CN109843566B - 用于使用组件工程化结构实现能量中继器中的横向安德森局域化的系统和方法 - Google Patents

用于使用组件工程化结构实现能量中继器中的横向安德森局域化的系统和方法 Download PDF

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Abstract

公开用于制造能量引导系统和横向安德森局域化的能量中继器的系统和方法。系统和方法包含提供具有第一组和第二组工程化特性的第一和第二组件工程化结构，以及使用所述第一组件工程化结构和所述第二组件工程化结构形成介质。所述形成步骤包含在所述介质的第一定向上使第一工程化特性随机化，从而产生所述工程化特性在所述平面中的第一变化性，且所述第二工程化特性的值允许所述第一工程化特性在所述介质的第二定向上变化，其中所述第一工程化特性在所述第二定向上的所述变化小于所述第一工程化特性在所述第一定向上的所述变化。

Description

用于使用组件工程化结构实现能量中继器中的横向安德森局 域化的系统和方法
技术领域
本公开大体上涉及能量中继器，且更具体来说，涉及横向安德森局域化能量中继器的系统及其制造方法。
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的集体想象之外，这种体验并不具有令人信服的实施方案。
发明内容
公开制造具有工程化结构的横向安德森局域化能量中继器的系统和方法。
一种形成具有工程化结构的横向安德森局域化能量中继器的方法包含：(a)提供第一组件工程化结构中的一个或多个，所述第一组件工程化结构具有第一组工程化特性，以及(b)提供第二组件工程化结构中的一个或多个，所述第二组件工程化结构具有第二组工程化特性，其中第一组件工程化结构和第二组件工程化结构均具有由第一工程化特性和第二工程化特性表示的至少两个共同工程化特性。
方法中的下一步骤包含(c)使用所述第一组件工程化结构中的所述一个或多个和所述第二组件工程化结构中的所述一个或多个形成介质，其中所述形成步骤在所述介质的第一平面中使所述第一工程化特性随机化，从而产生所述工程化特性在所述平面中的第一变化其中所述第二工程化特性的值允许所述第一工程化特性在所述介质的第二平面中变化，其中所述第一工程化特性在所述第二平面中的所述变化小于所述第一工程化特性在所述第一平面中的所述变化。
在一个实施例中，对于所述第一组件工程化结构和所述第二组件工程化结构来说共同的所述第一工程化特性是折射率，且对于所述第一组件工程化结构和所述第二组件工程化结构来说共同的所述第二工程化特性是形状，并且所述形成步骤(c)沿着所述介质的第一平面使所述第一组件工程化结构的所述折射率和所述第二组件工程化结构的所述折射率随机化，从而产生折射率的第一变化性，其中所述第一组件工程化结构和所述第二组件工程化结构的所述形状的组合几何结构使得折射率在所述介质的所述第二平面中变化，其中所述折射率在所述第二平面中的所述变化小于折射率在所述介质的所述第一平面中的所述变化。
在一个实施例中，方法还包含(d)使用所述介质形成组合件，使得所述介质的所述第一平面沿着所述组合件的横向定向延伸，且所述介质的所述第二平面沿着所述组合件的纵向定向延伸，其中通过所述组合件传播的能量波由于所述第一工程化特性和所述第二工程化特性而所述纵向定向上具有高于所述横向定向的传输效率，并且在所述横向定向上空间局域化。
在一些实施例中，所述形成步骤(c)或(d)包含将所述组合件形成为分层、同心、圆柱形配置，或滚卷螺旋配置，或光学处方沿着所述横向定向和所述纵向定向中的至少一个在预定义体积中限定所述一个或多个第一组件工程化结构和所述一个或多个第二组件工程化结构的所述组合件的形成所需的其它组合件配置，从而在整个所述介质中相对于位置在第一级折射率和第二级折射率之间产生一个或多个梯度。
在其它实施例中，所述形成步骤(c)和(d)中的每一个包含通过以下方式的形成中的至少一个：互混、固化、结合、UV暴露、熔合、切削、激光切割、熔化、聚合、蚀刻、雕刻、3D打印、CNC、光刻处理、金属化、液化、沉积、喷墨打印、激光成型、光学成型、穿孔、分层、加热、冷却、排序、乱序、抛光、涂擦、切割、材料去除、压缩、加压、真空抽吸、重力和其它处理方法。
在又一实施例中，方法还包含(e)通过成型、模制或切削以形成以下中的至少一个来处理所述组合件：复杂或成型形状、弯曲或倾斜表面、光学元件、梯度折射率透镜、衍射光学器件、光学中继器、光锥和其它几何配置或光学装置。
在实施例中，步骤(a)和(b)的所述工程化结构的所述特性和步骤(c)的所形成介质累积组合以展现横向安德森局域化的特性。
在一些实施例中，形成步骤(c)包含用以下中的至少一个形成：(i)所述第一组件工程化结构到所述第二组件工程化结构的增材法；(ii)用于产生空隙的所述第一组件工程化结构或用于与所述第二组件工程化结构一起形成的反向结构的减材法；(iii)所述第二组件工程化结构到所述第一组件工程化结构的增材法；或(iv)用于产生空隙的所述第二组件工程化结构或用于与所述第一组件工程化结构一起形成的反向结构的减材法。
在一个实施例中，所述提供步骤(a)和(b)中的每一个包含所述第一组件工程化结构中的所述一个或多个和所述第二组件工程化结构中的所述一个或多个呈液体、气体或固体形式中的至少一种。在另一实施例中，所述提供步骤(a)和(b)中的每一个包含所述第一组件工程化结构中的所述一个或多个和所述第二组件工程化结构中的所述一个或多个具有聚合材料中的至少一种，并且其中所述第一折射率和所述第二折射率中的每一个大于1。在一个实施例中，所述提供步骤(a)和(b)中的每一个包含所述第一组件工程化结构中的所述一个或多个和所述第二组件工程化结构中的所述一个或多个具有在第一和第二平面中不同的第一组件工程化结构尺寸中的一个或多个和在第一和第二平面中不同的第二组件工程化结构尺寸中的一个或多个，其中所述第二平面的所述结构尺寸中的一个或多个与所述第一平面不同，且所述第一平面的所述结构尺寸小于可见光的波长的四倍。
另一种形成具有工程化结构的横向安德森局域化能量中继器的方法包含：(a)提供第一组件工程化结构中的一个或多个，所述第一组件工程化结构具有第一折射率n0、工程化特性p0和第一吸收光学质量b0；以及(b)提供一个或多个N组件工程化结构，每一Ni结构具有折射率ni、工程化特性pi和吸收光学质量bi，其中N为1或更大。
在另一实施例中，方法包含：(c)使用所述第一组件工程化结构中的所述一个或多个和所述Ni结构中的所述一个或多个形成介质，所述形成步骤沿着所述介质的第一平面使所述第一折射率n0和所述折射率ni随机化，从而产生第一折射率变化性，其中工程化特性p0和pi沿着所述介质的第二平面诱发第二折射率变化性，其中所述第二平面不同于所述第一平面，并且其中由于所述第一工程化特性p0和所述工程化特性pi之间的组合几何结构，所述第二折射率变化性低于所述第一折射率变化性。
在又一实施例中，方法包含：(d)使用所述介质形成组合件，使得所述介质的所述第一平面是所述组合件的横向定向，且所述介质的所述第二平面是所述组合件的纵向定向，其中从所述组合件的入口传播到出口的能量波由于所述工程化特性和所得折射率变化性而在所述纵向定向上具有高于所述横向定向的传输效率，并且在所述横向定向上空间局域化，并且其中所述介质的所述吸收光学质量有助于减少通过所述组合件的能量波的非所需漫射或散射。
在一些实施例中，所述提供步骤(a)和(b)中的每一个包含所述第一组件工程化结构中的所述一个或多个和i结构中的所述一个或多个是包含结合剂、油、环氧树脂和其它光学级粘合材料或浸液中的至少一个的增材法。
在一些实施例中，所述形成步骤(c)包含将所述介质形成为非固体形式，并且其中所述形成步骤(d)包含将所述组合件形成为具有用于接收所述非固体形式介质的柔性壳体的松散相干波导系统。
在其它实施例中，所述形成步骤(c)包含将所述介质形成为液体形式，并且其中所述形成步骤(d)包含通过直接沉积或应用液体形式介质来形成所述组合件。
在一些实施例中，所述形成步骤(c)和(d)包含在不同定向上组合两个或更多个松散或熔合介质以形成所述组合件的多个入口或多个出口中的至少一种。
在其它实施例中，所述形成步骤(d)包含将所述组合件形成为传输和接收所述能量波的系统。在一个实施例中，所述系统能够通过相同介质同时传输和接收局域化能量。
另一种形成具有工程化结构的横向安德森局域化能量中继器的方法包含：(a)提供一个或多个组件工程化结构，一个或多个结构中的每一个具有材料工程化特性，其中至少一个结构处理成暂时性双轴向状态或展现化学链的非标准临时排序；(b)通过增材、减材或隔离法中的至少一个形成介质，所述增材法包含将至少一个暂时性结构添加到一个或多个额外结构，所述减材法包含从至少一个暂时性结构中产生空隙或反向结构以形成所述一个或多个额外结构，所述隔离法包含在不存在或去除额外结构时对至少一个暂时性结构进行工程化；以及(c)利用所述介质形成组合件，使得至少一个暂时性材料修改化学链的所述暂时性排序，从而相对于材料特性变化沿着组合件的第二平面的减小，诱发材料特性变化沿着组合件的第一平面的增加。
在一个实施例中，方法还包含：(d)步骤(c)所形成的组合件在步骤(b)所形成的复合介质内产生结构，所述结构分别和累积展现不同尺寸、颗粒大小或体积中的至少一个，如步骤(a)中所提供和作为用于进一步组装的复合子结构进行工程化的那样；(e)提供统称为子结构的步骤(c)的所述复合子结构和在步骤(b)所形成的复合介质中的至少一个或多个，所述一个或多个子结构具有第一和第二平面的一个或多个折射率变化以及一个或多个子结构工程化特性；(f)提供一个或多个N结构，每一Ni结构具有折射率ni和工程化特性pi，其中i为1或更大；(g)使用所述一个或多个子结构和所述一个或多个Ni结构形成介质，所述形成步骤沿着所述一个或多个子结构的第一平面使所述ni折射率随机化，从而产生第一复合介质折射率变化性，其中工程化特性沿着所述一个或多个子结构的第二平面诱发第二复合介质折射率变化性，其中所述一个或多个子结构的第二平面不同于所述一个或多个子结构的第一平面，并且其中由于所述一个或多个子结构工程化特性和所述Ni工程化特性，所述第二复合介质折射率变化性低于所述第一复合介质折射率变化性；以及(h)使用所述复合介质形成复合组合件，使得所述一个或多个子结构的第一平面是所述复合组合件的横向定向，且所述一个或多个子结构的第二平面是所述复合组合件的纵向定向，其中传播到所述复合组合件的入口或从所述复合组合件的入口传播到出口的能量波由于所述复合工程化特性和所得复合折射率变化性而在所述纵向定向上具有高于所述横向定向的传输效率，并且在所述横向定向上进行空间局域化。
在一些实施例中，步骤(c)或步骤(h)的所述组合件包含加热或其它处理形式以修改所述组合件内的所述材料的化学链的所述暂时性排序，其中所述暂时性材料的所述布置、密度和工程化特性在所述横向定向或所述纵向定向中的至少一个定向上变化，从而使所述组合件在热处理或其它处理期间自然地逐渐变细或引起沿着所述组合件的所述横向定向或所述纵向定向中的至少一个定向的尺寸变化，由此产生原本需要复杂制造的各种光学几何结构以维持能量传输效率的适当排序。
在一个实施例中，一种具有横向安德森局域化特性的装置包含由第一结构中的一个或多个和第二结构中的一个或多个形成的中继器元件，所述第一结构具有第一波传播特性，且所述第二结构具有第二波传播特性，所述中继器元件配置成中继从其通过的能量，其中沿着横向定向，所述第一结构和所述第二结构布置成具有空间变化性的交错配置，其中沿着纵向定向，所述第一结构和所述第二结构具有大体上类似的配置，并且其中能量在所述横向定向上空间局域化，且相较于所述横向定向，超过约50％的能量通过所述中继器元件沿着所述纵向定向传播。
