JP2023553184A - 所定の配向を有するエネルギー伝搬を伴うエネルギー・リレー - Google Patents

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Abstract

エネルギー・リレーは、様々な表面プロファイルを有するように形成されてもよい。エネルギー・リレーが、所望の角度プロファイル及び角度範囲でエネルギー・リレーの表面を通してエネルギーを指向することができるように、様々なエネルギー・リレー表面プロファイルを考慮するように構成されたエネルギー伝搬経路を有するエネルギー・リレーを形成するための方法及び装置が開示される。

Description

本開示は、一般に、エネルギー・リレーに関し、より具体的には、所定の配向を有するエネルギー伝搬経路が内部に画定されたエネルギー・リレーに関する。
Ｇｅｎｅ ＲｏｄｄｅｎｂｅｒｒｙのＳｔａｒ Ｔｒｅｋにより世間一般に普及され、１９００年代初期に作家Ａｌｅｘａｎｄｅｒ Ｍｏｓｚｋｏｗｓｋｉによって当初計画された「ホロデッキ」室内のインタラクティブな仮想世界の夢は、略一世紀の間、空想科学小説及び技術革新に対するインスピレーションである。しかしながら、この経験の画期的な実現は、文献、メディア、並びに子供達及び同様に大人達の集合的な想像力の外には、全く存在していない。
一実施形態では、エネルギー・リレーは、第１のリレー表面及び第２のリレー表面と、それらの間の複数のエネルギー伝搬経路とを有するエネルギー・リレー要素を備える。エネルギー伝搬経路は、所定の配向を有し、エネルギー伝搬経路の所定の配向及び第１のリレー表面又は第２のリレー表面のうちの少なくとも１つのプロファイルは、エネルギーが、第１のリレー表面又は第２のリレー表面のうちの少なくとも１つを通してリレーされ、基準方向に対して実質的に所望の角度整合プロファイルを伴うエネルギーの円錐内に出射することを可能にするように考慮される。
一実施形態では、エネルギー・リレーは、第１の表面及び第２の表面を有するエネルギー・リレー要素と、第１の表面と第２の表面との間の複数のエネルギー伝搬経路とを備える。エネルギー伝搬経路は、所定の配向を有し、エネルギー伝搬経路の所定の配向及び非平面表面のそれぞれの付随する法線は、エネルギーが、非平面表面を通してリレーされ、エネルギー・リレー要素の軸上方向に対して実質的に所望の角度整合プロファイルを伴うエネルギーの円錐内に出射することを可能にするように整列される。
エネルギー指向システムの設計パラメータを例解する概略図である。 機械的エンベロープを有する能動装置領域を有するエネルギーシステムを例解する概略図である。 エネルギー・リレー・システムを例解する概略図である。 ベース構造体に一緒に接着及び締着されたエネルギー・リレー要素の一実施形態を例解する概略図である。 マルチコア光ファイバを通る中継された画像の一例を例解する概略図である。 横アンダーソン局在原理の特性を示す光リレーを介してリレーされた画像の一例を例解する概略図である。 エネルギー面から視認者に伝搬された光線を示す概略図である。 本開示の一実施形態に基づいて、オイル又は液体内の２つのコンポーネント材料を混合することによって横アンダーソン局在を達成する可撓性エネルギー・リレーの切取図を例解する。 本開示の一実施形態に基づいて、結合剤内の２つのコンポーネント材料を混合することによって横アンダーソン局在を達成し、その際に、１つの材料特性について１つの方向における最小変動の経路を達成する、剛性エネルギー・リレーの概略切取図を例解する。 本開示の一実施形態に基づいて、エネルギーを吸収するように設計された長手方向における寸法外壁吸収（「ＤＥＭＡ」）材料の含有物の横平面の概略切取図を例解する。 ２つのコンポーネント材料のランダム分布を備えるエネルギー・リレーの一部分の横平面の概略切取図を例解する。 単一のモジュールを画定する３つのコンポーネント材料の非ランダムパターンを備えるエネルギー・リレーのモジュールの横平面の概略切取図を例解する。 ２つのコンポーネント材料のランダム分布を備える予融合エネルギー・リレーの一部分の横平面の概略切取図を例解する。 同様の配向を有する複数のモジュールを画定する３つのコンポーネント材料の非ランダム分布を備える予融合エネルギー・リレーの一部分の横平面の概略切取図を例解する。 配向を変化させた複数のモジュールを画定する３つのコンポーネント材料の非ランダムパターンを備える予融合エネルギー・リレーの一部分の横平面の概略切取図を例解する。 ２つのコンポーネント材料のランダム分布を備える融合エネルギー・リレーの一部分の横平面の概略切取図を例解する。 ３つのコンポーネント材料の非ランダムパターンを備える融合エネルギー・リレーの一部分の横平面の概略切取図を例解する。 ２つの異なるコンポーネント操作された構造（「ＣＥＳ」）材料のランダム化された分布を備えるエネルギー・リレーの一部分の概略断面図を例解する。 ３つの異なるＣＥＳ材料の非ランダムパターンを備えるエネルギー・リレーの一部分の概略断面図を例解する。 ２つのコンポーネント材料の凝集粒子のランダム化された分布を備えるエネルギー・リレーの一部分の概略断面斜視図を例解する。 ３つのコンポーネント材料の凝集粒子の非ランダムパターンを備えるエネルギー・リレーの一部分の概略断面斜視図を例解する。 非ランダムパターンを備える予融合エネルギー・リレーの一部分の横平面の概略切取図を例解する。 元の及び低減させた横寸法構成を含む、融合後の、形成された非ランダムパターンのエネルギー・リレーの横平面の概略切取図を例解する。 低減された横寸法を有するエネルギー・リレーを形成するための一実施形態を例解する。 微細構造材料にリレー材料を加熱し、引っ張るためのプロセスのブロック図を例解する。 低減された横寸法を伴うエネルギー・リレーを形成するための一実施形態を例解する。 予融合リレー材料を固定具に固定することによって、エネルギー・リレー材料を融合させるための一実施形態を例解する。 エネルギー・リレー材料を緩和及び融合させるプロセスの一部として、エネルギー・リレー材料を含む組み立てられた固定具の斜視図を例解する。 融合エネルギー・リレー材料を形成するために、材料を一緒に融合させた後の、エネルギー・リレー材料を含む組み立てられた固定具の斜視図を例解する。 エネルギー・リレー材料を融合させるための、調整可能な固定具の一実施形態の斜視図を例解する。 図２３Ｄの調整可能な固定具の断面図を例解する。 エネルギー・リレー材料の融合ブロックの斜視図を例解する。 エネルギー・リレー材料を製造するためのプロセスのブロック図を例解する。 テーパ状エネルギー・リレーのモザイク配置を例解する。 ２つの複合光リレーテーパを直列に備えるエネルギー・リレー要素スタックの側面図を例解する。 内部反射の基本原理を示す概略図である。 光ファイバに入射する光線及びリレーの出口でその結果得られる円錐形の光分布を示す概略図である。 本開示の一実施形態に基づいて、拡大率が３：１である光テーパリレー構成、及びその結果得られる、取り付けられたエネルギー源の光の視野角を例解する。 本開示の一実施形態に基づいて、エネルギー源の増加した全体的な視野角をもたらす光テーパリレーのエネルギー源側面上の湾曲した表面を有する、図３０の光テーパリレーを例解する。 本開示の一実施形態に基づいて、エネルギー源側面に対して非垂直であるが平面表面を有する、図３０の光テーパリレーを例解する。 エネルギー源の側面に凹面の表面を有する、図３０の光リレー及び照射円錐を例解する。 本開示の一実施形態に基づいて、エネルギー源の側面に同じ凸面を有するが、凹面の出力エネルギー面形状を有する図３３の光テーパリレー及び光照射円錐を例解する。 本開示の一実施形態に基づいて、湾曲したエネルギー源側面と一緒に結合されて、垂直なエネルギー源表面からエネルギー源可視画像を形成する、複数の光テーパモジュールを例解する。 本開示の一実施形態に基づいて、垂直なエネルギー源側面形状及び中心軸を中心に放射状である凸面のエネルギー源表面を一緒に結合させた複数の光テーパモジュールを例解する。 本開示の一実施形態に基づいて、垂直なエネルギー源側面形状及び中心軸を中心に放射状である凸面のエネルギー源側面を一緒に結合させた複数の光テーパリレーモジュールを例解する。 本開示の一実施形態に基づいて、可視出力光線がエネルギー源から観察して、より均一になるように各エネルギー源が独立して構成されている、複数の光テーパリレーモジュールを例解する。 本開示の一実施形態に基づいて、エネルギー源側面及びエネルギー源の両方が、入力光線及び出力光線に対する制御を提供するために様々な形状で構成されている、複数の光テーパリレーモジュールを例解する。 複数の光テーパリレーモジュールの、その個々の出力エネルギー面が、視認者を囲むシームレスな凹面の円筒形エネルギー源表面を形成するように研削され、リレーの源の端部が平坦であり、各々がエネルギー源に接合されている配置を例解する。 研磨された非平面表面及び制御された拡大率を有する単一のテーパの拡大端部から放出される主光線角の直交図を例解する。 図４１に示すテーパと同様のテーパのアレイの直交図を例解する。 エネルギー・リレー要素のアレイを製造する方法を例解する。 材料の単一の初期ブロックからエネルギー・リレー要素のアレイを製造する方法を例解する。 材料の単一の初期ブロックからエネルギー・リレー要素のアレイを製造する方法を例解する。 材料の単一の初期ブロックからエネルギー・リレー要素のアレイを製造する方法を例解する。 リレー材料からテーパリレーを形成する方法を例解する。 リレー材料からテーパリレーを形成する方法を例解する。 テーパ状エネルギー・リレーのアレイを形成する方法を示し、図４５に示すものと同様の複数の金型が提供される。 テーパ状エネルギー・リレーのアレイを形成する方法を示し、図４５に示すものと同様の複数の金型が提供される。 ２つのテーパリレーを生成するために、所望のテーパ傾斜プロファイルを含むウェッジに印加された力を使用して、熱の印加と同時にリレー材料を二次元で圧縮し得る多段階プロセスを例解する。 ２つのテーパリレーを生成するために、所望のテーパ傾斜プロファイルを含むウェッジに印加された力を使用して、熱の印加と同時にリレー材料を二次元で圧縮し得る多段階プロセスを例解する。 ２つのテーパリレーを生成するために、所望のテーパ傾斜プロファイルを含むウェッジに印加された力を使用して、熱の印加と同時にリレー材料を二次元で圧縮し得る多段階プロセスを例解する。 ２つのテーパリレーを生成するために、所望のテーパ傾斜プロファイルを含むウェッジに印加された力を使用して、熱の印加と同時にリレー材料を二次元で圧縮し得る多段階プロセスを例解する。 ２つのテーパリレーを生成するために、所望のテーパ傾斜プロファイルを含むウェッジに印加された力を使用して、熱の印加と同時にリレー材料を二次元で圧縮し得る多段階プロセスを例解する。 ２つのテーパリレーを生成するために、所望のテーパ傾斜プロファイルを含むウェッジに印加された力を使用して、熱の印加と同時にリレー材料を二次元で圧縮し得る多段階プロセスを例解する。 ２つのテーパリレーを生成するために、所望のテーパ傾斜プロファイルを含むウェッジに印加された力を使用して、熱の印加と同時にリレー材料を二次元で圧縮し得る多段階プロセスを例解する。 すべての処理ステップが完了した後の、図５４Ａ及び図５４Ｂに示すテーパリレーの端面図を例解する。 圧縮が同時に行われるのではなく、各直交次元（Ｙ，Ｚ）に対して別々に２つのステップで行われることを除いて、図５２Ａ～図５４Ｂに示されたプロセスと同様のプロセスを例解する。 圧縮が同時に行われるのではなく、各直交次元（Ｙ，Ｚ）に対して別々に２つのステップで行われることを除いて、図５２Ａ～図５４Ｂに示されたプロセスと同様のプロセスを例解する。 圧縮が同時に行われるのではなく、各直交次元（Ｙ，Ｚ）に対して別々に２つのステップで行われることを除いて、図５２Ａ～図５４Ｂに示されたプロセスと同様のプロセスを例解する。 圧縮が同時に行われるのではなく、各直交次元（Ｙ，Ｚ）に対して別々に２つのステップで行われることを除いて、図５２Ａ～図５４Ｂに示されたプロセスと同様のプロセスを例解する。 圧縮が同時に行われるのではなく、各直交次元（Ｙ，Ｚ）に対して別々に２つのステップで行われることを除いて、図５２Ａ～図５４Ｂに示されたプロセスと同様のプロセスを例解する。 圧縮が同時に行われるのではなく、各直交次元（Ｙ，Ｚ）に対して別々に２つのステップで行われることを除いて、図５２Ａ～図５４Ｂに示されたプロセスと同様のプロセスを例解する。 圧縮が同時に行われるのではなく、各直交次元（Ｙ，Ｚ）に対して別々に２つのステップで行われることを除いて、図５２Ａ～図５４Ｂに示されたプロセスと同様のプロセスを例解する。 圧縮が同時に行われるのではなく、各直交次元（Ｙ，Ｚ）に対して別々に２つのステップで行われることを除いて、図５２Ａ～図５４Ｂに示されたプロセスと同様のプロセスを例解する。 圧縮が同時に行われるのではなく、各直交次元（Ｙ，Ｚ）に対して別々に２つのステップで行われることを除いて、図５２Ａ～図５４Ｂに示されたプロセスと同様のプロセスを例解する。 圧縮が同時に行われるのではなく、各直交次元（Ｙ，Ｚ）に対して別々に２つのステップで行われることを除いて、図５２Ａ～図５４Ｂに示されたプロセスと同様のプロセスを例解する。 ４つの連動摺動壁から構成される圧縮固定具を使用するテーパ形成のための固定具の端面図を例解する。 処理が完了した後の壁の位置を例解する。 図５９Ａの固定具の側面図を例解する。 処理ステップ前のリレー材料のブロックを示す。 処理ステップが完了した後の、結果得られるテーパリレーを例解する。 いくつかの処理ステップが連続して実行されるプロセスの一実施形態を例解する。 いくつかの処理ステップが並行して実行されるプロセスの一実施形態を例解する。 エネルギー・リレー材料を提供するためのプロセスの一実施形態を例解する。 所定の配向を伴う複数のエネルギー伝搬経路を有する、エネルギー・リレー要素を例解する。 湾曲した表面及び線形表面を有し、所定の配向を伴う複数のエネルギー伝搬経路を有する、エネルギー・リレーを例解する。 ２つの線形表面を有し、所定の配向を伴う複数のエネルギー伝搬経路を有する、エネルギー・リレーを例解する。 ２つの湾曲した表面を有し、所定の配向を伴う複数のエネルギー伝搬経路を有する、エネルギー・リレーを例解する。 エネルギー・リレーのエネルギー伝搬経路及び表面プロファイルの配向によって説明される設計パラメータを例解する。 異なる方向に整列されるエネルギーの出口円錐を有する非平面表面を有するように形成される、エネルギー・リレーの例を例解する。 異なる方向に整列されるエネルギーの出口円錐を有する非平面表面を有するように形成される、エネルギー・リレーの例を例解する。 異なる方向に整列されるエネルギーの出口円錐を有する非平面表面を有するように形成される、エネルギー・リレーの例を例解する。 最小化された拡大又は縮小を伴うエネルギー・リレーの例を例解する。 最小化された拡大又は縮小を伴うエネルギー・リレーの例を例解する。 異なる方向に整列されるエネルギーの出口円錐を有する非平面表面を有するように形成される、エネルギー・リレーの例を例解する。 異なる方向に整列されるエネルギーの出口円錐を有する非平面表面を有するように形成される、エネルギー・リレーの例を例解する。 機械的エネルギーを輸送するように構成されたエネルギー・リレーのための例示的な構造を提供する。
Ｈｏｌｏｄｅｃｋ（集合的に「Ｈｏｌｏｄｅｃｋ設計パラメータ」と呼ばれる）の一実施形態は、十分なエネルギー刺激を提供して、人間の感覚受容器を欺いて、仮想環境、社会環境、及びインタラクティブな環境内で受信されたエネルギーインパルスが本物であると信じ込ませ、１）外部付属品、ヘッドマウントアイウェア、又は他の周辺機器を伴わない両眼視差、２）任意の数の視認者に対して同時に視認体積全体にわたって正確な運動視差、遮蔽及び不透明度、３）すべての知覚光線に対する眼の同期的な収束、調節及び縮瞳による視覚焦点、並びに４）視覚、聴覚、触覚、味覚、嗅覚、及び／又はバランスに対する人間の感覚「解像度」を超える十分な密度及び解像度の収束エネルギー波伝搬を提供する。
これまでの従来の技術に基づいて、視覚系、聴覚系、体性感覚系、味覚系、嗅覚系、及び前庭系を含むＨｏｌｏｄｅｃｋ設計パラメータ（Holodeck Design Parameter）によって示唆されたように、画期的な方法ですべての受容野を提供することが可能な技術から、我々は、数世紀とまでは言わないが、数十年経過したところにある。
本開示では、明視野及びホログラフィックという用語は、任意の感覚受容器応答の刺激のためのエネルギー伝搬を定義するために、同義的に使用され得る。最初の開示は、ホログラフィック画像及び体積型ハプティクスに対するエネルギー面を通る電磁的及び機械的エネルギー伝搬の例に言及し得るが、あらゆる形態の感覚受容器が、本開示の中で想定される。更に、伝搬経路に沿ったエネルギー伝搬に対する本明細書に開示された原理は、エネルギー放出及びエネルギー捕捉の両方に適用可能であり得る。
今日、多くの技術が存在し、それらは、残念ながら、レンチキュラー印刷、ペッパーズゴースト、裸眼立体ディスプレイ、水平視差ディスプレイ、ヘッドマウントＶＲ及びＡＲディスプレイ（ＨＭＤ）、並びに「フォークスログラフィ」として一般化された他のそのような錯覚を含む、ホログラムと混同されていることが多い。これらの技術は、真のホログラフィックディスプレイの所望の特性のいくつかを呈し得るが、識別された４つのホルデッキ設計パラメータのうちの少なくとも２つに対処するのに十分な任意の方法で、人間の視覚感覚応答を刺激する能力が不足している。
これらの課題は、ホログラフィックエネルギー伝搬に対して十分にシームレスなエネルギー面を生成するための従来の技術によっては首尾よく実施されていない。しかしながら、視差バリア、ホーゲル、ボクセル、回折光学素子、マルチビュー投影、ホログラフィック拡散器、回転ミラー、多層ディスプレイ、時系列ディスプレイ、ヘッドマウントディスプレイ等を含む、体積式及び方向多重化明視野ディスプレイを実施するには、様々なアプローチがあるが、従来のアプローチは、画質、解像度、角度サンプリング密度、サイズ、コスト、安全性、フレームレート等に関する妥協を必要とすることがあり、最終的には実行不可能な技術となる可能性がある。
視覚系、聴覚系、体性感覚系のためのＨｏｌｏｄｅｃｋ設計パラメータを達成するために、それぞれの系の各々の人間の鋭敏さが研究され、人間の感覚受容器を十分欺くためにエネルギー波を伝搬させることが理解される。視覚系は、おおよそ１分まで解像することができ、聴覚系は、わずか３度の配置差を区別することができ、手の体性感覚系は、２～１２ｍｍ離れた点を識別することができる。これらの鋭敏性を測定するには、様々な相反する方法があるが、これらの値は、エネルギー伝搬の知覚を刺激するためのシステム及び方法を理解するには十分である。
よく知られている感覚受容器のうち、人間の視覚系は、単一の光子でさえ感覚を誘発することができることを考慮すると、はるかに感度が高い。この理由のため、本導入の多くは、視覚エネルギー波伝搬に焦点を絞り、開示されたエネルギー導波路表面内に結合された極めて低い解像度のエネルギーシステムは、適切な信号を収束させて、ホログラフィック感覚上の知覚を誘発し得る。特に断りのない限り、すべての開示は、すべてのエネルギー及び感覚領域に当てはまる。
視認体積及び視認距離が与えられた視覚系に対するエネルギー伝搬の有効設計パラメータを計算する場合、所望のエネルギー面は、有効エネルギー位置密度の多くのギガピクセルを含むように設計され得る。広い視認体積、又は近視野視認に関して、所望のエネルギー面の設計パラメータは、数百ギガピクセル以上の有効エネルギー位置密度を含み得る。比較すると、所望のエネルギー源は、入力環境変数に依存して、体積型ハプティクスの超音波伝搬の場合の１～２５０有効ギガピクセルのエネルギー位置密度、又はホログラフィック音響の音響伝搬の場合の３６～３，６００個の有効エネルギー位置のアレイを有するように設計されることができる。注目すべき重要なことは、開示された双方向エネルギー面アーキテクチャでは、すべての構成要素が、ホログラフィック伝搬を可能にするために、任意のエネルギー領域に対して適切な構造を形成するように構成され得ることである。
しかしながら、今日、Ｈｏｌｏｄｅｃｋを可能にするための主な課題は、利用可能な視覚技術及び電磁気装置の限界を内包している。音響装置及び超音波装置は、それぞれの受容野における感覚鋭敏性に基づいて所望の密度における大きさに数桁の違いがあることを考慮すると、それほど困難なものではないが、その複雑性を軽視すべきではない。ホログラフィックエマルジョンは、所望の密度を上回る解像度を伴って存在し、静止画像内の干渉パターンを符号化する一方で、最先端のディスプレイ装置は、解像度、データスループット、及び製造の実現可能性によって制約される。これまで、単独のディスプレイ装置では、視力に対して略ホログラフィックな解像度を有する明視野を有意に生成することができなかった。
高度現実的ライト・フィールド・ディスプレイのための所望の解像度を満たすことが可能な単一のシリコンベース装置の製造は、現実的ではなく、現在の製造能力を超える極めて複雑な製造プロセスを内包し得る。既存の複数のディスプレイ装置を一緒にタイル状に並べることに対する制約は、パッケージング、電子機器回路、筐体、光学部品により形成される継ぎ目及び間隙、並びに画像化、コスト、及び／又はサイズの観点から結果として必然的に実行不可能な技術となる他の多くの課題を内包する。
本明細書に開示された実施形態は、Ｈｏｌｏｄｅｃｋを構築するための現実世界の道筋を提供し得る。
ここで、これ以降の本明細書に、添付図面を参照して、実施形態例について説明するが、添付図面は、本明細書の一部を形成し、それらは、実施され得る実施形態例を例解している。本開示及び付属の特許請求の範囲の中で使用されているように、「実施形態」、「実施形態例」、及び「例示的実施形態」という用語は、必ずしも単一の実施形態を指しているわけではないが、それらは単一の実施形態であってもよく、また、様々な実施形態例が、実施形態例の範囲又は趣旨から逸脱しなければ、容易に組み合わされ、同義的に使用され得る。更に、本明細書内で使用される専門用語は、実施形態例を説明することのみを目的としており、限定されたものであることを意図されていない。この点において、本明細書内で使用されているように、用語「ｉｎ」は、「の中（ｉｎ）」及び「の上（ｏｎ）」を含み得、用語「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、単数及び複数を指すことを含み得る。更に、本明細書内で使用されているように、用語「ｂｙ」は、また、その文脈に従って「から（ｆｒｏｍ）」をも意味し得る。更に、本明細書内で使用されているように、用語「ｉｆ」は、また、その文脈に従って「ｗｈｅｎ（の場合）」又は「ｏｎ（のとき）」をも意味し得る。更に、本明細書内で使用されているように、単語「及び／又は」は、関連して列挙された項目のうちの１つ以上の任意及びすべての可能な組み合わせを指し、包含し得る。
［ホログラフィックシステムの検討］
＜明視野エネルギー伝搬解像度の概要＞
ライトフィールド及びホログラフィックディスプレイは、エネルギー面場所が、視認体積内に伝搬された角度、色、及び強度の情報を提供する複数の投影の結果である。開示されたエネルギー面は、追加の情報が同じ表面を通って共存及び伝搬する機会を提供し、他の感覚系応答を誘発する。立体ディスプレイとは異なり、空間内の収束されたエネルギー伝搬経路の視認される位置は、視認者が視認体積の周りを移動しても変化せず、多数の視認者が、あたかも対象物が本当にそこに存在するかのように、実世界空間内の伝搬された対象物を同時に観察し得る。いくつかの実施形態では、エネルギーの伝搬は、同じエネルギー伝搬経路内に配置され得るが、反対方向に配置されてもよい。例えば、エネルギー伝搬経路に沿ったエネルギー放出及びエネルギー捕捉は、本開示のいくつかの実施態様では、両方とも可能である。
図１は、感覚受容器応答の刺激に関連した変数を例解する概略図である。これらの変数には、表面対角１０１、表面幅１０２、表面高さ１０３、決定されたターゲット座席距離１１８、ディスプレイの中心からのターゲット座席視野１０４、両眼の間のサンプルとして本明細書に示された中間サンプルの数１０５、大人の眼間の平均離隔距離１０６、人間の眼の角度分単位の平均解像度１０７、ターゲット視認者位置と表面幅との間に形成される水平視野１０８、ターゲット視認者位置と表面高さとの間に形成される垂直視野１０９、結果得られる表面全体の水平導波路素子解像度、又は素子の総数１１０、結果得られる表面全体の垂直導波路素子解像度、又は素子の総数１１１、両眼の間における瞳孔間間隔、及び両眼の間の角度投影に対する中間サンプル数に基づいたサンプル距離１１２、が含まれてもよく、角度サンプリングは、サンプル距離及びターゲット着座距離１１３に基づいてもよく、所望の角度サンプリングから導出された導波路素子当たり総水平解像度１１４、所望の角度サンプリングから導出された導波路素子当たり総垂直解像度１１５、装置水平は、所望の離散エネルギー源の決定された数のカウント１１６であり、装置垂直は、所望の慎重なエネルギー源の決定された数のカウント１１７である。
所望の最小解像度を理解するための方法は、視覚（又は他の）感覚受容器応答の十分な刺激を確保するための以下の基準、すなわち、表面サイズ（例えば、８４インチ対角線）、表面アスペクト比（例えば、１６：９）、座席距離（例えば、ディスプレイからの距離１２８インチ）、座席視野（例えば、ディスプレイの中心に対して１２０度又は±６０度）、ある距離を隔てた所望の中間サンプル（例えば、両眼の間にある１つの追加伝搬経路）、大人の眼間の平均離隔距離（約６５ｍｍ）、及び人間の眼の平均解像度（約１角度分）に基づき得る。これらの例の値は、具体的なアプリケーション設計パラメータに応じたプレースホルダとみなされるべきである。
更に、視覚感覚受容器に起因する値の各々は、他の系と置き換えられ、所望の伝搬経路パラメータを決定し得る。他のエネルギー伝搬の実施形態の場合、聴覚系の角度感度を３度と低くなるように、また、手の体性感覚系の空間解像度を２～１２ｍｍと小さくなるように考慮され得る。
これらの知覚の鋭敏さを測定するための様々な相反する方法が存在するが、これらの値は、仮想エネルギー伝搬の知覚を刺激するシステム及び方法を理解するのに十分である。設計解像度を考慮するための多くの方法が存在するが、以下に提案される原理体系は、実用的な製品検討と感覚系の生物学的な解像限界とを組み合わせる。当業者には理解されるように、以下の概要は、かかる任意のシステム設計を単純化したものであり、単なる例示的な目的のみのために考慮されるべきである。
感覚系の解像限界が理解されると、以下が与えられれば、受け取る感覚系が、単一のエネルギー導波路素子と隣接する素子とを識別できないように、総エネルギー導波路素子密度を計算することができる。
Figure 2023553184000002
上記の計算の結果、略３２×１８°の視野が得られ、略１９２０×１０８０個（最も近いフォーマットに丸められた）のエネルギー導波路素子が所望される。また、視界が（ｕ、ｖ）の両方に対して両立し、エネルギー位置のより規則正しい空間サンプリング（例えば、ピクセルアスペクト比）を提供するように、変数を抑制することもできる。システムの角度サンプリングが、最適化された距離における２点間で定義されたターゲット視認体積位置、及び追加伝搬エネルギー経路を仮定すると、以下のように与えられる。
Figure 2023553184000003
この場合、眼間距離を活用してサンプル距離を計算するが、任意の尺度を活用して所与の距離としての適切なサンプル数を説明し得る。上記の変数を考慮すると、０．５７°当たり約１つの光線が所望されてもよく、独立した感覚系毎の全システム解像度は、以下のように決定され得る。
Figure 2023553184000004
上記のシナリオを使って、視力システムに対して対処されたエネルギー面のサイズ、及び角度解像度が与えられると、その結果得られるエネルギー面は、望ましくは、約４００ｋ×２２５ｋピクセルのエネルギー分解能位置、又は９０ギガピクセルのホログラフィック伝搬密度を含み得る。これらの与えられた変数は、単なる例示的な目的のみのためであり、他の多くの感覚及びエネルギーの計量上の考察は、エネルギーのホログラフィック伝搬の最適化に対して検討されるべきである。追加の実施形態では、１ギガピクセルのエネルギー分解能位置が、入力変数に基づいて求められ得る。追加の実施形態では、１，０００ギガピクセルのエネルギー分解能位置が、入力変数に基づいて求められ得る。
［現行技術の限界］
＜能動領域、装置電子機器回路、パッケージング、及び機械的エンベロープ＞
図２は、ある特定の機械的形状因子を伴う能動領域２２０を有する装置２００を例解する。装置２００は、電力供給のためのドライバ２３０及び電子機器回路２４０を含み、能動領域２２０に接続することができ、その能動領域は、ｘ及びｙの矢印により示されるような寸法を有する。この装置２００は、電力及び冷却のコンポーネントを駆動するためのケーブル配線及び機械的構造体を考慮に入れておらず、更に、機械的実装面積は、可撓ケーブルを装置２００の中に導入することによって最小化され得る。また、かかる装置２００に対する最小実装面積は、Ｍ：ｘ及びＭ：ｙの矢印により示される寸法を有する機械的エンベロープ２１０と呼ばれ得る。この装置２００は、単に例解目的のみのためであり、特定用途向け電子機器回路設計は、機械的エンベロープ・オーバヘッドを更に減らす可能性があるが、ほとんどすべての場合において、装置の能動領域の正確なサイズとはなり得ない。一実施形態では、この装置２００は、マイクロＯＬＥＤ、ＤＬＰチップ、もしくはＬＣＤパネル、又は画像照明の目的を有する他の任意の技術に対する能動画像領域２２０と関連するため、電子機器回路の依存状態を例解する。
いくつかの実施形態では、より大規模なディスプレイ全体上に複数の画像を集約するために、他の投影技術を検討することも可能となり得る。しかしながら、このことは、投写距離、最小焦点、光学品質、均一なフィールド解像度、色収差、熱特性、較正、整列、追加サイズ、又は形状因子に対するより大きな複雑化によるコストをもたらし得る。最も実用的な応用の場合、数十又は数百個のこれらの投影源２００をホストとして機能させることは、結果として、より信頼性が低く、より大規模な設計となり得る。
単に例示的な目的だけのため、３８４０×２１６０サイトのエネルギー位置密度を有するエネルギー装置を仮定すると、エネルギー面に対して望ましい個別のエネルギー装置（例えば、装置１００）の数を算出し得、以下のように与えられる。
Figure 2023553184000005
上記の解像度の考慮を前提とすると、図２に示すエネルギー装置と同様の、約１０５×１０５個の装置が所望され得る。数多くの装置が、規則正しい格子状にマッピングされる場合もされない場合もある様々なピクセル構造を含み得ることに注意されたい。各完全なピクセル内に追加のサブピクセル又は位置が存在するという場合には、これらは、活用され、追加の解像度又は角度密度を生成し得る。追加の信号処理を使用して、ピクセル構造体（複数可）の指定された位置に従って、明視野を正しい（ｕ、ｖ）座標に変換する方法を決定することができ、各装置の、既知の較正された明示的な特性となり得る。更に、他のエネルギー領域は、これらの比率及び装置構造体の異なる取り扱いを必要とし得、当業者は、所望の周波数領域の各々の間にある直接的な内在的関係を理解するであろう。これについては、以降の開示の中でより詳細に示され、検討されるであろう。
