之光，其中該第一反射層在該第一繞射結構與該第二繞射結構之間，且該第二繞射結構在該第一反射層與該第二反射層之間。
本發明之另一態樣特徵在於一種光學裝置，其包括：一第一光學繞射組件，其包括一第一繞射結構，該第一繞射結構經組態以在一第一繞射角下繞射具有一第一入射角之一第一色彩之光；一第二光學繞射組件，其包括一第二繞射結構，該第二繞射結構經組態以在一第二繞射角下繞射具有一第二入射角之一第二色彩之光；一第一反射層，其經組態以全反射具有該第一入射角之該第一色彩之光且透射具有該第二入射角之該第二色彩之光；及一第二反射層，其經組態以全反射具有該第二入射角之該第二色彩之光，其中該第一反射層在該第一繞射結構與該第二繞射結構之間，且該第二繞射結構在該第一反射層與該第二反射層之間。
在一些實施方案中，該光學裝置進一步包括在該第一繞射結構與該第二繞射結構之間的一色彩選擇性偏振器。該第一繞射結構經組態以：i)以一第一繞射效率繞射在該第一入射角下入射的呈一第一偏振狀態的該第一色彩之光；及ii)以實質上小於該第一繞射效率之一繞射效率繞射在該第二入射角下入射的呈一第二偏振狀態的該第二色彩之光。該色彩選擇性偏振器可經組態以將入射於該色彩選擇性偏振器上的呈該第二偏振狀態的該第二色彩之光的一偏振狀態自該第二偏振狀態旋轉至該第一偏振狀態。該第二繞射結構可經組態而以一第二繞射效率繞射在該第二入射角下入射的層該第一偏振狀態的該第二色彩之光。
在一些實施方案中，該光學裝置進一步包括：一側表面及附接至該側表面且經組態以吸收該第一色彩及該第二色彩之全反射光的一光學吸收體。
在一些實施方案中，該第一反射層經組態以具有小於該第一光學繞射組件之緊鄰該第一反射層的一層之折射率的一折射率，使得具有該第一入射角之該第一色彩之光由該第一反射層與該第一光學繞射組件之該層之間的一界面全反射，而不全反射具有該第二入射角之該第二色彩之光。
在一些實施方案中，該第一光學繞射組件包括附接至該第一繞射結構之相對側的一第一載體膜及一第一繞射基板，該第一載體膜比該第一繞射基板更接近該第二繞射結構，且該第一載體膜可包括該第一反射層。
在一些實施方案中，該第二光學繞射組件包括附接至該第二繞射結構之相對側的一第二載體膜及一第二繞射基板，該第二繞射基板比該第二載體膜更接近該第一繞射結構，且該第二反射層附接至該第二載體膜。
在一些實施方案中，該光學裝置進一步包括一第三光學繞射組件，該第三光學繞射組件包括一第三繞射結構，該第三繞射結構經組態以繞射在一第三入射角下入射於該第三繞射結構上之一第三色彩之光之一級及零級，其中該一級在一第三繞射角下繞射，該零級在該第三入射角下透射，且該第二反射層在該第二繞射結構與該第三繞射結構之間。
在一些情況下，該第一反射層及該第二反射層中之每一者經組態以透射在該第三入射角下之該第三色彩之光。
在一些實施方案中，該光學裝置進一步包括一第三反射層，該第三反射層經組態以全反射在該第三入射角下入射於該第三反射層上的該第三色彩之光，其中該第三繞射結構在該第二反射層與該第三反射層之間。
在一些實施方案中，該等第二光學繞射組件包括配置於該第二繞射結構之相對側上的一第二繞射基板及一第二載體膜，該第三光學繞射組件包括定位於該第三繞射結構之相對側上的一第三載體膜及一第三繞射基板，且該第二反射層在該第二載體膜與該第三載體膜之間。
在一些實施方案中，該第一繞射組件及該光學繞射組件中之每一者包括形成於一記錄介質中之一各別全像光柵。該記錄介質可包括一感光聚合物。該記錄介質可為光學透明的。
在一些實施方案中，該第一光學繞射組件及該第二光學繞射組件中之每一者包括形成於該記錄介質中之一各別布拉格光柵。該各別布拉格光柵包括具有一條紋傾斜角θ
t的複數個條紋平面及在該記錄介質之一體積中垂直於該等條紋平面之一條紋間距Λ。
在一些實施方案中，該各別布拉格光柵經組態以使得當在該記錄介質上的一入射角為一布拉格角時，一各別繞射角θ
m滿足如下布拉格等式
mλ = 2 n Λ sin( θ
m- θ
t)，
其中λ表示一種色彩之光在真空中的一各別波長，n表示在該記錄介質中之一折射率，θ
m表示在該記錄介質中之m級繞射布拉格角，θ
t表示該記錄介質中之一條紋傾角。
該第一入射角及該第二入射角中之每一者可實質上相同於一各別布拉格角，且該第一繞射角及該第二繞射角中之每一者可實質上相同於一各別一級布拉格角。
在一些實施方案中，該記錄介質之一厚度比該條紋間距大多於一個數量級。該記錄介質之該厚度可比該條紋間距大出約30倍。
在一些情況下，該第一繞射角與該第二繞射角實質上彼此相同。該第一繞射角及該第二繞射角中之每一者在-10度至10度之一範圍內。該第一繞射角及該第二繞射角中之每一者實質上等於0度。該第一繞射角及該第二繞射角中之每一者實質上等於6度。
在一些情況下，該第一入射角不同於該第二入射角。在一些情況下，該第一色彩之光具有小於該第二色彩之光的一波長，且該第一色彩之光的該第一入射角大於該第二色彩之光的該第二入射角。在一些情況下，該第一入射角及該第二入射角中之每一者在70度至90度之一範圍內。
在一些實施方案中，該光學裝置包括複數個組件，該複數個組件包括該第一光學繞射組件及該第二光學繞射組件，且該複數個組件中之鄰近的兩個組件藉由一中間層附接在一起，該中間層包括一折射率匹配材料、一OCA、一UV固化或熱固化光學膠或一光學接觸材料中之至少一者。
在一些實施方案中，該第二反射層包括該中間層。
在一些實施方案中，該光學裝置進一步包括具有附接至該第一光學繞射組件之一前表面的一背表面之一基板。該基板可包括與該背表面成角度的一側表面。經組態以在該側表面處接收複數個不同色彩之光。該基板之該側表面與該背表面之間的一角度可不小於90度。該基板可經組態以使得該複數個不同色彩之光以實質上等於0度之一入射角入射於該側表面上。在一些情況下，該基板為楔形且包括一傾斜前表面。該前表面與該側表面之間的一角度小於90度。
本發明之另一實施例特徵在於一種系統，其包括：一照明器，其經組態以提供複數個不同色彩之光；及如本文所述之光學裝置中之任一者。該光學裝置鄰近於該照明器而配置，且經組態以自該照明器接收該複數個不同色彩之光並繞射該複數個不同色彩之光。
在一些實施方案中，該光學裝置經組態以在實質上彼此相同之各別繞射角下繞射該複數個不同色彩之光。
在一些實施方案中，該等各別繞射角中之每一者在-10度至10度之一範圍內。
在一些實施方案中，該系統進一步包括：一控制器，其耦接至該照明器且經組態以控制該照明器以提供該複數個不同色彩之光中之每一者。
在一些實施方案中，該系統進一步包括一顯示器，該顯示器包括複數個顯示元素，且該光學裝置經組態以將該複數個色彩之光繞射至該顯示器。
在一些實施方案中，該控制器耦接至該顯示器。經組態以將一各別控制信號傳輸至該複數個顯示元素中之每一者以用於調變該顯示元素之至少一個特性。
在一些實施方案中，該控制器經組態以：獲得圖形資料，該圖形資料包括用於對應於一三維空間中之一物件之複數個基元的各別基元資料；對於該複數個基元中之每一者，判定對該顯示器之該複數個顯示元素中之每一者的一電磁(EM)場貢獻；對於該複數個顯示元素中之每一者，產生自該複數個基元對該顯示元素之該等EM場貢獻的一總和；及對於該複數個顯示元素中之每一者，基於對該顯示元素之該等EM場貢獻之該總和而產生該各別控制信號。
本發明之另一態樣特徵在於一種系統，其包括：一顯示器，其包括複數個顯示元素；及如本文所述之光學裝置中之任一者，且該光學裝置經組態以將複數個不同色彩之光繞射至該顯示器。
在一些實施方案中，該光學裝置及該顯示器沿著一方向配置，該光學裝置包括沿著該方向之一前表面及一背表面，且該顯示器包括沿著該方向之一前表面及一背表面，且該顯示器之該前表面與該光學裝置之該背表面間隔開。
在一些實施方案中，該顯示器之該前表面與該光學裝置之該背表面間隔開一間隙。該顯示器之該前表面或該光學裝置之該背表面中之至少一者可用一抗反射塗層處理。
在一些實施方案中，該系統進一步包括在該光學裝置之該背表面上之一透明保護層。
在一些實施方案中，該顯示器之該前表面與該光學裝置之該背表面藉由一中間層附接在一起。該中間層經組態以具有低於該光學裝置之一層之一折射率的一折射率，使得藉由該光學裝置以零級透射之該複數個不同色彩之光中的每一者在該中間層與該光學裝置之該層之間的一界面處全反射。
在一些實施方案中，該系統進一步包括在該顯示器之該前表面上之一蓋罩(例如，防護玻璃罩)，其中該光學裝置形成於該防護玻璃罩中。
在一些實施方案中，該光學裝置經組態以在該光學裝置之該前表面處接收該複數個色彩之光。
在一些實施方案中，該光學裝置包括在該光學裝置前方之一基板，且經組態以自該基板之至少一個側表面接收該複數個色彩之光。
在一些實施方案中，該光學裝置包括由該基板支撐且經組態以朝向該顯示器繞射該複數個不同色彩之光的至少一個繞射光柵。
在一些實施方案中，該基板包括一容器，該容器填充有具有小於該繞射光柵之一記錄介質之一折射率的一液體。
在一些實施方案中，該基板為楔形且包含一傾斜前表面。該前表面與該側表面之間的一角度可小於90度。
在一些實施方案中，該光學裝置經組態以沿著該基板中之不同光學路徑接收該複數個不同色彩之光之不同部分。繞射該等不同部分以照明該顯示器之不同對應區。該等不同區可包括該顯示器之一下部區、一上部區、一左側區及一右側區中之兩者或更多者。該複數個不同色彩之光之該等不同部分可由不同對應照明器提供。該光學裝置可經組態以自該基板之不同對應側表面接收該複數個不同色彩之光的不同部分。
在一些實例中，該光學裝置經組態以：將該複數個不同色彩之光之一第一部分自該基板之一第一側表面接收至該光學裝置之該背表面。繞射該第一部分以照明該顯示器之一第一區；及將該複數個不同色彩之光之一第二部分自該基板之一第二側表面接收至該光學裝置之該前表面、將該第二部分反射回至該光學裝置之該背表面。繞射該第二部分以照明該顯示器之一第二區。該第一側表面與該第二側表面可為同一側表面。該複數個不同色彩之光之該第二部分可由該光學裝置中之全內反射或一反射光柵反射。該基板亦可包括經組態以將一輸入光分離成該第一部分及該第二部分之一部分反射表面。
在一些實施方案中，該光學裝置包括配置於該光學裝置之該背表面處的至少一個繞射光柵。該繞射光柵可包括具有不同對應繞射效率之不同子區。該繞射光柵可經組態以：繞射入射於該繞射光柵之一第一子區處的該複數個不同色彩之光的一第一部分，以照明該顯示器之一第一區。將該複數個不同色彩之光之一第二部分反射至該光學裝置之該前表面，該第二部分進一步反射回至該光學裝置之該背表面且入射於該繞射光柵之一第二子區處；及繞射該第二部分以照明該顯示器之一第二不同區。
在一些實施方案中，該繞射光柵經組態以使得該顯示器之該第一區及該第二區上的該繞射第一部分與該繞射第二部分具有一實質上相同的光功率。該顯示器之該第一區及該第二區可具有與該繞射光柵之該第一子區及該第二子區之第一及第二不同繞射效率相關聯的不同反射率。
在一些實施方案中，該繞射光柵包括平鋪在一起之複數個子區。該等子區可沿著一水平方向平鋪。
在一些實施方案中，該等不同子區的邊緣經組態而以一光學無縫方式彼此鄰接。該等不同子區可藉由記錄一記錄介質中之每一子區期間將一或多個邊緣界定元件包括在一記錄光束或一物件光束中之至少一者之一光學路徑中而形成，且該一或多個邊緣界定元件可包括一正方形孔隙、一矩形孔隙或一平面平鋪孔隙。
在一些實施方案中，該繞射光柵之兩個鄰近子區鄰接而具有一間隙。該顯示器可包括多個平鋪顯示裝置。該繞射光柵之該等鄰近子區之間的該間隙與該顯示器之鄰近平鋪顯示裝置之間的一間隙對準。
在一些情況下，兩個鄰近不同子區具有一重疊。
在一些實施方案中，該繞射光柵係藉由使用一壓花、奈米壓印或自裝配結構以機械方式形成。
在一些實施方案中，該顯示器具有沿著一水平方向之一寬度及沿著一豎直方向之一高度，該水平方向及該豎直方向兩者皆垂直於該方向，且該寬度與該高度之間的一縱橫比可大於16:9。
在一些實施方案中，該光學裝置經組態以在實質上彼此相同之各別繞射角下繞射該複數個不同色彩之光。在一些實例中，該等各別繞射角中之每一者在-10度至10度之一範圍內。
在一些實施方案中，該顯示器經組態以經由該光學裝置將該等繞射色彩之光繞射回。
在一些實施方案中，該光學裝置之一區域覆蓋該顯示器之一區域。
在一些實施方案中，該系統進一步包括：一照明器，其鄰近於該光學裝置配置且經組態以將該複數個色彩之光提供至該光學裝置。該照明器可包括各自經組態以發射一各別色彩之光的複數個發光元件。
在一些實施方案中，來自該複數個發光元件之光束之中心可相對於彼此偏移。該照明器可經組態以提供具有一橢圓形光束剖面或一矩形光束剖面之一光束。該照明器可經組態以提供具有一特定偏振定向之一光束。該照明器可包括經組態以獨立地控制該複數個不同色彩之光中之每一者的橢圓度及偏振定向之一或多個光學組件。
在一些實施方案中，該照明器包括經組態以控制該複數個不同色彩之光之一均勻性的一或多個光學組件。該一或多個光學組件包括變跡光學元件或剖面轉換器。
在一些實施方案中，該系統包括經組態以增大該複數個不同色彩之光之一寬度的一或多個變形或圓柱形光學元件。
在一些實施方案中，該系統可進一步包括：一稜鏡元件，其在該照明器與該光學裝置之間且經組態以自該稜鏡元件之一輸入表面接收該複數個不同色彩之光，及鄰近於該稜鏡元件之一出射表面之一或多個擴展光柵，該一或多個擴展光柵中之每一者經組態以使一不同對應色彩之一光的一光束剖面在至少一個維度上擴展一因子。
在一些實施方案中，該系統進一步包括在該一或多個擴展繞射光柵下游之一或多個反射器，該一或多個反射器中之每一者經組態以將一各別色彩之光反射至該光學裝置中。該一或多個反射器中之每一者之一傾斜角可獨立調整以引起自該光學裝置至該顯示器之一繞射均勻性。
在一些實施方案中，該系統可進一步包括經組態以偵測由該系統形成的一全像光場之一或多個光學特性的一色彩感測器或一亮度感測器中之至少一者，其中該一或多個反射器之該等傾斜角可基於該全像光場之該等所偵測光學特性加以調整。該一或多個光學特性可包括亮度均勻性、色彩均勻性或白點。
在一些實施方案中，該一或多個反射器可調整以校正該系統之組件之對準的改變。
在一些實施方案中，該一或多個反射器與該光學裝置之間的一光學距離經組態使得該複數個不同色彩之光中之每一者由一對應反射器反射，而不透射通過一或多個其他反射器。
在一些實施方案中，該一或多個反射器經組態以使得在該一或多個反射器中之每一者處照明之光來自一實質上不同的方向。
在一些實施方案中，該稜鏡元件與該光學裝置之一基板之間的一角度可調整以使由該系統形成之一全像光場之一位置傾斜。
在一些實施方案中，該一或多個擴展光柵經組態以在一個或兩個橫向方向上至少部分地準直該複數個不同色彩之光。
在一些實施方案中，該系統進一步包括：一控制器，其耦接至該照明器且經組態以控制該照明器以提供該複數個色彩之光中之每一者。該控制器可耦接至該顯示器，且經組態以將一各別控制信號傳輸至該複數個顯示元素中之每一者以用於調變該顯示元素之至少一個特性。
在一些實施方案中，該控制器經組態以：獲得圖形資料，該圖形資料包括用於對應於一三維空間中之一物件之複數個基元的各別基元資料；對於該複數個基元中之每一者，判定對該顯示器之該複數個顯示元素中之每一者的一電磁(EM)場貢獻；對於該複數個顯示元素中之每一者，產生自該複數個基元對該顯示元素之該等EM場貢獻的一總和；及對於該複數個顯示元素中之每一者，基於對該顯示元素之該等EM場貢獻之該總和而產生該各別控制信號。
在一些實施方案中，該控制器經組態以：在一系列時段中使用與該複數個色彩之光相關聯之資訊依序調變該顯示器；及控制該照明器以在該系列時段中之一各別時段期間將該複數個色彩之光中之每一者依序發射至該光學裝置，使得該複數個色彩之光中之每一者由該光學裝置繞射至該顯示器。由該顯示器之經調變顯示元素反射以在該各別時段期間形成對應於該物件之一各別色彩三維光場。
在一些實施方案中，該控制器經組態以調變該顯示器，使得該各別色彩三維光場完全出現在該顯示器前方、完全出現在該顯示器後方，或部分出現在該顯示器前方且部分出現在該顯示器後方。
在一些實施方案中，該顯示器包括一空間光調變器(SLM)，該空間光調變器包括一數位微鏡裝置(DMD)或一矽上液晶(LCOS)裝置。
在一些實施方案中，該系統進一步包括配置於該顯示器與該光學裝置之間的一光學偏振器，其中該光學偏振器經組態以改變該複數個不同色彩之光的一偏振狀態。
在一些實施方案中，該光學裝置包括一光學繞射組件，該光學繞射組件經組態以將包含該複數個不同色彩之光的光繞射至該顯示器，該顯示器經組態以繞射照明該等顯示元素之該光的一部分。
在一些實施方案中，該光學裝置進一步包括一光學重導向組件，該光學重導向組件經組態以透射該光之該部分以形成一全像場景且在一三維(3D)空間中重導向顯示零級光遠離該全像場景，該顯示零級光包含來自該顯示器之反射光。
在一些實施方案中，該光學重導向組件包括用於該複數個不同色彩之光中之該顯示零級光的複數個重導向全像光柵，且該複數個重導向全像光柵中之每一者經組態以在該3D空間中朝向一各別方向以一各別繞射角繞射該複數個不同色彩之光中的一各別色彩之光中之顯示零級光。
在一些實施方案中，該光學繞射組件經組態以繞射該複數個不同色彩之光以約0°之一角度照明該顯示器，使得該光學繞射組件重導向自該顯示器反射之該顯示零級光遠離該全像場景。
在一些實施方案中，該全像場景中具有該光學繞射組件及該光學重導向組件之抑制的該顯示零級光之一量與該全像場景中不具有該抑制的該顯示零級光之一量之間的一比率小於2%。
在一些實施方案中，該光學重導向組件包括一一維抑制光柵，且該全像場景包含對應於該顯示零級光之抑制的一條帶，且該系統可經組態以使得該條帶在一觀看者之一觀看視力之外。
本發明之另一態樣特徵在於一種系統，其包括：一顯示器，其包括複數個顯示元素；一光學裝置，其鄰近於該顯示器配置且經組態以將光繞射至該顯示器；及一控制器，其耦接至該顯示器且經組態以：獲得圖形資料，該圖形資料包括用於對應於一三維空間中之一物件之複數個基元的各別基元資料；對於該複數個基元中之每一者，藉由在一三維座標系統中計算自該基元至該顯示元素之一電磁(EM)場傳播來判定對該顯示器之該複數個顯示元素中之每一者的一EM場貢獻；對於該複數個顯示元素中之每一者，產生自該複數個基元對該顯示元素之該等EM場貢獻的一總和；及對於該複數個顯示元素中之每一者，基於對該顯示元素之該等EM場貢獻之該總和而產生一各別控制信號，用於調變該顯示元素之至少一個特性。
在一些實施方案中，該光學裝置可包括包括如本文所述的至少一個色彩選擇性偏振器的光學裝置中之任一者。
在一些實施方案中，該光學裝置可包括包括如本文所述的至少一個反射層的光學裝置中之任一者。
在一些實施方案中，該光學裝置包括形成於一記錄介質中的一全像光柵。
在一些實施方案中，該光學裝置包括形成於一記錄介質上之複數個全像光柵，且該複數個全像光柵中之每一者經組態以繞射具有至該顯示器之一各別入射角的一各別色彩之光。
在一些實施方案中，該光學裝置配置於該顯示器前方，且該顯示器經組態以經由該光學裝置將該繞射光繞射回以形成對應於該物件之一三維光場。
在一些實施方案中，該光學裝置進一步包括一照明器，該照明器鄰近於該光學裝置配置且經組態以將該光提供至該光學裝置。
在一些實施方案中，該控制器經組態以：在一系列時段中用與對應於複數個色彩之光的複數個色彩相關聯之資訊依序調變該顯示器，及控制該照明器以在該系列時段中之一各別時段期間將該複數個色彩之光中之每一者依序發射至該光學裝置，使得該複數個色彩之光中之每一者由該光學裝置繞射至該顯示器，且由該顯示器之經調變顯示元素反射以在該各別時段期間形成對應於該物件之一各別色彩三維光場。
本發明之另一態樣特徵在於一種方法，其包括：製造如本文所述的光學裝置中之任一者。
本發明之另一態樣特徵在於一種製造包括至少一個色彩選擇性偏振器之光學裝置之方法，該方法包括：形成該第一光學繞射組件；形成該第二光學繞射組件；及將該色彩選擇性偏振器配置在該第一光學繞射組件與該第二光學繞射組件之間。
在一些實施方案中，形成該第一光學繞射組件包括：在一記錄介質中形成一第一繞射結構。
在一些實施方案中，在該記錄介質中形成該第一繞射結構包括藉由在該記錄介質上在一第一記錄物件角下照明一第一記錄物件光束且在一第一記錄參考角下照明一第一記錄參考光束來在該記錄介質中記錄一第一全像光柵，其中該第一記錄物件光束與該第一記錄參考光束具有一相同波長及相同的第一偏振狀態。
在一些實例中，該第一色彩之光包括寬於或等於該第一記錄參考光束或該第一記錄物件光束之波長範圍的一波長範圍。在一些實例中，該第一記錄參考光束對應於不同於該第一色彩之光之一第一色彩的一色彩。
在一些實例中，該第一色彩之光的該第一入射角實質上相同於該第一記錄參考角，且該第一繞射角實質上相同於該第一記錄物件角。
在一些實例中，該第一記錄參考角度在70度至90度之一範圍內。在一些實例中，該第一記錄參考角在80度至90度之一範圍內。在一些實例中，該第一記錄物件角在-10度至10度之一範圍內。在一些實例中，該第一記錄物件角實質上等於6度。在一些實例中，該第一記錄物件角實質上等於0度。在一些實例中，該第一記錄參考角與該第一記錄物件角之一總和實質上等於90度。
在一些實施方案中，該記錄介質之一厚度比該第一記錄物件光束之該波長大多於一個數量級。該記錄介質之該厚度可比該第一記錄物件光束之該波長大出約30倍。
在一些實施方案中，在該記錄介質中形成該第一繞射結構包括：在該記錄介質中固定該第一繞射結構。
在一些實施方案中，該記錄介質在一載體膜與一繞射基板之間。
在一些實例中，該第一繞射角與該第二繞射角實質上彼此相同。在一些實例中，該第一入射角與該第二入射角實質上彼此相同。
在一些實施方案中，將該色彩選擇性偏振器配置在該第一光學繞射組件與該第二光學繞射組件之間包括：依序堆疊該第一光學繞射組件、該色彩選擇性偏振器及該第二光學繞射組件，使得該第一色彩之光及該第二色彩之光在該第二光學繞射組件之前入射於該第一光學繞射組件上。
在一些實施方案中，依序堆疊該第一光學繞射組件、該色彩選擇性偏振器及該第二光學繞射組件包括在該第一光學繞射組件之前的一基板上依序配置該第一光學繞射組件、該色彩選擇性偏振器及該第二光學繞射組件。
在一些實施方案中，依序堆疊該第一光學繞射組件、該色彩選擇性偏振器及該第二光學繞射組件包括：將該色彩選擇性偏振器經由一第一中間層附接至該第一光學繞射組件；及將該第二光學繞射組件經由一第二中間層附接至該色彩選擇性偏振器，其中該第一中間層及該第二中間層中之每一者包括一各別折射率匹配材料。
在一些實施方案中，該方法進一步包括：形成一第三光學繞射組件，其經組態以在一第三繞射角下以一第三繞射效率繞射具有該第一偏振狀態及一第三入射角之一第三色彩之光；及將一第二色彩選擇性偏振器配置於該第二光學繞射組件與該第三光學繞射組件之間，其中該第二色彩選擇性偏振器經組態以將該第三色彩之光之一偏振狀態自該第二偏振狀態旋轉至該第一偏振狀態。
在一些實施方案中，該色彩選擇性偏振器經組態以將該第一色彩之光的一偏振狀態自該第一偏振狀態旋轉至該第二偏振狀態，且該第二色彩選擇性偏振器經組態以將該第二色彩之光的該偏振狀態自該第一偏振狀態旋轉至該第二偏振狀態，而不旋轉該第一色彩之光的該偏振狀態。
在一些實施方案中，該方法進一步包括將一第三色彩選擇性偏振器依序配置至該第三光學繞射組件，使得該第三光學繞射組件在該第二色彩選擇性偏振器與該第三色彩選擇性偏振器之間，其中該第三色彩選擇性偏振器經組態以將該第一色彩之光及該第二色彩之光中之每一者的該偏振狀態自該第二偏振狀態旋轉至該第一偏振狀態，而不旋轉該第三色彩之光之該偏振狀態。
在一些實施方案中，該方法進一步包括在該第一光學繞射組件之前配置一第四色彩選擇性偏振器，使得該第一光學繞射組件在該第四色彩選擇性偏振器與該色彩選擇性偏振器之間，其中該第四色彩選擇性偏振器經組態以將該第一色彩之光的一偏振狀態自該第二偏振狀態旋轉至該第一偏振狀態，而不旋轉該第二色彩之光及該第三色彩之光中之每一者之該偏振狀態。
在一些實施方案中，該第一偏振狀態為s偏振，且該第二偏振狀態為p偏振。
本發明之另一態樣特徵在於一種製造包括至少一個反射層之光學裝置中之任一者之方法，該方法包括：形成包括該第一繞射結構之該第一光學繞射組件；形成包括該第二繞射結構之該第二光學繞射組件；將該第一反射層配置在該第一繞射結構與該第二繞射結構之間，該第二繞射結構沿著一方向與該第一繞射結構連續；及沿著該方向與該第二繞射結構連續地配置該第二反射層。
在一些實施方案中，該方法進一步包括在該光學裝置之一側表面上形成一光學吸收體，其中該光學吸收體經組態以吸收該第一色彩及該第二色彩之該全反射光。
在一些實施方案中，該第一反射層經組態以具有小於該第一光學繞射組件之緊鄰該第一反射層的一層之折射率的一折射率，使得具有該第一入射角之該第一色彩之光由該第一反射層與該第一光學繞射組件之該層之間的一界面全反射，而不全反射具有該第二入射角之該第二色彩之光。
在一些實施方案中，該方法進一步包括形成一第三光學繞射組件，該第三光學繞射組件包括經組態以繞射具有一第三入射角之一第三色彩之光，其中沿著該方向與該第二繞射結構連續地配置該第二反射層包括沿著該方向在該第二繞射結構與該第三繞射結構之間配置該第二反射層。該第一反射層及該第二反射層中之每一者可經組態以透射具有該第三入射角之該第三色彩之光。
在一些實施方案中，該方法進一步包括沿著該方向與該第三繞射結構連續地配置一第三反射層，其中該第三反射層經組態以全反射具有該第三入射角之該第三色彩之光。
在一些實施方案中，該第一光學繞射組件、該第二光學繞射組件及該第三光學繞射組件中之每一者包括一各別載體膜及一各別繞射基板，該第一反射層包括該第一光學繞射組件之一第一載體膜。將該第一反射層配置在該第一繞射結構與該第二繞射結構之間可包括將該第二光學繞射組件之一第二繞射基板藉由一第一中間層附接至該第一光學繞射組件之該第一載體膜。將該第二反射層沿著該方向配置在該第二繞射結構與該第三繞射結構之間可包括將該第二光學繞射組件之一第二載波膜藉由一第二中間層附接至該第三光學繞射組件之一第三載體膜。該第二反射層可包括該第二中間層。該第三反射層可附接至該第三光學繞射組件之一第三繞射基板。
在一些實施方案中，該方法進一步包括：在一基板上配置該第一光學繞射組件，該基板沿著該方向在該第一光學繞射組件之前，其中該基板包括一前表面及一背表面。
在一些實施方案中，在該基板上配置該第一光學繞射組件包括將該第一光學繞射組件之一前表面經由一折射率匹配材料附接至該基板之該背表面。
在一些實施方案中，該基板包括與該基板之該背表面成角度的一側表面，且該基板經組態以在該側表面處接收複數個不同色彩之光。該基板可經組態以使得該複數個不同色彩之光以實質上等於0度之一入射角入射於該側表面上。
在一些實施方案中，形成包括該第一繞射結構之該第一光學繞射組件包括：在一記錄介質中形成該第一繞射結構。
在一些實施方案中，在該記錄介質中形成該第一繞射結構包括藉由在一第一記錄物件角下注入一第一記錄物件光束且在一第一記錄參考角下注入一第一記錄參考光束來在該記錄介質中記錄一第一全像光柵，其中該第一記錄物件光束與該第一記錄參考光束具有一相同波長及一相同偏振狀態。
在一些實施方案中，該第一色彩之光包括寬於或等於該第一記錄參考光束之波長範圍的一波長範圍。
在一些實施方案中，該第一記錄參考光束對應於不同於該第一色彩之光之一第一色彩的一色彩。
在一些實施方案中，該第一色彩之光的該第一入射角實質上相同於該第一記錄參考角，且該第一繞射角實質上相同於該第一記錄物件角。
在一些實例中，該第一記錄參考角在70度至90度之一範圍內。在一些實例中，該第一記錄參考角在70度至80度之一範圍內。在一些實例中，該第一記錄物件角在-10度至10度之一範圍內。
在一些實施方案中，該記錄介質之一厚度比該第一記錄物件光束之該波長大多於一個數量級。該記錄介質之該厚度可比該第一記錄物件光束之該波長大出約30倍。
在一些實施方案中，在該記錄介質中形成該第一繞射結構包括在該記錄介質中固定該第一繞射結構。
在一些實施方案中，該第一入射角不同於該第二入射角。在一些實例中，該第一色彩之光具有小於(或短於)該第二色彩之光的一波長，該第一入射角大於(或長於)該第二入射角。
本發明之另一態樣特徵在於一種方法，其包括：根據如本文所述之方法中之任一者形成一光學裝置；及配置該光學裝置及包括複數個顯示元素之一顯示器，使得該光學裝置經組態以將複數個不同色彩之光繞射至該顯示器。
在一些實施方案中，配置該光學裝置及該顯示器包括使該光學裝置之一背表面與該顯示器之一前表面間隔開一間隙。
在一些實施方案中，該方法進一步包括在該顯示器之該前表面或該光學裝置之該背表面中之至少一者上形成一抗反射塗層。
在一些實施方案中，配置該光學裝置及該顯示器包括將該光學裝置之一背表面經由一中間層附接於該顯示器之一前表面上。
在一些情況下，該中間層經組態以具有低於該光學裝置之一層之一折射率的一折射率，使得由該光學裝置以零級透射之該複數個不同色彩之光中之每一者在該中間層與該光學裝置之該層之間的一界面處全反射。
在一些實施方案中，該光學裝置經組態以在實質上彼此相同之各別繞射角下繞射該複數個不同色彩之光。
在一些實例中，該等各別繞射角中之每一者在-10度至10度之一範圍內。
在一些實施方案中，該顯示器經組態以經由該光學裝置將該等繞射色彩之光繞射回。
在一些實施方案中，該光學裝置之一區域覆蓋該顯示器之一區域。
在一些實施方案中，該光學裝置包括一基板，該基板在該光學裝置前方且經組態以在該基板之與該基板之一背表面成角度的一側表面處接收該複數個不同色彩之光。
本發明之另一態樣特徵在於一種方法，其包括：使用一光學裝置將包括複數個不同色彩之光之一入射光束轉換個別繞射色彩之光。該光學裝置可為如本文所述的光學裝置中之任一者。
本發明之另一態樣特徵在於一種方法，其包括：將至少一個時序控制信號傳輸至一照明器以啟動該照明器，從而將複數個不同色彩之光發射至一光學裝置上，使得該光學裝置將該複數個不同色彩之光轉換成個別繞射色彩之光以照明包括複數個顯示元素之一顯示器，其中該光學裝置為如本文所述的光學裝置中之任一者；及對於該顯示器之該複數個顯示元素中之每一者，傳輸至少一個各別控制信號以調變該顯示元素，使得該等個別繞射色彩之光由該等經調變顯示元素反射以形成對應於該等各別控制信號之一多色三維光場。
在一些實施方案中，該方法其進一步包括：獲得圖形資料，該圖形資料包括用於對應於一三維空間中之一物件之複數個基元的各別基元資料；對於該複數個基元中之每一者，藉由在一三維座標系統中計算自該基元至該顯示元素之一電磁(EM)場傳播來判定對該顯示器之該複數個顯示元素中之每一者的一EM場貢獻； 對於該複數個顯示元素中之每一者，產生自該複數個基元對該顯示元素之該等EM場貢獻的一總和；及對於該複數個顯示元素中之每一者，基於對該顯示元素之該等EM場貢獻之該總和而產生該各別控制信號，用於調變該顯示元素之至少一個特性，其中該多色三維光場對應於該物件。
在一些實施方案中，該方法包括：在一系列時段中使用與該複數個色彩之光相關聯之資訊依序調變該顯示器；及控制該照明器以在該系列時段中之一各別時段期間將該複數個色彩之光中之每一者依序發射至該光學裝置，使得該複數個色彩之光中之每一者由該光學裝置繞射至該顯示器，且由該顯示器之該等經調變顯示元素反射以在該各別時段期間形成對應於該物件之一各別色彩三維光場。
在一些實施方案中，該複數個不同色彩之光由該光學裝置在一實質上相同的繞射角下繞射至該顯示器。在一些實例中，該繞射角在-10度至10度之一範圍內。
在一些實施方案中，該照明器及該光學繞射裝置經組態使得該複數個不同色彩之光在各別入射角下入射於該光學繞射裝置之該第一光學繞射組件上。在一些實例中，該等各別入射角彼此不同。在一些實例中，該等各別入射角實質上彼此相同。在一些實例中，該等各別入射角中之每一者在70度至90度之一範圍內。
本發明之另一態樣特徵在於一種光學裝置，其包括：至少兩個光學繞射組件；及至少一個色彩選擇性偏振器，其中該光學裝置經組態以使得當不同色彩的光入射於該光學裝置上時，該光學裝置分離具有該等不同色彩中的個別色彩之光，同時抑制該等不同色彩之間的串擾。
在一些實施方案中，該光學裝置經組態以使得當不同色彩之該光入射於該光學裝置上時，該等光學繞射組件中之每一者繞射具有該等不同色彩中之一各別色彩的光。
在一些實施方案中，該光學裝置經組態以使得在由該光學裝置繞射之一輸出光束中，具有該等不同色彩中之一特定色彩的光之一功率比該等不同色彩中之一或多個其他色彩的光之一功率高至少一個數量級。
在一些實施方案中，該至少一個色彩選擇性偏振器經組態以旋轉具有該等不同色彩中之至少一種色彩之光的一偏振狀態，使得具有該等不同色彩中之一特定色彩之光以一第一偏振狀態入射於該等光學繞射組件中之一各別者上，而具有該等不同色彩中之一或多種其他色彩之光以不同於該第一偏振狀態之一第二偏振狀態入射於該等光學繞射組件中之該各別者上。
本發明之另一態樣特徵在於一種光學裝置，其包括：至少兩個光學繞射組件；及至少一個反射層，其中該光學裝置經組態以使得當不同色彩的光入射於該光學裝置上時，該光學裝置分離具有該等不同色彩中的個別色彩之光，同時抑制該等不同色彩之間的串擾，且其中該至少一個反射層經組態以用於該等不同色彩中之至少一者之光的全內反射。
在一些實施方案中，該光學裝置經組態以使得由該光學裝置繞射之一輸出光束僅包括具有該等不同色彩中之一特定色彩的光，而無來自該等不同色彩中之一或多種其他色彩的串擾。
在一些實施方案中，該至少一個反射層經組態以全反射由該光學繞射組件中之一各別者透射的該等不同色彩中之一特定色彩的零級光，同時透射該等不同色彩中之一或多種其他色彩。
在一些實施方案中，該光學裝置經組態以使得當不同色彩之該光入射於該光學裝置上時，該等光學繞射組件中之每一者繞射具有該等不同色彩中之一各別色彩的光。
本發明之另一態樣特徵在於一種系統，其包括：一顯示器；及如本文所述之光學裝置中之任一者，其中該光學裝置經組態以將複數個不同色彩之光繞射至該顯示器。
本發明之另一態樣特徵在於一種系統，其包括：一照明器，其經組態以提供複數個不同色彩之光；及如本文所述之光學裝置中之任一者，其中該光學裝置經組態以繞射來自該照明器的該複數個不同色彩之光。
本發明之另一態樣特徵在於一種系統，其包括：一顯示器；及一光學裝置，其包括用於將光繞射至該顯示器之一或多個透射繞射結構。
在一些實施方案中，該顯示器為經組態以經由該光學裝置將該光繞射回之一反射式顯示器。在一些實施方案中，該系統進一步包括一照明器，該照明器經組態以將該光提供至該光學裝置，其中該照明器配置於該光學裝置之該等透射繞射結構之一前側中。
在一些實施方案中，該顯示器為經組態以在不經由該光學裝置之情況下向前繞射該光之一透射式顯示器。在一些實施方案中，該系統進一步包括一照明器，該照明器經組態以將該光提供至該光學裝置，其中該照明器配置於該光學裝置之該等透射繞射結構之一後側中。
在一些實施方案中，該一或多個透射繞射結構中之每一者經組態以繞射複數個不同色彩中之一各別色彩。
該光學裝置進一步包括一或多個反射繞射結構。該一或多個透射繞射結構及該一或多個反射繞射結構中之每一者經組態以繞射複數個不同色彩中之一各別色彩。
本發明之另一態樣特徵在於一種系統，其包括：一顯示器；及一光學裝置，其包括用於將光繞射至該顯示器之一或多個反射繞射結構。
在一些實施方案中，該顯示器為經組態以經由該光學裝置將該光繞射回之一反射式顯示器。在一些實施方案中，該系統進一步包括一照明器，該照明器經組態以將該光提供至該光學裝置，其中該照明器配置於該光學裝置之該等反射繞射結構之一後側中。
在一些實施方案中，該顯示器為經組態以在不經由該光學裝置之情況下向前繞射該光之一透射式顯示器。在一些實施方案中，該系統進一步包括一照明器，該照明器經組態以將該光提供至該光學裝置，其中該照明器配置於該光學裝置之該等反射繞射結構之一前側中。
在一些實施方案中，該一或多個反射繞射結構中之每一者經組態以繞射複數個不同色彩中之一各別色彩。
在一些實施方案中，該光學裝置進一步包括一或多個透射繞射結構，且該一或多個透射繞射結構及該一或多個反射繞射結構中之每一者經組態以繞射複數個不同色彩中之一各別色彩。
本發明之另一態樣特徵在於一種光學裝置，其包括：複數個光學繞射組件，其包括至少一個透射繞射結構及至少一個反射繞射結構，其中該光學裝置經組態以使得當不同色彩的光入射於該光學裝置上時，該光學裝置分離具有該等不同色彩中的個別色彩之光，同時抑制該等不同色彩之間的串擾。
在一些實施方案中，該透射繞射結構及該反射繞射結構中之每一者經組態以繞射具有該等不同色彩中之一各別色彩之光。
在一些實施方案中，該光學裝置進一步包括：至少一個反射層，該至少一個反射層經組態以用於該等不同色彩中之至少一者之光的全內反射。
在一些實施方案中，該光學裝置進一步包括至少一個色彩選擇性偏振器，該至少一個色彩選擇性偏振器經組態以旋轉具有該等不同色彩中之至少一種色彩之光的一偏振狀態，使得具有該等不同色彩中之一特定色彩之光以一第一偏振狀態入射於該等光學繞射組件中之一各別者上，而具有該等不同色彩中之一或多種其他色彩之光以不同於該第一偏振狀態之一第二偏振狀態入射於該等光學繞射組件中之該各別者上。
本發明之另一態樣特徵在於一種系統，其包括：一顯示器；及根據如本文所述之光學裝置中之任一者的光學裝置，其中該光學裝置經組態以將複數個不同色彩之光繞射至該顯示器。
本發明之另一態樣特徵在於一種系統，其包括：一照明器，其經組態以提供複數個不同色彩之光；及根據如本文所述之光學裝置中之任一者的光學裝置，其中該光學裝置經組態以繞射來自該照明器的該複數個不同色彩之光。
在本發明中，術語「基元(primitive)」係指計算系統內用於輸入及輸出之基本不可劃分元素。該元素可是幾何元素或圖形元素。術語「全像圖(hologram)」係指由顯示器顯示(或上載至顯示器)之圖案，其含有關於物件之幅度資訊或相位資訊，或其某一組合。術語「全像重建(holographic reconstruction)」是指來自被照射之顯示器之體積光場(例如，全像光場)。
本文之主題之一或多個實施方案之細節在附圖及相關描述中闡述。主題之其他特徵、態樣及優點將從說明書、附圖及申請專利範圍中顯現。
應理解，實施方案之各個態樣可以不同方式組合。作為實例，某些方法、裝置或系統之特徵可與其他方法、裝置或系統之特徵組合。
以引用之方式併入
本申請案根據35 U.S.C. §119主張標題為「DISPLAYING THREE-DIMENSIONAL OBJECTS」且在2020年9月17日申請的美國申請案第63/079,707號及標題為「RECONSTRUCTING OBJECTS WITH DISPLAY ZERO ORDER LIGHT SUPPRESSION」且在2021年2月16日申請的美國申請案第63/149,964號的優先權，該等申請案之全部內容以引用之方式併入本文中。
本發明之實施方案之特徵在於用於實現將複雜電腦產生場景作為真實全像圖進行3D顯示之技術。該等技術提供了基於用於電磁場之馬克士威方程式之即時動態計算全像術的新穎且確定性的解，其可表示為馬克士威全像術。馬克士威全像術中之計算可表示為馬克士威全像計算。在實施例中，本發明利用包括場理論、拓樸結構、解析延拓及/或對稱群組之工具將全像圖作為一般電場之狄利克雷(Dirichlet)或柯西(Cauchy)邊界條件問題來處理，此使得能夠即時地求解全像圖而沒有舊版全像系統之限制。在實施例中，該等技術可用於利用空間光調變器(SLM)或任何其他全像裝置來製作僅相位、僅振幅、或者相位及振幅全像圖。
本發明之實施方案可提供：1)使用場理論及接觸幾何而非經典光學將全像圖近似為電磁邊界條件之機制；2)導出及實施為計算全像術之電磁邊界條件方法之電腦程式碼及應用程式設計介面(API)，即，將全像圖計算實施為全像圖平面之2D解析函數並且隨後離散化為並行演算法；及/或3)實施標準電腦圖形基元(例如，點、線、三角形及紋理三角形)之全3D全像版本之完整集合，此可實現與標準現有電腦圖形工具及技術之完全相容性。該等技術可使得裝置能夠顯示現有通用之不係為全像術專門建立之內容，並且同時允許現有內容建立者建立全像作品，而不必學習特殊技術或者使用特殊工具。
特定言之，本文揭示之技術可涉及使用光之數學立式(或表達式)作為電磁(EM)現象來代替在計算全像術中常用之經典光學之數學立式，例如，格希貝格-沙克斯頓(Gerchberg-Saxton) (G-S)演算法。本文揭示之數學立式源自馬克士威方程式。在實施例中，本文揭示之技術涉及將顯示之影像視為電磁場並且將全像圖視為產生電磁場之邊界值條件(例如，狄利克雷問題)。另外，可使用電腦圖形中普遍存在之基元範式來建構期望之影像，從而允許例如該等技術被用於將任何3D影像顯示為全像重建(例如，全像光場)而非2D螢幕上之投影影像。與遭受頻寬限制之深度點雲技術相比，該等技術可避免此等限制並使用任何合適類型之基元，例如，點基元、線基元或多邊形基元(諸如三角形基元)。此外，可用色彩資訊、紋理資訊及/或著色資訊來渲染基元。此可幫助達成包括全像視訊之CG全像內容之記錄及壓縮方案。
在實施例中，本文揭示之技術使用馬克士威方程式來將所產生之全像圖計算為電磁場模型化之邊界條件問題，此可消除對快速傅立葉變換(FFT)及其固有限制之依賴性、消除對諸如雷射或發光二極體(LED)之準直光源之依賴性、及/或消除計算全像術之先前方法及非確定性解之限制。
在實施例中，可根據建置場景所需之電腦產生(CG)基元之參數，藉由數學最佳化程序針對計算簡單性及速度來最佳化本文揭示之技術，該數學最佳化程序將獨立輸入約束至全像圖之表面。此允許在計算架構(例如，特殊應用積體電路(ASIC)及多核心架構)中以高度並行及高度最佳之方式執行工作。計算全像圖之程序可被認為係以電腦產生影像(CGI)場景之形式在輸入資料上執行之單一指令，並且在理論上可在每一CGI基元之單一時脈循環中完成。
在實施例中，本文揭示之技術將全像場景視為全3D全像基元孔徑之組合，該等孔徑在功能上與習知3D圖形之標準基元相容，如在例如視訊遊戲、電影、電視、電腦顯示器、或任何其他顯示技術中所採用。該等技術可使得能夠在硬體及軟體中有效地實施此等孔徑基元，而沒有計算全像術之標準實施中固有之限制。可自動計算基元之振幅及色彩。與標準計算全像術中之n^2或n*log(n)相比，計算複雜度可隨著相位元素數n線性地增加。所建立之影像係全3D的且不為平面影像之集合，並且該等技術不需要具有未知步數之反覆振幅校正。此外，所產生之全像圖不具有在全像裝置上佔據空間之「共軛」影像。
由於全像基元係數學物件之特殊集合之部分，所以全像基元可相對簡單且相對快速進行計算，並且全像基元可獨特地適用於並行、分散式計算方法。可計算性及並行性可允許大全像圖之互動式計算，從而設計理論上無限大小之大面積全像裝置，其可充當全像電腦顯示器、電話顯示器、家庭影院以及甚至全像房間。此外，全像圖可用光填充大區域，例如，在3D中渲染大著色區域，而沒有與習知全像計算方法相關聯之限制，習知全像計算方法可致使元素以輪廓而非實心出現。此外，相對簡單及相對快速計算允許以不受n^2計算負荷及反覆振幅校正約束之互動式速度顯示即時全像圖。
在實施例中，該等技術可實現現代ASIC及多核心架構上之自然可計算性，並且可實現與現代圖形硬體、現代圖形軟體、及/或現代圖形工具及工具鏈之完全相容性。例如，該等技術可實施清楚且簡單的全像API，並藉由API使用習知3D內容建立工具(例如，3ds Max
®、SOLIDWORKS
®、Maya
®或Unity)來實施任意CG模型之高效能渲染。API可使開發者或使用者能夠與全像裝置(例如，光調變器或全像系統)互動。全像API可將電腦圖形基元建立為離散全像場景基元，從而允許利用通用及專門設計之全像計算硬體產生豐富的全像內容。數學及計算架構之建立可允許使用用於製作習知3D內容及軟體應用程式之工具及技術來渲染全像圖。數學及計算架構之最佳化可允許習知圖形及渲染之執行性實施例被顯示為全像重建。
本文揭示之技術中之演算法相對易於在硬體中實施。此不僅允許使用者期望之高品質渲染所需之計算速度，而且亦允許在相對簡單之電路(例如，作為全像裝置之一部分之ASIC閘結構)中實施演算法。因而，會困擾高密度顯示器之頻寬問題可能變得無關緊要，此係因為場景之計算可散佈在建置至顯示裝置中之計算架構(例如，內建式計算)中，而非必須遠端計算，且然後針對每一訊框內容寫入至顯示器之每一顯示元素(或顯示像素)。此亦意謂顯示元素之數量以及因此全像顯示器之大小可相對不受嚴重限制其他技術之約束所制約。
本文揭示之技術可使得使用結構化光之多種互動式技術能夠在不同應用中相對簡單且相對便宜地實施，此等應用包括例如固態光偵測及測距(LIDAR)裝置、3D列印及加工、智慧型照明器、智慧型微顯示器、光學切換、光學鉗子、或要求結構化光之任何其他應用。本文揭示之技術亦可用於光學模擬，例如用於光柵模擬。
圖1A示出用於3D顯示之實例系統100的示意圖。系統100包括計算裝置102及全像顯示裝置(或馬克士威全像顯示裝置) 110。計算裝置102經組態以準備與例如3D物件之物件對應之基元清單之資料，並經由有線或無線連接(例如USB-C連接或任何其他高速串列連接)將該資料傳輸至全像顯示裝置110。全像顯示裝置110經組態以計算基元清單對全像顯示裝置110中之顯示器(例如，調變器)之顯示元素之電磁(EM)場貢獻，基於所計算出對顯示器之EM場貢獻而用例如全像圖之圖案來調變顯示元素，以及在照明時以3D形式顯示與物件對應之光場，例如，全像重建。在本文中，全像圖係指顯示在顯示器上之圖案，該圖案含有關於物件之振幅資訊或相位資訊或者其組合。全像重建係指當顯示器被照明時來自顯示器之體積光場(例如，全像光場)。
計算裝置102可為任何適當類型之裝置，例如桌上型電腦、個人電腦、筆記型電腦、平板計算裝置、個人數位助理(PDA)、網路設備、智慧型行動電話、智慧型手錶、增強型通用封包無線電服務(EGPRS)行動電話、介質播放器、導航裝置、電子郵件裝置、遊戲控制台、或此等計算裝置或其他計算裝置中之任何兩者或更多者之任何適當組合。
計算裝置102包括作業系統(OS) 104，OS 104可包括數個應用程式106作為圖形引擎。應用程式106可使用標準3D內容建立工具(例如，3ds Max
®、SOLIDWORKS
®、Maya