在另一实施例中，所述中继器元件包含第一表面和第二表面，并且其中在所述第一表面和所述第二表面之间传播的所述能量沿着大体上平行于所述纵向定向的路径行进。在一些实施例中，所述第一波传播特性是第一折射率，且所述第二波传播特性是第二折射率，其中所述第一折射率和所述第二折射率之间的变化性引起所述能量在所述横向定向上空间局域化，且超过约50％的能量从所述第一表面传播到所述第二表面。
在一个实施例中，通过所述第一表面的所述能量具有第一分辨率，其中通过所述第二表面的所述能量具有第二分辨率，并且其中所述第二分辨率不小于所述第一分辨率的约50％。在另一实施例中，向所述第一表面呈现均匀轮廓的所述能量通过所述第二表面，以大体上填充具有相对于所述第二表面的法线成+/-10度的开启角度的光锥区，而与所述能量在所述第二表面上的位置无关。
在一个实施例中，所述第一表面的表面积不同于所述第二表面，其中所述中继器元件还包括在所述第一表面和所述第二表面之间的倾斜轮廓部分，并且其中通过所述中继器元件的所述能量引起空间放大或空间缩小。在另一实施例中，第一结构和第二结构中的每一个包含玻璃、碳、光纤、光学膜、聚合物或其混合物。
在一些实施例中，所述第一表面和所述第二表面均是平面的，或所述第一表面和所述第二表面均是非平面的，或所述第一表面是平面的且所述第二表面是非平面的，或所述第一表面是非平面的，所述第二表面是平面的，或所述第一表面和所述第二表面均是凹形的，或所述第一表面和所述第二表面均是凸形的，或所述第一表面是凹形的且所述第二表面是凸形的，或所述第一表面是凸形的且所述第二表面是凹形的。
在一个实施例中，装置包含第一结构，所述第一结构沿着所述横向定向具有平均第一尺寸，所述平均第一尺寸小于通过所述第一结构中继的所述能量的波长的四倍，并且沿着第二和第三定向分别具有远远大于所述平均第一尺寸的平均第二和第三尺寸，所述第二和第三定向大体上正交于所述横向定向，其中所述第二波传播特性具有与所述第一波传播特性相同的特性，但是特性值不同，其中所述第一结构和所述第二结构布置成在所述横向维度上具有最大空间变化性，使得所述第一波传播特性和所述第二波传播特性具有最大变化，其中所述第一结构和所述第二结构在空间上布置成使得所述第一波传播特性和所述第二波传播特性沿着所述纵向定向不变，并且其中在整个所述中继器元件中沿着所述横向定向，所述第一结构的通道之间的中心到中心间距随机变化，其中平均间距在所述第一结构的平均尺寸的一倍和四倍之间，并且其中所述第一结构的两个邻近纵向通道在大体上每个位置处由所述第二结构间隔开至少为所述第一结构的所述平均尺寸的一半的距离。
在一个实施例中，所述中继器元件包含第一表面和第二表面，并且其中在所述第一表面和所述第二表面之间传播的所述能量沿着大体上平行于所述纵向定向的路径行进。在另一实施例中，所述第一波传播特性是第一折射率，且所述第二波传播特性是第二折射率，其中所述第一折射率和所述第二折射率之间的变化性引起所述能量在所述横向定向上空间局域化，且超过约50％的能量从所述第一表面传播到所述第二表面。
在一个实施例中，系统可包含具有工程化结构的横向安德森局域化能量中继器，其并有本文中所描述的装置和中继器元件。
根据以下详细描述和所附权利要求书，所属领域的技术人员将清楚本公开的这些和其它优点。
附图说明
图1是说明用于能量引导系统的设计参数的示意图；
图2是说明具有主动装置区域的带机械外壳的能量系统的示意图；
图3是说明能量中继器系统的示意图；
图4是说明粘合在一起且紧固到底座结构上的能量中继器元件的实施例的示意图；
图5A是说明通过多核光纤中继的图像的实例的示意图；
图5B是说明通过光学中继器中继的图像的实例的示意图，所述光学中继器具有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察者的光线的示意图；
图7A说明根据本公开的一个实施例的柔性能量中继器的剖视图，所述柔性能量中继器通过在油或液体内互混两个组件材料来实现横向安德森局域化；
图7B说明根据本公开的一个实施例的刚性能量中继器的剖视图，所述刚性能量中继器通过在结合剂内互混两个组件材料来实现横向安德森局域化，并且在这样做时实现一个关键材料特性在一个方向上具有最小变化的路径；
图8说明根据本公开的一个实施例的横向平面中的剖视图，在纵向方向上包含设计成吸收能量的DEMA(尺寸外部吸收)材料；
图9说明根据本公开的一个实施例的在两部分系统内互混一个或多个组件材料的方法；
图10说明根据本公开的一个实施例的其中组件材料的混合物和UV敏感结合剂互混在一起并形成横向无序但纵向有序的材料线的过程的实施方案；
图11A说明根据本公开的一个实施例的具有两种交替的组件材料的径向对称能量中继器构建块的俯视图和侧视图；
图11B说明填充有两种组件材料的双轴拉伸材料内的区域的侧视图，所述组件材料在拉伸释放之前的形状为球状，在拉伸释放之后的形状为细长形，拉伸释放是一种保持材料的整体排序的过程。
图12说明根据本公开的一个实施例的中继器的透视图，所述中继器中实施多个组件材料，使得存在依据能量中继器中所含的每一种材料的特性而改变的输入光线和输出光线。
图13说明根据本公开的一个实施例的通过以下操作生成能量中继器的过程的透视图：开始于对齐组件材料片材，使用各自具有一种类型的材料或一个片材具有两种类型的组件材料的两个片材，然后将这些片材用作构建块以共同滚卷成螺旋结构；以及
图14说明根据本公开的一个实施例的20个组件材料的重复图案的透视图，每一组件材料具有一个或多个EP，并且针对螺旋到能量中继器结构中的每一片材，厚度可以相同也可以不同，存在产生自每一材料区域的不同EP的输入光线角度和输出光线角度。
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性下的双眼视差；2)任何数目个观察者同时的整个视体中的准确运动视差、阻挡和不透明度；3)通过眼睛对所有所感知光线的同步汇聚、调节和缩瞳的视觉焦点；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/或平衡的人类感觉“分辨率”。
基于迄今为止的常规技术，我们距离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有数十年，甚至几个世纪。
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。尽管初始公开可能是指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，但是本公开中可以设想所有形式的感觉受体。此外，本文中所公开的沿着传播路径的能量传播的原理可适用于能量发射和能量捕获。
当今存在的许多技术通常不幸地与全息图混淆，所述全息图包含透镜印刷、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“配镜(fauxlography)”的此类幻象。这些技术可能会展现出真正的全息显示器的一些所要特性，但是它们无法通过任何足以实现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反应。
常规技术尚未成功实现这些挑战以产生足以用于全息能量传播的无缝能量表面。存在各种实施立体和方向复用光场显示器的方法，包含视差屏障、微元(hogel)、体元、衍射光学器件、多视图投影、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，但是常规方法可能会涉及对图像质量、分辨率、角度采样密度、大小、成本、安全性、帧速率等的损害，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，需要研究和理解相应系统中的每一个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致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2-12mm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诱发感觉。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汇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。
在给定视体和观察距离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千兆像素的有效能量位置密度。对于宽视体或近场观察，所要能量表面的设计参数可包含数百千兆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依据输入环境变量，针对立体触觉的超声波传播具有能量位置密度的1到250个有效百万像素，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的局限性。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，但是不应低估复杂性。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，但是现有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，没有一个单个的显示装置能够有意义地产生具有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是不实际的，并且可能会涉及极其复杂的超出当前制造能力的制造工艺。对将多个现有显示装置平铺在一起的限制涉及由封装、电子器件、壳体、光学器件的物理大小形成的缝隙和空隙以及从成像、成本和/或大小角度来看会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使用的，术语“实施例”、“实例实施例”和“示例性实施例”不一定指代单个实施例，但是它们可以指代单个实施例，并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，本文所使用的术语仅用于描述各种实例实施例，而不意图为限制性的。就此而言，如本文中所使用，术语“在……中”可包含“在……中”和“在……上”，并且术语“一”、“一个”和“所述”可包含单数引用和复数引用。另外，如本文中所使用，术语“通过(by)”还可依据上下文意指“根据(from)”。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……时”。此外，如本文中所使用，词语“和/或”可以指代并涵盖相关联的所列物品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影的结果，其中能量表面位置提供在视体内传播的角度、颜色和亮度信息。所公开的能量表面为额外信息提供通过相同表面共存和传播以诱发其它感觉系统反应的机会。不同于立体显示器，观察到的汇聚能量传播路径在空间中的位置在观察者在视体中四处移动时不会变化，且任何数目个观察者可以同时在现实空间中看见所传播的物体，就像它真的在现实空间中一样。在一些实施例中，能量的传播可以定位于相同的能量传播路径中，但是是沿着相反的方向。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获均为可能的。
