CN112105976A - 能量场三维打印系统 - Google Patents

Abstract

用于使用能量场投影系统打印三维对象的装置。在操作中，根据四维(4D)能量场函数将能量投射到打印介质中，以使所述打印介质暴露于阈值能量强度水平，所述阈值能量强度水平使得所述打印介质硬化为三维对象的形状。

Description

能量场三维打印系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年1月14日提交的标题为《全息和光场技术的新颖应用(NovelApplication of Holographic and Light Field Technology)》的第62/617,293号美国临时专利申请的优先权，所述申请的全文都以引用的方式并入本文中。

技术领域

本公开大体上涉及光场能量系统，且更确切地说，涉及并入有全息和光场技术的新颖合成和应用以用于打印三维对象的装置和系统。

背景技术

通过Gene Roddenberry的《星际迷航(Star Trek)》推广的“全息甲板”室内的交互式虚拟世界的梦想最初是在20世纪初由作家Alexander Moszkowski设想出来的，近一个世纪以来它一直是科幻和技术创新的灵感来源。然而，除了文学、媒体以及儿童和成年人等的集体想象之外，这种体验并不存在令人信服的实施方案。

发明内容

公开了用于利用全息4D显示技术来生成用于打印三维对象的能量函数的装置和系统。

在一个实施例中，三维打印系统包含能够容纳一定量的打印介质的打印介质容器、能够向多个能量位置提供能量并且具有多个能量源的能量源系统。在一个实施例中，所述系统包含至少一个能量引导系统，其中每个能量引导系统包含能够将来自所述多个能量位置的能量沿着多个传播路径引导的波导阵列，其中每个传播路径延伸穿过多个能量位置中的一个，并且每个波导能够沿着所述多个传播路径将来自所述多个能量位置的能量引导穿过所述波导，其中每个传播路径在至少由所述多个能量位置中的一个确定的唯一方向上从所述波导延伸。

在一个实施例中，所述系统包含控制系统，所述控制系统与所述能量源系统通信，并且能够通过操作所述多个能量源以沿着所述多个传播路径提供能量来使所述至少一个能量引导系统的所述波导阵列将阈值强度水平的能量递送至所述多个传播路径的多个相交点中的多个选定交叉点，其中所述打印介质在暴露于所述阈值强度水平的能量时能够反应，并且其中所述多个选定相交点限定所述容器内部的三维(“3D”)对象的多个内表面和外表面。

在一个实施例中，所述打印介质容器搁置在与所述控制系统通信的定位装置的基座上，其中所述控制系统能够操作所述定位装置以改变所述打印介质容器相对于所述至少一个能量引导系统的位置。在另一实施例中，所述定位装置的操作使所述多个选定相交点相对于所述打印介质容器移动，以进一步限定所述三维对象的所述多个内表面和外表面。在一个实施例中，当所述定位装置使所述多个选定相交点相对于所述打印介质容器移动时，所述多个选定相交点使所述打印介质暴露于所述阈值能量水平。

在一些实施例中，所述定位装置尤其包含机动平移台、线性平移台、旋转台或测角台。在实施例中，所述多个选定相交点的安置体积大体上小于所述打印容器的体积。

在一个实施例中，所述控制系统能够使所述至少一个能量引导系统移动，从而使所述多个选定相交点移动，以进一步限定所述三维对象的所述多个内表面和外表面。在另一实施例中，随着所述多个选定相交点移动，所述多个选定相交点使所述打印介质暴露于所述阈值能量。在一些实施例在一个实施例中，所述控制系统能够操作所述多个能量源，以将递送到所述多个选定相交点中的至少一个选定相交点的能量减小到所述阈值强度水平以下。在又一实施例中，所述控制系统能够将至少一个选定相交点添加至所述多个选定相交点，具体是通过操作所述多个能量源以将递送到所述至少一个添加的选定相交点的所述能量增大到所述阈值强度水平。

在一个实施例中，每个波导的位置限定二维(2D)空间坐标，并且其中至少由所述多个能量位置中的一个确定的每个传播路径的所述唯一方向包含2D角坐标，从而每个传播路径延伸所自的所述波导的所述位置的所述2D空间波导和每个传播路径的所述2D角坐标形成每个传播路径的四维(4D)坐标集。

在另一实施例中，所述控制系统能够操作所述多个能量源以将阈值强度水平的能量递送到所述多个传播路径的所述多个相交点中的至少一个第二多个选定相交点，其中所述至少一个第二多个选定相交点进一步限定所述容器内部的所述3D对象的所述多个内表面和外表面。

在一个实施例中，所述波导阵列中的每个波导包含第一孔径，并且沿着每个传播路径引导穿过所述波导的能量大体上填充所述波导的所述第一孔径。在另一实施例中，所述至少一个能量引导系统进一步包含至少一个能量抑制元件，所述能量抑制元件被定位成限制不延伸穿过所述波导中的任一个的所述第一孔径的能量的传播。在一个实施例中，所述至少一个能量抑制元件包含用于衰减或修改所述多个传播路径上的能量的挡板结构。

在一个实施例中，所述打印介质包含当暴露于所述阈值强度水平时能够凝固的液态光敏聚合物。在一些实施例中，所述打印介质容器进一步包含排放口，所述排放口被配置成准许未暴露的液态光敏聚合物从所述打印介质容器排放出去，从而由暴露于所述阈值强度水平的硬化液态光敏聚合物形成三维对象。在一些实施例中，所述多个选定相交点是由四维光场函数确定。

在一个实施例中，所述能量源系统进一步包含至少一个中继器系统，其中所述至少一个中继器系统包含一个或多个中继器元件，其中所述一个或多个中继器元件包含第一表面和第二表面，所述一个或多个中继器元件的每个中继器能够将由一个或多个能量源发出的能量从所述第一表面经由所述中继器引导到安置在所述第二表面上的所述多个能量位置中的能量位置的子集。

在一些实施例中，所述一个或多个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。在一些实施例中，所述波导阵列是由多个模块化4D能量场封装组装而成，其中每个模块化4D能量场封装包含所述波导阵列中的至少一个波导以及所述多个能量位置中的能量位置的子集。在又一实施例中，所述至少一个能量引导系统包含两个能量引导系统。

附图说明

图1为说明能量引导系统的设计参数的示意图；

图2为说明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为说明能量中继器系统的示意图；

图4为说明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为说明通过多芯光纤的中继图像的示例的示意图；

图5B为说明通过光学中继器的中继图像的示例的示意图，所述光学中继器呈现横向安德森局域化原理(Transverse Anderson Localization principle)的特性；

图6为展示从能量表面传播到检视者的射线的示意图；

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种组分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种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种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尺寸外部吸收(dimensional extra mural absorption，DEMA)材料；

图9说明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10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11是其中利用3个分束器来适应机械外壳的方法的侧视图说明；

图12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13为具有布置成弧形的三个投射装置的实施例的俯视图说明；

图14说明锥形能量中继器镶嵌布置；

图15说明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16说明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17含有能量引导装置的若干视图。

图18含有来自图17的能量引导装置的侧视图的近距视图；

图19说明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20为实施例的俯视图说明，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位于距锥形中继器一定距离处；

图21为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说明；

图22说明可用于限定多个能量传播路径的能量波导系统的实施例的自上向下的透视图；

图23说明图39中所示的实施例的前透视图；

图24A-H说明能量抑制元件的各种实施例；

图25说明能量波导系统的额外实施例；

图26说明能量波导系统的额外实施例；

图27突显用于能量波导设计考虑的正方形封装、六边形封装和不规则封装之间的差异；

图28说明具有布置成弯曲配置的能量波导阵列的实施例；

图29说明突显波导元件可如何影响从中穿过的能量的空间分布的实施例；

图30说明进一步突显波导元件可如何影响从中穿过的能量的空间分布的额外实施例；

图31说明其中多个能量波导包括衍射波导元件的实施例；

图32说明用于为所需观察角度提供全密度射线照明的微透镜配置。

图33A到33D说明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33E说明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34A说明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34B说明根据本公开的一个实施例的桌装式能量波导系统的正交视图；

图34C说明根据本公开的一个实施例的具有额外反射波导元件的桌装式波导系统的正交视图；

图35说明根据本公开的一个实施例的地装式平铺能量波导系统的正交视图；

图36说明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37说明根据本公开的一个实施例的视体内的五个检视者位置和传播多个射线到每个检视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检视者位置来说是唯一的。

图38A说明根据本公开的一个实施例的能量中继器组合装置；

图38B说明根据本公开的一个实施例的图55A的另一实施例；

图38C说明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39说明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；

图40说明根据本公开的一个实施例的又一实施方案的正交视图；

图41、图41A和图41B说明三维打印系统的实施例；

图42A和42B说明具有定位装置的三维打印系统的实施例；

图43A和43B演示允许额外选定相交点的三维打印系统的实施例中的一个；

图44说明具有移动能量引导系统的三维打印系统的实施例；和

图45说明具有两个能量引导系统的三维打印系统的实施例。

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接受器以使其相信在虚拟、社交和交互环境内接收到的能量脉冲为真实的能量刺激，从而提供：1)在没有外部配件、头戴式眼镜或其它外围装置的情况下的双眼视差；2)任何数目个检视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会聚、适应和缩瞳的视觉焦点；以及4)会聚具有足够密度和分辨率的能量波传播以超过人类视觉、听觉、触觉、味觉、嗅觉和/或平衡的感觉“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)所表明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接受器响应的能量传播。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电磁和机械能传播的示例，但本公开中设想了所有形式的感觉接受器。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获。

令人遗憾的是，当今存在的许多技术通常与包含透镜打印、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“配镜(fauxlography)”的所述幻象的全息图混淆。这些技术可能会呈现出真正的全息显示器的一些所需特性；但是它们无法以任何足以解决四个所鉴别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、角度取样密度、大小、成本、安全性、帧率等的牺牲，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，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接受器。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。

在所提到的感觉接受器中，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，所需能量表面可设计成包含数十亿像素的有效能量位置密度。对于宽视体或近场观察，所需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，所需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，所有组件都可被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需密度的数量级差异，声学和超声波装置不太具有挑战性，但也不应低估复杂性。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需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使得技术不可行的多种其它挑战。

本文中所公开的实施例可提供构建全息甲板的现实途径。

现将在下文中参考附图描述示例实施例，附图形成本发明的一部分并说明可实践的示例实施例。如在本公开和所附权利要求书中所用，术语“实施例”、“示例实施例”和“示例性实施例”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，而不脱离示例实施例的范围或精神。此外，如本文所使用的术语仅出于描述示例实施例的目的，且并不打算为限制。就此而言，如本文所用，术语“在……中”可包含“在……中”和“在……上”，且术语“一(a)”、“一(an)”和“所述”可包含单数引用和复数引用。此外，如本文所用，术语“通过”取决于上下文还可意指“根据”。此外，如本文所用，术语“如果”还可取决于上下文意指“当……时”或“在……后”。此外，如本文所用，词语“和/或”可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检视者在视体中四处移动时不会变化，且任何数目的检视者可同时在现实空间中看见所传播的对象，就像它们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获均是可能的。

图1是说明与感觉接受器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的中心起视场的目标就座视场、在本文中展现为眼睛105之间的样品的中间样品的数目、平均成人眼间间隔106、以弧分为单位的人眼平均分辨率107、在目标检视者位置与表面宽度之间形成的水平视场108、在目标检视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品的数目的样品距离112，角度取样可基于样品距离和目标就座距离113、从所需角度取样导出的每波导元件总水平分辨率114、从所需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需精密能量源的计数116，且竖直的装置是确定数目的所需精密能量源的计数117。

一种理解所需最小分辨率的方法可基于以下准则来确保视觉(或其它)感觉接受器响应的足够刺激：表面大小(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)、在一距离处的所需中间样品(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)。应取决于特定应用设计参数将这些示例值视为占位符。

此外，归于视觉感觉接受器的每个值可由其它系统代替以确定所需传播路径参数。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。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应了解，以下概述是任何所述系统设计的简化，且应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，从而产生所需大约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经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品距离，但可利用任何度量将适当数目的样品用作给定距离。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，给定能量表面的大小和针对视觉敏锐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900亿像素全息传播密度。所提供的这些变量仅出于示例性目的，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。在额外实施例中，基于输入变量，可能需要1千兆像素的能量分辨率位置。在额外实施例中，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说明具有带某一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供电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柔性电缆到装置200中来进一步最小化。所述装置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，且自限定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大小。在实施例中，此装置200说明对电子件的依赖性，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，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。

仅出于示例性目的，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，可确定能量表面所需的个别能量装置(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栅格的各种像素结构组成。在每个全像素内存在额外亚像素或位置的情况下，可利用这些来生成额外分辨率或角度密度。额外信号处理可用于取决于一个或多个像素结构的指定位置而确定将光场转换成矫正(u，v)坐标的方式，且可以是已知和已校准的每个装置的明显特征。此外，其它能量域可涉及这些比率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需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展示和论述。

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个装置来实现视觉敏锐度阈值。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：由个别装置阵列生成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说明所述能量中继器系统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可被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(箭头A)上为20mm×10mm且在放大端(箭头B)上为40mm×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准和抛光，从而确保装置310之间的接缝间隙340最小。在一个所述实施例中，有可能实现小于眼睛的视觉敏锐度限值的接缝间隙340。

图4说明具有能量中继器元件410的基座结构400的示例，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串联联接到相同基座结构的能力。在一些实施例中，每个中继器元件410可熔合、接合、粘合、压配、对准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可以安装到中继器元件410的后部并且无源地或有源地对准，以确保维持所确定的容差内的适当的能量位置对准。

在实施例中，无缝能量表面包括一个或多个能量位置，并且一个或多个能量中继器元件堆叠包括第一和第二侧，并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，所述无缝显示表面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，并且其中末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由人眼的视觉敏锐度所限定的最小可感知轮廓，所述人眼在大于单个无缝显示表面的宽度的距离下具有好于20/40视力。

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。在一个实施例中，能量中继器被设置为松散的相干元件。

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，从而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说明一个所述非安德森局域化能量中继器500的示例的端视图，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，中继的图像可能在本质上被像素化，其中芯之间的任何串扰将降低调制传递函数并增加模糊。通过传统多芯光纤产生的所得图像往往会具有类似于图5A中展示的那些的残余固定噪声光纤图案。

图5B说明通过能量中继器的相同中继图像550的示例，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，所述中继图案具有密度更大的颗粒结构。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，且与市售多模玻璃光纤相比，更高效地传输光，且传播的可分辨分辨率更高。

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维度网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，且所述多个结构在维度网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维度网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能量波在纵向定向上具有更高传输效率，且在横向定向上为空间局域化的。

在实施例中，材料波传播特性在维度网格内的横向平面中的随机化分布可能会因为分布的随机化性质而造成不期望的配置。材料波传播特性的随机化分布可引发整个横向平面上的平均能量安德森局域化；然而，可能会无意中因为不受控的随机分布而形成具有类似材料波传播特性的有限区域。例如，如果具有类似波传播特性的这些局部区域的大小相对于它们的预期能量传输域过大，那么通过所述材料的能量传输效率有可能会降低。

