全息衍射光学编码系统技术方案

公开用于形成反射或透射全息图的全息衍射光学编码技术。编码装置包含具有干涉图案的衬底，所述干涉图案能够沿着光传播路径将光从所述衬底的一侧传播到所述衬底的另一侧。此外，能够使用光学元件来根据四维光场坐标系传播光。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】全息衍射光学编码系统相关申请的交叉引用本申请要求2018年1月14日提交的标题为《全息衍射光学编码系统(HolographicandDiffractiveOpticalEncodingSystems)》的第62/617,284号美国临时专利申请的优先权，其以全文引用的方式并入。
本公开大体上涉及光学技术，且更确切地说，涉及用于形成反射或透射全息图的全息衍射光学编码系统。
技术介绍
全息是一种能够记录光场并在之后原始光场因为没有原始物体而不存在的情况下重构光场的技术。全息术可以被认为有点类似于录音，其中由乐器或声带等振动物质产生的声场以一种使得它可以在之后没有原始振动物质的情况下再现的方式进行编码。全息图具有2种基本类型：反射全息图和透射全息图。反射全息图反射光。当用于重构的光从摄影介质内的干涉图案反射时，形成光场。透射全息图透射光。在重构期间，光通过全息图衍射。一般来说，反射全息图提供了最高质量的图像，但是产生成本最高。透射全息图是最常见的，因为它们能够采用模压全息图的形式以低成本批量产生。信用卡通常含有模压全息图。应了解，本文所论述的实施例可以实施任一类型的全息图，此外应了解，对任一类型的全息图进行编码并将反射全息图转换成透射全息图以及将透射全息图转换成反射全息图的技术在本领域中众所周知的，此处无需重复。
技术实现思路
本公开的波导的实施例可包含：衬底，其包括摄影介质；及干涉图案，其在所述摄影介质中编码，所述干涉图案限定所述衬底中的衬底位点阵列。干涉图案配置成沿着光传播路径传播光，所述光传播路径从所述衬底的第一侧上的光位置朝向所述衬底的第二侧延伸。所述光传播路径包括多组光传播路径，它们延伸穿过同一衬底位点和同一光位置，其中每一组光传播路径配置成在所述衬底的所述第二侧上大体上沿唯一方向延伸并且从所述同一衬底位点汇聚到所述衬底的所述第一侧上的所述同一光位置，所述唯一方向通过每一组光传播路径中的主光线传播路径的角度方向确定。因而，衬底位点阵列配置成根据四维光场坐标系传播光，所述四维光场坐标系包括由所述衬底位点的位置限定的空间坐标和由每个衬底位点的多组光传播路径的唯一方向限定的角坐标。在实施例中，光场编码为摄影介质的干涉图案。当适当地被照亮时，干涉图案将光衍射成原始光场的再现，并且其中的物体似乎仍然存在，从而展现出视差和透视等视觉深度线索，这些视觉深度线索随观察者的相对位置的任何变化而真实地改变。包含摄影乳胶的摄影介质可包含重铬酸盐明胶、光刻胶、光热塑塑料、光敏聚合物和光折变物等等。在另一实施例中，波导阵列可包含：衬底，其包括摄影介质；干涉图案，其在所述摄影介质中编码，所述干涉图案限定所述衬底中的衬底位点阵列，每个衬底位点包括多个衬底子位点；以及光学元件，所述光学元件限定各自对应于相应衬底位点的光学元件位点的阵列，每个光学元件位点包括多个光学元件子位点位置。干涉图案配置成沿着光传播路径传播光，所述光传播路径延伸穿过每个衬底位点的所述衬底子位点到相应光学元件位点的光学元件子位点位置，其中所述光传播路径包括多组延伸穿过同一光学元件位点和对应衬底位点的同一衬底子位点的光传播路径。每一组光传播路径大体上沿唯一方向远离衬底从光学元件延伸，并且从所述同一光学元件位点的不同光学元件子位点位置汇聚到所述对应衬底位点的所述同一衬底子位点，所述唯一方向通过每一组光传播路径中的主光线传播路径的角度方向确定。因而，光学元件位点阵列配置成根据四维光场坐标系传播光，所述四维光场坐标系包括由光学位点的位置限定的空间坐标和由每个光学位点的多组光传播路径的唯一方向限定的角坐标。