图1是说明与感觉受体反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、所确定目标座位距离118、从显示器104的中心起的目标座位视场视场、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的平均分辨率107、在目标观察者位置和表面宽度之间形成的水平视场108、在目标观察者位置和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元件在表面上的总数110、所得竖直波导元件分辨率或元件在表面上的总数111、基于眼睛之间的眼间间距和眼睛之间的角度投影的中间样本的数目的样本距离112，角度采样113可基于样本距离和目标座位距离、从所要角度采样导出的每波导元件总分辨率Horizontal 114、从所要角度采样导出的每波导元件总分辨率Vertical 115，装置Horizontal是所确定数目个所要精密能量源的计数116，且装置Vertical是所确定数目个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)感觉受体反应的足够刺激：表面大小(例如，84"对角线)、表面高宽比(例如，16:9)、座位距离(例如，距离显示器128")、座位视场(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，在眼睛之间的一个额外传播路径)、成人的平均眼间间隔(大致65mm)，以及人眼的平均分辨率(大致1弧分)。应该依据特定应用设计参数将这些实例值视为占位符。
另外，归于视觉感觉受体的这些值中的每一个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，可以考虑低至三度的听觉系统的角度敏感度，以及小至2-12mm的手部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，但是这些值足以理解刺激虚拟能量传播的感知的系统和方法。考虑设计分辨率具有许多方式，并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极限。如所属领域的普通技术人员将了解，以下概述是任何此类系统设计的简化，并且应该被视为仅用于示例性目的。
在理解了感觉系统的分辨率极限的情况下，给定下式可以计算总能量波导元件密度，使得接收感觉系统无法辨别来自邻近元件的单个能量波导元件：
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Figure GDA0003580073620000141
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Figure GDA0003580073620000142
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Figure GDA0003580073620000143
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Figure GDA0003580073620000144
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Figure GDA0003580073620000145
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Figure GDA0003580073620000146
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Figure GDA0003580073620000147
上述计算得到大致32x18°视场，从而产生所要的大致1920x1080(舍入到最接近格式)能量波导元件。还可以约束变量，使得视场对于(u，v)来说是一致的，从而提供能量位置的更规则空间采样(例如，像素高宽比)。系统的角度采样采用限定的目标视体位置和在优化距离处的两个点之间的额外传播能量路径，给定下式：
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Figure GDA0003580073620000151
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Figure GDA0003580073620000152
在此情况下，利用眼间距离来计算样本距离，但是可以利用任何度量将适当数目个样本视为给定距离。考虑到上述变量，可能需要大致每0.57°一条光线，并且给定下式，可以确定每独立感觉系统的总系统分辨率：
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Figure GDA0003580073620000153
·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，给定能量表面的大小和视觉敏锐度系统所实现的角度分辨率，所得能量表面可理想地包含大致400k x 225k个像素的能量分辨率位置，或90千兆像素的全息传播密度。所提供的这些变量只是出于示例性目的，并且优化能量的全息传播应该考虑许多其它感觉和能量计量考虑因素。在另一个实施例中，基于输入变量，可能需要1千兆像素的能量分辨率位置。在另一个实施例中，基于输入变量，可能需要1,000千兆像素的能量分辨率位置。
目前的技术限制：
主动区域、装置电子器件、封装和机械外壳
图2说明具有带特定机械外观尺寸的主动区域220的装置200。装置200可包含用于供电和介接到主动区域220的驱动器230和电子器件240，所述主动区域具有如由x和y箭头展示的尺寸。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，并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箭头展示的尺寸的机械外壳210。此装置200仅出于说明的目的，且定制电子器件设计可进一步减少机械外壳开销，但是几乎在所有情况中可能都并不是装置的主动区域的确切大小。在实施例中，此装置200说明电子器件在它关于微OLED、DLP芯片或LCD面板或目的是图像照明的任何其它技术的主动图像区域220时的依赖性。
在一些实施例中，还可能考虑其它将多个图像聚合到更大的整体显示器上的投影技术。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、对齐、额外大小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影源200可产生大得多且可靠性更低的设计。
仅出于示例性目的，假设具有3840x 2160个站点的能量位置密度的能量装置，给定下式，可以确定能量表面所需的个别能量装置(例如，装置100)的数目：
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Figure GDA0003580073620000161
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Figure GDA0003580073620000162
鉴于上述分辨率考虑因素，可能需要类似于图2中所示的那些的大致105x105个装置。应注意，许多装置由各种像素结构组成，所述像素结构可能映射到也可能不映射到规则网格上。在每一完整像素内存在额外子像素或位置的情况下，这些可用于生成额外分辨率或角密度。可以使用额外信号处理来确定如何依据像素结构的指定位置将光场转换成正确的(u，v)坐标，且额外信号处理可以是已知和校准的每一装置的显式特征。另外，其它能量域可涉及这些比和装置结构的不同处理，所属领域的技术人员将理解所要频率域中的每一个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。
可以使用得到的计算值来理解产生完整的分辨率能量表面可能需要这些个别装置中的多少个。在此情况下，达到视觉敏锐度阈值可能需要大致105x 105或大致11,080个装置。从这些可用的能量位置制造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。
无缝能量表面综述：
能量中继器阵列的配置和设计
在一些实施例中，公开实现由于装置的机械结构的限制而从个别装置的阵列无缝地生成高能量位置密度的挑战的方法。在实施例中，能量传播中继器系统可允许主动装置区域的有效大小增加以满足或超过机械尺寸，从而配置中继器阵列并形成单个无缝能量表面。
图3说明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可配置成具有减小任何空隙340的能力，在装置的多个机械外壳320被放置到多个装置310的阵列中时可产生所述空隙340。
例如，如果装置的主动区域310是20mm x 10mm且机械外壳320是40mm x 20mm，那么能量中继器元件330可设计有2:1放大率，以产生在缩小端部上(箭头A)大致为20mm x10mm且在放大端部上(箭头B)为40mm x 20mm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改变每一装置310的机械外壳320或与所述机械外壳320碰撞的能力。在机械上，中继器元件330可结合或熔合在一起以便对齐和抛光，从而确保装置310之间的缝隙空隙340最小。在一个此类实施例中，有可能实现小于眼睛的视觉敏锐度极限的缝隙空隙340。
图4说明具有能量中继器元件410的底座结构400的实例，所述能量中继器元件410形成在一起且牢牢地紧固到额外机械结构430上。无缝能量表面420的机械结构提供通过结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串联联接到同一底座结构上的能力。在一些实施例中，每一中继器元件410可熔合、结合、粘合、压配、对齐或以其它方式附接到一起以形成所得的无缝能量表面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，并被动地或主动地对齐以确保维持在所确定容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，且每一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和无缝显示表面之间延伸的传播路径引导能量，其中终端能量中继器元件的任何两个邻近的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如由视力优于20/40的人眼在大于单个无缝显示表面的宽度的距离处的视觉敏锐度所限定。
在实施例中，无缝能量表面中的每一个包括一个或多个能量中继器元件，每一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，从而产生正放大率或负放大率，且配置有明确的表面轮廓以供第一和第二表面通过第二中继器表面传递能量，从而大体上填充相对于在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，多个能量域可在单个能量中继器内或多个能量中继器之间配置，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，所述能量中继器针对每一第二侧包括两个或更多个第一侧以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，提供能量中继器作为松散相干元件。
