RU2810230C2 - Системы и способы локализации поперечного импульса в энергетических реле с использованием упорядоченных структур - Google Patents
Системы и способы локализации поперечного импульса в энергетических реле с использованием упорядоченных структур Download PDFInfo
- Publication number
- RU2810230C2 RU2810230C2 RU2020124316A RU2020124316A RU2810230C2 RU 2810230 C2 RU2810230 C2 RU 2810230C2 RU 2020124316 A RU2020124316 A RU 2020124316A RU 2020124316 A RU2020124316 A RU 2020124316A RU 2810230 C2 RU2810230 C2 RU 2810230C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- energy
- fiber waveguide
- structures
- component
- component engineering
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 142
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 234
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 140
- 230000004807 localization Effects 0.000 claims abstract description 105
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 357
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 142
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 claims description 39
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims description 35
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 claims description 27
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 26
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 23
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 22
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 22
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 20
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 15
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 8
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 claims description 8
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 8
- QNRATNLHPGXHMA-XZHTYLCXSA-N (r)-(6-ethoxyquinolin-4-yl)-[(2s,4s,5r)-5-ethyl-1-azabicyclo[2.2.2]octan-2-yl]methanol;hydrochloride Chemical compound Cl.C([C@H]([C@H](C1)CC)C2)CN1[C@@H]2[C@H](O)C1=CC=NC2=CC=C(OCC)C=C21 QNRATNLHPGXHMA-XZHTYLCXSA-N 0.000 claims description 6
- 239000012788 optical film Substances 0.000 claims description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000008602 contraction Effects 0.000 claims description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 525
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 96
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 31
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 64
- 230000008569 process Effects 0.000 description 50
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 41
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 32
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 29
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 24
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 23
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 18
- 230000006870 function Effects 0.000 description 17
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 16
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 16
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 15
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 14
- 238000007499 fusion processing Methods 0.000 description 14
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 13
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 13
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 11
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 11
- 238000005325 percolation Methods 0.000 description 10
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 10
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 8
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 7
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 7
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 6
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 6
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 6
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 6
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 6
- 230000004304 visual acuity Effects 0.000 description 6
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 5
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 5
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 description 5
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 5
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 5
- 230000021715 photosynthesis, light harvesting Effects 0.000 description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- 230000004044 response Effects 0.000 description 5
- 210000000697 sensory organ Anatomy 0.000 description 5
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 5
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 4
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 4
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 4
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 4
- 230000004438 eyesight Effects 0.000 description 4
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 4
- 230000008447 perception Effects 0.000 description 4
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 4
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 4
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 4
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 description 4
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 4
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 4
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 4
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 4
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 4
- 238000003491 array Methods 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 3
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 3
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 3
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- QZIQJVCYUQZDIR-UHFFFAOYSA-N mechlorethamine hydrochloride Chemical compound Cl.ClCCN(C)CCCl QZIQJVCYUQZDIR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 239000000382 optic material Substances 0.000 description 3
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 230000001953 sensory effect Effects 0.000 description 3
- 230000004936 stimulating effect Effects 0.000 description 3
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 3
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 2
- 240000000136 Scabiosa atropurpurea Species 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 2
- 230000003190 augmentative effect Effects 0.000 description 2
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 2
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 2
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 2
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 2
- 230000021317 sensory perception Effects 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 2
- 235000002566 Capsicum Nutrition 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 206010027646 Miosis Diseases 0.000 description 1
- 239000006002 Pepper Substances 0.000 description 1
- 235000016761 Piper aduncum Nutrition 0.000 description 1
- 235000017804 Piper guineense Nutrition 0.000 description 1
- 244000203593 Piper nigrum Species 0.000 description 1
- 235000008184 Piper nigrum Nutrition 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000251222 Triakis Species 0.000 description 1
- 238000003848 UV Light-Curing Methods 0.000 description 1
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 description 1
- 230000004308 accommodation Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 230000002730 additional effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 230000002547 anomalous effect Effects 0.000 description 1
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 1
- 230000002146 bilateral effect Effects 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000000109 continuous material Substances 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 210000002858 crystal cell Anatomy 0.000 description 1
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 description 1
- 238000013501 data transformation Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000007429 general method Methods 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 230000001339 gustatory effect Effects 0.000 description 1
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000003128 head Anatomy 0.000 description 1
- 238000001093 holography Methods 0.000 description 1
- 230000001976 improved effect Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011344 liquid material Substances 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000010297 mechanical methods and process Methods 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003547 miosis Effects 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- NFHFRUOZVGFOOS-UHFFFAOYSA-N palladium;triphenylphosphane Chemical compound [Pd].C1=CC=CC=C1P(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1.C1=CC=CC=C1P(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1.C1=CC=CC=C1P(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1.C1=CC=CC=C1P(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1 NFHFRUOZVGFOOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003909 pattern recognition Methods 0.000 description 1
- 230000008825 perceptual sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 239000013308 plastic optical fiber Substances 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 230000002207 retinal effect Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 230000035807 sensation Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000005549 size reduction Methods 0.000 description 1
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 238000001029 thermal curing Methods 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
- 239000013306 transparent fiber Substances 0.000 description 1
- 230000001720 vestibular Effects 0.000 description 1
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 1
Abstract
Использование: для создания волоконного волновода. Сущность изобретения заключается в том, что обеспечивают множество первых и вторых компонентных инженерных конструкций; размещают множество первых и вторых компонентных инженерных конструкций в виде первой объединенной конструкции, содержащей совокупность первых и вторых компонентных инженерных конструкций, причем указанная совокупность имеет по существу упорядоченную структуру первых и вторых компонентных инженерных конструкций в поперечной плоскости объединенной конструкции, причем первые и вторые компонентные инженерные конструкции выполнены и расположены таким образом, чтобы при передаче энергии проявлялось свойство локализации Андерсона; вытягивают участки первой объединенной конструкции с уменьшением размера таким образом, чтобы поперечный размер вытянутых участков был меньшим, чем у первой объединенной конструкции, в то же время, по существу сохраняя расположение первых и вторых компонентных инженерных конструкций в поперечной плоскости; размещают вытянутые участки первой объединенной конструкции на вращающейся конструкции, содержащей по меньшей мере одно крепление, причем при вращении вращающейся конструкции вытянутые участки расположены внутри по меньшей мере одного крепления, таким образом образуя вторую объединенную конструкцию из вытянутых участков, содержащую совокупность вытянутых участков в поперечном направлении. Технический результат: обеспечение возможности упорядоченного распределения свойств распространения волны в материале в поперечной плоскости материала устройства для передачи энергии волоконного волновода. 6 н. и 84 з.п. ф-лы, 127 ил.
Description
Перекрестная ссылка на связанные заявки
[1] В настоящей заявке испрашивается приоритет в отношении предварительной заявки на патент США №62/617,288, озаглавленной «Система и способы поперечной локализации энергии в устройствах для передачи энергии с использованием упорядоченных структур», поданной 14 января 2018 года, и предварительной заявки на патент США №62/617,293, озаглавленной «Оригинальное применение голографической технологии и технологии светового поля», поданной 14 января 2018 года, причем обе они в полном объеме включены в настоящее описание посредством ссылки.
Область техники
[2] Заявленное раскрытие в целом относится к энергетическим системам светового поля и, более конкретно, к системам поперечной локализации энергии в устройствах для передачи энергии с использованием упорядоченного расположения материалов устройства для передачи энергии, а также к способам производства их устройств для передачи энергии.
Уровень техники
[3] Мечта об интерактивном виртуальном мире в камере «holodeck», популяризированной в «Звездном пути» Джина Родденберри (Star Trek , Gene Roddenberry) и изначально представленной автором Александром Мошковски (Alexander Moszkowski) в начале 1900-х годов, была источником вдохновения для авторов научной фантастики и технологических инноваций на протяжении почти столетия. Однако не существует ни одной убедительной реализации этой идеи вне литературы, средств массовой информации и коллективного воображения детей и взрослых.
Раскрытие сущности изобретения
[4] Раскрыты системы и способы изготовления устройств для передачи энергии для систем для направления энергии, демонстрирующих эффекты упорядоченной локализации энергии. Раскрыты материалы устройства для передачи энергии, содержащие упорядоченные структуры материалов устройства для передачи энергии, и критерии их создания. Обсуждаются поперечные плоские, а также многомерные конфигурации материала устройства для передачи энергии. Раскрыты способы и системы для создания материалов устройства для передачи энергии со свойствами упорядоченной локализации энергии.
[5] В одном варианте осуществления устройство для передачи энергии содержит: множество модулей, собранных в конструкцию, причем каждый модуль содержит первые компонентные инженерные конструкции и вторые компонентные инженерные конструкции; причем каждый модуль в конструкции содержит с первой и второй компонентных инженерных конструкций в виде по существу упорядоченной структуры в поперечной плоскости устройства для передачи энергии; первые и вторые компонентные инженерные конструкции выполнены с возможностью взаимодействия для передачи энергии вдоль продольной плоскости, которая перпендикулярна поперечной плоскости; устройство для передачи энергии имеет значительно более высокую эффективность передачи энергии в продольной плоскости, чем в поперечной плоскости.
[6] В одном варианте осуществления устройство для передачи энергии содержит: множество первых и вторых компонентных инженерных конструкций, каждая из которых имеет форму поперечного сечения из набора из одной или более форм вдоль поперечной плоскости устройства для передачи энергии; причем множество первых и вторых компонентных инженерных конструкций по существу расположены в виде размещенных рядом друг с другом элементов в поперечной плоскости устройства для передачи энергии; устройство для передачи энергии имеет значительно более высокую эффективность передачи энергии в продольной плоскости, чем вдоль поперечной плоскости.
[7] В одном варианте осуществления устройство для передачи энергии содержит: множество объемных конструкций, каждая из которых содержит одну или более компонентных инженерных конструкций и выполнена с возможностью объемного мозаичного размещения; причем множество объемных конструкций расположены в узле по существу в соответствии с трехмерным мозаичным размещением объемных конструкций, узел выполнен с возможностью передачи энергии в продольном направлении через него и имеет значительно более высокую эффективность передачи в продольном направлении, чем в поперечном направлении, перпендикулярном продольному направлению; множество объемных конструкций выполнено с возможностью объемного мозаичного размещения таким образом, чтобы был образован по меньшей мере один по существу линейный путь через объемно и мозаично размещенные конструкции, причем по существу линейный путь по существу совпадает только для аналогичных компонентных инженерных конструкций и ориентирован по существу вдоль продольного направления.
[8] В одном варианте осуществления способ создания устройства для передачи энергии включает: обеспечение множества первых компонентных инженерных конструкций и множества вторых компонентных инженерных конструкций; образование первого устройства из множества первых и вторых компонентных инженерных конструкций, имеющего по существу упорядоченную структуру первых и вторых компонентных инженерных конструкций в поперечной плоскости устройства для передачи энергии; и повторение по меньшей мере нижеследующих этапов до тех пор, пока указанное устройство не обеспечит требуемые инженерные свойства, причем указанные этапы включают: обработку первой совокупности первых и вторых компонентных инженерных конструкций с получением узла; нагревание по меньшей мере первого участка узла, причем образованное устройство для передачи энергии перед нагреванием имеет первый поперечный размер; приложение усилия растяжения в продольном направлении вдоль по меньшей мере первого участка нагретого узла, таким образом изменяя первый участок для обеспечения второго поперечного размера, который является меньшим, чем первый поперечный размер, в то же время по существу сохраняя по существу упорядоченную структуру первых и вторых компонентных инженерных конструкций в поперечной плоскости; и создание второго устройства из множества по существу аналогичных измененных первых участков, причем указанное второе устройство может быть использовано вместо первого устройства для дальнейших итераций предыдущих этапов обработки, нагрева и применения этапов.
[9] В одном варианте осуществления способ создания устройства для передачи энергии включает: обеспечение множества первых компонентных инженерных конструкций и множества вторых компонентных инженерных конструкций; и образование совокупности первых и вторых компонентных инженерных конструкций, имеющей по существу упорядоченную структуру первых и вторых компонентных инженерных конструкций в поперечной плоскости устройства для передачи энергии; причем совокупность первых и вторых компонентных инженерных конструкций позволяет передавать энергию вдоль продольной плоскости, которая перпендикулярна поперечной плоскости, причем указанное устройство обеспечивает значительно более высокую эффективность передачи энергии в продольной плоскости, чем в поперечной плоскости.
Краткое описание чертежей
[10] На ФИГ. 1 представлено схематическое изображение, иллюстрирующее конструктивные параметры системы для направления энергии;
[11] на ФИГ. 2 представлено схематическое изображение, иллюстрирующее энергетическую систему, имеющую активную зону устройства с механической основой;
[12] на ФИГ. 3 представлено схематическое изображение, иллюстрирующее систему для передачи энергии;
[13] на ФИГ. 4 представлено схематическое изображение, иллюстрирующее вариант осуществления элементов для передачи энергии, соединенных друг с другом и прикрепленных к основной конструкции;
[14] на ФИГ. 5А представлено схематическое изображение, иллюстрирующее пример изображения, переданного посредством многожильных оптических волокон;
[15] на ФИГ. 5В представлено схематическое изображение, иллюстрирующее пример изображения, переданного посредством устройства для передачи света, которое обладает свойствами согласно принципу поперечной андерсоновской локализации;
[16] на ФИГ. 6 представлено схематическое изображение, иллюстрирующее лучи, распространяемые с энергетической поверхности на зрителя;
[17] на ФИГ. 7A представлен вид в разрезе гибкого устройства для передачи со свойствами поперечной андерсоновской локализации, обеспечиваемыми путем перемешивания двух компонентных материалов в масле или жидкости, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
[18] на ФИГ. 7B представлен схематический вид в разрезе жесткого устройства для передачи со свойствами поперечной андерсоновской локализации, обеспечиваемыми путем перемешивания двух компонентных материалов в связующем веществе и при этом обеспечения пути минимального изменения одного свойства материала в одном направлении, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
[19] на ФИГ. 8 представлен схематический вид в разрезе в поперечной плоскости включения материала со свойством объемного наружного поглощения (DEMA) в продольном направлении, выполненного с возможностью поглощения энергии, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
[20] на ФИГ. 9 представлен схематический вид в разрезе в поперечной плоскости участка устройства для передачи энергии с неупорядоченным распределением двух компонентных материалов;
[21] на ФИГ. 10 представлен схематический вид в разрезе в поперечной плоскости модуля устройства для передачи энергии с упорядоченной структурой трех компонентных материалов, образующих единый модуль;
[22] на ФИГ. 11 представлен схематический вид в разрезе в поперечной плоскости участка предварительно сплавленного устройства для передачи энергии с неупорядоченным распределением двух компонентных материалов;
[23] на ФИГ. 12A представлен схематический вид в разрезе в поперечной плоскости участка предварительно сплавленного устройства для передачи энергии, имеющего упорядоченное распределение трех компонентных материалов, которые образуют множество модулей с аналогичными ориентациями;
[24] на ФИГ. 12B представлен схематический вид в разрезе в поперечной плоскости участка предварительно сплавленного устройства для передачи энергии, имеющего упорядоченную структуру трех компонентных материалов, которые образуют множество модулей с различными ориентациями;
[25] на ФИГ. 13 представлен схематический вид в разрезе в поперечной плоскости участка сплавленного устройства для передачи энергии с неупорядоченным распределением двух компонентных материалов;
[26] на ФИГ. 14 представлен схематический вид в разрезе в поперечной плоскости участка сплавленного устройства для передачи энергии с упорядоченной структурой трех компонентных материалов;
[27] на ФИГ. 15 представлен схематический вид в поперечном разрезе участка устройства для передачи энергии, имеющего неупорядоченное распределение двух разных материалов компонентной инженерной конструкции (component engineered structure, CES);
[28] на ФИГ. 16 представлен схематический вид в поперечном разрезе участка устройства для передачи энергии, имеющего упорядоченную структуру трех разных материалов компонентной инженерной конструкции;
[29] на ФИГ. 17 представлен схематический поперечный разрез в перспективе участка устройства для передачи энергии, имеющего неупорядоченное распределение объединенных частиц из двух компонентных материалов;
[30] на ФИГ. 18 представлен схематический поперечный разрез в перспективе участка устройства для передачи энергии, имеющего упорядоченную структуру объединенных частиц из трех компонентных материалов;
[31] на ФИГ. 19 представлен схематический вид в разрезе в поперечной плоскости участка предварительно сплавленного устройства для передачи энергии с упорядоченной структурой частиц, расположенных в одной из двух модульных конструкций;
[32] на ФИГ. 20А представлен вид в перспективе предварительно сплавленного устройства из трех различных частиц компонентной инженерной конструкции в виде упорядоченной структуры с различным размером частиц;
[33] на ФИГ. 20B представлен вид в перспективе сплавленного устройства из трех различных частиц компонентной инженерной конструкции в виде упорядоченной структуры;
[34] на ФИГ. 20C представлен схематический вид в разрезе в поперечной плоскости участка предварительно сплавленного устройства для передачи энергии с упорядоченной структурой частиц и дополнительными конструкциями, ограничивающими распространение энергии;
[35] на ФИГ. 20D представлен схематический вид в разрезе в поперечной плоскости участка сплавленного устройства для передачи энергии с упорядоченной структурой частиц и дополнительными конструкциями, ограничивающими распространение энергии;
[36] на ФИГ. 20E представлен вид в перспективе модуля предварительно сплавленного устройства для передачи энергии, имеющего упорядоченную структуру частиц гексагональной формы;
[37] на ФИГ. 20F представлен вид в перспективе модуля сплавленного устройства для передачи энергии, имеющего упорядоченную структуру частиц гексагональной формы;
[38] на ФИГ. 20G представлен вид в перспективе модуля предварительно сплавленного устройства для передачи энергии с упорядоченной структурой областей компонентной инженерной конструкции неправильной формы;
[39] на ФИГ. 20H представлен поперечный разрез в перспективе участка предварительно сплавленной системы из трубки и гранул для изготовления устройства для передачи энергии;
[40] на ФИГ. 20I представлен поперечный разрез в перспективе участка сплавленной системы из трубки и гранул для изготовления устройства для передачи энергии;
[41] на ФИГ. 20J представлен схематический вид в разрезе в поперечной плоскости модуля предварительно сплавленного устройства для передачи энергии, имеющего упорядоченную структуру частиц из трех компонентных материалов;
[42] на ФИГ. 20K представлен схематический вид в разрезе в поперечной плоскости участка предварительно сплавленного устройства для передачи энергии, имеющего упорядоченную структуру частиц из трех компонентных материалов и окружающего материала, ограничивающего распространение энергии;
[43] на ФИГ. 21A представлен вид в поперечном разрезе в поперечной плоскости предварительно сплавленного устройства для передачи энергии, содержащего гибкий внешний корпус, торцевые крышки и гранулы материала для передачи энергии, размещенные в виде упорядоченной структуры;
[44] на ФИГ. 21B представлен вид в поперечном разрезе сплавленной версии гибкого устройства для передачи;
[45] на ФИГ. 21С представлен вид в поперечном разрезе гибкого устройства для передачи в несплавленном и неизогнутом состоянии;
[46] на ФИГ. 21D представлен схематический вид в поперечном разрезе гибкого устройства для передачи в сплавленном и неизогнутом состоянии;
[47]
[48] на ФИГ. 22A представлен схематический вид в разрезе в поперечной плоскости устройства для передачи энергии с упорядоченной структурой перед сплавлением;
[49] на ФИГ. 22B представлен схематический вид в разрезе в поперечной плоскости системы созданного устройства для передачи энергии с упорядоченной структурой после сплавления, который включает исходные и уменьшенные конфигурации поперечного размера;
[50] на ФИГ. 23 представлен вариант осуществления получения устройств для передачи энергии с упорядоченной структурой и с уменьшенным поперечным размером;
[51] на ФИГ. 24 представлена блок-схема процесса нагревания и вытягивания материалов устройства для передачи энергии для создания материалов с микроструктурой;
[52] на ФИГ. 25 представлен вариант осуществления получения устройств для передачи энергии с упорядоченной структурой и с уменьшенным поперечным размером;
[53] на ФИГ. 26A представлен вариант осуществления сплавления материалов устройства для передачи энергии путем фиксации предварительно сплавленных материалов в креплении;
[54] на ФИГ. 26B представлен вид в перспективе собранного крепления, содержащего материалы устройства для передачи энергии в качестве частей для осуществления процесса уменьшения напряжения и сплавления материалов устройства для передачи энергии;
[55] на ФИГ. 26C представлен вид в перспективе собранного крепления, содержащего материалы устройства для передачи энергии, после сплавления указанных материалов друг с другом с образованием сплавленного упорядоченного материала устройства для передачи энергии;
[56] на ФИГ. 26D представлен вид в перспективе варианта осуществления регулируемого крепления для сплавления материалов устройства для передачи энергии;
[57] на ФИГ. 26E представлен вид в поперечном разрезе регулируемого крепления, показанного на ФИГ. 26D;
[58] на ФИГ. 27 представлена блок-схема процесса создания устройства для передачи энергии;
[59] на ФИГ. 28 представлен вид в перспективе сплавленной конструкции из материалов устройства для передачи энергии с упорядоченной структурой;
[60] на ФИГ. 29A и ФИГ. 29B представлен вариант осуществления устройства для изготовления материалов устройства для передачи энергии с микроструктурой с использованием способа с вращающимся барабаном;
[61] на ФИГ. 30-58G представлены различные конфигурации размещения элементов рядом друг с другом для размещения материалов устройства для передачи энергии в виде упорядоченных структур;
[62] на ФИГ. 59 представлен вид в перспективе разобранного узла из упорядоченных пирамид, содержащих три разных материала компонентной инженерной конструкции;
[63] на ФИГ. 60 представлен вид в перспективе частично разобранной конфигурации узла из упорядоченных пирамид;
[64] на ФИГ. 61 представлен вид в перспективе развернутого узла из упорядоченных пирамид, содержащих три разных материала компонентной инженерной конструкции;
[65] на ФИГ. 62 представлен вид в перспективе собранной упорядоченной объемной конструкции;
[66] на ФИГ. 63 представлен вид в перспективе множества упорядоченных объемных конструкций, размещенных в виде геометрической мозаики;
[67] на ФИГ. 64 представлен вид в перспективе узла, содержащего дополнительные упорядоченные объемные конструкции;
[68] на ФИГ. 65A представлен вид в поперечном разрезе в поперечном направлении узла из упорядоченных объемных конструкций из материала устройства для передачи энергии;
[69] на ФИГ. 65B представлен вид в поперечном разрезе в продольном направлении узла из упорядоченных объемных конструкций из материала устройства для передачи энергии;
[70] на ФИГ. 66A представлен вариант осуществления объемной конструкции, содержащей три различных подконструкции;
[71] на ФИГ. 66B представлен вариант осуществления объемной конструкции, содержащей две различных подконструкции;
[72] на ФИГ. 66C представлен вариант осуществления объемной конструкции, содержащей три различных подконструкции;
[73] на ФИГ. 67A-C представлен узел из нескольких различных объемных конструкций, содержащих подконструкции различной формы;
[74] на ФИГ. 68A-F представлены дополнительные варианты осуществления объемных конструкций, содержащих различные компоненты подконструкции, а также каркасные модели, иллюстрирующие внутреннюю структуру некоторых вариантов осуществления объемной конструкции;
[75] на ФИГ. 69A представлен вариант осуществления множества объемных конструкций, расположенных в узле, а на ФИГ. 69B и 69C представлены виды в поперечном разрезе узла, показанного на ФИГ. 69А, вдоль, соответственно, продольного и поперечного направлений;
[76] на ФИГ. 70A представлен вариант осуществления множества объемных конструкций, расположенных в узле, а на ФИГ. 70B и 70C представлены виды в поперечном разрезе узла, показанного на ФИГ. 70А, вдоль, соответственно, продольного и поперечного направлений;
[77] на ФИГ. 71 представлен вариант осуществления узла из двух разных объемных конструкций, причем первая объемная конструкция выполнена с возможностью мозаичного размещения в вершинах множества более крупных вторых объемных конструкций;
[78] на ФИГ. 72 показано мозаичное расположение конического устройства для передачи энергии;
[79] на ФИГ. 73 представлен вид сбоку пакета элементов для передачи энергии, состоящего из двух последовательно расположенных комбинированных конических устройств для передачи света;
[80] на ФИГ. 74 представлено схематическое изображение, демонстрирующее фундаментальные принципы внутреннего отражения;
[81] на ФИГ. 75 представлено схематическое изображение светового луча, входящего в оптическое волокно, и результирующее коническое распределение света на выходе из устройства для передачи;
[82] на ФИГ. 76 представлена конфигурация конического устройства для передачи света с коэффициентом увеличения 3:1 и результирующим углом обзора света присоединенного источника энергии в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
[83] на ФИГ. 77 представлено коническое устройство для передачи света с изогнутой поверхностью со стороны от источника энергии конического устройства для передачи света, которая обеспечивает увеличение общего угла обзора источника энергии, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
[84] на ФИГ. 78 представлено коническое устройство для передачи света с не перпендикулярной, но плоской поверхностью со стороны от источника энергии, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
[85] на ФИГ. 79 представлено коническое устройство для передачи света и конусы освещения конического устройства с вогнутой поверхностью со стороны источника энергии;
[86] на ФИГ. 80 представлено коническое устройство для передачи света и конусы светового излучения с такой же выпуклой поверхностью со стороны источника энергии, но с вогнутой геометрической формой выходной энергетической поверхности, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
[87] на ФИГ. 81 представлено множество конических модулей для передачи света, соединенных друг с другом, с изогнутыми поверхностями со стороны источника энергии для формирования видимого изображения источником энергии от перпендикулярной поверхности источника энергии в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
[88] на ФИГ. 82 представлено множество конических модулей для передачи света, соединенных друг с другом, с перпендикулярными геометрическими формами со стороны источника энергии и выпуклой поверхностью источника энергии, которая выполнена радиально относительно центральной оси, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
[89] на ФИГ. 83 представлено множество конических модулей для передачи света, соединенных друг с другом, с перпендикулярными геометрическими формами со стороны источника энергии и выпуклой поверхностью со стороны источника энергии, которая выполнена радиально относительно центральной оси, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
[90] на ФИГ. 84 представлено множество конических модулей для передачи света, причем каждый источник энергии независимо сконфигурирован таким образом, что видимые выходные лучи света являются более однородными, если смотреть на источник энергии, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
[91] на ФИГ. 85 представлено множество конических модулей для передачи света, в которых как сторона от источника энергии, так и источник энергии выполнены с различными геометрическими формами для обеспечения управления входными и выходными лучами света, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения; и
[92] на ФИГ. 86 представлено расположение множества конических модулей для передачи света, отдельные выходные энергетические поверхности которых выполнены таким образом, что они образуют непрерывный вогнутый цилиндрический источник энергии, который окружает зрителя, причем концы источника устройств для передачи являются плоскими и каждый из них связан с источником энергии.
Осуществление изобретения
[93] Вариант осуществления Holodeck (в совокупности называемых «конструктивными параметрами Holodeck») создает достаточное энергетическое воздействие, позволяющее ввести в заблуждение органы восприятия человека, чтобы он поверил, что принятые импульсы энергии в виртуальной, социальной и интерактивной среде реальны, обеспечивая: 1) бинокулярное несовмещение без применения внешних креплений, укрепляемых на голове очков или других периферийных устройств; 2) точный параллакс движения, преграды и непрозрачность во всей зоне видимости одновременно для любого количества зрителей; 3) оптический фокус посредством синхронной конвергенции, аккомодации и миоза глаза для всех воспринимаемых лучей света; и 4) концентрическое распространение энергетической волны достаточной плотности и разрешения с превышением «разрешения» чувственного восприятия человека, а именно зрения, слуха, осязания, вкуса, обоняния и/или баланса.
[94] Основываясь на традиционных технологиях, известных на сегодняшний день, человечество будет на десятилетия, если не на столетия, далеко от технологии, способной адекватно обеспечить все рецептивные поля согласно конструктивным параметрам Holodeck, включающим зрительные, слуховые, осязательные, вкусовые, обонятельные и вестибулярные системы.
[95] В этом описании термины «световое поле» и «голографический» могут быть применены взаимозаменяемо для определения распространения энергии для стимуляции любой реакции органа восприятия. Хотя первоначальные раскрытия могут относиться к примерам распространения электромагнитной и механической энергии через энергетические поверхности для голографического формирования изображений и объемного осязания, в этом раскрытии рассматриваются все формы органов восприятия. Кроме того, раскрытые в настоящем документе принципы распространения энергии вдоль путей распространения могут быть применимыми как к излучению энергии, так и к захвату энергии.
[96] На сегодняшний день существует множество технологий, которые, к сожалению, часто путают с голограммами, в том числе лентикулярная печать, призрак Пеппера (Pepper's Ghost), стереоскопические дисплеи без стекол, дисплеи с горизонтальным параллаксом, дисплеи виртуальной (VR) и дополненной (AR) реальности (нашлемный дисплей, HMD), устанавливаемые на голову, и другие подобные средства создания иллюзий, обобщенно упоминаемые как «псевдоголография». Эти технологии могут демонстрировать некоторые из требуемых свойств настоящего голографического дисплея, однако не обладают способностью каким-либо образом стимулировать зрительно-сенсорную реакцию человека в достаточной степени для обеспечения соответствия по меньшей мере двум из четырех идентифицированных конструктивных параметров Holodeck.
[97] Эти проблемы не были устранены с помощью традиционной технологии для создания непрерывной энергетической поверхности, достаточной для распространения энергии голографии. Существуют различные подходы к реализации объемных и направленных мультиплексированных дисплеев светового поля, включающие параллаксные барьеры, хогели, вокселы, дифракционную оптику, многовидовую проекцию, голографические рассеиватели, вращающиеся зеркала, многослойные дисплеи, дисплеи с последовательным отображением, дисплей, устанавливаемый на голове, и т. д., однако применение традиционных подходов может предполагать компромисс по качеству изображения, разрешению, плотности угловой дискретизации, размеру, стоимости, безопасности, частоте кадров и т. д., что в конечном итоге приводит к получению несостоятельной технологии.
[98] Для обеспечения конструктивных параметров Holodeck для зрительных, слуховых, осязательных систем изучают и анализируют чувствительность каждой из соответствующих систем человека к распространению энергетических волн, чтобы в достаточной степени ввести в заблуждение органы восприятия человека. Зрительная система имеет разрешение приблизительно в 1 угловую минуту, слуховая система способна различать разницу в размещении всего в три градуса, а осязательные системы рук способны различать точки, разделенные на 2-12 мм. Хотя существуют различные и противоречивые способы измерения такой чувствительности, этих значений достаточно для понимания систем и способов стимулирования восприятия распространения энергии.
