对象重建中抑制显示零级光制造技术

本发明专利技术提供用于三维对象重建中抑制显示零级光的方法、设备、装置及系统。在一个方面中，一种方法包括：用光照明显示器，该光的一部分照明该显示器的显示元素；及用对应于全息数据的全息图调变该显示器的显示元素，以衍射该光的一部分以形成对应于该全息数据的全息场景，及抑制该全息场景中的显示零级光。该显示零级光可包括来自该显示器的反射光。零级光可包括来自该显示器的反射光。零级光可包括来自该显示器的反射光。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】对象重建中抑制显示零级光
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请案根据35U.S.C.
§
119主张标题为「DISPLAYING THREE
‑
DIMENSIONAL OBJECTS」且在2020年9月17日申请的美国申请案第63/079,707号及标题为「RECONSTRUCTING OBJECTS WITH DISPLAY ZERO ORDER LIGHT SUPPRESSION」且在2021年2月16日申请的美国申请案第63/149,964号的优先权，这些申请案的全部内容以引用的方式并入本文中。


[0003]本专利技术涉及三维(3D)显示器，且更具体地，涉及具有对象重建的3D显示器。

技术介绍

[0004]常规二维(2D)投影及3D渲染的进步已带来用于3D显示的新方法，包括将头部及眼部追踪与常规显示设备混合以用于虚拟现实(VR)、扩增实境(AR)及混合实境(MR)的许多混合技术。此等技术试图复制全息影像的体验，通过结合追踪及基于量测的计算，以模拟可由实际全息图表示的立体或眼内本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种方法，其包含：用光照明显示器，该光的第一部分照明该显示器的显示元素；及用对应于全息数据的全息图调变该显示器的该显示元素，以i)衍射该光的该第一部分以形成对应于该全息数据的全息场景，及ii)抑制该全息场景中的显示零级光，该显示零级光包含来自该显示器的反射光。2.如权利要求1的方法，其中用该光照明该显示器包含该光的第二部分照明邻近显示元素之间的间隙，且其中该显示零级光包含以下各者中至少一者：在该显示器的该间隙处反射的该光的该第二部分，在该显示器的该间隙处衍射的该光的该第二部分，来自该显示元素的反射光，或来自覆盖该显示器的显示器罩盖的反射光，且视情况其中来自该显示器的该反射光形成该显示零级光的主级，且视情况其中该显示器被配置为以抑制该显示零级光的一或多个高级，且其中该显示元素不规则或非均匀，且视情况其中该显示元素形成沃罗诺伊图案。3.如前述权利要求中任一项的方法，其进一步包含：配置该全息图，使得该光的该衍射第一部分具有不同于该显示零级光的特性的至少一个特性，且视情况其中该至少一个特性包含以下各者中至少一者：功率密度、光束发散度、远离该显示器的传播方向，或偏振状态。4.如前述权利要求中任一项的方法，其中该显示零级光在该全息场景中以光抑制效率被抑制，且其中该光抑制效率被定义为减去该全息场景中具有该抑制的该显示零级光的量与该全息场景中没有该抑制的该显示零级光的量之间的比率的结果，且视情况其中该光抑制效率大于预定百分比，该预定百分比为50％、60％、70％、80％、90％或99％中一者，且视情况其中该光抑制效率为100％。5.如前述权利要求中任一项的方法，其进一步包含：对于对应于对象的多个基元中每一者，通过在全局三维(3D)坐标系统中计算自该基元至该显示器的该显示元素中每一者的电磁(EM)场传播而判定对该显示元素的EM场贡献；及对于该显示元素中每一者，产生自该多个基元至该显示元素的该EM场贡献的总和，其中该全息数据包含来自该对象的该多个基元的针对该显示器的该显示元素的该EM场贡献的该总和，且视情况其中该全息场景包含对应于该对象的经重建对象。6.如前述权利要求中任一项的方法，其中该全息数据包含该显示器的该显示元素的各自相位，其中该方法进一步包含通过将该显示元素的各自相位调整为具有预定相位范围来配置该全息图，且