组件工程化结构的介绍：
横向安德森局域化能量中继器的公开进展
根据本文中针对诱发横向安德森局域化的能量中继器元件所公开的原理，可以显著优化能量中继器的特性。横向安德森局域化是通过横向无序但纵向一致的材料传输的光线的传播。
这意味着相比于其中波干扰在纵向定向上继续时可能会完全限制横向定向上的传播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的效果受到全内反射的影响可能更小。
最显著的额外益处是去除了传统的多核光纤材料的包层。包层是为了在功能上消除光纤之间的能量的散射，但是同时充当能量光线的屏障，从而将传输至少减少核心覆盖比(例如，核心覆盖比70:30将传输最多70％的所接收能量传输)，并且另外在传播能量中形成强像素化图案。
图5A说明这样一个非安德森局域化能量中继器500的实例的端视图，其中图像通过多核光纤中继，其中由于光纤的内在特性可以展现像素化和光纤噪声。对于传统的多模和多核光纤，由于核心的分散阵列的全内反射的特性，中继图像在本质上可为像素化的，其中核心之间的任何串扰将降低调制传递函数并增加模糊。用传统的多核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说明通过能量中继器中继的相同图像550的实例，所述能量中继器包括具有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，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诱发横向安德森局域化，且更高效地传输光，与可商购的多模玻璃光纤相比，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匀显著优势，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生成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，相比于本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，展示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一个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，其中通过能量中继器传播的能量波在纵向定向上具有高于横向定向的传输效率，并且在横向定向上进行空间局域化。
在实施例中，多个能量域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，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，所述中继器针对每一第二侧包括两个或更多个第一侧以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的。可以使用多个中继器元件从能量装置将能量中继到无缝能量表面。一旦能量被传送到具有必需的能量位置密度的无缝能量表面，能量就可以根据4D全光函数通过所公开的能量波导系统传播。如所属领域的普通技术人员将了解，4D全光函数在本领域中是众所周知的，且在本文中将不另外详述。
能量波导系统沿着无缝能量表面通过多个能量位置选择性地传播能量，所述无缝能量表面表示4D全光函数的空间坐标，其中结构配置成改变通过的能量波的角度方向，所述角度方向表示4D全光函数的角度分量，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汇聚。
现在参考图6，图6说明根据4D全光函数的4D图像空间中的光场能量表面的实例。本图示出了能量表面600到观察者620的光线轨迹，其描述了能量光线如何从视体内的各个位置汇聚在空间630中。如图所示，每一波导元件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)是可以在图像空间中观察到的物理多个能量位置，角度分量θ和
Figure GDA0003580073620000211
(在本文中称为u和v)在通过能量波导阵列投影时可以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角度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，本领域技术人员将理解，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、角度方向、校准、焦点、准直、曲率、均匀性、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汇聚能量的大量其它参数。
在实施例中，用于实现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大体上填充的波导孔径，其中近准直能量进入由4D全光函数限定的环境。
在实施例中，能量波导阵列可针对每一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针对沿着无缝能量表面的多个能量位置所规定的4D函数限定的唯一方向上，延伸通过并大体上填充波导元件的有效孔径，所述多个能量位置由定位成将每一能量位置的传播限制成仅通过单个波导元件的一个或多个元件抑制。
在实施例中，多个能量域可在单个能量波导内或多个能量波导之间配置，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、衍射、折射、反射、grin、全息、菲涅耳(Fresnel)等等波导配置传播能量的非线性或不规则分布，包含非传输空隙区域。在另一个实施例中，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/或桌面浏览以使用户能够从成360度配置的能量表面的各个位置观察到全息图像。
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的、方形的、不规则的、半规则的、弯曲的、非平面的、球状的、圆柱形的、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、主动像素、液晶单元、透明显示器或展示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、结合、附接和/或拼接在一起以形成任意大小、形状、轮廓或外观尺寸来构建无缝能量表面系统的大型环境，包含整个房间。每一能量表面系统可包括组合件，所述组合件具有底座结构、能量表面、中继器、波导、装置和电子器件，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，所述壁包含包括高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、球状、几何或不规则几何结构的任何组合。
在实施例中，对于戏剧或基于场所的全息娱乐，平面表面的聚合平铺块形成墙壁大小的系统。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四个到六个墙壁的房间，包含天花板和地板。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，无缝球状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依照精确图案提供机械边缘，以结合、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。在另一个实施例中，能量表面提供同时从相同能量表面显示和捕获的能力，其中波导被设计成使得光场数据可以通过波导由照明源投影，并同时通过相同能量表面接收。在另一个实施例中，可以利用额外深度感测和主动扫描技术来实现在正确的世界坐标中能量传播和观察者之间的交互。在另一个实施例中，能量表面和波导可用于发射、反射或汇聚频率以诱发触觉感觉或体触觉反馈。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靠近固定到底座结构上的额外组件，或靠近在用于轴外直接或反射投影或感测的波导的FOV的前面和外部的位置，并且得到的能量表面实现能量的双向传输，从而使得波导能够汇聚能量，第一装置能够发射能量，第二装置能够感测能量，并且其中信息经处理以执行计算机视觉相关任务，包含但不限于4D全光眼睛和视网膜对传播能量图案内的干扰的跟踪或感测、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。在另一个实施例中，所跟踪位置基于双向所捕获数据和投影信息之间的干扰进行主动计算并修正能量位置。
在一些实施例中，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一个进行共同配置，其中所述三个第一表面中的每一个包括特定于每一装置的能量域的工程化特性，并且两个工程化波导元件分别针对超声波和电磁能配置以提供独立引导和汇聚每一装置的能量的能力，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去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，包括能量抑制元件、分束器、棱镜、主动视差屏障或偏振技术的额外波导元件可为集成的，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)或扩增现实(AR)。在其它实施例中，能量系统可包含调整光学元件，所述调整光学元件使所显示的或接收到的能量聚焦在观察者的空间中的确定平面附近。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，以使观察者能够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分配材料特性、向量、表面ID、新像素数据，从而形成更稀疏的数据集，并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，并且编码器/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加深度、元数据或其它向量化信息；立体、立体加深度、元数据或其它向量化信息；多视图；多视图加深度、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；以及逆光线跟踪方法通过特征化4D全光函数以适当方式将通过各种2D、立体、多视图、立体、光场或全息数据的逆光线跟踪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，所需的总数据传输可为比原始光场数据集少多个数量级的传输信息。
用于制作横向安德森局域化能量中继器的系统和方法
