CN113728530A - 四维能量引导***和方法 - Google Patents

Abstract

一种能量引导***可包含一个或多个能量源和多个能量引导表面，所述能量引导表面配置成从其沿着多个能量传播路径引导入射能量。所述多个能量引导表面布置成使得从每个能量引导表面起的所述能量传播路径分别定义为四维坐标，所述四维坐标包括对应于相应能量引导表面的位置的两个空间坐标和定义相应传播路径的角方向的两个角坐标。可以使用能量属性数据来确定用于操作所述一个或多个能量源和所述能量引导表面的指令。

Description

四维能量引导***和方法

技术领域

本公开涉及能量引导***，并且确切地说，涉及其中能量引导表面布置和配置成在四维坐标系中引导能量的能量引导***。

背景技术

通过Gene Roddenberry的《星际迷航(Star Trek)》推广的“全息甲板”室内的交互式虚拟世界的梦想最初是在20世纪初由作家Alexander Moszkowski设想出来的，近一个世纪以来它一直是科幻和技术创新的灵感来源。然而，除了文学、媒体以及儿童和成年人等的集体想象之外，这种体验并不存在令人信服的实施方案。本申请教示了将来自3D环境的信息渲染为一种格式以允许4D能量场投影***从3D环境输出在场景上建模的4D能量场的***和方法。

发明内容

能量场是一种描述空间中多个点的多个方向上的能量流的向量函数。能量引导***可包括多个能量引导表面，其中在具有不同能量属性的多个方向上引导能量。能量引导表面的每个物理位置具有二维(“2D”)空间坐标(x,y)，并且输出能量传播路径的每个方向在三维(“3D”)空间中描述为两个角坐标

或等效地由归一化坐标(u,v)。2D空间坐标(x,y)和2D角坐标一起形成4D坐标

其中每一能量传播射线描述为从所述位置进行的能量投射的位置和角度。

可以通过利用能量引导表面偏转能量束来沿着一系列能量传播路径从固定位置引导能量，所述能量引导表面配置成实施能量指向的角坐标θ和

的恒定或连续变化。

根据本公开的原理的能量引导***的实施例包含：1)多个能量源；2)多个能量引导表面，其配置成各自从所述多个能量源中的至少一个能量源接收能量并从其沿着多个能量传播路径引导能量；以及3)控制器，其与所述多个能量源和所述多个能量引导表面通信，所述控制器可用于向所述能量源和所述能量引导表面提供同步信号以沿着不同能量传播路径选择性地引导能量。所述多个能量引导表面布置成使得从每个能量引导表面起的所述能量传播路径分别定义为四维坐标，所述四维坐标包括对应于相应能量引导表面的位置的两个空间坐标和定义相应传播路径的角方向的两个角坐标。

根据本公开的原理的能量引导***的实施例包含：1)能量源，其配置成提供准直能量；

2)能量引导表面阵列，每一能量引导表面配置成接收所述准直能量并从其沿着多个能量传播路径偏转所接收能量；以及3)控制器，其与所述能量引导表面通信，所述控制器可用于向所述能量引导表面提供信号以沿着不同能量传播路径选择性地引导能量。所述多个能量引导表面布置成阵列，使得从每个能量引导表面起的所述能量传播路径分别定义为四维坐标，所述四维坐标包括对应于相应能量引导表面的位置的两个空间坐标和定义相应传播路径的角方向的两个角坐标。

根据本公开的原理的用于根据四维函数引导能量的方法的实施例包含以下步骤：1)接收包括四维(“4D”)坐标系中的多个4D坐标的能量属性数据的数据集，所述多个4D坐标分别包括定义在所述4D坐标系中多个能量引导表面的空间位置的两个空间坐标和定义从每个能量引导表面起的所述能量传播路径的角方向的两个角坐标，所述多个能量引导表面配置成各自从一个或多个能量源接收能量并从其沿着多个能量传播路径引导所述能量；2)将所述数据集处理成数据子集，每个数据子集包括在所述4D坐标系中具有相同的两个空间坐标的所述能量传播路径的所述两个角坐标的所述能量属性数据；3)基于第一数据子集，确定用于操作第一能量引导表面的第一指令，所述指令包括沿着所述第一能量引导表面的不同能量传播路径引导能量的序列，所述第一数据子集包括所述第一能量引导表面的所述能量传播路径的所述角坐标的所述能量属性数据；以及4)根据所确定的第一指令，操作所述第一能量引导表面以时间连续方式引导能量。

附图说明

图1A示出包括可配置反射超表面的能量引导装置的正交视图，所述可配置反射超表面可用于沿着多个传播路径偏转入射能量；

图1B示出包括可配置透射超表面的能量引导装置的正交视图，所述可配置透射超表面可用于沿着多个传播路径偏转入射能量；

图1C示出具有围绕两个轴倾斜的倾斜能量反射器的能量引导装置的一个实施例的正交视图，以零倾斜的状态示出；

图1D示出图1C的能量引导***的正交视图，其中倾斜反射器在一个轴上倾斜角度θ，且在另一正交轴上倾斜角度

图2A是包括能量源和可配置能量引导表面的能量引导模块的正交侧视图；

图2B是包括能量源和可配置能量引导表面的能量引导模块的正交侧视图，所述可配置能量引导表面可用于沿着多个能量传播路径引导能量，所述能量传播路径绕与模块基座正交的能量传播轴布置；

图2C是包括能量源和可配置能量引导表面的能量引导模块的正交侧视图，所述可配置能量引导表面可用于沿着多个能量传播路径引导能量，所述能量传播路径绕不与模块基座正交的能量传播轴布置；

图2D是包括能量源和能量引导装置的可配置透射能量引导表面的能量引导模块的正交侧视图；

图2E是包括能量源和能量引导装置的可配置透射能量引导表面的能量引导模块的正交侧视图，所述可配置透射能量引导表面可绕能量传播轴沿着能量传播路径偏转入射能量；

图2F是能量引导模块的正交侧视图，此能量引导模块类似于图2E中所示的能量引导模块，但相对于模块的机械基座的法线倾斜的能量传播轴的偏转角不同；

图2G是包括能量引导层的能量引导模块的正交侧视图，所述能量引导层包括在公共衬底内限定的三个可重新配置透射能量引导位点；

图2H是模块化能量源的正交侧视图；

图2I示出具有能量引导层的能量引导***的正交视图，所述能量引导层包括在单个衬底中限定的多个独立控制的能量引导位点，每个能量引导位点偏转来自能量源模块的能量；

图3A是包括单点状能量源和聚焦元件的模块化能量源的正交侧视图；

图3B示出具有能量引导装置和多个能量源模块的能量引导***的正交视图，所述能量引导装置包括在单个衬底中限定的多个独立控制的可重新配置能量引导位点；

图3C是包括能量引导模块阵列的能量引导***在第一时间实例t1的正交视图；

图3D是在第二时间实例t2的图3C中所示的能量引导***；

图4A是包括单点状能量源和可配置透射能量引导装置的能量引导模块的正交侧视图，所述可配置透射能量引导装置产生准直和偏转的输出能量；

图4B是含有单点状能量源和可配置透射能量引导装置的能量引导模块的正交侧视图，所述可配置透射能量引导装置产生基本上准直但略微聚焦的输出能量；

图4C是包括单点状能量源和可配置透射能量引导装置的能量引导模块的正交侧视图，所述可配置透射能量引导装置产生的能量准直且围绕相对于能量引导表面的法线倾斜的能量投射轴。

图5A是示出第一能量引导模块的操作的示意图；

图5B是示出图5A中所示的能量引导模块的实施方案的示意图；

图5C是示出第二能量引导模块的操作的示意图；

图5D是示出图5C中所示的能量引导模块的实施方案的示意图；

图5E是示出第三能量引导模块的操作的示意图；

图5F是示出图5E中所示的能量引导模块的实施方案的示意图；

图6是包括具有八个能量引导模块的阵列的能量引导***的一个实施方案的透视图，每一模块包括将能量从调制能量源重新引导到能量传播路径中的能量引导装置；

图7是包括具有八个能量引导模块的阵列的能量引导***的一个实施方案的透视图，每一模块包括将能量从调制能量源重新引导到能量传播路径中的可重新配置透射能量引导装置；

图8A是具有能量引导层的能量引导***的一个实施方案的透视图，所述能量引导层包括在单个衬底中限定的多个独立控制的能量引导位点，每个能量引导位点偏转来自能量源的能量；

图8B是具有能量引导层的能量引导***的另一实施方案的透视图，所述能量引导层包括在单个衬底中限定的多个独立控制的能量引导位点，每个能量引导位点偏转入射的准直能量的一部分；

图8C是包括2轴能量引导装置的阵列的能量引导***的透视图，所述2轴能量引导装置分别将入射的大面积准直能量的部分反射到反射能量传播路径中；

图9是具有能量引导层的能量引导***的一个实施方案的正交视图，所述能量引导层包括在公共衬底中限定的多个独立控制的能量引导位点，每个能量引导位点将来自位于公共背板上的一个或多个能量源的能量束偏转到能量传播路径中；

图10示出具有可变偏转角的光场显示***的正交视图；以及

图11包括流程图，示出了用于利用本公开的能量引导***引导能量的方法。

具体实施方式

本公开的一个方面涉及用于通过利用能量引导表面偏转来自能量源的能量来沿着一系列能量传播路径从固定位置引导能量的实施例，所述能量引导表面配置成改变能量传播路径的方向的角坐标θ和

此类能量引导装置的一个实例是超表面。超表面可用于创建平坦、紧凑和可重新配置的***，此***能够通过空间布置具有不同尺寸和亚波长周期性的纳米散射元件来从入射能量波前动态创建工程能量波前。例如，在光域中，超表面可包含具有亚波长分辨率的多个位点，这些位点可对于在紫外到红外波长范围内的光波长进行动态调整以操纵入射光的相位、幅度和偏振。这些光学超表面的实施例可利用向列液晶(LC)的电光特征来控制超表面的相位分布，从而引导从超表面层反射或透射穿过一个或多个超表面层的能量。超表面的重新配置可非常快速，甚至只需大约数微秒，以实现所述两个角坐标θ和

的宽角度范围内的快速扫描。

能量引导表面的另一实例是在两个轴上倾斜的微反射器。此类微反射器可以是微机电(MEMS)装置，它可以使用微制造技术来生产。MEMS装置的物理尺寸可在维谱的下限——远低于一微米——到数毫米的范围内变化。例如，微镜等MEMS能量反射器可具有反射表面，其直径在几十微米到几十毫米的范围内，并且可在两个正交轴中旋转几十度。MEMS能量反射器可构造为2D扫描镜，它可在大于100Hz且有时超过1000Hz的扫描频率下操作。MEMS能量反射器经久耐用，因为有些反射器可能会倾斜超过10亿次，而不会对任何移动部分造成严重磨损。

可以以足够高的频率调制能量并将其引导到能量引导表面，以创建能量传播路径的分布。在扫描镜投影仪的实施例中，来自红色、绿色和蓝色激光器(准直能量源)的光可进行调制、组合，并从沿着两个不同倾斜轴扫描的镜反射到可以查看的屏幕或表面上。由于视觉暂留，视频图像可以在屏幕或表面上显示，让观察者看到。此***的能量传播路径的数目可被认为等于所投影视频的总分辨率。例如，如果视频的分辨率是720p，那么与微镜的单个位置相关联的离散能量传播路径的数目可以是与720p相关联的总像素量＝1280x720或9.2x10⁵。在四维(4D)坐标系的背景下，在水平角度范围θ中存在1280个能量传播路径方向，在竖直角度范围

中存在720个能量传播路径方向，所有这些都具有微镜的相同位置坐标(x,y)。能量引导***可以使用许多此类包括激光器等能量源和微镜等能量偏转表面的模块，以便在每一时间间隔投射许多4D传播路径，其中所述时间间隔可以是视频刷新速率的倒数。能量源可分别配置成进行调制，并且能量偏转表面只能在对应能量源基本上关闭时重新配置。

在4D光场的能量引导***的实施例中，可以设计成具有高角分辨率，这可涉及每个空间位置的u和v的数百或数千个角分辨率坐标。例如，对于90度视场及在水平方向上每度60个能量传播路径的分辨率，在水平范围θ中存在5400个能量传播路径。对角度范围中离散能量传播路径的数目的限制因素可包含针对能量源可实现的调制频率以及能量引导表面可以受控和可预测方式重新配置的速度。

在实施例中，能够实现上述技术效果的4D能量引导***可构造成包含多个能量源和多个能量引导表面，所述多个能量引导表面配置成各自从所述多个能量源中的至少一个能量源接收能量并从其沿着多个能量传播路径引导能量。在实施例中，4D能量引导***进一步包含与所述多个能量源和所述多个能量引导表面通信的控制器，所述控制器可用于向所述能量源和所述能量引导表面提供同步信号以沿着不同能量传播路径选择性地引导能量。所述多个能量引导表面可布置成使得从每个能量引导表面起的能量传播路径分别定义为四维坐标，所述四维坐标包括对应于相应能量引导表面的位置的两个空间坐标x和y和定义相应传播路径的角方向的两个角坐标θ和

根据上文的本公开的能量引导***可以各种方式实施。在实施例中，所述多个能量引导表面和所述多个能量源容纳于模块化能量引导模块阵列中。能量引导模块阵列可各自包括在某一区域或体积内在多个方向上连续地偏转能量的能量引导表面。在光域中，能量模块可配置成将单独调制的红色、绿色和蓝色激光组合成单射束，此射束从集成扫描镜反射，所述集成扫描镜的操作速度快到足以投影VGA或更高分辨率的视频(例如，TriLite技术有限公司)。另外，超表面可用作能量引导表面，既作为透射装置又作为反射表面装置。