视情况其中该预定相位范围为[0,2π]，且视情况其中调整该显示元素的各自相位包含根据调整各自相位，其中表示相应相位的初始相位值，表示该相应相位的经调整相位值，且A及B为常数，且视情况其中调整该各自相位包含调整该常数A及B，使得最大化该全息场景的光抑制效率，且视情况其中调整该常数A及B包含通过机器视觉算法或机器学习算法调整该常数A及B。7.如前述权利要求中任一项的方法，其进一步包含：使该光的该衍射第一部分发散以形成该全息场景；及使该全息场景中或邻近于该全息场景的该显示零级光发散，且视情况其中使该光的该衍射第一部分发散包含引导该光的该衍射第一部分通过配置于该显示器下游的光学发散组件，使该显示零级光发散包含引导该显示零级光通过该光学发散组件，且视情况其中照明该显示器的该光为准直光，该显示零级光在到达该光学发散组件之前准直，且该方法进一步包含配置该全息图，使得该光的该衍射第一部分在到达该光学发散组件之前会聚，且视情况其中该全息数据包含该显示元素中每一者对应的相位，该方法进一步包含通过将对应的相位添加到该显示元素中的每一者的相应相位来配置该全息图，且该显示元素的对应相位由该光学发散组件补偿，使得该全息场景对应于该显示元素对应的相位，且视情况其中该显示元素中每一者的该对应相位被表达为：其中表示该显示元素的该对应相位，λ表示该光的波长，f表示该光学发散组件的焦距，x及y表示该显示元素在坐标系统中的坐标，且a及b表示常数，且视情况其中该全息场景对应于具有视角的重建锥，该方法进一步包含通过以下操作来配置该全息图：沿垂直于该显示器的方向相对于全局3D坐标系统使配置锥相对于该显示器移动对应于该光学发散组件的焦距的距离，该配置锥对应于该重建锥且具有相同于该视角的顶角；及基于该全局3D坐标系统中的该经移动的配置锥产生该全息数据，且视情况其中该光学发散组件为包含凹透镜或全息光学组件(HOE)中至少一者的散焦组件，该凹透镜或该HOE被配置为以在该全息场景外部衍射该显示零级光，且视情况其中该光学发散组件为包含凸透镜或全息光学组件(HOE)中至少一者的聚焦组件，该凸透镜或该HOE被配置为以在该全息场景外部衍射该显示零级光。8.如前述权利要求中任一项的方法，其进一步包含：在沿垂直于该显示器的方向与该显示器隔开的二维(2D)屏幕上显示该全息场景，且视情况进一步包含移动该2D屏幕以获得该2D屏幕上的该全息场景的不同截块。9.如前述权利要求中任一项的方法，其进一步包含：引导该光以照明该显示器，且视情况其中引导该光以照明该显示器包含由光束分光器引导该光，其中该光的该衍射第一部分及该显示零级光透射通过该光束分光器，且视情况其中用该光照明该显示器包含以正入射角用该光照明该显示器。
10.如前述权利要求中任一项的方法，其中该光的该衍射第一部分形成具有视角的重建锥，且用该光照明该显示器包含以大于该视角的一半的入射角用该光照明该显示器，且其中该方法进一步包含：配置该全息图，使得该光的该衍射第一部分形成该重建锥，该重建锥与在该光正入射于该显示器上时由该光的该衍射第一部分形成的重建锥相同。11.如权利要求10的方法，其中该全息数据包含该显示元素中每一者对应的相位；该方法进一步包含通过将对应的相位添加到该显示元素中每一者的相应相位来配置该全息图；且该显示元素的对应相位由该入射角补偿，使得该全息场景对应于该显示元素对应的相位，且视情况其中该显示元素中每一者对应的相位被表达为：其中表示该显示元素的该对应相位，λ表示该光的波长，x及y表示该显示元素在全局3D坐标系统中的坐标，且θ表示对应于该入射角的角度，且视情况其中配置该全息图包含：相对于全局3D坐标系统使配置锥相对于该显示器移动，该配置锥对应于该重建锥且具有对应于该重建锥的该视角的顶角；及基于该全局3D坐标系统中的该经移动的配置锥产生该全息数据，且视情况其中在该全局3D坐标系统中使该配置锥相对于该显示器移动包含相对于该全局3D坐标系统使该配置锥相对于该显示器的表面旋转一旋转角，该旋转角对应于该入射角。12.如权利要求10或11的方法，其进一步包含阻挡该显示零级光出现于该全息场景中，且视情况其中该全息场景的光抑制效率为100％，且视情况其中阻挡该显示零级光包含：引导该显示零级光朝向配置于该显示器下游的光学阻挡组件，且视情况进一步包含引导该光的该衍射第一部分而以一透射效率透射通过该光学阻挡组件以形成该全息场景，且视情况其中该透射效率不小于预定比率，且视情况其中该光学阻挡组件被配置为以透射具有小于预定角度的角度的第一光束且阻挡具有大于该预定角度的角度的第二光束，且该预定角度小于该入射角且大于该视角的该一半，且视情况其中该光学阻挡组件包含多个微结构或纳米结构、超颖材料层或光学异向性膜，且视情况进一步包含通过引导该光通过基板上的光学衍射组件来引导该光以照明该显示器，该光学衍射组件被配置为以使该光以该入射角衍射出，且视情况其中引导该光以照明该显示器包含以下各者中至少一者：将该光通过波导耦合器引导至该光学衍射组件；将该光通过耦合棱镜引导至该光学衍射组件；及将该光通过该基板的楔形表面引导至该光学衍射组件，且视情况其中该光学衍射组件形成于该基板的面对该显示器的第一表面上，且该光学阻挡组件形成于该基板的与该第一表面相对的第二表面上。