尽管在20世纪50年代引入了安德森局域化原理，但是直到最近材料和工艺的技术突破才使得能够在光学传输中切实地研究原理。横向安德森局域化是通过横向无序但纵向不变的材料传输的波的传播，同时波在横向平面中没有漫射。
在现有技术内，已经通过实验观察到横向安德森局域化，在实验中，通过拉制随机混合且熔合在一起的具有不同折射率(RI)的数百万个个别光纤股来制造光纤面板。当在面板的一个表面上扫描输入光束时，相对表面上的输出光束在输入光束的横向位置之后。因为安德森局域化在无序介质中展现出不存在波的漫射，所以在与有序光纤中继器相比时，一些基础物理学是不同的。这意味着相比于其中波干扰在纵向定向上继续时可能会完全限制横向定向上的传播的多个散射路径之间的随机化，产生安德森局域化现象的光纤的效果受到全内反射的影响更小。
在实施例中，横向安德森局域化材料有可能可以像具有较高MTF的可商购的多模玻璃图像光纤的最高质量那样好地或比它更好地传输光。对于多模和多核光纤，由于核心的分散阵列的全内反射的特性，中继图像在本质上是像素化的，其中核心之间的任何串扰将降低MTF并增加模糊。多核光纤产生的所得图像往往会具有残差固定噪声光纤图案，如图5A中所说明。相比之下，图5B说明相同的通过实例材料样本中继的图像，所述样本展现出横向安德森局域化原理的特性，其中噪声图案看起来更像是颗粒结构，而不是固定光纤图案。
展现安德森局域化现象的光学中继器的另一优势是它们可以由聚合材料制造，从而使成本和重量减小。通常由玻璃或其它类似材料制成的类似的光学级材料的成本可能比用聚合物生成的相同尺寸的材料的成本高十到一百(或更多)倍。另外，如果高达材料的大部分的密度是空气和其它轻量塑料，那么聚合物中继器光学器件的重量可以减少10到100倍。为避免疑义，此处在本公开中可包含展现安德森局域化特性的任何材料，即使材料不满足上述成本和重量建议也如此。本领域技术人员将理解，上述建议是适用于大量类似玻璃产品不包含的商业用途的单个实施例。额外益处是使横向安德森局域化起作用可以不需要光纤包层，对于传统的多核光纤来说，防止光在光纤之间的散射需要所述光纤包层，但是光纤包层同时阻挡了一部分光线，由此使传输至少减少核心覆盖比(例如，核心覆盖比70:30将传输最多70％的所接收照明)。
另一益处是能够产生许多较小部分，这些部分可以在没有缝隙的情况下结合或熔合，因为在传统意义上材料基本上没有边缘，并且依据将两个或更多个片件合并在一起的过程，任何两个片件的合并几乎与将组件生成为单个片件相同。对于大型应用，这对没有大规模基础设施或工具成本的制造商的能力来说具有显著的益处，并且提供了用其它方法不可能实现的生成单片材料的能力。传统的塑料光纤具有这些益处中的一些，但是由于包层，通常仍然会包含具有一些距离的缝隙线。
本公开包含制造展现出横向安德森局域化现象的材料的方法。提出一种使用由一个或多个组件工程化结构(CES)组成的构建块构建电磁能、声能或其它类型的能量的中继器的方法。术语CES是指具有特定工程化特性(EP)的构建块组件，所述工程化特性包含但不限于材料类型、大小、形状、折射率、质心、电荷、重量、吸收、磁矩以及其它特性。CES的大小尺寸可约为所中继的能量波的波长，并且可以在毫米级、微米级或纳米级上变化。其它EP也与能量波的波长高度相关。
横向安德森局域化是适用于电磁波、声波、量子波、能量波等等的传输的普遍的波现象。形成展现横向安德森局域化的能量波中继器所需的一个或多个构建块结构各自具有约为对应波长的大小。构建块的另一关键参数是在用于那些构建块的材料中的能量波的速度，所述速度包含电磁波的折射率和声波的声阻抗。例如，构建块大小和折射率可以变化以适应从X射线到无线电波的电磁波谱中的任何频率。
出于此原因，本公开中关于光学中继器的论述不仅可以推广到完整的电磁波谱，还可以推广到声学能量和许多其它类型的能量。出于此原因，将经常使用术语能量源、能量表面和能量中继器，即使论述是集中于一种特定的能量形式，例如可见电磁波谱。
为避免疑义，材料数量、过程、类型、RI等等仅仅是示例性的，且本文中包含任何展现安德森局域化特性的光学材料。另外，本文中包含对无序材料和过程的任何使用。
应注意，本公开中提到的光学设计的原理大体上适用于所有形式的能量中继器，且针对特定产品、市场、外观尺寸、安装等所选择的设计实施方案可能需要也可能不需要实现这些几何结构，但是出于简化的目的，所公开的任何方法包含所有潜在的能量中继器材料。
在一个实施例中，对于可见电磁能的中继器，CES的大小应该约为1微米。用于CES的材料可以是展现所要光学质量的任何光学材料，包含但不限于玻璃、塑料、树脂等等。材料的折射率大于1，并且如果选定两种CES类型，那么折射率的差变为关键设计参数。材料的高宽比可选择为细长形的，以便帮助纵向方向上的波传播。
CES的形成可作为分解性过程或加性过程来完成，所述分解性过程采用成型材料并将片件切割成具有所要形状的形成物或本领域中已知的任何其它方法，在所述加性过程中，CES可以用本领域中已知的任何其它方法来生长、印刷、形成、熔化或产生。加性和分解性过程可进行组合以便进一步控制制造现在将这些片件构建成指定结构大小和形状。
在一个实施例中，对于电磁能中继器，可能可以使用光学级结合剂、环氧树脂或其它熟知的光学材料，这些光学材料可以作为液体开始并通过各种手段形成光学级固体结构，所述手段包含但不限于UV、热、时间以及其它处理参数。在另一实施例中，结合剂不固化，或由用于柔性应用的折射率匹配油制成。结合剂可应用于固体结构和未固化油或光学液体。这些材料可展现某些折射率(RI)特性结合剂需要匹配CES材料类型1或CES材料类型2的RI。在一个实施例中，此光学结合剂的RI是1.59，与PS相同。在第二实施例中，此光学结合剂的RI是1.49，与PMMA相同。
在一个实施例中，对于能量波，结合剂可混合到CES材料类型1和CES材料类型2的共混物中，以便有效地抵消与结合剂RI匹配的材料的RI。仅出于示例性目的，如果使用PS和PMMA型CES，并且PS匹配结合剂的RI，那么结果是PS现在充当间隔物以确保PMMA和结合剂之间的随机性。在不存在PS时，可能在PMMA和结合剂的RI之间不存在足够的随机化。结合剂可彻底地互混，使得所有区域都是饱和的，这可能需要用于饱和的特定时间量以及所要粘性特性。可以实施额外的恒定搅拌，以确保适当的材料混合物抵消掉会由于材料的不同密度或其它材料特性而出现的任何分离。
可能需要在真空或室中执行这一过程以排出可能会形成的任何气泡。另一方法可为在固化过程期间引入振动。
替代方法向三个或更多个CES提供了额外的形式特征和EP。
在一个实施例中，对于电磁能中继器，另一方法仅提供只与结合剂一起使用的单个CES，其中CES和结合剂的RI不同，且在单个CES和结合剂之间发生充分的互混。
另一方法提供任何数目个CES，且包含气泡的有意引入。
在一个实施例中，对于电磁能中继器，一种方法实现具有独立所要RI的多个结合剂，并且一种过程实现在零个、一个或更多个CES单独或共同固化时将它们互混以便能够形成完全互混结构的过程。可以利用两种或更多种单独固化方法来实现用不同工具和程序方法以不同间隔进行固化和互混的能力。在一个实施例中，RI为1.49的UV固化环氧树脂与RI为1.59的第二热固化环氧树脂互混，其中材料的恒定搅拌提供交替的热处理和UV处理，时长只够用于开始看到固体结构从较大混合物内形成，但对任何大型粒子的形成来说都不够长，直到固化过程几乎完成时不能继续搅拌为止，然后同时实施固化过程以将材料完全结合在一起。在第二实施例中，添加RI为1.49的CES。在第三实施例中，添加RI为1.49和1.59的CES。
在另一实施例中，对于电磁能中继器，玻璃和塑料材料基于它们的相应RI特性来进行互混。
在另一个实施例中，固化混合物在模具中形成，并且在固化之后进行切割和抛光。在另一实施例中，所利用的材料将通过热重新液化，并且固化成第一形状，然后拉成第二形状以包含但不限于锥形部或弯曲部。
图7A说明根据本公开的一个实施例的中继器的柔性实施方案70的剖视图，所述柔性实施方案70展现使用CES材料类型1(72)和CES材料类型2(74)的横向安德森局域化方法，其中互混油或液体76，并且其中可能使用端帽中继器79在柔性管道壳体78内在中继器的一个端部上将能量波从第一表面77中继到第二表面77。CES材料类型1(72)和CES材料类型2(74)均具有为细长形的工程化特性——在此实施例中，形状是椭圆形，但是例如圆柱形或链形的任何其它细长形或工程化形状也是可能的。细长形形状允许通道具有最小工程化特性变化75。
对于可见电磁能中继器的实施例，实施方案70可以用折射率匹配油76替换结合剂，所述折射率匹配油76具有匹配CES材料类型2(74)的折射率，并将结合剂放置到柔性管道壳体78中以维持CES材料类型1和CES材料2的混合物的柔性，并且端帽79将是固体光学中继器，以便确保图像可以从端帽的一个表面中继到另一表面。CES材料的细长形形状允许通道具有最小折射率变化75。
70的多个实例可以交错成单个表面，以便形成呈固体或柔性形式的中继器组合器。
在一个实施例中，对于可见电磁能中继器，70的若干个实例可各自在一个端部连接到显示装置，所述显示装置显示图像的许多特定平铺块中的仅一个，同时光学中继器的另一端部成规则镶嵌放置，布置方式使得显示完整图像而不具有可辨缝隙。由于CES材料的特性，还有可能在镶嵌件内将多个光学中继器熔合在一起。
图7B说明CES横向安德森局域化能量中继器的刚性实施方案750的剖视图。CES材料类型1(72)和CES材料类型2(74)与匹配材料2(74)的折射率的结合剂753互混。有可能使用任选的中继器端帽79在壳体754内将能量波从第一表面77中继到第二表面77。CES材料类型1(72)和CES材料类型2(74)均具有为细长形的工程化特性——在此实施例中，形状是椭圆形，但是例如圆柱形或链形的任何其它细长形或工程化形状也是可能的。图7B中还示出沿着纵向方向具有最小工程化特性变化75的路径，这有助于在此方向上能量波从一个端帽表面77传播到另一端帽表面77。
CES的初始配置和对齐可以利用机械放置或通过利用材料的EP来完成，所述EP包含但不限于：电荷，所述电荷当应用于液体中的CES的胶体时可引起胶态晶体形成；磁矩，所述磁矩可帮助对含有痕量铁磁性材料的CES排序，或所使用的CES的相对重量，它与重力一起有助于在固化之前在结合液体内形成层。
在一个实施例中，对于电磁能中继器，图7B中描绘的实施方案将使结合剂753匹配CES材料类型2(74)的折射率，任选的端帽79将为固体光学中继器，以便确保图像可以从端帽的一个表面中继到另一表面，并且具有最小纵向变化的关键EP将为折射率，从而形成有助于传播局域化电磁波的通道75。
图7B描绘一种方法，包括：(a)提供第一CES中的一个或多个，所述第一CES具有一组特定EP{a0,b0,c0…}；(b)提供一个或多个N CES，表示为CESi，每一CESi具有对应的EPs{ai,bi,ci…}，其中i是1或更大；(c)使用第一CES中的一个或多个和CESi中的一个或多个形成介质，所述形成步骤沿着介质的第一平面使至少一个EP(在a0和ai上)随机化，从而产生所述EP(在a0和ai上)的变化性，表示为V1，其中不同类型的组合EP值(b0和bi)沿着介质的第二平面诱发相同EP(在a0和ai上)的空间变化性，此变化性表示为V2，其中第二平面不同于第一平面，并且其中此第二平面中的变化性V2低于变化性V1；以及(d)使用介质形成组合件，使得介质的第一平面是组合件的横向定向752，且介质的第二平面是能量中继器组合件的纵向定向751，其中传播到能量中继器组合件的入口或从能量中继器组合件的入口传播到出口的能量波由于工程化特性而在纵向定向751上具有高于横向定向752的传输效率，并且在横向定向752上空间局域化，并且其中在介质中形成的每一材料的EP可有助于减少通过组合件的能量波的非所需漫射或散射。
