CN109564463B - 高密度能量引导装置 - Google Patents

Abstract

所公开的实施例包含一种能量引导装置，其具有配置成将能量从一个或更多个能量位置引导通过所述装置的一个或更多个能量中继器元件。在一个实施例中，所述一个或更多个能量中继器元件的表面可以形成单个无缝能量表面，其中邻近能量中继器元件表面之间的间隔小于最小可感知轮廓。在所公开的实施例中，能量在具有有源能量表面和机械外壳的能量位置处产生。在一个实施例中，所述能量引导装置配置成将能量从所述能量位置中继通过所述单个无缝能量表面，同时最小化能量位置之间因其机械外壳所致的间隔。在实施例中，所述能量中继器元件可包括利用横向安德森局域化现象的能量中继器。

Description

高密度能量引导装置

技术领域

本公开涉及能量引导装置，且具体地说，涉及配置成引导高密度能量通过具有不可感知的接缝间隙的镶嵌表面的能量中继器。

背景技术

由Gene Roddenberry的《星际迷航(Star Trek)》推广、最初由作家AlexanderMoszkowski在二十世纪初设想的“全息甲板”室内的交互式虚拟世界的梦想在近一个世纪里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。

发明内容

在实施例中，一种能量引导装置可包括一个或更多个能量位置和一个或更多个能量中继器元件，所述一个或更多个能量中继器元件中的每一者还包括第一表面和第二表面。每个能量中继器元件的第二表面可被布置成形成单个无缝能量表面。

在实施例中，所述单个无缝能量表面的任何两个邻近第二表面的边缘之间的间隔可小于最小可感知轮廓，所述最小可感知轮廓由在距所述单个无缝能量表面某一距离处具有优于20/40的视力的人眼视敏度限定，所述距离大于所述单个无缝能量表面的高度或所述单个无缝能量表面的宽度中的较小者。

在实施例中，所述一个或更多个能量中继器元件可配置成沿着能量传播路径引导能量，所述能量传播路径在所述一个或更多个能量位置与所述单个无缝能量表面之间延伸。

在实施例中，所述单个无缝能量表面可以是虚拟表面。

在实施例中，可在零放大、非零放大或非零缩小的情况下引导能量通过所述一个或更多个能量中继器元件。

在实施例中，所述单个无缝能量表面可以是平面的、有刻面的或弯曲的。

在实施例中，一定量的所述一个或更多个能量中继器元件和一定量的所述一个或更多个能量位置可限定所述能量引导装置的机械尺寸。

在实施例中，所述一个或更多个能量中继器元件可配置成：中继接受的聚焦光，所述接受的聚焦光具有第一分辨率，同时保留所述接受的聚焦光的不低于所述第一分辨率的50％的中继分辨率。

在实施例中，一种能量引导装置包括一个或更多个能量位置和一个或更多个能量中继器元件堆叠。每个能量中继器元件堆叠包括一个或更多个能量中继器元件，且每个能量中继器元件包括第一侧和第二侧。每个能量中继器元件可配置成引导自其穿过的能量。

在实施例中，每个能量中继器元件堆叠的终端能量中继器元件的第二侧可被布置成形成单个无缝能量表面。

在实施例中，所述一个或更多个能量中继器元件堆叠可配置成沿着能量传播路径引导能量，所述能量传播路径在所述一个或更多个能量位置与所述单个无缝能量表面之间延伸。

在实施例中，所述终端能量中继器元件的任何两个邻近第二表面的边缘之间的间隔可小于最小可感知轮廓，所述最小可感知轮廓由在距所述单个无缝能量表面某一距离处具有优于20/40的视力的人眼视敏度限定，所述距离大于所述单个无缝能量表面的高度或所述单个无缝能量表面的宽度中的较小者。

在实施例中，每个能量中继器元件堆叠的能量中继器元件以端到端配置进行布置；

在实施例中，一种能量系统包括一个或更多个能量装置以及一个或更多个能量组件，所述能量组件各自由引发自其穿过的能量传输的横向安德森局域化 (transverseAnderson Localization)的元件制成，且每个能量组件还包括第一能量表面和第二能量表面。

在实施例中，每个能量组件的第二能量表面可被布置成形成单个无缝能量表面。

在实施例中，所述一个或更多个能量装置可用来至少发射或接收通过所述单个无缝能量表面的能量。

在实施例中，所述一个或更多个能量组件的任何两个邻近第二能量表面的边缘之间的间隔可小于最小可感知轮廓，所述最小可感知轮廓由在距所述单个无缝能量表面某一距离处具有优于20/40的视力的人眼视敏度限定，所述距离大于单个无缝能量表面高度或单个无缝能量表面宽度中的较小者。

.根据以下详细描述和所附权利要求书，本公开的这些和其它优势对于所属领域的技术人员来说将变得显而易见。

附图说明

图1是示出用于能量引导系统的设计参数的示意图；

图2是示出具有带机械外壳的有源装置区域的能量系统的示意图；

图3是示出能量中继器系统的示意图；

图4是示出粘合在一起且紧固到基座结构的能量中继器元件的实施例的示意图；

图5A是示出通过多芯光纤的中继图像的实例的示意图；

图5B是示出通过光学中继器的中继图像的实例的示意图，所述光学中继器呈现横向安德森局域化原理的特性；

图6是示出从能量表面传播到观看者的射线的示意图；

图7示出各自包括有源显示区域尺寸和机械外壳的三个显示装置的侧视图；

图8具有五个显示装置，其各自包括有源显示区域和结合分束器使用的机械外壳；

图9是其中利用3个分束器来适应机械外壳的方法的侧视图图解；

图10突显机械外壳比、最小焦距和最大图像偏移以及个别平铺图像之间的重叠百分比之间的此关系；

图11是具有布置成弧形的三个投射装置的实施例的俯视图图解；

图12示出锥形能量中继器镶嵌布置；

图13示出包括串联的两个组合式光学中继器锥形的能量中继器元件堆叠的侧视图；

图14示出能量引导装置的实施例的透视图，其中能量中继器元件堆叠布置成8×4阵列以形成单个无缝能量引导表面；

图15含有能量引导装置的若干视图。

图16含有来自图15的能量引导装置的侧视图的近距视图；

图17示出其中能量中继器元件堆叠向内朝向空间中的已知点成角度的实施例的俯视图；

图18是实施例的俯视图图解，其中无缝能量表面是由锥形光学中继器形成的显示器，而显示装置和显示器电子件的机械外壳与锥形中继器相隔一定距离定位；

图19是其中无缝显示表面由九个锥形光学中继器构成的实施例的侧视图图解；

图20是其中单个投射源和单个显示面板源与图像组合器合并的实施例的俯视图图解。

具体实施方式

全息甲板(统称为“全息甲板设计参数”)的实施例提供足以迷惑人类感觉受体以使其相信在虚拟、社交和交互环境内接收到的能量脉冲真实的能量刺激，从而提供：1)在没有外部配件、头戴式眼镜或其它外围设备的情况下的双眼视差；2)同时对于任何数目的观看者，在整个视体中的准确运动视差、阻挡和不透明度；3)对于所有感知光线，通过眼睛的同步会聚、调节和缩瞳的视觉聚焦；以及4)会聚具有足够密度和分辨率的能量波传播以超过视觉、听觉、触觉、味觉、嗅觉和/或平衡的人类感官“分辨率”。

基于迄今为止的常规技术，我们需要数十年甚至几个世纪才能达到能够按照如全息甲板设计参数(包含视觉、听觉、体感、味觉、嗅觉和前庭系统)所提出的令人信服的方式实现所有感受野的技术。

在本公开中，术语光场和全息可互换使用以限定用于任何感觉受体响应的刺激的能量传播。尽管初始公开可涉及通过全息图像和立体触觉的能量表面的电磁和机械能传播的实例，但本公开中设想了所有形式的感觉受体。此外，本文中所公开的沿着传播路径传播能量的原理可适用于能量发射和能量捕捉。

令人遗憾的是，当今存在的许多技术通常与包含透镜印刷、佩珀尔幻象 (Pepper's Ghost)、无眼镜立体显示器、水平视差显示器、头戴式VR和AR显示器(HMD)以及其它概括为“幻境(fauxlography)”的此类幻象的全息图混淆。这些技术可能会呈现出真正的全息显示器的一些期望特性，但是它们无法通过任何足以解决四个识别出的全息甲板设计参数中的至少两个的方式刺激人类视觉响应。

常规技术尚未成功实施这些挑战以产生足以用于全息能量传播的无缝能量表面。存在各种方法来实施立体和方向复用光场显示器，包含视差屏障、微元(hogel)、体素、衍射光学件、多视图投射、全息漫射器、旋转镜、多层显示器、时序显示器、头戴式显示器等，但是常规方法可能涉及对图像质量、分辨率、角取样密度、大小、成本、安全性、帧速率等的牺牲，这最终使得技术不可行。

为了实现视觉、听觉、体感系统的全息甲板设计参数，研究和理解每个相应系统中的人类敏锐度来传播能量波，以便充分迷惑人类感觉受体。视觉系统能够分辨到大约1弧分，听觉系统可以区分小到三度的位置差异，且手部的体感系统能够辨别分隔2到12mm的点。尽管测量这些敏锐度的方式各种各样且相互矛盾，但是这些值足以了解刺激能量传播的感知的系统和方法。

在所提到的感觉受体中，人类视觉系统到目前为止是最敏感的，因为即使是单个光子也可引发感觉。出于此原因，这一介绍的大部分将集中在视觉能量波传播，且联接在所公开的能量波导表面内的分辨率低得多的能量系统可将适当的信号会聚以诱发全息感觉感知。除非另外指出，否则所有公开内容适用于所有能量和感觉域。

