CN109601013A - 用于二维、光场和全息能量的传播的能量中继器和横向安德森局域化 - Google Patents

Abstract

公开能量系统，其配置成根据四维(4D)全光函数来引导能量。总的来说，所述能量系统包含：多个能量装置；能量中继器系统，其具有被布置成形成单个无缝能量表面的一个或多个中继器元件；以及能量波导系统，使得能量能够沿着能量传播路径中继通过所述能量波导系统到所述单个无缝能量表面或从所述单个无缝能量表面中继通过所述能量中继器系统到所述多个能量装置。

Description

用于二维、光场和全息能量的传播的能量中继器和横向安德 森局域化

技术领域

本公开大体上涉及能量装置，且更具体地说，涉及配置成根据四维(4D)全光函数引导能量的能量系统。

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

公开能量系统，其配置成根据四维(4D)全光函数来引导能量。

在一个实施例中，一种能量系统配置成根据四维(4D)全光函数引导能量，所述系统具有：多个能量装置；能量中继器系统，其具有一个或多个能量中继器元件，其中所述一个或多个能量中继器元件中的每一者包括第一表面和第二表面，所述一个或多个能量中继器元件的第二表面被布置成形成所述能量中继器系统的单个无缝能量表面，且其中第一多个能量传播路径从所述多个能量装置中的能量位置延伸通过所述能量中继器系统的单个无缝能量表面。所述能量系统另外包含具有能量波导阵列的能量波导系统，且其中第二多个能量传播路径在由4D全光函数确定的方向上从所述单个无缝能量表面延伸通过所述能量波导阵列。

在一个实施例中，所述能量系统配置成沿着所述第二多个能量传播路径将能量引导通过所述能量波导系统到所述单个无缝能量表面，且沿着所述第一多个能量传播路径将能量从所述单个无缝能量表面引导通过所述能量中继器系统到所述多个能量装置。

在另一实施例中，所述能量系统配置成沿着所述第一多个能量传播路径将能量从所述多个能量装置引导通过所述能量中继器系统到所述单个无缝能量表面，且沿着所述第二多个能量传播路径将能量从所述单个无缝能量表面引导通过所述能量波导系统。

在一些实施例中，所述一个或多个中继器元件包含熔合或平铺的镶嵌件，其中邻近熔合或平铺的镶嵌件之间的任何接缝分隔开或小于最小可感知轮廓，所述最小可感知轮廓由在处于或大于所述单个无缝能量表面的宽度或高度的距离处具有优于20/40视力的人眼视敏度限定。

在其它实施例中，所述一个或多个中继器元件包含：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所述单个无缝能量表面的具有安德森局域化(Anderson localization)或全内反射特性的任何类似材料。

在一个实施例中，所述单个无缝能量表面可用于将局域化光传输导引到可见光的三个或更少波长内。

在一些实施例中，所述一个或多个中继器元件配置成适应所述单个无缝能量表面的形状，包含平面、球面、圆柱形、圆锥形、有刻面的、平铺、规则、不规则或任何其它用于指定应用的几何形状。

还公开使用本文所公开的能量系统的聚合系统。在一些实施例中，一种聚合系统包含类似于本文公开的能量系统的多个能量系统，其中所述多个能量系统组装以形成单个平面的或弯曲的表面，从而形成以相对于地板表面垂直的配置定向的无缝聚合表面。在其它实施例中，一种聚合系统包含类似于本文公开的能量系统的多个能量系统，其中所述多个能量系统组装以形成单个平面的或弯曲的表面，从而形成以相对于地板表面平行的配置定向的无缝聚合表面。

在一些实施例中，一种聚合系统包含类似于本文公开的能量系统的多个能量系统，其中所述多个能量系统组装以形成两个或更多个平面的或弯曲的表面，从而形成跨越包含桌子、墙壁、天花板、地板或其它表面的对象的任何组合的无缝聚合表面。在其它实施例中，一种聚合系统包含类似于本文公开的能量系统的多个能量系统，其中所述多个能量系统组装以形成三个平面的或弯曲的表面，从而形成跨越三个邻近壁的无缝聚合表面。

在一些实施例中，一种聚合系统包含类似于本文公开的能量系统的多个能量系统，其中所述多个能量系统组装以形成四个平面的或弯曲的表面，从而形成跨越四个围封壁的无缝聚合表面。在一些实施例中，一种聚合系统包含类似于本文公开的能量系统的多个能量系统，其中所述多个能量系统组装以形成五个平面的或弯曲的表面，从而形成跨越包含桌子、墙壁、天花板、地板或其它表面的对象的任何组合的无缝聚合表面。

在一些实施例中，一种聚合系统包含类似于本文公开的能量系统的多个能量系统，其中所述多个能量系统组装以形成六个平面的或弯曲的表面，从而在封闭环境中形成跨越包含桌子、墙壁、天花板、地板或其它表面的四个对象的无缝聚合表面。在其它实施例中，一种聚合系统包含类似于本文公开的能量系统的多个能量系统，其中所述多个能量系统组装以形成平面的或弯曲的表面，从而形成跨越任何角度范围、体积和包含桌子、墙壁、天花板、地板或其它表面的对象的组合的无缝聚合圆柱形表面。而在一些其它实施例中，一种聚合系统包含类似于本文公开的能量系统的多个能量系统，其中所述多个能量系统组装以形成平面的或弯曲的表面，从而形成跨越任何角度范围、体积和包含桌子、墙壁、天花板、地板或其它表面的对象组合的无缝聚合球面或半球形表面。

在一个实施例中，所述能量系统另外包含反射波导元件，所述反射波导元件具有孔径以将会聚能量从所述单个无缝能量表面中继到虚拟空间。

在一个实施例中，一种能量系统配置成根据四维(4D)全光函数来引导能量，所述系统具有：基座结构；多个能量装置，其联接到所述基座结构；能量中继器系统，其联接到所述基座结构，所述能量中继器系统具有一个或多个能量中继器元件，其中所述一个或多个能量中继器元件中的每一者包括第一表面和第二表面，所述一个或多个能量中继器元件的第二表面被布置成形成所述能量中继器系统的单个无缝能量表面，且其中第一多个能量传播路径从所述多个能量装置中的能量位置延伸通过所述能量中继器系统的所述单个无缝能量表面。所述能量系统另外包含联接到所述基座结构的能量波导系统，所述能量波导具有能量波导阵列，且其中第二多个能量传播路径在由4D全光函数确定的方向上从所述单个无缝能量表面延伸通过所述能量波导阵列。

在另一实施例中，所述能量中继器系统另外包含中继器元件，所述中继器元件包含面板和光锥。在又一实施例中，所述能量波导阵列接合成单个波导组件。在一些实施例中，所述能量中继器系统可通过高至利用外部校准工装站或对准硬件的逐像素校正来被动地或主动地对准和校准到所述单个无缝能量表面。

在一个实施例中，所述能量波导系统可安装成与基座结构平行。在另一实施例中，所述单个无缝能量表面可安装成与所述基座结构正交。

在一些实施例中，所述一个或多个中继器元件包含熔合或平铺的镶嵌件，其中邻近熔合或平铺的镶嵌件之间的任何接缝分隔开或小于最小可感知轮廓，所述最小可感知轮廓由在处于或大于所述单个无缝能量表面的宽度或高度的距离处具有优于20/40视力的人眼视敏度限定。在其它实施例中，所述多个能量装置、所述能量中继器系统和所述能量波导系统通过一个或多个安装托架联接到所述基座结构。

在一些实施例中，所述多个能量装置包含发射图像信息的照明源，且其中所述图像信息包含利用可见光、IR、UV、连贯的、激光、红外线、偏振的或任何其它电磁照明源的发射、投射或反射显示技术。在其它实施例中，所述多个能量装置包含配置成从声场提供沉浸式音频或立体触感的机械能发射装置。

在一些实施例中，所述多个能量装置包含用于捕捉或感测能量的能量装置，所述能量包含机械能、化学能、转移能、热能、电能、势能、动力的、磁性的、重力的、辐射的能量、结构化、非结构化或其它形式的能量。在其它实施例中，所述多个能量装置包含用于传播或发射能量的能量装置，所述能量包含机械能、化学能、转移能、热能、电能、势能、动力的、磁性的、重力的、辐射的能量、结构化、非结构化或其它形式的能量。而在一些其它实施例中，所述多个能量装置包含配置成提供感觉反馈或可听控制的声学接收装置。

在操作中，所述能量系统配置成中继光以形成2D、体视、多视图、全光、4D、立体、光场、全息或光的任何其它视觉表示。在一些其它操作中，所述能量系统可用来发射、反射或会聚频率以引发触感或立体触觉反馈。

在一个实施例中，所述能量波导阵列设计成沿着水平轴线以高达360度投射射线，且额外射线处于竖直轴线中，且限制垂直于所述单个无缝能量表面的射线。在另一实施例中，所述能量系统配置成用于落地组合件或吊装组合件，且任选地包含高于所述落地组合件的透明表面。

在一个实施例中，所述能量系统配置成沿着所述第二多个能量传播路径将能量引导通过所述能量波导系统到所述单个无缝能量表面，且沿着所述第一多个能量传播路径将能量从所述单个无缝能量表面引导通过所述能量中继器系统到所述多个能量装置。

在另一实施例中，所述能量系统配置成沿着所述第一多个能量传播路径将能量从所述多个能量装置引导通过所述能量中继器系统到所述单个无缝能量表面，且沿着所述第二多个能量传播路径将能量从所述单个无缝能量表面引导通过所述能量波导系统。