結果得られた計算を使用して、最大解像度エネルギー面を生成するには、これらの個別の装置のうちのどれだけの個数が望ましいのかを理解し得る。この場合、視力閾値を達成するには、約１０５×１０５個、又は約１１，０８０個の装置が所望され得る。十分な感覚ホログラフィック伝搬に対してこれらの利用可能なエネルギー位置からシームレスなエネルギー面を作り出すことには、課題及び斬新さが存在する。
［シームレスなエネルギー面の概要］
＜エネルギー・リレーのアレイの構成及び設計＞
いくつかの実施形態では、各装置の機械的構造の制約による継ぎ目がない個別装置のアレイから高エネルギー位置密度を生成する課題に対処するためのアプローチについて開示されている。一実施形態では、エネルギー伝搬リレーシステムにより、能動装置領域の有効サイズを増加させることが、機械的寸法を満たすか、又は超過することを可能にして、リレーのアレイを構成し、かつ単一のシームレスなエネルギー面を形成し得る。
図３は、かかるエネルギー・リレー・システム３００の一実施形態を例解する。図に示すように、リレーシステム３００は、機械的エンベロープ３２０に搭載された装置３１０を含み得、エネルギー・リレー要素３３０が、装置３１０からエネルギーを伝搬させる。リレー要素３３０は、装置の複数の機械的エンベロープ３２０が複数の装置３１０のアレイ中に配置されているときに生じ得る任意の間隙３４０を減らす能力を提供するように構成され得る。
例えば、装置の能動領域３１０が２０ｍｍ×１０ｍｍであり、機械的エンベロープ３２０が４０ｍｍ×２０ｍｍである場合、エネルギー・リレー要素３３０は、２：１の倍率で設計されて、小端部（矢印Ａ）において約２０ｍｍ×１０ｍｍ、拡大端部（矢印Ｂ）において４０ｍｍ×２０ｍｍであるテーパ形状を作り出すことができ、各装置３１０の機械的エンベロープ３２０を変更又は衝突させることなく、これらの素子３３０のアレイを一緒にシームレスに整列させる能力を提供し得る。機械的に、リレー要素３３０は、一緒に接合又は融着され、各装置３１０間の最低限の継ぎ目間隙３４０を保証しながら整列され、かつ研磨されることができる。かかる一実施形態では、眼の視力限界より小さい継ぎ目間隙３４０を達成することが可能になる。
図４は、一緒に形成され、追加の機械的構造体４３０に確実に締着されたエネルギー・リレー要素４１０を有するベース構造体４００の一例を例解する。シームレスなエネルギー面４２０の機械的構造体は、複数のエネルギー・リレー要素４１０、４５０を、リレー要素４１０、４５０を搭載するための結合又は他の機械的プロセスを通じて、同じベース構造体に直列に結合する機能を提供する。いくつかの実施態様では、各リレー要素４１０は、融着され、接合され、接着され、圧力嵌合され、整列され、又はそれ以外では、一緒に取り付けられて、その結果得られるシームレスなエネルギー面４２０を形成し得る。いくつかの実施態様では、装置４８０は、リレー要素４１０の後部に搭載され、パッシブ又はアクティブ調芯されて、決められた公差を維持する範囲内で適切なエネルギー位置に整列することを確保し得る。
一実施形態では、シームレスなエネルギー面は、１つ以上のエネルギー位置を備え、１つ以上のエネルギー・リレー要素スタックは、第１及び第２の側面を備え、各エネルギー・リレー要素スタックは、１つ以上のエネルギー位置とシームレスディスプレイ表面との間で延在する伝搬経路に沿ってエネルギーを指向する単一のシームレス表示面を形成するように配置され、ここで、終端エネルギー・リレー要素の任意の２つの隣接する第２の側面の端部間距離は、単一のシームレス表示面の幅より大きい距離において２０／４０の映像よりも良好な人間の視力によって定義されるような最小知覚可能外形よりも小さい。
一実施形態では、シームレスなエネルギー面の各々は、横方向及び長手方向の配向に第１及び第２の表面を形成する１つ以上の構造体を各々有する１つ以上のエネルギー・リレー要素を備える。第１のリレー表面は、結果として正又は負の拡大率となる第２のリレー表面とは異なる領域を有し、第２のリレー表面全体を横切る表面輪郭の法線に対して±１０度の角度を実質的に満たすように、第２のリレー表面を通ってエネルギーを通過させる第１のリレー表面及び第２のリレー表面の両方に対して、明示的な表面輪郭を伴って構成されている。
一実施形態では、複数のエネルギー領域は、視覚、聴覚、触覚、又は他のエネルギー領域を含む１つ以上の感覚ホログラフィックエネルギー伝搬経路を指向するように、単一のエネルギー・リレー内、又は複数のエネルギー・リレーの間に構成され得る。
一実施形態では、シームレスなエネルギー面は、１つ以上のエネルギー領域を同時に受信及び放出の両方を行って、そのシステム全体にわたって双方向のエネルギー伝搬を提供するように、各第２の側面に対する２つ以上の第１の側面を含むエネルギー・リレーで構成される。
一実施形態では、エネルギー・リレーは、ゆるやかなコヒーレント素子として提供される。
［コンポーネント操作された構造の導入］
＜横アンダーソン局在エネルギー・リレーにおける開示された進展＞
エネルギー・リレーの特性は、横アンダーソン局在を誘発させるエネルギー・リレー要素に対して本明細書に開示された原理に従って大幅に最適化され得る。横アンダーソン局在は、横方向には不規則であるが長手方向には一貫性のある材料を通って輸送される光線の伝搬である。
これは、アンダーソン局在現象を生じさせる材料の影響は、波の干渉が横方向の配向の伝搬を完全に制限し得る一方で長手方向の配向の伝搬を継続するような多重散乱経路間のランダム化によるよりも、全反射による影響を受けにくいことを意味し得る。
更に重要な利点としては、従来のマルチコア光ファイバ材料のクラッドを除去することである。このクラッドは、ファイバ間のエネルギーの散乱を機能的に除去するが、同時に光線エネルギーに対する障壁として機能し、これによって少なくともコア対クラッド比（例えば、７０：３０のコア対クラッド比では、受信されたエネルギー伝送のうちの最大７０％で送信し得る）まで伝送を減少させ、更に、伝搬されたエネルギー内に強いピクセル化パターニングを形成する。
図５Ａは、かかる１つの非アンダーソン局在エネルギー・リレー５００の一例の端面図を例解し、ここでは、画像が、光ファイバの固有の特性のためにピクセル化及びファイバノイズが呈し得るマルチコア光ファイバを介してリレーされている。従来のマルチモード及びマルチコア光ファイバを使うと、中継された画像は、離散的なアレイコアの全反射特性のために本質的にピクセル化され得、そこでは、任意のコア間クロストークが変調伝達関数を低下させ、かつ輪郭ボケを増加させるであろう。従来のマルチコア光ファイバを用いて結果として生成された画像は、図５Ａに示すものと同様の残留固定ノイズファイバパターンを有する傾向がある。
図５Ｂは、横アンダーソン局在の特性を示す材料を含むエネルギー・リレーを通過する同じ中継画像５５０の一例を示し、ここでは、中継パターンが、図５Ａの固定されたファイバパターンと比較して、より大きな密度の粒子構造を有する。一実施形態では、ランダム化された微小ココンポーネント操作された構造を含む中継は、横アンダーソン局在を誘発し、市販のマルチモードガラス光ファイバよりも高い、解決可能な解像度の伝搬で光をより有効に輸送する。
一実施形態では、横アンダーソン局在を呈するリレー要素は、三次元格子状に配置された３つの各々の直交平面内に、複数の少なくとも２つの異なるコンポーネント操作された構造を含み得、その複数の構造体は、三次元格子内の横平面内の材料波伝搬特性のランダム化された分布、及び三次元格子内の長手方向平面内の材料波伝搬特性の同様の値のチャネルを形成し、そこでは、エネルギー・リレーを通って伝搬するエネルギー波は、横方向配向に対して、長手方向配向により高い輸送効率を有し、空間的に横方向の向きに局在化されている。
一実施形態では、三次元格子内の横平面の材料波伝搬特性のランダム化された分布は、分布のランダム化された性質のため、望ましくない構成につながり得る。材料波伝搬特性のランダム化された分布は横平面全体にわたって平均上のエネルギーのアンダーソン局在を誘発し得るが、制御されていないランダム分布の結果として、類似する波伝搬特性を有する類似する材料の限られた領域を偶然に形成し得る。例えば、類似する波伝搬特性のこれらの局所的な領域のサイズが、それらの意図するエネルギー輸送領域に対して大きすぎる場合、その材料を介したエネルギー輸送の効率の潜在的低減が存在し得る。
一実施形態では、リレーは、光の横アンダーソン局在を誘発することによって特定の波長範囲の可視光を輸送するために、コンポーネント操作された構造のランダム化された分布から形成され得る。しかしながら、それらのランダム分布のため、構造は、可視光の波長よりも数倍大きい単一のコンポーネント操作された構造の連続領域を横平面にわたって形成するように、偶然に配列し得る。その結果、大きい連続する単一材料領域の長手方向軸に沿って伝搬する可視光は、横アンダーソン局在効果の低下を経験する場合があり、また、リレーを介した輸送効率の悪化を被る場合がある。
一実施形態では、エネルギー・リレー材料の横平面の材料波伝搬特性の非ランダムパターンを設計することが望ましくなり得る。かかる非ランダムパターンは、横アンダーソン局在に類似する方法を介してエネルギー局在効果を理想的に誘発し、一方で、ランダムな特性分布から本質的に生じる変則的に分布する材料特性による輸送効率の潜在的な低下を最小にする。以下、エネルギー・リレー要素内の横アンダーソン局在の効果に類似する横エネルギー局在効果を誘発するために、材料波伝搬特性の非ランダムパターンを使用することを、秩序化エネルギー局在と呼ぶ。
一実施形態では、複数のエネルギー領域は、視覚、聴覚、触覚、又は他のエネルギー領域を含む１つ以上の感覚ホログラフィックエネルギー伝搬経路を指向するように、単一の秩序化エネルギー局在エネルギー・リレー内、又は複数の秩序化エネルギー局在エネルギー・リレーの間に構成され得る。複数のエネルギー領域のエネルギーを輸送するように構成されたリレーの原理及び例は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、共通の米国特許第１０，８８４，２５１号に記載されている。
一実施形態では、シームレスなエネルギー面は、１つ以上のエネルギー領域の受信及び放出の両方を同時に行って、そのシステム全体にわたって双方向のエネルギー伝搬を提供するように、各第２の側面に対する２つ以上の第１の側面を備える、秩序化エネルギー局在エネルギー・リレーで構成される。
一実施形態では、秩序化エネルギー局在エネルギー・リレーは、ゆるやかなコヒーレント要素又は可撓性エネルギー・リレー要素として構成される。
［４Ｄｐｌｅｎｏｐｔｉｃ関数に関する考察］
＜ホログラフィック導波路アレイを通るエネルギーの選択的伝搬＞
上記及び本明細書全体にわたって考察されているように、明視野ディスプレイシステムは、一般に、エネルギー源（例えば、照明源）、及び上記の考察で明確に示したような、十分なエネルギー位置密度で構成されたシームレスなエネルギー面を含む。複数のリレー要素を使用して、エネルギー装置からシームレスなエネルギー面にエネルギーを中継し得る。一旦、エネルギーが所要のエネルギー位置密度を有するシームレスなエネルギー面に送達されると、エネルギーは、開示されたエネルギー導波路システムを介して４Ｄｐｌｅｎｏｐｔｉｃ関数に従って伝搬され得る。当業者によって理解されるように、４ＤＰｌｅｎｏｐｔｉｃ関数は当該技術分野でよく知られており、本明細書ではこれ以上詳述しない。
エネルギー導波路システムは、４Ｄｐｌｅｎｏｐｔｉｃ関数の角度コンポーネントを表すことを通じて通過するエネルギー波の角度方向を変化させるように構成された構造体と共に、４Ｄｐｌｅｎｏｐｔｉｃ関数の空間座標を表すシームレスなエネルギー面に沿って複数のエネルギー位置を通ってエネルギーを選択的に伝搬させ、そこでは、伝搬されたエネルギー波は、４Ｄｐｌｅｎｏｐｔｉｃ関数により指向された複数の伝搬経路に従って空間内に収束し得る。
ここで、図６を参照して、４Ｄｐｌｅｎｏｐｔｉｃ関数に従って４Ｄ画像空間におけるライトフィールドエネルギー面の一例を例解する。この図は、エネルギーの光線が視体積内の様々な位置から空間６３０内でどのように収束するかを説明する際の視認者６２０へのエネルギー面６００のレイ・トレースを示している。図に示すように、各導波路素子６１０は、エネルギー面６００を通るエネルギー伝搬６４０を説明する４次元情報を画定する。２つの空間次元（本明細書では、ｘ及びｙと呼ばれる）とは、画像空間内で観察され得る物理的な複数のエネルギー位置、並びに角度成分θ及びφ（本明細書では、ｕ及びｖと呼ばれる）であり、このことは、エネルギー導波路アレイを通って投影されるときに仮想空間内で観察される。通常、及び４Ｄｐｌｅｎｏｐｔｉｃ関数に従って、複数の導波路（例えば、小型レンズ）は、本明細書に記載されたホログラフィック又は明視野システムを形成する際、ｕ、ｖ角度成分により画定された方向に沿って、ｘ、ｙ次元から仮想空間内の特定の位置にエネルギー位置を指向することができる。
しかしながら、当業者であれば、明視野及びホログラフィックディスプレイ技術に対する重要な課題は、回折、散乱、拡散、角度方向、較正、焦点、視準、曲率、均一性、素子クロストーク、並びに減少する有効解像度並びに極めて忠実にエネルギーを正確に収束させることができないことの一因となる他の多数のパラメータのいずれかを正確に考慮しなかった設計のために、制御されていないエネルギー伝搬を引き起こすことを理解するであろう。
一実施形態では、ホログラフィックディスプレイに関する課題に対処するための選択的エネルギー伝搬へのアプローチは、エネルギー抑制要素、及び４Ｄｐｌｅｎｏｐｔｉｃ関数により画成された環境の中に、導波路の開口部を略平行エネルギーで実質的に満たすことを含み得る。
一実施形態では、エネルギー導波路のアレイは、各導波路素子が通って延在するように構成された複数のエネルギー伝搬経路を画定し、単一の導波路素子を通過するのみのために各エネルギー位置の伝搬を制限するように位置付けられた１つ以上の素子によって抑制されたシームレスなエネルギー面に沿って、複数のエネルギー位置に対する所定の４Ｄ関数により画定された固有の方向において、導波路素子の有効開口部を実質的に満たし得る。
一実施形態では、複数のエネルギー領域は、単一のエネルギー導波路内に、又は複数のエネルギー導波路の間に構成され、視覚、聴覚、触覚、又は他のエネルギー領域を含む１つ以上の感覚ホログラフィックエネルギー伝搬を指向し得る。
一実施形態では、エネルギー導波路及びシームレスなエネルギー面は、システム全体にわたって双方向のエネルギー伝搬を提供するように、１つ以上のエネルギー領域の受信及び放出の両方を行うように構成される。
一実施形態では、エネルギー導波路は、エネルギーの非線形又は非規則的なエネルギー分布を伝搬するように構成されており、そのエネルギー分布は、非送信ボイド領域を含み、デジタル符号化、回折、屈折、反射、グリン、ホログラフィック、フレネル、又は壁、テーブル、床、天井、部屋、もしくは他の幾何学ベース環境を含む任意のシームレスなエネルギー面の向きのための同様な導波路構成を活用する。更なる実施形態では、エネルギー導波路素子は、ユーザが３６０度構成でエネルギー面のすべての周辺からホログラフィック画像を視認することを可能にする任意の表面プロファイル及び／又は卓上視野を提供する様々な形状を生成するように構成され得る。
一実施形態では、エネルギー導波路アレイ素子は、反射表面としてもよく、それらの素子の配置は、六角形、正方形、不規則、半規則、湾曲、非平面、球面、円筒、傾斜規則、傾斜不規則、空間的に変化する、かつ／又は多層化されてもよい。
シームレスなエネルギー面内の任意のコンポーネントの場合、導波路又は中継コンポーネントとしては、以下に限定されないが、光ファイバ、シリコン、ガラス、ポリマー、光リレー、回折、ホログラフィック、屈折、又は反射素子、光学面板、エネルギー結合器、ビームスプリッタ、プリズム、偏光素子、空間光変調器、能動ピクセル、液晶セル、透明ディスプレイ、又はアンダーソン局在もしくは全反射を呈する任意の同様な材料を挙げることができる。
［Ｈｏｌｏｄｅｃｋの実現］
＜ホログラフィック環境内で人間の感覚受容器を刺激するための双方向シームレスなエネルギー面システムの集約＞
複数のシームレスなエネルギー面を一緒にタイル張り、融着、接合、取り付け、及び／又は縫い合わせを行い、部屋全体を含む任意のサイズ、形状、輪郭、又は形状因子を形成することによって、シームレスなエネルギー面システムの大規模な環境を構築することが可能になる。各エネルギー面システムは、双方向ホログラフィックエネルギー伝搬、放出、反射、又は感知用に集合的に構成された、ベース構造体、エネルギー面、リレー、導波路、装置、及び電子機器回路を有するアセンブリを備え得る。
一実施形態では、タイル張り式シームレスエネルギーシステムの環境が、集約されて所与の環境内のすべての表面まで構成する設備を含む、大きくシームレスな平面又は曲面壁を形成し、シームレス、不連続面、カット面、曲面、円筒、球面、幾何学的、又は非規則的な形状の任意の組み合わせとして構成されている。
一実施形態では、平面表面の集約タイルは、劇場又は会場ベースのホログラフィックエンターテイメントのための壁サイズのシステムを形成する。一実施形態では、平面表面の集約タイルは、ケーブベースのホログラフィー設置のために天井及び床の両方を含む４～６つの壁を有する部屋を網羅する。一実施形態では、湾曲した表面の集約タイルは、没入型ホログラフィック設備のための円筒型シームレス環境を生成する。一実施形態では、シームレス球状表面の集約タイルは、没入型Ｈｏｌｏｄｅｃｋベース体験のためのホログラフィックドームを生成する。
一実施形態では、シームレスな湾曲エネルギー導波路の集約タイルは、エネルギー導波路構造体内のエネルギー抑制要素の境界に沿って正確なパターンに従う機械端部を提供し、隣接する導波路表面の隣接するタイル状機械端部を接合、整列、又は溶融し、結果としてモジュール式のシームレスなエネルギー導波路システムを得る。
集合タイル状環境の更なる実施形態では、エネルギーは、複数の同時エネルギー領域に対して双方向に伝搬される。追加の実施形態では、エネルギー面は、明視野データが照明源によって導波路を通じて投影され、同時に同じエネルギー面を通じて受信され得るように設計された導波路を用いて、同じエネルギー面から同時に表示及び捕捉する能力を提供する。更なる実施形態では、深度検知及び能動走査技術を更に活用して、正確な世界座標内のエネルギー伝搬と視認者との間の相互作用を可能にし得る。追加の実施形態では、エネルギー面及び導波路は、触覚又は体積触覚のフィードバックを誘発するために、周波数を放射、反射又は収束するように動作可能である。いくつかの実施形態では、双方向エネルギー伝搬と集合表面との任意の組み合わせが可能である。
一実施形態では、このシステムは、シームレスなエネルギー面の同じ部分に対して、少なくとも２つのエネルギー装置を対にするために、２つ以上の経路のエネルギー結合器と独立に対にされた１つ以上のエネルギー装置を有するエネルギー面を通して、エネルギーの双方向の放出及び検知が可能なエネルギー導波路を備える、又は１つ以上のエネルギー装置が、エネルギー面の後ろの、ベース構造体に固定された追加のコンポーネントに近接して、又は軸外直接又は反射投影もしくは感知のための導波路のＦＯＶの前及び外部の位置に近接して固定されており、結果得られたエネルギー面が、導波路がエネルギーを収束すること、第１の装置がエネルギーを放出すること、及び第２の装置がエネルギーを検知することを可能にするエネルギーの双方向の放出を提供し、ここで、情報は、伝搬されたエネルギーパターン内の干渉の、目及び網膜による４Ｄｐｌｅｎｏｐｔｉｃ追跡又は検知、深度予測、近接、動き追跡、画像、色又は音の形成、又は他のエネルギー周波数解析を含むがこれらに限定されない、コンピュータビジョンに関連したタスクを実行するように処理される。更なる実施形態では、追跡された位置は、双方向捕捉データと投影情報との間の干渉に基づいて、エネルギーの位置を能動的に計算し修正する。
いくつかの実施形態では、超音波センサ、可視電磁ディスプレイ、及び超音波放出装置を含む３つのエネルギー装置の複数の組み合わせが、各装置のエネルギー領域に特有の加工特性、並びに超音波及び電磁エネルギーが、各装置のエネルギーを別々に指向及び収束させ、分離したエネルギー領域のために構成されている他の導波路素子によっては実質的に影響を受けない能力をそれぞれ提供するように構成された２つの加工導波路素子、を含む３つの第１の表面の各々と一緒に単一の第２のエネルギー・リレー表面の中に結合されたエネルギーを伝搬させる３つの第１のリレー表面の各々、に対して共に構成されている。
いくつかの実施形態では、符号化／復号化技術、並びに較正された構成ファイルに基づいてエネルギー伝搬に適切な較正情報にデータを変換するための専用の集積システムを使用して、効率的な製造がシステムアーチファクトの除去、及び得られたエネルギー面の幾何学的マッピングの生成を可能にする較正手順が開示されている。
いくつかの実施形態では、一連の追加のエネルギー導波路、及び１つ以上のエネルギー装置が１つのシステムに一体化され、不明瞭なホログラフィックピクセルを生成し得る。
いくつかの実施形態では、導波路の直径よりも大きい空間解像度及び／又は角度解像度を提供するために、又は他の超解像目的で、エネルギー抑制要素、ビームスプリッタ、プリズム、能動視差バリア又は偏光技術を含む、追加の導波路素子が一体化されてもよい。
いくつかの実施形態では、開示されたエネルギーシステムは、仮想現実（ＶＲ）又は拡張現実（ＡＲ）などの着用可能な双方向装置として構成することもできる。他の実施形態では、エネルギーシステムは、視認者のために、表示又は受信されたエネルギーを、空間内の決定された平面に近接して焦点させる調整光学素子を含むことができる。いくつかの実施形態では、ウェーブガイド・アレイは、ホログラフィックヘッドマウントディスプレイに組み込まれ得る。他の実施形態では、システムは、視認者がエネルギーシステム及び現実世界環境（例えば、透明ホログラフィックディスプレイ）の両方を見ることが可能になる複数の光学経路を含み得る。これらの例では、システムは、他の方法に加えて近視野として提示され得る。
いくつかの実施形態では、データ伝送は、情報及びメタデータの任意のデータセットを受信し、当該データセットを分析し、材料特性、ベクトル、表面ＩＤ、より疎なデータセットを形成する新しいピクセルデータを受信又は割り当てる、選択可能又は可変圧縮比を伴う符号化プロセスを含み、受信されたデータは、２Ｄ、立体、マルチビュー、メタデータ、ライトフィールド、ホログラフィック、形状、ベクトル又はベクトル化メタデータを含んでもよく、エンコーダ／デコーダは、リアルタイム又はオフラインでデータを変換する能力を提供してもよく、２Ｄ、２Ｄプラス深度、メタデータ又は他のベクトル化された情報、立体、立体プラス深度、メタデータ、又は他のベクトル化された情報マルチビュー、マルチビュープラス深度、メタデータ、又は他のベクトル化された情報、ホログラフィック、又はライトフィールドコンテンツ、深度メタデータを含む又は含まない深度予測アルゴリズムのための、画像処理を含み、逆光線追跡法は、様々な２Ｄ、立体、マルチビュー、体積式、ライトフィールド又はホログラフィックデータから逆光線追跡によって生成された結果得られる変換データを、特徴付けられた４ＤＰｌｅｎｏｐｔｉｃ関数を介して現実世界座標に適切にマッピングする。これらの実施形態では、所望の全データ送信は、未処理の明視野データセットよりも数桁小さい送信情報となり得る。
＜テーパジ状エネルギー・リレー＞
拡張された機械的エンベロープを含む個々のエネルギー波源のアレイから高解像度を生成するという課題を更に解決するために、テーパ状エネルギー・リレーを使用して、各エネルギー源の有効サイズを増大することができる。テーパ状エネルギー・リレーのアレイを一緒につなぎ合わせて、単一の連続したエネルギー面を形成すると、これらのエネルギー源に対する機械的要件の制限を回避することができる。
一実施形態では、１つ以上のエネルギー・リレー要素が、１つ以上のエネルギー位置と単一のシームレスなエネルギー面との間に延在する伝搬経路に沿ってエネルギーを指向するように構成され得る。
例えば、エネルギー波源の活性領域が、２０ｍｍ×１０ｍｍであり、機械的エンベロープが、４０ｍｍ×２０ｍｍである場合、各エネルギー波源の機械的エンベロープを変更するか又は妨害することなく、これらのテーパのアレイを一緒にシームレスに整列させることができると仮定すると、テーパ状エネルギー・リレーは、２：１の拡大率で設計されて、小端部上に２０ｍｍ×１０ｍｍ（切断時）、及び拡大端部上に４０ｍｍ×２０ｍｍ（切断時）のテーパを生成し得る。
図２６は、本開示の一実施形態に基づいて、１つのかかるテーパ状エネルギー・リレーモザイク配置７４００を例解する。図２６では、リレー装置７４００は、２つ以上のリレー要素７４０２を含んでもよく、各リレー要素７４０２は、１つ以上の構造体で形成され、各リレー要素７４０２は、第１の表面７４０６と、第２の表面７４０８と、（表面７４０６、７４０８に対して略平行である）横方向の配向と、（表面７４０６、７４０８に対して略垂直である）長手方向の配向と、を有する。第１の表面７４０６の表面積は、第２の表面７４０８の表面積とは異なり得る。リレー要素７４０２の場合、第１の表面７４０６の表面積は、第２の表面７４０８の表面積よりも小さい。別の実施形態では、第１の表面７４０６の表面積は、第２の表面７４０８の表面積と同じか又はそれよりも大きくなり得る。エネルギー波は、第１の表面７４０６から第２の表面７４０８へ、又はその逆に通過することができる。
図２６では、リレー要素装置７４００のリレー要素７４０２は、第１の表面７４０６と第２の表面７４０８との間に傾斜プロファイル部分７４０４を含む。動作中、第１の表面７４０６と第２の表面７４０８との間を伝搬するエネルギー波は、横方向の配向よりも長手方向の配向の方が高い輸送効率を有し得、リレー要素７４０２を通過するエネルギー波は、空間拡大又は空間縮小をもたらし得る。言い換えれば、リレー要素装置７４００のリレー要素７４０２を通過するエネルギー波は、増大した拡大又は減少した縮小を経験し得る。一実施形態では、エネルギーは、ゼロ拡大で１つ以上のエネルギー・リレー要素を通って指向され得る。いくつかの実施形態では、リレー要素装置を形成するための１つ以上の構造体は、ガラス、カーボン、光ファイバ、光学薄膜、プラスチック、ポリマー、又はそれらの混合物を含み得る。
一実施形態では、第１の表面を通過するエネルギー波は、第１の解像度を有し、第２の表面を通過するエネルギー波は、第２の解像度を有し、第２の解像度は、第１の解像度の約５０％以上である。別の実施形態では、エネルギー波は、第１の表面に提供されたときには均一なプロファイルを有するが、第２のリレー表面の位置に関係なく、第２の表面の法線に対して±１０度の開き角を有する円錐を実質的に満たす、前方方向のエネルギー密度であらゆる方向に放射しながら第２の表面を通過することができる。
いくつかの実施形態では、第１の表面は、エネルギー波源からエネルギーを受信するように構成されてもよく、エネルギー波源は、第１の表面及び第２の表面のうちの少なくとも一方の幅とは異なる幅を有する機械的エンベロープを有する。
一実施形態では、エネルギーは、長手方向の配向を定義する第１及び第２の表面との間で輸送され得、リレーの各々の第１及び第２の表面は、第１及び第２の方向によって定義される横方向の配向に略沿って延在し、ここで、長手方向の配向は、横方向の配向に実質的に垂直である。一実施形態では、複数のリレーを通って伝搬するエネルギー波は、横方向の配向よりも長手方向の配向において高い輸送効率を有し、横アンダーソン局在の原理による長手方向の配向の最小屈折率変動に伴う横方向の配向のランダム化された屈折率変動に起因する横方向の平面で空間的に局在化される。各リレーがマルチコアファイバで構築されているいくつかの実施形態では、各リレー要素内を伝搬するエネルギー波は、この配向のファイバの配列によって決定される長手方向の配向に進行し得る。
機械的には、これらのテーパ状エネルギー・リレーは、それらを整列させてリレー間の可能な限り最小の継ぎ目間隙を確保するために、一緒に接合又は融合される前に高精度に切断及び研磨される。エネルギー・リレーの第２の表面によって形成されるシームレス表面は、リレーが接合された後に研磨される。かかる一実施形態では、テーパ材料に熱的に整合するエポキシを使用して、５０μｍの最大継ぎ目間隙を達成することが可能である。別の実施形態では、テーパアレイを圧縮及び／又は加熱下に置く製造プロセスは、素子を一緒に融着する能力を提供する。別の実施形態では、プラスチックテーパの使用は、追加の接合を伴わずに接合を創出するために、より容易に化学的に融着又は熱処理され得る。疑義を避けるために、重力及び／又は力以外の接合を明示的に含まないように、任意の方法を使用してアレイを一緒に接合してもよい。
一実施形態では、終端エネルギー・リレー要素の任意の２つの隣接する第２の表面の縁部間の間隔は、単一のシームレスなエネルギー面の高さ、又は単一のシームレスなエネルギー面の幅、のうちの小さい方である単一のシームレスなエネルギー面からの距離において、２０／４０の視野を有する人間の眼の視力によって画定されるような、最小知覚可能外形よりも小さくなり得る。
特定の許容範囲仕様を満たす様式で、複数のコンポーネントを保持するためには、機械的構造が好ましい場合がある。いくつかの実施形態では、テーパ状リレー要素の第１及び第２の表面は、円形、楕円形、卵形、三角形、正方形、長方形、平行四辺形、台形、菱形、五角形、六角形などを含むがこれらに限定されない任意の多角形形状を有し得る。いくつかの例では、例えば長方形テーパなどの非正方形テーパの場合、リレー要素は、エネルギー源全体の最大寸法と平行な最小テーパ寸法を有するように回転させてもよい。この手法は、エネルギー源の中心点から見たときに、拡大されたリレー要素の許容円錐により、光線の最も低い拒絶を呈するエネルギー源の最適化を可能にする。例えば、所望のエネルギー源サイズが１００ｍｍ×６０ｍｍであり、各テーパ状エネルギー・リレーが２０ｍｍ×１０ｍｍである場合、所望のエネルギー源のサイズを生成するために、３×１０のテーパエネルギー・リレー要素のアレイを組み合わせることができるように、リレー要素を整列及び回転させてもよい。ここではいずれも、他の組み合わせの中で、６×５のマトリックスのアレイの代替構成を有するアレイを利用できないことを示唆していない。３×１０のレイアウトからなるアレイは、概して、代替の６×５のレイアウトよりも性能が良くなるであろう。
＜エネルギー・リレー要素スタック＞