在给定视体和视距的情况下计算视觉系统的能量传播的有效设计参数时，所要能量表面可设计成包含有效能量位置密度的数十亿像素。对于宽视体或近场查看，所要能量表面的设计参数可包含数千亿像素或更多的有效能量位置密度。相比而言，所要能量源可设计成取决于输入环境变量，针对立体触觉的超声波传播具有1到250个有效百万像素的能量位置密度，或针对全息声音的声学传播具有36到3,600个有效能量位置的阵列。重要的是注意在所公开的双向能量表面架构的情况下，所有组件都可配置成形成适用于任何能量域的结构来实现全息传播。

然而，目前实现全息甲板的主要挑战涉及可用视觉技术和电磁装置限制。鉴于基于相应感受野中的感觉敏锐度的所要密度的数量级差异，声学和超声波装置不太具有挑战性，但不应低估复杂性。尽管存在分辨率超过所要密度的全息乳剂来对静态图像中的干扰图案进行编码，但目前先进技术的显示装置受到分辨率、数据吞吐量和制造可行性的限制。迄今为止，没有一个显示装置能够有意义地产生具有针对视觉敏锐度的近全息分辨率的光场。

能够满足令人信服的光场显示器的所要分辨率的单个硅基装置的生产可能不切实际，且可能会涉及极其复杂的超出当前制造能力的制造工艺。将多个现有显示装置平铺在一起的局限性涉及由封装、电子器件、壳体、光学件的物理大小形成的接缝和空隙，以及从成像、成本和/或大小角度来看不可避免地导致技术不可行的数个其它挑战。

本文中所公开的实施例可提供构建全息甲板的现实路径。

现将在下文中参考附图描述实例实施例，附图形成本发明的一部分并说明可以实践的实例实施例。如在本公开和所附权利要求书中所用，术语“实施例”、“实例实施例”和“示范性实施例”不一定指代单个实施例但可以指代单个实施例，且各种实例实施例可易于组合和互换，同时不脱离实例实施例的范围或精神。此外，本文中使用的术语仅用于描述各种实施例的目的，而不希望限制实例实施例。就此而言，如本文中所使用，术语“在……中”可包含“在……中”和“在……上”，且术语“一”、“一个”和“所述”可包含单数引用和复数引用。此外，如本文中所使用，术语“通过”依据上下文还可意指“来自”。此外，如本文所使用，术语“如果”还可依据上下文意指“当……时”或“在……后”。此外，如本文中所使用，词语“和/或”可指代并涵盖相关联的所列物品中的一个或更多个的任何和所有可能组合。

全息系统考虑因素：

光场能量传播分辨率概述

光场和全息显示是多个投射的结果，其中能量表面位置提供在视体内传播的角度、颜色和强度信息。所公开的能量表面提供机会供额外信息通过相同表面共存和传播以引发其它感觉系统响应。不同于立体显示器，在空间中会聚的能量传播路径的观察位置在观察者在视体中四处移动时不会变化，且任何数目的观看者可同时在现实空间中看见所传播的对象，就像它真的在现实空间中一样。在一些实施例中，能量的传播可位于相同的能量传播路径中，但是沿着相反的方向。例如，在本公开的一些实施例中，沿着能量传播路径的能量发射和能量捕捉均是可能的。

图1是示出与感觉受体响应的刺激相关的变量的示意图。这些变量可包含表面对角线101、表面宽度102、表面高度103、所确定目标就座距离118、从显示器104的中心起的目标就座视场、在本文中展示为眼睛105之间的样本的中间样本的数目、平均成人眼间间隔106、以弧分为单位的人眼平均分辨率107、在目标观看者位置与表面宽度之间形成的水平视场108、在目标观看者位置与表面高度之间形成的竖直视场109、所得水平波导元件分辨率或在表面110上的元件总数目、所得竖直波导元件分辨率或在表面111上的元件总数目、基于眼睛之间的眼间间距和眼睛之间的角投射的中间样本的数目的样本距离112，角度取样可基于所述样本距离和目标就座距离113、从所要角度取样导出的每波导元件总水平分辨率114、从所要角度取样导出的每波导元件总竖直分辨率 115，水平的装置是确定数目的所要精密能量源的计数116，且竖直的装置是确定数目的所要精密能量源的计数117。

.一种理解所要最小分辨率的方法可基于以下判据来确保视觉(或其它)感觉受体响应的足够刺激：表面尺寸(例如，84"对角线)、表面纵横比(例如， 16:9)、就座距离(例如，距离显示器128")、就座视场(例如，120度或围绕显示器的中心+/-60度)、在一距离处的所要中间样本(例如，眼睛之间的一个额外传播路径)、成人的平均眼间间隔(大约65mm)，以及人眼的平均分辨率 (大约1弧分)。应依据特定应用设计参数将这些实例值视为占位符。

此外，归于视觉感觉受体的每个值可由其它系统代替以确定所要传播路径参数。对于其它能量传播实施例，可考虑低至三度的听觉系统的角度敏感度，以及手部的小至2到12mm的体感系统的空间分辨率。

尽管测量这些感觉敏锐度的方法各种各样且相互矛盾，但这些值足以理解刺激虚拟能量传播的感知的系统和方法。有多种方式来考虑设计分辨率，且下文提出的方法组合了实用产品考虑因素与感觉系统的生物分辨限制。如所属领域的一般技术人员应了解，以下概述是任何此类系统设计的简化，且应视为仅用于示范性目的。

在理解了感觉系统的分辨率极限的情况下，给定下式，可计算总能量波导元件密度，使得接收感觉系统无法辨别单个能量波导元件与邻近元件：

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上述计算得到大约32×18°视场，从而产生所要大约1920×1080(舍入到最接近格式)能量波导元件。还可约束变量，使得视场对于(u，v)两者都是一致的，从而提供能量位置的更规则的空间取样(例如，像素纵横比)。给定下式，系统的角度取样采用限定的目标视体位置和处于优化距离的两个点之间的额外传播能量路径：

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·.

在此情况下，利用眼间距离来计算样本距离，但可利用任何度量将适当数目的样本用作给定距离。考虑到上述变量，可能需要大约每0.57°一条射线，且给定下式，可确定每独立感觉系统的总系统分辨率：

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·.总分辨率H=N*水平元件分辨率

·.总分辨率V=N*竖直元件分辨率

在上述情形下，给定能量表面的尺寸和针对视敏度系统所处理的角度分辨率，所得能量表面可合乎需要地包含大约400k×225k像素的能量分辨率位置，或900亿像素全息传播密度。所提供的这些变量仅出于示范性目的，且能量的全息传播的优化应考虑许多其它感觉和能量计量考虑因素。在另一实施例中，基于输入变量，可能需要1千兆像素的能量分辨率位置。在另一实施例中，基于输入变量，可能需要1,000千兆像素的能量分辨率位置。

当前技术局限：

有源区域、装置电子件、封装和机械外壳

图2示出具有带特定机械外观尺寸的有源区域220的装置200。装置200 可包含驱动器230和电子件240以用于为有源区域220提供动力和介接到所述源区域，所述有源区域具有如由x和y箭头所示的尺寸。此装置200不考虑用于驱动、供电和冷却组件的走线和机械结构，且机械占用面积可通过引入排线到装置200中来进一步最小化。此类装置200的最小占用面积还可被称作具有如由M:x和M:y箭头所示的尺寸的机械外壳210。此装置200仅出于说明的目的，且自定义电子件设计可进一步减少机械外壳开销，但几乎在所有情况中可能都不是装置的有源区域的确切尺寸。在实施例中，此装置200示出对电子件的依赖性，因为其涉及微OLED、DLP芯片或LCD面板或目的是图像照明的任何其它技术的有源图像区域220。

在一些实施例中，还有可能考虑将多个图像聚合到更大的整体显示器上的投射技术。然而，这些技术可能会以投射距离、最短聚焦、光学质量、均匀场分辨率、色差、热特性、校准、对准、额外尺寸或外观尺寸的更大复杂性为代价。对于大多数实际应用，托管数十或数百个这些投射源200可能产生大得多而可靠性更低的设计。

仅出于示范性目的，假设具有3840×2160个位点的能量位置密度的能量装置，给定下式，可确定能量表面所要的个别能量装置(例如，装置100)的数目：

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.给定上述分辨率考虑因素，可能需要类似于图2中所示的那些的大约 105×105个装置。应注意，许多装置包括可能映射或可能不会映射到规则网格的各种像素结构。在每个全像素内存在额外亚像素或位置的情况下，这些可利用来产生额外分辨率或角度密度。额外信号处理可用于取决于像素结构的指定位置而确定将光场转换成校正(u，v)坐标的方式，且可以是已知和已校准的每个装置的显式特性。此外，其它能量域可涉及这些比和装置结构的不同处理，且所属领域的技术人员将理解每个所要频率域之间的直接内在关系。这将在后续公开内容中更详细地示出和论述。

可使用所得计算值来理解可能需要多少个这些个别装置来产生全分辨率能量表面。在此情况下，可能需要大约105×105个或大约11,080个装置来实现所述视敏度阈值。从这些可用的能量位置制出无缝能量表面以进行足够的感觉全息传播存在挑战性和新颖性。

无缝能量表面概述：

能量中继器阵列的配置和设计

在一些实施例中，公开解决以下挑战的方法：由个别装置阵列产生高能量位置密度而不存在因装置的机械结构的限制所致的接缝。在实施例中，能量传播中继器系统可允许有源装置区域的有效大小增大以满足或超过用以配置中继器阵列并形成单个无缝能量表面的机械尺寸。

图3示出此类能量中继器系统300的实施例。如所示，中继器系统300可包含安装到机械外壳320上的装置310，其中能量中继器元件330传播来自装置310的能量。中继器元件330可配置成提供减少任何空隙340的能力，所述间隙可能在装置的多个机械外壳320被放置到多个装置310的阵列中时产生。