考虑到图7A到7B，形成具有工程化结构的双向横向安德森局域化能量中继器的方法包含：(a)提供第一组件工程化结构中的一个或多个，所述第一组件工程化结构具有第一组工程化特性，以及(b)提供第二组件工程化结构中的一个或多个，所述第二组件工程化结构具有第二组工程化特性，其中第一组件工程化结构和第二组件工程化结构均具有由第一工程化特性和第二工程化特性表示的至少两个共同工程化特性。
接下来，在此实施例种，方法包含(c)使用所述第一组件工程化结构中的所述一个或多个和所述第二组件工程化结构中的所述一个或多个形成介质，其中所述形成步骤在所述介质的第一平面中使所述第一工程化特性随机化，从而产生所述工程化特性在所述平面中的第一变化性，其中所述第二工程化特性的值允许所述第一工程化特性在所述介质的第二平面中变化，其中所述第一工程化特性在所述第二平面中的所述变化小于所述第一工程化特性在所述第一平面中的所述变化。
在一个实施例中，对于所述第一组件工程化结构和所述第二组件工程化结构来说共同的所述第一工程化特性是折射率，且对于所述第一组件工程化结构和所述第二组件工程化结构来说共同的所述第二工程化特性是形状，并且所述形成步骤(c)沿着所述介质的第一平面使所述第一组件工程化结构的所述折射率和所述第二组件工程化结构的所述折射率随机化，从而产生折射率的第一变化性，其中所述第一组件工程化结构和所述第二组件工程化结构的所述形状的组合几何结构使得折射率在所述介质的所述第二平面中变化，其中所述折射率在所述第二平面中的所述变化小于折射率在所述介质的所述第一平面中的所述变化。
在一个实施例中，方法还包含(d)使用所述介质形成组合件，使得所述介质的所述第一平面沿着所述组合件的横向定向延伸，且所述介质的所述第二平面沿着所述组合件的纵向定向延伸，其中通过所述组合件传播的能量波由于所述第一工程化特性和所述第二工程化特性而所述纵向定向上具有高于所述横向定向的传输效率，并且在所述横向定向上空间局域化。
在一些实施例中，所述形成步骤(c)或(d)包含将所述组合件形成为分层、同心、圆柱形配置，或滚卷螺旋配置，或光学处方沿着所述横向定向和所述纵向定向中的至少一个在预定义体积中限定所述一个或多个第一组件工程化结构和所述一个或多个第二组件工程化结构的所述组合件的形成所需的其它组合件配置，从而在整个所述介质中相对于位置在第一级折射率和第二级折射率之间产生一个或多个梯度。
在其它实施例中，所述形成步骤(c)和(d)中的每一个包含通过以下方式的形成中的至少一个：互混、固化、结合、UV暴露、熔合、切削、激光切割、熔化、聚合、蚀刻、雕刻、3D打印、CNC、光刻处理、金属化、液化、沉积、喷墨打印、激光成型、光学成型、穿孔、分层、加热、冷却、排序、乱序、抛光、涂擦、切割、材料去除、压缩、加压、真空抽吸、重力和其它处理方法。
在又一实施例中，方法还包含(e)通过成型、模制或切削以形成以下中的至少一个来处理所述组合件：复杂或成型形状、弯曲或倾斜表面、光学元件、梯度折射率透镜、衍射光学器件、光学中继器、光锥和其它几何配置或光学装置。
在实施例中，步骤(a)和(b)的所述工程化结构的所述特性和步骤(c)的所形成介质累积组合以展现横向安德森局域化的特性。
在一些实施例中，形成步骤(c)包含用以下中的至少一个形成：(i)所述第一组件工程化结构到所述第二组件工程化结构的增材法；(ii)用于产生空隙的所述第一组件工程化结构或用于与所述第二组件工程化结构一起形成的反向结构的减材法；(iii)所述第二组件工程化结构到所述第一组件工程化结构的增材法；或(iv)用于产生空隙的所述第二组件工程化结构或用于与所述第一组件工程化结构一起形成的反向结构的减材法。
在一个实施例中，所述提供步骤(a)和(b)中的每一个包含所述第一组件工程化结构中的所述一个或多个和所述第二组件工程化结构中的所述一个或多个呈液体、气体或固体形式中的至少一种。在另一实施例中，所述提供步骤(a)和(b)中的每一个包含所述第一组件工程化结构中的所述一个或多个和所述第二组件工程化结构中的所述一个或多个具有聚合材料中的至少一种，并且其中所述第一折射率和所述第二折射率中的每一个大于1。在一个实施例中，所述提供步骤(a)和(b)中的每一个包含所述第一组件工程化结构中的所述一个或多个和所述第二组件工程化结构中的所述一个或多个具有在第一和第二平面中不同的第一组件工程化结构尺寸中的一个或多个和在第一和第二平面中不同的第二组件工程化结构尺寸中的一个或多个，其中所述第二平面的所述结构尺寸中的一个或多个与所述第一平面不同，且所述第一平面的所述结构尺寸小于可见光的波长的四倍。
在可见电磁能中继器的实施例中，图7描绘一种方法，包括：(a)提供具有第一折射率n0、第一形状s0和第一吸收光学质量b0的EP的第一CES中的一个或多个；(b)提供一个或多个N CES，每一CESi具有折射率ni、形状si和吸收光学质量bi，其中i是1或更大；(c)使用第一CES中的一个或多个和CESi中的一个或多个形成介质，所述形成步骤沿着介质的第一平面在空间上使第一折射率n0和折射率ni随机化，从而产生表示为V1的第一折射率变化性，其中具有形状s0和si的组合几何结构沿着介质的第二平面诱发表示为V2的第二折射率变化性，其中第二平面不同于第一平面，并且其中第二折射率变化性V2低于第一折射率变化性V1；以及(d)使用介质形成组合件，使得介质的第一平面是组合件的横向定向，且介质的第二平面是组合件的纵向定向，其中传播到组合件的入口或从组合件的入口传播到出口的能量波由于工程化特性和所得折射率变化性而在纵向定向上具有高于横向定向的传输效率，并且在横向定向上空间局域化，并且其中在介质中形成的每一材料的反射、透射和吸收光学质量可有助于减少通过组合件的电磁波的非所需漫射或散射。
在可见电磁能中继器的实施例中，提供步骤(a)和(b)中的一个或多个可包含第一组件工程化结构中的一个或多个和Ni结构中的一个或多个是包含结合剂、油、环氧树脂和其它光学级粘合材料或浸液中的至少一个的增材法。
在实施例中，形成步骤(c)可包含将所述介质形成为非固体形式，并且其中形成步骤(d)包含将所述组合件形成为具有用于接收所述非固体形式介质的柔性壳体的松散相干波导系统。
在实施例中，形成步骤(c)可包含将所述介质形成为液体形式，并且其中形成步骤(d)包含通过直接沉积或应用液体形式介质来形成所述组合件。
在实施例中，所述形成步骤(c)和(d)可包含在不同定向上组合两个或更多个松散或熔合介质以形成所述组合件的多个入口或多个出口中的至少一种。
在实施例中，工程化结构和所形成介质的特性可累积组合以展现横向安德森局域化的特性，并且所述形成步骤可包含用以下中的至少一个的形成：所述第一组件工程化结构到所述第二组件工程化结构的增材法；用于产生空隙的所述第一组件工程化结构或用于与所述第二组件工程化结构一起形成的反向结构的减材法；所述第二组件工程化结构到所述第一组件工程化结构的增材法；或用于产生空隙的所述第二组件工程化结构或用于与所述第一组件工程化结构一起形成的反向结构的减材法。
在实施例中，所述提供步骤中的一个或多个可包含所述第一组件工程化结构中的所述一个或多个和所述第二组件工程化结构中的所述一个或多个呈液体、气体或固体形式中的至少一种。
在可见电磁能中继器的实施例中，提供步骤中的一个或多个可包含第一组件工程化结构中的一个或多个和第二组件工程化结构中的一个或多个是聚合材料中的至少一种，并且其中第一折射率和第二折射率中的每一个大于1。
在实施例中，提供步骤中的一个或多个可包含所述第一组件工程化结构中的所述一个或多个和所述第二组件工程化结构中的所述一个或多个具有在第一和第二平面中不同的第一组件工程化结构尺寸中的一个或多个和在第一和第二平面中不同的第二组件工程化结构尺寸中的一个或多个，其中所述第二平面的所述结构尺寸中的一个或多个与所述第一平面不同，且所述第一平面的所述结构尺寸小于所中继的能量的波长的四倍。
在实施例中，形成步骤中的一个或多个可包含将所述组合件形成为分层、同心、圆柱形配置，或滚卷螺旋配置，或功能处方沿着所述横向定向和所述纵向定向中的至少一个在预定义体积中限定一个或多个第一CES和一个或多个第二CES的组合件的形成所需的其它组合件配置，从而在整个所述介质中相对于位置产生CES的一个或多个EP的一个或多个梯度。
在可见电磁能中继器的实施例中，形成步骤可通过在介质中相对于位置生成折射率的一个或多个梯度而产生光学处方聚焦、光束转向、衍射等等所需的配置。
在实施例中，形成步骤中的一个或多个可包含通过以下方式的形成中的至少一个：互混、固化、结合、UV暴露、熔合、切削、激光切割、熔化、聚合、蚀刻、雕刻、3D打印、CNC、光刻处理、金属化、液化、沉积、喷墨打印、激光成型、光学成型、穿孔、分层、加热、冷却、排序、乱序、抛光、涂擦、切割、材料去除、压缩、加压、真空抽吸、重力和其它处理方法。
在可见电磁能中继器的实施例中，方法还可包括通过成型、模制或切削以形成以下中的至少一个来处理所述组合件：复杂或成型形状、弯曲或倾斜表面、光学元件、梯度折射率透镜、衍射光学器件、光学中继器、光锥和其它几何配置或光学装置。
在可见电磁能中继器的实施例中，图8说明根据本公开的可见电磁能中继器的一个实施例的横向平面中的剖视图，在材料的总体混合物中占给定百分比的一种示例性材料的纵向方向上包含DEMA(尺寸外部吸收)CES 80，以及CES材料类型72、74，所述示例性材料控制杂散光。
类似于传统光纤技术中的EMA，将不传输光的额外CES材料添加到混合物中以吸收随机杂散光，在三维栅格内只包含吸收材料，且在纵向维度内不含吸收材料，本文中这一材料被称作DEMA 80。在第三维度中利用这一方法提供了比先前的实施方法更高程度的控制，其中杂散光控制的随机化比任何其它实施方案的都充分的多，所述任何其它实施方案包含最终使全光传输减少表面面积在所有光学中继器组件中的百分比的绞合EMA，而DEMA在三维栅格中进行互混，从而有效地控制了纵向方向上的光传输，同时横向方向上的光不会出现相同的减少情况。提供的DEMA可以在总体混合物中占任何比例。在一个实施例中，DEMA在材料的总体混合物中占1％。在第二实施例中，DEMA在材料的总体混合物中占10％。
在另一实施例中，两个或更多个材料用热和/或压力进行处理以执行结合过程，并且这可以用也可以不用模制或本领域中已知的其它类似成型工艺来完成。这可以应用也可以不应用在真空或振动阶段等等内，以在熔化过程中去除气泡。例如，具有材料类型PS和PMMA的CES可进行互混，然后放置到适当的模具中，所述模具放置到均匀热分配环境中，所述均匀热分配环境能够达到这两种材料的熔点并循环到相应温度和从相应温度进行循环，而不会因为超过通过材料特性指定的每小时最大热升高或下降而造成损坏/断裂。
对于需要互混材料与额外液体结合剂的过程，考虑到每种材料的可变特定密度，可能需要以某一速率进行的恒定旋转过程，所述过程防止材料分离。
图9说明根据本公开的一个实施例的在系统内以最佳比例将两部分混合物98内的一个或多个CES材料类型72、74与溶液72、74中的每一个独立地互混的这样一种方法90，在所述系统中，具有每一单独混合物的室94、96的喷嘴在中心点97处相接，从而以适当方式将CES混合物98中的每一部分混合在一起，以形成CES和结合剂的理想比例，从而能够以在单个设备内维持的所有所需工程化特性比进行适当的固化。连接的柱塞92能够将这些材料72、74同时混合在一起，而无需另外进行测量或混合。