在实施例中，中继器可以由组件工程化结构的随机化分布形成，以通过引发光的横向安德森局域化来传输某一波长范围的可见光。但是，由于结构的随机分布，所述结构可能会无意中布置以使得在横向平面上形成比可见光的波长大很多倍的单个组件工程化结构的连续区域。因此，沿着较大的连续单材料区的纵向轴线的可见光传播可经受减轻的横向安德森局域化效应，并且可能遭受通过中继器的传输效率的降低。

在实施例中，可能需要设计在能量中继器材料的横向平面中材料波传播特性的有序分布。理想的是，此类有序分布将通过类似于横向安德森局域化的方法引发能量局域化效应，同时使传输效率的潜在降低最小化，所述传输效率的潜在降低是由随机特性分布所固有产生的异常分布的材料特性引起的。使用材料波传播特性的有序分布在能量中继器元件中引发类似于横向安德森局域化的横向能量局域化效应，其在下文中将被称作有序能量局域化。

在实施例中，可在单个有序能量局域化能量中继器内或多个有序能量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有序能量局域化能量中继器，所述有序能量局域化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，有序能量局域化能量中继器被配置成松散的相干或柔性能量中继器元件。

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

如上文和全文所论述，光场显示系统通常包含能量源(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为熟知的，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，其中结构被配置成改变穿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会聚。

现参考图6，其说明根据4D全光函数的4D图像空间中的光场能量表面的示例。所述图展示能量表面600到检视者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察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度分量θ和

(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独特位置。

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、角度方向、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众多其它参数。

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，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被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，能量波导被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形状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。在额外实施例中，能量波导元件可被配置成产生各种几何形状，所述几何形状提供任何表面轮廓和/或桌面观察，从而允许用户从360度配置的能量表面周围的所有位置观察全息图像。

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接受器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件，所述组件具有基座结构、能量表面、中继器、波导、装置和电子件，它们共同被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，包含包括多达给定环境中的所有表面的设施，且被配置成无缝、不连续平面、有刻面、弯曲、圆柱形、球面、几何或不规则几何形状的任何组合。

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馆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包含顶部和地面在内具有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圆柱形无缝环境以用于沉浸式全息设施。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、对准或熔合邻近波导表面的邻近平铺机械边缘，从而产生模块化和无缝的能量波导系统。

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。在额外实施例中，能量表面提供同时从相同能量表面进行显示和捕获的能力，其中波导被设计成使得光场数据可由照明源投射通过波导且同时通过相同能量表面接收。在额外实施例中，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检视者之间的交互。在额外实施例中，能量表面和波导可用于发射、反射或会聚频率以引发触觉或立体触觉反馈。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，接近于固定到基座结构的额外组件，或接近于在用于离轴直射或反射投射或感测的波导的FOV的前面和外部的位置，且所得能量表面提供能量的双向传输，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，并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全光眼睛和视网膜跟踪或感测、深度估计、接近度、运动跟踪、图像、颜色或声音形成，或其它能量频率分析。在额外实施例中，所跟踪位置基于双向捕获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，且大体上不受被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像并产生与编码/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成可穿戴双向装置，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检视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，以允许检视者看到能量系统和现实世界环境(例如，透明的全息显示)。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，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、几何形状、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；以及逆射线追踪方法通过特征化4D全光函数以适当方式将各种2D、立体(stereoscopic)、多视图、立体(volumetric)、光场或全息数据的逆射线追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，所需的总数据传输可以是比原始光场数据集小多个数量级的传输信息。

用于产生有序能量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，已经通过实验观测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跟随输入光束的横向位置。因为安德森局域化在无序介质中呈现出不存在波的漫射，所以在与光纤中继器相比时，一些基础物理学是不同的。这意味着相比于其中波干扰可能会完全限制横向定向上的传播同时在纵向路径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光纤的效果受到全内反射的影响更小。另外，对此概念，本文中引入材料波传播特性的有序分布可代替能量传输装置的横向平面中的随机化分布而使用。此有序分布可引发装置的横向平面中的有序能量局域化同时减少类似材料特性的局域化分组的出现(这可归因于随机分布的性质而产生)，且这可降低通过装置的能量传输的总体功效。

在实施例中，与具有较高MTF的最高质量的市售多模玻璃图像光纤相比，有序能量局域化材料可有可能一样好或更好地传输光。对于多模和多芯光纤，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是像素化的，其中芯之间的任何串扰将降低MTF并增加模糊。用多芯光纤产生的所得图像往往会具有残余固定噪声光纤图案，如图5A中所说明。相比之下，图5B说明相同的通过示例材料样品中继的图像，所述样品呈现出类似于横向安德森局域化原理的特性，在本文中称为有序能量局域化，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。

呈现有序能量局域化现象的光学中继器的另一优点是它们可以由聚合材料制造，从而降低成本和重量。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件的重量可以减少10到100倍。为了避免疑惑，呈现如本文所描述的安德森局域化特性或有序能量局域化特性的任何材料可包含于此处本公开中，即使所述材料并不符合以上成本和重量建议。如所属领域的技术人员将理解，上述建议是适用于类似玻璃产品不包含的大量商业用途的单个实施例。额外益处是：使有序能量局域化起作用可能不需要光纤包层，对于传统的多芯光纤来说，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，且从而使传输至少减少芯皮比(例如，70:30的芯皮比将传输最多70％的所接收照明)。

另一益处是能够产生许多较小部件，这些部件可以在没有接缝的情况下接合或熔合，因为材料基本上没有在传统意义上的边缘，并且取决于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材料的单个片件的能力。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接缝线。

本公开包含制造呈现有序能量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)组成的构建块构造电磁能、声能或其它类型的能量的中继器的工艺。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的大小标度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也高度取决于能量波的波长。

在本公开的范围内，多个CES的特定布置可形成有序图案，其可跨越中继器在横向方向上重复以有效地引发有序能量局域化。CES的此类有序图案的单个实例在本文中被称作模块。模块可包括两个或更多个CES。中继器内的两个或更多个模块的分组在本文中被称作集群。

有序能量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波现象。形成呈现有序能量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频谱中的任何频率。

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形式的能量，例如可见电磁频谱。

为了避免疑惑，材料数量、工艺、类型、折射率等仅为示例性的，且本文中包含呈现有序能量局域化特性的任何光学材料。此外，本文中包含有序材料和工艺的任何用途。

应注意，本公开中提到的光学设计的原理通常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或可能不需要实现这些几何形状，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的大小应约为1微米。用于CES的材料可以是呈现所需光学质量的任何光学材料，包含但不限于玻璃、塑料、树脂等。材料的折射率大于1，并且如果选定两种CES类型，那么折射率的差异成为关键设计参数。材料的纵横比可选择为细长形的，以便帮助纵向方向上的波传播。

CES的形成可作为破坏工艺或添加工艺来完成，所述破坏工艺采用形成的材料并将片件切割成具有所需形状的形成物或所属领域中已知的任何其它方法，在所述添加工艺中，CES可以生长、打印、形成、熔融或用所属领域中已知的任何其它方法来产生。添加和破坏工艺可进行组合以便进一步控制制造。现在将这些片件构造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，可有可能使用光学级结合剂、环氧树脂或其它已知的光学材料，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的油制成。结合剂可应用于固体结构和未固化油或光学液体。这些材料可呈现某些折射率(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，以便有效地抵消结合剂RI匹配的材料的RI。结合剂可彻底地互混，使得没有区域是不饱和的，这可能需要一定时间，以达到饱和和所需的粘性特性。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。替代方法是为三个或更多个CES提供额外的形式特征和EP。在一个实施例中，对于电磁能中继器，额外的方法提供与仅粘合剂一起使用的仅单个CES，其中CES和粘合剂的RI不同。另一方法提供任意数目个CES，且包含有意引入气泡。

在一个实施例中，对于电磁能中继器，方法提供具有独立所需RI的多种结合剂，和在零个、一个或更多个CES单独或在一起固化时将它们互混以便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的热固化第二环氧树脂互混，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的时间为止，然后同时实施固化过程以将材料完全粘合在一起。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。在另一实施例中，固化的混合物在模具中形成，并且在固化后被切割和抛光。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，所述柔性实施方案呈现使用CES材料类型1(72)和CES材料类型2(74)的具有互混油或液体76的横向安德森局域化方法，并且其中可能使用端帽中继器79在柔性管道壳体78内在中继器的一个末端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。细长形状允许具有最小工程化特性变化75的通道。

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代替结合剂，所述折射率匹配油具有匹配CES材料类型2(74)的折射率，并置放到柔性管道壳体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材料的细长形状允许具有最小折射率变化75的通道。可以将70的多个实例交错到单个表面上，以便形成固态或柔性形式的中继组合器。

在一个实施例中，对于可见电磁能中继器，70的若干实例可各自在一端连接到显示装置，所述显示装置展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呈规则镶嵌图案放置，布置方式使得显示完整图像而不具有可辨接缝。由于CES材料的特性，还有可能将在镶嵌图案内的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中还展示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的初始配置和对准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，其当应用于液体中的CES的胶体时可引起胶态晶体形成；磁矩，其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粘结液体内形成层。

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。

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尺寸外部吸收(DEMA)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材料添加到一种或多种混合物中以吸收随机杂散光，在维度网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DEMA80。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得多，所述任何其它实施方案包含最终使全光传输减少所有光学中继器组件的表面面积的百分比的绞合EMA(stranded EMA)，而DEMA在维度网格中进行互混，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％。

在额外实施例中，两种或更多种材料用热和/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所属领域中已知的其它类似形成工艺来完成。这可以应用也可以不应用在真空或振动阶段等内，以在熔融过程期间消除气泡。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，而不会因为超过由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工艺，考虑到每种材料的可变比密度，可能需要以防止材料分离的速率进行的恒定旋转工艺。

高密度能量引导装置

在实施例中，能量引导装置可包括一个或多个能量位置和一个或多个能量中继器元件，一个或多个能量中继器元件中的每一个进一步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，一个或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、微型投影仪、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、直射或足以产生所需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，且进一步与其它材料组合，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个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考虑到机械外壳的一个或多个装置之间的全部有源区域的完全无缝集成；以及

d)一系列平行、会聚、光学偏移平行和会聚、轴上、离轴、径向、对准或以其它方式反射或投射系统，其各自包含指定分辨率和机械外壳但投射到小于组合的所有一个或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，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的视力的人眼视觉敏锐度限定，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产生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9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示例。图9说明各自包括有源显示区域尺寸902和机械外壳906的三个显示装置900的侧视图；最小间隙908突显显示装置900的任何两个有源成像表面902之间可能的最小空间。在有源图像与机械外壳比小于2:1(例如有源区域为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一个单连续平面。

图10是描述此方法的一个所述实施方案的侧视图说明。图10具有五个显示装置100，其各自包括有源显示区域1002和机械外壳1004。分束器1006将显示装置1000产生的图像光1008组合成无缝图像呈现1010，这有效地遮蔽了显示装置1000的机械外壳1004。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11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说明。图11具有八个显示装置1100，其各自包括有源显示区域1102和机械外壳1104。三个分束器1106、1108和1110将八个显示装置1100产生的图像光1112组合成无缝图像呈现1114，这有效地遮蔽了显示装置1100的机械外壳1104。

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观察，且总体观察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11中，图像光1112的亮度将因整个系统的光损失而仅从显示装置1100传输最多25％的实际显示峰值电位。另外，应注意，取决于所需图像表面的大小，具有多次反射的物理装置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影仪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。每个个别寻址的平铺块之间的区域理想地应略微重叠且以适当方式融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，从而得到图像相对于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，其结果是增大观察距离以提供如上文所述的所需像素密度。

图12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12说明实施例的俯视图，其中有三个投射装置：一个居中投射装置1200以及两个偏离中心的投射装置1201、1203。每个投射装置1200、1201、1203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121001、1203的投射角度1204进行调整。图12突显离轴投射光学件的使用，其中显示面板1214从显示透镜1216的光轴移置量1202，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个重叠，同时维持平行阵列结构，且另外避免梯形失真图像矫正。从投射装置1200、1201、1203投射的图像光在图像平面1208处形成显示图像1206。来自偏离中心的投射装置1201、1203的图像光在图像平面1208处将具有图像偏移1210和部分重叠1212。

在实施例中，单个无缝能量表面可以是平面的、有刻面的或弯曲的。还可能形成投影仪弧，代价是需要在光学上或计算上进行梯形失真矫正以形成单个能量表面。在实施例中，三个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，以便将每个投影仪直接放置在观察能量表面的对应平铺块后方。图13为具有布置成弧形的三个投射装置1300的实施例的俯视图说明。投射装置1300产生传播通过非平面表面1304的图像光1302。图像光1302可能经历图12的实施例避免的梯形失真效应。对于这两种方法，未必需要投影仪呈物理堆叠配置，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采用这些方法的任何组合。所述系统的另一实施例利用了能量中继技术的最新突破。

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生成高分辨率的挑战，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，一个或多个能量中继器元件可被配置成沿着传播路径引导能量，所述传播路径在一个或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×20mm，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20mm×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准在一起而不改变或妨碍每个能量波源的机械外壳的能力。

图14说明根据本公开的一个实施例的一个所述锥形能量中继器镶嵌布置1410的正交视图。在图14中，中继器装置1410可包含两个或更多个中继器元件1420，每个中继器元件1420由一个或多个结构形成，每个中继器元件1420具有第一表面1440、第二表面1460、横向定向(基本上平行于表面1440、1460)和纵向定向(基本上垂直于表面1440、1410)。第一表面1440的表面积可不同于第二表面1460的表面积。对于中继器元件1420，第一表面1440的表面积小于第二表面1460的表面积。在另一实施例中，第一表面1440的表面积可与第二表面1460的表面积相同或比其大。能量波可从第一表面1440传送到第二表面1460，或反之亦然。

在图14中，中继器元件装置1410的中继器元件1420包含在第一表面1440与第二表面1460之间的倾斜轮廓部分1480。在操作中，第一表面1440和第二表面1460之间的能量波传播可在纵向定向上具有高于横向定向的传输效率，且穿过中继器元件1420的能量波可引起空间放大或空间缩小。换句话说，穿过中继器元件装置1410的中继器元件1420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，能量波在呈现到第一表面时具有均一特征曲线，并且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大体上填充相对于第二表面的法线具有+/-10度张角的圆锥的能量密度，而无关于在第二中继器表面上的位置。

在一些实施例中，第一表面可被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传输，每个中继器的第一和第二表面基本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传输效率，且归因于与纵向定向上的最小折射率变化偶合的横向定向上的随机化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准此定向上的光纤而确定。