®或Unity)來處理或渲染場景，例如，任何任意CG模型。場景可對應於一或多個真或虛3D物件或物件之表示。應用程式106可並行操作以渲染場景從而獲得OS圖形抽象101，OS圖形抽象101可被提供給圖形處理單元(GPU) 108以供進一步處理。在一些實施方案中，OS圖形抽象101被提供給全像顯示裝置110以供進一步處理。
GPU 108可包括被設計用於快速操縱電腦圖形及影像處理之專用電子電路。GPU 108可處理場景之圖形抽象101以獲得經處理場景資料103，該經處理場景資料可用於獲得例如以特定次序編索引之基元清單105。基元可包括點基元、線基元或多邊形基元中之至少一者。在一些實施方案中，GPU 108包括經組態以產生經處理場景資料103及基元清單105之視訊驅動器。
在一些實施方案中，GPU 108包括習知渲染器120，可藉由例如剔除及裁剪之習知渲染技術將基元清單105渲染為項目清單以在例如2D顯示螢幕之習知監視器124上繪製。項目清單可經由螢幕緩衝器122發送至習知監視器124。
在一些實施方案中，GPU 108包括全像渲染器130，用於將基元清單105渲染為要由全像顯示裝置110顯示之圖形資料。圖形資料可包括基元清單及對應基元資料。例如，圖形資料可包括每一基元之十六進位碼。
在一些實施方案中，GPU 108包括習知渲染器120及全像渲染器130兩者。在一些實施方案中，GPU 108包括習知渲染器120，且全像顯示裝置110包括全像渲染器130。
基元之對應基元資料亦可包括色彩資訊(例如，紋理化色彩、梯度色彩或兩者)、紋理資訊及/或著色資訊。著色資訊可藉由涉及調變基元表面之色彩或亮度之任何習用CGI表面著色方法來獲得。
基元之基元資料可包括基元在例如笛卡爾座標系統XYZ、極座標系統、柱面座標系統及球面座標系統之3D座標系統中之座標資訊。如下進一步所詳述，全像顯示裝置110中之顯示元素亦可在3D座標系統中具有對應座標資訊。座標位置處之基元可表示鄰近於顯示元素(例如，在顯示元素前方、在顯示元素後方或跨越顯示元素)之3D物件。
作為實例，基元為著色線，例如，在其跨度上自一種色彩平滑地改變為另一種色彩之直線。基元需要四個資料元素來渲染：兩個端點以及每一端點處之色彩資訊(例如，RGB色彩值)。假設該線之十六進位碼為a0，且在3D座標系統中，該線自第一端點(0.1, 0.1, 0.1)伸展至第二端點(0.2, 0.2, 0.2)，第一端點處色彩為1/2藍色：RGB = (0,0,128)，第二端點處色彩為全紅色：RGB = (255,0,0)。全像渲染器判定每一基元預期多少資料及什麼類型之資料。對於該線，基元串流中針對著色線之基元資料可為如下指令集合：
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)
著色線基元之基元資料中總共有31個十六進位字。其可為一種極其有效之傳輸複雜場景之方式，並且可進一步壓縮基元資料。因為每一基元為確定性杜林(Turing)步驟，所以不需要終止符。與在2D顯示螢幕上簡單地繪製線基元之傳統模型的不同之處在於，線之基元資料被傳輸至全像顯示裝置110，全像顯示裝置110可計算全像圖並顯示呈現漂浮在空間中之線之對應全像重建。
在一些實施方案中，計算裝置102將例如經記錄光場視訊之非基於基元之資料傳輸至全像顯示裝置110。全像顯示裝置110可計算順序全像圖以將視訊顯示為空間中之順序全像重建。在一些實施方案中，計算裝置102將CG全像內容與實況全像內容同時傳輸至全像顯示裝置110。全像顯示裝置110亦可計算對應全像圖以將內容顯示為對應全像重建。
如圖1A所示，全像顯示裝置110包括控制器112及顯示器114。控制器112可包括數個計算單元或處理單元。在一些實施方案中，控制器112包括ASIC、場可程式化閘陣列(FPGA)或GPU單元，或者其任何組合。在一些實施方案中，控制器112包括全像渲染器130，用於將基元清單105渲染為要由計算單元計算之圖形資料。在一些實施方案中，控制器112自計算裝置102接收OS圖形抽象101以供進一步處理。顯示器114可包括數個顯示元素。在一些實施方案中，顯示器114包括空間光調變器(SLM)。SLM可為相位SLM、振幅SLM、或者相位及振幅SLM。在一些實例中，顯示器114為數位微鏡裝置(DMD)或矽上液晶(LCOS)裝置。在一些實施方案中，全像顯示裝置110包括鄰近於顯示器114且經組態以朝向顯示器114發射光之照明器116。照明器116可包括例如雷射之一或多個相干光源、例如發光二極體(LED)或超發光二極體(SLED)之一或多個半相干光源、一或多個非相干光源，或此類源之組合。
與採用3D場景並將其渲染至2D顯示裝置上之習知3D圖形系統的不同之處在於，全像顯示裝置110經組態以產生3D輸出，諸如光場形式之全像重建117，例如，光3D體。在全像圖中，每一顯示元素可對場景之全像重建之每一部分做出貢獻。因此，對於全像顯示裝置110，潛在地需要針對場景之每一部分(例如，由GPU 108產生之基元清單中之每一基元)來調變每一顯示元素以用於場景之完全全像再現。在一些實施方案中，可基於例如再現場景中或場景之某一區中之可接受精度位準而省略或簡化對某些元素之調變。
在一些實施方案中，控制器112經組態以計算每一基元對每一顯示元素之EM場貢獻(例如，相位、振幅或兩者)，且針對每一顯示元素產生基元清單對該顯示元素之EM場貢獻總和。此可藉由針對給定顯示元素遍歷每一基元並累積(accrue)其對該給定顯示元素之貢獻、或藉由針對每一基元遍歷每一顯示元素、或藉由此兩種技術之混合調合來完成。
控制器112可基於基元之預定表達式來計算每一基元對每一顯示元素之EM場貢獻。不同基元可具有對應表達式。在一些情況下，預定表達式為解析式，如下關於圖3A至圖3C進一步所詳述。在一些情況下，藉由用顯示器114處界定之邊界條件求解馬克士威方程式來判定預定表達式。邊界條件可包括狄利克雷邊界條件或柯西邊界條件。然後，可基於EM場貢獻總和來調變顯示元素，例如，藉由調變顯示元素之折射率、振幅指數、雙折射或遲滯中之至少一者。
若EM場在界定該場之表面上之每一點處之值(例如，馬克士威方程式之解)係已知的，則可判定由邊界表面界定之體積內的EM場之準確、唯一組態。基元清單(或對應全像圖之全像重建)及顯示器114界定3D空間，並且顯示器114之表面形成3D空間之邊界表面之一部分。藉由在顯示器114之表面上設定EM場狀態(例如，相位或振幅或者相位及振幅狀態)，例如藉由在顯示器表面上照明光，可判定EM場之邊界條件。由於馬克士威方程式之時間對稱性，當基於來自對應於全像圖之基元之EM場貢獻來調變顯示元素時，可獲得作為全像重建的對應於全像圖之體積光場。
例如，可在顯示器114前方設定以特定色彩照明之線基元。如下針對圖3B進一步所詳述，線性孔徑之解析式可被寫為空間中之函數。然後可判定來自包括顯示器114之邊界表面上之線基元之EM場貢獻。若對應於所計算之EM場貢獻之EM場值被設定在顯示器114中，則由於馬克士威方程式之時間對稱性，在計算中使用之同一線性孔徑可出現在對應位置處，例如在3D座標系統中及具有特定色彩之線性基元之座標位置處。
在一些實例中，如下針對圖3B進一步所詳述，假設在3D空間中之兩個點A與B之間存在一條線之光。光均勻地發出並且每線長
l之光強為
I。在沿著自A至B之線之每一無窮小
dl處，發射出與
I*dl成比例之光量。無窮小
dl充當Δ(點)源，並且可判定無窮小
dl對與基元清單對應之場景周圍之邊界表面上之任何點的EM場貢獻。因此，對於顯示器114之任何顯示元素，可判定表示該線之無窮小段對顯示元素之EM場貢獻的解析方程式。可判定沿著該線行進並累積整條線對顯示器之顯示元素處之EM場之EM場貢獻的特定類型之求和/積分作為表達式。可例如藉由調變顯示元素且對顯示元素照明來設定在該顯示元素處對應於該表達式之值。然後，藉由時間反轉及校正常數，可在由3D空間中之點A及點B界定之相同位置處建立該線。
在一些實施方案中，控制器112藉由記憶體緩衝器耦接至顯示器114。控制信號112可基於對每一顯示元素之EM場貢獻總和來產生各別控制信號。控制信號用於基於EM場貢獻總和來調變顯示元素。該等各別控制信號經由記憶體緩衝器被傳輸至對應顯示元素。
在一些實施方案中，控制器112與顯示器114整合且本端耦接至顯示器114。如關於圖1B進一步所詳述，控制器112可包括數個計算單元，其各自耦接至一或多個各別顯示元素且經組態以將各別控制信號傳輸至一或多個各別顯示元素中之每一者。每一計算單元可經組態以對基元清單中之一或多個基元執行計算。計算單元可並行操作。
在一些實施方案中，照明器116耦接至控制器112，且經組態以基於來自控制器112之控制信號而開啟/關閉。例如，控制器112可回應於控制器112完成計算(例如，獲得對顯示元素之EM場貢獻之所有總和)而啟動照明器116以開啟。如上所述，當照明器116將光發射至顯示器114上時，顯示器之經調變元素促使光沿不同方向傳播以形成對應於基元清單之體積光場，其中，基元清單對應於3D物件。所得體積光場與具有由顯示器114之經調變元素界定之邊界條件之馬克士威方程式的解對應。
在一些實施方案中，控制器112藉由記憶體緩衝器耦接至照明器116。記憶體緩衝器可經組態以控制照明器中之發光元件之振幅或亮度。用於照明器116之記憶體緩衝器可比用於顯示器114之記憶體緩衝器在大小上更小。照明器116中之發光元件之數量可小於顯示器114之顯示元素之數量，只要來自發光元件之光可照明在顯示器114之實質上整個表面上即可。例如，具有64x64個有機發光二極體(OLED)之照明器可用於具有1024x1024個元素之顯示器。控制器112可經組態以同時啟動照明器116之數個發光元件。
在一些實施方案中，照明器116為單色光源，其經組態以發射實質上單色光，例如紅光、綠光、黃光或藍光。在一些實施方案中，照明器116包括兩個或更多個發光元件，例如雷射或發光二極體(LED)，其各自經組態以發射具有不同色彩之光。例如，照明器116可包括紅色、綠色及藍色發光元件。為了顯示全彩3D物件，可計算包括至少紅色、綠色及藍色之色彩之三個或更多個單獨全像圖。即，可獲得對應基元對顯示元素之至少三個EM場貢獻。可基於該至少三個EM場貢獻順序地調變顯示元素，並且可控制照明器116以順序地開啟至少紅色、綠色及藍色發光元件。例如，控制器112可首先傳輸第一時序信號以開啟藍色發光元件並將對應於藍色全像圖之第一控制信號傳輸至顯示器114之顯示元素。在第一時段內用藍光照明顯示器114上之藍色全像圖之後，控制器112可傳輸第二時序信號以開啟綠色發光元件並將對應於綠色全像圖之第二控制信號傳輸至顯示器114之顯示元素。在第二時段內用綠光照明顯示器114上之綠色全像圖之後，控制器112可傳輸第三時序信號以開啟紅色發光元件並將對應於紅色全像圖之第三控制信號傳輸至顯示器114之顯示元素。在第三時段內用紅光照明顯示器114上之紅色全像圖之後，控制器112可重複上述步驟。取決於觀看者眼睛中之視覺效果之時間相干性，三種色彩可在眼睛中組合以呈現全彩。在一些情況下，照明器116在顯示影像(或全像重建)之狀態改變期間關閉並且在有效影像(或全像重建)被呈現一時段時開啟。此亦可取決於視覺之時間相干性來使影像(或全像重建)顯得穩定。
在一些實施方案中，顯示器114具有小至足以繞射可見光之解析度，例如，具有0.5 µm或更小數量級之解析度。照明器116可包括單一白光源，並且所發射之白光可由顯示器114繞射為不同色彩以用於全像重建。
如下針對圖5A至圖5K進一步所詳述，可存在針對系統100之不同組態。顯示器114可為反射式或透射式。顯示器114可具有各種大小，該等大小具有自小尺度(例如，一側為1至10 cm)至大尺度(例如，一側為100至1000 cm)之範圍。來自照明器116之照明可來自顯示器114之前部(例如，對於反射式或透射反射式顯示器)或來自顯示器114之後部(例如，對於透射式顯示器)。全像顯示裝置110可橫越顯示器114提供均勻照明。在一些實施方案中，如圖5D至圖5G所示之光波導可用於使顯示器114之表面照明均勻。在一些實例中，控制器112、照明器116及顯示器114可一起整合為單一單元。整合之單一單元可包括例如控制器112中之全像渲染器130。
在一些實施方案中，光學繞射裝置，例如如圖5H至圖5K所示之場光柵裝置或光導裝置，可經組態以將光自照明器116繞射至顯示器114中，且顯示器114可接著將光繞射至觀看者眼睛。在一些實例中，來自照明器116之光可自一側以大入射角入射於光學繞射裝置上，使得照明器116並不阻擋觀看者對顯示器114之觀看。在一些實例中，來自光學繞射裝置之繞射光可以近正入射角繞射至顯示器中，使得光可相對均勻地照明顯示器且以減少(例如，最小化)之損失繞射至觀看者眼睛。
圖1B示出實例全像顯示裝置150的示意圖。全像顯示裝置150可類似於圖1A之全像顯示裝置110。全像顯示裝置150包括計算架構152及顯示器156。計算架構152可類似於圖1A之控制器112。計算架構152可包括並行計算核心154之陣列。計算核心可經由通信連接159 (例如，USB-C連接或任何其他高速串列(或並列)連接)連接至鄰近計算核心。連接159可包括在資料分配網路中，藉由該資料分配網路，可在計算核心154之間分配場景資料151 (例如，場景基元)。
顯示器156可類似於圖1A之顯示器114，且可包括位於背板158上之顯示元素160之陣列。顯示元素160可配置在背板158之前側上，且計算核心154可配置在背板158之背側上。背板158可為基板，例如晶圓。計算核心154可與顯示器156在同一基板上或結合至顯示器156之背側。
每一計算核心154可連接至顯示元素160之各別圖塊(tile) (或陣列)。每一計算核心154可經組態以與一或多個其他計算核心並行地對場景資料151中之數個基元中之各別基元執行計算。在一些實例中，計算核心154經組態以計算每一各別基元對顯示元素160之陣列中之每一顯示元素之EM場貢獻，並且產生數個基元對顯示元素160之各別圖塊中之每一顯示元素之EM場貢獻總和。計算核心154可自計算核心154之陣列中之其他計算核心接收所計算的數個基元中之其他基元對顯示元素160之各別圖塊中之每一顯示元素之EM場貢獻，並且基於接收到的所計算之EM場貢獻來產生EM場貢獻總和。計算核心154可產生針對顯示元素之各別圖塊中之每一顯示元素之控制信號以基於對顯示元素之EM場貢獻總和來調變顯示元素160之各別圖塊中之每一顯示元素之至少一個性質。
如上所述，計算架構152亦可例如回應於判定針對數個基元對每一顯示元素之EM場貢獻總和的計算已經完成而產生對照明器162之控制信號。照明器162發射輸入光153以照明經調變顯示元素160，且輸入光153被經調變顯示元素160繞射以形成對應於場景資料151之體積光場，例如，全像光場155。
如圖1B所示，顯示元素160之圖塊可互連成為較大顯示器。對應地，計算核心154可互連以進行資料通信及分配。注意，在對任何給定兩個顯示元素之間的全像計算中變化之參數為該等顯示元素之實體位置。因此，計算全像圖之任務可在對應計算核心154之間相等地分擔，並且整個顯示器150可以與單一圖塊相同之速度操作，即，與圖塊數量無關。
圖1C示出用於在3D空間中顯示物件之例示性系統170。系統170可包括例如圖1A之計算裝置102的計算裝置，及例如圖1A之全像顯示器110或圖1B之全像顯示器150的全像顯示裝置172。使用者可使用輸入裝置(例如，鍵盤174及/或滑鼠176)來操作系統170。例如，使用者可藉由計算裝置建立用於2D物件178及3D物件180之CG模型。計算裝置或全像顯示裝置172可包括全像渲染器，例如，圖1A之全像渲染器130，以渲染CG模型從而產生用於2D物件178及3D物件180之對應圖形資料。圖形資料可包括與物件178及180對應之基元清單之各別基元資料。
全像顯示裝置172可包括控制器，例如圖1A之控制器112或圖1B控制器152，以及顯示器173，例如圖1A之顯示器114或圖1B之顯示器156。控制器可計算基元對顯示器173之每一顯示元素之各別EM場貢獻總和，並且基於該各別EM場貢獻總和來產生用於調變每一顯示元素之控制信號。全像顯示裝置172亦可包括照明器，例如，圖1A之照明器116或圖1B之照明器162。控制器可產生時序控制信號以啟動照明器。當來自照明器之光照明顯示器173之表面時，經調變顯示元素可促使光在3D空間中傳播以形成與針對物件178之2D視圖之全像重建及針對3D物件180之全像重建對應的體積光場。因此，物件178之2D視圖及物件180之3D全像重建被顯示為漂浮在顯示器173前方、在顯示器173後方或跨越顯示器173之3D空間中之各別全像重建。
在一些實施方案中，計算裝置將非基於基元之資料(例如，記錄之光場視訊)傳輸至全像顯示裝置172。全像顯示裝置172可計算及產生對應全像圖(例如，一系列順序全像圖)以顯示為3D空間中之對應全像重建。在一些實施方案中，計算裝置將CG全像內容與實況全像內容同時傳輸至全像顯示裝置172。全像顯示裝置172亦可計算及產生對應全像圖以將內容顯示為3D空間中之對應全像重建。
圖2示出用於電磁(EM)場計算之例示性組態200。3D空間208中具有包括元素204之陣列之顯示器202 (例如，LCOS裝置)及包括點基元206之基元清單。3D空間208包括邊界表面210。在3D座標系統XYZ中，點基元206具有座標資訊(x, y, z)。每一顯示元素204相對於其他顯示元素204位於一平面中且具有2D位置(u, v)。顯示元素204亦具有3D空間中之位置。藉由數學點變換，2D位置(u, v)可被變換為3D座標系統中之六個座標250。即，顯示器202之表面形成邊界表面210之一部分。因此，藉由界定顯示器202之表面處之邊界條件而計算的基元清單對顯示元素之EM場貢獻表示基元對顯示元素之總EM場貢獻之一部分。可將比例因子(例如，六)乘以對每一顯示元素之EM場貢獻總和，以獲得經縮放之場貢獻總和，且可基於經縮放之場貢獻總和來調變顯示元素。
基元之例示性 EM 場貢獻
基元可用於電腦圖形渲染。電腦圖形中之每一類型之基元在本文揭示之技術之立式中對應於一種離散數學函數，該離散數學函數界定添加至全像圖之圖形元素之單一全像基元。每一類型之基元可對應於用於計算對顯示元素之EM場貢獻之表達式。基元可為點基元、線基元或多邊形(例如，三角形)基元。如下所示，可藉由計算自對應基元至顯示器之顯示元素之EM場傳播來導出解析式。
圖3A示出自點基元304至顯示器300之元素302之實例EM傳播。在3D座標系統XYZ中，假設z座標在顯示器300上為0，此意謂在顯示器300後方z值為負，而在顯示器300前方z值為正。點基元304之座標為(x, y, z)，且顯示元素302之座標為(u, v, 0)。點基元304與顯示元素302之間的距離d
uv可基於其座標來判定。
點基元304可被視為具有時變振幅之點電荷。根據電磁理論，由此種點電荷產生之電場
E可表示為：
(1)，
其中，λ表示EM波之波長，且d表示距點電荷之距離。
因此，顯示元素(u, v)處之電場
E
u,v 可表示為：
(2)，
其中I表示在顯示元素處由點基元304貢獻之全像基元電場之相對強度。
如以上針對圖2所述，顯示器300之表面僅形成EM場之邊界表面之一部分。比例因子
可被應用至電場
E
u,v 以獲得顯示元素處之針對部分邊界進行調整之縮放電場
，如下：
(3)，
其中
。
圖3B示出3D座標系統XYZ中自線基元306至顯示器300之顯示元素302之EM傳播的實例。如上所述，顯示元素302之座標可為(u, v, 0)，其中z＝0。線基元306之兩個端點P
0及P
1之座標分別為(x
0, y
0, z
0)及(x
1, y
1, z
1)。端點P
0與顯示元素之間的距離d
0可基於其座標來判定。類似地，端點P
1與顯示元素之間的距離d
1可基於其座標來判定。兩個端點P
0與P
1之間的距離d
01亦可被判定，例如，d
01= d
1- d
0。
如上所述，線基元可被視為疊加或線性變形，並且作為線性孔徑之線基元之對應解析式可作為空間中之分散式Δ函數被獲得。該解析式可為作為全像圖之連續3D線段之封閉表達式。
圖3C示出3D座標系統XYZ中自三角形基元308至顯示器300之顯示元素302之實例EM傳播。如上所述，顯示元素302之座標可為(u, v, 0)，其中z＝0。三角形基元308具有三個端點：P
0(x
0, y
0, z
0)、P
1(x
1, y
1, z
1)及P
2(x
2, y
2, z
2)。顯示元素與端點P
0、P
1及P
2之間的距離d
0、d
1及d
2可分別基於其座標來判定。
類似於圖3B中之線基元，三角形基元可被視為空間中之連續孔徑，並且可藉由積分獲得三角形基元對顯示元素之EM場貢獻之解析式。此可被簡化以獲得用於高效計算之表達式。
基元之例示性計算
如上所述，例如圖1之控制器112之控制器可基於可如上所示判定之解析式來計算基元對顯示元素之EM場貢獻。例如，如下計算線基元之EM場貢獻。
顯示器中之每一顯示元素具有空間中之實體位置，且每一顯示元素相對於其他顯示元素位於一平面中。假設顯示元素及其控制器如在顯示及記憶體裝置中慣常那樣佈置，則簡單的數學點變換可用於基於顯示元素在處理器中之邏輯記憶體位址將給定顯示元素之邏輯位置變換為顯示元素在空間中之實際實體位置。因此，當顯示元素之邏輯記憶體位址在處理器之邏輯記憶體空間中循環時，可識別顯示器之表面空間中之對應實際實體位置。
作為實例，若顯示器在x及y兩者上之間距為5 µm，則每一邏輯位址增量可沿x方向移動5 µm，並且當達到顯示器之x解析度極限時，下一增量將移動回至初始x實體位置並且將y實體位置遞增5 µm。可假設第三空間座標z在顯示器表面上為零，此意謂負z值在顯示器後方，並且正z值在顯示器前方。
為了開始線計算，當前顯示元素與線基元之兩個點中之每一點之間的一種類型之縮放實體距離可被判定為d
0及d
1。事實上，d
0及d
1可每一基元計算一次，此係因為針對所有顯示元素之距離之每次後續計算為初始值之小擾動。以此方式，該計算在一維中執行。
用於每一基元之實例計算程序可包括以下計算程式碼：
DD = f(d
1, d
0),
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為預先計算之常數，COLOR為與基元一起傳遞之RGB色彩值，並且所有值為純量、單精度浮點數。正弦及餘弦函數兩者都可在儲存於控制器中之表中被查找，以提高計算效率。
然後，在每一顯示元素處，例如在用於顯示元素之累加器中針對每一基元累加C1及C2之結果，並且可在針對顯示元素之計算結束時將其正規化一次。此時，如上所述，控制器可將第一控制信號傳輸至顯示元素以基於所計算之結果調變顯示元素，並將第二控制信號傳輸至照明器以開啟照明器從而發射光。因此，全像重建(或全像光場)對於觀看者係可見的。當經調變顯示元素被照明時，可使光在三維空間中產生清晰的連續色線。
在一些實施方案中，計算程式碼包括用於例如在程式碼開始時清除累加器中之先前累加之十六進位碼。計算程式碼亦可例如在程式碼結束時包括用於將累加器結果儲存至用於每一顯示元素之各別記憶體緩衝器中之十六進位碼。在一些實施方案中，例如圖1A之計算裝置102之計算裝置在應用程式啟動時或在不影響主要顯示訊框速率的、在對訊框進行顯示之間的間隔時將數個背景或靜態基元十六進位碼傳輸至控制器。隨後，計算裝置可將十六進位碼之一或多個組合潛在地連同其他前景或動態基元一起以更高的速率傳輸至控制器，該控制器可形成對應控制信號以調變顯示器之顯示元素。
計算程序可比習知2D顯示技術中最有效之線繪製常式更簡單且更快幾個數量級。此外，該計算演算法隨顯示元素之數量線性地縮放。因此，將控制器之計算單元縮放為2D網路連接處理系統可跟上顯示器之表面積增加之計算需要。
例示性計算實施方案
例如圖1A之控制器112之馬克士威全像控制器可基於可如上所示判定之解析式來計算基元對顯示元素之EM場貢獻。控制器可在例如ASIC、FPGA或GPU或者其任意組合中實施。
在現代GPU管線中，GPU進行幾何圖形以及頂點及片段著色程式之描述以產生至一或多個輸出影像表面(稱為渲染目標)之色彩及深度像素輸出。該程序涉及資訊之爆炸性扇出(explosive fan-out)，其中幾何結構被擴展至著色片段，隨後進行可見度測試以選擇是否需要對此等片段中之每一者做些工作。片段為含有著色該樣本點所涉及之所有資訊(例如，三角形之重心座標、內插值(如色彩或紋理座標)、表面導數等)之記錄。建立此等記錄然後拒絕對最終影像沒有貢獻之此等記錄的程序為可見度測試。通過了可見度測試之片段可被封裝至由著色器引擎並行執行之稱為波前(wavefront)或翹曲(warp)之工作群組中。此等會產生輸出值，該等輸出值被寫回至記憶體作為像素值，準備好用於顯示，或用作輸入紋理以用於稍後的渲染通道。
在馬克士威全像術中，渲染程序可被顯著簡化。在馬克士威全像計算中，每一基元可對每一顯示元素做出貢獻。不需要將幾何結構擴展至像素，並且不需要在包裝波前(packing wavefronts)之前應用可見度測試。此亦可去除對馬克士威全像管線之間的決策或通信之需要，並且允許計算成為具有數個可能解之並行問題，每一解被調諧為速度、成本、大小或能量最佳化。圖形管線顯著更短，具有較少的中間步驟、沒有資料複製或移動、以及具有較少的決策，從而使得起始繪製與結果準備好顯示之間的潛時較低。此可允許馬克士威全像渲染建立極低潛時之顯示。如下所述，此可允許馬克士威全像計算例如藉由使用馬克士威全像管線中之定點數來提高精度，並且例如藉由最佳化數學函數來最佳化計算速度。
使用定點數
當計算每一基元在每一顯示元素(或「相位單元(phasel)」)處之EM貢獻時，中間計算涉及產生非常大之數值。此等大數值涉及特殊處置，此係因為其在計算期間亦需要保留小數部分。
浮點值具有以下缺點：其接近原點(在數線上為零)最精確並且當遠離原點移動時每兩次冪損失一位元精度。對於接近[-1, 1]範圍之數值，浮點值之精度可較高，但一旦達到數千萬之數值，例如達到單精度32位元IEEE-754浮點值沒有剩餘小數位的程度，就使用整個有效數(又稱為尾數)來表示值之整數部分。然而，馬克士威全像術特別感興趣保留的是大數值之小數部分。
在一些情況下，在馬克士威全像計算中使用定點數。定點數表示為小數點不視情況而改變之數值。藉由選擇用於數值之整數及小數部分之正確位元數，可獲得相同數量之小數位元，而不管數值之量值如何。定點數表示為具有隱式比例因子之整數，例如，在具有8個小數位元之16位元固定點值中，14.375可表示為數值3680 (負二進位為000011100100000)。此亦可表示為「無正負號16.8」定點數，或簡稱為u16.8。負數可具有一個額外正負號位元並且以「2s補數(2s compliment)」格式儲存。以此方式可大大提高計算之精度。
數學函數之最佳化
如上所示，馬克士威全像計算涉及使用超越數學函數，例如，正弦、餘弦、反正切等。在CPU中，此等函數被實施為可使用專用CPU指令之浮點庫函數，或在GPU上被實施為GPU中之浮點單元。此等函數被寫為將引數作為浮點數，且以相同的浮點表示傳回結果。此等函數被建置以使對於一般情況，其在浮點數精確之情況下此等函數係精確的、被正確地捨位並且處理浮點數表示中之每一邊緣情況(+/-無窮大、非數值、帶正負號之零及非正規浮點數)。
在馬克士威全像計算中，利用定點表示，不需要使用非正規浮點數用於漸進式下溢，不需要處置來自如除以0之運算之非數值，不需要更改浮點捨位模式，並且不需要引起作業系統之浮點異常。所有此等允許簡化(及/或最佳化)超越數學函數，例如，如下所述。
在一些情況下，可進行最佳化以便以一種固定點格式獲取引數並將該值傳回至不同的精度位準，例如，輸入s28.12及輸出s15.14。在計算為數千萬之大值之正弦時，此可能係特別期望的，輸入引數可較大，但輸出可僅需要表示值範圍[-1, 1]，或者取任何值但傳回範圍[-π/2, π/2]中之值之反正切。
在一些情況下，取決於所涉及之輸入範圍，可進行最佳化以自由地將超越函數實施為完全枚舉之查找表、實施為內插表、實施為基於半表之多項式函數，或實施為基於半表之完全極小極大多項式。該最佳化亦允許應用處理較大輸入之特定範圍縮小方法，通用GPU管線計算可由於速度而跳過該等方法。
在一些情況下，另一最佳化可為將三角計算自範圍[-π, π]變換成範圍[-1, 1]中之帶正負號之2補數表示，其具有不需要代價高之模2π除法運算之優點。
遮擋之例示性實施方案
遮擋通常被視為電腦圖形中之重要難題，並且在計算全像術中甚至更係如此。此係因為，在至少一些情況下，雖然投影CGI中之遮擋問題係靜態的，但在全像系統中什麼係隱藏的及什麼係可見的取決於觀看者之位置、定向及方向。已開發了G-S全像術或其衍生物之波方法以解決全像遮擋。然而，在G-S方法中，將來自位於場景中其他部分後方之部分之貢獻掩蔽或阻擋可能非常複雜且計算成本高。
在馬克士威全像術中，可相對容易地解決遮擋問題，此係因為哪些顯示元素(例如，相位單元)對應於哪些基元係完全確定性的並且係細微的。例如，當執行針對給定基元之計算時，可判定給定顯示元素是否對給定基元之重建做出貢獻。在判定數個顯示元素由於遮擋而對給定基元無貢獻之後，在計算對該數個顯示元素中之一者之EM貢獻之總和時，將來自該給定基元之EM貢獻自對該數個顯示元素中之該一者之EM貢獻之總和的計算中略去。
僅用於說明，圖3D至圖3F展示判定在線基元作為遮擋物之情況下未對給定基元(圖3D中之點、圖3E中之線及圖3F中之三角形)做出貢獻之顯示元素。線基元之起始點為O1，結束點為O2。
如圖3D所示，點基元P0在遮擋物後方並且更靠近顯示器。藉由延伸連接O1-P0及O2-P0之線，判定顯示器中對點基元P0之重建無貢獻之顯示元素的範圍D1至D2。
在一些實例中，O1、O2及P0之座標資訊係已知的，例如，儲存在由GPU (例如，圖1A之GPU 108)在將場景傳輸至馬克士威全像控制器(例如，圖1A之控制器112)之前計算之「Z」緩衝器中。例如，在y=0之XZ平面中，座標資訊可為O1 (Ox1, Oz1)、O2 (Ox2, Oz2)及P0 (Px, Pz)，其中Oz1=Oz2=Oz。基於該座標資訊，可將D1及D2之座標資訊判定為：
Dx1= Px + ρ (Px - Ox2), Dx2= Dx1 + ρ (Ox2 - Ox1) (4)，
其中ρ = Pz/(Oz-Pz)，並且Dz1=Dz2=0。
除了用於點基元P0之Z緩衝器中之資訊之外，D1及D2之資訊亦可作為額外資訊儲存在用於馬克士威全像控制器之「S」緩衝器中。以此方式，額外資訊可用以簡單地掩蔽特定顯示元素(在自D1至D2之範圍內)對編索引之基元清單中之特定基元P0的貢獻。
圖3E示出對遮擋物在線基元之前(或前方)之情況下特定顯示元素如何對線基元做出貢獻之判定。藉由將特定顯示元素D0連接至遮擋物之起始點O
1及結束點O
2，線基元上之兩個點基元P1及P2被判定為交點。因此，特定顯示元素D0對線基元上自P1至P2之線基元部分之重建無貢獻。因而，當計算對特定顯示元素D0之EM貢獻之總和時，不計算來自線基元之P1-P2部分之EM貢獻。
此可以兩種方式實施。在第一方式中，藉由考慮來自遮擋物之遮擋，將P0-P1部分及P2-Pn部分對特定顯示元素D0之EM貢獻相加作為線基元對特定顯示元素D0之EM貢獻。在第二方式中，計算來自整個線基元P0-Pn之EM貢獻以及來自P1-P2部分之EM貢獻，且藉由考慮來自遮擋物之遮擋，兩個計算出之EM貢獻之差可被視為線基元對特定顯示元素D0之EM貢獻。P1及P2或者P1-P2部分之座標資訊可作為對特定顯示元素D0無貢獻之線基元部分，連同遮擋物之資訊及GPU之「Z」緩衝器中之其他資訊一起被儲存在馬克士威全像控制器之「S」緩衝器中。
圖3F示出對遮擋物在三角形基元之前之情況下特定顯示元素如何對三角形基元做出貢獻之判定。藉由將特定顯示元素D0連接至遮擋物之起始點O1及結束點O2，三角形基元之側上之四個點基元P1、P2、P3及P4被判定為交點。因此，特定顯示元素D0對三角形基元之被點P1、P2、P3、P4、P
C圍封之部分之重建無貢獻。因而，當計算對特定顯示元素D0之EM貢獻之總和時，不計算來自三角形基元之P1-P2-P3-P4-P
C部分之EM貢獻。即，藉由考慮遮擋物之遮擋，僅將來自由點P
A、P1及P2形成之第一三角形及由點P
B、P3及P4形成之第二三角形的EM貢獻相加作為三角形基元P
A-P
B-P
C之EM貢獻。P1、P2、P3及P4或者三角形基元P
A-P1-P2及P
B-P3-P4之座標資訊可作為三角形基元P
A-P
B-P
C之對特定顯示元素D0做出貢獻之部分，連同遮擋物之資訊及GPU之「Z」緩衝器中之其他資訊一起被儲存在馬克士威全像控制器之「S」緩衝器中。
馬克士威全像術中遮擋之實施方案使得能夠將GPU中之「Z」緩衝器轉換成馬克士威全像控制器中之「S」緩衝器，並且可掩蔽編索引之基元清單中之特定基元(或基元之特定部分)對特定顯示元素之貢獻。此不僅提供了精確、實體上正確之遮擋，亦節省了計算時間，此係因為對給定顯示元素無貢獻之基元可被忽略且計算可繼續用於針對下一顯示元素之計算。「S」緩衝器可含有與顯示器之繞射效率相關之額外資訊。
「S」緩衝器亦可包括渲染特徵，如全像鏡面高光，其中表面之反射率取決於視角。在傳統CGI中，鏡面高光僅依賴於所渲染之物件之定向，而在馬克士威全像背景下，觀看物件之方向亦起到了作用。因此，幾何鏡面資訊可作為加法(鏡面)而非減法(遮擋)貢獻被編碼在「S」緩衝器中。在馬克士威全像術中，全像鏡面高光之數學運算可與全像遮擋之數學運算實質上相同。
拼接之例示性實施方案
當光照明用來自3D物件之基元清單之EM貢獻進行調變之顯示器時，經調變顯示器致使光沿不同方向傳播以形成與基元對應之體積光場。體積光場為馬克士威全像重建。3D物件中之兩個鄰近基元(例如，兩個三角形基元)具有共用側(例如邊緣或表面)。在重建期間，可能引起拼接問題，其中共用側之光強度可能由於兩個鄰近基元之單獨重建而加倍。此可能影響重建之3D物件之外觀。
為了解決馬克士威全像術中之拼接問題，如圖3G所示，鄰近基元可被縮小預定因子，使得可在鄰近基元之間形成間隙。在一些情況下，並非縮小兩個鄰近基元，而是僅縮小一個基元或基元之一部分。例如，三角形基元中之線可縮小以與另一三角形基元分開。在一些情況下，縮放可包括利用不同的預定因子縮放基元之不同部分。縮放可被設計成使得間隙足夠大以最小化鄰近基元之拼接問題，並且足夠小以使重建之3D物件無縫地出現。預定因子可基於顯示器之資訊及觀看者之資訊(例如，全像光場之最大空間解析度，及在全部或部分地出現於顯示器後方之基元之部分的情況下，自觀看者至該基元之該部分的最小距離)來判定。
在一些情況下，縮放操作可應用於自全像渲染器(例如，圖1A之全像渲染器130)獲得之基元之基元資料，並且將基元之經縮放基元資料發送至馬克士威全像控制器，例如，圖1A之控制器112。在一些情況下，控制器可在計算基元對顯示器之顯示元素之EM貢獻之前對自全像渲染器獲得之基元資料執行縮放操作。
紋理映射之例示性實施方案
紋理映射為在電腦圖形中開發之技術。基本構思為：拍攝源影像並在CGI系統中將其作為貼花應用至表面，使得能夠將細節渲染至場景中而無需添加複雜幾何結構。紋理映射可包括用於在CGI系統中建立現實照明及表面效果之技術，並且可泛指將表面資料應用至三角形網格。
在馬克士威全像術中，可使用空間中之任意三角形與全像裝置上之相位圖之間的解析關係來在真實3D中渲染平面著色且亦內插之三角形網格。然而，為了與現代渲染引擎相容，需要在此等三角形之表面上映射資訊之能力。此可能會帶來實際問題，此在於該方法之速度源自解析映射之存在，其不容許資料驅動之振幅變化。
離散餘弦變換(DCT)為一種影像壓縮技術並且可被認為係快速傅立葉變換(FFT)之實數取值版本。DCT取決於將權重指派給給定影像中之餘弦諧波之編碼-解碼程序。編碼之結果為權重集合，其中權重之數量等於原始影像中之像素之數量，並且若每一權重用於重建影像，則資訊將不會丟失。然而，在許多影像中，可根據權重之小子集進行可接受的重建，從而實施大的壓縮比。
DCT在二維中之解碼(渲染)程序涉及每一DCT權重及每一目的地像素之加權雙重總和(double sum)。此可應用於馬克士威全像術以進行紋理映射。在馬克士威全像術中，三角形渲染涉及相位空間中之「尖峰」雙積分，以判定任何個別相位單元對所論述之三角形之相位貢獻。積分可折合成雙重總和，其反映了DCT重建中之積分，接著依據DCT權重重新導出解析三角形表達式。馬克士威全像計算中之DCT技術之此實施方案使得能夠繪製完整的經紋理映射之三角形，從而對經渲染紋理三角形之資料採用影像壓縮，並且利用使用諸如JPEG之DCT來自動壓縮紋理及影像資料之現有工具集。
在一些實施方案中，為了繪製馬克士威全像紋理化三角形，首先計算指定表面上之映射所需之空間解析度。然後，提供具有該解析度之紋理，並且獲得用角度及原點資訊壓縮之DCT以在三角形上正確地對其進行定向。然後，三角形之角及DCT權重之清單被包括在編索引之基元清單中並且被發送至馬克士威全像控制器。DCT權重可被包括在三角形基元對每一顯示元素之EM貢獻中。紋理三角形可比平面三角形慢n倍，其中n為與基元一起發送之(非零) DCT權重之數量。可在馬克士威全像系統中實施用於「片段著色」之現代技術，其中，DCT編碼之步驟替換用於傳統投影渲染之濾波步驟。
作為實例，以下表達式展示影像之DCT權重B
pq：
(5)，
其中，
，
，M及N為矩形影像之角，(p, q)為DCT項。
藉由解碼，可如下獲得振幅值A
mn：
(6)，
其中
。
當計算紋理化三角形基元對顯示元素(例如，相位單元)之EM貢獻時，具有對應DCT權重
之DCT項可包括在如下計算中：
(7)，
其中，X、Y為座標系統中三角形之角，T對應於三角形基元對顯示元素之EM貢獻，並且
為DCT中非零項
之部分貢獻。可藉由考慮重建中之資訊損失及資訊壓縮兩者來選擇(p,q) DCT項之數量。
例示性程序
圖4為3D顯示物件之例示性程序400的流程圖。程序400可由用於顯示器之控制器執行。控制器可為圖1A之控制器112或圖1B之控制器152。顯示器可為圖1A之顯示器114或圖1B之顯示器156。
獲得包括與3D空間中之物件對應之基元之各別基元資料的資料(402)。該資料可自例如圖1A之計算裝置102之計算裝置獲得。計算裝置可對場景進行處理以產生對應於物件之基元。計算裝置可包括渲染器以產生基元之基元資料。在一些實施方案中，控制器本身例如藉由渲染場景來產生資料。
基元可包括點基元、線基元或多邊形基元中之至少一者。基元清單以特定次序編索引，例如，可藉此重建物件。基元資料可包括具有紋理化色彩、梯度色彩或恆定色彩中之至少一者之色彩資訊。例如，線基元可具有梯度色彩、紋理化色彩或恆定色彩中之至少一者。多邊形基元亦可具有梯度色彩、紋理化色彩或恆定色彩中之至少一者。基元資料亦可包括基元之紋理資訊及/或基元之一或多個表面(例如，三角形)上之著色資訊。著色資訊可包括對基元之一或多個表面上之色彩及/或亮度之調變。基元資料亦可包括基元在3D座標系統中之各別座標資訊。
顯示器可包括數個顯示元素，且控制器可包括數個計算單元。可基於基元清單在3D座標系統中之各別座標資訊來判定每一顯示元素在3D座標系統中之各別座標資訊。例如，顯示器與對應於基元之物件之間的距離可為預定的。基於預定距離及基元之座標資訊，可判定顯示元素之座標資訊。每一顯示元素之各別座標資訊可對應於儲存在記憶體中之針對該元素之邏輯記憶體位址。以此方式，當控制器在控制器之邏輯記憶體空間中之用於顯示元素之邏輯記憶體位址中循環時，可識別顯示元素在該空間中之對應實際實體位置。
藉由在3D座標系統中計算自每一基元至每一顯示元素之EM場傳播來判定該基元對該顯示元素之EM場貢獻(404)。EM場貢獻可包括相位貢獻或振幅貢獻。
如以上針對圖3A至圖3C所示，可基於顯示元素之各別座標資訊及基元之各別座標資訊來判定基元與顯示元素之間的至少一個距離。在一些情況下，對於每一基元，該至少一個距離可被僅計算一次。例如，控制器可基於第一基元之各別座標資訊及第一元素之各別座標資訊，判定基元中之第一基元與顯示元素中之第一元素之間的第一距離，且基於第一距離及第一元素與第二元素之間的距離判定第一基元與元素中之第二元素之間的第二距離。可基於顯示器之複數個元素之間距來預先判定第一元素與第二元素之間的距離。
控制器可基於基元之預定表達式及該至少一個距離來判定基元對顯示元素之EM場貢獻。在一些情況下，如以上針對圖3A至圖3C所示，預定表達式可藉由解析地計算自基元至顯示元素之EM場傳播來判定。在一些情況下，藉由求解馬克士威方程式來判定預定表達式。特定言之，可藉由提供在顯示器之表面處界定之邊界條件來求解馬克士威方程式。邊界條件可包括狄利克雷邊界條件或柯西邊界條件。基元及顯示元素在3D空間中，且顯示器之表面形成3D空間之邊界表面之一部分。預定表達式可包括包括正弦函數、餘弦函數及指數函數之函數中之至少一者。在計算期間，控制器可在儲存在記憶體中之表中識別至少一個函數之值，此可提高計算速度。控制器可針對每一基元藉由以下方式來判定對每一顯示元素之EM場貢獻：將判定第一基元對顯示元素之第一EM場貢獻與判定第二基元對該顯示元素之第二EM場貢獻並行地進行。
對於每一顯示元素，產生基元清單對該顯示元素之EM場貢獻總和(406)。
在一些實施方案中，控制器判定多個基元對第一顯示元素之第一EM場貢獻並對針對第一顯示元素之第一EM場貢獻求和、並且判定多個基元對第二顯示元素之第二EM場貢獻並對針對第二顯示元素之第二EM場貢獻求和。控制器可包括數個計算單元。控制器可將由第一計算單元判定第一基元對第一元素之EM場貢獻與由第二計算單元判定第二基元對第一元素之EM場貢獻並行進行。
在一些實施方案中，控制器判定第一基元對每一顯示元素之第一各別EM場貢獻並判定第二基元對每一顯示元素之第二各別EM場貢獻。然後，控制器藉由將對該顯示元素之第二各別EM場貢獻與第一各別EM場貢獻相加來累加對該顯示元素之EM場貢獻。特定言之，控制器可將藉由使用第一計算單元來判定第一基元對每一顯示元素之第一各別EM場貢獻與藉由使用第二計算單元來判定第二基元對每一顯示元素之第二各別EM場貢獻並行進行。
向顯示器傳輸第一控制信號，該第一控制信號用於基於對每一顯示元素之場貢獻總和來調變該顯示元素之至少一個性質(408)。該元素之至少一個性質包括折射率、振幅指數、雙折射或遲滯中之至少一者。
控制器可針對每一顯示元素，基於多個基元對該元素之EM場貢獻總和來產生各別控制信號。各別控制信號用於基於多個基元對該元素之EM場貢獻總和來調變該元素之至少一個性質。即，第一控制信號包括用於顯示元素之各別控制信號。
在一些實例中，顯示器由電信號控制。則，各別控制信號可為電信號。例如，LCOS顯示器包括將電壓作為元素強度被個別地控制之微小電極陣列。LCOS顯示器可填充有隨著施加電壓改變而改變其折射率之雙折射液晶(LC)調配物。因此，來自控制器之各別控制信號可控制各顯示元素之相對折射率，且因此控制穿過顯示器或由顯示器反射之光之相對相位。
如上所述，顯示器表面形成邊界表面之一部分。控制器可將比例因子乘以對每一元素之場貢獻總和，以獲得經縮放之場貢獻總和，並基於對該元素之經縮放之場貢獻總和來產生各別控制信號。在一些情況下，控制器可正規化對例如所有元素中每一元素之場貢獻總和，並且基於對該元素之正規化之場貢獻總和產生各別控制信號。
向照明器傳輸第二控制信號作為用於開啟照明器以將光照明在經調變顯示器上之控制信號(410)。回應於判定已獲得了對每一顯示元素之場貢獻總和，控制器可產生並傳輸第二控制信號。由於時間對稱性(或能量守恆)，顯示器之經調變元素可致使光沿不同方向傳播以形成與3D空間中之物件對應之體積光場。體積光場可與馬克士威方程式之解對應，該等馬克士威方程式具有由顯示器之經調變元素界定之邊界條件。
在一些實施方案中，照明器藉由記憶體緩衝器耦接至控制器，該記憶體緩衝器經組態以控制照明器中之一或多個發光元件之振幅或亮度。用於照明器之記憶體緩衝器之大小可比用於顯示器之記憶體緩衝器更小。照明器中之發光元件之數量可小於顯示器之元素之數量。控制器可經組態以同時啟動照明器之一或多個發光元件。
在一些實例中，照明器包括兩個或更多個發光元件，每一發光元件經組態以發射具有不同色彩之光。控制器可經組態以在第一時段期間用與第一色彩相關聯之資訊順序地調變顯示器，並在第二順序時段期間用與第二色彩相關聯之資訊順序地調變顯示器，並且控制照明器在第一時段期間順序地開啟第一發光元件以發射具有第一色彩之光，並且在第二時段期間順序地開啟第二發光元件以發射具有第二色彩之光。以此方式，可在3D空間中顯示多色物件。
在一些實例中，顯示器具有足夠小以繞射光之解析度。照明器可發射白光至顯示器中，該顯示器可將白光繞射為具有不同色彩之光，從而顯示多色物件。
例示性系統
圖5A至圖5K示出用於3D顯示之實例系統之實施方案。任一系統可對應於例如圖1A之系統100。圖5A及圖5B展示具有利用前部照明之反射式顯示器之實例系統。圖5C展示具有利用背部照明之透射式顯示器之實例系統。圖5D及圖5E展示具有利用波導照明之透射式顯示器之實例系統。圖5F及圖5G展示具有利用波導照明之反射式顯示器之實例系統。圖5H及圖5I展示具有使用透射式光柵結構(圖5H)及反射式光柵結構(圖5I)的利用光學繞射照明之反射式顯示器之實例系統。圖5J及圖5K展示使用反射式光柵結構(圖5J)及透射式光柵結構(圖5K)的利用光學繞射照明之透射式顯示器之實例系統。
圖5A示出具有利用前部照明之反射式顯示器之系統500。系統500包括電腦502、控制器510 (例如，ASIC)、顯示器512 (例如，LCOS裝置)及照明器514。電腦502可為圖1A之計算裝置102，控制器510可為圖1A之控制器112，顯示器512可為圖1A之顯示器114，且照明器514可為圖1A之照明器116。
如圖5A所示，電腦502包括具有用於渲染物件之場景之渲染器503之應用程式504。所渲染之場景資料由視訊驅動器505處理且然後由GPU 506處理。GPU 506可為圖1A之GPU 108且可經組態以產生與場景對應之基元清單及各別基元資料。例如，視訊驅動器505可經組態以處理所渲染之場景資料且產生基元清單。如上所述，GPU 506可包括習知2D渲染器，例如，圖1A之習知2D渲染器120，以將基元渲染為項目清單從而繪製在2D顯示器508上。GPU 506或控制器510可包括全像渲染器，例如，圖1A之全像渲染器130，以將基元清單渲染為將由顯示器512顯示之圖形資料。