另一实施例包含使用两部分混合物的能力，其中每一液体分别含有CES材料中的一个或多个，使得当混合在一起时，所有材料是以恰当且适当饱和的比例提供的。在一个特定实施例中，这两种互混材料均利用连接的柱塞或用于应用均匀压力的其它方法而并列放置，并且喷嘴迫使混合物的两个部分以均匀的比例混合，使得当柱塞或用于产生压力以将这两种材料混合在一起的其它方法启用时，有效混合物包含具有确切量的每一种CES材料以及两部分介质的适当混合物。
另一实施例能够形成多个结合的、成型的、产生的或其它形式的材料并使用化学品、热等工艺将这些个别元件熔合或结合在一起，就好像它们是同时产生的，而不是用单独的工艺产生的，以便符合机械要求并促进实际过程。
图10说明根据本公开的一个实施例的过程100，其中CES72、74及UV敏感结合剂103的混合物在混合室102中互混在一起，并且设备通过具有预定直径的喷嘴控制材料的混合物的释放，高强度UV激光器104聚焦在喷嘴出口附近的溶液上，在喷嘴出口处可以形成固体固化材料106的任意长度的线108，其中线的纵向定向展现CES排序，且线的横向定向展现CES乱序。
另一实施例能够使用环氧树脂或另一种结合剂固化CES材料类型72、74的混合物以包含化学品，热等等，并且能够快速固化混合物的细股线，从而保持在厚度的任何所要直径处的纵向排序和横向乱序，使得可以产生具有任何长度的单个股线。其示例性应用包含与适当比例的CES材料类型1(72)和CES材料类型2(74)混合的UV快速固化环氧树脂和喷嘴，该喷嘴将混合物分配在由恒定压力促进的适当直径下，以便控制混合物的释放，其中高强度UV激光器104聚焦在混合物的出口处，使得在与UV光接触时，形成固体，并且离开喷嘴的材料的恒定压力产生该材料的任意长度的股线。该过程可以用固化所需的任何方法进行，包含时间、温度、化学品等。图10说明该过程的一个示例性实施方案。应当注意，这些材料中的许多材料对UV光表现出有限的敏感性，因此要么需要极高的强度来快速固化，要么根据混合物中所利用的材料引入其它实施方案来执行该功能。
在上述实施例中，多个股线聚集在一起并通过本领域已知的方法熔合在一起，包含光、时间、温度、化学品等。
另一实施例不使用另外的结合剂。这可能会也可能不会在气体或液体存在的情况下实施，以便在不引入空气，而是引入可能更适合于根据横向安德森局域化原理来促进能量的传播的不同气体/液体的情况下保持CES 72、74的松散“沙状”混合物。这可包含一种或多种另外的CES材料，并且可以包含一种或多种气体/液体。
该应用可以在真空或密封环境中进行。利用任何实施方法，CES的随机化相比于现有技术的其它实施方案的随机化显著增加，从而在最终结构中形成显著增加的乱序性。无论液体结合材料固化成固体还是保持液体，都产生CES的三维栅格，其几何形状与纵向能量波的增加的横向安德森局部化一致，如前所述。
这种方法可能具有以下优点：CES材料可以低成本大量地有效产生并混合，而不需要将材料布置成中间外形因数所需的任何定制制造工艺。
此外，对于涉及固体结构的工艺，通过模具等形成结构的能力对于提高生产效率是非常有效的，并且可产生先前不可能的大小和形状。另外，也可以将结合剂与CES预混，并且可以将其涂在任何表面上或利用各种其它可能实施方法。
图11A说明根据本公开的一个实施例的径向对称的圆柱形构建块110，其由两个交替的CES 72、74层组成。
在可见电磁能中继器的实施例中，可以通过生成径向对称和非均匀厚度的CES72、74的交替层来制造衍射、折射、梯度折射率、二元、全息或菲涅耳状结构，例如，折射率差约为0.1。该值可以根据光学配置而变化。这种元件的制造过程可以利用横向安德森局域化的原理，或者可以利用本讨论中提供的技术来产生两种材料而无需显式随机化。这些元件的配方可以在横向或纵向定向上在空间上变化，并且可以包含机械加工的表面轮廓或各个层之间的不均匀间距。
一种这样的方法能够以交替方法简单地用两种或更多种不同的EP固化结合材料，使得每层在先前固化的区域周围形成并径向生长到限定的直径。根据系统的要求，该直径可以是恒定的、可变的或随机的。柱体可用作更复杂结构的构建块。
通过采用瞬态双轴材料(例如但不限于双轴聚苯乙烯)的特性，可以构建一个或多个CES的子结构，其中分子通过快速冷却到拉伸位置而冷冻。将材料加热到高于转变温度将使暂时性状态停用，从而导致材料收缩，有时会缩小两倍或更多倍。方法包括：(a)提供一个或多个CES；(b)通过增材法、减材法或隔离法中的至少一个形成介质，所述增材法包含将至少一个CES添加到暂时性结构上，所述减材法包含在暂时性结构中产生空隙或反向结构以随后形成有至少一个CES，且所述隔离法包含在不存在或去除添加的CES时对至少一个暂时性结构进行工程化；以及(c)形成组合件并停用暂时性材料，从而相对于材料特性变化沿着组合件的第二平面的减小，诱发材料特性变化沿着组合件的第一平面的增加，以实现横向安德森局域化。
图11B示出减材法115，其中从双轴材料中去除材料，并且向双轴拉伸材料1153中的孔添加两个CES材料72、74，其中可以应用也可以不应用结合剂。CES 72、74可以是市售的简单微球，但每个都具有至少一种关键EP。当双轴的材料1154在使整个系统接近双轴材料内所有材料的熔点之后松弛，并且孔收缩时，CES 72、74的尺寸在一个方向上伸长，并且另一方向上收缩。另外，CES72、74的空间排序已经略微随机化，但基本上已保留，其方式为使得沿着伸长方向的EP的变化比正交方向小得多。
在图11B的另一实施例中，双轴拉伸材料以减材方式形成，以产生具有第一平均直径和第一平均密度间距的多个孔，然后在使双轴材料松弛之前或之后添加两个CES 72、74，以产生第二平均直径和第二平均密度间距，其中相比于第一平均密度间距，第二平均密度间距显著增加，且第二平均直径显著低于第一平均直径，所形成的介质的厚度已增加，使得纵向定向上的EP的变化减小。
在实施例中，方法还可包括：(d)生成具有不同EP的若干个步骤(c)的组合件，例如尺寸、大小、折射率和体积，并生成若干个复合的从步骤b形成的介质；(e)配对组合件和复合的所形成介质，以形成统称为子结构的单元，其中一个或多个子结构可具有第一和第二平面的一个或多个EP变化；(f)通过添加一个或多个N CES而生成额外变化，每一N CES表示为CESi，其中i是1或更大，(g)形成一个或多个子结构和CESi的介质，其中形成步骤沿着一个或多个子结构的第一平面使一个关键EP参数EPc(例如，电磁波的实施例的折射率)随机化，从而产生第一复合介质EPc变化性，其中不同EP(例如形状)诱发沿着一个或多个子结构的第二平面的第二复合介质EPc，其中一个或多个子结构的第二平面不同于一个或多个子结构的第一平面，并且其中由于一个或多个子结构EP和CESi工程化特性，第二复合介质EPc变化性低于第一复合介质EPc变化性；以及(h)使用复合介质形成复合组合件，使得一个或多个子结构的第一平面是复合组合件的横向定向，且一个或多个子结构的第二平面是复合组合件的纵向定向，其中传播到复合组合件的入口或从复合组合件的入口传播到出口的能量波由于复合工程化特性和所得复合EPc变化性而在纵向定向上具有高于横向定向的传输效率，并且在横向定向上空间局域化。
在实施例中，步骤(c)或步骤(h)可包含进行加热或其它形式的处理以停用组合件内的材料的暂时性分子状态，其中暂时性材料的布置、密度和EP在横向定向或纵向定向中的至少一个定向上变化，从而使组合件在热处理或其它处理期间自然地逐渐变细或引起沿着组合件的横向定向或纵向定向中的至少一个定向的尺寸变化，由此产生原本需要复杂制造的各种能量中继器几何结构以维持能量传输效率的适当排序。
图12说明具有20层不同CES的圆柱形结构的透视图120，其中一个或多个关键EP可在层与层之间变化，并且其中层的厚度可以变化。可以构建该结构以实施能量波通过材料的转向。
在可见电磁能中继器的实施例中，可能可以利用具有多个折射率的多种材料，当材料从光学材料的中心辐射时，所述材料针对每一区域可以具有也可以不具有相同厚度。利用这个方法，可能可以利用材料的光学特性基于每一设计区域的材料特性，以预定方式改变光的转向角。图12说明这样一个实施例，其中实施具有不同折射率RI1-RI20的20个材料，使得存在依据光学中继器元件中所含的每一个材料的EP改变的输入光线122和输出光线124。
图12的结构可以分层构建。每一个先前分层的材料的外表面可以涂布有尺寸等于或低于每一径向层与具有适当的一组EP的结合材料组合的所要厚度的CESi层。当结合剂几乎固化并且触摸发粘时，可通过向先前结合剂层应用下一CESi+1层作为涂层直至干燥来形成下一层。以下实施方案也是可能的：这种制造过程需要光学构造的恒定旋转以确保形成一致的径向同心结构。
在可见电磁能中继器的实施例中，关键工程化特性是折射率(RI)，且利用具有交替的RI的CES来涂覆每一个先前分层的材料的外部，所述材料的形状直径等于或低于每一径向层与具有(几乎)相同RI特性的结合材料组合的所要厚度。当结合剂几乎固化并且触摸发粘时，应用第二(或更大)RI材料的下一层以便用新层涂覆先前结合剂，直至干燥。以下实施方案也是可能的：这种制造过程需要光学构造的恒定旋转以确保形成一致的径向同心结构，并且结构开始于中心光学‘核心’，使得具有相同或类似厚度的这两个材料中的一个匹配针对每一径向层匹配所要厚度。通过向每一微球层应用匹配的RI结合剂，CES有效地变为光学透明间隔物，且使用结合剂来一致地形成供下一同心层结合的材料。在一个此类实施例中，每一微球的直径约为1um，第一RI为1.49，第一结合剂的RI为1.49，且第二微球的第二RI为1.59，第二结合剂的RI为1.59，并且所构建的径向同心材料的完整直径形成直径为60mm的光学材料。
在先前公开的径向同心微球构造方法的另一实施例中，描述第二种方法，其中结合剂具有第二(或更多)RI以相比于先前公开的有序方法，形成无序安德森局域化方法。以此方式，有可能接着使光线的传输随机化，以增加光学系统的理论分辨率。
图13说明根据本公开的一个实施例的螺旋产生过程130的透视图，所述螺旋产生过程130利用两个CES 72、74的片材。CES材料类型72或74被布置成端到端，然后分别结合到片材132或134中，并产生有预定厚度。另一方法涉及螺旋制造工艺，其中片材132和134进行分层并结合到一起以形成单个片材753，所述片材753在一侧上具有第一组关键EP，且在另一侧上具有第二组关键EP。接着，利用各种机械和/或制造方法以螺旋形式滚卷这些材料，直到达到指定直径为止，以产生所得能量中继器几何结构。
在可见电磁能中继器的实施例中，螺旋方法涉及使用具有预定厚度的CES和RI与两个CES 72、74中的一个相同的结合剂，以形成互混CES和结合剂的片材，其中利用CES确定片材厚度，利用结合剂将CES共同固持在柔性片材中，但是厚度不超过各个层的所要厚度。针对具有第二RI的第二(或更多)CES重复这一操作。
一旦制造好具有预定长度(每一个所得能量中继器元件的长度)和宽度(在将两个材料螺旋在一起之后的端部厚度或直径)的各个片材，就向132应用具有被称为EP 1的一个或多个关键EP的结合剂的薄层，然后配合134以与132对齐，同时不使结合剂固化。接着，134使具有被称为EP 2的一个或多个EP的结合剂应用在组合件顶部上的薄层中，但不使其固化。接着，以螺旋形式滚卷132、具有EP 1的结合剂、134和具有EP 2的结合剂的所得堆叠，以形成所得能量中继器元件，通过这一过程迫使任何多余的结合剂材料在最终固化之前从两个开放端部中的任一个离开。
另外，上述方法中的任一个方法有可能产生具有不均匀厚度的片材，从而向用于特定功能目的的同心环提供可变厚度。
在可见电磁能中继器的实施例中，其中关键工程化特性是折射率，有可能通过所产生材料的确定厚度来计算每一光线的方向性，然后确定同心环的相对厚度，从而依据光学要求以某些角度使某些光线转向。片材的楔形方法将使得每一径向环的厚度一直增加，或片材上的不均匀厚度将使得径向环的厚度发生随机改变。