在一个实施例中，一种配置成根据四维(4D)全光函数引导能量的能量系统包含：多个能量装置；能量中继器系统，其具有一个或多个能量中继器元件，其中所述一个或多个能量中继器元件中的每一者包含第一表面和第二表面，所述一个或多个能量中继器元件的第二表面被布置成形成所述能量中继器系统的单个无缝能量表面，且其中第一多个能量传播路径从所述多个能量装置中的能量位置延伸通过所述能量中继器系统的单个无缝能量表面。所述能量系统另外包含具有能量波导阵列的能量波导系统，其中第二多个能量传播路径在由4D全光函数确定的方向上从所述单个无缝能量表面延伸通过所述能量波导阵列。在一个实施例中，所述单个无缝能量表面可用来提供以及接收自其穿过的能量。

在一个实施例中，所述能量系统配置成沿着所述第二多个能量传播路径将能量引导通过所述能量波导系统到所述单个无缝能量表面，且沿着所述第一多个能量传播路径将能量从所述单个无缝能量表面引导通过所述能量中继器系统到所述多个能量装置。

在另一实施例中，所述能量系统配置成沿着所述第一多个能量传播路径将能量从所述多个能量装置引导通过所述能量中继器系统到所述单个无缝能量表面，且沿着所述第二多个能量传播路径将能量从所述单个无缝能量表面引导通过所述能量波导系统。

在一些实施例中，所述能量系统配置成感测相对深度、接近度、图像、颜色、声音和其它电磁频率，且其中处理感测到的能量以执行与4D眼动和视网膜跟踪相关的机器视觉。在其它实施例中，所述单个无缝能量表面还可用来从所述单个无缝能量表面同时进行显示和捕捉，其中所述能量波导系统设计成使得光场数据由所述多个能量装置投射通过所述能量波导系统且同时通过同一单个无缝能量表面接收。

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7A示出根据本公开的一个实施例的具有基座结构、四个能量装置和形成无缝能量表面的四个能量中继器元件的能量波导系统的透视图；

图7B示出根据本公开的一个实施例的能量中继器系统；

图7C示出根据本公开的一个实施例的能量波导系统的实施例的自上向下的透视图；

图7D示出图7C中示出的实施例的正面透视图；

图7E到7L示出能量抑制元件的各种实施例；

图8示出图7A的能量波导系统的正交视图；

图9A到9D示出根据本公开的四个实施例的平铺多个能量系统以形成无缝环境的四个透视图；

图9E示出根据本公开的一个实施例的能量波导系统的弯曲波导表面和能量装置；

图10A示出根据本公开的一个实施例的呈现能量的不规则分布的波导元件；

图10B示出根据本公开的一个实施例的桌台安装能量波导系统的正交视图；

图10C示出根据本公开的一个实施例的具有额外反射波导元件的桌台安装波导系统的正交视图；

图11示出根据本公开的一个实施例的落地平铺能量波导系统的正交视图；

图12示出根据本公开的一个实施例的球面结构的正交视图，其中视体被平铺能量波导系统包围；

图13示出根据本公开的一个实施例的视体内的五个观看者位置和传播多个射线到每个观看者位置的每个波导下的五个能量坐标的正交视图，所述每个波导对于单个观看者位置来说是唯一的；

图14A示出根据本公开的一个实施例的能量中继器组合装置；

图14B示出根据本公开的一个实施例的图14A的另一实施例；

图14C示出根据本公开的一个实施例的能量波导系统的实施方案的正交视图；

图15示出根据本公开的一个实施例的能量波导系统的另一实施方案的正交视图；以及

图16示出根据本公开的一个实施例的又一实施方案的正交视图。

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)汇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刺激任何感觉受体反应的能量传播。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能量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'sGhost)、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来刺激人类视觉响应。

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，但是这些值足以理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引发全息感觉感知。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数十亿像素的有效能量位置密度。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能量装置限制。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、电子件、壳体、光学件的物理大小形成的接缝和间隙，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示出可实践的实例实施例。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“根据”。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项目中的一个或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看位置在观看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)、在一定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的总能量波导元件密度：

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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)个能量波导元件。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个像素的能量分辨率位置，或90千兆像素全息传播密度。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。

当前技术限制：

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其它投射技术。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，容纳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中所示的装置的大约105×105个装置。应注意，许多装置由可能映射或可能不会映射到规则网格的各种像素结构构成。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正确(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间隙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40mm×20mm，那么能量中继器元件330可设计有2:1的放大率，以产生在缩小端上大约为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。中继器元件330可以机械方式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容限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多个能量位置，且一个或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，从而沿着在一个或多个能量位置与无缝能量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侧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能量表面的宽度的距离处具有优于20/40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，将能量中继器提供为松散相干元件。

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，而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化。

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像素化和光纤噪声。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化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，且所述多个结构在三维栅格内的横向平面中形成材料波传播特性的随机化分布以及在三维栅格内的纵向平面中形成具有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包含视觉、声学、触觉或其它能量域的一个或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

如上文和此处所论述，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，所述能量位置表示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，以及在投射通过能量波导阵列时在虚拟空间中观察到的角分量θ和(在本文中称为u和v)。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多个元件抑制，所述一个或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:

在全息环境内刺激人类感觉受体的双向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，弯曲表面的聚合平铺块产生用于沉浸式全息设施的圆柱形无缝环境。在实施例中，无缝球面表面的聚合平铺块形成用于基于全息甲板的沉浸式体验的全息圆顶。

在实施例中，无缝弯曲能量波导的聚合平铺块提供遵循沿着能量波导结构内的能量抑制元件的边界的精确图案的机械边缘，以接合、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射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、可见能量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能量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。

用以传播二维、光场和全息能量的双向无缝能量表面的配置

图7A示出根据本公开的一个实施例的具有基座结构72和四个能量中继器81的能量系统70的透视图。基座结构72配置成固持每个示范性能量中继器元件81，其中每个能量中继器元件81可粘合在一起，从而形成无缝能量表面74，且无缝能量表面74紧固到基座结构72。

在实施例中，能量系统70包含基座结构72、共同形成无缝能量表面74的一个或多个组件、一个或多个能量装置77和一个或多个能量波导75。能量表面74、能量装置77和能量中继器81可安装到基座结构72，且所述能量系统70可用于以下至少一种：通过能量表面74发射能量，或接收能量。

在实施例中，基座结构72可以是在竖直定向上定位的光锥基座结构。无缝能量表面74可具有定位在基座结构72前部的能量波导75和能量波导框76。在实施例中，能量波导75可以是全息透镜阵列(HLA)。在实施例中，能量波导框76可框住HLA 75的一个或多个侧。能量装置77可包括定位在基座结构72后方的一个或多个发射显示器79、一个或多个光学中继器面板和一个或多个装置电子件78。能量中继器元件81可包括定位在基座结构72与能量表面74之间的一个或多个光学中继器锥。能量中继器元件80可包含在能量中继器元件81后方的第一表面和在两个或更多个能量装置79前面的两个或更多个第二表面。在实施例中，中继器元件80的两个或更多个表面附接到多个装置79，所述装置包括能量发射装置和能量感测装置。在另一实施例中，多个装置79可包括显示器和成像传感器。在另一实施例中，多个装置79可包括超声波发射装置阵列和显示装置。

为了制出无缝能量表面74，可能有必要以机械方式将能量中继器元件对齐且熔合或接合成镶嵌件和所有元件，使得在使用时离制造商的点的总偏差小于预定容限。此容限取决于生产线和显示器预期的环境条件，包含温度(CTE变化)、冲击容限、其它环境因素等等。在一个此类实施例中，任何显示像素与所得能量表面之间的容限可小于0.5像素最大偏差。在另一实施例中，此容限可小于1um。

具有一致的CTE和/或对操作条件变化的响应的元件包含用以保持无缝能量表面的材料、能量中继材料(包含用于形成所得能量中继器的环氧树脂、聚合物、芯、包层等)、无缝能量表面、能量波导和用以制造总装的任何其它机械结构。由此，推荐利用具有极为匹配中继材料的CTE的材料。在一个实施例中，可伐合金(Kovar)可用于具有玻璃光学中继器的机械结构。在另一实施例中，亚克力(acrylic)可用于具有呈现横向安德森局域化的聚合物光学中继器的机械结构。

结构上可能有利的是，通过具有充分匹配的CTE和结构刚度的基座结构来容纳每个能量中继器元件以针对指定应用维持无缝能量表面的对齐。所述结构可包含开口栅格，其直径至少是插入位置处的能量中继器元件的直径，所述插入位置可以是斜面的、弯曲的或任何其它形状以适当地固持中继器元件。额外安装托架可安装到基座结构，使得可提供额外的加强以充分固定每个元件。安装托架可旋拧到基座结构，且可粘合或压配等等到中继器元件。安装托架可固持一个或多个中继器元件，且可容纳每中继器元件一个或多个。中继器元件还可粘合或压配等等到基座结构。每个中继器元件可熔合、接合、粘合、压配、对准或以其它方式连在一起以形成所得无缝能量表面。装置可安装到中继器元件后部且被动地或主动地对准，其中通过成像源、显微镜、其它光学件、人类视觉、声学装置、声压装置、其它能量传感器等等进行数据反馈，以便确保维持所确定的容限内的适当能量坐标对准。装置可通过折射率匹配油、环氧树脂、接合剂、机械压力等进行安装。

图7A示出一个此类实施例，其中基座结构72固持示范性四个能量中继器元件81中的每个能量中继器元件，每个中继器元件接合在一起，且用于每个中继器元件81的一系列安装托架旋拧到基座结构72且附于相应的中继器元件。基座结构72还可通过在四个能量中继器元件81已接合在一起之后围绕其周界的全部或部分进行围封来支撑所述四个能量中继器元件。