控制器510經組態以自電腦502接收圖形資料，計算基元清單對顯示器512之每一顯示元素之EM場貢獻，並產生基元對每一顯示元素之各別EM場貢獻總和。控制器510可產生對每一顯示元素之各別控制信號以調變顯示元素之至少一個性質。控制器可藉由用於顯示器512之記憶體緩衝器511將各別控制信號傳輸至顯示器512之顯示元素。
控制器510亦可產生並傳輸例如照明時序信號之控制信號以啟動照明器514。例如，回應於判定完成了計算基元對顯示元素之EM場貢獻總和，控制器510可產生並傳輸控制信號。如上所述，控制器510可經由記憶體緩衝器向照明器514傳輸控制信號。記憶體緩衝器可經組態以控制照明器514中之發光元件之振幅或亮度並且同時或順序地啟動發光元件。
如圖5A所示，照明器514可發射準直光束516，該準直光束以0度與幾乎±90度之間的範圍內之入射角入射在顯示器512之前表面上。所發射之光束自顯示器512繞射以形成全像光場518，其對應於觀看者可看到之物件。
圖5B示出具有利用前部照明之另一反射式顯示器524之另一系統520。與圖5A之系統500相比，系統520具有較大反射式顯示器524。為了適應此情形，或出於其他封裝或美觀原因，顯示控制器522被包括在外殼中，該外殼可為照明器526之支撐件或圍封體。控制器522類似於圖5A之控制器510並且可經組態以自電腦521接收圖形資料，計算多個基元對顯示器524之每一顯示元素之EM場貢獻，並且產生多個基元對每一顯示元素之各別EM場貢獻總和。控制器522接著產生對每一顯示元素之各別控制信號以調變顯示元素之至少一個性質，並且藉由用於顯示器524之記憶體緩衝器523將各別控制信號傳輸至顯示器524之顯示元素。
控制器522亦將控制信號傳輸至照明器526以啟動照明器526。照明器526發射發散之或半準直之光束527以覆蓋顯示器524之整個表面。光束527被經調變顯示器524繞射以形成全像光場528。
圖5C示出具有利用背部照明之透射式顯示器534之系統530。透射式顯示器534例如可為大型顯示器。系統530包括控制器532，該控制器可類似於圖5A之控制器510。控制器532可經組態以自電腦531接收圖形資料，計算多個基元對顯示器534之每一顯示元素之EM場貢獻，且產生多個基元對每一顯示元素之各別EM場貢獻總和。控制器532接著產生對每一顯示元素之各別控制信號以調變顯示元素之至少一個性質，且藉由用於顯示器534之記憶體緩衝器533將各別控制信號傳輸至顯示器534之顯示元素。
控制器532亦將控制信號傳輸至照明器536以啟動照明器536。不同於圖5A之系統500及圖5B之系統520，系統530中之照明器536被定位在顯示器534之背表面後方。為了覆蓋顯示器534之大表面，照明器536發射發散之或半準直之光束535至顯示器534之背表面上。光束535透射通過經調變顯示器534並由其繞射以形成全像光場538。
圖5D示出具有利用波導照明之透射式顯示器544之另一系統540。系統540亦包括控制器542及照明器546。控制器542可類似於圖5A之控制器510，並且可經組態以自電腦541接收圖形資料，對圖形資料進行計算，產生用於調變之控制信號並將其傳輸至顯示器544以及產生並傳輸時序信號，以啟動照明器546。
照明器546可包括光源545且包括或光學附接至波導547。自光源545發射之光可例如自波導之側橫截面耦合至波導547。波導547經組態以引導光均勻地照明顯示器544之表面。由波導547引導之光入射在顯示器544之背表面上並且透射通過顯示器544並由其繞射以形成全像光場548。
不同於圖5A之系統500、圖5B之系統520及圖5C之系統530，在系統540中，控制器542、顯示器544及波導547被一起整合至單一單元550中。在一些情況下，波導547及光源545可以平面形式整合為主動波導照明器，此可進一步提高單一單元550之整合度。如上所述，單一單元500可與其他類似單元550連接或平鋪以形成更大的全像顯示裝置。
圖5E示出具有利用波導照明之另一透射式顯示器564之另一系統560。與系統540相比，透射式顯示器564可潛在地實施大於透射式顯示器544之顯示器。例如，透射式顯示器564可具有比控制器562大之面積，並且為了適應於此情形，控制器562可遠離顯示器564定位。系統560包括具有光源565及波導567之照明器566。波導567與顯示器564整合，例如，光學附接至顯示器564之背表面。在一些實施方案中，顯示器564製造於基板之前側上，且波導567可製造於基板之背側上。
控制器562可類似於圖1A之控制器510並經組態以自電腦561接收圖形資料，對圖形資料進行計算，產生控制信號並藉由記憶體緩衝器563將其傳輸至顯示器564以及產生並傳輸時序信號，以啟動光源565。自光源565發射之光在波導567中被引導以照明顯示器564之背表面且透射通過顯示器564並由其繞射以形成全像光場568。
圖5F示出具有利用波導照明之反射式顯示器574之另一系統570。反射式顯示器574例如可為大型顯示器。照明器576之波導577定位在反射式顯示器574之前表面上。類似於圖5A之控制器510之控制器572可經組態以自電腦571接收圖形資料，對圖形資料進行計算，產生控制信號並藉由記憶體緩衝器573將其傳輸至顯示器574以及產生並傳輸時序信號，以啟動照明器576之光源575。自照明器576之波導577耦合之光被引導以入射在顯示器574之前表面上並由顯示器574繞射以形成全像光場578。
圖5G示出使用波導裝置588的具有利用另一類型之波導照明之反射式顯示器584之另一系統580。類似於圖5A之控制器510之控制器582經組態以產生及傳輸對應於全像資料(影像及/或視訊)之控制信號以用於調變顯示器584，且傳輸時序信號以啟動照明器586。照明器586可提供可被準直之一或多種色彩之光。波導裝置588定位於照明器586及顯示器584前方。波導裝置588可包括輸入耦合器588-1、波導588-2以及輸出耦合器588-3。輸入耦合器588-1經組態以將來自照明器586之準直光耦合至波導588-2中。光接著經由全內反射在波導588-2內部行進且在波導588-2之端處入射於輸出耦合器588-3上。輸出耦合器588-3經組態以將光耦合輸出至顯示器584中。光接著照明顯示器584之用對應控制信號調變之顯示元素，且由反射式顯示器584繞射且通過波導裝置588 (例如，輸出耦合器588-3)反射回(例如，藉由顯示器584之後鏡)，以形成對應於觀看者前方之全像資料之全像光場。
在一些實例中，光以垂直於波導裝置588及/或反射式顯示器584之前表面之角度由輸出耦合器588-3耦合輸出。在一些實例中，輸入耦合器588-1及輸出耦合器588-2中之每一者可包括光柵結構，例如，布拉格光柵。輸入耦合器588-1及輸出耦合器588-2可包括具有不同條紋傾斜角之類似繞射光柵。在一些實例中，照明器586提供單一色彩之光，且輸入耦合器588-1及輸出耦合器588-2包括用於色彩之繞射光柵。在一些實例中，照明器586提供多種色彩之光，例如，紅色、綠色及藍色光束，且輸入耦合器588-1及輸出耦合器588-2可包括分別耦合輸入或耦合輸出不同色彩光束之三個對應繞射光柵(或具有三個對應繞射光柵之單一層)之多層堆疊。
圖5H示出使用光學繞射裝置598的具有利用光學繞射照明之反射式顯示器594之另一系統590。光學繞射裝置598可被視為用於引導光之光導裝置。光學繞射裝置598可為基於透射式場光柵之結構，其可包括一或多個透射式全像光柵。反射式顯示器594可為反射式LCOS裝置。類似於圖5A之控制器510之控制器592可經組態以自電腦591接收對應於一或多個物件之圖形資料，對圖形資料執行計算，且產生並傳輸用於經由記憶體緩衝器593調變至顯示器594之控制信號。控制器592亦可耦接至照明器596且經組態以提供時序信號以啟動照明器596以提供光。光接著由光學繞射裝置598繞射以入射於顯示器594上且接著由顯示器594繞射以形成對應於一或多個物件之全像光場599。顯示器594可將後鏡包括於顯示器594之背部上且可將光反射朝向觀看者。光學繞射裝置598可為光學透明的。照明器596可定位於顯示器594下方，其可允許照明器596與系統590之其他組件一起安裝或容納且在觀看者之視線下方。
如下文進一步詳細地所論述，布拉格選擇性允許離軸照明光自光學繞射裝置598朝向顯示器594繞射，而自顯示器594繞射之返回光可接近於同軸且因此為至光學繞射裝置598中之光柵之離布拉格，且因此可幾乎完美地穿過光學繞射裝置598至觀看者而不再次由光學繞射裝置598中之光柵繞射。在一些實施方案中，來自照明器596之光可自顯示器594之一側以大入射角入射於光學繞射裝置598上，使得照明器596並不阻擋觀看者之視野且並不侵入全像光場599中。入射角可相對於顯示器594之法線為正角或負角。為了說明，入射角呈現為正角。例如，入射角可在70度至90度之範圍內，例如在80度至90度之範圍內。在特定實例中，入射角為84度。來自光學繞射裝置598之繞射光可以近正入射角繞射至顯示器594中，使得光可均勻地照明顯示器594且可通過光學繞射裝置598近垂直地繞射回至觀看者眼睛，其中歸因於不當反射、繞射及/或在光學繞射裝置598之表面內或處散射之功率損失最小化。在一些實例中，自光學繞射裝置598至反射式顯示器594之繞射角可在-10° (或10度)至10° (或10度)之範圍內，例如，自-7°至7°或自5°至7°。在一特定實例中，繞射角為6°。在另一實例中，繞射角為0°。
在一些實施方案中，如圖5H所示，光學繞射裝置598例如沿著朝向觀看者之Z方向配置於反射式顯示器594前方。光學繞射裝置598可包括定位於基板598-2上之場光柵結構598-1。場光柵結構598-1之背表面面向反射式顯示器594之前表面，且場光柵結構598-1之前表面附接至基板598-2。來自照明器596之光可通過基板598-2 (例如，自基板598-2之側表面)入射於場光柵結構598-1之前表面上。例如，基板598-2可具有楔形側表面，例如如圖12C中之另外細節所示，使得在大入射角下之光可具有較少反射損失。
如下文進一步詳細地所論述，若繞射結構(例如，全像光柵)之繞射效率小於100%，則以入射角入射之光可由繞射結構繞射成零級及一級。一級之光(或一級光)被繞射結構以朝向顯示器之繞射角繞射以在其中再次繞射，從而重建全像光場599。一級亦可被稱為一級繞射級。零級之光(或零級光，或非繞射光或非繞射級)係由繞射結構非繞射(或非偏轉)且由繞射結構以對應於入射角之角度透射。零級光可引起諸如雙重影像之不當效應，例如，在零級光直接或在自光學繞射裝置598內之表面反射之後入射於反射式顯示器598-1上時。
為了消除不當效應，場光柵結構598-1可與顯示器594隔開。在一些實施方案中，場光柵結構598-1之背表面藉由間隙與顯示器594之前表面隔開。該間隙可具有任何合適距離，例如，1 mm。該間隙可填充有空氣或任何較低折射率材料以在界面上滿足全內反射(TIR)。例如，空氣具有比場光柵結構598-1之背層之折射率(例如，n≈1.5)小得多的折射率(例如，n≈1.0)，且因此，當入射角大於臨界角(例如，對於n≈1.5，為≈41.8°)時，處於入射角(例如，＞70°)之任何殘餘光可由場光柵結構598-1之背表面全內反射。即，入射角下之殘餘光無法到達反射式顯示器594以引起不當效應。在一些實例中，反射式顯示器594之前表面或場光柵結構598-1之背表面中的至少一者用抗反射塗層被處理，該抗反射塗層可實質上減少來自場光柵結構598-1之背部的自反射式顯示器594反射回至反射式顯示器594之全像光場之一部分，否則該部分可導致其他雙重影像。在一些實例中，場光柵結構598-1之背表面可受到額外層(例如玻璃層)保護。
在一些實施方案中，代替用間隙隔開，場光柵結構598-1之背表面可使用中間層附接至反射式顯示器594之前表面。中間層可為折射率實質上低於場光柵結構598-1之背層之折射率的光學透明黏著劑(OCA)層，使得可發生全內反射(TIR)且殘餘零級光可在場光柵結構598-1之中間層與背層之間的界面處全反射回至光學繞射結構598中。
在一些實施方案中，場光柵結構598-1及顯示器594可用間隙分離，使得任何殘餘光無法到達顯示器594。該間隙可填充有任何合適透明材料、折射率匹配流體或OCA。在一些實施方案中，場光柵結構598-1可形成於顯示器594之覆蓋層(例如，防護玻璃罩)中。
在一些情況下，為了藉由自場光柵結構598-1之主動區域繞射之光照明反射式顯示器594之整個表面，場光柵結構598-1之主動區域可不小於反射式顯示器594之整個表面之區域。在一些實施方案中，場光柵結構598-1及反射式顯示器594具有矩形形狀，其具有沿著X方向之高度及沿著Y方向之寬度。場光柵結構598-1之主動區域可具有不小於反射式顯示器594之高度的高度及不小於反射式顯示器594之寬度的寬度。若場光柵結構598-1與反射式顯示器594之間存在實質間隙，則場光柵結構598-1及基板598-2可被進一步放大，使得可在全像光場599之整個豎直及水平視場(圍繞Z軸)上通過光學繞射裝置598之前部看到來自反射式顯示器594 (例如，全像光場599)之光之擴展錐(或截頭錐)。基板598-2可比場光柵結構598-1寬且高一點。
當光在例如Z方向之維度上以實質上離軸角入射於場光柵結構598-1上時，光可因彼維度中之入射角之餘弦而較窄。來自照明器596之光可具有入射至場光柵結構598-1中之窄矩形形狀，其可接著將光擴展至入射至反射式顯示器594中之大矩形形狀。一或多個光學組件(例如，鏡面、稜鏡、光學厚塊及/或光學填充物)可組態於照明器596、光學繞射結構598及反射式顯示器594之間及內，以進一步擴展光且對其頻寬進行濾波。在一些實例中，經擴展光可具有稍微小於反射式顯示器594之主動區域的光束區域，使得反射式顯示器594之經照明區域之邊緣及周圍區域在朝向觀看者之反射或散射中並不可辨。在一些實例中，經擴展光可具有稍微大於反射式顯示器594之主動區域的光束區域，使得即使經擴展光之邊緣不均勻(例如，由於離開掩蔽邊緣之繞射)，反射式顯示器594之經照明區域之邊緣亦得到充分照明。
在一些實施方案中，控制器592可獲得包括對應於三維空間中之物件之複數個基元之各別基元資料的圖形資料，針對複數個基元中之每一者判定對反射式顯示器594之複數個顯示元素中之每一者之電磁(EM)場貢獻，針對複數個顯示元素中之每一者產生複數個基元對該顯示元素之EM場貢獻總和，且針對複數個顯示元素中之每一者基於對顯示元素之EM場貢獻總和產生各別控制信號。
在一些實施方案中，照明器596可包括經組態以發射對應色彩之光之一或多個色彩發光元件，例如紅色、藍色或綠色雷射(或LED)。光學繞射裝置598可經組態以使複數個不同色彩之光以彼此實質上相同之各別繞射角繞射。各別繞射角中之每一者可在0°至±10°之範圍內，例如實質上相同於0°、+或-1°、+或-2°、+或-3°、+或-4°、+或-5°、+或-6°、+或-7°、+或-8°、+或-9°，+或-10°。
在一些實施方案中，控制器592經組態以在一系列時段中用與複數個色彩之光相關聯之資訊順序地調變顯示器594。例如，該資訊可包括一系列彩色全像圖或彩色影像。控制器592可控制照明器596以在一系列時段中之各別時段期間順序地將複數個色彩之光中之每一者發射至光學繞射裝置598，使得複數個色彩之光中之每一者由光學繞射裝置598繞射至反射式顯示器594且由反射式顯示器594之經調變顯示元素繞射以在各別時段期間形成對應於物件之各別色彩三維全像光場599。取決於觀看者眼睛中之視覺效果之時間相干性，可在眼睛中組合複數個色彩以得到全色外觀。在一些情況下，在顯示影像之狀態改變(或全像重建)期間，諸如在彩色子訊框之間的黑色插入子訊框期間或在視訊源之消隱或重新追蹤時段期間，或在LC上升、下降或DC平衡反轉轉變期間，或在系統暖機期間，或當預期全像光場為完全黑色時，或在校準程序期間，照明器596在不同發光元件當中關閉，或在呈現有效影像(或全像)達一時段時，照明器596開啟。此亦可依賴於視覺之持久性以使影像(或全像重建)顯得穩定且無閃爍。
若全像光場599之一部分出現在顯示器594前方，如由圖5H中之光場599-1所示，則全像光場599之彼部分為經重建影像或全像重建之真實部分(亦稱為真實影像或真實全像重建)。當觀看者看到顯示器594前方之光點時，實際上存在自顯示器594反射至彼點之光。若光場599之一部分對於觀看者而言出現在顯示器594後方(或內部)，如由圖5H中之光場599-2所示，則全像光場599之彼部分為經重建影像或全像重建之虛擬部分(亦稱為虛擬影像或虛擬全像重建)。當觀看者看到出現在顯示器594後方或內部之光點時，實際上不存在自顯示器594繞射至彼虛擬點之光：實情為，自顯示器594繞射之光部分似乎起始於彼虛擬點處。
電腦591及/或控制器592可經組態以調整待在顯示器594中調變之資訊(例如，二維全像圖、影像或圖案)之計算(例如，藉由方程式)，以沿垂直於顯示器594之方向(例如，Z方向)來回移動經重建全像光場599。計算可基於全像渲染程序，例如如圖2及圖3A至圖3G所示。在一些情況下，全像光場599可完全在顯示器594前方。在一些情況下，全像光場599可似乎全部在顯示器594後方。在一些情況下，如圖5H所示，全像光場可具有在顯示器594前方之一個部分，例如真實部分599-1，及出現為在顯示器後方之另一部分，例如虛擬部分599-2。即，光場599可似乎跨越顯示器594之表面，此可稱為影像規劃。
光學繞射裝置598可以不同組態而實施。在一些實施方案中，光學繞射裝置598包括例如如圖7A、圖7B及圖8所示之用於特定色彩之全像光柵，例如布拉格光柵，且全像光場599可對應於特定色彩。在一些實施方案中，光學繞射裝置598包括用於單一記錄層中之不同色彩之多個全像光柵，例如如圖7C、圖7D及圖7E所示。
在一些實施方案中，光學繞射裝置598包括用於不同記錄層中之不同色彩之多個全像光柵，例如如圖9A至圖12C所示。如圖7F所示，用於特定色彩之光柵可不僅繞射特定色彩之光，而且繞射其他色彩之光，此可引起不同色彩之間的串擾。在一些實例中，如下文關於圖9A至圖10B之其他細節所描述，光學繞射裝置598可包括具有一或多個色彩選擇性偏振器之多個全像光柵，以抑制(例如消除或最小化)色彩串擾。在一些實例中，如下文關於圖11至圖12C之其他細節所描述，光學繞射裝置598可包括具有用於以各別入射角入射之不同色彩之光的一或多個反射層之多個全像光柵，以抑制色彩串擾及零級光。在一些實例中，光學繞射裝置598可包括具有一或多個色彩選擇性偏振器之多個全像光柵，例如如圖9A至圖10B所示，及一或多個反射層，例如如圖11至圖12C所示，以抑制色彩串擾及零級繞射。可針對單一色彩或多種色彩來組態低選擇性偏振器中之每一者。可針對單一色彩或多種色彩來組態反射層中之每一者。
圖5I示出使用光學繞射裝置598A的具有利用光學繞射照明之反射式顯示器594A之另一系統590A。反射式顯示器594A可與圖5H之反射式顯示器594相同。不同於圖5H之系統590之光學繞射裝置598，系統590A之光學繞射裝置598A具有基於反射式場光柵之結構，其可包括反射式場光柵結構598-1A及基板598-2A。基板598-2A可為玻璃基板。反射式場光柵結構598-1A可包括用於一或多種不同色彩之一或多個反射式全像光柵。反射式場光柵結構598-1A配置於基板598-2A之前表面上，例如沿著Z方向。照明器596配置於反射式場光柵結構598-1A後方且經組態以使光以大入射角照明在反射式場光柵結構598-1A上。光繞射回(沿著-Z方向)至反射式顯示器594A，該反射式顯示器進一步使光通過光學繞射裝置598A繞射回以形成全像光場599。
圖5J示出使用光學繞射裝置598B的具有利用光學繞射照明之透射式顯示器594B之另一系統590B。透射式顯示器594B可與圖5C之透射式顯示器534、圖5D之透射式顯示器544或圖5E之透射式顯示器564相同。類似於圖5I之光學繞射結構598A，光學繞射結構598B可為基於反射式場光柵之結構，其可包括反射式場光柵結構598-1B及基板598-2B。基板598-2B可為玻璃基板。反射式場光柵結構598-1B可包括用於一或多種不同色彩之一或多個反射式全像光柵。不同於圖5I之光學繞射結構598A，光學繞射結構598B中之反射式場光柵結構598-1B配置於基板598-2B之背表面上。照明器596配置於反射式場光柵結構598-1B之前且經組態以使光以大入射角照明在反射式場光柵結構598-1B上。光繞射回(沿著-Z方向)至透射式顯示器594B，該透射式顯示器進一步繞射光以形成全像光場599。
圖5K示出使用光學繞射裝置598C的具有利用光學繞射照明之透射式顯示器594C之另一系統590C。透射式顯示器594C可與圖5J之透射式顯示器594C相同。類似於圖5H之光學繞射結構598，光學繞射結構598C可為基於透射式場光柵之結構，其可包括透射式場光柵結構598-1C及基板598-2C。基板598-2C可為玻璃基板。透射式場光柵結構598-1C可包括用於一或多種不同色彩之一或多個透射式全像光柵。不同於圖5H之光學繞射結構598，光學繞射結構598C中之透射式場光柵結構598-1C配置於基板598-2C之前表面上。照明器596配置於透射式場光柵結構598-1C後方且經組態以使光以大入射角照明在透射式場光柵結構598-1C上。光向前繞射(沿著+Z方向)至透射式顯示器594C，該透射式顯示器進一步繞射光以形成全像光場599。
如上文所論述，圖5H至圖5K展示反射式/透射式顯示器與基於反射式/透射式場光柵之光學繞射裝置的不同組合。在一些情況下，若光聚合物尚未由其固有結構或額外玻璃層保護，則將光學繞射裝置置放於顯示器之後側上可為光聚合物提供更好的保護。在一些情況下，透射式光柵可在機械及光學上更接近於顯示器，且相比於自反射式光柵，自透射式光柵至顯示器之光可行進較短距離，此可減少對準、覆蓋、分散及/或散射問題。在一些情況下，透射式光柵相比於反射式光柵可具有較大波長容許度及較小角度容許度。在一些情況下，透射式光柵可較不可能朝向觀看者(例如，天花板燈及經照明鍵盤)鏡像處理環境照明。在一些情況下，在透射式顯示器之情況下，觀看者可更接近於顯示器，且全像光場可經投影為更接近於顯示器。在一些情況下，對於透射式顯示器，用於透射式顯示器之玻璃基板可具有高達＞100"對角線之經證實製造能力，其中對於電影院及建築大小而言，具有近無縫平鋪。在一些情況下，反射式及透射反射式顯示器可將控制器(例如，馬克士威全像術電路)嵌入於顯示元素後方，且透射式顯示器可將控制器或電路併入於像素間(或相位單元間)間隙後方。在一些情況下，反射式及透射反射式顯示器可使光能夠雙通顯示元素(例如，液晶材料)，且可具有使用穿過液晶材料之單通的透射式顯示器之折射率改變之兩倍。透射反射式顯示器可表示具有反射透射光之光學層之顯示器。
實例顯示器實施方案
如上所述，馬克士威全像術中之顯示器可為相位調變裝置。顯示器之相位元素(或顯示元素)可表示為相位單元。僅出於說明目的，在下面論述了矽上液晶(LCOS)裝置以用作相位調變裝置。LCOS裝置為使用矽背板頂部之液晶(LC)層之顯示器。LCOS裝置可被最佳化以達成最小可能的相位單元間距(phasel pitch)、相位單元之間的最小串擾及/或較大的可用相位調變或遲滯(例如，至少2π)。
可控制參數清單以最佳化LCOS裝置之效能，包括LC混合物之雙折射(Δ
n)、胞元間隙(
d)、LC混合物之介電異向性(
Δε)、LC混合物之旋轉黏度(
η)，及矽背板與LC層頂部上之共同電極之間的最大施加電壓(
V)。
液晶材料及結構之參數之間可存在基本取捨(trade-off)。例如，基本定界參數為可用的相位調變或遲滯(
Re)，其可被表示為：
Re=
4π · Δn · d / λ(8)，
其中，
λ為輸入光之波長。若對於波長為約0.633 µm之紅光，遲滯
Re需要為至少
2π，則
Δn · d ≥ 0.317 µm(9)。
以上表達式暗示：對於任何給定波長(
λ)，在LC混合物之胞元間隙(
d)與雙折射(
Δn)之間存在直接取捨。
另一定界參數為在施加電壓之後液晶(LC)層中之LC分子達到期望定向所花費的切換速度或切換時間(
T)。例如，對於使用3色場順序色彩系統之即時視訊(約60 Hz)，涉及對LC層之最小為180 Hz之調變，此使得LC切換速度之上限為5.6毫秒(ms)。切換時間(
T)與包括液晶混合物、胞元間隙、操作溫度及施加電壓之數個參數相關。首先，
T與
d 2成比例。隨著胞元間隙
d減小，切換時間隨
d之平方減小。其次，切換時間亦與液晶(LC)混合物之介電異向性(
Δε)相關，其中較高介電異向性導致較短切換時間，並且較低黏度(其可為溫度相依的)亦導致較短切換時間。
第三定界參數可為邊緣場。由於晶體矽之高電子遷移率，LCOS裝置可被製造成具有非常小的相位單元大小(例如，小於10 µm)且具有亞微米相位單元間間隙。當鄰近相位單元在不同電壓下操作時，相位單元邊緣附近之LC指向矢被邊緣場之橫向分量扭曲，此顯著地降低了裝置之電光效能。此外，隨著相位單元間隙變得與入射光波長相當，繞射效應可引起嚴重的光損失。相位單元間隙可能需要保持為小於或等於相位單元間距以將相位雜訊保持在可接受的位準內。
在一些實例中，若遵守邊緣場定界條件，則LCOS裝置被設計成具有2 µm之相位單元間距及約2 µm之胞元間隙。根據上述表達式
Δn · d ≥ 0.317 µm，因此
Δn需要等於0.1585或更大，此可使用當前液晶技術來達成。一旦判定針對給定相位單元間距之最小雙折射，LC就可例如藉由增大介電異向性及/或減小旋轉黏度而針對切換速度進行最佳化。
顯示器之非均勻相位單元實施方案
在LCOS裝置中，電路晶片(例如，互補金屬氧化物半導體(CMOS)晶片或等同物)控制埋入在晶片表面下方之反射金屬電極上之電壓，每一反射金屬電極控制一個相位單元。所有相位單元之共同電極由LCOS防護玻璃罩上之銦錫氧化物製成之透明導電層供應。相位單元可具有相同大小及相同形狀(例如，正方形)。例如，晶片可具有1024x768 (或4096x2160)個相位單元，每一相位單元具有可獨立定址之電壓。如上所述，當相位單元間間隙變得與入射光波長相當時，由於LCOS裝置之週期性結構而可能出現繞射效應，此可能導致嚴重的光損失及繞射光中之強的週期性結構。
在馬克士威全像計算中，每一相位單元自每一基元接收EM貢獻總和並且彼此相對獨立。因此，馬克士威全像術中之LCOS裝置之相位單元可被設計為彼此不同。例如，如圖6A所示，LCOS裝置600可由數個非均勻(或不規則)相位單元602製成。至少兩個相位單元602具有不同形狀。相位單元602之非均勻形狀可極大地減小或消除繞射像差(例如，由於繞射光中之週期性結構)以及其他效應，並因此改良影像品質。儘管相位單元可具有非均勻形狀，但相位單元可被設計為具有平均值(例如，約3 µm)滿足期望空間解析度之大小分佈。矽背板可經組態以根據相位單元之形狀提供用於每一相位單元之各別電路(例如，包括金屬電極)。
在LCOS裝置中之相位單元陣列中，為了選擇特定相位單元，向連接包括特定相位單元之相位單元列之字線施加第一電壓，並且向連接包括特定相位單元之相位單元行之位元線施加第二電壓。由於每一相位單元具有電阻及/或電容，因此LCOS裝置之操作速度可受到此等電壓之切換(或上升及下降時間)限制。
如上所述，在馬克士威全像術中，相位單元可具有不同大小。如圖6B所示，LCOS裝置650被設計為具有一或多個相位單元654，相位單元654之大小大於其他相位單元652之大小。所有相位單元仍可具有滿足期望解析度之大小分佈。例如，99%之相位單元之大小為3 µm，且僅1%之相位單元之大小為6 µm。除了與相位單元652中相同之其他電路之外，相位單元654之較大大小亦允許將至少一個緩衝器660配置在相位單元654中。緩衝器660經組態以緩衝施加電壓，使得電壓僅被施加至相位單元列或相位單元行內之較小數量之相位單元。緩衝器660可為類比電路(例如，由電晶體製成)或數位電路(例如，由數個邏輯閘製成)或者其任何組合。
例如，如圖6B所示，將電壓施加至字線651且將另一電壓施加至位元線653以選擇特定相位單元652*。相位單元652*與包括緩衝器660之較大相位單元654在同一列中。電壓主要施加至列中較大相位單元654之前的第一數量之相位單元，且被較大相位單元654中之緩衝器660阻擋。以此方式，LCOS裝置650之操作速度可被提高。利用相位單元654之較大大小，其他電路亦可被配置在LCOS裝置650中以進一步提高LCOS裝置650之效能。雖然圖6B中之相位單元654及相位單元652具有正方形形狀，但相位單元亦可具有如圖6A所示之不同形狀，只要一或多個相位單元654之大小大於其他相位單元652之大小即可。
例示性校準
本發明中之馬克士威全像術之獨特性質允許保護校準技術，此等技術可在高品質顯示器之實際生產中產生顯著的競爭優勢。可實施數種校準技術以與馬克士威全像計算技術組合，包括：
(i)結合狄利克雷邊界條件調變器及/或結合機械及軟體繞射及非繞射校準技術使用影像感測器或光場；
(ii)軟體對準及軟體校準，包括利用狄利克雷邊界條件調變器之個別色彩校準及對準；以及
(iii)在邊界條件調變器中嵌入矽特徵，該等矽特徵允許將光偵測(包括功率及色彩)及/或測溫術直接建置至調變器中，使得與馬克士威全像術結合時建立簡化製造校準程序之強大且獨特的方法。
在下文中，僅出於說明目的，針對基於相位之顯示器(例如，LCOS顯示器)實施三種類型之校準。每一相位元素可表示為相位單元。
相位校準
添加至照射在LCOS相位元素(或相位單元)上之光之相位量可藉由施加至LCOS相位單元之電壓直接得知。此係由於雙折射液晶(LC)在存在電場之情況下旋轉並且因此改變其折射率從而減慢光以改變其相位。改變之相位可取決於液晶(LC)及LC所在之矽裝置之電特性。發送至LCOS之數位信號需要被變換成正確的類比電壓以達成高品質全像影像。LCOS裝置涉及相位校準，以確保數位信號被適當地變換成施加至LC之類比信號，使得其產生最大量之相位範圍。預期此轉換導致線性行為。即，當電壓以固定增量改變時，相位亦以固定增量改變，而不管起始電壓值如何。
在一些情況下，LCOS裝置允許使用者更改數位至類比轉換器(DAC)，使得使用者在給定數位輸入信號之情況下對類比電壓輸出之量進行控制。數位電位計可應用於每一輸入位元。例如，若存在8個輸入位元，則可存在對應於每一輸入位元之8個數位電位計。來自數位電位計之相同數位輸入可被施加至LCOS裝置之所有相位單元。設定為「1」之位元啟動電壓，且設定為「0」之位元不啟動電壓。來自此類「1」位元之所有電壓一起求和以獲得發送至每一相位單元之最終電壓。亦可能在所有情況下施加DC電壓，使得所有「0」位元導致基線非零電壓。因此，LCOS裝置之相位校準可藉由設定用於LCOS裝置之數位電位計之值來實施。例如，如上所述，控制器可計算基元清單對顯示器之每一相位單元之EM場貢獻，產生多個基元對每一相位單元之各別EM場貢獻總和，並產生對每一相位單元之各別控制信號以對相位單元之相位進行調變。來自數位電位計之相同數位輸入可被施加以調整對LCOS裝置之所有相位單元之各別控制信號，此與基於逐相位單元之相位校準不同。數位輸入可在LCOS裝置之操作期間被設定一次，例如用於顯示全像圖。
為了判定數位輸入之一組最佳相位校準值，可應用遺傳演算法，其中多個輸入值導致一個輸出值，如相位範圍或全像影像對比度。該輸出值可被簡化為一個稱為適應度之數值。遺傳演算法可經組態以探索輸入值之不同組合，直至其達成具有最高適應度之輸出。在一些情況下，該演算法可採用最適應之輸入中之兩者或更多者，並將其數個構成值組合在一起以建立具有採用之輸入之特性但又不同於每一採用之輸入的新輸入。在一些情況下，該演算法可將此等構成值中之一者更改為不來自所採用之適應輸入中之任一者的某值，其被表示為「變異」並且可將變體添加至可用的適應輸入中。在一些情況下，在嘗試新值的同時，藉由利用自具有良好結果之先前量測獲得的知識，可找到一或多個最佳值，因此最佳值不限於局部最大值。
可存在多種方式來計算適應度輸出值。一種方式係在給定施加至LCOS上之所有相位單元之一組數位輸入的情況下計算光之相位變化。在此方案中，入射光可偏振。當照射在LCOS上時，入射光之偏振可根據LC之旋轉而改變。入射光可被繞射回通過被設定為與原始偏振相同之偏振或與原始偏振相差90度之偏振的另一偏振器，然後進入光偵測器。因此，當LC旋轉改變時，自光偵測器觀看到之強度可改變。因而，可藉由光之強度變化間接感知光之相位變化。計算相位變化之另一方式係量測馬克士威全像重建與背景之強度差。此在投影式顯示器中最有效。在此種情況下，量測強度可能需要使用電腦視覺演算法來識別馬克士威全像重建並量測其強度。判定相位變化之另一方式係在干涉光學幾何結構中量測相位變化或用顯微鏡使其成像。
對準校準
光源及其他光學元件可能不會在全像裝置內適當地對準並且因此可能需要對準。對於光源之不同波長，不同液晶(LC)及光學繞射元件或繞射光學元件亦可表現不同。此外，尤其是，LC、繞射物及光源可逐裝置且隨時間(老化及燒入)並且由於諸如操作溫度之操作環境之改變及歸因於熱或機械應力之機械誘發性變形而改變，從而當以不同基礎色彩展示時或在不同時間或在不同環境內向相同輸入全像圖給予不同特性，例如物件縮放。此外，某些硬體特徵可對亦可能在此等情況下需要校正之輸出光應用不同光學效應，例如透鏡效應。
在一些實施方案中，可藉由對一或多個光學元件應用機械平移、變形及旋轉來解決上述問題。在一些實施方案中，可藉由對針對顯示器之相位單元所計算之相位應用數學變換來解決上述問題。相位為基元清單對相位單元之各別EM場貢獻總和。數學變換可自數學表達式(例如，任尼克(Zernike)多項式)導出，並且可藉由改變多項式係數或其他變化之輸入值來變化。數學變換可逐相位單元以及根據色彩而變化。例如，存在任尼克多項式係數，其與光自顯示器繞射之後施加至光之傾斜量對應。
為了判定此等係數/輸入值，可建立硬體及軟體設置，其中2D攝影機、光度計、光場攝影機及/或其他光度或比色儀器在投影式顯示器之情況下指向由LCOS照明之反射或漫透射表面或在直視式顯示器之情況下指向LCOS。一或多個全像測試圖案及物件可被發送至顯示器並由一或多個量測儀器量測。2D攝影機或3D (光場)攝影機或攝影機陣列可使用機器視覺演算法來判定正在顯示之內容並隨後計算其適應度。例如，若點網格為測試圖案，則適應度可藉由點之接近程度、點在其預期位置之居中程度、點展現多少畸變(例如，縮放或枕形失真)等之統計度量來判定。針對不同效能特性可存在不同適應度值。取決於此等值，校正可例如以改變係數之形式應用於任尼克多項式，直至適應度達到預定滿意位準或通過視覺或任務導向式A/B測試。此等測試圖案可在不同距離處渲染，以確保對於物件在不同距離處之對準係一致的，而不僅僅尤其在一個3D點或平面處係一致的。此類基於深度之校準可涉及反覆程序，該等程序涉及更改全像測試圖案或其中之元素之深度，以及反射或漫透射表面之位置，且其中可重複先前校準直至收斂至在多個深度處可行之解上。最後，可顯示白點以展示校準之有效性。
色彩校準
在顯示器中，不管係全像抑或其他，當任何兩個單元渲染同一影像時，重要的是，顯示器之間的色彩匹配並且另外與由電視(TV)及電腦顯示器標準(如用於高清晰度電視(HDTV)之Rec.709標準或電腦監視器之sRGB色彩空間)界定之色彩匹配。不同批次之硬體組件(例如，LED及雷射二極體)可對於相同輸入表現出不同行為，並且可在被人眼感知時輸出不同色彩。因此，重要的是具有能夠校準所有顯示單元之色彩標準。
在一些實施方案中，藉由量測強度及色度而指定之色彩之客觀量測可藉由比對國際委員會(Commission internationale de l'éclairage，CIE)標準觀察曲線(Standard Observer curve)量測色彩強度來獲得。藉由請求每一顯示器再現已知色彩及強度之樣本集合，然後使用根據CIE標準觀察曲線校準之色度計裝置量測輸出光，可客觀地界定裝置在選定CIE色彩空間中之色彩輸出。量測值與已知良好值之任何偏差可用於調適顯示器上之輸出色彩以使其回至對準或一致性，此可使用反覆量測-調適-量測回饋循環來實施。一旦馬克士威全像裝置針對給定輸入集合產生精確輸出，就可將最終調適編碼為用於將輸入值映射至輸出強度之照明器之查找表，以及編碼為將輸入色彩變換為輸出色彩空間值之色彩矩陣變換。此等校準表可嵌入在裝置本身中以產生可靠的客觀輸出色彩。可針對眾多操作溫度範圍中之每一者提供多個此類表。可針對LCOS之主動表面之眾多不同區中之每一者提供多個此類表。可將校準值內插於用於鄰近溫度範圍及/或鄰近表面區之表之間。
此外，給定具有足夠精細特徵來控制具有亞波長精度之繞射之LCOS裝置，可能不需要三刺激照明(例如，紅色、綠色及藍色之線性混合)，並且LCOS裝置可用單一寬譜光源被照明並且選擇性地調諧相位單元輸出以產生三刺激、四刺激、甚至N刺激輸出色彩，此等色彩與空間抖動圖案組合可再現色彩之更完整的光譜輸出而非常見的三刺激近似。給定足夠寬的光譜照明器，此允許馬克士威全像術產生位於人類視覺系統之光譜焦點內或位於紅外線(IR)或紫外線(UV)結構化光之光譜焦點外的任何反射色彩。
例示性全像光柵
圖7A至圖7F示出可包括於光學繞射裝置(或光導裝置)中之實例全像光柵的實施方案，該光學繞射裝置例如為圖5H之光學繞射裝置598、圖5I之598A、圖5J之598B或圖5K之598C。圖7A及圖7B示出在記錄介質中以單色記錄及重放全像光柵。圖7C及圖7D示出在記錄介質中以三種不同色彩之光記錄三種不同色彩之全像光柵(圖7C)及以單色光重放該等光柵(圖7D)。圖7E及圖7F示出在記錄介質中以三種不同色彩之光重放三種不同色彩之全像光柵，且圖7F示出不同色彩之繞射光之間的色彩串擾。記錄參考光束、記錄物件光束、重放參考光束及繞射光束中之任一者為可經s偏振或p偏振之偏振光。
圖7A示出在記錄介質中記錄全像光柵之實例。記錄介質可為感光性材料，例如感光性聚合物或光聚合物、鹵化銀或任何其他合適的材料。記錄介質可配置於基板上，例如玻璃基板。在記錄期間，該基板可為透明或不透明的。在一些實施方案中，感光性材料可黏附至載體膜，例如三乙酸纖維素(TAC)膜。具有載體膜之感光性材料可層壓於基板上，其中感光性材料處於載體膜與基板之間。
在透射全像術中，記錄參考光束及記錄物件光束分別以記錄參考角θ
r及記錄物件角θ
o自同一側入射於記錄介質之同一區上。參考光束及物件光束中之每一者可在空氣中開始，穿過感光性材料且接著進入並穿過基板，射出至空氣中。記錄參考光束及記錄物件光束具有相同色彩，例如綠色，且具有相同偏振狀態，例如經s偏振。兩個光束均可源自具有高空間及時間相干性之雷射源，使得該等光束強干涉以形成光束重疊之駐立圖案。在記錄介質內，該圖案經記錄為條紋圖案，例如光柵，包括多個平行干涉平面，如在圖7A中示出為以滿足以下表達式之條紋傾斜角θ
t傾斜的實線：
θ
t= (θₒ + θᵣ) / 2 (10)，
其中θ
t表示在記錄期間記錄介質中之條紋傾斜角，θₒ表示在記錄期間記錄介質中之物件角，且θᵣ表示在記錄期間記錄介質中之參考角。
記錄介質之表面上的條紋間隔(或條紋週期) d可表達為：
d = λ
record/ (n sinθ
record) (11)，
其中λ
record表示記錄波長(在真空中)，n表示光柵周圍之介質的折射率(例如，n=1.0之空氣)，θ
record表示在記錄期間之束間角且等於| θₒ − θᵣ |，其中θₒ表示在記錄期間在記錄介質之表面處的物件入射角，且θᵣ表示在記錄期間在記錄介質之表面處的參考入射角。在一些狀況下，條紋間隔d具有類似於記錄光之波長的大小，例如0.5 µm。因此，條紋圖案可具有頻率f=1/d，例如約每毫米2,000個條紋。記錄介質之厚度D可能比記錄光之波長大超過一個數量級。在一些實例中，記錄介質D之厚度為波長之約30倍，例如約16.0 +/- 2.0 µm。載體膜可具有大於記錄介質之厚度，例如60 µm。基板可具有比記錄介質大超過幾個數量級的厚度，例如約1.0 mm。
在條紋圖案或光柵記錄於記錄介質中之後，條紋圖案可固定於記錄介質中，例如藉由用深藍光或紫外(UV)光對光聚合物進行曝光可將條紋凍結在適當位置且亦可增強條紋之折射率差。記錄介質可在固定期間收縮。可選擇記錄介質在固定期間具有低收縮率，例如小於2%，或可補償此收縮率。
在每一光束穿過具有不同折射率之材料之間的界面時，光束之一些部分根據菲涅耳定律反射，該菲涅耳定律給出在每次躍遷時反射之功率的百分比。該反射為偏振相依的。對於入射角較小(例如，30°)之光，菲涅耳反射可能較弱。對於入射角較大(例如，80°)之光且對於經s偏振光，菲涅耳反射可能較強。當入射角達到或超過臨界角時，會發生全內反射(TIR)，亦即，反射率為100%。舉例而言，對於自玻璃(n=1.5)至空氣(n=1.0)之躍遷，臨界角為約41.8°。由於折射率取決於偏振且微弱地取決於波長，因此大入射角下之反射功率可能變為弱波長相依的，且可能變為強偏振相依的。
圖7B示出藉由圖7A之光柵繞射重放參考光束的實例。對於透射全像術，在重放期間，基板為透明的。基板亦可為光學透明塑膠，諸如TAC或某一其他低雙折射率塑膠。當記錄介質中之記錄光柵相較於重放參考光束之波長較薄時，例如記錄介質之厚度比重放波長大不到一個數量級，光柵之繞射角可由光柵方程描述如下：
m λ
replay= n d (sinθᵢ
n− sinθₒᵤ
t) (12)，
其中m表示繞射級(整數)，n表示光柵周圍之介質的折射率，d表示記錄介質之表面上的條紋間隔，θᵢ
n表示自周圍介質至光柵上之入射角，θ
out表示自光柵返回至周圍介質中之第m級的輸出角，且λ
replay表示真空中之重放波長。
當記錄光柵相對較厚時，例如當記錄介質之厚度比重放波長大超過一個數量級(例如，30倍)時，光柵可被稱為體積光柵或布拉格光柵。對於體積光柵，在布拉格角下，布拉格選擇性可極大地增強繞射效率。布拉格角可基於例如嚴格耦合波解之數值解及/或實驗及迭代而判定。在偏離布拉格(off-Bragg)角下，繞射效率可實質上降低。
當入射至條紋平面上之入射角等於離開含有條紋平面之介質內的條紋平面之繞射角時，可滿足布拉格條件。光柵方程(12)可接著變為布拉格方程：
m λ
replay= 2 n
replayΛ
replaysin( θ
m− θ
t) (13)，
其中m表示繞射級(或布拉格級)，n
replay表示介質中之折射率，Λ
replay表示記錄介質中之條紋間隔，θ
m表示記錄介質中之第m布拉格角，θ
t表示記錄介質中之條紋傾斜角，且Λ
replay可等於d cosθ
t。
對於以相同角度及波長記錄及重放之體積光柵(假設在處理期間無收縮)，可自動滿足布拉格條件。舉例而言，如圖7B中所示出，以相同波長(例如，綠色)及參考角(例如，θ
r)記錄及重放體積光柵，且光柵可以記錄物件光束之角度將一級重放光束繞射出。入射光束之一小部分可作為未偏振或未繞射零級光束穿過光柵。若零級光束到達諸如反射式LCOS裝置之顯示器，則該光束可導致非期望效應，例如雙重影像。
若重放參考角不改變但重放參考波長改變，則記錄介質中之布拉格光柵的繞射效率η可表達為：
η ∝ 2 D
replaysinθ
Bragg 2δλ cosθ
tilt.replay/ (λ
Bragg 2cosθ
Bragg) (14)，
其中η表示繞射效率，D
replay表示在重放期間記錄介質之厚度(在收縮之後)，θ
Bragg表示預期重放波長λ
Bragg在布拉格下之重放參考角(在收縮之後)，δλ表示重放波長中之誤差，亦即，δλ = │λreplay - λBragg│，且θ
tilt.replay表示重放期間記錄介質中之條紋傾斜角(在收縮之後)。所有λ為真空中之值。
圖7C示出使用不同色彩之光在記錄介質中記錄用於不同色彩之光柵的實例。如所示出，三個條紋圖案(或光柵)可例如依序或同時記錄於單個記錄介質中。條紋圖案對應於重放色彩(例如，紅色、綠色或藍色)且可以不同波長記錄。記錄參考光束及記錄物件光束具有相同偏振狀態。每一光束可經s偏振。每種色彩之記錄參考光束可以相同參考光束角θ
r(例如，+30°)入射於單個記錄介質上。每種色彩之記錄物件光束可以相同物件光束角θ
o(例如，−20°)入射於單個記錄介質上。
在記錄期間每一光柵之條紋平面傾斜角θ
t可相同，此係因為θ
t獨立於波長，例如θ
t= (θₒ + θᵣ)/2。對於每一光柵，在記錄期間垂直於條紋平面之條紋間隔d可不同，此係因為d取決於波長。在一些實例中，如圖7C中所示出，條紋間隔按比例為對應於640 nm:520 nm:460 nm之實例波長的紅色:綠色:藍色≈123%:100%:89%。
圖7D示出使用相同色彩之光在記錄介質中記錄用於不同色彩之光柵的實例。類似於圖7C，在單個光聚合物中記錄三個條紋圖案，每一重放色彩一個條紋圖案。不同於圖7C，可使用例如綠光之相同波長記錄圖7D中之三個條紋圖案。為達成此記錄，每種重放色彩之記錄物件光束可以不同物件光束角入射於單個記錄介質上，且每種重放色彩之記錄參考光束可以不同參考光束角入射於單個記錄光聚合物上。圖7D中用於重放色彩之條紋傾斜角及條紋間隔可匹配圖7C中用於彼相同重放色彩之條紋傾斜角及條紋間隔。
圖7E示出藉由用於不同色彩之光柵繞射不同色彩之重放參考光束的實例。可如圖7C或圖7D中所示出記錄光柵。類似於圖7B，對於重放色彩，當記錄波長與重放波長相同且重放參考角為用於重放色彩之光柵的第一布拉格角時，該光柵以等於記錄物件角之繞射角繞射一級重放參考光束，且以重放參考角透射零級重放參考光束。由於布拉格選擇性，一級重放參考光束之功率可實質上大於零級重放參考光束之功率。三個重放參考光束可具有相同入射角，例如30°，且一級繞射光束可具有相同繞射角，例如20°。
