KR20190027380A - 고밀도 에너지 지향 장치 - Google Patents

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Abstract

개시된 실시예들은 에너지 지향 장치를 통해 하나 이상의 에너지 위치들로부터 에너지를 지향시키도록 구성된 하나 이상의 에너지 릴레이 요소들을 구비한 에너지 지향 장치를 포함한다. 일 실시예에서, 하나 이상의 에너지 릴레이 요소들의 표면들은 인접한 에너지 릴레이 요소 표면들 사이의 이격이 최소 인지 가능한 윤곽보다 작은 고유 심리스 에너지 표면을 형성할 수 있다. 개시된 실시예들에서, 활성 에너지 표면 및 기계적 엔벨로프를 갖는 에너지 위치들에서 에너지가 생성된다. 일 실시예에서, 본 에너지 지향 장치는 그들의 기계적 엔벨로프로 인하여 에너지 위치들 사이의 이격을 최소화하면서 고유 심리스 에너지 표면을 통해 에너지 위치들로부터 에너지를 중계하도록 구성된다. 실시예들에서, 에너지 릴레이 요소들은 횡방향 앤더슨 편재(Anderson localization) 현상을 이용하는 에너지 릴레이들을 포함할 수 있다.

Description

고밀도 에너지 지향 장치
본 발명은 에너지 지향 장치에 관한 것이며, 구체적으로는 인지 불가능한 심 갭(seam gaps)을 갖는 모자이크 표면을 통해 고밀도 에너지를 지향하도록 구성되는 에너지 릴레이에 관한 것이다.
Gene Roddenberry의 스타 트랙(Star Trek)에 의해 대중화되고 1900년대 초에 작가인 Alexander Moszkowski에 의해 처음 구상되었던 "홀로덱(holodeck)" 챔버 내에서의 대화형 가상 세계의 꿈은 거의 한 세기 동안 과학 소설과 기술 혁신에 영감을 주었다. 하지만, 문학, 미디어 및 어린이와 성인의 집단적 상상력 외에는 이 경험에 대한 강력한 구현은 존재하지 않는다.
본 발명의 내용 중에 포함되어 있다.
일 실시예에서, 에너지 지향 장치는, 하나 이상의 에너지 위치들 및 하나 이상의 에너지 릴레이 요소들을 포함할 수 있으며, 하나 이상의 에너지 릴레이 요소들의 각각은 제 1 표면 및 제 2 표면을 더 포함한다. 각각의 에너지 릴레이 요소의 제 2 표면들은 고유 심리스 에너지 표면을 형성하도록 배열될 수 있다.
일 실시예에서, 고유 심리스 에너지 표면의 임의의 2개의 인접한 제 2 표면들의 에지(edge)들 사이의 이격 거리는, 고유 심리스 에너지 표면의 높이 또는 고유 심리스 에너지 표면의 폭 중의 더 작은 것보다 큰, 고유 심리스 에너지 표면으로부터의 거리를 두고 20/40 시력보다 좋은 시력을 갖는 인간의 눈의 시력에 의해 정의되는 최소 인지 가능한 윤곽보다 작을 수 있다.
일 실시예에서, 하나 이상의 에너지 릴레이 요소들은 하나 이상의 에너지 위치들과 고유 심리스 에너지 표면 사이에서 연장되는 에너지 전파 경로들을 따라 에너지를 지향시키도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 고유 심리스 에너지 표면은 가상 표면일 수 있다.
일 실시예에서, 에너지는 제로(zero) 확대, 넌-제로(non-zero) 확대 또는 넌-제로 축소로 하나 이상의 에너지 릴레이 요소를 통해 지향될 수 있다.
일 실시예에서, 고유 심리스 에너지 표면은 평면형, 패시트(facet)형 또는 만곡형일 수 있다.
일 실시예에서, 하나 이상의 에너지 릴레이 요소들의 양과 하나 이상의 에너지 위치들의 양이 에너지 지향 장치의 기계적 치수를 정의할 수 있다.
일 실시예에서, 하나 이상의 에너지 릴레이 요소들은 제 1 해상도를 갖는, 수용되는 집속 광(focused light)을 중계하며, 수용되는 집속 광의 릴레이 해상도를 제 1 해상도의 50% 이상으로 유지하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 에너지 지향 장치는 하나 이상의 에너지 위치들 및 하나 이상의 에너지 릴레이 요소 스택들을 포함한다. 각각의 에너지 릴레이 요소 스택은 하나 이상의 에너지 릴레이 요소들을 포함하고, 각각의 에너지 릴레이 요소는 제 1 면 및 제 2 면을 포함한다. 각각의 에너지 릴레이 요소는 그것을 통해서 에너지를 지향시키도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 각각의 에너지 릴레이 요소 스택의 말단 에너지 릴레이 요소들의 제 2 면들은 고유 심리스 에너지 표면을 형성하도록 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 하나 이상의 에너지 릴레이 요소 스택들은 하나 이상의 에너지 위치들과 고유 심리스 에너지 표면들 사이에서 연장되는 에너지 전파 경로들을 따라 에너지를 지향시키도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 말단 에너지 릴레이 요소들의 임의의 2개의 인접한 제 2 표면들의 에지들 사이의 이격 거리는, 고유 심리스 에너지 표면의 높이 또는 고유 심리스 에너지 표면의 폭 중의 더 작은 것보다 큰, 고유 심리스 에너지 표면으로부터의 거리를 두고 20/40 시력보다 좋은 시력을 갖는 인간의 눈의 시력에 의해 정의되는 최소 인지 가능한 윤곽보다 작을 수 있다.
일 실시예에서, 각각의 에너지 릴레이 요소 스택의 에너지 릴레이 요소들은 엔드 투 엔드(end-to-end) 구성으로 배치된다;
일 실시예에서, 에너지 시스템은, 하나 이상의 에너지 장치들과, 그 각각이 그것을 통한 에너지 전송의 횡방향 앤더슨 편재(Anderson Localization)를 유발하며 각각의 에너지 컴포넌트가 제 1 에너지 표면 및 제 2 에너지 표면을 더 포함하는, 요소들로 이루어지는 하나 이상의 에너지 릴레이 컴포넌트들을 포함한다.
일 실시예에서, 각각의 에너지 릴레이 컴포넌트의 제 2 에너지 표면은 고유 심리스 에너지 표면을 형성하도록 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 하나 이상의 에너지 장치들은 고유 심리스 에너지 표면을 통해 적어도 에너지를 방출하거나 수신하도록 동작 가능할 수 있다.
일 실시예에서, 하나 이상의 에너지 컴포넌트들의 임의의 2개의 인접한 제 2 에너지 표면들의 에지들 사이의 이격 거리는, 고유 심리스 에너지 표면의 높이 또는 고유 심리스 에너지 표면의 폭 중의 더 작은 것보다 큰, 고유 심리스 에너지 표면으로부터의 거리를 두고 20/40 시력보다 좋은 시력을 갖는 인간의 눈의 시력에 의해 정의되는 최소 인지 가능한 윤곽보다 작을 수 있다.
본 개시의 이들 및 다른 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부된 청구항들로부터 당업자에게 명백해질 것이다.
도 1은 에너지 지향 시스템에 대한 설계 파라미터를 나타내는 개략도이다.
도 2는 기계적 엔벨로프(envelope)를 갖는 능동 소자 영역을 갖는 에너지 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 3은 에너지 릴레이 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 4는 베이스 구조체에 함께 접착되어 고정된 에너지 릴레이 요소들의 실시예를 나타내는 개략도이다.
도 5a는 멀티 코어 광섬유를 통해 중계된 이미지의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 5b는 횡방향 앤더슨 편재 원리의 특성들을 나타내는 광학 릴레이를 통해 중계된 이미지의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 6은 에너지 표면으로부터 관찰자(viewer)로 전파된 광선을 나타내는 개략도이다.
도 7은 그 각각이 능동 디스플레이 영역 치수 및 기계적 엔벨로프를 포함하는 3개의 디스플레이 장치들의 측면도를 나타낸다.
도 8은 빔 스플리터와 함께 사용되는 능동 디스플레이 영역 및 기계적 엔벨로프를 각각 포함하는 5개의 디스플레이 장치들을 특징으로 한다.
도 9는 3개의 빔 스플리터들이 기계적 엔벨로프를 수용하도록 활용되는 방법의 측면도이다.
도 10은 기계적 엔벨로프 비율, 최소 초점 길이 및 최대 이미지 오프셋 사이의 이러한 관계뿐만 아니라, 개별 타일형 이미지들 간의 중첩의 백분율을 강조한다.
도 11은 원호(arc)형으로 배치된 3개의 투영 장치들을 갖는 실시예의 평면도이다.
도 12는 테이퍼형 에너지 릴레이 모자이크 배치를 나타낸다.
도 13은 2개의 복합 광학 릴레이 테이퍼를 직렬로 포함하는 에너지 릴레이 요소 스택의 측면도를 나타낸다.
도 14는 에너지 릴레이 요소 스택이 8Х4 어레이로 배치되어 고유 심리스 에너지 지향 표면을 형성하는 에너지 지향 장치의 실시예의 사시도를 나타낸다.
도 15는 에너지 지향 장치의 여러 도면들을 포함한다.
도 16은 에너지 지향 장치의 도 15로부터의 측면도의 확대도를 포함한다.
도 17은 에너지 릴레이 요소 스택들이 공간 내에서의 알려진 지점에 대해 안쪽으로 경사져 있는 실시예의 평면도를 나타낸다.
도 18은 심리스 에너지 표면이 테이퍼형 광학 릴레이들에 의해 형성된 디스플레이이고, 동시에, 디스플레이 전자 장치에 대한 디스플레이 장치들 및 기계적 엔벨로프들이 테이퍼형 릴레이들과 거리를 두고 위치되는, 실시예의 평면도이다.
도 19는 심리스 디스플레이 표면이 9개의 테이퍼형 광학 릴레이로 구성되는 실시예의 측면도이다.
도 20은 단일 투영 소스 및 단일 디스플레이 패널 소스가 이미지 결합기와 병합되는 실시예의 평면도이다.
홀로덱("홀로덱 설계 파라미터들"이라고 통칭함)의 실시예는 가상의 사회적 상호작용식 환경 내에서 수신된 에너지 자극들이 실제적이라고 믿게 하기 위해 인간의 감각 수용체들을 속이기에 충분한 에너지 자극을 제공하며, 다음을 제공한다: 1) 외부 액세서리들 없이 양안 디스패러티, 머리 장착식 안경류 또는 기타 주변 장치들; 2) 임의의 수의 관찰자들을 위해 동시에 시인 체적(viewing volume) 전체에 걸친 정확한 운동 시차(motion parallax), 오클루젼(occlusion) 및 혼탁(opacity); 3) 모든 인지된 광선에 대한 눈의 동기식 수렴(convergence), 원근조절(accommodation) 및 축동(miosis)을 통한 시각 초점(visual focus); 및 4) 시각, 청각, 촉각, 미각, 후각 및/또는 균형을 위한 인간의 감각 "해상도"를 초과하는 충분한 밀도 및 해상도의 수렴 에너지 파 전파.
시각계, 청각계, 체성감각계, 미각계, 후각계 및 전정(vestibular)계를 포함하는 홀로덱 설계 파라미터들에 의해 제안되는 바와 같은 강력한 방식으로 모든 수용장들(receptive fields)을 위해 제공할 수 있는 기술이, 현재까지의 종래 기술에 기초하여, 수 세기는 아니더라도, 수 십년이 걸렸다.
본 개시에서, 라이트 필드(light field) 및 홀로그램이라는 용어들은 임의의 감각 수용체 반응의 자극에 대한 에너지 전파를 정의하기 위해 상호교환 가능하게 사용될 수 있다. 초기 개시들은 홀로그래픽 이미지 및 부피 측정 햅틱스를 위한 에너지 표면들을 통한 전자기 및 기계 에너지 전파의 예들을 지칭할 수 있는 한편, 모든 형태의 감각 수용체들이 이 개시에서 구상된다. 또한, 전파 경로들을 따른 에너지 전파를 위해 본원에 개시된 원리들은 에너지 방출 및 에너지 캡처 양방 모두에 적용 가능할 수 있다.
렌티큘러 프린팅(lenticular printing), 페퍼의 유령(Pepper's Ghost), 안경없는 스테레오스코픽(stereoscopic) 디스플레이, 수평 시차 디스플레이, 머리 장착식 VR 및 AR 디스플레이(HMD) 및 "폭슬로그래피(fauxlography)"로서 일반화된 이러한 다른 환상(illusions)을 포함하는 홀로그램과 종종 불행하게도 혼동되는 많은 기술들이 오늘날 존재한다. 이러한 기술들은 진정한 홀로그램 디스플레이의 원하는 특성들 중 일부를 나타낼 수 있기는 하지만, 4개의 식별된 홀로덱 설계 파라미터들 중 적어도 2개를 해결하기에 충분한 임의의 방식으로 인간의 시각적 감각 반응을 자극하는 능력이 부족하다.
이러한 도전들은 홀로그램 에너지 전파에 충분한 심리스 에너지 표면을 생성하기 위해 종래 기술에 의해 성공적으로 구현되지 못했다. 패럴랙스 배리어(parallax barriers), 호겔(hogels), 복셀(voxels), 회절 광학, 멀티 뷰 투영, 홀로그램 디퓨저(diffuser)들, 회전 거울, 다층형 디스플레이, 시간 순차 디스플레이, 머리 장착식 디스플레이 등을 포함하는 체적 및 방향 다중화 라이트 필드 디스플레이를 구현하기 위한 다양한 접근법들이 있기는 하지만, 종래의 접근법들은 이미지 품질, 해상도, 각도 샘플링 밀도, 크기, 비용, 안전성, 프레임 속도 등에 대한 타협을 수반할 수 있으며, 이는 궁극적으로 실현 불가능한 기술을 초래할 수 있다.
시각계, 청각계, 체성감각계들에 대한 홀로덱 설계 파라미터들을 달성하기 위해 각 계들의 각각의 인간의 예민성(acuity)이 연구되고 이해되어 인간의 감각 수용체들을 충분히 속일 수 있도록 에너지 파들을 전파한다. 시각계는 약 1각분(arc min)으로 분해할 수 있으며, 청각계는 배치에 있어서의 차이를 적게는 3도만큼 구별할 수 있으며 손에 있는 체성감각계는 2-12mm로 분리된 지점들을 식별할 수 있다. 이러한 예민성을 측정하기 위한 다양하고 상충되는 방식이 존재하기는 하지만, 이러한 값들은 에너지 전파의 인지를 자극하기 위한 시스템들과 방법들을 이해하기에 충분하다.
언급된 감각 수용체들 중에서 인간의 시각계는, 심지어 단일 광자조차도 감각을 유발할 수 있음을 고려하면, 단연코 가장 민감하다. 이러한 이유로, 이 소개의 대부분은 시각적인 에너지 파 전파에 초점을 맞출 것이고, 개시된 에너지 도파관 표면 내에 커플링된 상당히 낮은 해상도의 에너지 시스템들은 홀로그램 감각 인지를 유도하기 위해 적절한 신호들을 수렴할 수 있다. 달리 언급하지 않는 한, 모든 개시는 모든 에너지 및 감각 도메인들에 적용된다.
시인 체적 및 시인 거리(viewing distance)가 주어진 시각계에 대한 에너지 전파의 효과적인 설계 파라미터들을 계산할 때, 원하는 에너지 표면은 많은 기가픽셀의 유효 에너지 위치 밀도를 포함하도록 설계될 수 있다. 넓은 시인 체적 또는 근접 필드 시인(near field viewing)에 대해서는, 원하는 에너지 표면의 설계 파라미터들이 수백 기가픽셀 또는 그 이상의 유효 에너지 위치 밀도를 포함할 수 있다. 이와 비교하여, 원하는 에너지 소스는 볼륨 햅틱의 초음파 전파를 위한 1 내지 250메가픽셀의 에너지 위치 밀도 또는 입력 환경 변수들에 따른 홀로그램 사운드의 음향 전파를 위한 36 내지 3,600개의 유효 에너지 위치들의 어레이를 갖도록 설계될 수 있다. 주목해야 할 중요한 점은 개시된 양방향 에너지 표면 아키텍처를 이용하면 모든 컴포넌트가 홀로그램 전파를 가능하게 하기 위해 임의의 에너지 영역에 대해 적합한 구조체들을 형성하도록 구성될 수 있다는 것이다.
