通过漫射介质的图像及波场投影制造技术

用于投影波场的方法及系统使用漫射介质、波前塑形器、照明源及控制系统。一种用于将物体波场投影到投影体积中的系统包含波散射器、经配置以将波场投影到所述波散射器上的波场投影仪及耦合到所述波场投影仪的控制器。所述控制器经配置以致使所述波场投影仪投影波场，所述波场在与所述波散射器交互作用后即刻被重新引导以形成物体波场，所述物体波场在所述投影体积中形成预定图案。

Images and wave field projections through diffuse media

Method and system for projecting a wave field, use of diffuse medium, wave front shaper, illumination source and control system. A system for projecting an object wave field into a projection volume, including a wave scatterer, a wave field projector configured to project a wave field onto the wave scatterer, and a controller coupled to the wave field projector. The controller is configured so that the wave field projector wave field, the wave field and the wave in the diffuser interaction immediately after be redirected to form the object wave field, the object wave field in the projection volume formed in a predetermined pattern.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过漫射介质的图像及波场投影相关申请案本申请案主张2014年7月31日提出申请的第62/031,702号美国临时专利申请案的权益，所述临时专利申请案以全文引用的方式并入本文中。
本专利技术技术针对于通过漫射介质的波场投影，且更特定来说针对于用于通过非常规散射元件投影图像的方法及系统。
技术介绍
在科学文献及专利文献中已描述用于通过漫射介质成像的许多方法。然而，仍需要实现恰恰相反的方面：将图像或其它波场投影到因漫射介质而从投影仪不可见的空间中。显微术方面的最近工作已展示，可能按以下方式使光学波前预失真，使得漫射器重建所述波前以形成聚焦为一点的会聚球面波前。举例来说，I.M.威莱库普(I.M.Vallekoop)等人在特此以全文引用的方式并入的“利用失序进行完美聚焦(Exploitingdisorderforperfectfocusing)”(ArXiv:0910.0873v1[物理光学(Physics.optics)]，2009年10月5日)中描述使用空间光调制器来使波前预失真且经由学习算法将波前穿过非常强漫射器发射到经精细聚焦光点。已进行了相当大量的工作来采用投影仪阵列形成所谓的“光场显示器”，其基本上反转透镜摄影过程。举例来说，费尔纳(Fellner)与汉森(Hansen)在EUROGRAPHICS2006中发表了论文“面向光场显示器：经由投影仪群集进行自动立体再现(TowardtheLightFieldDisplay:AutostereoscopicRenderingviaaClusterofProjectors)”，所述论文特此以全文引用的方式并入。在本论文中，作者描述从投影仪阵列将图像投影到屏幕的漫射表面上，所述屏幕包括小透镜阵列及按小透镜的焦距分离的漫射表面。漫射屏幕充当小透镜的后焦平面的图像中继，所述后焦平面接着投影呈针孔投影阵列的形式的光场。在美国专利申请案US2014/0063077(韦滋斯泰因(Wetzstein)等人的“张量显示器(TensorDisplays)”，其特此以全文引用的方式并入)，描述了涉及空间可寻址光衰减层的堆叠的3D显示器。韦滋斯泰因等人还描述了采用高度结构化透镜屏幕及空间光调制器的“压缩光场投影仪”。本专利技术技术采用如本文中所描述的一或多个空间相位调制器及一或多个非常规光学元件。附图说明图1说明预失真波场进入漫射器、接着由漫射器重新塑形以会聚成焦点。图2说明波场投影仪发射预失真波场，所述预失真波场进入漫射器且接着在由漫射器重新塑形之后形成一列图像点。图3说明在通过发射波前穿过漫射器而形成的光场中可通过眼睛框看到的图像。图4说明包括共同在投影体积中形成图像的波场发射器及两个漫射器的投影系统。图5是说明使用本专利技术技术的实施例中的步骤的流程图。图6A说明包括点光源阵列、第一体积全息漫射器、第二漫射器及投影体积中的点阵列的投影系统。图6B说明用于形成6A中的全息漫射器的一个组件的方法。图7A说明用于校准光场投影仪以在投影体积中形成一系列焦点的方法。图7B说明使用光场投影仪时所涉及的信息流中的一些。图8说明用于使用一或多个逆反射珠子校准用于光场投影仪中的漫射器的方法。图9A说明其中使用凸球面反射器的用以校准光场投影仪中的漫射器的替代方式。图9B说明其中使用凹面反射器的用以校准光场投影仪中的漫射器的另一替代方式。图9C说明其中使用平面镜的用以校准光场投影仪中的漫射器的另一替代方式。图10说明其中使用逆反射珠子的用以校准光场投影仪中的漫射器的另一替代方式。图11A说明漫射器中的一点处的存储器效应。图11B说明对由传播穿过漫射器或穿过全息器件的光场形成的图像的存储器效应。图12A说明用于在增强现实眼镜中或在其它近眼显示器中使用全息元件的方法。