[99] Из отмеченных органов восприятия зрительная система человека является наиболее чувствительной, если принять во внимание, что даже отдельный фотон может вызывать реакцию органов чувств. По этой причине большая часть этого введения будет сфокусирована на распространении видимой энергетической волны, а энергетические системы значительно более низкого разрешения, соединенные в пределах поверхности раскрытого энергетического волновода, могут обеспечивать схождение соответствующих сигналов, чтобы вызвать голографическое чувственное восприятие. Если не указано иное, все раскрытия применимы ко всем доменам энергии и доменам, относящимся к чувственному восприятию.
[100] При вычислении эффективных конструктивных параметров распространения энергии для зрительной системы с учетом зоны видимости и дальности видимости требуемая энергетическая поверхность может быть выполнена с возможностью включения множества гигапикселей эффективной пространственной плотности энергии. Для больших зон видимости или ближнего поля зрения конструктивные параметры требуемой энергетической поверхности могут включать сотни или более гигапикселей эффективной пространственной плотности энергии. В то же время требуемый источник энергии может быть выполнен с возможностью обеспечения пространственной плотности энергии от 1 до 250 эффективных мегапикселей для ультразвукового распространения объемного осязания или массива от 36 до 3600 точек фактического местоположения энергии для акустического распространения голографического звука в зависимости от входных переменных среды. Важно отметить, что в раскрытой архитектуре двусторонней энергетической поверхности все компоненты могут быть выполнены с возможностью образования соответствующих конструкций для любого домена энергии, позволяющих обеспечить голографическое распространение.
[101] Однако основной проблемой обеспечения Holodeck на сегодняшний день являются доступные технологии визуализации и ограничения электромагнитных устройств. Акустические и ультразвуковые устройства менее сложны с учетом порядков разности величины требуемой плотности в зависимости от остроты восприятия в соответствующем рецептивном поле, хотя их сложность не следует недооценивать. Хотя существует голографическая эмульсия с разрешением, превышающим требуемую плотность для кодирования интерференционных картин в статических системах формирования изображений, современные устройства отображения ограничены разрешением, скоростью передачи данных и производственными возможностями. На сегодняшний день ни одно отдельное устройство отображения не способно достоверно создать световое поле с голографическим разрешением, близким к остроте зрения.
[102] Изготовление отдельного устройства на основе кремния, способного обеспечить требуемое разрешение для создания высококачественной картины светового поля, может быть непрактичным и может включать чрезвычайно сложные технологические процессы, выходящие за рамки существующих производственных возможностей. Ограничение на размещение рядом друг с другом множества имеющихся устройств отображения связано с возникновением стыков и зазоров, обусловленных физическими размерами упаковки, электронных устройств, корпусов, оптических устройств и рядом других проблем, которые неизбежно приводят к получению несостоятельной технологии с точки зрения формирования изображения, стоимости и/или размера.
[103] Варианты осуществления, раскрытые в данном документе, могут указать реальный путь к созданию Holodeck.
[104] Далее будут описаны примеры осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, которые составляют часть описания и иллюстрируют примеры осуществления, которые могут быть осуществлены на практике. В контексте настоящего раскрытия и формулы настоящего изобретения термины «вариант осуществления», «пример осуществления» и «приведенный в качестве примера вариант осуществления» не обязательно относятся к одному варианту осуществления, хотя это и возможно, а различные приведенные в качестве примера варианты осуществления могут быть легко объединены и переставлены без отступления от объема или сущности приведенных в качестве примера вариантов осуществления. Кроме того, используемая в настоящем документе терминология предназначена исключительно для описания приведенных в качестве примера вариантов осуществления и не предназначена для ограничения. В этом отношении, в контексте настоящего документа термин «в» может включать «в» и «на», а грамматические формы единственного числа могут включать указания формы единственного и множественного числа. Кроме того, в контексте настоящего документа термин «посредством» также может означать «от», в зависимости от контекста. Кроме того, в контексте настоящего документа термин «если» также может означать «когда» или «после», в зависимости от контекста. Кроме того, в контексте настоящего документа слова «и/или» могут предполагать и охватывать любые и все возможные комбинации одного или более связанных перечисленных элементов.
Аспекты голографической системы:
Обзор разрешения распространения энергии светового поля
[105] Световое поле и голографическое отображение возникают в результате создания множества проекций, которые обеспечивают в местоположениях энергетической поверхности информацию об угле, цвете и интенсивности, распространяемую в зоне видимости. Раскрытая энергетическая поверхность обеспечивает возможности для получения дополнительной информации в отношении одновременного существования и распространения через одну и ту же поверхность для стимулирования других реакций системы восприятия. В отличие от стереоскопического дисплея, видимое положение сходящихся путей распространения энергии в пространстве не изменяется по мере того, как зритель перемещается вокруг зоны видимости, и любое количество зрителей может одновременно видеть переданные объекты в пространстве реального мира, как если бы они действительно были там. В некоторых вариантах осуществления распространение энергии может происходить по одному и тому же пути распространения энергии, но в противоположных направлениях. Например, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения возможны как излучение энергии, так и ее захват вдоль пути распространения энергии.
[106] На ФИГ. 1 представлено схематическое изображение, иллюстрирующее переменные, относящиеся к стимуляции реакции органа восприятия. Эти переменные могут включать диагональ 101 поверхности, ширину 102 поверхности, высоту 103 поверхности, определенное целевое расстояние 118 сидения, целевое поле 104 зрения сидения от центра дисплея, количество 105 промежуточных дискретных значений, демонстрируемых в данном случае в виде дискретных значений между глазами, среднее межглазное расстояние 106 для взрослых, среднее разрешение 107 человеческого глаза в угловых минутах, горизонтальное поле 108 зрения, образованное между целевым местоположением наблюдателя и шириной поверхности, вертикальное поле 109 зрения, образованное между целевым местоположением наблюдателя и высотой поверхности, результирующее разрешение 110 по горизонтали элемента волновода или общее количество элементов по всей поверхности, результирующее разрешение 111 по вертикали элемента волновода или общее количество элементов по всей поверхности, расстояние 112 между дискретными значениями, основанное на межглазном расстоянии и количестве промежуточных дискретных значений для аксонометрической проекции между глазами, угловая дискретизация может быть основана на расстоянии между дискретными значениями и целевом расстоянии 113 сидения, общее разрешение 114 по горизонтали на элемент волновода, полученное из требуемой угловой дискретизации, общее разрешение 115 по вертикали на элемент волновода, полученное из требуемой угловой дискретизации, определенное количество 116 требуемых дискретных источников энергии по горизонтали устройства и определенное количество 117 требуемых дискретных источников энергии по вертикали устройства.
[107] Способ определения требуемого минимального разрешения может быть основан на следующих критериях для обеспечения достаточной стимуляции зрительной (или другой) реакции органа восприятия: размер поверхности (например, диагональ 84 дюйма (2,13 м)), соотношение сторон поверхности (например, 16:9), расстояние сидения (например, 128 дюймов (3,25 м) от дисплея), поле зрения с места сидения (например, 120 градусов или +/- 60 градусов относительно центра дисплея), требуемые промежуточные дискретные значения на расстоянии (например, один дополнительный путь распространения между глазами), среднее межглазное расстояние взрослого человека (приблизительно 65 мм) и среднее разрешение человеческого глаза (приблизительно 1 угловая минута). Указанные приведенные в качестве примера значения следует рассматривать как заполнители, заменяемые реальными значениями в зависимости от конструктивных параметров в конкретном варианте применения.
[108] Кроме того, каждое из значений, связанное с органом зрения, может быть заменено значениями для других систем для определения требуемых параметров пути распространения. Для других вариантов осуществления распространения энергии может быть рассмотрена угловая чувствительность слуховой системы всего лишь в три градуса и пространственное разрешение осязательной системы рук: 2-12 мм.
[109] Хотя существующие различные способы измерения этой чувствительности восприятия являются противоречивыми, этих значений достаточно для понимания систем и способов стимулирования восприятия действительного распространения энергии. Существует множество способов определения конструктивного разрешения, а в предложенном ниже способе практические аспекты изделия сочетаются с биологическими пределами разрешения систем восприятия. Как будет очевидно для специалиста в данной области техники, нижеследующий обзор является упрощением любой такой конструкции системы и его следует рассматривать исключительно в качестве примера.
[110] Для понимания предела разрешения системы восприятия полная плотность элемента энергетического волновода может быть вычислена таким образом, что принимающая система восприятия не может отличить отдельный элемент энергетического волновода от смежного элемента, с учетом того, что:
•
•
•
•
•
•
•
[111] В результате выполнения вышеуказанных вычислений получают поле зрения приблизительно 32×18°, что обуславливает необходимость обеспечения приблизительно 1920×1080 (округлено до ближайшего формата) элементов энергетического волновода. Кроме того, можно ограничить переменные таким образом, чтобы поле зрения было согласованным для обоих параметров (u, v) для обеспечения более равномерной пространственной дискретизации местоположений энергии (например, соотношение размеров пикселя). Угловая дискретизация системы предполагает определенное целевое местоположение зоны видимости и дополнительные пути распространения энергии между двумя точками на оптимизированном отрезке с учетом того, что:
•
•
[112] В этом случае межглазное расстояние используют для вычисления расстояния между дискретными значениями, хотя для учета соответствующего количества дискретных значений на заданном расстоянии может быть использована любая мера. При рассмотрении вышеуказанных переменных может потребоваться приблизительно один луч величиной 0,57°, а полное разрешение системы для независимой системы восприятия может быть определено с учетом того, что:
•
•
•
[113] Для вышеописанного сценария с учетом размера энергетической поверхности и углового разрешения, соответствующего остроте зрения в системе, желательно, чтобы результирующая энергетическая поверхность могла включать приблизительно 400 000 × 225 000 пикселей (разрешение положений энергии) или иметь плотность голографического распространения 90 гигапикселей. Эти переменные приведены исключительно для примера и для оптимизации голографического распространения энергии следует учитывать многие другие аспекты данных об энергии и органах восприятия. Еще в одном варианте осуществления в зависимости от входных переменных может быть предпочтительным разрешение положений энергии в 1 гигапиксель. Еще в одном варианте осуществления в зависимости от входных переменных может быть предпочтительным разрешение положений энергии в 1000 гигапиксель.
Существующие технологические ограничения:
Активная зона, электронное оборудование устройства, упаковка и механическая основа
[114] На ФИГ. 2 показано устройство 200, имеющее активную зону 220 с определенными механическими конструктивными параметрами. Устройство 200 может включать устройства 230 управления и электронное оборудование 240 для задействования активной зоны 220 и осуществления взаимодействия с ней, причем активная зона имеет размеры, показанные стрелками x и y. В указанном устройстве 200 не показана кабельная система и механические конструкции для управления, питания и охлаждения компонентов, а механические размеры занимаемой площадки могут быть дополнительно минимизированы за счет применения в устройстве 200 гибкого кабеля. Минимальная занимаемая площадь такого устройства 200 также может упоминаться как механическая основа 210, имеющая размеры, показанные стрелками M:x и M:y. Данное устройство 200 предназначено исключительно для иллюстрации и заказные конструкции электронного оборудования могут позволить дополнительно уменьшить верхний предел размеров механической основы, но почти во всех случаях ее размеры могут не соответствовать точному размеру активной зоны устройства. В одном варианте осуществления данное устройство 200 иллюстрирует, как электронное оборудование соотносится с активной зоной 220 изображения, а именно органический микросветодиод (OLED), микросхема цифровой проекции изображения (DLP), жидкокристаллическая панель или устройство с применением любой другой технологии, предназначенное для подсветки изображения.
[115] В некоторых вариантах осуществления также могут быть применены другие технологии проецирования для объединения множества изображений на большом общем дисплее. Однако это может быть связано с повышением сложности, связанным с расстоянием проецирования, минимальным фокусом, оптическим качеством, равномерным разрешением поля, хроматической аберрацией, тепловыми свойствами, калибровкой, выравниванием, дополнительным увеличением размеров или конструктивными параметрами. Для большинства вариантов практического применения размещение десятков или сотен этих проекционных источников 200 может привести к значительному увеличению размеров и уменьшению надежности.
[116] Исключительно для иллюстративных целей, предполагая, что энергетические устройства имеют пространственную плотность энергии 3840 × 2160 точек, можно определить количество отдельных энергетических устройств (например, устройств 100), требуемых для энергетической поверхности, с учетом того, что:
[117] С учетом вышеизложенных соображений в отношении разрешения может быть желательным обеспечение приблизительно 105 × 105 устройств, аналогичных показанному на ФИГ. 2. Следует отметить, что многие устройства могут содержать различные пиксельные конструкции, которые могут быть сопоставлены или не сопоставлены регулярной сетке. В том случае, если в каждом полном пикселе есть дополнительные подпиксели или местоположения, они могут быть использованы для обеспечения дополнительного разрешения или угловой плотности. Дополнительная обработка сигнала может использована для определения того, как преобразовать световое поле в правильные (u, v) координаты в зависимости от заданного местоположения пиксельной конструкции (-й) и может представлять собой явно определенную характеристику каждого устройства, которая известна и откалибрована. Кроме того, в других доменах энергии может применяться различная обработка этих отношений и различные конструкции устройств, и для специалистов в данной области техники будет очевидной прямая внутренняя взаимосвязь каждой из требуемых частотных областей с другими частотными областями. Это будет показано и обсуждено более подробно в последующем раскрытии.
[118] Итоговое вычисление может быть использовано для понимания того, сколько устройств из этих отдельных устройств может потребоваться для создания энергетической поверхности с полным разрешением. В этом случае для достижения порога остроты зрения может потребоваться приблизительно 105 × 105 или приблизительно 11 080 устройств. Создание непрерывной энергетической поверхности из этих доступных местоположений энергии для обеспечения достаточного воспринимаемого голографического распространения является сложной задачей и характеризуется новизной.
Сводная информация о непрерывных энергетических поверхностях:
Конфигурации и конструкции массивов устройств для передачи энергии
[119] В некоторых вариантах осуществления раскрыты подходы к решению проблемы генерации энергии с высокой пространственной плотностью с помощью массива отдельных устройств без стыков вследствие ограничений механической конструкции указанных устройств. В одном варианте осуществления система передачи для распространения энергии может позволить увеличить эффективный размер активной зоны устройства для обеспечения соответствия механическим размерам или их превышения с возможностью конфигурирования массива устройств для передачи и образования единой непрерывной энергетической поверхности.
[120] На ФИГ. 3 представлен вариант осуществления такой системы 300 для передачи энергии. Как показано на фигуре, система 300 для передачи энергии может содержать устройство 310, установленное на механическую основу 320, и элемент 330 для передачи энергии, распространяющий энергию от устройства 310. Элемент 330 для передачи энергии может быть выполнен с возможностью обеспечения уменьшения всех зазоров 340, которые могут возникать при объединении множества механических основ 320 устройства в массив из множества устройств 310.
[121] Например, если активная зона 310 устройства имеет размеры 20 мм × 10 мм, а механическая основа 320 имеет размеры 40 мм × 20 мм, элемент 330 для передачи энергии может характеризоваться расширением с коэффициентом 2:1 с созданием конической формы с размерами приблизительно 20 мм × 10 мм на узком конце (стрелка A) и 40 мм × 20 мм на расширенном конце (стрелка B), обеспечивая возможность непрерывного совмещения массива этих элементов 330 друг с другом без накладывания на механическую основу 320 каждого устройства 310 или ее изменения. Механически элементы 330 для передачи могут быть соединены или склеены друг с другом, выровнены и отполированы с обеспечением минимального зазора 340 между элементами устройств 310. В одном таком варианте осуществления может быть обеспечен зазор 340 между элементами, который меньше предела остроты зрения глаза.
[122] ФИГ. 4 иллюстрирует пример основной конструкции 400, содержащей элементы 410 для передачи энергии, образованные совместно и надежно закрепленные на дополнительной механической конструкции 430. Механическая конструкция непрерывной энергетической поверхности 420 обеспечивает возможность последовательного соединения множества элементов 410, 450 для передачи энергии в единую основную конструкцию путем склеивания или с применением других механических способов прикрепления элементов 410, 450 для передачи. В некоторых вариантах осуществления каждый элемент 410 для передачи может быть приплавлен, приклеен, приварен, посажен под давлением, совмещен или иным образом соединен с другими элементами для получения результирующей непрерывной энергетической поверхности 420. В некоторых вариантах осуществления устройство 480 может быть установлено на заднюю сторону элемента 410 для передачи и пассивно или активно совмещено для обеспечения соответствующего выравнивания местоположении энергии в пределах определенного допуска.
[123] В одном варианте осуществления непрерывная энергетическая поверхность содержит одно или более энергетических местоположений, а один или более пакетов элементов для передачи энергии имеют первую и вторую сторону, и каждый пакет элементов для передачи энергии выполнен с возможностью образования единой непрерывной поверхности отображения, направляющей энергию вдоль путей распространения, проходящих между одним или более местоположениями энергии и непрерывной поверхностью отображения, причем расстояние между краями любых двух смежных вторых сторон оконечных элементов для передачи энергии меньше наименьшего различимого зазора, определяемого остротой зрения человеческого глаза, а именно лучше, чем зрение 20/40, на расстоянии, превышающем ширину единой непрерывной поверхности отображения.
[124] В одном варианте осуществления каждая из непрерывных энергетических поверхностей содержит один или более элементов для передачи энергии, каждый из которых содержит одну или более конструкций, образующих первую и вторую поверхности с поперечной и продольной ориентацией. Первая поверхность для передачи имеет площадь, отличную от площади второй поверхности, что обуславливает положительное или отрицательное увеличение, причем для первой и второй поверхностей конфигурируют четкие контуры поверхности, а энергия, проходящая через вторую поверхность передачи, по существу заполняет угол +/-10 градусов относительно нормали контура поверхности по всей второй поверхности передачи.
[125] В одном варианте осуществления множество доменов энергии может быть сконфигурировано внутри одного или между множеством устройств для передачи энергии для определения направления одного или более путей распространения воспринимаемой энергии голографии, включая визуальные, акустические, тактильные или другие домены энергии.
[126] В одном варианте осуществления непрерывная энергетическая поверхность выполнена с устройствами для передачи энергии, которые имеют две или более первых сторон для каждой второй стороны, для возможности одновременного приема и излучения одного или более доменов энергии с целью обеспечения двустороннего распространения энергии по всей системе.
[127] В одном варианте осуществления применяют устройства для передачи энергии в виде свободных когерентных элементов.
Введение в компонентные инженерные конструкции:
Раскрытие усовершенствований в устройствах для передачи энергии с поперечной андерсоновской локализацией
[128] Свойства устройств для передачи энергии могут быть значительно оптимизированы в соответствии с принципами, раскрытыми в настоящем документе в отношении элементов для передачи энергии, которые обеспечивают поперечную андерсоновскую локализацию. Поперечная андерсоновская локализация представляет собой распространение луча, передаваемого через поперечно неупорядоченный, но продольно-согласованный материал.
[129] Это означает, что эффект материалов, для которых характерно явление андерсоновской локализации, может меньше зависеть от полного внутреннего отражения, чем при произвольном распределении между путями многократного рассеяния, где интерференция волн может сильно ограничить распространение в поперечной ориентации после продолжения распространения в продольной ориентации.
[130] Значительное дополнительное преимущество состоит в отсутствии оболочки традиционных многожильных волоконно-оптических материалов. Оболочка предназначена для функционального устранения рассеяния энергии между волокнами, но одновременно действует как барьер для лучей энергии, таким образом уменьшая передачу на по меньшей мере соотношение размеров сердцевины и оболочки (например, при соотношении размеров сердцевины и оболочки 70:30 передача будет составлять в лучшем случае 70% от принятой энергии), и дополнительно приводит к сильному пиксельному структурированию распространяемой энергии.
[131] ФИГ. 5A иллюстрирует вид с торца приведенного в качестве примера одного такого устройства 500 для передачи энергии с неандерсоновской локализацией, в котором посредством многожильных оптических волокон передают изображение, в котором может проявляться пикселизация и создаваемый волокном шум из-за собственных свойств оптических волокон. В традиционных многомодовых и многожильных оптических волокнах передаваемые изображения могут быть значительно пикселизированы из-за свойств полного внутреннего отражения дискретного массива сердцевин, причем любое взаимное влияние между сердцевинами ухудшает модуляционно-передаточную функцию и увеличивает размытость изображения. Результирующие изображения, полученные с использованием традиционного многожильного оптического волокна с волокнистой структурой, аналогичной структуре, изображенной на ФИГ. 5A, как правило, имеют постоянный остаточный шум.
[132] ФИГ. 5В иллюстрирует пример того же изображения 550, переданного с помощью устройства для передачи энергии, содержащего материалы со свойствами поперечной андерсоновской локализации, причем переданный рисунок имеет структуру с большей плотностью зерна по сравнению с постоянной волокнистой структурой, показанной на ФИГ. 5А. В одном варианте осуществления устройства для передачи, содержащие неупорядоченные микроскопические компонентные инженерные конструкции, обеспечивают поперечную андерсоновскую локализацию и переносят свет более эффективно с лучшим распространением отображаемого разрешения, чем имеющиеся в продаже многомодовые стекловолоконные волноводы.
[133] В одном варианте осуществления элемент для передачи, обладающий свойством поперечной андерсоновской локализации, может содержать множество из по меньшей мере двух различных компонентных инженерных конструкций в каждой из трех ортогональных плоскостей, расположенных в трехмерной конструкции, а указанное множество конструкций характеризуются неупорядоченным распределением свойств распространения волны в материале в поперечной плоскости в пределах трехмерной конструкции, и каналы с аналогичными значениями свойств распространения волны в материале в продольной плоскости в пределах трехмерной конструкции, причем энергетические волны, распространяющиеся по устройству для передачи энергии, имеют более высокую эффективность передачи в продольной ориентации по сравнению с поперечной ориентацией и пространственно локализованы в поперечной ориентации.
[134] В одном варианте осуществления неупорядоченное распределение свойств распространения волны в материале в поперечной плоскости в пределах трехмерной конструкции может привести к нежелательным конфигурациям вследствие неупорядоченного характера распределения. Неупорядоченное распределение свойств распространения волны в материале может обеспечивать усредненную андерсоновскую локализацию энергии по всей поперечной плоскости, однако ограниченные зоны подобных материалов, обладающих подобными свойствами распространения волны, могут случайно образовываться в результате неуправляемого случайного распределения. Например, если размер этих локальных зон с аналогичными свойствами распространения волны становятся слишком большими по размеру по сравнению с их предполагаемым доменом передачи энергии, может происходить потенциальное снижение эффективности передачи энергии через материал.
[135] В одном варианте осуществления устройство для передачи может быть образовано в результате неупорядоченного распределения компонентных инженерных конструкций для передачи видимого света из определенного диапазона длин волн за счет обеспечения поперечной андерсоновской локализации света. Однако вследствие их случайного распределения указанные конструкции могут случайно располагаться таким образом, что непрерывная зона одной компонентной инженерной конструкции образуется в поперечной плоскости, которая во много раз больше длины волны видимого света. В результате видимый свет, распространяющийся вдоль продольной оси большой, непрерывной области из одного материала, может характеризоваться сниженным эффектом поперечной андерсоновской локализации и снижением эффективности его передачи через устройство для передачи.
[136] В одном варианте осуществления может быть желательным обеспечить упорядоченное распределение свойств распространения волны в материале в поперечной плоскости материала устройства для передачи энергии. Такое неслучайное (или «упорядоченное») распределение предпочтительно должно обеспечивать эффект локализации энергии с помощью способов, аналогичных поперечной андерсоновской локализации, в то же время сводя к минимуму потенциальное снижение эффективности передачи вследствие аномального распределения свойств материала, которое по существу происходит вследствие случайного распределения свойств. Использование упорядоченного распределения свойств распространения волны в материале для обеспечения эффекта поперечной локализации энергии, аналогичного эффекту поперечной андерсоновской локализации в элементе для передачи энергии, далее будет называться упорядоченной локализацией энергии.
[137] В одном варианте осуществления множество доменов энергии может быть сконфигурировано в пределах одного или между множеством устройств для передачи энергии с упорядоченной локализацией энергии для определения направления одного или более путей распространения воспринимаемой энергии голографии, включая визуальные, акустические, тактильные или другие домены энергии.
[138] В одном варианте осуществления непрерывная энергетическая поверхность выполнена с устройствами для передачи энергии с упорядоченной локализацией энергии, которые содержат две или более первых сторон для каждой второй стороны для одновременного приема и излучения одного или более доменов энергии для обеспечения двустороннего распространения энергии по всей системе.
[139] В одном варианте осуществления устройства для передачи энергии с упорядоченной локализацией энергии выполнены в виде свободных когерентных или гибких элементов для передачи энергии.
Аспекты пленоптических четырехмерных функций:
Избирательное распространение энергии с помощью массивов голографических волноводов
[140] Как обсуждалось выше и как обсуждается в других местах настоящего документа, система отображения светового поля, как правило, содержит источник энергии (например, источник освещения) и непрерывную энергетическую поверхность, выполненную с достаточной пространственной плотностью энергии, как указано в вышеприведенном обсуждении. Для передачи энергии от энергетических устройств к непрерывной энергетической поверхности может быть использовано множество элементов для передачи энергии. Как только энергия с необходимой пространственной плотностью энергии будет доставлена к непрерывной энергетической поверхности, указанная энергия может распространяться в соответствии с пленоптической четырехмерной функцией по раскрытой системе энергетических волноводов. Специалистам в данной области техники хорошо известна пленоптическая четырехмерная функция, поэтому далее она не будет раскрыта.
[141] Система энергетических волноводов избирательно распространяет энергию по множеству местоположений энергии вдоль непрерывной энергетической поверхности, представляющей собой пространственную координату пленоптической четырехмерной функции, с помощью конструкции, выполненной с возможностью изменения углового направления проходящих энергетических волн путем отображения углового компонента пленоптической четырехмерной функции, причем распространяемые энергетические волны могут сходиться в пространстве по множеству путей распространения, направленных с применением пленоптической четырехмерной функции.
[142] На ФИГ. 6 представлен пример энергетической поверхности светового поля в пространстве четырехмерного изображения в соответствии с пленоптической четырехмерной функцией. На данной фигуре показаны траектории лучей, направленные от энергетической поверхности 600 к зрителю 620, для описания того, как лучи энергии сходятся в пространстве 630 из разных положений в зоне видимости. Как показано на фигуре, каждый элемент 610 волновода определяет четыре измерения для информации, описывающей распространение 640 энергии через энергетическую поверхность 600. Два пространственных измерения (которые в данном документе обозначены как x и y) представляют физическое множество местоположений энергии, которые можно видеть в пространстве изображения, и угловые компоненты тэта и фи (которые в данном документе обозначены как u и v), наблюдаемые в виртуальном пространстве при проецировании через массив энергетических волноводов. В целом и в соответствии с пленоптической четырехмерной функцией множество волноводов (например, элементарных линз) выполнено с возможностью направления местоположения энергии из точки со значениями x, y в уникальное местоположение в виртуальном пространстве вдоль направления, определяемого угловым компонентом u, v, при формировании описанной в настоящем документе голографической системы или системы светового поля.
[143] Однако для специалиста в данной области техники будет очевидно, что существенная проблема технологий светового поля и голографического отображения возникает из-за неконтролируемого распространения энергии из-за конструкции, в которой строго не учтена дифракция, рассеяние, диффузия, угловое направление, калибровка, фокусировка, коллимирование, кривизна, однородность, взаимное влияние элементов, а также множество других параметров, которые обуславливают снижение эффективного разрешения, а также приводят к невозможности точного схождения энергии с достаточной точностью.
[144] В одном варианте осуществления подход в отношении избирательного распространения энергии для решения проблем, связанных с голографическим отображением, может включать элементы, ограничивающие распространение энергии и по существу заполняющие апертуры волновода практически сколлимированной энергией, определяемой пленоптической четырехмерной функцией, в окружающем пространстве.
[145] В одном варианте осуществления массив энергетических волноводов может определять для каждого элемента волновода множество путей распространения энергии, которая может проходить через эффективную апертуру элемента волновода в уникальных направлениях, определяемых заданной четырехмерной функцией, и по существу заполнять указанную апертуру для множества местоположений энергии вдоль непрерывной энергетической поверхности, ограниченной одним или более элементами, размещенными для ограничения распространения каждого местоположения энергии для ее прохождения исключительно через один волноводный элемент.
[146] В одном варианте осуществления множество доменов энергии может быть сконфигурировано внутри одного или между множеством энергетических волноводов для определения одного или более направлений распространения воспринимаемой энергии голографии, включая визуальные, акустические, тактильные или другие домены энергии.
[147] В одном варианте осуществления энергетические волноводы и непрерывная энергетическая поверхность выполнены с возможностью приема и излучения одного или более доменов энергии для обеспечения двустороннего распространения энергии по всей системе.
[148] В одном варианте осуществления энергетические волноводы выполнены с возможностью распространения энергии с нелинейным или нерегулярным распределением, включающим не содержащие энергию области пустоты, с применением кодированных цифровым способом, дифракционных, рефракционных, отражающих, с градиентным показателем преломления, голографических, френелевских или подобных конфигураций волновода для любой ориентации непрерывной энергетической поверхности, включая стену, стол, пол, потолок, помещение или среды с другой геометрической конфигурацией. Еще в одном варианте осуществления элемент энергетического волновода может быть выполнен с возможностью создания различных геометрических конфигураций, которые обеспечивают просмотр на поверхности с любым профилем и/или просмотр на ровной площадке, позволяя пользователям просматривать сформированные голографические изображения со всех сторон энергетической поверхности в конфигурации с углом обзора 360 градусов.
[149] В одном варианте осуществления элементы массива энергетических волноводов могут быть отражающими поверхностями, а расположение указанных элементов может быть гексагональным, квадратным, неправильным, полуправильным, изогнутым, неплоским, сферическим, цилиндрическим, наклонным правильным, наклонным неправильным, пространственно изменяющимся и/или многослойным.
[150] Для любого компонента в пределах непрерывной энергетической поверхности волновод или компоненты устройства для передачи могут включать, без ограничений, оптическое волокно, кремний, стекло, полимер, устройства для передачи света, дифракционные, голографические, рефракционные или отражающие элементы, оптические пластины, сумматоры энергии, светоделители, призмы, поляризационные элементы, пространственные модуляторы света, активные пиксели, жидкокристаллические ячейки, прозрачные дисплеи или любые подобные материалы, обеспечивающие андерсоновскую локализацию или полное внутреннее отражение.