하지만, 오늘날 홀로덱을 사용하기 위한 주요 과제는 이용 가능한 시각적 기술들과 전자기 장치 제한들을 수반한다. 청각 및 초음파 장치들은, 복잡성이 과소 평가되어서는 안되지만, 각각의 수용장에서의 감각 예민성에 기초하여 원하는 밀도에 있어서의 규모 차이의 순서들이 주어지면 덜 어렵다. 홀로그램 에멀젼은 정적 이미지에서 간섭 패턴들을 인코딩하기 위해 원하는 밀도를 초과하는 해상도로 존재하지만, 최첨단 디스플레이 장치들은 해상도, 데이터 스루풋 및 제조 가능성에 의해 제한된다. 현재까지, 고유 디스플레이 장치는 시력에 대해 거의 홀로그램 해상도를 갖는 라이트 필드를 의미있게 생성할 수 없었다.
강력한 라이트 필드 디스플레이를 위해 원하는 해상도를 충족시킬 수 있는 단일 실리콘 기반의 장치를 제작하는 것은 실용적이지 않을 수 있으며 현재의 제조 능력을 넘어선 극히 복잡한 제조 공정들을 수반할 수 있다. 다수의 기존 디스플레이 장치를 함께 타일링하는 것에 대한 제한은, 패키징, 전자 장치, 인클로저, 광학 및 필연적으로 이미징, 비용 및/또는 크기 관점으로부터 실행 불가능한 기술을 초래하는 다수의 다른 과제들의 물리적 크기에 의해 형성된 심 및 갭을 수반한다.
본원에 개시된 실시예들은 홀로덱을 구축하기 위한 실제 경로를 제공할 수 있다.
예시적인 실시예들은 이제 본 명세서의 일부를 형성하고, 실시될 수 있는 예시적인 실시예들을 도시하는 첨부 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 개시 및 첨부된 청구항들에서 사용된 바와 같이, "실시예", "예시적인 실시예" 및 "예시의 실시예"라는 용어들은 반드시 단일 실시예를 지칭하는 것이 아니며, 예시적인 실시예들의 범위 또는 사상으로부터 벗어나지 않으면서, 다양한 예시적인 실시예들이 용이하게 결합되고 상호교환될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 전문용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위한 것이지, 제한하려고 의도되는 것은 아니다. 이와 관련하여, 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "에서"는 "안에" 및 "위에"를 포함할 수 있고, 용어 "하나", "일" 및 "그"는 단수 및 복수의 참조들을 포함할 수 있다. 또한, 본원에 사용된 용어 "~에 의해"는 또한 문맥에 따라 "~로부터"를 의미할 수도 있다. 또한, 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "~이면"은 또한 문맥에 따라 "~일 때" 또는 "~할 때"를 의미할 수도 있다. 또한, 본원에 사용된 바와 같이, "및/또는"이라는 단어는 관련된 목록화된 항목들 중 하나 이상의 임의의 그리고 모든 가능한 조합들을 지칭하고 포괄할 수 있다.
홀로그램 시스템 고려사항:
라이트 필드 에너지 전파 해상도의 개요
라이트 필드 및 홀로그램 디스플레이는 에너지 표면 위치들이 시인 체적 내에서 전파되는 각도, 색 및 강도 정보를 제공하는 복수의 투영들의 결과이다. 개시된 에너지 표면은, 부가적인 정보가 공존하고, 동일한 표면을 통해 전파되어 다른 감각계 반응들을 유도할 수 있는 기회들을 제공한다. 스테레오스코픽 디스플레이와는 달리, 공간에서의 수렴된 에너지 전파 경로들의 보이는 위치는 관찰자가 시인 체적 주위를 이동함에 따라 변하지 않으며, 임의의 수의 보는 사람들이 실제로 거기에 존재하는 것처럼 전파된 물체들을 실제 공간에서 동시에 볼 수 있다. 일부 실시예들에서, 에너지의 전파는 동일한 에너지 전파 경로에 위치될 수도 있지만 반대 방향에 위치될 수도 있다. 예를 들어, 에너지 전파 경로를 따른 에너지 방출 및 에너지 포획은 양방 모두가 본 발명의 일부 실시예들에서 가능하다.
도 1은 감각 수용체 반응의 자극에 관련된 변수들을 나타내는 개략도이다.　 이들 변수들은 표면 대각선(101), 표면 폭(102), 표면 높이(103), 결정된 타겟 시팅(seating) 거리(118), 디스플레이의 중심으로부터의 뷰의 시야(view field)의 타겟 시팅 필드(104), 눈 사이의 샘플들로서 여기에서 보여진 중간 샘플들의 수(105), 평균 성인의 안구 간격(106), 각분에서 인간의 눈의 평균 해상도(107), 타겟 관찰자 위치와 표면 폭 사이에 형성된 수평 시야(108), 타겟 관찰자 위치와 표면 높이 사이에 형성된 수직 시야(109), 표면에 걸친, 결과적인 수평 도파관 요소 해상도 또는 요소들의 전체 수(110), 표면에 걸친, 결과적인 수직 도파관 요소 해상도 또는 요소들의 전체 수(111), 눈 사이의 안구 간격과 눈 사이의 각도 투영을 위한 중간 샘플들의 수에 기초한 샘플 거리(112), 샘플 거리 및 타겟 시팅 거리에 기초할 수 있는 각도 샘플링(113), 원하는 각도 샘플링으로부터 도출된 도파관 요소 당 전체 해상도 수평도(114), 원하는 각도 샘플링으로부터 도출된 도파관 요소 당 전체 해상도 수직도(115), 원하는 이산(discreet) 에너지 소스들의 결정된 수의 계수(count)인 장치 수평도(116), 그리고 원하는 이산 에너지 소스들의 결정된 수의 계수인 장치 수직도(117)를 포함할 수 있다.
원하는 최소 해상도를 이해하는 방법은, 시각적(또는 다른) 감각 수용체 반응의 충분한 자극을 보장하기 위해 다음의 기준, 즉, 표면 크기(예컨대, 84" 대각선), 표면 종횡비(예컨대, 16:9), 시팅 거리(예컨대, 디스플레이로부터 128"), 시팅 시야(예컨대, 디스플레이의 센터를 중심으로 120도 또는 +/-60도), 일 거리에 있는 원하는 중간 샘플들(예컨대, 눈 사이에서의 하나의 부가적인 전파 경로), 성인의 평균 안구 간격(약 65mm), 그리고 인간의 눈의 평균 해상도(약 1각분)에 기초할 수 있다. 이러한 예시적인 값들은 특정 애플리케이션 설계 파라미터들에 따른 플레이스홀더(placeholders)로 간주되어야 한다.
또한, 시각 감각 수용체에 기인한 값들의 각각은 원하는 전파 경로 파라미터들을 결정하기 위해 다른 시스템들로 대체될 수 있다. 다른 에너지 전파의 실시예들에 대해서는, 청각계의 각도 민감도는 3도 정도로 낮을 수 있고, 손의 체성감각계의 공간 해상도는 2-12mm 정도로 작을 수 있음이 고려될 수 있다.
이러한 감각 예민성을 측정하기 위한 다양하고 상충되는 방식이 존재하기는 하지만, 이러한 값들은 가상의 에너지 전파의 인지를 자극하기 위한 시스템들과 방법들을 이해하기에 충분하다. 설계 해상도를 고려하는 많은 방식들이 있으며, 아래 제안된 방법은 실용적인 제품 고려사항을 감각계의 생물학적 분해 한계와 결합시킨다. 당업자에 의해 이해될 수 있는 바와 같이, 다음의 개요는 임의의 그러한 시스템 설계의 단순화이며, 단지 예시의 목적을 위해 고려되어야 한다.
이해된 감각계의 해상도 한계로, 전체 에너지 도파관 요소 밀도는, 다음과 같은, 수신 감각계가 인접한 요소로부터 단일 에너지 도파관 요소를 식별할 수 없도록 계산될 수 있다:
표면 종횡비 =
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
Figure pct00005
Figure pct00006
Figure pct00007
Figure pct00008
위의 계산들은 대략적으로 32×18°의 시야를 초래하고, 이는 약 1920×1080(가장 가까운 형식으로 반올림됨) 에너지 도파관 요소들이 요구되는 것을 초래한다. 또한, (u, v) 양방 모두가 에너지 위치들의 보다 규칙적인 공간 샘플링(예컨대, 픽셀 종횡비)을 제공하기 위해 시야가 일정하도록 변수들이 제약될 수 있다. 시스템의 각도 샘플링은, 다음과 같은, 최적화된 거리에 있는 두 지점들 사이에 정의된 타겟 시인 체적 위치와 부가적인 전파 에너지 경로들을 가정한다:
Figure pct00009
Figure pct00010
이 경우, 주어진 거리만큼 적절한 샘플 수를 설명하기 위해 임의의 메트릭(metric)이 활용될 수 있지만, 안구간 거리는 샘플 거리를 계산하기 위해 활용된다. 위의 변수들을 고려할 때, 0.57°당 약 1개의 광선이 요구될 수 있으며, 독립적인 감각계 당 전체 계의 해상도는 다음과 같이 결정될 수 있다:
Figure pct00011
Figure pct00012
Figure pct00013
시력 시스템에 대해 해결된 에너지 표면 및 각도 해상도의 크기를 고려한 상기의 시나리오를 이용하면, 결과적인 에너지 표면은 바람직하게는 약 400k×225k 픽셀의 에너지 해상도 위치들, 또는 90기가픽셀의 홀로그램 전파 밀도를 포함할 수 있다. 제공된 이러한 변수들은 오직 예시의 목적으로 제공되며, 에너지의 홀로그램 전파의 최적화를 위해 많은 다른 감각 및 에너지 계측 고려사항이 고려되어야 한다. 추가적인 실시예에서, 입력 변수들에 기초하여 1기가픽셀의 에너지 해상도 위치들이 바람직할 수 있다. 추가적인 실시예에서, 입력 변수들에 기초하여 1,000기가픽셀의 에너지 해상도 위치들이 요구될 수 있다.
현재 기술 제한사항:
능동 영역, 소자 전자 장치, 패키징 및 기계적 엔벨로프
도 2는 소정의 기계적 폼 팩터를 갖는 능동 영역(220)을 갖는 장치(200)를 나타낸다. 장치(200)는 능동 영역(220)에 전력을 공급하고 인터페이스하기 위한 드라이버(230) 및 전자 장치(240)를 포함할 수 있으며, 능동 영역은 x 및 y 화살표들로 나타낸 치수를 갖는다. 이 장치(200)는 컴포넌트를 구동, 전력 및 냉각시키기 위한 케이블류 및 기계적 구조들을 고려하지 않고, 플렉스(flex) 케이블을 장치(200)에 도입함으로써 기계적 풋프린트가 더 최소화될 수 있다. 이러한 장치(200)의 최소 풋프린트는 또한 M:x 및 M:y 화살표들로 나타낸 치수를 갖는 기계적 엔벨로프(210)로 지칭될 수 있다. 이 장치(200)는 단지 설명의 목적일 뿐이고 주문형 전자 설계는 기계적 엔벨로프 오버헤드를 더 감소시킬 수 있지만, 거의 모든 경우에 장치의 능동 영역의 정확한 크기가 아닐 수 있다. 일 실시예에서, 이 장치(200)는 마이크로 OLED, DLP 칩 또는 LCD 패널에 대한 능동 이미지 영역(220), 또는 이미지 조명의 목적을 갖는 임의의 다른 기술에 관한 전자 장치의 의존성을 나타낸다.
일부 실시예들에서, 다른 투영 기술들을 고려하여 다수의 이미지를 더 큰 전체 디스플레이에 집성(aggregate)하는 것이 또한 가능할 수 있다. 하지만, 이것은, 투사 거리, 최소 초점, 광학 품질, 균일한 필드 해상도, 색수차(chromatic aberration), 열 특성, 교정(calibration), 정렬, 부가적인 크기 또는 폼 팩터에 대한 더 큰 복잡성의 대가를 치를 수 있다. 대부분의 실제 응용들에 대해서는, 수 십 또는 수 백개의 이들 투영 소스(200)를 호스팅하는 것은 신뢰성이 떨어지면서 훨씬 더 큰 설계를 초래할 수 있다.
오직 예시적인 목적으로, 3840×2160개의 사이트의 에너지 위치 밀도를 갖는 에너지 장치들을 가정하면, 다음과 같이 주어진, 에너지 표면에 대해 요구되는 개별 에너지 장치(예컨대, 장치(100))의 수를 결정할 수 있다:
Figure pct00014
Figure pct00015
상기의 해상도 고려사항을 고려하면, 도 2에 나타낸 것과 유사한 약 105×105 장치들이 요구된다. 많은 장치들이 정규 그리드에 맵핑될 수도 있고 맵핑되지 않을 수도 있는 다양한 픽셀 구조체들을 포함한다는 것에 유의해야 한다. 각각의 전체 픽셀 내에 부가적인 서브 픽셀 또는 위치가 존재하는 경우, 이들이 활용되어 부가적인 해상도 또는 각도 밀도를 생성할 수 있다. 픽셀 구조체(들)의 지정 위치에 따라 라이트 필드를 올바른 (u, v) 좌표로 변환하는 방법을 결정하기 위해 부가적인 신호 처리가 사용될 수 있으며, 알려지고 교정된 각 장치의 명시적인 특성이 될 수 있다. 또한, 다른 에너지 도메인들은 이들 비율들 및 장치 구조들의 상이한 취급을 수반할 수 있고, 당업자는 원하는 주파수 도메인의 각각 사이의 직접적인 본질적인 관계를 이해할 것이다. 이것은 이후의 개시에서보다 상세히 설명되고 논의될 것이다.
결과적인 계산은 얼마나 많은 이러한 개별 장치들이 전체 해상도 에너지 표면을 생성하기를 원하는지를 이해하는 데 사용될 수 있다. 이 경우, 약 105×105 또는 약 11,080개의 장치들이 시력 임계치를 달성하는 데 필요할 수 있다. 충분한 감각 홀로그램 전파를 위해 이러한 가용 에너지 위치들로부터 심리스 에너지 표면을 제작하는 과정 내에는 과제와 신규함이 존재한다.
심리스 에너지 표면들의 개요:
에너지 릴레이들의 어레이들의 구성 및 설계
일부 실시예들에서, 장치들에 대한 기계적 구조의 제한으로 인해 심을 갖지 않는 개별 장치들의 어레이로부터 고에너지 위치 밀도를 생성하는 과제를 해결하기 위한 접근법들이 개시된다. 일 실시예에서, 에너지 전파 릴레이 시스템은 능동 소자 영역의 유효 크기를 증가시켜 기계적 치수들을 충족시키거나 초과하여 릴레이들의 어레이를 구성하고 고유 심리스 에너지 표면을 형성할 수 있다.
도 3은 이러한 에너지 릴레이 시스템(300)의 일 실시예를 나타낸다. 나타낸 바와 같이, 릴레이 시스템(300)은 기계적 엔벨로프(320)에 장착된 장치(310)를 포함할 수 있으며, 에너지 릴레이 요소(330)는 장치(310)로부터 에너지를 전파한다. 릴레이 요소(330)는 장치의 다수의 기계적 엔벨로프(320)가 다수의 장치(310)의 어레이 내에 배치될 때 생성될 수 있는 임의의 갭(340)을 완화시키는 능력을 제공하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 장치의 능동 영역(310)이 20mm×10mm이고 기계적 엔벨로프(320)가 40mm×20mm라면, 에너지 릴레이 요소(330)는 축소형 단부(화살표 A) 상에서 약 20mm×10mm이고 확대형 단부(화살표 B) 상에서 40mm×20mm인 테이퍼 형상을 생성하도록 2:1의 배율로 설계될 수 있으며, 각각의 장치(310)의 기계적 엔벨로프(320)를 변경하거나 이와 충돌시키지 않으면서 이들 요소(330)의 어레이를 함께 심리스로(seamlessly) 정렬하는 능력을 제공한다. 기계적으로, 릴레이 요소들(330)은 장치들(310) 사이의 최소 심 갭(340)을 보장하면서 정렬 및 연마하기 위해 함께 접합되거나 융합될 수 있다. 이러한 일 실시예에서, 눈의 시력 한계보다 작은 심 갭(340)을 달성하는 것이 가능하다.