在实施例中，本公开提供使用能量引导表面的阵列和单个准直调制能量源实施能量引导***的各种实例，而不是使用多个能量源。

能量引导***可以通过对应的能量表面来优化，所述能量表面投射聚焦在限定体积内的能量。此体积可以是利用会聚光线生成全息对象、利用超声波能量创建触觉表面等的区域。优化配置可以是其中根据能量表面上的位置调整从能量表面起的能量传播路径的角度范围的配置。例如，如果视***于光场显示器的中心线附近，那么靠近光场显示器边缘的最佳投影角度范围可朝向光场显示器的中心倾斜。本公开提供用于配置能量引导模块的安装角度以实现从能量引导表面进行的能量投射的角度的所需布置的各种实施例。

图1A示出包括含有主动区域的可配置反射超表面122的能量引导表面120的正交视图，所述主动区域含有多个纳米结构121，其中一些纳米结构可分别受控制器123控制，所述可配置反射超表面122配置成在两个正交轴θ、

上将入射能量125偏转到许多可能的传播路径中的一个。超表面122是能量引导表面。超表面122上的纳米结构121配置成将入射能量束125反射到能量传播路径126，但是***120可配置成在轴θ和

的角度范围中生成许多传播路径，包含所示能量传播路径127和128。图1A中的能量引导***120示出为在一个平面中绕一个方向(θ)将入射能量125偏转到能量传播路径，但是它还可在与θ正交的

方向上沿着传播路径偏转能量，不过这些传播路径在图1A中未示出。最终，所述两个轴上可分辨能量传播路径方向的数目取决于能量引导超表面的详细构造。在实施例中，可重新配置的超表面122可用于实施入射能量125的θ或

指向随时间的增加而出现的基本上连续变化，其仅受***120的指向分辨率限制。在实施例中，能量指向可在不到10毫秒内重新配置。在另一实施例中，能量指向可在0.0001到1000微秒的时间内配置。

可重新配置的超表面可包含布置在所述表面上的多个动态可调元件。在实施例中，这些元件具有多个可调反射相位，用于响应于入射能量而提供动态可调的反射或透射能量束。在实施例中，可调元件以小于入射能量的波长的元件间间距布置。在实施例中，动态可调元件含有电气可调材料，其可为聚合物或液晶材料。在实施例中，所述多个元件中的每一个进一步包含一对电极，其配置成跨电气可调材料施加可调电压。在实施例中，所述多个元件布置成以行和列作索引的二维阵列，每一元件可单独寻址，并且可存在对每一元件的主动控制。在实施例中，元件是介电谐振器。

在实施例中，可以用超材料实现电磁能和声能的偏转。这些超材料可包含二维图案化表面，也称为超表面，它们的工程亚波长单元或结构可用作重新引导能量波前的材料。入射能量的这种偏转可以通过沿着超材料的分布布置渐变相移来完成。超表面设计的一种方法是实现局部相位调制，它根据广义斯涅尔定律(GSL)规定出射波的特性。这可用于设计诸如透镜和分束器之类的结构。在声学中，超表面内的相移可用于操纵波前和吸收声音。

此类方法在散射效率方面存在局限性，这可以通过使用包括双各向异性材料的超材料来克服。在双各向同性电磁介质中，电场和磁场通过介质的固有常数耦合。如果耦合常数取决于介质内的方向，那么介质被称为双各向异性。

双各向异性电磁响应可以通过双各向异性超表面实施，其中散射的电磁场依据照射方向而不同。对于电磁超表面，解决方案可基于级联阻抗层。这些结构可以高效地偏转光、聚焦光并实现其它光学功能。超材料可根据广义斯涅尔定律实现局部相位调制，或者通过由双各向同性材料或双各向异性材料制成的结构构造而成而具有更高的效率来偏转光束。如果各个超表面区域可单独寻址和配置，那么可以在这些能量引导位点中的每一个处跨某一角度范围来编程能量引导角度

图1B示出包括可配置透射超表面142和控制器143的能量引导表面140的正交视图，所述可配置透射超表面142含有多个单独控制的纳米结构141，且所述控制器143配置成操作超表面142以在两个轴θ、

上将入射能量145偏转到许多可能的传播路径中的一个。超表面142上的纳米结构141配置成透射入射能量145并将其偏转到能量传播路径146，但是***140可配置成在角度范围θ150中生成任何其它传播路径，包含能量传播路径147和148。能量引导***140还可配置成绕与θ正交的

方向将入射能量145偏转到能量传播路径，但是这些传播路径在图1B中未示出。在实施例中，可重新配置的超表面142可用于实施入射能量145的θ或

指向的连续变化。在实施例中，入射能量145的指向可在不到10毫秒内重新配置。在另一实施例中，入射能量的指向可在0.0001到1000微秒的时间内配置。在实施例中，可重新配置的超表面包含可重新配置的二维超表面。

图1A和1B中所示的可重新配置超表面可包含布置在所述表面上的多个动态可调元件。在实施例中，这些元件具有多个可调反射或透射相位，用于响应于入射能量而提供动态可调的反射或透射能量。在实施例中，可调元件以小于入射能量的波长的元件间间距布置。在实施例中，动态可调元件含有电气可调材料，其可为聚合物或液晶材料。在实施例中，所述多个元件中的每一个进一步包含一对电极，其配置成跨电气可调材料施加可调电压。在实施例中，多个元件布置成以行和列作索引的二维阵列。在实施例中，超过一个元件可单独通过超表面控制器123或143寻址，所述超表面控制器可用于提供对这些元件的主动控制。在实施例中，元件是介电谐振器。在另一实施例中，超表面包括填充有向列液晶以及电场的纳米孔晶格，以控制超表面的相位分布并提供射束转向。在一个实施例中，超表面由超薄和分层的高指数介电贴片制成。在一个实施例中，超表面由单独设计、构造并且可以单独寻址的柱和盘构建块制成。在实施例中，可重新配置的超表面包含可重新配置的二维超表面。在另一实施例中，超表面具有超过一个超表面材料层，它们可以单独配置。在另一实施例中，超表面包括双各向同性或双各向异性材料。

图1C示出用倾斜能量反射器101实施的能量引导表面160的一个实施例的正交视图，所述倾斜能量反射器101围绕两个轴倾斜，以零倾斜状态示出。在一个实施例中，能量引导***160包括MEMS装置。在图1C示出的实施例中，倾斜能量反射器能量引导表面101(例如，电磁能镜)围绕一对内部挠曲部104倾斜，这一对内部挠曲部连接到自身在两个外部挠曲部102上倾斜的万向节框架103，所述外部挠曲部连接到固定框架105。这一对内部挠曲部和这一对外部挠曲部分别形成供能量反射器倾斜的独立正交轴。在一个实施例中，这两对挠曲部可以是扭转铰链，并且倾斜能量反射器101、挠曲部对102和104由一层单晶硅蚀刻出，这一层单晶硅还形成固定框架105的至少一部分。能量反射器可具有各种反射涂层在它上面沉积，包含铝、金、工程声能反射材料或者能够反射适当类型和波长的能量的任何其它材料。

图1D示出能量引导表面160的正交视图，其中反射器101在一个轴上倾斜角度θ106，并在另一正交轴上倾斜角度

万向节构造确保了倾斜能量反射器101的中心在反射器倾斜时保持固定。反射器101和固定框架105均安装在表面110上，表面110在一些实施例中可以是含有包含驱动器和反馈传感器的集成电子装置的衬底。在一个实施例中，此衬底可由硅制成，并带有微制造的组件。在另一实施例中，安装表面110可采用具有电极和反馈电子组件的印刷电路板(PCB)的形式，所述反馈电子组件例如小型LED源或光电检测器，并且微镜105的框架可以利用垫片安装到此PCB上。

能量引导倾斜反射器101可以使用各种方法致动。静电致动可以使用MEMS平行板极电容器结构或具有多个小间距的平行板的MEMS竖直梳状驱动致动器来实现(这些在图1C或1D中均未示出)。直径为一毫米或更大的倾斜能量反射器101特别适合电磁致动，因为磁转矩受永磁材料的体积和电磁体的线圈面积影响。电磁致动可以使用以下实现：蚀刻到倾斜能量反射器101中的一个或多个线圈或附接到能量反射器101上的永久磁体，及在能量反射器101下方配置于表面110上以在倾斜能量反射器101的相对侧面上产生推拉结构的磁场感应线圈。微倾斜能量反射器可以利用其它手段致动，包含使用压电或磁致伸缩材料。

图1C和1D示出能量引导倾斜能量反射器101的一个可能配置，并且应了解，许多其它配置是可能的。例如，在其它实施例中，倾斜能量反射器可以实施为安装在柱上的MEMS装置，所述柱附接到可以通过静电或电磁方式进行位置控制的铰链上。倾斜能量反射器的其它配置同样是可能的，包含旋转全息光栅、旋转多边形镜，或两个单轴倾斜解决方案的组合，所述解决方案例如但不限于一个轴(θ)的旋转多边形镜和正交轴

的1D扫描镜。

对于一些能量引导***，例如光场显示器，能量引导倾斜能量反射器类似于扫描镜，它们可以是几毫米的直径，并且具有极高的谐振Q值。这意味着反射器对阶跃电流或电压的倾斜响应将是带有较大振荡的倾斜阶跃，此振荡可能相对无阻尼，需要许多毫秒才能消失。因此，为了实现快速扫描，可以使用控制电路主动控制MEMS镜，此控制电路以实时速度读取镜倾斜角度，并相应地调整驱动电流或电压。通常，镜倾斜反馈电子组件在镜表面101下方位于安装表面110上，且控制器106读取这些倾斜反馈元件并计算正确电磁驱动信号，以保持倾斜能量反射器固定，不受振动影响，或者保持倾斜能量反射器101的倾斜运动平滑。在一个实施例中，这利用PID控制环路完成。在本公开中，假设将能量反射器保持在不受振动影响的固定倾斜角度或改变能量反射器的倾斜都可以通过运行主动控制环路来实施，此主动控制环路持续监测能量反射器的倾斜并实时调整驱动电流或电压。此控制环路可在倾斜控制器106内运行。

图1A、1B、1C和1D中所示的能量引导表面示出可与能量源配对以形成紧凑的能量引导模块的紧凑装置。能量源可被准直，因此它们形成能量束，并且可被调制，使得它们可以进行时间控制以按照小间距的时间间隔递送不同数量的能量。多个此类能量引导模块可用于形成能量引导表面。在实施例中，控制器123、143或106配置成向调制能量源和能量引导表面122、142或101提供同步信号，以操作能量源和能量引导表面沿着不同能量传播路径选择性地引导调制能量。

图2A是包括能量源203与可配置能量引导表面201A的能量引导模块200的正交侧视图，所述能量源203将能量束206引导到能量引导装置202A，所述可配置能量引导表面201A在两个轴

207上偏转束，但是出于说明性目的，仅示出一个轴上的偏转。能量源203可产生被准直、调制或既被准直又被调制的能量。能量引导表面201A可以是可配置超表面、倾斜能量反射器，或可在两个轴上倾斜入射束206的任何其它装置或装置组合。偏转射束可以是两个正交轴θ、

上的大量能量传播路径207中的任一个，二维角偏转范围207A取决于能量引导装置201A的配置和能量引导装置202A的倾斜偏转分辨率。可能的偏转射束能量传播路径207围绕能量传播轴208，此能量传播轴可以是关于能量传播路径207的角度范围的对称轴。能量引导装置202A和能量源203均安装在机械基座204A上，所述机械基座204A可含有处理器、电子驱动电路、电子反馈电路、能量源调制组件、电引线205A，以及用于实施能量引导装置和能量源的操作的各个方面的任何其它组件。

在实施例中，可以将额外的能量修改组件添加到能量引导模块200中以便实现不同功能。例如，对于可见电磁能，如果能量源203是边缘发射激光器，那么能量束分布可以在一个维度上拉长，但在其它维度上不拉长。棱镜可用于在一个维度内扩展射束，以生成更对称的射束形状。此外，诸如边缘发射激光器或垂直腔面发射激光器(VCSEL)之类的许多源可生成发散束，这可通过添加一个或多个透镜进行校正。对于超声投射，可以安装具有不同声阻抗值的类似组件。诸如边缘发射激光器或VCSEL之类的能量源可以直接调制或具有永久调制器，这些永久调制器可以快速地将能量源打开指定能量或基本上关闭能量源。在另一实施例中，能量调制源可以是作为能量源203的一部分的快门，安置在能量源203和能量引导表面201A之间，或者安置在从能量引导表面201A起的出射路径207中。此快门在图2A中未示出，它可包括机械或电光快门，例如LC面板。

图2B是包括能量源203与可配置能量引导表面202B的能量引导模块210的正交侧视图，所述能量源203引导能量206穿过能量束修改组件211和213并到达射束偏转装置201B，所述可配置能量引导表面202B在两个轴θ、

上偏转入射束214。能量源203可产生被准直、调制或既被准直又被调制的能量。来自源203的传入能量206的横截面积由扩束器211扩展，成为能量束212，其在棱镜213的两个表面上经受折射，使得射束212的一个维度变大并变换成能量束214。能量束214通过能量引导装置202B在两个正交方向θ、

上沿着大量能量传播路径215中的任一个偏转，二维角偏转范围215A取决于配置于能量引导装置202B的能量引导表面201B上的双轴倾斜。可能的偏转能量传播路径215围绕能量传播轴216，此能量传播轴描述能量传播方向，并且可以是离开能量引导模块210的能量传播路径215的角度范围的对称轴。应注意，在此配置中，能量传播轴216与安装基座204B的基座法线209平行，此基座可与能量引导***的安装表面一致。用于能量引导装置202B和能量源203的机械封装均安装在机械基座204B上，此机械基座可含有处理器、电子驱动电路、电子反馈电路、能量源调制组件、电引线205B，以及用于实施能量引导装置202B和能量源203的操作的各个方面的任何其它组件。图2B中所示的配置是实例实施方案，并不意图限制可用于放大、聚焦、反射、折射、衍射、重新引导、发散、缩小、调制或以其它方式处理能量使其更适合通过能量引导装置202B偏转并获得所需能量分布的能量形成组件的无限配置，所需能量分布包含尽可能长时间地保持准直、略微聚焦或略微散焦。还可以将此类组件添加到传播路径群组215，以便它们在向外能量被能量引导装置202B偏转之后(而不是之前)被向外能量穿过。