Реализация Holodeck:
Объединение в двусторонних системах непрерывной энергетической поверхности для стимуляции органов восприятия человека в голографических средах
[151] Возможно создать крупномасштабные среды систем непрерывной энергетической поверхности путем их размещения рядом друг с другом, сплавления, склеивания, присоединения и/или сшивания множества непрерывных энергетических поверхностей друг с другом с образованием систем произвольных размеров, форм, с произвольными профилями или конструктивными параметрами, включая целые помещения. Каждая система энергетической поверхности может содержать узел, имеющий основную конструкцию, энергетическую поверхность, устройства для передачи, волновод, устройства и электронное оборудование, которые в совокупности выполнены с возможностью двустороннего распространения, излучения, отражения или восприятия энергии голографии.
[152] В одном варианте осуществления среду из размещенных рядом друг с другом систем с непрерывной энергией объединяют с образованием больших непрерывных плоских или изогнутых стен, включая установки, содержащие почти все или все поверхности в данной среде, и конфигурируют в виде какой-либо комбинации непрерывных, прерывистых плоских, многогранных, изогнутых, цилиндрических, сферических, геометрических конфигураций или неправильных геометрических конфигураций.
[153] В одном варианте осуществления объединенные размещенные рядом друг с другом части плоских поверхностей образуют системы по размеру стены для театральных или осуществляемых по месту проведения мероприятия голографических представлений. В одном варианте осуществления объединенные размещенные рядом друг с другом части плоских поверхностей охватывают помещение с четырьмя-шестью стенами, включая потолок и пол, для обеспечения голографических инсталляций в замкнутом пространстве. В одном варианте осуществления объединенные размещенные рядом друг с другом части криволинейных поверхностей создают цилиндрическую непрерывную среду для обеспечения голографических инсталляций с эффектом присутствия. В одном варианте осуществления объединенные размещенные рядом друг с другом части непрерывных сферических поверхностей образуют голографический купол для обеспечения полного эффекта присутствия на основе технологии Holodeck.
[154] В одном варианте осуществления объединенные размещенные рядом друг с другом части непрерывных изогнутых энергетических волноводов образуют механические края, которые точно следуют рисунку вдоль границы элементов, ограничивающих распространение энергии, в конструкции энергетического волновода для склеивания, выравнивания или сплавления смежных размещенных рядом друг с другом механических краев смежных поверхностей волновода, в результате чего получают модульную и непрерывную систему энергетических волноводов.
[155] В другом варианте осуществления объединенной среды с размещенными рядом друг с другом элементами энергия распространяется в обе стороны одновременно для множества доменов энергии. Еще в одном варианте осуществления энергетическая поверхность обеспечивает возможность одновременного отображения и захвата с помощью одной и той же энергетической поверхности с применением волноводов, выполненных таким образом, что данные светового поля могут быть спроецированы источником освещения через волновод и одновременно приняты посредством той же энергетической поверхности. Еще в одном варианте осуществления могут быть использованы дополнительные технологии определения глубины и активного сканирования для обеспечения взаимосвязи между распространяющейся энергией и зрителем в правильных физических координатах. Еще в одном варианте осуществления энергетическая поверхность и волновод могут быть выполнены с возможностью излучения, отражения или обеспечения схождения частот таким образом, чтобы вызвать тактильные ощущения или объемную тактильную обратную связь.
В некоторых вариантах осуществления возможно применение любой комбинации двустороннего распространения энергии и объединенных поверхностей.
[156] В одном варианте осуществления система содержит энергетический волновод, способный осуществлять двустороннее излучение и восприятие энергии через энергетическую поверхность с помощью одного или более энергетических устройств, независимо сопряженных с сумматорами энергии с двумя или более путями для попарного соединения по меньшей мере двух энергетических устройств с одним и тем же участком непрерывной энергетической поверхности, или одно или более энергетических устройств прикрепляют за энергетической поверхностью рядом с дополнительным компонентом, прикрепленным к основной конструкции, или в местоположении перед полем зрения и за полем зрения волновода для внеосевого прямого или отраженного проецирования или восприятия, а результирующая энергетическая поверхность обеспечивает двустороннюю передачу энергии, позволяющую волноводу осуществлять схождение энергии, первому устройству излучать энергию и второму устройству воспринимать энергию, причем информацию обрабатывают для выполнения задач, связанных с машинным распознаванием образов, включающим, без ограничений, пленоптическое четырехмерное слежение за глазами и сетчаткой глаза или обнаружение интерференции в структурах распространяемой энергии, оценку глубины, приближение, отслеживание движения, создание изображения, цвета или звука, или другой анализ частоты энергии. Еще в одном варианте осуществления отслеживаемые положения активно вычисляют и изменяют положения энергии на основании интерференции между двусторонними захваченными данными и информацией проецирования.
[157] В некоторых вариантах осуществления множество комбинаций из трех энергетических устройств, содержащих ультразвуковой датчик, визуальный электромагнитный дисплей и ультразвуковое излучающее устройство, конфигурируют вместе для каждой из трех первых поверхностей передачи, распространяющих энергию, которые объединены в единую вторую поверхность передачи энергии с каждой из трех первых поверхностей, имеющей технически предусмотренные свойства, специфичные для домена энергии каждого устройства, а два инженерных элемента волновода сконфигурированы, соответственно, для ультразвуковой и электромагнитной энергии, для обеспечения возможности независимого направления и схождения энергии для каждого устройства и по существу не подвержены воздействию других элементов волноводов, которые сконфигурированы для отдельного домена энергии.
[158] В некоторых вариантах осуществления раскрыта процедура калибровки, позволяющая эффективно осуществлять производство, устраняя системные артефакты, и выполнять геометрическое сопоставление результирующей энергетической поверхности с использованием технологий кодирования/декодирования, а также специализированных интегрированных систем для преобразования данных в откалиброванную информацию, пригодную для распространения энергии на основании откалиброванных файлов конфигурации.
[159] В некоторых вариантах осуществления дополнительные последовательно соединенные энергетические волноводы и одно или более энергетических устройств могут быть объединены в систему для создания непрозрачных голографических пикселей.
[160] В некоторых вариантах осуществления могут быть интегрированы дополнительные элементы волновода, содержащие элементы, ограничивающие распространение энергии, светоделители, призмы, активные параллаксные барьеры или технологии поляризации для обеспечения пространственного и/или углового разрешения, превышающего диаметр волновода, или для обеспечения сверхвысокого разрешения для других целей.
[161] В некоторых вариантах осуществления раскрытая энергетическая система также может быть выполнена в виде носимого двухстороннего устройства, такого как устройство виртуальной реальности (VR) или устройство дополненной реальности (AR). В других вариантах осуществления энергетическая система может содержать регулировочный оптический элемент (регулировочные оптические элементы), с помощью которого (которых) отображаемую или принимаемую энергию фокусируют вблизи определенной плоскости в пространстве для зрителя. В некоторых вариантах осуществления массив волноводов может быть включен в укрепляемый на голове голографический дисплей. В других вариантах осуществления система может включать множество оптических путей, позволяющих зрителю видеть как энергетическую систему, так и реальную окружающую обстановку (например, применяют прозрачный голографический дисплей). В этих случаях система может быть выполнена в виде системы ближнего поля в дополнение к другим способам.
[162] В некоторых вариантах осуществления передача данных включает процессы кодирования с выбираемыми или переменными коэффициентами сжатия, для которых входные данные представляют собой произвольный набор данных из информации и метаданных; анализа указанного набора данных и приема или присвоения свойств материала, векторов, идентификаторов поверхности, новых данных пикселей, формирующих более разреженный набор данных, причем принятые данные могут включать: двухмерные, стереоскопические, многовидовые, метаданные, световое поле, голографические, геометрические данные, векторы или векторизованные метаданные, а кодер/декодер может обеспечивать возможность преобразования данных в режиме реального времени или в офлайн-режиме, включая обработку изображения для: двухмерных данных; двухмерных данных и глубины, метаданных или другой векторизованной информации; стереоскопических данных, стереоскопических данных и глубины, метаданных или другой векторизованной информации; многовидовых данных; многовидовых данных и глубины, метаданных или другой векторизованной информации; голографических данных; или содержимого светового поля; с применением алгоритмов оценки глубины, с метаданными глубины или без них; а способ обратной трассировки лучей соответствующим образом сопоставляет результирующие преобразованные данные, полученные путем обратной трассировки лучей, из различных двухмерных, стереоскопических, многовидовых, объемных данных светового поля или голографических данных в физические координаты с применением охарактеризовывающей пленоптической четырехмерной функции. В этих вариантах осуществления общая требуемая передача данных может представлять собой на много порядков меньшую передаваемую информацию, чем необработанный набор данных светового поля.
Конические устройства для передачи энергии
[163] Чтобы дополнительно решить задачу обеспечения высокого разрешения с применением массива отдельных источников энергетической волны, содержащих расширенные механические основы, можно использовать конические устройства для передачи энергии для увеличения эффективного размера каждого источника энергии. Массив конических устройств для передачи энергии может быть сшит с образованием единой непрерывной энергетической поверхности для преодоления ограничений механических требований для этих источников энергии.
[164] В варианте осуществления один или более элементов устройства для передачи энергии могут быть выполнены с возможностью направления энергии вдоль путей распространения, которые проходят между одним или более местоположениями энергии, и единой бесшовной энергетической поверхностью.
[165] Например, если активная зона источника энергетической волны имеет размеры 20 × 10 мм, а механическая основа имеет размеры 40 × 20 мм, можно сконструировать коническое устройство для передачи энергии с расширением 2:1 для обеспечения конического элемента с размерами 20 мм × 10 мм (в разрезанном виде) на узком конце и 40 мм х 20 мм (в разрезанном виде) на расширенном конце, обеспечивая возможность бесшовного совмещения в массиве этих конических элементов друг с другом без изменения или нарушения механической основы каждого источника энергетической волны.
[166] На ФИГ. 72 показано мозаичное расположение 7400 одного такого конического устройства для передачи энергии в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Как показано на ФИГ. 72, устройство 7400 для передачи энергии может содержать два или более элементов 7402 для передачи, причем каждый элемент 7402 для передачи образован из одной или более конструкций, каждый элемент 7402 для передачи имеет первую поверхность 7406, вторую поверхность 7408, поперечную ориентацию (как правило, параллельную поверхностям 7406, 7408) и продольную ориентацию (как правило, перпендикулярную поверхностям 7406, 7408). Площадь первой поверхности 7406 может отличаться от площади второй поверхности 7408. Для элемента 7402 для передачи площадь первой поверхности 7406 меньше, чем площадь второй поверхности 7408. В другом варианте осуществления площадь первой поверхности 7406 может быть такой же или большей, чем площадь второй поверхности 7408. Энергетические волны могут проходить от первой поверхности 7406 ко второй поверхности 7408 или наоборот.
[167] Как показано на ФИГ. 72, элемент 7402 для передачи устройства 7400 с элементами для передачи содержит участок 7404 с наклонным профилем между первой поверхностью 7406 и второй поверхностью 7408. В ходе эксплуатации энергетические волны, распространяющиеся между первой поверхностью 7406 и второй поверхностью 7408, в продольной ориентации могут иметь более высокую эффективность передачи, чем в поперечной ориентации, а прохождение энергетических волн через элемент 7402 для передачи может приводить к пространственному увеличению или пространственному уменьшению. Другими словами, энергетические волны, проходящие через элемент 7402 для передачи устройства 7400 с элементами для передачи, могут быть увеличены в большей или меньшей степени. В одном варианте осуществления энергия может быть направлена через один или более элементов для передачи энергии с нулевым увеличением. В некоторых вариантах осуществления одна или более конструкций для создания устройств с элементами для передачи могут содержать стекло, углерод, оптическое волокно, оптическую пленку, пластмассу, полимер или их смеси.
[168] В одном варианте осуществления энергетические волны, проходящие через первую поверхность, имеют первое разрешение, а энергетические волны, проходящие через вторую поверхность, имеют второе разрешение, причем второе разрешение составляет по меньшей мере приблизительно 50 % первого разрешения. В другом варианте осуществления, хотя энергетические волны имеют однородный профиль, при их присутствии на первой поверхности они могут проходить через вторую поверхность, излучающую энергию в любом направлении с некоторой плотностью энергии в прямом направлении, которая по существу заполняет конус с углом раскрытия +/-10 градусов относительно нормали второй поверхности, независимо от местоположения на второй поверхности для передачи.
[169] В некоторых вариантах осуществления первая поверхность может быть выполнена с возможностью приема энергии от источника энергетической волны, причем источник энергетической волны содержит механическую основу, имеющую ширину, отличную от ширины по меньшей мере одной из первой поверхности и второй поверхности.
[170] В одном варианте осуществления передача энергии может происходить между первой и второй поверхностями, которые определяют продольную ориентацию, причем первая и вторая поверхности каждого из устройств для передачи проходят, как правило, вдоль поперечной ориентации, определяемой первым и вторым направлениями, причем продольная ориентация является по существу перпендикулярной по отношению к поперечной ориентации. В одном варианте осуществления энергетические волны, распространяющиеся через множество устройств для передачи, обладают более высокой эффективностью передачи в продольной ориентации, чем в поперечной ориентации и пространственно локализованы в поперечной плоскости вследствие варьируемости неупорядоченного показателя преломления в поперечной ориентации, связанной с изменением минимального показателя преломления в продольной ориентации, согласно принципу поперечной андерсоновской локализации. В некоторых вариантах осуществления, в которых каждое устройство для передачи выполнено из многожильного волокна, энергетические волны, распространяющиеся внутри каждого элемента для передачи, могут перемещаться в продольной ориентации, определяемой совмещением волокон в этой ориентации.
[171] Механически эти конические устройства для передачи энергии обрезают и полируют с высокой степенью точности перед их склеиванием или сплавлением друг с другом, чтобы выровнять их и обеспечить минимально возможный зазор между устройствами для передачи. После склеивания устройств для передачи непрерывную поверхность, образованную вторыми поверхностями устройств для передачи энергии, полируют. В одном таком варианте осуществления с помощью эпоксидной смолы, которая термически пригодна для материала конического элемента, можно обеспечить максимальный зазор между элементами в 50 мкм. В другом варианте осуществления производственный процесс, в котором массив конических элементов подвергают сжатию и/или нагреву, обеспечивает возможность сплавления элементов друг с другом. В другом варианте осуществления, используемые пластмассовые конические элементы может быть легче химически сплавить или термически обработать для их соединения без дополнительного склеивания. Во избежание неоднозначного толкования отметим, что может быть использован любой способ для объединения в массив, который явно не включает никакие способы соединения, кроме применения силы тяжести и/или прессования.
[172] В одном варианте осуществления расстояние между краями любых двух смежных вторых поверхностей оконечных элементов для передачи энергии может быть меньшим наименьшего различимого зазора, определяемого остротой зрения глаза человека, имеющего лучшее зрение, чем 20/40, на расстоянии от непрерывной энергетической поверхности, которое представляет собой меньшее из высоты единой непрерывной энергетической поверхности или ширины единой непрерывной энергетической поверхности.
[173] Механическая конструкция предпочтительно должна удерживать множество компонентов таким образом, чтобы обеспечить соответствие определенному заданному допуску. В некоторых вариантах осуществления первая и вторая поверхности конических элементов для передачи могут иметь любые многоугольные формы, включая, без ограничений, круговую, эллиптическую, овальную, треугольную, квадратную, прямоугольную, параллелограммную, трапециевидную, ромбовидную, пятиугольную, шестиугольную формы и т. д. В некоторых примерах для неквадратных конических элементов для передачи, например, прямоугольных конических элементов для передачи, элементы для передачи могут поворачивать для обеспечения минимального размера конического элемента для передачи, параллельного наибольшим размерам полного источника энергии. Этот подход позволяет оптимизировать источник энергии, чтобы обеспечить наименьшее отклонение лучей света из-за приемного конуса увеличенного элемента для передачи при наблюдении с центральной точки источника энергии. Например, если требуемый размер источника энергии составляет 100 мм на 60 мм, а каждое коническое устройство для передачи энергии имеет размеры 20 мм на 10 мм, элементы для передачи могут быть совмещены и повернуты таким образом, чтобы можно было собрать массив из 3-10 конических элементов для передачи энергии для создания источника энергии требуемого размера. В данном случае ничто не указывает на то, что не может быть использован массив с альтернативной конфигурацией, например, массив с матрицей 6 на 5 элементов, среди других возможных комбинаций. Массив по схеме 3×10, как правило, работает лучше, чем по альтернативной схеме 6×5.
Пакеты элементов для передачи энергии
[174] Хотя в наиболее упрощенном случае формирования система источника энергии состоит из одного источника энергии, соединенного с отдельным коническим элементом для передачи энергии, может быть присоединено множество элементов для передачи с образованием единого модуля источника энергии с повышенным качеством или гибкостью. Один такой вариант осуществления включает первое коническое устройство для передачи энергии с узким концом, прикрепленным к источнику энергии, и второе коническое устройство для передачи энергии, соединенное с первым элементом для передачи, причем узкий конец второго конического элемента для передачи света контактирует с расширенным концом первого элемента для передачи, обеспечивая полное усиление, равное произведению значений усиления двух отдельных конических элементов. Этот приведенный в качестве примера пакет элементов для передачи энергии состоит из последовательности двух или более элементов для передачи энергии, причем каждый элемент для передачи энергии имеет первую сторону и вторую сторону, причем в пакете передача энергии происходит от первой поверхности первого элемента ко второй поверхности последнего элемента в последовательности, также называемой оконечной поверхностью. Каждый элемент для передачи энергии может быть выполнен с возможностью направления энергии через него.
[175] В одном варианте осуществления устройство для направления энергии содержит одно или более местоположений энергии и один или более пакетов элементов для передачи энергии. Каждый пакет элементов для передачи энергии содержит один или более элементов для передачи энергии, причем каждый элемент для передачи энергии имеет первую поверхность и вторую поверхность. Каждый элемент для передачи энергии может быть выполнен с возможностью направления через него энергии. В одном варианте осуществления вторые поверхности оконечных элементов для передачи энергии из каждого пакета элементов для передачи энергии могут быть расположены с возможностью образования единой бесшовной поверхности отображения. В одном варианте осуществления один или более пакетов элементов для передачи энергии могут быть выполнены с возможностью направления энергии вдоль путей распространения энергии, которые проходят между одним или более местоположениями энергии и едиными бесшовными поверхностями отображения.
[176] На ФИГ. 73 представлен вид сбоку пакета 7500 элементов для передачи энергии, включающего два последовательно расположенных комбинированных конических устройства 7502, 7504 для передачи света, причем оба конических устройства обращены узкими концами к поверхности 7506 источника энергии, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Как показано на ФИГ. 73, числовая апертура на входе (NA) составляет 1,0 на входе конического элемента 7504, но лишь приблизительно 0,16 на выходе конического элемента 7502. Следует отметить, что числовая апертура на выходе имеет значение, разделенное на общее расширение, равное 6, которое является произведением 2 для конического элемента 7504 и 3 для конического элемента 7502. Одним из преимуществ этого подхода является возможность настройки первого элемента для передачи энергетической волны с учетом различных размеров источника энергии без изменения второго элемента для передачи энергетической волны. Это также обеспечивает гибкость при изменении размера выходной энергетической поверхности без изменения конструкции источника энергии или первого элемента для передачи. Кроме того, на ФИГ. 73 показан источник 7506 энергии и механическая основа 7508, содержащая электронное оборудование привода источника энергии.
[177] В одном варианте осуществления первая поверхность может быть выполнена с возможностью приема энергетических волн от блока источника энергии (например, 7506), причем блок источника энергии содержит механическую основу, имеющую ширину, отличную от ширины по меньшей мере одной из первой поверхности и второй поверхности. В одном варианте осуществления энергетические волны, проходящие через первую поверхность, могут иметь первое разрешение, а энергетические волны, проходящие через вторую поверхность, могут иметь второе разрешение, в результате чего второе разрешение составляет по меньшей мере приблизительно 50% первого разрешения. В другом варианте осуществления, хотя энергетические волны имеют однородный профиль, при их присутствии на первой поверхности они могут проходить через вторую поверхность, излучающую энергию в любом направлении с некоторой плотностью энергии в прямом направлении, которая по существу заполняет конус с углом раскрытия +/-10 градусов относительно нормали второй поверхности, независимо от местоположения на второй поверхности для передачи.
[178] В одном варианте осуществления множество элементов для передачи энергии в пакетной конфигурации могут включать множество пластин (устройств для передачи с единичным увеличением). В некоторых вариантах осуществления множество пластин могут иметь разную длину или представляют собой свободные когерентные устройства для передачи света. В других вариантах осуществления элементы из множества элементов могут иметь участки с наклонным профилем, причем указанные участки с наклонным профилем могут быть угловыми, линейными, изогнутыми, коническими, многогранными или выровненными не перпендикулярно по отношению к вертикальной оси элемента для передачи. Еще в одном варианте осуществления энергетические волны, распространяющиеся через множество элементов для передачи, характеризуются более высокой эффективностью передачи в продольной ориентации, чем в поперечной ориентации, и пространственно локализованы в поперечной ориентации из-за варьируемости неупорядоченного показателя преломления в поперечной ориентации, связанной с изменением минимального показателя преломления в продольной ориентации. В вариантах осуществления, в которых каждое устройство для передачи энергии изготовлено из многожильного волокна, энергетические волны, распространяющиеся внутри каждого элемента для передачи, могут проходить в продольной ориентации, определяемой совмещением волокон в этой ориентации.
Устройство для передачи оптического изображения и конические элементы
[179] Чрезвычайно плотные волоконные жгуты могут быть изготовлены с использованием множества материалов, позволяющих передавать свет с когерентностью пикселей и высоким коэффициентом пропускания при передаче. Оптические волокна обеспечивают направление света вдоль прозрачных волокон из стекла, пластмассы или аналогичной среды. Этим явлением управляют с применением концепции, называемой полным внутренним отражением. Происходит полное внутреннее отражение луча света между двумя прозрачными оптическими материалами с различным показателем преломления, когда луч находится в пределах критического угла для материала и падает со стороны более плотного материала.
[180] На ФИГ. 74 представлены фундаментальные принципы внутреннего отражения через устройство 7600 для передачи с сердцевиной и оболочкой, имеющее максимальный угол приема ∅ 7608 (или NA материала), материалы сердцевины 7612 и оболочки 7602 с разными показателями преломления, а также отраженные 7604 и преломленные 7610 лучи. Как правило, пропускание света уменьшается менее чем на 0,001 процента при отражении и в волокне диаметром около 50 микрон может происходить 3000 отражений на фут (0,305 м), что может позволить понять, насколько эффективным может быть пропускание света в данном случае по сравнению с другими сложными оптическими способами.
[181] Можно вычислить зависимость между углом (I) падения и углом (R) преломления с помощью закона Снелла: , где n1 представляет собой показатель преломления для воздуха, а n2 представляет собой показатель преломления для материала 7612 сердцевины.
[182] Для специалиста в области волоконной оптики будут очевидными оптические принципы, связанные со способностью к концентрации световых лучей, максимальным углом приема и другими необходимыми вычислениями, позволяющие понять, как свет проходит через оптоволоконные материалы. Эту концепцию важно понимать, поскольку оптоволоконные материалы следует рассматривать как средство передачи света, а не его фокусировки, как будет описано в последующих вариантах осуществления.
[183] Понимание углового распределения света, выходящего из оптического волокна, важно для этого раскрытия и оно может быть не таким, как можно ожидать, исходя из угла падения. Поскольку азимутальный угол выхода луча 7610, как правило, быстро изменяется в зависимости от максимального угла 7608 приема, длины и диаметра волокна, а также других параметров материалов, создаваемые лучи, как правило, выходят из волокна в форме конуса, определяемого углами падения и преломления.
[184] На ФИГ. 75 представлена оптоволоконная система 7704 для передачи и показано, как луч света 7702, поступающий в оптическое волокно 7704, может выходить с распределением света 7706 конической формы с определенным азимутальным углом ∅. Этот эффект можно наблюдать, направляя лазерную указку на волокно и наблюдая выходной луч при различных расстояниях и углах на поверхности. Коническая форма на выходе с распределением света по всей конической области (например, не только по радиусу конической формы) является важной концепцией, развиваемой одновременно с предложенными конструкциями.
[185] Основным источником потерь при пропускании света в волокнистых материалах являются оболочка, длина материала и потеря света для лучей, проходящих за пределами угла приема. Оболочка представляет собой материал, окружающий каждое отдельное волокно внутри большего жгута для изоляции сердцевины и уменьшения прохождения лучей света между отдельными волокнами. Кроме того, могут быть использованы дополнительные непрозрачные материалы для поглощения света за пределами угла приема, называемого наружным поглощением (EMA). Оба материала могут позволить улучшить качество просматриваемого изображения с точки зрения контраста, рассеяния и ряда других факторов, но могут снизить общее светопропускание от входа до выхода. Для упрощения может быть использовано процентное отношение сердцевины к оболочке для оценки приблизительного потенциального пропускания волокна, поскольку оно может быть одной из составляющих потери света. В большинстве материалов отношение сердцевины к оболочке может находиться в диапазоне от приблизительно 50% до приблизительно 80%, хотя могут быть доступны материалы других типов, которые будут рассмотрены в последующем обсуждении.
[186] Каждое волокно может иметь разрешение приблизительно в 0,5 пары фотографических линий на диаметр волокна, поэтому при передаче пикселей может быть важным обеспечить более одного волокна на пиксель. В некоторых вариантах осуществления может быть использована дюжина или другое близкое значение пар на пиксель, или же приемлемым может быть применение трех или более волокон, поскольку среднее разрешение между каждыми двумя из волокон позволяет уменьшить соответствующие потери на модуляционно-передаточную функцию (MTF) при использовании этих материалов.
[187] В одном варианте осуществления оптическое волокно может быть реализовано в виде оптоволоконной пластины. Пластина представляет собой совокупность одиночных, множества или множеств волокон, сплавленных друг с другом с образованием вакуум-непроницаемой стеклянной пластины. Эту пластину теоретически можно рассматривать как окно нулевой толщины, поскольку изображение, представленное с одной стороны пластины, может быть эффективно передано на наружную поверхность. Традиционно эти пластины изготавливают из отдельных волокон с шагом около 6 микрон или более, хотя может быть достигнута более высокая плотность даже при эффективности материала оболочки, которая может в конечном итоге обусловить снижение контрастности и качества изображения.
[188] В некоторых вариантах осуществления жгут оптических волокон может быть сужен, что обеспечивает когерентное сопоставление пикселей с различными размерами и соответствующее увеличение каждой поверхности. Например, расширенный конец может относиться к стороне оптоволоконного элемента с большим шагом волокна и большим увеличением, а узкий конец может относиться к стороне оптоволоконного элемента с меньшим шагом волокна и меньшим увеличением. Процесс создания различных форм может включать нагревание и обеспечение требуемого увеличения, которое может позволять физически изменять первоначальный шаг оптических волокон от их первоначального размера к меньшему шагу, таким образом изменяя углы приема в зависимости от местоположения на коническом элементе и числовой апертуры. Другим фактором является то, что в процессе изготовления волокна могут отклоняться от перпендикулярного положения к плоским поверхностям. Одна из проблем с конической конструкцией, среди прочего, заключается в том, что эффективная числовая апертура на каждом конце может изменяться приблизительно пропорционально проценту расширения. Например, конический элемент с соотношением 2:1 может иметь узкий конец диаметром 10 мм и расширенный конец диаметром 20 мм. Если исходный материал имел числовую апертуру 0,5 с шагом в 10 микрон, узкий конец имеет эффективную числовую апертуру, равную приблизительно 1,0 с шагом в 5 микрон. Результирующие углы приема и выхода также могут изменяться пропорционально. Применяют и гораздо более сложный анализ, который может быть выполнен для понимания точных результатов этого процесса, причем любой специалист в данной области техники сможет выполнить эти вычисления. Для целей этого обсуждения этого концептуального описания достаточно, чтобы понять сущность формирования изображения, а также общие системы и способы.
Использование гибких источников энергии и изогнутых поверхностей для передачи энергии
[189] В соответствии с определенными технологиями могут быть изготовлены источники энергии или устройства для проецирования энергии с изогнутыми поверхностями. Например, в одном варианте осуществления в источнике энергии может быть использована изогнутая панель дисплея на органических светодиодах (organic light emitting diode display, OLED). В другом варианте осуществления для источника энергии может быть использована лазерная проекционная система с фиксированным фокусом. Еще в одном варианте осуществления может быть использована проекционная система с достаточно большой глубиной резкости для обеспечения фокусировки на всей поверхности проецирования. Во избежание неверного толкования отметим, что эти примеры приведены в иллюстративных целях и никоим образом не ограничивают сферу технической реализации для этого описания технологий.
[190] Учитывая возможность создания с помощью оптических технологий управляемого конуса света на основании угла ведущего луча (chief ray angle, CRA) оптической конфигурации путем использования изогнутой энергетической поверхности или изогнутой поверхности, способной отображать полностью сфокусированное проецируемое изображение с известными углами входа света и соответствующими выходными измененными углами, можно обеспечить предпочтительный наблюдаемый угол прохождения света.
[191] В одном таком варианте осуществления сторона энергетической поверхности элемента для передачи света может быть изогнута с обеспечением цилиндрической, сферической, плоской или неплоской отполированной конфигурации (в данном документе называемой «геометрической формой» или «геометрической конфигурацией») для каждого модуля, причем источник энергии образован из одного или более модулей источника. Каждый эффективный светоизлучающий источник энергии имеет свой соответствующий угол обзора, который изменяется в процессе деформации. Использование этого изогнутого источника энергии или подобной панельной технологии позволяет применять панельную технологию, которая может быть менее подверженной деформации и изменению конфигурации угла ведущего луча или оптимального угла обзора для каждого эффективного пикселя.
[192] На ФИГ. 76 представлена конфигурация 7800 конического устройства для передачи света с коэффициентом увеличения 3:1 и результирующим углом обзора света присоединенного источника энергии в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Коническое устройство для передачи света имеет входную числовую апертуру 1,0 с коэффициентом увеличения 3:1, в результате чего эффективная числовая апертура для выходных лучей составляет приблизительно 0,33 (в данном случае на результат влияет множество других факторов и значение приведено исключительно в качестве упрощенного примера), на обоих концах конического устройства для передачи энергии имеются плоские и перпендикулярные поверхности, а источник энергии прикреплен к узкому концу. При использовании только самого этого подхода можно обеспечить угол обзора энергетической поверхности приблизительно в 1/3 от угла входа. Во избежание неверного толкования отметим, что также может быть использована аналогичная конфигурация с эффективным увеличением 1:1 (использование оптической пластины или др.) или же устройство для передачи света, относящееся к любому другому типу или конфигурации.