附图说明图1是全息微透镜阵列(“HLA”)位点的图示；图2是对应HLA和照明源阵列(“ISA”)位点的图示；图3是HLA和ISA位点的坐标系的图示；图4是HLA和ISA位点的另一坐标系的图示；图5是HLA和ISA位点的几何结构的图示；图6是HLA和ISA位点的坐标系的图示；图7是ISA子位点位置的主光线角的图示；图8是HLA子位点位置的主光线传播路径的图示；图9是一个ISA子位点位置和多个HLA子位点位置的共同输入参考光束角的图示；图10是一个ISA子位点位置和多个HLA子位点位置的物体光束角的图示；图11A和B是参考光束角和物体光束角的图示；图12是三维中的参考光束角和物体光束角的透视图示；图13是本公开的干涉图案的示例性编码参数的图示；图14是本公开的对干涉图案进行编码的第一实施例的图示；图15是本公开的对干涉图案进行编码的第二实施例的图示；图16是本公开的对干涉图案进行编码的第三实施例的图示；图17是直接HLA编码假设的图示；图18是光线在ISA子位点位置处的汇聚的图示；图19是虚拟HLA元件处的正确汇聚的图示；图20是未校正虚拟HLA播放的图示；图21是所要虚拟HLA播放的图示；图22是衍射光学元件(“DOE”)校正的图示；图23是DOE校正后虚拟HLA播放的图示；图24是虚拟HLA平面处的编码的图示；图25是ISA参考光束编码的图示；图26是ISA照明源重构的图示；图27是DOE位点的实施例的图示；图28是大型ISA位点的编码考虑因素的图示；以及图29是多元件DOEHLA光学系统的图示。具体实施方式根据本公开的一方面的原理的实施例可包含两个不同平面——全息微透镜阵列(本文中称为“HLA”)，其可包含在摄影介质中编码且限定许多不同全息元件的干涉图案；及照明源阵列(本文中称为“ISA”)，其可定位在HLA下方。HLA元件可分别在HLA子位点位置处划分成NxM个子位点。本公开的一方面描述用于这些子位点的编码，因此HLA元件大体上用作透镜阵列。根据本公开的另一方面的原理的实施例可包含编码干涉图案，所述干涉图案配置成类似于ISA将光引导到具有类似于HLA子位点的光学元件子位点的光学元件。转向示出HLA100的实施例的图1，HLA100可包含多个HLA元件102，每个HLA元件包括进行编码以大体上重新产生理论上完美的透镜的特性的单独数字全息图。这些全息图可具有一种以数字方式构造的光学轮廓，其功能不受与显微光学元件相关的限制。转向示出ISA200的实施例的图2，ISA包含将光引导到HLA位点102上的对应位置的多个光源。在实施例中，HLA和ISA平面分别细分成多个位置，称为位点。在实施例中，每个位点可独立地编码。HLA和ISA位点可具有规则、不规则或重叠的构型。图1示出HLA位点102的图。在实施例中，HLA和ISA位点可以包装规则的矩形，其中ISA位点之间具有重叠区域，如图2所示。应了解，可以使用且本公开中预期了根据本文中所公开的原理的其它设计。每个显示器的HLA和ISA位点的所要数量限定了显示器的可视分辨率和每个物理位点的大小，通过以下限定：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种波导，其包括/n衬底，其包括摄影介质；以及/n干涉图案，其在所述摄影介质中编码，所述干涉图案限定所述衬底中的衬底位点阵列；/n其中所述干涉图案配置成沿着光传播路径传播光，所述光传播路径从所述衬底的第一侧上的光位置朝向所述衬底的第二侧延伸；/n其中所述光传播路径包括多组光传播路径，所述光传播路径延伸穿过同一衬底位点和同一光位置，其中每一组光传播路径配置成在所述衬底的所述第二侧上大体上沿唯一方向延伸并且从所述同一衬底位点汇聚到所述衬底的所述第一侧上的所述同一光位置，所述唯一方向通过每一组光传播路径中的主光线传播路径的角度方向确定；/n借此，所述衬底位点阵列配置成根据四维光场坐标系传播光，所述四维光场坐标系包括由所述衬底位点的位置限定的空间坐标和由每个衬底位点的所述多组光传播路径的所述唯一方向限定的角坐标。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180114 US 62/617,2841.一种波导，其包括
衬底，其包括摄影介质；以及
干涉图案，其在所述摄影介质中编码，所述干涉图案限定所述衬底中的衬底位点阵列；
其中所述干涉图案配置成沿着光传播路径传播光，所述光传播路径从所述衬底的第一侧上的光位置朝向所述衬底的第二侧延伸；
其中所述光传播路径包括多组光传播路径，所述光传播路径延伸穿过同一衬底位点和同一光位置，其中每一组光传播路径配置成在所述衬底的所述第二侧上大体上沿唯一方向延伸并且从所述同一衬底位点汇聚到所述衬底的所述第一侧上的所述同一光位置，所述唯一方向通过每一组光传播路径中的主光线传播路径的角度方向确定；
借此，所述衬底位点阵列配置成根据四维光场坐标系传播光，所述四维光场坐标系包括由所述衬底位点的位置限定的空间坐标和由每个衬底位点的所述多组光传播路径的所述唯一方向限定的角坐标。