机械地，这些锥形能量中继器在接合或融合在一起之前以高度精度进行切割和抛光，以便将它们对准并确保中继器之间可能存在的接缝间隙最小。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。在一个所述实施例中，通过使用以热方式匹配到锥形材料的环氧树脂，有可能实现50μm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而不需要额外的接合。为了避免疑惑，可使用任何方法来将阵列接合在一起，以明确地只包含重力和/或力的接合。

在实施例中，末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无缝能量表面某一距离处具有优于20/40的视力的人眼视觉敏锐度限定，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。

可优选机械结构，以便以符合某一容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，其包含但不限于圆形、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。在一些示例中，对于非正方形锥形，如矩形锥形，例如中继器元件可进行旋转以具有平行于整体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察时呈现因放大中继器元件的接受光锥所致的对光线的最低排斥。例如，如果所需能量源大小是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准和旋转，以使得可以进行组合3×10锥形能量中继器元件的阵列以产生所需能量源大小。此处不应表明，不可以利用替代性配置成6×5矩阵阵列以及其它组合的阵列。包括3×10布局的阵列通常将比替代性的6×5布局表现得更好。

能量中继器元件堆叠

尽管能量源系统的最简单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。一个所述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的序列的能量中继器元件堆叠的示例，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，所述最末元件的第二表面也叫末端表面。每个能量中继器元件可被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多个能量位置和一个或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被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末端能量中继器元件的第二表面可被布置成形成单个无缝显示表面。在实施例中，一个或多个能量中继器元件堆叠可被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多个能量位置与单个无缝显示表面之间延伸。

图15说明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1522、1524组成的能量中继器元件堆叠1500的侧视图，两个锥形均具有面向能量源表面1526的缩小端。在图15中，对于锥形1524的输入，输入数值孔径(NA)为1.0，但对于锥形1522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1524的2与锥形1522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改变第二能量波中继器元件。这另外提供了改变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15中还展示了能量源1526和容纳能量源驱动电子件的机械外壳1528。

在实施例中，第一表面可被配置成从能量源单元(例如1526)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，能量波在呈现到第一表面时具有均一特征曲线，并且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大体上填充相对于第二表面的法线具有+/-10度张角的圆锥的能量密度，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，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，多个元件可具有类似于图14的倾斜轮廓部分的倾斜轮廓部分，其中倾斜轮廓部分可为成角度的、线性的、弯曲的、锥形的、有刻面的或相对于中继器元件的垂直轴成一非垂直角度对准的。在又一实施例中，传播通过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传输效率，且归因于与纵向定向上的最小折射率变化偶合的横向定向上的随机化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准此定向上的光纤而确定。

能量引导装置

图16说明能量引导装置的实施例1600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1610，且每个锥形能量中继器元件堆叠的末端表面的最短维度平行于能量表面1610的最长维度。能量来源于32个单独的能量源1650；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，末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显示表面某一距离处具有优于20/100的视力的人眼视觉敏锐度限定，所述距离大于单个无缝显示表面的高度或单个无缝显示表面的宽度中的较小者。

图17含有实施例17A00的以下视图：正视图1710、俯视图1710、侧视图1730和近距侧视图1740。

图18是由重复结构组成的能量引导装置1600的侧视图1740的近距视图，所述重复结构包括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1830，用于将能量波从多个能量单元1850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1880。每个能量单元1850由能量源1810以及容纳驱动电子件的机械壳体1850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1810的面板1840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1880。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1820通过共同基座结构1860保持在适当位置，且这些锥形中的每一个接合到面板181640，所述面板继而接合到能量单元1850。相邻锥形1820在接缝1870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图案，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1880，所述表面在组装期间抛光以确保平坦度。在一个实施例中，表面1810被抛光到10个波的平坦度内。面板1885的尺寸略微大于表面181680的尺寸，且所述面板放置成与表面1880直接接触，以便扩展锥形能量表面1880的视场。面板的第二表面形成能量引导装置1800的输出能量表面1810。

在1800的此实施例中，能量从每个能量源1810传播通过中继器堆叠1830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基本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，传播通过中继器元件面板1840、锥形1820和面板1885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传输效率，且归因于与纵向定向上的最小折射率变化偶合的横向定向上的随机化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1840、锥形1820和面板1885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准此定向上的光纤而确定。

在一个实施例中，穿过181640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1820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，能量波在面板1840的第一表面处具有均一特征曲线，且能量波可穿过无缝能量表面1880和1810，在每个方向上辐射，且在前向方向上具有大体上填充相对于无缝能量表面1810的法线具有+/-10度张角的圆锥的能量密度，而无关于在此表面1810上的位置。

在实施例中，一种能量引导装置包括一个或多个能量源和一个或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：

1.一个或多个光学元件，其呈现横向安德森局域化；

2.多个光纤；

3.松散相干光纤；

4.图像组合器；

5.一个或多个梯度折射率光学元件；

6.一个或多个分束器；

7.一个或多个棱镜；

8.一个或多个偏振光学元件；

9.一个或多个多种大小或长度光学元件，以用于机械偏移；

10.一个或多个波导；

11.一个或多个衍射、折射、反射、全息、光刻或透射性元件；以及

12.一个或多个回射器。

在实施例中，一定量的一个或多个能量中继器元件和一定量的一个或多个能量位置可限定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数量不受限制，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，以便以符合某一容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准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1880在中继器1820接合在一起之后进行抛光。在一个所述实施例中，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50μm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而不需要额外的接合。为了避免疑惑，可使用任何方法来将阵列接合在一起，以明确地只包含重力和/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、凸面、凹面、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多个中继器元件固持在适当位置所需的任何其它机械构件将串联的多个光学元件联接到相同基座结构。各种形状可由光学材料形成，或通过额外适当材料接合。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。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适当的图像对准容差。典型地，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需的。

在实施例中，每个能量中继器元件堆叠的末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图案形成的单个无缝能量表面可通过使面板层与表面直接接触、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，面板层可由能量中继材料的单个片件构成，而在其它实施例中，面板层由接合或熔合在一起的能量中继材料的两个或更多个片件构成。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，一个或多个能量中继器元件堆叠可被配置成沿着传播路径引导能量，所述传播路径在一个或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，末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20/40的视力的人眼视觉敏锐度限定，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。

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一个或多个能量中继器元件堆叠。在实施例中，一个或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、被配置成改变自其穿过的能量的角度方向的元件等。

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。立体声环境是有效地致力于实现全息声音的技术或类似技术。立体触觉装置产生变换器阵列、空气发射器等以生成触碰到漂浮在半空中的对象的感觉，所述感觉可直接偶接到光场显示器中显示的视觉资料。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研究。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，附接到具有如零插入力(ZIF)连接器的插口的电子件，或通过使用插入件和/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装置或对于所述显示器的使用优选的类似所需组件的显示器电子组件可安装或系接在排线或柔性-刚性线缆上，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装置需要的电子件。这能够增大光学元件的密度，从而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指定温度范围内，其中所有机械结构可包含额外铜或其它类似材料管道以提供具有在恒温器调整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19说明实施例1900的俯视图，其中由元件1902和1903构成的能量中继器元件堆叠向内朝向空间1904中的已知点成角度，从而引导能量以从多个源1908传播通过无缝能量表面1901。基座结构1906直接支撑锥形能量中继器1902，其中每个锥形继而接合到中继器1903。对于能量引导装置1900是显示器的实施例，锥形光学中继器元件1902向内成角度以将锥形光轴指向空间1904中的固定点。能量源1908包括个别显示器，其中显示器电子件通过显示器机械外壳1907容纳。

在实施例中，光学中继器可包括松散相干光学中继器。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2000是实施例的俯视图说明，其中无缝能量表面2002是由锥形光学中继器2004形成的显示器，而显示装置2006和用于显示器电子件2008的机械外壳位于距锥形中继器2004一定距离处。从显示装置2006到锥形光学中继器2004中继光的是松散相干的光学中继器2010，其各自在任一端处具有端盖2012。实施例2000允许显示装置2006安置在远离能量表面2002的2008的远端位置处，以确保显示装置2006的机械外壳不干扰能量表面2002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的差来增大密度。在一个所述实施例中，5×5光学中继器镶嵌图案含有两个交替的光学中继器长度。在另一实施例中，5×5光学中继器镶嵌图案可含有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图案产生较高总密度。

图21是实施例2100的侧视图说明，其中无缝显示表面2108由九个锥形光学中继器2102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2104相关联，使得没有两个邻近显示装置2104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2105提供足够的空隙2106。

光场和全息波导阵列中的能量的选择性传播

图39说明可用于限定多个能量传播路径108的能量波导系统100的实施例的自上向下的透视图。能量波导系统100包括能量波导阵列112，其配置成沿着所述多个能量传播路径108引导能量从其通过。在实施例中，多个能量传播路径108通过阵列的第一侧116上的多个能量位置118延伸到阵列的第二侧114。

参考图22和图24A-H，在实施例中，多个能量传播路径22108的第一子集24290延伸通过第一能量位置22122。第一能量波导22104被配置成沿着多个能量传播路径22108的第一子集24290中的第一能量传播路径22120引导能量。第一能量传播路径22120可由在第一能量位置22122和第一能量波导22104之间形成的第一主射线22138限定。第一能量传播路径22120可包括形成于第一能量位置22122与第一能量波导22104之间的射线22138A和22138B，其由第一能量波导22104分别沿着能量传播路径22120A和22120B引导。第一能量传播路径22120可从第一能量波导22104朝向阵列第二侧22114延伸。在实施例中，沿着第一能量传播路径22120引导的能量包括能量传播路径22120A与22120B之间的或包含能量传播路径22120A和22120B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22138传播通过第二侧22114的方向上被引导通过第一能量波导22104。

实施例可被配置成使得沿着第一能量传播路径22120引导的能量可以在大体上平行于能量传播路径22120A和22120B且平行于第一主射线22138的方向上离开第一能量波导22104。可假定延伸穿过第二侧22114上的能量波导元件22112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23是能量波导系统2300的实施例的正视图图示。第一能量传播路径23120可朝向阵列第二侧在延伸自第一能量波导23104的独特方向23208上延伸，所述独特方向至少由第一能量位置23122确定。第一能量波导23104可由空间坐标23204限定，且至少由第一能量位置23122确定的独特方向23208可由角坐标23206限定，所述角坐标限定第一能量传播路径23120的方向。空间坐标23204和角坐标23206可形成四维全光坐标集23210，其限定第一能量传播路径23120的独特方向23208。

返回参考图22，在实施例中，沿着第一能量传播路径22120通过第一能量波导22104引导的能量大体上填充第一能量波导22104的第一孔径22134，并且沿着位于能量传播路径22120A和22120B之间且平行于第一能量传播路径22120的方向的一个或多个能量传播路径传播。在实施例中，大体上填充第一孔径22134的一个或多个能量传播路径可包括大于50％的第一孔径22134直径。

在优选实施例中，沿着第一能量传播路径22120引导通过第一能量波导22104的大体上填充第一孔径22134的能量可包括50％到80％之间的第一孔径22134直径。

再次转向图22和24A-H，在实施例中，能量波导系统22100可进一步包括能量抑制元件22124，所述能量抑制元件被定位成限制第一侧22116与第二侧22114之间的能量的传播，且抑制邻近波导22112之间的能量传播。在实施例中，能量抑制元件被配置成抑制沿着多个能量传播路径22108的第一子集24290中未延伸穿过第一孔径22134的部分的能量传播。在实施例中，能量抑制元件22124可位于能量波导22112阵列和多个能量位置22118之间的第一侧22116上。在实施例中，能量抑制元件22124可位于多个能量位置22118与能量传播路径22108之间的第二侧22114上。在实施例中，能量抑制元件22124可位于与能量波导22112阵列或多个能量位置22118正交的第一侧22116或第二侧22114上。

在实施例中，沿着第一能量传播路径22120引导的能量可与沿着第二能量传播路径22126通过第二能量波导22128引导的能量会聚。第一和第二能量传播路径可会聚在阵列22112的第二侧22114上的位置22130处。在实施例中，第三能量传播路径22140和第四能量传播路径22141也可会聚在阵列22112的第一侧22116上的位置22132处。在实施例中，第五能量传播路径22142和第六能量传播路径22143也可会聚在阵列22112的第一侧22116与第二侧22114之间的位置22136处。

在实施例中，能量波导系统22100可包括用于引导能量的结构，如：被配置成改变从其穿过的能量的角度方向的结构，例如折射、衍射、反射、梯度折射率、全息或其它光学元件；包括至少一个数值孔径的结构；被配置成重新引导能量离开至少一个内表面的结构；光学中继器；等。应了解，波导22112可包含双向能量引导结构或材料中的任一个或组合，如：

a)折射、衍射或反射；

b)单个或组合式多层元件；

c)全息光学元件和数字编码的光学件；

d)3D打印元件或光刻原件或复制品；

e)菲涅耳透镜、光栅、波带板、二元光学元件；

f)逆反射元件；

g)光纤、全内反射或安德森局域化；

h)梯度折射率光学件或各种折射率匹配材料；

i)玻璃、聚合物、气体、固体、液体；

j)声学波导；

k)微米级和纳米级元件；或

l)偏振、棱镜或分束器。

在实施例中，能量波导系统双向传播能量。在实施例中，能量波导配置成传播机械能。在实施例中，能量波导配置成传播电磁能。

在实施例中，通过在能量波导元件内的一个或多个结构内和包括能量波导系统的一个或多个层内交错、层叠、反射、组合或以其它方式提供适当的材料特性，能量波导被配置成用于同时传播机械能、电磁能和/或其它形式的能量。

在实施例中，能量波导在4D坐标系内分别以u和v的不同比率传播能量。在实施例中，能量波导以畸变函数(anamorphic function)传播能量。在实施例中，能量波导包括沿着能量传播路径的多个元件。在实施例中，能量波导直接由光纤中继器抛光表面形成。在实施例中，能量波导系统包括呈现横向安德森局域化的材料。在实施例中，能量波导系统传播超高音速频率以在立体空间中会聚触觉。

图24A-H为能量抑制元件22124的各种实施例的说明。为了避免疑惑，这些实施例出于示例性目的而提供，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24A说明多个能量位置24118的实施例，其中能量抑制元件24251邻近能量位置24118的表面而放置，且包括指定的折射、衍射、反射或其它能量改变特性。能量抑制元件24251可被配置成通过抑制沿着能量传播路径24252的能量传播而将能量传播路径的第一子集24290限制于更小范围的传播路径24253。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24B说明多个能量位置24118的实施例，其中将能量抑制结构24254正交置于能量位置24118的区域之间，并且其中能量抑制结构24254呈现吸收性特性，并且其中抑制能量结构24254沿着能量传播路径24256具有限定的高度，使得某些能量传播路径24B255被抑制。在实施例中，能量抑制结构24254是六边形的形状。在实施例中，能量抑制结构24254是圆形的形状。在实施例中，能量抑制结构24254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24254嵌入于具有额外特性的另一结构内。