例如，如果装置的有源区域310是20mm×10mm，且机械外壳320是40 mm×20mm，那么能量中继器元件330可设计有2:1的放大率，以产生在缩小端上为20mm×10mm(箭头A)且在放大端上为40mm×20mm(箭头B)的锥形形式，从而提供将这些元件330的阵列无缝地对齐在一起而不更改或妨碍每个装置310的机械外壳320的能力。在机械上，中继器元件330可接合或熔合在一起以便对齐和抛光，从而确保装置310之间的接缝间隙340最小。在一个此类实施例中，有可能实现小于眼睛的视敏度限值的接缝间隙340。

图4示出具有能量中继器元件410的基座结构400的实例，所述能量中继器元件形成在一起且牢牢地紧固到额外机械结构430。无缝能量表面420的机械结构提供通过接合或安装中继器元件410、450的其它机械过程将多个能量中继器元件410、450串联联接到同一基座结构的能力。在一些实施例中，每个中继器元件410可熔合、接合、粘合、压配、对齐或以其它方式附接到一起以形成所得无缝能量表面420。在一些实施例中，装置480可安装到中继器元件410 的后部上，且被动地或主动地对齐以确保维持所确定公差内的适当能量位置对齐。

在实施例中，无缝能量表面包括一个或更多个能量位置，且一个或更多个能量中继器元件堆叠包括第一和第二侧，且每个能量中继器元件堆叠被布置成形成单个无缝显示表面，所述单个无缝显示表面沿着在一个或更多个能量位置与无缝显示表面之间延伸的传播路径引导能量，且其中终端能量中继器元件的任何两个邻近第二表面的边缘之间的间隔小于最小可感知轮廓，所述最小可感知轮廓由在大于单个无缝显示表面的宽度的距离处具有优于20/100的视力的人眼视敏度限定。

在实施例中，每个无缝能量表面包括一个或更多个能量中继器元件，每个能量中继器元件具有形成带横向和纵向定向的第一和第二表面的一个或更多个结构。第一中继器表面具有不同于第二中继器表面的面积，从而形成正放大或负放大，且配置有明确的表面轮廓以供第一和第二表面将能量传送通过第二中继器表面，从而大体上填充相对于整个第二中继器表面上的表面轮廓的法线的 +/-10度角。

在实施例中，可在单个能量中继器内或多个能量中继器之间配置多个能量域，以引导包含视觉、声学、触觉或其它能量域的一个或更多个感觉全息能量传播路径。

在实施例中，无缝能量表面配置有能量中继器，所述能量中继器包括两个或更多个第一侧以供每个第二侧同时接收和发射一个或更多个能量域，从而在整个系统中提供双向能量传播。

在实施例中，提供能量中继器作为松散相干元件。

组件工程化结构简介：

横向安德森局域化能量中继器的已公开进展

根据本文中针对引发横向安德森局域化的能量中继器元件所公开的原理，可显著优化能量中继器的特性。横向安德森局域化是传输通过横向无序但纵向一致的材料的射线的传播。

这意味着相比于其中波干扰可能完全限制横向定向上的传播而在纵向定向上继续的多个散射路径之间的随机化，产生安德森局域化现象的材料效应受到全内反射的影响可能更小。

最显著的额外益处是：消除了传统多芯光纤材料的包层。包层是为了在功能上消除光纤之间的能量散射，但是同时充当能量射线的屏障，由此使传输至少减少芯皮比(coreto clad ratio)(例如，70:30的芯皮比将最多传输70％的所接收能量传输)，且另外在传播的能量中形成强像素化图案。

图5A示出这样一个非安德森局域化能量中继器500的实例的端视图，其中图像通过多芯光纤中继，其中由于光纤的内在特性可能呈现失常和光纤噪声。对于传统多模和多芯光纤，由于芯的离散阵列的全内反射的特性，中继的图像在本质上可能被像素化，其中芯之间的任何串扰将降低调制传递函数并增大模糊。通过传统多芯光纤产生的所得图像往往会具有类似于图3所示的那些的残差固定噪声光纤图案。

图5B示出通过能量中继器的相同中继图像550的实例，所述能量中继器包括呈现横向安德森局域化的特性的材料，其中相比于图5A的固定光纤图案，所述中继图案具有更大密度的颗粒结构。在实施例中，包括随机化微观组件工程结构的中继器引发横向安德森局域化，且更高效地传输光，与市售多模玻璃光纤相比，传播的可分辨分辨率更高。

横向安德森局域化材料特性在成本和重量两个方面均存在显著优势，其中类似的光学级玻璃材料的成本和重量可能比实施例内产生的相同材料的成本高 10到100倍，其中所公开的系统和方法包括随机化微观组件工程化结构，相比于所属领域中已知的其它技术，它们有大量机会来改进成本和质量。

在实施例中，呈现横向安德森局域化的中继器元件可在布置成三维栅格的三个正交平面中的每个平面中包括多个至少两种不同组件工程化结构，且所述多个结构形成在三维栅格内的横向平面中的材料波传播特性的随机化分布及在三维栅格内的纵向平面中的材料波传播特性的类似值的通道，其中相较于横向定向，传播通过能量中继器的局域化能量波在纵向定向上具有更高输送效率。

在实施例中，可在单个横向安德森局域化能量中继器内或在多个横向安德森局域化能量中继器之间配置多个能量域以引导一个或更多个感觉全息能量传播路径，包含视觉、声学、触觉或其它能量域。

在实施例中，无缝能量表面配置有横向安德森局域化能量中继器，所述中继器包括两个或更多个第一侧以供每个第二侧同时接收和发射一个或更多个能量域，从而在整个系统中提供双向能量传播。

在实施例中，横向安德森局域化能量中继器被配置为松散相干的或柔性的能量中继器元件。

4D全光函数的考虑因素：

通过全息波导阵列的能量的选择性传播

如上文和本文中所论述的，光场显示系统大体上包含能量源(例如，照明源)和配置有足够能量位置密度的无缝能量表面，如上文论述中所阐述。可使用多个中继器元件将能量从能量装置中继到无缝能量表面。一旦能量被递送到具有必需的能量位置密度的无缝能量表面，能量就可根据4D全光函数传播通过所公开的能量波导系统。如所属领域的普通技术人员将了解，4D全光函数在所属领域中众所周知，且在本文中将不另外详述。

能量波导系统选择性地将能量传播通过沿着无缝能量表面的多个能量位置，所述无缝能量表面表示4D全光函数的空间坐标，其中结构配置成更改通过的能量波的角方向，所述角方向表示4D全光函数的角分量，其中所传播的能量波可根据通过4D全光函数引导的多个传播路径而在空间中会聚。

现参考图6，其示出根据4D全光函数的4D图像空间中的光场能量表面的实例。本图示出能量表面600到观看者620的射线轨迹，其描述能量射线如何从视体内的各个位置会聚在空间630中。如所示，每个波导元件610限定描述通过能量表面600的能量传播640的四个信息维度。两个空间维度(在本文中称为x和y)是可在图像空间中观看到的物理多个能量位置，角分量θ和

(在本文中称为u和v)在投射通过能量波导阵列时可在虚拟空间中观察到。一般来说，根据4D全光函数，在形成本文中所描述的全息或光场系统时，多个波导(例如，微透镜)能够沿着由u、v角分量限定的方向将能量位置从x、y维度引导到虚拟空间中的唯一位置。

然而，所属领域的技术人员应理解，光场和全息显示技术的显著挑战源于不受控的能量传播，因为设计没有精确地考虑到以下中的任一个：衍射、散射、漫射、角方向、校准、焦点、准直、曲率、均一性、元件串扰以及促使有效分辨率降低及无法以足够的保真度精确地会聚能量的大量其它参数。

在实施例中，用于解决与全息显示相关联的挑战的选择性能量传播的方法可包含能量抑制元件，以及利用进入由4D全光函数限定的环境中的近准直能量大体上填充波导孔径。

在实施例中，能量波导阵列可针对每个波导元件限定多个能量传播路径，所述能量传播路径配置成在由规定的4D函数限定的唯一方向上延伸通过且大体上填充波导元件的有效孔径到沿着无缝能量表面的多个能量位置，所述能量位置被一个或更多个元件抑制，所述一个或更多个元件定位成将每个能量位置的传播限制于仅穿过单个波导元件。

在实施例中，可在单个能量波导内或多个能量波导之间配置多个能量域，以引导包含视觉、声学、触觉或其它能量域的一个或更多个感觉全息能量传播。

在实施例中，能量波导和无缝能量表面配置成接收和发射一个或更多个能量域，以在整个系统中提供双向能量传播。

在实施例中，能量波导配置成针对包含墙壁、桌子、地板、天花板、房间或基于其它几何结构的环境的任何无缝能量表面定向，利用数字编码的、衍射、折射、反射、grin、全息、菲涅耳(Fresnel)等波导配置来传播能量的非线性或不规则分布，包含非传输空隙区域。在另一实施例中，能量波导元件可配置成产生各种几何结构，所述几何结构提供任何表面轮廓和/或桌面查看，从而允许用户从360度配置的能量表面的各个位置观看全息图像。

在实施例中，能量波导阵列元件可为反射表面，且所述元件的布置可为六边形、正方形、不规则的、半规则的、弯曲、非平面、球面、圆柱形、倾斜规则的、倾斜不规则的、空间变化的和/或多层的。

对于无缝能量表面内的任何组件，波导或中继器组件可包含但不限于光纤、硅、玻璃、聚合物、光学中继器、衍射、全息、折射或反射元件、光学面板、能量组合器、分束器、棱镜、偏振元件、空间光调制器、有源像素、液晶单元、透明显示器或呈现安德森局域化或全内反射的任何类似材料。

实现全息甲板：

用于在全息环境内刺激人类感觉受体的无缝能量表面系统的聚合

有可能通过将多个无缝能量表面平铺、熔合、接合、附接和/或拼接在一起以形成包含整个房间的任意大小、形状、轮廓或外观尺寸来构造无缝能量表面系统的大型环境。每个能量表面系统可包括组合件，所述组合件具有基座结构、能量表面、中继器、波导、装置和电子件，它们共同配置成用于双向全息能量传播、发射、反射或感测。