エネルギー源システムの最も単純化された形成は、単一のテーパ状エネルギー・リレー要素に接合されたエネルギー源からなるが、複数のリレー要素を結合して、品質又は柔軟性を増大した単一のエネルギー源モジュールを形成してもよい。かかる一実施形態は、エネルギー源に取り付けられた小端部を有する第１のテーパ状エネルギー・リレーと、第１のリレー要素に接続された第２のテーパ状エネルギー・リレーと、を含み、第２の光学テーパの小端部が、第１のリレー要素の拡大端部に接触し、２つの個々のテーパ倍率の積に等しい合計倍率を生成する。これは、２つ以上のエネルギー・リレー要素の一続きで構成されるエネルギー・リレー要素スタックの一例であり、各エネルギー・リレー要素は、第１の側面と、第２の側面と、を備え、スタックは、第１の素子の第１の表面から、末端表面とも呼ばれる一続きの最後にある素子の第２の表面へエネルギーをリレーする。各エネルギー・リレー要素は、それを通してエネルギーを指向するように構成されてもよい。
一実施形態では、エネルギー指向装置は、１つ以上のエネルギー位置と、１つ以上のエネルギー・リレー要素スタックと、を備える。各エネルギー・リレー要素スタックは、１つ以上のエネルギー・リレー要素を備え、各エネルギー・リレー要素は、第１の表面と、第２の表面と、を備える。各エネルギー・リレー要素は、それを通してエネルギーを指向するように構成されてもよい。一実施形態では、各エネルギー・リレー要素スタックの終端エネルギー・リレー要素の第２の表面は、単一のシームレス表示面を形成するように配置されてもよい。一実施形態では、１つ以上のエネルギー・リレー要素スタックは、１つ以上のエネルギー位置と単一のシームレス表示面との間に延在するエネルギー伝搬経路に沿ってエネルギーを指向するように構成され得る。
図２７は、本開示の一実施形態に基づいて、直列の２つの複合光リレーテーパ７５０２、７５０４を含むエネルギー・リレー要素スタック７５００の側面図を例解し、両方のテーパは、小端部がエネルギー源表面７５０６に面している。図２７では、入力開口数（ＮＡ）は、テーパ７５０４の入力に対して１．０であるが、テーパ７５０２の出力に対しては約０．１６にすぎない。出力開口数は、テーパ７５０４に対する２と、テーパ７５０２に対する３との積である、合計倍率６で除算されることに留意されたい。この手法の１つの利点は、第２のエネルギー波リレー要素を変更することなく、エネルギー源の様々な寸法を考慮するために、第１のエネルギー波リレーをカスタマイズする能力である。その能力は更に、エネルギー源又は第１のリレー要素の設計を変えることなく、出力エネルギー面のサイズを変更するための柔軟性を提供する。図２７にはまた、エネルギー源駆動電子機器回路を含むエネルギー源７５０６及び機械的エンベロープ７５０８も示されている。
一実施形態では、第１の表面は、エネルギー源ユニット（例えば、７５０６）からエネルギー波を受信するように構成され、エネルギー源ユニットは、第１の表面及び第２の表面のうちの少なくとも一方の幅とは異なる幅を有する機械的エンベロープを含み得る。一実施形態では、第１の表面を通過するエネルギー波が、第１の解像度を有し得る一方で、第２の表面を通過するエネルギー波が、第２の解像度を有し得、そのため、第２の解像度が第１の解像度の約５０％以上である。別の実施形態では、エネルギー波は、第１の表面に提供されたときには均一なプロファイルを有するが、第２のリレー表面の位置に関係なく、第２の表面の法線に対して±１０度の開き角を有する円錐を実質的に満たす、前方方向のエネルギー密度であらゆる方向に放射しながら第２の表面を通過することができる。
一実施形態では、複数の積層構成のエネルギー・リレー要素は、複数の面板（倍率１のリレー）を含み得る。いくつかの実施形態では、複数の面板は、異なる長さを有してもよく、又はゆるやかなコヒーレント光リレーである。他の実施形態では、複数の素子は、図２７のものと同様の傾斜プロファイル部分を有してもよく、傾斜プロファイル部分は、リレー要素の法線軸に対して、傾斜していても、線形であっても、湾曲であっても、テーパ状であっても、カット面であっても、又は非垂直な角度で整列されていてもよい。更に別の実施形態では、複数のリレー要素を通って伝搬するエネルギー波は、横方向の配向よりも長手方向の配向において高い輸送効率を有し、長手方向の配向の最小屈折率変動に伴う横方向の配向のランダム化された屈折率変動に起因する横方向の配向で空間的に局在化される。各エネルギー・リレーがマルチコアファイバで構築されている実施形態では、各リレー要素内を伝搬するエネルギー波は、この配向のファイバの配列によって決定される長手方向の配向に進行し得る。
＜光学画像リレー及びテーパ素子＞
非常に高密度の繊維束は、光をピクセルコヒーレンシ及び高い透過率でリレーすることを可能にするために、多量の材料で製造されることがある。光ファイバは、ガラス、プラスチック、又は同様の媒体の透明なファイバに沿って光を導く。この現象は、全反射と呼ばれる概念によって制御される。光線が材料の臨界角内に含まれ、光線がより高密度な材料の方向から入射すると、光線は異なる屈折率を有する２つの透明な光学材料の間で全体的に内部反射することになる。
図２８は、最大受光角
Figure 2023553184000006
 （又は材料のＮＡ）、異なる屈折率を有するコア７６１２及びクラッド７６０２材料、並びに反射光線７６０４及び屈折光線７６１０、を有する、コアクラッドリレー７６００を介した内部反射の基本原理を示す。一般に、光の透過率は、反射毎に０．００１パーセント未満だけ減少し、直径が約５０ミクロンのファイバは、フィート毎に３，０００回の反射を有し得、これは、他の複合光学方法論と比較して、その光伝送がいかに効率的であるかを理解するのに役立つ。
入射角（Ｉ）と屈折角（Ｒ）との間の関係は、スネルの法則：
Figure 2023553184000007
 を用いて計算でき、式中、ｎ１は空気の屈折率であり、ｎ２はコア材料７６１２の屈折率である。
ファイバ光学分野の当業者であれば、集光力、最大許容角、及び他の必要な計算に関連付けられている追加の光学原理を理解して、光が光ファイバ材料を通ってどのように進行するかを理解するであろう。以下の実施形態で説明するように、光ファイバ材料は、光を集中させる方法ではなく光のリレーとみなされるべきであるので、この概念を理解することは重要である。
光ファイバを出る光の角度分布を理解することは、本開示にとって重要であり、また入射角に基づいて予想されるものと同じではないことがある。光線７６１０の出口方位角は、最大受光角７６０８、ファイバの長さ及び直径、並びに材料の他のパラメータによって急速に変化する傾向があるので、出射光線は、入射角及び屈折角によって画定されるような円錐形状としてファイバを出る傾向がある。
図２９は、光ファイバリレーシステム７７０４、及び光ファイバ７７０４に入射する光線７７０２が、特定の方位角
Figure 2023553184000008
 を有する円錐形状の光分布７７０６で、どのように出得るかを示している。この効果は、ファイバを通してレーザポインタを照らすことによって観察され、表面上の様々な距離と角度で出力光線を見ることができる。提案された設計と共に進歩する重要な概念になるであろう円錐領域全体にわたる光の分布を有する円錐形状の出口（例えば、円錐形状の半径だけではない）。
ファイバ材料の伝送損失の主な原因は、クラッド、材料の長さ、及び受光角の外側の光線に対する光の損失である。クラッドは、コアを絶縁し、光線による個々のファイバ間の進行を軽減するのを助けるために、より大きい束内の各個々のファイバを囲む材料である。これに加えて、追加の不透明な材料を使用して、余分な壁吸収（ＥＭＡ）と呼ばれる受光角の外側の光を吸収してもよい。両方の材料は、コントラスト、散乱、及びいくつかの他の要因に関して見られる画像品質を改善するのを補助することができるが、入口から出口までの全体的な光透過を減少させ得る。簡単にするために、クラッドに対するコアの割合は、これが光の損失の理由の１つであり得るので、ファイバのおおよその伝送能力を理解するために使用することができる。他のタイプの材料が利用可能であり得、また、以下の議論において検討されるが、大部分の材料において、コア対クラッド比は、おおよそ約５０％～約８０％の範囲であり得る。
各ファイバはファイバ直径毎におおよそ０．５の写真線ペアを解像することができ、したがってピクセルをリレーするとき、ピクセル毎に１つより多いファイバを有することが重要であり得る。いくつかの実施形態では、ファイバの各々の間の平均解像度がこれらの材料を利用するときに関連するＭＴＦ損失を軽減するのに役立つので、ピクセル毎に１０ダース程度が利用され得るか、又は３つ以上のファイバが許容可能であり得る。
一実施形態では、光ファイバは、ファイバ光学面板の形態で実装され得る。面板は、一緒に融着されて真空気密ガラスプレートを形成する、単一又は複数、又は複数のマルチファイバの集合である。面板の一方の側面に提示される画像は、高効率で外部表面に輸送され得るので、このプレートは理論的には厚さゼロのウィンドウと考えることができる。従来、これらの面板は、約６ミクロン以上のピッチを有する個々のファイバで構成され得るが、最終的にコントラスト及び画像品質を低下させる可能性があるクラッド材料の有効性にもかかわらず、より高い密度が達成され得る。
いくつかの実施形態では、光ファイバ束はテーパ状であってもよく、その結果、異なるサイズ及び各表面の釣り合った拡大率を有するピクセルのコヒーレントマッピングがもたらされる。例えば、大端部は、より大きいファイバピッチ及びより高い拡大率を有する光ファイバ素子の側面を指してもよく、小端部は、より小さいファイバピッチ及びより低い拡大率を有する光ファイバ素子の側面を指してもよい。様々な形状を製造するプロセスは、加熱及び所望の拡大率の製造を含んでもよく、これは光ファイバの元のピッチをそれらの元のサイズからより小さいピッチに物理的に変更し、これによりテーパ及びＮＡ上の位置に応じて受光角を変化させ得る。別の要因は、製造プロセスが平らな表面に対する繊維の直角度を歪める可能性があることである。テーパ設計に関する課題の１つは、なかでも、各端部の有効ＮＡが、拡大率の割合におおよそ比例して変化し得ることである。例えば、２：１の比を有するテーパは、直径１０ｍｍの小端部と、直径２０ｍｍの大端部とを有してもよい。元の材料が１０ミクロンのピッチで０．５のＮＡを有する場合、小端部は、１．０のおおよそ有効なＮＡと、５ミクロンのピッチとを有することになる。結果として得られる受光角及び出口角も同様に、比例して変化し得る。このプロセスからの厳密な結果を理解するために実施され得るはるかに複雑な分析があり、当業者であれば誰でも、これらの計算を実施することができるであろう。この議論の目的のために、これらの一般化は、画像化の影響並びに全体的なシステム及び方法を理解するのに十分である。
＜フレキシブルなエネルギー源と湾曲したエネルギー・リレー表面の使用＞
湾曲した表面を有するある特定のエネルギー源技術又はエネルギー投影技術を作り出すことが可能であり得る。例えば、一実施形態では、エネルギー源として、湾曲したＯＬＥＤディスプレイパネルが使用されてもよい。別の実施形態では、エネルギー源として、焦点のないレーザ投影システムが利用されてもよい。更に別の実施形態では、投影される表面にわたって焦点を維持するのに十分に広い被写界深度を有する投影システムが用いられてもよい。疑義を避けるために、これらの例は例示目的で提供されており、決してこの技術の説明のための技術的実装の範囲を限定するものではない。
既知の光入力角度で完全に集束した投影画像を保持し得る湾曲したエネルギー面又は湾曲した表面を活用することによって、光学構成の主光線角（ＣＲＡ）に基づいて光の操作円錐を生成することができる光学技術を考慮すると、それぞれの出力修正角度は、より理想化された視野角を提供し得る。
かかる一実施形態では、光リレー要素のエネルギー面の側面は、モジュール毎に、円筒形、球形、平面、又は非平面の研磨構成（本明細書では「形状」又は「形状の」と呼ぶ）に湾曲し得、ここでは、エネルギー源は、もう１つの源モジュールから生じる。各有効な発光エネルギー源は、変形の過程を通して変更されるそれ自体のそれぞれの視野角を有する。この湾曲したエネルギー源又は同様のパネル技術を活用することは、変形及びＣＲＡの再構成又は各有効ピクセルの最適視野角の影響を受けにくいであろうパネル技術を可能にする。
図３０は、本開示の一実施形態に基づいて、拡大率が３：１である光リレーテーパ構成７８００、及びその結果得られる取り付けられたエネルギー源の光の視野角を例解する。光リレーテーパは、３：１の拡大率で１．０の入力ＮＡを有し、結果として、おおよそ０．３３の出力光線に対する有効ＮＡ（これに関連する他の多くの係数があり、これは単純化された参照用のみである）、平面及び直角な表面が、テーパ状エネルギー・リレーの両端にあり、エネルギー源が、小端部に取り付けられている。この手法だけを活用すると、エネルギー面の画角は入力角度の画角のおおよそ１／３となり得る。疑義を避けるために、１：１の有効拡大率を有する同様の構成（光フェイスプレート又は他のものを活用する）、又は任意の他の光リレーのタイプもしくは構成が、更に活用され得る。
図３１は、図３０と同じテーパ状エネルギー・リレーモジュール７９００を例解するが、ここで、エネルギー源側面の表面は、湾曲した形状の構成７９０２を有し、一方で、エネルギー源側面７９０３の反対側の表面は、平面表面を有し、モジュール７９００の光軸に対して垂直である。この手法によって、入力角度（例えば、７９０２付近の矢印を参照）は、この形状に基づいてバイアスされ得、出力角度（例えば、７９０３付近の矢印を参照）は、図３０のものとは異なり、表面の位置からより独立して調整され、図３１に例示されるような湾曲した表面７９０２を考慮すると、表面７９０３の各有効光放出源の可視出口円錐は、表面７９０２へのエネルギー源出力の可視出口円錐よりも小さくなり得る。これは、利用可能な光線のより粗いか又はより圧縮された密度のために視角を最適化する特定のエネルギー面を考慮するときに有利であり得る。
別の実施形態では、出力角度の変動は、入力エネルギー面７９０２を凸面の形状にすることによって達成され得る。かかる変動がなされた場合、エネルギー面７９０３の端部近くの光の出力円錐は、中心に向かって曲がる。
いくつかの実施形態では、リレー要素装置は、湾曲したエネルギー面を含み得る。一例では、リレー要素装置の両方の表面は、平面であり得る。代替的に、他の例では、一方の表面は、平面であり得、他方の表面は、非平面であり得、又はその逆もあり得る。最後に、別の例では、リレー要素装置の両方の表面は、非平面であってもよい。他の実施形態では、非平面の表面は、他の非平面の構成の中でも、凹面の表面又は凸面の表面であってもよい。例えば、リレー要素の両方の表面は、凹面であってもよい。代替的に、両方の表面が凸面であってもよい。別の例では、一方の表面は凹面であってもよく、他方の表面は凸面であってもよい。当業者には、本明細書では、平面、非平面、凸面、及び凹面の表面の複数の構成が企図及び開示されていることが理解されよう。
図３２は、本開示の別の実施形態に基づいて、エネルギー源側面に対して非垂直であるが、平面表面８００２を有する、光リレーテーパ８０００を例解する。エネルギー源側面形状における著しいカスタマイズ可能な変動を明確にするために、図３２は、図３１と比較するためにエネルギー源側面に対して非垂直であるが平面の形状を簡単に生成する結果を例解し、表面特性における任意の変動により可能となる光１、２、３の入力受容円錐角度及び出力可視放出円錐角度を直接制御する能力を更に示す。
また、用途に応じて、リレーのエネルギー源側面がリレー内の光の伝搬方向を画定する光軸に対して垂直のままであり、リレーの出力面が光軸に対して非垂直である、エネルギー・リレー構成を設計することも可能であり得る。他の構成は、様々な非垂直な形状の構成を呈する、入力エネルギー源側面及びエネルギー出力側面の両方を有することができる。この方法では、入力及び出力エネルギー源の視野角に対する制御を更に向上させることが可能であり得る。
いくつかの実施形態では、テーパはまた、特定の視野角を最適化するように、リレーの光軸と非垂直でもあり得る。そのような一実施形態では、図３０に示すような単一のテーパは、光軸と平行な切断によって四分円に切断され、テーパの大端部と小端部は、４つの等しい部分に切断され得る。これらの４つの四分円は、次いで、各テーパ四分円を個々の光学中心軸を中心に１８０度回転させて再度組み立てて、再度組み立てた四分円の中心から離れて面し、したがって視野を最適化する、テーパの小端部を有する。他の実施形態では、物理的に拡大された端部のサイズ又は縮尺を増大させることなく、小端部上のエネルギー源間の隙間の増大を提供するために、非直角なテーパも直接製造され得る。これらの及び他のテーパ状の構成は本明細書に開示されている。
図３３は、エネルギー源の側面に凹面の表面を有する図３０の光リレー及び光照射円錐を例解する。この場合、出力光の円錐は、図３０と比較して、エネルギー源側面が平坦である場合よりも、出力エネルギー面の平面の端部近くで著しく広がる。
図３４は、エネルギー源の側面に同じ凹面の表面を有する図３３の光テーパリレー８２００及び光照射円錐を例解する。この例では、出力エネルギー面は、凸面の形状を有する。図３３と比較して、凹面の出力面８２０２上の出力光の円錐は、エネルギー源表面にわたってよりコリメートされる。疑義を避けるために、提供される実施例は、単に例解的なものであり、また、入力エネルギー源側面及び出力エネルギー面のための任意の形状の構成が、出力エネルギー面の所望の視角及び光の密度、並びにエネルギー源自体から生成される光の角度に応じて利用され得るので、明示的な表面特性を示すことを意図しない。
いくつかの実施形態では、複数のリレー要素は、直列に構成され得る。一実施形態では、直列の任意の２つのリレー要素は、別の素子に対する一方の素子からの逆歪みが、任意のかかるアーチファクトを光学的に軽減するのを助けるように、意図的に歪められたパラメータと更に結合されてもよい。別の実施形態では、第１の光学テーパは、光学バレル歪みを呈し、第２の光学テーパは、このアーチファクトの逆を呈するように製造されて、一緒に集約されたときに生じる情報が、部分的又は完全のいずれかで打ち消されるよりも、２つの素子のうちのいずれか１つによってもたらされる任意のかかる光学的歪みのような、光ピンクッション歪みを生成し得る。これは、複合補正が一連で適用され得るように、任意の２つ以上の素子に更に適用可能であり得る。
いくつかの実施形態では、小型及び／又は軽量のフォームファクタで、エネルギー源のアレイなどを製造するために、単一のエネルギー源基板、電子機器、及び／又は同種のものなどを製造することが可能であり得る。この構成では、個々の構成要素及び電子機器と比較して、光リレーの端部が極めて小さいフォームファクタでエネルギー源の活性領域に整列するように、光リレーモザイクを更に組み込むことが実行可能であり得る。この技術を使用して、モニタ、スマートフォンなどのような小型フォームファクタ装置に対応することは実現可能であり得る。
図３５は、本開示の一実施形態に基づいて、湾曲したエネルギー源側面の表面８３１４、８３１６、８３１８、８３２０、８３２２とそれぞれ一緒に結合されて、各テーパの複数の垂直な出力エネルギー面から最適可視画像８３０２を形成する、複数の光テーパリレーモジュール８３０４、８３０６、８３０８、８３１０、８３１２のアセンブリ８３００を例解する。この例では、テーパリレーモジュール８３０４、８３０６、８３０８、８３１０、８３１２は、並列に形成される。単一の列のテーパリレーモジュールのみが示されているが、いくつかの実施形態では、積層構成を有するテーパもまた、並列にかつ一列に一緒に結合されて、連続したシームレスな可視画像８３０２を形成し得る。
図３５では、各テーパリレーモジュールは、独立して動作し得るか、又は光リレーのアレイに基づいて設計され得る。この図に示すように、光テーパリレー８３０４、８３０６、８３０８、８３１０、８３１２を有する５つのモジュールが一緒に整列されて、より大きい光テーパ出力エネルギー面８３０２を生成する。この構成では、出力エネルギー面８３０２は、各リレーの光軸に対して垂直であり得、５つのエネルギー源側面８３１４、８３１６、８３１８、８３２０、８３２２の各々は、出力エネルギー面８３０２の前、又はこの表面の後ろにあり得る中心軸を中心に環状輪郭に変形し得、アレイ全体が、個別モジュールとしてではなく、単一の出力エネルギー面として機能することを可能にする。加えて、更に、出力された光の視野角を計算し、エネルギー源側面の形状に必要とされる理想的な表面特性を決定することによって、このアセンブリ構造体８３００を最適化することが可能であり得る。図３５は、複数のモジュールが一緒に結合され、エネルギー源側面の湾曲が、より大きい出力エネルギー面の光の視野角を説明する、かかる一実施形態を例解する。５つのリレーモジュール８３０４、８３０６、８３０８、８３１０、及び８３１２が示されているが、当業者には、用途に応じて、より多い又はより少ないリレーモジュールが一緒に結合され得、これらは、２つの寸法で一緒に結合して、任意の大きい出力エネルギー面８３０２を形成し得ることが認識されるであろう。
一実施形態では、図３５のシステムは第１の方向及び第２の方向にわたって（例えば、列にわたって、又は積層構成で）配置された複数のリレー要素８３０４、８３０６、８３０８、８３１０、８３１２を含み、複数のリレー要素の各々は、それぞれのリレー要素の第１の表面と第２の表面との間の長手方向の配向に沿って延在する。いくつかの実施形態では、複数のリレー要素の各々の第１及び第２の表面は、第１及び第２の方向によって画定される横方向の配向に略沿って延在し、長手方向の配向は横方向の配向に対して実質的に垂直である。他の実施形態では、長手方向の配向の最小屈折率変動に伴う横方向の配向のランダム化された屈折率変動は、長手方向の配向に沿った実質的により高い輸送効率を有するエネルギー波、及び横方向の配向に沿った空間局在をもたらす。
一実施形態では、複数のリレー要素は、それぞれ第１の方向又は第２の方向に沿って単一のタイル状表面を形成するように、第１の方向又は第２の方向にわたって配置され得る。いくつかの実施形態では、複数のリレー要素は、当業者によって認識され得るように、少なくとも２×２構成を有するマトリックスに、又は限定されないが、３×３構成、４×４構成、３×１０構成、及び他の構成を含む、他のマトリックスに配置される。他の実施形態では、単一のタイル状表面間の継ぎ目は、単一のタイル状表面の最小寸法の２倍の視距離では認知不能であり得る。
いくつかの実施形態では、複数のリレー要素（例えば、８３０４、８３０６、８３０８、８３１０、８３１２）の各々は、長手方向の配向の最小屈折率変動と結合された、横方向の配向のランダム化された屈折率変動を有し、長手方向の配向に沿った実質的により高い輸送効率を有するエネルギー波、及び横方向の配向に沿った空間局在をもたらす。リレーがマルチコアファイバで構成されているいくつかの実施形態では、各リレー要素内を伝搬するエネルギー波は、この配向でのファイバの整列によって決定される長手方向の配向に進行し得る。
他の実施形態では、複数のリレー要素（例えば、８３０４、８３０６、８３０８、８３１０、８３１２）の各々は、長手方向の配向に沿ってエネルギーを輸送するように構成され、複数のリレー要素を介して伝搬するエネルギー波は、ランダム化された屈折率変動により、横方向の配向よりも長手方向の配向において高い輸送効率を有し、よって、エネルギーは、横方向の配向に局在化される。いくつかの実施形態では、リレー要素間を伝搬するエネルギー波は、横方向の配向よりも長手方向の配向において実質的に高い輸送効率により、長手方向の配向と実質的に平行に進行し得る。他の実施形態では、長手方向の配向の最小屈折率変動に伴う横方向の配向のランダム化された屈折率変動は、長手方向の配向に沿った実質的により高い輸送効率を有するエネルギー波、及び横方向の配向に沿った空間局在をもたらす。
図３６は、本開示の一実施形態に基づいて、垂直なエネルギー源側面形状８４０４、８４０６、８４０８、８４１０、及び８４１２、並びに中心軸を中心に放射状である凸面のエネルギー源表面８４０２と一緒に結合された複数の光テーパリレーモジュールの配置８４００を例解する。図３６は、図３５に示す構成の変形例を例解し、垂直なエネルギー源側面形状及び中心軸を中心に放射状である凸面の出力エネルギー面を有する。
図３７は、本開示の別の実施形態に基づいて、垂直な出力エネルギー面８５０２及び中心軸を中心に放射状の凸面のエネルギー源側面８５０４と一緒に結合された複数の光リレーモジュールの配置８５００を例解する。
いくつかの実施形態では、エネルギー・リレーのアレイの源側面を中心半径の周りに円筒形に湾曲した形状に構成し、平坦なエネルギー出力面を有することによって、入力エネルギー源の受光角度及び出力エネルギー源の放出角度が切り離され得、各エネルギー源モジュールをエネルギー・リレーの受光円錐とより良く整列させることが可能であり得、これは、エネルギーテーパリレーの倍率、ＮＡ、及び他の因子などのパラメータに対する制約のため、それ自体が制限され得る。
図３８は、本開示の一実施形態に基づいて、可視出力光線のように、各エネルギー出力面が独立して構成された、複数のエネルギー・リレーモジュールの配置８６００を例解する。図３８は、図３７と同様の構成を例解しているが、各エネルギー・リレー出力面が独立して構成されており、よって、可視出力光線は、光軸に対してより均一な角度で（又は使用される正確な形状に応じてより小さい角度で）組み合わされた出力エネルギー面から放出される。
図３９は、本開示の一実施形態に基づいて、放出エネルギー源側面及びエネルギー・リレー出力面の両方が、入力光線及び出力光線に対する明示的な制御を提供するために様々な形状で構成されている、複数の光リレーモジュールの配置８７００を例解する。この目的のために、図３９は、放出エネルギー源側面及びリレー出力面の両方が、入力光線及び出力光線に対するより大きい制御を可能にする、湾曲した形状で構成されている、５つのモジュールを有する構成を例解する。
図４０は、複数の光リレーモジュールの、その個々の出力エネルギー面が、視認者を囲むシームレスな凹面の円筒形エネルギー源表面を形成するように研削され、リレーの源の端部が平坦であり、各々がエネルギー源に接合されている、配置８８００を例解する。
図４０に示す実施形態では、並びに図３５、図３６、図３７、図３８、及び図３９に示す実施形態と同様に、システムは、第１の方向及び第２の方向にわたって配置された複数のエネルギー・リレーを含み得、リレーの各々において、エネルギーは、長手方向の配向を画定する第１の表面と第２の表面との間で輸送され、リレーの各々の第１の表面及び第２の表面は、第１の方向及び第２の方向によって画定された横方向の配向に略沿って延在し、長手方向の配向は、横方向の配向に対して実質的に垂直である。この実施形態ではまた、複数のリレーを通って伝搬するエネルギー波は、長手方向の配向における最小の屈折率の変動に伴う横方向の配向におけるランダムな屈折率の変動により、横方向の配向よりも長手方向の配向において高い輸送効率を有する。各リレーがマルチコアファイバで構築されているいくつかの実施形態では、各リレー要素内を伝搬するエネルギー波は、この配向のファイバの配列によって決定される長手方向の配向に進行し得る。
一実施形態では、上述したものと同様に、複数のリレー要素の各々の第１及び第２の表面は、概して、横方向の配向に沿って湾曲し得、複数のリレー要素は、第１及び第２の方向にわたって一体的に形成され得る。複数のリレーは、第１及び第２の方向にわたって組み立てられ、少なくとも２×２構成を有するマトリックスに配置され、ガラス、光ファイバ、光学フィルム、プラスチック、ポリマー、又はそれらの混合物を含み得る。いくつかの実施形態では、複数のリレーのシステムは、第１の方向又は第２の方向に沿って単一のタイル状表面をそれぞれ形成するように、第１の方向又は第２の方向にわたって配置され得る。上記のように、複数のリレー要素は、当業者によって認識され得るように、限定されないが、３×３構成、４×４構成、３×１０構成、及び他の構成を含む、他のマトリックスで配置することができる。他の実施形態では、単一のタイル状表面間の継ぎ目は、単一のタイル状表面の最小寸法の２倍の視距離では認知不能であり得る。
エネルギー・リレーのモザイクの場合、以下の実施形態が含まれてもよい：第１及び第２の表面の両方が、平面であり得るか、第１及び第２の表面の一方が、平面であり、かつ他方が非平面であり得るか、又は第１及び第２の葉面が、非平面であり得る。いくつかの実施形態では、第１及び第２の表面の両方が凹面であってもよく、第１及び第２の表面の一方が凹面であり、他方が凸面であってもよく、又は第１及び第２の表面の両方が凸面であってもよい。他の実施形態では、第１及び第２の表面のうちの少なくとも一方は、平面、非平面、凹面、又は凸面であり得る。平面である表面は、エネルギー輸送の長手方向に対して垂直であり得るか、又はこの光軸に対して非垂直であり得る。
いくつかの実施形態では、複数のリレーは、他のタイプのエネルギー波の中でも特に限定されないが、電磁波、光波、音波を含むエネルギー源の空間拡大又は空間縮小を引き起こすことができる。他の実施形態では、複数のリレーはまた、複数のエネルギー・リレー（例えば、エネルギー源のための面板など）を含んでもよく、複数のエネルギー・リレーは、他の寸法の中でも、幅、長さが異なる。いくつかの実施形態では、複数のエネルギー・リレーはまた、ゆるやかなコヒーレント光リレー又はファイバも含み得る。
図４１は、本開示の一実施形態に基づいて、研磨された非平面表面４１４及び制御された拡大率を有する単一のテーパ状エネルギー・リレーの拡大端部から放出される主エネルギー光線角度４１２の直交図４１０を例解する。図４２は、図４２に示されるテーパのアレイ４２０全体が、テーパ状エネルギー・リレー表面の詳細設計及び拡大により、空間に提示されるエネルギー分布をどのように制御することができるかについての直交図を例解する。
所望の出口の角度及び材料の設計に基づいて、テーパ状エネルギー・リレーのモザイクのうちの１つのテーパから作られたエネルギー面を丸い形状に研磨することが可能である。このようにして、別個のエネルギー導波路素子を使用しなくても、表面特性及び材料の拡大率に基づいて、投影エネルギーの方向を直接制御することが可能である。ポリマー媒体に形成されたテーパの製造プロセスは、導波路アレイの全機能を果たすか、又は別個のエネルギー導波路アレイの性能を単に増強する機能を果たす適切なエネルギー導波路アレイ表面を生成するための成形プロセスを含み得る。
テーパがエネルギー導波路アレイの単一の素子と同じサイズであるか、又はいくらか大きいかもしくは小さい、テーパ状エネルギー・リレーのアレイ全体を作ることも可能である。しかしながら、これは、各テーパが、Ｎ個又はＮ個の領域のいくつかの集合を効果的に表すことを必要とし、はるかに多くの個々のエネルギー源コンポーネントをもたらし、関連するであろう固定具の数を考慮すると整列は極めて困難になる。