图24C说明多个能量位置24118，其中第一能量抑制结构24257被配置成将自其穿过而传播的能量24259大体上定向成第一状态。第二能量抑制结构24258被配置成允许大体上定向成第一状态的能量24259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24260的传播。在实施例中，能量抑制元件24257、24258是能量偏振元件对。在实施例中，能量抑制元件24257、24258是能量波带通元件对。在实施例中，能量抑制元件24257、24258是衍射波导对。

图24D说明多个能量位置24118的实施例，其中能量抑制元件24261被构造成取决于能量传播路径24263延伸穿过多个能量位置24118中的哪些能量位置而将能量传播路径24263改变到某一范围。能量抑制元件24261可沿着能量传播路径24263以均匀或不均匀方式改变能量传播路径24263，使得某些能量传播路径24262被抑制。能量抑制结构24254正交置于能量位置24118的区域之间，并且其中能量抑制结构24254呈现吸收性特性，并且其中抑制能量结构24254沿着能量传播路径24263具有限定高度，使得某些能量传播路径24262被抑制。在实施例中，抑制元件24261是场透镜。在实施例中，抑制元件24261是衍射波导。在实施例中，抑制元件24261是弯曲波导表面。

图24E说明多个能量位置24118的实施例，其中能量抑制元件24264提供吸收性特性以限制能量24266的传播，同时允许其它传播路径24267进行传送。

图24F说明多个能量位置24118和多个能量波导24112的实施例，其中第一能量抑制结构24268被配置成将自其穿过而传播的能量24270大体上定向成第一状态。第二能量抑制结构24271被配置成允许大体上定向成第一状态的能量24270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24269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24272，能量抑制结构24268、24271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24G说明多个能量位置24118的实施例，并且其中能量抑制元件24276提供吸收性特性来限制沿着能量传播路径24278的能量传播，同时针对波导阵列24112内的有效孔径24284，允许沿着能量传播路径24277的其它能量穿过能量波导对24112。在实施例中，能量抑制元件24276包括黑铬。在实施例中，能量抑制元件24276包括吸收性材料。在实施例中，能量抑制元件24276包括透明像素阵列。在实施例中，能量抑制元件24276包括阳极化材料。

图24H说明包括多个能量位置24118和多个能量波导24112的实施例，其中第一能量抑制结构24251邻近能量位置24118的表面放置，且包括指定的折射、衍射、反射或其它能量改变特性。能量抑制结构24251可被配置成通过抑制沿着能量传播路径24274的能量传播而将能量传播路径的第一子集24290限制于更小范围的传播路径24275。第二能量抑制结构24261被构造成取决于能量传播路径24275延伸通过多个能量位置24118中的哪些能量位置而将能量传播路径24275改变到某一范围。能量抑制结构261可以均匀或不均匀的方式改变能量传播路径24275，使得某些能量传播路径24274被抑制。第三能量抑制结构24254正交置于能量位置24118的区域之间。能量抑制结构24254呈现吸收性特性，且沿着能量传播路径24275具有限定高度，使得某些能量传播路径24274被抑制。能量抑制元件24276提供吸收性特性以限制能量24280的传播，同时允许能量24281穿过。类似或相异波导元件24112的组合式系统被定位成用来自多个能量位置24118的能量大体上填充有效波导元件孔径24285，且如特定系统所限定来改变能量的传播路径24273。

在实施例中，能量抑制元件24276可以包括用于衰减或修改能量传播路径的结构。在实施例中，能量抑制元件24276可包含一个或多个能量吸收元件或壁，所述一个或多个能量吸收元件或壁定位在系统内以限制能量到波导24112或能量从波导24112的传播。在实施例中，能量抑制元件24276可包含指定的数值孔径，所述数值孔径定位在系统内以限制到波导24112能量和来自波导24112的能量的角度分布。

在实施例中，能量抑制元件24276可包含一个或多个能量阻挡壁、结构、金属、塑料、玻璃、环氧树脂、颜料、液体、显示技术或其它吸收或结构材料，其中能量位置24122的平面和波导阵列平面之间具有确定厚度，所述波导阵列平面具有高达波导孔径直径间距的空隙或结构。

在实施例中，能量抑制结构24254位于第一能量位置24122附近，并且包括与第一能量位置24122相邻的光学中继器面板。在实施例中，能量抑制元件24276可包含光学中继器面板，所述光学中继器面板包括一个或多个空间一致或可变的数值孔径，其中数值孔径值有意义地限制了进出波导24112的能量的角度分布。例如，数值孔径的实施例可经设计以提供等于或接近在能量位置之间形成且垂直于有效波导元件大小、入射光瞳、孔径或用于能量传播的其它物理参数的中心的视场的两倍的角度分布，从而为指定的波导孔径24285提供离轴填充因数。

在实施例中，能量抑制元件24276可包含二元、梯度折射率、菲涅耳、全息光学元件、波带板，或改变通过系统的能量波的路径以减少散射、漫射、杂散光或色差的其它衍射光学元件。在实施例中，能量抑制元件24276可包含在位置处或在位置周围的正或负光学元件，其中改变能量传播路径以进一步增加波导孔径24285的填充因数或减少杂散光。在实施例中，能量抑制元件24276可包含主动或被动偏振元件以及第二主动或被动偏振元件，所述第二主动或被动偏振元件经设计以提供能量位置24122、波导孔径24285或其它区域的限定区域的空间或时间复用衰减。在实施例中，能量抑制元件24276可包含主动或被动孔径光阑屏障，所述主动或被动孔径光阑屏障经设计以提供能量位置24122、波导孔径24276或其它区域的限定区域的空间或时间复用衰减。在实施例中，能量抑制元件24276可包含以下中的任一个或其任何组合：

a)物理能量挡板结构；

b)立体、锥形或有刻面的机械结构；

c)孔径光阑或光罩；

d)光学中继器和受控制的数值孔径；

e)折射、衍射或反射；

f)逆反射元件；

g)单个或组合式多层元件；

h)全息光学元件和数字编码的光学件；

i)3D打印元件或光刻原件或复制品；

j)菲涅耳透镜、光栅、波带板、二元光学元件；

k)光纤、全内反射或安德森局域化；

l)梯度折射率光学件或各种折射率匹配材料；

m)玻璃、聚合物、气体、固体、液体；

n)毫米级、微米级和纳米级元件；以及

o)偏振、棱镜或分束器。

在实施例中，能量抑制结构24254可被构造成包含以六边形封装的能量阻挡挡板，所述能量阻挡挡板经构造以形成沿着Z轴逐渐变细的空隙，从而在到达波导系统的孔径光阑位置时减小空隙大小。在另一实施例中，能量抑制结构24254可经构造以包含与光学中继器面板接合的以六边形封装的能量阻挡挡板。在另一实施例中，能量抑制结构24254可经构造以包含以六边形封装的能量阻挡挡板，所述能量阻挡挡板填充有所规定的折射率以进一步改变进出能量波导阵列的能量波投射路径。在另一实施例中，衍射或折射元件可利用限定的波导规定放置、附接或接合到能量阻挡挡板上，以进一步改变进出波导元件24112的能量投射路径。在另一示例中，能量抑制结构24524可形成为单个机械组合件，并且能量波导阵列24524可放置、附接或结合到已组装的能量抑制元件24524上。应了解，可以利用其它实施方案来实现其它能量波导配置或超分辨率考虑因素。

在实施例中，能量抑制结构24524可位于第一能量波导24122附近，且大体上朝向第一能量波导24104延伸。在实施例中，能量抑制结构24524可位于第一能量波导24104附近，且大体上朝向第一能量位置24122延伸。

在实施例中，能量抑制元件被配置成用于抑制电磁能。在一个实施例中，能量抑制元件被配置成抑制机械能。在实施例中，通过在能量抑制元件内的一个或多个结构内和包括能量波导系统的一个或多个层内，交错、层叠、反射、组合或以其它方式提供适当的材料特性，能量抑制元件被配置成用于同时衰减机械能、电磁能和/或其它形式的能量。

在实施例中，能量波导阵列可被布置成形成平面表面，或具有所需形状的弯曲表面。图28为具有布置成弯曲配置的能量波导阵列28102的实施例28100的说明。

本公开的实施例可被配置成引导具有属于电磁波谱的任何波长的能量，包含可见光、紫外光、红外光、x射线，等。本公开还可被配置成引导其它形式的能量，例如声学声音振动和触觉压力波。

图25是能量波导系统25300的额外实施例的图示。能量波导系统25300可限定多个能量传播路径25304，并且可包括反射器元件25314，所述反射器元件包括：位于反射器元件25314的第一侧25310上的第一反射器25306，所述第一反射器25306包括穿过其形成的一个或多个孔径光阑25316；以及位于反射器元件25314的第二侧25312上的第二反射器25308，所述第二反射器25308包括穿过其形成的一个或多个孔径光阑25318。第一反射器25306和第二反射器25308被配置成沿着多个能量传播路径25304引导能量，所述多个能量传播路径延伸穿过第一和第二反射器的孔径光阑25316、25318和在反射器元件25314的第一侧25310上的多个能量位置25320。多个能量传播路径25304的第一子集25322延伸穿过第一能量位置25324。反射器元件25314被配置成沿着多个能量传播路径25304的第一子集25322的第一能量传播路径25326引导能量。

在实施例中，第一能量传播路径25326可由在第一能量位置25324和第一反射器25306的第一孔径光阑25328之间形成的第一主射线25338限定。第一能量传播路径25326可在从第二反射器25308的第一孔径光阑25330延伸，至少通过第一能量位置25324确定的独特方向上从第二反射器25308的第一孔径光阑25330朝向反射器元件25314的第二侧25312延伸。

在实施例中，沿着第一能量传播路径25326引导的能量大体上填充第一反射器25306的第一孔径光阑25328和第二反射器25308的第一孔径光阑25330。

在实施例中，能量抑制元件25332可被定位成限制能量沿着多个能量传播路径25304的第一子集25322中未延伸穿过第一反射器25306的第一孔径光阑25328的部分25350的传播。

在能量是光且能量波导可用于引导所述光的实施例中，通过完美的抛物面结构，穿过第一反射器的焦点或从第一反射器的焦点传递的任何射线将平行于光轴进行反射，通过第二反射器反射，然后在反向定向上以相同角度中继。

在实施例中，第一反射器和第二反射器具有不同焦距，以便产生不同的能量信息的放大率和/或改变检视者从第二反射器的表面上方观察所反射信息时的角度视场覆盖度。孔径光阑可针对不同设计目的而具有不同大小以及不同焦距。

提供其中两个反射表面均为锥形的、有刻面的、以非线性形状弯曲的或呈其它形状的额外实施例。这一弯曲的设计对于确保显示信息和观察到的信息可具有非线性关系以改变或简化信号处理来说是至关重要的。

在实施例中，能量波导包括柔性反射表面，所述柔性反射表面能够动态地改变反射表面轮廓以改变通过能量波导系统的能量的传播路径。

在实施例中，包含但不限于反射或光学元件、双折射材料、液体透镜、折射、衍射、全息等的额外波导可位于能量传播路径内的任何位置。通过此方法，一个所述实施例提供一种使得在观察时，观察角度处于与原本提供的孔径光阑和焦距显著不同的位置处的设计。图26展现此方法的一个所述应用。

图26为能量波导系统26700的实施例的说明。能量波导系统26700分别包括第一反射器26702和第二反射器26704。位于第一反射器26702的焦点处的是垂直于能量位置26708的额外光学元件26706和能量抑制器26707。额外光学元件经设计以影响通过能量波导系统26700传播的能量的能量传播路径。额外波导元件可包含于能量波导系统26700内，或额外能量波导系统可放置到能量传播路径中。

在实施例中，能量波导元件阵列可包含：

a)能量波导阵列的六边形封装；

b)能量波导阵列的正方形封装；

c)能量波导阵列的不规则或半规则封装；

d)弯曲或非平面的能量波导阵列；

e)球面能量波导阵列；

f)圆柱形能量波导阵列；

g)倾斜的规则能量波导阵列；

h)倾斜的不规则能量波导阵列；

i)空间变化的能量波导阵列；

j)多层能量波导阵列；

图27突显了能量波导元件阵列的正方形封装27901、六边形封装27902和不规则封装27903之间的差异。

迄今为止已说明用于CES粒子和材料预形成形式的若干不同几何形状。本公开的一个重要方面为可利用材料的任何布置或几何形状，只要其遵守先前所论述的有序分布的准则即可。然而，预熔合中继器材料几何形状可对材料的局域化和能量传播特性的效率具有显著影响。某些几何形状，被称为凸一致镶嵌(convex uniform tiling)，可通过以有效配置布置材料而提供中继器材料的有利分布。

Laves镶嵌具有在规则多边形的中心处的顶点，以及连接共享边缘的规则多边形的中心的边缘。Laves镶嵌的平铺块被称为普拉尼多边形(planigon)，包含3个规则平铺块(三角形、正方形和五边形)和8个不规则平铺块。每个顶点具有围绕其均匀间隔开的边缘。普拉尼多边形的三维类似物称为立体多面体(stereohedron)。

可通过Wythoff构造(由Wythoff符号或Coxeter-Dynkin图式表示)来制得所有反射形式，所述Wythoff构造各自对三种Schwarz三角形(4,4,2)、(6,3,2)或(3,3,3)中的一种操作，其中由以下Coxeter群组表示对称性：[4,4]、[6,3]或[3[3]]。无法通过Wythoff过程构造仅一个均匀镶嵌，但可通过三角形镶嵌的伸长来制造。还存在正交镜构造[∞,2,∞]，其视为制造矩形基本域的两组平行镜。如果域为正方形，那么此对称性可以通过对角镜加倍到[4,4]族中。我们在此临时案内公开可利用的几何形状。

渗滤模型将采用规则晶格，比如正方形晶格，并且通过以统计上独立的概率p随机地“占据”位点(顶点)或键(边缘)将其制成随机网络。在临界阈值pc下，首先出现大型簇和长程连接性，且这被称为渗滤阈值。取决于用于获得随机网络的方法，区分位点渗流阈值与键渗流阈值。更通用系统具有若干概率p1、p2等，且过渡的特征在于关键表面或歧管。还可考虑连续区系统，例如重叠随机放置的磁盘和球体，或负空间。

当位点或键的占据完全随机时，这是所谓的Bernoulli渗流。对于连续区系统，随机占据对应于通过Poisson过程放置的点。其它变化涉及相关渗流，如与铁磁体的Ising和Potts模型有关的渗流集群，其中通过Fortuin-Kasteleyn法建立键。在自举(bootstrap)或k-sat渗流中，首先占据位点和/或键，并且然后如果位点不具有至少k个相邻者，那么从系统连续地剔除所述位点和/或键。渗流的另一重要模型(在完全不同的通用类别中)是定向渗流，其中沿着键的连接性取决于流动的方向。

简单地，在两个维度中的对偶性意味着所有完全三角剖分网格(fullytriangulated lattice)(例如，三角形、米字旗形(union jack)、交叉对偶、马提尼对偶(martini dual)和麻叶(asanoha)或3-12对偶，以及狄洛尼三角剖分(Delaunaytriangulation))都具有1/2的位点阈值，并且自对偶网格(正方形、马提尼-B)具有1/2的键阈值。