[193] На ФИГ. 77 показан такой же конический модуль 7900 для передачи энергии, что и на ФИГ. 76, но в данном случае поверхность со стороны источника энергии имеет изогнутую геометрическую конфигурацию 7902, в то время как поверхность, противоположная стороне 7903 источника энергии, является плоской и перпендикулярной оптической оси модуля 7900. При таком подходе углы входа (например, см. стрелки возле позиции 7902) могут быть смещены исходя из этой геометрической формы, а углы выхода (например, см. стрелки возле позиции 7903) могут быть настроены более независимо от местоположения на поверхности в отличие от устройства по ФИГ. 76 с учетом изогнутой поверхности 7902, показанной на ФИГ. 77, хотя видимый выходной конус каждого эффективного источника излучения света на поверхности 7903 может быть меньшим, чем видимый выходной конус источника энергии, поступающий на поверхность 7902. Это может быть предпочтительным при рассмотрении конкретной энергетической поверхности, для которой оптимизированы наблюдаемые углы прохождения света для более широких или более плотных доступных лучей света.
[194] В другом варианте осуществления изменение угла выхода может быть достигнуто путем придания входной энергетической поверхности 7902 выпуклой формы. При таком изменении формы выходные конусы света возле края энергетической поверхности 7903 будут повернуты по направлению к центру.
[195] В некоторых вариантах осуществления устройство с элементом для передачи может содержать изогнутый источник энергии. В одном примере обе поверхности устройства с элементом для передачи могут быть плоскими. Альтернативно, в других примерах одна поверхность может быть плоской, а другая поверхность может быть неплоской или наоборот. И наконец, еще в одном примере обе поверхности устройства с элементом для передачи могут быть неплоскими. В других вариантах осуществления неплоская поверхность может быть вогнутой или выпуклой в числе других неплоских конфигураций. Например, обе поверхности элемента для передачи могут быть вогнутыми. В качестве альтернативы обе поверхности могут быть выпуклыми. В еще одном примере одна поверхность может быть вогнутой, а другая может быть выпуклой. Для специалиста в данной области техники будет очевидно, что в данном документе предусмотрено и раскрыто множество конфигураций плоских, неплоских, выпуклых и вогнутых поверхностей.
[196] На ФИГ. 78 представлено коническое устройство 8000 для передачи света с не перпендикулярной, но плоской поверхностью 8002 со стороны источника энергии в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения. Чтобы показать значительные возможности по настройке изменения геометрической формы со стороны источника энергии, на ФИГ. 78 представлен результат простого создания не перпендикулярной, но плоской геометрической формы со стороны источника энергии по сравнению с ФИГ. 77 и дополнительно продемонстрирована возможность непосредственного управления углом входного конуса приема и углами видимых выходных конусов излучения света 1, 2, 3, которые возможны при любых вариациях характеристик поверхности.
[197] В зависимости от варианта применения также возможно спроектировать конфигурацию устройства для передачи энергии, причем сторона источника энергии устройства для передачи остается перпендикулярной оптической оси, которая определяет направление распространения света внутри устройства для передачи, а выходная поверхность устройства для передачи не перпендикулярна оптической оси. Другие конфигурации могут относиться как к входной стороне источника энергии, так и к стороне выхода энергии с обеспечением различных неперпендикулярных геометрических конфигураций. Данный способ также позволяет улучшить управление наблюдаемыми углами прохождения света на входе и выходе источника энергии.
[198] В некоторых вариантах осуществления конические элементы также могут быть неперпендикулярными оптической оси устройства для передачи для оптимизации конкретного угла обзора. В одном таком варианте осуществления один конический элемент, такой как элемент, показанный на ФИГ. 76, может быть разрезан на квадранты путем выполнения разрезов параллельно оптической оси, причем большой конец и малый конец конических элементов разрезают на четыре равных участка. Эти четыре квадранта затем повторно собирают с каждым квадрантом конического элемента, повернутым вокруг собственной оптической центральной оси на 180 градусов, чтобы узкий конец конического элемента был обращен в сторону от центра повторно собранных квадрантов, чтобы, таким образом, оптимизировать поле зрения. В других вариантах осуществления не перпендикулярные конические элементы также могут быть изготовлены непосредственно, чтобы также обеспечить увеличенный зазор между источниками энергии на узком конце без увеличения размера или масштаба физического увеличения конца. Эти и другие конические конфигурации раскрыты в настоящем документе.
[199] На ФИГ. 79 представлено устройство для передачи света и конусы светового излучения по ФИГ. 76 с вогнутой поверхностью со стороны источника энергии. В этом случае конусы света на выходе значительно больше расходятся вблизи краев плоскости выходной энергетической поверхности по сравнению со случаем, когда сторона источника энергии была плоской, см. ФИГ. 76.
[200] На ФИГ. 80 представлено коническое устройство 8200 для передачи света и конусы светового излучения по ФИГ. 79 с такой же вогнутой поверхностью со стороны источника энергии. В этом примере выходная энергетическая поверхность 8202 имеет вогнутую геометрическую форму. По сравнению с ФИГ. 79 конусы выходящего света на вогнутой выходной поверхности 8202 более коллимированы по всей поверхности источника энергии благодаря входным конусам приема и выходному конусу света, создаваемому при этой геометрической конфигурации. Во избежание неверного толкования отметим, что представленные примеры являются исключительно иллюстративными и не предназначены для точного указания характеристик поверхности, поскольку может быть использована любая геометрическая конфигурация для входной стороны источника энергии и выходной энергетической поверхности в зависимости от требуемого угла зрения и плотности света на выходной энергетической поверхности, а также угол прохождения света, излучаемого самим источником энергии.
[201] В некоторых вариантах осуществления множество элементов для передачи могут быть сконфигурированы последовательно. В одном варианте осуществления любые два последовательных элемента для передачи с преднамеренно искаженными параметрами также могут быть соединены друг с другом таким образом, чтобы обратные искажения от одного элемента по отношению к другому элементу обеспечивали оптическое уменьшение любых таких артефактов. В другом варианте осуществления первый элемент для передачи света характеризуется бочкообразными оптическими искажениями, а второй элемент для передачи света может быть выполнен с возможностью обеспечения эффекта, обратного этому артефакту, создавая подушкообразные оптические искажения таким образом, чтобы при их объединении друг с другом в результирующей информации частично или полностью отсутствовали любые такие оптические искажения, вносимые любым из этих двух элементов. Это явление также может быть применимым для любых двух или более элементов таким образом, что может быть осуществлена многократная последовательная коррекция.
[202] В некоторых вариантах осуществления изготовитель отдельной платы источника энергии, электронного оборудования и/или т. п. может создать массив источников энергии и т. п. в конструктивном исполнении с небольшими размерами и/или массой. При такой компоновке может быть целесообразным дополнительно встраивать мозаичное устройство для передачи света таким образом, чтобы концы устройств для передачи света совмещались по активными зонам источника энергии с чрезвычайно компактными конструктивными параметрами по сравнению с отдельными компонентами и электронным оборудованием. В случае использования этого способа может быть целесообразным применять компактные устройства, такие как мониторы, смартфоны и т. п.
[203] На ФИГ. 81 представлен узел 8300 из множества конических модулей 8304, 8306, 8308, 8310, 8312 для передачи света, соединенных друг с другом, с изогнутыми поверхностями, соответственно, 8314, 8316, 8318, 8320, 8322 со стороны источника энергии для формирования оптимального видимого изображения 8302 от множества перпендикулярных выходных энергетических поверхностей каждого конического элемента в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. В этом случае конические модули 8304, 8306, 8308, 8310, 8312 для передачи размещены параллельно. Хотя показан только один ряд конических модулей для передачи, в некоторых вариантах осуществления конические элементы с пакетной конфигурацией также могут быть соединены друг с другом параллельно и последовательно с образованием нефрагментированного непрерывного видимого изображения 8302.
[204] Как показано на ФИГ. 81, каждый сужающийся модуль для передачи может функционировать независимо или может быть выполнен на основе массива устройств для передачи света. Как показано на этой фигуре, пять модулей с коническими устройствами 8304, 8306, 8308, 8310, 8312 для передачи света совмещены друг с другом, образуя большую выходную энергетическую поверхность 8302 конического элемента для передачи света. В этой конфигурации выходная энергетическая поверхность 8302 может быть перпендикулярной оптической оси каждого устройства для передачи, а каждая из пяти сторон 8314, 8316, 8318, 8320, 8322 источника энергии может быть деформирована с образованием кругового контура вокруг центральной оси, который может быть расположен перед выходной энергетической поверхностью 8302 или за этой поверхностью, благодаря чему весь массив функционирует как единая выходная энергетическая поверхность, а не как отдельные модули. Кроме того, можно дополнительно оптимизировать эту сборную конструкцию 8300 путем вычисления выходного наблюдаемого угла прохождения света и определения предпочтительных характеристик поверхности, требуемых для обеспечения необходимых геометрических параметров со стороны источника энергии. На ФИГ. 81 показан один такой вариант осуществления, в котором множество модулей соединены друг с другом, а кривизна стороны источника энергии учитывает большие наблюдаемые углы прохождения света на выходной энергетической поверхности. Хотя на фигуре показаны пять модулей 8304, 8306, 8308, 8310 и 8312 для передачи, для специалиста в данной области техники будет очевидно, что в зависимости от варианта применения можно соединить друг с другом большее или меньшее количество модулей для передачи и они могут быть соединены друг с другом в двух измерениях для формирования произвольно большой выходной энергетической поверхности 8302.
[205] В одном варианте осуществления система по ФИГ. 81 содержит множество элементов 8304, 8306, 8308, 8310, 8312 для передачи, расположенных в первом и втором направлениях (например, в ряд или в конфигурации с расположением друг на друге), причем каждый из множества элементов для передачи проходит вдоль продольной ориентации между первой и второй поверхностями соответствующего элемента для передачи. В некоторых вариантах осуществления первая и вторая поверхности каждого из множества элементов для передачи проходят в основном вдоль поперечной ориентации, определяемой первым и вторым направлениями, причем продольная ориентация по существу перпендикулярна поперечной ориентации. В других вариантах осуществления варьируемость неупорядоченного показателя преломления в поперечной ориентации, связанная с изменением минимального показателя преломления в продольной ориентации, приводит к тому, что энергетические волны имеют существенно большую эффективность передачи вдоль продольной ориентации и пространственной локализации вдоль поперечной ориентации.
[206] В одном варианте осуществления множество элементов для передачи могут быть расположены в первом направлении или втором направлении, образуя единую поверхность с размещенными рядом друг с другом элементами вдоль, соответственно, первого направления или второго направления. В некоторых вариантах осуществления множество элементов для передачи расположено в виде матрицы, имеющей по меньшей мере конфигурацию 2×2, или в виде других матриц, включая, без ограничения, конфигурацию 3×3, конфигурацию 4×4, конфигурацию 3×10 и другие конфигурации, которые могут быть предложены специалистом в данной области техники. В других вариантах осуществления стыки между размещенными рядом друг с другом элементами единой поверхности могут быть незначительными при расстоянии наблюдения, вдвое превышающем минимальный размер единой поверхности с размещенными рядом друг с другом элементами.
[207] В некоторых вариантах осуществления каждый из множества элементов (например, 8304, 8306, 8308, 8310, 8312) для передачи характеризуется варьируемостью неупорядоченного показателя преломления в поперечной ориентации, связанной с изменением минимального показателя преломления в продольной ориентации, вследствие чего энергетические волны характеризуются значительно большей эффективностью передачи вдоль продольной ориентации и пространственной локализацией вдоль поперечной ориентации. В некоторых вариантах осуществления, в которых элемент для передачи выполнен из многожильного волокна, энергетические волны, распространяющиеся внутри каждого элемента для передачи, могут проходить в продольной ориентации, определяемой совмещением волокон в этой ориентации.
[208] В других вариантах осуществления каждый из множества элементов (например, 8304, 8306, 8308, 8310, 8312) для передачи выполнен с возможностью передачи энергии вдоль продольной ориентации, причем энергетические волны, распространяющиеся через множество элементов для передачи, имеют большую эффективность передачи в продольной ориентации, чем в поперечной ориентации, из-за варьируемости неупорядоченного показателя преломления таким образом, что энергия локализуется в поперечной ориентации. В некоторых вариантах осуществления энергетические волны, распространяющиеся между элементами для передачи, могут перемещаться по существу параллельно продольной ориентации вследствие существенно большей эффективности передачи в продольной ориентации, чем в поперечной ориентации. В других вариантах осуществления варьируемость неупорядоченного показателя преломления в поперечной ориентации, связанная с изменением минимального показателя преломления в продольной ориентации, приводит к тому, что энергетические волны имеют существенно большую эффективность передачи вдоль продольной ориентации и пространственной локализации вдоль поперечной ориентации.
[209] На ФИГ. 82 представлено расположение 8400 множества конических модулей для передачи света, соединенных друг с другом, с перпендикулярными геометрическими формами 8404, 8406, 8408, 8410 и 8412 со стороны источника энергии и выпуклой поверхностью 8402 источника энергии, которая выполнена радиально относительно центральной оси, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. На ФИГ. 82 представлено изменение конфигурации, показанной на ФИГ. 81, с перпендикулярными геометрическими формами со стороны источника энергии и выпуклой выходной энергетической поверхностью, которая выполнена радиально относительно центральной оси.
[210] На ФИГ. 83 представлено расположение 8500 множества модулей для передачи света, соединенных друг с другом, с перпендикулярной выходной энергетической поверхностью 8502 и выпуклой поверхностью 8504 со стороны источника энергии, которая выполнена радиально относительно центральной оси, в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения.
[211] В некоторых вариантах осуществления при конфигурировании стороны источника массива устройств для передачи энергии в виде цилиндрической формы, изогнутой вокруг центрального радиуса и при плоской выходной энергетической поверхности входной угол приема источника энергии и выходные углы излучения источника энергии могут быть несвязанными и может быть возможным лучшее совмещение каждого модуля источника энергии с конусом приема устройства для передачи энергии, что само по себе может быть ограничено вследствие ограничений таких параметров, как расширение конического устройства для передачи энергии, числовая апертура и других факторов.
[212] На ФИГ. 84 представлено расположение 8600 множества модулей для передачи энергии, причем каждая выходная энергетическая поверхность выполнена независимо, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. На ФИГ. 84 показана конфигурация, аналогичная конфигурации по ФИГ. 83, но в которой каждая выходная поверхность для передачи энергии независимо выполнена таким образом, что видимые выходные лучи света излучаются с комбинированной выходной энергетической поверхности с более постоянным углом по отношению к оптической оси (или меньшим, в зависимости от точности используемых геометрических форм).
[213] На ФИГ. 85 представлено расположение 8700 множества модулей для передачи света, при котором как излучающая сторона источника энергии, так и выходная поверхность устройства для передачи энергии выполнены с различными геометрическими формами, которые обеспечивают точное управление входными и выходными лучами света, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. С этой целью на ФИГ. 85 показана конфигурация с пятью модулями, в которой как излучающая сторона источника энергии, так и выходная поверхность устройства для передачи выполнены с изогнутыми геометрическими формами, что позволяет лучше управлять входными и выходными лучами света.
[214] На ФИГ. 86 представлено расположение 8800 множества модулей для передачи света, отдельные выходные энергетические поверхности которых выполнены таким образом, что они образуют непрерывную вогнутую цилиндрическую поверхность источника энергии, которая окружает зрителя, причем концы источников устройств для передачи являются плоскими и каждый из них связан с источником энергии.
[215] В варианте осуществления, показанном на ФИГ. 86, и аналогично вариантам осуществления, показанным на ФИГ. 81, 82, 83, 84 и 85, система может содержать множество устройств для передачи энергии, расположенных в первом и втором направлениях, причем в каждом из устройств для передачи передача энергии происходит между первой и второй поверхностями, которые определяют продольную ориентацию, первая и вторая поверхности каждого из устройств для передачи проходят, как правило, вдоль поперечной ориентации, определяемой первым и вторым направлениями, причем продольная ориентация по существу перпендикулярна поперечной ориентации. Кроме того, в этом варианте осуществления энергетические волны, распространяющиеся через множество устройств для передачи, обладают более высокой эффективностью передачи в продольной ориентации, чем в поперечной ориентации из-за высокой варьируемости показателя преломления в поперечной ориентации, связанной с изменением минимального показателя преломления в продольной ориентации. В некоторых вариантах осуществления, в которых каждое устройство для передачи выполнено из многожильного волокна, энергетические волны, распространяющиеся внутри каждого элемента для передачи, могут перемещаться в продольной ориентации, определяемой совмещением волокон в этой ориентации.
[216] В одном варианте осуществления, аналогичном рассмотренному выше, первая и вторая поверхности каждого из множества элементов для передачи, как правило, могут быть изогнутыми вдоль поперечной ориентации, а множество элементов для передачи могут быть выполнены за одно целое в первом и втором направлениях. Множество устройств для передачи могут быть собраны в первом и втором направлениях и размещены в виде матрицы, имеющей по меньшей мере конфигурацию 2×2, и включают стекло, оптическое волокно, оптическую пленку, пластмассу, полимер или их смеси. В некоторых вариантах осуществления система из множества устройств для передачи может быть расположена в первом или втором направлении с образованием единой поверхности с размещенными рядом друг с другом элементами вдоль, соответственно, первого направления или второго направления. Как описано выше, множество элементов для передачи может быть расположено в виде матриц с другими конфигурациями, включая, без ограничения, конфигурацию 3×3, конфигурацию 4×4, конфигурацию 3×10 и другие конфигурации, которые могут быть предложены специалистом в данной области техники. В других вариантах осуществления стыки между размещенными рядом друг с другом элементами единой поверхности могут быть незначительными при расстоянии наблюдения, вдвое превышающем минимальный размер единой поверхности с размещенными рядом друг с другом элементами.
[217] При мозаичном расположении устройств для передачи энергии могут быть включены следующие варианты осуществления: как первая, так и вторая поверхности могут быть плоскими, одна из первой и второй поверхностей может быть плоской, а другая неплоской, или как первая, так и вторая поверхности могут быть неплоскими. В некоторых вариантах осуществления первая и вторая поверхности могут быть вогнутыми, одна из первой и второй поверхностей может быть вогнутой, а другая выпуклой, или первая и вторая поверхности могут быть выпуклыми. В других вариантах осуществления по меньшей мере одна из первой и второй поверхностей может быть плоской, неплоской, вогнутой или выпуклой. Плоские поверхности могут быть перпендикулярными продольному направлению передачи энергии или неперпендикулярными оптической оси.
[218] В некоторых вариантах осуществления множество устройств для передачи могут обеспечивать пространственное усиление или пространственное ослабление энергии источников энергии, включая, без ограничений, электромагнитные волны, световые волны, акустические волны в числе энергетических волн других типов. В других вариантах осуществления множество устройств для передачи также могут включать множество устройств для передачи энергии (например, пластины для источника энергии), причем множество устройств для передачи энергии имеют разную ширину, длину среди прочих размеров. В некоторых вариантах осуществления множество устройств для передачи энергии также может включать свободные когерентные устройства для передачи света или волокна.
Ограничения материалов со свойствами поперечной андерсоновской локализации и введение в упорядоченную локализацию энергии
[219] Хотя принцип андерсоновской локализации был предложен в 1950-х годах, лишь недавно произошли технологические прорывы в материалах и процессах, позволившие практически изучить этот принцип в передаче света. Поперечная андерсоновская локализация представляет собой распространение волны, передаваемой через поперечно неупорядоченный, но неизменяющийся в продольном направлении материал без диффузии волны в поперечной плоскости.
[220] Поперечную андерсоновскую локализацию наблюдали в ходе экспериментов, в которых оптоволоконную пластину изготавливали путем вытягивания миллионов отдельных нитей волокна с различным показателем преломления, которые случайным образом смешивали и сплавляли друг с другом. Когда входной луч сканирует одну из поверхностей пластины, выходной луч на противоположной поверхности соответствует поперечному положению входного луча. Поскольку в неупорядоченных средах андерсоновская локализация приводит к отсутствию диффузии волн, некоторые из фундаментальных физических принципов отличаются по сравнению с принципами для оптоволоконных устройств передачи. Это означает, что явления андерсоновской локализации в случайной смеси оптических волокон с переменным показателем преломления проявляются меньше при полном внутреннем отражении, чем при рандомизации между путями многократного рассеяния, где интерференция волн может сильно ограничивать распространение в поперечной ориентации после продолжения распространения в продольном направлении. В дополнение к этой концепции, в данном документе предлагается то, что вместо неупорядоченного распределения в поперечной плоскости устройства для передачи энергии может быть использовано упорядоченное распределение свойств распространения волны в материале. Такое упорядоченное распределение может приводить к так называемой упорядоченной локализации энергии в поперечной плоскости устройства. Такая упорядоченная локализация энергии уменьшает вероятность локализованного группирования подобных свойств материала, которая может происходить из-за характера случайных распределений и которая ухудшает общую эффективность передачи энергии через устройство.
[221] В одном варианте осуществления материалы со свойствами упорядоченной локализации энергии выполнены с возможностью передачи света с контрастностью, которая равна контрастности высококачественных коммерчески доступных многомодовых стеклянных волокон для передачи изображения, измеренной с помощью функции передачи оптической модуляции (MTF), или превосходит ее. В многомодовых и многожильных оптических волокнах передаваемые изображения значительно пикселизированы из-за свойств полного внутреннего отражения дискретного массива сердцевин, причем ухудшение передачи изображения в областях между сердцевинами ухудшает действие функции передачи модуляции и увеличивает размытость. Результирующие изображения, полученные с использованием многожильного оптического волокна, как правило, имеют постоянный фоновый шум волокнистой структуры, как показано на ФИГ. 5A. В отличие от этого, то же изображение передают через типовой образец материала, который обладает свойствами упорядоченной локализации энергии, которые аналогичны свойствам согласно принципу поперечной андерсоновской локализации, причем картина распределения шумов гораздо больше похожа на зернистую структуру, чем на постоянную волокнистую структуру.
[222] Другим преимуществом устройств для передачи света, обладающих свойствами упорядоченной локализации энергии, является то, что они могут быть изготовлены из полимерного материала, что позволяет снизить их стоимость и массу. Подобный материал оптического качества, который, как правило, изготавливают из стекла или других подобных материалов, может стоить в сотни раз больше, чем материал того же размера, полученный с применением полимеров. Кроме того, масса устройств для передачи света может быть в 10-100 раз меньшей. Во избежание неверного толкования отметим, что любой материал, обладающий свойствами андерсоновской локализации или свойствами упорядоченной локализации энергии, описанными в данном документе, может быть включен в данное раскрытие, даже если он не соответствует вышеуказанным соображениям в отношении стоимости и массы. Для специалиста в данной области техники будет очевидно, что приведенные выше рекомендации представляют собой один вариант осуществления, который обеспечивает значительную рентабельность, которую не обеспечивают аналогичные изделия из стекла. Дополнительным преимуществом является то, что для осуществления упорядоченной локализации энергии может не потребоваться оболочка оптического волокна, которая необходима в традиционных многожильных волоконно-оптических кабелях для предотвращения рассеяния света между волокнами, но одновременно блокирует часть лучей света и, таким образом, ухудшает передачу по меньшей мере на соотношение сердцевины к оболочке (например, при соотношении сердцевины к оболочке 70:30 будет передано в лучшем случае 70% принятого освещения). В некоторых вариантах осуществления передача энергии через все или большинство материалов устройства для передачи может позволить повысить эффективность передачи энергии через указанный материал, поскольку потребность в материалах с возможностью управления избыточной энергией может быть уменьшена или устранена.
[223] Еще одним преимуществом является возможность производить множество более мелких деталей, которые могут быть склеены или сплавлены без швов, поскольку полимерный материал состоит из повторяющихся блоков, и соединение любых двух деталей практически совпадает с созданием компонента в виде отдельной детали в зависимости от способа соединения двух или более деталей друг с другом. Для крупномасштабных вариантов применения значительным преимуществом является возможность производства без огромных затрат на инфраструктуру или инструментальные средства, а также возможность изготовления отдельных деталей из материала, что в случае применения других способов было бы невозможным. Традиционные пластмассовые оптические волокна обладают некоторыми из этих преимуществ, но из-за наличия оболочки они, как правило, все же имеют линию стыка определенной ширины.
[224] Настоящее раскрытие включает инженерную конструкцию, характеризующуюся явлением упорядоченной локализации энергии, и способ ее изготовления. Инженерная конструкция согласно настоящему раскрытию может быть использована для создания устройств для передачи электромагнитной энергии, акустической энергии или других типов энергии с использованием унифицированных блоков, которые могут включать одну или более компонентных инженерных конструкций (component engineered structures, CES). Термин компонентная инженерная конструкция (CES) относится к компоненту унифицированного блока с конкретными инженерными свойствами (engineered properties, EP), которые могут включать, без ограничений, тип материала, размер, форму, показатель преломления, центр масс, заряд, массу, поглощение и магнитный момент среди прочих свойств. Шкала размеров компонентной инженерной конструкции может иметь порядок длины волны передаваемой энергетической волны и может варьироваться в милли-, микро- или наномасштабе. Другие инженерные свойства также сильно зависят от длины волны энергетической волны.
[225] В рамках настоящего раскрытия в случае конкретного размещения множества компонентных инженерных конструкций может быть происходить упорядоченное распределение, которое может повторяться в поперечном направлении по всему устройству для передачи, для эффективного обеспечения упорядоченной локализации энергии. Один случай такого упорядоченного распределения компонентных инженерных конструкций в данном документе упоминается как модуль. Модуль может содержать две или более компонентных инженерных конструкций. Объединение двух или более модулей в устройстве для передачи энергии в данном документе упоминается как конструкция.
[226] Упорядоченная локализация энергии представляет собой общее волновое явление, которое относится к передаче электромагнитных, акустических, квантовых, энергетических и других волн. Одна или более компонентных инженерных конструкций могут образовывать устройство для передачи энергетической волны со свойствами упорядоченной локализации энергии, причем каждая из них имеет размер, соответствующий порядку соответствующей длины волны. Другим параметром для унифицированных блоков является скорость энергетической волны в материалах, используемых для этих унифицированных блоков, которая включает показатель преломления для электромагнитных волн и акустический импеданс для акустических волн. Например, размеры унифицированного блока и показатели преломления могут варьировать для адаптации к любой частоте в электромагнитном спектре от рентгеновских лучей до радиоволн или для адаптации к акустическим волнам в диапазоне от сверхнизких частот чуть выше 0 Гц до ультразвуковых частот с частотой приблизительно 20 МГц.
[227] По этой причине обсуждения в этом раскрытии в отношении устройств для передачи света могут быть обобщены не только для полного электромагнитного спектра, но и для акустической энергии и энергии других типов. По этой причине термины «источник энергии», «энергетическая поверхность» и «устройство для передачи энергии» будут использоваться в настоящем раскрытии, даже если вариант осуществления будет обсуждаться в отношении одной конкретной формы энергии, такой как энергия в видимом электромагнитном спектре. Для специалиста в данной области техники будет очевидно, что принципы настоящего раскрытия, которые обсуждались в отношении одной формы энергии, могут быть применены для вариантов осуществления, реализованных для других форм энергии.
[228] Во избежание неверного толкования отметим, что количества материала, процесс, типы, показатели преломления и т. п. указаны исключительно в качестве примера, и любой оптический материал, обладающий свойствами упорядоченной локализации энергии, включен в настоящий документ. Кроме того, любое использование упорядоченных материалов и процессов включено в настоящий документ.
[229] Следует отметить, что принципы оптического проектирования, указанные в этом раскрытии, в целом применимы ко всем формам устройств для передачи энергии, а варианты реализации конструкции, выбранные для конкретных изделий, рынков, конструктивных параметров, установки и т. д., могут или не обязательно могут учитывать эти геометрические параметры, но для упрощения любой раскрытый подход включает все возможные материалы для устройств для передачи энергии.
[230] В одном варианте осуществления для устройства для передачи видимой электромагнитной энергии поперечный размер компонентной инженерной конструкции должен составлять порядка 1 микрона. Материалы, используемые для компонентной инженерной конструкции, могут представлять собой любой оптический материал, который обладает требуемыми оптическими качествами, включая, без ограничений, стекло, пластмассу, смолу, воздушные мешки и т. п. Показатель преломления используемых материалов должен быть выше 1 и, если выбраны два типа компонентных инженерных конструкций, разница в показателе преломления становится ключевым параметром проектирования. Соотношение сторон материала может быть выбрано с обеспечением удлинения, чтобы этот материал способствовал распространению волны в продольном направлении.
[231] В вариантах осуществления энергия из других доменов энергии может передаваться с использованием одной или более компонентных инженерных конструкций. Например, может быть передана акустическая энергия или тактильная энергия, которая может представлять собой механические колебательные формы энергии. Подходящая компонентная инженерная конструкция может быть выбрана на основании эффективности передачи в этих альтернативных доменах энергии. Например, воздух может быть выбран в качестве типа материала компонентной инженерной конструкции при передаче акустической или тактильной энергии. В вариантах осуществления пустое пространство или вакуум могут быть выбраны в качестве компонентной инженерной конструкции для передачи определенных форм электромагнитной энергии. Кроме того, две разные компонентные инженерные конструкции могут быть выполнены из материала одного типа, но могут различаться по другим инженерным свойствам, таким как форма.
[232] Создание компонентной инженерной конструкции может происходить как деструктивный процесс, а именно как обеспечение отформованных материалов и их разрезание на детали с приданием требуемой формы, или может быть применен любой другой способ, известный в данной области техники, или аддитивный процесс, при котором компонентная инженерная конструкция может быть выращена, напечатана, сформована, выплавлена или изготовлена любым другим способом, известным в данной области техники. Аддитивные и деструктивные процессы могут быть скомбинированы для лучшего управления изготовлением. Указанные компонентные инженерные конструкции выполняют с указанным размером и формой конструкции.
[233] В одном варианте осуществления в устройстве для передачи электромагнитной энергии могут быть использованы связующие вещества, эпоксидные смолы или другие известные оптические материалы оптического качества, которые в исходном виде могут представлять собой жидкость и образовывать твердую структуру оптического качества с помощью различных средств, включая, без ограничений, ультрафиолетовое облучение, тепло, время среди других параметров обработки. В другом варианте осуществления связующее вещество не затвердевает или изготовлено из масел с требуемым показателем преломления для гибкого применения. Связующее вещество могут наносить на твердые структуры и незатвердевшие масла или оптические жидкости. Эти материалы могут проявлять свойства наличия определенного показателя преломления (RI). Связующее вещество по показателю преломления должно соответствовать материалу типа 1 компонентной инженерной конструкции или материалу типа 2 компонентной инженерной конструкции. В одном варианте осуществления показатель преломления этого оптического связующего вещества составляет 1,59 и является таким же, как показатель преломления полистирола (PS). Во втором варианте осуществления показатель преломления этого оптического связующего вещества составляет 1,49 и является таким же, как показатель преломления полиметилметакрилата (PMMA). В еще одном варианте осуществления показатель преломления этого оптического связующего вещества составляет 1,64 и является таким же, как показатель преломления материала из термопластичного сложного полиэфира (ТР).