図３０～図４２に示されるような非平面表面又は平面表面などの、本開示の様々な実施形態において企図される様々なリレー表面は、エネルギー・リレー内のリレー表面に対して所定の配向を有するエネルギー伝搬経路を伴うエネルギー・リレーを形成することによって形成されることができ、エネルギー伝搬経路の所定の配向及びリレー表面のプロファイルは、エネルギーがエネルギー・リレーを通してリレーされ、基準方向に対して所望の角度範囲及び／又は所望の角度整合プロファイル伴うエネルギーの円錐内に出射することを可能にするように考慮される。一実施形態では、基準方向は、エネルギー・リレーの光軸によって画定されてもよい。一実施形態では、基準方向は、軸上方向によって画定されてもよい。本明細書に開示される手法は、限定はしないが、凹面、凸面、傾斜、円錐形、球形、円筒形、楕円形、又はそれらの任意の組み合わせを含む、様々な規則的又は不規則な形状及び寸法を有する任意の平面及び非平面のリレー表面を形成するために使用され得る。エネルギーの出口円錐の所望の角度範囲及び／又は角度整合プロファイルは、いくつかの実施形態では、図３０～図４０に関して上記で議論されるように、エネルギー・リレーがカスタマイズされたレンズ効果を伴ってエネルギーをリレーすることを可能にし得る。
一実施形態では、エネルギー・リレー要素４０００Ａは、エネルギー・リレー要素４０００Ａが、図６５Ａに示されるような所定の配向を伴う複数のエネルギー伝搬経路４００２を有するように、本開示で開示されるプロセスのうちのいずれかに基づいて形成されてもよい。本開示の多数の実施形態に例解されるように、エネルギー・リレー要素４０００Ａは、異なるエネルギー波伝搬特性を有する第１の材料及び第２の材料を含んでもよく、第１の材料及び第２の材料は、第１のリレー表面及び第２のリレー表面を有する構造を画定するように形成される。一実施形態では、第１の材料及び第２の材料は各々、構造体の第１のリレー表面と第２のリレー表面との間に延在し、構造体の横方向にわたって散在しており、それにより、第１の材料及び第２の材料は、第１のリレー表面と第２のリレー表面との間で、それらの間の複数のエネルギー伝搬経路４００２に沿ってエネルギーをリレーするように動作可能である。本開示全体にわたって提供される様々な例から理解され得るように、第１の材料及び第２の材料は、非ランダムパターン又はランダムパターンに従って、構造体の横方向にわたって散在し得る。加えて、本開示全体を通して提供される様々な例から理解され得るように、第１の材料及び第２の材料は、複数のコアクラッドファイバ、マルチコアファイバ、及び勾配屈折率ファイバを形成するように、構造体の横方向にわたって散在させられてもよい。
エネルギー・リレー要素４０００Ａ内の２点間のエネルギー伝搬は、エネルギーが伝搬するエネルギー・リレー要素４０００Ａの材料及び構造に応じて、反射、回折、散乱、及び屈折のうちのいずれか１つ又はそれらの組み合わせを伴うことができる。エネルギー伝搬機構のいくつかの例は、全反射、粒子回折、ブラッグ回折、シェファー－ベルクマン回折、中性子回折、粉末回折、弱局在、強局在、モット局在、（本明細書で説明されるような）非ランダム局在、コンプトン散乱、レイリー散乱、ミー散乱、幾何学的散乱、及び複屈折を含む。一実施形態では、エネルギー伝搬機構は、エネルギーが２点間の複数の経路にわたって伝搬することを可能にすることができ、その場合、本明細書で使用される「エネルギー伝搬経路」という語句は、平均化、重み平均化、平均値、中央値、モード、ミッドレンジ、統計的アンサンブル、又はそれらの任意の組み合わせを含むがこれらに限定されない、当該技術分野で知られている、又は知られるようになる任意の静的モデルを使用して、複数のエネルギー伝搬経路を説明するために静的に決定された経路を指すと当業者によって理解され得る。
図６５Ａに戻ると、エネルギー・リレー要素４０００Ａの下端領域４０１０付近のエネルギー伝搬経路４００２は、一実施形態では、図６５Ａに示されるように、基準方向４０１６と実質的に整列される受容円錐内の入射エネルギーが第１の表面４００４内に受容され得るように、第１の表面４００４の法線と実質的に整列されてもよい。エネルギー・リレー要素４０００の上端領域４００８の近くの伝搬経路４００２は、第２の表面４００６の法線と実質的に整列され得る。上端領域４００８と下端領域４００６との間で、伝搬経路４００２の所定の配向は、図６５Ａに示されるプロファイルを有してもよく、これは、異なる実施形態では、凹状湾曲、凸状湾曲、単純湾曲、累進湾曲、複合湾曲、規則的湾曲又は不規則的湾曲、若しくは任意の他の形状及び形状の組み合わせを含んでもよい。
一実施形態では、エネルギー・リレー要素４０００Ａは、図６５Ａに概説されるプロファイル４０１２に沿って切断されることができ、それは、エネルギー・リレー４０００Ｂの表面４０１４を形成するために、上端領域４００８の大部分又はすべてを除去するであろう。別の実施形態では、表面４０１４のプロファイル４０１２は、成形、プレス、屈曲、引張、押出、エッチング、加熱、冷却、印刷、成長、付加処理、減法的処理、堆積処理、リソグラフィ処理、電気的処理、磁気的処理、又は本開示で企図されるようなそれらの任意の組み合わせなどの、本明細書に開示される、又は当該技術分野で公知の他の様々な形状形成技法によって形成されてもよい。エネルギー伝搬経路４００２の所定の配向及び形成されたエネルギー・リレー４０００Ｂのリレー表面４０１４のプロファイルは、エネルギー・リレー４０００Ｂの軸上方向４０１６に対して所望の角度範囲及び／又は所望の角度整合プロファイル伴うエネルギーの円錐内に出射するように、リレー表面４０１４を通してリレーされることを可能にするために考慮され得る。
図６５Ｂに例解される実施形態では、表面４０１４のプロファイルは、表面４０１４の表面法線４０３０及び各入射点における入射伝搬経路４００２が、伝搬経路４００２を通してリレーされるエネルギーが、図６５Ｂに示されるように、基準方向４０１６から離れて傾斜される出口円錐内で表面４０１４を出射し得るように傾斜されるような湾曲を含む。図６５Ｅに関して以下で更に説明されるように、表面４０１４における入射伝搬経路４００２の配向、及び各入射点における表面４０１４の表面法線４０３０は、表面４０１４におけるエネルギー出口円錐の角度整合プロファイルを決定し得ることを理解されたい。表面４０１４における出口円錐が軸上方向４０１６から離れるように傾斜している効果は、表面４００４に入射する軸上エネルギーがここで軸外方向に向かってリレーされ得ることである。光学用途では、これにより、軸上像品質を犠牲にして、コントラストなどの軸外像品質を改善することを可能にする。
一実施形態では、図６５Ａのエネルギー・リレー要素４０００Ａは、エネルギー・リレー４０００Ｃの表面４０１４を形成する、図６５Ａに概説されるプロファイル４０１８に沿って切断することができる。図６５Ｃの実施形態では、エネルギー・リレー４０００Ｃの表面４０１４は、平面プロファイルを有し、図６５Ｂのエネルギー・リレー４０００Ｂの表面４０１４の湾曲プロファイルとは異なる。一実施形態では、表面４０１４のプロファイル４０１８は、本開示で企図されるように、成形、プレス、屈曲、引張、押出、加熱、冷却、又はそれらの任意の組み合わせなどの、切断を伴わない様々な形状形成技法によって形成されてもよい。エネルギー伝搬経路４００２の所定の配向及び形成されたエネルギー・リレー４０００ｃのリレー表面４０１４のプロファイルは、エネルギー・リレー４０００Ｃの基準方向４０１６に対して所望の角度範囲及び／又は所望の角度整合プロファイルを伴うエネルギーの円錐内に出射するように、リレー表面４０１４を通してリレーされることを可能にするために考慮され得る。例えば、図６５Ｃ例解されるように、図６５Ｂに示される実施形態と同様に、表面４０１４の表面法線４０３０及び各入射点における入射伝搬経路４００２は、伝搬経路４００２を通してリレーされるエネルギーが、基準方向４０１６から離れて傾斜される出口円錐内で表面４０１４を出射し得るように傾斜される。
一実施形態では、図６５Ａのエネルギー・リレー要素４０００Ａは、エネルギー・リレー４０００Ｄの表面４０１４、４０２０を形成する、図６５Ａに概説されたプロファイル４０１２及び４０２０の両方に沿って切断することができる。図６５Ｄの実施形態において、エネルギー・リレー４０００Ｄの表面４０１４は、図６５Ｂのエネルギー・リレー４０００Ｂの表面４０１４の湾曲プロファイルと同じ湾曲プロファイルを有する。一実施形態では、表面４０１４のプロファイル４０１８は、本開示で企図されるように、成形、プレス、屈曲、引張、押出、加熱、冷却、又はそれらの任意の組み合わせなどの、切断を伴わない様々な形状形成技法によって形成されてもよい。エネルギー伝搬経路４００２の所定の配向及び形成されたエネルギー・リレー４０００Ｄのリレー表面４０１４のプロファイルは、エネルギー・リレー４０００Ｄの基準方向４０１６に対して所望の角度範囲及び／又は所望の角度整合プロファイルを伴うエネルギーの円錐内に出射するようにリレー表面４０１４を通してリレーされることを可能にするために考慮され得る。例えば、図６５Ｄに例解されるように、図６５Ｂに示される実施形態と同様に、表面４０１４の表面法線４０３０及び入射伝搬経路４００２は、伝搬経路４００２を通してリレーされるエネルギーが、基準方向４０１６から離れて傾斜される出口円錐において表面４０１４を出射し得るように、各入射点において傾斜される。
図６５Ｄの実施形態では、エネルギー・リレー４０００Ｄの表面４０２０は、エネルギー・リレー４０００Ｄの表面４０１４の湾曲プロファイルと比較して異なる方向に延在する湾曲プロファイルを有する。別の実施形態では、表面４０１４及び４０２０の湾曲プロファイルは、同じ方向に延在してもよく、又は同じであってもよい。一実施形態では、表面４０２０のプロファイル４０２０は、本開示で企図されるように、成形、プレス、屈曲、引張、押出、加熱、冷却、又はそれらの任意の組み合わせなどの、切断を伴わない様々な形状形成技法によって形成されてもよい。形成されたエネルギー・リレー４０００Ｄのエネルギー伝搬経路４００２の所定の配向及びリレー表面４０２０のプロファイルは、エネルギー・リレー４０００Ｄの基準方向４０１６に対して所望の角度範囲及び／又は所望の角度整合プロファイルを有するエネルギーの受容円錐において、エネルギーがリレー表面４０２０に受容されることを可能にするように考慮され得る。例えば、図６５Ｄに例解されるように、図６５Ｂに示される実施形態と同様に、表面４０２０の表面法線４０３２及び入射伝搬経路４００２は、伝搬経路４００２を通してリレーされるエネルギーが、基準方向４０１６に向かって傾斜される受容円錐において表面４０２０に入射し得るように、各入射点において傾斜される。基準方向４０１６に沿ってエネルギー・リレー４０００Ｄに指向されたエネルギーに関して、傾斜した受容円錐のプロファイルは、表面４０２０の中心から更に離れたエネルギー伝搬経路位置において表面４０２０に受容されるエネルギーがより少なくなることをもたらす。光学用途では、表面４０２０の中心から外れた位置でのエネルギーの非受容及び表面４０１４の中心から外れた位置でのエネルギーの出口円錐の軸外の角度整合は、表面４０１４の中心位置の周りの許容可能な軸上像品質の狭いトンネルのみをもたらすことができる。
ここで図６５Ｅを参照すると、エネルギーが、基準方向に対して所望の角度範囲及び／又は所望の角度整合プロファイルを有するエネルギーの円錐内に入射又は出射するように、リレー表面を通してリレーされることを可能にするように、エネルギー伝搬経路４００２の配向及びリレー表面のプロファイルを決定するために考慮されることができるパラメータを示すために、エネルギー・リレー４０００Ｅの一実施形態が例解される。図６５Ｅでは、エネルギー・リレー４０００Ｅは、図６５Ｄに例解されたエネルギー・リレー４０００Ｄの表面のプロファイルと同様のプロファイルを有するリレー表面４０１４及び４０２０を含む。エネルギー・リレー４０００Ｅは、リレー表面４０１４と４０２０との間に画定された複数のエネルギー伝搬経路４００２を更に含む。各点において、エネルギー伝搬経路４００２は、リレー表面４０１４に入射し、入射点における表面法線４０３０及び伝搬経路軸４０３４は、入射角ａｉを形成する。
伝搬経路軸４０３４は、伝搬経路４００２がリレー表面４０１４を越えて続く場合にエネルギーが伝搬し続ける仮想軸であると理解され得る。幾何学的観点から、伝搬経路軸４０３４は、リレー表面４０１４における入射点で伝搬経路４００２の接線と整列されていると理解され得る。当業者によって理解されるように、接線は、湾曲上の一対の無限に近い点を通る線である。更に、当業者によって理解されるように、エネルギー・リレー要素４０００Ａの構造は、少なくとも１つの可撓性部分を備えてもよく、第１のリレー表面及び第２のリレー表面のうちの少なくとも１つが可撓性で一実施形態では、第１のリレー表面及び第２のリレー表面のうちの少なくとも１つの表面法線が可変であってもよく、第１のリレー表面及び第２のリレー表面のうちの少なくとも１つにおける伝搬経路軸も可変であってもよいことが企図される。
表面４０１４における各入射点において、エネルギー・リレーの材料に対する第１の屈折率Ｎ１と、エネルギー・リレー表面４０１４に隣接する材料に対する第２の屈折率Ｎ２とが存在する。第１の屈折率Ｎ１及び第２の屈折率Ｎ２が異なる場合、これはリレー４０００Ｅの表面４０１４が空気又はリレー４０００Ｅの材料とは異なる材料で作られた導波路などの別の光学構成要素に隣接する場合であり、エネルギーの出口円錐の主光線４０３８は、伝搬経路軸４０３４に対して偏向角β１だけ偏向される。
各点において、エネルギー伝搬経路４００２は、リレー表面４０２０に入射し、入射点における表面法線４０３２及び伝搬経路軸４０３６は、入射角α２を形成する。表面４０２０における各入射点において、エネルギー・リレーの材料に対する第１の屈折率Ｎ１と、エネルギー・リレー表面４０２０に隣接する材料に対する第２の屈折率Ｎ３とが存在する。第１の屈折率Ｎ１及び第２の屈折率Ｎ２が異なる場合、これはリレー４０００Ｅが空気又はリレー４０００Ｅの材料とは異なる材料で作られたエネルギー導波路（図示せず）などの別の光学構成要素に隣接する場合であり、エネルギーの出口円錐の主光線４０４０は、伝搬経路軸４０３６に対して偏向角β２だけ偏向される。
入射角α１、α２及び偏向角β１、β２は、基準方向に対して定義されてもよい。一実施形態では、軸上方向４０１６は基準方向として使用されてもよく、各表面法線４０３０は、軸上方向４０１６に対して角度φ１を形成し、それによって、軸上方向４０１６に対する表面４０１４のプロファイルを画定する。各表面法線４０３２は、軸上方向４０１６に対して角度φ２を形成し、それによって、軸上方向４０１６に対する表面４０２０のプロファイルを画定する。軸上方向４０１６に対して角度φ１及びφ２、入射角α１、α２、及び偏向角β１、β２によって定義されるような表面のプロファイルに基づいて、出口円錐主光線４０３８、４０４０の角度整合プロファイルは、軸上方向４０１６に対して同様に定義され得る。
上述のパラメータは、計算フレームワークにおいて一般化することができる。軸上方向４０１６などの基準方向が与えられると、基準方向に対するリレー表面における出口円錐の角度整合プロファイルは、１）リレー表面におけるリレー材料の屈折率Ｎｉ、２）リレー表面に隣接する材料の屈折率Ｎｉ＋ｊ、３）各入射点における表面法線と基準方向との間の角度φｉによって定義されるようなリレー表面プロファイル、及び４）伝搬経路軸線と各入射点における表面法線との間の入射角αｉの関数としてみなすことができる。各入射点において、偏向角βｉは、Ｎｉ、Ｎｉ＋ｊ、φｉ、及びαｉから計算することができ、基準方向に対するリレー表面における出口円錐の角度整合プロファイルを定義することができる。
言い換えれば、上記の計算フレームワークは、第１のリレー表面の第１の領域を通って放出又は受容されるエネルギーが、第１の主光線を有し、その角度方向が、第１の表面法線と、第２の表面法線及び第２の伝搬経路軸とは独立して、第１のリレー表面の第１の領域における第１の伝搬経路軸とによって決定され、逆に、第２のリレー表面の第１の領域を通って放出又は受容されるエネルギーが、第２の主光線を有し、その角度方向が、第２の表面法線と、第１の表面法線及び第１のリレー表面の第１の領域における第１の伝搬経路軸とは独立して、第２の伝搬経路軸とによって決定されるというように、より端的に言い換えることができる。
この計算フレームワークを使用して、少なくとも１つのリレー表面を有するリレーは、基準方向に対する出口円錐の所望の角度整合プロファイルと基準方向に対する表面プロファイルとの様々な組み合わせを達成するために、いくつかの方法で構成され得る。例えば、一実施形態では、基準方向に対する出口円錐の特定の角度整合プロファイルについての１つ以上の解決策は、Ｎｉ、Ｎｉ＋ｊ、φｉ、及びαｉの１つ以上の組み合わせを含むように識別することができる。設計制約は、解決策の数を狭める可能性がある。例えば、特定のＮｉ、Ｎｉ＋ｊが与えられると、各入射点におけるφｉ及びａの組み合わせのセットは、基準方向に対する出口円錐の特定の角度整合プロファイルに対する１つ以上の解決策を提供し得る。別の例として、各入射点において特定のＮｉ、Ｎｉ＋ｊ、及びφｉが与えられると（すなわち、基準方向に対する特定のリレー表面プロファイルが制約である）、基準方向に対する出口円錐の特定の角度整合プロファイルは、１つ以上の特定の入射角αｉが各入射点において形成されて上述の計算フレームワークを満たすようにリレーのエネルギー伝搬経路を構成することによって達成し得る。更に別の例として、特定のＮｉ、Ｎｉ＋ｊ、及びエネルギー伝搬経路の配向が与えられると、１つ以上の特定のリレー表面プロファイルを識別して、計算フレームワークを満たし、基準方向に対する出口円錐の特定の角度整合プロファイルを提供する各入射点におけるφｉ及びαｉをもたらし得る。本明細書で提供される例は、本開示の計算フレームワークを適用して、リレー表面が基準方向に対して出口円錐の特定の角度整合プロファイルを有するようにリレーを構成するための解決策を提供する原理を示すことを理解されたい。これらの例は例示的なものであり、本開示において企図され例示される原理に従って計算フレームワークを適用することができる多数の方法を決して限定するものではない。本開示の原理を更に説明するために、追加の実施形態が提供され、以下で説明される。
一実施形態では、エネルギー・リレー要素４１００Ａは、エネルギー・リレー要素４１００Ａが、図６６Ａに示されるような所定の配向を伴う複数のエネルギー伝搬経路４１０２を有するように、本開示で開示されるプロセスのうちのいずれかに基づいて形成されてもよい。エネルギー・リレー要素４０００の下端領域４１１０付近のエネルギー伝搬経路４１０２は、第１の表面４１０４の法線と実質的に整列され、図６６Ａに示されるように、軸上方向４１１６と実質的に整列される受容円錐内の入射エネルギーは、第１の表面４１０４内に受容され得る。エネルギー・リレー要素４１００Ａの上端領域４１０８の近くの伝搬経路４１０２は、第２の表面４１０６の法線と実質的に整列され得る。上端領域４１０８と下端領域４１０６との間で、伝搬経路４１０２の所定の配向は、図６６Ａに示すプロファイルを有することができ、このプロファイルは、凹状湾曲、凸状湾曲、単純湾曲、累進湾曲、複合湾曲、規則的湾曲又は不規則的湾曲、若しくは任意の他の形状及び形状の組み合わせを含んでもよい。
エネルギー・リレー要素４１００Ａは、図６６Ａに概説されたプロファイル４１１２に沿って切断することができ、これは、上端領域４１０８の大部分又はすべてを除去して、最終エネルギー・リレー４１００Ｂのリレー表面４１１４を形成する。別の実施形態では、リレー表面４０１４のプロファイル４１１２は、本開示で企図されるように、成形、プレス、屈曲、引張、押出、加熱、冷却、又はそれらの任意の組み合わせなど、切断を伴わない様々な形状形成技法によって形成され得る。エネルギー伝搬経路４１０２の所定の配向及び形成されたエネルギー・リレー４１００Ｂのリレー表面４１１４のプロファイルは、エネルギー・リレー４１００Ｂの軸上方向４１１６に対して所望の角度範囲及び／又は所望の角度整合プロファイルを有するエネルギーの円錐内にエネルギーがリレー表面４１１４を通って出射することを可能にするために、図６５Ｅに関して上述した計算フレームワークに従って説明されてもよい。
図６６Ｂに例解される実施形態では、リレー表面４１１４のプロファイルは、表面４１１４の表面法線４１３０及び各入射点における入射伝搬経路４１０２が、伝搬経路４１０２を通してリレーされるエネルギーが、図６６Ｂに示されるように、軸上方向４１１６と実質的に整列される出口円錐内で表面４１１４を出射し得るように角度付けられるような湾曲を含む。リレー表面４１１４上のそれぞれの入射点における伝搬経路４１０２及び表面法線４１３０は、図６５Ｂに示される面４０１４上の入射点における伝搬４００２と表面法線４０３０との間に形成される入射角と比較して、より小さい入射角αｉを形成する。より小さい入射角αｉは、リレー表面４１１４を出るエネルギーのより小さい量の屈折をもたらし、したがって、リレー表面４１１４におけるエネルギーの出口円錐は、軸上方向４１１６から離れて方指向される、図６５Ｂに示される面４０１４におけるエネルギーの出口円錐と比較して、軸上方向４０１６とより整列されることを可能にされる。軸上方向４１１４と実質的に整列されているリレー表面４１１４における出口円錐の効果は、表面４１０４に入射する軸上エネルギーが、ここで、軸上方向に沿って表面４１１６を通してリレーされることである。光学用途の場合、これは、コントラストなどの軸上像品質の実質的な維持を可能にする。
図６６Ａに戻ると、エネルギー・リレー要素４１００Ａは、図６６Ａに概説されるプロファイル４１１３に沿って切断されることができる。別の実施形態では、リレー表面４０１４のプロファイル４１１３は、本開示で企図されるように、成形、プレス、屈曲、引張、押出、加熱、冷却、又はそれらの任意の組み合わせなどの切断を伴わない様々な形状形成技法によって形成されてもよい。エネルギー伝搬経路４１０２の所定の配向及び形成されたエネルギー・リレー４１００Ｂのリレー表面４１１４のプロファイルは、エネルギー・リレー４１００Ｂの軸上方向４１１６に対して所望の角度範囲及び／又は所望の角度整合プロファイルを有するエネルギーの円錐内にエネルギーがリレー表面４１１４を通って出射することを可能にするために、図６５Ｅに関して上述した計算フレームワークに従って説明されてもよい。
図６６Ｃに例解される実施形態では、リレー表面４１１４のプロファイルは、表面４１１４の表面法線４１３０及び各入射点における入射伝搬経路４１０２が、伝搬経路４１０２を通してリレーされるエネルギーが、図６６Ｃに示されるように、軸上方向４１１６に向かって傾斜される出口円錐内で表面４１１４を出射し得るように傾斜されるような湾曲を含む。図６６Ｂ及び６６Ｃの実施形態によって示されるように、リレー表面４１１４のプロファイル及び伝搬経路４１０２の配向は、計算フレームワークを満たし、基準方向に対する出口円錐の特定の角度整合プロファイルを提供するであろう、各入射点におけるφｉ及びαｉを提供するように、独立して、又は組み合わせて変化させられてもよい。
本開示で提供される様々な実施形態で説明及び例解されるように、エネルギー・リレーを出るエネルギーの角度範囲は、リレーされた表面間の拡大又は縮小を可能にするように、エネルギー・リレー及びそのエネルギー伝搬経路を構成することによって制御されることができる。図６５Ａ～図６５Ｅ及び図６６Ａ～図６６Ｃに戻って参照すると、リレー表面４０１４、４１１４におけるエネルギー出口円錐の角度範囲は、拡大（図６５Ａ～図６５Ｅ）及び縮小（図６６Ａ～図６６Ｃ）により、リレー表面４００４、４１０４における入射エネルギーの円錐の角度範囲とは異なる。図６５Ａ～図６５Ｅでは、リレー表面４０１４の表面積よりも小さい表面積を有するエネルギー・リレー４０００Ｂの第１の表面４００４による拡大は、リレー表面４０１４におけるエネルギー出口円錐の角度範囲が、第１の表面４００４における入射エネルギーの円錐の角度範囲よりも小さくなることを可能にする。図６６Ａ～図６６Ｃでは、エネルギー・リレー４１００Ｂの第１の表面４１０４がリレー表面４１１４の表面積よりも小さい表面積を有することによる縮小は、リレー表面４１１４におけるエネルギー出口円錐の角度範囲が第１の表面４１０４における入射エネルギーの円錐の角度範囲よりも大きくなることを可能にする。
図６５Ａ～図６５Ｅ及び図６６Ａ～図６６Ｃの実施形態は、エネルギー伝搬経路の所定の配向及び非平面表面のプロファイルが、エネルギーがリレー表面を通してリレーされ、実質的に所望の角度範囲を伴うエネルギーの円錐内に出射することを可能にするようにどのように構成されることができるかを示すことを理解されたい。図６５Ｅに戻ると、本開示で論じられる計算フレームワークは、リレー表面の伝搬経路４００２の入射点におけるエネルギー円錐の角度範囲に対応する、リレー表面における角度γｉを含むように拡張されてもよい。例解された実施形態では、表面４０１４における伝搬経路４００２は、角度範囲γ１を有するエネルギーの円錐内の表面４０１４の入射領域を通してエネルギーを受容又は放出するように構成される。表面４０２０における同じ伝搬経路４００２は、入射点を有し、伝搬経路４００２は、角度範囲γ２を有するエネルギーの円錐内の表面４０２０の入射領域を通してエネルギーを受容又は放出する。γ１とγ２との間の比率は、表面４０１４及び４０２０のそれぞれの入射領域の表面積の比率に依存する。図６５Ｅに例解される実施形態では、表面４０２０の入射領域の表面積は、表面４０１４の入射領域の表面積よりも小さくてもよく、これは、表面４０２０におけるγ２が表面４０１４におけるγ１よりも大きいことを意味する。一実施形態では、表面４０２０の入射領域の表面積が表面４０１４の入射領域の表面積よりも大きい場合、表面４０２０におけるγ２は、表面４０１４におけるγ１よりも小さくなる。
これを更に示すために、ここで図６７Ａ及び図６７Ｂに示される実施形態に関して参照がなされる。
図６７Ａは、図６５Ａ～図６５Ｅの実施形態で説明した手法を使用してエネルギー・リレー要素４０５０Ａから形成されたリレー表面４０１４を有するエネルギー・リレー４０５０Ｂを例解する。リレー表面４０１４は、軸上方向から離れて傾斜したエネルギーの出口円錐を有する。図６５Ａ～図６５Ｄの実施形態と図６７Ａの実施形態との間の差異は、エネルギー・リレー要素４０５０Ａが、エネルギー・リレー４０５０Ｂのエネルギー伝搬経路がエネルギー・リレー４０５０Ｂの第１の表面４００４と表面４０１４との間で小さな拡大率のみを有するように配向されるように構成されることである。小さな拡大率は、非平面表面４０１４におけるエネルギーの出口円錐が、第１の表面４００４における入射エネルギーの円錐の角度範囲よりもわずかに小さい角度範囲のみを有することを可能にする。
図６７Ｂは、図６６Ａ～図６６Ｃの実施形態で説明した手法を使用してエネルギー・リレー要素４１５０Ａから形成されたリレー表面４１１４を有するエネルギー・リレー４１５０Ｂを例解する。リレー表面４１１４は、軸上方向に実質的に整列されたエネルギーの出口円錐を有する。図６６Ａ～図６６Ｃの実施形態と図６７Ｂの実施形態との差異は、エネルギー・リレー要素４１５０Ａが、エネルギー・リレー４１５０Ｂのエネルギー伝搬経路がエネルギー・リレー４１５０Ｂの第１の表面４１０４とリレー表面４１１４との間で拡大を有するように配向されるように構成されていることである。小さい拡大率は、非平面表面４１１４におけるエネルギーの出口円錐が、第１の表面４１０４における入射エネルギーの円錐の角度範囲よりもわずかに小さい角度範囲のみを有することを可能にする。
理解できるように、図６７Ａ及び６７Ｂの実施形態は、小さい拡大率で構成されたエネルギー・リレーを例解しているが、同じ原理を適用して、エネルギー・リレーの伝搬経路及びリレー表面を構成してもよく、その結果、拡大が生じないか、又は縮小が小さくなる。
図６８Ａは、エネルギー・リレー要素４２００Ａが、図６８Ａに示されるような所定の配向を伴う複数のエネルギー伝搬経路４２０２を有するように、本開示に開示されるプロセスのうちのいずれかに基づいて形成され得る、エネルギー・リレー要素４２００Ａの一実施形態を例解する。エネルギー・リレー要素４２００Ａの下端領域４２１０の近くのエネルギー伝搬経路４２０２は、各入射点において第１の表面４２０４の法線と実質的に整列される。エネルギー・リレー要素４２００Ａは、エネルギー・リレー要素４０００Ａ及び４１００Ａとは異なり、第１の表面４２０４が湾曲しているので、各入射点における第１の表面４２０４の法線とのエネルギー伝搬経路４２０２の位置合わせは、軸上方向４２１６に対して軸外方向に実質的に整列された入射エネルギー受容円錐をもたらす。この構成は、第１の表面４２０４内に受容され得る軸上光の量を制限する。
エネルギー・リレー要素４２００Ａの上端付近の伝搬経路４２０２は、各入射点において第２の表面４２０６の法線と入射角αｉで整列される。表面４２０４と４２０６との間で、伝搬経路４２０２の所定の配向は、図６８Ａに示される実質的に線形のプロファイルを有し得る。別の実施形態では、伝搬経路４２０２は、凹状湾曲、凸状湾曲、単純湾曲、累進湾曲、複合湾曲、規則的湾曲又は不規則的湾曲、若しくは任意の他の形状及び形状の組み合わせを含み得る、湾曲プロファイルを有してもよい。エネルギー・リレー要素４２００Ａは、図６８Ａに概説されるプロファイル４２１２に沿って切断することができ、これは、下端領域４２０８の大部分又はすべてを除去して、最終エネルギー・リレー４２００Ｂのリレー表面４２１４を形成する。一実施形態では、表面４２１４のプロファイル４２１２は、本開示で企図されるように、成形、プレス、屈曲、引張、押出、加熱、冷却、又はそれらの任意の組み合わせなどの、切断を伴わない様々な形状形成技法によって形成されてもよい。エネルギー伝搬経路４２０２の所定の配向及び最終エネルギー・リレー４２００Ｂのリレー表面４２１４のプロファイルは、エネルギーがリレー表面４２１４を通ってリレーされて、最終エネルギー・リレー４０００Ｂの軸上方向４２１６に対して所望の角度範囲及び／又は角度整合プロファイルを有するエネルギーの円錐内に入射又は出射することを可能にするように考慮され得る。
ここで図６８Ｂを参照すると、表面４２０６のプロファイルは、表面４０１４の表面法線４２３０及び各入射点における入射伝搬経路４００２が、伝搬経路４００２を通してリレーされるエネルギーが、図６８Ａ及び図６８Ｂに示されるように、基準方向４２１６から離れて傾斜される出口円錐内で表面４２０６を出射し得るように傾斜されるような湾曲を含む。表面４２１４に関して、表面４２１４の表面法線４０３２及び入射伝搬経路４２０２は、伝搬経路４２０２を通してリレーされるエネルギーが、基準方向４２１６から離れて傾斜される受容円錐において表面４２１４に入射し得るように、各入射点において傾斜される。基準方向４０１６に沿ってエネルギー・リレー４０００Ｄに指向されたエネルギーに関して、傾斜した受容円錐のプロファイルは、表面４２１４の中心から離れたエネルギー伝搬経路位置において表面４２１４に受容されるエネルギーをほとんどもたらさない。光学用途では、表面４２１４の中心から外れた位置におけるエネルギーの非受容及び表面４２０６の中心から外れた位置におけるエネルギーの出口円錐の軸外の角度整合は、表面４０１４の中心位置の周りの許容可能な軸上像品質の狭いトンネルのみをもたらすことができる。
＜アンダーソン局在材料の制限及び秩序化エネルギー局在の導入＞