用於每種色彩之重放參考角可能既不等於彼此，亦不等於用於在記錄期間使用之色彩的角度。舉例而言，對於綠色，可例如使用諸如倍頻二極體泵浦YaG雷射之高功率高相干性綠色雷射在532 nm下記錄光柵，且接著使用綠色雷射二極體在520±10 nm下重放光柵。在一些狀況下，具有532 nm之波長的綠色雷射亦可用以記錄所需條紋圖案，以便使用640±10 nm之廉價紅色雷射二極體進行重放。對於藍色，可使用HeCd雷射在442 nm下記錄光柵，且使用460±2 nm藍色雷射二極體重放光柵。
圖7F示出不同色彩之繞射光束之間的串擾之實例。儘管具有布拉格選擇性，但每種色彩亦可略微繞射離開針對每一其他色彩而記錄之光柵，此可導致此等色彩之間的串擾。相較於僅提供對應色彩之一級繞射的圖7E，圖7F提供離開每一光柵之每種色彩之一級繞射。
舉例而言，如圖7F中所示出，分別記錄用於紅色、綠色及藍色之紅色光柵、綠色光柵及藍色光柵。當紅光以相同參考角30°入射於紅色光柵上時，一級紅光之繞射角為20°；但當紅光以相同參考角30°入射於綠色光柵上時，一級紅光之繞射角為32°；且當紅光以相同參考角30°入射於藍色光柵上時，一級紅光之繞射角為42°。因此，繞射光可以非預期角度出現，且會發生色彩串擾。類似地，當綠光以參考角30°入射於綠色光柵上時，一級綠光之繞射角為20°；但當綠光以相同參考角30°入射於紅色光柵上時，一級綠光之繞射角為11°；且當綠光以相同參考角30°入射於藍色光柵上時，一級綠光之繞射角為27°。因此，繞射光可以非預期角度出現，且會發生色彩串擾。類似地，當藍光以參考角30°入射於藍色光柵上時，一級藍光之繞射角為20°；但當藍光以相同參考角30°入射於紅色光柵上時，一級藍光之繞射角為6°；且當藍光以相同參考角30°入射於綠色光柵上時，一級藍光之繞射角為14°。因此，繞射光可以非預期角度出現，且會發生色彩串擾。因此，當例如綠光之單色光入射於記錄介質中之三個光柵上時，三個光柵繞射單色光以具有繞射角為20°之第一繞射綠光、繞射角為27°之第二繞射綠光及繞射角為11°之第三繞射綠光。每種色彩之繞射光的兩個非預期角度可產生非期望效應。
在一些狀況下，替代在單個記錄層中記錄用於三種不同色彩之三個不同光柵，可替代地將三個不同光柵儲存於堆疊在一起之三個分離的記錄層中。類似於圖7F，當三種色彩之光以相同入射角入射於光柵中之任一者上時，可能會發生色彩串擾。本發明之實施方案提供用於抑制多個光柵堆疊中之色彩串擾的方法及裝置，如在圖9A至圖12C中進一步詳細地示出。
圖8示出在記錄介質中記錄具有大參考角之全像光柵的實例。使用大重放參考光束角可實現薄的重放系統。又，重放輸出光束，亦即，一級之繞射角，可正交於顯示器。因此，記錄物件光束可接近於正入射，如圖8中所示出。
對於布拉格繞射，經p偏振光及經s偏振光之菲涅耳反射在每一條紋平面處均為低的，但在45°之入射角下，s偏振之反射比p偏振強幾個數量級。因此，若重放參考至記錄介質中之條紋上的入射角接近45°，則離開條紋之布拉格諧振可為高度偏振敏感的，非常有利於s偏振。記錄物件光束可近正入射於記錄介質上，使得經重建物件光束或經繞射重放光束可近正入射於顯示器上。由於記錄介質中之條紋傾斜角為介質中記錄物件角及參考角之平均值，因此為了在重放時達成至條紋上之接近45°的入射角且因此達成高偏振選擇性，可使用記錄介質中接近90°之記錄參考角。記錄物件光束與記錄參考光束之間的束間角可接近90°。舉例而言，束間角為84°，如圖8中所示出，且記錄光束中之條紋平面的條紋傾斜角為42°，且重放參考光束至條紋平面上之入射角為48°，其對應於約90:1之偏振靈敏度。
在一些狀況下，為獲得0°之重放輸出(或一級)繞射角，記錄物件光束可能不等於0°，但接近0°，其可藉由考慮記錄介質在其處理期間之收縮及記錄波長與重放波長之間的微小波長差的組合來達成。舉例而言，記錄物件角之範圍可為-10°至10°，例如範圍為-7°至7°，或5°至7°。在一些實例中，記錄物件角為0°。在一些實施例中，記錄物件角為6°。
在一些實施方案中，為在記錄期間達成足夠大的束間角，例如接近90°，應用稜鏡使得每一記錄光束經由稜鏡面進入稜鏡，在該稜鏡面處，該光束入射至稜鏡中之入射角接近稜鏡之彼面的法線，且因此折射及菲涅耳損失兩者均變得可忽略。稜鏡可在界面處與記錄介質之覆蓋膜或基板折射率匹配，使得折射率失配在該界面處可忽略，且折射及菲涅耳損失在該界面處亦可忽略。
例示性光學繞射裝置
圖9A至圖12C展示實例光學繞射裝置之實施方案。該等裝置中之任一者可對應於例如圖5H之光學繞射裝置598或圖5K之598C。光學繞射裝置經組態以個別地繞射具有複數個色彩之光，以抑制(例如，減少或消除)繞射光之間的色彩串擾及/或抑制零級未繞射光。圖9A至圖10B展示包括色彩選擇性偏振器之實例光學繞射裝置。色彩選擇性偏振器可選擇性地改變選定色彩之偏振，使得單色光可具有s偏振以達成一級的高繞射效率，而其他色彩之光具有p偏振，因此達成一級的較低繞射效率。圖11至圖12C展示包括反射層之實例光學繞射裝置。反射層可選擇性地全反射零級單色光，同時透射其他色彩之光。
具有色彩選擇性偏振器之光學繞射裝置
圖9A示出包括用於兩種色彩之全像光柵以及對應色彩選擇性偏振器的實例光學繞射裝置900，且圖9B示出藉由圖9A之光學繞射裝置900繞射兩種色彩之光的實例950。為了說明，裝置900經組態以用於綠色光及藍色光。
光學繞射裝置900包括：第一光學繞射組件910，其具有用於藍色光之第一繞射光柵(B光柵) 912；及第二光學繞射組件920，其具有用於綠色光之第二繞射光柵(G光柵) 922。繞射光柵中之每一者可處於例如TAC膜之載體膜與例如玻璃基板之基板之間。沿著Z方向，載體膜可在繞射光柵之後且基板可在繞射光柵之前，或反之亦然。如圖9A中所示出，第一光學繞射組件910包括在B光柵912之相對側上的基板914及載體膜916，且第二光學繞射組件920包括在G光柵922之相對側上的基板924及載體膜926。光學繞射裝置900可包括場光柵基板902，第一光學繞射組件910及第二光學繞射組件920堆疊於該場光柵基板上。抗反射(AR)塗層901可附著至或塗覆於場光柵基板902之表面上以減少表面處之反射。
光學繞射裝置900亦可包括光學透明折射率匹配黏著劑(OCA)、UV固化或熱固化光學膠、光學接觸或折射率匹配流體之一或多個層，以將例如以下各者之鄰近層或組件附著或黏附在一起：場光柵基板902及BY濾光片904、BY濾光片904及第一繞射組件910 (或基板914)、第一繞射組件910 (或載體膜916)及GM濾光片906，及/或GM濾光片906及第二繞射組件920 (或基板924)。載體膜916或926、基板914或924及OCA層之次序可基於其在重放光波長下的折射率而判定，以減少界面處之折射率失配且因此減少界面處之菲涅耳反射。
第一繞射光柵及第二繞射光柵中之每一者可為獨立地記錄及固定(例如，固化)於例如感光性聚合物之記錄介質中的全像光柵(例如，體積光柵或布拉格光柵)。記錄介質之厚度可能比記錄波長大超過一個數量級，例如約30倍。類似於圖7A或圖8中所示出之情況，以記錄參考角入射於記錄介質上之記錄參考光束及以記錄物件角入射於記錄介質上之記錄物件光束可在記錄介質中干涉以形成繞射光柵。接著，類似於圖7B中所示出之情況，重放參考光束可藉由記錄繞射光柵以一級及零級繞射。記錄光束及重放光束可具有相同的s偏振狀態。重放光束之重放波長可與記錄光束之記錄波長大體上相同。
在一些實例中，重放入射角可與記錄參考角(或布拉格角)大體上相同，且布拉格條件可滿足。一級之光(或一級光)以大體上接近記錄物件角之繞射角繞射，且零級之光(或零級光)不繞射且以重放入射角透射。由於布拉格選擇性，一級光之功率可實質上高於零級光之功率。零級光(例如，殘餘光或耗盡光)之功率取決於繞射光柵之繞射效率。繞射效率愈高，則零級光之功率愈低。在一些實例中，記錄參考角、記錄物件角、重放入射角、記錄波長及重放波長可經組態使得重放輸出角(或一級繞射角)大體上接近0°或正交於光柵。繞射角可在-10°至10°之範圍內，例如在-7°至7°、0°至10°或5°至7°之範圍內。在特定實例中，繞射角為6°。
又，由於偏振靈敏度，以重放參考角入射且以繞射角按一級繞射之第一色彩(例如，藍色)的經s偏振光之繞射效率可實質上高於以重放參考角入射、以繞射角按一級繞射之相同色彩的經p偏振光之繞射效率。如圖7F中所示出，以與第一色彩之光相同的重放入射角入射的第二色彩之光(例如，綠色)係以不同於第一色彩之光之繞射角的繞射角繞射。因此，由於布拉格靈敏度及偏振靈敏度兩者，以重放入射角在s偏振狀態下入射且以一級繞射之第一色彩之光的繞射效率可實質上高於以相同重放入射角或以不同重放入射角在p偏振狀態下入射之第二色彩之光的繞射效率。
光學繞射裝置900可經組態以抑制藍色繞射光束與綠色繞射光束之間的串擾。舉例而言，當在裝置900中，B光柵912沿著Z方向定位於G光柵922前方時，光在入射於G光柵922上之前入射於B光柵912上。光學繞射裝置900可經組態使得藍色光以s偏振狀態入射於B光柵912上，且綠色光以p偏振光入射於B光柵912上，且綠色光以s偏振狀態入射於G光柵922上。在一些狀況下，光學繞射裝置900亦可經組態使得殘餘藍色光以p偏振狀態入射於G光柵922上。
在一些實施方案中，如圖9A及圖9B中所展示，光學繞射裝置900可包括第一繞射光柵912與第二繞射光柵922之間(或第一繞射組件910與第二繞射組件920之間)的色彩選擇性偏振器906 (亦稱為色彩選擇性延遲器或濾光片)。色彩選擇性偏振器906可包括GM濾光片，該濾光片經組態以將綠色光之偏振狀態旋轉90度，例如自p偏振狀態旋轉至s偏振狀態，但不旋轉藍色光之偏振狀態。
在一些實施方案中，如圖9A及圖9B中所展示，光學繞射裝置900可包括沿著Z方向在第一繞射光柵912及第二繞射光柵922前方之另一色彩選擇性偏振器904。色彩選擇性偏振器904可包括BY濾光片，該濾光片經組態以將藍色光之偏振狀態旋轉90度，自p偏振狀態旋轉至s偏振狀態，但不旋轉綠色光之偏振狀態。
如圖9A及圖9B中所展示，藍色光952及綠色光954兩者均可以p偏振狀態同時或依序入射至光學繞射裝置900中。兩種色彩之光可具有相同入射角θ°。當藍色光952及綠色光954首先入射於BY濾光片904上時，色彩選擇性偏振器904將藍色光之p偏振狀態旋轉至s偏振狀態，而不旋轉綠色光之偏振狀態，使得藍色光以s偏振狀態入射於B光柵912上且綠色光以p偏振狀態入射於B光柵912上。B光柵912以第一繞射效率、以繞射角將s偏振狀態下之藍色光繞射成一級藍色光952'，且以入射角透射零級藍色光952''。由於偏振靈敏度及布拉格靈敏度，B光柵912以實質上小於第一繞射效率之繞射效率繞射p偏振狀態下之綠色光954，且p偏振狀態下之大部分綠色光954透射穿過B光柵912。色彩選擇性偏振器906將綠色光之p偏振狀態旋轉成s偏振狀態，而不旋轉藍色光之s偏振狀態，使得G光柵922以第二繞射效率、以繞射角將s偏振下之綠色光繞射成一級綠色光954'，且以入射角透射零級綠色光954''。因此，繞射之藍色光952'及綠色光954'以相同s偏振狀態及相同繞射角射出光學繞射裝置900，該繞射角例如在-10°至10°或-7°至7°之範圍內或大體上接近0°或正交於裝置900。
如圖5H中所展示，沿著Z方向，光學繞射裝置900可定位於顯示器(例如，圖5H之顯示器594)之防護玻璃罩930前方。如上文在圖5H中所論述，光學繞射裝置900可藉由OCA層或折射率匹配油附接至防護玻璃罩930，或以諸如氣隙之間隙隔開。繞射之藍色光952'及綠色光954'可以相同s偏振狀態及相同入射角(例如，以大體上正入射)入射至顯示器中。顯示器可將藍色光952'及綠色光954'繞射回至光學繞射裝置900中且穿過光學繞射裝置。自顯示器繞射之藍色光及綠色光無法藉由光學繞射裝置950顯著地進一步繞射，此係因為該等光以遠離布拉格之角度入射於繞射光柵912及922上。
顯示器594可藉由在顯示器之配向層的方向上或垂直於顯示器之配向層的方向上偏振的光照明。顯示器可在其自身的平面中在水平定向與豎直定向之間旋轉，因此需要哪種偏振取決於顯示器所處的定向。在一些實施方案中，可用經p偏振光照明顯示器。自光學繞射裝置900繞射之藍色光及綠色光可以相同p偏振狀態入射於顯示器上。光學繞射裝置900可包括在G光柵922之後的額外色彩選擇性偏振器，以將藍色光952'及綠色光954'中之每一者的s偏振狀態旋轉至p偏振狀態。
在一些實施方案中，藍色光以s偏振狀態且綠色光以p偏振狀態入射至光學繞射裝置900中，且光學繞射裝置900在B光柵912之前可能不包括BY濾光片904以旋轉藍色光之偏振狀態。
在一些實施方案中，零級未繞射(或透射)藍色光及/或零級未繞射(或透射)綠色光可由配置於光學繞射裝置900中之一或多個反射層全內反射，如在圖11至圖12C中進一步詳細地論述。
圖10A示出用於個別地繞射三種色彩之光的實例光學繞射裝置1000，該光學繞射裝置包括用於三種色彩之全像光柵以及對應色彩選擇性偏振器。圖10B示出藉由圖10A之光學裝置繞射三種色彩之光的實例。相較於圖9A及圖9B，光學繞射裝置1000包括用於額外色彩之額外繞射組件及用於三種色彩之不同色彩選擇性偏振器。為了說明，裝置1000經組態以用於藍色光、紅色光及綠色光。
如圖10A中所示出，沿著Z方向，光學繞射裝置1000可配置於顯示器(例如，圖5H之顯示器594)之防護玻璃罩1050前方。光學繞射裝置1000包括可沿著Z方向一起依序堆疊於場光柵基板1002上之第一繞射組件1010、第二繞射組件1020及第三繞射組件1030。AR膜1001可塗覆或塗佈於場光柵基板1002之前表面上以減少光反射。第一繞射組件1010、第二繞射組件1020及第三繞射組件1030中之每一者可包括各別基板1014、1024、1034；各別繞射光柵1012、1022、1032；及各別載體膜1016、1026、1036。各別繞射光柵1012、1022、1032處於各別基板1014、1024、1034與各別載體膜1016、1026、1036之間。在一些狀況下，沿著Z方向，各別基板1014、1024、1034在各別載體膜1016、1026、1036前方。在一些狀況下，沿著Z方向，各別載體膜1016、1026、1036在各別基板1014、1024、1034前方。
第一繞射光柵1012、第二繞射光柵1022及第三繞射光柵1032中之每一者可經組態以：繞射以入射角入射之s偏振狀態下的單色光，繞射效率實質上高於繞射光柵繞射以相同或不同入射角入射之p偏振狀態下的另一種色彩之光的繞射效率，例如高超過一個數量級、兩個數量級或三個數量級。第一繞射光柵1012、第二繞射光柵1022及第三繞射光柵1032中之每一者可為全像光柵，例如體積光柵或布拉格光柵。第一繞射光柵1012、第二繞射光柵1022及第三繞射光柵1032中之每一者可獨立地記錄及固定於例如感光性聚合物或光聚合物之記錄介質中。
光學繞射裝置1000可包括用於三種色彩之光的多個色彩選擇性偏振器。在一些實施方案中，BY濾光片1004處於場光柵基板1002與第一繞射組件1010之第一繞射光柵1012之間，且經組態以旋轉藍色光之偏振狀態，而不旋轉紅色光及綠色光中之每一者的偏振狀態。MG濾光片1006處於第一繞射光柵1012與第二繞射光柵1022之間(或第一繞射組件1010與第二繞射組件1020之間)，且經組態以旋轉藍色光及紅色光中之每一者的偏振狀態，而不旋轉綠色光之偏振狀態。YB濾光片1008處於第二繞射光柵1022與第三繞射光柵1032之間(或第二繞射組件1020與第三繞射組件1030之間)，且經組態以旋轉紅色光及綠色光中之每一者的偏振狀態，而不旋轉藍色光之偏振狀態。MG濾光片1040在第三繞射光柵1032 (或第三繞射組件1030)之後，且經組態以旋轉紅色光及藍色光中之每一者的偏振狀態，而不旋轉綠色光之偏振狀態。
在一些實施方案中，色彩選擇性偏振器係由兩個或多於兩個子偏振器構成。子偏振器可按任何期望次序配置。舉例而言，YB濾光片1008可由RC濾光片1008-1及GM濾光片1008-2構成。RC濾光片1008-1可配置於GM濾光片1008-2之前，或反之亦然。RC濾光片1008-1經組態以旋轉紅色光之偏振狀態，而不旋轉綠色光及藍色光中之每一者的偏振狀態，且GM濾光片1008-2經組態以旋轉綠色光之偏振狀態，而不旋轉紅色光及藍色光中之每一者的偏振狀態。
光學繞射裝置1000中之鄰近層或組件可使用OCA、UV固化或熱固化光學膠、光學接觸或折射率匹配流體之一或多個中間層附接在一起。如圖5H中所論述，光學繞射裝置1000可經由中間層附接至顯示器防護玻璃罩1050或以例如氣隙之間隙隔開。
光學繞射裝置1000經組態為將三種色彩之光(紅色、綠色及藍色)以相同繞射角(例如，大體上正入射)、以相同偏振狀態(例如，s或p)朝向顯示器繞射出。三種色彩之光可以相同入射角θ° (例如，與布拉格角大體上相同)輸入至光學繞射裝置1000中。在一些狀況下，三種色彩之光可以不同角度入射以匹配每種色彩之光柵的布拉格角。三種色彩之光可呈足夠大以照明光柵之整個區的光束。三種色彩之光可以相同偏振狀態(例如，s或p)輸入至光學繞射裝置1000中。在一些狀況下，一種色彩之光係自相對側(例如，以−θ°)或自Y方向入射。可旋轉每一色彩光柵以匹配其對應色彩重放參考光之方向。對應色彩選擇性偏振器可獨立於色彩光柵之旋轉。
圖10B示出藉由圖10A之光學繞射裝置1000繞射三種色彩之光(藍色、紅色、綠色)的實例1060。三種色彩之光係以相同入射角θ°且以相同p偏振狀態入射至光學繞射裝置1000中。
如圖10B中所展示，BY濾光片1004將藍色光之p偏振狀態旋轉至s偏振狀態，而不旋轉紅色光及綠色光中之每一者的p偏振狀態。B光柵1012以繞射角將s偏振狀態下之藍色光繞射成一級，且以入射角繞射成零級。以入射角在p偏振狀態下入射之綠色光及紅色光透射穿過B光柵1012。
MG濾光片1006將藍色光之s偏振狀態旋轉至p偏振狀態，且將紅色光之p偏振狀態旋轉至s偏振狀態，而不旋轉綠色光之p偏振狀態。R光柵1022以繞射角將s偏振狀態下之紅色光繞射成一級，且以入射角繞射成零級。殘餘零級藍色光及以入射角在p偏振狀態下入射之綠色光透射穿過R光柵1022。
YB濾光片1008中之RC濾光片1008-1將紅色光之s偏振狀態旋轉至p偏振狀態，而不旋轉綠色光及藍色光中之每一者的p偏振狀態。YB濾光片1008之GM濾光片1008-2將綠色光之p偏振狀態旋轉至s偏振狀態，而不旋轉紅色光及藍色光中之每一者的p偏振。殘餘零級藍色光、殘餘零級紅色光以及綠色光透射穿過RC濾光片1008-1及GM濾光片1008-2。
G光柵1032以繞射角將s偏振狀態下之綠色光繞射成一級，且以入射角繞射成零級。以入射角在p偏振狀態下入射之殘餘藍色光及殘餘紅色光透射穿過G光柵1032。
MG濾光片1040將紅色光及藍色光中之每一者的p偏振狀態旋轉至s偏振狀態，而不旋轉綠色光之s偏振狀態。以相同繞射角在s偏振狀態下繞射之藍色光、紅色光及綠色光傳播出光學繞射裝置1000。零級的殘餘藍色光、殘餘紅色光及殘餘綠色光亦在s偏振狀態下且以入射角透射穿過MG濾光片1040。
在一些實施方案中，光學繞射裝置1000可具有大於顯示器之大小。零級的殘餘藍色光、紅色光及綠色光可以大角度傳播出裝置1000且進入空氣中。在一些實施方案中，如下文在圖11至圖12C中進一步詳細地論述，光學繞射裝置1000可包括在繞射光柵之間或之後的一或多個反射層，以用於對應色彩之零級光的全內反射。
具有反射層之例示性光學繞射裝置
圖11至圖12C展示包括反射層之實例光學繞射裝置。反射層可選擇性地全反射零級單色光，同時透射其他色彩之光。光學繞射裝置中之每一者包括各自用於不同色彩之光的多個光柵。每種色彩之光可以不同的重放參考角入射於對應光柵上，使得未由光柵繞射(或透射)之每種色彩之零級光自在將該色彩之一級光以相同繞射角(例如，大體上正交)繞射出的光柵之後且在裝置中之後續光柵(若存在)之前的界面經歷全內反射(TIR)。其他色彩之光可以對應的重放參考角透射穿過光柵。
圖11示出用於個別地繞射兩種色彩之光的實例光學繞射裝置1100，該光學繞射裝置包括用於兩種色彩之繞射光柵以及對應反射層。為了說明，裝置1100經組態以用於綠色光及藍色光。
光學繞射裝置1100包括：第一繞射組件1110，其具有用於藍色之第一繞射光柵1112；及第二繞射組件1120，其具有用於綠色之第二繞射光柵1122。第一繞射光柵1112及第二繞射光柵1122中之每一者可為全像光柵，例如布拉格光柵或體積光柵。第一繞射光柵1112及第二繞射光柵1122中之每一者可獨立地記錄及固定於例如感光性材料(諸如，光聚合物)之記錄介質中。
第一繞射組件1110及第二繞射組件1120可沿著例如Z方向之方向一起堆疊於場光柵基板1102上。場光柵基板1102可為光學透明基板，例如玻璃基板。光學繞射裝置1100可在諸如LCOS之顯示器前方，該顯示器例如為圖5H之顯示器594。舉例而言，光學繞射裝置1100可經由中間層配置於顯示器之防護玻璃罩1130上，或以例如氣隙之間隙隔開。
類似於圖9A及圖9B中之第一繞射組件910及第二繞射組件920，第一繞射組件1110及第二繞射組件1120中之每一者可包括在各別繞射光柵1112、1122之相對側上的各別基板1114、1124及各別載體膜1116、1126。各別繞射光柵1112、1122處於各別基板1114、1124與各別載體膜1116、1126之間。可按次序配置各別基板1114、1124及各別載體膜1116、1126以減少折射率失配且因此減少非期望菲涅耳反射。各別基板1114、1124可為玻璃基板，該玻璃基板可具有與場光柵基板1102之折射率相同或接近的折射率。各別載體膜1116、1126可為TAC膜。TAC膜可具有低於用以記錄繞射光柵1112及1122之感光性聚合物的折射率。在一些實例中，各別基板1114、1124配置於載體膜1116、1126之前。
光學繞射裝置1100中之鄰近層或組件可使用OCA、UV固化或熱固化光學膠、光學接觸或折射率匹配流體之一或多個中間層附接在一起。舉例而言，第一繞射組件1110 (例如，基板1114)可經由例如OCA層之中間層1101附接至場光柵基板1102。第一繞射組件1110及第二繞射組件1120，例如載體膜1116及基板1124，可經由例如OCA層之另一中間層1103附接在一起。光學繞射裝置1100 (例如，載體膜1126)可經由例如OCA層之中間層1105附接至顯示器之防護玻璃罩1130。
如圖11中所展示，例如由於布拉格選擇性，第一繞射光柵1112及第二繞射光柵1122中之每一者經組態為以各別繞射角將以各別入射角入射之對應色彩之光繞射成一級，且以各別入射角繞射成零級，且以不同入射角透射另一種色彩之光。因此，在對應繞射光柵處個別地繞射之不同色彩的光之間不存在串擾。每種色彩之光可經偏振。以一級繞射之不同色彩之光的偏振狀態可相同，例如s或p。不同色彩之光的各別繞射角可相同，例如大體上正交。
光學繞射裝置1100可包括在第一光柵1112與第二光柵1122之間的第一反射層(或阻擋層)。第一光柵1112經組態為以例如0°之繞射角將以例如78.4°之第一入射角θ
b入射的藍色光繞射成一級，且以第一入射角繞射成零級。第一反射層，例如第一反射層之折射率，經組態以全反射以第一入射角繞射的藍色光，但透射以例如76.5°之第二入射角θ
g入射的綠色光。舉例而言，第一反射層之折射率低於緊接在第一反射層之前的層(例如，第一光柵1112)之折射率。第一反射層可為第一光柵1112與第二光柵1122之間的合適層。在一些實例中，第一反射層為載體膜1116，如圖11中所展示。
類似地，光學繞射裝置1100可包括在第二光柵1122之後且在顯示器防護玻璃罩1130之前的第二反射層。第二光柵1122經組態為以例如0°之繞射角將以例如76.5°之第二入射角θ
g入射的綠色光繞射成一級，且以第二入射角繞射成零級。第二反射層，例如第二反射層之折射率，經組態以全反射以第二入射角繞射之綠色光。第二反射層可為第二光柵1122與防護玻璃罩1130之間的合適層。在一些實例中，第二反射層為中間層1105，如圖11中所展示。
藉由對應反射層全反射之藍色光及綠色光被反射回至光學繞射裝置1100中，反射至光學繞射裝置1100之一側。如圖11中所示出，該側之表面可塗佈有光學吸收體1104，例如黑塗層，以吸收藉由對應繞射光柵以零級繞射之全反射藍色光及綠色光。
場光柵基板1102可足夠厚使得不同色彩之重放參考光束可在場光柵基板1102之其邊緣處進入。場光柵基板1102亦可組態以完全包含重放參考光束，使得觀看者或觀察者無法將手指或其他物件插入至重放參考光束中。因此，觀看者無法遮擋重放參考光束，此可改善雷射安全性，此係因為觀看者之眼睛(或反射或聚焦元件)無法進入全功率重放參考光束。相比重放參考光束自空氣入射於光學繞射裝置1100之前表面上的情況，具有場光柵基板1102之光學繞射裝置1100可顯著更緊密。
由於藍色光及綠色光係以例如超過70°之相對較大的重放參考角(或入射角)入射，因此自層界面之菲涅耳反射可為顯著的(對於P偏振及S偏振兩者)，且可隨著重放參考角增加而快速增加。由於光學繞射裝置1100含有具有不同折射率之材料之間的數個界面，因此自每一此類界面之菲涅耳反射損失可增加以使重放輸出光實質上衰減，從而導致每一繞射光柵處，尤其最接近顯示器之光柵(例如，G光柵1122)處之重放光功率實質上減小。在一些實例中，可將用於特定色彩之光的重放參考角(或入射角)選擇為剛好足夠大以可靠地經受TIR，但不能太大以使得菲涅耳損失可減少。
圖13A至圖13C針對藍色光(圖13A)、綠色光(圖13B)及紅色光(圖13C)示出繞射(實線)及反射或阻擋(虛線)的重放參考光束功率與不同入射角之間的關係。繞射重放參考光束功率可為進入鄰近於光學繞射裝置(例如，圖5H之光學繞射裝置598)之顯示器(例如，圖5H之顯示器594)之防護玻璃罩中的照明光束。
如圖13A中所示出，對於藍色光，曲線1302展示隨著重放參考光束角(例如，玻璃中之入射角)增加，繞射重放參考光束功率(或顯示器之藍光照明功率)，且曲線1304展示隨著重放參考光束角增加，來自對應反射層之反射重放參考光束功率。如圖13B中所示出，對於綠色光，曲線1312展示隨著重放參考光束角(例如，玻璃中之入射角)增加，繞射重放參考光束功率(或顯示器之綠光照明功率)，且曲線1314展示隨著重放參考光束角增加，來自對應反射層之反射重放參考光束功率。如圖13C中所示出，對於紅色光，曲線1322展示隨著重放參考光束角(例如，玻璃中之入射角)增加，繞射重放參考光束功率(或顯示器之紅光照明功率)，且曲線1324展示隨著重放參考光束角增加，來自對應反射層之反射重放參考光束功率。
可將不同色彩之光的重放參考角選擇為足夠大以使得對於每種色彩之光，對應反射層可以100%之反射率全反射該色彩之光，而重放參考角可足夠小以使得菲涅耳損失實質上不會消除繞射重放參考光束或顯示器之防護玻璃罩中的照明。作為實例，每一光柵之繞射效率對於藍色為50%，對於綠色為60%，且對於紅色為70%。光學繞射裝置之底部層平行於顯示器之防護玻璃罩。每種色彩之重放物件光束的繞射角為−6°。如圖13A、圖13B、圖13C中所展示，當重放參考角對於460 nm之藍色光為78.4°、對於520 nm之綠色光為76.5°且對於640 nm之紅色光為73.5°時，顯示器之防護玻璃罩內的淨物件光束功率對於藍色為46.8%，對於綠色為33.1%且對於紅色為43.0%。
圖12A示出用於個別地繞射三種色彩之光的實例光學繞射裝置1200，該光學繞射裝置包括用於三種色彩之繞射光柵以及對應反射層。為了說明，裝置1200經組態以用於藍色光、綠色光及紅色光。
光學繞射裝置1200包括：第一繞射組件1210，其具有用於藍色之第一繞射光柵1212；第二繞射組件1220，其具有用於綠色之第二繞射光柵1222；及第三繞射組件1230，其具有用於紅色之第三繞射光柵1232。第一繞射光柵1212、第二繞射光柵1222及第三繞射光柵1232中之每一者可為全像光柵，例如布拉格光柵或體積光柵。第一繞射光柵1212、第二繞射光柵1222及第三繞射光柵1232中之每一者可獨立地記錄及固定於例如感光性材料(諸如，光聚合物)之記錄介質中。
第一繞射組件1210、第二繞射組件1220及第三繞射組件1230可沿著例如Z方向之方向一起堆疊於場光柵基板1202上。場光柵基板1202可為光學透明基板，例如玻璃基板。光學繞射裝置1200可在諸如LCOS之顯示器前方，該顯示器例如為圖5H之顯示器594。舉例而言，光學繞射裝置1200可經由中間層配置於顯示器之防護玻璃罩1240上，或以例如氣隙之間隙隔開。
類似於圖10A及圖10B中之第一繞射組件1010、第二繞射組件1020及第三繞射組件1030，第一繞射組件1210、第二繞射組件1220及第三繞射組件1230中之每一者可包括在各別繞射光柵1212、1222、1232之相對側上的各別基板1214、1224、1234及各別載體膜1216、1226、1236。各別繞射光柵1212、1222、1232處於各別基板1214、1224、1234與各別載體膜1216、1226、1236之間。可按次序配置各別基板1214、1224、1234及各別載體膜1216、1226、1236以減少折射率失配且因此減少菲涅耳反射。各別基板1214、1224、1234可為玻璃基板，該玻璃基板可具有與場光柵基板1202之折射率相同或接近的折射率。各別載體膜1216、1226、1236可為TAC膜。TAC膜可具有低於感光性聚合物之折射率。在一些實例中，各別基板1214、1224配置於載體膜1216、1226之前。基板1234配置於載體膜1236之後。
光學繞射裝置1200中之鄰近層或組件可使用OCA、UV固化或熱固化光學膠、光學接觸或折射率匹配流體之一或多個中間層附接在一起。舉例而言，第一繞射組件1210 (例如，基板1214)可經由例如OCA層之中間層1201附接至場光柵基板1202。第一繞射組件1210及第二繞射組件1220，例如載體膜1216及基板1224，可經由例如OCA層之另一中間層1203附接在一起。第二繞射組件1220及第三繞射組件1230，例如載體膜1226及載體膜1236，可經由例如OCA層之另一中間層1205附接在一起。光學繞射裝置1200 (例如，基板1234)可經由例如OCA層之中間層1207附接至顯示器之防護玻璃罩1240。
如圖12A中所展示，例如由於布拉格選擇性，第一繞射光柵1212、第二繞射光柵1222及第三繞射光柵1232中之每一者經組態為以各別繞射角將以各別入射角入射之對應色彩之光繞射成一級，且以各別入射角繞射成零級，且以不同入射角透射另一種色彩之光。因此，在對應繞射光柵處個別地繞射之不同色彩的光之間不存在串擾或存在極少串擾。每種色彩之光可經偏振。以一級繞射之不同色彩之光的偏振狀態可相同，例如s或p。不同色彩之光的各別繞射角可相同，例如大體上正交。
如上文在圖13A、圖13B、圖13C中所論述，可將不同色彩之光(藍色、綠色及紅色)的不同入射角θ
b、θ
g、θ
r(或重放參考角)選擇為例如78.4°、76.5°及73.5°。光學繞射裝置1200可包括在第一光柵1212與第二光柵1222之間的第一反射層(或阻擋層)。第一光柵1212經組態為以例如0°之繞射角將以第一入射角θ
b入射的藍色光繞射成一級，且以第一入射角繞射成零級。第一反射層，例如第一反射層之折射率，經組態以全反射以第一入射角繞射之藍色光，但透射以第二入射角θ
g入射之綠色光及以第三入射角θ
r入射之紅色光。舉例而言，第一反射層之折射率低於緊接在第一反射層之前的層(例如，第一光柵1212)之折射率。第一反射層可為第一光柵1212與第二光柵1222之間的合適層。在一些實例中，第一反射層為載體膜1216，如圖12A中所展示。全內反射發生在第一光柵1212與載體膜1216之間的界面上。零級之未繞射(或透射)之全反射藍色光被反射回至第一反射層上方之層，且可由塗佈於光學繞射裝置1200之側表面上的光學吸收體1204吸收。
光學繞射裝置1200可包括在第二光柵1222與第三光柵1232之間的第二反射層(或阻擋層)。第二光柵1222經組態為以例如0°之繞射角將以第二入射角θ
g入射的綠色光繞射成一級，且以第二入射角繞射成零級。第二反射層，例如第二反射層之折射率，經組態以全反射以第二入射角繞射之綠色光，但透射以第三入射角θ
r入射之紅色光。舉例而言，第二反射層之折射率低於緊接在第二反射層之前的層之折射率。第二反射層可為第二光柵1222與第三光柵1232之間的合適層。在一些實例中，第二反射層為中間層1205，如圖12A中所展示。全內反射發生在載體膜1226與中間層1205之間的界面上。零級之未繞射(或透射)之全反射綠色光被反射回至第二反射層上方之層，且可由光學吸收體1204吸收。
光學繞射裝置1200可包括在第三光柵1232之後且在顯示器防護玻璃罩1240之前的第三反射層。第三光柵1232經組態為以例如0°之繞射角將以第三入射角θ
r入射的紅色光繞射成一級，且以第三入射角繞射成零級。第三反射層，例如第三反射層之折射率，經組態以全反射以第三入射角繞射之紅色光。第三反射層可為第三光柵1232與防護玻璃罩1240之間的合適層。在一些實例中，第三反射層為基板1234與防護玻璃罩1240之間的中間層1207，如圖12A中所展示。零級之未繞射(或透射)之全反射紅色光被反射回至第二反射層上方之層，且可由光學吸收體1204吸收。
場光柵基板1202可足夠厚使得不同色彩之重放參考光束在場光柵基板1202之其邊緣處進入。場光柵基板1202亦可組態以完全包含重放參考光束，使得觀看者或觀察者無法將手指或其他物件插入至重放參考光束中。因此，觀看者無法遮擋重放參考光束，此可改善雷射安全性，此係因為觀看者之眼睛(或反射或聚焦元件)無法進入全功率重放參考光束。相比重放參考光束自空氣入射於光學繞射裝置1200之前表面上的情況，具有場光柵基板1202之光學繞射裝置1200可顯著更緊密。
如圖12A中所展示，場光柵基板1202可在XZ平面中具有矩形橫截面。不同色彩之光係自場光柵基板1202之側表面入射。圖12B示出包括楔形場光柵基板1252之另一實例光學繞射裝置1250。可選擇基板1252之側表面(或光束之輸入表面) 1251與基板1252之頂層1253之間的楔角，及/或側面可經AR塗佈，使得由自光學繞射裝置1250及顯示器返回至場光柵基板1252之任何光束所採用的光學路徑可方便地被阻擋或衰減或導向，以減少或消除返回至光學繞射裝置1250及顯示器中之反射。光學繞射裝置1250可包括塗佈於相對側表面上之對應光學吸收體1254，該對應光學吸收體可短於圖12A之光學吸收體1204。
圖12C示出另一實例光學繞射裝置1270，該光學繞射裝置包括具有楔形輸入面1271之場光柵基板1272。楔形輸入面1271可經組態以減少不同色彩之輸入光的菲涅耳損失。楔形輸入面1271可經組態使得不同色彩之輸入光以大體上正入射來入射於輸入面1271上且以不同入射角(或重放參考角)入射於對應繞射光柵上。楔形輸入面1271可經組態以將不同色彩之輸入光折射至繞射裝置內之每種色彩的期望角度且在空氣中自方便方向及角度折射。舉例而言，楔形輸入面1271可具有楔角使得空氣中之角度導致輸入光束平行於繞射裝置之前表面或自繞射裝置之前表面後方的空間行進。
AR塗層可形成於場光柵基板1272之前表面1273上以減少或消除周圍光返回朝向觀看者之反射。AR塗層亦可形成於光學繞射裝置1270之最接近顯示器的背面上，以減少或消除自顯示器反射及/或繞射之光朝向觀看者的非期望反射。
在一些實施方案中，光學繞射裝置(例如，圖11之光學繞射裝置1100、圖12A之1200、圖12B之1250或圖12C之1270)中之一或多個層可略微成楔形，此可允許微調每一層處之TIR及菲涅耳反射。該等層亦可經組態以在使用例如雷射二極體之窄帶光源時減少或消除可能出現在光學繞射裝置內之任一對大體上平行的表面之間的牛頓環或干涉條紋之可見性。
例示性製造程序
圖14A為製造包括繞射結構及對應色彩選擇性偏振器之光學繞射裝置的實例程序1400之流程圖。光學繞射裝置可為圖5H之光學繞射裝置598、圖5I之598A、圖5J之598B或圖5K之598C、圖9A及圖9B之光學繞射裝置900或圖10A及圖10B之光學繞射裝置1000。
製造用於第一色彩之第一繞射組件(1402)。第一繞射組件可為圖9A及圖9B之第一繞射組件910或圖10A及圖10B之1010。第一繞射組件包括形成於記錄介質中之第一繞射結構，例如圖9A及圖9B之B光柵912或圖10A及圖10B之B光柵1012。第一繞射結構經組態為以第一繞射效率、以第一繞射角繞射第一色彩之重放參考光(或第一色彩之光)，該重放參考光以第一入射角、以第一偏振狀態入射於第一繞射結構上。例如由於偏極化選擇性，第一繞射效率可實質上高於第一繞射結構繞射第一色彩之光或另一種不同色彩之光的繞射效率，該另一不同色彩之光係以第一入射角、以不同於第一偏振狀態之第二偏振狀態入射。第一偏振狀態可為s偏振且第二偏振狀態可為p偏振。
第一繞射結構可為全像光柵，例如體積光柵或布拉格光柵。記錄介質之厚度可能比第一記錄物件光束之波長大超過一個數量級，例如30倍。在一些實例中，第一入射角可為布拉格角。例如由於布拉格選擇性，第一繞射效率可實質上高於第一繞射結構繞射第一色彩之光或另一不同色彩之光的繞射效率，該另一不同色彩之光係以不同於第一入射角之入射角、以第一或第二偏振狀態入射。
記錄介質可包括感光性材料，例如感光性聚合物或光聚合物。第一繞射結構可藉由以第一記錄物件角將感光性材料曝露於第一記錄物件光束及同時以第一記錄參考角曝露於第一記錄參考光束來形成。第一記錄物件光束及第一記錄參考光束可具有相同波長，例如來自同一光源，及相同的第一偏振狀態。
在一些狀況下，用於重放之第一色彩的光可包括寬於或等於第一記錄參考光束或第一記錄物件光束之波長範圍的波長範圍。舉例而言，第一記錄參考光束及第一記錄物件光束可為雷射光束，且用於重放之第一色彩的光可為雷射二極體之光束。在一些狀況下，第一記錄參考光束及第一記錄物件光束可對應於不同於第一色彩光之第一色彩的色彩。舉例而言，綠色雷射光可用以記錄用於紅色之繞射光柵。
第一色彩之光的第一入射角可與第一記錄參考角大體上相同，且第一繞射角可與第一記錄物件角大體上相同。在一些實例中，第一記錄參考角在70度至90度之範圍內，例如在80度至90度之範圍內。在一些實例中，第一記錄物件角在-10度至10度之範圍內，例如-7度至7度、0度或6度。在一些實例中，感光性材料內之第一記錄參考角及第一記錄物件角的總和大體上等於90度。
第一繞射結構可例如藉由UV固化或熱固化固定於記錄介質中。在一些實例中，第一繞射組件包括記錄介質上之載體膜，例如TAC膜。在一些實例中，第一繞射組件包括繞射基板，例如玻璃基板。記錄介質可處於載體膜與繞射基板之間。
製造用於第二色彩之第二繞射組件(1404)。第二繞射組件可為圖9A及圖9B之第二繞射組件920或圖10A及圖10B之1020。第二繞射組件包括形成於第二記錄介質中之第二繞射結構，例如圖9A及圖9B之B光柵922或圖10A及圖10B之R光柵1022。第二繞射結構經組態為以第二繞射效率、以第二繞射角繞射第二色彩之重放參考光(或第二色彩之光)，該重放參考光以第二入射角、以第一偏振狀態入射於第二繞射結構上。第二繞射效率可實質上高於第二繞射結構繞射第二色彩之光或另一不同色彩之光的繞射效率，該另一不同色彩之光係以第二入射角或不同於第二入射角之入射角、以第二偏振狀態入射。
可以類似於如上文所描述之第一繞射結構的方式製造第二繞射結構。可獨立地製造第一繞射結構及第二繞射結構。第二繞射組件亦可包括載體膜及繞射基板。
第一繞射組件及第二繞射組件可經組態使得第一繞射角及第二繞射角彼此大體上相同，例如大體上正交。第一入射角及第二入射角彼此可大體上相同。
在第一光學繞射組件與第二光學繞射組件之間配置色彩選擇性偏振器(1406)。色彩敏感偏振器可為圖9A及圖9B之GM濾光片906或圖10A及圖10B之MG濾光片1006。光學繞射結構可包括場光柵基板，例如圖9A及圖9B之基板902或圖10A及圖10B之基板1002。第一光學繞射組件、色彩選擇性偏振器及第二光學繞射組件可依序堆疊於場光柵基板上，使得第一色彩之光及第二色彩之光在第二光學繞射組件之前入射於第一光學繞射組件上。色彩選擇性偏振器可經組態以旋轉第二色彩之光的偏振狀態，例如自第二偏振狀態旋轉至第一偏振狀態，使得第二色彩之光可以第一偏振狀態入射於第二繞射結構上。在一些狀況下，色彩選擇性偏振器可旋轉第一色彩之光的偏振狀態。在一些狀況下，色彩選擇性偏振器經組態以不旋轉第一色彩之光的偏振狀態。
在一些實施方案中，額外的色彩選擇性偏振器配置於第一繞射組件前方。舉例而言，額外的色彩選擇性偏振器可處於場光柵基板與第一繞射組件之間。額外的色彩選擇性偏振器可為圖9A及圖9B之BY濾光片904或圖10A及圖10B之BY濾光片1004。額外的色彩選擇性偏振器經組態以旋轉第一色彩之光的偏振狀態，例如自第二偏振狀態旋轉至第一偏振狀態，使得第一色彩之光以第一偏振狀態入射於第一繞射結構上。在一些狀況下，額外的色彩選擇性偏振器可旋轉第二色彩之光的偏振狀態，例如自第一偏振狀態旋轉至第二偏振狀態，使得第二色彩之光以第二偏振狀態入射於第一繞射結構上。在一些狀況下，額外的色彩選擇性偏振器經組態以不旋轉第二色彩之光的偏振狀態，使得第二色彩之光以第二偏振狀態入射於第一繞射結構上。
光學繞射裝置中之鄰近組件可經由中間層附接在一起。中間層可為OCA層、UV固化或熱固化光學膠、光學接觸或折射率匹配流體。
在一些實施方案中，程序1400可進一步包括形成第三光學繞射組件。第三繞射組件包括形成於第三記錄介質中之第三繞射結構，例如圖10A及圖10B之G光柵1032。第三繞射結構經組態為以第三繞射效率、以第三繞射角繞射第三色彩之重放參考光(或第三色彩之光)，該重放參考光以第三入射角、以第一偏振狀態入射於第三繞射結構上。第三繞射效率可實質上高於第三繞射結構繞射第三色彩之光或另一不同色彩之光的繞射效率，該另一不同色彩之光係以第二入射角或不同於第三入射角之入射角、以第三偏振狀態入射。
可以類似於如上文所描述之第一繞射結構的方式製造第三繞射結構。可獨立地製造第一繞射結構、第二繞射結構及第三繞射結構。第三繞射組件亦可包括載體膜及繞射基板。第一繞射組件、第二繞射組件及第三繞射組件可經組態使得第一繞射角、第二繞射角及第三繞射角彼此大體上相同，例如大體上正交。第一入射角、第二入射角及第三入射角彼此可大體上相同。
第二色彩選擇性偏振器可配置於第二光學繞射組件與第三光學繞射組件之間。第二色彩敏感偏振器可為圖10A及圖10B之YG濾光片。第二色彩選擇性偏振器可由兩個或多於兩個子偏振器構成，例如圖10A及圖10B之RC濾光片1008-1及GM濾光片1008-2。在一些實例中，第二色彩選擇性偏振器首先附接於第三繞射組件上，且接著第二色彩選擇性偏振器可附接至第二繞射組件。在一些實例中，第二色彩選擇性偏振器可首先附接至第二繞射組件，且接著第三繞射組件可附接至第二色彩選擇性偏振器。第二色彩選擇性偏振器可經組態以將第三色彩之光的偏振狀態自第二偏振狀態旋轉至第一偏振狀態，使得第三色彩之光以第一偏振狀態入射於第三繞射結構上。第二色彩選擇性偏振器可經組態以旋轉第二色彩之光的偏振狀態，例如自第一偏振狀態旋轉至第二偏振狀態，而不旋轉第一色彩之光的偏振狀態。
第三色彩選擇性偏振器可與第三光學繞射組件依序配置，使得第三光學繞射組件處於第二色彩選擇性偏振器與第三色彩選擇性偏振器之間。第三色彩敏感偏振器可為圖10A及圖10B之MG濾光片1040。第三色彩選擇性偏振器經組態以旋轉第一及第二色彩之光中之每一者的偏振狀態，例如自第二偏振狀態旋轉至第一偏振狀態，而不旋轉第三色彩之光的第一偏振狀態，使得繞射的第一、第二及第三色彩之光具有相同偏振狀態。
圖14B為製造包括繞射結構及對應反射層之光學繞射裝置的實例程序1450之流程圖。光學繞射裝置可為圖5H之光學繞射裝置598、圖5I之598A、圖5J之598B或圖5K之598C、圖11之光學繞射裝置1100或圖12A之光學繞射裝置1200、圖12B之1250或圖12C之1270。
形成第一光學繞射組件(1452)。第一繞射組件可為圖11之第一繞射組件1110、圖12A、圖12B或圖12C之1210。第一繞射組件包括儲存於第一記錄介質中之第一繞射結構。第一繞射結構經組態為以第一繞射角將以第一入射角入射之第一色彩之光繞射成一級，且以第一入射角繞射成零級。一級的第一色彩之光的功率可實質上高於零級的第一色彩之光的功率。
第一繞射結構可為全像光柵，例如體積光柵或布拉格光柵。記錄介質之厚度可能比第一記錄物件光束之波長大超過一個數量級，例如30倍。在一些實例中，第一入射角可為布拉格角。例如由於布拉格選擇性，第一繞射效率可實質上高於第一繞射結構繞射第一色彩之光或另一不同色彩之光的繞射效率，該另一不同色彩之光係以不同於第一入射角之入射角入射。以不同入射角入射之光可透射穿過第一繞射結構。
記錄介質可包括感光性材料，例如感光性聚合物或光聚合物。第一繞射結構可類似於圖14A之步驟1402形成，例如藉由以第一記錄物件角將感光性材料曝露於第一記錄物件光束且同時以第一記錄參考角曝露於第一記錄參考光束。第一記錄物件光束及第一記錄參考光束可具有相同波長，例如來自同一光源，及相同偏振狀態。第一色彩之光的第一入射角可與第一記錄參考角大體上相同，且第一繞射角可與第一記錄物件角大體上相同。在一些實例中，第一記錄參考角在70度至90度之範圍內，例如在70度至80度之範圍內。在一些實例中，第一記錄物件角在-10度至10度之範圍內，例如-7度至7度、0度或6度。第一繞射結構可例如藉由UV固化或熱固化固定於記錄介質中。在一些實例中，第一繞射組件包括記錄介質上之載體膜，例如TAC膜。在一些實例中，第一繞射組件包括繞射基板，例如玻璃基板。記錄介質可處於載體膜與繞射基板之間。