[234] В одном варианте осуществления для энергетических волн связующее вещество может быть примешано в смесь материала типа 1 компонентной инженерной конструкции и материала типа 2 компонентной инженерной конструкции, чтобы эффективно сбалансировать показатель преломления материала, которому соответствует показатель преломления связующего вещества. Связующее вещество может быть тщательно перемешано в течение достаточного периода времени, необходимого для достижения выхода пузырьков воздуха, требуемого распределения материалов и обеспечения вязкостных свойств. Дополнительное постоянное перемешивание может быть реализовано для получения соответствующей смеси материалов и препятствования любому разделению, которое может произойти вследствие различной плотности материалов или других свойств материала.
[235] Может потребоваться выполнить этот процесс в вакууме или в камере, чтобы удалить все образованные пузырьки воздуха. В качестве дополнительного способа может быть применена вибрация во время процесса затвердевания.
[236] Альтернативный способ применяют для трех или более компонентных инженерных конструкций с дополнительными характеристиками формы и инженерными свойствами.
[237] В одном варианте осуществления дополнительный способ для устройства для передачи электромагнитной энергии предусматривает использование только одной компонентной инженерной конструкции только со связующим веществом, причем показатель преломления компонентной инженерной конструкции и связующего вещества отличаются.
[238] Дополнительный способ предусматривает применение любого количества компонентных инженерных конструкций и включает преднамеренное введение пузырьков воздуха.
[239] В одном варианте осуществления для устройств для передачи электромагнитной энергии способ предусматривает применение множества связующих веществ с независимыми требуемыми показателями преломления и процесс перемешивания нулевой, одной или более компонентных инженерных конструкций, когда они затвердевают по отдельности или вместе, чтобы обеспечить получение полностью перемешанной структуры. Для обеспечения возможности затвердевания и перемешивания через разные промежутки времени могут быть использованы два или более отдельных способа затвердевания с применением различных инструментальных и процедурных методологий. В одном варианте осуществления эпоксидную смолу с ультрафиолетовым отверждением с показателем преломления 1,49 смешивают со второй эпоксидной смолой с термоотверждением, имеющей показатель преломления 1,59, и обеспечивают постоянное перемешивание материалов, перемежающееся нагревом и ультрафиолетовой обработкой достаточной продолжительности, пока в смеси большего объема не будет наблюдаться образование твердых структур, но не настолько долго, чтобы образовались какие-либо крупные частицы, до тех пор, когда перемешивание уже не может быть продолжено после того, как процесс затвердевания почти завершен, после чего процессы затвердевания осуществляют одновременно, чтобы полностью связать материалы друг с другом. Во втором варианте осуществления добавляют компонентную инженерную конструкцию с показателем преломления 1,49. В третьем варианте осуществления добавляют компонентные инженерные конструкции с показателями преломления 1,49 и 1,59.
[240] В другом варианте осуществления для устройств для передачи электромагнитной энергии стекло и пластмассовые материалы смешивают в зависимости от их соответствующих показателей преломления.
[241] В дополнительном варианте осуществления в форме образуется затвердевшая смесь, которую после затвердевания разрезают и полируют. В другом варианте осуществления используемые материалы повторно разжижают путем нагревания и отверждают в первой форме, а затем вводят во вторую форму для создания, без ограничений, сужений или изгибов.
[242] Следует понимать, что существует ряд широко известных традиционных способов, используемых для сварки полимерных материалов друг с другом. Многие из этих способов описаны в ISO 472 («Справочник по терминологии пластмасс», Международная организация по стандартизации, Швейцария, 1999), который полностью включен в настоящее описание посредством ссылки и в котором описаны процессы объединения размягченных поверхностей материала, включая термический, механический (например, вибрационную сварку, ультразвуковую сварку и т. д.), электромагнитный и химический (сольвентный) способы сварки.
[243] На ФИГ. 7А представлен вид в разрезе гибкого устройства 70 для передачи, демонстрирующего подход с поперечной андерсоновской локализацией с использованием материала типа 1 (72) компонентной инженерной конструкции и материала типа 2 (74) компонентной инженерной конструкции с перемешиванием масла или жидкости 76 и с возможным использованием торцевой крышки 79 устройства для передачи для передачи энергетических волн от первой поверхности 77 ко второй поверхности 77 на любом конце устройства для передачи в корпусе 78 гибкой трубки в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Материал типа 1 (72) компонентной инженерной конструкции и материал типа 2 (74) компонентной инженерной конструкции обладают инженерным свойством удлинения: в этом варианте осуществления форма является эллиптической, но также возможна любая другая удлиненная или созданная форма, например цилиндрическая или витая. Удлиненная форма позволяет образовать каналы с минимальным изменением 75 инженерных свойств.
[244] В варианте осуществления для устройств для передачи видимой электромагнитной энергии в устройстве 70 для передачи связующее вещество может быть заменено на масло 76 с соответствующим показателем преломления, который соответствует материалу типа 2 (74) компонентной инженерной конструкции, и указанное устройство помещают в корпус 78 гибкой трубки для обеспечения гибкости смеси материала типа 1 компонентной инженерной конструкции и материала типа 2 компонентной инженерной конструкции, а торцевые крышки 79 будут представлять собой твердые устройства для передачи света для обеспечения возможности передачи изображения с одной поверхности торцевой крышки на другую. Удлиненная форма материалов компонентной инженерной конструкции позволяет создать каналы с минимальным изменением 75 показателя преломления.
[245] Множество экземпляров устройства 70 для передачи могут быть соединены на одной поверхности с образованием блока соединенных устройств для передачи в твердой или гибкой форме.
[246] В одном варианте осуществления для устройств для передачи видимой электромагнитной энергии каждый из нескольких экземпляров устройства 70 для передачи на одном конце может быть соединен с устройством отображения, отображающим только один из множества конкретных размещенных рядом друг с другом элементов изображения, а другой конец устройства для передачи света размещен в правильной мозаичной конструкции, скомпонованной таким образом, чтобы отображать полное изображение без заметных стыков. Благодаря свойствам материалов компонентной инженерной конструкции также возможно объединить множество оптических устройств для передачи друг с другом в пределах мозаичной конструкции.
[247] На ФИГ. 7B представлен вид в разрезе жесткого варианта 750 реализации компонентной инженерной конструкции устройства для передачи энергии со свойствами поперечной андерсоновской локализации. Материал типа 1 (72) компонентной инженерной конструкции и материал типа 2 (74) компонентной инженерной конструкции смешаны со связующим веществом 753, показатель преломления которого соответствует показателю преломления материала 2 (74). Можно использовать дополнительные торцевые крышки 79 устройства для передачи для передачи энергетической волны от первой поверхности 77 ко второй поверхности 77 внутри корпуса 754. Материал типа 1 (72) компонентной инженерной конструкции и материал типа 2 (74) компонентной инженерной конструкции обладают инженерным свойством удлинения: в этом варианте осуществления форма является эллиптической, но также возможна любая другая удлиненная или созданная форма, например цилиндрическая или витая. Кроме того, на ФИГ. 7B показан путь минимального изменения 75 инженерных свойств вдоль продольного направления 751, который способствует распространению энергетической волны в указанном направлении 751 от одной поверхности 77 торцевой крышки к другой поверхности 77 торцевой крышки.
[248] Первоначальная конфигурация и выравнивание компонентных инженерных конструкций могут быть выполнены путем механического размещения или за счет использования инженерных свойств материалов, включая, без ограничений: электрический заряд, который при его применении к коллоиду компонентных инженерных конструкций в жидкости может привести к образованию коллоидного кристалла; магнитные моменты, которые могут способствовать упорядочиванию компонентных инженерных конструкций, содержащих следовые количества ферромагнитных материалов, или относительная масса используемых компонентных инженерных конструкций, которая благодаря действию силы тяжести позволяет создавать слои в связующей жидкости до ее затвердевания.
[249] В одном варианте осуществления для устройств для передачи электромагнитной энергии в варианте реализации, изображенном на ФИГ. 7B, связующее вещество 753 может иметь показатель преломления, соответствующий показателю преломления материала типа 2 (74) компонентной инженерной конструкции, необязательные торцевые крышки 79 могут представлять собой твердые устройства для передачи света для обеспечения возможности передачи изображения с одной поверхности торцевой крышки на другую, а инженерное свойство с минимальным продольным изменением может представлять собой показатель преломления, позволяющий создать каналы 75, которые будут способствовать распространению локализованных электромагнитных волн.
[250] В одном варианте осуществления для устройств для передачи видимой электромагнитной энергии на ФИГ. 8 представлен вид в разрезе в поперечной плоскости, включающий компонентную инженерную конструкцию 80 со свойством объемного наружного поглощения (DEMA), вместе с материалами компонентных инженерных конструкций типов 74, 82 в продольном направлении одного приведенного в качестве примера материала при заданном процентном содержании всей смеси материала, которое позволяет управлять рассеянным светом, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения для устройств для передачи видимой электромагнитной энергии.
[251] Дополнительные материалы компонентной инженерной конструкции, которые не пропускают свет, добавляют в смесь (-и) для поглощения случайного рассеянного света аналогично функции наружного поглощения (EMA) в традиционных волоконно-оптических технологиях, за исключением того, что распределение поглощающих материалов может быть случайным во всех трех измерениях, а не постоянным по продольному размеру. В данном документе этот материал упоминается как материал 80 с объемным наружным поглощением. Использование этого подхода с добавлением третьего измерения обеспечивает гораздо лучшее управление, чем предыдущие способы реализации. В случае использования объемного наружного поглощения управление рассеянным светом гораздо менее упорядочено, чем в любом другом варианте реализации, включая варианты реализации, которые включают применение множества жил со свойством наружного поглощения, которое в конечном итоге приводит к уменьшению общего пропускания света на долю площади поверхности всех компонентов устройства для передачи света, которую они занимают. Напротив, материал с объемным наружным поглощением (DEMA) смешивается с материалом устройства для передачи, поглощая рассеянный свет без указанного уменьшения степени пропускания света. Материал с объемным наружным поглощением может быть обеспечен в любом соотношении во всей смеси. В одном варианте осуществления материал с объемным наружным поглощением составляет 1% от всей смеси материала. Во втором варианте осуществления материал с объемным наружным поглощением составляет 10% от всей смеси материала.
[252] В дополнительном варианте осуществления два или более материалов обрабатывают теплом и/или давлением для выполнения процесса соединения, причем указанный процесс может быть осуществлен с применением или без применения пресс-формы или другого подобного процесса формования, известного в данной области техники. Указанный процесс может быть осуществлен в вакууме или не в вакууме/с применением или без применения вибрации или т. п. для удаления пузырьков воздуха в ходе процесса расплавления. Например, компонентная инженерная конструкция из материала типа полистирола (PS) и полиметилметакрилата (PMMA) может быть перемешана и затем помещена в соответствующую пресс-форму, которую помещают в среду с однородным распределением тепла, способную обеспечивать температуру плавления обоих материалов, и циклически достигать соответствующей температуры и уменьшать ее таким образом, чтобы не вызывать повреждений/возникновения трещин вследствие превышения степени максимального повышения или снижения температуры в течение одного часа в зависимости от свойств материала.
[253] Для процессов, которые требуют смешивания материалов с дополнительными жидкими связующими веществами, если принять во внимание переменные удельные плотности каждого материала, может потребоваться процесс постоянного вращения со скоростью, которая позволит предотвратить разделение материалов.
Различие материалов устройства для передачи энергии со свойствами упорядоченной и андерсоновской локализации энергии
[254] На ФИГ. 9 представлен вид в разрезе в поперечной плоскости участка 900 предварительно сплавленного устройства для передачи энергии, характеризуемого неупорядоченным распределением частиц, состоящих из двух компонентных материалов, компонентной инженерной конструкции (CES) 902 и компонентной инженерной конструкции 904. В одном варианте осуществления частицы, содержащие компонентную инженерную конструкцию 902 или компонентную инженерную конструкцию 904, могут обладать разными свойствами материала, такими как разные показатели преломления, и могут характеризоваться эффектом андерсоновской локализации энергии, передаваемой через них, с локализаций энергии в поперечной плоскости материала. В одном варианте осуществления частицы, содержащие компонентную инженерную конструкцию 902 или компонентную инженерную конструкцию 904, могут проходить в плоскость демонстрации в продольном направлении и из нее, таким образом обеспечивая распространение энергии в продольном направлении с уменьшенными эффектами рассеяния по сравнению с традиционными оптоволоконными устройствами для передачи энергии вследствие локализации энергии в поперечной плоскости материала.
[255] На ФИГ. 10 представлен вид в разрезе в поперечной плоскости модуля 1000 предварительно сплавленного устройства для передачи энергии с упорядоченным распределением частиц, причем каждая частица содержит один из трех компонентных материалов, компонентную инженерную конструкцию 1002, компонентную инженерную конструкцию 1004 или компонентную инженерную конструкцию 1006. Частицы, содержащие одну из компонентных инженерных конструкций 1002, 1004 или 1006, могут обладать разными свойствами материала, такими как разные показатели преломления, которые могут вызывать эффект локализации энергии в поперечной плоскости модуля. Структура частиц, содержащих одну из компонентных инженерных конструкций 1002, 1004 или 1006, может находиться в пределах границы 1008 модуля, которая определяет конкретную структуру, в соответствии с которой расположены частицы, содержащие одну из компонентных инженерных конструкций 1002, 1004 или 1006. Аналогично показанному на ФИГ. 9, частицы, содержащие одну из компонентных инженерных конструкций 1002, 1004 или 1006, могут проходить в плоскость демонстрации и из нее, таким образом обеспечивая распространение энергии в продольном направлении с уменьшенными эффектами рассеяния по сравнению с традиционными оптоволоконными устройствами для передачи энергии вследствие локализации энергии в поперечной плоскости материала.
[256] Частицы, содержащие одну из компонентных инженерных конструкций 902 или 904, показанных на ФИГ. 9, и частицы, содержащие одну из компонентных инженерных конструкций 1002, 1004 или 1006, показанных на ФИГ. 10, могут представлять собой длинные тонкие стержни из соответствующего материала, которые проходят в продольном направлении, перпендикулярном плоскости демонстрации, и расположены в виде конкретной структуры, показанной, соответственно, на ФИГ. 9 и ФИГ. 10. Хотя между отдельными частицами компонентной инженерной конструкции могут существовать небольшие зазоры из-за круглой формы поперечного сечения частиц, показанной на ФИГ. 9 и ФИГ. 10, эти зазоры будут по существу устранены при сплавлении, поскольку материалы компонентной инженерной конструкции приобретают некоторую текучесть в процессе сплавления и «сплавляются» друг с другом, заполняя все зазоры. Хотя формы поперечного сечения, показанные на ФИГ. 9 и ФИГ. 10, являются круглыми, это не следует рассматривать как ограничение объема этого раскрытия, и для специалиста в данной области техники будет очевидно, что может быть использована любая форма или геометрические параметры предварительно сплавленного материала в соответствии с принципами, раскрытыми в данном документе. Например, в одном варианте осуществления отдельные частицы компонентной инженерной конструкции имеют гексагональное, а не круглое поперечное сечение, что может позволить обеспечить меньшие зазоры между частицами перед сплавлением.
[257] На ФИГ. 11 представлен вид в разрезе в поперечной плоскости участка 1100 предварительно сплавленного устройства для передачи энергии с неупорядоченным распределением частиц, содержащих компонентные материалы в виде компонентной инженерной конструкции 1102 и компонентной инженерной конструкции 1104. Участок 1100 может включать множество подучастков, таких как подучастки 1106 и 1108, каждый из которых характеризуется неупорядоченным распределением частиц, содержащих компонентные инженерные конструкции 1102 и 1104. Неупорядоченное распределение частиц, содержащих компонентные инженерные конструкции 1102 и 1104, может, после сплавления устройства для передачи, вызывать эффект поперечной андерсоновской локализации при передаче энергии в продольном направлении, выходящей из плоскости демонстрации через участок 1100.
[258] На ФИГ. 13 представлен вид в разрезе в поперечной плоскости участка 1300 сплавленного устройства для передачи энергии с неупорядоченным распределением частиц, содержащих компонентные материалы в виде компонентной инженерной конструкции 1302 и компонентной инженерной конструкции 1304. Участок 1300 может представлять возможную сплавленную форму участка 1100, показанного на ФИГ. 11. В контексте настоящего раскрытия, если смежные частицы одной и той же компонентной инженерной конструкции объединены друг с другом после сплавления, их называют объединенной частицей (AP). Пример объединенной частицы компонентной инженерной конструкции 1302 обозначен позицией 1308, причем такая объединенная частица может представлять собой сплавленную форму нескольких частиц компонентной инженерной конструкции 1302 (показанных на ФИГ. 11), которые ранее не были сплавленными. Как показано на ФИГ. 13, границы между каждой из непрерывных частиц аналогичных компонентных инженерных конструкций, а также границы между модулями с аналогичными частицами на границе компонентных инженерных конструкций устраняются при сплавлении, в то время как между объединенными частицами разных компонентных инженерных конструкций образуются новые границы.
[259] Согласно принципу андерсоновской локализации, неупорядоченное распределение материалов с различными свойствами распространения энергетической волны, распределенными в поперечном направлении материала, будет способствовать локализации энергии в этом направлении, препятствуя рассеянию энергии и уменьшая интерференцию, которые могут ухудшить эффективность передачи в материале. В контексте передачи электромагнитной энергии, например, за счет увеличения величины изменения показателя преломления в поперечном направлении путем неупорядоченного распределения материалов с различными показателями преломления, становится возможным локализовать электромагнитную энергию в поперечном направлении.
[260] Однако, как обсуждалось ранее, из-за природы неупорядоченных распределений существует вероятность того, что может непреднамеренно происходить нежелательное размещение материалов, которое может приводить к ограниченной реализации эффектов локализации энергии внутри материала. Например, объединенная частица 1306, показанная на ФИГ. 13, может быть образована после сплавления неупорядоченно распределенных частиц, показанных в соответствующем местоположении на ФИГ. 11. Например, при проектировании материала для передачи электромагнитной энергии в проекте следует учесть поперечный размер предварительно сплавленных частиц компонентной инженерной конструкции. Чтобы предотвратить рассеяние энергии в поперечном направлении, можно выбрать такой размер частиц, чтобы при сплавлении результирующий средний размер объединенной частицы имел по существу порядок длины волны электромагнитной энергии, подлежащей передаче через материал. Однако, хотя можно вычислить средний размер объединенной частицы, для специалиста в данной области техники будет очевидно, что случайное распределение частиц приведет к образованию объединенных частиц с различными непредсказуемыми размерами, некоторые из которых будут меньше предполагаемой длины волны, а другие больше предполагаемой длины волны.
[261] Как показано на ФИГ. 13, объединенная частица 1306 проходит по всей длине участка 1300 и представляет собой объединенную частицу с размером, намного превышающим средний размер. Это может означать, что размер объединенной частицы 1306 также намного превышает длину волны для энергии, подлежащей передаче через участок 1300 в продольном направлении. Следовательно, при распространении энергии через объединенную частицу 1306 в продольном направлении могут возникать эффекты рассеяния в поперечной плоскости, уменьшающие эффект андерсоновской локализации и приводящие к возникновению интерференционных картин в пределах энергии, распространяющейся через объединенную частицу 1306, а также к снижению общей эффективности передачи энергии через участок 1300.
[262] Следует понимать, что в соответствии с принципами, раскрытыми в данном документе, и из-за характера неупорядоченных распределений подучасток в пределах участка 1100, такой как подучасток 1108, например, может характеризоваться произвольным значением, поскольку отсутствует определенная структура распределения. Однако для специалиста в данной области техники должно быть очевидно, что в данном неупорядоченном распределении существует вероятность того, что могут быть идентифицированы отдельные подучастки, которые имеют одинаковые или по существу аналогичные структуры распределения. Это явление может существенно не ухудшать общий обеспеченный эффект поперечной андерсоновской локализации и случайные структуры, описанные в данном документе, не следует рассматривать как ограничивающие для исключения таких случаев.
[263] Приведенные в данном документе соображения в отношении проектирования варианта упорядоченной структуры с упорядоченной локализацией энергии представляют собой альтернативу неупорядоченному распределению компонентных материалов, благодаря чему материалы устройства для передачи энергии обладают эффектами локализации энергии в поперечном направлении, при этом предотвращаются потенциально ограничивающие случаи возникновений отклонений, присущие неупорядоченным распределениям.
[264] Следует отметить, что в разных областях и во многих отраслях концепция «неупорядоченности» и даже понятия о том, что является и не является неупорядоченным, не всегда ясны. Есть несколько важных аспектов, которые следует учитывать в контексте настоящего раскрытия при обсуждении неупорядоченных и упорядоченных структур, вариантов размещения, распределений и т. д., которые обсуждаются ниже. Однако следует понимать, что раскрытие, представленное в данном документе, ни в коем случае не являются единственным способом концептуализации и/или систематизации концепций неупорядоченности или упорядоченности. Существует множество альтернативных и в равной степени действительных концептуализаций, и объем настоящего раскрытия не следует рассматривать как ограничивающий для исключения любого подхода, рассматриваемого специалистом в данной области техники в настоящем контексте.
[265] Полная пространственная неупорядоченность (Complete spatial randomness, CSR), которая хорошо известна в данной области техники и описана в Смит (Smith) T. E., (2016), «Записи по пространственному анализу данных» (Notebook on Spatial Data Analysis) [ссылка] (http://www.seas.upenn.edu/~ese502/#notebook), который включен в данный документ посредством ссылки, представляет собой концепцию, используемую для описания распределения точек в пространстве (в данном случае в пределах двухмерной плоскости), которые расположены совершенно случайным образом. Для описания полной пространственной неупорядоченности используют две общие характеристики: пространственный принцип Лапласа и допущение статистической независимости.
[266] Согласно пространственному принципу Лапласа, который является вариантом применения более общего принципа Лапласа для домена пространственной вероятности, по существу утверждается, что в случае отсутствия информации, указывающей на иное, вероятность конкретного события, которую можно рассматривать как вероятность для точки, расположенной в конкретном местоположении, одинаково вероятна для каждого местоположения в пространстве. Другими словами, для каждого местоположения в пределах области вероятность присутствия точки является одинаковой и, таким образом, вероятность нахождения точки одинакова для каждого местоположения в пределах указанной области. Еще одним следствием этого является то, что вероятность нахождения точки в пределах конкретной подобласти пропорциональна отношению площади этой подобласти к площади всей исходной области.
[267] Второй характеристикой полной пространственной неупорядоченности является допущение о пространственной независимости. Согласно этому принципу предполагают, что местоположения других точек данных в пределах области не влияют на вероятность нахождения точки данных в конкретном местоположении. Другими словами, точки данных считаются независимыми друг от друга, а также от состояния «окружающей зоны», т. е. не влияют на вероятность нахождения точки данных в некотором местоположении в пределах исходной области.
[268] Концепция полной пространственной неупорядоченности важна в качестве противопоставленного примера упорядоченной структуры материалов, например, некоторых вариантов осуществления материалов компонентной инженерной конструкции, описанных в данном документе. Андерсоновский материал описан в другом месте в этом раскрытии как неупорядоченное распределение материалов для распространения энергии в поперечной плоскости устройства для передачи энергии. С учетом характеристик полной пространственной неупорядоченности, описанных выше, эти концепции могут быть применены к некоторым из вариантов осуществления андерсоновских материалов, описанных в данном документе, для определения того, соответствует ли «неупорядоченность» этих распределений андерсоновского материала полной пространственной неупорядоченности. Предполагая, что варианты осуществления устройства для передачи энергии содержат первый и второй материалы, поскольку компонентная инженерная конструкция из первого или второго материала может занимать примерно одинаковую площадь в поперечной плоскости указанных вариантов осуществления (а это означает, что они имеют приблизительно одинаковый размер в поперечном измерении), и кроме того, поскольку можно предположить, что в вариантах осуществления первая и вторая компонентные инженерные конструкции представлены в равных количествах, можно предположить, что существует одинаковая вероятность того, что в любом конкретном местоположении вдоль поперечной плоскости вариантов осуществления устройства для передачи энергии будет находиться либо первая компонентная инженерная конструкция или вторая компонентная инженерная конструкция, в соответствии с пространственным принципом Лапласа, применяемым в данном контексте. В качестве альтернативы, в случае обеспечения в других вариантах осуществления устройства для передачи энергии разного количества материалов устройства для передачи или, если они имеют различный поперечный размер, также ожидается, что вероятность нахождения того или иного материала будет пропорциональна отношению обеспеченных материалов или их относительным размерам, в соответствии с пространственным принципом Лапласа.
[269] Кроме того, поскольку как первый, так и второй материалы для вариантов осуществления андерсоновского устройства для передачи энергии размещены неупорядоченно (либо путем тщательного механического перемешивания, либо другими способами) и это также подтверждается тем фактом, что «размещение» материалов может происходить одновременно и самопроизвольно, поскольку они не упорядочены, можно утверждать, что признаки соседних материалов компонентной инженерной конструкции не окажут существенного влияния на признаки конкретного материала компонентной инженерной конструкции и наоборот, для этих вариантов осуществления. Другими словами, признаки материалов компонентной инженерной конструкции в этих вариантах осуществления независимы друг от друга. Таким образом, описанные в данном документе варианты осуществления андерсоновского материала, могут быть указаны, как удовлетворяющие описанным характеристикам полной пространственной неупорядоченности. Конечно, как обсуждалось выше, характер внешних факторов и «реальных» искажающих факторов может влиять на соответствие вариантов осуществления андерсоновских материалов устройства для передачи энергии строгим определениям полной пространственной неупорядоченности, но для специалиста в данной области техники будет очевидно, что эти варианты осуществления андерсоновских материалов по существу допускают некоторое отклонение от таких определений.
[270] В отличие от этого, анализ некоторых из вариантов осуществления материала устройства для передачи со свойством упорядоченной локализации энергии, раскрытых в данном документе, позволяет выделить конкретные отличия от соответствующих вариантов осуществления андерсоновского материала (и от полной пространственной неупорядоченности). В отличие от андерсоновского материала признаки материала компонентной инженерной конструкции в варианте осуществления устройства для передачи со свойством упорядоченной локализации энергии могут быть сильно коррелированы с признаками его соседей. Сама структура расположения материалов компонентной инженерной конструкции в определенных вариантах осуществления устройства для передачи со свойством упорядоченной локализации энергии выполнена с возможностью, помимо прочего, влияния на то, как аналогичные материалы расположены в пространстве относительно друг друга для управления эффективным размером объединенных частиц, образованных из таких материалов после сплавления. Другими словами, одна из задач некоторых вариантов осуществления, в которых материалы располагают с распределением с упорядоченной локализацией энергии, состоит в том, чтобы воздействовать на конечную площадь поперечного сечения (или размер) в поперечном измерении любой области, содержащей один материал (объединенную частицу). Это может позволить ограничить эффекты поперечного рассеяния энергии и интерференции в указанных областях, поскольку энергия передается вдоль продольного направления. Таким образом, может быть достигнута некоторая степень специфичности и/или избирательности, когда материалы устройства для передачи энергии изначально «размещают» в соответствии с вариантом осуществления распределения с упорядоченной локализацией энергии, что может позволить воспрепятствовать тому, чтобы конкретный признак компонентной инженерной конструкции был «независимым» от признака другой компонентной инженерной конструкции, в частности эти материалы непосредственно окружают его. И наоборот, в некоторых вариантах осуществления материалы специально выбирают в соответствии с упорядоченной структурой, причем признак любой конкретной компонентной инженерной конструкции определяют на основании продолжения структуры и знания того, какой участок структуры (и, таким образом, какие материалы) уже размещены. Из этого следует, что эти определенные варианты осуществления устройства для передачи энергии с распределением с упорядоченной локализацией энергии не могут соответствовать критериям полной пространственной неупорядоченности. Таким образом, структура или расположение двух или более материалов компонентной инженерной конструкции или устройства для передачи энергии могут быть описаны в настоящем раскрытии как «упорядоченные» или «по существу упорядоченные», и для специалиста в данной области техники должно быть очевидно, что общая концепция или характеристики полной пространственной неупорядоченности, описанные выше, могут рассматривать, среди прочего, для того, чтобы отличить упорядоченную или по существу упорядоченную структуру от неупорядоченной структуры. Например, в одном варианте осуществления материалы, которые по существу не соответствуют общей концепции или характеристикам полной пространственной неупорядоченности, описанной выше, могут рассматриваться как материал с распределением с упорядоченной локализацией энергии. В этом раскрытии термин «упорядоченный» может быть применен для описания распределения материалов компонентной инженерной конструкции устройств для передачи, которые передают энергию согласно принципу упорядоченной локализации энергии. Термины «упорядоченное устройство для передачи энергии», «упорядоченное устройство для передачи», «упорядоченное распределение», «упорядоченная структура» и т. д. описывают устройство для передачи энергии, в котором энергия передается, по меньшей мере частично, согласно одному и тому же принципу упорядоченной локализации энергии, описанному в данном документе.
[271] Конечно, концепция полной пространственной неупорядоченности представлена в данном документе в качестве приведенного в качестве примера руководства для рассмотрения и специалист в данной области техники может рассмотреть другие принципы, известные в данной области техники, для различения упорядоченных структур от неупорядоченных структур. Например, следует понимать, что, подобно человеческой подписи, упорядоченное распределение можно рассматривать как упорядоченный сигнал, который включает шум. Упорядоченные структуры могут быть по существу одинаковыми, даже если они не идентичны из-за включения шума. В области распознавания и сравнения структуры существует множество традиционных способов, которые можно использовать для разделения шума и упорядоченных сигналов, а также корреляции упорядоченных сигналов. Например, в патенте США №7,016,516, выданном Родсу (Rhoades), который включен в данный документ посредством ссылки, описан способ идентификации неупорядоченности (шума, отсутствия артефактов, «снежности» и т. д.) и корреляции упорядоченных сигналов для определения подлинности подписи. Автор указанного патента отмечает, что варианты вычисления неупорядоченности сигнала хорошо известны специалистам в данной области техники, и одним из примеров способа является получение производной сигнала в каждой точке выборки, возведение в квадрат этих значений, а затем суммирование по всему сигналу. Кроме того, автор также отмечает, что в качестве альтернативы можно использовать множество других хорошо известных способов. Для идентификации одинаковых упорядоченных структур могут быть использованы обычные фильтры и алгоритмы для распознавания структуры. Их примеры приведены в патенте США №5,465,308 и в патенте США №7,054,850, каждый из которых включен в настоящее описание посредством ссылки. Другие способы распознавания и сравнения структуры не будут описаны в данном документе, но следует понимать, что специалист в данной области техники легко сможет применить существующие способы, чтобы определить, содержит ли устройство для передачи энергии множество повторяющихся модулей, каждый из которых содержит по меньшей мере первый и вторые материалы, расположенные по существу в виде упорядоченной структуры, фактически имеющих такую же по существу упорядоченную структуру.