利用平铺结构可具有改变相应全息像素纵横比的结果，同时在空间上和/或体积上提供视场的变化。

波纹或重复图案的减少还可提供增加的有效分辨率，且同时借助于可寻址的各种会聚位置提供较高的潜在精确程度(景深增加)。还可通过对于应用来说更理想在潜在维度中填充更有效的分辨率(通过不必利用重复单个定向或图案)来实现增加的分辨率效率。

能量波导可在玻璃或塑料衬底上制造，以在需要时特定地包含光学中继器元件，并且可设计有玻璃或塑料光学元件，以在需要时特定地包含光学中继器。此外，能量波导可为有刻面的，从而用于提供多个传播路径或其它列/行或棋盘定向的设计，特别是考虑到但不限于由分束器或棱镜间隔开，或针对允许平铺的波导配置平铺，或单个整体式板，或平铺成弯曲布置(例如，有刻面的柱体或几何形状变成平铺块以便相应地匹配的球状)的多个传播路径，弯曲表面包含但不限于特定应用所需要的球状和圆柱形或任何其它任意几何形状。

在能量波导阵列包括弯曲配置的实施例中，弯曲波导可通过热处理或通过直接在弯曲表面上制造以包含光学中继器元件来产生。

在实施例中，能量波导阵列可抵靠其它波导，并且可取决于特定应用而覆盖整个墙壁和/或天花板和或房间。波导可明确地经设计以用于衬底上或衬底下安装。波导可经设计以直接匹配到能量表面，或偏移有气隙或其它偏移介质。波导可包含对准装置，所述对准装置提供作为永久性夹具或工具元件而主动地或被动地聚焦平面的能力。所描述的几何形状的目的是帮助优化由波导元件的法线和所表示的图像限定的观察角度。对于极大的能量表面平面表面，在表面的最左侧和最右侧的大部分角度样品主要在环境的视体之外。对于相同的能量表面，通过弯曲轮廓和弯曲波导，显著提高了使用这些传播射线中的更多个来形成会聚体积的能力。然而，这是以在离轴时可用信息为代价的。设计的应用特定性质通常指示将实施这些提出的设计中的哪些。此外，波导可设计有规则的、渐变的或区域性的元件结构，所述元件结构与额外波导元件一起制造以使元件朝向预定波导轴线倾斜。

在能量波导是透镜的实施例中，实施例可包含凸面和凹面微透镜，并且可包含将透镜直接制造到光学中继器表面上。这可涉及破坏或添加微透镜制造工艺，以包含去除形成或印模的材料和微透镜轮廓，或直接制造到此表面上的直接复制品。

实施例可包含多个分层式波导设计，从而实现额外的能量传播优化和角度控制。所有上述实施例可独立地或结合此方法组合到一起。在实施例中，可设想多个分层式设计，其中在第一波导元件上具有倾斜的波导结构，且第二波导元件具有区域性变化的结构。

实施例包含作为单个波导接合在一起的每元件或每区域液体透镜波导的设计和制造。此方法的额外设计包含单个双折射或液体透镜波导电学单元，所述单元可同时修改整个波导阵列。此设计提供动态地控制系统的有效波导参数的能力，而不用重新设计波导。

在被配置成引导光的实施例中，通过本文所提供的本公开的任何组合，有可能生成壁装式2D、光场或全息显示器。壁装式配置经设计以使得检视者看到可能浮动在所设计显示表面的前面、在所设计显示表面处或在所设计显示表面的后面的图像。通过此方法，取决于特定显示要求，射线的角度分布可为均匀的，或在空间中的任何特定位置处具备增加的密度。以此方式，有可能将波导配置成依据表面轮廓改变角度分布。例如，对于垂直于显示表面和平面波导阵列的给定距离，光学完美的波导将在显示器的垂直中心处提供增加的密度，其中射线分隔距离沿着到显示器的给定垂直距离逐渐增加。相反地，如果在显示器径向周围观察射线，其中检视者保持眼睛和显示器的中心点之间的距离，那么观察到的射线将在整个视场上保持一致的密度。取决于预期观察条件，每个元件的特性可通过改变波导函数来优化，以产生优化任何所述环境的观察体验的任何潜在的射线分布。

图29是实施例29200的说明，其突显了单个波导元件函数29202可如何在径向观察环境29206上产生相同的能量分布29204，而相同的波导元件函数29202在平行于波导表面29210的恒定距离29208处传播时看起来在波导表面的波导元件中心29212处呈现增加的密度且在更远离波导表面的中心29212的位置呈现减小的密度。

图30是实施例30300的说明，其说明配置波导元件函数30302以在围绕波导表面30306的中心的半径30308周围测量时，在平行于波导表面30306的恒定距离30304处呈现均匀密度，同时在波导表面30306的中心30310处产生明显更低的密度。

生成在场距离上改变取样频率的波导函数的能力是各种波导畸变的特征并且是所属领域中已知的。传统地，不希望在波导函数中包含畸变，然而，出于波导元件设计的目的，这些为声称是取决于所需的特定视体进一步控制和分布能量传播的能力的益处的所有特征。取决于视体要求，可能需要在整个波导阵列上添加多个函数或层或函数梯度。

在实施例中，通过能量表面和/或波导阵列的弯曲表面进一步优化函数。主射线角的法线相对于能量表面自身的变化可进一步提高效率，且需要不同于平面表面的函数，但波导函数的梯度、变化和/或优化仍然适用。

另外，考虑到波导拼接方法，利用所得的经优化波导阵列，有可能通过平铺波导和系统中的每一个以产生任何所需大小或外观尺寸而进一步增加波导的有效大小。重要的是要注意，由于在任两个单独衬底之间产生的反射、机械接缝处的明显对比度差异，或由于任何形式的非正方形栅格封装模式，波导阵列可能会呈现不同于能量表面的接缝伪像。为了消除此作用，可以产生更大的单个波导，可以在任两个表面的边缘之间利用折射匹配材料，或可以采用规则的波导栅格结构来确保没有元件在两个波导表面之间是分离的，和/或可以利用能量抑制元件之间的精确切割和沿着非正方形波导栅格结构的接缝。

利用此方法，有可能产生房间规模的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观察角度效率。

或者，有可能设计一种扭曲所传播的能量以几乎消除所需观察角度不需要的区域从而引起能量传播的不均匀分布的波导函数。为了实现这一点，可以实施金牛座形状的光学轮廓、环形透镜、同心棱镜阵列、菲涅耳或衍射函数，二元、折射、全息和/或任何其它波导设计可以实现更大孔径和更短焦距(在本文中将被称为“菲涅耳微透镜”)以提供实际形成单元件或多元件(或多片材)菲涅耳波导阵列的能力。取决于波导配置，这可以与或可以不与额外的光学器件组合，包含额外的波导阵列。

为了产生宽的能量传播角度(例如，180度)，需要极低的有效f/数(例如，<f/.5)，并且为了确保不会出现4D“盘翻转”(来自一个波导元件的光线看到在任何第二波导元件的下方的非所需能量位置的能力)，还需要焦距与所需视角以适当方式紧密地匹配。这意味着为了产生约160度视体，需要约为f/.17的透镜和几乎匹配的约为.17mm的焦距。

图31说明其中多个能量波导包括衍射波导元件31402的实施例31400，并展现一个所提出的用于经修改菲涅耳波导元件结构31404的结构，所述结构产生有效极短的焦距和低f/数，同时将能量射线引导到明确限定的位置31406。

图32说明其中多个能量波导包括元件32502的实施例32500，并且展现所述波导配置32506可如何用于阵列以提供所需视体32504的全密度的射线传播。

所提出的经修改波导配置的另一实施例提供一种沿着横向或纵向定向中的任一个或两个产生具有某一折射率的两种或更多种材料的径向对称或螺旋形环或梯度(其间隔预定量，其中每个环间距具有直径X，其中X可为恒定或可变的)的方法。

在另一实施例中，针对壁装式和/或桌装式波导结构以及所有基于房间或环境的波导结构(其中多个波导是平铺的)，所有射线的均等或非线性分布在具有或不具有经修改波导配置的情况下产生。

通过波导阵列，有可能产生在空间中会聚在并不位于显示器自身的表面上的位置处的所投射的光的平面。通过对这些射线进行射线追踪，可以清楚地看到所涉及的几何形状和会聚射线如何可以在屏幕中(远离检视者)以及在屏幕外(朝向检视者)或同时在屏幕中和在屏幕外呈现。当平面在具有传统波导阵列设计的平面显示器上远离检视者移动时，平面倾向于随着观察点景体生长，并且取决于起作用的照明源的数目可能会被显示器自身的物理框架遮挡。相比之下，当平面在具有传统波导阵列设计的平面显示器上朝向检视者移动时，平面倾向于随着观察点景体缩小，但是可以在指定位置从所有角度观察到，只要检视者处于向眼睛呈现能量的角度，并且虚拟平面没有移动超出在检视者和有源显示区域的远边之间形成的角度即可。

在一个实施例中，观察到的一个或多个2D图像在屏幕外呈现。在另一实施例中，所检视的一个或多个2D图像呈现在屏幕中。

在另一实施例中，观察到的一个或多个2D图像同时在屏幕中和/或在屏幕外呈现。在另一实施例中，所检视的2D图像与其它立体元素一起呈现，或出于其它平面设计或交互原因而呈现为文本。在另一实施例中，观察到的一个或多个2D图像呈现的有效2D分辨率比原本表明的X和Y波导元件的物理数目高，这是因为射线能够在空间中以高于物理元件的密度会聚。

此方法的新颖性在于它完全有可能制造一种全息显示器，这个全息显示器产生立体成像功能，以及极高分辨率2D图像，以使得显示器中的波导在平面和立体图像之间无缝移动或产生其它有趣效果不再需要其它机械或电子装置或改变。

通过此特性，有可能以编程方式隔离某些照明源，从而呈现给仅在一些特定角度对显示器可见的检视者。

在一个实施例中，在每个波导元件下方以与检视者的眼睛成三角形且呈现仅从检视者在空间中的位置可见的图像的角度照明单个像素或一组像素。

在另一实施例中，同时呈现第二照明源或第二组照明源以与一位置成三角形，所述位置仅可由第二检视者观察且含有可与呈现给第一检视者的第一图像相同或不同的图像。为了避免疑惑，这可为X个可寻址观察点，其中X表示可能是一个或多个的可个别寻址的观察点的数目。

在另一实施例中，利用眼睛、视网膜、对象等所属领域中已知的利用传感器和算法跟踪来呈现这些图像，从而使照明的像素位置动态地变化，以便将图像动态地呈现给检视者和每个波导元件下方的像素之间的成三角形的位置。这可应用于一个或多个检视者。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。

在一个实施例中，第一区和第二区的轮廓均为抛物面形，其中第一区的焦点位于第二区的顶点处，且第二区的焦点位于第一区的顶点处，并且显示表面位于在第二区的顶点处的开口处，且等同于显示表面的直径的开口呈现给位于第一区的顶点处的第二区的顶点。通过这种方法，显示表面图像将看起来像是漂浮在不具有任何物理表面的表面上，因为从离轴观察点观察到的穿过第二区的焦点的射线将从第二区表面反射，并且从第一表面平行，并且然后在从第一区到显示表面的反向定向上与观察位置成相同角度。

在实施例中，双抛物面中继器系统包含两个反射区域，其各自的焦点位于另一反射器的顶点处，显示表面位于第二区的顶点处，且开口等同于位于第一区处产生显示表面的虚拟图像的所呈现显示表面的直径。在利用波导阵列、全息或光场显示器的情况下，观察到的图像将保持全息数据的性质，并且看起来像是在不具有物理显示表面的空间中漂浮。

在另一实施例中，区域二的焦点位置是不同的，从而产生放大或缩小。在第二实施例中，所述区域具有匹配的焦距，并且彼此偏移大于焦距的距离，以便以增加的放大率产生虚拟图像。

在另一实施例中，制造抛物面轮廓以适应特定形状，使得与显示器不同的观察位置以适应各种显示表面几何形状或其它所需观察角度或条件。

在另一实施例中，所述区域含有多个刻面，以便独立地通过刻面区传播光线，而不是作为单个表面来传播光线。

在另一实施例中，反射表面由能量中继器形成，使得能量表面的“主射线角”CRA超出从应用于一个或多个表面的曲线可能的观察角度，其中原本将为反射表面的第一表面具有某一几何轮廓，同时波导元件的另一端处的第二表面具有某一几何轮廓，且累积地所述表面具有从检视者位置反射能量的CRA，且可实施第二表面处的能量表面面板的添加，从而提供从检视者的直接位置不可观察的能量信息，但可通过一个或多个反射表面和相关联的校准过程间接地提供能量信息，需要所述校准过程以计算关于最终所观察数据的反射成像数据。

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33A到33D说明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33A说明大格式聚合无缝能量表面33910的透视图。图33B说明六面聚合无缝表面环境33920的透视图。图33C说明圆柱形聚合能量环境33930的透视图。图33D说明内部具有透明平台33950的球面聚合能量表面环境33940的透视图。

利用所得优化能量系统能量波导和表面接缝工艺，有可能通过平铺能量表面和波导元件中的每一个以产生所需的任何大小、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正方形栅格波导元件封装模式呈现接缝伪像。为了抵消此作用，可产生更大的单个波导，可在任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，但也可利用其它方法)，和/或可以采用规则的波导栅格结构来确保没有波导元件在两个波导表面之间是分离的。此外，有可能利用非正方形栅格波导元件结构且形成复杂机械接缝，所述机械接缝跟随非正方形栅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33E说明一个所述平铺弯曲波导和能量表面33960，其中机械接缝跟随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33960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单独的系统，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观察角度效率。此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体而公开，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生成任意平铺形状以生成完全沉浸式能量环境的能力。

如上述的其它实施例，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33A说明影院/墙壁大小的较大屏幕平面无缝能量表面，图33B说明具有覆盖有平面的和平铺的无缝能量表面的四个壁和/或额外包括天花板和/或地板的六个表面的矩形房间，图33C说明产生圆柱形无缝环境的平铺弯曲表面，且图33D说明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，其中多个能量系统经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33A中展示的聚合无缝能量表面33910。

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，其中多个能量系统经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的平行配置定向的无缝聚合表面，类似于图33D中展示的透明平台33950。

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，其中多个能量系统经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，其中多个能量系统经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，其中多个能量系统经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，其中多个能量系统经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，其中多个能量系统经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33B中展示的聚合无缝能量表面33920。

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，其中多个能量系统经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圆柱形表面，类似于图33C中展示的聚合无缝能量表面33930。

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，其中多个能量系统经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圆顶表面，类似于图33D中展示的聚合无缝能量表面33940。