形成第二光學繞射組件(1454)。第二繞射組件可為圖11之第二繞射組件1120、圖12A、圖12B或圖12C之1220。第二繞射組件包括儲存於第二記錄介質中之第二繞射結構。第二繞射結構經組態為以第二繞射角將以第二入射角入射之第二色彩之光繞射成一級，且以第二入射角繞射成零級。一級的第二色彩之光的功率可實質上高於零級的第二色彩之光的功率。
可以類似於步驟1452中之第一繞射結構的方式製造第二繞射結構。可獨立地製造第一繞射結構及第二繞射結構。第二繞射組件亦可包括載體膜及繞射基板。
第一繞射組件及第二繞射組件可經組態使得第一繞射角及第二繞射角彼此大體上相同，例如大體上正交。第一入射角及第二入射角彼此不同。可例如根據描述於圖13至圖13C中之內容判定第一入射角及第二入射角。在一些實例中，第一色彩之光具有小於第二色彩之光的波長，且第一入射角大於第二入射角。
在第一繞射結構與第二繞射結構之間配置第一反射層(1456)。第一反射層可為圖11之反射層1116，或圖12A、圖12B或圖12C之1216。第一反射層經組態以全反射以第一入射角入射之第一色彩之光，使得可將零級的未繞射(或透射)之第一色彩之光反射回至第一反射層之前的層中，而不傳播至光學繞射裝置後方的顯示器。第一反射層可經組態以具有小於第一繞射組件之緊鄰第一反射層的層之折射率的折射率，使得具有第一入射角之第一色彩之光由第一反射層與第一光學繞射組件之層之間的界面全反射，而不全反射具有第二入射角之第二色彩之光。第一反射層可為第一繞射結構與第二繞射結構之間的任何合適層。舉例而言，第一反射層可為第一繞射組件之載體膜。
將第二反射層配置於第二繞射結構後方(1458)。第二反射層可為圖11之反射層1105，或圖12A、圖12B或圖12C之1205。第二反射層經組態以全反射以第二入射角入射之第二色彩之光，使得可將零級的未繞射(或透射)之第二色彩之光反射回至第二反射層之前的層中，而不傳播至光學繞射裝置後方的顯示器。
光學吸收體可形成於光學繞射裝置之側表面上。光學吸收體可為圖11之光學吸收體1104、圖12A、圖12C之1204，或圖12B之1254。光學吸收體經組態以吸收第一及第二色彩之全反射光。
在一些實施方案中，形成包括第三繞射結構之第三光學繞射組件。第三繞射組件可為圖12A、圖12B或圖12C之第三繞射組件1230。第三繞射結構可為圖12A、圖12B或圖12C之第三繞射結構1232。第三繞射結構經組態為以第三繞射角將以第三入射角入射之第三色彩之光繞射成一級，且以第三入射角繞射成零級。一級的第三色彩之光的功率可實質上高於零級的第三色彩之光的功率。第一繞射角、第二繞射角及第三繞射角彼此可大體上相同。第三入射角可不同於第一入射角及第二入射角。第一反射層及第二反射層中之每一者可經組態以透射具有第三入射角之第三色彩之光。第二反射層可配置於第二繞射結構與第三繞射結構之間。可以類似於步驟1452中之第一繞射結構的方式製造第三繞射結構。可獨立地製造第一繞射結構、第二繞射結構及第三繞射結構。第三繞射組件亦可包括載體膜及繞射基板。
第三反射層可配置於第三繞射結構後方。第三反射層可為圖12A、圖12B或圖12C之第三反射層1207。第三反射層經組態以全反射具有第三入射角之第三色彩之光，使得零級的未繞射(或透射)之第三色彩之光被反射回至第三反射層之前的層且可由光學吸收體吸收，該光學吸收體塗佈於光學繞射裝置之側表面上。
在一些實施方案中，第一反射層包括第一光學繞射組件之第一載體膜。第二繞射組件之第二繞射基板藉由例如OCA層之第一中間層附接至第一繞射組件之第一載體膜。第二繞射組件之第二載體膜藉由第二中間層附接至第三光學繞射組件之第三載體膜，且第二反射層可包括第二中間層。第三反射層可附接至第三繞射組件之第三繞射基板。
程序1450可包括將第一繞射組件配置於第一繞射組件之前的基板上。基板可為圖11之場光柵基板1102、圖12A之1202、圖12B之1252或圖12C之1272。基板可包括前表面及背表面。第一繞射組件之前表面可經由折射率匹配材料或OCA層附接至基板之背表面。
在一些實例中，基板包括與基板之背表面成角度的側表面，且基板經組態以在側表面處接收複數個不同色彩之光。基板可經組態使得複數個不同色彩之光以大體上等於0度之入射角入射於側表面上且以各別重放參考角入射於背表面上。
本發明之實施方案可提供製造包括光學繞射裝置及顯示器之裝置的方法。顯示器可為圖5H之顯示器594、圖5I之594A、圖5J之594B或圖5K之594。光學繞射裝置可為圖5H之光學繞射裝置598、圖5I之598A、圖5J之598B或圖5K之598C、圖9A及圖9B之光學繞射裝置900、圖10A及圖10B之光學繞射裝置1000、圖11之光學繞射裝置1100，或圖12A之光學繞射裝置1200、圖12B之1250或圖12C之1270。
該方法可包括根據圖14A之程序1400或圖14B之程序1450形成光學繞射裝置。在一些實施方案中，光學繞射裝置可包括用於複數個不同色彩之光的一或多個色彩選擇性偏振器及一或多個反射層。可根據程序1400及程序1450之組合製造光學繞射裝置。
該方法可進一步包括配置光學繞射裝置及顯示器，使得光學繞射裝置經組態以將複數個不同色彩之光繞射至顯示器。
在一些實施方案中，光學繞射裝置及顯示器可經配置使得光學裝置之背表面與顯示器之前表面以例如氣隙之間隙隔開。該方法可進一步包括在顯示器之前表面或光學繞射裝置之背表面中之至少一者上形成抗反射塗層。
在一些實施方案中，光學繞射裝置及顯示器係藉由經由中間層將光學繞射裝置之背表面附接於顯示器之前表面上來配置。中間層可經組態以具有低於光學繞射裝置之層之折射率的折射率，使得藉由光學繞射裝置以零級繞射之複數個不同色彩之光中的每一者在中間層與光學繞射裝置之層之間的界面處全反射。
光學繞射裝置經組態為以彼此大體上相同之各別繞射角繞射複數個不同色彩之光。各別繞射角中之每一者可在-10度至10度之範圍內，例如-7度至7度、0度或6度。顯示器可經組態以經由光學繞射裝置將繞射色彩之光重新繞射回。光學繞射裝置之區域可覆蓋顯示器之區域。光學繞射裝置可包括在光學裝置前方之基板，該基板可經組態以在其側表面處接收複數個不同色彩之光，該側表面與基板之背表面成角度。
本發明之實施方案可提供操作光學繞射裝置之方法。光學繞射裝置可為圖5H之光學繞射裝置598、圖5I之598A、圖5J之598B或圖5K之598C、圖9A及圖9B之光學繞射裝置900、圖10A及圖10B之光學繞射裝置1000、圖11之光學繞射裝置1100，或圖12A之光學繞射裝置1200、圖12B之1250或圖12C之1270。可操作光學繞射裝置以將包括複數個不同色彩之光的入射光束轉換成個別繞射色彩之光。
本發明之實施方案可提供操作包括光學繞射裝置及顯示器之裝置的方法。光學繞射裝置可為圖5H之光學繞射裝置598、圖5I之598A、圖5J之598B或圖5K之598C、圖9A及圖9B之光學繞射裝置900、圖10A及圖10B之光學繞射裝置1000、圖11之光學繞射裝置1100，或圖12A之光學繞射裝置1200、圖12B之1250或圖12C之1270。顯示器包括複數個顯示元素。顯示器可為圖5H之顯示器594、圖5I之594A、圖5J之594B或圖5K之594C。該方法可由控制器執行，該控制例如為圖1A之控制器112或圖5H之592。
該方法可包括：將至少一個時序控制信號傳輸至照明器以啟動照明器，從而將複數個不同色彩之光發射至光學繞射裝置上，使得光學繞射裝置將複數個不同色彩之光轉換成個別繞射色彩之光以照明顯示器；及對於顯示器之複數個顯示元素中之每一者，傳輸至少一個各別控制信號以調變顯示元素，使得個別繞射色彩之光由經調變顯示元素反射以形成對應於各別控制信號之多色三維光場。
在一些實施方案中，該方法可進一步包括：獲得圖形資料，該圖形資料包含用於對應於三維空間中之物件之複數個基元的各別基元資料；對於複數個基元中之每一者，藉由在三維座標系統中計算自基元至顯示元素之電磁(EM)場傳播來判定對顯示器之複數個顯示元素中之每一者的EM場貢獻；對於複數個顯示元素中之每一者，產生自複數個基元對顯示元素之EM場貢獻的總和；及對於複數個顯示元素中之每一者，基於對顯示元素之EM場貢獻之總和而產生各別控制信號以用於調變顯示元素之至少一個性質。多色三維光場對應於物件。
在一些實施方案中，該方法包括：在一系列時段中使用與複數個不同色彩相關聯之資訊依序調變顯示器；及控制照明器以在該系列時段中之各別時段期間將複數個不同色彩之光中之每一者依序發射至光學裝置，使得複數個不同色彩之光中之每一者由光學裝置繞射至顯示器，且由顯示器之經調變顯示元素反射以在各別時段期間形成對應於物件之各別色彩三維光場。
複數個不同色彩之光可由光學裝置以大體上相同的繞射角繞射至顯示器。繞射角可在0度至10度之範圍內。
照明器及光學繞射裝置可經組態使得複數個不同色彩之光以各別入射角入射於光學繞射裝置之第一光學繞射組件上。各別入射角中之每一者在70度至90度之範圍內。在一些狀況下，各別入射角彼此不同。在一些狀況下，各別入射角彼此大體上相同。
光學繞射裝置可包括用於複數個不同色彩之複數個繞射光柵。該等光柵可包括透射光柵、反射光柵或其組合。舉例而言，圖9A至圖12C中所展示之光學繞射裝置中之每一者包括用於不同色彩之對應透射光柵。在一些實施方案中，光學繞射裝置可包括可經組態以用於不同色彩之透射光柵及反射光柵之組合。光學繞射裝置可經組態以將入射光朝向相同方向或往回朝向相反方向繞射。
圖15示出用於個別地繞射兩種各別色彩之光的實例光學裝置1500，該光學裝置包括用於兩種各別色彩之透射式及反射式繞射光柵之組合以及對應反射層。光學裝置1500可包括：第一繞射組件1510，其具有用於藍色之第一繞射光柵1512；及第二繞射組件1520，其具有用於綠色之第二繞射光柵1522。第一繞射光柵1512及第二繞射光柵1522中之每一者可為全像光柵，例如布拉格光柵或體積光柵。然而，用於藍色之第一繞射光柵1512經組態為相對於入射於光柵1512上之藍色光向前繞射藍色光的透射光柵，而用於綠色之第二繞射光柵1522經組態為相對於入射於光柵1522上之綠色光向後反射綠色光的反射光柵。第一繞射光柵1512及第二繞射光柵1522中之每一者可獨立地記錄及固定於例如感光性材料(諸如，光聚合物)之記錄介質中。
第一繞射組件1510及第二繞射組件1520可沿著例如Z方向之方向一起堆疊於場光柵基板1502上。場光柵基板1502可為光學透明基板，例如玻璃基板。光學繞射裝置1500可在諸如LCOS之顯示器前方，該顯示器例如為圖5H之顯示器594、圖5I之594A、圖5J之594B或圖5K之594C。舉例而言，光學繞射裝置1500可經由中間層配置於顯示器之防護玻璃罩1530上，或以例如氣隙之間隙隔開。
類似於圖11中之第一繞射組件1110及第二繞射組件1120，第一繞射組件1510及第二繞射組件1520中之每一者可包括在各別繞射光柵1512、1522之相對側上的各別基板1514、1524及各別載體膜1516、1526。各別繞射光柵1512、1522處於各別基板1514、1524與各別載體膜1516、1526之間。各別基板1514、1524可為玻璃基板，該玻璃基板可具有與場光柵基板1502之折射率相同或接近的折射率。各別載體膜1516、1526可為TAC膜。TAC膜可具有低於用以記錄繞射光柵1512及1522之感光性聚合物的折射率。光學繞射裝置1500中之鄰近層或組件可使用OCA、UV固化或熱固化光學膠、光學接觸或折射率匹配流體之一或多個中間層附接在一起。舉例而言，第一繞射組件1510 (例如，基板1514)可經由例如OCA層之中間層1501附接至場光柵基板1502。第一繞射組件1510及第二繞射組件1520，例如載體膜1516及基板1524，可經由例如OCA層之另一中間層1503附接在一起。光學繞射裝置1500 (例如，載體膜1526)可經由例如OCA層之中間層1505附接至顯示器之防護玻璃罩1530。
如圖15中所展示，例如由於布拉格選擇性，第一繞射光柵1512經組態為以各別繞射角(例如，正交於顯示器)將以例如78.4°之第一入射角θ
b入射的藍色光繞射成一級且以各別入射角繞射成零級，且以不同入射角透射綠色光。因此，在對應繞射光柵處個別地繞射之不同色彩的光之間不存在串擾。每種色彩之光可經偏振。以一級繞射之不同色彩之光的偏振狀態可相同，例如s或p。
光學繞射裝置1500可包括在第一光柵1512與第二光柵1522之間的第一反射層(或阻擋層)。第一光柵1512經組態為以例如0°之繞射角將以例如78.4°之第一入射角θ
b入射的藍色光繞射成一級，且以第一入射角繞射成零級。第一反射層，例如第一反射層之折射率，經組態以全反射以第一入射角繞射之藍色光，但透射以第二入射角入射的綠色光。舉例而言，第一反射層之折射率低於緊接在第一反射層之前的層(例如，第一光柵1512)之折射率。第一反射層可為第一光柵1512與第二光柵1522之間的合適層。在一些實例中，第一反射層為載體膜1516，如圖15中所展示。
光學繞射裝置1500可包括在第二光柵1512之後且在顯示器防護玻璃罩1530之前的第二反射層。第二反射層可為中間層1505且經組態以將綠色光例如全反射回至第二光柵1512。第二光柵1512接著經組態為以例如0°之繞射角將以例如76.5°之第二入射角θ
g入射的綠色光繞射成返回朝向顯示器的一級，且以第二入射角繞射成返回至光學繞射裝置1500中之零級。
由反射層1516全反射之藍色光以及透射之零級綠色光返回至光學繞射裝置1500中以到達光學繞射裝置1500之一側。如圖15中所示出，該側之表面可塗佈有光學吸收體1504，例如黑塗層，以藉由對應的透射式繞射光柵1512及反射式繞射光柵1522吸收零級的藍色光及綠色光。
具有色彩選擇性偏振器之光學繞射裝置(例如，如圖9A至圖10B中所示出)及具有反射層之光學繞射裝置(例如，如圖11至圖12C及圖15中所示出)中之每一者可被視為一維擴束器。一維擴束器可經組態以將具有一寬度及一高度之輸入光束擴展成具有相同寬度及更大高度或相同高度及更大寬度之輸出光束，例如藉由以一或多個繞射角繞射輸入光束。
本文中所描述之技術亦可用以將輸入光束擴展成寬於且高於輸入光束之輸出光束，例如藉由二維擴束。可藉由使用二維擴束器(或雙擴束器)來達成二維擴束，該二維擴束器具有串聯之至少兩個一維擴束器。舉例而言，第一一維擴束器可經組態以在第一維度(寬度或高度)上擴展輸入光束，從而產生在第一維度上寬於或高於輸入光束之中間光束。第二一維擴束器可經組態以在第二維度(高度或寬度)上擴展中間光束，從而產生在第二維度上高於或寬於中間光束之輸出光束。因此，輸出光束可在第一維度及第二維度上寬於且高於輸入光束。
在此二維擴束器組態中，一維擴束器中之一者或兩者可使用色彩選擇性技術，且一維擴束器中之一者或兩者可使用反射層技術。每一一維擴展器可使用本文中之詳細實施例中之任一者，包括反射式繞射元件或折射式繞射元件，或反射式繞射元件及折射式繞射元件之組合。一維擴束器可以任何合適的配置或組態按順序定位。
在一些實施方案中，可使用自由空間空中幾何形狀或經由整體或分段基板將兩個此類一維擴展器之間的中間光束自第一一維擴展器耦合至第二一維擴展器中，該基板由例如玻璃或丙烯酸製成且體現兩個擴展器之基板的幾何形狀及功能性。可使用兩個一維擴束器之間的一或多個耦合元件達成此耦合。該等耦合元件可包括一鏡、多個鏡，或一鏡及一光束分光二向色組件，或其他繞射元件之薄膜元件。該等耦合元件可自第一一維擴展器獲取兩種或多於兩種色彩之共線準直輸出光，且將兩種或多於兩種色彩之共線準直輸出光轉換成兩個或多於兩個獨立的準直但不共線之中間光束，每一中間光束用於該等色彩中之一者，以滿足第二一維擴展器之色彩相依角度輸入要求(若存在)。類似地，第一一維擴展器可將各自具有不同色彩之兩個或多於兩個光源(例如，雷射二極體)之共線準直輸出作為其輸入，或可將兩個或多於兩個獨立的準直但不共線之中間光束作為其輸入，每一中間光束用於來自兩個或多於兩個光源之一種色彩。
顯示零級光抑制
顯示器(例如，LCoS)包括顯示元素(例如，像素或相位單元)之陣列。顯示器上之顯示元素之間存在間隙。該等間隙佔據顯示器之一部分區域，例如在5%至10%之範圍內。該等間隙可被視為死間隙，此係因為此等間隙處之顯示材料(例如，液晶)不受輸入控制信號控制，且無全像資訊可輸入至此等間隙中。相比之下，全像資訊可輸入至顯示元素中，該等顯示元素受控制(或調變)以繞射光，從而重建對應於全像資訊之全像場景。
圖16示出入射於顯示器1610上之入射光1620的實例1600。顯示器1610可為圖1A之顯示器114、圖1B之顯示器156、圖5A之顯示器512、圖5B之顯示器524、圖5C之顯示器534、圖5D之顯示器544、圖5E之顯示器564、圖5F之顯示器574、圖5G之顯示器584、圖5H之顯示器594、圖5I之顯示器594A、圖5J之顯示器594B、圖5K之顯示器594C、圖6A之顯示器600或圖6B之顯示器650。其他顯示器配置亦為可能的。
作為實例，顯示器1610可為由液晶製成之LCoS。顯示器1610包括以間隙1614隔開之顯示元素1612 (例如，圖1B之顯示元素160)的陣列。每一顯示元素1612可具有正方形(或矩形或任何其他合適的)形狀，該形狀具有元素寬度1613，例如5 µm。顯示元素1612亦可為任何其他合適的形狀，例如多邊形。鄰近顯示元素1612以間隙1614分離，該間隙具有例如小於0.5 µm之間隙大小1615。
入射光1620可為準直光束，該準直光束可具有大於顯示器1610之整個區域的光束大小，使得入射光1620可照明顯示器1610之整個區域。當入射光1620以入射角θ
i入射於顯示器1610上時，入射光1620之第一部分(例如，光1620之90%至95%)照明顯示元素1612，且入射光1620之第二部分(例如，光1620之5%至10%)照明間隙1614。當使用全像資訊(例如，對應於全像資料之全像圖)，例如藉由電壓，調變顯示元素1612時，入射光1620之第一部分可由經調變顯示元素1612以繞射角θ
d按一級繞射，以變為繞射一級光1622。
繞射一級光1622形成全像光場，該全像光場可為具有視角θ
a之重建錐(或截錐) 1630。視角θ
a取決於顯示器1610之一或多個特性(例如，元素間距1613)及入射光1620之一或多個波長。在一些實例中，視角θ
a之一半在3°至10°之範圍內，例如5°。舉例而言，對於間距d=3.7 µm，藍色光(λ=460 nm)在空氣中之視角θ
a為約7°，且紅色光(λ=640 nm)在空氣中之視角為約10°。具有較大波長之光對應於較大視角。
由於顯示器1610之間隙1614不受任何全像資訊調變，因此間隙1614處之顯示器1610充當反射鏡。當入射光1620之第二部分入射於間隙1614上時，入射光1620之第二部分可在間隙1614處以反射角θ
r反射，該反射角具有等於入射角θ
i之絕對值的絕對值。在本文中之本發明中，「A等於B」指示A之絕對值等於B之絕對值，且A之方向可與B之方向相同或不同。入射光1620之反射第二部分可被視為顯示零級光1624之至少一部分。若入射角θ
i小於頂角θ
a之一半，例如θ
i=0°，則顯示零級光1624可能會非期望地出現在重建錐中，此可影響全像場景之效應。
顯示零級光亦可包括來自顯示器之任何其他非想要光，例如間隙處之繞射光、來自顯示元素之反射光或來自顯示器上之顯示器防護玻璃罩的反射光。顯示零級光1624之高級可包括間隙處之繞射光。在一些實施方案中，顯示器1610經組態以抑制顯示零級光之高級，例如藉由包括具有不同大小之不規則或非均勻顯示元素。顯示元素可能不具有週期性，且可形成沃羅諾伊圖案，例如，如圖6A中所示出。
在本文中之本發明中，僅出於說明之目的，入射光之反射第二部分被視為顯示零級光之表示。
圖17A至圖17B示出顯示於投影螢幕上(圖17A)及觀看者眼睛上(圖17B)之全像場景內的顯示零級光之實例1700、1750。準直輸入光1720由光學裝置1710耦合從而以正入射(亦即，θ
i=0°)照明顯示器1610。光學裝置1710可為波導、光束分光器或光學繞射裝置。為了說明，光學裝置1710為包括形成於基板1712上之光柵1714的光學繞射裝置，例如圖5H之裝置598。然而，如上文所提及，可使用反射光學裝置。
輸入光1720之第一部分入射於顯示器1610之使用全像資訊調變的顯示元素1612上，且由顯示元素1612繞射以變為繞射一級光1722。輸入光1720之第二部分入射於顯示器1610之間隙1614上且在間隙1614處反射以變為顯示零級光1724之至少一部分。繞射一級光1722在空間中傳播以形成具有例如10°之視角的重建錐。由於例如0°之入射角小於視角之一半，例如5°，因此以等於例如0°之入射角之反射角傳播的顯示零級光1724在重建錐內。
如圖17A中所示出，繞射一級光1722形成三維全像場景，該三維全像場景之二維橫截面1732可在二維(2D)投影螢幕1730上觀察到，該投影螢幕沿著垂直於顯示器1610之方向與顯示器1610隔開。顯示零級光1724看似準直零級光1734，作為全像場景1732內之非期望影像(例如，具有矩形形狀)。如圖17B中所示出，繞射一級光1722在觀看者1760之眼睛上形成全像場景1762。顯示零級光1724由觀看者1760之眼睛的晶狀體聚焦，且看似聚焦之零級光1764，作為全像場景1762內之非期望光點。
為改善經重建全像場景之效應且因此改善顯示系統之效能，需要抑制(或甚至消除)經重建全像場景中之顯示零級光。本發明之實施方案提供多種技術，例如，如下文所描述之五種技術，以抑制(或甚至消除)經重建全像場景中之顯示零級光。該等技術可個別地或以其組合應用。
可在經重建全像場景中以光抑制效率抑制顯示零級光。光抑制效率界定為一減去使用本文中所描述之技術進行抑制的全像場景中之顯示零級光的量與未進行抑制的全像場景中之顯示零級光的量之間的比率。在一些實例中，光抑制效率大於預定百分比，例如50%、60%、70%、80%、90%或99%。在一些實例中，光抑制效率為100%。亦即，在全像場景中消除所有顯示零級光。
在被稱作「相位校準」之第一種技術中，可調整顯示器之顯示元素的相位以具有預定相位範圍，例如[0, 2π]。以此方式，可增加基於經校準相位形成之全像場景與顯示零級光之間的信雜比(S/N)。
在被稱作「零級光束發散之第二種技術」中，如圖18中所示出，顯示零級光束由光學散焦裝置(例如，凹透鏡)發散以具有較低功率密度。相比之下，全像圖經預組態，使得入射於由全像圖調變之顯示元素上的準直光束經繞射以變為會聚光束。會聚光束由光學散焦裝置重新聚焦以形成具有較高功率密度之全像場景。因此，在全像場景中減弱或抑制顯示零級光束。
在被稱作「零級光偏離」之第三種技術中，如圖19A至圖19C、圖20A至圖20B、圖21及圖22中所示出，顯示零級光偏離全像場景。光學裝置經組態以耦合輸入光，從而以大於形成全像場景之經重建錐的視角之一半的入射角照明顯示器。顯示零級光以等於入射角之反射角傳播遠離顯示器。對應於全像場景之全像圖經預組態，使得繞射一級光以與入射角為0°時相同之方式傳播遠離顯示器，從而形成重建錐。因此，顯示零級光偏離重建錐且因此偏離全像場景。
在被稱作「零級光阻擋」之第四種技術中，如圖23A至圖23B中所示出，顯示零級光首先根據第三種技術偏離繞射一級光，且接著由光學阻擋組件阻擋(或吸收)，該光學阻擋組件例如為超穎材料層或異向性光學元件，諸如遮光膜。光學阻擋組件經組態以透射具有小於預定角度之角度的光束，且阻擋具有大於預定角度之角度的光束。預定角度可小於輸入光之入射角且大於重建錐之視角的一半。
在被稱作「零級光重導向」之第五種技術中，如圖24至圖33中所示出，顯示零級光首先根據第三種技術偏離繞射一級光，且接著藉由例如繞射光柵之光學繞射組件重導向進一步遠離繞射一級光。當輸入光同時或依序包括不同色彩之光時，如圖30A至圖30B、圖31A至圖31B、圖32及圖33中所示出，光學繞射組件可包括一或多個對應繞射光柵，該一或多個對應繞射光柵經組態以在平面或空間中將不同色彩之光朝向不同方向繞射，從而減少不同色彩之光之間的色彩串擾。
以上五種技術主要用以抑制整體顯示零級光之主反射零級。在第六種技術中，顯示器經組態以抑制整體顯示零級光之高級，例如藉由使用具有不同大小或形狀或其兩者之不規則或非均勻顯示元素。顯示元素可能不具有週期性，且可形成沃羅諾伊圖案或為經沃羅諾伊圖案化之顯示元素。在一些實施方案中，顯示器可為圖6A之顯示器600或圖6B之顯示器650。
在下文中，更詳細地描述前五種技術。
第一種技術 - 相位校準
相位校準為可增加顯示器中之對比度的技術，例如藉由拉出所計算全像圖之直流(DC)項，此可藉由軟體或程式指令實施。相位校準可達成超出裝置校準之準確度，此可為不良或未知的。
在一些實施方案中，全像圖包括用於顯示器之顯示元素的各別相位。如上文所描述，各別相位可為一或多個對應物件對每一顯示元素之所計算EM貢獻。根據相位校準技術，藉由調整(例如，按比例調整及/或移位)用於顯示元素之各別相位以具有例如[0, 2π]之預定相位範圍從而獲得顯示器中之較高對比度來組態全像圖。
可根據以下表達式調整各別相位：
(15)，
其中
表示各別相位之初始相位值，
表示各別相位之經調整相位值，且A及B為用於各別相位之常數，A在[0, 1]內且B在[0, 2π]內。在一些實例中，對於所有顯示元素，A皆相同。在一些實例中，對於所有顯示元素，B皆相同。在一些實例中，對於不同顯示元素，A不同。在一些實例中，對於不同顯示元素，B不同。
在經完全校準及線性化之顯示系統中，(A, B)之一對值(1, 0)藉由證明輸入全像圖之最高繞射效率來提供最佳對比度。然而，由於顯示器之非線性LC曲線及不準確校準，用於顯示元素之各別相位通常不在[0, 2π]之範圍內，且因此顯示對比度會降低。由於輸入光相同，因此顯示零級光將相同。若全像圖之繞射效率增加，則顯示對比度可較高，且全像場景之S/N比可較高。
根據相位校準技術，可藉由在相位座標系統中按比例調整及移位各別相位來改善顯示對比度，使得將各別相位調整為具有一範圍，例如準確地為[0, 2π]。在一些狀況下，取決於工作LC之校準及最大相移，經調整之各別相位的範圍可小於或大於2π範圍。因此，對於每一顯示器，可存在一對(A, B)，其產生最高繞射效率，從而導致最高S/N比。
可藉由調整常數A及B來調整用於顯示元素之各別相位，使得全像場景之光抑制效率得以最大化。光抑制效率可大於預定百分比，例如50%、60%、70%、80%、90%或99%。
在一些實施方案中，藉由機器視覺演算法或諸如人工智慧(AI)演算法之機器學習演算法來調整常數A及B。在機器視覺演算法中，全像圖經設計以產生聚焦於距顯示器特定距離處之平面中之透射式漫射螢幕上的偽隨機點。接著，以RGB重建點在彼平面上完全對準之方式針對三原色紅色、綠色及藍色(RGB)而計算全像圖。接著，該演算法經設定以針對每種色彩得到一對值(A, B)，使得顯示對比度處於可接受位準。在一對值(A, B)之開始處，例如[1, 0]，特定距離處之攝影機拍攝螢幕上之圖案的圖像。在所拍攝圖像中，對將所有點(X)之亮度進行平均，且亦量測背景雜訊上之一個小區域(Y)。計算比率X/Y且檢查其是否大於特定值。若否，則將會改變該對值(A, B)且自動地重複程序直至判定可接受的一對值(A, B)。
第二種技術 - 零級光束發散
圖18示出藉由使顯示零級光束發散來抑制顯示於投影螢幕1830上之全像場景中之顯示零級光的實例系統1800。光束分光器1810定位於顯示器1610前方且耦合準直輸入光束1820，從而以正入射照明顯示器1610。光束1820之第一部分由顯示元素繞射以變為繞射一級光束1822，該等顯示元素藉由全像圖調變，且光束1820之第二部分由顯示器1610之間隙反射以變為顯示零級光束1824。光學發散組件，例如凹透鏡1802，配置於光束分光器1810下游及投影螢幕1830之前。在一些實例中，光學發散組件包括相比凹透鏡1802配置於更遠離投影螢幕1830之位置處的凸透鏡，使得準直光束首先被聚焦且接著朝向投影螢幕1830發散。
當顯示零級光束1824離開顯示器1610時，顯示零級光束1824經準直。因此，當顯示零級光束1824透射穿過凹透鏡1802時，顯示零級光束1824被凹透鏡1802發散，如圖18中所示出。因此，相較於原始準直輸入光束1820之功率密度，發散之顯示零級光束1824的功率密度在發散光束區域上減小或減弱。
根據第二種技術，調變顯示器1610之顯示元素的全像圖(或各別相位)可經預組態，使得繞射一級光束1822在離開顯示器1610時會聚。會聚度經組態以對應於凹透鏡1802之發散度。亦即，凹透鏡之發散由經組態會聚補償。因此，當會聚之繞射一級光束1822透射穿過凹透鏡1802時，繞射一級光束1822經準直以在投影螢幕1830上形成經重建全像場景1832，此與未預組態全像圖及凹透鏡1802之情況相同。因此，經重建全像場景1832具有與準直輸入光束1820之功率密度相同的功率密度。相比之下，顯示零級光束1834以減小之功率密度在投影螢幕1830上發散及塗抹(或減弱)。投影螢幕1830與顯示器1610隔開指定距離，例如50 cm。顯示零級光束1834可為暗的且看似全像場景1832中之背景雜訊。以此方式，光抑制效率可增加至例如大於99%，且全像場景1832之S/N比可增加。
在一些實施方案中，藉由將對應相位加至用於顯示器1610之顯示元素的各別相位來預組態全像圖。用於顯示元素之各別相位可為根據第一種技術—相位校準而調整的各別相位。用於顯示元素中之每一者的對應相位表達為：
(16)，
其中Ø表示用於顯示元素之對應相位，λ表示輸入光1820之波長，
f表示光學發散組件(例如，凹透鏡1802)之焦距，x及y表示顯示元素在2D顯示座標系統中之座標，且a及b表示常數。一對值(a, b)可基於應用而調整，例如用於為眼睛患有散光之人引入散光。若a等於b，例如a=1且b=1，則對應相位之散焦效應為圓形；若a不同於b，例如a=1且b=0.5，則散焦效應為橢圓形且可匹配2:1變形聚焦透鏡。若a=0或b=0，但並非兩者皆有，則散焦效應可產生線焦點而非區域焦點且可匹配柱面聚焦透鏡。
在一些實施方案中，當在諸如Unity之3D軟體應用程式(例如，圖1A之應用程式106)中設計(或模擬)全像場景時，藉由為組態錐添加虛擬透鏡來預組態全像圖。在圖20A至圖20B中進一步詳細地描述組態錐。繞射一級光束1822形成具有視角之重建錐，且組態錐對應於重建錐並具有與視角相同之頂角。在模擬中，組態錐可在全域3D座標系統中相對於顯示器沿著垂直於顯示器之方向移動對應於光學發散組件之焦距的距離。對於重建錐中之所有物件，組態錐可僅移動一次。接著基於在全域3D座標系統中之移動組態錐而產生全像資料，例如物件之基元清單。
第三種技術 - 零級光偏離
如上文在圖16及圖17A至圖17B中所描述，全像場景(或全像內容)之重建錐具有取決於顯示器以及輸入光束之波長的視角。若顯示零級光可偏離出重建錐外，則可在無顯示零級光之情況下觀察到全像場景。
圖19A示出當使用準直輸入光1920以正入射(亦即，θ
i=0°)照明顯示器1610時全像場景中之顯示零級光的實例系統1900。光學裝置1910耦合準直輸入光1920從而以正入射照明顯示器1610。在一些實施方案中，如圖19A中所示出，光學裝置1910為波導裝置，例如圖5G之波導裝置588，該光學裝置包括形成於基板1912上之輸入耦合器1916及輸出耦合器1914。
輸入光1920之第一部分入射於顯示器1610之使用全像圖調變的顯示元素上，且由顯示元素繞射以變為繞射一級光1922。輸入光1920之第二部分入射於顯示器1610之間隙上，且在間隙處反射以變為顯示零級光1924之至少一部分。繞射一級光1922在空間中傳播以形成具有例如10°之視角的重建錐。由於例如0°之入射角小於視角之一半，例如5°，因此以等於例如0°之入射角之反射角傳播的顯示零級光1924在重建錐內。如圖19A中所示出，繞射一級光1922在二維(2D)投影螢幕1930上形成全像場景1932。顯示零級光1924看似準直零級光1934，作為全像場景1932內之非期望影像。
圖19B示出藉由引導顯示零級光遠離(或使其偏離)全像場景來抑制顯示於投影螢幕1930上之全像場景中之顯示零級光的實例1950。不同於光學裝置1910，包括形成於基板1962上之輸入耦合器1966及輸出耦合器1964的光學裝置1960經組態以耦合準直輸入光1920，從而以大於0°之入射角θ
i照明顯示器1610。由於反射，顯示零級光1974以等於入射角θ
i之反射角θ
r離開顯示器1610。
根據第三種技術，調變顯示器1610之顯示元素的全像圖(或各別相位)可經預組態，使得繞射一級光1972以正入射離開顯示器1610。亦即，入射角之偏離由經組態全像圖補償。因此，繞射一級光束1972在投影螢幕1930上形成看似經重建全像場景1976之重建錐，與入射角處於正入射時相同。當入射角(例如，6°)大於重建錐之視角的一半(例如，5°)時，顯示零級光1974可偏離或移位遠離重建錐。因此，如圖19B中所示出，由顯示零級光1974形成之移位顯示零級影像1978可在投影螢幕1930上之全像場景1976外部。類似地，如圖19C中所示出，當由觀看者1990看到時，由顯示零級光1974形成之顯示零級光點1994可在由繞射一級光1972在觀看者1990之眼睛上形成的全像場景1992外部。藉由組態入射角之方向，顯示零級光可向上或向下或向空間中之一側偏離。
在一些實施方案中，藉由將對應相位加至用於顯示器1610之顯示元素的各別相位來預組態全像圖。用於顯示元素之各別相位可為根據第一種技術—相位校準而調整的各別相位。用於顯示元素中之每一者的對應相位表達為：
(17)，
其中
Ø表示用於顯示元素之對應相位，λ表示輸入光1920之波長，x及y表示顯示元素在2D顯示座標系統中(或3D座標系統中)之座標，且θ表示對應於入射角θ
i之角度，例如θ=θ
i。
在一些實施方案中，當在諸如Unity之3D軟體應用程式(例如，圖1A之應用程式106)中設計(或模擬)全像場景時，藉由為組態錐添加虛擬稜鏡來預組態全像圖。
圖20A示出3D軟體應用程式中之3D座標系統中的相對於顯示器2002及光學裝置2010的組態錐2020及重建錐2030之實例2000。光學裝置2010可為光導裝置，例如圖5H之光學繞射裝置598，該光導裝置包括形成於基板2012上之光柵2014。
如圖20A中所示出，光學裝置2010耦合輸入光2040，從而以大於0°之入射角(非正入射)照明顯示器2002，此在效果上與以對應於(例如，等於)相對於3D座標系統之入射角之反射角的角度旋轉組態錐2020 (連同所有物件，包括組態錐2020內之物件2022)相同。在一些實施方案中，組態錐2020在原始3D座標系統中旋轉。在一些實施方案中，原始3D座標系統旋轉，但組態錐2020不旋轉。一旦設定了3D座標系統中之組態錐2020，便可將物件置放於組態錐2020中而無需個別地改變基元之頂點。因此，模擬之重建錐2030 (具有所有經重建物件，包括經重建物件2032)及顯示零級光2042以相對於3D座標系統之相同反射角相對於顯示器2002旋轉。亦即，當觀看者看到時，顯示零級光2042可出現在全像場景中。
圖20B示出在3D軟體應用程式中之3D座標系統中調整圖20A之組態錐2020以組態對應於全像場景之全像圖的實例2050。組態錐2020 (連同設計物件，包括物件2022)可在3D座標系統中相對於顯示器2002之表面以旋轉角旋轉。旋轉角對應於(例如，等於)入射角使得經調整組態錐2060 (具有經調整之設計物件，包括經調整物件2062)與顯示器2002成正入射。對於所有設計物件，組態錐2020可僅調整一次。接著基於全域3D座標系統中之經調整組態錐2060而產生全像資料，例如用於物件之基元清單。接著基於全像資料產生全像圖。
因此，當光學裝置2010耦合輸入光2040從而以入射角照明顯示器2002時，輸入光2040之第一部分由用預組態全像圖調變之顯示元素繞射。繞射一級光形成正交於顯示器2002之重建錐2070 (具有經重建物件，包括設計物件2062之經重建物件2072)。重建錐2070具有視角θ
v。相比之下，輸入光2040之第二部分在無預組態全像圖之調變的間隙處反射以變為顯示零級光2042，該顯示零級光以等於入射角θ
i之反射角θ
r離開顯示器。因此，當入射角θ
i大於視角之一半，亦即，θ
i＞ θ
v/2時，顯示零級光2042在由觀看者看到時處於重建錐2070外部且因此處於全像場景外部。
輸入光2040可以任何合適方式耦合至光學裝置2010中，例如藉由輸入耦合器，諸如圖19B之輸入耦合器1966，藉由如圖21中所示出之稜鏡，或如圖22中所示出之楔形基板。
圖21示出經由耦合稜鏡2111將準直輸入光2120耦合至光學裝置2110從而以入射角照明顯示器1610以用於抑制全像場景中之顯示零級光的實例2100。光學裝置2110包括基板2112上之光柵2114。耦合稜鏡2111將輸入光2120耦合至基板2112中，該基板將輸入光2120導向光柵2114。光柵2114以入射角將輸入光2120朝向顯示器1610繞射出。全像圖經預組態使得繞射一級光2122以接近正入射方式離開顯示器1610，以形成重建錐，而顯示零級光2124以等於入射角之反射角離開顯示器1610。當入射角大於重建錐之視角的一半時，顯示零級光2124形成在由觀看者2130看到時處於全像場景2132外部之移位零級光點2134。
圖22示出經由光學裝置2210之楔形基板2212耦合光從而以入射角照明顯示器1610以用於抑制全像場景中之顯示零級光的實例系統2200。光學裝置2210包括楔形基板2212上之光柵2214。楔形基板2212將輸入光2220耦合至基板2212中，該基板將輸入光2120導向光柵2214。光柵2214以入射角將輸入光2120朝向顯示器1610繞射出。全像圖經預組態使得繞射一級光2222以接近正入射方式離開顯示器1610，以形成重建錐，而顯示零級光2224以等於入射角之反射角離開顯示器1610。當入射角大於重建錐之視角的一半時，顯示零級光2224形成在由觀看者2230看到時處於全像場景2232外部之移位零級光點2234。
根據第三種技術，離開顯示器之顯示零級光具有大於離開顯示器之繞射一級光的偏離角。因此，可基於角度差在全像場景中抑制(或消除)顯示零級光，例如，如在第四種技術「零級光阻擋」及第五種技術「零級光重導向」中進一步描述。
第四種技術 - 零級光阻擋
圖23A至圖23B示出藉由用光學阻擋組件阻擋或吸收自顯示器反射之顯示零級光來抑制全像場景中之顯示零級光的實例系統2300、2350。光學阻擋組件可為任何合適的結構，例如人工結構，諸如遮光層、超穎材料層、超穎材料結構、超穎表面或可展現阻擋性質之任何其他種類的工程微結構或奈米結構。
為了說明，類似於圖21，耦合稜鏡2311將準直輸入光2320耦合至具有形成於基板2312上之光柵2314的光學裝置2310中。光柵2314經組態以將輸入光2320繞射出，從而以例如大於重建錐之視角之一半的入射角照明顯示器1610。藉由應用第三種技術，全像圖經預組態使得繞射一級光2322以與輸入光以正入射來入射於顯示器上時之方式相同的方式離開顯示器1610，而顯示零級光2324以等於入射角之反射角傳播遠離顯示器1610。
作為光學阻擋組件之實例，超穎材料層2316形成於基板2312上(例如，沈積於基板上或附著至基板)。如圖23A至圖23B中所示出，超穎材料層2316及光柵2314可形成於基板2312之相對側上。超穎材料層2316可由小於所關注波長之微結構或奈米結構的陣列製成。藉由個別地及共同地組態微結構或奈米結構之幾何形狀，超穎材料層2316可經設計為以期望方式與光相互作用。在本發明中，超穎材料層2316經組態以透射具有小於預定角度之角度的光束，且阻擋具有大於預定角度之角度的光束。預定角度可設定為小於入射角且大於由繞射一級光2322形成之重建錐之視角的一半。因此，繞射一級光2322可以例如不小於諸如50%、60%、70%、80%、90%或99%之預定比率的透射效率透射穿過超穎材料層2316。相比之下，顯示零級光可由超穎材料層2316阻擋或吸收，例如以100%之阻擋效率。
全像場景中之顯示零級光的光抑制效率可為100%。如圖23A中所示出，繞射一級光2322可在投影螢幕2330上形成全像場景2332，而無顯示零級光2324。如圖23B中所示出，當由觀看者2360看到時，繞射一級光2322可在觀看者2360之眼睛上形成全像場景2362，而無顯示零級光2324。
第五種技術 - 零級光重導向
圖24示出藉由經由光學重導向結構將顯示零級光重導向遠離全像場景來抑制全像場景中之顯示零級光的系統2400。光學重導向結構可為光柵，例如全像光柵，諸如布拉格光柵，或任何其他合適的重導向結構。
類似於圖5H之系統590，系統2400包括電腦2401 (例如，圖5H之電腦591)、控制器2402 (例如，圖5H之控制器592)、反射式顯示器2404 (例如，圖5H之反射式顯示器594)及照明器2406 (例如，圖5H之照明器596)。系統2400亦包括光學裝置2410，該光學裝置可包括光學繞射裝置，例如圖5H之光學繞射裝置598、圖5I之598A、圖5J之598B或圖5K之598C、圖9A及圖9B之光學繞射裝置900、圖10A及圖10B之1000、圖11之1100、圖12A之1200、圖12B之1250，或圖12C之1270，或圖15之1500。在一些實施方案中，如圖24中所示出，光學裝置2410包括基板2412 (例如，圖5H之基板598-2)上之透射式場光柵結構2414作為光學繞射裝置。透射式場光柵結構2414可為圖5H之場光柵結構598-1。透射式場光柵結構2414可包括用於一或多種不同色彩之光的一或多個光柵。基板2412可為透明玻璃基板。
類似於上文所描述的內容，光學裝置2410可鄰近於顯示器2404之前表面配置。在一些實施方案中，光學裝置2410 (例如，場光柵結構2414之表面)附接至顯示器2404之前表面，例如經由折射率匹配材料。在一些實施方案中，氣隙處於光學裝置2410之頂表面與顯示器2404之間。在一些實施方案中，例如玻璃之間隔物插入於光學裝置2410之頂表面與顯示器2404之間的氣隙中。為了較佳地說明光傳播，在圖24及以下圖26A至圖33中使用氣隙作為實例。
控制器2402經組態以自電腦2401接收對應於一或多個物件之圖形資料(例如，藉由使用諸如Unity之3D軟體應用程式)，對圖形資料執行計算，且產生用於調變之控制信號並經由記憶體緩衝器2403將該等信號傳輸至顯示器2404。控制器2402亦耦接至照明器2406，且經組態以提供時序信號2405，從而啟動照明器2406以提供輸入光2420。輸入光2420接著由光學裝置2410之透射式場光柵2414繞射以照明顯示器2404。入射於顯示器2404之顯示元素上的輸入光2420之第一部分由顯示器2404繞射，且繞射一級光2421朝向觀看者形成全像光場2422。全像光場2422可對應於具有視角之重建錐(或截錐)。顯示器2404可包括在顯示器2404之背面上的後鏡，且可朝向觀看者反射光。入射於顯示器2404之間隙上的輸入光2420之第二部分由顯示器2404反射，例如由後鏡反射以變為顯示零級光2424。
如上文所描述，透射式場光柵2414可經組態以將來自照明器2406之輸入光2420繞射出，從而以例如大於重建錐(或截錐)之視角之一半的入射角離軸照明顯示器2404。藉由應用第三種技術，繞射一級光2421以與當輸入光2420以正入射來軸上入射時之方式相同的方式離開顯示器2404，而顯示零級光2424以等於入射角之反射角離開，該顯示零級光在重建錐外部。
如圖24中所示出，系統2400可包括光學重導向結構2416，該光學重導向結構經組態以相比具有不同於預定角度之角度的第二光束，以繞射角、以實質上更大的繞射效率繞射具有等於預定角度之角度的第一光束。光學重導向結構2416可為全像光柵，諸如布拉格光柵。繞射角可實質上大於預定角度。在一些實施方案中，光學重導向結構2416包括用於一或多種不同色彩之光的一或多個光柵，如圖30A至圖33中進一步示出。在一些實施方案中，光學重導向結構2416配置於光學裝置2410下游，遠離顯示器2404。在一些實施方案中，如圖24中所示出，光學重導向結構2416形成於基板2412之與透射式場光柵結構2414相對的一側上。
根據第五種技術，光學重導向結構2416可經組態以具有等於顯示零級光2424之反射角或輸入光2420在顯示器2404處之入射角的預定角度。當顯示零級光2424以反射角傳播時，相比繞射一級光2421，光學重導向結構2416可以實質上更大的繞射效率、以繞射角繞射顯示零級光2424，而繞射一級光2421可透射穿過光學重導向結構2416以形成全像光場2422。以此方式，光學重導向結構2416可重導向顯示零級光2424以形成進一步遠離全像光場2422之重導向零級光2426。
圖25A至圖25C示出經由圖25A、圖25B、圖25C中之零級重導向光柵2500、2530、2550將顯示零級光重導向至空間中之不同方向的實例。零級重導向光柵2500、2530、2550可在圖24之光學重導向光柵結構2416中。可根據圖7A中所示出之方法製造重導向光柵2500、2530、2550。
為了比較，顯示零級光2502以-6.0°之入射角入射於零級重導向光柵2500、2530、2550上，該入射角為用於重導向光柵2500、2530、2550之預定角度。重導向光柵2500、2530、2550經組態為以顯著大於顯示零級光2502之入射角的繞射角、以高繞射效率繞射顯示零級光2502。重導向光柵2500、2530、2550可經組態為以不同繞射角繞射顯示零級光2502以形成重導向零級光2504、2534、2554，例如對於圖25A中所展示之光柵2500以60°，對於圖25B中所展示之光柵2530以56°且對於圖25C中之光柵2550以-56°。
圖26A至圖26E示出當光以不同入射角輸入時經由光學重導向結構(例如，零級重導向光柵)將顯示零級光重導向至空間中之不同方向的實例。入射角中之每一者，例如空氣中之-6°或6°，經組態為大於對應於全像光場之重建錐之視角的一半，例如空氣中之5°。