装配的机械考虑因素可包括：(i)用于形成能量表面的一个或多个组件以及一个或多个能量装置接合到包含面板和光锥的中继器元件；用于形成波导的一个或多个元件接合成单个波导组件；(iii)将一个或多个能量装置通过高至利用外部校准工装站或对准硬件的逐像素校正来被动地或主动地对准和校准到能量表面和/或波导；(vi)波导安装成与基座结构正交；或(vii)波导构造成使得邻近元件之间的接缝分隔开或小于最小可感知轮廓，所述最小可感知轮廓由在垂直远离能量表面处于或大于所述能量表面高度或宽度的距离处具有优于20/40视力的人眼视敏度限定。

所述一个或多个能量装置可包含：(i)照明源，其发射图像信息，且其中所述图像信息包含利用可见光、IR、UV、相干的、激光、红外线、偏振的或任何其它能量照明源的发射、投射或反射显示技术；(ii)可听、超声波或其它声学发射装置，从直接集成到所述系统中的声场提供沉浸式音频或立体触感；(iii)传感器，其用于捕捉或记录能量谱中的任何能量，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能量辐射；或(iv)声学接收装置，其配置成在交互光场系统中提供感觉反馈或可听控制。

在实施例中，光力学显示装置能够发射和导引光以形成2D、体视、多视图、全光、4D、立体、光场、全息或光的任何其它视觉表示。

图7A是光场光力学系统在配置有发射显示装置、光学中继器和被实现为HLA等折射元件阵列的波导的情况下的实例，其中来自一个或多个显示器的可见图像可被光学中继，之后传输到能量表面，其中所述折射元件阵列提供能量表面上的每个位置与该位置的光的投射方向之间的映射，使得可投射4D立体光场图像。

在实施例中，波导可用来会聚光线以引发观察者视角的聚散和调节。

在实施例中，波导和能量中继器可形成或抛光有各种表面几何形状。在实施例中，能量中继器包含引发横向安德森局域化的元件。在实施例中，能量中继器是双向的，且可发射和/或投射能量。

在一个实施例中，一种配置成根据四维(4D)全光函数引导能量的能量系统包含多个能量装置。在一些实施例中，所述多个能量装置包含发射图像信息的照明源，其中所述图像信息包含利用可见光、IR、UV、相干的、激光、红外线、偏振的或任何其它电磁照明源的发射、投射或反射显示技术。在其它实施例中，所述多个能量装置包含配置成从声场提供沉浸式音频或立体触感的机械能发射装置。

在一些实施例中，如上配置的能量系统还可包含基座结构(例如72)，使得所述多个能量装置、所述能量中继器系统和所述能量波导系统都可联接到所述基座结构。在其它实施例中，所述多个能量装置、所述能量中继器系统和所述能量波导系统可通过一个或多个安装托架联接到所述基座结构。

在一些实施例中，所述多个能量装置包含用于捕捉或感测能量的能量装置，所述能量包含机械能、化学能、转移能、热能、电能、势能、动力的、磁性的、重力的、辐射的能量、结构化、非结构化或其它形式的能量。在其它实施例中，所述多个能量装置包含用于传播或发射能量的能量装置，所述能量包含机械能、化学能、转移能、热能、电能、势能、动力的、磁性的、重力的、辐射的能量、结构化、非结构化或其它形式的能量。在其它实施例中，所述多个能量装置包含配置成提供感觉反馈或可听控制的声学接收装置。

在一个实施例中，所述能量系统另外包含能量中继器系统(例如如最佳在图7B中示出的6110)，所述能量中继器系统具有一个或多个能量中继器元件，其中一个或多个能量中继器元件中的每一者包含第一表面和第二表面，所述一个或多个能量中继器元件的第二表面被布置成形成所述能量中继器系统的单个无缝能量表面，且其中第一多个能量传播路径从所述多个能量装置中的能量位置延伸通过所述能量中继器系统的所述单个无缝能量表面。这将在下文更详细地论述。

现在参考图7B，其示出根据本公开的一个实施例的正交视图的能量中继器系统6110。在一个实施例中，能量中继器系统6110可包含两个或更多个中继器元件6112，每个中继器元件6112由一个或多个结构形成，每个中继器元件6112具有第一表面6114、第二表面6116、横向定向(大体上平行于表面6114、6116)和纵向定向(大体上垂直于表面6114、6116)。在一个实施例中，第一表面6114的表面积可不同于第二表面6116的表面积。例如，第一表面6114的表面积可大于或小于第二表面6116的表面积。在另一实施例中，第一表面114的表面积可与第二表面6116的表面积相同。能量波可从第一表面6114传送到第二表面6116，或反之亦然。

在一个实施例中，能量中继器系统6110的中继器元件6112包含第一表面6114与第二表面6116之间的倾斜廓线部分6118。在操作中，在第一表面6114与第二表面6116之间传播的能量波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6112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6110的中继器元件6112的能量波可经历增加的放大或减小的放大。在一些实施例中，用于形成能量中继器元件6110的一个或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，通过第一表面6114的能量波具有第一分辨率，而通过第二表面6116的能量波具有第二分辨率，且第二分辨率不小于第一分辨率的约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6114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6114和第二表面6116中的至少一个的宽度的机械外壳。

在每个中继器6112中，能量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。在一个实施例中，传播通过所述多个中继器的能量波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纵向定向上具有比横向定向上高的输送效率。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。

在实施例中，终端能量中继器元件的任何两个邻近第二侧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。

在一个实施例中，成堆叠配置的多个能量中继器元件可包含多个面板。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7B的倾斜廓线部分的倾斜廓线部分，其中所述倾斜廓线部分可为成角度的、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的能量波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纵向定向上具有比横向定向上高的输送效率。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。

在一些实施例中，所述一个或多个中继器元件(例如6112)包含熔合或平铺的镶嵌件，其中邻近熔合或平铺的镶嵌件之间的任何接缝分隔开或小于最小可感知轮廓，所述最小可感知轮廓由在处于或大于所述单个无缝能量表面的宽度或高度的距离处具有优于20/40视力的人眼视敏度限定。

在其它实施例中，所述一个或多个中继器元件(例如6112)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所述单个无缝能量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。

在其它实施例中，所述一个或多个中继器元件(例如6112)配置成适应所述单个无缝能量表面的形状，包含平面、球面、圆柱形、圆锥形、有刻面的、平铺、规则、不规则或任何其它用于指定应用的几何形状。

在另一实施例中，所述系统另外包含具有能量波导阵列的能量波导系统(例如在图7C到7L中最佳示出的7100)，其中第二多个能量传播路径在由4D全光函数确定的方向上从所述单个无缝能量表面延伸通过所述能量波导阵列。

图7C示出可用于限定多个能量传播路径7108的能量波导系统7100的实施例的自上向下的透视图。能量波导系统7100包括能量波导7112阵列，其配置成沿着所述多个能量传播路径7108引导自其穿过的能量。在实施例中，所述多个能量传播路径7108延伸通过阵列第一侧7116上的多个能量位置7118到阵列第二侧7114。

参考图7C和7L，在实施例中，所述多个能量传播路径7108的第一子组7290延伸通过第一能量位置7122。第一能量波导7104配置成沿着所述多个能量传播路径7108的第一子组7290中的第一能量传播路径7120引导能量。第一能量传播路径7120可由形成于第一能量位置7122与第一能量波导7104之间的第一主射线7138限定。第一能量传播路径7120可包括形成于第一能量位置7122与第一能量波导7104之间的射线7138A和7138B，其由第一能量波导7104分别沿着能量传播路径7120A和7120B引导。第一能量传播路径7120可从第一能量波导7104朝向阵列第二侧7114延伸。在实施例中，沿着第一能量传播路径7120引导的能量包括能量传播路径7120A与7120B之间的或包含能量传播路径7120A和7120B的一个或多个能量传播路径，其在大体上平行于第一主射线7138传播通过第二侧7114的方向上被引导通过第一能量波导7104。

实施例可配置成使得沿着第一能量传播路径7120引导的能量可在大体上平行于能量传播路径7120A和7120B且平行于第一主射线7138的方向上离开第一能量波导7104。可假定延伸穿过第二侧7114上的能量波导元件7112的能量传播路径包括具有大体上类似传播方向的多个能量传播路径。

图7D是能量波导系统7100的实施例的正视图图解。第一能量传播路径7120可朝向阵列第二侧7114在延伸自第一能量波导7104的唯一方向7208上延伸，所述唯一方向至少由第一能量位置7122确定。第一能量波导7104可由空间坐标7204限定，且至少由第一能量位置7122确定的唯一方向7208可由角坐标7206限定，所述角坐标限定第一能量传播路径7120的方向。空间坐标7204和角坐标7206可形成四维全光坐标集7210，其限定第一能量传播路径7120的唯一方向7208。

在实施例中，沿着第一能量传播路径7120引导通过第一能量波导7104的能量大体上填充第一能量波导7104的第一孔径7134，且沿着一个或多个能量传播路径传播，所述一个或多个能量传播路径处于能量传播路径7120A与7120B之间且平行于第一能量传播路径7120的方向。在实施例中，大体上填充第一孔径7134的一个或多个能量传播路径可包括大于50％的第一孔径7134直径。