在实施例中，平铺无缝能量系统的环境聚合以形成大型无缝平面或弯曲壁，所述壁包含包括多达给定环境中的所有表面的设施，且被配置为无缝、不连续平面、有刻面、弯曲、圆柱形、球面、几何或不规则几何结构的任何组合。

在实施例中，平面表面的聚合平铺块形成用于剧场的或基于场所的全息娱乐的墙壁大小的系统。在实施例中，对于基于洞穴的全息设施，平面表面的聚合平铺块覆盖具有包含顶部和地面在内的四个到六个壁的空间。在实施例中，对于沉浸式全息设施，弯曲表面的聚合平铺块产生圆柱形无缝环境。在实施例中，对于基于全息甲板的沉浸式体验，无缝球面表面的聚合平铺块形成全息圆顶。

在实施例中，无缝弯曲能量波导的聚合平铺块沿着能量波导结构内的能量抑制元件的边界提供遵循精确图案的机械边缘，以粘合、对齐或熔合邻近波导表面的邻近平铺机械边缘，从而产生模块化的无缝能量波导系统。

在聚合平铺环境的另一实施例中，针对多个同时能量域，双向传播能量。在另一实施例中，能量表面提供同时从相同能量表面进行显示和捕捉的能力，其中波导被设计成使得光场数据可通过照明源投射通过波导且同时通过相同能量表面接收。在另一实施例中，可利用额外深度感测和主动扫描技术以在准确的世界坐标中实现能量传播与观看者之间的交互。在另一实施例中，能量表面和波导可用来发射、反射或会聚频率以引发触感或立体触觉反馈。在一些实施例中，双向能量传播和聚合表面的任何组合是可能的。

在实施例中，系统包括能量波导，所述能量波导能够通过能量表面双向发射和感测能量，其中一个或更多个能量装置独立地与两个或更多个路径能量组合器配对，以将至少两个能量装置配对到无缝能量表面的相同部分，或一个或更多个能量装置固定在能量表面后面并接近于固定到基座结构上的额外组件，或接近于在用于轴外直接或反射投射或感测的波导的FOV的前面和外部的位置，且所得能量表面实现能量的双向传输，从而允许波导会聚能量、允许第一装置发射能量且允许第二装置感测能量，且其中信息被处理以执行计算机视觉相关任务，包含但不限于对传播的能量图案内的干扰的4D全光眼动和视网膜跟踪或感测、深度估计、接近、运动跟踪、图像、颜色或声音形成，或其它能量频率分析。在另一实施例中，所跟踪位置基于双向捕捉的数据与投射信息之间的干扰进行主动计算并修改能量位置。

在一些实施例中，针对组合成单个第二能量中继器表面的传播能量的三个第一中继器表面中的每个表面，将包括超声波传感器、可见电磁显示器和超声波发射装置的三个能量装置的多个组合配置在一起，其中所述三个第一表面中的每个表面包括特定于每个装置的能量域的工程化特性，且两个工程化波导元件分别针对超声波和电磁能配置以能够独立引导和会聚每个装置的能量，且大体上不受配置成用于单独能量域的其它波导元件的影响。

在一些实施例中，公开一种实现高效制造以消除系统伪影并产生与编码/ 解码技术一起使用的所得能量表面的几何映射的校准程序，以及用于将数据转换成适合基于校准配置文件进行能量传播的校准信息的专用集成系统。

在一些实施例中，串联的额外能量波导和一个或更多个能量装置可集成到系统中以产生不透明全息像素。

在一些实施例中，可集成包括能量抑制元件、分束器、棱镜、有源视差屏障或偏振技术的额外波导元件，以便提供大于波导直径的空间和/或角度分辨率或用于其它超分辨率目的。

在一些实施例中，所公开的能量系统还可配置为可穿戴双向装置，例如虚拟现实(VR)或增强现实(AR)。在其它实施例中，能量系统可包含使所显示或所接收的能量聚焦接近于空间中对于观看者来说确定的平面的调整光学元件。在一些实施例中，波导阵列可并入到全息头戴式显示器中。在其它实施例中，系统可包含多个光学路径，以允许观看者看到能量系统和现实世界环境(例如，透明的全息显示器)。在这些情况下，除了其它方法之外，系统可呈现为近场。

在一些实施例中，数据的传输包括具有可选择或可变压缩比的编码过程，所述编码过程接收信息和元数据的任意数据集；分析所述数据集并接收或指派材料特性、向量、表面ID、新像素数据，从而形成更稀疏的数据集，且其中接收到的数据可包括：2D、立体、多视图、元数据、光场、全息、几何结构、向量或向量化元数据，且编码器/解码器可提供包括图像处理的实时或离线转换数据的能力，以用于：2D；2D+深度、元数据或其它向量化信息；立体、立体+ 深度、元数据或其它向量化信息；多视图；多视图+深度、元数据或其它向量化信息；全息；或光场内容；在具有或不具有深度元数据的情况下通过深度估计算法；以及逆射线跟踪方法通过特征化4D全光函数以适当方式将各种2D、体视、多视图、立体、光场或全息数据的逆射线跟踪所产生的所得转换数据映射到现实世界坐标中。在这些实施例中，所要的总数据传输可以是比原始光场数据集少多个数量级的传输信息。

高密度能量引导装置

在实施例中，一种能量引导装置可包括一个或更多个能量位置和一个或更多个能量中继器元件，所述一个或更多个能量中继器元件中的每一者还包括第一表面和第二表面。每个能量中继器元件的第二表面可被布置成形成单个无缝能量表面。

在本公开的实施例中，所述一个或更多个能量位置可包括包含以下中的任一个的显示技术：

a)LCD、LED、激光、CRT、OLED、AMOLED、TOLED、微型投射器、单芯片、3芯片、LCoS、DLP、量子点、单色、彩色、投射、背光、直接发射、反射、透明、不透明、相干的、非相干的、漫射、直射或足以产生所要像素密度的任何其它照明源；以及

b)其中任何反射式显示技术可直接结合到光学中继器以提供室外或环境照明显示器，且另外与其它材料组合，允许光与中继的内容的交互以用于2D和光场应用；以及

c)一系列分束器、棱镜或偏振元件，且将上述装置中的每一者布置在光学系统内以提供虚拟能量表面，所述表面聚合以包含甚至包括机械外壳的一个或更多个装置之间的全部有源区域的完全无缝集成。

d)一系列平行、会聚、光学偏移平行和会聚、轴上、轴外、径向、对准或以其它方式反射或投射系统，每个系统包含指定分辨率和机械外壳但投射到小于组合的所有所述一个或更多个反射或投射系统的并排占用面积的聚合表面上。

在实施例中，所述单个无缝能量表面的任何两个邻近第二表面的边缘之间的间隔可小于最小可感知轮廓，所述最小可感知轮廓由在距所述单个无缝能量表面某一距离处具有优于20/40的视力的人眼视敏度限定，所述距离大于单个无缝能量表面的高度或单个无缝能量表面的宽度中的较小者。

由多个单独的独立能量源形成无缝能量表面存在一个问题：能量源的有源区域之间有明显接缝。

例如，对于可见电磁能，图7表示在安装于排线上时相同的独立显示器之间可能的最小间隔的实例。图7示出各自包括有源显示区域尺寸702和机械外壳706的三个显示装置700的侧视图。最小间隙708突显显示装置700的任何两个有源成像表面702之间可能的最小空间。在有源图像与机械外壳比小于2:1 (例如有源区域20mm×10mm，且机械外壳小于40mm×10mm)的情况下，有可能使用分束器或其它类似光学和反射材料来交错两个图像表面以形成单一个连续平面。

图8是描述此方法的一个此类实施方案的侧视图图解。图8具有五个显示装置800，其各自包括有源显示区域802和机械外壳804。分束器806将显示装置800产生的图像光808组合成无缝图像呈现810，这有效地遮蔽了显示装置 800的机械外壳804。应注意，在显示器处或附近优选高度非反射暗表面以遮蔽非图像区域，以避免电子件和其它非显示区域的反射。

图9是利用3个分束器以适应4:1比的机械外壳的第二方法的侧视图图解。图9具有八个显示装置900，其各自包括有源显示区域902和机械外壳904。三个分束器906、908和910将八个显示装置900产生的图像光912组合成无缝图像呈现914，这有效地遮蔽了显示装置900的机械外壳904。

应注意，尽管这些方法可用，但优选的是，机械精度可接近完美以避免对每个重叠显示平面的不正确角度查看，且总体观看亮度将通过分束器所吸收以便将光线重新引导到每个精密反射平面的光量而减小。在图9中，图像光912 的亮度将因整个系统的光损失而仅从显示装置900传输最多25％的实际显示峰值电位。另外，应注意，取决于所要图像表面的大小，具有多次反射的物理设备的大小极快地变得非常大。

还可能考虑投射技术以将多个图像聚合到较大总体显示器中，但这以投射距离、最短聚焦、光学质量、随着时间推移在温度梯度上的热一致性考虑因素以及图像混合、对准、大小和外观尺寸的较大复杂性为代价。对于大多数实际应用，托管数十或数百个这些投射源会产生大得多而可靠性更低的设计。在注意到上文全部风险的情况下，本文中含有的所有描述还可适用于除所公开的面板方法之外的任何形式的投射技术。

.一种替代的方法涉及以平铺方式使用许多投射器以产生与后部投射表面结合的无缝图像表面。此表面可包含在平面的或非平面的表面中的屏幕、漫射器和光学中继器。每个个别地定址的平铺块之间的区域理想地应略微重叠且以适当方式混合每个平铺块之间的过渡，但不作明确要求。图像区域到机械外壳适用相同构思，但添加了一些复杂性。我们现沿着图像表面位置引入最大光学偏移概念，所述图像表面位置可通过独立于图像源的光学件移动投射系统的光学件而进行控制，从而得到图像到能量表面的非梯形失真移位。需要高质量光学件来实现这一点，且光学件通常限于比所投射图像的宽度小。