アンダーソン局在原理は、１９５０年代に導入されたが、材料及びプロセスにおける最近の技術的ブレークスルーによってはじめて、その原理が光輸送において実際に研究されることを可能にした。横アンダーソン局在は、横方向には不規則であるが、長手方向には不変の材料を通って横平面内で波が拡散することなく輸送される波の伝搬である。
先行技術において、横アンダーソン局在は、ランダムに混合され、そして互いに溶融された、異なる屈折率（ＲＩ）を有する光ファイバの数百万本の個々の撚り線を線引きすることを通じて、光ファイバファイスプレートが作製された実験を通して観察された。入力ビームが面板の表面のうちの一方を横切ってスキャンされると、反対側の表面上の出力ビームは、入力ビームの横方向位置へ追従する。アンダーソン局在は、不規則な媒体内では、波の拡散の不存在を呈するため、いくつかの基本的な物理学は、規則的な光ファイバリレーと比較した場合とは異なる。これは、ＲＩの変化を伴う光ファイバのランダム混合におけるアンダーソン局在現象が、波の干渉を長手方向の経路において継続しながら、横方向の配向の伝搬を完全に制限することができる多重散乱経路間のランダム化によるよりも、全反射による影響を受けにくいことを意味する。この概念に加えて、エネルギー輸送装置の横平面内のランダム化された分布の代わりに、材料波伝搬特性の非ランダムパターンが使用され得ることが本明細書に導入される。かかる非ランダム分布は、本明細書で装置の横平面内の秩序化エネルギー局在と呼ばれるものを誘発し得る。この秩序化エネルギー局在は、類似する材料特性の局在化されたグループ化の発生を低減させ、この発生は、ランダム分布の性質により起こり得るが、装置を通したエネルギー輸送の全体的な効率を低下させるように作用する。
一実施形態では、光学的変調伝達関数（ＭＴＦ）で測定したときに、秩序化エネルギー局在材料が、最高品質の市販のマルチモードガラスイメージファイバと同等又はそれ以上のコントラストで光を輸送することが可能であり得る。マルチモード及びマルチコア光ファイバによって、コア間の領域内の画像転送の損失がＭＴＦを低減させてぼやけを増加させる、コアの個別アレイの全反射の特性により、リレーされた画像は、本質的にピクセル化される。図５Ａに例解されるように、マルチコア光ファイバを用いて生成されて得られた画像は、残留固定ノイズファイバパターンを有する傾向がある。対照的に、ノイズパターンが固定ファイバパターンよりもはるかに粒子構造のように見える横アンダーソン局在原理に類似する秩序化エネルギー局在を呈する材料サンプルの一例を介した同じリレー画像。
秩序化エネルギー局在現象を示す光リレーの別の利点は、それをポリマー材から製造することができ、その結果、コスト及び重量が低減されることである。一般にガラス又は他の類似する材料で作製される類似する光学グレードの材料は、ポリマーで生成される同じ寸法の材料の１００倍以上のコストがかかり得る。更に、ポリマーリレー光学部品の重量は、１０倍～１００倍未満になり得る。疑義を避けるため、たとえそれが上記のコスト及び重量の示唆を満たさないとしても、アンダーソン局在特性又は本明細書に記載される秩序化エネルギー局在特性を呈する任意の材料が本開示に含まれ得る。当業者には理解されるように、上記の示唆は、同様のガラス製品が除外する重要な商業的実行可能性にそれ自体役立つ唯一の実施形態である。追加の利点は、秩序化エネルギー局在が機能するために、光ファイバのクラッド部が必要とされ得ないことであり、そのクラッド部は、従来のマルチコア光ファイバの場合、ファイバ間の光散乱を防止するのに必要であるが、同時に光線の一部分を遮り、したがって、少なくともコア対クラッド比による透過を減少させる（例えば、７０：３０のコア対クラッド比は、最大でも受光照度の７０％しか透過しない）。特定の実施形態では、リレーの材料の全部又は大部分を介してエネルギーをリレーすることは、追加のエネルギー制御材料の必要性が低減又は除去され得るので、当該材料を介してエネルギーをリレーする効率を改善させ得る。
別の利点は、ポリマー材料が繰り返しユニットで構成されているので、継ぎ目なしで接合又は融合され得る多数のより小さな部品を製造する能力であり、任意の２つのピースの合併は、２つ以上のピースを一緒に合併するためのプロセスに応じて単一のピースとしてコンポーネントを生成することと略同じである。大規模な用途の場合、これは、大規模な基幹設備又は金型コストを伴わずに製造する能力に対してかなりの利点であり、そうしなければ他の方法では不可能である単一の材料ピースを生成する能力を提供する。従来のプラスチック光ファイバは、これらの利点のいくつかを有するが、クラッド部のために、一般には、依然としてある程度の距離の継ぎ目線を必要とする。
本開示は、秩序化エネルギー局在化現象を呈する材料を製造する方法を含む。１つ以上のコンポーネント操作された構造体（ＣＥＳ）を含み得る構築ブロックを使用して、電磁エネルギー、音響エネルギー、又は他のタイプのエネルギーのリレーを構築するためのプロセスが提案されている。用語ＣＥＳは、限定されないが、他の特性の中でもとりわけ材料のタイプ、サイズ、形状、屈折率、重心、電荷、重量、吸収、及び磁気モーメントを含み得る、特定の設計特性（「ＥＰ」）を有する構築ブロックコンポーネントを指す。ＣＥＳのサイズ縮尺は、リレーされているエネルギー波の波長程度であり得、ミリスケール、マイクロスケール、又はナノスケールにわたって変化することができる。また、他のＥＰのサイズ規模も、エネルギー波の波長に強く依存する。
本開示の範囲内で、複数のＣＥＳの特定の配置は、リレーにわたって横方向で繰り返して、秩序化エネルギー局在を効果的に誘発し得る、非ランダムパターンを形成し得る。かかるＣＥＳの非ランダムパターンの１つの例は、本明細書において、モジュールと呼ばれる。モジュールは、２つ以上のＣＥＳを備え得る。リレー内の２つ以上のモジュールのグループ化は、本明細書で構造体と呼ばれる。
秩序化エネルギー局在は、とりわけ電磁波、音波、量子波、エネルギー波の輸送に適用される一般的な波の現象である。１つ以上のコンポーネント操作された構造は、秩序化エネルギー局在を呈するエネルギー波リレーを形成し得、各々が、対応する波長程度のサイズを有する。構築ブロックに対する別のパラメータは、これらの構築ブロックに使用される材料中のエネルギー波の速度であり、これは、電磁波に対する屈折率、及び音波に対する音響インピーダンスを含む。例えば、構築ブロックのサイズ及び屈折率は、Ｘ線から電波までの電磁スペクトルの任意の周波数に適応するように、又は約０Ｈｚ～約４０ｋＨｚの範囲の可聴音波に対応するように変化させることができる。図６９は、音波などの機械的エネルギーを輸送するように構成されたエネルギー・リレーのための例示的な構造を提供する。
この理由から、光リレーに関する本開示における考察は、完全な電磁スペクトルだけでなく、音響エネルギー及び他のタイプのエネルギーにも一般化され得る。この理由から、たとえ一実施形態が可視電磁スペクトルなどの特定の１つの形態のエネルギーに関して議論し得るとしても、エネルギー源、エネルギー面、及びエネルギー・リレーという用語の使用が本開示において使用されるであろう。当業者は、エネルギーの１つの形態に関して議論される本開示の原理が、エネルギーの他の形態のために実施される実施形態にも同様に適用されることを理解するであろう。
疑義を避けるために、材料の量、プロセス、タイプ、屈折率などは、単なる例示であり、秩序化エネルギー局在特性を呈する任意の光学材料が、本明細書に含まれる。更に、秩序化材料及びプロセスの任意の使用が、本明細書に含まれる。
本開示に記載されている光学設計の原理は、一般にすべての形態のエネルギー・リレーに適用され、特定の製品、市場、形状因子、実装などのために選択された設計実施態様は、これらの幾何学形状に対処する必要があってもなくてもよいが、簡単にするために、開示されている任意の手法は、すべての潜在的なエネルギー・リレー材料を含むことを留意されたい。
一実施形態では、可視電磁エネルギーのリレーの場合、ＣＥＳの横方向サイズは、１ミクロン程度であるべきである。ＣＥＳに対して使用される材料は、限定されないが、ガラス、プラスチック、樹脂、エアポケットなどを含むように所望された光学的品質を呈する任意の光学材料とすることができる。使用される材料の屈折率は、１より大きく、２つのＣＥＳタイプが選択された場合、屈折率における差は、重要な設計パラメータになる。材料のアスペクト比は、長手方向の波の伝搬を助けるため、細長くなるように選択され得る。
実施形態では、他のエネルギー領域からのエネルギーは、１つ以上のＣＥＳを使用してリレーされ得る。例えば、エネルギーの機械的振動の形態であり得る音響エネルギー又は触覚エネルギーがリレーされ得る。これらの代替エネルギー領域の輸送効率に基づいて、適切なＣＥＳが選択され得る。例えば、音響又は触覚エネルギーをリレーする際には、空気がＣＥＳ材料のタイプとして選択され得る。実施形態では、特定の形態の電磁エネルギーをリレーするために、空間又は真空がＣＥＳとして選択され得る。更に、２つの異なるＣＥＳは、共通の材料のタイプが共通であり得るが、形状などの別の設計特性が異なり得る。
ＣＥＳの形成は、形成された材料を取り出して、それらのピースを、所望の形状の形成物、もしくは当該技術分野において既知の任意の他の方法、又はアディティブプロセスに向けて切断する破壊プロセスとして完成され得、そこでは、ＣＥＳは、成長し、印刷され、形成され、溶融され、又は当技術分野において既知の任意の他の方法で製造され得る。アディティブプロセス及び破壊プロセスを組み合わせて、製造上更なる制御を行い得る。これらのＣＥＳは、指定の構造サイズ及び形状に構築される。
一実施形態では、電磁エネルギー・リレーの場合、光学グレードの結合剤、エポキシ、又は他の既知の光学材料を使用することが可能であり得、それらの材料は、液体として始まり、他の処理パラメータの中で、以下に限定されない、とりわけＵＶ、熱、時間を含む様々な手段を通じて光学グレードの固体構造を形成し得る。別の実施形態では、接合剤は、可撓性のある用途のために、硬化しないか、又は屈折率マッチング結合剤は、固体構造体及び非硬化オイル又は光学液体に塗布され得る。これらの材料は、ある特定の屈折率（ＲＩ）特性を呈してもよい。結合剤は、ＣＥＳ材料タイプ１又はＣＥＳ材料タイプ２のいずれかのＲＩと整合する必要がある。一実施形態では、この光結合剤のＲＩは、１．５９であり、ＰＳ（ポリスチレン）と同じである。第２の実施形態では、この光結合剤のＲＩは、１．４９であり、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）と同じである。別の実施形態では、この光学結合剤のＲＩは、１．６４であり、熱可塑性ポリエステル（ＴＰ）材料と同じである。
一実施形態では、エネルギー波に対して、結合剤ＲＩが整合する材料のＲＩを有効に相殺するように、結合剤が、ＣＥＳ材料タイプ１及びＣＥＳ材料タイプ２の混合物に混合され得る。結合剤は、気泡の脱出、材料の望ましい分布、及び粘性特性の発現を達成するための十分な時間を与えることによって、完全に混合され得る。更なる一定の撹拌を実施して、様々な密度の材料、又は他の材料特性に起因して起こり得るいかなる分離にも対抗するために、材料の適切な混合を確実にし得る。
形成され得るあらゆる気泡を排出するように、真空中又はチャンバ内でこのプロセスを実行することが必要とされ得る。更なる方法論は、硬化プロセス中に振動を導入することであり得る。
代替の方法としては、追加の形態特性及びＥＰを有する３つ以上のＣＥＳが提供される。
一実施形態では、電磁エネルギー・リレーの場合、追加の方法は、結合剤のみと一緒に使用される単一のＣＥＳのみを提供し、その場合、ＣＥＳ及び結合剤のＲＩは異なる。
追加の方法は、任意の数のＣＥＳを提供し、そして意図的に気泡を導入することを含む。
一実施形態では、電磁エネルギー・リレーの場合、ある方法は、別個の所望のＲＩを有する複数の結合剤、及び、それらが別々に、又は一緒に硬化して完全に混合された構造体の形成を可能にし得るように、ゼロ、１つ、又はそれ以上のＣＥＳを混合するプロセスを提供する。２つ以上の別々の硬化方法論を利用し、異なる工具及び手順方法論を用いて、異なるインターバルで硬化及び混合する能力を可能にしてもよい。一実施形態では、１．４９のＲＩを有するＵＶ硬化エポキシが、１．５９のＲＩを有する熱硬化第２のエポキシと混合され、そこでは、材料の一定の撹拌が、十分な期間だけの加熱及びＵＶ処理を交互に行いながら提供され、より大きな混合物内から中実構造体の形成を見始めるが、一旦硬化プロセスが略完了すると撹拌が継続できなくなるときまで、任意の大きな粒子が形成するには十分な長さの時間ではなく、硬化プロセスは、同時に実行されて材料を互いに完全に結合させる。第２の実施形態では、１．４９のＲＩを有するＣＥＳが追加される。第３の実施形態では、１．４９及び１．５９の両方のＲＩを有するＣＥＳが、両方とも追加される。
別の実施形態では、電磁エネルギー・リレーの場合、ガラス及びプラスチック材料は、それらのそれぞれのＲＩ特性に基づいて混合される。
追加の実施形態では、硬化混合物が金型内で形成され、硬化後に切断及び研磨される。別の実施形態では、利用される材料は、熱で再液化し、第１の形状に硬化し、次いで第２の形状に引っ張られて、テーパ又は曲がり形状になることを含むが、これらに限定されない。
ポリマー材料を互いに溶接するために使用されるいくつかの周知の従来の方法が存在することを認識するべきである。これらの技術のうちの多くは、ＩＳＯ４７２（「Ｐｌａｓｔｉｃｓ－Ｖｏｃａｂｕｌａｒｙ」、国際標準化機構、スイス、１９９９）に記載されており、参照によりその全体が本明細書に組み込まれ、熱、機械的（例えば、振動、溶接、超音波溶接など）、電磁的、及び化学的（溶媒）溶接方法を含む、軟化させた材料の表面を接合させるためのプロセスを説明している。
図７Ａは、混合オイル又は液体７６と共にＣＥＳ材料タイプ１（７２）及びＣＥＳ材料タイプ２（７４）を使用した、横アンダーソン局在手法を呈する可撓性リレー７０の切取図を例解し、本開示の一実施形態に基づいて、可能な限りエンドキャップリレー７９を使用すると、可撓性チューブエンクロージャ７８内のリレーのいずれかの端部における第１の表面７７から第２の表面７７へエネルギー波をリレーする。この実施形態では、ＣＥＳ材料タイプ１（７２）及びＣＥＳ材料タイプ２（７４）は両方とも、細長いという設計特性を有し、その形状は、楕円形であるが、円筒形もしくは撚り線などの任意の他の細長い、又は設計された形状も可能である。細長い形状は、最小設計特性変動７５のチャネルを可能にする。
可視電磁エネルギー・リレーの一実施形態に対して、リレー７０は、結合剤を、ＣＥＳ材料タイプ２（７４）と整合する屈折率を有する屈折率マッチングオイル７６と交換し、可撓性チューブエンクロージャ７８内に配置してＣＥＳ材料タイプ１とＣＥＳ材料２との混合物の可撓性を維持し、エンドキャップ７９は、画像がエンドキャップの一方の表面から他方の表面に確実にリレーすることができるようにするための中実の光リレーとなるであろう。ＣＥＳ材料の細長い形状は、最小屈折率変動７５のチャネルを可能にする。
リレー７０の複数の例は、中実又は可撓性の形態でリレー結合器を形成するために、単一の表面の中に絡合されることができる。
一実施形態では、可視電磁エネルギー・リレーの場合、リレー７０のいくつかの例は、各々、一端が画像の多数の特定のタイルのうちの１つのみを示す表示装置に接続され得、光リレーの他端が、規則的なモザイク状に配置され、目立った継ぎ目がないフル画像を表示するように配置されている。ＣＥＳ材料の特性により、モザイク内に複数の光リレーを一緒に融合することが更に可能である。
図７Ｂは、ＣＥＳ横アンダーソン局在エネルギー・リレーの剛性の実施態様７５０の切取図を例解する。ＣＥＳ材料タイプ１（７２）及びＣＥＳ材料タイプ２（７４）は、材料２（７４）の屈折率と整合する結合剤７５３と混合されている。任意選択のリレーエンドキャップ７９を使用して、筐体７５４内の第１の表面７７から第２の表面７７にエネルギー波をリレーすることが可能である。この実施形態では、ＣＥＳ材料タイプ１（７２）及びＣＥＳ材料タイプ２（７４）は両方とも、細長いという設計特性を有し、その形状は、楕円形であるが、円筒形若しくは撚り線などの任意の他の細長い、又は設計された形状も可能である。また、長手方向７５１に沿った最小設計特性変動７５の経路も図７Ｂに示されており、この経路は、一方のエンドキャップ表面７７から他方のエンドキャップ表面７７へのこの方向７５１におけるエネルギー波伝搬を支援する。
ＣＥＳの初期構成及び整合は、機械的配置を用いて、又は、液体中のＣＥＳのコロイドに適用された場合にコロイド結晶形成をもたらすことができる電荷、硬化前に重力と共に結合液内に層を生成するのを助ける、微量の強磁性材料を含むＣＥＳを整列させるのを助けることができる磁気モーメント、又は使用されるＣＥＳの相対重量を含むがこれらに限定されない材料のＥＰを利用することによって行うことができる。
一実施形態では、電磁エネルギー・リレーの場合、図７Ｂに示した実施態様は、ＣＥＳ材料タイプ２（７４）の屈折率と整合する結合剤７５３を有し得、任意選択のエンドキャップ７９は、画像がエンドキャップの一方の表面から他方の表面にリレーされ得ることを確実にする中実の光リレーであり得、長手方向の最小の変動を有するＥＰは、屈折率であり得、局在化電磁波の伝搬を支援するチャネル７５を生成する。
可視電磁エネルギー・リレーに対する一実施形態では、図８は、その材料のうちの混合物全体の所与の割合における１つの例示的な材料の長手方向のＣＥＳ材料タイプ７４、８２と共に、ＤＥＭＡ（寸法外壁吸収）ＣＥＳ、８０の含有物の横平面の切取図を例解しており、その材料は、可視電磁エネルギー・リレーに対する本開示の一実施形態に基づいて、迷光を制御する。一実施形態では、ＤＥＭＡ材料は、カーボン、染料、金属材料、結晶、液晶、メタマテリアル、ポリマー材料、反射材料、及び再帰反射材料を含んでもよい。
光を透過しない追加のＣＥＳ材料が、混合物（複数可）に添加されて、従来の光ファイバ技術におけるＥＭＡに類似するランダムな迷光を吸収するが、吸収材料の分布は、長手方向寸法が不変であることとは対照的に、３つすべての次元においてランダムであり得る。別の実施形態では、ＤＥＭＡ材料は、ランダム又は非ランダムパターンで位置付けられてもよく、ＤＥＭＡ材料は、他のＣＥＳ材料に対して固定ピッチ又は可変ピッチで位置付けられてもよい。ＤＥＭＡ材料のピッチは、ＤＥＭＡ材料及び／又はＣＥＳ材料の非ランダムパターンに応じて、一次元又は二次元に延在してもよい。第３の次元においてこの手法を活用することで、以前の実施態様の方法よりもはるかにより多くの制御を提供する。ＤＥＭＡ材料を使用することで、迷光の制御は、それが占めるすべての光リレーコンポーネントの表面の領域の割合だけ光透過全体を最終的に低減させる撚り線のＥＭＡを含む、任意の他の実施態様よりはるかに完全にランダム化される。ＤＥＭＡ材料は、混合物全体に対して任意の比率で提供されることができる。一実施形態では、ＤＥＭＡ材料は、材料の混合物全体の１０％以下を構成する。別の実施形態では、ＤＥＭＡ材料は、材料の混合物全体の１％以下を構成する。材料の混合物全体の１％未満では、ＤＥＭＡ材料は、光透過率を実質的に低減させることなく迷光の吸収を可能にし得る。
追加の実施形態では、２つ以上の材料が、熱及び／又は圧力で処理されて結合プロセスを実行し、これは、金型、又は当該技術分野における既知の他の同様の形成プロセスを用いて完成されても、又はされなくてもよい。これは、溶融プロセス中の気泡を除去するために、真空もしくは振動台などの中に適用されても、又はされなくてもよい。例えば、材料タイプのポリスチレン（ＰＳ）及びポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を有するＣＥＳを混合し、次いで、適切な金型の中に配置し、この金型を両方の材料の融点に到達させることができる均一な熱分布環境中に配置し、そして、材料特性により要求される１時間当たりの最大温度上昇又は下降を超えることによる損傷／破損を生じさせることなく、それぞれの温度の間をサイクルさせ得る。
材料を追加の液状結合剤と混合する必要があるプロセスの場合、各材料の変わりやすい特定の密度を考慮して、材料の分離を防止する一定の速度で回転するプロセスが必要とされ得る。
＜アンダーソン及び秩序化エネルギー・リレー材料の分化＞
図９は、２つのコンポーネント材料、コンポーネント操作された構造（「ＣＥＳ」）９０２及びＣＥＳ９０４を含む、粒子のランダム化された分布を備える予融合エネルギー・リレーの一部分９００の横平面の切取図を例解する。一実施形態では、ＣＥＳ９０２又はＣＥＳ９０４を含む粒子は、異なる屈折率などの異なる材料の特性を有し得、また、それを通して輸送されるエネルギーのアンダーソン局在効果を誘発することができ、材料の横平面内のエネルギーを局在させる。一実施形態では、ＣＥＳ９０２又はＣＥＳ９０４のいずれかを含む粒子は、例解図の平面の中へ又はそこから外へ長手方向に延在し得、それによって、材料の横平面内のエネルギーの局在のため、従来の光ファイバエネルギー・リレーと比較して、減少した散乱効果を有する長手方向に沿ったエネルギー伝搬を可能にする。
図１０は、各粒子が３つのコンポーネント材料ＣＥＳ１００２、ＣＥＳ１００４、又はＣＥＳ１００６のうちの１つを含む、粒子の非ランダムパターンを備える予融合エネルギー・リレーのモジュール１０００の横平面の切取図を例解する。ＣＥＳ１００２、１００４、又は１００６のうちの１つを含む粒子は、モジュールの横平面内のエネルギー局在効果を誘発し得る、異なる屈折率などの異なる材料特性を有し得る。ＣＥＳ１００２、１００４、又は１００６のうちの１つを含む粒子のパターンは、ＣＥＳ１００２、１００４、又は１００６のうちの１つを含む粒子が配置される特定のパターンを画定する、モジュール境界１００８内に含まれ得る。図９と同様に、ＣＥＳ１００２、１００４、又は１００６のうちの１つを含む粒子は、例解図の平面の中へ、及びそこから外へ長手方向に延在して、材料の横平面内のエネルギーの局在のため、従来の光ファイバエネルギー・リレーと比較して、減少した散乱効果を有する長手方向に沿ったエネルギー伝搬を可能にする。
図９によるＣＥＳ９０２又は９０４のうちの１つを含む粒子、及び図１０によるＣＥＳ１００２、１００４、又は１００６のうちの１つを含む粒子は、例解図の平面に対して垂直に長手方向に延在し、図９及び図１０にそれぞれ示される特定のパターンで配置される、それぞれの材料の長く細いロッドであり得る。図９及び図１０示される粒子の円形断面形状のため、ＣＥＳの個々の粒子の間には小さい間隙が存在し得るが、これらの間隙は、ＣＥＳ材料が融合プロセス中にいくらかの流動性を得て、一緒に「溶解して」任意の間隔を満たすので、融合時に効果的に除去される。図９及び図１０に例解する断面形状は円形であるが、これは本開示の範囲を限定するものとみなされるべきでなく、当業者は、本明細書で開示された原理に基づいて、予融合材料の任意の形態又は形状を利用してもよいことを認識するべきである。例えば、一実施形態では、ＣＥＳの個々の粒子は、円形断面ではなく、六角形断面を有し、これは、融合前の粒子間のより小さい間隔を可能にし得る。
図１１は、コンポーネント材料ＣＥＳ１１０２及びＣＥＳ１１０４を含む粒子のランダム分布を備える予融合エネルギー・リレーの一部分１１００の横平面の切取図を例解する。一部分１１００は、各々がＣＥＳ１１０２又は１１０４を含む粒子のランダム化された分布を備える、サブ部分１１０６及び１１０８などの複数のサブ部分を有し得る。ＣＥＳ１１０２及びＣＥＳ１１０４を含む粒子のランダム分布は、リレーの融合後に、一部分１１００を介して、例解図の平面の外へ延在する長手方向にリレーされるエネルギーにおいて、横アンダーソン局在効果を誘発し得る。
図１３は、コンポーネント材料ＣＥＳ１３０２及びＣＥＳ１３０４を含む粒子のランダム分布を備える融合エネルギー・リレーの一部分１３００の横平面の切取図を例解する。一部分１３００は、図１１による一部分１１００の可能な融合形態を表し得る。本開示の文脈では、類似するＣＥＳの隣接する粒子が融合時に一緒に凝集するとき、これを凝集粒子（「ＡＰ」）と呼ぶ。ＣＥＳ１３０２のＡＰの一例は、１３０８に見ることができ、これは、いくつかの未融合ＣＥＳ１３０２粒子（図１１に示す）の融合形態を表し得る。図１３に例解するように、同様のＣＥＳの各連続粒子間の境界、並びに同様のＣＥＳ境界粒子を有するモジュール間の境界は、融合時に除去され、一方で、異なるＣＥＳのＡＰ間に新しい境界が形成される。
アンダーソン局在原理によれば、材料の横方向に分布する異なるエネルギー波伝搬特性を有する材料のランダム化された分布は、その方向内のエネルギーを局在化し、材料の輸送効率を低下させ得る、エネルギーの拡散を抑制し、かつ干渉を低減させる。例えば、電磁エネルギーを輸送する文脈では、異なる屈折率を有する材料をランダムに分布させることによって、横方向の屈折率のばらつきの量を増加させることを介して、横方向の電磁エネルギーを局在させることが可能になる。
しかしながら、上述したように、ランダム化された分布の性質のため、材料の望ましくない配置が偶然に形成され得る可能性が存在し、これは、材料内のエネルギー局在化効果の実現を制限し得る。例えば、図１３のＡＰ１３０６は、融合後に、図１１の対応する位置に示される粒子のランダム化された分布を潜在的に形成し得る。例えば、電磁エネルギーを輸送するための材料を設計するときに、設計上の考慮事項は、ＣＥＳの予融合粒子の横サイズである。エネルギーが横方向に散乱することを防止するために、融合時に、その結果得られる平均ＡＰサイズが、実質的に、材料が輸送することを意図する電磁エネルギーの波長程度であるように、粒子サイズを選択することができる。しかしながら、平均ＡＰサイズを設計することができるが、当業者は、粒子のランダム分布が、ＡＰの様々な予測不可能なサイズをもたらし、あるものは意図する波長よりも小さく、また、あるものは意図する波長よりも大きいことを認識するであろう。
図１３では、ＡＰ１３０６は、一部分１３００の全長にわたって延在し、平均よりもかなり大きいサイズのＡＰを表す。これは、ＡＰ１３０６のサイズがまた、一部分１３００が長手方向に輸送することを意図するエネルギーの波長よりもかなり大きいことも意味し得る。その結果、長手方向におけるＡＰ１３０６を介したエネルギー伝搬は、横平面における散乱効果を経験し得、アンダーソン局在効果を低減させ、その結果、ＡＰ１３０６を介したエネルギー伝搬内の干渉パターン、及び一部分１３００の全体的なエネルギー輸送効率の低減をもたらす。
本明細書で開示された原理によれば、及びランダム化された分布の性質のため、例えばサブ部分１１０８などの一部分１１００内のサブ部分は、画定された分布パターンが存在しないので、任意の重要性のものであり得ると理解されるべきである。しかしながら、当業者には、所与のランダム化された分布において、同じ又は実質的に類似する分布のパターンを備える固有のサブ部分を識別することができるという可能性が存在することが明らかになるはずである。この存在は、全体的に誘発された横アンダーソン局在化効果を大幅に抑制し得ず、本開示の範囲は、かかる場合を除外するように制限されるものとみなされるべきでない。
本明細書で開示された非ランダム秩序化パターンの設計上の考慮事項は、コンポーネント材料のランダム化された分布に代わるもの表し、エネルギー・リレー材料が、エネルギー局在効果を横方向に呈することを可能にし、一方で、ランダム化された分布に固有の偏位事例を潜在的に制限する。
異なる分野にわたって、及び多くの専門分野を介して、「ランダム性」という概念、及び実際に何がランダムで、何がそうでないかという観念は、常に明白でないことに留意されたい。下で検討されるランダム及び非ランダムパターン、配置、分布などについて検討するとき、本開示の文脈において考慮する複数の重要なポイントが存在する。しかしながら、本明細書の開示が、決して、ランダム又は非ランダムの概念を概念化及び／又は体系化する唯一の方法でないことが理解されるべきである。多くの代替的な、及び同等に有効な概念化が存在し、本開示の範囲は、本文脈において当業者によって想到される任意の方法を除外するように制限されるとみなされるべきではない。
当技術分野で周知であり、参照により本明細書に組み込まれる、Ｓｍｉｔｈ，Ｔ．Ｅ．，（２０１６）Ｎｏｔｅｂｏｏｋ ｏｎ Ｓｐａｔｉａｌ Ｄａｔａ Ａｎａｌｙｓｉｓ［ｏｎｌｉｎｅ］（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｅａｓ．ｕｐｅｎｎ．ｅｄＵ／～ｅｓｅ５０２／＃ｎｏｔｅｂｏｏｋ）に記載されている完全空間ランダム性（「ＣＳＲ」）は、空間内（この場合、２Ｄ平面内）の点の分布が完全にランダムに配置されることを説明するのに使用される概念である。ＣＳＲを説明するために使用される２つの共通の特性、すなわち、空間ラプラス原理及び統計的独立性の仮定が存在する。
空間ラプラス原理は、より一般的なラプラス原理の空間確率の領域への適用であり、本質的に、他に示す情報がない限り、点が特定の位置に配置される可能性とみなされ得る特定の事象の可能性が、空間内の各位置に対する可能性と同様であることを述べている。すなわち、領域内の各位置は、点を含む等しい可能性を有し、したがって、点を見つける確率は、領域内の各位置全体にわたって同じである。これは、特定のサブ領域内の点を見つける確率が、そのサブ領域の面積と基準領域全体の面積との比率に比例していることを更に意味する。
ＣＳＲの第２の特徴は、空間的独立性の仮定である。この原理は、領域内の他のデータ点の位置が、特定の位置においてデータ点を見つける確率に対していかなる影響又は効果を有さないと仮定する。言い換えれば、データ点は、互いに独立していると仮定され、「周辺領域」のスレートは、いわば、基準領域内の位置においてデータ点を見つける確率に影響を及ぼさない。
ＣＳＲの概念は、本明細書で説明するＣＥＳ材料のいくつかの実施形態などの、材料の非ランダムパターンの対照的な例として有用である。アンダーソン材料は、本開示の他の部分において、エネルギー・リレーの横平面内のエネルギー伝搬材料のランダム分布であるとして説明されている。上述したＣＳＲの特徴に留意して、これらの概念を、本明細書に記載するアンダーソン材料の実施形態のいくつかに適用して、そうしたアンダーソン材料分布の「ランダム性」がＣＳＲに準拠しているかどうかを決定することが可能である。第１及び第２の材料を含むエネルギー・リレーの実施形態を仮定すると、第１又は第２のいずれかの材料のＣＥＳが、大まかに、実施形態の横平面の同じ領域を占有し得るので（それらが、大まかに、横寸法が同じサイズであることを意味する）、及び更に、第１及び第２のＣＥＳは、実施形態において等しい量で提供されると仮定され得るので、我々は、エネルギー・リレーの実施形態の横平面に沿った任意の特定の位置の場合、この文脈で適用される空間ラプラス原理に従って、第１のＣＥＳ又は第２のＣＥＳのいずれかが存在する可能性が同様にあり得ると仮定することができる。代替的に、リレー材料が他のエネルギー・リレーの実施形態において異なる量で提供される場合、又は互いに異なる横方向サイズを有する場合、我々は、空間ラプラス原理に従って、いずれかの材料を見つける確率が、提供される材料の比率又はそれらの相対サイズに比例することを、同様に予想する。