在优选实施例中，沿着第一能量传播路径7120引导通过第一能量波导7104的大体上填充第一孔径7134的能量可包括50％到80％之间的第一孔径7134直径。转回到图7C和7E到7L，在实施例中，能量波导系统7100还可包括能量抑制元件7124，所述能量抑制元件定位成限制第一侧7116与第二侧7114之间的能量传播且抑制邻近波导7112之间的能量传播。在实施例中，能量抑制元件配置成抑制沿着多个能量传播路径7108的第一子组7290中未延伸通过第一孔径7134的一部分的能量传播。在实施例中，能量抑制元件7124可位于能量波导7112阵列与多个能量位置7118之间的第一侧7116上。在实施例中，能量抑制元件7124可位于多个能量位置7118与能量传播路径7108之间的第二侧7114上。在实施例中，能量抑制元件7124可位于与能量波导7112阵列或多个能量位置7118正交的第一侧7116或第二侧7114上。

在实施例中，沿着第一能量传播路径7120引导的能量可与沿着通过第二能量波导7128的第二能量传播路径7126引导的能量会聚。第一和第二能量传播路径可会聚在阵列7112的第二侧7114上的位置7130处。在实施例中，第三能量传播路径7140和第四能量传播路径7141也可会聚在阵列7112的第一侧7116上的位置7132处。在实施例中，第五能量传播路径7142和第六能量传播路径7143也可会聚在阵列7112的第一侧7116与第二侧7114之间的位置7136处。

图7E到7L是能量抑制元件7124的各种实施例的图解。为免生疑问，这些实施例出于示范性目的而提供，且决不局限于本公开的范围内提供的组合或实施方案的范围。

图7E示出多个能量位置7118的实施例，其中能量抑制元件7251邻近能量位置7118的表面而放置，且包括指定的折射、衍射、反射或其它能量更改特性。能量抑制元件7251可配置成通过抑制沿着能量传播路径7252的能量传播而将第一子组能量传播路径7290限制于更小范围的传播路径7253。在实施例中，能量抑制元件是数值孔径小于1的能量中继器。

图7F示出多个能量位置7118的实施例，其中将能量抑制结构7254正交放在能量位置7118的区域之间，且其中能量抑制结构7254呈现吸收性特性，且其中抑制能量结构7254沿着能量传播路径7256具有限定的高度，使得某些能量传播路径7255被抑制。在实施例中，能量抑制结构7254是六边形的形状。在实施例中，能量抑制结构7254是圆形的形状。在实施例中，能量抑制结构7254的形状或大小沿着传播路径的任何定向是不均匀的。在实施例中，能量抑制结构7254内嵌于具有额外特性的另一结构内。

图7G示出多个能量位置7118，其中第一能量抑制结构7257配置成将自其穿过而传播的能量7259大体上定向成第一状态。第二能量抑制结构7258配置成允许大体上定向成第一状态的能量7259自其穿过而传播，且限制大体上以与第一状态不相似的方式定向的能量7260的传播。在实施例中，能量抑制元件7257、7258是能量偏振元件对。在实施例中，能量抑制元件7257、7258是能量波带通元件对。在实施例中，能量抑制元件7257、7258是衍射波导对。

图7H示出多个能量位置7118的实施例，其中能量抑制元件7261被构造成取决于能量传播路径7263延伸通过多个能量位置7118中的哪些能量位置而将能量传播路径7263更改到某一范围。能量抑制元件7261可沿着能量传播路径7263以均一或非均一方式更改能量传播路径7263，使得某些能量传播路径7262被抑制。能量抑制结构7254正交放在能量位置7118的区域之间，且其中能量抑制结构7254呈现吸收性特性，且其中抑制能量结构7254沿着能量传播路径7263具有限定高度，使得某些能量传播路径7262被抑制。在实施例中，抑制元件7261是场透镜。在实施例中，抑制元件7261是衍射波导。在实施例中，抑制元件7261是弯曲波导表面。

图7I示出多个能量位置7118的实施例，其中能量抑制元件7264提供吸收性特性以限制能量7266的传播，同时允许其它传播路径7267进行传送。

图7J示出多个能量位置7118和多个能量波导7112的实施例，其中第一能量抑制结构7268配置成将自其穿过而传播的能量7270大体上定向成第一状态。第二能量抑制结构7271配置成允许大体上定向成第一状态的能量7270自其穿过而传播，且限制大体上以与第一状态不相似的方式定向的能量7269的传播。为了进一步控制通过系统的能量传播，例如杂散能量传播7272，能量抑制结构7268、7271可能需要组合式能量抑制元件来确保能量传播维持准确的传播路径。

图7K示出多个能量位置7118的实施例，且其中能量抑制元件7276提供吸收性特性来限制沿着能量传播路径7278的能量传播，同时针对波导阵列7112内的有效孔径7284，允许沿着能量传播路径7277的其它能量穿过一对能量波导7112。在实施例中，能量抑制元件7276包括黑铬。在实施例中，能量抑制元件7276包括吸收性材料。在实施例中，能量抑制元件7276包括透明像素阵列。在实施例中，能量抑制元件7276包括阳极化材料。

图7L示出包括多个能量位置7118和多个能量波导7112的实施例，其中第一能量抑制结构7251邻近能量位置7118的表面放置，且包括指定的折射、衍射、反射或其它能量更改特性。能量抑制结构7251可配置成通过抑制沿着能量传播路径7274的能量传播而将第一子组能量传播路径7290限制于更小范围的传播路径7275。第二能量抑制结构7261被构造成取决于能量传播路径7275延伸通过多个能量位置7118中的哪些能量位置而将能量传播路径7275更改到某一范围。能量抑制结构7261可以均一或非均一方式更改能量传播路径7275，使得某些能量传播路径7274被抑制。第三能量抑制结构7254正交放在能量位置7118的区域之间。能量抑制结构7254呈现吸收性特性，且沿着能量传播路径7275具有限定高度，使得某些能量传播路径7274被抑制。能量抑制元件7276提供吸收性特性以限制能量280的传播，同时允许能量7281穿过。类似或相异波导元件7112的组合式系统定位成利用来自多个能量位置7118的能量大体上填充有效波导元件孔径7285，且如特定系统所限定来更改能量的传播路径7273。

在实施例中，能量抑制结构7124可位于第一能量位置7122附近，且大体上朝向第一能量波导7104延伸。在实施例中，能量抑制结构7124可位于第一能量波导7104附近，且大体上朝向第一能量位置7122延伸。

在一个实施例中，所述能量系统配置成沿着所述第二多个能量传播路径将能量引导通过所述能量波导系统到所述单个无缝能量表面，且沿着所述第一多个能量传播路径将能量从所述单个无缝能量表面引导通过所述能量中继器系统到所述多个能量装置。

在另一实施例中，所述能量系统配置成沿着所述第一多个能量传播路径将能量从所述多个能量装置引导通过所述能量中继器系统到所述单个无缝能量表面，且沿着所述第二多个能量传播路径将能量从所述单个无缝能量表面引导通过所述能量波导系统。

在又一实施例中，所述单个无缝能量表面可用于将局域化光传输导引到可见光的三个或更少波长内。

图8示出根据本公开的一个实施例的安装到基座结构72的两哥中继器元件的正交视图。图8示出一个此类实施例，其中两个能量中继器元件81安装到基座结构72，且能量发射装置79连同装置电子件77一起安装到中继器元件81的后部。所述系统还可包括能量波导，所述能量波导包括具有一个或多个孔径的一个或多个元件。

装置电子件可直接安装到装置的引脚，所述引脚通过零插入力(ZIF)连接器等插口、中介层和/或其类似者附接到电子件78，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装置或所述装置的使用所必要的类似所要组件的装置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必要的电子件。这能够增大中继器元件的密度，由此减小任何锥形中继器元件的机械放大率以及减小总体机械大小和/或重量。

在另一实施例中，两个中继器元件安装到基座结构，装置安装到第二中继器元件的后部，且内插板将装置连接到排线以及以不再直接处于中继器组合件后方的配置将排线连接到电子件，且安装到从中继器轴线偏移高达+/-90度的基座结构，其中电子件分别在正负定向上交替以向物理机械外壳提供额外间隔。

冷却结构可设计成将系统性能维持在规定温度范围内，其中机械结构可包含液体冷却系统，且固态液体冷却系统在恒温器调节器上提供足够压力。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/装置、中继器和/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。

中继器元件后方可存在第二、第三或更多额外中继器元件。这些额外中继器元件可包含针对机械稳定性和或其它能量中继器特性的各种外观尺寸。在有源装置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多个中继器元件保持在适当位置所要求的任何其它机械方式将串联的多个中继器元件联接到相同的基座结构。所述各种形状可由光学材料形成，或接合额外合适的材料。用以保持所得形状的机械结构可为用以配合在所述结构顶部上的相同形式。在一个实施例中，中继器元件设计有方形形状，其为中继器元件总长度的10％，但沿着宽度和高度比有源装置区域大25％。此中继器元件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。将任何两个中继器元件串联放置的过程可包含机械的或主动对准，其中提供视觉反馈以确保执行合适的图像对准容限。通常，装置在对准之前安装到中继器元件的后表面，但取决于应用可能或可能不作要求。

在实施例中，所述一个或多个组件包含熔合或平铺的镶嵌件，其中所述镶嵌件之间的任何邻近接缝分隔开或小于最小可感知轮廓，所述最小可感知轮廓由在垂直离开所述能量表面处于或大于所述能量表面高度或宽度的距离处具有优于20/40视力的人眼视敏度限定。

所述一个或多个组件可包含光纤、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，或用于形成所述能量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。

所述能量表面可用来导引局域化光传输到可见光的三个或更少波长内，且所述一个或多个组件可形成以适应任何表面形状，包含平面、球面、圆柱形、圆锥形、有刻面的、平铺、规则、不规则或任何其它用于指定应用的几何形状。