도 4는 함께 형성되고 부가적인 기계적 구조(430)에 견고하게 고정된 에너지 릴레이 요소들(410)을 갖는 베이스 구조체(400)의 일례를 나타낸다. 심리스 에너지 표면(420)의 기계적 구조는 릴레이 요소들(410, 450)을 장착하기 위해 접합 또는 다른 기계적 공정을 통해 동일한 베이스 구조체에 직렬로 다수의 에너지 릴레이 요소들(410, 450)을 커플링하는 능력을 제공한다. 일부 실시예들에서, 각각의 릴레이 요소(410)는 융합, 결합, 접착, 압력 맞춤, 정렬 또는 그렇지 않은 방식으로 함께 부착되어 결과적인 심리스 에너지 표면(420)을 형성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 장치(480)는 릴레이 요소(410)의 후방에 장착될 수 있고, 결정된 공차(tolerance) 내에서 적절한 에너지 위치 정렬이 유지되는 것을 보장하기 위해 수동적으로 또는 능동적으로 정렬될 수 있다.
일 실시예에서, 심리스 에너지 표면은 하나 이상의 에너지 위치들을 포함하고, 하나 이상의 에너지 릴레이 요소 스택들은 제 1 및 제 2 면을 포함하고, 각각의 에너지 릴레이 요소 스택은 하나 이상의 에너지 위치들과 심리스 디스플레이 표면 사이에서 연장되는 전파 경로들을 따라 에너지를 지향시키는 고유 심리스 디스플레이 표면을 형성하도록 배치되며, 여기서, 말단 에너지 릴레이 요소들의 임의의 2개의 인접한 제 2 표면들의 에지들 사이의 이격 거리는, 고유 심리스 디스플레이 표면의 폭보다 큰 거리를 두고 20/100 시력보다 좋은 시력을 갖는 인간의 눈의 시력에 의해 정의되는 최소 인지 가능한 윤곽보다 작다.
일 실시예에서, 심리스 에너지 표면들의 각각은 횡 배향 및 종 배향(longitudinal orientation)을 갖는 제 1 및 제 2 표면을 형성하는 하나 이상의 구조체들을 각각 갖는 하나 이상의 에너지 릴레이 요소들을 포함한다. 제 1 릴레이 표면은 포지티브 또는 네거티브 확대를 초래하는 제 2 릴레이 표면과는 상이한 영역을 가지며, 제 2 릴레이 표면을 통해 에너지를 통과시키는 제 1 및 제 2 표면 양방 모두에 대해 명시적인 표면 윤곽들로 구성되어 제 2 릴레이 표면 전체에 걸친 표면 윤곽의 법선에 대해 +/-10도의 각도를 실질적으로 채운다.
일 실시예에서, 다수의 에너지 도메인들은 시각, 청각, 촉각 또는 다른 에너지 도메인들을 포함하는 하나 이상의 감각 홀로그램 에너지 전파 경로들을 지향하도록 단일 에너지 릴레이 내에 또는 다수의 에너지 릴레이들 사이에 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 심리스 에너지 표면은 시스템 전체에 걸쳐 양방향 에너지 전파를 제공하기 위해 하나 이상의 에너지 도메인들을 동시에 수신 및 방출하기 위해 각각의 제 2 면에 대한 2이상의 제 1 면들을 포함하는 에너지 릴레이들로 구성된다.
일 실시예에서, 에너지 릴레이들은 느슨한 코히어런트(coherent) 요소들로서 제공된다.
컴포넌트 엔지니어드 구조체들에 대한 소개 :
횡방향 앤더슨 편재 에너지 릴레이들에서의 개시된 진전들
에너지 릴레이들의 특성들은 횡방향 앤더슨 편재를 유도하는 에너지 릴레이 요소들에 대해 본원에 개시된 원리들에 따라 상당히 최적화될 수 있다. 횡방향 앤더슨 편재는 횡방향으로 무질서하지만 종방향으로 일정한 재료를 통해 전송되는 광선의 전파이다.
이것은 앤더슨 편재 현상을 유도하는 재료들의 효과는 다중 산란 경로들 사이의 무작위화에 의한 것보다 전체 내부 반사에 의한 영향이 더 적을 수 있으며, 여기서, 파 간섭은 종 배향으로 계속되면서 횡 배향(transverse orientation)으로의 전파를 완전히 제한할 수 있음을 의미한다.
중요한 부가적인 이점은 전통적인 다중-코어 광섬유 재료들의 클래딩(cladding)의 제거이다. 클래딩은 섬유들 사이의 에너지의 산란을 기능적으로 제거하는 것이지만, 동시에 에너지의 광선들에 대한 장벽으로서 작용하므로, 적어도 코어 대 클래드 비율(예컨대, 70:30의 코어 대 클래드 비율은 수신된 에너지 송신을 최대 70%로 송신할 것이다)에 의해 송신을 감소시키고, 부가적으로 전파된 에너지에서 강한 픽셀화 패터닝을 형성한다.
도 5a는 광섬유의 본질적인 특성으로 인해 픽실레이션(pixilation) 및 광섬유 노이즈가 나타날 수 있는 다중-코어 광섬유를 통해 이미지가 릴레이되는, 이러한 비-앤더슨 편재(non-Anderson Localization) 에너지 릴레이(500)의 예의 단면도를 나타낸다. 종래의 다중-모드 및 다중-코어 광섬유를 사용하면, 중계된 이미지들이 코어들 사이의 혼선(cross-talk)이 변조 전달 함수를 감소시키고 번짐(blurring)을 증가시킬, 중계된 이미지들은 코어들의 개별 어레이의 전체 내부 반사의 특성들로 인해 본질적으로 픽셀화 될 수 있다. 종래의 다중-코어 광섬유를 이용하여 생성된 결과 이미지는 도 3에 나타낸 것과 유사한 잔류 고정형 노이즈 섬유 패턴을 갖는 경향이 있다.
도 5b는 도 5a로부터의 고정형 섬유 패턴과 비교하여, 중계된 패턴이 더 큰 밀도의 결정립 구조들을 갖는 횡방향 앤더슨 편재의 특성들을 나타내는 재료들을 포함하는 에너지 릴레이를 통해 동일한 중계된 이미지(550)의 예를 나타낸다. 일 실시예에서, 무작위화된 미세(microscopic) 컴포넌트 엔지니어드 구조체들을 포함하는 릴레이들은 횡방향 앤더슨 편재를 유도하고 상업적으로 이용 가능한 다중 모드 유리 광섬유보다 더 높은 분해 가능 해상도의 전파를 이용하여 광을 보다 효율적으로 전송한다.
유사한 광학 등급의 유리 재료가 실시예 내에서 생성된 동일한 재료에 대한 비용보다 10 내지 100배 이상 비싸고 무게가 나가는, 비용 및 중량 양방 모두의 측면에서 횡방향 앤더슨 편재 재료 특성들에 상당한 이점이 존재하며, 여기서, 개시된 시스템들 및 방법들은 당업계에 공지된 다른 기술들에 비해 비용 및 품질 양방 모두를 개선할 수 있는 중요한 기회들을 시사하는 무작위화된 미세 컴포넌트 엔지니어드 구조체들을 포함한다.
일 실시예에서, 횡방향 앤더슨 편재를 나타내는 릴레이 요소는 차원 격자로 배치된 3개의 직교 평면들의 각각에 복수의 적어도 2개의 상이한 컴포넌트 엔지니어드 구조체들을 포함할 수 있으며, 복수의 구조는 차원 격자 내의 횡방향 평면에서의 재료 파 전파 특성들의 무작위화된 분포들 그리고 차원 격자 내의 종방향 평면에서 재료 파 전파 특성들의 유사한 값들의 채널들을 형성하며, 여기서, 에너지 릴레이를 통해 전파되는 편재형 에너지 파들은 횡 배향에 비해 종 배향에서 더 높은 전송 효율을 갖는다.
일 실시예에서, 다수의 에너지 도메인들은 시각, 청각, 촉각 또는 다른 에너지 도메인들을 포함하는 하나 이상의 감각 홀로그램 에너지 전파 경로들을 지향하도록 단일 에너지 릴레이 내에 또는 다수의 횡방향 앤더슨 편재 에너지 릴레이들 사이에 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 심리스 에너지 표면은 시스템 전체에 걸쳐 양방향 에너지 전파를 제공하기 위해 하나 이상의 에너지 도메인들을 동시에 수신 및 방출하기 위해 각각의 제 2 면에 대한 2이상의 제 1 면들을 포함하는 횡방향 앤더슨 편재 에너지 릴레이들로 구성된다.
일 실시예에서, 횡방향 앤더슨 편재 에너지 릴레이들은 느슨한 코히어런트 또는 가요성 에너지 릴레이 요소들로서 구성된다.
4D 플렌옵틱 ( Plenoptic ) 함수들에 대한 고려사항:
홀로그램 도파관 어레이들을 통한 에너지의 선택적 전파
전술한 바와 같이, 본 명세서 전반에 걸쳐서, 라이트 필드 디스플레이 시스템은 일반적으로 에너지 소스(예컨대, 조명 소스) 및 상기의 설명에서 언급된 바와 같이 충분한 에너지 위치 밀도로 구성된 심리스 에너지 표면을 포함한다. 다수의 릴레이 요소들은 에너지를 에너지 장치들로부터 심리스 에너지 표면으로 중계하는 데 사용될 수 있다. 필요한 에너지 위치 밀도로 심리스 에너지 표면에 에너지가 전달되면, 에너지는 개시된 에너지 도파관 시스템을 통해 4D 플렌옵틱 함수에 따라 전파될 수 있다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 4D 플렌옵틱 함수는 본 기술분야에 잘 알려져 있으며 본원에서는 더 이상 설명되지 않을 것이다.
에너지 도파관 시스템은, 4D 플렌옵틱 함수의 각도 컴포넌트를 나타내는, 통과하는 에너지 파들의 각도 방향을 변경하도록 구성된 구조를 갖는 4D 플렌옵틱 함수의 공간 좌표를 나타내는 심리스 에너지 표면을 따르는 복수의 에너지 위치들을 통해 에너지를 선택적으로 전파하되, 전파된 에너지 파들은 4D 플렌옵틱 함수에 의해 지향된 복수의 전파 경로들에 따라 공간에서 수렴할 수 있다.
이제 4D 플렌옵틱 함수에 따른 4D 이미지 공간에서의 라이트 필드 에너지 표면의 예를 나타내는 도 6을 참조한다. 이 도면은 시인 체적 내의 다양한 위치들로부터 에너지의 광선들이 공간(630)에서 수렴하는 방법을 설명하는 관찰자(620)에 대한 에너지 표면(600)의 광선 트레이스(trace)들을 나타낸다. 나타낸 바와 같이, 각각의 도파관 요소(610)는 에너지 표면(600)을 통한 에너지 전파(640)를 기술하는 정보의 4차원을 정의한다. 2개의 공간 차원들(본원에서 x 및 y로 지칭됨)은 이미지 공간에서 볼 수 있는 물리적인 복수의 에너지 위치들이고, 가상 공간에서 관찰되는 각도 성분들인 세타(theta) 및 파이(phi)(본원에서 u 및 v로 지칭됨)이며, 이것은 에너지 도파관 어레이를 통해 투영될 때 가상 공간에서 관찰된다. 일반적으로 그리고 4D 플렌옵틱 함수에 따라, 복수의 도파관(예컨대, 렌즈릿(lenslet)들)은, 본원에 기술된 홀로그램 또는 라이트 필드 시스템을 형성함에 있어서, x, y 차원로부터 가상 공간에서의 고유한 위치로 u, v 각도 컴포넌트에 의해 정의된 방향을 따라 에너지 위치를 지향시킬 수 있다.
하지만, 라이트 필드 및 홀로그램 디스플레이 기술들에 대한 중요한 도전은 회절, 산란, 확산, 각도 방향, 교정, 포커스, 시준(collimation), 곡률, 균일성, 요소 혼선뿐만 아니라 감소된 유효 해상도 그리고 충분한 충실도로 정확하게 에너지를 수렴하는 것에 대한 불능에 기여하는 다수의 다른 파라미터들 중 임의의 것을 정확히 설명하지 않은 설계들로 인해 제어되지 않은 에너지의 전파로부터 발생한다는 것을 당업자는 이해할 것이다.
일 실시예에서, 홀로그램 디스플레이와 연관된 도전 과제들을 해결하기 위한 선택적 에너지 전파에 대한 접근법은 에너지 금지 요소들을 포함할 수 있고, 4D 플렌옵틱 함수에 의해 정의된 환경 내에 거의 시준된 에너지를 갖는 도파관 개구들을 실질적으로 채우는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 에너지 도파관들의 어레이는 규정된 4D 함수에 의해 정의된 고유한 방향들로 도파관 요소의 유효 개구를 연장통과하여, 단일 도파관 요소만을 통과하도록 각각의 에너지 위치의 전파를 제한하도록 배치된 하나 이상의 요소들에 의해 금지된 심리스 에너지 표면을 따르는 복수의 에너지 위치들에 실질적으로 채우도록 구성된 각각의 도파관 요소에 대한 복수의 에너지 전파 경로들을 정의할 수 있다.
일 실시예에서, 다수의 에너지 도메인들은 시각, 청각, 촉각 또는 다른 에너지 도메인들을 포함하는 하나 이상의 감각 홀로그램 에너지 전파들을 지향하도록 단일 에너지 릴레이 내에 또는 다수의 에너지 도파관들 사이에 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 에너지 도파관들 및 심리스 에너지 표면은 시스템 전체에 걸쳐 양방향 에너지 전파를 제공하기 위해 하나 이상의 에너지 도메인들을 수신 및 방출하도록 구성된다.
일 실시예에서, 에너지 도파관들은, 벽, 테이블, 바닥, 천장, 실내 또는 기타 기하학적 구조 기반의 환경들을 포함하는 임의의 심리스 에너지 표면 배향을 위해 디지털 방식으로 인코딩된, 회절식, 굴절식, 반사식, 그린식(grin), 홀로그램, 프레넬(Fresnel) 등의 도파관 구성들을 활용하여, 비-송신 공극(void) 영역들을 포함하는 비선형 또는 비규칙적 에너지의 분포들을 전파하도록 구성된다. 추가적인 실시예에서, 에너지 도파관 요소는 임의의 표면 프로파일 및/또는 탁상 시인(tabletop viewing)을 제공하는 다양한 기하학적 구조들을 생성하도록 구성되어, 사용자가 360도 구성에서 에너지 표면 주위의 모든 곳에서 홀로그램 이미지를 볼 수 있게 한다.
일 실시예에서, 에너지 도파관 어레이 요소들은 반사 표면들일 수 있고, 요소들의 배치는 육각형, 정사각형, 불규칙형, 반정칙형(semi-regular), 만곡형, 비평면형, 구형, 원통형, 틸트형(tilted) 규칙형, 틸트형 불규칙형, 공간적 변화형 및/또는 다중 계층형일 수 있다.
심리스 에너지 표면 내의 임의의 컴포넌트에 대해서는, 도파관, 또는 릴레이 컴포넌트들은, 광섬유, 실리콘, 유리, 폴리머, 광학 릴레이들, 회절, 홀로그램, 굴절, 또는 반사 요소들, 광학면 판, 에너지 결합기들, 빔 스플리터들, 프리즘들, 편광 요소들, 공간 광 변조기들, 능동 픽셀들, 액정 셀들, 투명 디스플레이들, 또는 앤더슨 편재 또는 전체 내부 반사를 나타내는 유사한 재료들을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
홀로덱을 실현하는 것:
홀로그램 환경들 내에서 인간의 감각 수용체들을 자극하는 심리스 에너지 표면 시스템들의 집성
전체 룸(room)들을 포함하는 임의의 크기들, 형상들, 윤곽들 또는 폼 팩터들을 형성하는 다수의 심리스 에너지 표면들을 함께 타일링(tiling), 융합, 본딩, 부착 및/또는 스티칭(stitching)함으로써 심리스 에너지 표면 시스템들의 대규모 환경들을 구축하는 것이 가능하다. 각각의 에너지 표면 시스템은 양방향 홀로그램 에너지 전파, 방출, 반사 또는 감지를 위해 집합적으로 구성된 베이스 구조체, 에너지 표면, 릴레이들, 도파관, 장치들 및 전자 장치를 갖는 어셈블리를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 타일링된 심리스 에너지 시스템들의 환경은 주어진 환경에서 모든 표면들을 포함하는 설비들을 포함하는 큰 심리스 평면 또는 곡선 벽들을 형성하도록 집성되며, 심리스, 불연속의 평면, 패시트, 만곡형, 원통형, 구형, 기하 또는 비규칙적 기하학적 구조의 임의의 조합으로서 구성된다.