如圖26A中所示出，系統2600包括光學裝置2610，該光學裝置可為圖24之光學裝置2410。光學裝置2610包括基板2612 (例如，圖24之基板2412)、透射式場光柵結構2614 (例如，圖24之透射式場光柵結構2414)及零級重導向光柵結構2616 (例如，圖24之零級重導向光柵結構2416)。光學裝置2610可包括零級重導向光柵結構2616上之防護玻璃罩2618。
來自照明器2406之輸入光2620由透射式場光柵結構2614繞射，從而以入射角-6° (在空氣中)照明顯示器2404。照明於顯示器2404之經調變顯示元素上的輸入光2620之第一部分被繞射以透射穿過光學裝置2610 (包括零級重導向光柵結構2616)，以變為形成全像光場2622之繞射一級光2621。照明於顯示器2404之間隙上的輸入光2620之第二部分被反射以作為顯示零級光2624離開顯示器2404。顯示零級光2624由零級重導向光柵結構2616以實質上大於入射角(例如，玻璃中之-28°)之繞射角重導向。由於菲涅耳反射，重導向之顯示零級光的部分由防護玻璃罩2618與空氣之間的界面反射回光學裝置2610，且反射之顯示零級光，例如零級光之菲涅耳反射2625，可由形成於光學裝置2610之邊緣上的光學吸收體2619吸收。光學吸收體2619可類似於圖11之光學吸收體1104、圖12A、圖12C之1204，或圖12B之1254。重導向之顯示零級光的另一部分以-45°之重導向角向下穿過界面透射至空氣中，例如重導向之零級光2626，該零級光遠離全像光場2622。
如圖26B中所示出，系統2630包括光學裝置2640，該光學裝置可為圖24之光學裝置2410。光學裝置2640包括基板2642 (例如，圖24之基板2412)、透射式場光柵結構2644 (例如，圖24之透射式場光柵結構2414)及零級重導向光柵結構2646 (例如，圖24之零級重導向光柵結構2416)。光學裝置2640可包括零級重導向光柵結構2646上之防護玻璃罩2648。
不同於圖26A之光學裝置2640的透射式場光柵結構2614，光學裝置2640之透射式場光柵結構2644繞射來自照明器2406之輸入光2620，從而以入射角+6° (在空氣中)照明顯示器2404。照明於顯示器2404之經調變顯示元素上的輸入光2620之第一部分被繞射以透射穿過光學裝置2640 (包括零級重導向光柵結構2646)，以變為形成全像光場2632之繞射一級光2631。照明於顯示器2404之間隙上的輸入光2620之第二部分被反射以作為顯示零級光2634離開顯示器2404。不同於圖26A之零級重導向光柵結構2616，零級重導向光柵結構2646以實質上大於入射角(例如，玻璃中之+28°)的繞射角重導向(繞射)顯示零級光2634。由於菲涅耳反射，重導向之顯示零級光的部分由防護玻璃罩2648與空氣之間的界面反射回光學裝置2610，且反射之顯示零級光，例如零級光之菲涅耳反射2635，可由形成於光學裝置2640之邊緣上的光學吸收體2649吸收。光學吸收體2649可類似於圖26A之光學吸收體2619。重導向之顯示零級光的另一部分以+45°之重導向角向上穿過界面透射至空氣中，例如重導向之零級光2636，該零級光遠離全像光場2632。
如圖26C中所示出，系統2650包括光學裝置2660，該光學裝置可為圖24之光學裝置2410。光學裝置2660包括基板2662 (例如，圖24之基板2412)、透射式場光柵結構2664 (例如，圖24之透射式場光柵結構2414)及零級重導向光柵結構2666 (例如，圖24之零級重導向光柵結構2416)。光學裝置2660可包括零級重導向光柵結構2666上之防護玻璃罩2668。
與圖26A之光學裝置2610的透射式場光柵結構2614相同，光學裝置2660之透射式場光柵結構2664繞射來自照明器2406之輸入光2620，從而以入射角-6° (在空氣中)照明顯示器2404。照明於顯示器2404之經調變顯示元素上的輸入光2620之第一部分被繞射以透射穿過光學裝置2660 (包括零級重導向光柵結構2666)，以變為形成全像光場2652之繞射一級光2651。照明於顯示器2404之間隙上的輸入光2620之第二部分被反射以離開顯示器2404，以變為顯示零級光2654之至少一部分。不同於圖26A之零級重導向光柵結構2616，零級重導向光柵結構2666以實質上大於入射角(例如，玻璃中之+28°)的繞射角重導向(繞射)顯示零級光2654。由於菲涅耳反射，重導向之顯示零級光的部分由防護玻璃罩2668與空氣之間的界面反射回光學裝置2660，且反射之顯示零級光，例如零級光之菲涅耳反射2655，可由形成於光學裝置2660之邊緣上的光學吸收體2649吸收。光學吸收體2669可類似於圖26A之光學吸收體2619。重導向之顯示零級光的另一部分以+45°之重導向角向上穿過界面透射至空氣中，例如重導向之零級光2656，該零級光遠離全像光場2652。
為了消除防護玻璃罩之表面與空氣之間的界面上之重導向之顯示零級光的菲涅耳反射之效應，可在防護玻璃罩2668之表面上形成抗反射(AR)塗層，使得重導向之顯示零級光可以高透射率透射至空氣中，但具有極少或無返回至光學裝置的反射。
如圖26D中所示出，系統2670包括光學裝置2680。類似於圖26C之光學裝置2660，光學裝置2680經組態以繞射輸入光2620，從而以入射角-6° (在空氣中)照明顯示器2404，且以+45°之重導向角將顯示零級光2654向上重導向至空氣中。然而，不同於圖26C之光學裝置2660，光學裝置2680包括形成於防護玻璃罩2668之外表面上的AR塗層2682，使得重導向之顯示零級光大體上以+45°之重導向角穿過防護玻璃罩2668透射至空氣中，例如重導向之零級光2672。以此方式，存在極少或不存在重導向之零級光返回至光學裝置2680中的菲涅耳反射。
圖26E展示以甚至更大重導向角，例如空氣中之+75°或玻璃中之大約+40°，重導向顯示零級光之另一實例。如圖26E中所示出，系統2690包括光學裝置2692。類似於圖26C之光學裝置2660，光學裝置2692經組態以繞射輸入光2620，從而以入射角-6° (在空氣中)照明顯示器2404。然而，不同於圖26C之光學裝置2660，光學裝置2692包括零級重導向光柵結構2694，該零級重導向光柵結構經組態為以+75°之重導向角將顯示零級光2654向上重導向至空氣中，例如重導向之零級光2696。因此，存在返回至光學裝置2692中之零級光2698之較大菲涅耳反射，該反射可由光學吸收體2669吸收。
當具有p偏振之光在較大折射率介質與較小折射率介質之間的界面處以布魯斯特角入射時，具有p偏振之光不存在菲涅耳反射。
圖27A示出重導向具有p偏振之顯示零級光從而以布魯斯特角透射至空氣中之實例系統2700。系統2700包括光學裝置2710，該光學裝置可為圖24之光學裝置2410。光學裝置2710包括基板2712 (例如，圖24之基板2412)、透射式場光柵結構2714 (例如，圖24之透射式場光柵結構2414)及零級重導向光柵結構2716 (例如，圖24之零級重導向光柵結構2416)。光學裝置2710可包括零級重導向光柵結構2716上之防護玻璃罩2718。
與圖26A之光學裝置2610的透射式場光柵結構2614相同，光學裝置2710之透射式場光柵結構2714繞射來自照明器2406之輸入光2620，從而以入射角-6° (在空氣中)照明顯示器2404。照明於顯示器2404之經調變顯示元素上的輸入光2620之第一部分被繞射以透射穿過光學裝置2710 (包括零級重導向光柵結構2716)，以變為形成全像光場2702之繞射一級光2701。照明於顯示器2404之間隙上的輸入光2620之第二部分被反射以作為顯示零級光2704離開顯示器2404。顯示零級光2704可具有p偏振狀態。在一些狀況下，來自照明器2406之輸入光2620具有p偏振狀態。在一些狀況下，光學裝置2710包括經組態以將繞射輸入光2620之偏振狀態控制為p偏振的一或多個光學偏振裝置(例如，偏振器、延遲器、波片或其組合)。在一些實施方案中，光學裝置2710包括光學延遲器(例如，寬帶半波延遲器)，其後接著光學偏振器(例如，線性偏振器)。光學延遲器經組態為例如以對應效率將每種色彩之光自s偏振旋轉至p偏振，且光學偏振器經組態以吸收每種色彩之光中尚未自s偏振旋轉至p偏振的任何百分比。
不同於圖26A之零級重導向光柵結構2616，零級重導向光柵結構2716在防護玻璃罩2718與空氣之間的界面處以布魯斯特角(例如，玻璃中之大約−37°)重導向(繞射)顯示零級光2704。因此，不存在返回至光學裝置2710之重導向之顯示零級光的菲涅耳反射，且幾乎所有重導向之顯示零級光以大約−57°之布魯斯特角透射至空氣中，例如重導向之零級光2706。
圖27B至圖27C示出藉由諸如光學延遲器之光學偏振裝置重導向具有s偏振之顯示零級光以用於以布魯斯特角透射的實例。當顯示零級光以s偏振離開顯示器2404時，光學裝置可包括在進入空氣之界面之前的光學延遲器。光學延遲器可將顯示零級光之偏振狀態自s偏振狀態轉換至p偏振狀態，以用於以布魯斯特角在空氣界面處透射而無菲涅耳反射。
如圖27B中所示出，系統2730包括光學裝置2740，該光學裝置可為圖24之光學裝置2410。光學裝置2740包括基板2742 (例如，圖24之基板2412)、透射式場光柵結構2744 (例如，圖24之透射式場光柵結構2414)及零級重導向光柵結構2746 (例如，圖24之零級重導向光柵結構2416)。光學裝置2740可包括零級重導向光柵結構2746上之防護玻璃罩2748。
類似於圖27A之光學裝置2710的透射式場光柵結構2714，光學裝置2740之透射式場光柵結構2744繞射來自照明器2406之輸入光2620，從而以入射角-6° (在空氣中)照明顯示器2404。照明於顯示器2404之經調變顯示元素上的輸入光2620之第一部分被繞射以透射穿過光學裝置2740 (包括零級重導向光柵結構2746)，以變為形成全像光場2732之繞射一級光2731。照明於顯示器2404之間隙上的輸入光2620之第二部分被反射以作為顯示零級光2734離開顯示器2404。不同於圖27A中之顯示零級光2704，顯示零級光2734可具有s偏振。在一些狀況下，來自照明器2406之輸入光2620具有s偏振狀態。在一些狀況下，光學裝置2740包括經組態以將繞射輸入光2620之偏振狀態控制為s偏振的一或多個光學偏振裝置。
不同於圖27A之光學裝置2710，光學裝置2740包括經組態以將顯示零級光2734之偏振狀態自s偏振轉換至p偏振的光學延遲器2747。在一些實例中，可使用寬帶半波延遲器達成偏振轉換，該延遲器可針對每種色彩以不同效率將每種色彩之光自s偏振旋轉至p偏振。半波延遲器之後可接著為「清除」線性偏振器，以吸收每種色彩之光中尚未自s偏振旋轉至p偏振的百分比。以此方式，延遲器可將自光學裝置2740出射之光的偏振旋轉至更適合於顯示器2404之最佳效能的另一偏振，且線性偏振器可消除以不太適合於顯示器240之最佳效能的偏振入射於顯示器2404上的光。
在一些實施方案中，如圖27B中所示出，光學延遲器2747 (及視情況，線性偏振器)配置於基板2742上之零級重導向光柵結構2746之前。與圖27A之零級重導向光柵結構2716相同，零級重導向光柵結構2746在防護玻璃罩2748與空氣之間的界面處以布魯斯特角(例如，玻璃中之大約−37°)重導向(繞射)具有p偏振之顯示零級光2734。因此，不存在返回至光學裝置2740之重導向之顯示零級光的菲涅耳反射或存在可忽略菲涅耳反射，且幾乎所有重導向之顯示零級光以大約−57°之布魯斯特角透射至空氣中，例如重導向之零級光2736。
在一些實施方案中，如圖27C中所示出，在系統2750之光學裝置2760中，光學延遲器2747相對於基板2742配置於零級重導向光柵結構2746之後。零級重導向光柵結構2746配置於基板2742與光柵防護玻璃罩2748之間。光學延遲器2747可配置於光柵防護玻璃罩2748與延遲器防護玻璃罩2762之間。與圖27A之零級重導向光柵結構2716相同，零級重導向光柵結構2746在延遲器防護玻璃罩2762與空氣之間的界面處以布魯斯特角(例如，玻璃中之大約−37°)重導向(繞射)顯示零級光2734。因此，不存在返回至光學裝置2760之重導向之顯示零級光的菲涅耳反射或存在可忽略菲涅耳反射，且幾乎所有重導向之顯示零級光以大約−57°之布魯斯特角透射至空氣中，例如重導向之零級光2752。
圖28示出將顯示零級光重導向至異向性透射器2820以用於吸收重導向之顯示零級光的實例系統2800。異向性透射器2820經組態為以小於預定角度之角度(例如，小於重建錐之視角的一半)透射第一光束(例如，繞射一級光)，且以大於預定角度之角度(例如，重導向角)吸收第二光束(例如，重導向之顯示零級光)。預定角度經組態為大於視角之一半且小於顯示零級光由光學重導向組件繞射之重導向角。
系統2800包括光學裝置2810，該光學裝置可包括圖24之光學裝置2410。光學裝置2810包括基板2812 (例如，圖24之基板2412)、透射式場光柵結構2814 (例如，圖24之透射式場光柵結構2414)及零級重導向光柵結構2816 (例如，圖24之零級重導向光柵結構2416)。光學裝置2810可包括零級重導向光柵結構2816上之防護玻璃罩2818。
與圖24之光學裝置2410的透射式場光柵結構2414相同，光學裝置2810之透射式場光柵結構2814繞射來自照明器2406之輸入光2620，從而以入射角(例如，空氣中之-6°)照明顯示器2404。照明於顯示器2404之經調變顯示元素上的輸入光2620之第一部分被繞射以透射穿過光學裝置2810 (包括零級重導向光柵結構2816)，以變為形成全像光場2802之繞射一級光2801。入射角經組態為大於對應於全像光場2802之重建錐的視角之一半。照明於顯示器2404之間隙上的輸入光2620之第二部分被反射以作為顯示零級光2804之至少一部分離開顯示器2404。類似於圖24之零級重導向光柵結構2416，零級重導向光柵結構2816以實質上大於入射角(例如，對應於空氣中之大約75°的角度)的重導向角重導向(繞射)顯示零級光2804。
不同於圖24之光學裝置2410，光學裝置2810可包括經組態以透射繞射一級光2801且吸收顯示零級光2804的異向性透射器2820。在一些實例中，異向性透射器2820包括經組態以在空氣中具有大約±30°或在丙烯酸中具有大約±20°之預定角度(或通過角度)的遮光膜。異向性透射器2820實質上例如以空氣中之大約±5°(丙烯酸中之大約±3°)透射繞射一級光2801，且一例如空氣中之大約75°吸收顯示零級光2804。異向性透射器2820可與防護玻璃罩2818折射率匹配，使得對於具有s偏振或p偏振狀態之顯示零級光2804，無自異向性透射器2820之表面返回至光學裝置2810中的顯著菲涅耳反射。遮光膜中之遮光體亦可與遮光膜之透射材料折射率匹配，以消除自遮光體之菲涅耳反射。
在圖26A至圖26E、圖27A至圖27B及圖28中所展示之先前實例中，零級重導向光柵結構經組態為以小於進入空氣之界面處的全內反射之臨界角的重導向角繞射顯示零級光。
圖29示出重導向顯示零級光以全反射顯示零級光之實例系統2900。類似於圖26A之光學裝置2610，系統2900之光學裝置2910包括透射式場光柵結構2914，該透射式場光柵結構形成於基板2912上且經組態以繞射輸入光2620，從而以例如空氣中之-6°及玻璃中之大約-4°的入射角照明顯示器2404。
然而，不同於圖26A之光學裝置2610，光學裝置2910包括零級重導向光柵結構2916，該零級重導向光柵結構經組態為以大於玻璃中之全內反射之臨界角的重導向角(例如，玻璃中之大約+60°)重導向顯示零級光2904，對於高至低折射率界面2919處自防護玻璃罩2918至空氣的躍遷，該臨界角例如為大約41°。因此，顯示零級光2904在界面2919處全反射回，且顯示零級光2906之菲涅耳反射可由形成於光學裝置2910之邊緣上的光學吸收體2920 (例如，圖26A之光學吸收體2619)吸收。相比之下，照明於顯示器2404之經調變顯示元素上的輸入光2620之一部分被繞射以透射穿過光學裝置2910 (包括零級重導向光柵結構2916)，從而變為形成全像光場2902之繞射一級光2901，而無顯示零級光2904。
照明顯示器之輸入光可包括多種不同色彩之光，例如紅色、綠色及藍色。不同色彩之光可依序入射於顯示器上，且對應的不同色彩全像資料(或全像圖)可依序調變顯示器之顯示元素。如上文所描述，光學繞射裝置，例如圖5H之光學繞射裝置598，可經組態以繞射不同色彩之光從而照明顯示器，且亦可經組態以減少不同色彩之光之間的色彩串擾。舉例而言，光學繞射裝置598包括不同記錄層中之用於不同色彩的多個全像光柵，例如，如圖9A至圖12C中所示出。在一些實例中，如上文關於圖9A至圖10B所描述，光學繞射裝置可包括具有一或多個色彩選擇性偏振器之多個全像光柵，以抑制(例如，消除或最小化)色彩串擾。在一些實例中，如上文關於圖11至圖12C及圖15所描述，光學繞射裝置可包括具有用於以各別入射角入射之不同色彩之光的一或多個反射層的多個全像光柵，以抑制色彩串擾及零級光。
類似地，光學重導向裝置亦可經組態以將不同色彩之顯示零級光重導向出對應全像場景，且亦可經組態以減少不同色彩之顯示零級光之間的色彩串擾，例如藉由將不同色彩之顯示零級光重導向至平面中及/或空間中遠離全像場景之不同方向。在下文中，圖30A至圖30B、圖31A至圖31B、圖32及圖33示出實施方案之不同實例。
圖30A至圖30B示出將兩種不同色彩(例如，藍色及紅色)之顯示零級光重導向至遠離全像場景之不同方向的實例。
如圖30A中所示出，類似於圖24之系統2400，系統3000包括電腦3001(例如，圖24之電腦3001)、控制器3002 (例如，圖24之控制器2402)、反射式顯示器3004 (例如，圖24之反射式顯示器2404)及照明器3006 (例如，圖24之照明器2406)。系統3000亦包括光學裝置3010，該光學裝置可包括光學繞射裝置，例如圖9A及圖9B之光學繞射裝置900或圖11之1100。在一些實施方案中，如圖30A中所示出，光學裝置3010包括基板3012 (例如，圖24之基板2412)上之透射式場光柵結構3014。透射式場光柵結構3014可包括用於兩種不同色彩之光的兩個對應的不同光柵。
控制器3002經組態以自電腦3001接收對應於一或多個物件之圖形資料(例如，藉由使用諸如Unity之3D軟體應用程式)，對圖形資料執行計算，產生用於調變之控制信號並經由記憶體緩衝器3003將該等信號傳輸至顯示器3004。控制器3002亦耦接至照明器3006，且經組態以提供時序信號3005，從而啟動照明器3006以提供輸入光3020。輸入光3020接著由光學裝置3010之透射式場光柵結構3014繞射以照明顯示器3004。入射於顯示器3004之顯示元素上的輸入光3020之第一部分由顯示器3004繞射，且繞射一級光3021朝向觀看者形成全像光場3022。全像光場3022可對應於具有視角之重建錐(或截錐)。入射於顯示器3004之間隙上的輸入光3020之第二部分由顯示器3004反射以變為顯示零級光3024之至少一部分。
透射式場光柵結構3014經組態以將來自照明器3006之不同色彩之輸入光3020繞射出，從而以大於重建錐(或截錐)之視角之一半的入射角(例如，空氣中之-6°或玻璃中之大約-4°)離軸照明顯示器3004。藉由應用第三種技術，繞射一級光3021以與當輸入光3020以正入射軸上入射時之方式相同的方式離開顯示器3004，而顯示零級光3024以等於入射角之反射角離開，該顯示零級光在重建錐外部。
如圖30A中所示出，系統3000可包括光學重導向結構，該光學重導向結構具有用於不同色彩(藍色及紅色)之光的對應零級重導向光柵3016及3018。每一零級重導向光柵3016、3018可類似於圖24之重導向光柵2416且經組態以相比具有不同於預定角度之角度的第二光束，以繞射角、以實質上更大的繞射效率繞射具有等於預定角度之角度的第一光束。每一零級重導向光柵3016、3018可為全像光柵，諸如用於對應色彩之光的布拉格光柵。
如圖30A中所示出，零級重導向光柵3016經組態為以空氣中之+45°(玻璃中之大約+28°)之繞射角的反射角(等於入射角)繞射藍色顯示零級光，例如重導向之藍色零級顯示光3026。零級重導向光柵3018經組態以將紅色顯示零級光自空氣中之大約−6° (玻璃中之大約−4°)繞射至大約−45° (玻璃中之大約−28°)，例如重導向之紅色顯示零級光3028。
零級重導向光柵3016、3018可在透射式場光柵結構3014之相對側上依序配置基板3012上。由於具有較短波長之光傾向於更強地串擾意欲用於較長波長之光柵，因此用於藍色光之零級重導向光柵3016可配置成相比用於紅色之零級重導向光柵3018更接近顯示器。兩個零級重導向光柵3016、3018可具有實質上不同的條紋平面傾斜，此可減少色彩串擾。
在一些實施方案中，如圖30A中所示出，用於不同色彩之光的每一零級重導向光柵3016、3018記錄於例如感光性聚合物之對應記錄材料中，且由對應防護玻璃罩3017、3019保護。
在一些實施方案中，如圖30B中所示出，系統3030中之光學裝置3040的用於不同色彩之光的每一零級重導向光柵3046、3048記錄於例如感光性聚合物之相同記錄材料中，且由防護玻璃罩3047保護。零級重導向光柵3046可與零級重導向光柵3016相同，且經組態以將藍色顯示零級光自空氣中之大約−6° (玻璃中之大約−4°)繞射至大約+45° (玻璃中之大約+28°)，例如重導向之藍色顯示零級光3036。零級重導向光柵3048可與零級重導向光柵3018相同，且經組態以將紅色顯示零級光自空氣中之大約−6° (玻璃中之大約−4°)繞射至大約-45° (玻璃中之大約-28°)，例如重導向之紅色顯示零級光3038。
光學裝置3010、3040可包括光學裝置3010、3040之邊緣上的光學吸收體(例如，圖26A之光學吸收體2619)，以減少防護玻璃罩與空氣之間的界面處之菲涅耳反射。
圖31A至圖31B示出將三種不同色彩(藍色、綠色、紅色)之顯示零級光重導向至遠離同一平面中之全像場景之不同方向的實例系統3100及3150。相較於用於兩種不同色彩之光的系統，例如，如圖30A或圖30B中所示出，用於三種不同色彩之光的系統包括：光學繞射結構，其包括用於繞射三種色彩之輸入光從而以相同入射角照明顯示器之三個不同繞射光柵；及光學重導向結構，其包括用於以不同繞射角朝向不同方向繞射三種色彩之顯示零級光的三個不同零級重導向光柵。
如圖31A中所示出，類似於圖30A之系統3000，系統3100包括電腦3101 (例如，圖30A之電腦3001)、控制器3102 (例如，圖30A之控制器3002)、反射式顯示器3104 (例如，圖30A之反射式顯示器3004)及照明器3106 (例如，圖30A之照明器3006)。系統3100亦包括光學裝置3110，該光學裝置可包括光學繞射裝置，例如圖10A及圖10B之光學繞射裝置1000、圖12A之1200、圖12B之1250，或圖12C之1270，或圖15之1500。在一些實施方案中，如圖31A中所示出，光學裝置3110包括基板3111上之透射式場光柵結構3112。透射式場光柵結構3112可包括用於三種不同色彩之光的三個對應的不同光柵。
控制器3102經組態以自電腦3101接收對應於一或多個物件之圖形資料(例如，藉由使用諸如Unity之3D軟體應用程式)，對圖形資料執行計算，產生用於調變之控制信號並經由記憶體緩衝器3103將該等信號傳輸至顯示器3104。控制器3102亦耦接至照明器3106，且經組態以提供時序信號3105，從而啟動照明器3106以提供輸入光3120。輸入光3120接著由光學裝置3110之透射式場光柵結構3112繞射以照明顯示器3104。入射於顯示器3104之顯示元素上的輸入光3120之第一部分由顯示器3104繞射，且繞射一級光3121朝向觀看者形成全像光場3122。全像光場3122可對應於具有視角之重建錐(或截錐)。入射於顯示器3104之間隙上的輸入光3120之第二部分由顯示器3104反射以變為顯示零級光3123。
透射式場光柵結構3112經組態以將來自照明器3106之不同色彩之輸入光3120繞射出，從而以大於重建錐(或截錐)之視角之一半的入射角(例如，空氣中之-6°或玻璃中之大約-4°)離軸照明顯示器3104。藉由應用第三種技術，繞射一級光3121以與當輸入光3120以正入射軸上入射時之方式相同的方式離開顯示器3104，而顯示零級光3123以等於入射角之反射角離開，該顯示零級光在重建錐外部。
如圖31A中所示出，系統3100可包括光學重導向結構，該光學重導向結構具有用於不同色彩(藍色、綠色及紅色)之光的三個對應零級重導向光柵3114、3116及3118。每一零級重導向光柵3114、3116、3118可類似於圖24之重導向光柵2416。每一零級重導向光柵3114、3116、3118可為全像光柵，諸如用於對應色彩之光的布拉格光柵。
零級重導向光柵3114、3116、3118可在透射式場光柵結構3112之相對側上依序配置於基板3111上。在一些實施方案中，如圖31A中所示出，用於不同色彩之光(藍色、綠色、紅色)的每一零級重導向光柵3114、3116、3118記錄於例如感光性聚合物之對應記錄材料中，且由對應防護玻璃罩3113、3115、3117保護。如上文所提及，用於三種不同色彩之光的零級重導向光柵3114、3116、3118可記錄於例如感光性聚合物之相同記錄材料中，且由防護玻璃罩保護。三個零級重導向光柵3114、3116、3118可具有實質上不同的條紋平面傾斜，此可減少色彩串擾。
如圖31A中所示出，藍色零級重導向光柵3114經組態以將藍色顯示零級光自空氣中之大約−6° (玻璃中之大約−4°)繞射至大約+45° (玻璃中之大約+28°)，例如重導向之藍色顯示零級光3124。綠色零級重導向光柵3116經組態以將綠色顯示零級光自空氣中之大約−6° (玻璃中之大約−4°)繞射至大約−45° (玻璃中之大約−28°)，例如重導向之綠色顯示零級光3126。紅色零級重導向光柵3118經組態以將紅色顯示零級光自空氣中之大約−6° (玻璃中之大約−4°)繞射至大約−57° (玻璃中之大約−37°)之布魯斯特角，例如重導向之紅色顯示零級光3128。若紅色顯示零級光具有p偏振狀態，則紅色顯示零級光可完全透射至空氣中。光學裝置3110可包括光學裝置3110之一或多個邊緣上的一或多個光學吸收體(例如，圖26A之光學吸收體2619)以減少藍色及綠色顯示零級光在防護玻璃罩與空氣之間的界面處的菲涅耳反射。
若所有三種色彩之顯示零級光皆具有p偏振狀態，例如當輸入光經p偏振時，則光學重導向裝置可包括用於三種不同色彩之顯示零級光的零級重導向光柵，該等零級重導向光柵經組態為將三種不同色彩之顯示零級光全部以布魯斯特角繞射至空氣中，此可減少菲涅耳反射。一或多個繞射光柵可一起用以重導向特定色彩之光。
如圖31B中所示出，系統3150之光學裝置3160包括：藍色重導向光柵3164、一對綠色重導向光柵3166-1、3166-2以及紅色重導向光柵3168，該等光柵記錄於對應記錄介質中且由對應防護玻璃罩3163、3165-1及3165-2以及3167保護。藍色零級重導向光柵3164經組態以將藍色顯示零級光自空氣中之大約+6° (玻璃中之大約+4°)繞射至空氣中之大約−57° (玻璃中之大約−37°)的布魯斯特角，例如重導向之藍色顯示零級光3154。綠色顯示零級光首先由第一綠色零級重導向光柵3166-1自空氣中之大約+6° (玻璃中之大約+4°)繞射至大約+70° (玻璃中之大約+38°)，且接著由第二綠色零級重導向光柵3166-2繞射至空氣中之大約-57° (玻璃中之大約-37°)的布魯斯特角，例如重導向之綠色顯示零級光3156。紅色零級重導向光柵3168經組態以將紅色顯示零級光自空氣中之大約+6° (玻璃中之大約+4°)繞射至空氣中之大約+57° (玻璃中之大約+37°)的布魯斯特角，例如重導向之紅色顯示零級光3158。四個零級重導向光柵3164、3166-1、3166-2及3168可具有實質上不同的條紋平面傾斜，此可減少色彩串擾。
為減少不同色彩之顯示零級光之間的色彩串擾，光學重導向裝置可經組態以將不同色彩之顯示零級光朝向樣本平面中之不同方向重導向，如圖30A至圖30B及圖31A至圖31B中所示出。光學重導向裝置亦可經組態以將不同色彩之顯示零級光朝向空間中之不同平面重導向，如下圖32中所示出。
圖32示出包括光學裝置3210之實例系統3200，該光學裝置將三種不同色彩(例如，藍色、綠色及紅色)之顯示零級光重導向至遠離空間中之對應全像場景的不同方向。
類似於圖31A之光學裝置3110，光學裝置3210包括透射式場光柵結構3212，該透射式場光柵結構與圖31A之透射式場光柵結構3112相同且經組態以繞射每種色彩之輸入光，從而以大於重建錐(截錐)之視角之一半的入射角(例如，空氣中之-6°或玻璃中之大約-4°)離軸照明顯示器3104。藉由應用第三種技術，繞射一級光以與當輸入光以正入射軸上入射時之方式相同的方式離開顯示器3104。如上文所提到，具有較大波長之光對應於較大視角。如圖32中所示出，藍色繞射一級光形成藍色全像光場3220，綠色繞射一級光形成綠色全像光場3222，且紅色繞射一級光形成紅色全像光場3224。
類似於圖31A之光學裝置3110，光學裝置3210包括藍色重導向光柵3214、綠色重導向光柵3216、紅色重導向光柵3218，該等重導向光柵記錄於不同記錄介質中且相對於透射式場光柵結構3212依序配置於基板3211之相對側上。藍色重導向光柵3214、綠色重導向光柵3216、紅色重導向光柵3218由對應的藍色防護玻璃罩3213、綠色防護玻璃罩3215、紅色防護玻璃罩3217保護。然而，不同於圖31A之重導向光柵3114、3116、3118，重導向光柵3214、3216、3218將對應色彩之顯示零級光重導向至不同平面中。
舉例而言，如圖32中所示出，藍色重導向光柵3214將藍色顯示零級光自空氣中之大約-6° (玻璃中之大約-4°)繞射至空氣中之大約+57° (玻璃中之大約+37°)的向上布魯斯特角，例如向上的重導向之藍色零級光3230。紅色重導向光柵3218將紅色顯示零級光自空氣中之大約-6° (玻璃中之大約-4°)繞射至空氣中之大約-57° (玻璃中之大約-37°)的向下布魯斯特角，例如向下的重導向之紅色零級光3234。綠色重導向光柵3216將綠色顯示零級光自空氣中之大約-6° (玻璃中之大約-4°)重導向至向右布魯斯特角(空氣中之大約+57°、玻璃中之大約+37°)，例如向右的重導向之綠色零級光3232，該綠色零級光與向上的重導向之藍色零級光3230及向下的重導向之紅色零級光3234的平面正交。應注意，藍色重導向光柵3214及紅色重導向光柵3218具有與綠色重導向光柵3216不同的條紋平面傾斜及/或定向，此可抑制色彩串擾。
圖33示出使用用於至少一種對應色彩之顯示零級光的至少一個可切換光柵將三種不同色彩之顯示零級光重導向至遠離全像場景之不同方向的另一實例系統3300。
類似於圖31A之光學裝置3110，系統3300中之光學裝置3310包括藍色重導向光柵3314、綠色重導向光柵3316、紅色重導向光柵3318，該等重導向光柵相對於透射式場光柵結構3112依序配置於基板3111之相對側上。藍色重導向光柵3314、綠色重導向光柵3316、紅色重導向光柵3318由對應的藍色防護玻璃罩3313、綠色防護玻璃罩3315、紅色防護玻璃罩3317保護。類似於圖31A之藍色重導向光柵3114及紅色重導向光柵3118，藍色重導向光柵3314及紅色重導向光柵3318永久地記錄於對應記錄介質中。
然而，不同於永久地記錄於對應記錄介質中之圖31A之綠色重導向光柵3116，綠色重導向光柵3316記錄於例如電可切換全像聚合物分散液晶(HPDLC)材料之可切換記錄材料中，且經組態為可在不同狀態之間切換。舉例而言，當僅存在綠色光時，綠色重導向光柵3316可在場序色彩(FSC)照明序列之第一間隔期間切換至第一狀態。在第一純綠色間隔期間，第一狀態下的可切換綠色重導向光柵3316將綠色顯示零級光自空氣中之大約-6° (玻璃中之大約-4°)繞射至空氣中之大約-45° (玻璃中之大約-28°)的向下角度，例如重導向之綠色顯示零級光3338。
在FSC色彩照明序列之其他間隔期間，當僅存在紅色或藍色光時，可切換綠色重導向光柵3316切換至第二狀態，其中可切換綠色重導向光柵不繞射紅色或藍色光。如圖32中所示出，藍色重導向光柵3314將藍色顯示零級光自空氣中之大約-6° (玻璃中之大約-4°)繞射至空氣中之大約+45° (玻璃中之大約+28°)的向上角度，例如向上的重導向之藍色零級光3336。紅色重導向光柵3318將紅色顯示零級光自空氣中之大約-6° (玻璃中之大約-4°)重導向至空氣中之大約-45° (玻璃中之大約-28°)的向下角度，例如向下的重導向之紅色零級光3340。儘管重導向之紅色零級光3340具有與重導向之綠色零級光3338相同的方向，但可切換綠色重導向光柵3316在用於重導向綠色光之第一間隔中的全部、一或多個部分期間的第一狀態與用於透射紅色或藍色光之其他間隔中的全部、一或多個部分期間的第二狀態之間切換，此可抑制色彩串擾。
在一些實施方案中，兩個或多於兩個分離的可切換光柵可用於兩種或多於兩種對應色彩，其中具有較少或不具有永久記錄之光柵，此可進一步抑制色彩串擾。在一些實施方案中，二元(開/關)可切換光柵可由第一切換狀態繞射第一色彩且第二切換狀態繞射第二色彩之可切換光柵替換，此可使得能夠使用較少或不使用永久記錄之光柵。
圖34為抑制全像場景中之顯示零級光的實例程序3400之流程圖。程序3400可實施於用於重建2D或3D物件之系統中。該系統可為任何合適的系統，例如圖5A之系統500、圖5B之520、圖5C之530、圖5D之540、圖5E之560、圖5F之570、圖5G之580、圖5H之590、圖5I之590A、圖5J之590B、圖5K之590C、圖18之1800、圖19B之1950、圖19C之1980、圖21之2100、圖22之2200、圖23A之2300、圖23B之2350、圖24之2400、圖26A之2600、圖26B之2630、圖26C之2650、圖26D之2670、圖26E之2690、圖27A之2700、圖27B之2730、圖27C之2750、圖28之2800、圖29之2900、圖30A之3000、圖30B之3030、圖31A之3100、圖31B之3150、圖32之3200或圖33之3300。
在3402處，用光照明顯示器。該光之第一部分照明顯示器之顯示元素。在一些狀況下，該光之第二部分照明鄰近顯示元素之間的間隙。顯示器可為圖16之顯示器1610，顯示元素可為圖16之顯示元素1612，且間隙可為圖16之間隙1614。
在3404處，使用對應於全像資料之全像圖調變顯示器之顯示元素，以繞射光之第一部分，從而形成對應於全像資料之全像場景且抑制全像場景中之顯示零級光。顯示零級光可包括來自顯示器之反射光，例如在間隙處反射之光的第二部分。來自顯示器之反射光可為顯示零級光之主級。顯示零級光亦可包括任何非想要或非期望的光，例如間隙處之繞射光、顯示元素之表面處的反射光及覆蓋顯示器之顯示器罩蓋之表面處的反射光。全像場景對應於具有視角之重建錐(或截錐)。全像圖經組態使得顯示零級光在全像場景中得到抑制。全像圖可經組態使得光之繞射第一部分具有不同於顯示零級光之特性的至少一個特性。至少一個特性可包括功率密度(例如，如圖18中所示出)、光束發散度(例如，如圖18中所示出)、遠離顯示器之傳播方向(例如，如圖19B中、圖19C、圖20B及圖21至圖33中所示出)或偏振狀態中之至少一者。
可在全像場景中以光抑制效率抑制顯示零級光。光抑制效率可界定為一減去使用抑制之全像場景中之顯示零級光的量與未進行任何抑制之全像場景中之顯示零級光的量之間的比率的結果。在一些實例中，光抑制效率大於預定百分比，該預定百分比為50%、60%、70%、80%、90%或99%中之一者。在一些實例中，光抑制效率為100%。
在一些實施方案中，程序3400進一步包括：對於對應於物件之複數個基元中之每一者，藉由在全域三維(3D)座標系統中計算自基元至顯示元素之電磁(EM)場傳播來判定對顯示器之顯示元素中之每一者的EM場貢獻；以及對於顯示元素中之每一者，產生自複數個基元對顯示元素之EM場貢獻的總和。全像資料可包括自物件之複數個基元對顯示器之顯示元素的EM場貢獻之總和。當顯示器經相位調變時，全像資料可包括用於顯示器之顯示元素的各別相位。全像場景可包括對應於物件之經重建物件。全像資料可包括兩個或多於兩個物件之資訊。
在一些實施方案中，如上文關於第一種技術「相位校準」所論述，全像圖可藉由將用於顯示元素之各別相位調整為具有例如[0, 2π]之預定相位範圍來組態。在一些實施方案中，可根據以下表達式(15)調整各別相位：
，
其中
表示各別相位之初始相位值，
表示各別相位之經調整相位值，且A及B為用於各別相位之常數。可調整常數A及B使得全像場景之光抑制效率最大化或大於預定臨限值，例如50%、60%、70%、80%、90%或99%。在一些實施方案中，根據機器視覺演算法或機器學習演算法調整常數A及B。
在一些實施方案中，如上文關於第二種技術「零級光束發散」所論述，光學發散組件配置於顯示器下游。光學發散組件可為散焦元件，該散焦元件包括凹透鏡，例如圖18之凹透鏡1802。光學發散組件可為包括凸透鏡之聚焦元件。光之繞射第一部分被導引通過光學發散組件以形成全像場景，而顯示零級光在全像場景中發散。照明顯示器之光可經準直，且顯示零級光可在到達光學發散組件之前經準直，且全像圖經組態使得光之繞射第一部分在到達光學發散組件之前會聚。光學發散組件可為包括柱面透鏡之聚焦元件。光學發散組件可為包括凹透鏡、凸透鏡或柱面透鏡或其組合之微透鏡陣列。光學發散組件可為添加至光學裝置或併入光學裝置之其他繞射層中之一或多者內的一或多個全像光學元件(HOE)。一或多個HOE可經組態以使光會聚、發散或線性聚焦，或將更複雜的轉移函數施加於光學發散組件上，諸如將顯示零級光引導至全像場景之重建錐外部的一或多個區。該區可包括環形或周邊區，或環形或周邊區之部分。照明顯示器之光可經準直，且全像圖可經組態使得光之繞射第一部分在到達光學發散組件之前以塑形效應進行塑形，使得光學發散組件對光之第一部分的效應補償塑形效應。
在一些實例中，藉由添加虛擬透鏡來組態全像圖，例如藉由將對應相位加至用於顯示元素中之每一者的各別相位，且藉由光學發散組件補償用於顯示元素之對應相位，使得全像場景對應於用於顯示元素之各別相位。用於顯示元素中之每一者的對應相位可由以下表達式(16)表達：
，
其中
Ø表示用於顯示元素之對應相位，λ表示光之波長，
f表示光學發散組件之焦距，x及y表示顯示元素在座標系統中之座標，且a及b表示常數。
在一些實例中，全像圖藉由沿著垂直於顯示器之方向相對於全域3D座標系統將組態錐相對於顯示器移動而組態於例如Unity之3D軟體應用程式中，移動距離對應於光學發散組件之焦距。組態錐對應於重建錐且具有等於視角之頂角。軟體應用程式可基於全域3D座標系統中之經移動組態錐而為物件產生基元。
程序3400可包括在沿著垂直於顯示器之方向與顯示器隔開的二維(2D)螢幕(例如，圖18之投影螢幕1830)上顯示全像場景。2D螢幕可沿著該方向移動以獲得2D螢幕上之全像場景的不同圖塊。
程序3400可進一步包括導引光以照明顯示器。在一些實例中，該光由光束分光器導引，例如圖18之光束分光器1810，以照明顯示器，且該光之繞射第一部分以及顯示零級光透射穿過光束分光器。
在一些實施方案中，使用正入射之光照明顯示器，例如，如圖18或圖19A中所示出。在一些實施方案中，用光以可大於視角之一半的入射角照明顯示器，如圖19B或圖19C中所示出。
在一些實施方案中，如上文關於第三種技術「零級光偏離」所論述，全像圖經組態使得光之繞射第一部分形成重建錐，該重建錐與待在光正入射於顯示器上之情況下由該光之繞射第一部分形成的重建錐相同，而該光之反射第二部分以等於入射角之反射角離開顯示器，如圖19B或圖19C中所示出。
在一些實例中，藉由添加虛擬透鏡來組態全像圖，例如藉由將對應相位加至用於顯示元素中之每一者的各別相位，且藉由入射角補償用於顯示元素之對應相位，使得全像場景對應於用於顯示元素之各別相位。用於顯示元素中之每一者的對應相位可由以下表達式(17)表達：
，
其中
Ø表示用於顯示元素之對應相位，λ表示光之波長，x及y表示顯示元素在全域3D座標系統中之座標，且θ表示對應於入射角之角度。
在一些實例中，藉由相對於全域3D座標系統將組態錐相對於顯示器移動來組態全像圖，例如，如圖20B中所示出，藉由相對於全域3D座標系統將組態錐相對於顯示器之表面以旋轉角旋轉，該旋轉角對應於入射角。
在一些實施方案中，如上文關於第四種技術「零級光阻擋」所論述，顯示零級光被阻擋出現在全像場景中。全像場景之光抑制效率可為100%。
在一些實例中，光學阻擋組件配置於顯示器下游。光學阻擋組件可包括複數個微結構或奈米結構。光學阻擋組件可包括超穎材料層，例如圖23A至圖23B之超穎材料層2316，或遮光膜，例如圖28之異向性透射器。光學阻擋組件經組態以透射具有小於預定角度之角度的第一光束，且阻擋具有大於預定角度之角度的第二光束，且預定角度小於入射角且大於視角之一半。因此，如圖23A、圖23B中所示出，顯示零級光由光學阻擋組件阻擋，且光之繞射第一部分以透射效率透射穿過光學阻擋組件以形成全像場景。透射效率不小於預定比率，例如50%、60%、70%、80%、90%或99%。
在一些實施方案中，程序3400進一步包括：藉由導引光穿過基板上之光學繞射組件來導引光以照明顯示器，該光學繞射組件經組態為以入射角將光繞射出。光學繞射組件可為圖19A之輸出耦合器1914、圖19B或圖19C之1964或圖24之透射式場光柵結構2414。在一些實例中，經由例如圖19A之輸入耦合器1916或圖19B或圖19C之1966的波導耦合器將光導引至光學繞射組件。在一些實例中，經由例如圖21之耦合稜鏡2111或圖23A或圖23B之2311的耦合稜鏡將光導引至光學繞射組件。在一些實例中，經由基板之楔形表面將光導引至光學繞射組件，例如，如圖22中所示出。
如圖23A或圖23B中所示出，光學繞射組件形成於基板之面向顯示器的第一表面上，且光學阻擋組件形成於基板之與第一表面相對的第二表面上。
在一些實施方案中，如上文關於第五種技術「零級光重導向」所論述，光學重導向組件配置於顯示器下游且經組態以透射光之繞射第一部分從而形成全像場景，且重導向顯示零級光遠離全像場景。光學重導向組件可為圖24之零級重導向光柵結構2416、圖26A之2616、圖26B之2646、圖26C或圖26D之2666、圖26E之2694、圖27A之2716、圖27B或圖27C之2746、圖28之2816、圖29之2916、圖30A之3016及3018、圖30B之3046及3048、圖31A之3114、3116及3118、圖31B之3164、3166-1、3166-2及3168，或圖32之3214、3216及3218，或圖33之3314、3316及3318。
光學重導向組件可經組態以相比具有不同於預定角度之角度的第二光束，以顯著更大的繞射效率繞射具有等於預定角度之角度的第一光束，且該預定角度與入射角大體上相同。光學重導向組件可包括一或多個全像光柵，諸如布拉格光柵。
在一些實施方案中，光學繞射組件形成於基板之面向顯示器的第一表面上，且光學重導向組件形成於基板之與第一表面相對的第二表面上，例如，如圖24至圖33中所示出。
光學重導向組件經組態使得顯示零級光在三維(3D)空間中沿著向上方向、向下方向、向左方向、向右方向或其組合中之至少一者繞射出全像場景之外。全像場景之光抑制效率可為100%。在一些實例中，如圖26A中所示出，光之入射角為負，例如空氣中之-6°，且由光學重導向組件繞射之顯示零級光的繞射角為負，例如空氣中之-45°。在一些實例中，如圖26B中所示出，光之入射角為正，例如空氣中之+6°，且由光學重導向組件繞射之顯示零級光的繞射角為正，例如空氣中之+45°。在一些實例中，如圖26C或圖26D中所示出，光之入射角為負，例如空氣中之-6°，且由光學重導向組件繞射之顯示零級光的繞射角為正，例如空氣中之+45°。在一些實例中，光之入射角為正，例如空氣中之+6°，且由光學重導向組件繞射之顯示零級光的繞射角為負，例如空氣中之-45°。
光學重導向組件可由第二基板覆蓋，例如圖26A之防護玻璃罩2618。光學重導向組件可經組態以將顯示零級光重導向至光學吸收體，例如圖26A之光學吸收體2619或圖26B之2649，該光學吸收體形成於第二基板之側表面或基板之側表面中之至少一者上。第二基板可包括第二基板之與光學重導向組件相對之表面上的抗反射(AR)塗層，例如圖26D之AR塗層2682。抗反射塗層經組態以透射顯示零級光以防止顯示零級光之菲涅耳反射。抗反射塗層亦可經組態以減少或消除來自觀看者之周圍光的反射及自第二基板之面向觀看者之前表面反射的環境光，例如圖26D之AR塗層2682。最終AR塗層可經設計以使得其不干擾如本文中所描述之五種技術中的彼等技術，該等技術取決於在觀看者一側之至空氣中之最終躍遷的性質。防止來自前表面之菲涅耳反射會防止觀看者看到自身及由前表面鏡射之房間燈光。光學裝置內之較深表面僅涉及相對較小之折射率改變，且因此觀察者及房間燈光返回觀看者之菲涅耳反射最少，或表面亦可經AR塗佈，或如在顯示器之後反射器的狀況下，表面在諸如線性偏振器之多個吸收層後方，經由該等吸收層，周圍照明可產生雙通過(double pass)且因此衰減，此效應可藉由將累積光學密度在0.2至1.0之範圍內的材料層添加至裝置或併入裝置內來增強。
在一些實施方案中，顯示零級光在到達第二基板之前經p偏振。如圖27A中所示出，光學重導向組件可經組態以繞射顯示零級光，從而以布魯斯特角入射於第二基板與例如空氣之周圍介質之間的界面上的，使得顯示零級光完全透射穿過第二基板。