次に、アンダーソンエネルギー・リレーの実施形態の第１及び第２の材料がどちらも（入念な機械的混合又は他の手段のいずれかによって）ランダムな様態で配置され、更に、材料の「配置」が、材料がランダム化されるときに、同時に発生し、自発的に生じ得るという事実によって明示されるので、我々は、これらの実施形態について、隣接するＣＥＳ材料の同一性が、特定のＣＥＳ材料の同一性に、及びその逆も同様に、実質的にいかなる影響も及ぼさないと断言することができる。すなわち、これらの実施形態内のＣＥＳ材料の同一性は、互いに独立している。したがって、本明細書に記載するアンダーソン材料の実施形態は、記載されるＣＳＲ特徴を満たすと言え得る。当然のことながら、上述のように、外部の要因及び「現実の」交絡因子の性質は、厳格なＣＳＲ定義を有するアンダーソンエネルギー・リレー材料の実施形態のコンプライアンスに影響を及ぼし得るが、当業者は、これらのアンダーソン材料の実施形態が、実質的に、かかる定義の合理的な許容範囲内に入ると認識するであろう。
対照的に、本明細書で開示された秩序化エネルギー局在リレー材料の実施形態のいくつかの分析は、それらの対応するアンダーソン材料の実施形態からの（及び、ＣＳＲからの）特定の逸脱を強調する。アンダーソン材料とは異なり、秩序化エネルギー局在リレーの実施形態内のＣＥＳ材料の同一性は、その隣接物の同一性と高度に相関し得る。特定の秩序化エネルギー局在リレーの実施形態内のＣＥＳ材料の配置にぴったりのパターンは、とりわけ、類似する材料をどのように互いに対して空間的に配置して、融合時に、かかる材料によって形成されるＡＰの有効サイズを制御するのかに影響を及ぼすように設計される。言い換えれば、秩序化エネルギー局在分布に材料を配置するいくつかの実施形態の目的の１つは、単一の材料（ＡＰ）を含む任意の領域の、横寸法における最終的な断面積（又はサイズ）に影響を及ぼすことである。これは、エネルギーが長手方向に沿ってリレーされたときの、該領域内の横エネルギー散乱及び干渉の影響を制限し得る。したがって、秩序化エネルギー局在分布の実施形態においてエネルギー・リレー材料が最初に「配置された」ときに、ある程度の特異性及び／又は選択性が用いられるが、これは、特定のＣＥＳの同一性が、他のＣＥＳの、特にそれを直接取り囲んでいる材料の同一性から「独立している」と認めない場合がある。それとは逆に、特定の実施形態では、材料は、非ランダムパターンに従って特に選択され、任意の１つの特定のＣＥＳの同一性は、パターンの連続性に基づいて、及びパターンのどの部分（したがって、どの材料）がすでに配置されているかを知る際に決定される。したがって、これらの特定の秩序化エネルギー局在分布エネルギー・リレーの実施形態は、ＣＳＲ基準に準拠することができない。したがって、２つ以上のＣＥＳ又はエネルギー・リレー材料のパターン又は配置が、「非ランダム」又は「実質的に非ランダム」として本開示で説明される場合があり、当業者は、上述したＣＳＲの一般的概念又は特徴は、とりわけ、非ランダム又は実質的に非ランダムパターンをランダムパターンと区別するとみなされ得ることを理解するべきである。例えば、一実施形態では、記載されている一般的概念又はＣＳＲの特徴に実質的に準拠していない材料は、秩序化エネルギー局在材料分布とみなされ得る。本開示では、用語「秩序化」は、秩序化エネルギー局在の原理を介してエネルギーを透過するリレーのためのコンポーネント操作された構造材料の分布を説明するために記載され得る。用語「秩序化エネルギー・リレー」、「秩序化リレー」、「秩序化分布」、「非ランダムパターン」などは、本明細書で説明する秩序化エネルギー局在のこの同じ原理を介して、エネルギーを少なくとも部分的に透過する、エネルギー・リレーを説明する。
当然のことながら、ＣＳＲの概念は、考慮するべき例示的なガイドラインとして本明細書に提供され、当業者は、当技術分野において既知である他の原理を考慮して、非ランダムパターンをランダムパターンと区別し得る。例えば、人間の署名のように、非ランダムパターンが、ノイズを含む非ランダム信号とみなされ得ることを認識されたい。非ランダムパターンは、ノイズを含むことによりそれらが同じでないときであっても、実質的に同じであり得る。ノイズ及び非ランダム信号を分離して、後者を相関させるために使用され得る、パターンの認識及び比較の極めて多数の従来の技法が当技術分野に存在する。一例として、参照により本明細書に組み込まれる、Ｒｈｏａｄｅｓの米国特許第７，０１６，５１６号は、ランダム（ノイズ、平滑性、清浄性、など）を識別し、非ランダム信号を相関させて、署名が本物であるかどうかを決定する方法を記載している。Ｒｈｏｄｅｓは、信号のランダム性の計算がこの分野の当業者に十分理解されていることを強調しており、１つの例示的な技術は、各サンプル点での信号の導関数をとり、これらの値を二乗し、次いで、信号全体を合計することである。Ｒｈｏｄｅｓは、様々な他の周知の技術を代替的に使用することができることを更に強調している。従来のパターン認識フィルタ及びアルゴリズムを使用して、同じ非ランダムパターンが識別され得る。例は、米国特許第５，４６５，３０８号及び同第７，０５４，８５０号に提供されており、これらはすべて、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。パターン認識及び比較の他の技術は、本明細書では繰り返さないが、当業者は、既存の技術を容易に適用して、エネルギー・リレーが、複数の繰り返しモジュールを備え、各々が、実質的に非ランダムパターンに配置されている少なくとも第１及び第２の材料を含み、実際に、同じ実質的に非ランダムパターンを備えているかどうかを決定することを認識されたい。
更に、ランダム性及びノイズに関して上述した点を考慮して、実質的に非ランダムパターンへの材料の配置が、機械的不正確さ又は製造のばらつきなどの意図しない要因のため、意図するパターンの歪みを被り得ることが認識されるべきである。かかる歪みの一例を図１９Ｂに例解し、２つの異なる材料の間の境界２００５は、図１９Ａに例解される材料の非ランダム配置の元の部分ではない固有の形状を有する程度に融合プロセスの影響を受ける。しかしながら、当業者には、非ランダムパターンに対するかかる歪みが、大部分は不可避であること、及び機械的技術の性質に固有であること、また、図１９Ａに示す材料の非ランダム配置が、当該材料の境界に対する機械的歪みにもかかわらず、図１９Ｂに示す融合した実施形態に実質的に維持されることが明らかになるであろう。したがって、材料の配置を考慮したとき、単にそれらの固有の違いにもかかわらず同じ人に属しているものとして２つの署名を識別するように、歪んでいない部分からパターンの歪んだ部分を区別することは、かかる当業者の能力の範囲内である。
図１２Ａは、同様の配向を有する複数のモジュールを画定する、３つのコンポーネント材料ＣＥＳ１２０２、ＣＥＳ１２０４、又はＣＥＳ１２０６の（秩序化エネルギー局在を介してエネルギーをリレーするように構成された分布）非ランダムパターンを備える、予融合エネルギー・リレーの一部分１２００の横平面の切取図を例解する。これらの３つのＣＥＳ材料の粒子は、該粒子の実質的に不変の分布を共有する、モジュール１２０８及びモジュール１２１０などの繰り返しモジュール内に配置される。図１２Ａに例解するように、一部分１２００は、６つのモジュールを含むが、所与のエネルギー・リレー内のモジュールの数は、任意の数とすることができ、また、所望の設計パラメータに基づいて選択され得る。加えて、モジュールのサイズ、モジュール当たりの粒子の数、モジュール内の個々の粒子のサイズ、モジュール内の粒子の分布パターン、異なるタイプのモジュールの数、及び外部モジュール式又は間隙材料の包含は、すべて、考慮されるべき、かつ本開示の範囲内に入る設計パラメータであり得る。
同様に、各モジュール内に含まれる異なるＣＥＳの数は、図１２Ａに例解されるように３つである必要はなく、好ましくは、所望の設計パラメータに適した任意の数であり得る。更に、各ＣＥＳが有する異なる特徴的な特性は、所望の設計パラメータを満たすために可変的であり得、違いは、屈折率のみに限定されるべきでない。例えば、２つの異なるＣＥＳは、実質的に同じ屈折率を有し得るが、それらの融点温度は異なり得る。
図１２Ａに例解するエネルギー・リレーの一部分１２００を介して輸送されるエネルギーの散乱を最小化し、かつ横エネルギー局在を促進するために、一部分１２００を備えるモジュールの非ランダムパターンは、上述の秩序化エネルギー局在分布特性を満たし得る。本開示の文脈において、連続粒子は、横平面内で互いに実質的に隣接する粒子であり得る。粒子は、互いに接触しているように例解され得るか、又は隣接する粒子の間に例解される間隙が存在し得る。当業者は、隣接する例解される粒子の間の小さい間隙が、偶然の美的なアーチファクトであること、又は現実の材料の配置において生じ得る微小な機械的変動を例解することを意味すること、のいずれかであることを認識するであろう。更に、本開示はまた、実質的に非ランダムパターンのＣＥＳ粒子の配置も含むが、設計による製造の変動又は偶然の変動による例外を含む。
ＣＥＳ粒子の秩序化エネルギー局在パターンは、エネルギーのより大きい局在、及びリレー材料を介した横方向のエネルギーの散乱を低減させることを可能にし得、その結果、他の実施形態と比較して、材料を介したエネルギー輸送のより高い効率を可能にし得る。図１２Ｂは、３つのコンポーネント材料、ＣＥＳ１２０２、ＣＥＳ１２０４、及びＣＥＳ１２０６の粒子の非ランダムパターンを備える、予融合エネルギー・リレーの一部分１２５０の横平面の切取図を例解し、粒子は、配向を変化させた複数のモジュールを画定する。一部分１２５０のモジュール１２５８及び１２６０は、図１２Ａのモジュール１２０８及び１２１０と同様の材料の非ランダムパターンを備える。しかしながら、モジュール１２６０の材料のパターンは、モジュール１２５８のパターンに対して回転させている。一部分１２５０の複数の他のモジュールもまた、回転させた分布パターンを呈する。パターンに対してどのくらいの回転が課されたかにかかわらず、各モジュール内の粒子分布の実際のパターンが同じままであるので、一部分１２５０内の各モジュールは、この回転配置にもかかわらず、上述した秩序化エネルギー局在分布を有することに留意することが重要である。
図１４は、３つのコンポーネント材料、ＣＥＳ１４０２、ＣＥＳ１４０４、及びＣＥＳ１４０６の粒子の非ランダムパターンを備える、融合エネルギー・リレーの一部分１４００の横平面の切取図を例解する。一部分１４００は、図１２Ａからの、一部分１２００の可能な融合形態を表し得る。秩序化エネルギー局在分布でＣＥＳ粒子を配置することによって、図１４に示すリレーは、図１３に示すランダム化された分布と比較して、リレーを介した長手方向のエネルギーのより効率的な輸送を実現し得る。エネルギーの波長のおよそ１／２の直径を有するＣＥＳ粒子を、材料を介して輸送し、該粒子を図１２Ａに示す予融合秩序化エネルギー局在分布で配置するように選択することによって、その結果得られる図１４に示す融合後のＡＰのサイズは、意図するエネルギーの波長の１／２～２倍の横寸法を有し得る。ＡＰの横方向寸法をこの範囲内に実質的に制限することによって、材料を介して長手方向に輸送されるエネルギーは、秩序化エネルギー局在を可能にし、また散乱及び干渉効果を低減させ得る。一実施形態では、リレー材料におけるＡＰの横寸法は、好ましくは、ＡＰを介して長手方向に輸送されるように意図されたエネルギー波長の１／４～８倍であり得る。
図１４に見られるように、及び図１３とは対照的に、すべてのＡＰにわたるサイズの顕著な整合性が存在し、これは、予融合ＣＥＳ粒子を配置する方法に対して制御を及ぼすことによってもたらされ得る。具体的には、粒子の配置のパターンを制御することは、より大きいエネルギー散乱及び干渉パターンを伴う、より大きいＡＰの形成を低減又は排除し得、エネルギー・リレー内のＣＥＳ粒子のランダム化された分布を超える向上を表す。
図１５は、２つの異なるＣＥＳ材料、ＣＥＳ１５０２及びＣＥＳ１５０４のランダム化された分布を備える、エネルギー・リレーの一部分１５００の断面図を例解する。一部分１５００は、例解図の垂直軸に沿って長手方向にエネルギーを輸送するように設計され、また、例解図の水平軸に沿って横方向に分布したいくつかのＡＰを備える。ＡＰ１５１０は、一部分１５００内のすべてのＡＰの平均ＡＰサイズを表し得る。一部分１５００の融合の前にＣＥＳ粒子の分布をランダム化する結果として、一部分１５００を形成する個々のＡＰは、１５１０によって示される平均サイズを大幅に逸脱し得る。例えば、ＡＰ１５０８は、横方向の幅がＡＰ１５１０よりもかなり広い。その結果、長手方向のＡＰ１５１０及び１５０８を介して輸送されるエネルギーは、顕著に異なる局在化効果、並びに異なる量の波の散乱及び干渉を経験し得る。その結果、そのリレーされた目的地に到達すると、一部分１５００を介して輸送された任意のエネルギーは、一部分１５００に入射するときに、その元の状態に対して、異なるレベルの干渉性又は横軸にわたる強度の変化を呈し得る。リレーに入ったときとは大幅に異なる状態にある、該リレーから現れるエネルギーを有することは、画像光輸送などの特定の用途には望ましくない場合がある。
加えて、図１５に示すＡＰ１５０６は、横方向において平均サイズのＡＰ１５１０よりも実質的に小さくなり得る。その結果、ＡＰ１５０６の横幅は、特定の所望のエネルギー波長領域のエネルギーが効果的にそこを伝搬するには小さすぎる場合があり、該エネルギーの低下を生じさせ、また、該エネルギーをリレーする際の一部分１５００の性能に悪影響を及ぼす。
図１６は、３つの異なるＣＥＳ材料、ＣＥＳ１６０２、ＣＥＳ１６０４、及びＣＥＳ１６０６の非ランダムパターンを備える、エネルギー・リレーの一部分１６００の断面図を例解する。一部分１６００は、例解図の垂直軸に沿って長手方向にエネルギーを輸送するように設計され、また、例解図の水平軸に沿って横方向に分布したいくつかのＡＰを備える。ＣＥＳ１６０４を備えるＡＰ１６１０、及びＣＥＳ１６０２を備えるＡＰ１６０８はどちらも、横方向において実質的に同じサイズを有し得る。一部分１６００内のすべての他のＡＰもまた、横方向において類似するＡＰサイズを実質的に共有し得る。その結果、一部分１６００を通して長手方向に輸送されているエネルギーは、一部分１６００の横軸にわたって実質的に均一な局在化効果を経験し得、また、低減された散乱及び干渉効果を被り得る。横方向寸法の一貫したＡＰ幅を維持することによって、一部分１６００に入るエネルギーは、それが一部分１６００に入る横方向に沿った場所にかかわらずリレーされ、等しく影響を及ぼされる。これは、画像光輸送などの特定の用途の場合、図１５に示すランダム化された分布を超えるエネルギー輸送の改善を表し得る。
図１７は、コンポーネント材料ＣＥＳ１７０２及び１７０４を含む凝集粒子のランダム化された分布を備える、エネルギー・リレーの一部分１７００の断面斜視図を例解する。図１７では、入力エネルギー１７０６は、エネルギー１７０６を表す矢印によって示されるように、例解図の垂直方向と一致する、リレーを介して長手方向（ｙ軸）に一部分１７００を介して輸送するように提供される。エネルギー１７０６は、側面１７１０において一部分１７００に受信され、側面１７１２においてエネルギー１７０８として一部分１７００から現れる。エネルギー１７０８は、エネルギー１７０８が一部分１７００を通して輸送されたときに不均一な変換を受けたことを例解することを意図して、矢印のサイズ及びパターンを変化させて例解され、エネルギー１７０８の異なる一部分は、長手方向のエネルギー方向１７０６に対して垂直な横方向（ｘ軸）における大きさ及び局在化の量を変化させることによって、初期入力エネルギー１７０６とは異なる。
図１７に例解するように、所望のエネルギー波長が側面１７１０から側面１７１２に効果的に伝搬するには小さすぎる、又は別様には不相応である横サイズを有する、ＡＰ１７１４などのＡＰが存在し得る。同様に、所望のエネルギー波長が側面１７１０から側面１７１２に効果的に伝搬するには大きすぎる、又は別様には不相応である、ＡＰ１７１６などのＡＰが存在し得る。一部分１７００を形成するために使用されるＣＥＳ粒子のランダム化された分布の結果であり得る、一部分１７００にわたるエネルギー伝搬特性のこの変動の組み合わせ効果は、エネルギー・リレー材料としての一部分１７００の有効性及び有用性を制限し得る。
図１８は、３つのコンポーネント材料、ＣＥＳ１８０２、ＣＥＳ１８０４、及びＣＥＳ１８０６の凝集粒子の非ランダムパターンを備える、エネルギー・リレーの一部分１８００の断面斜視図を例解する。図１８では、入力エネルギー１８０８は、エネルギー１８０８を表す矢印によって示されるように、例解図の垂直方向と一致する、リレーを介した長手方向に一部分１８００を介して輸送するように提供される。エネルギー１８０８は、側面１８１２において一部分１８００に受信され、エネルギー１８１０として側面１８１４から現れる。図１８に例解するように、出力エネルギー１８１０は、一部分１８００の横方向にわたって実質的に均一な特性を有し得る。更に、入力エネルギー１８０８及び出力エネルギー１８１０は、波長、強度、解像度、又は任意の他の波の伝搬特性などの、実質的に変化しない特性を共有し得る。これは、一部分１８００の横方向に沿ったＡＰの均一なサイズ及び分布によるものであり、横方向に沿った各点でのエネルギーが、共通に影響を受ける様態で、一部分１８００を介して伝搬することを可能にし、これは、現れるエネルギー１８１０にわたる、及び入力エネルギー１８０８と現れるエネルギー１８１０との間の任意のばらつきを制限するのを補助し得る。
エネルギー・リレーを形成するための二軸応力に対処する固定方法
図２３Ａは、予融合リレー材料２６０６を２つのピース２６０２及び２６０４を含む固定具に固定することによってエネルギー・リレー材料を融合させるためのシステム２６００の斜視図を例解する。材料２６０６は、固定具２６０２及び２６０４内に配置する前に、ランダム又はパターンで配置され得、その後に、配置されたパターンで固定具によって保持される。実施形態では、材料２６０６の非ランダムパターンは、固定具２６０２及び２６０４を一緒に組み立てた後に、該固定具間の内部空間内に形成され得る。一実施形態では、材料２６０６の緩和は、リレー材料２６０６を融合させる前、その間、又はその後に生じ得る。図２３Ｂ及び図２３Ｄに示す例で、材料のパターン２６０６は、同じ処理方法が材料のパターンに使用されてもよい。
図２３Ｂは、固定具２６０２及び２６０４が組み立てられた、及びエネルギー・リレー材料を融合させることの一部としてエネルギー・リレー材料を含む、一実施形態を例解する。次いで、材料パターン２６０６を含む組み立てられた固定具２６０２及び２６０４は、リレー材料を弛緩させるために、適切な温度で適切な時間量熱２６１４を印加することによって加熱されてもよい。一実施形態では、印加する時間及び温度の量は、熱の追加又は除去による構造応力の変化を含む、リレー材料の材料特性に基づいて決定されてもよい。一実施形態では、材料２６０６を緩和することは、例えばアニールによる二軸材料の応力の緩和を含む、構造応力を解放するために材料を長い時間にわたってある温度又はある温度の範囲内に保持する予融合プロセスであり得、また、融合プロセス中に材料がより有効な接合を形成することを補助し得る。エネルギー・リレー材料が融合前に緩和されない場合、材料は、融合プロセスが生じた後に「緩和」し得、変形又は隣接する材料との層間剥離を被り得、又は別様に、望ましくない方法でシフトすることによってＣＥＳ材料パターンが損なわれ得る。緩和方法は、融合後にパターンがより高い程度に維持され得るように、融合プロセスのためのリレー材料のパターンを準備することによって、これを防止することを意図する。加えて、材料を緩和させることは、図２１に例解するプロセス中に、材料のより有効な引出又は引張に役立ち得る。緩和プロセスが終了すると、材料２６０６は、システムが熱２６１４を調整することによって融合温度まで加熱して、材料２６０６を一緒に融合させるときに、固定具２６０２及び２６０４内に残り得るか、又は材料は、融合前に、固定具２６０２及び２６０４から取り出され得る。
図２３Ｃは、融合エネルギー・リレー材料２６０８を形成するために一緒に融合させた、図２３Ｂに２６０６で示す材料を例解する。示される実施形態では、リレー材料は、リレー融合プロセス中に固定具２６０４及び２６０２の内側に保たれ、次いで、図２４に例解するように、その結果得られる融合リレー２６０８は、固定具から除去される。実施形態では、エネルギー・リレー材料は、融合前に、固定具２６０２及び２６０４から取り出され得る。
加えて、一実施形態では、固定具２６０２及び２６０４は、エネルギー・リレー材料に圧縮力２６１０を印加するように構成され得る。圧縮力２６１０は、材料の内部応力が緩和されるときに横平面に沿った拡張又は変形に対する抵抗力を提供するために、エネルギー・リレー材料の横平面に沿って指向され得る。この圧縮力２６１０は、圧縮力の量が、エネルギー・リレー材料に印加される温度変化と組み合わせて、所望に応じて増加又は減少され得るように、調整可能であり得る。実施形態において、圧縮力２６１０は、エネルギー・リレー材料の異なる一部分が同時に異なる量の圧縮力を経験し得るように、長手方向の配向に沿って更に可変的であり得る。この圧縮力２６１０は、固定具のコンポーネント２６０２及び２６０４を一緒にクランプするボルト２６１２によって印加され得、ボルト２６１２は、リレーの長さに沿って分布する。別の実施形態では、固定具構成要素２６０２及び２６０４の内側は、リレーの中心に向かって力を印加することができる、固定具の長さに延在する可動ストリップを含んでもよい。
図２３Ｄは、半径方向内向きの圧縮力を印加するために、固定具の各内面に可動ストリップを有する、エネルギー・リレー材料を融合させるための固定具２６０１の斜視図を例解する。図２３Ｄに例解される実施形態では、固定具構成要素２６０２及び２６０４の内側は、固定具２６０１の長手方向例えば、長さ）に沿って延在し、拘束空間２６０６の周縁の周りに位置付けられる、可動ストリップ２６２１を含有してもよい。ストリップ２６２１は、長手方向に垂直な横方向に沿って移動して、固定具２６０１内に拘束され得る図２３Ｃの材料２６０８などのリレー材料の中心に向かって配向された、固定具２６０１によって画定された拘束空間２６０６に向かって圧縮力２６１０を印加するように構成され得る。一実施形態では、各ストリップ２６２１は、主に、アルミニウム、鋼、カーボンファイバ、又は複合材料などの、構造的に硬い材料からなり得、固定具のコンポーネント２６０２及び２６０４の各側面を通してねじ込まれる複数のボルト２６２３を介して締められ得る。一実施形態では、各ストリップ２６２１は、ストリップ２６２１の内側に実装された、ゴム取り付け具などの柔軟な表面２６２２を有し得、柔軟な表面２６２２の内面は、拘束空間２６０６を画定する。柔軟な表面２６２２は、各ストリップ２６２１に印加される力２６１０を、拘束空間２６０６内に拘束されたエネルギー・リレー材料に均一に分布させるのを支援し得る。この実施形態では、クランプボルト２６１２を使用して、ストリップ２６２１にボルト２６２３の締め付けを介して力２６１０が印加されるときに、固定具２６０１のコンポーネント２６０２及び２６０４を一緒に取り付けたままに保つ。
図２３Ｅは、固定具２６０１の横平面に沿った固定具２６０１の断面図を例解する。ボルト２６２３は、内側から外側まで固定具を通って延在し得、また、ボルト２６２３を定位置に固定して、それらの半径方向位置の調整を可能にするようにねじ込まれ得る。ボルト２６２３を調整すると、可動ストリップ２６２１に印加される力２６１０が増加又は減少され、それによって、拘束空間２６０６、及び図２３Ｃからの材料２６０８などのその中で拘束され得る任意のエネルギー・リレー材料に印加される圧縮力２６１０の調整を可能にする。個々のボルト２６２３は、互いに独立して調整され得るので、固定具２６０１は、固定具の一方の端部からもう一方への長手方向だけでなく、横方向の両方の圧縮力の変動を可能にする。更に、ボルト２６２３は、異なる時間に調整され得、時間的な圧縮力２６１０の調整も可能にする。
図６２及び図６３は、エネルギー・リレー材料を処理するプロセスの実施形態のブロック図を例解し、このプロセスは、本明細書に記載されるようにエネルギー・リレー材料を融合及び／又は緩和することを含む。図６２は、いくつかの処理ステップが直列に実行される一実施形態を例解し、図６３は、いくつかの処理ステップが並行して（同時に）実行される一実施形態を例解する。
図６２に示される実施形態では、エネルギー・リレー材料の配列が、ステップ６００２で提供される。次に、ステップ６００４において、エネルギー・リレー材料の配列に圧縮が適用される。ステップ６００６において、エネルギー・リレー材料の配列に熱が印加される。次いで、ステップ６００８において、冷却がエネルギー・リレー材料に適用され、次いで、ステップ６０１０において、化学反応がエネルギー・リレー材料の配列に対して実行される。
図６３に示される実施形態では、エネルギー・リレー材料の配列が、ステップ６１０２で提供される。次に、エネルギー・リレー材料の配置と並行していくつかの処理ステップが実行され、これらのステップは、ステップ６１０４でエネルギー・リレー材料に圧縮を印加するステップと、ステップ６０１６でエネルギー・リレー材料に熱を印加するステップと、ステップ６１０８でエネルギー・リレー材料を静止させるステップと、ステップ６１１０でエネルギー・リレー材料に化学反応を実行するステップとを含む。
図６２及び図６３の圧縮、加熱、冷却、及び反応ステップは、図２３Ｄからの固定具２６０１などの本明細書に提示される固定具の実施形態によって促進されてもよく、それは、処理される材料が、様々な反応ステップがそれらに対して実行される間、拘束されることを可能にする。
図６２及び図６３に例解される上記のプロセスは、本開示で説明される処理ステップの可能な置換の例示的実施形態にすぎない。当業者は、本明細書で説明される処理ステップを実行するための他の可能な順序が存在することを認識すべきである。加えて、処理ステップの直列及び並列順序の組み合わせが利用されてもよい。更に、エネルギー・リレー材料を所望の形態に処理するために、本明細書に記載されているもの以外の他の処理ステップを使用してもよい。
図６２及び図６３に例示され、本開示の他の場所で説明される処理ステップでは、エネルギー・リレー材料への化学反応の実施は、エネルギー・リレー材料が化学的に融合することを可能にし得、触媒の使用を伴い得る。一実施形態では、エネルギー・リレー材料に印加される熱は、熱の追加又は除去による構造応力の変化を含む、リレー材料の材料特性に基づいて決定されるように、材料を十分に弛緩及び融合させるために、所望の時間量の間、エネルギー・リレー材料を適切な温度又は温度範囲に到達させてもよい。一実施形態では、リレー材料に印加される圧縮力は、空気間隙を除去し、コンポーネント操作された構造材料が互いに融合することを確実にするために、異なる温度で調整され得る。次いで、ステップ２７０８で、緩和させて融合させたエネルギー・リレー材料を固定具から取り出す。
図２４は、緩和させ、融合させ、図２３Ｂの固定具２６０２及び２６０４から解放された後の、秩序化エネルギー・リレー材料２６０６の融合ブロックの斜視図を例解する。この時点で、材料２６０８は、もはや識別可能な個々の粒子を有さず、むしろＣＥＳ材料の凝集粒子（ＡＰ）の連続配置を有する、エネルギー・リレー材料の連続ブロックである。しかしながら、この例では融合前に存在していた非ランダムな材料分布は依然として保存されており、材料の横方向に沿った秩序化エネルギー局在を誘発する。別の実施形態では、ランダムエネルギー・リレー材料の融合ブロックを同じ方法で生成することが可能である。この時点で、ブロック２６０８は、追加の加熱及び引張を受けて、図１９Ｂ、図２０、及び図２２に示すように、材料変形のリスクを低減させながら、ブロック２６０６の横寸法が低減され得る。以下に詳述されるように、図２１は、本明細書に説明されるプロセス及び原理による、マイクロスケール秩序化エネルギー・リレー材料を製造するための組み合わされた全体的なプロセスのブロック図を例解する。
一実施形態では、いくらかの材料の変形が存在し得る。変形は、上記の加熱、引っ張り、固定、又は他の開示されるステップもしくはプロセスの間を含む、本明細書に記載するプロセスのいずれかの間に生じ得る。当業者は、材料の不要な変形を回避するように注意が払われ得るが、それでも材料が予想外の変形を経験し得ることを認識するべきである。これは、各特定のＣＥＳにいくらかの一意性を導き得るが、処理中に生じるＣＥＳ材料の微小な変形は、本明細書に開示する実質的に非ランダムパターンを識別するときに考慮されるべきではなく、また、該非ランダムパターンからの逸脱を表さないことを理解するべきである。
本開示に従ってエネルギーをリレーするために使用される選択される材料の柔軟性のため、好ましくは、材料の構造又はエネルギー波伝搬特性を損なうことなく、撓曲又は変形させることが可能な可撓性材料又は部分的可撓性材料を使用して、エネルギー・リレー材料を設計し得る。従来のガラス光ファイバに関して、ガラスロッドは、主に製造工程の全体を通して非可撓性のままであり、これは、製造を困難かつ高価にする。より大きい柔軟性を有するより堅牢な材料を活用することによって、より安価でより効率的な製造手段が使用され得る。
＜秩序化エネルギー・リレー微細構造のマイクロスケール製造のための方法＞
図１９Ａは、エネルギー・リレー材料を形成するためのシステムの横平面における切取図を例解する。図１９Ａでは、エネルギー・リレーのモジュール２２００は、ＣＥＳ２２０２、ＣＥＳ２２０４、又はＣＥＳ２２０６のうちの１つを含む粒子のパターンを備えて示されている。図１９Ａに例解するように、モジュール２２００は、モジュール２２００を画定するＣＥＳ粒子のサイズの結果である特定の初期サイズ、並びに粒子が配置される特定のパターンを有し得る。本開示で説明したように、長手方向に沿って加熱を印加し、モジュール２２００を引っ張ることによって、モジュール２２００のサイズを、より小さい直径に低減させ、一方で、モジュール２２００を画定するＣＥＳ材料の特定のパターンを維持することが可能になる。図１９Ｂに示す、その結果得られるサイズを低減させたモジュール２２０８は、モジュール２２００と実質的に同じ材料のパターンを有し得るが、横方向で実質的により小さくなり得、モジュール２２０８を介して長手方向に効果的に輸送され得るエネルギーのエネルギー波長領域を効果的に変化させる。ＣＥＳ材料の一般的な分布は、サイズを低減させたモジュール２２０８において保たれているが、融合プロセスは、ＣＥＳ材料領域の形にいくらかの局所的変動又は変形を生じさせる。例えば、ＣＥＳ２２０２の単一のロッドは、ＣＥＳ材料２２０３になり、ＣＥＳ２２０４及びその２つの連続して隣接するものは、およそ同じ形状を有する融合領域２２０５になり、ＣＥＳ２２０６の単一のロッドは、およそ六角形状のＣＥＳ２２０７に変形している。