在一些能量引导配置中，在对应能量表面上的一些位置处，在大体不与所述能量表面正交的方向上投射能量可能是有利的。图2C是包括能量源203与可配置能量引导表面201C的模块220的正交侧视图，所述能量源203引导能量206穿过能量修改组件211和213并到达能量引导装置202C，所述可配置能量引导表面201C可在两个轴θ、

上偏转入射束214，这能够生成绕不与模块基座204C正交的能量传播轴218布置的多个能量传播路径217中的任一个。作为关于离开能量引导模块220的能量传播路径217的二维角度范围217A的对称轴的能量传播轴218相对于机械封装204C的基座法线209倾斜非零偏转角219，所述基座可以是能量引导***中可安装220的表面。在此实施例中，能量引导装置202C和能量源203的机械封装均安装在机械基座204C上，此机械基座可含有处理器、电子驱动电路、电子反馈电路、能量源203的调制电子器件、电引线205C，以及用于实施能量引导装置202C和能量源203的操作的各个方面的任何其它组件。图2C所示的配置是实例实施方案，并不意图限制可用于放大、聚焦、反射、折射、衍射、重新引导、发散、缩小、调制或以其它方式处理能量分布使其更适合投射到传播路径中的能量形成组件的无限配置。还可以在能量已经偏转到传播路径217之后添加此类组件。

虽然图2A、2B和2C示出了分别具有反射能量引导表面201A、201B和201C的能量引导模块，但是在本公开的许多实施例的实施方案中还可使用可配置透射能量引导表面。实例有透射能量引导超表面，其包括诸如透明电介质、二氧化硅、玻璃之类的透明材料、诸如氧化铟锡(ITO)之类的透明导电氧化物以及液晶材料。图2D是包括能量源203的能量引导模块230的正交侧视图，所述能量源203引导能量206穿过任选的能量束修改组件211和213并到达任选的反射器263，此反射器将射束214的方向改变为向上变成射束264，从而将其引导到能量引导装置202D的可配置透射能量引导表面201D，所述可配置透射能量引导表面201D可在两个正交轴θ、

上偏转入射束264，这能够生成两个坐标布置于角度范围265A中且以能量传播轴266为中心的大量输出能量传播路径265中的一个。可能能量传播路径的数目可取决于在透射能量引导表面201D上可配置的每个轴θ、

上的可分辨能量引导方向的数目。透射能量引导装置202D和能量源203的机械封装262D均安装在机械基座204D上，此机械基座可含有处理器、电子驱动电路、电子反馈电路、能量源203的调制电子器件、电引线205D，以及用于实施能量引导装置202D和能量源203的操作的各个方面的任何其它组件。图2D中所示的配置是实例实施方案，并不意图限制可用于放大、聚焦、反射、折射、衍射、重新引导、发散、缩小、调制或以其它方式处理能量使其更适合进行准直或聚焦的能量形成组件的几乎无限配置。还可以在能量引导装置202D已经偏转能量束之后将此类组件添加到传播路径265。

图2E是包括能量源203的能量引导模块240的正交侧视图，所述能量源203引导能量206穿过能量修改组件211(例如，扩束器)，产生具有更大直径的能量271，此能量入射到能量引导装置202E的可配置透射能量引导表面201E上，所述可配置透射能量引导表面201E可在两个正交轴θ、

上偏转入射束271，这能够生成基本上以能量传播轴272为中心的角度范围273A中的大量能量传播路径273中的任一个。此装置类似于图2D中所示的装置230，但组件布置不同，组件被机械基座及包装物204E和连接器205E围封。能量引导装置202E的机械封装262E安装到机械包装物204E上。图2E中所示的配置是实例实施方案，并不意图限制可用于放大、聚焦、反射、折射、衍射、重新引导、发散、缩小、调制或以其它方式处理能量使其更适合进行准直或聚焦的能量形成组件的几乎无限配置。还可以在能量引导装置202F已经偏转能量之后将此类组件添加到传播路径273。在图2E中，能量源203可进行调制。在另一实施例中，能量源203可以是连续的，并且调制源可以是作为能量源203的一部分的快门，安置在能量源203和能量引导表面202E之间，或者安置在从能量引导表面201E起的出射路径273中。此快门在图2E中未示出，它可包括机械或电光快门，例如LC面板。

图2F是能量引导模块250的正交侧视图，此模块类似于图2E中所示的能量引导模块240，不同之处在于它含有相对于模块的机械基座205E的法线209倾斜的能量传播轴282的非零偏转角。能量引导装置202F内的可重新配置透射能量引导表面201F已配置成在两个正交轴θ、

上偏转入射能量束271，这能够生成围绕轴282的大量能量传播路径283中的任一个。这是透射能量引导表面201F用于生成偏转角的实例。在一个实施例中，此透射能量引导表面201F可以是具有可重新配置的纳米结构的超表面。机械封装204E围封能量源203，并向能量引导装置202F的机械安装件262F提供附接点，并且为连接器205E提供电连接。

图2G是含有能量引导层202G的能量引导模块260的正交侧视图，所述能量引导层202G包括在公共衬底中限定的三个可重新配置透射能量引导位点，每个能量引导位点与单独的4D空间坐标相关联，且每个能量引导位点将能量转向到多个可能方向θ、

上。所述三个可重新配置透射能量引导位点201G、201H和201I限定于公共衬底276中，由机械支架277固持，并且由操作每个能量引导位点的配置的一个或多个控制器控制。能量源203A、203B和203C在扩束器211处分别独立地引导能量206A、206B和206C，从而分别形成更大直径的能量束271A、271B和271C，这些能量束分别通过可重新配置的透射能量引导位点201G、201H和201I偏转，从而分别生成大量传播路径群组279A、279B和279C中的一个，这些传播路径群组分别以能量传播轴278A、278B和278C为中心且分别在具有坐标θ、

的角度范围251A、251B和251C内分布，这些坐标分别位于空间坐标(x＝0,y＝y0)261A、(x＝1,y＝y0)261B和(x＝2,y＝y0)261C，其中y0是常数。所有组件都放置在具有电连接器205F的机械壳体204F中，此电连接器提供对每个能量源203A、203B和203C的控制器(未示出)以及公共衬底276内的能量引导位点(未示出)的所述一个或多个控制器的电接入。

在实施例中，能量源203A、203B和203C与公共能量引导位点衬底276对准，使得每个能量源基本上仅向可重新配置的透射位点201G、201H和201I中的一个提供能量。为了减少或消除来自能量源的杂散能量，使其无法到达相邻的能量引导位点，能量271A、271B和271C可通过能量抑制结构274与各自的相邻能量基本上隔离，在一个实施例中，能量抑制结构274可包含阻挡能量的机械挡板结构。

能量引导模块260的可重新配置透射能量引导位点201G、201H和201I位于坐标261A、261B和261C，每个坐标分别含有单个空间坐标(x,y)＝(0,y0)、(1,y0)和(2,y0)，且每个坐标分别与可以投射在二维角度范围

251A、251B和251C中的多个能量传播路径相关联。这两个位置坐标(x,y)和这两个角坐标

共同对应于大量4D坐标

和

最终，θ、

轴上的每个所投射能量束的可实现位置的数目取决于能量引导位点201G、201H和201I的详细构造，它决定了在每个轴上可实现的视野和可分辨输出角度的数目。图2G中所示的配置是实例实施方案，并不意图限制可在通过能量引导位点201G、201H和201I偏转之前或之后添加到能量传播路径中且用于放大、聚焦、反射、折射、衍射、重新引导、发散、缩小、调制、控制偏振或以其它方式处理能量使其更适合用于特定能量引导应用的能量形成组件的无限配置。

图2G示出包括三个独立能量源和相关联的能量传播路径的能量引导模块，所述能量传播路径将独立控制的能量束递送到公共衬底内的三个独立的可重新配置能量引导位点。可以围绕具有可独立地重新配置的能量引导位点的衬底使用模块化能量源构造模块化***。图2H是包括产生能量206的能量源203的模块化能量源270的正交侧视图，所述能量206可通过能量修改组件或一组组件211(例如，扩束器)扩展，从而产生输出能量282。能量282可行进通过机械包装物204G的保护透射窗283，其中机械包装物包括提供对能量源的控制的电连接器205G，所述控制可能包含DC偏置和调制控制，机械包装物还可能包括一对安装凸缘291或一些类似的使得模块能够固定到表面上的机械构造。270中所示的配置是实例实施方案，并不意图限制可用于放大、聚焦、反射、折射、衍射、重新引导、发散、缩小、调制或以其它方式处理能量使其更适合投射的能量形成组件的无限配置。

图2I示出具有能量引导层202I的能量引导***的正交视图，所述能量引导层202I包括单个衬底295中所含的多个独立控制的能量引导位点201J、201K和201L，每个能量引导位点偏转来自能量源模块270的能量。应注意，尽管图2I示出特定能量源模块270，但是能量源模块可代替270使用的配置是无限的。在至少一个实施例中，可以使用产生基本上准直的能量束的能量源模块。在另一实施例中，可以使用产生基本上准直但是含有一些会聚(聚焦)或发散(散焦)的能量的能量源模块。每个能量源模块270示出为附接到公共背板层296上，此层可用作以下中的任一个：用于安装能量源模块270的机械支撑结构、用于能量引导衬底295的机械支撑结构、为每个能量源270提供控制和连接性的电背板，以及为每个能量引导位点201J、201K和201L提供控制和连接性的电背板。此背板层296含有与每个能量引导位点201J、201K和201L对准的孔口297，每个孔口为能量源模块270的射束提供到达对应能量引导位点的无障碍路径。能量引导***280示出有三个坐标281A、281B和281C，每个坐标分别与单个空间坐标(x,y)＝(0,y0)、(1,y0)和(2,y0)相关联，其中在此情况下，y0是常数，其中在这些空间坐标中的每一个处，能量传播路径群组287A、287B和287C中的一个相应地从衬底表面295向外投射，所述群组分别以能量传播轴286A、286B和286C为中心，其中这些可能传播路径分别填充二维角度范围

288A、288B和288C。这些坐标共同对应于众多4D坐标

和

尽管图2I示出了仅具有与能量源270和能量引导表面位点201J、201K和201L相关联的三个空间坐标的能量引导***，但是可以具有任何数目个对应于独立控制的能量偏转位点的空间坐标，其中一个或多个能量引导表面位点可以限定在一个衬底内，并且整个***可含有一个或多个此类衬底。图2I中所示的配置是实例实施方案，并不意图限制可在通过能量引导位点201J、201K和201L偏转之前或之后添加到能量传播路径中且用于放大、聚焦、反射、折射、衍射、重新引导、发散、缩小、调制、控制偏振或以其它方式处理能量使其更适合用于特定能量引导应用的能量形成组件的无限配置。

高度准直能量源可用于长距离能量传播而不具有能量密度耗散。在实施例中，能量引导***可使用近乎完美准直的能量源但是具有略微聚焦或散焦的能量的能量源来配置。在此情况下，能量引导装置可配置成执行校正以产生更准直的能量束。图3A是包括单点状能量源301和单聚焦元件303的模块化能量源300的正交侧视图，所述单聚焦元件303产生具有与其相关联的显著发散的能量束304。这是图2H中所示的模块化能量源270的替代方案，其可含有具有更准直射束206的能量源和更多校正元件，例如扩束器211。来自点状能量源301的能量射线302聚焦，产生轻微发散304。点状能量源301和聚焦元件303围封在机械包装物311中，此机械包装物311可具有安装凸缘312、对能量束透明的窗313，以及向点状能量源301提供偏置和调制信号的连接器314。在一个实施例中，对于可见电磁能，点源301可以是发射单个波长、窄带波长或宽谱波长的单个照明源，例如LED，并且聚焦元件303可以是单透镜或多元件透镜。从有限尺寸源聚焦的射束将具有下限可计算的发散度，这可利用更小的源尺寸和更宽的透镜孔径来改进。但是，折射透镜***可以保证某一最小的发散度。

图3B示出具有能量引导表面装置398的能量引导***的正交视图，所述能量引导表面装置398包括单个衬底395中所含的多个独立控制的可重新配置能量引导表面位点301A、301B和301C，每个能量引导位点配置成偏转来自图3A中所示的能量源模块300的能量，并校正能量模块300的能量发散以产生明显更准直的输出能量。应注意，尽管图3B示出了使用时的特定能量源模块300，但是能量源模块可代替300使用的配置是无限的。在至少一个实施例中，可以使用产生基本上准直的能量的能量源模块。在另一实施例中，可以使用产生如图3A中所示的304的基本上准直但发散的能量的能量源模块。在另一实施例中，能量源模块基本上是非准直的。每个能量源模块300示出为附接到公共背板层396上，此层可用作以下中的任一个：用于安装能量源模块300的机械支撑结构、用于能量引导表面衬底395的机械支撑结构、为每个能量源300提供控制和连接性的电背板，以及为每个能量引导表面位点301A、301B和301C提供控制和连接性的电背板。此背板层396含有与每个能量引导位点301A、301B和301C对准的孔口397，每个孔口为能量源模块300的射束提供到达能量引导衬底的无障碍能量传播路径。能量引导***350示出有三个坐标381A、381B和381C，每个坐标分别与单个空间坐标(x,y)＝(0,y0)、(1,y0)和(2,y0)相关联，其中在这些空间坐标中的每一个处，可能能量传播路径群组387A、387B和387C的能量相应地从衬底395的表面向外投射，所述群组分别以能量传播轴386A、386B和386C为中心，其中这些可能传播路径分别填充二维角度范围