在一些實施方案中，顯示零級光在到達第二基板之前經s偏振。程序3400可進一步包括：將顯示零級光之偏振狀態自s偏振轉換至p偏振。在一些實例中，藉由相對於顯示器配置於光學重導向組件上游之光學延遲器(例如，圖27B之光學延遲器2747) (及視情況，線性偏振器)來轉換顯示零級光之偏振狀態。在一些實例中，藉由相對於顯示器配置於光學重導向組件下游之光學延遲器(例如，圖27C之光學延遲器2747) (及視情況，線性偏振器)來轉換顯示零級光之偏振狀態。光學延遲器可形成於第二基板之與光學重導向組件相對的一側上，且光學延遲器可由第三基板(例如，圖27C之延遲器防護玻璃罩2762)覆蓋。
在一些實施方案中，如圖28中所示出，光學阻擋組件形成於第二基板之與光學重導向組件相對的一側上。光學阻擋組件經組態以透射光之繞射第一部分且吸收由光學重導向組件繞射之顯示零級光。在一些實例中，光學阻擋組件包括異向性透射器(例如，圖28之異向性透射器2820)，該異向性透射器經組態以透射具有小於預定角度之角度的第一光束，且吸收具有大於預定角度之角度的第二光束。預定角度大於視角之一半且小於顯示零級光由光學重導向組件繞射之繞射角。
在一些實施方案中，如圖29中所示出，光學重導向組件經組態以繞射顯示零級光，從而以大於臨界角之角度入射於第二基板與周圍介質之間的界面上，使得由光學繞射組件繞射之顯示零級光在界面處全反射。光學吸收體，例如圖29之光學吸收體2920，可形成於該基板及第二基板之側表面上且經組態以吸收全反射之顯示零級光。
在一些實施方案中，如圖30A至圖33中所示出，該光包括複數個不同色彩之光，且光學繞射組件經組態為以入射角繞射顯示器上之複數個不同色彩之光。光學重導向組件針對複數個不同色彩之光中之每一者包含各別光學重導向子組件。
在一些實施方案中，如圖30B中所示出，用於複數個不同色彩之光的各別光學重導向子組件記錄於相同記錄結構中或記錄於鄰近且僅藉由薄的光學轉位(indexing)、接觸或黏著層分離的記錄結構中。在一些實施方案中，如圖30A、圖31A、圖31B、圖32、圖33中所示出，用於複數個不同色彩之光的各別光學引導子組件記錄於可藉由防護玻璃罩分離之不同的對應記錄結構中。
光學重導向組件可經組態為以不同繞射角朝向3D空間中之不同方向繞射複數個不同色彩之光。在一些實例中，如圖31A至圖31B中所示出，光學重導向組件經組態以繞射複數個不同色彩之光中之至少一者，從而以至少一個布魯斯特角入射於界面處。界面可包括頂部基板與周圍介質之間的界面或兩個鄰近基板之間的界面中之一者。
在一些實施方案中，如圖32中所示出，光學重導向組件經組態以在平面內繞射第一色彩之光(例如，藍色)及第二色彩之光(例如，紅色)且正交於平面繞射第三色彩之光(例如，綠色)。
在一些實施方案中，如圖31B中所示出，光學重導向組件包括經組態以繞射複數個不同色彩之光中的相同色彩之光的至少兩個不同的光學重導向子組件(例如，圖31B之重導向光柵3166-1、3166-2)。兩個不同的光學重導向子組件可依序配置於光學重導向組件中。
導引光以照明顯示器可包括在一系列時段內依序導引複數個不同色彩之光以照明顯示器。在一些實施方案中，如圖33中所示出，光學重導向組件可包括可切換光學重導向子組件(例如，圖33之可切換綠色重導向光柵3316)，該可切換光學重導向子組件經組態以在第一時段中之全部、一或多個部分期間在第一狀態下繞射第一色彩之光，且在第二時段中之全部、一或多個部分期間在第二狀態下透射第二色彩之光。
在一些實施方案中，可切換光學重導向子組件經組態以在第一時段中之全部、一或多個部分期間在第一狀態下繞射第一色彩之光，且在第二時段中之全部、一或多個部分期間在第二狀態下繞射第二色彩之光。
複數個不同色彩之光可包括第一色彩之光及第二色彩之的，第一色彩之光具有短於第二色彩之光的波長。在光學重導向組件中，相比用於第二色彩之光的第二光學重導向子組件，用於第一色彩之光的第一光學重導向子組件可配置成更接近顯示器，如圖30A至圖33中所示出。
在一些實施方案中，用於至少兩種不同色彩之光的至少兩個光學重導向子組件之條紋平面的定向實質上不同。
在一些實施方案中，光學重導向組件包括：第一光學重導向組件，其經組態以繞射第一色彩之光；第二光學重導向組件，其經組態以繞射第二色彩之光；及至少一個光學延遲器(及視情況，線性偏振器)，其配置於第一光學重導向子組件與第二光學重導向子組件之間且經組態以轉換第一色彩之光的偏振狀態，使得第一色彩之光透射穿過第二光學重導向組件。
該光之反射第二部分具有等於入射角之反射角且傳播出全像場景之外。在一些實例中，視角之一半在-10度至10度之範圍內或在-5度至5度之範圍內。在一些實例中，入射角為-6度或6度。
在一些實施方案中，光學重導向組件經組態以允許顯示零級光不變地通過，且重導向該光之繞射第一部分以形成對應於具有預定角度之錐或截錐的全像場景，該全像場景遠離顯示零級光。
在一些實施方案中，光學重導向組件經組態以將顯示零級光朝向第一方向重導向且將該光之繞射第一部分朝向遠離第一方向之第二方向重導向。舉例而言，該光之繞射第一部分可經重導向以正交於基板之楔形表面，且顯示零級光可經重導向以超出臨界角而射中楔形表面且因此經歷全內反射(TIR)返回至基板中。
顯示經重建三維物件之額外態樣
本發明之實施方案提供一種用於在全像光場中顯示經重建三維(3D)物件的顯示器，該全像光場例如為圖5A之全像光場518、圖5B之528、圖5C之538、圖5D之548、圖5E之568、圖5F之578、圖5H、圖5I、圖5J或圖5K之599-1及599-2、圖24之2422、圖26A之2622、圖26B之2632、圖26C、圖26D或圖26E之2652、圖27A之2702、圖27B或圖27C之2732、圖28之2802、圖29之2902、圖30A或圖30B之3022、圖31A或圖31B或圖33之3122，或圖32之3220、3222、3224。本文中所描述之技術可改善全像光場之一或多個特性(例如，大小或零級抑制)，以藉此改善顯示系統之效能，例如藉由使用較大反射式顯示器，使用較大光柵及/或控制輸入光。僅出於說明之目的，參考圖31A中之系統3100來論述該等技術。
第一例示性方法 - 使用較大反射式顯示器
增加圖31A之全像光場3122之大小的一種方法為使用較大反射式顯示器3104及成比例的較大基板3111建置相同的光學幾何結構，其中光束角不變。
隨著反射式顯示器3104之線性範圍增加，基板3111之前部面積的增加為反射式顯示器3104之線性範圍的增加之平方。若光束角及光束分佈保持不變，則基板3111之厚度隨著反射式顯示器3104之線性範圍之增加而增加。結果，基板3111之體積的增加可為反射式顯示器3104之線性範圍的增加之立方。舉例而言，將反射式顯示器3104之寬度加倍，同時維持反射式顯示器3104之相同寬度對高度縱橫比及基板3111之比例厚度，使基板3111之前部面積變為四倍且將基板3111之體積增加八倍。最終，基板3111之大厚度及高成本可變為不期望的，例如此係因為可能需要基板3111維持光學級清晰度，實質上不含顯著的夾雜物、吸收、散射、雙折射及/或其他可見光學缺陷或瑕疵。
基板3111之重量亦可能變為不期望的。舉例而言，基板3111可具有反射式顯示器3104之高度之大約20%的厚度。作為實例，對於具有16:9縱橫比(電腦監視器之典型尺寸)之686 mm (27")對角線反射式顯示器3104，基板3111可具有598 mm×336 mm×68 mm或更大的尺寸。若此基板3111由具有1.17至1.20 g/cm³之密度的丙烯酸固體塊製成，則基板3111之重量可為至少16 kg (35磅)。對於具有16:9縱橫比之類似1,650 mm (65")對角線反射式顯示器3104，基板3111之厚度可為至少165 mm且重量至少為225 kg (495磅)，此對於運送、裝設及移動可具有挑戰性。此類丙烯酸塊之安裝及支撐結構亦可能為大且重的。
另外，若全像光場3122之全部或部分投影至最終防護玻璃罩3113前方之觀看空間中，則可能需要全像光場3122按比例更遠地定位於前部防護玻璃罩3113前方(例如，在具有1,650 mm對角線之反射式顯示器3104前方超過165 mm處)。此可減小其視場及解析度。若應用較小、零或負z軸平移，則全像光場3122可出現在前部防護玻璃罩3113之前表面後方更深處。
為解決以上問題，可將基板3111製得較薄，此可減小其質量、成本且使基板對其z位置及視場具有較少約束。
在一些實施例中，基板3111可由具有較低密度及/或具有准許進入基板3111、在基板內及射出基板之光束具有更極端角度及光束角改變之折射率的材料製成。舉例而言，液體填充基板3111可與例如水或油之液體一起使用，該液體之折射率可小於丙烯酸之折射率(例如，小17%至20%)。液體可封閉於儲罐中，此可有助於解決某些潛在的運送及裝設問題，此係因為該儲罐可空著輸送且接著
就地填充。
在某些實施例中，對於輸入光3120之一或多個波長，如折射至基板3111中之輸入光3120的角度可增加。此可允許將相對較薄的基板3111用於輸入光3120，例如以照明反射式顯示器3104之同一區域。在一些狀況下，可能需要選擇角度以達成特定繞射效率及/或滿足期望臨界角性質。
在一些實施例中，基板3111可為楔形，例如類似於圖12B之基板1252或圖12C之基板1272，使得場光柵3112上之輸入光3120之入射角可相對較大。
在某些實施例中，兩個或多於兩個照明器可用以例如分別自上下方向照明反射式顯示器3104之不同區。舉例而言，將第一輸入光3120提供至基板3111之第一邊緣面(例如，基板3111之下邊緣面)中的第一照明器3106可用以僅照明反射式顯示器3104之第一區(例如，下半部分)。將第二輸入光(其可類似於第一輸入光3120)提供至基板3111之第二邊緣面(例如，基板3111之上邊緣面)中的第二照明器(其可類似於第一照明器3106)可用以僅照明反射式顯示器3104之第二區(例如，上半部分)。此配置可允許完全照明反射式顯示器3104，同時允許基板3111相對較薄(例如，允許基板3111之厚度減半)。視情況，各自經由基板3111之不同的對應邊緣面(例如，基板3111之左邊緣面及右邊緣面)進入的第三、第四或更大數目輸入光可用以分別照明反射式顯示器3104之區(例如，分別為左方區及右方區)。
在一些實施例中，輸入光可沿著不同光學路徑照明反射式顯示器3104之不同區。舉例而言，將第一輸入光3120提供至基板3111之邊緣面(例如，基板3111之下邊緣面)中且直接照明透射式場光柵3112的第一照明器3106可結合將第二輸入光提供至基板3111之邊緣面(其可為與由第一輸入光使用之邊緣面相同的邊緣面)中的第二照明器使用，但其中第二輸入光最初被向前導向重導向光柵3114且隨後朝向透射式場光柵3112反射回，使得第一輸入光照明反射式顯示器3104之第一區(例如，上半部分)且第二輸入光照明反射式顯示器3104之第二相鄰區(例如，下半部分)。第二輸入光之此反射可藉由使用全內反射(TIR)或重導向光柵3114之表面處或重導向光柵之前的反射光柵(例如，藉由基板3111與重導向光柵3114之間的界面)來達成。替代地，部分反射表面(例如，50:50或梯度或經圖案化光束分光器)可併入至基板3111中，以將基板3111內之單束輸入光3120分成兩個光束，包括以減小之光學功率直接行進至透射式場光柵3112的第一光束及最初亦以減小之光學功率行進遠離透射式場光柵3112之第二光束，且隨後導向回透射式場光柵3112，例如藉由TIR或重導向光柵3114之表面處或重導向光柵之前的反射光柵。
在某些實施例中，透射式場光柵3112之繞射效率可經圖案化使得當輸入光3120第一次遇到透射式場光柵3112之子區時，僅所選擇百分比之輸入光3120朝向反射式顯示器3104繞射出，而剩餘輸入光3120中之全部或部分反射回至基板3111中。基板3111中之反射輸入光3120進一步由TIR反射，例如自基板3111之前表面朝向透射式場光柵3112之第二子區反射回，該透射式場光柵將第二部分朝向反射式顯示器3104耦出，其中繞射效率經調整使得透射式場光柵3112之兩個此類區以大體上類似的光學功率照明反射式顯示器3104之兩個對應子區。以上程序可延伸至透射式場光柵3112之三個或多於三個此類子區且因此延伸至反射式顯示器3104之三個或多於三個對應子區。
在一些實施例中，最初未繞射至反射式顯示器之光被再循環以照明反射式顯示器。舉例而言，透射式場光柵3112之繞射效率可經圖案化或選擇使得當輸入光3120第一次遇到透射式場光柵3112之第一子區時，僅所選擇百分比之此輸入光3120朝向反射式顯示器3104繞射出，而剩餘輸入光3120中之全部或部分被反射回至基板3111中。反射輸入光3120最終可前往(例如，藉由基板3111內之TIR或經由直接路徑)附接至基板3111之邊緣面或在該邊緣面之後的反射元件(例如，代替圖12A之吸收體1204的鏡或反射光柵)，該反射元件將反射輸入光反射回穿過基板3111以重新照明(直接或在進一步TIR或繞射重導向之後)透射式場光柵3112之第一子區或透射式場光柵3112之第二子區，其中透射式場光柵3112之子區將光朝向反射式顯示器3104繞射出。
在一些實施例中，反射式顯示器3104之子區中之每一者由個別顯示裝置(例如，LCoS)或任何其他反射式顯示裝置製成，且反射式顯示器3104由較小顯示裝置之平鋪陣列形成。此可允許藉由操作具有不同反射率之此類較小顯示裝置來補償透射式場光柵3112之每一子區的繞射效率及因此裝置照明之差異。
在某些實施例中，反射式顯示器之寬度對高度的相對較高縱橫比用以增加全像光場之大小。因為基板3111之厚度通常取決於反射式顯示器3104之照明高度，但不取決於反射式顯示器3104之照明寬度，所以若反射式顯示器3104之縱橫比增加使得其寬度增加而其高度未必相應地增加，則基板3111之厚度不必增加。舉例而言，可使用20:9之縱橫比而非寬度:高度之16:9縱橫比。以此方式增加反射式顯示器3104之縱橫比可增加全像光場之大小，此係因為觀看者通常具有呈主要水平配置之兩隻眼睛，從而提供立體視覺。
在一些狀況下，當多個觀看者同時觀察全像光場顯示時，觀看者可能並排定位(而非一個觀看者在另一觀看者之頭部上方查看)，因此由高縱橫比提供之較寬視場可適合於群組觀看。另外，憑經驗已觀察到，全像光場之大多數觀看者(例如，臨時觀看者)更可能將其頭部自一側移動至另一側而非上下移動，因此可同樣實施具有較寬寬度之較高縱橫比以提高系統之效能。
在一些狀況下，有用且合意的全像光場顯示可具有極高縱橫比(條帶或狹縫顯示)。例如，若光柵3112、3114、3116及3118在水平方向上平鋪，則可使用相對較薄的基板3111達成較寬縱橫比。
一般而言，無關於反射式顯示器3104 (及因此，基板3111以及光柵3112、3114、3116及3118)之縱橫比，需要輸入光3120之寬度足以照明反射式顯示器3104之寬度(及基板3111以及光柵3112、3114、3116及3118之寬度)。對於反射式顯示器3104之低縱橫比，輸入光3120可具有適度延伸之矩形剖面或橫截面(或甚至正方形剖面或橫截面)，其可藉由遮蔽或以其他方式截斷來自照明器3106之足夠大的圓形或橢圓形光束剖面來實施。
第二例示性方法 - 使用較大光柵
若反射式顯示器3104及基板3111被放大，則透射式場光柵3112以及顯示零級重導向光柵3114、3116及3118亦可被放大以匹配。
在一些實施例中，透射式場光柵3112可分成兩個或多於兩個區，其各自利用經由基板3111之不同邊緣面進入基板3111的輸入光，如上文所提及。
在某些實施例中，較大光柵3112、3114、3116及3118可藉由放大其各別生產系統之對應光學元件及記錄材料來生產。
在一些實施例中，可藉由平鋪光學記錄來生產較大光柵3112、3114、3116及3118，其中可使用較小光學元件及全大小記錄材料在分步重複程序中依序記錄光柵中之每一者的子區。此可允許使用較小光學組件，該等光學組件常常相對便宜。另外或替代地，此可允許使用較低記錄功率(例如，而非增加記錄曝光持續時間)，其可允許使用相對便宜的記錄雷射源及/或相對較大範圍的雷射技術、波長及可用於提供此類源之供應商。此類平鋪光柵亦可用以提供多個區以用於使用多個輸入光放大透射式場光柵3112。
光柵之平鋪子區的邊緣可彼此鄰接，其中光柵之該等子區之間具有微小間隙。視情況，該等子區可無縫地接合，或該等子區可略微或大體上重疊。此等方法之組合為可能的。在一些狀況下，微小間隙可能為不可見的或對觀看者可具有低可見度。舉例而言，當全像光場3122佔據與觀看者之光學距離(不包括光柵與觀看者之光學距離)時，該等間隙在觀看者之眼睛聚焦於全像光場3122上時可離焦。在某些狀況下，略微重疊對觀看者可具有極小可見度或不具有可見度。可實施光柵之兩個子區之間的顯著重疊(例如，50%重疊)，以平滑及/或降低平鋪可見度及/或改善重疊光柵之淨均勻性。
在一些狀況下，為了降低此類微小間隙之可見度或減少光柵之平鋪子區之間的重疊，光柵之子區可與較小顯示裝置之間的間隙對準，從而將反射式顯示器3104形成為較小顯示裝置之平鋪陣列。
在一些狀況下，既不具有顯著間隙亦不具有顯著重疊之有效無縫光柵可藉由以下操作實施：當記錄用於子區之光柵時，將例如正方形、矩形或其他平面平鋪孔隙之一或多個邊緣界定元件包括於記錄參考及/或物件光束之光學件中；及對如此形成之一或多個邊緣投影或重新成像使得在一或多個光柵之記錄期間，該等邊緣在記錄材料內大體上在清晰焦點處。當記錄用於子區之光柵時，例如在記錄參考及/或物件光束之光學件中使用反射或透射相位光罩，亦可達成明確界定的邊緣。
在一些實施例中，可使用機械手段而非光學手段來生產較大光柵3112、3114、3116及3118，例如壓花、奈米壓印或自裝配結構，且此類以機械方式生產之光柵亦可在一或多個維度上平鋪，例如藉由在輥對輥系統中使用輥壓花。
第三例示性方法 - 控制輸入光
如上文所提及，隨著反射式顯示器3104之縱橫比增加，輸入光3120之進一步延伸的矩形剖面可變為期望的，且來自照明器3106之更橢圓的光束剖面亦可變為期望的。因為許多雷射二極體產生橢圓形光束，所以在一些狀況下，來自照明器3106之期望光束剖面可藉由旋轉照明器3106內之雷射二極體源的橢圓度來實施，例如藉由以機械方式或光學方式旋轉照明器3106內之雷射二極體源。
因為許多雷射二極體發射實質上偏振光且因為光學裝置3110之某些其他組件對於特定偏振定向可能執行較佳(例如，可能需要特定偏振定向)，所以可能需要獨立地旋轉照明器3106內之光源的橢圓度及偏振定向，例如藉由使用寬波長帶半波延遲器來旋轉所有輸入光3120之偏振或藉由使用個別窄波長帶半波遲延器來分離地旋轉每種色彩之輸入光3120的偏振。因為輸入光3120之剖面或橫截面在寬度及高度兩者上均可能相當大，所以諸如聚合物波片或液晶波片之低成本半波片可能比由例如石英製成的高成本半波片更合適。
在一些實施例中，輸入光3120之均勻性可藉由使用變跡光學元件或剖面轉換器(例如，如透鏡或全像光學元件(HOE)或積分桿之光學元件的配置)以實現例如高斯至頂帽及/或圓形至矩形剖面轉換或藉由使用偏振再循環元件來改善。
在某些實施例中，可實施變形光學件。反射式顯示器3104之縱橫比可增加至使得輸入光3120之期望變形度可超過臨限度的程度，該臨限度可方便地由照明器3160中之具成本效益的光源提供而無需遮蔽且因此浪費不可接受比例的光源功率。在此等狀況下，輸入光3120之寬度可藉由使用例如變形透鏡或柱面透鏡之變形光學件或用作變形或柱面透鏡或鏡之HOE而進一步增加。
例示性系統
圖35A至圖35C示出用於顯示經重建3D物件之實例系統3500。圖36A至圖36C分別展示與圖35A至圖35C相同的系統3500之視圖，但三種色彩之光(例如，紅色、綠色、藍色)傳播通過系統3500。
來自照明器3501S (例如，由用於諸如紅色、綠色及藍色之三種不同色彩的三個雷射二極體製成)之大體上同軸的橢圓形光束3501 (如圖36A中所示出)之矩形截面自鏡3502反射，且接著折射至稜鏡元件3504之第一面3503中。光束3501具有界定於上部光束與下部光束之間的寬度，如圖36A中所示出。折射至稜鏡元件3504中之不同色彩的光束可沿著第一方向堆疊在一起(例如，如圖36A中所示出)且沿著第二方向彼此隔開(或彼此重疊) (例如，如圖36B中所示出)。稜鏡元件3504之第二表面3505將光束反射至稜鏡元件3504之第三表面3506，一或多個透射式擴展光柵3507光學堆疊於該第三表面上(通常，每種色彩一個光柵)。每一擴展光柵在稜鏡元件3504內以相對較高的入射角(例如，68°)被其對應色彩照明，且經組態以將其照明光之一部分朝向一系列反射器3508繞射出。實際上，光柵3507將來自雷射二極體之光束3501的原始矩形截面在一個維度上(例如，在寬度上，如圖36A中所示出)擴展相當大的倍數(例如，大約6倍)。由第三表面3506及/或擴展光柵3507及/或塗覆至擴展光柵3507之覆蓋層反射回至稜鏡元件3504中的光束可由吸收層3504A吸收，該吸收層被塗覆至稜鏡元件3504之表面(例如，如圖36A中所示出)。
因為入射於光柵3507上之光係以大角度入射，所以稜鏡元件3504之深度(例如，其面3505之長度，該面之部分至少為反射的)可相對較小。若光係以此大角度自空氣(折射率~1.0)入射於光柵3507上，從而導致所有入射光反射遠離光柵，則入射角可超過臨界值。在系統3500中，光係自稜鏡元件3504入射，該稜鏡元件可由例如具有高折射率(例如，~1.5)之玻璃或丙烯酸製成，且因此入射角不會超過臨界角。
在一些實施例中，反射器3508可包括三個二向色反射器，每種色彩一個反射器，或兩個二向色反射器及用於一種色彩之一個鏡，或用於兩種色彩之一個二向色反射器及用於一種色彩之一個鏡，該等二向色反射器配置於由擴展光柵3507繞射出之光束(所有三種色彩) 3509中以將每種色彩反射至蓋板3510中，該蓋板附接至塑形基板3511。每種色彩之光以不同角度且在蓋板3510之不同區上方入射於蓋板3510上，且以使得該等色彩之光隨後自例如形成於塑形基板3511之正面3512上的低折射率層反射之角度折射至蓋板3510中(且此後折射至塑形基板3511中)，接著自附接至塑形基板3511之背面3514的三個堆疊場光柵(每種色彩一個光柵) 3513繞射出。所有三種色彩之光以針對每種色彩大體上相同的角度入射於反射式顯示裝置3515之陣列上，且其中每種色彩大體上照明由一或多個反射式顯示裝置3515形成之整個反射區域。反射式顯示裝置經由場光柵3513、經由塑形基板3511將每種色彩反射及繞射回，且進入三個堆疊式顯示(例如，LCoS)零級抑制(LZOS)光柵3516 (每種色彩一個光柵)之堆疊中(在本文中別處被稱作重導向光柵，例如圖31A之重導向光柵3114、3116及3118)，該等光柵附接至基板3511之正面3512。
入射於反射式顯示裝置3515上之每種色彩之一部分被反射成顯示零級光束3521，且入射於每一顯示裝置(例如，LCoS)上之每種色彩之一部分由每一顯示裝置繞射至可由觀看者看到之對應全像光場3522中，例如圖32之全像光場3220、3222、3224。如本文中別處所論述，顯示零級抑制光柵(或重導向光柵) 3516為角度選擇性透射光柵，該等光柵實質上繞射以顯示零級角度入射於其上的光，但實質上透射以較大或較小角度入射於其上的光，從而將反射顯示零級光與繞射全像光場分離。被拒絕的顯示零級光3523可以相當大的角度射出重導向光柵之前部，如圖36B中所展示，或可藉由TIR或藉由如本文中別處所描述之反射光柵反射回至塑形基板3511中。
在一些實施例中，可調整反射元件3508之傾斜角以達成自透射式場光柵3513之繞射的較大均勻性(例如，藉由使透射式場光柵3513以或接近其重放布拉格角被照明)，及/或達成自透射式場光柵3513之繞射的較大亮度(例如，藉由使透射式場光柵3513以或接近其重放布拉格角被照明)。藉由調整反射元件3508中之各別者的傾斜角，可針對每種色彩實質上獨立地進行此類調整。
在一些實施例中，可在製造或裝配期間將該等調整作為一次性調整進行。視情況，可藉由使用者或裝設者在現場進行調整。在某些實施例中，可自動執行調整，例如作為反饋迴路之部分，該反饋迴路利用色彩及/或亮度感測器以偵測及最佳化全像光場之光學性質，例如亮度、均勻性、色彩均勻性或白點。在一些狀況下，調整正交於圖35B中所展示之傾斜角的反射元件3508之傾斜角以最佳化顯示系統3500之效能。可在適當時組合此等方法。
在一些狀況下，反射元件3508之傾斜調整可用以校正由例如以下各者之因素引起的顯示系統之組件的對準之改變或誤差：製造及裝配公差；運送、儲存及使用中振動及衝擊；熱膨脹及收縮；光柵、雷射二極體或其他波長相依組件之老化，以及由於老化、操作溫度、操作工作循環及/或零件間變化的雷射二極體之波長移位。
在一些狀況下，即使擴展稜鏡3504與塑形基板3511之間的角度實質上自90° (如圖35B中所展示)改變，例如藉由將塑形基板3511向後或向前傾斜或旋轉以將全像光場分別向上或向下傾斜，反射元件3508之實質上較大或實質上較小傾斜調整亦可用以維持對準。
為了達成反射式顯示器3515上之相對均勻的照明，來自雷射二極體之光束的中心可偏移，此亦可維持全像光場中之色彩均勻性。每種色彩行進至顯示裝置3515及自顯示裝置行進之路徑的小差異(一般而言，主要由於光束之色散)，例如在其進入稜鏡元件3504時，否則可能會使三種色彩之濃度略微未對準。此亦可藉由以空間變化方式(例如，在一個或兩個維度上)調整反射式顯示裝置3515之繞射效率來校正。此調整可即時進行，此係因為繞射效率為電腦產生全像圖(CGH)之函數，或藉由在顯示裝置3515之前或之後利用具有恆定或可調整之空間變化透射率或吸收率(例如，在一個或兩個維度上)的元件。
在一些狀況下，進入基板3511之輸入光3517 (例如，如圖36B中所示出)可在基板3511之邊緣表面處經p偏振，在該邊緣表面處輸入光3517進入基板3511 (或防護玻璃罩3510，若使用)，以減少表面處的菲涅耳損失，或該表面可傾斜或經抗反射塗佈以減少此類菲涅耳損失。若s偏振光為透射式場光柵3513所需或期望的偏振，則貼附至表面或在表面之後的寬波長帶半波延遲器可將此p偏振轉換至s偏振。
在一些狀況下，定位於透射式場光柵3513與反射式顯示裝置3515之間的寬波長帶延遲器可用以進一步調整反射式顯示裝置3515上之照明光的偏振，從而提供反射式顯示裝置3515之所需或期望或最佳偏振狀態。此延遲器可貼附至場光柵3513之射出面或貼附至反射式顯示裝置3515之外表面或其兩者，且可為用以提供p偏振或s偏振之半波片或可為用以提供圓偏振之四分之一波片，或可具有另一值之延遲，該延遲亦可在空間上及/或在時間上及/或隨波長變化，以針對每種色彩在反射式顯示裝置3515上之各點處提供最佳偏振。只要此波片為來自反射式顯示裝置3515之反射全像光場提供偏振狀態，此偏振狀態可能並非例如重導向光柵3516之後續偏振相依元件的期望或最佳偏振狀態。在一些狀況下，可在具有固定或具有在空間或時間或色譜上變化之延遲的此類一或多個元件之前設置一或多個其他波片，以進一步調整偏振從而滿足該一或多個元件。
在一些狀況下，基板3511與耦合反射元件3508之間的光學距離可成比例地大，以允許三種色彩之光在其由反射元件3508反射時進一步分離，使得每種色彩可由對應反射元件反射而不必透射穿過一個或兩個其他反射元件，或甚至使光學距離足夠大使得三種色彩之光足夠分離以使用三個鏡反射而不透射穿過其他反射元件。
在某些實施例中，耦合反射元件3508可經定位及傾斜使得反射元件3508中之每一者的照明來自實質上不同的方向而非來自大體上光學同軸的雷射光束。此可允許照明器3501S分成兩個或三個分離的照明器，其各自提供三種照明色彩中之一種或兩種，此可能比使用照明器3501S內之光學件將來自三個雷射二極體之光組合成提供輸入光3501之組合白色輸入光更便宜及/或更高效。
在一些實施例中，塑形基板3511可整體地形成，例如藉由電腦數控(CNC)自較大材料塊機器加工而成，可藉由光學接合或轉位兩個或多於兩個更簡單(且因此更易於製造)的形狀形成，或可藉由增材或減材製造技術形成。
在某些實施例中，具有較大豎直範圍之反射式顯示器3515 (或反射式顯示裝置3515之陣列)可藉由增加輸入光3517之高度來照明，該高度受輸入光3517實際上在形成顯示器照明之第一下截止的塑形基板3511之尖端處進入防護玻璃罩3510 (其可被省略)的影響，且受輸入光3517缺失形成顯示器照明之上截止及第二下截止的塑形基板3511之拐角3518的影響。
在一些實施例中，反射式顯示器3515之照明角度為大約6°，其可改變至大約0°，此係因為透射式場光柵3513亦可充當零級抑制元件，類似於重導向光柵3516。在此等實施例中，場光柵3513可反射而非透射，將來自反射式顯示器3515之鏡面反射零級光截留在塑形基板3511內，其中TIR可將該零級光向上且導引出塑形基板3511之頂部或導引至形成於基板上的吸收體3524中。結合重導向光柵3516使用處於或接近0°之場光柵3513可將殘餘顯示零級減少至極高程度，例如殘餘顯示零級光小於2%或甚至＜1%。
在某些實施例中，當使用一維抑制光柵時，顯示零級抑制呈現為反射式顯示器3515上之暗帶而非點，其中每一照明色彩之零級僅在此暗帶內作為彼色彩之點可見。若觀看者更可能自反射式顯示器3515之法線上方查看反射式顯示器3515，如通常為台上或桌上顯示器之狀況，則替代配置於全像光場下方或任一側，系統可經組態以將帶配置於全像光場上方(但在角度空間中，接近全像光場)，在彼處該帶不大可能被注意到或令人反感。類似地，若觀看者更可能自反射式顯示器3515之法線下方查看顯示器，則系統可經組態以將帶配置於全像光場下方。若大多數觀看者使用主要水平地分佈之兩隻眼睛查看顯示器，則該帶可配置於全像光場上方或下方而非左方或右方。
在照明器3501S源自光譜帶寬為約幾nm或幾十nm之光源的一些實施例中，擴展光柵3505及場光柵3507中之繞射可在光譜上分散入射於反射式顯示器3515上之照明光。照明光可接著展現光譜分集(來自雷射二極體之光譜帶寬)及空間分集(來自此等光柵對來自雷射二極體之光的分散，且在較小程度上來自雷射二極體之源大小)。相較於僅由雷射二極體自身之光譜及空間分集提供的彼等雷射斑點，此等多個正交的分集度可導致全像光場中之可見雷射斑點的顯著減少。
在一些實施例中，擴展光柵3505可形成有光學功率，使得擴展光柵3505可使輸入光3501在一個或兩個橫向方向上完全或部分準直，從而減少或消除對照明器3501S中之雷射二極體準直的需要。
可選擇輸入光3517在蓋板3510上之入射角，使得兩個或多於兩個此類入射角大體上相等，且在此狀況下，反射元件3508之數目可減小，此係因為單個此類反射元件可足以反射兩種或多於兩種色彩。另外，3508中之最終反射元件可作為反射塗層設置於先前反射元件之表面上或先前反射元件之基板內，該基板可為楔形的以提供用於此最終反射器之不同反射角。
本說明書中所描述之主題及功能性操作之實施方案可在數位電子電路系統中、在有形地體現之電腦軟體或韌體中、在包括本說明書中所揭示之結構及其結構等效物的電腦硬體中或在其中之一或多者的組合中實施。本說明書中所描述之主題的實施方案可實施為一或多個電腦程式，諸如編碼於有形的非暫時性電腦儲存介質上以供資料處理設備執行或控制資料處理設備之操作的電腦程式指令之一或多個模組。替代地或另外，程式指令可經編碼於諸如機器產生之電、光學或電磁信號的人工產生之傳播信號上，該傳播信號經產生以編碼用於傳輸至合適的接收器設備以供資料處理設備執行的資訊。電腦儲存介質可為機器可讀存儲裝置、機器可讀儲存基板、隨機或串列存取記憶體裝置，或其中之一或多者的組合。
術語「資料處理設備」、「電腦」或「電腦裝置」(或如一般熟習此項技術者所理解的等效物)係指資料處理硬體且涵蓋用於處理資料之所有種類之設備、裝置及機器，作為實例包括可程式化處理器、電腦或多個處理器或電腦。該設備亦可為或進一步包括專用邏輯電路系統，例如中央處理單元(CPU)、場可程式化閘陣列(FPGA)或特殊應用積體電路(ASIC)。在一些實施方案中，資料處理設備及專用邏輯電路系統可為基於硬體的及基於軟體的。該設備可視情況包括建立用於電腦程式之執行環境的程式碼，例如構成處理器韌體、協定堆疊、資料庫管理系統、作業系統或其中之一或多者的組合的程式碼。本說明書涵蓋在具有或不具有習知作業系統之情況下使用資料處理設備。
亦可被稱作或描述為程式、軟體、軟體應用程式、模組、軟體模組、指令碼或程式碼的電腦程式可以任何形式之程式設計語言來編寫，包括經編譯或解譯語言，或陳述性或程序性語言，且電腦程式可被部署為任何形式，包括作為獨立程式或作為模組、組件、次常式或適合在計算環境使用之其他單元。電腦程式可但無需對應於檔案系統中之檔案。程式可儲存於保存其他程式或資料的檔案之一部分中，例如儲存於標記語言文件中之一或多個指令碼；專用於所討論之程式的單個檔案中或多個協同檔案中，例如儲存一或多個模組、子程式或程式碼部分的檔案中。電腦程式可經部署以在一台電腦上或在位於一個地點或分佈在多個地點且由通信網路互連的多台電腦上執行。雖然各圖中所示出之程式的部分經展示為經由各種物件、方法或其他程序實施各種特徵及功能性的個別模組，但該等程式可替代地在適當時包括數個子模組、第三方服務、組件、程式庫等。相反，各種組件之特徵及功能性可在適當時組合成單個組件。
本說明書中所描述之程序及邏輯流程可由一或多個可程式化電腦執行，該一或多個可程式化電腦執行一或多個電腦程式，以藉由操作輸入資料及產生輸出來執行功能。程序及邏輯流程亦可由專用邏輯電路系統執行且設備亦可實施專用邏輯電路系統，諸如CPU、GPU、FPGA或ASIC。
適合於執行電腦程式之電腦可基於通用微處理器或專用微處理器、其兩者，或任何其他種類之CPU。通常，CPU將自唯讀記憶體(ROM)或隨機存取記憶體(RAM)或其兩者接收指令及資料。電腦之主元件為用於進行或執行指令之CPU，以及用於儲存指令及資料之一或多個記憶體裝置。通常，電腦亦將包括或可操作地耦接至用於儲存資料之一或多個大容量儲存裝置，例如磁碟、磁光碟或光碟，以自該一或多個大容量儲存裝置接收資料或向其傳送資料，或接收資料及傳送資料兩者。然而，電腦無需具有此類裝置。此外，電腦可嵌入於另一裝置中，例如行動電話、個人數位助理(PDA)、行動音訊或視訊播放器、遊戲控制台、全球定位系統(GPS)接收器或攜帶型儲存裝置，例如通用串列匯流排(USB)隨身碟，此處僅舉幾例。
適合於儲存電腦程式指令及資料之電腦可讀介質(在適當時，為暫時性或非暫時性)包括所有形式的非揮發性記憶體、介質及記憶體裝置，作為實例包括半導體記憶體裝置，例如可抹除可程式化唯讀記憶體(EPROM)、電可抹除可程式化唯讀記憶體(EEPROM)及快閃記憶體裝置；磁碟，例如內部硬碟或抽取式磁碟；磁光碟；以及CD-ROM、DVD-R、DVD-RAM及DVD-ROM磁碟。記憶體可儲存各種物件或資料，包括快取記憶體、查找表、類別、框架、應用程式、備份資料、工作、網頁、網頁範本、資料庫表、儲存業務及動態資訊之儲存庫以及任何其他適當資訊，包括任何參數、變數、演算法、指令、規則、約束或引用。另外，記憶體可包括任何其他適當資料，諸如日誌、策略、安全或存取資料、報告檔案以及其他資料。處理器及記憶體可補充有專用邏輯電路系統或併入在專用邏輯電路系統中。
為了提供與使用者之互動，本說明書中所描述之主題的實施方案可在電腦上實施，該電腦具有：用於向使用者顯示資訊之顯示裝置，例如陰極射線管(CRT)、液晶顯示器(LCD)、發光二極體(LED)、全像或光場顯示器或電漿監視器；以及使用者可藉以將輸入提供至電腦之鍵盤及指標裝置，例如滑鼠、軌跡球或軌跡墊。亦可使用觸控螢幕將輸入提供至電腦，諸如具有壓力敏感性之平板電腦表面、使用電容感測或電感測之多點觸摸螢幕或其他類型之觸控螢幕。其他種類之裝置亦可用以提供與使用者的互動；例如，提供給使用者的反饋可為任何形式的感官反饋，例如視覺反饋、聽覺反饋或觸覺反饋；且可接收來自使用者之任何形式的輸入，包括聲音、話音或觸覺輸入。此外，電腦可藉由將文件發送至由使用者使用的裝置及自該裝置接收文件來與使用者互動；例如藉由回應於自網頁瀏覽器接收到之請求而將網頁發送至使用者之用戶端裝置上的網頁瀏覽器。
術語「圖形使用者介面」或「GUI」可以單數或複數使用，以描述一或多個圖形使用者介面以及特定圖形使用者介面之每一顯示。因此，GUI可表示處理資訊且高效地向使用者呈現資訊結果之任何圖形使用者介面，包括但不限於網頁瀏覽器、觸控螢幕或命令行介面(CLI)。一般而言，GUI可包括多個使用者介面(UI)元素，該等使用者介面元素中之一些或全部與網頁瀏覽器相關聯，諸如互動欄位、下拉清單及可由業務套件使用者操作之按鈕。此等及其他UI元素可與網頁瀏覽器之功能相關或表示網頁瀏覽器之功能。
本說明書中所描述之主題的實施方案可實施於計算系統中，該計算系統包括後端組件，例如作為資料伺服器，包括中間軟體組件，例如應用程式伺服器，或包括前端組件，例如具有圖形使用者介面或網頁瀏覽器之用戶端電腦，經由該圖形使用者介面或網頁瀏覽器，使用者可與本說明書中所描述之主題的實施方案互動，或包括一或多個此類後端組件、中間軟體組件或前端組件之任何組合。系統之組件可藉由有線或無線數位資料通信之任何形式或介質(例如，通信網路)來互連。通信網路之實例包括區域網路(LAN)、無線電存取網路(RAN)、都會區域網路(MAN)、廣域網路(WAN)、微波存取全球互通(WIMAX)、使用例如902.11 a/b/g/n及902.20之無線區域網路(WLAN)、網際網路之全部或一部分，以及一或多個位置處之一或多個任何其他通信系統。網路可例如與網路位址之間的網際網路協定(IP)封包、訊框中繼訊框、非同步傳送模式(ATM)小區、語音、視訊、資料或其他合適資訊通信。
計算系統可包括用戶端及伺服器。用戶端及伺服器通常彼此遠離且通常經由通信網路互動。用戶端與伺服器之關係藉助於在各別電腦上運行且彼此具有主從關係之電腦程式產生。
在一些實施方案中，計算系統之組件中的任一者或全部(硬體及軟體兩者)可使用應用程式設計介面(API)或服務層彼此介接或對接。API可包括常式、資料結構及物件類別之規格。API可為電腦語言獨立或相依的，且係指完整的介面、單個函數或甚至一組API。服務層將軟體服務提供至計算系統。計算系統之各種組件的功能性可供所有服務消費者經由此服務層存取。軟體服務經由界定的介面提供可重用的、界定的業務功能。舉例而言，介面可為以任何合適的語言編寫、以任何合適的格式提供資料的軟體。API及服務層可為與計算系統之其他組件整合的組件或獨立的組件。此外，在不脫離本說明書之範圍的情況下，服務層之任何或所有部分可實施為另一軟體模組、企業應用或硬體模組之子代或子模組。
雖然本說明書含有許多特定實施方案細節，但此等細節不應被解釋為對任何發明之範圍或可能主張之內容之範圍的限制，而應被解釋為對可能特定於特定發明之特定實施方案之特徵的描述。在分離實施方案之內容背景下描述於本說明書中的某些特徵亦可在單個實施方案中組合地實施。相反，在單個實施方案之內容背景下描述的各種特徵亦可在多個實施方案中分離地或以任何合適的子組合實施。此外，儘管特徵可被描述為以某些組合起作用且甚至最初如此主張，但在一些狀況下，來自所主張組合之一或多個特徵可自該組合中去除，且所主張之組合可針對子組合或子組合之變化。
已描述主題之特定實施方案。如熟習此項技術者將顯而易見的，所描述實施方案之其他實施方案、變更及置換在以下申請專利範圍之範圍內。雖然操作在圖式或申請專利範圍中以特定次序來描繪，但不應將此理解為要求以所展示的特定次序或以順序次序執行此等操作，或執行所有所示出操作(一些操作可被視為可選的)以達成期望的結果。在某些情況下，多任務或並行處理可為有利的且在認為適當時被執行。
出於簡潔起見，本文中可能未詳細地描述用於全像光柵、LCOS裝置以及其他光學結構及系統之建構、使用及/或其類似者的習知技術。此外，本文中所含之各種圖中所展示的連接線意欲表示各種元件之間的例示性功能關係、信號或光學路徑及/或實體耦接。應注意，許多替代或額外功能性關係、信號或光學路徑或實體連接可存在於例示性全像光柵、LCOS或其他光學結構或系統及/或其組件中。
本文中之各種例示性實施例的詳細描述參看附圖及圖像，作為說明，該等附圖及圖像展示各種例示性實施例。雖然足夠詳細地描述此等各種例示性實施例以使得熟習此項技術者能夠實踐本發明，但應理解，可實現其他例示性實施例，且可在不脫離本發明之精神及範圍的情況下進行邏輯、光學及機械改變。因此，本文中之詳細描述僅出於說明而非限制的目的來呈現。舉例而言，在方法或程序描述中之任一者中敍述的步驟可以任何合適的次序執行且不限於所呈現的次序，除非明確地如此陳述。此外，該等功能或步驟中之任一者可外包給一或多個第三方或由一或多個第三方執行。在不脫離本發明之範圍的情況下，可對本文中所描述之系統、設備及方法進行修改、添加或省略。舉例而言，可整合或分離系統及設備之組件。此外，本文中所揭示之系統及設備的操作可由更多、更少或其他組件執行，且所描述之方法可包括更多、更少或其他步驟。
如此文件中所使用，「每一」係指集合中之每一成員或集合之子集中的每一成員。此外，對單數之任何參考包括複數個例示性實施例，且對多於一個組件之任何參考可包括單個例示性實施例。儘管本文中已列舉特定優點，但各種例示性實施例可包括列舉優點中之一些、不包括列舉優點，或包括所有列舉優點。
上文已關於特定例示性實施例描述了益處、其他優點以及問題的解決方案。然而，益處、優點、問題的解決方案以及可使任何益處、優點或解決方案出現或變得更明顯的任何要素不應被解釋為本發明之關鍵、所需或基本特徵或要素。本發明之範圍因此僅受隨附申請專利範圍限制，其中對單數形式之元件之參考並不欲意謂「一個且僅一個」而是意謂「一或多個」，除非明確地如此陳述。此外，在類似於「A、B及C中之至少一者」或「A、B或C中之至少一者」的片語用於申請專利範圍或說明書中的情況下，片語意欲解譯為意謂A可單獨地存在於例示性實施例中，B可單獨地存在於例示性實施例中，C可單獨地存在於例示性實施例中，或元素A、B及C之任何組合可存在於單個例示性實施例中；例如，A及B、A及C、B及C或A及B及C。
因此，先前提供之對實例實施方案的描述並不限定或約束本說明書。在不脫離本說明書之精神及範圍的情況下，其他改變、替換及變更亦係可能的。
100:系統
101:作業系統(OS)圖形抽象
102:計算裝置
103:經處理場景資料
104:作業系統(OS)
105:基元清單
106:應用程式
108:圖形處理單元(GPU)
110:全像顯示裝置
112:控制器
114:顯示器
116:照明器
117:全像重建
120:習知渲染器
122:螢幕緩衝器
124:習知監視器
130:全像渲染器
150:全像顯示裝置
151:場景資料
152:計算架構
153:輸入光
154:計算核心
155:全像光場
156:顯示器
158:背板
159:通信連接
160:顯示元素
162:照明器
170:系統
172:全像顯示裝置
173:顯示器
174:鍵盤
176:滑鼠
178:物件
180:物件
200:組態
202:顯示器
204:顯示元素
206:點基元
208:3D空間
210:邊界表面
250:座標
300:顯示器
302:顯示元素
304:點基元
306:線基元
308:三角形基元
400:程序
402:步驟
404:步驟
406:步驟
408:步驟
410:步驟
500:系統
502:電腦
503:渲染器
504:應用程式
505:視訊驅動器
506:圖形處理單元(GPU)
508:2D顯示器
510:控制器
511:記憶體緩衝器
512:顯示器
514:照明器
516:準直光束
518:全像光場
520:系統
521:電腦
522:顯示控制器
523:記憶體緩衝器
524:反射式顯示器
526:照明器
527:光束
528:全像光場
530:系統
531:電腦
532:控制器
533:記憶體緩衝器
534:透射式顯示器
535:光束
536:照明器
538:全像光場
540:系統
541:電腦
542:控制器
544:透射式顯示器
545:光源
546:照明器
547:波導
548:全像光場
550:單一單元
560:系統
561:電腦
562:控制器
563:記憶體緩衝器
564:透射式顯示器
565:光源
566:照明器
567:波導
568:全像光場
570:系統
571:電腦
572:控制器
573:記憶體緩衝器
574:反射式顯示器
575:光源
576:照明器
577:波導
578:全像光場
580:系統
582:控制器
584:反射式顯示器
586:照明器
588:波導裝置
588-1:輸入耦合器
588-2:波導
588-3:輸出耦合器
590:系統
590A:系統
590B:系統
590C:系統
591:電腦
592:控制器
593:記憶體緩衝器
594:反射式顯示器
594A:反射式顯示器
594B:透射式顯示器
594C:透射式顯示器
596:照明器
598:光學繞射裝置
598A:光學繞射裝置
598B:光學繞射裝置
598C:光學繞射裝置
598-1:場光柵結構
598-1A:反射式場光柵結構
598-1B:反射式場光柵結構
598-1C:透射式場光柵結構
598-2:基板
598-2A:基板
598-2B:基板
598-2C:基板
599:全像光場
599-1:光場
599-2:光場
600:矽上液晶(LCOS)裝置
602:相位單元
650:矽上液晶(LCOS)裝置
651:字線
652:相位單元
652*:相位單元
653:位元線
654:相位單元
660:緩衝器
900:光學繞射裝置
901:抗反射(AR)塗層
902:場光柵基板
904:BY濾光片/色彩選擇性偏振器
906:GM濾光片/色彩選擇性偏振器
910:第一光學繞射組件
912:第一繞射光柵/B光柵
914:基板
916:載體膜
920:第二光學繞射組件
922:第二繞射光柵/G光柵
924:基板
926:載體膜
930:防護玻璃罩
950:實例/光學繞射裝置
952:藍色光
952':一級藍色光/繞射藍色光
952'':零級藍色光