图9A到9D示出根据本公开的四个实施例的平铺多个能量波导系统以形成不同形状的无缝环境的四个透视图。图9A示出较大格式聚合无缝能量表面910的透视图。图9B示出六面聚合无缝表面环境920的透视图。图9C示出圆柱形聚合能量环境930的透视图。图9D示出内部具有透明平台950的球面聚合能量表面环境940的透视图。

通过利用来自图7和8的所得优化能量系统以及能量波导和表面接缝方法，有可能通过平铺每个能量表面和波导元件以产生所要的任何大小、形状或外观尺寸来进一步增大系统的有效大小。重要的是应注意，波导元件可能通过非方形栅格波导元件包装模式呈现接缝假象。为了抵消这种影响，可产生较大的单个波导，可在任何两个表面的边缘之间利用折射匹配材料并切割到指定环境所需的角度(例如，彼此成90度放置的系统可能需要45度边框切割以简化接合，但可利用其它方法)，和/或可使用常规波导栅格结构来确保没有波导元件拆分在两个波导表面之间。此外，有可能利用非方形栅格波导元件结构且形成复杂的机械接缝，所述机械接缝沿循非正方形网格图案的轮廓并与波导结构内的光抑制元件对准，以在波导元件的非能量传输位置的位置处提供接缝。

在一个实施例中，图9E示出一个此类平铺弯曲波导和能量表面960，其中所述机械接缝沿循波导结构内的光抑制元件的壁的边缘的结构，且在能量表面和波导表面两者的邻近壁之间利用接合、机械对准、熔合等工艺来形成无缝能量波导系统。如图所示，弯曲波导和能量表面960包含四个单独的系统，其中波导接缝在接合之前可被看见，但一旦接合就可变得无缝。所属领域的技术人员应了解，可存在多于或少于四个的单独系统，且能量表面可取决于应用而具有任何大小。

在实施例中，构造无缝能量系统的平铺阵列以形成房间尺度2D、光场和/或全息显示器。这些显示器可无缝跨越较大平面的或弯曲的壁，可产生而以立方体方式覆盖所有壁，或可按弯曲配置产生，其中形成圆柱形型形状或球面型形状以增大整个系统的视角效率。此处描述完全不应假设不可能以直接方式直接构造房间大小的装置，此实施例作为制造方法的变化而公开，且通过平铺、熔合、接合、附接和/或拼接进一步将单个生产线的利用扩展到较大装置。此外，此描述完全不应解释为将房间大小、比例、形状设计或任何其它限制性属性限制于产生任意平铺形状以产生完全沉浸式能量环境的能力。

如上述的其它实施例，图7和8的能量波导系统和能量中继器系统可以任何组合组装以形成各种聚合无缝表面。例如，图9A示出影院/墙壁大小的较大屏幕平面无缝能量表面，图9B示出具有覆盖有平面的和平铺的无缝能量表面的四个壁和/或另外包括天花板和/或地板的六个表面的矩形房间，图9C示出产生圆柱形无缝环境的平铺弯曲表面，且图9D示出根据每个个别能量表面的弯曲表面设计且平铺以形成无缝球面环境的球面或圆顶环境。

在一些实施例中，类似于上文所论述的那些的多个能量波导系统和能量中继器系统可形成为聚合系统，其中所述多个能量系统组装以形成单个平面的或弯曲的表面，从而形成以相对于地板表面的垂直配置定向的无缝聚合表面，类似于图9A中示出的聚合无缝能量表面910。

在其它实施例中，类似于上文所论述那些的多个能量波导系统和能量中继器系统可形成为聚合系统，其中所述多个能量系统组装以形成单个平面的或弯曲的表面，从而形成在相对于地板表面成平行配置定向的无缝聚合表面，类似于图9D中所示的透明平台950。

在一些实施例中，类似于上文所论述那些的多个能量波导系统和能量中继器系统可形成为聚合系统，其中所述多个能量系统组装以形成两个或更多个平面的或弯曲的表面，从而形成跨越包含桌子、墙壁、天花板、地板或其它表面的对象的任何组合的无缝聚合表面。

在其它实施例中，类似于上文所论述那些的多个能量波导系统和能量中继器系统可形成为聚合系统，其中所述多个能量系统组装以形成三个平面的或弯曲的表面，从而形成跨越三个邻近壁的无缝聚合表面。

在一些实施例中，类似于上文所论述那些的多个能量波导系统和能量中继器系统可形成为聚合系统，其中所述多个能量系统组装以形成四个平面的或弯曲的表面，从而形成跨越四个围封壁的无缝聚合表面。

在其它实施例中，类似于上文所论述那些的多个能量波导系统和能量中继器系统可形成为聚合系统，其中所述多个能量系统组装以形成五个平面的或弯曲的表面，从而形成跨越包含桌子、墙壁、天花板、地板或其它表面的对象的任何组合的无缝聚合表面。

在一些实施例中，类似于上文所论述的那些的多个能量波导系统和能量中继器系统可形成为聚合系统，其中所述多个能量系统组装以形成六个平面的或弯曲的表面，从而在封闭环境中形成跨越包含桌子、墙壁、天花板、地板或其它表面的四个对象的无缝聚合表面，类似于图9B中示出的聚合无缝能量表面920。

在其它实施例中，类似于上文所论述的那些的多个能量波导系统和能量中继器系统可形成为聚合系统，其中所述多个能量系统组装以形成平面的或弯曲的表面，从而形成跨越任何角度范围、体积和包含桌子、墙壁、天花板、地板或其它表面的对象的无缝聚合圆柱形表面，类似于图9C中示出的聚合无缝能量表面930。

在一些实施例中，类似于上文所论述那些的多个能量波导系统和能量中继器系统可形成为聚合系统，其中所述多个能量系统组装以形成平面的或弯曲的表面，从而形成跨越任何角度范围、体积和包含桌子、墙壁、天花板、地板或其它表面的对象的无缝聚合球面或半球形表面，类似于图9D中示出的聚合无缝能量表面940。

如图9A到9D所描绘，每个系统还可包含来自图7和8的系统的组合件，其具有平铺光场光力学系统，且每个系统可配置成用于光场显示和其它双向能量发射、反射或感测。每个系统可包括：基座结构；一个或多个组件，其形成能量表面；一个或多个元件，其形成波导，所述波导能够更改传输到或接收自所述能量表面的能量波的路径；一个或多个能量装置，其将能量波发射到所述能量表面或从所述能量表面接收能量波；以及一个或多个电子组件。在实施例中，所述能量表面、所述波导、所述能量装置和所述电子组件固定到所述基座结构。且在另一实施例中，所述组合件任意成形以形成无缝平铺光力学显示器。

在一个实施例中，所述能量中继器系统还可包含中继器元件，所述中继器元件包含面板和光锥。在另一实施例中，所述能量波导阵列可接合成单个波导组件。在一些实施例中，所述能量中继器系统可通过高至利用外部校准工装站或对准硬件的逐像素校正来被动地或主动地对准和校准到所述单个无缝能量表面。

在一个实施例中，所述能量波导系统可安装成平行于所述基座结构。在另一实施例中，所述单个无缝能量表面可安装成与所述基座结构正交。

在一个实施例中，所述一个或多个中继器元件包含熔合或平铺的镶嵌件，其中邻近熔合或平铺的镶嵌件之间的任何接缝分隔开或小于最小可感知轮廓，所述最小可感知轮廓由在处于或大于所述单个无缝能量表面的宽度或高度的距离处具有优于20/40视力的人眼视敏度限定。

在操作中，所述能量系统可配置成中继光以形成2D、体视、多视图、全光、4D、立体、光场、全息或光的任何其它视觉表示。在其它实施例中，所述能量系统可用来发射、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，所述能量波导阵列设计成沿着水平轴线以高达360度投射射线，且额外射线处于竖直轴线中，且限制垂直于所述单个无缝能量表面的射线。在其它实施例中，所述能量系统配置成用于落地组合件或吊装组合件，且任选地包含高于所述落地组合件的透明表面。

现在参考图12，其为图9D的另一实施例，其中球面结构120的正交视图示出根据本公开的一个实施例，其中观看者被平铺和弯曲能量表面122包围且在透明平台124上抬高，高于底部地板表面。图12举例说明在将观看者置于中心环境体积内时减小视角要求的方法，其中观看者或一系列观看者存在于体积范围(例如中心视体126)内且展示对于给定中心观看范围(例如观看者可四处移动而无能量分辨率损失的空间范围)，每个波导元件所要求的相对视角。

上述另一实施例，其中在具有或不具有菲涅耳、衍射、梯度折射率、全息光学元件、数字编码或以其它方式定制的波导配置的情况下产生射线的均等或非线性分布，以用于壁装式和/或桌台安装能量波导结构以及其中平铺多个系统的所有基于空间或环境的能量表面结构。

另一实施例，其中产生完全球面或近球面或圆锥形、立方形或其它包围式形状的平铺能量结构，且观看者在透明平台124上走动，使得能量表面122在包围视体126的半径中可观看。在此情况下，射线与径向波导表面128更为正交地传播，且利用壁装型波导结构122，其中分布包含相对于要求AOV中的弯曲表面的法线垂直的角度。

图12还示出球面、圆锥形和任何非平面包封表面，其中视体存在于能量表面的某一相对能量聚焦位置，从而产生每个相应波导的所要求视角降低的可能优化。此现象通过维持观看者与能量表面之间更为紧密的关系的波导的法线来产生，因此减小通常对平面表面要求的增大视角的必要性。图10举例说明此方法，其中观看者或一系列观看者存在于体积范围内，且展示对于给定中心查看范围(观看者可四处移动而无能量传播损失的空间范围)，每个波导所要求的相对视角。