388A、388B和388C。这些坐标共同对应于众多4D坐标

和

应注意，接近能量引导区域301A、301B和301C的射束是发散的，如图3A中的304所示。但是，分别离开能量引导区域301A、301B和301C并被引导到能量传播路径群组387A、387B和387C中的能量示出为作为准直能量离开能量引导位点。这意味着除了将射束偏转到两个角度轴上的许多可能传播路径中的一个中之外，能量引导位点301A、301B和301B还配置成执行图3A中所示的输入能量304的轻微聚焦。尽管图3B示出了仅具有与能量源300和能量引导位点301A、301B和301C相关联的三个空间坐标的能量引导***，但是可以具有任何数目个空间坐标，每个空间坐标对应于独立控制的能量引导位点，其中一个或多个能量引导位点可以限定在一个衬底内，并且整个***可含有一个或多个此类衬底。350中所示的配置是实例实施方案，并不意图限制可在通过能量引导位点301A、301B和301C偏转之前或在偏转之后添加到能量传播路径中且用于放大、聚焦、反射、折射、衍射、重新引导、发散、缩小、调制、控制偏振或以其它方式处理能量使其更适合用于特定能量引导应用的能量形成组件的无限配置。

可以从能量引导表面阵列投射一个或多个全息对象，不管每个能量引导表面是具有其自身的能量源的单独模块的一部分，还是能量引导表面限定于共享公共衬底的位点，还是能量引导表面是透射或反射的。图3C是包括能量引导模块240的阵列的电磁能引导***3001在第一时间实例t₁的正交视图。能量引导模块240在图2E中示出，图3D是图3C中所示的在第二时间实例t₂的能量引导***3001。第一时间实例t₁和第二时间实例t₂均可在能量引导***3001提供的全息内容的相同刷新周期内，其中刷新周期可以是全息视频的帧速率的倒数。能量引导***3001针对每个能量引导模块240A-G沿着能量传播路径237A-G投射能量，并且能量传播路径会聚于相对于观察者150投射在能量引导***表面3002后方的全息对象3011或相对于观察者150在能量引导***表面3002前方的全息对象3012上的点。能量在图3C和3D中示出为细主射线，但是它们的束宽横截面面积是能量引导***表面3002的平面中的每个能量引导模块240的面积的主要部分。能量引导模块包括具有空间坐标(x,y)＝(0-6,y)的能量模块240A-G，每个能量模块分别沿着具有角坐标

的能量传播路径237A-G引导能量。这两个空间坐标和两个角坐标一起形成每个能量传播路径的4D坐标

能量传播路径237A-G在图3C中会聚于全息对象3011的第一位置3021或全息对象3012的第一位置3031，在图3D中会聚于全息对象3011的第二位置3022或全息对象3012的第二位置3032。在图3C中，在第一时间实例t₁，沿着能量传播路径237B在

处、沿着能量传播路径237D在处

以及沿着能量传播路径237G在

处的能量看起来从屏幕内全息对象3011上的点3021发散，而沿着能量传播路径237A在

处、沿着能量传播路径237C在

处、沿着能量传播路径237E在

处以及沿着能量传播路径237F在

处的能量会聚于屏幕外全息对象3012上的点3031。在第二时间实例t₂，沿着能量传播路径237K在

处、沿着能量传播路径237M在

处、沿着能量传播路径237O在

处以及沿着能量传播路径237Q在

处的能量看起来从屏幕内全息对象3011上的点3022发散，而沿着能量传播路径237L在

处、沿着能量传播路径237N在

处、沿着能量传播路径237P在

处的能量会聚于屏幕外全息对象3012上的点3032。每个能量引导模块240的能量引导表面位点201E可配置成沿着具有不同角坐标的许多能量传播路径引导能量，以促进投射全息对象3011和3012。在实施例中，这些全息对象在称为刷新周期的每个时间间隔内重复形成，在全息内容的实施例中，刷新周期是帧速率的倒数。在每个能量引导模块240内，用于以可接受的亮度形成可感知全息对象的每刷新周期可实现的可寻址角度的数目可取决于每个能量引导模块改变能量传播路径的角度和能量源的亮度的速度。在实施例中，当能量引导模块改变能量传播路径的角度时，能量源可保持打开。在另一实施例中，当能量引导表面在一系列二维角度中的每个角度处停留一小段时间时，可将能量源打开、短暂地保持打开，然后关闭。理想情况下，每个能量引导模块可以在每个刷新周期覆盖许多能量引导角度，以形成全息对象3011和3012。在图3C中，沿着能量传播路径237A、237C、237E和237F的能量示出为在相同时刻会聚于全息对象3012的相同点3031，但是相对于观察者150形成全息对象3012不需要能量的这种同时会聚。能量引导***3001可配置成通过以一系列角度

扫描每个能量引导位点而在刷新周期内刷新全息对象场景的全部或部分，这种扫描操作可遵循能量引导装置的最高效光栅扫描次序。这意味着，对应于四维坐标

的能量传播路径可以在图3C和3D中所示的光场显示器3001的刷新周期内在任何时间以任何次序投射，即，沿着能量传播路径237A、237C、237E和237F的能量全都可以在不同时间引导。如果帧刷新速率、能量源亮度、在每一刷新周期通过能量引导装置实现的角度的数目以及能量传播模块的密度高到足以在环境光下被观察者150观察到，那么通过视觉暂留，观察者150应该能够观察到全息对象。

尽管高度准直的能量源允许能量束在无能量密度耗散的情况下长距离传播，但是能量引导***可使用基本上发散的能量源和配置成执行能量准直和能量偏转以在两个轴的整个输出角度范围内产生准直能量的能量引导表面来构造。图4A是包括单个能量源401并且包括可配置透射能量引导装置403A的能量引导模块400的正交侧视图，所述能量源401不具有产生带发散分布的能量402的能量聚焦元件(例如，图3A中的聚焦元件303)，所述可配置透射能量引导装置403A校正此发散并产生准直和偏转的输出射束。能量源401可以是单点状能量源，如单色能量源，或者可以是具有在衬底或离散装置上为小间距的多个例如红色、绿色和蓝色LED的能量源的位点。由机械封装405支撑的装置403A内的可重新配置透射能量引导表面404A执行能量偏转以及能量聚焦，以在角度范围θ、

内沿着能量传播路径产生准直输出能量，这些能量传播路径包含可能的能量传播路径411、412和413且围绕能量传播轴412。具有能量引导表面(或位点)404A的能量引导装置403A、能量引导机械安装件405和能量源401围封在具有连接器409的机械封装408中，其中连接器409用于路由能量源偏置和调制信号以及去往或来自能量引导装置403A的控制器的信号，此连接器可以在也可以不在机械封装408内。图4A中所示的配置是实例实施方案，并不意图限制可在通过能量引导表面404A偏转之前或在偏转之后添加到能量传播路径中且用于放大、聚焦、反射、折射、衍射、重新引导、发散、缩小、调制、控制偏振或以其它方式处理能量使其更适合用于特定能量引导应用的能量形成组件的无限配置。

取决于应用，能量引导元件可配置成产生略微聚焦或发散的能量。图4B是含有单个能量源401但不含产生基本上发散的多个能量射线402的能量聚焦元件(例如，图3A中的聚焦元件303)并且具有能量引导元件的能量引导模块420的正交侧视图，所述能量引导元件校正此发散并产生基本上准直但略微聚焦的输出能量。利用机械安装件405安装的能量引导装置403B内的可重新配置透射能量引导表面404B执行能量偏转以及能量聚焦，以在角度范围θ、

内产生准直但略微聚焦的输出能量，所述角度范围包含存在于围绕能量传播轴432的可能传播路径群组430中的可能能量传播路径431、432和433，此能量传播轴可与这些可能传播路径的平均能量向量平行。图4B中所示的配置是实例实施方案，并不意图限制可在通过能量引导表面404B偏转之前或在偏转之后添加到能量传播路径中且用于放大、聚焦、反射、折射、衍射、重新引导、发散、缩小、调制、控制偏振或以其它方式处理能量使其更适合用于特定能量引导应用的能量形成组件的无限配置。

能量引导元件可配置成产生具有偏转角的能量，如先前论述。图4C是能量引导模块440的正交侧视图，其包括单个能量源401且不包括能量聚焦元件(例如，图3A中的聚焦元件303)，但仍沿着围绕相对于能量偏转表面404C的法线425倾斜的能量投射轴452的能量传播路径产生准直能量。能量引导模块440具有能量引导装置403C，其在角度范围θ、

内将入射的发散能量射线402变换成输出准直能量束，所述角度范围包含存在于围绕能量传播轴452的群组450中的可能能量传播路径451、452和453。此能量传播轴452是传播路径的角度范围的对称轴，它相对于具有透射能量引导表面404C的可重新配置能量引导装置403C的表面的法线425倾斜非零角度426。图4C中所示的配置是实例实施方案，并不意图限制可在通过能量引导表面404C偏转之前或在偏转之后添加到能量传播路径中且用于放大、聚焦、反射、折射、衍射、重新引导、发散、缩小、调制、控制偏振或以其它方式处理能量使其更适合用于特定能量引导应用的能量形成组件的无限配置。

图2A、2B、2C、2D、2E、2F、2G、4A、4B和4C全都示出了具有若干可能输出能量传播路径的能量引导模块。然而，为了快速生成一系列能量传播路径，这些图中的能量引导装置可用于在能量源被调制的同时在二维中非常快速地扫描偏转能量，以便从能量引导模块在不同方向上产生不同能量。控制器可用于同步能量源的调制和能量引导表面的操作，以刻意生成能量传播路径的某一时间模式。

图5A是能量引导模块500的操作的示意图，包括调制能量源508将能量537引导到具有可重新配置能量引导透射表面504的能量引导装置502。图5A中的时序图示出能量源508的调制和能量引导表面504跨随时间而变的一系列输出能量传播路径角度θ538沿着具有不同能量E1-E7的一系列七个传播路径530投射能量的操作之间的可能同步。能量引导透射表面504可以是衬底503内的主动区域。能量引导表面504可在与θ正交的轴

上偏转入射能量束537，但是在这个简单实例中，我们仅关注一个偏转轴θ。调制能量537可以是准直的、略微散焦的、略微聚焦的或发散的。在能量537不准直或非完美准直的情况下，能量引导表面可执行校正，以在最小θ525和最大θ526的范围内输出偏转且基本上准直的输出能量。控制器506可用于生成用于能量源508的产生调制能量E(t)相较于时间的分布537的调制信号，并生成发送到能量偏转装置502以产生能量传播路径角度θ(t)相较于时间的分布538的指令。在实施例中，控制器506和能量引导装置502之间的指令可寻址到能量引导表面控制器505，以形成实现能量传播路径角度θ538的表面分布。在图5A的右侧示出调制能量E(t)537和能量传播路径角度θ(t)538的曲线，其中具有一些共同的定时事件536。在t1，产生入射束537的能量源从能量E1调制到零能量，且能量引导表面装置502开始通过重新配置透射能量引导表面504来改变角度θ。在t2，角度θ538暂时停止变化，且能量源508从零能量调制到E2，这从t2持续进行到t3。以此方式，当能量源508被调制关闭时，角度θ538重复步进，当能量源调制到打开状态时，角度θ538保持稳定。537和538中所示的时序是说明性的，并不意图限制其它可能性，包含快速调制能量源使得它可以几乎始终保持打开，平滑地改变角度θ538，当能量源打开时改变角度θ538，当能量源打开时改变角度θ538并且同时改变能量水平，或同时改变两个轴θ和

上的能量传播路径的角坐标。此能量源调制模式537和角度θ分布538使得能量沿着一系列具有不同能量E1-E7的能量传播路径530引导。在循环中最早的时间，将E1向左投射到最小角度θ525附近。然后，能量E2-E7按顺序一次一个地进行投射，其中每个连续传播路径具有一个稍大的顺时针角度θ538(或等效地，归一化光场坐标u值)，结束于向右投射在最大角度θ526附近的E7。依据能量传播路径变化的相对速度和调制频率，沿着大量能量传播路径的能量可以在固定时间段内投射，这取决于能量引导表面装置502所产生的可分辨角度的数目。并且，尽管图5A中的配置仅示出能量传播路径角度θ，能量引导表面装置502可配置成沿着与第一轴正交的第二轴偏转入射能量537，这意味着一组可能的能量传播路径530可形成顶点在可重新配置能量引导透射表面504处的锥体。图5A中所示的配置是实例实施方案，并不意图限制可在通过能量引导表面504偏转之前或在偏转之后添加到能量传播路径中且用于放大、聚焦、反射、折射、衍射、重新引导、发散、缩小、调制、控制偏振或以其它方式处理能量使其更适合用于特定能量引导应用的能量形成组件的无限配置。

图5B是能量引导模块510的一个实施方案的透视图，此模块可与图5A中所示的模块500相同，示出了从可重新配置透射能量引导装置502在两个正交方向上偏转来自能量源的能量生成的若干个可能能量传播路径530B。能量源模块508B可进行调制、准直，或者既调制又准直。放大图555示出能量模块508B的两个实例，包含具有准直能量源和扩束器的能量模块270以及具有通过单个元件聚焦的发散点能量源的能量模块300。但是，能量模块的许多其它配置是可能的。例如，在光域中，诸如棱镜、透镜之类的光学元件、诸如光栅、镜、折叠光学器件之类的衍射元件或其它光学组件可以添加到能量射线路径530B中的射束路径537B或射束偏转表面504的相对侧。能量引导装置502可与图1B中所示的能量引导***140相同。能量引导表面504可安装在能量引导装置502的衬底503内。能量引导表面504可配置成在θ上偏转入射能量537B，以在最小θ522到最大θ523范围内扫描θ轴521上的偏转能量。能量引导表面504可配置成在最小