954:綠色光
954':一級綠色光
954'':零級綠色光
1000:光學繞射裝置
1001:AR膜
1002:場光柵基板
1004:BY濾光片
1006:MG濾光片
1008:YB濾光片
1008-1:RC濾光片
1008-2:GM濾光片
1010:第一繞射組件
1012:第一繞射光柵/B光柵
1014:基板
1016:載體膜
1020:第二繞射組件
1022:第二繞射光柵/R光柵
1024:基板
1026:載體膜
1030:第三繞射組件
1032:第三繞射光柵/G光柵
1034:基板
1036:載體膜
1040:MG濾光片
1050:顯示器防護玻璃罩
1060:實例
1100:光學繞射裝置
1101:中間層
1102:場光柵基板
1103:中間層
1104:光學吸收體
1105:中間層
1110:第一繞射組件
1112:第一繞射光柵
1114:基板
1116:載體膜
1120:第二繞射組件
1122:第二繞射光柵/G光柵
1124:基板
1126:載體膜
1130:顯示器防護玻璃罩
1200:光學繞射裝置
1201:中間層
1202:場光柵基板
1203:中間層
1204:光學吸收體
1205:中間層
1207:中間層
1210:第一繞射組件/第三反射層
1212:第一繞射光柵
1214:基板
1216:載體膜
1220:第二繞射組件
1222:第二繞射光柵
1224:基板
1226:載體膜
1230:第三繞射組件
1232:第三繞射光柵
1234:基板
1236:載體膜
1240:顯示器防護玻璃罩
1250:光學繞射裝置
1251:側表面
1252:楔形場光柵基板
1253:頂部層
1254:光學吸收體
1270:光學繞射裝置
1271:楔形輸入面
1272:場光柵基板
1273:前表面
1302:曲線
1304:曲線
1312:曲線
1314:曲線
1322:曲線
1324:曲線
1400:程序
1402:步驟
1404:步驟
1406:步驟
1450:程序
1452:步驟
1454:步驟
1456:步驟
1458:步驟
1500:光學繞射裝置
1501:中間層
1502:場光柵基板
1503:中間層
1504:光學吸收體
1505:中間層
1510:第一繞射組件
1512:第一繞射光柵
1514:基板
1516:載體膜/層
1520:第二繞射組件
1522:第二繞射光柵
1524:基板
1526:載體膜
1530:顯示器防護玻璃罩
1600:實例
1610:顯示器
1612:顯示元素
1613:元素寬度/元素間距
1614:間隙
1615:間隙大小
1620:入射光
1622:繞射一級光
1624:顯示零級光
1630:重建錐/截錐
1700:實例
1710:光學裝置
1712:基板
1714:光柵
1720:準直輸入光
1722:繞射一級光
1724:顯示零級光
1730:二維(2D)投影螢幕
1732:二維橫截面/全像場景
1734:準直零級光
1750:實例
1760:觀看者
1762:全像場景
1764:聚焦之零級光
1800:系統
1802:凹透鏡
1810:光束分光器
1820:準直輸入光束/輸入光
1822:繞射一級光束
1824:顯示零級光束
1830:投影螢幕
1832:經重建全像螢幕
1834:顯示零級光束
1900:系統
1910:光學裝置
1912:基板
1914:輸出耦合器
1916:輸入耦合器
1920:準直輸入光
1922:繞射一級光
1924:顯示零級光
1930:二維(2D)投影螢幕
1932:全像螢幕
1934:準直零級光
1950:實例
1960:光學裝置
1962:基板
1964:輸出耦合器
1966:輸入耦合器
1972:繞射一級光
1974:顯示零級光
1976:全像場景
1978:移位顯示零級影像
1980:系統
1990:觀看者
1992:全像場景
1994:顯示零級光點
2000:實例
2002:顯示器
2010:光學裝置
2012:基板
2014:光柵
2020:組態錐
2022:物件
2030:重建錐
2032:經重建物件
2040:輸入光
2042:顯示零級光
2050:實例
2060:經調整組態錐
2062:經調整物件/設計物件
2070:重建錐
2072:經重建物件
2100:實例/系統
2110:光學裝置
2111:耦合稜鏡
2112:基板
2114:光柵
2120:準直輸入光
2122:繞射一級光
2124:顯示零級光
2130:觀看者
2132:全像場景
2134:移位零級光點
2200:實例系統
2210:光學裝置
2212:楔形基板
2214:光柵
2222:繞射一級光
2224:顯示零級光
2230:觀看者
2232:全像場景
2234:移位零級光點
2300:系統
2310:光學裝置
2311:耦合稜鏡
2312:基板
2314:光柵
2316:超穎材料層
2320:準直輸入光
2322:繞射一級光
2324:顯示零級光
2330:投影螢幕
2332:全像場景
2350:系統
2360:觀看者
2362:全像場景
2400:系統
2401:電腦
2402:控制器
2403:記憶體緩衝器
2404:反射式顯示器
2405:時序信號
2406:照明器
2410:光學裝置
2412:基板
2414:透射式場光柵結構
2416:光學重導向結構/零級重導向光柵結構/重導向光柵
2420:輸入光
2421:繞射一級光
2422:全像光場
2424:顯示零級光
2500:零級重導向光柵
2502:顯示零級光
2530:零級重導向光柵
2550:零級重導向光柵
2600:系統
2610:光學裝置
2612:基板
2614:透射式場光柵結構
2616:零級重導向光柵結構
2618:防護玻璃罩
2619:光學吸收體
2620:輸入光
2621:繞射一級光
2622:全像光場
2624:顯示零級光
2625:零級光
2626:重導向之零級光
2630:系統
2631:繞射一級光
2632:全像光場
2634:顯示零級光
2635:零級光
2636:重導向之零級光
2640:光學裝置
2642:基板
2644:透射式場光柵結構
2646:零級重導向光柵結構
2648:防護玻璃罩
2649:光學吸收體
2650:系統
2652:全像光場
2654:顯示零級光
2655:零級光
2656:重導向之零級光
2660:光學裝置
2662:基板
2664:透射式場光柵結構
2666:零級重導向光柵結構
2668:防護玻璃罩
2669:光學吸收體
2670:系統
2672:重導向之零級光
2680:光學裝置
2682:AR塗層
2690:系統
2692:光學裝置
2694:零級重導向光柵結構
2696:重導向之零級光
2698:零級光
2700:系統
2701:繞射一級光
2702:全像光場
2704:顯示零級光
2706:重導向之零級光
2710:光學裝置
2712:基板
2714:透射式場光柵結構
2716:零級重導向光柵結構
2718:防護玻璃罩
2730:系統
2731:繞射一級光
2732:全像光場
2734:顯示零級光
2736:重導向之零級光
2740:光學裝置
2742:基板
2744:透射式場光柵結構
2746:零級重導向光柵結構
2747:光學延遲器
2748:光柵防護玻璃罩
2750:系統
2752:重導向之零級光
2760:光學裝置
2762:延遲器防護玻璃罩
2800:系統
2801:繞射一級光
2802:全像光場
2804:顯示零級光
2810:光學裝置
2812:基板
2814:透射式場光柵結構
2816:零級重導向光柵結構
2818:防護玻璃罩
2820:異向性透射器
2900:系統
2901:繞射一級光
2902:全像光場
2904:顯示零級光
2906:顯示零級光
2910:光學裝置
2912:基板
2914:透射式場光柵結構
2916:零級重導向光柵結構
2918:防護玻璃罩
2919:高至低折射率界面
2920:光學吸收體
3000:系統
3001:電腦
3002:控制器
3003:記憶體緩衝器
3004:反射式顯示器
3005:時序信號
3006:照明器
3010:光學裝置
3012:基板
3014:透射式場光柵結構
3016:零級重導向光柵
3017:防護玻璃罩
3018:零級重導向光柵
3019:防護玻璃罩
3020:輸入光
3021:繞射一級光
3022:全像光場
3024:顯示零級光
3026:重導向之藍色零級顯示光
3028:重導向之紅色顯示零級光
3030:系統
3036:重導向之藍色顯示零級光
3038:重導向之紅色顯示零級光
3040:光學裝置
3046:零級重導向光柵
3047:防護玻璃罩
3048:零級重導向光柵
3100:系統
3101:電腦
3102:控制器
3103:記憶體緩衝器
3104:反射式顯示器
3105:時序信號
3106:第一照明器
3110:光學裝置
3111:基板
3112:透射式場光柵結構/透射式場光柵
3113:前部防護玻璃罩
3114:零級重導向光柵
3115:防護玻璃罩
3116:零級重導向光柵
3117:防護玻璃罩
3118:零級重導向光柵
3120:輸入光
3121:繞射一級光
3122:全像光場
3123:顯示零級光
3124:重導向之藍色顯示零級光
3126:重導向之綠色顯示零級光
3128:重導向之紅色顯示零級光
3150:系統
3154:重導向之藍色顯示零級光
3156:重導向之綠色顯示零級光
3158:重導向之紅色顯示零級光
3160:光學裝置/照明器
3163:防護玻璃罩
3164:藍色零級重導向光柵
3165-1:防護玻璃罩
3165-2:防護玻璃罩
3166-1:綠色重導向光柵
3166-2:綠色重導向光柵
3167:防護玻璃罩
3168:紅色零級重導向光柵
3200:系統
3210:光學裝置
3211:基板
3212:透射式場光柵結構
3213:藍色防護玻璃罩
3214:藍色重導向光柵
3215:綠色防護玻璃罩
3216:綠色重導向光柵
3217:紅色防護玻璃罩
3218:紅色重導向光柵
3220:藍色全像光場
3222:綠色全像光場
3224:紅色全像光場
3230:向上重導向之藍色零級光
3232:向右重導向之綠色零級光
3234:向下重導向之紅色零級光
3300:系統
3310:光學裝置
3313:藍色防護玻璃罩
3314:藍色重導向光柵
3315:綠色防護玻璃罩
3316:綠色重導向光柵
3317:紅色防護玻璃罩
3318:紅色重導向光柵
3336:向上重導向之藍色零級光
3338:重導向之綠色顯示零級光
3340:向下重導向之紅色零級光
3400:程序
3402:步驟
3404:步驟
3500:顯示系統
3501:橢圓形光束/輸入光
3501S:照明器
3502:鏡
3503:第一面
3504:稜鏡元件/擴展稜鏡
3504A:吸收層
3505:第二表面/擴展光柵
3506:第三表面
3507:透射式擴展光柵/場光柵
3508:反射器/反射元件
3509:光束
3510:蓋板
3511:塑形基板
3512:正面
3513:堆疊場光柵/透射式場光柵
3514:背面
3515:反射式顯示裝置/反射式顯示器
3516:顯示零級抑制(LZOS)光柵/重導向光柵
3517:輸入光
3518:拐角
3521:顯示零級光束
3522:全像光場
3523:被拒絕的顯示零級光
3524:吸收體
D0:顯示元素
D1:顯示元素
D2:顯示元素
O1:起始點
O2:結束點
P0:點基元
P1:點基元
P2:點基元
P3:點基元
P4:點基元
P
A:點
P
B:點
P
C:點
Pn:點基元
θ
a:視角/頂角
θ
b:第一入射角
θ
d:繞射角
θ
g:第二入射角
θ
i:入射角
θ
o:記錄物件角/物件光束角
θ
r:記錄參考角/參考光束角
θ
v:視角
圖1A示出包括全像顯示器之實例系統的示意圖。
圖1B示出實例全像顯示器的示意圖。
圖1C示出用於3D顯示之實例系統。
圖2示出用於電磁(EM)傳播計算之實例組態。
圖3A示出點基元相對於顯示元素之實例EM傳播。
圖3B示出線基元相對於顯示元素之實例EM傳播。
圖3C示出三角形基元相對於顯示元素之實例EM傳播。
圖3D示出點基元以線基元作為遮擋物之馬克士威全像遮擋之實例實施方案。
圖3E示出線基元以另一線基元作為遮擋物之馬克士威全像遮擋之實例實施方案。
圖3F示出三角形基元以線基元作為遮擋物之馬克士威全像遮擋之實例實施方案。
圖3G示出馬克士威全像拼接之實例實施方案。
圖4為顯示3D物件之實例程序的流程圖。
圖5A示出用於3D顯示之實例系統，其包括利用前部照明之反射式顯示器。
圖5B示出用於3D顯示之另一實例系統，其包括利用前部照明之反射式顯示器。
圖5C示出用於3D顯示之另一實例系統，其包括利用背部照明之透射式顯示器。
圖5D示出用於3D顯示之另一實例系統，其包括利用波導照明之透射式顯示器。
圖5E示出用於3D顯示之另一實例系統，其包括利用波導照明之透射式顯示器。
圖5F示出用於3D顯示之另一實例系統，其包括利用波導照明之反射式顯示器。
圖5G示出用於3D顯示之另一實例系統，其包括利用波導照明之反射式顯示器。
圖5H示出用於3D顯示之另一實例系統，其包括使用基於透射式場光柵之結構的利用光學繞射照明之反射式顯示器。
圖5I示出用於3D顯示之另一實例系統，其包括使用基於反射式場光柵之結構的利用光學繞射照明之反射式顯示器。
圖5J示出用於3D顯示之另一實例系統，其包括使用基於反射式場光柵之結構的利用光學繞射照明之透射式顯示器。
圖5K示出用於3D顯示之另一實例系統，其包括使用基於透射式場光柵之結構的利用光學繞射照明之透射式顯示器。
圖6A示出顯示元素具有非均勻形狀之實例顯示器。
圖6B示出顯示元素具有不同大小之實例顯示器。
圖7A示出在記錄介質中記錄光柵之實例。
圖7B示出由圖7A之光柵繞射重放參考光束之實例。
圖7C示出使用不同色彩之光在記錄介質中記錄用於不同色彩之光柵之實例。
圖7D示出使用相同色彩之光在記錄介質中記錄用於不同色彩之光柵之實例。
圖7E示出由用於不同色彩之光柵繞射不同色彩之重放參考光束之實例。
圖7F示出不同色彩之繞射光束當中之串擾之實例。
圖8示出在記錄介質中記錄具有大參考角度之繞射式光柵之實例。
圖9A示出用於個別地繞射兩種色彩之光之實例光學裝置，其包括用於兩種色彩之繞射式光柵及對應色彩選擇性偏振器。
圖9B示出由圖9A之光學裝置繞射兩種色彩之光之實例。
圖10A示出用於個別地繞射三種色彩之光之實例光學裝置，其包括用於三種色彩之繞射式光柵及對應色彩選擇性偏振器。
圖10B示出由圖10A之光學裝置繞射三種色彩之光之實例。
圖11示出用於個別地繞射兩種色彩之光之實例光學裝置，其包括用於兩種色彩之繞射式光柵及對應反射層。
圖12A示出用於個別地繞射三種色彩之光之實例光學裝置，其包括用於三種色彩之繞射式光柵及對應反射層。
圖12B示出包括用於三種色彩之繞射式光柵及具有楔形基板之對應反射層之另一實例光學裝置。
圖12C示出包括用於三種色彩之繞射式光柵及具有楔形輸入面之對應反射層之另一實例光學裝置。
圖13A至圖13C示出在針對藍色光(圖13A)、綠色光(圖13B)及紅色光(圖13C)具有不同入射角之情況下在繞射光束功率與反射光束功率之間的關係。
圖14A為製造光學裝置之實例程序的流程圖，該光學裝置包括全像光柵及對應色彩選擇性偏振器。
圖14B為製造光學裝置之實例程序的流程圖，該光學裝置包括全像光柵及對應反射層。
圖15示出包括透射式及反射繞射式光柵之組合之實例光學裝置。
圖16示出由顯示器之顯示元素繞射且在顯示器上之顯示元素之間的間隙處反射之入射光之實例。
圖17A示出顯示於投影螢幕上之全像場景內之顯示零級光之實例。
圖17B示出顯示於觀看者眼睛上之全像場景內之顯示零級光之實例。
圖18示出藉由使顯示於投影螢幕上之全像場景中之顯示零級光發散來抑制顯示零級光之實例。
圖19A示出當用處於正入射角之光照明顯示器時的全像場景中之顯示零級光之實例。
圖19B示出當用處於入射角之光照明顯示器時藉由導向顯示於投影螢幕上之全像場景中之顯示零級光遠離全像場景來抑制顯示零級光之實例。
圖19C示出當用處於入射角之光照明顯示器時藉由導向顯示於觀看者眼睛上之全像場景中之顯示零級光遠離全像場景來抑制顯示零級光之實例。
圖20A示出對應於關於3D座標系統中之顯示器之全像場景之組態錐及重建錐的實例。
圖20B示出調整圖20A之組態錐以組態對應於3D座標系統中之全像場景之全像圖的實例。
圖21示出經由耦合稜鏡將光耦合至光學繞射裝置以在入射角下照明顯示器以用於抑制全像場景中之顯示零級光的實例。
圖22示出經由楔形基板將光耦合至光學繞射裝置以在入射角下照明顯示器以用於抑制全像場景中之顯示零級光的實例。
圖23A示出藉由用超穎材料層吸收自顯示器反射之顯示零級光來抑制顯示於投影螢幕上之全像場景中之顯示零級光的實例。
圖23B示出藉由用超穎材料層阻擋(或吸收)自顯示器反射之顯示零級光來抑制顯示於觀看者眼睛上之全像場景中之顯示零級光的實例。
圖24示出藉由經由光學重導向結構重導向全像場景中之顯示零級光遠離全像場景來抑制顯示零級光之系統。
圖25A至圖25C示出經由光學重導向結構將顯示零級光重導向至空間中之不同方向之實例。
圖26A至圖26E示出在光經由光學重導向結構以不同入射角輸入至空間中之不同方向時重導向顯示零級光之實例。
圖27A示出以p偏振重導向顯示零級光而以布魯斯特角進行透射之實例。
圖27B至圖27C示出用光學延遲器以s偏振重導向顯示零級光以供以布魯斯特角進行透射之實例。
圖28示出將顯示零級光重導向至用於吸收顯示零級光之異向性透射器之實例。
圖29示出再導向顯示零級光以全反射顯示零級光之實例。
圖30A至圖30B示出將兩種不同色彩之顯示零級光重導向至遠離全像場景之不同方向之實例。
圖31A至圖31B示出將三種不同色彩之顯示零級光重導向至在同一平面中遠離全像場景之不同方向之實例。
圖32示出將三種不同色彩之顯示零級光重導向至在空間中遠離全像場景之不同方向之實例。
圖33示出針對三種不同色彩中之一者使用可切換光柵將該等色彩之顯示零級光重導向至遠離全像場景之不同方向的實例。
圖34為抑制全像場景中之顯示零級光之實例程序的流程圖。
圖35A至圖35C示出用於顯示經重建3D物件之系統之實例。
圖36A至圖36C分別示出圖35A至圖35C之系統的相同視圖，但其中三種色彩之光在系統中傳播。
各種圖式中之相同參考編號及名稱指示相同元件。
2400:系統
2401:電腦
2402:控制器
2403:記憶體緩衝器
2404:反射式顯示器
2405:時序信號
2406:照明器
2410:光學裝置
2412:基板
2414:透射式場光柵結構
2416:光學重導向結構/零級重導向光柵結構/重導向光柵
2420:輸入光
2421:繞射一級光
2422:全像光場
2424:顯示零級光
2426:重導向之零級
Claims (145)
- 一種重建物件之方法，其包含：用光照明一顯示器，該光之一第一部分照明該顯示器之顯示元素；及用對應於全像資料之一全像圖調變該顯示器之該等顯示元素，以i)繞射該光之該第一部分以形成對應於該全像資料之一全像場景，及ii)抑制該全像場景中之顯示零級光，該顯示零級光包含來自該顯示器之反射光。
- 如請求項1之方法，其中用該光照明該顯示器包含該光之一第二部分照明鄰近顯示元素之間的間隙，且其中該顯示零級光包含以下各者中之至少一者：在該顯示器之該等間隙處反射的該光之該第二部分，在該顯示器之該等間隙處繞射的該光之該第二部分，來自該等顯示元素之反射光，及來自覆蓋該顯示器之一顯示器罩蓋之反射光。
- 如請求項1或2之方法，其中來自該顯示器之該反射光形成該顯示零級光之一主級，且其中該顯示器經組態以抑制該顯示零級光之一或多個高級，且其中該等顯示元素不規則或非均勻。
- 如請求項3之方法，其中該等顯示元素形成一沃羅諾伊圖案。
- 如請求項1或2之方法，其進一步包含：組態該全像圖，使得該光之該繞射第一部分具有不同於該顯示零級光之特性的至少一個特性。
- 如請求項5之方法，其中該至少一個特性包含以下各者中之至少一者：一功率密度、一光束發散度、遠離該顯示器之一傳播方向，或一偏振狀態。
- 如請求項1或2之方法，其中該顯示零級光在該全像場景中以一光抑制效率被抑制，且其中該光抑制效率被定義為一減去該全像場景中具有該抑制之該顯示零級光之一量與該全像場景中沒有該抑制之該顯示零級光之一量之間的一比率的一結果。
- 如請求項7之方法，其中該光抑制效率為大於50%、60%、70%、80%、90%或99%中之一者之一預定百分比。
- 如請求項7之方法，其中該光抑制效率為100%。
- 如請求項1或2之方法，其進一步包含： 對於對應於一物件之複數個基元中之每一者，藉由在一全域三維(3D)座標系統中計算自該基元至該顯示器之該等顯示元素中之每一者的電磁(EM)場傳播而判定對該顯示元素之一EM場貢獻；及對於該等顯示元素中之每一者，產生自該複數個基元至該顯示元素之該等EM場貢獻之一總和，其中該全像資料包含來自該物件之該複數個基元的針對該顯示器之該等顯示元素之該等EM場貢獻之該等總和。
- 如請求項10之方法，其中該全像場景包含對應於該物件之一經重建物件。
- 如請求項1或2之方法，其中該全像資料包含該顯示器之該等顯示元素之各別相位，其中該方法進一步包含藉由將該等顯示元素之該等各別相位調整為具有一預定相位範圍來組態該全像圖。
- 如請求項12之方法，其中該預定相位範圍為[0,2π]。
- 如請求項12之方法，其中調整該等顯示元素之該等各別相位包含根據Ø a =AØ i +B調整該等各別相位，其中Ø i 表示一各別相位之一初始相位值，Ø a 表示該各別相位之一經調整相位值，且A及B為常數。
- 如請求項14之方法，其中調整該等各別相位包含調整該等常數A及 B，使得最大化該全像場景之一光抑制效率。
- 如請求項15之方法，其中調整該等常數A及B包含藉由一機器視覺演算法或一機器學習演算法調整該等常數A及B。
- 如請求項1或2之方法，其進一步包含：使該光之該繞射第一部分發散以形成該全像場景；及使該全像場景中或鄰近於該全像場景之該顯示零級光發散。
- 如請求項17之方法，其中使該光之該繞射第一部分發散包含引導該光之該繞射第一部分通過配置於該顯示器下游之一光學發散組件，使該顯示零級光發散包含引導該顯示零級光通過該光學發散組件。
- 如請求項18之方法，其中照明該顯示器之該光為一準直光，其中該顯示零級光在到達該光學發散組件之前準直，且其中該方法進一步包含組態該全像圖，使得該光之該繞射第一部分在到達該光學發散組件之前會聚。
- 如請求項19之方法，其中該全像資料包含該等顯示元素中之每一者之一各別相位，其中該方法進一步包含藉由將一對應相位與該等顯示元素中之每一者之該各別相位相加來組態該全像圖，且其中該等顯示元素之該等對應相位由該光學發散組件補償，使得該全像場景對應於該等顯示元素之該等各別相位。
- 如請求項20之方法，其中該等顯示元素中之每一者之該對應相位被表達為：
- 如請求項18之方法，其中該全像場景對應於具有一視角之一重建錐，且其中該方法進一步包含藉由以下操作來組態該全像圖：沿垂直於該顯示器之一方向相對於一全域3D座標系統使一組態錐相對於該顯示器移動對應於該光學發散組件之一焦距之一距離，該組態錐對應於該重建錐且具有相同於該視角之一頂角；及基於該全域3D座標系統中之該經移動組態錐產生該全像資料。
- 如請求項18之方法，其中該光學發散組件為包含一凹透鏡及一全像光學元件(HOE)中之至少一者的一散焦元件，該凹透鏡或該HOE經組態以在該全像場景外部繞射該顯示零級光。
- 如請求項18之方法，其中該光學發散組件為包含一凸透鏡及一全像光學元件(HOE)中之至少一者的一聚焦元件，該凸透鏡或該HOE經組態以在該全像場景外部繞射該顯示零級光。
- 如請求項1或2之方法，其進一步包含：在沿垂直於該顯示器之一方向與該顯示器隔開之一二維(2D)螢幕上顯示該全像場景。
- 如請求項25之方法，其進一步包含移動該2D螢幕以獲得該2D螢幕上之該全像場景之不同截塊。
- 如請求項1或2之方法，其進一步包含：引導該光以照明該顯示器。
- 如請求項27之方法，其中引導該光以照明該顯示器包含由一光束分光器引導該光，其中該光之該繞射第一部分及該顯示零級光透射通過該光束分光器。
- 如請求項1或2之方法，其中用該光照明該顯示器包含以正入射角用該光照明該顯示器。
- 如請求項1或2之方法，其中該光之該繞射第一部分形成具有一視角之一重建錐，且其中用該光照明該顯示器包含以大於該視角之一半之一入射角用該光照明該顯示器。
- 如請求項30之方法，其進一步包含：組態該全像圖，使得該光之該繞射第一部分形成該重建錐，該重建錐與在該光正入射於該顯示器上時待 由該光之該繞射第一部分形成之一重建錐相同。
- 如請求項31之方法，其中該全像資料包含該等顯示元素中之每一者之一各別相位，其中該方法進一步包含藉由將一對應相位與該等顯示元素中之每一者之該各別相位相加來組態該全像圖，且其中該等顯示元素之該等對應相位由該入射角補償，使得該全像場景對應於該等顯示元素之該等各別相位。
- 如請求項32之方法，其中該等顯示元素中之每一者之該對應相位被表達為：
- 如請求項31之方法，其中組態該全像圖包含：相對於一全域3D座標系統使一組態錐相對於該顯示器移動，該組態錐對應於該重建錐且具有對應於該重建錐之該視角之一頂角；及基於該全域3D座標系統中之該經移動組態錐產生該全像資料。
- 如請求項31之方法，其中在該全域3D座標系統中使該組態錐相對於該顯示器移動包含相對於該全域3D座標系統使該組態錐相對於該顯示器之一表面旋轉一旋轉角，該旋轉角對應於該入射角。
- 如請求項1或2之方法，其進一步包含阻擋該顯示零級光出現於該全像場景中。
- 如請求項36之方法，其中該全像場景之一光抑制效率為100%。
- 如請求項36之方法，其中阻擋該顯示零級光包含：引導該顯示零級光朝向配置於該顯示器下游之一光學阻擋組件。
- 如請求項38之方法，其進一步包含引導該光之該繞射第一部分而以一透射效率透射通過該光學阻擋組件以形成該全像場景。
- 如請求項39之方法，其中該透射效率不小於一預定比率。
- 如請求項38之方法，其中該光學阻擋組件經組態以透射具有小於一預定角度之一角度之一第一光束且阻擋具有大於該預定角度之一角度之一第二光束，且其中該預定角度小於該入射角且大於該視角之該一半。
- 如請求項38之方法，其中該光學阻擋組件包含複數個微結構或奈米結構、一超穎材料層或一光學異向性膜。
- 如請求項31之方法，其進一步包含藉由引導該光通過一基板上之一光學繞射組件來引導該光以照明該顯示器，該光學繞射組件經組態以使該 光以該入射角繞射出。
- 如請求項43之方法，其中引導該光以照明該顯示器包含以下各者中之至少一者：將該光通過一波導耦合器引導至該光學繞射組件；將該光通過一耦合稜鏡引導至該光學繞射組件；及將該光通過該基板之一楔形表面引導至該光學繞射組件。
- 如請求項38之方法，其中該光學繞射組件形成於該基板之面對該顯示器之一第一表面上，且該光學阻擋組件形成於該基板之與該第一表面相對之一第二表面上。
- 如請求項31之方法，其進一步包含：重導向該顯示零級光遠離該全像場景。
- 如請求項46之方法，其中該全像場景之一光抑制效率為100%。
- 如請求項46之方法，其中重導向該顯示零級光遠離該全像場景包含：由配置於該顯示器下游之一光學重導向組件繞射該顯示零級光遠離該全像場景。
- 如請求項48之方法，其中該光學重導向組件經組態以透射該光之該繞射第一部分以形成該全像場景。
- 如請求項48之方法，其中該光學重導向組件經組態使得該顯示零級光沿一向上方向、一向下方向、一向左方向、一向右方向及其一組合中之至少一者在一三維(3D)空間中在該全像場景外部繞射。
- 如請求項48之方法，其中該光學重導向組件經組態以使具有相同於一預定角度之一角度之一第一光束與具有不同於該預定角度之一角度之一第二光束相比以一實質上較大繞射效率繞射，且其中該預定角度實質上相同於該入射角。
- 如請求項48之方法，其中該光學重導向組件包含一布拉格光柵。
- 如請求項43之方法，其中該光學繞射組件形成於該基板之面對該顯示器之一第一表面上，且該光學重導向組件形成於該基板之與該第一表面相對之一第二表面上。
- 如請求項43之方法，其中該光之該入射角為負，且由該光學重導向組件繞射之該顯示零級光之一繞射角為負。
- 如請求項43之方法，其中該光之該入射角為正，且由該光學重導向組件繞射之該顯示零級光之一繞射角為正。
- 如請求項43之方法，其中該光之該入射角為負，且由該光學重導向組件繞射之該顯示零級光之一繞射角為正。
- 如請求項43之方法，其中該光之該入射角為正，且由該光學重導向組件繞射之該顯示零級光之一繞射角為負。
- 如請求項48之方法，其中該光學重導向組件由一第二基板覆蓋。
- 如請求項58之方法，其進一步包含由形成於該第二基板之一側表面及該基板之一側表面中之至少一者上的一光學吸收體吸收由該光學重導向組件重導向且由該第二基板與一周圍介質之間的一界面反射之該顯示零級光。
- 如請求項58之方法，其中該第二基板在該第二基板之與該光學重導向組件相對之一表面上包含一抗反射塗層，且其中該抗反射塗層經組態以透射該顯示零級光。
- 如請求項58之方法，其中該顯示零級光在到達該第二基板之前進行p偏振，且該光學重導向組件經組態以將該顯示零級光繞射為以一布魯斯特角入射於該第二基板與一周圍介質之間的一界面上，使得該顯示零級光完全透射通過該第二基板。
- 如請求項61之方法，其進一步包含在顯示零級光到達該第二基板之前將該顯示零級光之一偏振狀態自s偏振轉換成p偏振。
- 如請求項62之方法，其中轉換該顯示零級光之該偏振狀態包含由相對於該顯示器配置於該光學重導向組件上游之一光學偏振裝置轉換該顯示零級光之該偏振狀態。
- 如請求項62之方法，其中轉換該顯示零級光之該偏振狀態包含由相對於該顯示器配置於該光學重導向組件下游之一光學偏振裝置轉換該顯示零級光之該偏振狀態。
- 如請求項64之方法，其中該光學偏振裝置包含依序配置於該光學重導向組件下游之一光學延遲器及一光學偏振器，且其中該光學延遲器形成於該第二基板之與該光學重導向組件相對之一側上，該光學偏振器由一第三基板覆蓋。
- 如請求項58之方法，其中該第二基板包含在該光學重導向組件之頂部上之一第一側，及與該第一側相對之一第二側，其中一光學阻擋組件形成在該第二基板之該第二側上且經組態以透射該光之該繞射第一部分且吸收由該光學重導向組件繞射之該顯示零級光。
- 如請求項66之方法，其中該光學阻擋組件包含一光學異向性透射器，其經組態以透射具有小於一預定角度之一角度之一第一光束且吸收具有大於該預定角度之一角度之一第二光束，且其中該預定角度大於該視角之一半且小於該顯示零級光由該光學重導向組件繞射之一繞射角。
- 如請求項58之方法，其中該光學重導向組件經組態以將該顯示零級光繞射為以大於一臨界角之一角度入射於該第二基板與一周圍介質之間的一界面上，使得由該光學繞射組件繞射之該顯示零級光在該界面處全反射。
- 如請求項68之方法，其中一光學吸收體形成於該基板及該第二基板之側表面上且經組態以吸收該全反射顯示零級光。
- 如請求項43之方法，其中該光包含複數個不同色彩之光，且其中該光學繞射組件經組態以在該顯示器上以該入射角繞射該複數個不同色彩之光。
- 如請求項48之方法，其中該光學重導向組件包含用於該複數個不同色彩之光中之每一者之一各別光學重導向子組件。
- 如請求項71之方法，其中用於該複數個不同色彩之光之該等各別光學重導向子組件記錄於同一記錄結構中。
- 如請求項71之方法，其中用於該複數個不同色彩之光之該等各別光學導向子組件記錄於不同對應記錄結構中。
- 如請求項71之方法，其中該光學重導向組件經組態以在一3D空間中朝向不同方向以不同繞射角繞射該複數個不同色彩之光。
- 如請求項74之方法，其中該光學重導向組件經組態以將該複數個不同色彩之光中之至少一者繞射為以至少一個布魯斯特角入射於一界面處。
- 如請求項75之方法，其中該界面包含一頂部基板與一周圍介質之間的一界面或兩個鄰近基板之間的一界面中之一者。
- 如請求項74之方法，其中該光學重導向組件經組態以繞射在一平面內之一第一色彩之光及一第二色彩之光，及正交於該平面之一第三色彩之光。
- 如請求項74之方法，其中該光學重導向組件包含經組態以繞射該複數個不同色彩之光中的一相同色彩之光的至少兩個不同光學重導向子組件。
- 如請求項78之方法，其中該兩個不同光學重導向子組件依序配置於該光學重導向組件中。
- 如請求項70之方法，其中引導該光以照明該顯示器包含在一系列時段內依序引導該複數個不同色彩之光以照明該顯示器。
- 如請求項80之方法，其中該光學重導向組件包含一可切換光學重導向子組件，其經組態以在一第一時段期間在一第一狀態下繞射一第一色彩 之光且在一第二時段期間在一第二狀態下透射一第二色彩之光。
- 如請求項80之方法，其中該光學重導向組件包含一可切換光學重導向子組件，其經組態以在一第一時段期間在一第一狀態下繞射一第一色彩之光且在一第二時段期間在一第二狀態下繞射一第二色彩之光。
- 如請求項71之方法，其中該複數個不同色彩之光包含一第一色彩之光及一第二色彩之光，該第一色彩之光相較於該第二色彩之光具有一較短波長，且在該光學重導向組件中，用於該第一色彩之光之一第一光學重導向子組件被配置成比用於該第二色彩之光之一第二光學重導向子組件更接近該顯示器。
- 如請求項71之方法，其中用於至少兩種不同色彩之光之至少兩個光學重導向子組件之條紋平面實質上不同地定向。
- 如請求項71之方法，其中該光學重導向組件包含：一第一光學重導向子組件，其經組態以繞射一第一色彩之光；一第二光學重導向子組件，其經組態以繞射一第二色彩之光；及至少一個光學偏振裝置，其配置於該第一光學重導向子組件與該第二光學重導向子組件之間且經組態以轉換該第一色彩之光之一偏振狀態，使得該第一色彩之光透射通過該第二光學重導向子組件。
- 如請求項85之方法，其中該至少一個光學偏振裝置包含依序配置於 該第一光學重導向子組件下游之一光學延遲器及一光學偏振器。
- 如請求項30之方法，其中該視角之一半在-10度至10度之一範圍內或在-5度至5度之一範圍內。
- 如請求項30之方法，其中該入射角為-6度或6度。
- 一種重建物件之方法，其包含：用光照明一顯示器，該光之一部分照明該顯示器之顯示元素；及藉由繞射光之該部分產生一全像場景，同時抑制存在於該全像場景中之顯示零級光，其中該顯示零級光包含來自該顯示器之反射光。
- 如請求項89之方法，其中抑制存在於該全像場景中之該顯示零級光包含使該顯示零級光發散。
- 如請求項89或90之方法，其中藉由繞射光之該部分產生一全像場景包含用一全像圖調變該等顯示元素。
- 如請求項89或90之方法，其中抑制存在於該全像場景中之該顯示零級光包含調整該全像圖之一相位範圍。
- 如請求項89或90之方法，其中用該光照明該顯示器包含以一入射角用該光照明該顯示器，且抑制存在於該全像場景中之該顯示零級光包含用 一全像圖調變光之該部分，該全像圖經組態使得該光之該部分由該等顯示元素以不同於該反射光被反射之一反射角之一繞射角繞射。
- 如請求項93之方法，其中抑制存在於該全像場景中之該顯示零級光包含由一入射角相依材料阻擋該顯示零級光。
- 如請求項94之方法，其中該入射角相依材料包含一超穎材料或一光學異向性材料。
- 如請求項89或90之方法，其中抑制存在於該全像場景中之該顯示零級光包含重導向該顯示零級光。
- 如請求項96之方法，其中重導向該顯示零級光包含由一光學繞射組件繞射該顯示零級光。
- 如請求項97之方法，其中該光包含不同色彩之光，且其中重導向該顯示零級光包含在一三維(3D)空間中將該等不同色彩之光繞射至不同方向。
- 如請求項89或90之方法，其中抑制存在於該全像場景中之該顯示零級光包含以不小於一預定比率之一光抑制效率抑制該顯示零級光，其中該光抑制效率被定義為一減去該全像場景中具有該抑制之該顯示零級光之一量與沒有該抑制之該顯示零級光之一量之間的一比率的一結果。
- 如請求項99之方法，其中該預定比率為50%、60%、70%、80%、90%或100%。
- 一種光學裝置，其包含：一光學繞射組件；及一光學阻擋組件，其中該光學繞射組件經組態以使光繞射以一入射角照明一顯示器，其中該光之一部分照明該顯示器之顯示元素，且其中該光學阻擋組件經組態以阻擋由該等顯示元素繞射的該光之該部分形成的一全像場景中之顯示零級光，該顯示零級光包含來自該顯示器之反射光。
- 如請求項101之光學裝置，其中該顯示器經組態以用對應於全像資料之一全像圖被調變以繞射該光之該部分以形成該全像場景，且該光學阻擋組件經組態以透射該光之該繞射部分以形成該全像場景。
- 如請求項101或102之光學裝置，其中該光之該繞射部分形成具有一視角之一重建錐，且其中該入射角大於該視角之一半。
- 如請求項103之光學裝置，其中該光學阻擋組件經組態以透射具有小於一預定角度之一角度之一第一光束且阻擋具有大於該預定角度之一角度之一第二光束，且其中該預定角度小於該入射角且大於該視角之該一半。
- 如請求項101或102之光學裝置，其中該光學阻擋組件包含一超穎材料層或一光學異向性膜。
- 如請求項101或102之光學裝置，其中該光學阻擋組件包含複數個微結構或奈米結構。
- 如請求項101或102之光學裝置，其進一步包含具有相對側之一基板，其中該光學繞射組件及該光學阻擋組件形成於該基板之該等相對側上。
- 一種製造如請求項101至107中任一項之光學裝置之方法，該方法包含：在一基板之一第一側上形成該光學繞射組件；及在該基板之與該第一側相對之一第二側上形成該光學阻擋組件。
- 一種光學裝置，其包含：一光學繞射組件；及一光學重導向組件，其中該光學繞射組件經組態以將光以一入射角繞射至一顯示器上，該顯示器包含在該顯示器上以間隙隔開之複數個顯示元素，其中該顯示器經組態以繞射照明該等顯示元素的該光之一部分，且 其中該光學重導向組件經組態以透射該光之該部分以形成一全像場景且在一三維(3D)空間中重導向顯示零級光遠離該全像場景，該顯示零級光包含來自該顯示器之反射光。
- 如請求項109之光學裝置，其中該光學重導向組件包含一布拉格光柵。
- 如請求項109或110之光學裝置，其中該光學繞射組件形成於一基板之面對該顯示器之一第一側上，且該光學重導向組件形成於該基板之與該第一側相對之一第二側上。
- 如請求項111之光學裝置，其進一步包含覆蓋該光學重導向組件之一第二基板。
- 如請求項112之光學裝置，其進一步包含形成於該基板之一側表面及該第二基板之一側表面中之至少一者上的一光學吸收體，其中該光學吸收體經組態以吸收由該光學重導向組件重導向且由該第二基板與一周圍介質之間的一界面反射之該顯示零級光。
- 如請求項112之光學裝置，其進一步包含形成於該第二基板上且與該光學重導向組件相對之一抗反射塗層，其中該抗反射塗層經組態以透射由該光學重導向組件重導向之該顯示零級光。
- 如請求項109或110之光學裝置，其進一步包含經組態以在該顯示零級光到達該第二基板之前將該顯示零級光之一偏振狀態自s偏振轉換成p偏振的一光學偏振裝置，其中該光學重導向組件經組態以將該顯示零級光繞射為以一布魯斯特角入射於該第二基板與一周圍介質之間的一界面上，使得該顯示零級光完全透射通過該第二基板。
- 如請求項115之光學裝置，其中該光學偏振裝置包含依序配置在一起之一光學延遲器及一線性偏振器。
- 如請求項115之光學裝置，其中該光學偏振裝置相對於該顯示器配置於該光學重導向組件上游，或其中該光學偏振裝置形成於該第二基板之與該光學重導向組件相對之一側，該光學偏振裝置由一第三基板覆蓋。
- 如請求項112之光學裝置，其進一步包含形成於該第二基板之與該光學重導向組件相對之一側上的一光學阻擋組件，其中該光學阻擋組件經組態以透射該光之該部分且吸收由該光學重導向組件繞射之該顯示零級光。
- 如請求項118之光學裝置，其中該光學阻擋組件包含一光學異向性透射器。
- 如請求項112之光學裝置，其中該光學重導向組件經組態以將該顯示零級光繞射為以大於一臨界角之一角度入射於該第二基板與一周圍介質之間的一界面上，使得由該光學繞射組件繞射之該顯示零級光在該界面處全 反射。
- 如請求項109或110之光學裝置，其中該光包含複數個不同色彩之光，其中該光學繞射組件經組態以在該顯示器上以該入射角繞射該複數個不同色彩之光，其中該光學重導向組件經組態以在該3D空間中朝向不同方向以不同繞射角繞射由該顯示器反射的該複數個不同色彩之光中之顯示零級光，且該顯示零級光包含由該顯示器反射的該複數個不同色彩之光中之反射光。
- 如請求項121之光學裝置，其中該光學繞射組件包含用於該複數個不同色彩之光的複數個全像光柵，且該複數個全像光柵中之每一者經組態以在該顯示器上以該入射角繞射該複數個不同色彩之光中的一各別色彩之光。
- 如請求項121之光學裝置，其中該光學重導向組件包含用於該複數個不同色彩之光中之該顯示零級光的複數個重導向全像光柵，且其中該複數個重導向全像光柵中之每一者經組態以在該3D空間中朝向一各別方向以一各別繞射角繞射該複數個不同色彩之光中的一各別色彩之光中之顯示零級光。
- 如請求項123之光學裝置，其中該光學重導向組件包含至少兩個不同重導向全像光柵，其經組態以繞射該複數個不同色彩之光中的一相同色彩之光中之顯示零級光。
- 如請求項123之光學裝置，其中該光學重導向組件包含一可切換重導向全像光柵，其經組態以在一第一時段期間在一第一狀態下繞射一第一色彩之光且在一第二時段期間在一第二狀態下透射一第二色彩之光。
- 如請求項123之光學裝置，其中該光學重導向組件包含一可切換重導向全像光柵，其經組態以在一第一時段期間在一第一狀態下繞射一第一色彩之光且在一第二時段期間在一第二狀態下繞射一第二色彩之光。
- 如請求項123之光學裝置，其中該複數個不同色彩之光包含一第一色彩之光及一第二色彩之光，該第一色彩之光相較於該第二色彩之光具有一較短波長，且其中在該光學重導向組件中，用於該第一色彩之光之一第一重導向全像光柵被配置成比用於該第二色彩之光之一第二重導向全像光柵更接近該顯示器。
- 如請求項123之光學裝置，其中用於至少兩種不同色彩之光之至少兩個重導向全像光柵之條紋平面實質上不同地定向。
- 如請求項123之光學裝置，其中該光學重導向組件包含：一第一重導向全像光柵，其經組態以繞射一第一色彩之光；一第二重導向全像光柵，其經組態以繞射一第二色彩之光；及至少一個光學偏振裝置，其配置於該第一重導向全像光柵與該第二重導向全像光柵之間且經組態以轉換該第一色彩之光之一偏振狀態，使得該第一色彩之光透射通過該第二重導向全像 光柵。
- 一種製造如請求項109至129中任一項之光學裝置之方法，該方法包含：在一基板之一第一側上形成該光學繞射組件；及在該基板之與該第一側相對之一第二側上形成該光學重導向組件。
- 一種重建物件之系統，其包含：一顯示器，其包含在該顯示器上以間隙分離之顯示元素；及一光學裝置，其經組態以用光照明該顯示器，其中該光之一部分在該等顯示元素上照明，其中該系統經組態以繞射該光之該部分以形成一全像場景，同時抑制該全像場景中之顯示零級光，且其中該顯示零級光包含以下各者中之至少一者：該等間隙處之反射光，該等間隙處之繞射光，該等顯示元素處之反射光，及覆蓋該顯示器之一顯示器罩蓋處之反射光。
- 如請求項131之系統，其進一步包含一控制器，該控制器耦接至該顯示器且經組態以用對應於全像資料之一全像圖調變該顯示器之該等顯示元素，以繞射該光之該部分以形成對應於該全像資料之該全像場景，其中該全像圖經組態使得該顯示零級光在該全像場景中被抑制。
- 如請求項131或132之系統，其進一步包含一計算裝置，該計算裝置經組態以產生對應於該全像場景之一或多個物件之基元。
- 如請求項131或132之系統，其中該光學裝置包含：一光學繞射組件；及一光學阻擋組件，其中該光學繞射組件經組態以使光繞射以一入射角照明該顯示器，其中該光之該部分照明該顯示器之顯示元素，且該光學阻擋組件經組態以阻擋由該等顯示元素繞射的該光之該部分形成的一全像場景中之該顯示零級光，該顯示零級光包含來自該顯示器之反射光。
- 如請求項131或132之系統，其中該光學裝置包含：一光學繞射組件；及一光學重導向組件，其中：該光學繞射組件經組態以將光以一入射角繞射至該顯示器上，該顯示器包含在該顯示器上以間隙隔開之複數個顯示元素；該顯示器經組態以繞射照明該等顯示元素的該光之該部分；且該光學重導向組件經組態以透射該光之該部分以形成一全像場景且在一三維(3D)空間中重導向顯示零級光遠離該全像場景，該顯示零級光包含來自該顯示器之反射光。
- 如請求項131或132之系統，其進一步包含一光學發散裝置，該光學發散裝置配置於該光學裝置下游且經組態以使該全像場景中之該顯示零級光發散。
- 如請求項136之系統，其中照明該顯示器之該光為一準直光，其中該顯示零級光在到達該光學發散裝置之前準直，且其中該全像圖經組態使得該光之該繞射部分在到達該光學發散裝置之前會聚。
- 如請求項136之系統，其中該光學發散裝置包含如請求項18至24中任一項之光學發散組件。
- 如請求項131或132之系統，其進一步包含配置於該顯示器下游之一二維(2D)螢幕。
- 如請求項131或132之系統，其中該光學裝置包含一光束分光器。
- 如請求項131或132之系統，其中該光學裝置包含具有一輸入耦合器及一輸出耦合器之一波導。
- 如請求項131或132之系統，其中該光學裝置包含一光導，該光導包含一光耦合器及一光學繞射組件。
- 如請求項142之系統，其中該光耦合器包含一耦合稜鏡。
- 如請求項142之系統，其中該光耦合器包含一楔形基板。
- 一種用於製造重建物件之系統之方法，該方法包含：形成一顯示器，其包含在該顯示器上以間隙分離之顯示元素；及形成一光學裝置，其中該光學裝置經組態以用光照明該顯示器，其中該光之一部分在該等顯示元素上照明，其中該系統經組態以繞射該光之該部分以形成一全像場景，同時抑制該全像場景中之顯示零級光，且其中該顯示零級光包含以下各者中之至少一者：該等間隙處之反射光，該等間隙處之繞射光，該等顯示元素處之反射光，及覆蓋該顯示器之一顯示器罩蓋處之反射光。
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