另外有可能通过更改波导规划(prescription)或通过堆叠多个波导或这两者而包含多个聚焦位置，以在涉及针对特定应用将空间中的特定区域定为目标时产生沿着z轴的多个密度区。另外有可能层叠多个透射性和/或一个非透射性和多个透射性能量表面，其中波导能够通过时序、空间或时空超分辨率的各种方式来增大有效分辨率，且可包括聚焦在不同位置处的两个或更多个表面，从而产生每能量表面的传播角度变化和/或更改能量表面相对于彼此的物理位置以在所得能量值中产生角度相依性。

图12、9C和9D另外可包含与能量表面的曲率相称的弯曲波导。产生在场距离上变化取样频率的波导函数的能力是各种畸变的特性并且是所属领域中已知的。通常，在波导特征曲线中包含畸变是不合需要的，然而，出于弯曲波导元件设计的目的，这些都是根据所要特定观看条件而进一步控制和分布光线的所有特性。取决于应用和环境要求，可能需要在整个波导中添加多个规划、元件、层或规划梯度。

上述额外实施例，其中所述规划还通过能量表面和/或波导元件的弯曲表面优化。主射线角(CRA)的法线相对于能量表面自身的变化还可提高效率且需要不同于平面波导的规划，但波导元件的梯度、变化和/或优化仍适用。

取决于随空间位置而变的距离和所要密度而以针对波导规划的变化所描述的类似方式产生不同能量射线密度，另外有可能进一步优化规划以产生水平可观看的桌台安装波导。

现返回到图10A，示出具有波导元件的波导系统1400，所述波导元件呈现能量的不规则分布，其设计成在整个元件中将能量从相对于波导表面的垂直定向重新分布到更陡角度。在此实施例中，所述多个能量波导可包含衍射波导元件1402，且在无缝能量表面1408上展示经修改菲涅耳波导元件结构1404的一个提议结构，其产生有效地极短的焦距和低f/数，而同时将能量射线引导到明确限定的位置1406。在另一实施例中，波导系统1400包含不规则波导1410。在操作中，可能在第一区域1420内存在能量传播，而在第二区域1430内不存在能量传播。

图10B示出根据本公开的一个实施例的利用来自图10A的波导元件的桌台安装能量表面1450的正交视图。图10B示出桌台安装能量表面要考虑的变量以以帮助明确表达如何有可能识别特定的系统要求。任何此类系统设计的考虑因素和目标是产生给定环境的最优能量分布。

例如，能量表面1450可平行于接地平面定向，且对于给定范围的竖直和水平位置，被配置成以适合于所要竖直和水平视场1455的密度分布能量。在一个实施例中，桌台安装能量系统需要180度的水平AOV和45度的竖直AOV。在第二实施例中，桌台安装能量系统需要360度的水平AOV和60度的竖直AOV。这些实施例仅出于示范性目的而呈现，且决不意图限制可能设计的系统规格的许多变化的范围。

如图10B示出，所要视场外部的一切都是未利用空间。例如提供的360度实例，尽管水平全360度需要足够的能量密度，但存在未要求的潜在30度竖直位置。尽管可以简单地不向空间中的这些区域提供能量，这是一种具有提供180×180度的信息的波导函数的设计(当垂直定位在墙壁上时，在平行放置在桌子上时为360度×90度)，但这通常并不高效且基于目标市场，产生可能不实用的能量密度。

图10B示出实施例，其中光力学组合件包括波导，所述波导通过重新引导原本垂直于能量表面而投射的射线来呈现在水平轴线上提供360度的能量不规则分布以及在竖直轴线上的有限分布，其中所述能量表面平行于接地平面。所述组合件可配置成用于落地组合件或吊装组合件，且任选地包含类似于上文所论述那些的高于所述落地组合件的透明平台。

在一个实施例中，能量表面1450可包含具有视体1470的修改的波导，所述视体具有水平视场1455。在此实施例中，射线1460可由能量表面1450上的修改的波导限制。

图10C示出包括额外反射波导元件的图10B的桌台安装波导系统的实施例，所述额外反射波导元件具有允许会聚能量从第一表面中继到第二偏移表面的孔径，且其中第二表面是虚拟的。在一个实施例中，所述系统另外包含反射波导元件，所述反射波导元件具有孔径以将会聚能量从所述单个无缝能量表面中继到虚拟空间。

在一个实施例中，波导系统1465包含五个能量波导1470。尽管示出五个能量波导1470，但应理解，可存在更多个或更少个波导。能量波导1470可联接到多个能量中继器1474而以如上文所描述的类似方式形成无缝能量表面1476。在一个实施例中，能量波导1470、能量中继器1474和无缝能量表面1476的高度1472可如所属领域的一般技术人员了解和理解那样相对于对象或焦点而有变化。

在一些实施例中，桌台安装波导系统1465可包含具有第一反射器表面1486和第二反射器表面1484的额外反射波导元件1490。反射波导元件1490可包含孔径1492，使得来自无缝能量表面1476的会聚能量可从第一反射器表面1486中继到第二反射器表面1484通过孔径1492到观看者1488。换句话说，第一虚拟对象1480可在虚拟空间中继和会聚以形成第二虚拟对象1482。

如本公开的各种实施例所描绘，光力学组合件可包括引发横向安德森局域化的能量中继器和/或具有用于能量的双向传播的两个或更多个第一或第二表面的能量中继器。

图11示出根据本公开的一个实施例的具有非线性射线分布的落地平铺能量表面1510的正交视图。图11举例说明往往会排除能量表面的垂直射线的具有非线性射线分布的落地平铺组合件1510。尽管有可能将相同波导结构中的落地平铺组合件1510配置为其它环境表面，其中垂直射线和轴外射线具有均匀或某一形式的分布，然而，利用所提出的桌台安装方法放在或大致放到站立位置的脚部(或高或低，这取决于对系统的要求)，有可能进一步优化波导配置，因为无需表示直接垂直于落地组合件1510表面的射线，人自身将利用其身体和/或脚阻挡这些射线。如图11中所示，在多观看者体验的情况下，垂直射线将不能被其它参与者看到，因为不同于墙壁或天花板，垂直定向上呈现的射线被遮挡或不在产生伪影的正确视角处。换句话说，落地组合件1510可配置有修改的波导元件1520，使得某些射线可因自身阻挡1530而不可见。

图13示出根据本公开的一个实施例的具有五个观看者位置132和呈现单个射线集束到每个观看者的每个波导元件136下的五个对应的能量位置134的系统130的正交视图，所述每个波导对于单个观看者位置来说是唯一的。图13示出五个观看者位置132A、132B、132C、132D、132E和每个波导元件136和能量表面138下的五个能量位置134A、134B、134C、134D、134E。传播到观看者位置的射线集束是波导元件函数的引导结果。以此方式，所有能量被传播直到同时定址每个指定观看者位置而无需额外了解所述位置。另外有可能配置图13的能量系统以包含所属领域中已知的深度感测装置和算法，从而动态地变化传播到每个指定观看者位置的能量位置信息。这可应用于一个或多个观看者。可将跟踪执行为2D过程或3D/立体过程，或利用所属领域中已知的其它深度感测技术。如所属领域的技术人员应了解，归因于不同观看者位置132和不同能量位置134，唯一多个射线139可提供到处于其相应观看者位置132的每个观看者。

图14A示出包括第一表面和两个交织第二表面1630的能量中继器组合元件1600，其中第二表面1630具有能量发射装置1610和能量感测装置1620。图14A的另一实施例包含具有用于两个或更多个第二中继器表面1630中的至少一个第二中继器表面的两个或更多个子结构组件1610、1620的能量中继器结构1640，其呈现所述两个或更多个第二中继器表面1630的子结构组件之间的不同工程化特性，包含子结构直径，其中一个或多个第二表面1630中的每一者的子结构直径大体上类似于确定的能量装置和能量频域的波长。

图14B示出图14A的另一实施例，其中能量波导1700包含一个或多个波导元件表面1730内的一个或多个元件类型1710、1720和特性，其中每个元件类型1710、1720设计成更改具有相称的能量频域内的波长的传播路径1750、1760。在一个实施例中，能量波导1700可包含电磁能发射装置1710和机械能发射装置1720，每个装置1710、1720配置成分别更改电磁能中继器路径1750和机械能中继器路径1760。

在另一实施例中，任何第二能量频域的波长大体上可不受第一能量频域的影响。如指定应用所需，能量中继器的两个或更多个第二表面上的多个能量装置和一个或多个波导元件内的一个或多个元件类型的组合能够大体上独立地通过能量装置、能量中继器和能量波导大体上传播一个或多个能量域。

在一个实施例中，能量波导1700还可包含电磁能波导1770和机械能波导1780，其以堆叠的配置组装且联接到同时集成的类似于上文所描述的无缝能量表面1730。在操作中，能量波导1700能够传播能量路径，使得所有能量能够会聚在同一位置1790周围。

在一些实施例中，此波导1700可以是具有双向能量表面的单个中继器元件，一个交错段用于传播能量，且第二交错段用于在能量表面处接收能量。以此方式，这可以针对系统中的每个能量中继器模块重复以产生双向能量表面。

图14C示出根据本公开的一个实施例的作为图13的另一实施例的实施方案140的正交视图，且包括图14A的能量中继器，其中观看者处于位置L1和时间T1，会聚射线沿着路径通过波导且到能量坐标P1，且其中观看者在时间T2移动到位置L2，其中射线沿着路径会聚通过波导且到能量坐标P2，且其中多个能量坐标P1和P2中的每一者形成于能量中继器表面的第一侧上且包含两个交织的第二中继器表面，且提供第一能量感测装置和第二能量发射装置以感测视体内通过能量波导的移动和交互以及通过相同的能量中继器和能量波导发射能量，从而产生从时间和位置T1、L1发射到T2、l2的能量的可见变化。