[272] Кроме того, ввиду вышеупомянутых аспектов, касающихся неупорядоченности и шума, следует понимать, что расположение материалов в виде по существу упорядоченной структуры может искажаться от предполагаемой структуры из-за случайных факторов, таких как механическая неточность или изменчивость производственного процесса. Пример такого искажения показан на ФИГ. 20B, где на границу 2005 между двумя различными материалами процесс сплавления повлиял таким образом, что она имеет уникальную форму, не соответствующую части исходного упорядоченного расположения материалов, показанного на ФИГ. 20А. Однако для специалиста в данной области техники должно быть очевидно, что такие искажения упорядоченной структуры в значительной степени неизбежны и являются присущими для природы данной механической области техники и что упорядоченное расположение материалов, показанное на ФИГ. 20А, по-прежнему по существу сохранено в сплавленном варианте осуществления, показанном на ФИГ. 20В, несмотря на механические искажения границ указанных материалов. Таким образом, при рассмотрении расположения материалов специалист в данной области техники сможет отличить искаженный участок структуры от неискаженного участка подобно тому, как можно было бы идентифицировать две подписи, принадлежащие одному и тому же человеку, несмотря на их уникальность и различия.
[273] На ФИГ. 12А представлен вид в разрезе в поперечной плоскости участка 1200 предварительно сплавленного устройства для передачи энергии, имеющего упорядоченную структуру (распределение, позволяющее осуществлять передачу энергии за счет упорядоченной локализации энергии) из трех компонентных материалов в виде компонентной инженерной конструкции 1202, компонентной инженерной конструкции 1204 или компонентной инженерной конструкции 1206, которые образуют множество модулей с аналогичными ориентациями. Частицы этих трех материалов компонентной инженерной конструкции размещены в виде повторяющихся модулей, таких как модуль 1208 и модуль 1210, которые характеризуются по существу неизменяющимся распределением указанных частиц. Хотя участок 1200 содержит шесть модулей, как показано на ФИГ. 12A, количество модулей в данном устройстве для передачи может быть любым и может быть выбрано на основании требуемых конструктивных параметров. Кроме того, размер модулей, количество частиц на модуль, размер отдельных частиц в модуле, структура распределения частиц в модуле, количество различных типов модулей и включение дополнительных материалов для модуля или промежуточных материалов могут представлять собой параметры конструкции, которые следует принимать во внимание и которые входят в объем настоящего раскрытия.
[274] Аналогично, количество различных компонентных инженерных конструкций, включенных в каждый модуль, не должно равняться трем, как показано на ФИГ. 12А, но предпочтительно может представлять собой любое количество, подходящее для требуемых конструктивных параметров. Кроме того, различные характерные свойства, которыми обладает каждая компонентная инженерная конструкция, могут представлять собой переменные для удовлетворения требуемых конструктивных параметров, а различия не должны ограничиваться лишь показателем преломления. Например, две разных компонентных инженерных конструкции могут иметь по существу одинаковый показатель преломления, но могут различаться по температуре их плавления.
[275] Для минимизации рассеяния энергии, передаваемой через участок 1200 устройства для передачи энергии, показанный на ФИГ. 12A, и для обеспечения поперечной локализации энергии упорядоченная структура модулей, которую имеет участок 1200, может удовлетворять характеристикам распределения упорядоченной локализации энергии, описанным выше. В контексте настоящего раскрытия смежные частицы могут представлять собой частицы, которые по существу примыкают друг к другу в поперечной плоскости. Может быть показано, что частицы касаются друг друга, или между смежными частицами может быть показано пустое пространство. Для специалиста в данной области техники будет очевидно, что небольшие зазоры между показанными смежными частицами являются либо случайными художественными артефактами, либо отражают мельчайшие механические изменения, которые могут возникнуть при реальном размещении материалов. Кроме того, настоящее раскрытие также включает размещение частиц компонентной инженерной конструкции в виде по существу упорядоченных структур, но включает исключения вследствие производственных отклонений или намеренных изменений конструкции.
[276] Структуры с упорядоченной локализацией энергии частиц компонентной инженерной конструкции могут обеспечивать большую локализацию энергии и уменьшать рассеяние энергии в поперечном направлении через материал устройства для передачи и, следовательно, обеспечивать более высокую эффективность передачи энергии через материал по сравнению с другими вариантами осуществления. На ФИГ. 12B представлен вид в разрезе в поперечной плоскости участка 1250 предварительно сплавленного устройства для передачи энергии, имеющего упорядоченную структуру частиц из трех компонентных материалов, компонентной инженерной конструкции 1202, компонентной инженерной конструкции 1204 и компонентной инженерной конструкции 1206, причем указанные частицы образуют множество модулей с различными ориентациями. Модули 1258 и 1260 участка 1250 имеют упорядоченную структуру материалов, аналогичную структуре модулей 1208 и 1210, показанных на ФИГ. 12А. Однако структура материалов в модуле 1260 повернута относительно структуры в модуле 1258. Несколько других модулей участка 1250 также имеют повернутую структуру распределения. Важно отметить, что, несмотря на это повернутое расположение, каждый модуль в участке 1250 обладает описанным выше распределением с упорядоченной локализацией энергии, поскольку фактическая структура распределения частиц в каждом модуле остается неизменной независимо от того, сколько указанных поворотов было осуществлено в нем.
[277] На ФИГ. 14 представлен вид в разрезе в поперечной плоскости участка 1400 сплавленного устройства для передачи энергии с упорядоченной структурой частиц из трех компонентных материалов, компонентной инженерной конструкции 1402, компонентной инженерной конструкции 1404 и компонентной инженерной конструкции 1406. Участок 1400 может представлять возможную сплавленную форму участка 1200, показанного на ФИГ. 12A. При расположении частиц компонентной инженерной конструкции с распределением с упорядоченной локализацией энергии устройство для передачи, показанное на ФИГ. 14, способно более эффективно передавать энергию в продольном направлении через устройство для передачи по сравнением с неупорядоченным распределением, показанным на ФИГ. 13. При выборе частиц компонентной инженерной конструкции с диаметром примерно в длины волны для энергии, подлежащей передаче через материал, и их размещении в предварительно сплавленном виде с распределением с упорядоченной локализацией энергии, показанном на ФИГ. 12A, результирующие объединенные частицы после сплавления, показанные на ФИГ. 14, могут иметь поперечный размер от до 2 значений длины волны предполагаемой энергии. При существенном ограничении поперечных размеров объединенной частицы в пределах указанного диапазона может быть обеспечена упорядоченная локализация энергии, передаваемой в продольном направлении через материал, а также уменьшены эффекты рассеяния и интерференции указанной энергии. В одном варианте осуществления поперечный размер объединенной частицы в материале устройства для передачи энергии предпочтительно может составлять от и до 8 значений длины волны энергии, подлежащей передаче в продольном направлении через объединенную частицу.
[278] Как видно на ФИГ. 14 и в отличие от ФИГ. 13, имеется заметная согласованность размеров всех объединенных частиц, что может быть достигнуто в результате осуществления управления расположением предварительно сплавленных частиц компонентной инженерной конструкции. В частности, управление структурой расположения частиц может позволить уменьшить или исключить образование более крупных объединенных частиц с более высокими показателями рассеяния энергии и интерференции, что представляет собой улучшение по сравнению с неупорядоченным распределением частиц компонентной инженерной конструкции в устройствах для передачи энергии.
[279] На ФИГ. 15 представлен вид в поперечном разрезе участка 1500 устройства для передачи энергии, имеющего неупорядоченное распределение двух разных материалов компонентной инженерной конструкции, а именно компонентной инженерной конструкции 1502 и компонентной инженерной конструкции 1504. Участок 1500 выполнен с возможностью передачи энергии в продольном направлении вдоль вертикальной оси иллюстрации и содержит множество объединенных частиц, распределенных вдоль горизонтальной оси иллюстрации в поперечном направлении. Объединенная частица 1510 может иметь средний размер объединенной частицы из всех объединенных частиц на участке 1500. В результате рандомизации распределения частиц компонентной инженерной конструкции перед сплавлением участка 1500 размер отдельных объединенных частиц, которые составляют участок 1500, может существенно отклоняться от среднего размера, показанного позицией 1510. Например, объединенная частица 1508 значительно шире в поперечном направлении, чем объединенная частица 1510. Следовательно, для энергии, передаваемой через объединенные частицы 1510 и 1508 в продольном направлении, эффекты локализации могут значительно отличаться, а также разными могут быть величины рассеяния и интерференции волн. В результате этого при достижении конечной точки передачи любая энергия, переданная через участок 1500, может характеризоваться различными уровнями когерентности или разной интенсивностью по поперечной оси относительно ее исходного состояния при поступлении на участок 1500. Выход энергии из устройства для передачи в состоянии, существенно отличном от состояния, в котором она поступила в указанное устройство для передачи, может быть нежелательным для определенных вариантов применения, таких как передача света изображения.
[280] Кроме того, объединенная частица 1506, показанная на ФИГ. 15, может быть существенно меньшей в поперечном направлении, чем объединенная частица 1510 среднего размера. В результате этого поперечная ширина объединенной частицы 1506 может быть слишком малой для эффективного распространения энергии с длиной волны энергии из определенного требуемого домена длин волн энергии, что приводит к уменьшению указанной энергии и отрицательно влияет на характеристики участка 1500 по передаче указанной энергии.
[281] На ФИГ. 16 представлен вид в поперечном разрезе участка 1600 устройства для передачи энергии, имеющего упорядоченную структуру трех разных материалов компонентной инженерной конструкции, а именно компонентной инженерной конструкции 1602, компонентной инженерной конструкции 1604 и компонентной инженерной конструкции 1606. Участок 1600 выполнен с возможностью передачи энергии в продольном направлении вдоль вертикальной оси иллюстрации и содержит множество объединенных частиц, распределенных вдоль горизонтальной оси иллюстрации в поперечном направлении. Объединенная частица 1610, содержащая компонентную инженерную конструкцию 1604, и объединенная частица 1608, содержащая компонентную инженерную конструкцию 1602, могут иметь по существу одинаковый размер в поперечном направлении. Все остальные объединенные частицы в пределах участка 1600 также могут иметь по существу одинаковый размер объединенной частицы в поперечном направлении. В результате энергия, передаваемая в продольном направлении через участок 1600, может характеризоваться по существу однородными эффектами локализации по поперечной оси участка 1600 и уменьшенными эффектами рассеяния и интерференции. При обеспечении постоянной ширины объединенной частицы в поперечном измерении, энергия, которая поступает на участок 1600, будет передаваться и подвергаться одинаковому воздействию независимо от того, в каком месте вдоль поперечного направления она поступает на участок 1600. Это может представлять собой улучшение передачи энергии по сравнению с неупорядоченным распределением, показанным на ФИГ. 15, для определенных вариантов применения, таких как передача света изображения.
[282] На ФИГ. 17 представлен поперечный разрез в перспективе участка 1700 устройства для передачи энергии, имеющего неупорядоченное распределение объединенных частиц, содержащих компонентные материалы в виде компонентных инженерных конструкций 1702 и 1704. Как показано на ФИГ. 17, входную энергию 1706 обеспечивают для передачи через участок 1700 в продольном направлении (ось Y) через устройство для передачи, которое соответствует вертикальному направлению на иллюстрации, показанному стрелками, изображающими энергию 1706. Энергия 1706 поступает на участок 1700 со стороны 1710 и выходит из участка 1700 со стороны 1712 как энергия 1708. Энергия 1708 показана с разными размерами и видом стрелок для иллюстрации того, что энергия 1708 была неоднородно преобразована при передаче через участок 1700 и разные порции энергии 1708 отличаются от первоначальной входной энергии 1706 по величине и локализации в поперечных направлениях (ось х) перпендикулярно продольному направлению 1706 энергии.
[283] Как показано на ФИГ. 17, может существовать объединенная частица, такая как объединенная частица 1714, имеющая поперечный размер, который слишком мал или в другом аспекте не подходит для требуемой длины волны энергии для эффективного распространения энергии от стороны 1710 к стороне 1712. Аналогично, может существовать объединенная частица, такая как объединенная частица 1716, которая слишком велика или в другом аспекте не подходит для требуемой длины волны энергии для эффективного распространения энергии от стороны 1710 к стороне 1712. Общий эффект этого изменения свойств распространения энергии по участку 1700, которое может быть результатом неупорядоченного распределения частиц компонентной инженерной конструкции, использованных для создания участка 1700, может ограничивать эффективность и пригодность участка 1700 в качестве материала для передачи энергии.
[284] На ФИГ. 18 представлен поперечный разрез в перспективе участка 1800 устройства для передачи энергии, имеющего упорядоченную структуру объединенных частиц из трех компонентных материалов в виде компонентной инженерной конструкции 1802, компонентной инженерной конструкции 1804 и компонентной инженерной конструкции 1806. Как показано на ФИГ. 18, входную энергию 1808 обеспечивают для передачи через участок 1800 в продольном направлении через устройство для передачи, которое соответствует вертикальному направлению на иллюстрации, показанному стрелками, изображающими энергию 1808. Энергия 1808 поступает на участок 1800 со стороны 1812, передается и выходит со стороны 1814 как энергия 1810. Как показано на ФИГ. 18, выходная энергия 1810 может иметь по существу однородные свойства в поперечном направлении участка 1800. Кроме того, входная энергия 1808 и выходная энергия 1810 могут иметь по существу неизменные свойства, такие как длина волны, интенсивность, разрешение или любые другие свойства распространения волны. Это может быть связано с одинаковым размером и распределением объединенных частиц вдоль поперечного направления участка 1800, что позволяет энергии в каждой точке вдоль поперечного направления распространяться через участок 1800 как правило одинаково, в результате чего ограничивается варьирование выходящей энергии 1810 и разница между входной энергией 1808 и выходящей энергией 1810.
Аспекты проектирования материала для упорядоченного устройства для передачи энергии
[285] На ФИГ. 19 представлен вид в разрезе в поперечной плоскости участка 1900 предварительно сплавленного устройства для передачи энергии с упорядоченной структурой частиц, расположенных в одной из двух модульных конструкций, а именно модульной конструкции 1908, состоящей из компонентной инженерной конструкции 1902, компонентной инженерной конструкции 1904 и компонентной инженерной конструкции 1906, или модульной конструкции 1912, состоящей из компонентной инженерной конструкции 1910, компонентной инженерной конструкции 1914 и компонентной инженерной конструкции 1916. Включение двух разных модульных конструкций в участок 1900 может дополнительно позволить управлять распространением энергетических волн в продольном направлении через участок 1900. Например, компонентная инженерная конструкция 1910 может представлять собой материал, поглощающий энергию или иным образом препятствующий распространению энергии, упоминаемый в данном документе как материал, ограничивающий распространение энергии. В различных вариантах осуществления материалы, ограничивающие распространение энергии, могут ограничивать распространение энергии путем поглощения, отражения, рассеяния, интерференции или любым другим способом, известным в данной области техники. Путем периодического включения материала с указанными свойствами во всей упорядоченной структуре частиц компонентной инженерной конструкции на участке 1900 можно манипулировать свойствами распространения энергетической волны на участке 1900 для достижения требуемого результата, такого как точное задание числовой апертуры.
[286] В другом варианте осуществления устройство для передачи энергии может содержать две разные модульные конструкции, оптимизированные для передачи от двух разных источников энергии. Например, как показано на ФИГ. 19, модульные конструкции 1912 могут быть оптимизированы для видимого электромагнитного спектра, причем компонентные инженерные конструкции 1902, 1904 и 1906 имеют размер, сопоставимый с длиной волны видимого света, и имеют диапазон показателей преломления, подходящий для пропускания видимого света, а модульные конструкции 1908 могут быть оптимизированы для передачи ультразвуковых волн, причем компонентная инженерная конструкция 1910, компонентная инженерная конструкция 1914 и компонентная инженерная конструкция 1916 имеют диапазон значений акустического импеданса, выбранный для передачи ультразвуковых волн, и каждая из них имеет размер, сопоставимый с длиной волны передаваемых звуковых волн.
[287] Конкретное упорядоченное распределение, показанное на ФИГ. 19, приведено исключительно в качестве примера и для специалиста в данной области техники будет очевидно, что существует множество аспектов упорядоченной структуры, которые можно предпочтительно изменить, достигнув требуемый результат, входящий в объем настоящего раскрытия. Например, ФИГ. 19 иллюстрирует две отдельные модульные структуры 1912 и 1908. Однако могут существовать упорядоченные структуры с одной, двумя, тремя или более различными модульными структурами. Кроме того, размер частиц или модулей компонентной инженерной конструкции может быть одинаковым или может варьироваться для разных модулей, как показано на ФИГ. 19. Также могут быть применены модули с аналогичными структурами распределения частиц, но, например, различающиеся по размеру. Различные соотношения для различных модулей в материале устройства для передачи или конкретное расположение модулей в материале устройства для передачи также можно регулировать. Кроме того, материал устройства для передачи также может включать элементы, не относящиеся к компонентной инженерной конструкции, например преднамеренно включенные пустые пространства или же воздушные пузырьки или промежутки, которые могут обеспечить некоторые преимущества для материала. Промежуточные материалы также могут быть включены между модулями или между частицами внутри модуля. Кроме того, следует учитывать, что сложность изготовления может приводить к возникновению дефектов, из-за которых упорядоченная структура может не соответствовать предполагаемой упорядоченной структуре, и для специалиста в данной области техники очевидно, что эти несоответствия являются случайными и они не должны ограничивать объем настоящего изобретения.
[288] На ФИГ. 20А представлен вид в перспективе предварительно сплавленного модуля 2000 с размещенными в нем частицами, включающими один из трех различных материалов компонентной инженерной конструкции, а именно компонентной инженерной конструкции 2002, компонентной инженерной конструкции 2004 или компонентной инженерной конструкции 2006. Модуль 2000, содержащий частицы имеет упорядоченную структуру и различные размеры частиц. На ФИГ. 20B представлен вид в перспективе модуля 2000 после его сплавления. Как показано на ФИГ. 20А и ФИГ. 20B, выбранный размер отдельных частиц может представлять собой любой предпочтительный размер. Также следует отметить тот факт, что при разработке модуля следует учитывать то, как процесс сплавления будет влиять на конкретное расположение частиц компонентной инженерной конструкции. Например, хотя имеется значительное пустое пространство, окружающее частицы компонентной инженерной конструкции и содержащее компонентную инженерную конструкцию 2006 в центре на ФИГ. 20А, после сплавления отдельных частиц образуется объединенная частица 2008, показанная на ФИГ. 20B, состоящая из компонентной инженерной конструкции 2006, а пустое пространство затем заполняется материалом компонентной инженерной конструкции 2006. Это обеспечивает значительную гибкость при проектировании материалов упорядоченного устройства для передачи, а также в процессе производства, и позволяет расширить количество возможных конструкций.
[289] На ФИГ. 20C представлен вид в разрезе в поперечной плоскости участка 2010 предварительно сплавленного устройства для передачи энергии, имеющего некоторое распределение частиц и дополнительные конструкции 2012 с упорядоченной структурой. На ФИГ. 20D представлен вид в разрезе в поперечной плоскости сплавленного участка 2010, содержащего частицы и дополнительные конструкции 2012. В одном варианте осуществления дополнительные конструкции 2012 могут представлять собой конструкции, ограничивающие распространение энергии. В традиционных оптических волокнах, в которых используют конфигурацию с сердцевиной и оболочкой, материал для распространения энергетической волны окружен оболочкой, ограничивающей распространение энергии, для удержания энергии в материале для ее распространения. Добавление оболочки вокруг материала для распространения энергии является дополнительным этапом, который во многих случаях повышает сложность изготовления и увеличивает конструктивные ограничения. При включении конструкций, ограничивающих распространение энергии, в предварительно сплавленные материалы для распространения энергетической волны, может быть значительно снижена стоимость и сложность, а также повышена эффективность конструкций, ограничивающих распространение энергии. Кроме того, путем выбора местоположений размещения конструкций, ограничивающих распространение энергии, в материале устройства для передачи энергии в поперечном направлении, а также размера конструкций, ограничивающих распространение энергии, можно дополнительно уменьшить эффекты диффузии, рассеяния и интерференции энергетической волны по сравнению с обычными конструкциями с сердцевиной и оболочкой.
[290] На ФИГ. 20Е представлен вид в перспективе модуля 2020 предварительно сплавленного устройства для передачи энергии, имеющего упорядоченную структуру частиц гексагональной формы, причем каждая частица содержит одну из компонентной инженерной конструкции 2022, компонентной инженерной конструкции 2024 или компонентной инженерной конструкции 2026. Границы между областью 2022, 2024 и 2026 материала компонентной инженерной конструкции представляют собой прямые линии. На ФИГ. 20F представлен вид в перспективе модуля 2020 после его сплавления, причем границы между областями 2022, 2024 и 2026 материала компонентной инженерной конструкции, которые больше не являются идеально прямыми, но по существу находятся в тех же местоположениях, что и границы предварительного сплавления. ФИГ. 20Е и ФИГ. 20F демонстрируют, что может быть разработана и настроена индивидуальная форма частиц, которые составляют материал устройства для передачи энергии, с получением любой предпочтительной формы или расположения. Кроме того, при проектировании и размещении материалов компонентной инженерной конструкции с правильной гексагональной формой будет намного проще предсказать, какой будет упорядоченная структура после завершения процесса сплавления. Модуль 2020 после сплавления, как показано на ФИГ. 20F, почти идентичен предварительно сплавленному устройству, показанному на ФИГ. 20E. Кроме того, существует ряд форм и конфигураций для частиц компонентной инженерной конструкции помимо правильного гексагонального размещения рядом друг с другом, которое позволяет обеспечить указанное преимущество, которые в совокупности называют выпуклыми однородными размещенными рядом друг с другом элементами. Выпуклые однородные размещенные рядом друг с другом элементы и их потенциальное применение в контексте настоящего раскрытия будут рассмотрены в следующих разделах.
[291] В дополнение к вариантам осуществления, представленным в предыдущих абзацах, на ФИГ. 20G представлен вид в перспективе модуля 2030 предварительно сплавленного устройства для передачи энергии с упорядоченной структурой областей компонентной инженерной конструкции неправильной формы. На ФИГ. 20G представлена концепция, согласно которой индивидуальный размер, форма, материал или любое другое свойство частицы может быть предпочтительно выбрано на основании конкретных, предпочтительно заданных конструктивных ограничений. Анализ ФИГ. 20G показывает, что, несмотря на наличие нескольких частиц, имеющих неправильный размер или форму, модуль 2030 все же может обеспечить упорядоченную структуру. Таким образом, материал устройства для передачи энергии, состоящий из модулей, подобных модулю 2030, по-прежнему способен обеспечить упорядоченную локализацию энергии, несмотря на наличие множества замещающих элементов неправильной формы, и по существу может представлять собой улучшение по сравнению с неупорядоченными распределениями в материалах для определенных вариантов применения.
[292] На ФИГ. 20H представлен поперечный разрез в перспективе участка 2040 предварительно сплавленной системы из трубки и гранул для изготовления устройства для передачи энергии, а на ФИГ. 20I представлен поперечный разрез в перспективе участка 2040 после сплавления. Вместо обеспечения длинных тонких стержней из материала компонентной инженерной конструкции, которые затем размещают в виде упорядоченной структуры и сплавляют друг с другом, можно разместить множество полых тел из материала компонентной инженерной конструкции и заполнить эти трубки дополнительным материалом компонентной инженерной конструкции, а затем сплавить всю систему из трубки и гранул с получением материала устройства для передачи энергии.
[293] Как показано на ФИГ. 20H, трубка 2042 может содержать компонентную инженерную конструкцию 2044 и может быть расположена рядом с трубками 2043 и 2045, причем 2043 и 2045 могут содержать материал компонентной инженерной конструкции, отличной от компонентной инженерной конструкции 2044. Затем трубка 2042 может быть заполнена гранулами 2046 из материала, отличного от компонентной инженерной конструкции 2044. Затем материал 2048 наполнителя может быть помещен в пустоты или промежуточные области 2041 между трубками 2042, 2043 и 2045, которые могут представлять собой дополнительный материал компонентной инженерной конструкции, материал, ограничивающий распространение энергии, или любой другой предпочтительный материал. Система из трубки и гранул, показанная на ФИГ. 20Н, затем может быть сплавлена с получением участка 2040, показанного на ФИГ. 20I. При сплавлении все гранулы 2046 внутри трубки 2044 могут образовать объединенную частицу 2047, а материал 2048 наполнителя может протекать, занимая промежуточные области 2041. При соответствующем выборе размера трубок, размера гранул, типов материала каждой трубки и гранулы, а также типа материала для любых промежуточных материалов становится возможным использовать систему из трубки и гранул, показанную на ФИГ. 20H и ФИГ. 20I, для производства материалов устройства для передачи энергии, демонстрирующих упорядоченную локализацию энергии в соответствии с настоящим раскрытием.
[294] На ФИГ. 20J представлен вид в разрезе в поперечной плоскости модуля 2050 предварительно сплавленного устройства для передачи энергии, имеющего упорядоченную структуру частиц, содержащих одну из компонентной инженерной конструкции 2052, компонентной инженерной конструкции 2054 или компонентной инженерной конструкции 2056. Компонентная инженерная конструкция 2056 предпочтительно может быть выбрана в качестве материала со свойствами ограничения распространения энергии или поглощения энергии, а частицы, содержащие компонентную инженерную конструкцию 2056, предпочтительно могут быть размещены с образованием микроразмерных конструкций, ограничивающих распространение энергии, которые могут быть встроены в упорядоченную структуру модуля 2050. Добавление конструкций, ограничивающих распространение энергии, в структуру с распределением с упорядоченной локализацией энергии в модуле устройства для передачи энергии может обеспечить более простой в осуществлении способ управления свойствами распространения энергии через материал, такой как управление числовой апертурой устройства для передачи энергии. Кроме того, используя принципы упорядоченной локализации энергии для управления такими факторами, как числовая апертура, фокусное расстояние, угол ведущего луча и т. д., можно добиться большей эффективности передачи энергии с помощью материалов, обеспечивающих упорядоченную локализацию энергии, а также уменьшить количество материала, ограничивающего распространение энергии.
[295] На ФИГ. 20K представлен вид в разрезе в поперечной плоскости модуля 2060 предварительно сплавленного устройства для передачи энергии, имеющего упорядоченную структуру частиц, содержащих одну из компонентной инженерной конструкции 2052, компонентной инженерной конструкции 2054 или компонентной инженерной конструкции 2056, и окружающий материал, ограничивающий распространение энергии и содержащий компонентную инженерную конструкцию 2058. Вместо размещения конструкций, ограничивающих распространение энергии, в пределах структуры с упорядоченным распределением, как показано на ФИГ. 20J, также можно окружить модуль устройства для передачи энергии с упорядоченной структурой материалом, ограничивающим распространение энергии. Этот подход обеспечивает удержание и локализацию энергии в упорядоченной структуре модуля 2060, и обеспечивает уменьшение диффузии указанной энергии за пределы границ модуля 2060 за счет использования компонентной инженерной конструкции 2058, ограничивающей распространение энергии.
[296] На ФИГ. 21А представлен вид в поперечном разрезе в поперечной плоскости предварительно сплавленного устройства 2100 для передачи энергии, содержащего гибкий внешний корпус 2102, торцевые крышки 2104 и гранулы материала для передачи энергии, размещенные в виде упорядоченной структуры, содержащей одну из компонентной инженерной конструкции 2106, компонентной инженерной конструкции 2108 или компонентной инженерной конструкции 2110. Устройство 2100 для передачи аналогично гибкому устройству для передачи энергии, показанному на ФИГ. 7А, но вместо неупорядоченного распределения материалов для передачи энергии оно имеет упорядоченную структуру материалов для передачи энергии. Важно отметить, что композиция в любой точке в поперечном направлении, таком как плоскость 2114, должна поддерживать упорядоченную структуру материалов компонентной инженерной конструкции для эффективного обеспечения эффекта упорядоченной локализации энергии. Кроме того, вдоль продольного направления, такого как путь 2116, должен быть размещен непрерывный материал компонентной инженерной конструкции для обеспечения распространения энергетических волн в продольном направлении.
[297] Система для создания гибкого устройства 2100 для передачи может включать обеспечение гибкого корпуса 2102 и добавление материалов компонентной инженерной конструкции в гибкий корпус 2102 в виде упорядоченной структуры. Затем торцевые крышки 2104 устанавливают на их места на концах корпуса 2102 для герметизации материалов компонентной инженерной конструкции внутри гибкого устройства 2100 для передачи. И наконец, устройство 2100 для передачи может быть сплавлено для закрепления материалов компонентной инженерной конструкции в требуемых местоположениях в виде упорядоченной структуры.
[298] Между материалами компонентной инженерной конструкции внутри гибкого устройства 2100 для передачи могут существовать пустоты, такие как пустота 2112. Пустота 2112 предпочтительно может быть оставлена незаполненной, благодаря чему при сплавлении материал компонентной инженерной конструкции будет вытекать в пространство 2112 и занимать его, или в устройство 2100 для передачи может быть введен промежуточный материал, который заполнит пустое пространство между материалами компонентной инженерной конструкции. Промежуточный материал может также иметь свойства распространения энергетической волны или свойства ограничения распространения энергетической волны.
[299] На ФИГ. 21B представлен вид в поперечном разрезе сплавленной версии гибкого устройства 2100 для передачи. Важно отметить, что материалы 2106, 2108 и 2110 компонентной инженерной конструкции являются непрерывными в продольном направлении, что может способствовать более эффективной передаче энергии через устройство 2100 для передачи.
[300] На ФИГ. 21С представлен вид в поперечном разрезе гибкого устройства 2100 для передачи в несплавленном и неизогнутом состоянии, а на ФИГ. 21D представлен вид в поперечном разрезе гибкого устройства 2100 для передачи в сплавленном и неизогнутом состоянии. Следует отметить, что гибкий корпус 2100 может находиться в изогнутом или неизогнутом состоянии либо до, либо после сплавления, а базовые критерии и принципы проектирования передачи энергии, используемые в гибком устройстве для передачи энергии, по-прежнему действуют.