作为形成两个片材的替代方案，每一片材包含单个CES和单个结合剂，可以形成包含布置成交错的端到端配置135的两个或更多个CES 72、74的单个片材层135，如图13中所示。具有EP 1的结合剂用于将这两个材料固持在一起。相同的结合剂或具有EP 2的不同结合剂可在片材滚卷成螺旋时应用于片材，以形成所得能量中继器元件，通过这一过程迫使任何多余的结合剂材料从两个开放端部中的任一个离开。
另一方法遵循上文中的相同过程，但是片材由不匹配的CES材料类型1与结合剂材料2或CES材料类型2与结合剂材料1制成，以促进横向安德森局域化现象。
对于所有上述径向对称或螺旋光学材料来说，存在可见电磁能中继器的实施例，其中所形成的光学元件切分成较薄柱体，并且可以对齐成阵列，如同允许根据特定光学配置的需要对光线进行适当转向的衍射透镜的实施方案。
图14说明根据本公开的一个实施例的二十个针对螺旋到能量中继器结构中的每一片材厚度可以相同也可以不同的CES的重复图案140的透视图，其中，存在产生自每一材料区域的一个或多个不同EP的输入波角度和输出波角度。
在可见电磁能中继器的实施例中，根据本公开的一个实施例，140包含应用有针对螺旋到光学中继器结构中的每一片材可以相同也可以不同的厚度的二十个折射率，从而能够根据每一材料区域的不同折射率使电磁波转向。
在可见电磁能中继器的另一实施例中，材料的折射率作为距离螺旋中心的半径的特定函数而改变。以此方式，有可能如先前识别的那样制造多个材料片材，所述片材具有针对使通过光学中继器元件的光线转向的特定光学功能设计的一系列折射率。这可另外放置到如先前公开的阵列中，或如其它实施例所论述的进行切割或抛光等等。
另外，有可能从这一螺旋或径向过程产生多个光学元件，并利用先前公开的或本领域中已知的任一个方法将这些光学元件结合/熔合在一起，从而形成具有确定光学元件厚度的单个表面，然后将整个阵列切分成片材，以供在任何菲涅耳微透镜阵列上使用或用于任何其它确定的目的。
一个结构的横向直径可为以下中的至少一个的波长的四倍：(i)可见光，且材料波传播特性是折射率；或(ii)超声频率，且材料波传播特性是声阻抗；或(iii)红外光，且材料波传播特性是折射率；或(iv)声波、紫外光、x射线、微波、无线电波或机械能。
在实施例中，第一组件工程化结构和第二组件工程化结构的横向直径可被设计用于两个不同的能量域。一个结构的高宽比在纵向上可大于横向定向。多个结构可在部分重叠且主要成纵向的一个定向上堆叠在一起。在实施例中，第一组件工程化结构可进行工程化以展现形状与第二组件工程化结构相反的表面轮廓，一个结构可包含空隙，且一个结构可形成于第二组件工程化结构的空隙内。
在实施例中，能量中继器的机械外表面可在制造之前形成或在制造之后进行处理，以展现平面的、非平面的、有刻面的、球状的、圆柱形的、几何的、锥形的、放大的、缩小的、圆形的、方形的、交错的、编织的或其它机械表面特性。在实施例中，对能量中继器进行成型、模制或切削形成以下中的至少一个：复杂或成型形状、弯曲或倾斜表面、光学元件、梯度折射率透镜、衍射光学器件、光学中继器、光锥和其它几何配置或光学装置。在实施例中，两个或更多个能量中继器在组合件中附接到一起，所得结构是熔合的，或固体的，或松散的，或柔性的。
在实施例中，能量中继器包括第一侧和第二侧，所述第二侧具有两个或更多个第三侧，并且其中第三侧通过第二侧传播能量并通过第一侧进行组合。
在一个实施例中，一种具有横向安德森局域化特性的装置包含由第一结构中的一个或多个和第二结构中的一个或多个形成的中继器元件，所述第一结构具有第一波传播特性，且所述第二结构具有第二波传播特性，所述中继器元件配置成中继从其通过的能量，其中沿着横向定向，所述第一结构和所述第二结构布置成具有空间变化性的交错配置，其中沿着纵向定向，所述第一结构和所述第二结构具有大体上类似的配置，并且其中能量在所述横向定向上空间局域化，且相较于所述横向定向，超过约50％的能量通过所述中继器元件沿着所述纵向定向传播。
在另一实施例中，所述中继器元件包含第一表面和第二表面，并且其中在所述第一表面和所述第二表面之间传播的所述能量沿着大体上平行于所述纵向定向的路径行进。在一些实施例中，所述第一波传播特性是第一折射率，且所述第二波传播特性是第二折射率，其中所述第一折射率和所述第二折射率之间的变化性引起所述能量在所述横向定向上空间局域化，且超过约50％的能量从所述第一表面传播到所述第二表面。
在一个实施例中，通过所述第一表面的所述能量具有第一分辨率，其中通过所述第二表面的所述能量具有第二分辨率，并且其中所述第二分辨率不小于所述第一分辨率的约50％。在另一实施例中，向所述第一表面呈现均匀轮廓的所述能量通过所述第二表面，以大体上填充具有相对于所述第二表面的法线成+/-10度的开启角度的光锥区，而与所述能量在所述第二表面上的位置无关。
在一个实施例中，所述第一表面的表面积不同于所述第二表面，其中所述中继器元件还包括在所述第一表面和所述第二表面之间的倾斜轮廓部分，并且其中通过所述中继器元件的所述能量引起空间放大或空间缩小。在另一实施例中，第一结构和第二结构中的每一个包含玻璃、碳、光纤、光学膜、聚合物或其混合物。
在一些实施例中，所述第一表面和所述第二表面均是平面的，或所述第一表面和所述第二表面均是非平面的，或所述第一表面是平面的且所述第二表面是非平面的，或所述第一表面是非平面的，所述第二表面是平面的，或所述第一表面和所述第二表面均是凹形的，或所述第一表面和所述第二表面均是凸形的，或所述第一表面是凹形的且所述第二表面是凸形的，或所述第一表面是凸形的且所述第二表面是凹形的。
在一个实施例中，装置包含第一结构，所述第一结构沿着所述横向定向具有平均第一尺寸，所述平均第一尺寸小于通过所述第一结构中继的所述能量的波长的四倍，并且沿着第二和第三定向分别具有远远大于所述平均第一尺寸的平均第二和第三尺寸，所述第二和第三定向大体上正交于所述横向定向，其中所述第二波传播特性具有与所述第一波传播特性相同的特性，但是特性值不同，其中所述第一结构和所述第二结构布置成在所述横向维度上具有最大空间变化性，使得所述第一波传播特性和所述第二波传播特性具有最大变化，其中所述第一结构和所述第二结构在空间上布置成使得所述第一波传播特性和所述第二波传播特性沿着所述纵向定向不变，并且其中在整个所述中继器元件中沿着所述横向定向，所述第一结构的通道之间的中心到中心间距随机变化，其中平均间距在所述第一结构的平均尺寸的一倍和四倍之间，并且其中所述第一结构的两个邻近纵向通道在大体上每个位置处由所述第二结构间隔开至少为所述第一结构的所述平均尺寸的一半的距离。
在一个实施例中，所述中继器元件包含第一表面和第二表面，并且其中在所述第一表面和所述第二表面之间传播的所述能量沿着大体上平行于所述纵向定向的路径行进。在另一实施例中，所述第一波传播特性是第一折射率，且所述第二波传播特性是第二折射率，其中所述第一折射率和所述第二折射率之间的变化性引起所述能量在所述横向定向上空间局域化，且超过约50％的能量从所述第一表面传播到所述第二表面。
在一个实施例中，系统可包含具有工程化结构的横向安德森局域化能量中继器，其并有本文中所描述的装置和中继器元件。
虽然上面已经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，可以在各种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。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阐述的发明的特征。此外，本发明中以单数形式对“发明”的任何参考不应用于争论在本发明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。尽管本公开支持提及单独替代物和“和/或”的定义，但是除非明确指示提及单独替代物或替代物相互排斥，否则权利要求书中使用的术语“或(or)”用于指“和/或(and/or)”。在整个本申请中，术语“约”用于指示一个值包括用于确定所述值的装置、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由所陈述的值变化至少±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 (14)

1.一种中继装置，其包括：
无需包层形成的中继器元件，所述中继器元件包括一个或多个第一组件工程化结构和一个或多个第二组件工程化结构，所述第一组件工程化结构具有第一波传播特性，所述第二组件工程化结构具有第二波传播特性；
其中，沿着横向定向，所述第一组件工程化结构和所述第二组件工程化结构布置成交错配置；
其中，沿着纵向定向，所述第一组件工程化结构和所述第二组件工程化结构各自具有类似的配置；
其中所述中继器元件沿着所述纵向定向通过所述第一组件工程化结构和所述第二组件工程化结构两者中继能量，被中继的所述能量在所述横向定向上进行空间局域化；
其中所述第一组件工程化结构和所述第二组件工程化结构被对齐，使得能量通过所述中继器元件传播，其中在所述纵向定向上相对于所述横向定向具有较高的传输效率；以及
其中所述第一组件工程化结构具有沿着所述横向定向的平均第一尺寸，所述平均第一尺寸小于通过所述第一组件工程化结构中继的所述能量的波长的四倍，其中所述第二波传播特性具有与所述第一波传播特性相同的特性，但是特性值不同。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述中继器元件包含第一表面和第二表面，并且其中在所述第一表面和所述第二表面之间传播的所述能量沿着平行于所述纵向定向的路径行进。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述第一组件工程化结构具有第一折射率，且所述第二组件工程化结构具有第二折射率，其中所述第一折射率和所述第二折射率之间的变化性引起被中继的所述能量在所述横向定向上进行空间局域化，且超过50％的能量从所述第一表面传播到所述第二表面。
4.根据权利要求2所述的装置，其中通过所述第一表面的所述能量具有第一分辨率，其中通过所述第二表面的所述能量具有第二分辨率，并且其中所述第二分辨率不小于所述第一分辨率的50％。
5.根据权利要求2所述的装置，其中呈现到所述第一表面的具有均匀轮廓的所述能量通过所述第二表面，以便填充具有相对于所述第二表面的法线成+/-10度的开启角度的光锥区，而与所述能量在所述第二表面上的位置无关。
6.根据权利要求2所述的装置，其中所述第一组件工程化结构和所述第二组件工程化结构中的每一个包含玻璃、碳、光纤、光学膜、聚合物或其混合物。
7.根据权利要求2所述的装置，其中所述第一表面和所述第二表面均是平面的。
8.根据权利要求2所述的装置，其中所述第一表面和所述第二表面均是非平面的。
9.根据权利要求2所述的装置，其中所述第一表面是平面的，且所述第二表面是非平面的。
10.根据权利要求2所述的装置，其中所述第一表面是非平面的，且所述第二表面是平面的。
11.根据权利要求2所述的装置，其中所述第一表面和所述第二表面均是凹形的。
12.根据权利要求2所述的装置，其中所述第一表面和所述第二表面均是凸形的。
13.根据权利要求2所述的装置，其中所述第一表面是凹形的，且所述第二表面是凸形的。
14.根据权利要求2所述的装置，其中所述第一表面是凸形的，且所述第二表面是凹形的。
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