另外，在不使用正射或准直设计时，我们现面临投射系统内所含光学件的最短聚焦的问题。这可通过增大每平铺块的总投射图像大小来解决，其结果是增大观看距离以提供如上文所述的所要像素密度。

图10突显机械外壳比、最小焦距和最大图像偏移以及个别平铺图像之间的重叠百分比之间的此关系。图10示出实施例的俯视图，其中有三个投射装置：一个居中投射装置1000以及两个偏离中心的投射装置1001、1003。每个投射装置1000、1001、1003的机械外壳产生显示偏移，这需要对每个偏离中心的投射装置1001、1003的投射角度1004进行调整。图10突显轴外投射光学件的使用，其中显示面板1014从显示镜片1016的光轴移置量1002，所述量与到阵列的中心的显示面板距离成比例，从而允许这些图像中的每一者重叠，同时维持平行阵列结构，且另外避免梯形失真图像校正。从投射装置1000、1001、1003 投射的图像光在图像平面1008处形成显示图像1006。来自偏离中心的投射装置1001、1003的图像光在图像平面1008处将具有图像偏移1010和部分重叠 1012。

在实施例中，所述单个无缝能量表面可以是平面的、有刻面的或弯曲的。还可能形成投射器弧，代价是需要在光学上或计算上进行梯形失真校正以形成单个能量表面。在实施例中，三投射装置可布置成弧形。投射装置可产生传播通过平面的图像平面的图像光。图像光可能经历梯形失真效应。

或者，可设计非平面表面，以便将每个投射器直接放置在观看能量表面的对应平铺块后方。图11是具有布置成弧形的三个投射装置1100的实施例的俯视图图解。投射装置1100产生传播通过非平面表面1104的图像光1102。图像光1102可能经历图10的实施例会避免的梯形失真效应。对于这两种方法，未必需要投射器呈物理堆叠配置，且可利用反射器或其它光学方法以便提供专用机械设计。

在可同时利用分束器和投射技术的情况下可使用这些方法的任何组合。

系统的额外实施例利用了当前在能量中继器技术上的突破。

锥形能量中继器

为了进一步解决从含有延伸的机械外壳的个别能量波源阵列产生高分辨率的挑战，锥形能量中继器的使用可用来增大每个能量源的有效大小。锥形能量中继器阵列可拼接在一起以形成单个连续能量表面，从而避开那些能量源的机械要求的限制。

在实施例中，一个或更多个能量中继器元件可配置成沿着传播路径引导能量，所述传播路径在一个或更多个能量位置与单个无缝能量表面之间延伸。

例如，如果能量波源的有源区域是20mm×10mm，且机械外壳是40mm×20 mm，那么锥形能量中继器可设计有2:1的放大率，以产生在缩小端上为20 mm×10mm(切割时)且在放大端上为40mm×20mm(切割时)的锥形，从而提供将这些锥形的阵列无缝地对齐在一起而不更改或妨碍每个能量波源的机械外壳的能力。

图12示出根据本公开的一个实施例的此种锥形能量中继器镶嵌布置1210 的正交视图。在图12中，中继器装置1210可包含两个或更多个中继器元件 1220，每个中继器元件1220由一个或更多个结构形成，每个中继器元件1220 具有第一表面1240、第二表面1260、横向定向(大体上平行于表面1240、1260) 和纵向定向(大体上垂直于表面1240、1260)。第一表面1240的表面积可不同于第二表面1260的表面积。对于中继器元件1220，第一表面1240的表面积小于第二表面1260的表面积。在另一实施例中，第一表面1240的表面积可与第二表面1260的表面积相同或比其大。能量波可从第一表面1240传送到第二表面1260，或反之亦然。

在图12中，中继器元件装置1210的中继器元件1220包含在第一表面1240 与第二表面1260之间的倾斜廓线部分1280。在操作中，第一表面1240与第二表面1260之间的能量波传播在纵向定向上的输送效率可高于横向定向上的输送效率，且通过中继器元件1220的能量波可引起空间放大或空间缩小。换句话说，通过中继器元件装置1210的中继器元件1220的能量波可经历增加的放大或减小的放大。在实施例中，可在零放大的情况下引导能量通过一个或更多个能量中继器元件。在一些实施例中，用于形成中继器元件装置的一个或更多个结构可包含玻璃、碳、光纤、光学薄膜、塑料、聚合物或其混合物。

在一个实施例中，穿过第一表面的能量波具有第一分辨率，而穿过第二表面的能量波具有第二分辨率，且第二分辨率不低于第一分辨率的约50％。在另一实施例中，尽管在呈现到第一表面时具有均一特征曲线，但能量波可穿过第二表面，在每个方向上辐射，且在前向方向上具有基本上填充相对于第二表面的法线具有+/-10度张角的圆锥的某一能量密度，而无关于在第二中继器表面上的位置。

在一些实施例中，第一表面可配置成从能量波源接收能量，所述能量波源包含宽度不同于第一表面和第二表面中的至少一个的宽度的机械外壳。

在实施例中，能量可在限定纵向定向的第一表面与第二表面之间输送，每个中继器的第一和第二表面大体上沿着由第一和第二方向限定的横向定向延伸，其中纵向定向大体上与横向定向正交。在实施例中，传播通过所述多个中继器的能量波在纵向定向上具有比横向定向上高的输送效率，且因与纵向定向上的最小折射率变化关联的横向定向上的随机折射率变化性而通过横向安德森局域化原理在横向平面中空间局域化。在每个中继器由多芯光纤构造的一些实施例中，在每个中继器元件内传播的能量波可在纵向定向上行进，所述纵向定向通过对齐此定向上的光纤而确定。

以机械方式将这些锥形能量中继器切割和抛光到高度精度，之后接合或熔合在一起以便将其对齐且确保中继器之间可能的最小接缝间隙。由能量中继器的第二表面形成的无缝表面在中继器接合之后进行抛光。在一个此类实施例中，使用以热方式匹配到锥形材料的环氧树脂，有可能实现50um的最大接缝间隙。在另一实施例中，将锥形阵列置于压缩和/或热下的制造工艺能够将元件熔合在一起。在另一实施例中，使用塑料锥形可更容易进行化学熔合或热处理来形成接合体而不需要额外的接合。为免生疑问，可使用任何方法来将阵列接合在一起，明确地说，只包含重力和/或力的接合。

在实施例中，终端能量中继器元件的任何两个邻近第二表面的边缘之间的间隔可小于最小可感知轮廓，所述最小可感知轮廓由在距所述单个无缝能量表面某一距离处具有优于20/40的视力的人眼视敏度限定，所述距离大于所述单个无缝能量表面的高度或所述单个无缝能量表面的宽度中的较小者。

可优选机械结构，以便以符合特定公差规格的方式保持多个组件。在一些实施例中，锥形中继器元件的第一和第二表面可具有任何多边形形状，包含但不限于圆形、椭圆形、卵形、三角形、正方形、矩形、平行四边形、梯形、菱形、五边形、六边形等等。在一些实例中，对于非方形锥形，例如矩形锥形，中继器元件可进行旋转以具有平行于整个能量源的最大尺寸的最小锥形尺寸。此方法允许能量源的优化，以在从能量源的中心点观看时呈现因放大中继器元件的接受光锥区所致的对光线的最低抑制。例如，如果所要能量源大小是100mm×60mm，且每个锥形能量中继器是20mm×10mm，那么中继器元件可进行对齐和旋转，使得可组合3×10锥形能量中继器元件的阵列以产生所要能量源大小。此处并未暗示不可以利用替代性配置为6×5矩阵阵列以及其它组合的阵列。包括3×10布局的阵列一般将比替代性的6×5布局表现得更好。

能量中继器元件堆叠

尽管能量源系统的大多数极简形成包括接合到单个锥形能量中继器元件的能量源，但多个中继器元件可联接以形成质量或灵活性增大的单个能量源模块。此种实施例包含其中缩小端附接到能量源的第一锥形能量中继器和连接到第一中继器元件的第二锥形能量中继器，其中第二光锥的缩小端接触第一中继器元件的放大端，从而生成等于两个个别的锥形放大率的乘积的总放大率。这是包括两个或更多个能量中继器元件序列的能量中继器元件堆叠的实例，其中每个能量中继器元件包括第一侧和第二侧，所述堆叠将能量从第一元件的第一表面中继到序列中的最末元件的第二表面，所述最末元件也叫终端表面。每个能量中继器元件可配置成引导自其穿过的能量。

在实施例中，能量引导装置包括一个或更多个能量位置和一个或更多个能量中继器元件堆叠。每个能量中继器元件堆叠包括一个或更多个能量中继器元件，其中每个能量中继器元件包括第一表面和第二表面。每个能量中继器元件可配置成引导自其穿过的能量。在实施例中，每个能量中继器元件堆叠的终端能量中继器元件的第二表面可被布置成形成单个无缝能量表面。在实施例中，所述一个或更多个能量中继器元件堆叠可配置成沿着能量传播路径引导能量，所述能量传播路径在一个或更多个能量位置与单个无缝显示表面之间延伸。

图13示出根据本公开的实施例的由串联的两个组合式光学中继器锥形 1322、1324组成的能量中继器元件堆叠1300的侧视图，两个锥形均具有面向能量源表面1326的缩小端。在图13中，对于锥形1324的输入，输入数值孔径 (NA)为1.0，但对于锥形1322的输出，仅约为0.16。注意，使输出数值孔径除以总放大率6，所述总放大率是锥形1324的2与锥形1322的3的乘积。此方法的一个优势是考虑到能量源的各种尺寸，能够定制第一能量波中继器元件而不用更改第二能量波中继器元件。这另外提供了更改输出能量表面的大小而不改变能量源或第一中继器元件的设计的灵活性。图13中还示出能量源1326 和容纳能量源驱动电子件的机械外壳1328。