如图33A到33D所描绘，每个系统可进一步包含系统的组件，其具有平铺光场光力学系统，且每个系统可被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，所述波导能够改变传输到或接收自能量表面的能量波的路径；一个或多个能量装置，其将能量波发射到能量表面或从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，能量表面、波导、能量装置和电子组件固定到基座结构。且在另一实施例中，组件任意成型以形成无缝平铺光力学显示器。

在一个实施例中，能量中继器系统可进一步包含中继器元件，所述中继器元件包含面板和光锥。在另一实施例中，能量波导阵列可接合成单个波导组件。在一些实施例中，能量中继器系统可通过高至利用外部校准工具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单个无缝能量表面。

在一个实施例中，能量波导系统可平行于基座结构安装。在另一实施例中，可正交于基座结构安装单个无缝能量表面。

在一个实施例中，一个或多个中继器元件包含熔合或平铺的镶嵌图案，其中邻近熔合或平铺的镶嵌图案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等于或大于单个无缝能量表面的宽度或高度的距离处具有优于20/40视力的人眼视觉敏锐度限定。

在操作中，能量系统可被配置成中继光以形成2D、立体(stereoscopic)、多视图、全光、4D、立体(volumetric)、光场、全息或光的任何其它视觉表示。在其它实施例中，能量系统可用于发射、反射或会聚频率以引发触觉或立体触觉反馈。

在一些实施例中，能量波导阵列经设计以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，且限制垂直于单个无缝能量表面的射线。在其它实施例中，能量系统被配置成用于地装式组件或吊装式组件，且任选地包含高于地装式组件的透明表面。

现在参考图36，其为图33D的另一实施例，其中球面结构36120的正交视图说明根据本公开的一个实施例，其中检视者被平铺和弯曲能量表面36122包围且在透明平台36124上抬高，高于底部地板表面。图36举例说明在将检视者置于中心环境体积内时减小观察角度要求的方法，其中检视者或一系列检视者存在于体积范围(例如中心视体36126)内且展现对于给定中心观察范围(例如检视者可四处移动而无能量分辨率损失的空间范围)，每个波导元件所需的相对观察角度。

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/或桌装式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几何形状的平铺能量结构，且检视者在透明平台36124上走动，使得能量表面36122在包围视体36126的半径中可观察。在此情况下，射线与径向波导表面36128更为正交地传播，且利用壁装型波导结构36122，其中分布包含相对于所需AOV中的弯曲表面的法线垂直的角度。

图36进一步说明球面、圆锥形和任何非平面包封表面，其中视体存在于距能量表面的某一相对能量聚焦位置内，从而产生每个相应波导的所需观察角度降低的可能优化。此现象通过维持检视者与能量表面之间更为紧密的关系的波导的法线来产生，因此减小传统地对平面表面所需的增大观察角度的必要性。图36举例说明此方法，其中检视者或一系列检视者存在于体积范围内，且展现对于给定中心观察范围(检视者可四处移动而无能量传播损失的空间范围)，每个波导所需的相对观察角度。

另外有可能通过改变波导规定或通过堆叠多个波导或这两者而包含多个聚焦位置，以在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/或改变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36、33C和33D额外可包含与能量表面的曲率相称的弯曲波导。生成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征并且是所属领域中已知的。传统地，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，这些都是根据所需特定观察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定、元件、层或规定梯度。

上述额外实施例，其中所述规定通过能量表面和/或波导元件的弯曲表面进一步优化。主射线角(CRA)的法线相对于能量表面自身的变化可进一步提高效率且需要不同于平面波导的规定，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需密度而以针对波导规定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定以生成水平可观察的桌装式波导。

现返回到图34A，说明具有波导元件的波导系统34400，所述波导元件呈现能量的不规则分布，其经设计以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，多个能量波导可包含衍射波导元件34402，且在无缝能量表面34408上展现经修改菲涅耳波导元件结构34404的一个所提出的结构，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34406。在另一实施例中，波导系统34400包含不规则波导34410。在操作中，可能在第一区34420内存在能量传播，而在第二区34430内不存在能量传播。

图34B说明根据本公开的一个实施例的利用来自图34A的波导元件的桌装式能量表面34450的正交视图。图34B说明桌装式能量表面要考虑的变量以帮助明确表达如何有可能鉴别特定的系统要求。任何所述系统设计的考虑因素和目标是产生给定环境的能量最优分布。

例如，能量表面34450可平行于地平面定向，且对于给定范围的竖直和水平位置，被配置成适合于所需竖直和水平视场34455的密度分布能量。在一个实施例中，桌装式能量系统需要180度的水平AOV和45度的竖直AOV。在第二实施例中，桌装式能量系统需要360度的水平AOV和60度的竖直AOV。这些实施例仅出于示例性目的而呈现，且决不打算限制可能设计的系统规格的许多变化的范围。

如图34B说明，所需视场外部的一切都是未利用的空间。例如提供的360度示例，尽管水平全360度需要足够的能量密度，但存在不需要的潜在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，在平行置放在桌子上时为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34B说明实施例，其中光力学组件包括波导，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。组件可被配置成用于地装式组件或吊装式组件，且任选地包含类似于上文所论述那些的高于地装式组件的透明平台。

在一个实施例中，能量表面34450可包含具有视体34470的经修改波导，所述视体具有水平视场34455。在此实施例中，射线34460可由能量表面34450上的经修改波导限制。

图34C说明包括额外反射波导元件的图34B的桌装式波导系统的实施例，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，并且其中第二表面是虚拟的。在一个实施例中，系统进一步包含反射波导元件，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34465包含五个能量波导34470。尽管展示五个能量波导34470，但应理解，可存在更多或更少的波导。能量波导34470可联接到多个能量中继器34474而以如上文所描述的类似方式形成无缝能量表面34476。在一个实施例中，能量波导34470、能量中继器34474和无缝能量表面34476的高度34472可如所属领域的普通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，桌装式波导系统34465可包含具有第一反射器表面34486和第二反射器表面34484的额外反射波导元件34490。反射波导元件34490可包含孔径34492，使得来自无缝能量表面34476的会聚能量可以通过孔径34492从第一反射器表面34486中继到第二反射器表面34484，从而到达检视者34488。换句话说，第一虚拟对象34480可在虚拟空间中继和会聚以形成第二虚拟对象34482。

如本公开的各种实施例所描绘，光力学组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35说明根据本公开的一个实施例的具有非线性射线分布的地装式平铺能量表面35510的正交视图。图35举例说明倾向于排除能量表面的垂直射线的具有非线性射线分布的地装式平铺组件35510。尽管有可能将相同波导结构中的地装式平铺组件35510配置成其它环境表面，其中垂直射线和离轴射线具备均匀或某一形式的分布，然而，利用所提出的桌装式方法放在或大致放到站立位置的脚部(或高于或低于，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件35510表面的射线，因为人自身将利用其身体和/或脚阻挡这些射线。如图35中所示，在多个检视者体验的情况下，垂直射线将不能被其它参与者观察，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正确观察角度下于是产生伪像。换句话说，落地组件35510可配置有经修改波导元件35520，使得某些射线可因自身阻挡35530而不可见。

图37说明根据本公开的一个实施例的具有五个检视者位置37132和呈现单个射线集束到每个检视者的每个波导元件37136下的五个对应能量位置37134的系统37130的正交视图，所述每个波导对于单个检视者位置来说是唯一的。图37说明五个检视者位置37132A、37132B、37132C、37132D、37132E和每个波导元件37136和能量表面37138下的五个能量位置37134A、37134B、37134C、37134D、37134E。传播到检视者位置的这些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对每个指定检视者位置寻址而无需额外了解所述位置。另外有可能配置图37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检视者位置的能量位置信息。这可应用于一个或多个检视者。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，归因于不同检视者位置37132和不同能量位置37134，独特多个射线37139可提供到处于其相应检视者位置45132的每个检视者。

图38A说明包括第一表面和两个交织第二表面38630的能量中继器组合元件38600，其中第二表面38630具有能量发射装置38610和能量感测装置38620。图38A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38630中的至少一个的两个或更多个子结构组件38610、38620的能量中继器组合元件38640，其呈现两个或更多个第二中继器表面38630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38630中的每一个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38B说明图38A的另一实施例，其中能量波导38700包含一个或多个波导元件表面38730内的一个或多个元件类型38710、38720和特性，其中每个元件类型38710、38720经设计以改变具有相称的能量频域内的波长的传播路径38750、38760。在一个实施例中，能量波导38700可包含电磁能发射装置38710和机械能发射装置38720，每个装置38710、38720被配置成分别改变电磁能中继器路径38750和机械能中继器路径38760。

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38700可进一步包含电磁能波导38770和机械能波导38780，其以堆叠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38730。在操作中，能量波导38700能够传播能量路径，使得所有能量能够会聚在相同位置38790周围。

在一些实施例中，此波导38700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38C说明根据本公开的一个实施例的作为图37的另一实施例的实施方案38140的正交视图，且包括图38A的能量中继器，其中检视者处于位置L1和时间T1，其中会聚射线沿着路径通过波导且到能量坐标P1，并且其中检视者在时间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，并且其中多个能量坐标P1和P2中的每一个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到T2、L2发射的能量的可见变化。

在一个实施例中，系统38140可包含能量装置38820，其中一组能量装置被配置成用于能量发射38810且另一组能量装置被配置成用于能量感测38830。此实施例可进一步包含多个中继器组合元件38840，其被配置成提供单个无缝能量表面38850。任选地，多个波导38860可安置在能量表面38850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38840可通过交互式控制提供同时双向能量感测或发射，其中所传播能量38870在T1下，且经修改所传播能量38880在T2下。

图38C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，并且其中能量装置可全部具有不同能量域，并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39通过实施例的正交视图说明根据本公开的一个实施例的图38A的另一组合式系统38140(在图39中表示为39140)，其中检视者在时间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，并且其中检视者在时间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，并且其中多个能量坐标P1和P2中的每一个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的接收到的数据的干扰，并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觉，能量会聚以产生可见照明，且在T1、L1处发射到T2、L2的能量经修改以对检视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38140可包含超声波能量发射装置39910、电磁能发射装置39920和电磁感测装置39930。此实施例可进一步包含多个中继器组合元件39940，其被配置成提供单个无缝能量表面39950。任选地，多个波导39970可安置在能量表面39950前方。

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、偏振器配对，或其它能量组合方法以将至少两个能量装置配对到能量表面的相同部分。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，或接近于用于离轴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，并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眼睛和视网膜跟踪。

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38140可通过交互式控制提供同时双向能量感测或发射，其中所传播能量39960在T1下，所传播触觉39980在T1下，且经修改所传播能量39990在T2下。

图40说明将一个或多个能量装置40010配对到额外组件(例如中继器元件40000，其经配置以形成单个无缝能量表面40020)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40030且到能量坐标P1，且其中多个能量坐标P1中的每一个形成于对应于一个或多个装置E1的能量中继器表面40020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40060，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离轴能量装置E2 40035A、40035B的能量相称，每个装置E2 40035A、40035B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，其各自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E2 40050的装置。

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 40040A、40040B，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40040A、40040B被配置成将能量40070直接传播通过所需体积，所需体积对应于能量坐标P1和P2的路径，且形成穿过E3系统40040A、40040B的额外能量坐标P3，每个E1、E2和E3感测和发射装置被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觉，能量会聚以产生可见照明，且发射的能量被修改以对检视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多种配置安装以包含但不限于壁装式、桌装式、头戴式、弯曲表面、非平面表面或所述技术的其它适当的实施方案。

图38A、B、C、39和40说明实施例，其中能量表面和波导可用于发射、反射、绕射或会聚频率以引发触觉或立体触觉反馈。

图38A、B、C、39和40说明双向能量表面，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。能量表面、装置和波导可安装到基座结构，且规定能够通过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获的能力，其中波导经设计以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定的应用要求。

在图38A、B、C、39和40的实施例中，所述一个或多个组件形成为针对指定应用容纳任何表面形状，包含平面、球形、圆柱形、锥形、有刻面、平铺、规则、不规则、或任何其它的几何形状。

在图38A、B、C、39和40的一个实施例中，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，一种被配置成根据四维(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，其中一个或多个能量中继器元件中的每一个包含第一表面和第二表面，一个或多个能量中继器元件的第二表面被布置成形成能量中继器系统的单个无缝能量表面，并且其中第一多个能量传播路径从多个能量装置中的能量位置延伸穿过能量中继器系统的单个无缝能量表面。能量系统进一步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单个无缝能量表面延伸穿过能量波导阵列。在一个实施例中，单个无缝能量表面可用于提供以及接收自其穿过的能量。

在一个实施例中，能量系统被配置成沿着第二多个能量传播路径将能量引导通过能量波导系统到单个无缝能量表面，且沿着第一多个能量传播路径将能量从单个无缝能量表面引导通过能量中继器系统到多个能量装置。

在另一实施例中，能量系统被配置成沿着第一多个能量传播路径将能量从多个能量装置引导通过能量中继器系统到单个无缝能量表面，且沿着第二多个能量传播路径将能量从单个无缝能量表面引导通过能量波导系统。

在一些实施例中，能量系统被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，并且其中处理感测到的能量以执行与4D眼睛和视网膜跟踪相关的机器视觉。在其它实施例中，单个无缝能量表面进一步可用于从单个无缝能量表面同时进行显示和捕获，其中能量波导系统经设计以使得光场数据可由多个能量装置投射通过能量波导系统且同时通过相同单个无缝能量表面接收。

适于3D打印的能量场

3D打印(有时也称为增材制造)近年来由于3D打印技术的质量和可获取性的提高以及对通用和广泛应用的兴趣而获得了广泛普及。快速原型制作是流行应用的一个示例。然而，作为可行的制造介质，3D打印远非理想。它受到许多挑战的困扰，这些挑战一直使3D打印无法替代更常规的制造方法。例如，虽然3D打印擅长快速制造复杂的小规模对象或零件，但由于逐层开发方法的原因，更大规模的设计需要大量的构建时间，这也需要更昂贵且更复杂的3D打印系统。当前公开的是使用四维(4D)能量场生成以大大提高3D打印技术的处理效率和速度的装置和系统。

用于3D打印的主要方法之一是立体光刻。光聚合主要用于立体光刻中，以从液体产生固体部分。在此过程中，可以将液态光敏聚合物在受控环境中选择性暴露于电磁能。暴露后，暴露的液态聚合物随后硬化为固体形式。潜在的过程可以在微观尺度上发生，其涉及光敏聚合物中的单体或低聚物响应于电磁能量暴露而重排和交联。这导致具有新材料特性的聚合物错合物。

在常规3D打印系统中，光敏聚合物的单个“层”暴露于光，然后从液体硬化为固体。接下来，将“层”从曝光平面(或台)移开(通常向上移动)，并对移入以填充空隙的液体施加新的曝光模式。然后可以显影下一层光敏聚合物，并将其有效地添加到先前暴露的层中。因此，可以使用此方法逐层构建对象。然而，较大的对象可能需要许多层，这可能需要许多迭代和大量时间。