在一个实施例中，系统140可包含能量装置1820，其中一组能量装置配置成用于能量发射1810且另一组能量装置配置成用于能量感测1830。此实施例还可包含多个中继器组合元件1840，其配置成提供单个无缝能量表面1850。视情况，多个波导1860可安置在能量表面1850前方。在操作中，如上文所论述，响应于所感测的T1、L1与T2、L2之间的移动，系统140可通过交互式控制同时提供双向能量感测或发射，其中所传播能量在T1 1870处，且修改的所传播能量在T2 1880处。

图14C的其它实施例包含组合式系统，其中能量中继器系统具有多于两个第二表面，且其中所述能量装置可完全具有不同能量域，且其中每个能量装置可各自通过能量中继器系统的第一表面接收或发射能量。

图15示出根据本公开的一个实施例的图14A的具有实施例的正交视图的另一组合式系统140，其中观看者在时间T1处于位置L1，且会聚射线沿着路径通过波导且到能量坐标P1，且其中观看者在时间T2移动到位置L2，且射线沿着路径会聚通过波导且到能量坐标P2，且其中所述多个能量坐标P1和P2中的每一者形成于能量中继器表面的第一侧上，且包括具有第一机械能发射装置、第二能量发射装置和第三能量感测装置的三个第二中继器表面，其中所述能量波导通过能量中继器的第一表面发射机械能和能量，从而允许第三能量感测装置检测从已知发射能量到所感测接收到的数据的干扰，且其中机械能的发射产生与发射的能量直接交互的能力，机械能会聚以产生触感，所述能量会聚以产生可见照明，且在T1、L1处发射到T2、L2的能量被修改以对观看者与发射能量之间的触觉交互作出响应。

在一个实施例中，系统140可包含超声能量发射装置1910、电磁能发射装置1920和电磁感测装置1930。此实施例还可包含多个中继器组合元件1940，其配置成提供单个无缝能量表面1950。视情况，多个波导1970可安置在能量表面1950前方。

所述一个或多个能量装置可独立地与两个或更多个路径中继器组合器、分束器、棱镜、偏振器或其它能量组合方法成对以将至少两个能量装置配对到能量表面的相同部分。所述一个或多个能量装置可固定在能量表面后方，接近于固定到基座结构的额外组件，或接近于用于轴外直射或反射投射或感测的波导的FOV前方和外部的位置。所得能量表面提供能量的双向传输，且波导会聚能量波到能量装置上以感测相对深度、接近度、图像、颜色、声音和其它能量，且其中感测到的能量被处理以执行机器视觉相关任务，包含但不限于通过波导阵列、能量表面且到能量感测装置的4D眼动和视网膜跟踪。

在操作中，如上文所论述，响应于所感测的来自T1、L1与T2、L2之间的所感测移动和超声波触觉响应的所传播能量发射的干扰，系统140可通过交互式控制同时提供双向能量感测或发射，其中所传播能量在T1 1960处，所传播触觉在T1 1980处，且修改的所传播能量在T2 1990处。

图16示出将一个或多个能量装置2010配对到额外组件(例如中继器元件2000，其配置成形成单个无缝能量表面2020)的实施例，其中观看者在位置L1处，且会聚射线沿着路径通过波导2300且到能量坐标P1，且其中所述多个能量坐标P1中的每一者形成于对应于一个或多个装置E1的能量中继器表面2020的第一侧上，且其中波导或中继器表面提供额外反射或衍射特性和所传播触觉2060，其中反射或衍射特性大体上不影响坐标P1处的射线传播。

在一个实施例中，反射或衍射特性与额外轴外能量装置E2 2035A、2035B的能量相称，每个装置E2 2035A、2035B含有额外波导和能量中继器，每个额外能量中继器含有两个或更多个第二表面，每个第二表面分别具有感测或发射装置，其中对应的能量坐标P2传播通过与P1类似的体积。在一个实施例中，反射或衍射能量可传播通过装置E2 2050。

在另一实施例中，相对于第一E1和第二E2波导元件在视场外的额外系统包括额外系统E3 2040A、2040B，其具有额外波导和中继器元件，所述中继器元件具有两个第二表面和一个第一表面，所述第二表面从聚焦的发射和感测能量装置接收能量。

在一个实施例中，E3波导元件2040A、2040B配置成将能量2070直接传播通过所要体积，所述所要体积对应于能量坐标P1和P2的路径，且形成穿过E3系统2040A、2040B的额外能量坐标P3，每个E1、E2和E3感测和发射装置配置成检测从已知发射能量到所感测的接收到的数据的干扰。

在一些实施例中，根据本公开的一个实施例，机械能发射产生与发射能量直接交互的能力，机械能会聚以产生触感，能量会聚以产生可见照明，且发射的能量被修改以对观看者与发射能量之间的触觉交互作出响应。

架构内的各种组件可按数种配置安装以包含但不限于壁装、桌台安装、头戴式、弯曲表面、非平面表面或所述技术的其它合适的实施方案。

图14、15和16示出实施例，其中所述能量表面和所述波导可用来发射、反射、绕射或会聚频率以引发触感或立体触觉反馈。

图14、15和16示出双向能量表面，其包括(a)基座结构；(b)共同形成能量表面的一个或多个组件；(c)一个或多个能量装置；以及(d)一个或多个能量波导。所述能量表面、装置和波导可安装到基座结构，且规划能够通过所述能量表面双向发射和感测能量的能量波导系统。

在实施例中，所得能量显示系统提供从相同的发射表面同时进行显示和捕捉的能力，其中波导设计成使得光场数据可由照明源投射通过波导且同时在无额外外部装置的情况下通过相同的能量装置表面接收。

此外，所跟踪位置可主动地计算和引导光到指定坐标，以使可变图像和其它投射频率能够根据双向表面图像与投射信息之间的直接着色被导引到规划的应用要求。

图14、15和16的实施例，所述一个或多个组件形成以适应任何表面形状，包含平面、球面、圆柱形、圆锥形、有刻面、平铺、规则、不规则或用于指定应用的任何其它几何形状，或包含于图9、10、11或12的建构内。

图14、15和16的实施例，其中所述一个或多个组件包括引发横向安德森局域化的材料。

在一个实施例中，一种配置成根据四维(4D)全光函数引导能量的能量系统包含：多个能量装置；能量中继器系统，其具有一个或多个能量中继器元件，其中所述一个或多个能量中继器元件中的每一者包含第一表面和第二表面，所述一个或多个能量中继器元件的第二表面被布置成形成所述能量中继器系统的单个无缝能量表面，且其中第一多个能量传播路径从所述多个能量装置中的能量位置延伸通过所述能量中继器系统的单个无缝能量表面。所述能量系统另外包含具有能量波导阵列的能量波导系统，其中第二多个能量传播路径在由4D全光函数确定的方向上从所述单个无缝能量表面延伸通过所述能量波导阵列。在一个实施例中，所述单个无缝能量表面可用来提供以及接收自其穿过的能量。

在一个实施例中，所述能量系统配置成沿着所述第二多个能量传播路径将能量引导通过所述能量波导系统到所述单个无缝能量表面，且沿着所述第一多个能量传播路径将能量从所述单个无缝能量表面引导通过所述能量中继器系统到所述多个能量装置。

在另一实施例中，所述能量系统配置成沿着所述第一多个能量传播路径将能量从所述多个能量装置引导通过所述能量中继器系统到所述单个无缝能量表面，且沿着所述第二多个能量传播路径将能量从所述单个无缝能量表面引导通过所述能量波导系统。

在一些实施例中，所述能量系统配置成感测相对深度、接近度、图像、颜色、声音和其它电磁频率，且其中处理感测到的能量以执行与4D眼动和视网膜跟踪相关的机器视觉。在其它实施例中，所述单个无缝能量表面还可用来从所述单个无缝能量表面同时进行显示和捕捉，其中所述能量波导系统设计成使得光场数据可由所述多个能量装置投射通过所述能量波导系统且同时通过同一单个无缝能量表面接收。

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饰的特征辨识为仍具有未修饰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 (41)

1.一种能量系统，其配置成根据四维(4D)全光函数来引导能量，所述系统包括：

多个能量装置；

能量中继器系统，其包括一个或多个能量中继器元件，其中所述一个或多个能量中继器元件中的每一者包括第一表面和第二表面，所述一个或多个能量中继器元件的所述第二表面被布置成形成所述能量中继器系统的单个无缝能量表面，且其中第一多个能量传播路径从所述多个能量装置中的能量位置延伸通过所述能量中继器系统的所述单个无缝能量表面；以及

能量波导系统，其包括能量波导阵列，且其中第二多个能量传播路径在由4D全光函数确定的方向上从所述单个无缝能量表面延伸通过所述能量波导阵列。

2.根据权利要求1所述的能量系统，其中所述能量系统配置成沿着所述第二多个能量传播路径将能量引导通过所述能量波导系统到所述单个无缝能量表面，且沿着所述第一多个能量传播路径将能量从所述单个无缝能量表面引导通过所述能量中继器系统到所述多个能量装置。

3.根据权利要求1所述的能量系统，其中所述能量系统配置成沿着所述第一多个能量传播路径将能量从所述多个能量装置引导通过所述能量中继器系统到所述单个无缝能量表面，且沿着所述第二多个能量传播路径将能量从所述单个无缝能量表面引导通过所述能量波导系统。