图12B说明用于制作图12A的全息元件的一个组件的方法。图13说明利用图12A的全息元件的一对增强现实眼镜。图14说明在由光场发射器照明时仅将光引导到眼睛框的大型反射引导式漫射器。图15说明用于光场投影显示器中的侧光引导式漫射器。图16说明用于光场投影显示器中的大型背光引导式漫射器。图17说明数个人通过眼睛框观看三维光场显示器。图18A说明显示于采用光场投影仪的膝上型计算机上的三维图像。图18B说明来自光场发射器的射线照射膝上型计算机上的漫射屏幕。图18C是说明于19B中的系统的侧视图，其进一步展示通过漫射屏幕形成的下游光场。图19说明其中光场发射器位于头顶且漫射器是反射的房间大小的3D显示器。图20说明显示背景的3D图像的经伪装车辆。图21说明超声波场投影仪及超声波经由漫射介质的聚焦。图22说明光场的一部分的射线表示，所述光场形成立方体物体及点物体的真实图像，使得立方体物体显现为阻挡点物体。图23说明显示真实图像及虚拟图像两者的光场投影仪。图24说明可用于来自漫射器的经投影图像点的观看角度范围。图25是举例来说适用于近眼显示器中的光场投影仪元件的替代表示。图26说明用户通过近眼显示器中的一个光场投影仪元件凝视。图27说明使用光场投影仪以在非平面表面上形成对焦图像。本文中所提供的标题仅为了方便起见且未必影响所主张的专利技术的范围或意义。各种所描绘元件的大小未必按比例绘制且这些各种元件可任意地放大以改进易读性。具体实施方式介绍光传播的线性本质允许用于从由物体发射且接着在发射穿过漫射介质中被漫射的光恢复图像的直接方法。本质上，由单个物体点发射的光所形成的经漫射或经散射图案可解释为来自那一物体点的光的经编码版本。由多个物体点发射的光所形成的经漫射或经散射图案在非相干照明中简单地为所有个别物体点的经编码版本的线性叠加。虽然可使用众所周知的矩阵代数方法来在个别分量图案已知的情况下解码复合经漫射或经散射图案，但在实践中使用逐次逼近来进行解码要高效得多。然而，重要的并非是用于解码复合图案的数学技术。而是，重要的是双重的：第一，解码是可能的；及第二，问题的线性度暗示过程是可反转的。基于解码过程可被反转的认识的当前技术的实施例形成经编码光场，所述经编码光场在发射穿过漫射介质后即刻被解码以形成所要光场，所述所要光场形成复杂图像。在一些实施例中，复杂图像可聚焦于任意形状的二维或三维表面上。类似地，复杂图像可包括自由空间中的真实三维图像。如本文中所使用，“常规散射元件”(CSE)是其功能是将实际上线性或实际上二次相位函数(或其非常近似物)添加到入射波场的相位的元件。添加线性相位函数跨越光学元件均匀地改变波场中的射线的方向，因此(举例来说)镜包括单个线性相位函数CSE，而棱镜包括一对线性相位函数CSE(一个在入库表面处且一个在出口表面处)。添加二次相位函数以跨越光学元件变化的方式改变波场中的射线的方向。抛物面镜是径向对称二次CSE，且普通透镜是一对径向对称二次CSE(即，透镜的前表面及后表面)。类似地，单个衍射栅格适合作为线性CSE，且菲涅耳(Fresnel)波带板适合作为二次CSE。如本文中所使用，“非常规散射元件”(NCSE)是以比CSE所进行基本上更复杂的方式变换入射波场的任何光学元件。静态NCSE的一些实例包含：复杂全息器件、随机磨砂玻璃漫射器、卫浴玻璃、漫射反射器、小透镜阵列、逆反射珠子阵列及由散射介质制成的透射元件。可编程NCSE的一些实例包含：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将物体波场投影到投影体积中的系统，其包括：波散射器；波场投影仪，其经配置以将波场投影到所述波散射器上；及控制器，其耦合到所述波场投影仪，其中所述控制器经配置以致使所述波场投影仪投影波场，所述波场在与所述波散射器交互作用后即刻被重新引导以形成物体波场，所述物体波场在所述投影体积中形成预定图案。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.31 US 62/031,7021.一种用于将物体波场投影到投影体积中的系统，其包括：波散射器；波场投影仪，其经配置以将波场投影到所述波散射器上；及控制器，其耦合到所述波场投影仪，其中所述控制器经配置以致使所述波场投影仪投影波场，所述波场在与所述波散射器交互作用后即刻被重新引导以形成物体波场，所述物体波场在所述投影体积中形成预定图案。2.根据权利要求1所述的系统，其中：所述波场投影仪包括光场投影仪，所述波散射器包括光散射器，且所述物体波场包括物体光场。3.一种包括根据权利要求2所述的系统的三维图像投影仪，其中所述物体光场形成三维图像。4.一种包括根据权利要求2所述的系统的伪装系统。5.一种包括根据权利要求2所述的系统的抬头显示器。6.根据权利要求5所述的抬头显示器，其中光漫射器包括经配置以散射多个预定波长的光的体积全息器件，且其中所述光场投影仪经配置以投影包括所述预定波长的光场。7.一种包括根据权利要求1所述的系统的声外科系统，其中：所述波场投影仪包括声场投影仪；所述波散射器包括声漫射器；且所述物体波场包括物体声场。8.一种近眼显示器，其包括：全息元件，其经配置以定位于佩戴者的眼睛前面；光场投影仪，其经配置以经由光学耦合器将第一光场投影到所述全息元件中；及控制器，其耦合到所述光场投影仪，其中所述控制器经配置以确定所述第一光场且致使所述光场投影仪投影所述第一光场，使得所述全息元件重新引导所述第一光场以形成被引导到所述佩戴者的眼睛中的第二光场，且使得所述第二光场可被所述佩戴者感知为在与所述眼睛及所述全息元件相距一距离处的虚拟图像。9.根据权利要求8所述的近眼显示器，其中所述全息元件容纳于半透明材料的扁平或弯曲板条内。10.根据权利要求8所述的近眼显示器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬·P·麦格鲁，
申请(专利权)人：斯蒂芬·P·麦格鲁，
类型：发明
国别省市：美国,US