到最大

范围内扫描

轴531上的偏转能量。能量引导表面装置502可以在两个轴

上偏转入射能量537B的同时沿具有对应值

的任何能量传播路径偏转能量。在图5B中所示的配置中，每个轴上的能量引导倾斜范围的中点对应于

从而产生与能量引导装置502的表面的法线513平行的能量传播轴512。其它配置是可能的，其中能量传播轴512可以非零角度与法线513平行。应注意，尽管倾斜角度θ和

定义了4D角坐标，但是归一化光场坐标u和v也可分别用于表示角度。

图5C是示出能量引导模块540的操作的示意图，包括调制能量源508将能量537引导到具有可重新配置的能量引导反射表面544的能量引导装置542。图5C中的时序图示出能量源508的调制和能量引导表面544跨随时间而变的一系列输出角度θ538沿着具有不同能量E1-E7的一系列七个传播路径530引导能量的操作之间的可能同步。能量引导反射表面544可以是衬底543中的主动区域。能量引导表面544可在与θ正交的轴

上偏转入射能量束537，但是在这个简单实例中，我们仅关注一个偏转轴θ。调制能量537可以是准直的、略微散焦的、略微聚焦的或发散的。在射束不准直或非完美准直的情况下，能量引导表面544可执行校正，以沿着具有在最小θ525和最大θ526的范围内的角方向的传播路径输出偏转且基本上准直的输出能量。控制器546可用于提供用于能量源508的产生调制能量E(t)相较于时间的分布537的调制信号，并提供包括发送到能量引导装置542以产生能量传播路径角度θ(t)相较于时间的分布538的指令的信号。控制器546和能量引导装置542之间的指令可寻址到能量引导表面控制器545，以形成实现能量传播路径角度θ538所需要的表面分布。在图5C的右侧示出调制能量E(t)537和能量传播路径角度θ(t)538的曲线，其中具有一些共同的定时事件536。在t1，产生入射能量537的能量源从能量E1调制到零能量，且能量引导装置542开始通过重新配置透射能量引导表面544来改变角度θ。在t2，角度θ538暂时停止变化，且能量源508从零能量调制到E2，这从t2持续进行到t3。以此方式，当能量源508被调制关闭时，角度θ538重复步进，当能量源调制到打开状态时，角度θ538保持稳定。537和538中所示的时序是说明性的，并不意图限制其它可能性，包含快速调制能量源使得它可以几乎始终保持打开，平滑地改变能量传播路径角度，当能量源打开时改变能量传播路径角度，当能量源打开时改变能量传播路径角度并且同时改变能量水平，或同时改变两个轴θ和

上的能量传播路径角度。此能量源调制模式537和能量传播路径角度分布538能够生成一系列具有不同能量E1-E7的能量传播路径530。在循环中最早的时间，将E1向左投射到最小角度θ525附近。然后，能量E2-E7按顺序一次一个地进行投射，其中每个连续传播路径具有一个稍大的顺时针角度θ538(或等效地，归一化光场坐标u值)，结束于向右投射在对应于最大投射角度θ526的最大能量引导表面角度附近的E7。依据改变能量传播路径角度的相对速度和调制频率，可以在固定时间段内投射大量能量传播路径，这取决于542所产生的可分辨角度的数目。并且，尽管图5C中的配置仅示出一个传播路径角度改变，但是能量引导装置542可配置成沿着与第一轴正交的第二轴偏转能量537，这意味着一组可能的能量传播路径530可形成顶点在可重新配置能量引导透射表面544处的锥体。图5C中所示的配置是实例实施方案，并不意图限制可在通过能量引导表面544偏转之前或在偏转之后添加到能量传播路径中且用于放大、聚焦、反射、折射、衍射、重新引导、发散、缩小、调制、控制偏振或以其它方式处理能量使其更适合用于特定能量引导应用的能量形成组件的无限配置。在图5C中，能量源508可进行调制。在另一实施例中，能量源508可以是连续的，并且调制源可以是作为能量源508的一部分的快门，安置在能量源508和能量引导表面544之间，或者安置在从能量引导表面544起的出射能量路径530中。此快门在图5C中未示出，它可包括机械或电光快门，例如LC面板。

图5D是能量引导***550的一个实施方案的透视图，此模块可与图5C中所示的模块540相同，示出了从可重新配置反射能量引导装置542在两个正交方向上偏转来自能量源的能量生成的若干个可能能量传播路径530D。能量源模块508可进行调制、准直，或者既调制又准直。在图5D中所示的实施方案中，来自源508的能量509可以通过任选的能量束扩展器510扩展，变成扩展后的入射能量束537D。但是，能量模块的许多其它配置是可能的，包含图2H中所示的能量模块270或图3A中所示的能量模块300。另外，例如，在光域中，诸如棱镜、透镜之类的光学元件、诸如光栅、镜、折叠光学器件、偏振控制器之类的衍射元件或其它光学组件可以添加到能量传播路径530D中的输入能量路径537D或在从射束偏转表面544偏转之后的光学路径。能量引导装置542可与图1A中所示的能量引导***120相同。能量引导表面544可以安装在能量引导装置542的衬底543内。能量引导表面544可配置成在θ中偏转入射能量537D，以在最小θ522到最大θ523的范围内扫描θ轴521上的投射射束。能量引导表面544可配置成在最小

到最大

的范围内扫描沿着

轴531上的传播路径的偏转能量。能量引导装置542可同时在两个轴

上偏转入射能量537D，以将能量偏转到具有对应值

的任何能量传播路径中。在图5D中所示的配置中，每个轴上的能量引导倾斜范围的中点对应于

从而产生与能量引导装置542的衬底543的基座的法线513平行的能量传播轴512。应注意，通过调整能量引导表面544的平面与能量引导衬底543的基座形成的角度515及入射能量537D与能量引导装置542的基座的法线513形成的角度514，可以将图5D中的能量传播轴512变为竖直的。其它配置是可能的，其中能量传播轴512可相对于法线513倾斜。应注意，我们指定了能量传播路径角度θ和

但是在光场显示器的实施例中，我们还可分别使用归一化光场坐标u和v来表示角度。

图5E是能量引导模块580的另一操作的示意图，包括调制能量源508将能量537引导到围绕轴519倾斜的倾斜能量反射器584。图5E中的时序图示出能量源508的调制和能量反射器跨随时间而变的一系列输出角度θ沿着具有不同能量E1-E7的一系列七个传播路径530偏转能量的操作之间的可能同步。调制能量537可进行准直。在一个实施例中，倾斜反射器584是MEMS微反射器。能量引导反射器装置582包括可安装在衬底或机械框架583内的倾斜能量反射器584及倾斜控制器585。倾斜反射器504可在与θ正交的轴

上偏转入射能量537，但是在此简单实例中，我们仅示出一个角偏转轴θ。调制能量537可准直、略微散焦或略微聚焦，并在最小θ525和最大θ526的范围内沿着能量传播路径偏转成输出能量。控制器586可用于提供用于能量源508的产生调制能量E(t)相较于时间的分布537的调制信号，并提供包括用于具有倾斜能量反射器584的能量引导反射器装置582的产生反射器倾斜α(t)相较于时间的分布539的指令的信号。作为反射器倾斜的结果，输出能量可被反射到许多可能的能量传播路径530中的任一个中，因为倾斜反射器角度α和偏转能量传播路径角度θ之间存在直接关系。控制器和具有倾斜能量反射器584的能量引导反射器装置582之间的指令可由倾斜控制器585解析，以产生实现能量传播路径角度θ所需要的适当倾斜角α。在图5E的右侧示出调制能量E(t)537和镜倾斜角α(t)539的曲线，其中具有一些共同的定时事件536。在t1，能量源508从能量E1调制到零能量，并且能量反射器584的倾斜角α开始改变角度θ。在t2，反射器倾斜角α539暂时停止改变，并且能量源508从零能量调制到E2，这从t2持续进行到t3。以此方式，当能量源508被调制关闭时，角度α539重复步进，当能量源被调制打开时，微反射器角度α539保持稳定。537和539中所示的时序是说明性的，并不意图限制其它可能性，包含快速调制能量源使得它可以几乎始终保持打开，平滑地改变反射器倾斜角，在能量源打开时倾斜反射器，在能量源打开时倾斜反射器并改变能量水平，或沿着两个正交轴倾斜反射器。能量源调制模式537和反射器倾斜角分布539使得能量沿着一系列具有不同能量537的能量传播路径530引导。在循环中最早的时间，将E1向左投射到最小角度θ525附近。然后，能量E2-E7按顺序一次一个地进行投射，其中每个连续传播路径具有一个稍大的顺时针角度θ538(或等效地，归一化坐标u值)，结束于向右投射在对应于最大角度θ526的最大反射器倾斜角附近的E7。依据反射器倾斜角变化的相对速度和调制频率，可以沿着大量能量传播路径引导能量，这取决于倾斜反射器584所产生的可分辨倾斜角度的数目。并且，尽管图5E中的配置仅示出一个偏转倾斜轴，但是能量引导反射装置582可配置成沿着与第一轴正交的第二轴偏转入射能量537，这意味着一组可能的能量传播路径530可形成顶点在倾斜反射器表面584的表面处的锥体。580中所示的配置是实例实施方案，并不意图限制可在通过能量引导倾斜反射器584偏转之前或在偏转之后添加到能量传播路径中且用于放大、聚焦、反射、折射、衍射、重新引导、发散、缩小、调制、控制偏振或以其它方式处理能量使其更适合用于特定能量引导应用的能量形成组件的无限配置。

图5F是能量引导模块590的一个实施方案的透视图，此模块可与图5E中所示的模块580相同，示出了从含有倾斜能量反射器的能量引导装置在两个正交方向上偏转来自能量源的能量生成的若干个可能能量传播路径。能量源模块508可进行调制、准直，或者既调制又准直。在图5F中所示的实施方案中，来自源508的能量509可以通过任选的能量束扩展器510扩展，变成扩展后的入射能量537F。但是，能量模块的许多其它配置是可能的，包含图2H中所示的能量模块270或图3A中所示的能量模块300。另外，例如，在光域中，诸如棱镜、透镜之类的光学元件、诸如光栅、镜、折叠光学器件之类的衍射元件或其它光学组件可以添加到能量传播路径530F中的输入能量路径537F或在从表面584偏转之后的能量传播路径。能量引导反射器装置582的倾斜能量反射器584可与图1C和1D中所示的倾斜能量反射器160相同。倾斜反射器584可以安装在能量引导反射器装置582的衬底或框架583内。倾斜反射器584在θ轴591上倾斜，以在最小θ522到最大θ523的范围内扫描沿着θ轴521上的传播路径的偏转能量。倾斜反射器584在

上倾斜，以在最小

到最大

的范围内扫描沿着

轴531上的传播路径的偏转能量。倾斜反射器可同时在两个轴

上倾斜，以将能量537F偏转到在可限定能量引导模块590的视场(FOV)的角度范围内具有对应值

的任何能量传播路径中。在图5F中所示的配置中，零镜倾斜的位置对应于

从而产生与能量引导反射器装置582的基座的法线513平行的能量传播轴512。通过调整倾斜反射器衬底583的表面与能量引导反射器装置582的基座形成的角度585及入射到能量倾斜反射器上的能量537F与能量引导反射器装置582的基座的法线513形成的角度514，可以将图5F中的能量传播轴512变为竖直的。其它配置是可能的，其中能量传播轴512可相对于法线513倾斜。此处，应注意，我们指定了倾斜角度θ和

但是我们还可分别使用归一化光场坐标u和v来表示角度。在图5F中，能量源508可进行调制。在另一实施例中，能量源508可以是连续的，并且调制源可以是作为能量源508的一部分的快门，安置在能量源508和反射能量引导表面584之间，或者安置在从能量引导表面584起的出射能量路径530F中。此快门在图5F中未示出，它可包括机械或电光快门，例如LC面板。

图6是包括具有八个能量引导模块601的阵列的能量引导***600的一个实施方案的透视图，每一模块包括将能量从能量源重新引导到某一能量传播路径中的能量引导装置，所述能量传播路径可与来自其它能量引导模块的其它传播路径会聚以形成一个或多个能量表面，包含能量表面630。能量引导模块601可以是具有反射表面的能量引导模块，包含图2A中所示的200、图2B中所示的210、图2C中所示的220、图5C中所示的540、图5D中所示的550、图5E中所示的580、图5F中所示的590，或产生能量水平可配置且传播路径方向在沿着两个正交角坐标的角度范围中可调的能量的某一其它能量引导模块。在图6所示的实例中，投射的能量表面630由来自所述八个能量引导模块的六个传播路径的会聚形成。能量引导模块601安置在X轴和Y轴上，并形成整数(x,y)空间坐标610-617，其中x的范围是0-3，y的范围是0-1。每个能量引导模块包括向能量引导表面651提供能量的能量源608，所述能量引导表面651可在两个轴上偏转入射能量。能量引导装置可包括可重新配置的能量引导表面，类似于图1A中所示的表面122、图2A中所示的表面201A、图2B中所示的表面201B、图2C中所示的表面201C或图5C和5D中所示的表面544。可重新配置的能量引导装置表面实际上可包括倾斜反射器，如图1C和1D中所示的反射器101或图5E和5F中所示的反射器584。每个能量引导模块可将能量引导到具有大量角坐标

中的任一个的传播路径中。在所示实例中，这六个能量传播路径620-623和626-627都具有唯一坐标值

这六个传播路径可出现在小间距的时间间隔(例如，刷新周期)内，但不一定是同时的，这将在下文和本公开的其它地方进一步论述。(x,y)＝(0,0)处的能量模块610投射具有4D坐标