在实施例中，第一表面可配置成从能量源单元(例如1326)接收能量波，所述能量源单元包含机械外壳，所述机械外壳的宽度不同于第一表面和第二表面中的至少一个的宽度。在一个实施例中，穿过第一表面的能量波可具有第一分辨率，而穿过第二表面的能量波可具有第二分辨率，使得第二分辨率不低于第一分辨率的约50％。在另一实施例中，尽管在呈现到第一表面时具有均一特征曲线，但能量波可穿过第二表面，在每个方向上辐射，且在前向方向上具有基本上填充相对于第二表面的法线具有+/-10度张角的圆锥的某一能量密度，而无关于在第二中继器表面上的位置。

在一个实施例中，呈堆叠配置的所述多个能量中继器元件可包含多个面板 (具有同一性放大率的中继器)。在一些实施例中，所述多个面板可具有不同长度，或是松散相干光学中继器。在其它实施例中，所述多个元件可具有类似于图12的倾斜廓线的倾斜廓线，其中倾斜廓线可为成角度的、线性的、弯曲的、锥形的、有刻面的或相对于中继器元件的法线轴成一非垂直角度对齐的。在又一实施例中，传播通过所述多个中继器元件的能量波在纵向定向上具有比在横向定向上高的输送效率，且因与纵向定向上的最小折射率变化关联的横向定向上的随机折射率变化性而在横向定向上空间局域化。在每个能量中继器由多芯光纤构造的实施例中，在每个中继器元件内传播的能量波可在纵向定向上行进，所述纵向定向通过对齐此定向上的光纤而确定。

能量引导装置

图14示出能量引导装置的实施例1400的透视图，其中能量中继器元件堆叠布置成8×4阵列以形成单个无缝能量引导表面1410，且每个锥形能量中继器元件堆叠的终端表面的最短维度平行于能量表面1410的最长维度。能量来源于 32个单独的能量源1450，每个能量源接合或以其它方式附接到能量中继器元件堆叠的第一元件。

在实施例中，终端能量中继器元件的任何两个邻近第二表面的边缘之间的间隔可小于最小可感知轮廓，所述最小可感知轮廓由在距单个无缝能量表面某一距离处具有优于20/100的视力的人眼视敏度限定，所述距离大于单个无缝能量表面的高度或单个无缝能量表面的宽度中的较小者。

图15含有实施例A00的以下视图：正视图1510、俯视图1520、侧视图1530 和近距侧视图1540。

图16是由重复结构组成的能量引导装置1400的侧视图1540的近距视图，所述重复结构由沿着第一和第二方向限定的横向定向布置的能量中继器元件堆叠1630构成，用于将能量波从多个能量单元1450传播到由能量中继器元件堆叠的第二表面形成的单个共同无缝能量表面1680。每个能量单元1450由能量源1610以及容纳驱动电子件的机械壳体1650构成。每个中继器堆叠由一侧不具有放大率的直接接合到能量源1610的面板1640以及另一侧的锥形能量中继器构成，其中锥形在空间上放大来自面板的能量波，同时将能量传播到无缝能量表面1680。在一个实施例中，锥形能量中继器的放大率是2:1。在一个实施例中，锥形能量中继器1620通过共同基座结构1660保持在适当位置，且这些锥形中的每一者接合到面板1640，所述面板继而接合到能量单元1450。相邻锥形1620在接缝1670处接合或熔合在一起，以便确保实现可能的最小接缝间隙。整个8×4阵列中的所有锥形能量中继器布置成无缝镶嵌件，使得每个锥形能量中继器的第二表面形成单个连续能量表面1680，所述表面在组合期间抛光以确保平坦度。在一个实施例中，表面1680被抛光到10个波的平坦度内。面板1685 的尺寸略微大于表面1680的尺寸，且所述面板放置成与表面1680直接接触，以便扩展锥形能量表面1680的视场。面板的第二表面形成能量引导装置1400 的输出能量表面1410。

在1400的此实施例中，能量从每个能量源1610传播通过中继器堆叠1630 且接着大体上与面板正交，从而限定纵向方向，每个中继器堆叠的第一和第二表面大体上沿着由第一和第二方向限定的横向定向延伸，其中纵向定向大体上与横向定向正交。在一个实施例中，传播通过多个中继器元件面板1640、锥形 1620和面板1685中的至少一个的能量波在纵向定向上具有比横向定向上高的输送效率，且因与纵向定向上的最小折射率变化关联的横向定向上的随机折射率变化性而在横向定向上局域化。在一些实施例中，中继器元件面板1640、锥形1620和面板1685中的至少一个可由多芯光纤构成，其中在每个中继器元件内传播的能量波在纵向定向上行进，所述纵向定向通过对齐此定向上的光纤而确定。

在一个实施例中，穿过1640的第一表面的能量波具有第一空间分辨率，而穿过锥形能量中继器1620的第二表面且穿过面板的能量波具有第二分辨率，且第二分辨率不低于第一分辨率的约50％。在另一实施例中，尽管在面板1640 的第一表面处具有均一特征曲线，但能量波可穿过无缝能量表面1680和1410，在每个方向上辐射，且在前向方向上具有基本上填充相对于无缝能量表面1410 的法线具有+/-10度张角的圆锥的某一能量密度，而无关于在此表面1410上的位置。

在实施例中，一种能量引导装置包括一个或更多个能量源和一个或更多个能量中继器元件堆叠。

在实施例中，能量引导装置的每个能量中继器元件可包括以下中的至少一个：

a)一个或更多个光学元件，其呈现横向安德森局域化；

b)多个光纤；

c)松散相干光纤；

d)图像组合器；

e)一个或更多个梯度折射率光学元件；

f)一个或更多个分束器；

g)一个或更多个棱镜；

h)一个或更多个偏振光学元件；

i)一个或更多个多种大小或长度光学元件，以用于机械偏移；

j)一个或更多个波导；

k)一个或更多个衍射、折射、反射、全息、光刻或透射性元件；以及

l)一个或更多个回射器。

在实施例中，一定量的所述一个或更多个能量中继器元件和一定量的所述一个或更多个能量位置可限定所述能量引导装置的机械尺寸。并入系统中的光学中继器元件的量不受限制，且仅受机械考虑因素约束，且所得无缝能量表面包含产生无穷大分辨率能量表面的多个较低分辨率能量源，所述无穷大分辨率能量表面仅受显示装置内包含的组件的分辨力和图像质量限制。

可优选机械结构，以便以符合特定公差规格的方式保持多个中继器组件。以机械方式将含有形成无缝能量表面的第二表面的的能量中继器切割和抛光到高度精度，之后将其接合或熔合在一起以便将其对齐且确保能量中继器之间可能的最小接缝间隙成为可能。无缝表面1680在中继器1620接合在一起之后进行抛光。在一个此类实施例中，使用热匹配到锥形能量中继器材料的环氧树脂，有可能实现50um的最大接缝间隙。在另一实施例中，将锥形阵列置于压缩和/ 或热下的制造工艺能够将元件熔合在一起。在另一实施例中，使用塑料锥形可更容易进行化学熔合或热处理来形成接合体而不需要额外的接合。为免生疑问，可使用任何方法来将阵列接合在一起，明确地说，只包含重力和/或力的接合。

能量表面可个别地和/或作为单个能量表面进行抛光，且可以是任何表面形状，包含平面、球面、圆柱形、圆锥形、有刻面、平铺、规则、不规则、凸形、凹形、倾斜或用于指定应用的任何其它几何形状。可以机械方式安装光学元件，使得光轴平行、不平行和/或布置成使能量表面法线以指定方式定向。

在有源显示区域外部形成各种形状的能力能够通过夹持结构、接合工艺或将一个或更多个中继器元件保持在适当位置所要的任何其它机械方式将串联的多个光学元件联接到同一基座结构。所述各种形状可由光学材料形成，或通过额外合适的材料接合。用来保持所得形状的机械结构可具有用以配合在所述结构顶部上的相同形式。在一个实施例中，能量中继器设计有正方形形状，其中一侧等于能量中继器总长度的10％但在宽度和高度上比能量源的有源区域大 25％。此能量中继器通过匹配的机械结构夹持且可利用折射率匹配油、折射率匹配环氧树脂等等。在电磁能量源的情况下，将任何两个光学元件置于串联形式的过程可包含机械或主动对准，其中提供视觉反馈以确保执行了合适的图像对准容差。通常，在对准之前将显示器安装到光学元件的后表面，但这取决于应用而可以是或可能不是所要的。

在实施例中，每个能量中继器元件堆叠的终端能量中继器元件的第二侧可被布置成形成单个无缝能量表面。

在实施例中，由能量中继器元件堆叠的镶嵌件形成的单个无缝能量表面可通过使面板层与所述表面直接接触、使用接合剂、折射率匹配油、压力或重力将所述面板层粘附到能量表面而延伸。在一个实施例中，面板层可由单一件的能量中继材料构成，而在其它实施例中，面板层由接合或熔合在一起的两件或更多件能量中继材料构成。在一个实施例中，面板的延伸可增大能量波相对于无缝能量表面的法线的发射角度。

在实施例中，所述一个或更多个能量中继器元件堆叠可配置成沿着传播路径引导能量，所述传播路径在一个或更多个能量位置与所述单个无缝能量表面之间延伸。

在实施例中，所述终端能量中继器元件的任何两个邻近第二表面的边缘之间的间隔可小于最小可感知轮廓，所述最小可感知轮廓由在距所述单个无缝能量表面某一距离处具有优于20/40的视力的人眼视敏度限定，所述距离大于所述单个无缝能量表面的高度或所述单个无缝能量表面的宽度中的较小者。