Способы крупномасштабного производства упорядоченных микроструктур устройства для передачи энергии
[301] На ФИГ. 22А представлен вид в разрезе в поперечной плоскости системы для создания упорядоченной структуры материалов устройства для передачи энергии (для устройства для передачи энергии с упорядоченной локализацией энергии). Как показано на ФИГ. 22А, модуль 2200 устройства для передачи энергии имеет упорядоченную структуру частиц, содержащих одну из компонентной инженерной конструкции 2202, компонентной инженерной конструкции 2204 или компонентной инженерной конструкции 2206. Как показано на ФИГ. 22A, модуль 2200 может иметь определенный начальный размер, который зависит от размера частиц компонентной инженерной конструкции, которые образуют модуль 2200, а также конкретной структуры, в виде которой расположены частицы. При приложении тепла и вытягивании модуля 2200 вдоль продольного направления, как обсуждалось ранее в настоящем раскрытии, может быть уменьшен размер модуля 2200 до меньшего диаметра с сохранением при этом конкретной упорядоченной структуры материалов компонентной инженерной конструкции, которые образуют модуль 2200. Полученный модуль 2208 уменьшенного размера, показанный на ФИГ. 22B, может иметь по существу такую же упорядоченную структуру материалов, что и модуль 2200, но может быть существенно меньшим в поперечном направлении, эффективно изменяя домен длин волн энергии, которая может быть эффективно передана через модуль 2208 в продольном направлении. Общее распределение материалов компонентной инженерной конструкции было сохранено в модуле 2208 уменьшенного размера, хотя процесс сплавления приводит к некоторому локальному изменению или деформации формы областей материала компонентной инженерной конструкции. Например, один стержень компонентной инженерной конструкции 2202 стал материалом 2203 компонентной инженерной конструкции, компонентная инженерная конструкция 2204 и две смежных ей соседние конструкции стали сплавленной областью 2205 примерно той же формы, а один стержень компонентной инженерной конструкции 2206 деформировался в компонентную инженерную конструкцию 2207 приблизительно гексагональной формы.
[302] На ФИГ. 22В представлен вид в разрезе в поперечной плоскости системы для создания упорядоченной структуры материалов устройства для передачи энергии и представляет сплавленную версию модуля 2200, показанного на ФИГ. 22А. Принципы, описанные со ссылкой на ФИГ. 22А, также применимы к ФИГ. 22B. При сплавлении материала перед его вытягиванием в модуль 2208 уменьшенного размера может происходить меньше изменений, связанных с процессом вытягивания, и распределение материала в устройстве для передачи энергии уменьшенного размера может происходить более предсказуемо. В одном варианте осуществления процесс сплавления может включать нагрев материала устройства для передачи до температуры, которая меньше, чем температура стеклования одной или более компонентных инженерных конструкций, которые образуют устройство для передачи. В другом варианте осуществления материал устройства для передачи нагревают до температуры, которая близка к температуре стеклования одной или более компонентных инженерных конструкций, или средней температуры стеклования компонентных инженерных конструкций, которые образуют устройство для передачи. В одном варианте осуществления процесс сплавления может включать использование химической реакции для сплавления материалов устройства для передачи друг с другом, необязательно с катализатором. В одном варианте осуществления процесс сплавления может включать размещение системы компонентных инженерных конструкций в ограниченном пространстве и затем обеспечение нагрева. Ограниченное пространство может быть создано с помощью крепления, аналогичного креплениям, показанным на ФИГ. 26A-26E, которые выполнены с возможностью образования ограниченного пространства 2606. В одном варианте осуществления процесс сплавления может включать размещение системы компонентных инженерных конструкций в ограниченном пространстве, приложение сжимающего усилия к материалам устройства для передачи энергии и затем подачу тепла. Это, в частности, целесообразно, если компонентные инженерные конструкции представляют собой полимеры с двухосным натяжением, в которых сжимающее усилие предотвращает скручивание или усадку материалов при их совместном сплавлении или обжиге. Таким образом, этап сплавления также включает уменьшение напряжения в материале и может упоминаться как этап сплавления и уменьшения напряжения. В одном варианте осуществления процесс сплавления и уменьшения напряжения может включать последовательность этапов с параметрами процесса, причем каждый этап включает одно из следующих действий: использование химической реакции для сплавления материалов устройства для передачи энергии, необязательно с различным содержанием катализатора; ограничение расположения и приложения сжимающего усилия с требуемым уровнем усилия; обеспечение нагрева до требуемого уровня температуры, которая может быть близкой к температуре стеклования одной или более компонентных инженерных конструкций устройства для передачи; и обеспечение охлаждения до требуемой температуры. Затем сплавленный и ненапряженный материал может быть извлечен из ограниченного пространства после завершения сплавления.
[303] На ФИГ. 23 представлено продолжение процесса 2300, показанного на ФИГ. 22B. Множество модулей 2208 уменьшенного размера устройства для передачи энергии могут быть скомпонованы в группу, как показано на участке 2301. При обеспечении нагрева и вытягивания модуля 2301 вдоль продольного направления, как обсуждалось ранее и показано на ФИГ. 22A и 22B, композитный модуль 2301 может быть сужен до меньшего модуля 2302 с микроструктурой с сохранением при этом конкретной упорядоченной структуры материалов компонентной инженерной конструкции, которые образуют модуль 2301. Этот процесс может быть повторен снова для модуля 2302 с получением еще меньшего модуля 2304 с микроструктурой. Может быть выполнено любое требуемое количество итераций этого процесса для получения микроструктуры требуемого размера. Поскольку сам модуль 2301 состоит из сжатых модулей 2208, первоначальное распределение материалов компонентной инженерной конструкции, которые образуют модуль 2208, сохраняется, но модуль становится еще меньшим в поперечном измерении, таким образом, что модуль 2304 также имеет такую же упорядоченную структуру, что и участки 2301, как показано увеличением 2306 подучастка участка 2304. С помощью контура 2308 показан исходный размер участка 2301 по сравнению с участком 2304 уменьшенного размера. Затем этот процесс может быть повторен любое количество раз для получения устройств для передачи энергии с упорядоченной структурой требуемого поперечного размера, начиная с материалов большего размера. Например, множество модулей 2304 могут быть размещено с аналогичным группированием 2301 и процесс повторяется. Эта система позволяет создавать микроуровневые структуры распределения без необходимости манипулирования отдельными материалами компонентной инженерной конструкции в микромасштабе, а это означает, что производство устройств для передачи энергии может оставаться крупномасштабным. Это может позволить упростить весь производственный процесс, снизить сложность и стоимость производства. Этот процесс уменьшения размера также может обеспечить более точное управление фактическим поперечным размером и структурированием материалов компонентной инженерной конструкции, что позволяет индивидуально настраивать устройство для передачи для конкретного требуемого домена длин волн энергии.
[304] На ФИГ. 24 представлена блок-схема процесса нагрева и вытягивания для создания материалов устройства для передачи энергии. На этапе 2402 материалы компонентной инженерной конструкции сначала размещают в виде требуемой упорядоченной структуры. На этапе 2404 материалы также могут размещать в ограниченном пространстве. На этапе 2406 материалы устройства для передачи энергии сплавляют друг с другом в указанном ограниченном пространстве, причем сплавление/уменьшение напряжения может представлять собой последовательность этапов, а каждый этап может включать любое из следующих действий: приложение сжимающего напряжения к системе материалов устройства для передачи энергии, обеспечение нагрева, обеспечение охлаждения или использование химической реакции, возможно, с катализатором. На этапе 2408 упорядоченные материалы удаляют из ограниченного пространства. Затем на следующем этапе 2410 материалы устройства для передачи энергии нагревают до соответствующей температуры, которая в некоторых вариантах осуществления может представлять собой температуру стеклования одного или более упорядоченных материалов компонентной инженерной конструкции. Затем на этапе 2412 материалы вытягивают в стержни уменьшенного размера с микроструктурой, как показано выше на ФИГ. 22Б и 23. Затем на этапе 2414 стержни уменьшенного размера с микроструктурой, полученные на этапе 2412, снова располагают в виде требуемой упорядоченной структуры, аналогичной жгуту 2301, показанному на ФИГ. 23. Упорядоченное расположение стержней с микроструктурой может снова вернуться к их виду на этапе 2404, при этом стержни станут ограниченными, сплавленными/ненапряженными, нагретыми, вытянутыми и расположенным таким образом, что они образуют стержни уменьшенного размера с микроструктурой второго порядка, подобной микроструктуре 2304, показанной на ФИГ. 23. Если стержни с микроструктурой второго порядка, полученные на этапе 2414, подлежат дополнительному нагреву и вытягиванию для регулирования их домена передачи энергии, на этапе 2404 можно вернуться к использованию стержней с микроструктурой второго порядка, а последующие этапы могут быть повторены требуемое количество раз для получения материалов устройства для передачи энергии с требуемым размером и конфигурацией для передачи энергии в требуемом домене энергии, содержащего стержни с микроструктурой nго порядка. На последнем этапе способа 2416 окончательное расположение стержней с микроструктурой получают путем сплавления/уменьшения напряжения с образованием устройства для передачи энергии.
[305] На ФИГ. 25 представлен вариант осуществления получения устройств для передачи энергии с уменьшенным поперечным размером и представлена визуализация некоторых этапов способа, описанного по ФИГ. 24. Сначала обеспечивают материал с упорядоченной структурой компонентной инженерной конструкции, такой как модуль 2502, который ограничен, сплавлен/ненапряжен и извлечен. Затем его нагревают и вытягивают для получения модуля 2504 уменьшенного размера. Разрыв, имеющийся между исходным модулем 2502 и модулем 2504 уменьшенного размера, является художественным представлением вышеописанного процесса, при выполнении которого поперечный размер исходного модуля 2502 уменьшается до поперечного размера модуля 2504, хотя по существу они представляют собой один и тот же материал. Когда будет получено достаточное количество модулей 2504 уменьшенного размера, они могут быть повторно собраны в виде новой упорядоченной структуры, показанной позицией 2508. Эта новая упорядоченная структура 2508 содержит множество модулей 2504 уменьшенного размера, которые затем могут быть подвергнуты аналогичным процессам ограничения, сплавления/уменьшения напряжения, высвобождения, нагрева и вытягивания для получения модуля уменьшенного размера, показанного позицией 2506. Разрыв, имеющийся между упорядоченной структурой 2508 и модулем 2506 уменьшенного размера, является художественным представлением вышеописанного процесса, при выполнении которого поперечный размер исходного распределения 2508 уменьшается до поперечного размера модуля 2506, хотя по существу они представляют собой один и тот же материал. Этот процесс может быть повторен необходимое количество раз для получения устройства для передачи энергии предпочтительного размера с предпочтительной плотностью каналов в материале устройства для передачи энергии, предназначенных для передачи энергии.
Способы фиксации для устранения двухосного напряжения для получения устройств для передачи энергии
[306] На ФИГ. 26А представлен вид в перспективе системы 2600 для сплавления материалов устройства для передачи энергии путем фиксации предварительно сплавленных материалов 2606 устройства для передачи в креплении, содержащем две детали 2602 и 2604. Материалы 2606 могут быть расположены в виде упорядоченной структуры перед размещением в креплениях 2602 и 2604, после чего они удерживаются креплениями в виде упорядоченной структуры. В вариантах осуществления упорядоченная структура материалов 2606 может быть образована во внутреннем пространстве между креплениями 2602 и 2604 после их соединения друг с другом. В одном варианте осуществления уменьшение напряжения материалов 2606 может происходить до, во время или после сплавления материалов 2606 устройства для передачи.
[307] На ФИГ. 26B представлен вариант осуществления, в котором крепления 2602 и 2604 соединены и содержат материалы устройства для передачи энергии в качестве частей для сплавления материалов устройства для передачи энергии. Соединенные крепления 2602 и 2604 с упорядоченной структурой материалов 2606 затем могут нагревать путем подачи тепла 2614 в течение соответствующего периода времени при подходящей температуре. В одном варианте осуществления период времени и температура подаваемого тепла могут определяться свойствами материалов устройства для передачи, включая изменение напряжения конструкции вследствие приложения или отвода тепла. В одном варианте осуществления уменьшение напряжения материалов 2606 может представлять собой процесс предварительного сплавления, при котором материалы выдерживают при некоторой температуре или в пределах некоторого диапазона температур в течение продолжительного периода времени, чтобы снять напряжения конструкции, включая, например, уменьшение напряжения при отжиге в двухосных материалах, и чтобы обеспечить более эффективное образование связей в материалах в процессе сплавления. Если не выполнить уменьшение напряжения материалов устройства для передачи энергии перед сплавлением, «уменьшение напряжения» в материале может произойти после процесса сплавления и может произойти деформация или расслаивание относительно смежных материалов, или распределение материала компонентной инженерной конструкции может иным образом нарушиться из-за нежелательного смещения. Способ уменьшение напряжения позволяет избежать этого за счет подготовки упорядоченной структуры материалов устройства для передачи энергии для процесса сплавления, благодаря чему упорядоченная структура может быть в основном сохранена после плавления. Кроме того, уменьшение напряжения в материалах позволяет обеспечить более эффективное удлинение или вытягивание материала во время процесса, показанного на ФИГ. 24. После завершения процесса уменьшение напряжения материалы 2606 могут оставаться в креплениях 2602 и 2604, когда систему нагревают до температуры сплавления с регулированием нагрева 2614 и материалы 2606 сплавляют друг с другом, или материалы могут удалить из креплений 2602 и 2604 перед сплавлением.
[308] На ФИГ. 26C представлены материалы, показанные позицией 2606 на ФИГ. 26B, которые сплавлены друг с другом и образуют сплавленный упорядоченный материал 2608 устройства для передачи энергии. В показанном варианте осуществления материалы устройства для передачи удерживаются внутри креплений 2604 и 2602 во время процесса сплавления устройства для передачи, а затем полученное сплавленное устройство 2608 для передачи, показанное на ФИГ. 28, извлекают из крепления. В вариантах осуществления материалы устройства для передачи энергии могут быть извлечены из креплений 2602 и 2604 до сплавления.
[309] Кроме того, в одном варианте осуществления крепления 2602 и 2604 могут быть выполнены с возможностью приложения сжимающего усилия 2610 к материалам устройства для передачи энергии. Сжимающее усилие 2610 может быть направлено вдоль поперечной плоскости материалов устройства для передачи энергии для недопущения расширения или деформации вдоль поперечной плоскости при уменьшении внутренних напряжений в материале. Это сжимающее усилие 2610 может быть регулируемым, так что величина сжимающего усилия может быть увеличена или уменьшена по необходимости одновременно с изменением температуры, применяемым в отношении материалов устройства для передачи энергии. В вариантах осуществления сжимающее усилие 2610 также можно изменять вдоль продольной ориентации, так что к разным участкам материала устройства для передачи энергии могут быть одновременно приложены сжимающие усилия разной величины. Это сжимающее усилие 2610 может быть приложено с помощью болтов 2612, которые прижимают крепежные компоненты 2602 и 2604 друг к другу, причем болты 2612 распределены вдоль длины устройства для передачи.
[310] На ФИГ. 26D представлен вид в перспективе крепления 2601 для сплавления материалов устройства для передачи энергии с подвижными полосами на каждой внутренней поверхности крепления, выполненными с возможностью приложения сжимающего усилия вовнутрь в радиальном направлении. В варианте осуществления, показанном на ФИГ. 26D, внутренние стороны крепежных компонентов 2602 и 2604 могут содержать подвижные полосы 2621, увеличивающие длину крепления 2601, выполненные с возможностью приложения усилия 2610 по направлению к ограниченному пространству 2606, образованному креплением 2601, и ориентированные по направлению к центру материалов устройства для передачи энергии, таких как материалы 2608, показанные на ФИГ. 26C, которые могут быть ограниченно размещены внутри крепления 2601. Каждая полоса 2621 может в основном состоять из структурно жесткого материала, такого как алюминий, сталь, углеродное волокно или композитный материал, и может быть прижата с помощью множества болтов 2623, которые вкручивают с каждой стороны крепежных компонентов 2602 и 2604. Каждая полоса 2621 может иметь гибкую поверхность 2622, например, резиновое крепление, установленное с внутренней стороны полосы 2621, причем внутренние поверхности гибких поверхностей 2622 образуют ограниченное пространство 2606. Гибкая поверхность 2622 может способствовать равномерному распределению усилия 2610, прикладываемого каждой полосой 2621 к материалам устройства для передачи энергии, ограниченным в ограниченном пространстве 2606. В этом варианте осуществления зажимные болты 2612 используют для удержания компонентов 2602 и 2604 крепления 2601, соединенных друг с другом, а затем к полосам 2621 прикладывают усилие 2610 путем затягивания болтов 2623.
[311] На ФИГ. 26E представлен вид в поперечном разрезе крепления 2601 вдоль поперечной плоскости крепления 2601. Болты 2623 могут проходить через крепление изнутри наружу и могут иметь резьбу для возможности вкручивания болтов 2623 и обеспечения возможности регулировки их положений. При регулировании болтов 2623 усилие 2610, приложенное к подвижным полосам 2621, увеличивается или уменьшается, что позволяет регулировать сжимающее усилие 2610, прикладываемое к ограниченному пространству 2606, и ограниченно разместить в нем любые материалы устройства для передачи энергии, такие как материалы 2608, показанные на ФИГ. 26C. Крепление 2601 допускает изменение сжимающего усилия как в продольном направлении от одного конца крепления к другому, так и в поперечном направлении, поскольку отдельные болты 2623 можно регулировать независимо друг от друга. Кроме того, болты 2623 можно регулировать в разные моменты времени, что также позволяет регулировать сжимающее усилие 2610 с привязкой ко времени.
[312] На ФИГ. 27 представлена блок-схема способа создания устройства для передачи энергии. На этапе 2702 материалы устройства для передачи энергии компонентной инженерной конструкции размещают в виде требуемой упорядоченной структуры. Затем на этапе 2704 материалы устройства для передачи энергии закрепляют в креплении. На этапе 2706 крепление, содержащее материалы устройства для передачи энергии, размещенные в виде упорядоченной структуры, подвергают одному или более этапам обработки, причем каждый этап обработки представляет собой один из следующих процессов: приложение сжимающего усилия к материалам устройства для передачи энергии; нагрев материалов устройства для передачи энергии; охлаждение материалов устройства для передачи или использование химической реакции для сплавления материалов устройства для передачи, которое может включать использование катализатора. В одном варианте осуществления материалы устройства для передачи энергии нагревают до соответствующей температуры или диапазона температур в течение требуемого периода времени, чтобы в достаточной степени уменьшить напряжение в материалах и сплавить материалы, а сжимающие усилия, прикладываемые к материалу устройства для передачи, могут быть отрегулированы при различных температурах для того, чтобы удалить воздушные зазоры и обеспечить сплавление материалов компонентной инженерной конструкции друг с другом. Затем на этапе 2708 ненапряженные, сплавленные материалы устройства для передачи энергии извлекают из крепления.
[313] На ФИГ. 28 представлен вид в перспективе сплавленного блока из упорядоченных материалов 2606 устройства для передачи энергии после уменьшения напряжения, сплавления и извлечения из креплений 2602 и 2604, показанных на ФИГ. 26B. Теперь материалы 2608 представляют собой непрерывный блок материала устройства для передачи энергии, уже не имеющий различимых отдельных частиц, а напротив характеризуемый непрерывным расположением объединенных частиц (AP) материала компонентной инженерной конструкции. Однако упорядоченное распределение материала все еще сохранено и обеспечивает упорядоченную локализацию энергии вдоль поперечного направления материала. Теперь блок 2608 может быть подвергнут дополнительному нагреву и вытягиванию для уменьшения поперечных размеров блока 2606, как показано на ФИГ. 22B, 23 и 25, с уменьшенным риском деформации материала. На ФИГ. 24 представлена блок-схема объединенного общего способа микромасштабного производства упорядоченных материалов устройства для передачи энергии.
[314] В одном варианте осуществления возможна некоторая деформация материала. Деформация может происходить в ходе выполнения любого из процессов, описанных в данном документе, в том числе в ходе указанного нагревания, вытягивания, фиксации или других раскрытых этапов или процессов. Для специалиста в данной области техники будет очевидно, что, хотя можно попытаться предотвратить нежелательную деформацию материала, материалы все же могут быть подвержены нежелательной деформации. Например, при сравнении вариантов осуществления, показанных на ФИГ. 20Е и 20F, ФИГ. 20А и 20В или ФИГ. 26B и 26C можно увидеть незначительную деформацию границ отдельных материалов компонентной инженерной конструкции. В то время как это может привнести некоторую уникальность в каждую конкретную компонентную инженерную конструкцию, следует понимать, что незначительные деформации материалов компонентной инженерной конструкции, возникающие в ходе обработки, можно не учитывать при идентификации по существу упорядоченной структуры, описанной в данном документе, и они не являются отклонением из указанной упорядоченной структуры.
[315] Из-за гибкости материала, выбранного для использования для передачи энергии согласно настоящему раскрытию, предпочтительно можно сконструировать материал для устройства для передачи энергии, используя гибкие или частично гибкие материалы, способные изгибаться или деформироваться без негативного влияния на их структуру или свойства распространения энергетической волны. В традиционно используемых стекловолоконных волноводах стеклянные стержни характеризуются крайне малой гибкостью на протяжении всего производственного процесса, что затрудняет и удорожает производство. Использование более прочных материалов с большей гибкостью может обеспечить более экономичные и более эффективные производственные возможности.
Объединение способов уменьшения поперечных размеров и формования с фиксацией
[316] На ФИГ. 29А и 29В показана система 3000 для эффективного изготовления упорядоченных материалов устройства для передачи энергии с микроструктурой с использованием вращающегося барабана. В системе 3000 материалы 3004 устройства для передачи энергии, расположенные в виде упорядоченной структуры, могут быть обеспечены и могут удерживаться на месте с помощью крепления 3002, причем крепление 3002 может быть аналогичным по форме креплению 2600. На этапе 3006 может быть применена печь или формовочное устройство другого типа, выполненное с возможностью обеспечения требуемой формы, размера или упорядочения материалов 3004 устройства для передачи энергии. На этапе 3006 материалы 3004 могут удлинять или вытягивать в гибкую нить уменьшенного размера из материала устройства для передачи энергии, указанного на этапе 3008. Важно отметить, что, хотя поперечный размер материалов 3008 меньше, чем у материалов 3004, упорядоченное расположение материалов 3004 устройства для передачи энергии по существу сохраняется в гибких материалах 3008. Гибкий материал 3008 может быть транспортирован с помощью моторизованной системы управления, которая может быть использована для достижения соответствующей скорости обработки материалов с целью обеспечения соответствующего размера, формы, упорядочения, конструкции или другого параметра. Обеспечивают оборудование 3010 для выравнивания, которое может быть выполнено с возможностью передачи материалов в пределах необходимого допуска их гибкости для недопущения разрывов и обеспечения надлежащего выравнивания материала в процессе 3000 производства. Позицией 3012 обозначено устройство для позиционирования, которое обеспечивает автоматическое или полуавтоматическое геометрическое выравнивание гибкого материала 3008 с соответствующим промежутком и позиционированием относительно барабана 3014. Устройство для позиционирования может иметь позиционирующую головку (не показана) определенной формы, соответствующую гибкому материалу 3008, и может обеспечивать повышенную точность при выравнивании материала 3008 относительно барабана 3014. Барабан 3014 может быть барабаном с управлением от компьютера или двигателя и может вращаться со скоростью, соразмерной скорости вытягивания гибкого материала 3008. Барабан 3014 может содержать механическую или лазерную/оптическую измерительную систему (не показана) для автоматической регулировки скорости вращения барабана 3014 или другого перемещения для обеспечения согласованного и точного упорядочения. Барабан 3014 может содержать несколько заказных форм 3016, размещаемых вдоль окружности, как показано на ФИГ. 29А, или может содержать единую кольцевую форму 3016, показанную на ФИГ. 29B. Заказные формы 3016 собирают материал 3008 по мере его вытягивания из материала 3004 устройства для передачи, причем материал имеет заранее заданное упорядочение, которое поддерживают путем регулировки скорости барабана и перемещения устройства 3012 для позиционирования. Заказные формы 3016 могут иметь любую основную форму (например, круглую, шестигранную и т. д.), необходимую для сплавления, и, как правило, выполнены в виде половины или неполного сечения крепления для материала, аналогичного креплению 3002, причем 3002 может иметь форму, аналогичную форме, показанной в системе 2600. В варианте осуществления, показанном на ФИГ. 29B, барабан 3014 может содержать одно крепление, проходящее по окружности барабана. При вращении барабана 3014 гибкий материал 3008 располагают в соответствующем местоположении внутри заказных форм 3016, в конечном итоге заполняя формы 3016 и образуя второе расположение материалов 3005. Когда формы 3016 будут заполнены материалом 3005 со вторым расположением, т. е. гибким материалом 3008 с упорядоченным расположением, материал 3005 может быть разрезан в промежуточных местах 3018 для отделения заполненных форм 3016. В варианте осуществления, показанном на ФИГ. 29B, материал на непрерывной катушке с материалом 3005 со вторым расположением может быть разрезан в требуемых местах для получения сегментов требуемой длины для конечного продукта или для повторного использования в представленном процессе. Перед резкой формы 3016 могут сплавлять, герметизировать, сжимать или иным образом закреплять таким образом, чтобы сохранить упорядочение в материалах 3005 внутри форм 3016. Этот процесс могут итерационно повторять, используя заполненную форму 3016 в качестве крепления 3002 для заготовки, причем материалы 3005 со вторым расположением могут использовать вместо материала 3004 в начале процесса, показанного на ФИГ. 29А и 29В, пока не будет получен требуемый материал устройства для передачи энергии.
[317] Варианты осуществления материалов 3005 со вторым расположением включают создание множества сегментов гибких материалов 3008, которые сами являются версиями с уменьшенными поперечными размерами материалов 3004 устройства для передачи энергии, которые были размещены в виде упорядоченной структуры. Таким образом, указанные варианты осуществления материалов 3005 со вторым расположением включают создание множества миниатюризированных материалов устройства для передачи энергии с упорядоченным расположением и, таким образом, их также рассматривают как материалы с упорядоченной локализацией энергии и с упорядоченным расположением.
[318] Когда будет обеспечено второе расположение материалов 3005, его можно повторно использовать путем осуществления проиллюстрированного процесса, заменив материалы 3004 устройства для передачи энергии. В результате повторного использования материалов 3005 со вторым расположением будут получены материалы с соответствующим третьим расположением (не показаны), которые сами по себе будут включать множество миниатюризированных (с уменьшенным поперечным размером) сегментов материалов 3005 со вторым расположением. Этот процесс может быть повторен любое количество раз для получения такого материала, чтобы исходное, упорядоченное расположение материалов устройства для передачи энергии (изначально обеспеченное в материалах 3004) теперь обеспечивало поперечный размер, позволяющий локализовать энергию требуемого домена (такого как требуемый диапазон длин волн в случае световой энергии).
[319] В одном варианте осуществления крепление 3002, закрепляющее материалы 3004 устройства для передачи энергии, также может быть выполнено с возможностью приложения сжимающего усилия к материалам 3004 для их проталкивания через формовочное устройство 3006 для обеспечения повторного формования материалов 3004 в материалы 3008 с уменьшенным поперечным размером. В другом варианте осуществления вместо этого крепление 3002 может быть выполнено с возможностью приложения к нему внешней силы, например электрическим двигателем или другим аналогичным источником усилия, чтобы в конечном итоге проталкивать материалы 3004 устройства для передачи через формовочное устройство 3006.
Оптимизированное упорядочение геометрических форм для упорядоченной локализации энергии
[320] До сих пор было проиллюстрировано несколько различных геометрических форм частиц компонентной инженерной конструкции и заготовок из материала. Один аспект настоящего изобретения состоит в том, что можно использовать любое расположение или геометрическую форму материалов, если они имеют упорядоченную структуру, как обсуждалось ранее. Однако геометрическая форма предварительно сплавленного материала устройства для передачи может оказать существенное влияние на эффективность свойств материалов по локализации и распространению энергии. В одном варианте осуществления определенные геометрические формы, известные как выпуклые однородные размещенные рядом друг с другом элементы, могут обеспечивать предпочтительные распределения материалов устройства для передачи энергии за счет размещения материалов в эффективных конфигурациях.
[321] В общем случае размещение элементов рядом друг с другом или мозаичное размещение представляет собой расположение геометрических форм, при котором по существу отсутствуют перекрытия между формами и отсутствуют зазоры между формами. Мозаичное размещение может представлять собой размещение на двухмерной поверхности с использованием плоских форм или в трех измерениях с использованием объемных конструкций. Кроме того, в домене размещенных рядом друг с другом элементов существуют подтипы. Например, правильное размещение элементов рядом друг с другом представляет собой мозаичное размещение, при котором все размещенные рядом друг с другом элементы имеют одинаковую форму. Существует множество вариантов неправильного размещения элементов рядом друг с другом, включающих набор из двух или более форм, сконфигурированных для их мозаичного размещения друг относительно друга соответствующим образом. Кроме того, возможно непериодическое размещение элементов рядом друг с другом, при котором отсутствует повторяющийся рисунок, а также апериодическое размещение элементов рядом друг с другом, при котором используют набор форм из повторяющихся размещенных рядом друг с другом элементов, которые не образуют повторяющийся узор, например мозаику Пенроуза. Все подтипы размещения элементов рядом друг с другом входят под объем настоящего изобретения. Формы размещенных рядом друг с другом элементов в двухмерных вариантах осуществления могут быть многоугольными, выпуклыми, вогнутыми, изогнутыми, неправильными и т. д. Кроме того, для специалиста в данной области техники должно быть очевидно, что, хотя определение размещенных рядом друг с другом элементов исключает наличие зазоров или промежутка между размещенными рядом друг с другом элементами, существуют реальные обстоятельства, которые иногда приводят к отклонению от строгого определения, и что наличие незначительных зазоров или промежутков между конкретными размещенными рядом друг с другом элементами не следует рассматривать как отклонение от конкретной структуры с размещением элементов рядом друг с другом или мозаичным размещением.
[322] Для устройств для передачи из определенных доменов энергии также может существовать необходимость в использовании воздуха в качестве материала для передачи энергии компонентной инженерной конструкции, который может быть включен в структуру с размещением элементов рядом друг с другом согласно раскрытию в данном документе. Таким образом, наличие воздуха или пустого пространства между размещенными рядом друг с другом элементами компонентной инженерной конструкции других типов может представлять собой преднамеренно созданный зазор согласно конструкции и может согласовываться с мозаичным размещением в конкретных вариантах осуществления.