4.根据权利要求1所述的能量系统，其中所述一个或多个中继器元件包含熔合或平铺的镶嵌件，且其中邻近熔合或平铺的镶嵌件之间的任何接缝分隔开或小于最小可感知轮廓，所述最小可感知轮廓由在处于或大于所述单个无缝能量表面的宽度或高度的距离处具有优于20/40视力的人眼视敏度限定。

5.根据权利要求1所述的能量系统，其中所述一个或多个中继器元件包含：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所述单个无缝能量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。

6.根据权利要求1所述的能量系统，其中所述单个无缝能量表面可用来将局域化光传输导引到可见光的三个或更少的波长内。

7.根据权利要求1所述的能量系统，其中所述一个或多个中继器元件配置成适应所述单个无缝能量表面的形状，包含平面、球面、圆柱形、圆锥形、有刻面的、平铺、规则、不规则或任何其它用于指定应用的几何形状。

8.一种包括根据权利要求1所述的多个能量系统的聚合系统，其中所述多个能量系统组装以形成单个平面的或弯曲的表面以形成无缝聚合表面，所述无缝聚合表面相对于地板表面以垂直的配置定向。

9.一种包括根据权利要求1所述的多个能量系统的聚合系统，其中所述多个能量系统组装以形成单个平面的或弯曲的表面以形成无缝聚合表面，所述无缝聚合表面相对于地板表面以平行配置定向。

10.一种包括根据权利要求1所述的多个能量系统的聚合系统，其中所述多个能量系统组装以形成两个或更多个平面的或弯曲的表面以形成跨越包含桌子、墙壁、天花板、地板或其它表面的对象的任何组合的无缝聚合表面。

11.一种包括根据权利要求1所述的多个能量系统的聚合系统，其中所述多个能量系统组装以形成三个平面的或弯曲的表面以形成跨越三个邻近壁的无缝聚合表面。

12.一种包括根据权利要求1所述的多个能量系统的聚合系统，其中所述多个能量系统组装以形成四个平面的或弯曲的表面以形成跨越四个围封壁的无缝聚合表面。

13.一种包括根据权利要求1所述的多个能量系统的聚合系统，其中所述多个能量系统组装以形成五个平面的或弯曲的表面以形成跨越包含桌子、墙壁、天花板、地板或其它表面的对象的任何组合的无缝聚合表面。

14.一种包括根据权利要求1所述的多个能量系统的聚合系统，其中所述多个能量系统组装以形成六个平面的或弯曲的表面以在封闭环境中形成跨越包含桌子、墙壁、天花板、地板或其它表面的四个对象的无缝聚合表面。

15.一种包括根据权利要求1所述的多个能量系统的聚合系统，其中所述多个能量系统组装以形成平面的或弯曲的表面以形成跨越任何角度范围、体积和包含桌子、墙壁、天花板、地板或其它表面的对象组合的无缝聚合圆柱形表面。

16.一种包括根据权利要求1所述的多个能量系统的聚合系统，其中所述多个能量系统组装以形成平面的或弯曲的表面以形成跨越任何角度范围、体积和包含桌子、墙壁、天花板、地板或其它表面的对象组合的无缝聚合球面或半球形表面。

17.根据权利要求1所述的能量系统，其还包括反射波导元件，所述反射波导元件具有孔径以将会聚能量从所述单个无缝能量表面中继到虚拟空间。

18.一种能量系统，其配置成根据四维(4D)全光函数来引导能量，所述系统包括：

基座结构；

多个能量装置，其联接到所述基座结构；

能量中继器系统，其联接到所述基座结构，所述能量中继器系统具有一个或多个能量中继器元件，其中所述一个或多个能量中继器元件中的每一者包括第一表面和第二表面，所述一个或多个能量中继器元件的所述第二表面被布置成形成所述能量中继器系统的单个无缝能量表面，且其中第一多个能量传播路径从所述多个能量装置中的能量位置延伸通过所述能量中继器系统的所述单个无缝能量表面；以及

能量波导系统，其联接到所述基座结构，所述能量波导系统具有能量波导阵列，且其中第二多个能量传播路径在由4D全光函数确定的方向上从所述单个无缝能量表面延伸通过所述能量波导阵列。

19.根据权利要求18所述的能量系统，其中所述能量中继器系统还包括中继器元件，所述中继器元件包含面板和光锥。

20.根据权利要求18所述的能量系统，其中所述能量波导阵列接合为单个波导组件。

21.根据权利要求18所述的能量系统，其中所述能量中继器系统通过高至利用外部校准工装站或对准硬件的逐像素校正来无源地或有源地对准和校准到所述单个无缝能量表面。

22.根据权利要求18所述的能量系统，其中所述能量波导系统安装成与所述基座结构平行。

23.根据权利要求18所述的能量系统，其中所述单个无缝能量表面安装成与所述基座结构正交。

24.根据权利要求18所述的能量系统，其中所述一个或多个中继器元件包含熔合或平铺的镶嵌件，且其中邻近熔合或平铺的镶嵌件之间的任何接缝分隔开或小于最小可感知轮廓，所述最小可感知轮廓由在处于或大于所述单个无缝能量表面的宽度或高度的距离处具有优于20/40视力的人眼视敏度限定。

25.根据权利要求18所述的能量系统，其中所述多个能量装置、所述能量中继器系统和所述能量波导系统通过一个或多个安装托架联接到所述基座结构。

26.根据权利要求18所述的能量系统，其中所述多个能量装置包含发射图像信息的照明源，且其中所述图像信息包含利用可见光、IR、UV、相干的、激光、红外线、偏振的或任何其它电磁照明源的发射、投射或反射显示技术。

27.根据权利要求18所述的能量系统，其中所述多个能量装置包含机械能发射装置，所述机械能发射装置配置成从声场提供沉浸式音频或立体触感。

28.根据权利要求18所述的能量系统，其中所述多个能量装置包含用于捕捉或感测能量的能量装置，所述能量包含机械能、化学能、转移能、热能、电能、势能、动力的、磁性的、重力的、辐射的能量、结构化、非结构化或其它形式的能量。

29.根据权利要求18所述的能量系统，其中所述多个能量装置包含用于传播或发射能量的能量装置，所述能量包含机械能、化学能、转移能、热能、电能、势能、动力的、磁性的、重力的、辐射的能量、结构化、非结构化或其它形式的能量。

30.根据权利要求18所述的能量系统，其中所述多个能量装置包含配置成提供感觉反馈或可听控制的声学接收装置。

31.根据权利要求18所述的能量系统，其中所述能量系统配置成中继光以形成2D、体视、多视图、全光、4D、立体、光场、全息或光的任何其它视觉表示。

32.根据权利要求18所述的能量系统，其中所述能量系统可用来发射、反射或会聚频率以引发触感或立体触觉反馈。

33.根据权利要求18所述的能量系统，其中所述能量波导阵列设计成沿着水平轴线以高达360度投射射线，且额外射线处于竖直轴线中，且限制垂直于所述单个无缝能量表面的射线。

34.根据权利要求18所述的系统，其中所述能量系统配置成用于落地组合件或吊装组合件，且任选地包含高于所述落地组合件的透明表面。

35.根据权利要求18所述的能量系统，其中所述能量系统配置成沿着所述第二多个能量传播路径将能量引导通过所述能量波导系统到所述单个无缝能量表面，且沿着所述第一多个能量传播路径将能量从所述单个无缝能量表面引导通过所述能量中继器系统到所述多个能量装置。

36.根据权利要求18所述的能量系统，其中所述能量系统配置成沿着所述第一多个能量传播路径将能量从所述多个能量装置引导通过所述能量中继器系统到所述单个无缝能量表面，且沿着所述第二多个能量传播路径将能量从所述单个无缝能量表面引导通过所述能量波导系统。

37.一种能量系统，其配置成根据四维(4D)全光函数来引导能量，所述系统包括：

多个能量装置；

能量中继器系统，其包括一个或多个能量中继器元件，其中所述一个或多个能量中继器元件中的每一者包括第一表面和第二表面，所述一个或多个能量中继器元件的所述第二表面被布置成形成所述能量中继器系统的单个无缝能量表面，且其中第一多个能量传播路径从所述多个能量装置中的能量位置延伸通过所述能量中继器系统的所述单个无缝能量表面；

能量波导系统，其包括能量波导阵列，其中第二多个能量传播路径在由4D全光函数确定的方向上从所述单个无缝能量表面延伸通过所述能量波导阵列；且

其中所述单个无缝能量表面可用来提供以及接收自其穿过的能量。

38.根据权利要求37所述的能量系统，其中所述能量系统配置成沿着所述第二多个能量传播路径将能量引导通过所述能量波导系统到所述单个无缝能量表面，且沿着所述第一多个能量传播路径将能量从所述单个无缝能量表面引导通过所述能量中继器系统到所述多个能量装置。

39.根据权利要求37所述的能量系统，其中所述能量系统配置成沿着所述第一多个能量传播路径将能量从所述多个能量装置引导通过所述能量中继器系统到所述单个无缝能量表面，且沿着所述第二多个能量传播路径将能量从所述单个无缝能量表面引导通过所述能量波导系统。

40.根据权利要求18所述的能量系统，其中所述能量系统配置成感测相对深度、接近度、图像、颜色、声音和其它电磁频率，且其中处理感测到的能量以执行与4D眼动和视网膜跟踪相关的机器视觉。

41.根据权利要求18所述的能量系统，其中所述单个无缝能量表面还可用来从所述单个无缝能量表面同时进行显示和捕捉，其中所述能量波导系统设计成使得光场数据由所述多个能量装置投射通过所述能量波导系统且同时通过同一单个无缝能量表面接收。