일 실시예에서, 평면의 표면들의 집성된 타일(tile)들은 무대 또는 장소 기반의 홀로그램 엔터테인먼트를 위한 벽 크기의 시스템들을 형성한다. 일 실시예에서, 평면의 표면들의 집성된 타일들은 동굴 기반의 홀로그램 설비들을 위해 천장과 바닥 양방 모두를 포함하는 4개 내지 6개의 벽들을 갖는 룸을 커버한다. 일 실시예에서, 곡면들의 집성된 타일들은 몰입형(immersive) 홀로그램 설비들을 위한 원통형의 심리스 환경을 생성한다. 일 실시예에서, 심리스 구형 표면들의 집성된 타일들은 몰입형 홀로덱 기반의 경험들을 위한 홀로그램 돔을 형성한다.
일 실시예에서, 심리스 만곡형 에너지 도파관들의 집성된 타일들은 에너지 도파관 구조체 내의 에너지 금지 요소들의 경계를 따른 정확한 패턴을 따르는 기계적 에지들을 제공하여, 인접한 도파관 표면들의 인접한 타일링된 기계적 에지들을 결합, 정렬 또는 융합함으로써 모듈식 및 심리스 에너지 도파관 시스템을 초래한다.
집성된 타일링 환경의 다른 실시예에서, 에너지는 다수의 동시 에너지 도메인들에 대해 양방향으로 전파된다. 추가적인 실시예에서, 에너지 표면은 라이트 필드 데이터가 도파관을 통해 조명원에 의해 투영되고 동시에 동일한 에너지 표면을 통해 수신될 수 있도록 설계된 도파관들을 갖는 동일한 에너지 표면으로부터 동시에 디스플레이 및 캡처하는 능력을 제공한다. 추가적인 실시예에서, 추가 깊이 감지 및 능동 스캐닝 기술들이 활용되어 정확한 세계 좌표계에서 에너지 전파와 관찰자 사이의 상호 작용을 허용할 수 있다. 추가적인 실시예에서, 에너지 표면 및 도파관은 주파수들을 방출, 반사 또는 수렴하여 촉각 감각 또는 체적 햅틱 피드백을 유도하도록 동작 가능하다. 일부 실시예들에서, 양방향 에너지 전파 및 집성된 표면들의 임의의 조합이 가능하다.
일 실시예에서, 시스템은 적어도 2개의 에너지 장치를 심리스 에너지 표면의 동일한 부분에 페어링(pair)할 수 있도록 2개 이상의 경로 에너지 결합기들과 독립적으로 페어링된 하나 이상의 에너지 장치들을 이용하여 에너지 표면을 통한 에너지의 양방향 방출 및 감지가 가능한 에너지 도파관을 포함하거나, 또는 하나 이상의 에너지 장치들이 베이스 구조체에 또는 오프-축(off-axis)의 직접 또는 반사 투영 또는 감지를 위해 도파관의 FOV의 전방 및 외측에서의 위치에 고정된 부가적인 컴포넌트에 근접하여 에너지 표면 뒤에 고정되고, 또한 결과적인 에너지 표면은 도파관이 에너지를 수렴할 수 있게 하는 에너지의 양방향 송신, 에너지를 방출하는 제 1 장치 및 에너지를 감지하는 제 2 장치를 제공하며, 여기서, 정보는 전파된 에너지 패턴들, 깊이 추정, 근접도, 모션 추적, 이미지, 색상 또는 사운드 형성 또는 기타 에너지 주파수 분석 내에서 4D 플렌옵틱 눈 및 망막 추적 또는 간섭의 감지를 포함하는, 하지만 이에 한정되지는 않는, 컴퓨터 비전 관련 작업들을 수행하도록 처리된다. 추가적인 실시예에서, 추적된 위치들은 양방향 캡처된 데이터와 투영 정보 간의 간섭에 기초하여 에너지의 위치들을 능동적으로 계산 및 수정한다.
일부 실시예들에서, 초음파 센서, 가시적인 전자기 디스플레이 및 초음파 방출 장치를 포함하는 3개의 에너지 장치들의 복수의 조합들은, 각각의 장치의 에너지 도메인, 그리고 초음파 및 전자기 에너지 각각을 위해 구성된 2개의 엔지니어드 도파관 요소들에 특정한 엔지니어드 특성들을 포함하는 3개의 제 1 표면들의 각각과 함께 단일의 제 2 에너지 릴레이 표면에 결합된 에너지를 전파하는 3개의 제 1 릴레이 표면들의 각각에 대해 함께 구성되어, 별도의 에너지 도메인을 위해 구성된 다른 도파관 요소들에 의해 독립적으로 그리고 실질적으로 영향을 받지 않은 각각의 장치의 에너지를 지향 및 수렴하는 능력을 제공한다.
일부 실시예들에서, 시스템 아티팩트(artifact)들을 제거하고 인코딩/디코딩 기술들과 함께 사용하기 위해 결과적인 에너지 표면의 기하학적 맵핑을 생성하기 위한 효율적인 제조를 가능하게 하는 교정 절차뿐만 아니라 교정된 구성 파일들에 기초하여 데이터를 에너지 전파에 적절한 교정된 정보로 변환하기 위한 전용 통합 시스템이 개시된다.
일부 실시예들에서, 일련의 부가적인 에너지 도파관들 및 하나 이상의 에너지 장치들이 불투명한 홀로그램 픽셀들을 생성하기 위해 시스템에 통합될 수 있다.
일부 실시예들에서, 도파관의 직경보다 큰 공간 해상도 및/또는 각도 해상도를 제공하기 위해 또는 다른 초해상도(super-resolution) 목적을 위해 에너지 금지 요소들, 빔 스플리터들, 프리즘들, 능동 시차 배리어들 또는 편광 기술들을 포함하는 부가적인 도파관 요소가 통합될 수 있다.
일부 실시예들에서, 개시된 에너지 시스템은 또한 가상 현실(VR) 또는 증강 현실(AR)과 같은 착용형 양방향 장치로서 구성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 에너지 시스템은 디스플레이되거나 수신된 에너지로 하여금 관찰자를 위한 공간에서 결정된 평면에 근접하게 포커싱되도록 하는 조정 광학 요소(들)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 도파관 어레이는 홀로그램 헤드 장착식 디스플레이에 통합될 수 있다. 다른 실시예들에서, 시스템은 관찰자가 에너지 시스템 및 실제 환경(예컨대, 투과형 홀로그램 디스플레이) 양방 모두를 볼 수 있게 하는 다수의 광학 경로들을 포함할 수 있다. 이러한 경우, 시스템은 다른 방법들에 더하여 근접 필드로서 제공될 수 있다.
일부 실시예들에서, 데이터의 송신은 정보 및 메타데이터의 임의의 데이터세트를 수신하는 선택 가능하거나 가변적인 압축 비율들로 프로세스들을 인코딩하는 것; 상기 데이터세트를 분석하고, 더 희박한 데이터세트를 형성하는 재료 특성들, 벡터들, 표면 ID들, 새로운 픽셀 데이터를 수신 또는 할당하며, 수신된 데이터는 2차원, 스테레오스코픽, 멀티 뷰, 메타데이터, 라이트 필드, 홀로그램, 기하학적 구조, 벡터들 또는 벡터화된 메타데이터를 포함하고, 인코더/디코더는, 깊이 메타데이터를 갖거나 갖지 않은 깊이 추정 알고리즘들을 통해, 2D; 2D + 깊이, 메타데이터 또는 기타 벡터화된 정보; 스테레오스코픽, 스테레오스코픽 + 깊이, 메타데이터 또는 기타 벡터화된 정보; 멀티 뷰; 멀티 뷰 + 깊이, 메타데이터 또는 기타 벡터화된 정보; 홀로그램; 또는 라이트 필드 콘텐츠에 대한 이미지 처리를 포함하여 실시간 또는 오프라인에서의 데이터를 변환하는 능력을 제공할 수 있으며, 역 광선 추적 방법은 특성화된 4D 플렌옵틱 함수를 통해 다양한 2D, 스테레오스코픽, 다중 뷰, 체적, 라이트 필드 또는 홀로그램 데이터로부터의 역 광선 추적에 의해 생성된 결과적인 변환 데이터를 실제 좌표들에 적절히 맵핑한다. 이들 실시예에서, 원하는 전체 데이터 송신은 원시 라이트 필드 데이터세트보다 다수의 자리수만큼 덜 송신된 정보일 수 있다.
고밀도 에너지 지향 장치
일 실시예에서, 에너지 지향 장치는, 하나 이상의 에너지 위치들 및 하나 이상의 에너지 릴레이 요소들을 포함할 수 있으며, 하나 이상의 에너지 릴레이 요소들의 각각은 제 1 표면 및 제 2 표면을 더 포함한다. 각각의 에너지 릴레이 요소의 제 2 표면들은 고유 심리스 에너지 표면을 형성하도록 배열될 수 있다.
본 개시의 실시예들에서, 하나 이상의 에너지 위치들은 다음 중 임의의 것을 포함하는 디스플레이 기술을 포함할 수 있다:
a) LCD, LED, 레이저, CRT, OLED, AMOLED, TOLED, 피코 투영기, 단일 칩, 3칩, LCoS, DLP, 퀀텀닷(Quantum Dots), 흑백, 컬러, 투영, 역광, 직접 방사, 반사, 투명, 불투명, 코히어런트, 비-코히어런트, 확산, 직접 또는 원하는 픽셀 밀도를 생성하기에 충분한 임의의 다른 조명 소스; 및
b) 여기서, 임의의 반사형 디스플레이 기술은 옥외 또는 주변 조명 디스플레이를 제공하기 위해 광 릴레이에 직접 접합될 수 있고, 또한 다른 재료들과 접합되어 2D 및 라이트 필드 애플리케이션들 양방 모두에 대해 중계된 콘텐츠와 광의 상호 작용을 허용하고; 또한
c) 일련의 빔 스플리터들, 프리즘들 또는 편광 요소들을 포함하고 광학 시스템 내에 상기 장치들의 각각을 배치하여, 기계적 엔벨로프들을 고려한 경우조차라 하더라도, 하나 이상의 장치들 사이의 모든 능동 영역의 완전한 심리스 통합을 포함하도록 집성하는 가상 에너지 표면을 제공하며, 또한
d) 그 각각이 지정된 해상도 및 기계적 엔벨로프를 포함하지만, 결합된 하나 이상의 반사 또는 투영 시스템들의 전부의 사이드 바이 사이드(side-by-side) 풋프린트보다 작은 집성에 있어서 표면에 집성 내에 있는 표면에 투영하는, 일련의 평행, 수렴, 광학적으로 오프셋된 평행 및 수렴형, 온-축, 오프-축, 방사형, 정렬형 또는 그렇지 않으면 반사 또는 투영 시스템들.
일 실시예에서, 고유 심리스 에너지 표면의 임의의 2개의 인접한 제 2 표면들의 에지(edge)들 사이의 이격 거리는, 고유 심리스 에너지 표면의 높이 또는 고유 심리스 에너지 표면의 폭 중의 더 작은 것보다 큰, 고유 심리스 에너지 표면으로부터의 거리를 두고 20/40 시력보다 좋은 시력을 갖는 인간의 눈의 시력에 의해 정의되는 최소 인지 가능한 윤곽보다 작을 수 있다.
복수의 별도의 독립 에너지 소스들로부터 심리스 에너지 표면을 생성하는 것은 에너지 소스들의 능동 영역들 사이에 상당한 심들의 문제점을 제시한다.
예를 들어, 가시적인 전자기 에너지에 대해서는, 도 7은 플렉스 케이블들 상에 장착될 때 동일한 독립 디스플레이들 간에 가능한 최소 분리의 예를 나타낸다. 도 7은 그 각각이 능동 디스플레이 영역 치수(702) 및 기계적 엔벨로프(706)를 포함하는 3개의 디스플레이 장치들(700)의 측면도를 나타낸다. 최소 갭들(708)은 디스플레이 장치들(700)의 임의의 2개의 능동 이미징 표면들(702) 사이의 가능한 최소 공간을 강조한다. 능동 이미지 대 기계적 엔벨로프 비율이 2:1보다 작은 경우(예컨대, 능동 영역이 20mm×10mm이고 기계적 엔벨로프가 40mm×10mm 미만임), 빔 스플리터들 또는 하나의 단일의 인접한 평면을 형성하기 위해 2개의 이미지 표면들을 끼워 넣은 기타 유사한 광학 및 반사 재료들을 사용하는 것이 가능하다.
도 8은 이 방법의 그러한 일 구현예를 설명하는 측면도이다. 도 8은 그 각각이 능동 디스플레이 영역들(802) 및 기계적 엔벨로프(804)를 포함하는 5개의 디스플레이 장치들(800)을 특징으로 한다. 빔 스플리터(806)는 디스플레이 장치들(800)에 의해 생성된 이미지 광(808)을, 디스플레이 장치들(800)의 기계적 엔벨로프들(804)을 효과적으로 마스킹하는 심리스 이미지 프리젠 테이션(810)에 결합시킨다. 전자 장치 및 다른 비-디스플레이 영역들의 반사를 피하기 위해 비-이미지 영역들을 마스크 아웃(mask out)하기 위해 디스플레이에서 또는 디스플레이 근방에서는 높은 무반사의 어두운 표면이 바람직하다는 것을 유의해야 한다.
도 9는 3개의 빔 스플리터가 4:1 비율인 기계적 엔벨로프를 수용하도록 활용되는 방법의 측면도이다. 도 9는 그 각각이 능동 디스플레이 영역들(902) 및 기계적 엔벨로프(904)를 포함하는 8개의 디스플레이 장치들(900)을 특징으로 한다. 빔 스플리터들(906, 908 및 910)은 디스플레이 장치들(900)에 의해 생성된 이미지 광(912)을, 디스플레이 장치들(900)의 기계적 엔벨로프들(904)을 효과적으로 마스킹하는 심리스 이미지 프리젠 테이션(914)에 결합시킨다.
이들 방법들이 작동할 수 있지만, 기계적 정확도는 바람직하게는 각각의 중첩하는 디스플레이 평면의 부정확한 각도 뷰잉을 피하기 위해 거의 완벽할 수 있고, 전체적으로 관찰된 밝기는 빔 스플리터에 의해 흡수되는 광량만큼 감소하여 광의 광선을 각각의 이산 반사형 평면으로 지향시킬 것이다. 도 9에서, 이미지 광(912)의 휘도는 전체 시스템으로부터의 광의 손실로 인해 디스플레이 장치들(900)로부터 실제 디스플레이 피크 포텐셜의 최고 25%만을 송신할 것이다. 또한, 다중 반사들을 갖는 물리적 장치의 크기는 원하는 이미지 표면의 크기에 따라 매우 빠르게 커진다는 것에 유의해야 한다.
투영 기술을 고려하여 여러 이미지를 더 큰 전체 디스플레이에 집성하는 것이 또한 가능하지만, 이는 투사 거리, 최소 초점, 광학 품질, 시간 경과에 따른 온도 구배(gradient)에 대한 열 일관성 고려사항뿐만 아니라 이미지 혼합, 정렬, 크기 및 폼 팩터에 대한 복잡성이 더 커진다. 대부분의 실제 애플리케이션들에 대해서는, 수 십 또는 수 백개의 이들 투영 소스를 호스팅하는 것은 신뢰성이 떨어지면서 훨씬 더 크고 신뢰성이 덜한 설계를 초래할 수 있다. 상기의 모든 위험 요소들이 언급되었으므로 본원에 포함된 모든 설명들은 개시된 패널 방법들 외에도 임의의 형태의 투영 기술에도 또한 적용될 수 있다.
대안적인 방법은 배면 투영 표면과 함께 심리스 이미지 표면을 생성하기 위해 타일형 형태로 많은 투영기를 사용하는 것을 수반한다. 이 표면은 평면 또는 비평면의 표면들에 스크린들, 디퓨저들 및 광학 릴레이들을 포함할 수 있다. 개별적으로 지정된 각 타일 사이의 영역들은 이상적으로 약간 중첩되고 명시적으로 필요하지는 않지만 각각의 타일 간의 천이를 적절하게 혼합해야 한다. 이미지 영역 대 기계적 엔벨로프의 동일한 개념은 일부 복잡성이 부가되어 적용된다. 이제 이미지 소스의 광학으로부터 독립적으로 투영 시스템의 광학을 이동시킴으로써 제어될 수 있는 이미지 표면 위치를 따른 최대 광학 오프셋의 개념들을 도입하여, 결과적으로, 이미지를 에너지 표면으로 비-키스톤식(non-keystoned)으로 시프트시킨다. 이것이 성공하기 위해서는 고품질의 광학이 요구되며, 투영된 이미지의 폭보다 종종 작게 제한된다.