2.根据权利要求1所述的波导，其中所述摄影介质包括选自由以下组成的组的至少一个材料：摄影乳胶、重铬酸盐明胶、光刻胶、光热塑塑料、光敏聚合物和光折变物。


3.根据权利要求1所述的波导，其中所述干涉图案包括全息图，所述全息图进行编码以作为微透镜阵列引导光，由此形成全息微透镜阵列(“HLA”)。


4.根据权利要求3所述的波导，其中所述全息图包括反射全息图。


5.根据权利要求3所述的波导，其中所述全息图包括透射全息图。


6.根据权利要求3所述的波导，其中所述HLA包括细分成位点的平面，并且所述衬底位点对应于所述HLA的所述位点。


7.根据权利要求6所述的波导，其中所述HLA的所述位点各自配置成作为微透镜引导光。


8.一种全息能量引导系统，所述系统包括根据权利要求1所述的波导和照明源阵列(“ISA”)，所述照明源阵列配置成在所述衬底的所述第一侧上的所述光位置处提供照明。


9.根据权利要求8所述的全息能量引导系统，其中所述ISA包括在所述衬底的所述第一侧上的所述光位置处的多个光源。


10.根据权利要求8所述的全息能量引导系统，其中所述ISA限定细分成位点的平面，并且所述ISA的所述位点分别对应于所述HLA的至少一个相应位点，且分别包括对应于所述衬底的所述第一侧上的所述光位置的多个ISA子位点位置。


11.根据权利要求10所述的全息能量引导系统，其中所述HLA和所述ISA的所述对应位点至少部分地重叠。


12.根据权利要求10所述的全息能量引导系统，其中所述HLA和所述ISA的所述对应位点具有不同尺寸。


13.根据权利要求10所述的全息能量引导系统，其中所述HLA和所述ISA的所述对应位点共中心。


14.根据权利要求10所述的全息能量引导系统，其中所述主光线传播路径包括在所述ISA子位点位置中的一个和所述HLA的相应位点的中心之间的所述光传播路径。


15.根据权利要求14所述的全息能量引导系统，其中每一组光传播路径的所述唯一方向通过所述相应主光线传播路径的主光线角(“CRA”)确定。


16.根据权利要求15所述的全息能量引导系统，其中，对于所述ISA的第一位点的每个ISA子位点位置，所述干涉图案中所述HLA的对应位点以共同输入参考光束角编码，所述共同输入参考光束角通过每个ISA子位点位置的所述相应主光线传播路径的所述CRA确定。


17.根据权利要求15所述的全息能量引导系统，其中，对于所述ISA的第一位点的每个ISA子位点位置，所述干涉图案中所述HLA的对应位点以输出物体光束角编码，所述输出物体光束角通过从所述HLA的所述对应位点中的HLA子位点位置汇聚到所述ISA的所述第一位点的每个ISA子位点位置的光传播路径确定。


18.根据权利要求15所述的全息能量引导系统，其中，对于所述ISA的第一位点的每个ISA子位点位置，所述干涉图案中所述HLA的对应位点以共同输入参考光束角和输出物体光束角编码，所述共同输入参考光束角通过每个ISA子位点位置的所述相应主光线传播路径的所述CRA确定，所述输出物体光束角通过从所述HLA的所述对应位点中的HLA子位点位置汇聚到所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·S·卡拉夫，B·E·比弗森，
申请(专利权)人：光场实验室公司，
类型：发明
国别省市：美国;US