在实施例中，每个能量中继器元件堆叠的能量中继器元件以端到端配置进行布置。

在实施例中，可在零放大、非零放大或非零缩小的情况下引导能量通过所述一个或更多个能量中继器元件堆叠。

在实施例中，一个或更多个能量中继器元件堆叠中的任何能量中继器元件可包括呈现横向安德森局域化的元件、光纤、分束器、图像组合器、配置成更改自其穿过的能量的角方向的元件等。

在实施例中，沿着能量传播路径引导的能量可以是由某一波长限定的电磁能，所述波长属于电磁波谱范围，例如可见光、紫外线、红外线、x射线等。在实施例中，沿着能量传播路径引导的能量可以是机械能，例如声学声音、触觉压力等。立体声音环境是有效地激发实现全息声音或类似技术的技术。立体触觉装置产生变换器阵列、空气发射器等以产生触碰到漂浮在半空中的物体的感觉，所述感觉可直接关联到光场显示器中显示的视觉物。支持交互或沉浸式媒体的任何其它技术可另外结合此全息显示器进行开发。对于将能量引导装置用作显示表面，电子件可直接安装到个别显示器的引脚，附接到具有例如零插入力(ZIF)连接器的插口的电子件，或通过使用中介层和/或其类似者，从而提供系统的简化安装和维护。在一个实施例中，包含显示板、FPGA、ASIC、 IO装置或所述显示器的使用所优选的类似所要组件的显示器电子组件可安装或系接在排线或柔性-硬性线缆上，以便产生显示器安装平面与物理电子封装的位置之间的偏移。提供额外机械结构以安装所述装置需要的电子件。这能够增大光学元件的密度，由此减小任何锥形光学中继器的光学放大率以及减小总体显示器大小和/或重量。

可设计冷却结构以将系统性能维持在规定温度范围内，其中所有机械结构可包含额外铜或其它类似材料导管以提供具有在恒温器调节器上提供足够的压力的固态液体冷却系统的液体冷却系统。额外实施例可包含帕尔贴(Peltier) 单元或热同步件和/或其类似者以针对电子件\显示器和/或对操作期间的温度改变敏感的或可产生余热的任何其它组件维持一致的系统性能。

图17示出实施例1700的俯视图，其中由元件1702和1703构成的能量中继器元件堆叠向内朝向空间1704中的已知点成角度，从而引导能量以从多个源 1708传播通过无缝能量表面1701。基座结构1706直接支撑锥形能量中继器 1702，其中每个锥形继而接合到中继器1703。对于能量引导装置1700是显示器的实施例，锥形光学中继器元件1702向内成角度以将锥形光轴指向空间1704 中的固定点。能量源1708包括个别显示器，其中显示器电子件通过显示器机械外壳1707容纳。

在实施例中，光学中继器可包括松散相干的光学中继器。可另外利用柔性光学元件、图像导管等，以便进一步使显示器和显示器电子件从无缝能量表面偏移。以此方式，有可能形成包含多个松散相干的光学中继器的光学中继器集束或其它类似光学技术来连接两个单独结构，其中第一结构含有无缝能量表面，且第二结构含有显示器和显示器电子件。

一个或更多个额外光学元件可安装在每个松散相干的光学中继器的前方或其末端后方。这些额外元件可通过环氧树脂、压力、机械结构或所属领域中已知的其它方法安装。

图18是实施例1800的俯视图图解，其中无缝能量表面1802是由锥形光学中继器1804形成的显示器，而显示装置1806和用于显示器电子件的机械外壳 1808位于距锥形中继器1804一定距离处。从显示装置1806到锥形光学中继器 1804中继光的是松散相干的光学中继器1810，其各自具有在任一端处的端盖 1812。实施例1800允许显示装置1806安置在远离能量表面1802的1808的远程位置处，以确保显示装置1806的机械外壳不干扰能量表面1802的定位。

光学元件可呈现不同长度以在形成于交替结构中时视需要提供偏移电子件且能够通过电子外壳宽度减光学元件宽度之间的差来增大密度。在一个此类实施例中，5×5光学中继器镶嵌件含有两个交替的光学中继器长度。在另一实施例中，5×5光学中继器镶嵌件可含有5个不同光学中继器长度，从而产生角锥式结构，其中阵列中心处的长度最长，从而为所得光学中继器镶嵌件产生较高总密度。

图19是实施例1900的侧视图图解，其中无缝显示表面1908由九个锥形光学中继器1902形成，每个中继器通过具有五个偏移长度1、2、3、4或5中的一个长度的光学面板与显示装置1904相关联，使得没有两个邻近显示装置1904 连接到相同偏移长度的面板，从而为显示器电子件的相应机械外壳1905提供足够的间隙1906。

能量组合器

在实施例中，有可能其中使用能量组合器来同时利用基于投射的显示器以及基于面板的显示器，同时利用自照明显示器和反射式显示器，或同时利用图像投射和图像感测。

图20是实施例2000的俯视图图解，其中单个投射源2002和单个显示面板源2004与图像组合器2006合并。这可另外以任何阵列或投射技术的面板的任何此类所要比率配置，其中还可实施仅投射源或基于面板的源的组合。图像组合器2006将能量从第一表面2008、2010中继到组合显示表面2012，其中所述能量可沿着更远离中心的传播路径2014传播。

在图像组合器的一个或更多个支腿上提供利用能量组合器和第一自照明显示器的另一实施例，且在图像组合器的一个或更多个支腿上提供第二反射式显示器，从而产生包含来自照明显示器的固有数据以及同时通过外部光源施加的任何特定响应和光照变化的虚拟图像。反射表面可视为‘反射路径’且含有针对所显示内容优化的不同成像信息。

在另一实施例中，图像组合器的一个支腿可具有自照明显示器，而另一支腿可连接到成像传感器。通过此方法，有可能以高度精度实时光学扫描触碰显示器式纸张、文件等的表面的指纹或任何其它对象。通过逆反校准过程，有可能校正所有光学伪影且产生极高质量分辨率。在另一实施例中，用于通过图像组合器进行图像捕捉的这个方法能够产生极其准确的“白板”或艺术表面，它可以极其精确地对位置作出响应，并交互式地绘制或执行任何数目的其它基于显示器的功能。

在实施例中，所述单个无缝能量表面可以是虚拟表面。

在实施例中，能量引导装置可以是能量系统，且能量位置可包括一个或更多个能量装置，且能量中继器元件可包括各自由引发自其穿过的能量输送的横向安德森局域化的元件制成的一个或更多个能量组件，且每个能量组件还包括第一能量表面和第二能量表面。

在实施例中，所述一个或更多个组件包含：光纤、硅、玻璃、聚合物、光学中继器衍射元件、全息中继器元件、折射元件、反射元件、光学面板、光合路器、分束器、棱镜、偏振组件、空间光调制器、有源像素、液晶单元、透明显示器或用于形成电磁表面的具有安德森局域化或全内反射特性的任何类似材料。

在实施例中，单个无缝能量表面可以是一个或更多个组件的任何组合，其形成以适应任何表面形式，所述形状包含平面、球面、圆柱形、圆锥形、有刻面、平铺、规则、不规则、凸形、凹形、倾斜或用于指定应用的任何其它几何形状。

在实施例中，能量表面可用来导引局域化光传输到可见光的四个或更少的波长内。

在实施例中，能量装置可包含以下中的至少一个：

a)照明源，其发射聚焦光，且其中所述聚焦光包含利用可见、IR、UV、相干的、激光、红外线、偏振或任何其它电磁照明源的发射、投射或反射式显示技术；

b)可听、超声波或其它声学发射装置，其从直接集成到能量系统中的声场提供沉浸式音频或立体触感；

c)用于捕捉或记录电磁波谱中的任何能量的传感器，所述能量包含结构化、相干的、准直、可见光、IR、UV、微波、无线电波或其它形式的电磁辐射；或

d)声学接收装置，其配置成在交互系统中提供感觉反馈或可听控制。

尽管上文已描述了根据本文公开的原理的各种实施例，但是应该理解，它们仅以示例的方式呈现，且不具有限制性。因此，本公开的广度和范围不应受到上文所描述的示范性实施例中的任一者限制，而是应仅根据由本公开发布的权利要求书和其等同物来限定。此外，上述优点和特征在所描述实施例中提供，但不应将此类发布的权利要求的应用限制于实现上述优点中的任一者或全部的过程和结构。

应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可在各种实施例中采用本公开的主要特征。所属领域的技术人员应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程序的许多等同物。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，提供本文中的章节标题以与37CFR 1.77下的建议一致，或另外提供组织性提示。这些标题不应限制或特性化可能从本公开发布的任何权利要求中所阐述的主题。具体地说且作为实例，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。此外，“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发明的现有技术。“发明内容”也不应视为所发布权利要求中所阐述的发明的特征。此外，本公开中以单数形式对“发明”的任何提及不应用以论证在本公开中仅存在单个新颖点。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在其自有优点上加以考虑，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“一个或更多个”、“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”。贯穿本申请，术语“约”用于指示一个值包含装置误差的固有变化、用于确定所述值的方法的固有变化或研究对象当中存在的变化。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“大体上在…时”、“大体上等同”、“大体上在…期间”、“大体上完全”等，其中“大体上”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。“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系统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绝对或完善但会被视为足够接近以使所属领域的技术人员保证指定如所呈现的条件。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要特性和能力。

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。举例来说，“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更多个项目或项的重复的组合，例如BB、AAA、AB、BBC、AAABCCCC、 CBBAAA、CABABB等。所属领域的技术人员应理解，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。

本文所公开和要求保护的所有组合物和/或方法都可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构思、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、范围和构思内。

Claims (42)