또한, 정사영(orthographic) 또는 시준된 설계들을 사용하지 않을 때, 우리는 이제 투영 시스템 내에 포함된 광학의 최소 초점에 대한 과제를 갖게 된다. 이것은 위에서 언급한 바와 같이 원하는 픽셀 밀도를 제공하기 위해 관찰 거리를 증가시킨 결과 타일 당 전체 투영된 이미지 크기를 증가시킴으로써 해결할 수 있다.
도 10은 기계적 엔벨로프 비율, 최소 초점 길이 및 최대 이미지 오프셋 사이의 이러한 관계뿐만 아니라, 개별 타일형 이미지들 간의 중첩의 백분율을 강조한다. 도 10은 하나의 중심 투영 장치(1000) 및 2개의 편심(off-centered) 투영 장치(1001, 1003)의 3개의 투영 장치들을 갖는 실시예의 평면도를 나타낸다. 각각의 투영 장치(1000, 1001, 1003)의 기계적 엔벨로프는 각각의 편심 투영 장치(1001, 1003)의 투영 각도(1004)의 조정을 요청하는 디스플레이 오프셋을 생성한다. 도 10은, 디스플레이 패널(1014)이 어레이의 중심으로부터의 디스플레이 패널 거리에 비례하는 양(1002)만큼 디스플레이 렌즈(1016)의 광학 축으로부터 변위된, 오프-축 투영 광학의 사용을 강조하여, 병렬 어레이 구조를 유지하면서 이들 이미지의 각각의 중첩을 허용하고, 또한 부가적으로 키스톤 이미지 보정을 회피한다. 투영 장치들(1000, 1001, 1003)로부터 투영된 이미지 광은 이미지 평면(1008)에서 디스플레이 이미지(1006)를 형성한다. 편심된 투영 장치(1001, 1003)로부터의 이미지 광은 이미지 평면(1008)에서 이미지 오프셋(1010) 및 부분 중첩(1012)을 가질 것이다.
일 실시예에서, 고유 심리스 에너지 표면은 평면, 패시트(facet) 또는 곡선일 수 있다. 또한 고유 에너지 표면을 형성하기 위해 키스톤 보정을 광학적으로 또는 계산적으로 요구하는 대신에 투영기들의 호를 형성하는 것이 가능하다. 일 실시예에서, 3개의 투영 장치들이 원호 형상으로 배치될 수 있다. 투영 장치들은 평면형 이미지 평면을 통해 전파하는 이미지 광을 생성할 수 있다. 이미지 조명이 키스톤 효과들을 경험할 수 있다.
대안으로, 비평면형 표면들은 관찰된 에너지 표면의 대응 타일 뒤에 각각의 투영기를 직접 배치하도록 설계될 수 있다. 도 11은 원호형으로 배치된 3개의 투영 장치들(1100)을 갖는 실시예의 평면도이다. 투영 장치들(1100)은 비평면형 표면(1104)을 통해 전파하는 이미지 광(1102)을 생성한다. 이미지 광(1102)은 도 10의 실시예가 회피하는 키스톤 효과들을 경함할 수 있다. 이러한 접근 방식들 양방 모두에 대해서는, 투영기들은 반드시 물리적으로 적층된 구성일 필요는 없으며 애플리케이션 특정 기계 설계들을 제공하기 위해 반사체들 또는 기타 광학 방법들을 활용할 수 있다.
빔 스플리터들과 투영 기술들 양방 모두가 동시에 활용될 수 있는 경우, 이들 접근법들의 임의의 조합이 채용될 수 있다.
시스템의 추가적인 실시예는 에너지 릴레이 기술들에 있어서의 최근의 해결책들을 이용한다.
테이퍼형 에너지 릴레이들
연장된 기계적 엔벨로프들을 포함하는 개별 에너지 파 소스들의 어레이로부터 고해상도를 생성하는 문제를 추가로 해결하기 위해 테이퍼형 에너지 릴레이들의 사용이 각각의 에너지 소스의 유효 크기를 증가시키는 데 채용될 수 있다. 테이퍼형 에너지 릴레이들의 어레이가 함께 스티치되어 고유의 인접한 에너지 표면을 형성할 수 있으며 이러한 에너지 소스들에 대한 기계적 요건의 한계를 피할 수 있다.
일 실시예에서, 하나 이상의 에너지 릴레이 요소들은 하나 이상의 에너지 위치들과 고유 심리스 에너지 표면 사이에서 연장되는 전파 경로들을 따라 에너지를 지향시키도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 에너지 파 소스의 능동 영역이 20mm×10mm이고 기계적 엔벨로프가 40mm×20mm라면, 테이퍼형 에너지 릴레이는 축소형 단부 상에 20mm×10mm(절삭시)이고 확대형 단부 상에 40mm×20mm(절단시)인 테이퍼를 생성하도록 2:1의 배율로 설계될 수 있으며, 각각의 에너지 파 소스의 기계적 엔벨로프를 변경 또는 위반하지 않으면서 이들 테이퍼형의 어레이를 함께 심리스로 정렬할 수 있는 능력을 제공한다.
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따라 하나의 그러한 테이퍼형 에너지 릴레이 모자이크 배치(1210)의 직각도(orthogonal view)를 나타낸다. 도 12에서, 릴레이 장치(1210)는 2이상의 릴레이 요소들(1220)을 포함할 수 있으며, 각각의 릴레이 요소(1220)는 하나 이상의 구조체들로 형성되며, 각각의 릴레이 요소(1220)는 제 1 표면(1240), 제 2 표면(1260), 횡 배향(일반적으로 표면들(1240, 1260)에 평행) 및 종 배향(일반적으로 표면들(1240, 1260)에 수직)을 갖는다. 제 1 표면(1240)의 표면적은 제 2 표면(1260)의 표면적과 상이할 수 있다. 릴레이 요소(1220)에 대해서는, 제 1 표면(1240)의 표면적은 제 2 표면(1260)의 표면적보다 작다. 다른 실시예에서, 제 1 표면(1240)의 표면적은 제 2 표면(1260)의 표면적과 동일하거나 더 클 수 있다. 에너지 파들은 제 1 표면(1240)으로부터 제 2 표면(1260)으로 또는 그 반대로 통과할 수 있다.
도 12에서, 릴레이 요소 장치(1210)의 릴레이 요소(1220)는 제 1 표면(1240)과 제 2 표면(1260) 사이에 경사진 프로파일 부분(1280)을 포함한다. 동작시, 제 1 표면(1240)과 제 2 표면(1260) 사이에서 전파하는 에너지 파들은 횡 배향보다 종 배향에서 더 높은 전송 효율을 가질 수 있고, 릴레이 요소(1220)를 통과하는 에너지 들은 공간 확대 또는 공간 축소(de-magnification)를 초래할 수 있다. 바꾸어 말하면, 릴레이 요소 장치(1210)의 릴레이 요소(1220)를 통과하는 에너지 파들은 증가된 배율 또는 감소된 배율을 경험할 수 있다. 일 실시예에서, 에너지는 제로 확대로 하나 이상의 에너지 릴레이 요소들을 통해 지향될 수 있다. 일부 실시예들에서, 릴레이 요소 장치들을 형성하기 위한 하나 이상의 구조체들은 유리, 탄소, 광섬유, 광학 필름, 플라스틱, 폴리머 또는 이들의 혼합물들을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 표면을 통과하는 에너지 파들은 제 1 해상도를 갖는 한편, 제 2 표면을 통과하는 에너지 파들은 제 2 해상도를 가지며, 제 2 해상도는 제 1 해상도의 약 50% 이상이다. 다른 실시예에서, 에너지 파들은, 제 1 표면에 제공될 때 균일한 프로파일을 가지지만, 제 2 릴레이 표면의 위치와 관계없이 제 2 표면에 대한 법선에 대해 +/-10도의 열린 각도로 콘(cone)을 실질적으로 채우는 전방 방향으로의 에너지 밀도를 갖는 모든 방향으로 방사하는 제 2 표면을 통과할 수 있다.
일부 실시예들에서, 제 1 표면은 에너지 파 소스로부터 에너지를 수신하도록 구성될 수 있으며, 에너지 파 소스는 제 1 표면 및 제 2 표면 중 적어도 하나의 폭과는 상이한 폭을 갖는 기계적 엔벨로프를 포함한다.
일 실시예에서, 종 배향을 정의하는 제 1 및 제 2 표면들 사이에서 에너지가 전송될 수 있고, 릴레이들의 각각의 제 1 및 제 2 표면들은 일반적으로, 종 배향이 횡 배향에 대해 실질적으로 법선인, 제 1 및 제 2 방향들에 의해 정의되는 횡 배향을 따라 연장된다. 일 실시예에서, 복수의 릴레이들을 통해 전파하는 에너지 파들은 횡 배향보다 종 배향에서 더 높은 전송 효율을 가지며, 횡방향 앤더슨 편재의 원리를 통해 종 배향에서의 최소 굴절률 변화와 커플링된 횡 배향에서의 무작위화된 굴절률 가변성으로 인해 횡방향 평면에서 공간적으로 편재화된다. 각각의 릴레이가 다중 코어 섬유로 구성되는 일부 실시예들에서, 각각의 릴레이 요소 내에서 전파하는 에너지 파들은 이 배향에서의 섬유들의 정렬에 의해 결정된 종 배향으로 이동할 수 있다.
기계식으로, 이러한 테이퍼형 에너지 릴레이들은 함께 접합되거나 융합되기 전에 고도의 정확도로 절단 및 연마되어 릴레이들을 정렬하고 릴레이들 사이의 가능한 최소 심 갭을 보장한다. 에너지 릴레이들의 제 2 표면들에 의해 형성된 심리스 표면은 릴레이들이 접합된 후 연마된다. 하나의 이러한 실시예에서, 테이퍼 재료에 열적으로 정합되는 에폭시를 사용하여, 최대 심 갭을 50㎛로 달성하는 것이 가능하다. 다른 실시예에서, 압축 및/또는 가열하에 테이퍼 어레이를 배치하는 제조 공정은 요소들을 함께 융합하는 능력을 제공한다. 다른 실시예에서, 플라스틱 테이퍼의 사용은 부가적인 접합없이 접합을 생성하기 위해보다 용이하게 화학적으로 융합되거나 열처리될 수 있다. 의심의 여지를 없애기 위해, 중력 및/또는 힘 이외의 접합을 명시적으로 포함하도록 어레이를 함께 접합시키기 위해 임의의 방법이 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 말단 에너지 릴레이 요소들의 임의의 2개의 인접한 제 2 표면들의 에지들 사이의 이격 거리는, 고유 심리스 에너지 표면의 높이 또는 고유 심리스 에너지 표면의 폭 중의 더 작은 것보다 큰, 고유 심리스 에너지 표면으로부터의 거리를 두고 20/40 시력보다 좋은 시력을 갖는 인간의 눈의 시력에 의해 정의되는 최소 인지 가능한 윤곽보다 작을 수 있다.
기계적 구조는 특정 공차 사양을 충족시키는 방식으로 다수의 컴포넌트를 유지하는 데 바람직할 수 있다. 일부 실시예들에서, 테이퍼형 릴레이 요소들의 제 1 및 제 2 표면들은 원형, 타원형, 타원형(elliptical), 계란형(oval), 삼각형, 정사각형, 직사각형, 평행사변형, 사다리꼴, 마름모형, 오각형, 육각형 등을 포함하지만 이에 한정되는 것은 아닌 임의의 다각형 형태를 가질 수 있다. 일부 예들에서, 직사각형 테이퍼들과 같은 비-정사각형 테이퍼들에 대해서는, 예를 들어, 릴레이 요소들은 전체 에너지 소스의 최대 치수들에 평행한 최소 테이퍼 치수를 갖도록 회전될 수 있다. 이 접근법은 에너지 소스의 중심점에서 보았을 때와 같이 확대된 릴레이 요소의 수용 콘으로 인해 광의 광선의 가장 낮은 거부를 나타내는 에너지 소스의 최적화를 허용한다. 예를 들어, 원하는 에너지 소스 크기가 100mm×60mm이고 각각의 테이퍼형 에너지 릴레이가 20mm×10mm이면, 릴레이 요소들은 3×10개의 테이퍼 에너지 릴레이 요소들의 어레이가 결합되어 원하는 에너지 소스 크기를 생성할 수 있도록 정렬 및 회전될 수 있다. 어떠한 것도, 여기에 다른 조합들 중에서 6×5 행렬의 어레이의 대안적인 구성을 갖는 어레이가 이용될 수 없다는 것을 제안하지 않아야 한다. 3×10 레이아웃으로 구성된 어레이는 일반적으로 대안적인 6×5 레이아웃보다 우수하게 수행할 것이다.
에너지 릴레이 요소 스택들
에너지 소스 시스템의 가장 단순한 형성은 단일 테이퍼형 에너지 릴레이 요소에 접합된 에너지 소스를 포함하지만, 다수의 릴레이 요소들이 커플링되어 증가된 품질 또는 유연성을 갖는 단일 에너지 소스 모듈을 형성할 수 있다. 그러한 일 실시예는 에너지 소스에 부착된 축소형 단부를 갖는 제 1 테이퍼형 에너지 릴레이와, 제 1 릴레이 요소에 연결된 제 2 테이퍼형 에너지 릴레이를 포함하며, 제 1 릴레이 요소의 확대형 단부와 접촉하는 제 2 광학 테이퍼의 축소형 단부는 2개의 개별 테이퍼 배율들의 곱과 동일한 총 배율을 생성한다. 이것은 2 이상의 에너지 릴레이 요소들의 시퀀스로 구성된 에너지 릴레이 요소 스택의 예이며, 각각의 에너지 릴레이 요소는 제 1 면 및 제 2 면을 포함하며, 스택은 제 1 요소의 제 1 표면으로부터, 말단 표면으로도 또한 지칭되는, 시퀀스에서의 마지막 요소의 제 2 표면으로 에너지를 중계한다. 각각의 에너지 릴레이 요소는 그것을 통해서 에너지를 지향시키도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 에너지 지향 장치는 하나 이상의 에너지 위치들 및 하나 이상의 에너지 릴레이 요소 스택들을 포함한다. 각각의 에너지 릴레이 요소 스택은 하나 이상의 에너지 릴레이 요소들을 포함하고, 각각의 에너지 릴레이 요소는 제 1 표면 및 제 2 표면을 포함한다. 각각의 에너지 릴레이 요소는 그것을 통해서 에너지를 지향시키도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 에너지 릴레이 요소 스택의 말단 에너지 릴레이 요소들의 제 2 표면들은 고유 심리스 디스플레이 표면을 형성하도록 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 하나 이상의 에너지 릴레이 요소 스택들은 하나 이상의 에너지 위치들과 고유 심리스 디스플레이 표면들 사이에서 연장되는 에너지 전파 경로들을 따라 에너지를 지향시키도록 구성될 수 있다.
도 13은, 양방의 테이퍼가 본 개시의 실시예에 따라 에너지 소스 표면(1326)을 대향하는 축소형 단부들을 갖는, 2개의 복합형 광학 릴레이 테이퍼들(1322, 1324)이 직렬로 구성된 에너지 릴레이 요소 스택(1300)의 측면도를 나타낸다. 도 13에서, 입력 개구 수(NA: numerical aperture)는 테이퍼(1324)의 입력에 대해 1.0이지만, 테이퍼(1322)의 출력에 대해 단지 약 0.16이다. 출력 개구 수는 테이퍼(1324)에 대한 2와 테이퍼(1322)에 대한 3의 곱인 총 배율 6으로 분할됨에 유의한다. 이 접근법의 한 가지 이점은 제 2 에너지 파 릴레이 요소의 변경없이 에너지 소스의 다양한 치수들을 설명하기 위해 제 1 에너지 파 릴레이 요소를 개별맞춤화하는 능력이다. 또한 에너지 소스 또는 제 1 릴레이 요소의 설계를 변경하지 않고도 출력 에너지 표면의 크기를 변경할 수 있는 유연성을 제공한다. 또한, 에너지 소스 구동 전자 장치를 포함하는 에너지 소스(1326) 및 기계적 엔벨로프(1328)를 도 13에 나타낸다.