的能量射线620，(x,y)＝(0,1)处的模块611投射具有4D坐标

的能量射线621，(x,y)＝(1,0)处的模块612投射具有4D坐标

的射线622，(x,y)＝(1,1)处的模块613投射具有4D坐标

的射线623，(x,y)＝(3,0)处的模块616投射具有4D坐标

的射线626，且(x,y)＝(3,1)处的模块617投射具有4D坐标

的射线627，其中这些4D坐标的角度

部分的精确值选择为使得这六个射线会聚于能量表面630。此能量表面630可以是利用超声能量的投射形成的触觉表面、利用可见光的投射的全息对象的表面或任何其它能量表面。在此实例中，(x,y)＝(2,0)处的能量引导模块614和(x,y)＝(2,1)处的能量引导模块615对能量表面630没有贡献。600中所示的配置是实例实施方案，并不意图限制可在通过能量引导表面651偏转之前或在偏转之后添加到射束路径中且用于放大、聚焦、反射、折射、衍射、重新引导、发散、缩小、调制或以其它方式处理能量使其更适合用于特定能量引导应用的能量形成组件的无限配置。

图6所示的能量引导***可通过以光栅化模式在θ和

坐标扫描偏转能量并且同时调制能量源而针对每个单独的能量引导模块产生一系列传播路径。θ和

坐标的范围设定了能量引导模块的视场(FOV)，此视场影响父代能量引导***的FOV。通常，可以针对每个轴上受能量引导模块601所提供的每个轴上的可分辨射束方向的数目限制的一些离散值对能量进行调制，从而生成要为FOV实现的多个离散传播路径，并设置投射能量的角分辨率。通过模块FOV的一个完整光栅循环决定能量引导模块的刷新速率，从而影响能量引导***的刷新速率。使用如图6所示的能量引导模块的阵列可产生形成多个能量传播路径的***，所述多个能量传播路径在每个光栅循环中步进，沿着一个或多个能量传播路径形成能量会聚点，所述能量传播路径在时间上可为小间距(例如，刷新周期)的给定位置处重叠，但并非总是同时投射。图600中所示的这六个传播路径620-623和626-627可以在紧密间隔的时间间隔内投射，但不一定是同时投射，此时间间隔可以是光栅循环，因为每个射束引导模块601的每个能量引导表面651可以形成跨

轴上的许多传播路径的光栅扫描。但是，对于一些***，在一个或多个能量传播路径在高频刷新速率的每个循环会聚的点处的能量会聚可足以产生期望的效果(例如，可平滑移动且不被感知到闪烁的持久全息对象)。在一个实施例中，对于光场显示器，光束可能在稍有不同的时间会聚在能量表面，但由于视觉暂留，30、60或120Hz的刷新速率可能足以让观察者感知全息对象，即使它正在移动。在另一实施例中，对于触觉表面的投影，超声能量束可在稍有不同的时刻会聚在某个位置，但如果有足够的刷新速率，则触觉将在时间上平均化为与所有能量束同时会聚无法区分的感觉。换句话说，对于许多能量引导***，能量束在短时间内但不同时会聚的位置可能产生与能量同时会聚相同的感知效果。图6所示的能量引导***600和本公开的其它实施例可利用此事实来递送所要结果。

图7是包括具有八个能量引导模块701的阵列的能量引导***700的一个实施方案的透视图，每一模块包括将能量束从调制能量源重新引导到某一能量传播路径中的可重新配置透射能量引导装置，所述能量传播路径可与来自其它能量引导模块的其它传播路径会聚以形成一个或多个能量表面，包含能量表面730。能量引导模块701可以是具有透射表面的能量引导模块，包含图2D中所示的230、图2E中所示的240、图2F中所示的250、图4A中所示的400、图4B中所示的420、图4C中所示的440、图5A中所示的500、图5B中所示的510，或产生能量水平可配置且传播方向在沿着两个正交方向的角度范围中可调的能量束的某一其它能量引导模块。在图7所示的实例中，能量表面730由来自所述八个能量引导模块的六个传播路径的会聚形成。能量引导模块701安置在X轴和Y轴上，并形成整数(x,y)坐标710-717，其中x的范围是0-3，y的范围是0-1。应注意，每个能量引导模块与一个空间坐标(x,y)相关联。每个能量引导模块包括将能量引导到透射能量引导表面751的调制能量源708，此透射能量引导表面将入射能量偏转到方向由两个角度

定义的能量传播路径720-723和726-727中。能量引导装置可包括可重新配置的能量引导表面，类似于图1B中所示的表面140、图5A和5B中所示的表面504，或任何其它可重新配置的透射能量引导表面。每个能量引导模块可将能量引导到具有大量角坐标

中的任一个的传播路径中。在所示实例中，这六个能量传播路径720-723和726-727都具有唯一坐标值

这六个传播路径可出现在小间距的时间间隔内，但不一定是同时的，如关于图6所论述。(x,y)＝(0,0)处的能量模块710投射具有4D坐标

的能量射线720，(x,y)＝(0,1)处的模块711投射具有4D坐标

的能量射线721，(x,y)＝(1,0)处的模块712投射具有4D坐标

的射线722，(x,y)＝(1,1)处的模块713投射具有4D坐标

的射线723，(x,y)＝(3,0)处的模块716投射具有4D坐标

的射线726，且(x,y)＝(3,1)处的模块717投射具有4D坐标

的射线727，其中这些4D坐标的角度

部分的精确值选择为使得这六个能量传播路径会聚于能量表面730。此能量表面730可以是利用超声能量的投射形成的触觉表面、利用可见光的投射的全息对象的表面或任何其它能量表面。在此实例中，(x,y)＝(2,0)处的能量引导模块714和(x,y)＝(2,1)处的能量引导模块715对能量表面730没有贡献。700中所示的配置是实例实施方案，并不意图限制可在通过能量引导表面751偏转之前或在偏转之后添加到能量路径中且用于放大、聚焦、反射、折射、衍射、重新引导、发散、缩小、调制或以其它方式处理能量使其更适合用于特定能量引导应用的能量形成组件的无限配置。

图8A是具有能量引导层802的能量引导***800的一个实施方案的透视图，所述能量引导层802包括单个衬底801中所含的多个独立控制的能量引导位点802，每个能量引导位点将能量从能量源模块808偏转到两个正交方向θ、

上。图8A是图2I中所示的能量引导***280或图3B中所示的能量引导***350的一个实施方案。尽管图8A示出了特定能量源模块808，但是能量源模块可代替808使用的配置是无限的。在至少一个实施例中，可以使用产生基本上准直的能量的能量源模块。在另一实施例中，可以使用产生基本上准直但是含有一些会聚(聚焦)或发散(散焦)的能量的能量源模块。在另一实施例中，能量源可以是基本上汇聚的。每个能量源模块808示出为附接到公共背板层803上，此层可用作以下中的任一个：用于安装能量源模块808的机械支撑结构、用于能量引导衬底801的机械支撑结构、为每个能量源808提供控制和连接性的电背板，以及为包含位点810-817的每个能量引导表面位点851提供控制和连接性的电背板。此背板层803可含有与每个能量引导位点810-817对准的孔口，每个孔口为能量源模块808的射束提供到达对应能量引导衬底的无障碍路径。这些孔口在图8A中未示出，但是它们可类似于在图2I中的背板296中所示的孔口297。

在图8A所示的实例中，能量表面830由来自所述八个透射能量引导表面位点851的六个传播路径的会聚形成，这些位点安置在X轴和Y轴上，并形成整数(x,y)空间坐标810-817，其中x的范围是0-3，y的范围是0-1。应注意，每个能量引导位点与一个空间坐标(x,y)相关联。每个透射能量引导表面位点可包括可重新配置的能量引导表面，类似于图1B中所示的表面140、图5A和5B中所示的表面504，或任何其它可重新配置的透射能量引导表面。每个能量引导模块可将能量束引导到具有大量角坐标

中的任一个的传播路径中。在所示实例中，这六个能量传播路径820-823和826-827都具有唯一坐标

值，用索引a-l示出。这六个传播路径可出现在小间距的时间间隔内，但不一定是同时的，如关于图6所论述。(x,y)＝(0,0)处的能量模块810投射具有4D坐标

的能量射线820，(x,y)＝(0,1)处的模块811投射具有4D坐标

的能量射线821，(x,y)＝(1,0)处的模块812投射具有4D坐标

的射线822，(x,y)＝(1,1)处的模块813投射具有4D坐标

的射线823，(x,y)＝(3,0)处的模块816投射具有4D坐标

的射线826，且(x,y)＝(3,1)处的模块817投射具有4D坐标

的射线827，其中这些4D坐标的角度

部分的精确值选择为使得这六个能量传播路径会聚于能量表面830。此能量表面830可以是利用超声能量的投射形成的触觉表面、利用可见光的投射的全息对象的表面或任何其它能量表面。在此实例中，(x,y)＝(2,0)处的能量引导表面位点814和(x,y)＝(2,1)处的能量引导表面位点815对能量表面830没有贡献。800中所示的配置是实例实施方案，并不意图限制可在通过能量引导表面位点851偏转之前或在偏转之后添加到能量路径中且用于放大、聚焦、反射、折射、衍射、重新引导、发散、缩小、调制或以其它方式处理能量使其更适合用于特定能量引导应用的能量形成组件的无限配置。在图8A中，能量源模块808可进行调制。在另一实施例中，能量源模块808可产生连续能量，并且调制源可以是作为能量源模块808的一部分安置在能量源模块808和反射能量引导表面位点851之间的一个快门，或者在从位点851起的出射能量路径820-823和826-827中的多个快门。这些快门在图8A中未示出，它们可包括机械或电光快门，例如LC面板。

图8B是具有能量引导层802的能量引导***840的另一实施方案的透视图，所述能量引导层802包括单个衬底801中所含的多个独立控制的能量引导位点851，每个能量引导位点851将入射的准直能量849的一部分偏转到两个正交方向θ、

上。图8A中的能量源模块的层808在图8B中已替换为入射的准直能量849，所述准直能量来自未示出的一个或多个能量源。图8A的编号在图8B中用于类似元件。准直能量849可由多个激光器或其它能量源产生，从耦合到一个或多个准直透镜的一个或多个点光源产生，从耦合到机械准直结构阵列的一个或多个光源产生，或者从某一其它准直能量源产生。每个能量源模块808示出为附接到公共背板层803B上，此层可用作用于能量引导衬底801的机械支撑结构，或者可为包含位点810-817的每个能量引导表面位点851提供控制和连接性的电背板，或同时用于这两者。此背板层803B可含有与每个能量引导位点810-817对准的孔口，每个孔口为传入能量束849的对应部分提供到达对应能量引导衬底的无障碍路径。这些孔口在图8A中未示出，但是它们可类似于在图2I中的背板296中所示的孔口297。

在替代的能量引导配置中，单个大面积准直能量源可被引导到能量引导装置的阵列，这些能量引导装置分别将能量的部分反射到所需传播路径中。图8C是包括2轴能量引导装置901的阵列的能量引导***880的透视图，所述2轴能量引导装置901分别将入射的大面积准直能量849的部分反射到偏转能量传播路径931中，这些能量传播路径会聚以形成能量表面930。在图8C中，能量引导装置901全都示出有倾斜能量反射器作为能量引导表面952(例如，类似于图1C和1D中的反射器101和图5E和5F中所示的倾斜反射器584)，但是它们还可包括可重新配置的能量引导表面(例如，类似于图1A中所示的表面120、图2A中所示的表面201A、图2B中所示的表面201B、图2C中所示的表面201C或图5C和5D中所示的表面544)，或在两个轴上偏转入射能量束的某一其它表面。每个能量引导模块可将能量束引导到具有大量角坐标

的传播路径931中。位于空间坐标910-917的八个能量引导装置901沿着x轴和y轴安置在2维阵列中，其中x的范围是0-3，y的范围是0-1。应注意，每个能量引导装置901与一个空间坐标(x,y)相关联。环绕每个能量引导装置901的反射表面952的非倾斜表面905可以吸能以免发生非所需的反射。应注意，在图8C的实例中，这六个倾斜能量反射器951全都进行旋转，使得来自传入的准直能量849的入射能量向能量表面930反射。两个镜951A倾斜，使得它们不向能量表面反射显著的能量。如前所述，入射的准直能量束849的部分的此类双轴偏转可以利用诸如超表面之类的可重新配置的能量引导表面实现，但此表面在图8C中示出为倾斜反射器。900中所示的配置是实例实施方案，并不意图限制可在通过能量引导表面952偏转之后添加到能量路径中且用于放大、聚焦、反射、折射、衍射、重新引导、发散、缩小、调制或以其它方式处理能量使其更适合用于特定能量引导应用的能量形成组件的无限配置。

利用每个能量引导装置901的射束偏转的静态配置，可以投射静态4D能量场。但是，如果每个反射器在每个轴θ和

上倾斜，且具有随时间变化的角度相较于时间的分布(例如，图5E中所示的α(t)539)，那么可以投射动态4D能量场。可以规律间隔改变每个能量引导装置901的能量偏转表面952的偏转角以刻意形成能量传播路径931的某一序列。每个偏转角的停留时间可以进行调整，以便控制在时间间隔期间投射的能量的量。在一个实施例中，入射能量束849以特定频率调制，且能量引导装置各自保持在固定方向上倾斜入射能量849的一部分，直到所需要的能量被递送为止，接着将反射波束倾斜离开。这意味着每个能量引导装置将针对每一调制循环保持在适当位置达不同时间量。在图8B中，传入的准直能量849可进行调制。在另一实施例中，传入的准直能量849可以是连续能量，并且调制源可以是作为背板层803B的一部分的一个快门，或在从能量引导表面位点851起的出射能量路径820-823和826-827中的多个快门。这些快门在图8B中未示出，它们可包括机械或电光快门，例如LC面板。

还可以构造具有公共能量源平面的射束引导***。图9是具有能量引导层852的能量引导***900的一个实施方案的正交视图，所述能量引导层852包括多个独立控制的能量引导位点882，每个位点882包括能量偏转表面且在单个衬底853中限定，每个位点将来自位于公共背板854上的一个或多个能量源858的入射能量偏转到投射到两个正交角方向θ、