1.一种能量引导装置，其包括：

一个或更多个能量位置；

一个或更多个能量中继器元件，其各自还包括第一表面和第二表面；

其中每个能量中继器元件的所述第二表面被布置成形成单个无缝能量表面；

其中所述单个无缝能量表面的任何两个邻近第二表面的边缘之间的间隔小于最小可感知轮廓，所述最小可感知轮廓由在距所述单个无缝能量表面某一距离处具有优于20/40的视力的人眼视敏度限定，所述距离大于所述单个无缝能量表面的高度或所述单个无缝能量表面的宽度中的较小者；

其中所述一个或更多个能量中继器元件配置成沿着能量传播路径引导能量，所述能量传播路径在所述一个或更多个能量位置与所述单个无缝能量表面之间延伸，

其中，第一表面具有第一数值孔径，第二表面具有小于第一数值孔径的第二数值孔。

2.根据权利要求1所述的能量引导装置，其中所述单个无缝能量表面是虚拟表面。

3.根据权利要求1所述的能量引导装置，其中所述一个或更多个能量中继器元件中的每个能量中继器元件包括选自以下组成的群组的元件：

a)光学元件，其呈现横向安德森局域化；

b)光纤；

c)图像组合器；

d)分束器；以及

e)元件，其配置成更改自其穿过的能量角方向。

4.根据权利要求3所述的能量引导装置，其中所述光纤包括松散相干光纤。

5.根据权利要求1所述的能量引导装置，其中能量在零放大的情况下被引导通过所述一个或更多个能量中继器元件。

6.根据权利要求1所述的能量引导装置，其中能量在非零放大的情况下被引导通过所述一个或更多个能量中继器元件。

7.根据权利要求1所述的能量引导装置，其中能量在非零缩小的情况下被引导通过所述一个或更多个能量中继器元件。

8.根据权利要求1所述的能量引导装置，其中所述单个无缝能量表面是平面的。

9.根据权利要求1所述的能量引导装置，其中所述单个无缝能量表面是有刻面的。

10.根据权利要求1所述的能量引导装置，其中所述单个无缝能量表面是弯曲的。

11.根据权利要求1所述的能量引导装置，其中一定量的所述一个或更多个能量中继器元件和一定量的所述一个或更多个能量位置限定所述能量引导装置的机械尺寸。

12.根据权利要求1所述的能量引导装置，其中所述一个或更多个能量位置包括选自以下组成的群组的显示器：

a)液晶显示器；

b)有机发光二极管显示器；

c)阴极射线管显示器；以及

d)投影仪。

13.根据权利要求1所述的能量引导装置，其中所述一个或更多个能量中继器元件配置成：中继接受的聚焦光，所述接受的聚焦光具有第一分辨率，同时保留所述接受的聚焦光的不低于所述第一分辨率的50％的中继分辨率。

14.根据权利要求1所述的能量引导装置，其中沿着能量传播路径引导的能量是由某一波长限定的电磁能，所述波长属于选自以下组成的群组的范围：

a)可见光；

b)紫外线；

c)红外线；以及

d)x射线。

15.根据权利要求1所述的能量引导装置，其中沿着能量传播路径引导的能量是选自以下组成的群组的机械能：

a)声学声音；以及

b)触觉压力。

16.根据权利要求1所述的能量引导装置，其中所述单个无缝能量表面通过使面板与所述表面直接接触、使用接合剂、折射率匹配油、压力或重力将所述单个无缝能量表面粘附到能量中继器元件堆叠而延伸，以及；

其中所述面板由单一件能量中继材料构成，或由接合或熔合在一起的两件或更多件能量中继材料构成。

17.根据权利要求16所述的能量引导装置，其中所述面板的添加增大离开无缝能量的能量表面的能量波相对于所述第二表面的法线的发射角度。

18.一种能量引导装置，其包括：

一个或更多个能量位置；以及

一个或更多个能量中继器元件堆叠；

其中每个能量中继器元件堆叠包括一个或更多个能量中继器元件，每个能量中继器元件包括第一侧和第二侧，且每个能量中继器元件配置成引导自其穿过的能量；

其中每个能量中继器元件堆叠的终端能量中继器元件的所述第二侧被布置成形成单个无缝能量表面；

其中所述一个或更多个能量中继器元件堆叠配置成沿着能量传播路径引导能量，所述能量传播路径在所述一个或更多个能量位置与所述单个无缝能量表面之间延伸；

其中所述终端能量中继器元件的任何两个邻近第二表面的边缘之间的间隔小于最小可感知轮廓，所述最小可感知轮廓由在距所述单个无缝能量表面某一距离处具有优于20/40的视力的人眼视敏度限定，所述距离大于所述单个无缝能量表面的高度或所述单个无缝能量表面的宽度中的较小者；其中，第一表面具有第一数值孔径，第二表面具有小于第一数值孔径的第二数值孔径。

19.根据权利要求18所述的能量引导装置，其中所述单个无缝能量表面是虚拟表面。

20.根据权利要求18所述的能量引导装置，其中每个能量中继器元件堆叠的所述能量中继器元件以端到端配置进行布置。

21.根据权利要求18所述的能量引导装置，其中所述一个或更多个能量中继器元件堆叠的所述能量中继器元件中的任一个能量中继器元件包括选自以下组成的群组的元件：

a)能量元件，其呈现横向安德森局域化；

b)光纤；

c)分束器；

d)图像组合器；以及

e)元件，其配置成更改自其穿过的能量角方向。

22.根据权利要求18所述的能量引导装置，其中能量在零放大的情况下被引导通过所述一个或更多个能量中继器元件。

23.根据权利要求18所述的能量引导装置，其中能量在非零放大的情况下被引导通过所述一个或更多个能量中继器元件。

24.根据权利要求18所述的能量引导装置，其中能量在非零缩小的情况下被引导通过所述一个或更多个能量中继器元件。

25.根据权利要求18所述的能量引导装置，其中所述单个无缝能量表面是平面的。

26.根据权利要求18所述的能量引导装置，其中所述单个无缝能量表面是有刻面的。

27.根据权利要求18所述的能量引导装置，其中所述单个无缝能量表面是弯曲的。

28.根据权利要求18所述的能量引导装置，其中沿着能量传播路径引导的能量是由某一波长限定的电磁能，所述波长属于选自以下组成的群组的范围：

a)可见光；

b)紫外线；

c)红外线；以及

d)x射线。

29.根据权利要求18所述的能量引导装置，其中沿着能量传播路径引导的能量是选自以下组成的群组的机械能：

a)声学声音；以及

b)触觉压力。

30.根据权利要求18所述的能量引导装置，其中所述单个无缝能量表面通过使面板与所述表面直接接触、使用接合剂、折射率匹配油、压力或重力将所述单个无缝能量表面粘附到所述能量中继器元件堆叠而延伸，以及；

其中所述面板由单一件能量中继材料构成，或由接合或熔合在一起的两件或更多件能量中继材料构成。

31.根据权利要求30所述的能量引导装置，其中所述面板的添加增大离开无缝能量的能量表面的能量波相对于所述第二表面的法线的发射角度。

32.一种能量系统，其包括：

一个或更多个能量装置，以及

一个或更多个能量中继器元件，其各自由引发自其穿过的能量传输的横向安德森局域化的元件制成，每个能量中继器元件还包括第一能量表面和第二能量表面；

其中每个能量中继器元件的所述第二能量表面被布置成形成单个无缝能量表面；

其中所述一个或更多个能量装置可用来至少发射或接收通过所述单个无缝能量表面的能量；

其中所述一个或更多个能量中继器元件的任何两个邻近第二能量中继器表面的边缘之间的间隔小于最小可感知轮廓，所述最小可感知轮廓由在距所述单个无缝能量表面某一距离处具有优于20/40的视力的人眼视敏度限定，所述距离大于单个无缝能量表面的高度或单个无缝能量表面的宽度中的较小者；

其中，第一表面具有第一数值孔径，第二表面具有小于第一数值孔径的第二数值孔径。

33.根据权利要求32所述的能量系统，其中所述单个无缝能量表面是虚拟表面。

34.根据权利要求32所述的能量系统，其中所述一个或更多个能量中继器元件包括选自以下组成的群组的元件：

a)能量元件，其呈现横向安德森局域化；

b)光纤；

c)分束器；

d)图像组合器；以及

e)元件，其配置成更改自其穿过的能量角方向。

35.根据权利要求32所述的能量系统，其中所述单个无缝能量表面是平面的。

36.根据权利要求32所述的能量系统，其中所述单个无缝能量表面是有刻面的。

37.根据权利要求32所述的能量系统，其中所述单个无缝能量表面是弯曲的。

38.根据权利要求32所述的能量系统，其中所述一个或更多个能量装置包括选自以下组成的群组的元件：

a)照明源，其发出聚焦光；

b)声学发射装置，其配置成从集成到所述能量系统中的声场提供沉浸式音频或立体触感；

c)传感器，其用于捕捉能量谱中的能量；以及

d)声学接收装置，其配置成向所述能量系统提供感觉反馈。

39.根据权利要求32所述的能量系统，其中由所述一个或更多个能量装置发射或接收的能量是由某一波长限定的电磁能，所述波长属于选自以下组成的群组的范围：

a)可见光；

b)紫外线；

c)红外线；以及

d)x射线。

40.根据权利要求32所述的能量系统，其中由所述一个或更多个能量装置发射或接收的能量是选自以下组成的群组的机械能：

a)声学声音；以及

b)触觉压力。

41.根据权利要求32所述的能量系统，其中所述单个无缝能量表面通过使面板与所述表面直接接触、使用接合剂、折射率匹配油、压力或重力将所述单个无缝能量表面粘附到所述能量中继器元件堆叠而延伸，以及；

其中所述面板由单一件能量中继材料构成，或由接合或熔合在一起的两件或更多件能量中继材料构成。

42.根据权利要求41所述的能量系统，其中所述面板的添加能够增大离开无缝能量的能量表面的能量波相对于所述第二表面的法线的发射角度。

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