13.如权利要求10至12中任一项的方法，其进一步包含：重导向该显示零级光远离该全息场景，且视情况其中该全息场景的光抑制效率为100％，且视情况其中重导向该显示零级光远离该全息场景包含：由配置于该显示器下游的光学重导向组件衍射该显示零级光远离该全息场景，且视情况其中该光学重导向组件被配置为以透射该光的该衍射第一部分以形成该全息场景，且视情况其中该光学重导向组件被配置为使得该显示零级光沿向上方向、向下方向、向左方向、向右方向或其组合中至少一者在三维(3D)空间中在该全息场景外部衍射，且视情况其中该光学重导向组件被配置为以使具有相同于预定角度的角度的第一光束与具有不同于该预定角度的角度的第二光束相比以实质上较大衍射效率衍射，且该预定角度实质上相同于该入射角，且视情况其中该光学重导向组件包含布拉格光栅，且视情况其中该光学衍射组件形成于该基板的面对该显示器的第一表面上，且该光学重导向组件形成于该基板的与该第一表面相对的第二表面上，且视情况其中该光的该入射角为负，且由该光学重导向组件衍射的该显示零级光的衍射角为负，且视情况其中该光的该入射角为正，且由该光学重导向组件衍射的该显示零级光的衍射角为正，且视情况其中该光的该入射角为负，且由该光学重导向组件衍射的该显示零级光的衍射角为正，且视情况其中该光的该入射角为正，且由该光学重导向组件衍射的该显示零级光的衍射角为负，且视情况其中该光学重导向组件由第二基板覆盖，且视情况进一步包含由形成于该第二基板的侧表面或该基板的侧表面中至少一者上的光学吸收体吸收由该光学重导向组件重导向且由该第二基板与周围介质之间的界面反射的该显示零级光，且视情况其中该第二基板在该第二基板的与该光学重导向组件相对的表面上包含抗反射涂层，且该抗反射涂层被配置为透射该显示零级光，且视情况其中该显示零级光在到达该第二基板之前进行p偏振，且该光学重导向组件被配置为以将该显示零级光衍射为以布鲁斯特角入射于该第二基板与周围介质之间的界面上，使得该显示零级光完全透射通过该第二基板，且视情况进一步包含在显示零级光到达该第二基板之前将该显示零级光的偏振状态自s偏振转换成p偏振，且视情况其中转换该显示零级光的该偏振状态包含由相对于该显示器配置于该光学重导向组件上游的光学偏振装置转换该显示零级光的该偏振状态，且视情况其中转换该显示零级光的该偏振状态包含由相对于该显示器配置于该光学重导向组件下游的光学偏振装置转换该显示零级光的该偏振状态，且视情况其中该光学偏振装置包含依序配置于该光学重导向组件下游的光学延迟器及
光学偏振器，且该光学延迟器形成于该第二基板的与该光学重导向组件相对的一侧上，该光学偏振器由第三基板覆盖，且视情况其中该第二基板包含在该光学重导向组件的顶部上的第一侧、与该第一侧相对的第二侧，及在该第二基板的该第二侧上且被配置为以透射该光的该衍射第一部分且吸收由该光学重导向组件衍射的该显示零级光的光学阻挡组件，且视情况其中该光学阻挡组件包含光学异向性透射器，其被配置为以透射具有小于预定角度的角度的第一光束且吸收具有大于该预定角度的角度的第二光束，且其中该预定角度大于该视角的一半且小于该显示零级光由该光学重导向组件衍射的衍射角，且视情况其中该光学重导向组件被配置为以将该显示零级光衍射为以大于临界角的角度入射于该第二基板与周围介质之间的界面上，使得由该光学衍射组件衍射的该显示零级光在该界面处全反射，且视情况其中光学吸收体形成于该基板及该第二基板的侧表面上且被配置为以吸收该全反射显示零级光。14.如权利要求13的方法，其中该光包含多个不同色彩光，且该光学衍射组件被配置为以在该显示器上以该入射角衍射该多个不同色彩光，其中该光学重导向组件包含用于该多个不同色彩光中每一者的各自光学重导向子组件，且视情况其中用于该多个不同色彩光的该各自光学重导向子组件记录于同一记录结构中，且视情况其中用于该多个不同色彩光的该各自光学导向子组件记录于不同对应记录结构中，且视情况其中该光学重导向组件被配置为以在3D空间中朝向不同方向以不同衍射角衍射该多个不同色彩光，且视情况其中该光学重导向组件被配置为以将该多个不同色彩光中至少一者衍射为以至少一个布鲁斯特角入射于界面处，且视情况其...

【专利技术属性】
技术研发人员：K，
申请(专利权)人：太平洋灯光全息图公司，
类型：发明
国别省市：