上的能量传播路径870中。公共背板层854与能量偏转位点衬底853对准，并且可用作以下中的任一个：用于安装能量源858的机械支撑结构、用于能量引导衬底853的机械支撑结构、为每个能量源858提供控制、连接性和安装的电背板，以及为每个能量引导位点882提供控制和连接性的电背板。所述多个能量源和公共背板层可以限定于一个半导体衬底或印刷电路板上。能量引导***900可含有能量抑制结构857，防止来自一个能量源858的能量859到达相邻能量引导表面882，并且可提供背板对其余组件的结构支撑。在图9的实例中，所述三个透射能量引导表面位点882安置在X轴上，形成(x,y)空间坐标860-862，其中x的范围是0-2。在每个空间坐标(x,y)处，能量859可以在所述两个角度

轴上在某一角度范围内偏转，并且这些空间和角坐标一起形成具有坐标

的4D能量场。图9中所示的配置是实例实施方案，并不意图限制可在通过能量引导表面882偏转之前或在偏转之后添加到每个能量路径中且用于放大、聚焦、反射、折射、衍射、重新引导、发散、缩小、调制、控制偏振或以其它方式处理能量使其更适合用于特定能量引导应用的能量形成组件的无限配置。例如，在一个实施例中，有一个或多个能量聚焦元件(例如，电磁能透镜)放置在来自每个能量源858的能量859的能量传播路径中，类似于图3A中的元件303，以便将来自所述一个或多个能量源858的能量准直。在另一实施例中，能量源858各自包括数个能量源，例如用于投射超声能量的超声换能器，或用于投射在光场显示器内使用的可见光的红色、绿色和蓝色像素群。还可使用每能量引导位点位置具有更多能量源的配置。在另一实施例中，在能量引导***中可存在多个能量引导衬底，每个衬底含有超过一个能量引导表面位点。

如上文所论述，从单个能量表面位置引导的能量可包括围绕单个能量传播轴以立体角分组的许多单独的能量传播路径(或能量射线)，或中心能量传播路径。此能量投射轴是一种对称线，因为它在水平和竖直维度上大致位于离开单个能量表面位置的能量传播路径的中点。它通常与离开单个能量表面位置的能量射线的平均能量向量基本上平行。

在许多情况下，中心能量传播路径或能量传播轴正交于能量引导模块的表面。例如，图5F中的能量引导模块590的中心能量投射轴512与能量引导装置582的基座的法线513平行。假设多个此类能量引导模块安装在第一表面上，从能量表面上的每一位置起的能量传播路径群组围绕正交于第一表面的轴以立体角分布，与第一表面上的位置无关。换句话说，在第一表面上的每一位置处，能量传播轴与第一表面的法线平行。在本公开中，偏转角可以指能量传播轴与第一表面的法线形成的角度，第一表面在实施例中可以是显示表面。一般来说，偏转角给出了来自能量表面的能量流方向。它描述了所述能量表面上的特定位置处的多个能量传播路径相对于所述表面的法线的平均偏转。

对于能量引导装置的一些实施例，使能量传播方向或能量传播轴不再与能量表面上某些位置处的显示表面法线平行可能是有利的。换句话说，对于能量引导表面上的一些位置，存在非零偏转角。在一些实施例中，偏转角可随着能量引导装置的能量投射表面上的位置而改变。这样做可以将投射的能量射线聚焦到更局部的区域。如果与靠近能量引导表面边缘的位置相对应的能量传播路径群组朝向能量引导表面的中心倾斜，那么还可以允许多条能量射线的会聚位置更靠近能量引导表面。

为了在能量引导表面上实现各种偏转角，可以将此偏转角构建到单独的能量引导模块中，然后将模块安装到显示表面上。图2B中的能量引导模块210示出零偏转角，其中能量传播轴216平行于模块204B的安装基座的法线209，而图2C中的能量引导模块220示出非零偏转角，其中能量传播轴218相对于模块基座204C的法线209成角度219。图5D示出能量引导表面543的对准角度515和入射能量537D相对于安装基座的法线513的接近角度514可以决定从能量引导模块起的能量传播路径群组的对称轴512。在另一实施例中，如果使用透射能量引导表面，那么透射能量引导表面能够产生偏转角，类似于图4C中的角度426。

图10示出根据一个或多个实施例的具有可变偏转角的光场显示***1000的正交视图，所述光场显示***1000包括安装到光场(“LF”)显示器1001的表面上的多个能量引导模块1080。LF显示***1000正在为处于基本上位于显示器中点高度以下的位置的观众投影全息内容，因此许多投射射线的光投射轴也向下倾斜。特写1033A示出图2C中所示的220类型的能量引导模块安装在靠近位置1033的显示器顶部，从而产生使光投射轴1003向下指向观众的偏转角。从位置1033处的显示表面顶部投射的光线群组1013由此光投射轴1003定义，与显示表面的法线1010形成角度1043，并朝观众座椅1008向下倾斜。特写1035A示出210类型的能量引导模块安装在靠近位置1035的显示器底部，且能量传播轴1005的偏转角为零。从位置1035处的显示表面底部投射的光线由此能量传播轴1005定义，其方向与显示器顶部的轴1003不同，在这种情况下为显示表面1045的法线1045的方向。围绕从显示器顶部投射的轴1003的投射射线1013的角展度1023表示竖直视场1023，而围绕从显示器底部投射的轴1005的投射射线群组1015的角展度表示竖直视场1025，其中角展度1023和1025可能相等。在位于显示表面的顶部1033和底部1035之间的位置处投射的光线可以具有偏转角，所述偏转角在显示表面1001顶部的角度1043和显示表面1001底部的角度零(显示表面的法线1045)之间变化。此变化可以是梯度，使得从显示器1034的中间高度投射并以光投射轴1004为特征的光线以偏转角1044投射，此偏转角是显示器1033顶部的偏转角1043和显示器1035底部的底部偏转角零(法线1045)之间的值。此梯度主射线配置的可能优点在于，用于从LF显示器1001投射的全息对象的视体1007可以针对预期的座椅布置进行优化，从而在给定投射光线的可用角度范围1023和1025的情况下为这一组观察者实现改进的表现和复合视场。1000中所示的配置是一个实施方案的实例，并不意图限制可在平坦、弯曲或多刻面的表面上使用的能量引导模块的无限配置。可以代替模块1080使用模块化且透射的能量引导模块，例如图5B中的510，或模块化且反射的能量引导模块，例如图5D中的550和图5F中的590。在另一实施例中，模块1080替代地实施为包括多个能量引导位点的一个或多个能量引导***，所述位点位于附接有能量源模块的公共衬底内，如具有类似于能量源模块808的能量源模块的图8A中的800的能量引导位点851。

向包括能量引导或射束偏转装置的能量引导***发出的指令可以根据那些能量引导或射束偏转装置的物理特征调整。例如，对于倾斜能量反射器160，例如图1C和1D中所示的MEMS镜，倾斜角的小增量变化可能比倾斜角的较大变化快。这同样适用于可配置的反射或透射能量引导超表面，如分别在图1A和1B中示出的那些。因此，控制器以与物理装置的自然扫描顺序匹配的顺序向能量引导装置发出倾斜命令可能是有利的。

图11包括流程图，示出了确定用于操作本公开的能量引导***的能量源和能量引导表面的指令的方法。如图3C中所示，通过以一系列角度

扫描位置(x,y)处的每个能量引导位点，控制器可确定并向能量引导***3001提供在刷新周期内刷新全息对象场景的指令，这种扫描可遵循能量引导装置的最高效光栅扫描次序。控制器还可提供与能量引导装置的配置同步地调制一个或多个能量源的指令。例如，在一个实施例中，当对应的能量引导表面被重新配置成改变角度时，或者当针对预期亮度以给定的角位置

递送了适当量的能量时，每个准直光源可以切换到输出零能量的状态。如果帧刷新速率、准直源亮度、在每一刷新周期通过能量引导装置实现的角度的数目以及能量传播模块的密度足够高，那么通过视觉暂留，观察者150将能够观察到全息对象。

图11示出根据上文的实施例。图11中的第一步骤1101是在控制器处接收数据集，包括四维(“4D”)坐标系中的多个4D坐标的能量属性数据。所述多个4D坐标可各自包括定义多个能量引导表面在4D坐标系中的空间位置的两个空间坐标。如上方在各种实施例中所论述，所述多个能量引导表面配置成各自从一个或多个能量源接收能量并从其沿着多个能量传播路径引导能量。所述多个4D坐标还可各自包括定义从每个能量引导表面起的能量传播路径的角方向的两个角坐标。

在实施例中，数据集中的能量属性数据可包括选自由以下组成的组的至少一个能量属性：颜色、强度、频率或幅度。在实施例中，由控制器接收的数据集可包含要显示的全息内容帧的光场数据。例如，在实施例中，光场数据可至少含有描述多个四维光场坐标

的一个或多个颜色强度的颜色数据值。

接下来，在步骤1102中，处理器可将控制器接收到的数据集处理成数据子集，每个数据子集包括在4D坐标系中具有相同空间坐标的能量传播路径的两个角坐标的能量属性数据，由此根据(x,y)位置对此数据进行分类。例如，在实施例中，这可以为每个对应(x,y)位置处的多个角坐标

中的每一个创建颜色数据值列表。在实施例中，处理数据集的处理器可以是控制器或单独的处理器。

基于第一数据子集，可以确定用于操作第一能量引导表面的第一指令。在实施例中，指令可包括沿着第一能量引导表面的不同能量传播路径引导能量的序列，并且第一数据子集包括第一能量引导表面的能量传播路径的角坐标的能量属性数据。一旦确定第一指令，就可以相应地操作第一能量引导表面以时间连续方式引导能量。

确定第一指令并相应地操作第一能量引导表面的实例由图11中的步骤1103-1109提供。步骤1103-1109可在能量引导装置中的每个(x,y)位置处并行进行，但是出于说明的目的，仅针对两个位置(x,y)₀和(x,y)₁示出这些步骤序列。在下一步骤1103，每个(x,y)位置接收颜色数据列表和对应的角坐标

在步骤1104，控制器可将每个角坐标

的这个颜色数据列表排序成与能量引导装置可以在最快时间内切换的角度顺序最类似的顺序。这基本上可与能量引导装置的光栅扫描角度次序相同。接着在步骤1105，控制器检索第一

数据，然后1106将能量引导装置推进到适当的角度

可能要一直等到能量引导装置稳定下来。然后在1107，控制器将准直光源设置为对应的颜色数据强度值。对于能量引导模块，步骤1106可涉及：将对应能量引导模块中的光源打开至正确的颜色和强度，或以固定的光强度值打开持续一段时间；将与对应能量引导位点相关联的光源打开至正确的颜色值以及强度或以固定强度值打开持续一段时间；将诸如LC面板之类的机械或电光快门打开持续一段固定时间，将能量引导装置保持在适当的角度持续将入射在能量引导表面一侧的适量光能引导到路径

所需要的时间，如图8B中所示。下一步骤1108是关闭光源，这可涉及调整光源的电流或电压、使能量引导装置偏转远离显示区域，或关闭诸如LC面板之类的机械或电光快门。在下一步骤1109中，控制器检索序列中的下一坐标

的颜色数据，并重复步骤1106-1109。一旦每个(x,y)位置处的每个能量引导装置都已经循环通过

数据值的整个序列，控制器就可以前进到要显示的下一帧全息内容。

虽然上文已经描述了根据本文所公开的原理的各个实施例，但是应该理解，它们仅以实例的方式呈现，且不具有限制性。因此，一个或多个本发明的广度和范围不应受到上文所描述的示例性实施例中的任一者限制，而是应该仅根据由本公开发布的权利要求书和其等同物来定义。此外，上文优点及特征在所描述实施例中提供，且不应将此类所发布权利要求的应用限于实现上文优点中的任一个或全部的过程及结构。

应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以在各个实施例中采用本公开的主要特征。所属领域的技术人员将认识到或能够使用不超过常规的实验来确定本文中所描述的具体方法的许多等同物。此类等同物被视为处于本公开的范围内并且被权利要求书涵盖。

另外，本文中的章节标题是出于与依据37CFR 1.77的建议一致而提供，或以其它方式提供组织性提示。这些标题不应限制或特征化可以从本公开发布的任何权利要求中所阐述的一个或多个本发明。确切地说且作为实例，虽然标题提及“技术领域”，但此类权利要求不应受到此标题下描述所谓技术领域的语言限制。进一步地，“背景技术”部分中对技术的描述不应理解为承认技术是本公开中的任何一个或多个本发明的现有技术。“发明内容”也不应视为所发布权利要求中阐述的一个或多个本发明的特征。此外，本公开中以单数形式对“发明”的任何参考不应用于争论在本公开中仅存在单个新颖性点。多项发明可根据从本公开发布的多个权利要求的限制来阐述，且此类权利要求相应地限定由此保护的一个或多个本发明和其等同物。在所有情况下，此类权利要求的范围应鉴于本公开而基于其自有优点加以考虑，而不应受到本文中阐述的标题约束。

使用词语“一”在结合术语“包括”用在权利要求书和/或说明书中时可指“一个”，而且其还符合“一个或多个”、“至少一个”及“一个或超过一个”的含义。除非明显表示仅指替代方案或替代方案相互排斥，否则在权利要求书中使用术语“或”用于指“和/或”，但本公开支持仅指代替代方案的定义和“和/或”。在整个本申请中，术语“约”用于指示一个值包括用于测定所述值的装置、方法的误差的固有变化，或在研究受试者间存在的变化。总的来说但符合前文论述，本文中由“约”等近似词语修饰的数值可在所陈述的值左右变化至少±1、2、3、4、5、6、7、10、12或15％。

如本说明书和权利要求书中所用，词语“包括”(和包括(comprising)的任何形式，例如“comprise”和“comprises”)、“具有”(和具有(having)的任何形式，例如“have”和“has”)、“包含”(和包含(including)的任何形式，例如“includes”和“include”)或“含有”(和含有(containing)的任何形式，例如“contains”和“contain”)是包含性或开放性的，且不排除其它未列出的要素或方法步骤。