제 1 표면은 에너지 소스 유닛(예컨대, 1326)으로부터 에너지 파들을 수신하도록 구성되며, 에너지 소스 유닛은 제 1 표면 및 제 2 표면 중 적어도 하나의 폭과는 상이한 폭을 갖는 기계적 엔벨로프를 포함한다. 일 실시예에서, 제 1 표면을 통과하는 에너지 파들은 제 1 해상도를 갖는 한편, 제 2 표면을 통과하는 에너지 파들은 제 2 해상도를 갖게 되어, 제 2 해상도는 제 1 해상도의 약 50% 이상이다. 다른 실시예에서, 에너지 파들은, 제 1 표면에 제공될 때 균일한 프로파일을 갖지만, 제 2 릴레이 표면 상에서의 위치와 관계없이 제 2 표면에 대한 법선에 대해 +/-10도의 열린 각도로 콘을 실질적으로 채우는 전방 방향으로의 에너지 밀도로 모든 방향으로 방사하는 제 2 표면을 통과할 수 있다.
일 실시예에서, 적층 구성에서의 복수의 에너지 릴레이 요소들은 복수의 페이스 플레이트(faceplate)들(1 배율을 갖는 릴레이들)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 복수의 페이스 플레이트들은 상이한 길이들을 가질 수 있거나 느슨한 코히어런트 광학 릴레이들일 수 있다. 다른 실시예들에서, 복수의 요소들은 도 12의 부분과 유사한 경사진 프로파일 부분들을 가질 수 있으며, 여기서, 경사진 프로파일 부분들은 릴레이 요소의 법선 축에 대하여 수직이 아닌 각도로 각도형, 직선형, 만곡형, 테이퍼형으로 되거나, 패시트 또는 정렬될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 복수의 릴레이 요소들을 통해 전파하는 에너지 파들은 횡 배향보다 종 배향에서 더 높은 전송 효율을 가지며, 종 배향에서의 최소 굴절률 변화와 커플링된 횡 배향에서의 무작위화된 굴절률 가변성으로 인해 횡 배향에서 공간적으로 편재화된다. 각각의 에너지 릴레이가 다중 코어 섬유로 구성되는 실시예들에서, 각각의 릴레이 요소 내에서 전파하는 에너지 파들은 이 배향에서의 섬유들의 정렬에 의해 결정된 종 배향으로 이동할 수 있다.
에너지 지향 장치
도 14는 에너지 릴레이 요소 스택들이 8Х4 어레이로 배치되어 각각의 테이퍼형 에너지 릴레이 요소 스택의 말단 표면의 최단 치수가 에너지 표면(1410)의 최장 치수에 평행한 고유 심리스 에너지 지향 표면(1410)을 형성하는 에너지 지향 장치의 실시예(1400)의 사시도를 나타낸다. 에너지는 에너지 릴레이 요소 스택들의 제 1 요소에 각각 결합되거나 그렇지 않으면 부착된 32개의 개별 에너지 소스들(1450)로부터 유래한다.
일 실시예에서, 말단 에너지 릴레이 요소들의 임의의 2개의 인접한 제 2 표면들의 에지들 사이의 이격 거리는, 고유 심리스 디스플레이 표면의 높이 또는 고유 심리스 디스플레이 표면의 폭 중의 더 작은 것보다 큰, 고유 심리스 디스플레이 표면으로부터의 거리를 두고 20/100 시력보다 좋은 시력을 갖는 인간의 눈의 시력에 의해 정의되는 최소 인지 가능한 윤곽보다 작을 수 있다.
도 15는 실시예 1400의 다음의 도면들, 즉, 정면도(1510), 평면도(1520), 측면도(1530) 및 근접 측면도(1540)에 대한 도시(1500)를 포함한다.
도 16은 제 1 및 제 2 방향들에 의해 정의된 횡 배향을 따라 배치된 에너지 릴레이 요소 스택들(1630)로 구성된 반복 구조로 구성되고, 에너지 파들을 복수의 에너지 유닛들(1450)로부터 에너지 릴레이 요소 스택들의 제 2 표면에 의해 형성된 단일의 공통 심리스 에너지 표면(1680)으로 전파하는 데 사용되는, 에너지 지향 장치(1400)의 측면도(1540)의 근접도(1600)이다. 각각의 에너지 유닛(1450)은 구동 전자 장치를 수용하는 기계적 인클로저(enclosure)(1650)뿐만 아니라 에너지 소스(1610)로 구성된다. 각각의 릴레이 스택은 일 면 상에서 에너지 소스(1610)에 직접 접합된 확대가 없는 페이스 플레이트(1640)와, 다른 면 상에서의 테이퍼된 에너지 릴레이(1620)로 구성되며, 여기서, 테이퍼는 심리스 에너지 표면(1680)에 에너지를 전파하면서 페이스 플레이트(1640)로부터의 에너지 파를 공간적으로 확대시킨다. 일 실시예에서, 테이퍼형 에너지 릴레이의 배율은 2:1이다. 일 실시예에서, 테이퍼형 에너지 릴레이들(1620)은 공통 베이스 구조체(1660)에 의해 제 위치에 유지되고, 이들 테이퍼들의 각각은 페이스 플레이트(1640)에 접합되며, 차례로, 페이스 플레이트(1640)는 에너지 유닛(1450)에 접합된다. 이웃하는 테이퍼들(1620)은 가능한 가장 최소 심 갭이 실현되도록 보장하기 위해 심(1670)에서 함께 접합 또는 융합된다. 전체 8×4 어레이에서의 모든 테이퍼형 에너지 릴레이들은 각각의 테이퍼형 에너지 릴레이에 대한 제 2 표면이 평탄성을 보장하기 위해 어셈블리 도중에 연마되는 단일 연속 에너지 표면(1680)을 형성하도록 심리스 모자이크형으로 배치된다. 일 실시예에서, 표면(1680)은 평탄성의 10개 이내의 파들로 연마된다. 페이스 플레이트(1685)는 표면(1680)의 치수들보다 약간 큰 치수를 가지며, 테이퍼형 에너지 표면(1680)의 시야를 연장시키기 위해 표면(1680)과 직접 접촉하여 배치된다. 페이스 플레이트의 제 2 표면은 에너지 지향 장치(1400)에 대한 출력 에너지 표면(1410)을 형성한다.
1400의 이 실시예에서, 에너지는 각각의 에너지 소스(1610)로부터 릴레이 스택(1630)을 통해, 그런 다음, 종방향을 정의하는 페이스 플레이트에 실질적으로 수직으로 전파되며, 릴레이 스택들의 각각의 제 1 및 제 2 표면들은 일반적으로 제 1 및 제 2 방향들에 의해 정의되는 횡 배향을 따라 연장되며, 여기서, 종 배향은 횡 배향에 실질적으로 수직이다. 일 실시예에서, 릴레이 요소들 페이스 플레이트(1640), 테이퍼(1620) 및 페이스 플레이트(1685) 중 적어도 하나를 통해 전파하는 에너지 파들은 횡 배향보다 종 배향에서 더 높은 전송 효율을 가지며, 종 배향에서의 최소 굴절률 변화와 커플링된 횡 배향에서의 무작위화된 굴절률 변화로 인해 횡 배향에서 편재화된다. 일부 실시예들에서, 릴레이 요소들 페이스 플레이트(1640), 테이퍼(1620) 및 페이스 플레이트(1685) 중 적어도 하나는 다중 코어 섬유로 구성될 수 있으며, 이 배향으로의 섬유들의 정렬에 의해 결정된 종 배향으로 이동하는 각각의 릴레이 요소 내에서 에너지 파들이 전파된다.
일 실시예에서, 1640의 제 1 표면을 통과하는 에너지 파들은 제 1 공간 해상도를 갖는 한편, 테이퍼형 에너지 릴레이(1620)의 제 2 표면을 그리고 페이스 플레이트를 통과하는 에너지 파들은 제 2 해상도를 가지며, 제 2 해상도는 제 1 해상도의 약 50% 이상이다. 다른 실시예에서, 에너지 파들은, 페이스 플레이트(1640)의 제 1 표면에서 균일한 프로파일을 갖지만, 이 표면(1410)의 위치와 관계없이 심리스 에너지 표면(1410)에 대한 법선에 대해 +/-10도의 열린 각도로 콘을 실질적으로 채우는 전방 방향으로의 에너지 밀도로 모든 방향으로 방사하는 심리스 에너지 표면들(1680 및 1410)을 통과할 수 있다.
일 실시예에서, 에너지 지향 장치는 하나 이상의 에너지 소스들 및 하나 이상의 에너지 릴레이 요소 스택들을 포함한다.
일 실시예에서, 에너지 지향 장치의 각각의 에너지 릴레이 요소는, 다음 중 적어도 하나를 포함할 수 있다:
a) 횡방향 앤더슨 편재를 나타내는 하나 이상의 광학 요소들;
b) 복수의 광섬유들;
c) 느슨한 코히어런트 광섬유들;
d) 이미지 결합기들;
e) 하나 이상의 그래디언트 인덱스(gradient index) 광학 요소들;
f) 하나 이상의 빔 스플리터들;
g) 하나 이상의 프리즘들;
h) 하나 이상의 편광된 광학 요소들;
i) 기계적 오프셋을 위한 하나 이상의 다수의 크기 또는 길이의 광학 요소들;
j) 하나 이상의 도파관들;
k) 하나 이상의 회절, 굴절, 반사, 홀로그램, 리소그래피 또는 투과 요소들; 및
l) 하나 이상의 역반사기(retroreflector)들.
일 실시예에서, 하나 이상의 에너지 릴레이 요소들의 양과 하나 이상의 에너지 위치들의 양이 에너지 지향 장치의 기계적 치수를 정의할 수 있다. 시스템에 통합되는 광학 릴레이 요소들의 양은 제한이 없고, 기계적 고려사항에 의해서만 제약되며, 결과적인 심리스 에너지 표면은, 디스플레이 장치 내에 포함되는 컴포넌트의 해상력 및 이미지 품질에 의해서만 제한되는 무한 해상도 에너지 표면을 생성하는 복수의 저해상도 에너지 소스들을 포함한다.
기계적 구조는 특정 공차 사양을 충족시키는 방식으로 다수의 릴레이 컴포넌트를 유지하는 데 바람직할 수 있다. 기계식으로, 심리스 에너지 표면을 형성하는 제 2 표면을 포함하는 에너지 릴레이들은 함께 접합되거나 융합되기 전에 고도의 정확도로 절단 및 연마되어 릴레이들을 정렬하고 에너지 릴레이들 사이의 가능한 최소 심 갭이 가능하도록 보장한다. 심리스 표면(1680)은 릴레이들(1620)이 함께 접합된 후에 연마된다. 하나의 이러한 실시예에서, 테이퍼형 에너지 릴레이 재료에 열적으로 정합되는 에폭시를 사용하여, 최대 심 갭을 50㎛로 달성하는 것이 가능하다. 다른 실시예에서, 압축 및/또는 가열하에 테이퍼 어레이를 배치하는 제조 공정은 요소들을 함께 융합하는 능력을 제공한다. 다른 실시예에서, 플라스틱 테이퍼의 사용은 부가적인 접합없이 접합을 생성하기 위해보다 용이하게 화학적으로 융합되거나 열처리될 수 있다. 의심의 여지를 없애기 위해, 중력 및/또는 힘 이외의 접합을 명시적으로 포함하도록 어레이를 함께 접합시키기 위해 임의의 방법이 사용될 수 있다.
에너지 표면은 개별적으로 그리고/또는 고유 에너지 표면으로서 연마될 수 있고, 평면형, 구형, 원통형, 원뿔형, 패시트형, 타일형, 규칙형, 불규칙형, 볼록형, 오목형, 경사형(slanted) 또는 지정된 애플리케이션을 위한 임의의 다른 기하학적 형상을 포함한다. 광학 요소들은 광학 축들이 평행하고 비평행 및/또는 특정 방식으로 배향된 에너지 표면 법선으로 배치되도록 기계적으로 장착될 수 있다.
능동 디스플레이 영역 외부에서 다양한 형상들을 생성하는 능력은, 클램핑 구조체들, 접합 공정들 또는 하나 이상의 릴레이 요소들을 제 위치에 유지하기 데 바람직한 임의의 다른 기계적 수단을 통해 동일한 베이스 구조체에 다수의 광학 요소들을 직렬로 커플링하는 능력을 제공한다. 다양한 형상들은 광학 재료들로 형성되거나 부가적인 적절한 재료들로 접합될 수 있다. 결과적인 형상을 유지하기 위해 활용된 기계적 구조는 상기 구조의 상부에 끼워 맞추기 위해 동일한 형태로 될 수 있다. 일 실시예에서, 에너지 릴레이는 에너지 릴레이의 전체 길이의 10%와 동일하지만, 에너지 소스의 능동 영역보다 폭 및 높이에 있어서 25% 큰 측면을 갖는 정사각형 형상으로 설계된다. 이 에너지 릴레이는 정합된 기계적 구조로 클램핑되며, 굴절률 정합 오일, 굴절률 매칭 에폭시 등을 활용할 수 있다. 전자기 에너지 소스들의 경우, 임의의 2개의 광학 요소들을 직렬로 배치하는 공정은 기계적 또는 능동적 정렬을 포함할 수 있으며, 여기서, 시각적 피드백이 제공되어 이미지 정렬의 적절한 공차가 수행되도록 보장한다. 통상적으로, 디스플레이는 정렬 전에 광학 요소의 배면에 장착되지만, 이것은 애플리케이션에 따라 바람직할 수도 있고, 또는 바람직하지 않을 수도 있다.
일 실시예에서, 각각의 에너지 릴레이 요소 스택의 말단 에너지 릴레이 요소들의 제 2 면들은 고유 심리스 에너지 표면을 형성하도록 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 에너지 릴레이 요소 스택들의 모자이크에 의해 형성된 고유 심리스 에너지 표면은, 표면과 직접 접촉하여 페이스 플레이트 층을 배치함으로써 연장되되, 그것을 에너지 표면에 접착하기 위해 접합제, 굴절률 매칭 오일, 압력 또는 중력을 사용한다. 일 실시예에서, 페이스 플레이트 층은 단일 피스의 에너지 릴레이 재료로 구성되지만, 다른 한편으로, 그것은 함께 결합되거나 융합되는 2개 이상의 피스의 에너지 릴레이 재료로 구성된다. 일 실시예에서, 페이스 플레이트의 연장은 심리스 에너지 표면에 대한 법선에 비해 에너지 파들의 방출의 각도를 증가시킬 수 있다.
일 실시예에서, 하나 이상의 에너지 릴레이 요소 스택들은 하나 이상의 에너지 위치들과 고유 심리스 에너지 표면들 사이에서 연장되는 전파 경로들을 따라 에너지를 지향시키도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 말단 에너지 릴레이 요소들의 임의의 2개의 인접한 제 2 표면들의 에지들 사이의 이격 거리는, 고유 심리스 에너지 표면의 높이 또는 고유 심리스 에너지 표면의 폭 중의 더 작은 것보다 큰, 고유 심리스 에너지 표면으로부터의 거리를 두고 20/40 시력보다 좋은 시력을 갖는 인간의 눈의 시력에 의해 정의되는 최소 인지 가능한 윤곽보다 작을 수 있다.
일 실시예에서, 각각의 에너지 릴레이 요소 스택의 에너지 릴레이 요소들은 엔드 투 엔드 구성으로 배치된다.
일 실시예에서, 에너지는 제로 확대, 넌-제로 확대 또는 넌-제로 축소로 하나 이상의 에너지 릴레이 요소 스택들을 통해 지향될 수 있다.