3D打印技术需要提高其速度和准确性。光场和能量场装置都可以做到这两点。通过使会聚在光敏聚合物桶内的光束或可能的其它类型的能量的准直，有可能在限定对象表面的多个位置同时暴露光敏聚合物。可以将能量会聚到限定细微细节的点以及其它技术无法达到的位置(例如障碍物后面的位置)。通过计算控制，可以提供对象的模型或光场表示。计算控制器可以随后确定将能量投射到何处以形成必要的表面。所述过程可另外包含使光场显示器或光敏聚合物桶中的一个或两个移动，以根据需要实现更高的分辨率或细节。这也可以由计算系统控制。另外，可以并行地协调多于一个光场或能量场装置，以实现更快的对象创建，或为后表面对象构造提供更大的景深。

图41说明本公开的三维(3D)打印系统41100的实施例。在此实施例中，3D打印系统41100包含多个能量位置41102。不同实施例可使用不同类型的能量源，或不同类型能量源的组合。本公开的任何能量源以及所属领域中已知的其它能量源可以用于不同实施例中。提供图41是为了说明性目的，并且不限制本公开的实施例。

在实施例中，3D打印系统41000包含能量源系统41137。在一个实施例中，能量源系统41137可包含多个能量源。在操作中，能量源可以向能量位置41102提供能量。在一些实施例中，能量位置41102的位置可与能量源的位置相同。在实施例中，一个或多个能量位置41102可位于能量源的表面处。

在一个实施例中，能量源系统41137可进一步包含中继器系统，类似于图3中所示的中继器系统，其将能量从能量源310经由中继器引导到中继器的表面350上的多个能量位置。如将了解，在其它实施例中，能量源系统可包含其它中继器，包含但不限于图3-5、7A、7B、14-16、20-21和38A-C中所描绘的中继器。在这些实施例中，也可以使用所属领域中已知的其它中继器。除非另外具体提出，否则能量源系统的所有实施例都可以与本公开的3D印刷系统的所有实施例组合。如将了解，除了其它类型的能量源之外，不同实施例还可以利用不同类型的能量，包含但不限于电磁能、机械能或声能，类似于本文中论述的那些。

在一个实施例中，能量源系统41137可以被配置成向多个能量位置41102提供能量，能量源系统41137进一步具有多个能量源。

在一个实施例中，3D打印系统41100可以进一步包含被配置成容纳一定量的打印介质41106的打印介质容器41104。3D打印系统41100的不同实施例可以使用不同类型的打印介质41106。同样，3D打印系统41100的不同实施例可以使用不同类型的打印介质容座41104。应了解，不同类型的打印介质41106可能需要不同类型的打印介质容器41104，反之亦然。

在一些实施例中，打印介质41106可以是当暴露于光时硬化的感光材料。光敏聚合物是这种类型的打印介质41106的一个示例。在其它实施例中，可以使用耐光材料作为打印介质41106。而且，在其它实施例中，可以将对其它类型的能量敏感或具有抵抗力的材料用作打印介质41106。在一些实施例中，3D打印系统41100可以被配置成在至少两种模式之间切换，以允许在不同模式下使用不同类型的打印介质41106。在另一实施例中，3D打印系统41100可以被限制为具有单个打印介质41106和单个打印介质容器41104的单一模式。在其它实施例中，3D打印系统41100可以在具有相同数目的打印介质41106和对应的打印介质容器41104的情况下具有三种或更多种模式。

在一个实施例中，3D打印系统41100可包含至少一个能量引导系统41108。在不同的实施例中可以使用不同类型的能量引导系统41108。此外，本公开的任何能量波导系统或本公开的其它能量引导系统可以用于不同的实施例中。一些实施例还可将不同类型的能量引导系统组合成单个能量引导系统41108。

在一些实施例中，至少一个能量引导系统41108包含波导阵列41114，其被配置成沿着多个传播路径41112从能量源系统41137的多个能量位置41102引导能量。在这些情况下，每个传播路径41112延伸穿过能量源系统41137的多个能量位置41102中的一个。在不同的实施例中，可以在波导阵列41114中使用不同类型的波导。不同类型的波导可以用于不同的实施例和不同类型的能量源。本公开的所有波导可以在一些实施例中使用，包含但不限于具有第一孔径、能量抑制元件和挡板的波导，以及在图23-32中出于说明目的描绘的额外波导。

在一些实施例中，波导阵列41114可包含本文所公开的不同类型的波导的不同组合。在其它实施例中，波导阵列41114可以单独地或与本公开的波导组合地包含本领域已知的不同类型的波导的不同组合。而且，如本公开中先前提及，图41仅用于说明性目的，并且不限制本公开的实施例。例如，在一些实施例中，多个传播路径41112可以包含图41中未示出但在此全文公开的额外传播路径。本公开的额外实施例还可以包含图41中未示出但在此全文公开的额外能量位置、波导和其它元件。

在一些实施例中，波导阵列41114可由多个模块化4D能量场封装组装而成，其中每个模块化4D能量场封装包含波导阵列41114中的至少一个波导以及多个能量位置41102中的能量位置的子集。

在一些实施例中，波导阵列41114中的波导可被配置成沿着多个传播路径41112将来自多个能量位置41102的能量引导穿过波导。每个传播路径可以至少部分地对应于相对于波导阵列41114的波导的能量源位置41102。每个传播路径41112还可以沿至少由能量源系统41137的对应能量源位置41102相对于相关联波导41114的位置确定的唯一方向从波导阵列41114中的波导延伸。

例如，在实施例中，第一传播路径可以从第一波导41117以至少由第一能量位置41119确定的角度延伸。在另一实施例中，额外传播路径可以从第一波导41117延伸，但是没有其它传播路径可以与第一传播路径相同的角度从第一波导41117延伸。在又一实施例中，没有两个传播路径可以从相同的波导以相同的角度延伸。在一些情况下，每个唯一方向也可以由其它因素确定。

传播路径41112可以形成作为能量会聚点的多个相交点41122。图41示出一些可能的传播路径41112和相交点41122，但应理解，更多的传播路径、位置、方向、组合和路径相交点是可能的。例如，可能有两个以上的传播路径41112在打印介质41106内的任何位置相交。

在一些实施例中，多个能量波导41114的位置中的每个位置限定二维(2D)空间坐标。在其它实施例中，与多个传播路径41112中的每一个相关联的每个唯一方向可包含二维(2D)角坐标，由此2D空间坐标和2D角坐标可形成四维(4D)坐标集。

使用至少图22-23作为非限制性说明性示例，在本公开中先前已经论述了允许这些类型的实施例的能量波导系统。而且，在一些实施例中，3D打印系统41100的能量引导系统41108包含能量波导系统，所述能量波导系统允许2D空间坐标和2D角坐标形成如图23所示的4D光场坐标集。在一些实施例中，传播路径41112的多个相交点41122，包含相交点41112，可以通过四维(4D)光场函数来确定。除非另外特别说明，否则在本公开中，此段落中论述的实施例可以与其它实施例组合。

在一些实施例中，波导阵列41114中的波导可包含第一孔径，并且沿着每个第一传播路径引导穿过每个波导的能量可以大体上填充相同波导的第一孔径。至少参考图22(22134)和图25(25330)在本公开的其它地方论述了第一孔径的实施例。在一些实施例中，能量引导系统41108包含多个能量抑制元件，其被定位成限制能量沿着多个传播路径的不延伸穿过波导中的一个的第一孔径中的一个的一部分的传播。在一些实施例中，能量抑制元件中的每一个包含挡板结构，用于衰减或修改能量传播路径，如本公开中其它地方所论述。至少参考以上图24A-H论述能量抑制元件的实施例。

在一些实施例中，能量引导系统41108包含至少一个中继器系统。在整个本公开中，已经详细论述了中继器系统，包含但不限于图15、16和19-21中所引用的那些。另外，能量引导系统41108可包含本公开的任何中继器系统或所属领域中已知的其它中继器系统。而且，如已经提到的，能量源系统41137可包含中继器系统，以将能量从能量源310传递到中继器的第二侧350上的能量位置，类似于图3所示和上文论述。

在一些实施例中，中继器系统可包含一个或多个中继器元件，其中一个或多个中继器元件中的每一个包含第一表面和第二表面，所述一个或多个中继器元件被配置成沿着多个传播路径将由多个能量源发出的能量经由第一表面和第二表面引导到图41中所示的多个能量位置41102。在一些实施例中，一个或多个中继器元件的第二表面可以布置成形成单个无缝能量表面，如本公开中其它地方更详细地描述的。

如图41所示，一些实施例还包含与能量源系统41137通信的控制系统41118。控制系统41118可被配置成通过操作多个能量源41102以通过波导41114提供能量来使所述至少一个能量引导系统41108的一个或多个波导阵列41114将阈值强度水平的能量递送到传播路径41112的所有多个相交点41122中的多个选定相交点41120。

在一些实施例中，打印介质41106可被配置成当暴露于所述阈值强度水平的能量时反应。如上文所提及，在不同的实施例中，打印介质41106可包含不同的材料。打印介质41106的一些实施例在暴露于一些种类能量源的阈值强度水平时可变硬，例如液态光敏聚合物以及其它材料。在其它实施例中，打印介质41106当暴露于来自能量源的阈值强度水平时可能降解。因此，3D打印系统41100的实施例可以被配置成在传播路径41120的多个选定相交点处将能量会聚到打印介质41106中，以使打印介质41106硬化成所需形式。一些实施例可包含排放口41121以去除打印介质41106的未暴露部分。而且，在其它实施例中，三维打印系统41100可以被配置成将能量会聚到打印介质41106中，以使打印介质41106使打印介质41106的暴露部分降解。然后可以从所需三维对象上去除打印介质41106的降解部分。3D打印系统41100的一些实施例可以被配置成以不同的模式执行硬化或降解打印介质这两个功能。而且，一些实施例可以配备从一种功能切换到另一种功能的构件。

在一些实施例中，选定相交点41120可以限定位于打印介质容器41104内部的三维(“3D”)打印对象41124的多个外表面和内表面。传播路径41112的一组选定相交点41120的大小和位置可能会基于许多因素而变化，这些因素包含但不限于打印介质的类型以及要打印的3D对象41124的类型、大小和复杂性。而且，在一些实施例中，可以通过打开或增加对应能量源位置41102的能量来将能量添加到传播路径的相交点，并且类似地通过关闭或减小对应能量源位置的强度来减少能量。例如，可以通过增加或减少沿着在传播路径41112的任何给定相交点41122处会聚的传播路径41112递送的能量的量，来从一组选定相交点41120添加或减去传播路径41122的任何相交点。在其它实施例中，增加沿选定相交点41120处的传播路径41112递送的能量可以使所述位置处的能量升高至阈值强度水平，且使打印介质41106在所述选定位置处或选定相交点处硬化。

在一个实施例中，控制系统41118可被配置成操作所述多个能量源，以将递送到所述多个所选相交点41120中的至少一个选定相交点的能量减小到阈值强度水平以下。在其它实施例中，控制系统41118可被配置成将至少一个选定相交点添加至所述多个选定相交点41120，具体是通过操作所述多个能量源以将递送到所述至少一个选定相交点的所述能量增大到高于阈值强度水平。

如前所述，许多能量源位置41102可以为打印介质41106中的会聚点贡献能量。可以动态地计算确定所有能量源41102的所需能量分布，以实现适当的会聚点，以将阈值强度水平的能量递送到打印对象41124的表面和内部，并实现3D打印。而且，在一些实施例中，可以在移动或控制打印介质容器41104时，或者在移动或控制至少一个能量引导系统41108时，将能量添加到选定相交点或从选定相交点去除。这允许3D打印系统41100以其它方式控制打印介质41106暴露于阈值强度水平的位置，这又可以提高系统41100的速度、准确性和效率。此方法的另一优点是，可以优化能量引导系统41108，使其在比打印容器41104的整个体积更小的体积上具有更密集的能量射线投影。

能量在传播路径的相交点处的添加和减去可以单独地或成组地进行。例如，在一些实施例中，可以通过调整对应能量源位置41102中的任何一个的能量来从传播路径41112的选定相交点41120中的任何一个添加或减去能量，使得一次仅调整一条路径。如果过多的同时能量传播路径会暴露打印介质41106的不是选定相交点41120的一部分的非预期位置，则这可能是有利的。其它实施例结合了这些操作以同时从多个传播路径41112同时增加或减少能量，以在相应的一组选定相交点41120处调整能量。并且在其它实施例中，可以同时为所有第一传播路径41112调整能量，从而全部同时影响全部选定相交点41120。此选项可能允许快速3D打印。像上面一样，这些实施例可以与本公开的其它实施例组合，除非另外特别指出。

在一个实施例中，打印介质容器41104可放置在基座41126上。在一些实施例中，如图42A中所示，3D打印系统42100的基座42126可包含与控制系统42118通信的定位装置42127，其中控制系统42118可以被配置成操作定位装置42127以改变打印介质容器42104相对于至少一个能量引导系统42108的位置。不同的实施例可以使用不同的装置作为定位装置42127来移动基座42126。许多类型的定位装置在本领域中是已知的，并且可以与本公开的实施例组合。可以使用的定位装置的示例包含但不限于机动平移台、线性平移台、旋转台、倾斜平台和测角台，以及机械和机电台。与单独使用能量引导系统42108相比，定位装置42127的移动可以允许提高打印分辨率。在一些实施例中，定位装置42127可包含具有三个平移台和两个旋转台的5轴台。在其它实施例中，定位装置42127的平台可以包括更少或更多的平移/旋转平台。

在一些实施例中，如图42A和42B中出于说明性目的而描绘的，定位装置42127的操作以及打印介质接收器42104的随后移动可以使传播路径42112的多个选定相交点42120相对于打印介质42106移动。图42A描绘了多个选定相交点42120相对于打印介质42106的第一位置。图42B描绘了相对于打印介质42106处于第二位置的多个选定相交点42120。注意，相同的编号方案用于说明图图42A和图42B。打印介质容器42104相对于选定的多个相交点42120的这种移动进一步限定了3D对象42124的内表面和外表面。以此方式，用于控制基座42126的移动的定位装置42127的移动与传播路径42112的选定相交点42122的集合协作以在阈值能量水平下传递能量，这将导致打印介质42106做出反应以形成3D对象。这种协作可以带来更快的打印操作、更好的精度和更精确的分辨率以及其它好处。控制基座42126的移动的定位装置42127还可以允许打印介质容器42104在三维(3D)空间中沿任何方向移动，例如在X、Y或Z方向上移动。

在一些实施例中，当定位装置42127移动打印介质容器42104时，阈值强度水平处的能量可以会聚在多个选定相交点42120处。这允许一组选定相交点42120跟踪通过打印介质42106的曝光轨迹。在其它实施例中，可以允许通过操作定位装置42127来控制基座42126的这种类型的移动。在又一些其它实施例中，也可以允许通过移动至少一个能量引导系统42108的这种类型的移动。而且，其它实施例可以移动至少一个能量引导系统42108并操作定位装置42127以移动基座42126。换句话说，可以利用其移动的组合。在3D打印系统42100的一些实施例中，当打印介质容器42104和能量引导系统42108都不移动时，能量引导系统42108可以将能量传递到传播路径42112的选定相交点42120。在一些实施例中，多个选定相交点42120的安置体积可以大体上小于打印容器42104的体积。