例如“在……时”、“等同”、“在……期间”、“完全”等比较、测量和时序词语应理解为意指“基本上在……时”、“基本上等同”、“基本上在……期间”、“基本上完全”等，其中“基本上”意指此类比较、测量和时序可用来实现暗含地或明确地陈述的所要结果。如“附近”、“接近于”和“邻近”等与元件的相对位置相关的词语应意指足够接近以对相应的***元件交互具有实质效果。其它近似词语类似地指代某种条件，所述条件在如此修饰时被理解为未必是绝对或完善的，但会被视为足够接近以使所属领域的技术人员保证指定所存在的条件。描述可变化的程度将取决于可形成多大的变化，且仍使所属领域的普通技术人员将修改的特征辨识为仍具有未修改特征的所需特性和能力。

如本文所用的术语“或其组合”是指在所述术语前面的所列项目的所有排列和组合。例如，A、B、C或其组合旨在包含以下至少一个：A、B、C、AB、AC、BC或ABC，并且如果次序在特定情况下较重要，则还有BA、CA、CB、CBA、BCA、ACB、BAC或CAB。继续此实例，明确包含含有一个或多个项目或项的重复的组合，例如BB、AAA、AB、BBC、AAABCCCC、CBBAAA、CABABB等。本领域技术人员将了解，除非另外从上下文显而易见，否则通常不存在对任何组合中的项目或项的数目的限制。

本文中所公开和要求的所有组合物和/或方法都可以根据本公开在无不当实验的情况下制造和执行。尽管已在优选实施例方面描述了本公开的组合物和方法，但对于所属领域的技术人员来说显而易见的是，可在不脱离本公开的概念、精神和范围的情况下对组合物和/或方法以及在本文所描述的方法的步骤中或步骤序列中进行变化。对于所属领域的技术人员来说显而易见的所有此类类似取代和修改被视作属于所附权利要求书所限定的本公开的精神、范围和概念内。

Claims (51)

1.一种能量引导***，其包括：

多个能量源；

多个能量引导表面，其配置成各自从所述多个能量源中的至少一个能量源接收能量并从其沿着多个能量传播路径引导能量；

控制器，其与所述多个能量源和所述多个能量引导表面通信，所述控制器能够用于向所述能量源和所述能量引导表面提供同步信号以沿着不同能量传播路径选择性地引导能量；

其中所述多个能量引导表面布置成使得从每个能量引导表面起的所述能量传播路径分别定义为四维坐标，所述四维坐标包括对应于相应能量引导表面的位置的两个空间坐标和定义相应传播路径的角方向的两个角坐标。

2.根据权利要求1所述的能量引导***，其中所述能量引导表面中的至少一个包括一个或多个超材料层。

3.根据权利要求2所述的能量引导***，其中所述一个或多个超材料层配置成从中透射能量并将其透射到所述能量引导表面中的所述至少一个的所述多个能量传播路径上。

4.根据权利要求2所述的能量引导***，其中所述一个或多个超材料层配置成从其反射能量并将其反射到所述能量引导表面中的所述至少一个的所述多个能量传播路径上。

5.根据权利要求1所述的能量引导***，其中所述能量引导表面中的至少一个包括能够用于围绕正交轴旋转的至少一个反射表面。

6.根据权利要求5所述的能量引导***，其中所述至少一个反射表面包括微机电***(MEMS)。

7.根据权利要求1所述的能量引导***，其中所述至少一个能量源配置成提供准直能量。

8.根据权利要求1所述的能量引导***，其中所述至少一个能量源配置成提供调制能量。

9.根据权利要求8所述的能量引导***，其中所述控制器的所述同步信号配置成操作所述能量源和所述能量引导表面沿着不同能量传播路径选择性地引导调制能量。

10.根据权利要求1所述的能量引导***，所述***进一步包括定位在所述能量引导表面中的至少一个和对应的至少一个能量源之间的至少一个能量束修改元件，所述至少一个能量束修改元件包括扩束器或棱镜。

11.根据权利要求1所述的能量引导***，所述***进一步包括至少一个反射器，所述反射器定位成将能量从所述对应的至少一个能量源引导到所述能量引导表面中的至少一个。

12.根据权利要求1所述的能量引导***，其中所述至少一个能量源包括点状能量源，并且所述能量引导***进一步包括定位成将来自所述至少一个能量源的能量准直的至少一个能量聚焦元件。

13.根据权利要求1所述的能量引导***，其中所述至少一个能量源包括点状能量源，并且所述能量引导表面配置成将从相应的至少一个能量源接收的能量准直。

14.根据权利要求1所述的能量引导***，其中每个能量引导表面的所述能量传播路径围绕定义相应能量引导表面的传播路径的角度范围的对称轴的能量传播轴；并且其中所述多个能量引导表面中的至少一个的能量传播轴相对于所述多个能量引导表面中的所述至少一个的法线形成非零偏转角。

15.根据权利要求1所述的能量引导***，其中所述多个能量引导表面由在衬底中限定的可重新配置透射位点形成，并且所述多个能量源安装在所述衬底的第一侧上，且进一步其中所述可重新配置透射位点能够用于沿着所述能量引导表面的相应能量传播路径从所述相应的至少一个能量源向所述衬底的第二侧透射能量。

16.根据权利要求15所述的能量引导***，其中所述多个能量源容纳于安装到所述衬底的所述第一侧上的模块中，由此对准所述多个能量源与所述可重新配置透射位点。

17.根据权利要求15所述的能量引导***，其中所述多个能量源安装在与所述衬底对准的公共背板层上。

18.根据权利要求17所述的能量引导***，其中所述多个能量源和所述公共背板层限定在半导体衬底上。

19.根据权利要求17所述的能量引导***，其中所述多个能量源和所述公共背板层限定在印刷电路板上。

20.根据权利要求17所述的能量引导***，其中所述多个能量源与所述衬底对准，使得每个能量源基本上只向所述可重新配置透射位点中的一个提供能量。

21.根据权利要求20所述的能量引导***，其进一步包括能量抑制结构，所述能量抑制结构配置成基本上将来自所述能量源中的一个的能量传播限制到超过一个所述可重新配置透射位点。

22.根据权利要求1所述的能量引导***，其中所述多个能量引导表面和所述多个能量源容纳于模块化能量引导模块中。

23.根据权利要求22所述的能量引导***，其中每个能量引导模块包括：

衬底，其界定在其中限定的可重新配置透射位点，所述可重新配置透射位点形成所述多个能量引导表面中的一个；且

所述对应的至少一个能量源向所述可重新配置透射位点提供能量。

24.根据权利要求23所述的能量引导***，其中所述能量引导模块布置成形成可重新配置透射位点阵列，使得能量能够沿着所述能量传播路径从每个可重新配置透射位点引导，每个能量传播路径具有相应的四维坐标。

25.根据权利要求22所述的能量引导***，其中每个能量引导模块包括：

衬底，其界定在其中限定的可重新配置透射位点，所述可重新配置透射位点形成所述多个能量引导表面的子集；且

所述多个能量源的相应子集向所述可重新配置透射位点提供能量；以及

能量抑制结构，其配置成基本上将来自每个能量源的能量传播限制到超过一个可重新配置透射位点。

26.根据权利要求22所述的能量引导***，其进一步包括定位在所述能量引导表面中的至少一个和相应的至少一个能量源之间的能量路径中的快门。

27.根据权利要求26所述的能量引导***，其中所述能量引导表面中的所述至少一个能够用于在第一时间段期间沿着第一能量传播路径引导能量并在第二时间段期间沿着第二能量传播路径引导能量，并且其中所述控制器与所述快门电子连通，并且能够用于在所述第一和第二时间段之间同步某一时间段期间的所述快门的致动。

28.一种能量引导***，其包括：

能量源，其配置成提供准直能量；

能量引导表面阵列，每个能量引导表面配置成接收所述准直能量并从其沿着多个能量传播路径偏转所接收能量；以及

控制器，其与所述能量引导表面通信，所述控制器能够用于向所述能量引导表面提供信号以沿着不同能量传播路径选择性地引导能量；

其中所述多个能量引导表面布置成阵列，使得从每个能量引导表面起的所述能量传播路径分别定义为四维坐标，所述四维坐标包括对应于相应能量引导表面的位置的两个空间坐标和定义相应传播路径的角方向的两个角坐标。

29.根据权利要求28所述的能量引导***，其中所述控制器的所述信号使所述能量引导表面中的至少一个按某一顺序沿着一组能量传播路径反射所述所接收能量。

30.根据权利要求28所述的能量引导***，其中所述能量引导表面中的至少一个包括一个或多个超材料层。

31.根据权利要求28所述的能量引导***，其中所述一个或多个超材料层配置成从其反射能量并将其反射到所述能量引导表面中的所述至少一个的所述多个能量传播路径上。

32.根据权利要求31所述的能量引导***，其中所述一个或多个超材料层是透射的，且配置成从其偏转通过所述一个或多个层的能量并将其偏转到所述能量引导表面中的所述至少一个的所述多个能量传播路径上。

33.根据权利要求28所述的能量引导***，其中所述能量引导表面中的至少一个包括能够用于围绕正交轴旋转的反射表面。

34.根据权利要求28所述的能量引导***，其中所述能量源包括点能量源，至少一个能量聚焦元件定位成将来自所述点能量源的能量准直。

35.根据权利要求28所述的能量引导***，其中每个能量引导表面的所述能量传播路径围绕定义相应能量引导表面的传播路径的角度范围的对称轴的能量传播轴；并且其中所述多个能量引导表面中的至少一个的能量传播轴相对于所述多个能量引导表面中的所述至少一个的法线形成非零偏转角。

36.根据权利要求28所述的能量引导***，其中所述多个能量引导表面由在衬底中限定的可重新配置反射位点形成。

37.根据权利要求28所述的能量引导***，其中所述多个能量引导表面容纳于模块化能量引导模块中。

38.根据权利要求37所述的能量引导***，其中每个能量引导模块包括界定在其中限定的可重新配置反射位点的衬底，所述可重新配置反射位点形成所述多个能量引导表面中的一个。

39.根据权利要求38所述的能量引导***，其中所述能量引导模块布置成形成可重新配置反射位点阵列，使得能量能够沿着所述能量传播路径从每个可重新配置反射位点引导，每个能量传播路径具有相应的四维坐标。

40.根据权利要求28所述的能量引导***，其进一步包括定位在所述能量引导表面中的至少一个和所述能量源之间的能量路径中的快门。

41.根据权利要求40所述的能量引导***，其中所述能量引导表面中的所述至少一个能够用于在第一时间段期间沿着第一能量传播路径引导能量并在第二时间段期间沿着第二能量传播路径引导能量，并且其中所述控制器与所述快门电子连通，并且能够用于在所述第一和第二时间段之间同步某一时间段期间的所述快门的致动。

42.根据权利要求28所述的能量引导***，其中所述能量源配置成按时间顺序提供调制的准直能量。

43.根据权利要求42所述的能量引导***，其中所述能量源调制成在不同时间段期间在第一和第二状态之间切换，并且其中在所述第一能量源的所述第一状态中，向所述能量引导表面阵列提供基本上为零的准直能量，并且在所述能量源的所述第二状态中，向所述能量引导表面阵列提供非零的准直能量。

44.根据权利要求43所述的能量引导***，其中至少一个能量引导表面的操作与能量源的调制同步，使得当所述能量源处于所述第一状态时，所述至少一个能量引导表面从沿着第一能量传播路径引导能量重新配置为沿着第二能量传播路径引导能量，所述第一和第二能量传播路径具有不同角坐标。

45.一种用于根据四维函数引导能量的方法，所述方法包括：

接收数据集，包括四维(“4D”)坐标系中的多个4D坐标的能量属性数据，所述多个4D坐标各自包括：

两个空间坐标，其定义在所述4D坐标系中多个能量引导表面的空间位置，所述多个能量引导表面配置成各自从一个或多个能量源接收能量并从其沿着多个能量传播路径引导所述能量；以及

两个角坐标，其定义从每个能量引导表面起的所述能量传播路径的角方向；

将所述数据集处理成数据子集，每个数据子集包括在所述4D坐标系中具有相同的两个空间坐标的所述能量传播路径的所述角坐标的所述能量属性数据；

基于第一数据子集，确定用于操作第一能量引导表面的第一指令，所述指令包括沿着所述第一能量引导表面的不同能量传播路径引导能量的序列，所述第一数据子集包括所述第一能量引导表面的所述能量传播路径的所述两个角坐标的所述能量属性数据；以及

根据所确定的第一指令，操作所述第一能量引导表面以时间连续方式引导能量。

46.根据权利要求45所述的方法，其中所述能量属性数据包括选自由以下组成的组的至少一个能量属性：颜色、强度、频率和幅度。

47.根据权利要求45所述的方法，其中考虑到重新配置所述第一能量引导表面的效率，确定沿着所述第一能量引导表面的不同能量传播路径引导能量的所述序列。

48.根据权利要求45所述的方法，其进一步包括基于所述第一数据子集，确定用于操作所述一个或多个能量源将调制能量引导到所述第一能量引导表面的指令，所述指令与用于操作所述第一能量引导表面的所述指令同步。

49.根据权利要求45所述的方法，其进一步包括基于第二数据子集，确定用于操作第二能量引导表面的第二指令，所述第二指令包括沿着所述第二能量引导表面的不同能量传播路径引导能量的序列，所述第二数据子集包括所述第二能量引导表面的所述能量传播路径的所述角坐标的所述能量属性数据。

50.根据权利要求49所述的方法，其进一步包括在操作所述第一能量引导表面的同时，根据所确定的第二指令操作所述第二能量引导表面以时间连续方式引导能量。

51.根据权利要求45所述的方法，其中沿着所述第一能量引导表面的不同能量传播路径引导能量的所述序列将在一时间段内完成。

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