図１９Ｂは、エネルギー・リレー材料のパターンを形成するためのシステムの横平面の切取図解し、図１９Ａに示すモジュール２２００の融合バージョンを表す。図１９Ａを参照して説明する原理は、図１９Ｂにも適用可能である。材料を低減させたサイズのモジュール２２０８へと引っ張る前に融合させることによって、引っ張りプロセスの結果として課される変動がより少なくなり得、サイズを低減させたエネルギー・リレーは、より予測可能な材料分布を有し得る。一実施形態では、融合プロセスは、リレーを備えるコンポーネント操作された構造体の１つ以上のガラス転移温度よりも低い温度までリレー材料を加熱することを含み得る。異なる実施形態では、リレー材料は、コンポーネント操作された構造体の１つ以上のガラス転移温度に近い、又はリレーを備えるコンポーネント操作された構造体の平均ガラス転移温度に近い温度まで加熱される。一実施形態では、融合プロセスは、随意に触媒を伴って、化学反応を使用して、リレー材料を一緒に融合させることを含み得る。一実施形態では、融合プロセスは、コンポーネント操作された構造の配置を拘束空間に配置し、次いで、熱を印加することを含み得る。拘束空間は、拘束空間２６０６を画定するように構成された、図２３Ａ～２３Ｅに示すものと同様の固定具によって提供され得る。一実施形態では、融合プロセスは、拘束空間にコンポーネント操作された構造の配置を配置することと、エネルギー・リレー材料に圧縮力を印加することと、次いで、熱を印加することと、を含み得る。これは、コンポーネント操作された構造が二軸引っ張りを伴うポリマーである場合に特に有用であり、圧縮力は、材料を一緒に融合させる、又はアニールするときに、材料が反ること、又は縮むことを防止する。このようにして、融合ステップはまた、材料も緩和することも含み、また、融合及び緩和ステップと呼ばれ得る。一実施形態では、融合及び緩和プロセスは、プロセスパラメータを伴う一連のステップを含んでもよく、各ステップは、任意選択に、様々なレベルの触媒と共に、化学反応を使用して、エネルギー・リレー材料を融合させるステップと、配置を拘束し、所望の力レベルで圧縮力を印加するステップと、リレーのコンポーネント操作された構造のうちの１つ以上のガラス転移温度に近くてもよい所望の温度レベルまで熱を印加するステップと、所望の温度まで冷却を印加するステップと、を含む。次いで、融合及び緩和された材料は、融合が完了した後に、拘束空間から解放され得る。
図２０は、図１９Ｂに示すプロセス２３００の続きを例解する。エネルギー・リレーの複数のサイズを低減させたモジュール２２０８は、一部分２３０１に示すようなグループに配置され得る。既に説明し、図１９Ａ及び１９Ｂに示すように、モジュール２３０１に熱を印加し、長手方向に沿って引っ張ることによって、モジュール２３０１を画定するＣＥＳ材料の特定のパターンを維持しながら、複合モジュール２３０１のサイズをより小さい微細構造モジュール２３０２へとテーパ状にすることが可能になる。このプロセスは、モジュール２３０２を使用して再度繰り返して、更に小さい微細構造モジュール２３０４をもたらすことができる。このプロセスの任意の望ましい数の繰り返しを実行して、所望の微細構造サイズを達成することができる。モジュール２３０１は、それ自体が収縮したモジュール２２０８から構成されるので、一部分２３０４のサブ部分の吹き出し２３０６によって例解するように、２３０４もまた一部分２３０１と同じパターンを共有するような様式で、２２０８を画定するＣＥＳ材料の元の分布は保たれているが、横寸法が更に小さくなっている。輪郭２３０８は、サイズを低減させた一部分２３０４と比較した、一部分２３０１の元のサイズを表す。次いで、このプロセスを任意の回数繰り返して、より大きい材料から始まる所望の横サイズのランダム又は非ランダムパターンのエネルギー・リレーをもたらすことができる。例えば、複数のモジュール２３０４は、２３０１の類似のグループに配置され得、プロセスを繰り返す。このシステムは、マイクロスケールの個々のＣＥＳ材料を操作する必要を伴うことなく、ミクロレベルの分布パターンを形成することを可能にし、エネルギー・リレーの製造をマイクロスケールに維持することができることを意味する。これは、製造プロセス全体を単純化し、製造の複雑さ及び出費を低減させ得る。このサイズ低減プロセスはまた、ＣＥＳ材料の実際の横寸法及びパターニングのより正確な制御を提供することもでき、リレーを所望のエネルギー波長領域に合わせて特別に調整することを可能にする。
図２１は、エネルギー・リレー材料を形成する加熱及び引張プロセスのブロック図を例解する。ステップ２４０２において、ＣＥＳ材料は、最初に、横平面においてランダム又は非ランダムパターンであってもよい所望の構成で配置される。ステップ２４０２の一実施形態では、更に、材料を拘束空間に配置し得る。ステップ２４０６で、エネルギー・リレー材料を拘束空間内で一緒に融合させ、ここで、融合／緩和は、一連のステップであり得、各ステップは、エネルギー・リレー材料の配置に圧縮応力を印加すること、熱を印加すること、冷却を印加すること、又は場合により触媒を伴って化学反応を使用すること、のうちのいずれかを含み得る。ステップ２４０８において、拘束空間かＣＥＳ材料を除去する。次いで、次のステップ２４１０で、エネルギー・リレー材料を、いくつかの実施形態ではＣＥＳ材料の１つ以上のガラス転移温度であり得る、適切な温度まで加熱する。次いで、ステップ２４１２で、材料を、図１９Ｂ及び図２０で上に示したように、サイズを低減させた微細構造ロッドへと引っ張る。次いで、ステップ２４１４で、ステップ２４１２で生成した、サイズを低減させた微細構造ロッドを、図２０の束２３０１と同様に、所望のランダム又は非ランダムパターンに再度配置する。微細構造ロッドの非ランダム配置は、再度ステップ２４０４に戻って、拘束、融合／緩和、加熱、引張、及び配置を行って、図２０に示す微細構造２３０４と同様に、二次のサイズを低減させた微細構造ロッドを形成し得る。言い換えれば、ステップ２４１４で生成された二次微細構造ロッドに更に加熱及び引張を受けさせて、それらのエネルギー輸送領域を調整する必要がある場合、ステップ２４０４は、二次微細構造ロッドの使用に戻り得、以下のステップは、ｎ次の微細構造ロッドを含む、所望のエネルギー領域にエネルギーをリレーするための、所望のサイズ及び構成のエネルギー・リレー材料を生成するために、所望の回数繰り返され得る。プロセスの最終ステップ２４１６で、微細構造ロッドの最終配置を融合／緩和して、エネルギー・リレーを形成する。
図２２は、低減させた横寸法を有するランダム又は非ランダムパターンのエネルギー・リレーを形成するための一実施形態を例解し、図２１に記載されているプロセスのステップのうちのいくつかの視覚化を表す。最初に、拘束され、融合／緩和され、解放されるモジュール２５０２などの材料の分布が提供される。次いで、材料を加熱し、引っ張り、寸法を低減させたモジュール２５０４を形成する。元のモジュール２５０２と寸法を低減させたモジュール２５０４との間に見られる不連続性は、上で説明したプロセスの芸術的な代表例であり、それによって、元のモジュール２５０２の横寸法がモジュール２５０４の横寸法まで低減されるが、これらは実際に同じ材料である。十分な数の寸法を低減させたモジュール２５０４が生成されると、それらは、２５０８で示される新しいランダム又は非ランダム分布で再度組み立され得る。この新しいパターン２５０８は、複数のサイズを低減させたモジュール２５０４を備え、次いで、拘束、融合／緩和、解放、加熱、及び引張を行う同様のプロセスを受け得、２５０６に示す、寸法を低減させたモジュールを生成する。非ランダムパターン２５０８と寸法を低減させたモジュール２５０６との間に見られる不連続性は、上で説明したプロセスの芸術的な代表例であり、それによって、元の分布２５０８の横寸法がモジュール２５０６の横寸法まで低減されるが、これらは実際に同じ材料である。このプロセスは、エネルギーをリレーするためのエネルギー・リレー材料チャネルの好ましい密度を含む、好ましいサイズのエネルギー・リレーを生成するために、所望に応じて何回も繰り返され得る。
エネルギー・リレー材料は、本開示において詳細に説明されるように、エネルギー・リレー材料の長手方向平面に沿ってエネルギーを輸送するように構成されてもよく、長手方向平面において、長手方向平面に垂直な横平面よりも実質的に高いエネルギー輸送効率を有する。これらのエネルギー・リレー材料は、様々な初期サイズ、形状又は形態を有し得る。そのようなエネルギー・リレー材料を本開示のエネルギー指向システムなどの光学システムに適合させるために、エネルギー・リレー材料のサイズ、形状、又は形態を修正してもよい。エネルギー・リレー材料の寸法を修正するための本開示の実施形態は、横平面において初期寸法を有するエネルギー・リレー材料を提供するステップと、エネルギー・リレー材料を拘束空間内に収容するステップと、エネルギー・リレー材料を拘束空間の少なくとも一部分に適合させるステップと、適合されたエネルギー・リレー材料を拘束空間から除去するステップと、を含んでもよい。拘束空間は、適合されたエネルギー・リレー材料の少なくとも一部分が、エネルギー・リレー材料の長手方向平面に沿って低減された横寸法を有することを可能にする形状を含んでもよい。以下の実施形態は、エネルギー・リレー材料の寸法を修正し、それによってエネルギー・リレー材料のサイズ、形状、又は形態を修正するための様々な例示的な方法及び装置を提供する。
＜エネルギー・リレーアレイを製造するトレイ方法＞
図４３は、個々のテーパ状エネルギー・リレー要素のアレイを製造する方法８９００を例解する。図４３では、個々のテーパリレー要素８９０２、８９０４、及び８９０６は、個々にテーパ状にされ、正確に切断され、研削され、研磨され（これらのステップは図示せず）、次いで、図示された構成に配置される。個々のテーパリレーの各々のためのテーパステップは、リレー材料のブロックを加熱し、それを延伸し、それを冷却する一方で、材料の寸法を正確に制御して、正確な拡大を達成することを含み得る。各リレー要素の間に接着剤８９０８が塗布され、次に８９１２で示すように互いに接着される。しかしながら、方法８９００は、要素８９０２、８９０４、及び８９０６の境界の周りの８９１２において間隙又は歪みをもたらし得る。接合プロセス中の個々のリレー要素間の位置合わせ不良、熱又は応力下での材料変形による接合の破損など、方法８９００を通じて導入される多くの追加の製造リスクも存在する。
図４４は、材料９００２の単一の初期ブロックからテーパ状エネルギー・リレー要素のアレイを製造するための処理ステップ９０００の概略図を例解する。ブロック９００２は、アンダーソン局在化エネルギー・リレー材料、又は順秩序化エネルギー局在リレー材料、又はポリマー、ガラス、若しくはエネルギー・リレーに適した他の構造を含む任意の他のタイプのリレー材料などのエネルギー・リレー材料を含んでもよい。エネルギー・リレー材料は、本明細書に開示されるプロセスを通して提供されてもよい。処理ステップ９０００を使用することを通して、ブロック９００２は、拡大又は縮小された（又は本明細書に開示される他の構成）形状に直接形成され得、モザイク／リレー形態内で完成し、各リレーを個別に製造する必要がない。
図４４では、ブロック９００２は、最終モザイクの近似形状に切断され、熱９００４の印加によって所望の温度に加熱されてもよく、それは、材料特性に基づいてもよく、一実施形態では、材料のガラス転移点に近くなってもよい。金型９００６は、形成されたエネルギー・リレーアレイ形状の一端の逆形状を含み得る拘束空間の形状を画定する。一実施形態では、逆形状は、逆縮小端部又は拡大端部、形成されたテーパ状エネルギー・リレーのアレイのテーパ状端部側、又は任意の他の所望の金型形状であってもよい。図４４の実施形態では、金型９００６は、少なくとも１つの逆リレー要素区画を有する逆テーパ形状を備え、少なくとも１つの区画は、第１の断面積を有する狭端部９００３と、第１の断面積よりも大きい第２の断面積を有する広端部９００５と、狭端部９００３を広端部９００５に接続する傾斜壁９００７とを備える。一実施形態では、区画は、狭端部及び広端部の縁部を接続する２対の対向する傾斜壁を備えてもよい。一実施形態では、狭端部及び広端部は、長方形の形状であってもよい。図４４に示す金型９００６は、所望の金型形状を収容する複数の区画９００９を含む。別の実施形態では、金型は、１つの区画９００９のみを備えてもよい。
ブロック９００２を区画９００９によって画定される拘束空間に適合させるために、ブロック９００２及び金型９００６は、ブロック９００２内のエネルギー・リレー材料が、少なくともエネルギー・リレー材料の横平面の再形成を可能にするように、長手方向平面及び横平面の両方において成形性を有するような温度に加熱されてもよい。熱の印加は、１つ以上の段階で実行されてもよく、各段階は、段階温度及び段階持続時間を含む。段階的に熱を印加することにより、材料の一部分を段階的に形成することが可能になる。一実施形態では、金型９００６は、ブロック９００２を構成する材料の融点を実質的に超える融点を有する材料を含む。一実施形態では、金型９００６は金属材料を含んでもよい。一実施形態では、金型９００６は、高い熱容量を有するか、又は熱を十分に保持する材料を含んでもよい。方法９０００において、金型９００６は、ブロック９００２の転移点又は融点に一致するように、９００８で熱を印加して所望の温度にされる。
一実施形態では、金型９００６及びエネルギー・リレー材料９００２に熱を印加するステップを実行するように構成された追加の加熱要素（図示せず）を、金型９００６を構成する材料に組み込まれてもよい。一実施形態では、金型９００６の端部部分についての特性は、金型９００６の本体とは異なっていてもよく、その結果、金型９００６は、他の領域を実質的に妨害されないままにしながら、ブロック９００２に対する端部領域においてより高い又はより低いレベルの熱／圧力処理を局在化する能力を提供する。
図４５は、図４４において前述した所望の温度に加熱されたブロック９００２が金型９００６と接続する処理ステップ９１００の概略図を例解する。一実施形態では、処理ステップは、エネルギー・リレー材料９００２の少なくとも一部分を形成されたテーパ状エネルギー・リレーアレイの形状に実質的に適合させるために、エネルギー・リレー材料９００２及び金型９００６の少なくとも一方に力を印加することを含んでもよい。一実施形態では、力は、金型９００６のみに印加されてもよく、別の実施形態では、力は、エネルギー・リレー材料９００２のみに印加されてもよく、更に別の実施形態では、力は、金型９００６及びエネルギー・リレー材料９００２の両方に印加されてもよい。図４５に例解されるような一実施形態では、力は、矢印９１０１によって示される全体的な方向に印加されてもよく、重力下でブロック９００２の重量によって生成されてもよく、又は外部源（図示せず）から印加されてもよい。ステップ９１００は、所望の時間量にわたって実行されてもよく、更に、ステージ力及びステージ持続時間を含む一連のステージとして実行されてもよい。処理ステップ９１００の期間中、ブロック９００２及び金型９００６の温度は、所望の温度に維持されてもよく、又は選択された材料タイプに応じて所望のように時間と共に変更されてもよい。一実施形態では、ステップ９１００は、減圧下又は真空中で実行され得る。ブロック９００２が金型９００６と接続する速度は、リレー要素が望ましくない歪みを導入することなく形成し始めるように、ゆっくりと実行されてもよい。更に、接続の速度を制御することは、材料の不均一な分布に起因する歪み、又は方法９０００におけるプロセス変動に起因する不均一なブロック９００２寸法からの歪みの発生を制限するのに役立ち得る。材料のいかなる歪みも、時間、温度、圧力、力、又は当業者に公知の任意の他の製造パラメータの注意深い制御を通して、部分的又は実質的に軽減され得る。
図４６は、エネルギー・リレー要素のアレイを製造する方法における更なるステップ９２００を例解する。図４６では、前のステップにおける適切な処理が完了した後にブロック９００２が冷却されると、ブロック９００２は、金型９００６との界面から除去され得る。一実施形態では、ブロック９００２の材料の特性と比較した金型９００６の材料の特性により、ブロック９００２は、金型９００６からきれいに持ち上げられてもよく、当該境界面に沿った表面９２０４は、研磨された表面と同等である。金型９００６の仕上げ又は研磨は、表面９２０４に沿って実現される研磨のレベルを生成するように所望に応じて制御されてもよい。必要に応じて、ブロック９００１の任意の表面の追加の研磨又は仕上げを実行してもよい。一実施形態では、離型潤滑剤を利用してステップ９２００を改善してもよく、一実施形態では、離型潤滑剤を金型９００６の端部又は表面に塗布して、金型９００６とエネルギー・リレー材料９００２との分離を促進してもよい。
図４６に示される成形ブロック９００２を検討すると、本システム及び方法は、少なくとも部分的に、テーパ部分間に残留継ぎ目が存在せず、アレイ全体が個別ではなく同時に製造され得るという事実に起因して、エネルギー・リレーアレイを製造する他の方法を上回る改善を表し得ることに留意されたい。金型９００６と材料９００２との間の界面の反対側の金型の一部分は、適合プロセス９０００によって影響を受けない可能性がある。
更に、上述の方法を使用して生成されたエネルギー・リレーテーパの得られたアレイは、互いに隣接して更に組み合わされ、更に溶接又は他の方法で接合されて、テーパリレーのより大きなアレイを形成することができる。
＜エネルギー・リレーの製造成形方法＞
一実施形態では、リレー材料のブロックと金型との間に圧力を印加するのではなく、テーパリレーを形成するための代替方法は、リレー材料の第１の側面を固定又は機械的に拘束することと、熱又は圧力を印加することとを伴い、それによって、リレー材料は、金型の中へ「弛緩」し、所望のリレー幾何学形状を生成し、それは、一実施形態では、第１の側面から第２の側面に遷移する傾斜プロファイル部分を備えてもよい。方法９３００で使用されるエネルギー・リレー材料は、本明細書に開示される方法又はプロセスのいずれかによって提供され得る。図４７は、熱を印加すると収縮し、この例ではテーパ状エネルギー・リレー９３０７の形状である所望のテーパ状エネルギー・リレー形状の逆形状を有する金型９３０１内に配置されるリレー材料９３０３からテーパリレー９３０７を形成する方法９３００を示す。一実施形態では、金型９３０１は、適合されたエネルギー・リレー材料の少なくとも一部分が縮小された横寸法を有することを可能にする形状を有する拘束空間を画定してもよい。一実施形態では、金型９３０１は、金型９３０４の小端部から大端部９３１０まで延在する成形部分を備えてもよく、それは、低減された横寸法を有する形状を提供した。形成が完了すると、テーパ９３０７が金型と同じ表面品質を有するように、金型９３０１は研磨された内面を含んでもよい。プロセスの開始時におけるエネルギー・リレー９３０３の断面積は、金型９３０４の小端部の面積と略同じ寸法を有し、したがって、エネルギー・リレー材料９３０３は、金型９３０４の小端部内に嵌合する。一実施形態では、エネルギー・リレー材料９３０３の端部９３０８は、金型９３０１の成形部分の縮小された横寸法端部９３０４内に収容されてもよい。リレー材料９３０８の端部部分は、クランプ力９３０５、機械的圧力、又は結合剤／接着剤９３０６を用いて、金型９３０１の縮小された横寸法端部９３０４に固定され得る。一実施形態では、金型９３０１の縮小された横寸法端部９３０４にクランプ力９３０５を印加して、縮小された横寸法端部９３０４とエネルギー・リレー材料９３０３の端部９３０８との間に締まり嵌めを生成してもよい。一実施形態では、力９３０５は、異なる時間に、又はエネルギー・リレー材料９３０３が異なる温度に加熱される時点で調整されてもよい。金型は、図４７に示される金型９００６と比較して高い側壁９３０２を伴って作製されることができ、その結果、高い側部は、材料が収縮するにつれて、材料をその最終テーパ形状９３０７に拘束及び誘導することができる。一実施形態では、重力加速度が、熱が印加されるとリレー材料９３０３が弛緩する傾向がある方向に影響を及ぼす可能性があるので、金型９３０１の絶対配向を考慮すべきである。したがって、一実施形態では、金型９３０１は、小端部９３０４を先頭にして、重力加速度のベクトルに沿ってエネルギー・リレー材料９３０３に対して長手方向に配向されるべきであり、したがって、エネルギー・リレー材料９３０３が弛緩すると、弛緩した材料が逆テーパ形状９３０７に指向されることを確実にする。代替実施形態では、金型９３０１は、弛緩したリレー材料９３０３を逆リレー形状９３０７に指向するために、遠心分離機によって生成されるものなどの遠心力下に配置されてもよい。そのような実施形態では、金型９３０１は、したがって、小端部９３０４を先頭にして、遠心分離機によって生成される加速度のベクトルに沿って配向されるべきである。一実施形態では、拘束された材料における二軸張力の緩和は、他の外力にかかわらず、材料を金型に適合させるのに十分な収縮力を生成し得る。リレー材料９３０３の一端が固定されると、エネルギー・リレー材料９３０３の温度を上昇させるために熱が印加されてもよく、その結果、エネルギー・リレー材料９３０３は、材料の少なくとも長手方向平面又は横平面において成形性を有し、エネルギー・リレー材料９３０３の少なくとも横寸法の適合を可能にする。熱の印加は、材料を金型９３０１内に収縮させ、それによって、エネルギー・リレー材料９３０３の少なくとも一部分を金型９３０１の形状に適合させてもよい。一実施形態では、ポリマーリレー材料二軸整列された９３０３は、金型９３０１の小さい側面９３０４で拘束され、それが加熱されると、材料の二軸張力が解放され、材料を拘束された側面に向かって「弛緩」又は「スランプ」させる。別の実施形態では、二軸張力ポリマーリレー材料９３０３は、狭端部９３０４を用いて徐々にテーパ状にされた金型９３０１の狭端部９３０４で拘束される。ポリマー９３０３が加熱されるにつれて、金型９３０１の大端部９３０４及び大端部９３１０、並びに大端部９３１０付近の材料９３０３の部分は、狭端部９３０４に向かって収縮し、最終的に、金型９３０１の内部寸法に一致する寸法を伴うテーパリレー９３０７になる。別の実施形態では、熱を印加する処理ステップはまた、図４８に示されるように、プランジャ９４０５を用いて圧力を印加することを含んでもよい。このテーパ９３０７は、テーパプロセス９３００の前のリレー材料と実質的に同じ方法でエネルギーをリレーするが、エネルギーがテーパ９３０７の狭端部から大端部にリレーされるときに追加の空間拡大を伴う。
別の実施形態では、熱及び圧力の両方が、リレー材料のブロックからテーパリレーを形成するために使用される。図４８は、金型９４０１と、熱９４０７及び圧力９４０６の両方の印加とを使用して、リレー材料９４０３からテーパリレーを形成するための方法９４００を示す。熱９４０７及び圧力９４０６は、同時に又は異なる時間に適用してもよく、異なるそれぞれのステージ温度又はステージ圧力及びそれぞれのステージ持続時間を有する複数のステージを更に含んでもよい。プロセスの開始時におけるエネルギー・リレー９４０３の断面積は、金型９４０１の小端部９４０４の面積と略同じ寸法を有するので、エネルギー・リレー９４０３は、金型９４０１の小端部９４０４内に嵌合する。金型は、研磨された表面と、所望のテーパリレー形状の逆寸法とを含む。研磨された表面を有するプランジャ９４０５を使用して、材料を力９４０６で金型内に押し下げ、熱９４０７が金型９４０１に印加され、リレー材料９４０３に直接又は間接的のいずれかで印加されるときに材料を均一に分布してもよい。一実施形態では、力９４０６は、エネルギー・リレー材料９４０３が異なる温度に加熱される異なる時間又は時点で調整されてもよい。一実施形態では、力９４０６は、材料９３０３の端部９３０８に対応する端部の反対側にあるエネルギー・リレー材料９４０３の表面に印加される。加熱ステップ及び適合ステップは、同時に実行されてもよく、又は一連のステップで実行されてもよい。材料９４０３が金型９４０１内に収容されている間に、一連の処理ステップが適用されてもよく、各処理ステップは、熱を印加すること、熱を除去すること、圧力を増加させること、圧力を減少させること、又は化学反応若しくは触媒を使用することのうちの１つからなり、そのような適用例は、図６２及び図６３に例解される。一実施形態では、エネルギー・リレー材料９３０３がテーパリレー形状９３０７に適合された後、適合された材料９３０３を冷却し、適合されたテーパ９３０７の金型９３０１からの分離を助けるために、エネルギー・リレー材料９３０３及び金型９３０１に冷却が適用され得る。処理ステップの終わりに、エネルギー・リレー９４０３は、テーパ９４０８の最終形状に適合されている。テーパ９４０８は、リレー材料９４０３と同じ方法でエネルギーをリレーするが、エネルギーが小端部から大端部に輸送されるときに空間拡大を伴う。
一実施形態では、テーパ状エネルギー・リレー材料９３０７は、材料の横平面内に対向する第１の表面及び第２の表面を有する形状を備えてもよく、第１の表面及び第２の表面は、異なる表面積を有し、エネルギー輸送は、第１の表面及び第２の表面を通して延在する複数のエネルギー伝搬経路に沿って対応する。一実施形態では、テーパリレー９３０７を通してリレーされるエネルギーは、それを通してリレーされるときに空間的に縮小又は拡大され得る。
図４７に示される９３０１及び図４８に示される９４０１と同様に固定具のアレイは、テーパ状エネルギー・リレーのアレイを生成するために使用されてもよい。図４９は、テーパ状エネルギー・リレーのアレイを形成する方法９５００を示しており、図４９に示す９４０１と同様の複数の金型が提供され、複数の金型の小端部から広端部まで延在する複数の成形部分を有し、熱９５０７及び力９５０６による圧力を印加することを含む一連の処理ステップの後、複数のテーパ９５１１、９５１２、及び９５１３が形成される。方法９５００では、金型９５０１は、テーパ状エネルギー・リレーの複数の逆形状を含み、金型９５０１のアレイの各個々のテーパ状エネルギー・リレー形状は、各成形部分の上部（広い）部分において、取り外し可能なバッフル壁９５０２によって分離される。金型９５０１のアレイは、研磨された内面を有する。一実施形態では、個々のプランジャ９５０５を使用してエネルギー・リレー材料に力９５０６を印加して、エネルギー・リレー材料をテーパ形状に形成する。別の実施形態では、プランジャを必要とせずに、二軸張力リレー材料などの加熱されたときに収縮するリレー材料を用いて、図４７に示す金型９３０１を同様に使用することができる。更に別の実施形態では、加熱されると収縮するリレー材料と共にプランジャが使用される。
図５０は、方法９５００の更なるステップを例解し、金型９５０１のアレイは、バッフル間隙９５２２を残して、バッフル壁９５０２を除去されている。テーパのすべての大端部の組み合わされた表面を覆う大面積プランジャ９５２５がテーパの上に配置されており、アレイ周縁を取り囲む拘束リング９５２０の適用によって提供される拘束された周縁が追加され、金型９５０１の上部（広い）部分に印加される力９５２１で固定されている。一連の処理ステップが適用され、各ステップは、圧力を印加するステップ９５２６、熱を印加するステップ９５２７、圧力を除去するステップ９５２６、熱を除去するステップ９５２７、又は場合によっては触媒（図示せず）との化学反応を使用するステップのうちの１つからなる。一実施形態では、エネルギー・リレー材料９５１１の温度を上昇させるために熱が印加されてもよく、それにより、エネルギー・リレー材料９５１１は、エネルギー・リレー材料９５１１の少なくとも横寸法の適合を可能にするために、材料の少なくとも長手方向平面又は横平面において成形性を有する。一実施形態では、プランジャ９５２５は、エネルギー・リレー材料９５１１の長手方向平面に対して垂直に金型９５０１を横切って延在し、エネルギー・リレー材料９５１１の長手方向平面に沿って配向されたエネルギー・リレー材料９５１１の上部部分に、横平面に対して垂直に圧力９５２６を印加する。
図５１は、方法９５００の更なるステップを示しており、リレー材料９５１１及び９５１２は、当該処理ステップ９５２６、９５２７の結果として、仮想境界９５３２において前のバッフル間隙９５２２の近傍で互いに融合されている。融合されたテーパ状エネルギー・リレーアレイ９５３３は、ここで、金型９５０１のアレイから取り外することができる。
テーパ状エネルギー・リレーのウェッジ製造方法
テーパリレーは、一次元以上の次元で圧縮する技術を使用することによってリレーから形成されてもよい。図５２Ａ～図５４Ｂは、エネルギー・リレー材料の寸法を修正するためのプロセス９６００の一実施形態の概略図を示す。一実施形態では、所望のテーパ傾斜プロファイルを含むウェッジに力が印加され、２つのテーパリレーを生成するために、熱を印加すると同時に１つ以上数の寸法でリレー材料を圧縮するために使用されてもよい。図５２Ａは、固定具９６０１のＸＹ平面における断面図を示し、図５２Ｂは、固定具９６０１のＸＹ平面に垂直なＸＺ平面における断面図を例解する。一実施形態では、固定具９６０１は、その中に拘束空間を画定するように構成される。図５２Ａ及び図５２Ｂでは、リレー材料９６１１は、固定具９６０１によって画定された拘束空間内に配置され、固定具９６０１は、一実施形態では、第１の端部及び第２の端部９６２３と、長手方向（Ｘ）に沿ってそれらの間に延在する中間部分とを含んでもよく、固定具９６０１の中間部分は、それを通して画定された少なくとも１つの開口部９６１２、９６１３、９６１４、又は９６１５を備える。一実施形態では、固定具９６０１の中間部分は、１対の対向する開口部９６１２／９６１３又は９６１４／９６１５を含む。別の実施形態では、固定具９６０１の中間部分は、２対の対向する開口部、すなわち、第１の対９６１２及び９６１３と、第２の対９６１４及び９６１５とを含む。一実施形態では、動作中、リレー材料９６１１は、少なくとも１つのウェッジ９６０３を少なくとも部分的に少なくとも１つの開口部９６１２、９６１３、９６１４、又は９６１５リレー材料を固定具９６０１によって画定された拘束空間に適合させ得、それによって、ウェッジ９６０３は固定具９６０１と協働して、エネルギー・リレー材料９６１１の一部分を例解のように縮小された横寸法に適合させる。一実施形態では、ウェッジ９６０２及び９６０３の対は、適合されたエネルギー・リレー形状の逆形状の一部分を備えてもよく、それぞれの開口部を通して適合されるときに、エネルギー・リレー材料９６１１を適合されたエネルギー・リレー形状に適合させてもよい。一実施形態では、適合エネルギー・リレー形状は、第１の断面積を有する狭端部と、第１の断面積よりも大きい第２の断面積を有する広端部と、広端部及び狭端部の縁部を接続する傾斜壁とを備えてもよい。４つのウェッジ及び４つの開口部を利用する実施形態では、各ウェッジは、適合されたエネルギー・リレー形状の４つの側面のうちの１つの逆形状を備える。