在一些实施例中，如图43A-B中所描绘，整个第一多个选定相交点43135(来自图43A)可以被第二多个选定相交点43120(来自图43B)代替，所述第二多个选定相交点进一步限定容器43104内部的3D对象43124的内表面和外表面，并将打印介质43106的其它部分暴露到阈值强度水平。在其它实施例中，在引入第二多个选定相交点43120之后，第二多个相交点43128(在图43B中)可以维持在阈值强度。在一些实施例中，可以将由能量引导系统43108递送到第二多个选定相交点43120的能量减小到低于阈值强度水平的水平。第二多个选定相交点43120可以被进一步限定3D全息对象42124的第三多个选定相交点(未示出)代替。而且，可以无限地添加或移除额外多个相交点，直到3D打印过程完成。这可以动态地或迭代地发生。而且，在一些实施例中，取决于形成3D对象所需的精度，选定相交点也可以或多或少地密集地分组。

除非另外特别说明，否则允许能量引导系统43108、打印介质容器43104或两者均移动的实施例可以与本公开的其它实施例组合。例如，随着打印介质容器43104的移动，可以将选定相交点添加到多个选定的相交点43120或从中减去，这可以进一步提高三维打印系统43100的效率、准确性和分辨率。图42A-B和图43A-B不限制本公开的实施例，并且仅用于说明目的。

图44说明实施例44100，其中控制系统44118可以被配置成将至少一个能量引导系统44108从位置44131移动到位置44129，从而将传播路径的多个选定相交点从一组位置44120移动到第二多个位置44128，它们进一步限定三维对象44124的多个内表面和外表面。至少一个能量引导系统44108可以在三维空间中沿任何方向移动。至少一个能量引导系统44108的移动可以提供由本公开的其它地方描述的打印介质容器44104的移动提供的相同优点。而且，多个选定相交点44120还可以本公开中其它地方描述的任何方式进行操作。能量引导系统44108的移动可以与多个选定相交点44120协作，以将阈值强度水平的能量递送到不同的位置，这将导致打印介质44106起反应，从而可以形成3D对象。这种协作可以允许更快的打印操作、更好的精度和更精确的分辨率。本公开的三维打印系统44100的所有不同元件之间的协作也是可能的。例如，随着能量引导系统44108、打印介质容器44104或两者中的至少一个被移动，如本公开中的其它地方所述，能量可以递送到动态变化的选定相交点集合，其可以与任何移动协作而动态地操纵，以最大程度地提高打印系统44100的效率和准确性。在一些情况下，能量和/或移动也可以迭代地递送。图44旨在用于说明目的，并且不限制本公开的实施例。

在一些实施例中，当至少一个能量引导系统44108移动时，所有传播路径44112的一组选定相交点可以在阈值强度水平处会聚能量，使得这些相交点跟踪通过打印介质44106的曝光轨迹，如在本公开的其它地方更详细地描述。例如，随着至少一个能量引导系统44108的移动，一组选定相交点44120可以将能量会聚在阈值强度水平，因此一组选定相交点44120跟踪通过打印介质44106的曝光轨迹，如本公开中其它地方的更详细描述的一些实施例还可以通过随着至少一个能量引导系统44108的移动来调整在对应的能量源位置44102处的能量来增加或减少递送到多个选定相交点44120中的选定相交点的能量。在其它实施例中，当至少一个能量引导系统44108不移动时，一组选定相交点44120可以仅以阈值强度水平递送能量。而且，这些不同的实施例可以与本公开的其它实施例结合。例如，随着至少一个能量引导系统44108的移动，可以通过调整对应能量源位置44102处的能量来增加或减去第一传播路径的选定相交点集合44120处的能量，这可以进一步提高效率、准确性和分辨率。移动至少一个能量引导系统44108的实施例也可以与具有定位装置42127的各种实施例相结合，如参考图42A-B所论述。图44不限制本公开的实施例，并且仅用于说明目的。此外，除非另外特别说明，否则这些实施例可以与本公开的其它实施例组合。

图45描绘了具有第一能量引导系统45108A和第二能量引导系统45108B的三维打印系统45100的实施例。在一些实施例中，多个能量引导系统45108A、45108B可以允许选定相交点45120A、45120B的更稳健的集合。而且，在一些实施例中，额外能量引导系统可以允许三维打印系统45100以阈值强度水平将能量递送到选定相交点的额外集合。例如，在图45中，可以根据来自能量引导系统45108A的传播路径45112A和源自能量引导系统45108B的传播路径45112B的相交点生成相交45122A、45122B。例如，与打印对象45124的表面重合并且由使用两个能量引导系统45108A和45108B产生的选定相交点45120A和4120B可以比与打印对象41124重合且使用图41所示的一个能量引导系统得出的选定相交点41120的数目更多。

一些实施例允许控制系统45118操作第一能量引导系统45108A和第二能量引导系统45108B。第一能量引导系统45108A和第二能量引导系统45108B可以同时或独立地操作。在一些实施例中，第一能量引导系统45108A和第二能量引导系统45108B都可以如本公开中其它地方所论述的那样移动。这种双重移动允许与两组选定的相交点45120A、45120B协作，以将阈值强度水平的能量递送到不同的位置，这将导致打印介质45106反应，从而可以形成3D对象。这种协作可以实现更快的打印操作、更好的精度和更精确的分辨率。因此，第二能量引导系统45108B可以增强这些优点。这些实施例也可以与将定位装置(在此图45中未示出)应用于基座45126的实施例相结合，从而允许打印介质容器45104移动。这些实施例的能量引导系统45108A、45108B可以包含本公开的任何能量引导系统实施例。而且，在一些实施例中，第一能量引导系统45108A和第二能量引导系统45108B可包含不同类型的能量引导系统。除非另外具体说明，否则具有两个能量引导系统的实施例可以与本公开的其它实施例组合。而且，本领域的技术人员将理解，其它实施例可以包含额外能量引导系统。图45是出于说明性目的，并且不限制本公开的实施例。

尽管上文已描述了根据本文公开的原理的各种实施例，但是应理解，它们仅以示例的方式呈现，且不具有限制性。因此，本发明的广度和范围不应受上述示例性实施例中的任一个限制，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，但不应将所述发布的权利要求的应用限制于实现上述优点中的任一个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特定程序的许多等同物。所述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的建议一致，或另外提供组织性提示。这些标题不应限制或表征可能由本公开发布的任何权利要求中所阐述的一种或多种发明。确切地说且作为示例，虽然标题提及“技术领域”，但所述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”章节中对技术的描述不应理解为承认技术是本公开中的任一种或多种发明的现有技术。“发明内容”也不应视为所发布权利要求中阐述的一种或多种发明的特征。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。多项发明可根据由本公开发布的多个权利要求的限制来阐述，且所述权利要求相应地限定从而保护的一种或多种发明和其等同物。在所有情况下，所述权利要求的范围应鉴于本公开而基于其自身优点加以考虑，而不应受到本文中阐述的标题约束。

当在权利要求书和/或说明书中结合术语“包括”使用时，词语“一(a/an)”的使用可以意指“一个”，而且其还符合“一个或多个”、“至少一个”以及“一个或超过一个”的含义。尽管本公开支持仅指替代方案和“和/或”的限定，但是除非明确指示为是指仅替代方案或所述替代方案相互排斥，否则在权利要求中使用术语“或”用于意指“和/或”。在本申请通篇，术语“约”用于指示一个值包含用于测定所述值的装置、方法的误差的固有变化，或在研究个体当中存在的变化。一般来说但符合前文论述，本文中由如“约”的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(comprising)”(和包括的任何形式，如“包括(comprise)”和“包括(comprises)”)、“具有(having)”(和具有的任何形式，如“具有(have)”和“具有(has)”)、“包含(including)”(和包含的任何形式，如“包含(includes)”和“包含(include)”)或“含有(containing)”(和含有的任何形式，如“含有(contains)”和“含有(contain)”)是包含性或开放性的，且不排除额外未列出的要素或方法步骤。

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”意指所述比较、测量和时序可用来实现暗含地或明确地陈述的所需结果。如“附近”、“接近”和“邻近”的与元素的相对位置相关的词语应意指足够接近以对相应系统元素交互具有实质作用。其它近似词语类似地指代某条件，所述条件在如此经修饰时应理解为未必绝对或完美，但对于所属领域的普通技术人员来说应视为足够接近以保证指示条件存在。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，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”打算包含以下中的至少一个：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。继续此示例，明确包含含有一个或多个项目或项的重复的组合，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，否则典型地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显而易见的所有所述类似的替代和修改被认为是在由所附权利要求书限定的本公开的精神、范围和概念内。

Claims (28)

1.一种三维打印系统，包括：

打印介质容器，其被配置成容纳一定量的打印介质；

能量源系统，其被配置成向多个能量位置提供能量并且包括多个能量源；

至少一个能量引导系统，其中每个能量引导系统包括；

波导阵列，其被配置成沿着多个传播路径引导来自所述多个能量位置的能量，其中每个传播路径延伸穿过多个能量位置中的一个；和

其中每个波导被配置成沿着所述多个传播路径将来自所述多个能量位置的能量引导穿过所述波导，其中每个传播路径在至少由所述多个能量位置中的一个确定的唯一方向上从所述波导延伸；

控制系统，其与所述能量源系统通信且被配置成通过操作所述多个能量源以沿着所述多个传播路径提供能量来使所述至少一个能量引导系统的所述波导阵列将阈值强度水平的能量递送到所述多个传播路径的多个相交点中的多个选定相交点；

其中所述打印介质被配置成当暴露于所述阈值强度水平的能量时反应；和

其中所述多个选定相交点限定所述容器内部的三维(“3D”)对象的多个内表面和外表面。

2.根据权利要求1所述的三维打印系统，其中所述打印介质容器搁置在与所述控制系统通信的定位装置的基座上，其中所述控制系统被配置成操作所述定位装置以改变所述打印介质容器相对于所述至少一个能量引导系统的位置。

3.根据权利要求2所述的三维打印系统，其中所述定位装置的所述操作使所述多个选定相交点相对于所述打印介质容器移动，以进一步限定所述三维对象的所述多个内表面和外表面。

4.根据权利要求3所述的三维打印系统，其中当所述定位装置使所述多个选定相交点相对于所述打印介质容器移动时，所述多个选定相交点使所述打印介质暴露于所述阈值能量水平。

5.根据权利要求2所述的三维打印系统，其中所述定位装置包括机动平移台。

6.根据权利要求2所述的三维打印系统，其中所述定位装置包括线性平移台。

7.根据权利要求2所述的三维打印系统，其中所述定位装置包括旋转台。

8.根据权利要求2所述的三维打印系统，其中所述定位装置包括测角台。

9.根据权利要求2所述的三维打印系统，其中所述定位装置包括倾斜台。

10.根据权利要求2所述的三维打印系统，其中所述定位装置包括5轴台，所述5轴台包括三个平移台和两个旋转台。

11.根据权利要求2所述的三维打印系统，其中所述多个选定相交点的安置体积大体上小于所述打印容器的体积。

12.根据权利要求1所述的三维打印系统，其中所述控制系统能操作以使所述至少一个能量引导系统移动，从而使所述多个选定相交点移动，以进一步限定所述三维对象的所述多个内表面和外表面。

13.根据权利要求12所述的三维打印系统，其中随着所述多个选定相交点移动，所述多个选定相交点使所述打印介质暴露于所述阈值能量。

14.根据权利要求1所述的三维打印系统，其中所述多个选定相交点的安置体积大体上小于所述打印容器的所述体积。

15.根据权利要求1所述的三维打印系统，其中所述控制系统被配置成操作所述多个能量源，以将递送到所述多个选定相交点中的至少一个选定相交点的能量减小到所述阈值强度水平以下。

16.根据权利要求1所述的三维打印系统，其中所述控制系统被配置成将至少一个选定相交点添加至所述多个选定相交点，具体是通过操作所述多个能量源以将递送到所述至少一个添加的选定相交点的所述能量增大到所述阈值强度水平。

17.根据权利要求1所述的三维打印系统，其中每个波导的位置限定二维(2D)空间坐标，并且其中至少由所述多个能量位置中的一个确定的每个传播路径的所述唯一方向包括2D角坐标，由此每个传播路径延伸所自的所述波导的所述位置的所述2D空间波导和每个传播路径的所述2D角坐标形成每个传播路径的四维(4D)坐标集。

18.根据权利要求1所述的三维打印系统，其中所述控制系统被配置成操作所述多个能量源以将所述阈值强度水平的能量递送到所述多个传播路径的所述多个相交点中的至少一个第二多个选定相交点，其中所述至少一个第二多个选定相交点进一步限定所述容器内部的所述3D对象的所述多个内表面和外表面。

19.根据权利要求1所述的三维打印系统，其中所述波导阵列中的每个波导包括第一孔径，并且沿着每个传播路径引导穿过所述波导的能量大体上填充所述波导的所述第一孔径。

20.根据权利要求19所述的三维打印系统，其中所述至少一个能量引导系统进一步包括至少一个能量抑制元件，所述能量抑制元件被定位成限制不延伸穿过所述波导中的任一个的所述第一孔径的能量的传播。

21.根据权利要求20所述的三维打印装置，其中所述至少一个能量抑制元件包括用于衰减或修改所述多个传播路径上的能量的挡板结构。

22.根据权利要求1所述的三维打印系统，其中所述打印介质包括被配置成当暴露于所述阈值强度水平时凝固的液态光敏聚合物。

23.根据权利要求22所述的三维打印系统，其中所述打印介质容器进一步包括排放口，所述排放口被配置成准许未暴露的液态光敏聚合物从所述打印介质容器排放出去，从而由暴露于所述阈值强度水平的硬化液态光敏聚合物形成三维对象。

24.根据权利要求1所述的三维打印系统，其中所述多个选定相交点是由四维光场函数确定。

25.根据权利要求1所述的三维打印系统，其中所述能量源系统进一步包括至少一个中继器系统，其中所述至少一个中继器系统包括一个或多个中继器元件，其中所述一个或多个中继器元件包括第一表面和第二表面，所述一个或多个中继器元件的每个中继器被配置成将由一个或多个能量源发出的能量从所述第一表面经由所述中继器引导到安置在所述第二表面上的所述多个能量位置中的能量位置的子集。

26.根据权利要求25所述的三维打印系统，其中所述一个或多个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。

27.根据权利要求1所述的三维打印系统，其中所述波导阵列是由多个模块化4D能量场封装组装而成，其中每个模块化4D能量场封装包括所述波导阵列中的至少一个波导以及所述多个能量位置中的能量位置的子集。

28.根据权利要求1所述的三维打印系统，其中所述至少一个能量引导系统包括两个能量引导系统。

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