일 실시예에서, 하나 이상의 에너지 릴레이 요소 스택들의 에너지 릴레이 요소들 중 임의의 것은 횡단 앤더슨 편재를 나타내는 요소, 광섬유, 빔 스플리터, 이미지 결합기, 통과하는 에너지의 각도 방향을 변경하도록 구성되는 요소 등을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 에너지 전파 경로들을 따라 지향된 에너지는 가시광, 자외선, 적외선, x-선 등과 같은 전자기 스펙트럼의 방식에 속하는 파장에 의해 정의된 전자기 에너지일 수 있다. 일 실시예에서, 에너지 전파 경로들을 따르는 에너지는, 음향 사운드, 촉각 압력 등과 같은 기계적 에너지일 수 있다. 체적 음향 환경은 홀로그램 사운드 또는 유사한 기술을 달성하기 위해 효과적으로 목표로 삼는 기술이다. 치수 촉감 장치는 트랜스듀서, 에어 이미터(air emitters) 등의 어레이를 생성하여 라이트 필드 디스플레이에 디스플레이된 시각 자료(visuals)에 직접 커플링될 수 있는 부유하는(floating) 터치 객체들의 감지를 생성한다. 상호작용식 또는 몰입식 매체를 지원하는 다른 모든 기술들이 홀로그램 디스플레이와 함께 부가적으로 탐구될 수 있다. 에너지 지향 장치를 디스플레이 표면으로서 사용하는 것에 대해서는, 전자 장치는 개별 디스플레이들의 핀(pin)들에 직접 장착되거나, 제로-삽입력(ZIF: zero-insertion force) 커넥터와 같은 소켓으로, 또는 인터포저(interposer) 및/또는 이와 유사한 것을 사용함으로써 전자 장치에 부착되어, 시스템의 단순화된 설치 및 유지를 제공한다. 일 실시예에서, 상기 디스플레이의 사용을 위해 바람직한 디스플레이 보드, FPGA, ASIC, IO 소자 또는 유사하게 바람직한 컴포넌트를 포함하는 디스플레이 전자 컴포넌트는, 플렉스 또는 플랙시-리지드(flexi-rigid) 케이블들 상에 장착되거나 연결되어, 디스플레이 장착 평면과 물리적 전자 패키지의 위치 사이에 오프셋을 생성할 수 있다. 장치에 대해 원하는대로 전자 장치를 장착하기 위해 부가적인 기계적 구조체들이 제공된다. 이것은 광학 요소들의 밀도를 증가시키는 능력을 제공하고, 이에 의해, 임의의 테이퍼형 광학 릴레이들에 대한 광학 배율을 감소시키고 전반적인 디스플레이 크기 및/또는 중량을 감소시킨다.
냉각 구조체들은 특정 온도 범위 내에서 시스템 성능을 유지하도록 설계될 수 있으며, 여기서, 모든 기계적 구조체들은 서모스탯 조절기(thermostat regulator)에 충분한 압력을 제공하는 고체 상태의 액체 냉각 시스템을 액체 냉각 시스템에 제공하기 위해 부가적인 구리 또는 기타 유사한 재료 튜빙(tubing)을 포함할 수 있다. 추가적인 실시예들은 전자 장치, 디스플레이 및/또는 동작 도중에 온도 변화에 민감하거나 초과 열을 생성할 수 있는 임의의 다른 컴포넌트에 대해 일정한 시스템 성능을 유지하기 위해 펠티에(Peltier) 유닛들 또는 열 싱크(heat syncs) 및/또는 이와 유사한 것을 포함할 수 있다.
도 17은 엘리먼트들(1702 및 1703)로 구성된 에너지 릴레이 엘리먼트 스택들이 공간(1704) 내의 알려진 지점에 대해 안쪽으로 기울어져 있고, 다수의 소스들(1708)로부터 심리스 에너지 표면(1701)을 통해 전파하도록 에너지를 지향시키는 실시예(1700)의 평면도를 나타낸다. 베이스 구조체(1706)는 테이퍼형 에너지 릴레이들(1702)을 직접 지지하며, 여기서, 각각의 테이퍼는 차례로 릴레이(1703)에 접합된다. 에너지 지향 장치(1700)가 디스플레이인 실시예에 대해서는, 테이퍼형 광학 릴레이 요소들(1702)은 공간(1704) 내의 고정된 지점을 향해 테이퍼 광축을 향하게 하도록 안쪽으로 경사져 있다. 에너지 소스들(1708)은 디스플레이 기계 엔벨로프(1707)와 함께 포함된 디스플레이 전자 장치를 갖는 개별 디스플레이로 구성된다.
일 실시예에서, 광학 릴레이는 느슨한 코히어런트 광학 릴레이들을 포함할 수 있다. 유연한 광학 요소들, 이미지 도관(conduit)들 등은 심리스 에너지 표면으로부터 디스플레이 전자 장치 및 디스플레이 전자 장치를 추가로 오프셋하기 위해 부가적으로 활용될 수 있다. 이러한 방식으로, 심리스 에너지 표면을 포함하는 제 1 구조체 및 디스플레이 및 디스플레이 전자 장치를 포함하는 제 2 구조체를 갖는 2개의 분리된 구조체들을 연결하기 위해 다수의 느슨한 코히어런트 광학 릴레이들 또는 다른 유사한 광학 기술을 포함하는 광학 릴레이 번들(bundle)을 형성하는 것이 가능하다.
하나 이상의 부가적인 광학 요소들은 각각의 느슨한 코히어런트 광학 릴레이의 단부들의 전방 또는 후방에 장착될 수 있다. 이러한 부가적인 요소들은 에폭시, 압력, 기계적 구조들, 또는 당업계에 공지된 다른 방법들을 이용하여 장착될 수 있다.
도 18은 심리스 에너지 표면(1802)이 테이퍼형 광학 릴레이들(1804)에 의해 형성된 디스플레이이고, 동시에, 디스플레이 전자 장치(1808)에 대한 디스플레이 장치들(1806) 및 기계적 엔벨로프들이 테이퍼형 릴레이들과 거리를 두고 위치되는, 실시예(1800)의 평면도이다. 디스플레이 장치들(1806)로부터 테이퍼형 광학 릴레이들(1804)로 광을 중계하는 것은, 각각의 단부에 단부 캡(end caps)(1812)을 각각 갖는 느슨한 코히어런트 광 릴레이(1810)이다. 실시예(1800)는, 디스플레이 장치들(1806)이 에너지 표면(1802)으로부터 멀리 떨어진 1808의 원격 위치들에 배치되어 디스플레이 장치들(1806)의 기계적 엔벨로프가 에너지 표면(1802)의 위치결정을 간섭하지 않도록 보장하는 것을 허용한다.
광학 요소들은 교대(alternating) 구조로 형성될 때 바람직한 바와 같은 오프셋 전자 장치를 제공하고 전자 엔벨로프의 폭에서 광학 요소의 폭을 뺀 차이만큼 밀도를 증가시키는 능력을 제공하기 위해 상이한 길이들을 나타낼 수 있다. 이러한 일 실시예에서, 5×5 광 릴레이 모자이크는 2개의 교대 광학 릴레이 길이들을 포함한다. 다른 실시예에서, 5×5 광 릴레이 모자이크는 어레이의 중심에서 최장 길이를 갖는 피라미드형 구조를 생성하는 5개의 상이한 광학 릴레이 길이들을 포함할 수 있으며, 결과적인 광학 릴레이 모자이크에 대해 더 높은 전체 밀도를 생성한다.
도 19는 심리스 디스플레이 표면(1908)이 9개의 테이퍼형 광학 릴레이들(1902)에 의해 형성되고, 2개의 인접한 디스플레이 장치들(1904)이 동일한 오프셋 길이를 갖는 페이스 플레이트에 연결되지 않도록, 각각 5개의 오프셋 길이들(1,2,3,4 또는 5) 중 하나를 갖는 광학 페이스 플레이트를 통해 디스플레이 장치(1904)와 연관되며, 디스플레이 전자 장치를 위한 각각의 기계적 엔벨로프들(1905)을 위한 충분한 간극(clearance)(1906)을 제공하는 실시예(1900)의 측면도이다.
에너지 결합기
일 실시예에서, 패널 기반의 디스플레이뿐만 아니라 투영 기반의 디스플레이를 양방 모두 활용하고, 동시에 자체 조명 디스플레이 및 반사 디스플레이를 활용하거나, 이미지 투영 및 이미지 감지를 동시에 활용하기 위해 에너지 결합기를 사용하는 것이 가능하다.
도 20은 단일 투영 소스(2002) 및 단일 디스플레이 패널 소스(2004)가 이미지 결합기(2006)와 병합되는 실시예(2000)의 평면도이다. 이것은 투영 소스들 또는 패널 기반의 소스들의 조합이 또한 구현될 수 있는 패널 대 투영 기술들의 임의의 어레이 또는 임의의 이러한 원하는 비율로 부가적으로 구성될 수 있다. 이미지 결합기(2006)는 제 1 표면들(2008, 2010)로부터 에너지를 전파 경로들(2014)을 따라 전파할 수 있는 결합된 디스플레이 표면(2012)으로 중계한다.
에너지 결합기가 활용되고 제 1 자체 조명 디스플레이가 하나 이상의 이미지 결합기 레그들(legs) 상에 제공되며, 제 2 반사 디스플레이가 하나 이상의 이미지 결합기 레그들 상에 제공되어 가상 이미지를 생성하는 다른 실시예는, 외부의 광원에 의해 동시에 부과된 특정 응답 및 조명 변화들에 추가하여 조명 디스플레이로부터의 고유한 데이터를 모두 포함하는 가상 이미지를 생성한다. 반사 표면은 '반사 통과'로 간주되어 디스플레이된 콘텐츠에 최적화된 상이한 이미징 정보를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 이미지 결합기의 하나의 레그는 자체 조명 디스플레이를 가질 수 있는 한편, 다른 레그는 이미지 센서에 연결될 수 있다. 이러한 접근법을 통해 지문(들)이나 서류, 문서 등과 같이 디스플레이의 표면에 닿는 임의의 다른 물체를 고도의 정확도로 실시간으로 광학적으로 스캔하는 것이 가능하다. 역 교정 공정을 통해 모든 광학적 아티팩트들을 수정하고 매우 높은 품질의 해상도를 생성하는 것이 가능하다. 다른 실시예에서, 이미지 결합기를 이용한 이미지 캡처에 대한 방법은 위치에 대해 매우 정확하게 응답하고 임의의 수의 다른 디스플레이 기반의 기능들을 상호작용식으로 드로잉하거나 수행할 수 있는 매우 정확한 "화이트 보드" 또는 심미적(artistic) 표면을 생성하는 능력을 제공한다.
일 실시예에서, 고유 심리스 에너지 표면은 가상 표면일 수 있다.
일 실시예에서, 에너지 지향 장치는 에너지 시스템일 수 있고, 에너지 위치들은 하나 이상의 에너지 장치들을 포함할 수 있으며, 에너지 릴레이 요소들은 하나 이상의 에너지 장치들과, 그 각각이 그것을 통한 에너지 전송의 횡방향 앤더슨 편재를 유발하며 각각의 에너지 컴포넌트가 제 1 에너지 표면 및 제 2 에너지 표면을 더 포함하는, 요소들로 이루어지는 하나 이상의 에너지 릴레이 컴포넌트들을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 하나 이상의 컴포넌트들은, 광섬유, 실리콘, 유리, 폴리머, 광학 릴레이들, 회절 요소들, 홀로그램 광학 요소들, 굴절 요소들, 또는 반사 요소들, 광학 패시트 플레이트들, 에너지 결합기들, 빔 스플리터들, 프리즘들, 편광 컴포넌트들, 공간 광 변조기들, 능동 픽셀들, 액정 셀들, 투명 디스플레이들, 또는 앤더슨 편재 또는 전자기 표면을 형성하기 위한 전체 내부 반사 특성들을 갖는 임의의 유사한 재료들을 포함한다.
일 실시예에서, 고유 심리스 에너지 표면은 평면형, 구형, 원통형, 원뿔형, 패시트형, 타일형, 규칙형, 불규칙형, 볼록형, 오목형, 경사형 또는 지정된 애플리케이션을 위한 임의의 다른 기하학적 형상을 포함하는 임의의 표면 형상을 수용하도록 형성되는 하나 이상의 컴포넌트들의 임의의 조합일 수 있다.
일 실시예에서, 에너지 표면은 가시 광선의 4개 이하의 파장들 내로 편재화된 광 투과를 안내하도록 동작 가능하다.
일 실시예에서, 에너지 장치는, 다음 중 적어도 하나를 포함할 수 있다:
a) 집속 광을 방출하는 조명 소스들로서, 집속 광은 가시광, IR, UV, 코히어런트, 레이저, 적외선, 편광 또는 임의의 다른 전자기 조명 소스를 활용하여 방출형, 투영형 또는 반사형 디스플레이 기술들을 포함하는, 상기 조명 소스들;
b) 에너지 시스템에 직접 통합된 음향 필드로부터 몰입형 오디오 또는 체적 촉감을 제공하는 청각, 초음파 또는 기타 음향 방출 장치들;
c) 가시광, IR, UV, 마이크로파, 라디오파(radio waves) 또는 기타 형태의 전자기 복사를 포함하는 전자기 스펙트럼에서의 임의의 에너지를 캡처 또는 기록하는 센서들; 또는
d) 상호작용식 시스템을 통해 감각 피드백 또는 가청 제어를 제공하도록 구성된 음향 수신 장치들.
본원에 개시된 원리들에 따라 다양한 실시예들이 위에서 설명되었지만, 이들은 단지 예로서 제시되었고 제한적인 것이 아니라는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 본 발명(들)의 폭 및 범위는 전술한 예시적인 실시예들 중 임의의 것에 의해 제한되어서는 안되며, 오직 본 개시로부터 공표된 청구항들 및 그 등가물들에 따라 정의되어야 한다. 또한, 전술한 장점들 및 특징들은 설명된 실시예들에서 제공되지만, 이러한 공표된 청구항들의 적용을 상기의 장점들의 일부 또는 전부를 달성하는 공정들 및 구조들로 제한해서는 안된다.
본 개시의 주요 특징은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 실시예에서 채용될 수 있음은 이해될 것이다. 당업자는 일상적인 실험만을 사용하여 본원에 기재된 특정 절차들에 대한 다수의 등가물들을 인식하거나 또는 확인할 수 있을 것이다. 이러한 등가물들은 본 개시의 범위 내에 있는 것으로 간주되고 청구항들에 의해 커버된다.
또한, 본원에서 섹션 표제들은 37 CFR 1.77에 따른 제안사항과의 일관성을 위해, 또는 그렇지 않으면 구조적 단서를 제공하기 위해 제공된다. 이 표제들은 이 개시로부터 공표할 수 있는 임의의 청구항들에 기술된 발명(들)을 제한하거나 특성을 부여하지 않는 것이다. 구체적으로, 예로서, 표제들이 "발명의 분야"를 지칭하고는 있지만, 그러한 주장들은 이 표제 하에서의 언어에 의해 제한되어서는 안되며, 소위 기술 분야를 설명하는 것이다. 또한, "발명의 배경" 섹션에서의 기술의 설명은 기술이 본 개시에서 임의의 발명(들)에 대한 선행 기술이라는 것을 인정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 또한 "개요"는 공표된 청구항들에 명시된 발명(들)의 특성으로 간주되어서는 안된다. 게다가, 본 개시에서의 "발명"에 대한 임의의 참조는 이 개시에서 오직 단일한 지점의 신규성만이 존재함을 논증하는 데 사용되어서는 안된다. 다수의 발명들은 본 개시로부터 공표된 다수의 청구항들의 한계들에 따라 명시될 수 있으며, 따라서 그러한 청구항들은 그에 의해 보호되는 발명(들) 및 그 등가물들을 정의한다. 모든 경우에, 그러한 청구항들의 범위는 본 개시에 비추어 그 자체의 장점들에 대해 고려되어야 하지만 본원에 명시된 표제들에 의해 제약되어서는 안된다.
하나 또는 "하나의"라는 용어의 사용은, 청구항들 및/또는 명세서에서 용어 "포함하는"과 함께 사용되는 경우, "하나"를 의미할 수도 있지만, "하나 이상", "적어도 하나", 그리고 "하나 또는 하나 초과"의 의미와 일치한다. 본 개시는 단지 대안들 그리고 "및/또는"만을 지칭하는 정의를 지지하기는 하지만, 청구항들에서 "또는"이라는 용어의 사용은 명시적으로 대안들만을 지칭하는 것으로 나타내거나 대안들이 상호 배타적인 경우를 제외하고는 "및/또는"을 의미하는 것으로 사용된다. 본 출원의 전반에서, 용어 "약"은 값이 장치에 대한 오차의 고유한 변화를 포함하는 것을 나타내는 데 사용되며, 방법은 값, 또는 연구 주제들 사이에 존재하는 변동을 결정하기 위해 채용된다. 일반적으로, 전술한 논의에 종속되지만, "약"과 같은 근사의 단어에 의해 수정된 본원에서의 수치는 언급된 값으로부터 적어도 ±1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 10, 12 또는 15%만큼 변경될 수 있다.
본 명세서 및 청구항(들)에서 사용된 바와 같이, "포함하는"(및 임의의 형태의 포함하는, 이를테면 "포함한다" 및 "포함하고"), "갖는"(및 임의의 형태의 갖는, 이를테면 "갖다" "가진다"), "포함시키는"(및 임의의 형태의 포함시키는, 이를테면 "포함시킨다" 및 "포함시키고"), 또는 "함유하는"(및 임의의 형태의 함유하는, 이를테면 "함유한다" 및 "함유하고")은 포괄적이거나 확장 가능(open-ended)하며, 부가적인 언급되지 않은 요소들이나 방법 단계들을 배제하지 않는다.