一実施形態では、熱９６０７が印加されると、力９６０６が一次元（Ｙ）で一対のテーパ状ウェッジ９２０２に印加され、開口部９６１４及び９６１５を通過させ、同様の力９６０６が直交次元（Ｚ）で一対のテーパ状ウェッジ９６０３に印加され、開口部９６１２及び９６１３を通過させる。印加される熱９６０７は、リレー材料９６１１を特定の温度に到達させるように構成されてもよく、それによって、リレー材料９６１１の寸法が変更され得るように、ウェッジ９６０２及び９６０３の対がそれらのそれぞれの開口部を通して適合されるときにそれらを収容するために、材料９６１１は長手方向（Ｘ）及び横（Ｚ，Ｙ）方向において所望の成形性を有する。一実施形態では、熱９６０７は、実質的にリレー材料９６１１のガラス転移温度までリレー材料９６１１を加熱するように構成されてもよい。一実施形態では、一連の処理ステップが適用され、各処理ステップは、熱を印加すること（９６０７）、力を増加させることによって圧力を印加すること（９６０６）、熱を除去すること（９６０７）、力を減少させることによって圧力を除去すること（９６０６）、及び触媒の有無にかかわらず化学反応を使用することのうちの１つからなる。
図５３Ａ及び図５３Ｂは、プロセス９６００の中間点を例解し、それぞれ、中間点のＸＹ平面における上面図及びＸＺ平面における側面図を示す。図５２Ａ及び図５２Ｂでは、ウェッジ９６０２及び９６０３の対は、それぞれの開口部９６１４、９６１５、９６１３、及び９６１２を通して適合され続け、一方、熱９６０７は、リレー材料９６１１を、材料９６１１がリレー材料９６１１の長手方向（Ｘ）及び横（Ｚ，Ｙ）方向に所望の成形性を有する温度に維持するために印加される。
図５４Ａ及び図５４Ｂは、プロセス９６００の終了を示し、ウェッジ９６０２及び９６０３の両方の対がリレー材料９６１１に押し込まれ、リレー材料を圧縮し、場合によってはリレー材料を長手方向（Ｘ）に細長く伸ばす。図５５は、すべての処理ステップが完了した後の、図５６Ａ及び図５６Ｂに示されたテーパリレー９６１１の仮想線９６２２に沿った端面図スライスを示し、リレー材料９６１１が、テーパ状ウェッジ対９６０２及び９６０３に印加された圧力に起因して横（Ｙ及びＺ）方向に縮小されたことを示す。一実施形態では、余分な空間９６２１がリレー材料の拡張のために設けられる。他の実施形態では、余分な空間９６２１は存在せず、リレー材料９６１１は固定具９６０１の内部寸法と同じサイズである。テーパリレー９６１１の第１の側面９６２４及び第２の側面９６２５は、図５７Ａ及び図５７Ｂに示される仮想切断線９６２２に沿ってリレーを切断することによって、すべての処理ステップが完了した後に分離され得る。結果得られるテーパは、テーパの狭端部とテーパの大端部との間に傾斜部分を含み、傾斜部分は、使用されるテーパウェッジと同じ形状を有する。
図５６Ａ～図６０Ｂは、圧縮が同時に行われるのではなく、各直交次元（Ｙ，Ｚ）について別々に２つのステップで行われることを除いて、図５２Ａ～図５４Ｂに示された９６００と同様のプロセス９７００を例解する。図５６Ａでは、テーパウェッジ対９６０２は、側面図に見られるように、図のＹ軸に沿って配向されたリレー９６１１の両側に位置付けられ、上面図に見られるように、Ｚ軸に沿ってテーパウェッジ対は使用されず、リレー材料９６１１は、固定具９６０１によって拘束される。
図５７Ａ及び図５７Ｂでは、熱９６０７の印加に印加して、力９６０６が一対のＹ方向テーパウェッジ９６０２に加えて、リレー材料９６１１を弛緩及び圧縮する。
図５８Ａでは、ブレース９７０１は、一対のＹ方向テーパウェッジ９６０２が移動しないようにするために適用され、一方、取り外し可能なパネル９７０２は、ＸＺ平面図を示す図５８Ｂに例解されるように取り外されている。図５９Ｂでは、Ｚ方向テーパウェッジ９６０３は、結果得られる各開口部９７０３の前に位置付けられ、力９６０６がウェッジ９６０３の対に印加され、開口部９７０３を通してそれらを適合し、リレー材料９６１１の部分を適合させる。
図６０Ｂでは、Ｚ方向テーパウェッジ９６０３が完全に挿入されており、リレー材料９６１１をウェッジ９６０３の逆テーパ形状に適合させている。ウェッジ対９６０２及び９６０３が材料に挿入されると、一連の処理ステップが適用され、各処理ステップは、熱を印加すること９６０７、力を増加させることによって圧力を印加すること９６０６、熱を除去すること９６０７、力を減少させることによって圧力を除去すること９６０６、及び触媒を伴う又は伴わない化学反応を使用することのうちの１つからなる。同様に、図５４Ａ及び図５４Ｂで実行されるプロセスと同様に、図６０Ａ及び図６０Ｂに示される、結果として得られる適合されたエネルギー・リレー９６１１は、材料９６１１の最も狭い適合された部分の中間点で分離されてもよく、テーパ状ウェッジ９６０２及び９６０３が除去されると、２つのテーパリレーをもたらす。
＜テーパ状エネルギー・リレーを製造するための調整可能な壁の方法＞
図６１Ａは、エネルギー・リレーテーパが形成され得る拘束空間を画定するための固定具９８００の端面図を例解する。エネルギー・リレーテーパを形成するための方法は、複数の連動摺動壁９８０２から構成される圧縮固定具９８００を使用することを含み、複数の連動摺動壁９８０２は、複数の壁９８０２によって画定される拘束空間の周縁９８０８によって画定されるリレー材料９８０３のブロックを取り囲む。一実施形態では、周縁９８０８を有する拘束空間を画定するために、４つの調整可能な壁９８０２が設けられる。各調整可能な壁９８０２は、傾斜部分９８２５及び隆起部分９８２６（図６１Ｃに示される）を含む、形成されるテーパ状エネルギー・リレーの片側の逆プロファイルを含む。一実施形態では、壁９８０２の側面の逆プロファイルは、周縁９８０３を有する拘束空間の少なくとも一部分を画定する突出部を備え、突出部は、図６１Ａ～図６１Ｃに示す方法に従って複数の壁９８０２の位置が互いに対して調整されるときに、周縁９８０８を含む拘束空間の横寸法の少なくとも一部分を変化させるように更に構成される。図６１Ｃは、各壁上に機械加工された形成されたテーパの逆テーパプロファイルの図を示し、傾斜部分９８２５を示す、連動摺動壁９８０２を伴うエネルギー・リレーテーパ固定具９８００の側面図を示す。壁に機械加工されたテーパプロファイルの隆起平坦部分９８２６は、図６１Ｃで見ることができる。一実施形態では、当接壁９８０２は、互いに垂直に配向されてもよい。図６１Ｃはまた、各プレートが、２つの同一の摺動部分９８１１（図６１Ｃでは１つのみが見える）に沿って隣接するものとどのように当接し、連動するかを示しており、壁は、それらの間に間隙を形成せずに当接したままで、互いに対して移動することができる。図６１Ａを参照すると、各プレート９８０２が、矢印９８０４の方向に沿って、リレー材料の横平面内の２つの直交する方向に移動する場合、隣接する壁９８０２のいずれの間にも間隙が現れることなく、壁間の空間を狭めることが可能である。図６１Ａ及び図６１Ｃを検討すると、各壁は、端部及び側部を備え、第１の壁の端部は、継ぎ目９８１１上の第２の壁の側部に対して第１の方向に当接して摺動するように構成され、第１の壁の側部は、別の継ぎ目９８１１上の第３の壁の端部に対して第２の方向に当接して摺動するように構成されることが明らかになる。一実施形態では、突出部９８２６は、当接壁９８０２が、突出部の逆の形状を有する端部上の切欠き９８１１と協調して互いに対して摺動することを可能にしてもよい。壁９８０２の側部及び端部の形状は、上記の摺動運動が実行されるときに、隣接する壁９８０２間に間隙がないことを可能にする。一実施形態では、部分９８２５、９８２６及び切欠き９８１１によって画定される突出部は、複数の調整可能な壁９８０２の各々について長手方向に同じ位置に配置される。図６１Ｄは、エネルギー・リレーテーパ固定具９８００で処理する前のリレー材料９８０３のブロックを示す。リレー材料９８０３は、長方形又は略長方形であると仮定され、固定具９８００を形成する４つの同一の固定具アーム９８０２の中央に配置される。壁の傾斜プロファイルの平坦な隆起部分９８２６は、変形が生じる前に、プロセスの開始時にリレー材料９８０３の側面と接触する。リレー材料９８０３は、場合によってはリレー材料に直接熱を印加することによって、又は固定具９８００全体を加熱することによって、或いはその両方によって加熱される。次に、矢印９８０４に沿って徐々に固定具９８０２の壁に力が印加される。矢印９８０４の各々に沿った熱及び力の印加を含む一連の処理ステップを使用して、これらの矢印の各々の方向に沿った各壁９８０２の漸進的な変位が生じ、これは、リレー材料９８０３の周りの壁９８０２を圧縮し、それを変形させるように作用する。一実施形態では、４つすべての壁９８０２が互いに同期して同時に移動する。別の実施形態では、力は、ラウンドロビン方式又は直列方式で、各プレートに別々に漸増的に印加される。一連の処理ステップが適用され、各処理ステップは、リレー材料及び／又は固定具に熱を印加するステップと、力線に沿って圧力を印加するステップ９８０４と、熱を除去するステップと、力を減少させることによってリレー上の圧力を除去するステップ９８０４と、触媒あり又はなしの化学反応を使用するステップとのうちの１つからなる。一実施形態では、固定具９８００は、外部源からその中に拘束されたリレー材料９８０３に熱を伝達するように構成されてもよく、それによって、固定具９８００を加熱することは、材料９８０３を効果的に加熱することになる。壁が力９８０４で移動されると、壁上の傾斜プロファイル９８２６の最も隆起した部分は、リレー材料９８０３とまず接触し、それに圧力を印加し、それを変形させる。壁が更に移動されるにつれて、テーパプロファイルのより大きな部分がリレー材料９８０３に適合され、それを圧縮及び変形させる。上述のテーパ化プロセスは、リレー材料の長手方向寸法に沿った少なくとも１つの位置に沿って低減された横寸法を有するテーパ状エネルギー・リレー材料を生成するために使用されてもよい。一実施形態では、適合されたテーパ状エネルギー・リレー材料は、狭端部と、狭端部とは異なる断面積を有する対向する広端部と、広端部及び狭端部の縁部を接続する傾斜壁とを備え得る。一実施形態では、固定具９８００の拘束空間は、互いに反対側に配向され、狭端部が隣接する、２つの適合されたテーパ状エネルギー・リレー形状から成る形状を備えてもよい。
図６１Ｂは、処理が完了した後の壁の位置を示す。固定具の壁９８０２は、リレー材料９８０３の周りを閉じており、摺動壁９８０２のプロファイルに応じて様々な量でその長手方向寸法に沿ってそれを収縮させ、それを新しい形状９８１３に変形させている。図６１Ｅは、処理ステップが完了した後の結果として得られるテーパリレー９８１３を示す。テーパリレー９８１３は、摺動壁９８０２上の傾斜プロファイル９８２５に適合する傾斜部分９８３５と、摺動壁上に機械加工された平坦な隆起部分９８２６に適合するテーパネックプロファイル９８３６と、摺動壁上のプロファイル９８２７の平坦部分に適合するテーパ９８３７の幅広部分とを含む。９８００と同様の対応する固定具を用いて、任意の所望の寸法、テーパプロファイル、又はアスペクト比を有するテーパリレーを生成することができる。
結果として得られるテーパリレー９８１３は、固定具９８００から取り外されてもよく、テーパネックプロファイル領域９８３６内の中間点で更に分割されてもよく、その結果、２つのテーパ状エネルギー・リレーが得られ、それらは異なる断面積を有する端部を有し、それを通してリレーされるエネルギーの空間拡大又は縮小を可能にする。
初期エネルギー・リレー材料９８０３は、エネルギー・リレー材料を製造するための本明細書に記載される方法又はプロセスのいずれかによって提供され得る。
固定具９８００の実施形態では、固定具９８００を使用してテーパ状にする前に、固定具９８００によって提供される周縁９８０８を有する拘束空間内の複数の個々のエネルギー・リレー材料の配列を融合及び／又は緩和することが可能であり、それによって、上述のテーパプロセスにおいて使用され得る初期融合エネルギー・リレー材料を提供する。これは、エネルギー・リレー材料の融合された配置を融合固定具から上述の固定具９８００に移す必要性を除去し得る。
上述した図４３～図６１Ｅに例解する方法では、処理ステップ全体を通して言及されるエネルギー・リレー材料は、材料の横平面においてコンポーネント操作された構造のランダム分布を有する材料、材料の横平面においてコンポーネント操作された構造の非ランダム分布を有する材料、アンダーソン局在化誘導材料、秩序化エネルギー局在化誘導材料、光ファイバ材料、単一ポリマー又は異なるポリマーの混合物などを含むがこれらに限定されない、本明細書で前述した材料のいずれかであってもよいことを理解されたい。上述のプロセスで使用される材料は、材料の任意の１つのセット又はタイプに限定されるべきではなく、当該技術分野で知られているか、又は本明細書で開示されているかにかかわらず、すべてのエネルギー・リレー材料を含むべきである。
更に、図６４は、本開示と一致するエネルギー・リレー材料を提供するためのプロセス６２００の一実施形態を例解する。プロセス６２００において、エネルギー・リレー材料６２０２のプリフォームが提供され、これは、本明細書に詳述されるエネルギー・リレー形成方法における使用に適していない寸法を有する。エネルギー・リレー材料６２０２のプリフォームに熱６２０６が印加され、エネルギー・リレー材料６２０２の（概略的に図の平面を横切って左から右に延在する）長手方向平面並びに長手方向平面に垂直な横平面において材料６２０２が増大した成形性を有するような温度まで材料６２０２を加熱する。上述の温度に到達した後、長手方向に配向された引張力６２０４が材料６２０２に印加され、エネルギー・リレー材料６２０２が、本明細書に記載の更なる方法で使用するのに適切な所望の長手方向寸法及び横寸法を有するまで、長手方向平面に沿った伸長及び横平面に沿った縮小を引き起こす。
本明細書に開示された原理に従う様々な実施形態が上述されてきたが、それらの実施形態は、単なる例示としての目的のために示されており、限定されないことを理解されたい。したがって、本発明（複数可）の幅広さ及び範囲は、上述の例示的な実施形態のいずれかによって限定されるべきではなく、本開示に由来する特許請求の範囲、及びそれらの等価物に従ってのみ定義されるべきである。更に、上記の利点及び特徴は、記載された実施形態において提供されているが、上記の利点のいずれか又はすべてを達成するプロセス及び構造に対して、かかる由来の特許請求の範囲の適用を限定しない。
本開示の原理的な特徴は、本開示の範囲から逸脱することなく様々な実施形態の中で使用することができることを理解されたい。当業者は、日常的なわずかな実験を使用して、本明細書に記載された特定の手順に対する多くの等価物を認識するか、又は探求することができるであろう。かかる等価物は、本開示の範囲内にあるとみなされ、特許請求の範囲により網羅される。
追加的に、本明細書における節の見出しは、米国特許法施行規則（３７ＣＦＲ１．７７）に基づく示唆との一貫性を持たせるために、又はそれ以外では構成上の手がかりを提供するために、提供されている。これらの見出しは、本開示に由来し得る任意の特許請求の範囲の中に記載された本発明（複数可）を限定又は特徴付けるものではない。具体的には、一例として、見出しが「発明の分野」と称していても、かかる特許請求の範囲は、いわゆる技術分野を説明するためのこの見出しの文言によって限定されるべきではない。更に、「発明の背景」の節における技術の説明は、技術が本開示内の任意の発明（複数可）の先行技術であることを認めるものと解釈されるべきではない。「要約」は、論点となる特許請求の範囲に記載された本発明（複数可）の特徴付けとは、決してみなされない。更に、本開示内での単数形の「発明」の言及は、本開示において単一の新規性のみ存在すると主張するために使用されるべきではない。複数の発明が、本開示に由来する複数の請求項の制限に従って記載される可能性があり、したがって、かかる請求項は、それによって保護される本発明（）及びそれらの等価物を定義する。すべての例では、かかる請求項の範囲は、本開示に照らしてそれら自体のメリットを考慮されるであろうが、本明細書内で記載された見出しによって制約されるべきではない。
特許請求の範囲及び／又は明細書中の用語「備える（comprising）」と併せて使用されるときに使われる単語「１つ（a）」又は「１つ（an）」は、「１つ（one）」を意味し得るが、それはまた、「１つ以上（one or more）」、「少なくとも１つ（at least one）」、及び「１つを超える（one or more than one）」の意味とも矛盾しない。特許請求の範囲の中で使用される用語「又は（ｏｒ）」は、代替物のみに明示的に言及せず、又は代替物が相互に排他的でない限り、「及び／又は（and/or）」を意味するように使用されているが、本開示は、代替物のみ、及び「及び／又は（and/or）」を指す定義を支持する。本出願全体を通じて、用語「約（about）」は、１つの値が、装置の固有の誤差ばらつきを含むことを示すために使用され、方法は、その値、又は研究課題の間に存在するばらつきを判定するために使用されている。通常、ただし前述の考察に対する対象であるが、「約（about）」又は「実質的に（substantially）」などの近似の語により修飾された本明細書中の値は、記述された値から、少なくとも±１、２、３、４、５、６、７、１０、１２、又は１５％だけ変化する可能性がある。
本明細書及び請求項（複数可）で使用されているように、単語「備える（comprising）」（並びに「ｃｏｍｐｒｉｓｅ」及び「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」などの任意の形式の備える）、「有する（having）」（並びに「ｈａｖｅ」及び「ｈａｓ」などの任意の形式の有する）、「含む（including）」（並びに「ｉｎｃｌｕｄｅｓ」及び「ｉｎｃｌｕｄｅ」などの任意の形式の含む）、又は「ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ」（並びに「ｃｏｎｔａｉｎｓ」及び「ｃｏｎｔａｉｎ」などの任意の形式の包含する）は、包括的又は開放的、追加的、引用されていない要素又は方法ステップを排除しない。
「そのとき（at the time）」、「同等（equivalent）」、「間中（during）」、「完全（complete）」等の比較、測定、及びタイミングに関する単語は、「実質的にそのとき（substantially at the time）」、「実質的に同等（substantially equivalent）」、「実質的に～間中（substantially during）」、「実質的に完全（substantially complete）」等を意味すると理解されるべきであり、ここで、「実質的に（substantially）」とは、そのような比較、測定、及びタイミングが、暗黙のうちに、又は明示的に記述された所望の結果を達成するために、実用的であることを意味している。「近く（near）」、「近接する（proximate to）」、「隣接する（adjacent to）」などの要素の相対的位置に関係する単語は、それぞれのシステム要素の相互作用に実質的な影響を及ぼすのに十分近いことを意味するものとする。近似の他の言葉は、同様に、そのように変更されたとき、必ずしも絶対的又は完全であるとは理解されないが、存在しているとしてその条件を指定することを保証するために、当業者にとっては十分近いとみなされるであろうという条件を指す。記述が変わる可能性の程度は、どのように大きな変化がもたらされるかに依存し、当業者であれば、修正されていない特徴の要求された特性及び可能性を依然として有するような修正された特徴を認識するであろう。
本明細書で使用される用語「又はそれらの組み合わせ」は、その用語に先行する列挙された項眼のすべての順列及び組み合わせを指す。例えば、「Ａ、Ｂ、Ｃ、又はそれらの組み合わせ」は、Ａ、Ｂ、Ｃ、ＡＢ、ＡＣ、ＢＣ、又はＡＢＣのうちの少なくとも１つを含むことを意図しており、特定の文脈で順番が重要である場合には、ＢＡ、ＣＡ、ＣＢ、ＣＢＡ、ＢＣＡ、ＡＣＢ、ＢＡＣ、又はＣＡＢも同様である。この例を続けると、ＢＢ、ＡＡＡ、ＡＢ、ＢＢＣ、ＡＡＡＢＣＣＣＣ、ＣＢＢＡＡＡ、ＣＡＢＡＢＢなどのような１つ以上の項目又は用語の繰り返しを含む組み合わせが明示的に含まれる。当業者であれば、文脈から明らかでない限り、典型的には、任意の組み合わせにおける項目又は用語の数に制限はないことを理解するであろう。
本明細書に開示及び請求された組成物及び／又は方法のすべては、本開示に照らして過度の実験をすることなく作製及び実行することができる。本開示の組成物及び方法は、好ましい実施形態の観点から記載されているが、組成物及び／又は方法に対して、並びに本明細書に記載された方法のステップ又はステップの順序において、本開示の概念、趣旨及び範囲から逸脱することなく、様々なバリエーションを適用することができることは、当業者にとって明らかであろう。当業者に明らかなこのような類似の置換及び修飾はすべて、添付の特許請求の範囲によって定義される開示の趣旨、範囲及び概念の範囲内であるとみなされる。

Claims (36)

  1. エネルギー・リレーであって、
    異なるエネルギー波伝搬特性を有する第１の材料及び第２の材料であって、第１のリレー表面及び第２のリレー表面を有する構造体を画定するように形成される、第１の材料及び第２の材料を備え、
    前記第１の材料及び前記第２の材料が各々、前記構造体の前記第１のリレー表面と前記第２のリレー表面との間に延在し、前記構造体の横方向にわたって散在しており、
    前記第１の材料及び前記第２の材料が、前記第１のリレー表面と前記第２のリレー表面との間で、それらの間の複数のエネルギー伝搬経路に沿ってエネルギーをリレーするように動作可能であり、
    前記複数のエネルギー伝搬経路のうちの第１のエネルギー伝搬経路が、前記第１のリレー表面の第１の領域を通してエネルギーを放出又は受容するように動作可能な第１の端部と、
    前記第２のリレー表面の第１の領域を通してエネルギーを放出又は受容するように動作可能な第２の端部と、を備え、
    前記第１のリレー表面の前記第１の領域が、第１の表面法線を有し、
    前記第２のリレー表面の前記第１の領域が、第２の表面法線を有し、
    前記第１のエネルギー伝搬経路の前記第１の端部及び前記第２の端部が、それぞれ、第１の伝搬経路軸及び第２の伝搬経路軸を有し、
    前記第１のリレー表面の前記第１の領域を通して放出又は受容される前記エネルギーが、角度方向が前記第２の表面法線及び前記第２の伝搬経路軸とは独立して前記第１の表面法線及び前記第１の伝搬経路軸によって決定される第１の主光線を有し、
    前記第２のリレー表面の前記第１の領域を通して放出又は受容される前記エネルギーが、角度方向が前記第１の表面法線及び前記第１の伝搬経路軸とは独立して前記第２の表面法線及び前記第２の伝搬経路軸によって決定される第２の主光線を有する、エネルギー・リレー。
  2. 前記第１のリレー表面の前記第１の領域及び前記第２のリレー表面の前記第１の領域を通して放出又は受容される前記エネルギーが、前記第１のリレー表面の前記第１の領域及び前記第２のリレー表面の前記第１の領域の相対サイズによって決定されるそれぞれの角度範囲を有する、請求項１に記載のエネルギー・リレー。
  3. 少なくとも前記第１の表面法線と前記第１の伝搬経路軸とが異なるか、又は前記第２の表面法線と前記第２の伝搬経路軸とが異なる、請求項１または２に記載のエネルギー・リレー。
  4. 前記第１の材料及び前記第２の材料が、非ランダムパターンに従って前記構造体の前記横方向にわたって散在している、請求項１から３のいずれか一項に記載のエネルギー・リレー。
  5. 前記第１の材料及び前記第２の材料が、前記構造体の横方向にわたってランダムに散在している、請求項１から３のいずれか一項に記載のエネルギー・リレー。
  6. 前記第１の材料及び前記第２の材料が、複数のコアクラッドファイバを形成するように、前記構造体の横方向にわたって散在している、請求項１から３のいずれか一項に記載のエネルギー・リレー。
  7. 前記第１の材料及び前記第２の材料が、複数の勾配屈折率ファイバを形成するように、前記構造体の横方向にわたって散在している、請求項１から３のいずれか一項に記載のエネルギー・リレー。
  8. 前記第１のリレー表面及び前記第２のリレー表面の一方が非平面であり、
    前記第１のリレー表面及び前記第２のリレー表面の他方が実質的に平面である、請求項１から７のいずれか一項に記載のエネルギー・リレー。
  9. 前記第１のリレー表面及び前記第２のリレー表面の両方が非平面である、請求項１から７のいずれか一項に記載のエネルギー・リレー。
  10. 前記第１のリレー表面及び前記第２のリレー表面の両方が実質的に平面である、請求項１から７のいずれか一項に記載のエネルギー・リレー。
  11. 前記第１の材料及び前記第２の材料とは異なるエネルギー波伝搬特性を有する少なくとも１つの追加の材料を更に備える、請求項１から１０のいずれか一項に記載のエネルギー・リレー。
  12. 前記第１の材料及び前記第２の材料のうちの少なくとも１つが、非固体材料を備える、請求項１から１１のいずれか一項に記載のエネルギー・リレー。
  13. 前記エネルギー・リレーの前記構造体が、少なくとも１つの可撓性部分を備える、請求項１から１２のいずれか一項に記載のエネルギー・リレー。
  14. 前記少なくとも１つの可撓性部分が、前記第１のリレー表面及び前記第２のリレー表面のうちの少なくとも１つを備え、
    前記第１のリレー表面及び前記第２のリレー表面のうちの前記少なくとも１つの表面法線が、可変であり、
    前記第１のリレー表面及び前記第２のリレー表面のうちの前記少なくとも１つにおける伝搬経路軸もまた、可変である、請求項１３に記載のエネルギー・リレー。
  15. 前記第１の材料及び前記第２の材料が、異なる波インピーダンスを有し、
    前記第１のリレー表面と前記第２のリレー表面との間で機械的エネルギーを伝搬するように配置されている、請求項１から１４のいずれか一項に記載のエネルギー・リレー。
  16. 前記第１の材料及び前記第２の材料が、複数のエネルギー領域のエネルギーが前記第１のリレー表面と前記第２のリレー表面との間で輸送されることを可能にするように構成及び配置されている、請求項１から１５のいずれか一項に記載のエネルギー・リレー。
  17. 前記複数のエネルギー領域のエネルギーが、光エネルギー及び非光エネルギーを備える、請求項１６に記載のエネルギー・リレー。
  18. 請求項１から１７のいずれか一項に記載のエネルギー・リレーを複数個タイル張りした、シームレスエネルギーシステム。
  19. エネルギー・リレーであって、
    第１のリレー表面及び第２のリレー表面と、それらの間の複数のエネルギー伝搬経路とを有するエネルギー・リレー要素を備え、
    前記エネルギー伝搬経路が所定の配向を有し、
    前記エネルギー伝搬経路の前記所定の配向及び前記第１のリレー表面又は第２のリレー表面のうちの少なくとも１つのプロファイルが、基準方向に対して実質的に所望の角度整合プロファイルを有するエネルギーの円錐において、前記第１のリレー表面又は第２のリレー表面のうちの前記少なくとも１つを通してエネルギーが放出又は受容されることを可能にするように考慮されている、エネルギー・リレー。
  20. 前記エネルギー・リレー要素が、異なるエネルギー波伝搬特性を有する第１の材料及び第２の材料を備え、
    前記第１の材料及び前記第２の材料が、前記第１のリレー表面及び前記第２のリレー表面を有する構造体を画定するように形成され、前記構造体の横方向にわたって散在している、請求項１９に記載のエネルギー・リレー。
  21. 前記第１の材料及び前記第２の材料が、非ランダムパターンに従って前記構造体の前記横方向にわたって散在している、請求項２０に記載のエネルギー・リレー。
  22. 前記第１の材料及び前記第２の材料が、前記構造体の前記横方向にわたってランダムに散在している、請求項２０に記載のエネルギー・リレー。
  23. 前記第１の材料及び前記第２の材料が、複数のコアクラッドファイバを形成するように、前記構造体の横方向にわたって散在している、請求項２０に記載のエネルギー・リレー。
  24. 前記第１の材料及び前記第２の材料が、前記構造体の横方向にわたって散在して、複数の勾配屈折率ファイバを形成する、請求項２０に記載のエネルギー・リレー。
  25. 前記エネルギー・リレー要素が、前記第１の材料及び前記第２の材料のエネルギー波伝搬特性とは異なるエネルギー波伝搬特性を有する少なくとも１つの追加の材料を更に備える、請求項２０から２４のいずれか一項に記載のエネルギー・リレー。
  26. 前記第１の材料及び前記第２の材料のうちの少なくとも１つが、非固体材料を備える、請求項２０から２５のいずれか一項に記載のエネルギー・リレー。
  27. 前記エネルギー・リレー要素の前記構造体が、少なくとも１つの可撓性部分を備える、請求項２０から２６のいずれか一項に記載のエネルギー・リレー。
  28. 前記少なくとも１つの可撓性部分が、前記第１のリレー表面及び前記第２のリレー表面のうちの少なくとも１つを備え、
    前記第１のリレー表面及び前記第２のリレー表面のうちの少なくとも１つの表面法線が、可変であり、
    前記第１のリレー表面及び前記第２のリレー表面のうちの前記少なくとも１つにおける伝搬経路軸も、可変である、請求項２７に記載のエネルギー・リレー。
  29. 前記第１の材料及び前記第２の材料が、異なる波インピーダンスを有し、
    前記第１のリレー表面と前記第２のリレー表面との間で機械的エネルギーを伝搬するように配置されている、請求項２０に記載のエネルギー・リレー。
  30. 前記第１の材料及び前記第２の材料が、複数のエネルギー領域のエネルギーが前記第１のリレー表面と前記第２のリレー表面との間で輸送されることを可能にするように構成及び配置されている、請求項２０から２９のいずれか一項に記載のエネルギー・リレー。
  31. 前記複数のエネルギー領域のエネルギーが、光エネルギー及び非光エネルギーを備える、請求項３０に記載のエネルギー・リレー。
  32. 前記第１のリレー表面及び前記第２のリレー表面の一方が非平面であり、
    前記第１のリレー表面及び前記第２のリレー表面の他方が実質的に平面である、請求項１９から３１のいずれか一項に記載のエネルギー・リレー。
  33. 前記第１のリレー表面及び前記第２のリレー表面の両方が非平面である、請求項１９から３１のいずれか一項に記載のエネルギー・リレー。
  34. 前記第１のリレー表面及び前記第２のリレー表面の両方が実質的に平面である、請求項１９から３１のいずれか一項に記載のエネルギー・リレー。
  35. 請求項１９から３４のいずれか一項に記載のエネルギー・リレーを複数個タイル張りした、シームレスエネルギーシステム。
  36. エネルギー・リレーであって、
    第１の表面及び第２の表面を有するエネルギー・リレー要素と、
    前記第１の表面と前記第２の表面との間の複数のエネルギー伝搬経路と、を備え、
    前記エネルギー伝搬経路が所定の配向を有し、
    前記エネルギー伝搬経路の所定の配向及び非平面表面のそれぞれの付随する法線が、エネルギーが前記非平面表面を通ってリレーされて、前記エネルギー・リレー要素の軸上方向に対して実質的に所望の角度整合プロファイルを伴うエネルギーの円錐内に出射することを可能にするように整列されている、エネルギー・リレー。
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