그 시간에, "등가의", "도중에", "완료된" 등과 같은 비교, 측정 및 타이밍의 단어들은 "실질적으로 그 시간에", "실질적으로 등가의", "실질적으로 도중에", "실질적으로 완료된" 등을 의미하며, 여기서, "실질적으로"는 이러한 비교, 측정 및 타이밍이 묵시적으로 또는 명시적으로 언급된 원하는 결과를 달성하기 위해 실행 가능하다는 것을 의미한다. 근처의, "근접한" 및 "인접한"과 같은 요소들의 상대적 위치와 관련된 단어들은 각각의 시스템 요소 상호 작용에 물리적인 영향을 미치기에 충분히 가깝다는 것을 의미하는 것이다. 근사의 다른 단어들은, 유사하게는, 그렇게 수정될 때 반드시 절대적이거나 완전하지는 않지만, 당업자에게 충분히 가깝다고 생각되는 것으로 이해되는 조건을 지칭하여, 그 조건을 존재하는 것으로 간주하는 것을 보증한다. 설명이 변경될 수 있는 정도는 변경이 얼마나 크게 도입될 수 있는지에 달려 있으며, 여전히 당업자는 수정되지 않은 특징의 원하는 특성들 및 능력들을 여전히 가지면서 수정된 특징을 인식한다.
본원에 사용된 바와 같은 용어 "또는 그의 조합"은 용어 앞에 기재된 나열된 항목들의 모든 순열 및 조합을 지칭한다. 예를 들어, A, B, C 또는 이들의 조합은 A, B, C, AB, AC, BC 또는 ABC 중 적어도 하나를 포함하도록 의도되며, 특정 문맥에서 순서가 중요하다면 BA, CA, CB, CBA, BCA, ACB, BAC 또는 CAB를 포함하도록 의도된다. 이 예를 계속하면 BB, AAA, AB, BBC, AAABCCCC, CBBAAA, CABABB 등과 같이 하나 이상의 항목 또는 용어를 반복하여 포함하는 조합이 명시적으로 포함된다. 당업자는 통상적으로 문맥으로부터 명백하지 않는 한 임의의 조합으로 항목들 또는 용어들의 수에 제한이 없다는 것을 이해할 것이다.
본원에 개시되고 청구된 모든 구성들 및/또는 방법들은 본 개시에 비추어 과도한 실험없이 제조되고 실행될 수 있다. 본 개시의 구성들 및 방법들은 바람직한 실시예들의 관점에서 기재되었지만, 본 개시의 개념, 사상 및 범위를 벗어나지 않는 한, 변형예들이 구성들 및/또는 방법들에 그리고 본원에 기재된 방법의 단계들에서 또는 단계들의 시퀀스에서 적용될 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 당업자에게 명백한 이러한 모든 유사한 대체예들 및 변형예들은 첨부된 청구항들에 의해 정의된 바와 같은 개시의 사상, 범위 및 개념 내에 있는 것으로 간주된다.

Claims (42)

  1. 에너지 지향 장치로서,
    하나 이상의 에너지 위치들; 및
    각각이 제1 표면 및 제2 표면을 더 포함하는 하나 이상의 에너지 릴레이 요소들을 포함하며,
    각각의 에너지 릴레이 요소의 상기 제2 표면들은 고유 심리스(singular seamless) 에너지 표면을 형성하도록 배치되고;
    상기 고유 심리스 에너지 표면의 임의의 2개의 인접한 제2 표면들의 에지(edge)들 사이의 이격 거리는, 상기 고유 심리스 에너지 표면의 높이 또는 상기 고유 심리스 에너지 표면의 폭 중의 더 작은 것보다 큰, 상기 고유 심리스 에너지 표면으로부터의 거리를 두고 20/40 시력보다 좋은 시력을 갖는 인간의 눈의 시력에 의해 정의되는 최소 인지 가능한 윤곽보다 작고;
    상기 하나 이상의 에너지 릴레이 요소들은 상기 하나 이상의 에너지 위치들과 상기 고유 심리스 에너지 표면 사이에서 연장되는 에너지 전파 경로들을 따라 에너지를 지향시키도록 구성되는 에너지 지향 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고유 심리스 에너지 표면은 가상 표면인 에너지 지향 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 에너지 릴레이 요소들의 각각의 에너지 릴레이 요소는,
    a) 횡방향 앤더슨 편재(Anderson Localization)를 나타내는 광학 요소;
    b) 광섬유;
    c) 이미지 결합기;
    d) 빔 스플리터; 및
    e) 통과하는 에너지의 각도 방향을 변경하도록 구성되는 요소로 구성된 그룹 중에서 선택되는 요소를 포함하는 에너지 지향 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 광섬유는 느슨한 코히어런트(coherent) 광섬유들을 포함하는 에너지 지향 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    제로(zero) 확대로 상기 하나 이상의 에너지 릴레이 요소들을 통해 에너지가 지향되는 에너지 지향 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    넌-제로(non-zero) 확대로 상기 하나 이상의 에너지 릴레이 요소들을 통해 에너지가 지향되는 에너지 지향 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    넌-제로 축소로 상기 하나 이상의 에너지 릴레이 요소들을 통해 에너지가 지향되는 에너지 지향 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 고유 심리스 에너지 표면은 평면인 에너지 지향 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 고유 심리스 에너지 표면은 패시트(facet)되어 있는 에너지 지향 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 고유 심리스 에너지 표면은 만곡되어 있는 에너지 지향 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 에너지 릴레이 요소들의 양과 상기 하나 이상의 에너지 위치들의 양이 상기 에너지 지향 장치의 기계적 치수를 정의하는 에너지 지향 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 에너지 위치들은,
    a) 액정 디스플레이;
    b) 유기 발광 다이오드 디스플레이;
    c) 음극선관 디스플레이; 및
    d) 프로젝터로 구성된 그룹 중에서 선택되는 디스플레이를 포함하는 에너지 지향 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 에너지 릴레이 요소들은 제 1 해상도를 갖는 수용되는 집속 광(focused light)을 중계하면서, 상기 수용되는 집속 광의 중계 해상도를 상기 제 1 해상도의 50% 이상으로 유지하도록 구성되는 에너지 지향 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    에너지 전파 경로들을 따라 지향되는 에너지는 파장에 의해 정의되는 전자기 에너지이며, 상기 파장은,
    a) 가시광;
    b) 자외선;
    c) 적외선; 및
    d) x-선으로 구성된 그룹 중에서 선택되는 방식에 속하는 에너지 지향 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    에너지 전파 경로들을 따라 지향되는 에너지는,
    a) 음향 사운드; 및
    b) 촉각 압력으로 구성된 그룹 중에서 선택되는 기계적 에너지인 에너지 지향 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 고유 심리스 에너지 표면은 페이스 플레이트 층(faceplate layer)을 상기 표면과 직접 접하도록 배치해서 결합제(bonding agent), 인덱스 매칭 오일(index matching oil), 압력 또는 중력을 사용하여 에너지 릴레이 요소 스택에 부착하는 것에 의해 연장되며;
    상기 페이스 플레이트 층은 단일 피스(piece)의 에너지 릴레이 재료로 구성되거나, 또는 함께 결합되거나 융합되는 2개 이상의 피스의 에너지 릴레이 재료로 구성되는 에너지 지향 장치.
  17. 제17항에 있어서,
    상기 페이스 플레이트의 추가로 상기 제 2 표면의 법선에 대한 상기 제 2 심리스 에너지의 에너지 표면을 떠나는 에너지 파들의 방출 각도가 증가하게 되는 에너지 지향 장치.
  18. 에너지 지향 장치로서,
    하나 이상의 에너지 위치들; 및
    하나 이상의 에너지 릴레이 요소 스택들을 포함하되;
    각각의 에너지 릴레이 요소 스택은 하나 이상의 에너지 릴레이 요소들을 포함하고, 각각의 에너지 릴레이 요소는 제 1 면 및 제 2 면을 포함하고, 각각의 에너지 릴레이 요소는 그것을 통해서 에너지를 지향시키도록 구성되며;
    각각의 에너지 릴레이 요소 스택의 말단 에너지 릴레이 요소들의 상기 제 2 면들은 고유 심리스 에너지 표면을 형성하도록 배치되며;
    상기 하나 이상의 에너지 릴레이 요소 스택들은 상기 하나 이상의 에너지 위치들과 상기 고유 심리스 에너지 표면들 사이에서 연장되는 에너지 전파 경로들을 따라 에너지를 지향시키도록 구성되며;
    상기 말단 에너지 릴레이 요소들의 임의의 2개의 인접한 제 2 표면들의 에지들 사이의 이격 거리는, 상기 고유 심리스 에너지 표면의 높이 또는 상기 고유 심리스 에너지 표면의 폭 중의 더 작은 것보다 큰, 상기 고유 심리스 에너지 표면으로부터의 거리를 두고 20/40 시력보다 좋은 시력을 갖는 인간의 눈의 시력에 의해 정의되는 최소 인지 가능한 윤곽보다 작은 에너지 지향 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 고유 심리스 에너지 표면은 가상 표면인 에너지 지향 장치.
  20. 제18항에 있어서,
    각각의 에너지 릴레이 요소 스택의 상기 에너지 릴레이 요소들은 엔드 투 엔드(end-to-end) 구성으로 배치되는 에너지 지향 장치.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 하나 이상의 에너지 릴레이 요소 스택들의 상기 에너지 릴레이 요소들 중 임의의 것은,
    a) 횡방향 앤더슨 편재를 나타내는 광학 요소;
    b) 광섬유;
    c) 빔 스플리터;
    d) 이미지 결합기; 및
    e) 통과하는 에너지의 각도 방향을 변경하도록 구성되는 요소로 구성된 그룹 중에서 선택되는 요소를 포함하는 에너지 지향 장치.
  22. 제18항에 있어서,
    제로 확대로 상기 하나 이상의 에너지 릴레이 요소들을 통해 에너지가 지향되는 에너지 지향 장치.
  23. 제18항에 있어서,
    넌-제로 확대로 상기 하나 이상의 에너지 릴레이 요소들을 통해 에너지가 지향되는 에너지 지향 장치.
  24. 제18항에 있어서,
    넌-제로 축소로 상기 하나 이상의 에너지 릴레이 요소들을 통해 에너지가 지향되는 에너지 지향 장치.
  25. 제18항에 있어서,
    상기 고유 심리스 에너지 표면은 평면인 에너지 지향 장치.
  26. 제18항에 있어서,
    상기 고유 심리스 에너지 표면은 패시트되어 있는 에너지 지향 장치.
  27. 제18항에 있어서,
    상기 고유 심리스 에너지 표면은 만곡되어 있는 에너지 지향 장치.
  28. 제18항에 있어서,
    에너지 전파 경로들을 따라 지향되는 에너지는 파장에 의해 정의되는 전자기 에너지이며, 상기 파장은,
    a) 가시광;
    b) 자외선;
    c) 적외선; 및
    d) x-선으로 구성된 그룹 중에서 선택되는 방식에 속하는 에너지 지향 장치.
  29. 제18항에 있어서,
    에너지 전파 경로들을 따라 지향되는 에너지는,
    a) 음향 사운드; 및
    b) 촉각 압력으로 구성된 그룹 중에서 선택되는 기계적 에너지인 에너지 지향 장치.
  30. 제18항에 있어서,
    상기 고유 심리스 에너지 표면은 페이스 플레이트 층을 상기 표면과 직접 접하도록 배치해서 결합제, 인덱스 매칭 오일, 압력 또는 중력을 사용하여 에너지 릴레이 요소 스택에 부착하는 것에 의해 연장되며;
    상기 페이스 플레이트 층은 단일 피스의 에너지 릴레이 재료로 구성되거나, 또는 함께 결합되거나 융합되는 2개 이상의 피스의 에너지 릴레이 재료로 구성되는 에너지 지향 장치.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 페이스 플레이트의 추가로 상기 제 2 표면의 법선에 대한 상기 제 2 심리스 에너지의 에너지 표면을 떠나는 에너지 파들의 방출 각도가 증가하게 되는 에너지 지향 장치.
  32. 에너지 시스템으로서,
    하나 이상의 에너지 장치들, 및
    각각이 그것을 통한 에너지 전송의 횡방향 앤더슨 편재를 유발하는 하나 이상의 에너지 릴레이 컴포넌트들로서, 각각이 제1 에너지 표면 및 제2 에너지 표면을 더 포함하는 요소들로 이루어지는 상기 하나 이상의 에너지 릴레이 컴포넌트들을 포함하며;
    각각의 에너지 릴레이 컴포넌트의 상기 제 2 에너지 표면은 고유 심리스 에너지 표면을 형성하도록 배치되고;
    상기 하나 이상의 에너지 장치들은 상기 고유 심리스 에너지 표면을 통해 적어도 에너지를 방출하거나 수신하도록 동작 가능하며,
    상기 하나 이상의 에너지 릴레이 컴포넌트들의 임의의 2개의 인접한 제 2 표면들의 에지들 사이의 이격 거리는, 상기 고유 심리스 에너지 표면의 높이 또는 상기 고유 심리스 에너지 표면의 폭 중의 더 작은 것보다 큰, 상기 고유 심리스 에너지 표면으로부터의 거리를 두고 20/40 시력보다 좋은 시력을 갖는 인간의 눈의 시력에 의해 정의되는 최소 인지 가능한 윤곽보다 작은 에너지 시스템.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 고유 심리스 에너지 표면은 가상 표면인 에너지 시스템.
  34. 제32항에 있어서,
    상기 하나 이상의 에너지 릴레이 컴포넌트들은,
    a) 횡방향 앤더슨 편재를 나타내는 에너지 요소;
    b) 광섬유;
    c) 빔 스플리터;
    d) 이미지 결합기; 및
    e) 통과하는 에너지의 각도 방향을 변경하도록 구성되는 요소로 구성된 그룹 중에서 선택되는 요소를 포함하는 에너지 시스템.
  35. 제32항에 있어서,
    상기 고유 심리스 에너지 표면은 평면인 에너지 시스템.
  36. 제32항에 있어서,
    상기 고유 심리스 에너지 표면은 패시트되어 있는 에너지 시스템.
  37. 제32항에 있어서,
    상기 고유 심리스 에너지면은 만곡되어 있는 에너지 시스템.
  38. 제32항에 있어서,
    상기 하나 이상의 에너지 장치들은,
    a) 집속 광을 방출하는 조명 소스;
    b) 상기 에너지 시스템에 통합된 음향 필드로부터 몰입형 오디오 또는 체적 촉감(volumetric tactile sensation)을 제공하도록 구성되는 음향 방출 장치;
    c) 에너지 스펙트럼에서 에너지를 캡처하기 위한 센서; 및
    d) 감각 피드백을 상기 에너지 시스템에 제공하도록 구성되는 음향 수신 장치로 구성된 그룹 중에서 선택되는 요소를 포함하는 에너지 시스템.
  39. 제32항에 있어서,
    상기 하나 이상의 에너지 장치들에 의해 방출되거나 수신되는 에너지는 파장에 의해 정의되는 전자기 에너지이며, 상기 파장은,
    a) 가시광;
    b) 자외선;
    c) 적외선; 및
    d) x-선으로 구성된 그룹 중에서 선택되는 방식에 속하는 에너지 시스템.
  40. 제32항에 있어서,
    상기 하나 이상의 에너지 장치들에 의해 방출되거나 수신되는 에너지는,
    a) 음향 사운드; 및
    b) 촉각 압력으로 구성된 그룹 중에서 선택되는 기계적 에너지인 에너지 시스템.
  41. 제32항에 있어서,
    상기 고유 심리스 에너지 표면은 페이스 플레이트 층(faceplate layer)을 상기 표면과 직접 접촉하도록 배치해서 결합제, 인덱스 매칭 오일, 압력 또는 중력을 사용하여 에너지 릴레이 요소 스택에 부착하는 것에 의해 연장되며;
    상기 페이스 플레이트 층은 단일 피스의 에너지 릴레이 재료로 구성되거나, 또는 함께 결합되거나 융합되는 2개 이상의 피스의 에너지 릴레이 재료로 구성되는 에너지 시스템.
  42. 제41항에 있어서,
    상기 페이스 플레이트의 추가로 상기 제 2 표면의 법선에 대한 상기 제 2 심리스 에너지의 에너지 표면을 떠나는 에너지 파들의 방출 각도가 증가하게 되는 에너지 시스템.
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