[323] Мозаичное размещение также может быть применено в более высоких размерностях, таких как трехмерное пространство. К указанным мозаичным размещениям применимы раскрытые выше принципы.
[324] Например, размещение элементов рядом друг с другом по Лавесу предполагает наличие вершин в центрах правильных многоугольников и ребер, соединяющих центры правильных многоугольников, имеющих общее ребро. Размещение элементов рядом друг с другом по Лавесу называют планигонами, включающими 3 размещенных рядом друг с другом элемента правильной формы (треугольник, квадрат и пятиугольник) и 8 размещенных рядом друг с другом элементов неправильной формы. Каждая вершина имеет ребра, равномерно распределенные вокруг нее. Трехмерные аналоги планигонов называют стереоэдрами.
[325] Все зеркальные формы могут быть созданы с применением конструкций Витоффа, представленных символами Витоффа, или диаграммами Кокстера-Дынкина, каждая из которых оперирует одним из трех треугольников Шварца (4, 4, 2), (6, 3, 2) или (3, 3, 3) с симметрией, представленной группами Кокстера: [4, 4], [6, 3] или [3[3]]. Только один элемент из однородных размещенных рядом друг с другом элементов не может быть построен с помощью процесса Витоффа, но может быть получен путем удлинения треугольного элемента из однородных размещенных рядом друг с другом элементов. Также существует ортогональная зеркальная конструкция [∞, 2, ∞], рассматриваемая как два набора параллельных зеркал, составляющих прямоугольный основной домен. Если домен является квадратным, эта симметрия может быть удвоена с помощью диагонального зеркала до семейства [4, 4]. В данном документе раскрыты геометрические формы, которые могут быть использованы.
[326] Перколяционная модель состоит в преобразовании правильной решетки, подобной квадратной решетке, в неупорядоченную сеть путем случайного «занятия» узлов (вершин) или связей (ребер) со статистически независимой вероятностью p. При пороговом значении pc, называемом порогом перколяции, сначала появляются крупные структуры и длинные соединения. В зависимости от способа получения неупорядоченной сети различают порог перколяции узла и порог перколяции связи. Более общие системы имеют несколько вероятностей p1, p2 и т. д. и передача характеризуется поверхностью или многообразием. Кроме того, могут быть рассмотрены непрерывные системы, такие как перекрывающиеся диски и сферы, расположенные неупорядоченно, или отрицательное пространство.
[327] Если занятие узла или связи является абсолютно случайным, оно относится к так называемой перколяции Бернулли (Bernoulli). Для непрерывной системы случайное занятие соответствует точкам, размещаемым с применением пуассоновского процесса. Дальнейшие изменения включают коррелированную перколяцию, например, перколяционные структуры, связанные с моделями ферромагнетиков Изинга (Ising) и Поттса (Potts), в которых связи удаляют посредством способа Фортуина-Кастелейна (Fortuin-Kasteleyn). При инициализации или k-sat перколяции (выполнении задачи выполнимости булевых формул в k-конъюнктивной нормальной форме) узлы и/или связи сначала заняты, а затем их последовательно выбраковывают из системы, если у узла нет по меньшей мере k соседей. Другой важной моделью перколяции, в совершенно другом классе универсальности, является направленная перколяция, в которой связность вдоль связи зависит от направления потока.
[328] Проще говоря, двойственность в двух измерениях подразумевает, что все полностью триангулированные решетки (например, треугольная, union jack (в виде государственного флага Соединенного Королевства Великобритании и Северной Ирландии), двойная перекрестная, martini dual и asanoha или 3-12 двойная и триангуляция Делоне) имеют пороговые значения для узлов, равные 1/2, а самодвойственные решетки (квадрат, martini-B) имеют пороговые значения для связи, равные 1/2.
[329] В случае использования конструкций с размещенными рядом друг с другом элементами может измениться соотношение сторон соответствующего голографического пикселя одновременно с обеспечением пространственного и/или объемного изменения поля обзора.
[330] Уменьшение муаровых или повторяющихся структур также может обеспечить повышенное эффективное разрешение и одновременно обеспечить более высокие потенциальные уровни точности (увеличение глубины поля) благодаря различным местоположениям сходимости, которые могут быть адресованы. Повышенная эффективность разрешения также может быть достигнута путем упаковки более эффективного разрешения в потенциальных измерениях, которые являются более предпочтительными для вариантов применения за счет необязательного использования повторяющейся единой ориентации или структуры.
[331] Несколько вариантов осуществления структур, которые представляют пространственное распределение материалов устройства для передачи в плоскости, поперечной продольному направлению распространения энергетической волны, и которые пространственно локализуют энергетические волны в этой поперечной плоскости благодаря принципу упорядоченной локализации энергии, показаны на ФИГ. 30-58G.
[332] На ФИГ. 30 представлен вид в разрезе в поперечной плоскости выпуклых однородных размещенных рядом друг с другом элементов из двух различных материалов устройства для передачи энергии, имеющих одну из двух форм. Конкретные размещенные рядом друг с другом элементы, показанные на ФИГ. 30, представляют собой размещенные рядом друг с другом квадратные элементы (или размещенные рядом друг с другом клетчатые элементы).
[333] На ФИГ. 31 представлен вид в разрезе в поперечной плоскости выпуклых однородных размещенных рядом друг с другом элементов из трех различных материалов устройства для передачи энергии, имеющих одну из двух форм. Конкретные размещенные рядом друг с другом элементы, показанные на ФИГ. 31, представляют собой размещенные рядом друг с другом элементы в виде усеченных квадратов (или в виде усеченных клеток).
[334] На ФИГ. 32 представлен вид в разрезе в поперечной плоскости выпуклых однородных размещенных рядом друг с другом элементов из трех различных материалов устройства для передачи энергии, имеющих одну из двух форм. Конкретные размещенные рядом друг с другом элементы, показанные на ФИГ. 32, представляют собой измененную версию размещенных рядом друг с другом элементов в виде усеченных квадратов.
[335] На ФИГ. 33 представлен вид в разрезе в поперечной плоскости выпуклых однородных размещенных рядом друг с другом элементов из двух различных материалов устройства для передачи энергии, все из которых имеют одинаковую форму. Конкретные размещенные рядом друг с другом элементы, показанные на ФИГ. 33, представляют собой размещенные рядом друг с другом тетракис-квадратные элементы (kisquadrille).
[336] На ФИГ. 34 представлен вид в разрезе в поперечной плоскости выпуклых однородных размещенных рядом друг с другом элементов из двух различных материалов устройства для передачи энергии, имеющих одну из двух форм. Конкретные размещенные рядом друг с другом элементы, показанные на ФИГ. 34, представляют собой размещенные рядом друг с другом элементы в виде плоскостных квадратов (плоскостных клеток).
[337] На ФИГ. 35 представлен вид в разрезе в поперечной плоскости выпуклых однородных размещенных рядом друг с другом элементов из двух различных материалов устройства для передачи энергии, все из которых имеют одинаковую форму. Конкретные размещенные рядом друг с другом элементы, показанные на ФИГ. 35, представляют собой размещенные рядом друг с другом элементы в виде пятиугольной брусчатки (4-fold pentille).
[338] На ФИГ. 36 представлен вид в разрезе в поперечной плоскости выпуклых однородных размещенных рядом друг с другом элементов из трех различных материалов устройства для передачи энергии, все из которых имеют одинаковую форму. Конкретные размещенные рядом друг с другом элементы, показанные на ФИГ. 36, представляют собой размещенные рядом друг с другом гексагональные элементы (hextille).
[339] На ФИГ. 37 представлен вид в разрезе в поперечной плоскости выпуклых однородных размещенных рядом друг с другом элементов из двух различных материалов устройства для передачи энергии, все из которых имеют одинаковую форму. Конкретные размещенные рядом друг с другом элементы, показанные на ФИГ. 37, представляют собой размещенные рядом друг с другом треугольные элементы (deltille).
[340] На ФИГ. 38 представлен вид в разрезе в поперечной плоскости выпуклых однородных размещенных рядом друг с другом элементов из двух различных материалов устройства для передачи энергии, имеющих одну из двух форм. Конкретные размещенные рядом друг с другом элементы, показанные на ФИГ. 38, представляют собой размещенные рядом друг с другом тригексагональные элементы (hexadeltille).
[341] На ФИГ. 39 представлен вид в разрезе в поперечной плоскости выпуклых однородных размещенных рядом друг с другом элементов из трех различных материалов устройства для передачи энергии, все из которых имеют одинаковую форму. Конкретные размещенные рядом друг с другом элементы, показанные на ФИГ. 39, представляют собой размещенные рядом друг с другом ромбические элементы (rhombille).
[342] На ФИГ. 40 представлен вид в разрезе в поперечной плоскости выпуклых однородных размещенных рядом друг с другом элементов из трех различных материалов устройства для передачи энергии, имеющих одну из двух форм. Конкретные размещенные рядом друг с другом элементы, показанные на ФИГ. 40, представляют собой размещенные рядом друг с другом усеченные гексагональные элементы (truncated hextille).
[343] На ФИГ. 41 представлен вид в разрезе в поперечной плоскости выпуклых однородных размещенных рядом друг с другом элементов из трех различных материалов устройства для передачи энергии, все из которых имеют одинаковую форму. Конкретные размещенные рядом друг с другом элементы, показанные на ФИГ. 41, представляют собой размещенные рядом друг с другом триакис-треугольные элементы (kisdeltille).
[344] На ФИГ. 42 представлен вид в разрезе в поперечной плоскости выпуклых однородных размещенных рядом друг с другом элементов из трех различных материалов устройства для передачи энергии, имеющих одну из трех форм. Конкретные размещенные рядом друг с другом элементы, показанные на ФИГ. 42, представляют собой размещенные рядом друг с другом ромб-битригексагональные элементы (rhombihexadeltille).
[345] На ФИГ. 43 представлен вид в разрезе в поперечной плоскости выпуклых однородных размещенных рядом друг с другом элементов из трех различных материалов устройства для передачи энергии, все из которых имеют одинаковую форму. Конкретные размещенные рядом друг с другом элементы, показанные на ФИГ. 43, представляют собой размещенные рядом друг с другом дельтовидные тригексагональные элементы (tetrille).
[346] На ФИГ. 44 представлен вид в разрезе в поперечной плоскости выпуклых однородных размещенных рядом друг с другом элементов из трех различных материалов устройства для передачи энергии, имеющих одну из трех форм. Конкретные размещенные рядом друг с другом элементы, показанные на ФИГ. 44, представляют собой размещенные рядом друг с другом усеченные тригексагональные элементы (truncated hexadeltille).
[347] На ФИГ. 45 представлен вид в разрезе в поперечной плоскости выпуклых однородных размещенных рядом друг с другом элементов из двух различных материалов устройства для передачи энергии, все из которых имеют одинаковую форму. Конкретные размещенные рядом друг с другом элементы, показанные на ФИГ. 45, представляют собой элементы, размещенные рядом друг с другом в соответствии со структурой kisrhombille (kisrhombille).
[348] На ФИГ. 46 представлен вид в разрезе в поперечной плоскости выпуклых однородных размещенных рядом друг с другом элементов из трех различных материалов устройства для передачи энергии, имеющих одну из двух форм. Конкретные размещенные рядом друг с другом элементы, показанные на ФИГ. 46, представляют собой размещенные рядом друг с другом плоскостные тригексагональные элементы (snub hextille).
[349] На ФИГ. 47 представлен вид в разрезе в поперечной плоскости выпуклых однородных размещенных рядом друг с другом элементов из трех различных материалов устройства для передачи энергии, все из которых имеют одинаковую форму. Конкретные размещенные рядом друг с другом элементы, показанные на ФИГ. 47, представляют собой размещенные рядом друг с другом пятиугольные элементы в виде цветка (6-fold pentille).
[350] На ФИГ. 48 представлен вид в разрезе в поперечной плоскости выпуклых однородных размещенных рядом друг с другом элементов из четырех различных материалов устройства для передачи энергии, имеющих одну из двух форм. Конкретные размещенные рядом друг с другом элементы, показанные на ФИГ. 48, представляют собой размещенные рядом друг с другом удлиненные треугольные элементы (isosnub quadrille).
[351] На ФИГ. 49 представлен вид в разрезе в поперечной плоскости выпуклых однородных размещенных рядом друг с другом элементов из двух различных материалов устройства для передачи энергии, все из которых имеют одинаковую форму. Конкретные размещенные рядом друг с другом элементы, показанные на ФИГ. 49, представляют собой размещенные рядом друг с другом призматические пятиугольные элементы (iso(4-)pentille).
[352] На ФИГ. 50 представлен вид в разрезе в поперечной плоскости выпуклых однородных размещенных рядом друг с другом элементов из трех различных материалов устройства для передачи энергии, имеющих одну из двух форм. Конкретные размещенные рядом друг с другом элементы, показанные на ФИГ. 50, представляют собой размещенные рядом друг с другом тригексагональные элементы.
[353] На ФИГ. 51 представлен вид в разрезе в поперечной плоскости выпуклых однородных размещенных рядом друг с другом элементов из трех различных материалов устройства для передачи энергии, имеющих одну из трех форм. Конкретные размещенные рядом друг с другом элементы, показанные на ФИГ. 51, представляют собой размещенные рядом друг с другом ромб-битригексагональные элементы.
[354] На ФИГ. 52 представлен вид в разрезе в поперечной плоскости выпуклых однородных размещенных рядом друг с другом элементов из трех различных материалов устройства для передачи энергии, имеющих одну из трех форм. Конкретные размещенные рядом друг с другом элементы, показанные на ФИГ. 52, представляют собой размещенные рядом друг с другом усеченные тригексагональные элементы.
[355] На ФИГ. 53 представлен вид в разрезе в поперечной плоскости выпуклых однородных размещенных рядом друг с другом элементов из трех различных материалов устройства для передачи энергии, имеющих одну из двух форм. Конкретные размещенные рядом друг с другом элементы, показанные на ФИГ. 53, представляют собой размещенные рядом друг с другом плоскостные гексагональные элементы.
[356] На ФИГ. 54 представлен вид в разрезе в поперечной плоскости невыпуклых однородных размещенных рядом друг с другом элементов из четырех различных материалов устройства для передачи энергии, имеющих одну из двух форм.
[357] На ФИГ. 55 представлен вид в разрезе в поперечной плоскости выпуклых однородных размещенных рядом друг с другом элементов из трех различных материалов устройства для передачи энергии, все из которых имеют одинаковую форму.
[358] На ФИГ. 56 представлен вид в разрезе в поперечной плоскости выпуклых однородных размещенных рядом друг с другом элементов из трех различных материалов устройства для передачи энергии, имеющих одну из двух форм.
[359] На ФИГ. 57 представлен вид в разрезе в поперечной плоскости выпуклых однородных размещенных рядом друг с другом элементов из четырех различных материалов устройства для передачи энергии, имеющих одну из двух форм.
[360] На ФИГ. 58A-58G представлены виды в разрезе в поперечной плоскости нескольких дополнительных выпуклых однородных размещенных рядом друг с другом элементов из одного, двух, трех или более различных материалов устройства для передачи энергии.
[361] Структуры, показанные на ФИГ. 30-58G, могут быть использованы не только для представления распределения материалов устройства для передачи энергии, но также могут быть применены для проектирования массивов энергетических волноводов, которые проецируют энергию из определенных местоположений на поверхности устройства для передачи энергии под определенными углами в пространстве. Например, в видимом участке спектра электромагнитной энергии вышеприведенные структуры могут обеспечивать различные размеры апертуры, ориентации апертуры и различные эффективные фокусные расстояния для массива линз для упорядочения проекционных структур, которое недостижимо для типовой равномерно распределенной структуры с массивом микролинз.
[362] Размещенные рядом друг с другом элементы, показанные на ФИГ. 30-58G, представлены исключительно в качестве примера и объем настоящего изобретения не должен быть ограничен этими проиллюстрированными размещенными рядом друг с другом элементами.
Высокоразмерная упорядоченная локализация энергии
[363] В дополнение к ранее раскрытым в данном документе геометрическим формам, которые были поперечными и плоскими, будут введены дополнительные многомерные упорядоченные структуры материалов устройства для передачи энергии. Путем размещения определенных трехмерных форм, состоящих из различных материалов компонентной инженерной конструкции, с образованием раскрытых упорядоченных структур можно создать упорядоченное устройство для передачи энергии с использованием трехмерных упорядоченных структур, способных демонстрировать эффекты упорядоченной локализации энергии.
[364] Трехмерные формы могут быть выполнены таким образом, чтобы их можно было размещать в виде мозаики в трех измерениях. Это позволяет эффективно размещать материалы компонентной инженерной конструкции в трех измерениях по существу без зазоров между материалами. Кроме того, все трехмерные формы могут быть аналогичными или могут быть выбраны из набора форм, выполненных с возможностью мозаичного трехмерного размещения, варианты осуществления которых раскрыты ниже.
На ФИГ. 59 представлен вид в перспективе разобранного узла упорядоченных пирамид 6000, содержащих три разных материала 6004, 6006 и 6008 компонентной инженерной конструкции. На ФИГ. 59 показаны три квадратных пирамиды 6004 компонентной инженерной конструкции, две квадратных пирамиды 6006 компонентной инженерной конструкции и одна квадратная пирамида 6008 компонентной инженерной конструкции. При объединении шести квадратных пирамид, показанных на ФИГ. 59, может быть образован сплошной куб из материала устройства для передачи энергии. После сборки куб из материала может обладать свойством локализации энергии как в поперечной, так и в продольной ориентациях. На фигуре показан путь 6002 распространения энергии, проходящий через три квадратные пирамидальные формы из аналогичного материала 6004 компонентной инженерной конструкции, которые заштрихованы серым цветом на ФИГ. 59. Трехмерное устройство из различных материалов компонентной инженерной конструкции может быть обеспечено для локализации передачи энергии в поперечной плоскости устройства для передачи энергии, а также может быть обеспечено для способствования распространению энергии в продольной плоскости устройства для передачи энергии в соответствии с принципами упорядоченной локализации энергии, раскрытыми в данном документе.
[365] На ФИГ. 60 представлен вид в перспективе частично разобранной конфигурации узла упорядоченных пирамид 6000, содержащих материалы 6004, 6006 и 6008 компонентной инженерной конструкции. При выделении только пирамид из компонентной инженерной конструкции 6004 можно видеть путь 6002 распространения вдоль только материалов из компонентной инженерной конструкции 6004, создающий путь распространения энергии в продольном направлении, который может проявлять эффекты локализации энергии. Когда упорядоченные пирамиды 6000 собраны в объемную конструкцию 6300, показанную на ФИГ. 62, путь 6002 будет по существу линейным и будет проходить только через материалы аналогичной компонентной инженерной конструкции 6004. Оставшиеся три пирамиды из компонентных инженерных конструкций 6006 и 6008 затем будут перемещены в положение взаимного соединения с пирамидами из компонентной инженерной конструкции 6004.
[366] Сплошной узел может быть образован любыми способами, включающими нагревание, сплавление, химические способы, время, адгезивы, формование или любые способы получения материалов устройства для передачи энергии, ранее раскрытые в данном документе. Продольная локализация со свойствами упорядоченной локализации энергии может быть обеспечена, если критерии упорядоченного распределения применены соответствующим образом с учетом не только поперечного сечения, но и размеров, как показано на ФИГ. 60.
[367] На ФИГ. 61 представлен вид в перспективе развернутого узла упорядоченных пирамид 6001, содержащих три разных материала 6004, 6006 и 6008 компонентной инженерной конструкции. Исходные шесть квадратных пирамид из материала, составляющего узел 6000 по ФИГ. 59 и ФИГ. 60, можно видеть в центре развернутого узла 6001. Дополнительные пирамиды 6010, содержащие один из трех исходных материалов компонентной инженерной конструкции, также видны как примыкающие к центральному кубу, проходя от материала компонентной инженерной конструкции конкретного типа наружу из узла 6000. Множество квадратно-пирамидальных материалов, образующих узел 6000, в дополнение к дополнительным квадратно-пирамидальным материалам 6010 выполняют функцию подструктур, которые при их объединении в развернутый узел 6001 образуют составную форму, содержащую ромбический додекаэдр. Продольное поперечное сечение развернутого узла 6001 показано позицией 6012, а поперечное сечение показано позицией 6014.
[368] Для обеспечения возможности самовыравнивания множества объемных конструкций раскрыты различные взаимосвязанные и неправильные размерные геометрические формы. На ФИГ. 61 ромбический додекаэдр показан с соответствующим упорядочением, выполненным для обеспечения соответствующей локализации в любой ориентации и учитывающим граничные условия, которые возникнут вследствие взаимосвязи смежных объемных конструкций.
[369] Сплавленные (или иным образом обработанные) узлы образуют единую размерную геометрическую форму, которая выполнена таким образом, чтобы все пространство было полностью заполнено. В данном случае все так же существует возможность получения неидеальной геометрической формы, поскольку для заполнения остаточных зазоров могут применять сплавление или другие процессы (включая жидкие материалы для передачи света или т. д.). Однако возможность либо образовывать, либо непосредственно изготавливать эти геометрические формы с рассматриваемым упорядочением позволяет непосредственно или опосредованно производить эти изготавливаемые упорядоченные формы, которые может быть легче производить без необходимости в выполнении множества дополнительных этапов изготовления (например, вытягивания, сплавления, применения барабанов для сбора материала и т. д.) и которые выполнены с возможностью самовыравнивания с взаимосвязанными геометрическими формами и сохранения соответствующей упорядоченной конфигурации независимо от отдельного поворота/размещения каждой объемной конструкции.
[370] Во всей среде объемной конструкции поддерживается упорядоченная локализация энергии для эффективного распространения энергии при мозаичном размещении совместно с другими объемными конструкциями.
[371] На ФИГ. 62 представлен вид в перспективе собранной упорядоченной объемной конструкции 6300. Множество конструкций 6300 может быть размещено в трехмерном пространстве для создания устройства для передачи энергии с упорядоченной структурой материалов в трехмерном пространстве, способной вызывать эффект локализации энергии в продольном и поперечном (не показано) направлениях, например вдоль пути 6302 распространения. Путь 6302 распространения может проходить по существу линейно через объемную конструкцию 6300. В одном варианте осуществления распространение энергии по существу по линейному пути 6302 распространения в продольном направлении через объемную конструкцию может обеспечивать более высокую эффективность передачи в продольном направлении из-за эффектов локализации, описанных в данном документе.
[372] На ФИГ. 63 представлен вид в перспективе множества упорядоченных объемных конструкций 6300, показанных на ФИГ. 62, размещенных в виде геометрической мозаики с учетом граничных условий для обеспечения эффективной локализации энергии.
[373] Благодаря взаимосвязанной конструкции ромбического додекаэдра или любой другой требуемой размерной конфигурации объемные конструкции могут быть выровнены друг с другом, заполнив все остаточное пространство в пределах объема, и соответствующим образом обеспечить упорядоченную локализацию энергии. Эти конструкции могут быть образованы с применением вибрации, давления, вакуума, нагрева, жидкости, газа или любого другого процесса, позволяющего соединить их друг с другом и создать материал с минимальными зазорами. Как определено в предыдущих разделах, также может быть выполнена дальнейшая обработка (сжатие, нагрев, сплавление и т. д.) и указанные конструкции можно рассматривать как размерную заготовку, в отношении которой могут быть выполнены все последующие раскрытые операции согласно настоящему изобретению. Кроме того, они могут включать применение множества структур, множества размерных взаимосвязанных (или непересекающихся) геометрических форм, множества размеров, структуры и т. д. для обеспечения различных конструктивных аспектов распространения энергии и локализации. Кроме того, следует отметить, что получаемые в результате взаимосвязанные структуры могут не быть твердыми и в принципе могут представлять собой жидкие или гибкие структуры для обеспечения упорядоченных структур для различных вариантов применения.
[374] Объемные конструкции со свойством упорядоченной локализации энергии, используемые при изготовлении материала устройства для передачи энергии, могут обладать дополнительными свойствами, которые являются предпочтительными для процесса производства. Например, упорядоченная объемная конструкция может иметь механизм для ориентации конструкции в пространстве. Конструкция может быть нагружена, например, с одной стороны, или может иметь магнитный момент и реагировать на магнитные поля для ориентирования в определенном направлении в пространстве. Точно управляя этими свойствами, можно упорядочить объемные конструкции для их «самосборки» или частичной «самосборки» в материал устройства для передачи энергии. В одном варианте осуществления каждая из множества упорядоченных объемных конструкций может обладать конкретным электрическим дипольным моментом и существовать в общей несжатой среде. При приложении электромагнитного поля к множеству конструкций они могут быть ориентированы таким образом, что будут по существу сжаты с образованием узла устройства для передачи энергии. Помимо нагружения и электрической/магнитной поляризации могут быть предложены другие способы ориентации упорядоченных объемных конструкций и они также могут включать ручное или компьютеризированное механическое манипулирование конструкциями. Некоторые варианты осуществления объемных конструкций компонентной инженерной конструкции также могут быть самосборными благодаря их конкретным инженерным свойствам. Например, они могут самоориентироваться при их множественном размещении рядом друг с другом или может быть применено стимулирующее воздействие для упорядочения объемных конструкций.
[375] На ФИГ. 64 представлен вид в перспективе узла 6500, содержащего дополнительные упорядоченные объемные конструкции 6300, на котором продемонстрировано, что они могут быть добавлены во всех измерениях для создания более крупных узлов для обеспечения требуемого размера или конфигурации.
[376] На ФИГ. 65А представлен вид в поперечном разрезе в поперечном направлении узла 6500 из конструкций 6300, показанных на ФИГ. 64. При соответствующем проектировании с учетом упорядоченной локализации энергии для любого заданного поперечного сечения полученных после обработки/формовки материалов могут быть применены те же «правила», поскольку эти геометрические формы обеспечивают лучшее упорядочение аналогичного материала для локализации в продольной ориентации и могут демонстрировать дополнительное ограничение распространения энергии в поперечной ориентации, как показано пунктирными линиями на ФИГ. 65A. Проиллюстрировано множество невозможных путей 6602 распространения, демонстрирующих, как конструкционное исполнение упорядоченных объемных конструкций может препятствовать поперечному распространению энергии через узел 6500.
[377] На ФИГ. 65B представлен вид в поперечном разрезе в продольном направлении узла 6500 из упорядоченных объемных конструкций из материала устройства для передачи энергии. Отмеченные пунктиром области, такие как область 6702, представляют собой местоположения, которые прикреплены спереди или позади поперечного сечения, обеспечивая продольное распространение энергии. Упорядочение материалов, показанное на ФИГ. 65B, предполагает, чтобы один из размеров был упорядочен с соответствующей ориентацией (например, ось не должна изменяться), однако все другие аспекты конструкции можно свободно поворачивать. Волнистые сплошные линии, проходящие через узел 6500, изображают возможные пути 6302 распространения энергии, на которых изменение инженерных свойств минимизировано и которые способствуют распространению энергии. Путь 6302 распространения может быть по существу линейным в трехмерном аспекте, но показан в виде волнистой линии из-за способа представления поперечного сечения на ФИГ. 65B.
[378] На ФИГ. 66А-С, ФИГ. 67А-С, ФИГ. 68A-F, ФИГ. 69А-С, ФИГ. 70А-С и ФИГ. 71 представлено несколько вариантов и схем для концепции упорядоченной объемной конструкции с использованием различных геометрических форм и конфигураций, которые реализуют принципы, раскрытые в данном документе, для создания узлов с упорядоченным расположением материалов, в которых обеспечивают упорядоченную локализацию энергии в одной или более плоскостей узлов.
[379] На ФИГ. 66A и 66C представлены варианты осуществления объемной конструкции, содержащей три различных подконструкции, а на ФИГ. 66B представлен вариант осуществления объемной конструкции, содержащей две различные подконструкции.
[380] На ФИГ. 67A-C представлен узел из нескольких различных объемных конструкций, содержащих подконструкции различной формы.
[381] На ФИГ. 68A-F представлены дополнительные варианты осуществления объемных конструкций, содержащих различные компоненты подконструкции, а также каркасные модели, иллюстрирующие внутреннюю структуру некоторых вариантов осуществления объемной конструкции.
[382] На ФИГ. 69A представлен вариант осуществления множества объемных конструкций, расположенных в узле, а на ФИГ. 69B и 69C показаны виды в поперечном разрезе узла, показанного на ФИГ. 69А, вдоль, соответственно, продольного и поперечного направлений.
[383] На ФИГ. 70A представлен вариант осуществления множества объемных конструкций, расположенных в узле, а на ФИГ. 70B и 70C показаны виды в поперечном разрезе узла, показанного на ФИГ. 70А, вдоль, соответственно, продольного и поперечного направлений.
[384] На ФИГ. 71 представлен вариант осуществления узла из двух различных объемных конструкций, причем первая объемная конструкция выполнена с возможностью мозаичного размещения в вершинах множества более крупных вторых объемных конструкций.
[385] Хотя выше были описаны различные варианты осуществления согласно раскрытым в данном документе принципам, следует понимать, что они представлены исключительно в качестве примера и не являются ограничивающими. Таким образом, охват и объем настоящего изобретения (-й) не должны ограничиваться каким-либо из вышеописанных примеров осуществления, а должны определяться исключительно формулой изобретения и ее эквивалентами, вытекающими из этого раскрытия. Кроме того, вышеупомянутые преимущества и признаки, приведенные в описанных вариантах осуществления, не ограничивают применение такой опубликованной формулы изобретения в отношении процессов и конструкций, частично или полностью реализующих вышеуказанные преимущества.
[386] Следует понимать, что основные признаки этого раскрытия могут быть использованы в различных вариантах осуществления без отступления от объема раскрытия. Специалисты в данной области техники смогут выявить или установить, используя не более чем стандартные эксперименты, многочисленные эквиваленты конкретных процедур, описанных в настоящем документе. Такие эквиваленты считаются входящими в объем настоящего раскрытия и охватываются формулой изобретения.
[387] Кроме того, заголовки разделов в настоящем документе приведены для связности с предложениями в соответствии с 37 CFR (Свода Федеральных Правил) 1.77 или другими документами по обеспечению организации информации. Эти заголовки не должны ограничивать или характеризовать настоящее изобретение (-я), изложенное в любом пункте формулы изобретения, вытекающем из этого раскрытия. В частности, и в качестве примера, хотя заголовки относятся к разделу «Область техники», такие пункты формулы изобретения не должны ограничиваться формулировкой под этим заголовком для описания так называемой области техники. Кроме того, описание технологии в разделе «Уровень техники» не следует рассматривать как допущение того, что эта технология представляет предшествующий уровень техники для любого изобретения (-й) в этом раскрытии. Раздел «Раскрытие сущности изобретения» также не следует рассматривать как охарактеризование изобретения (-й), изложенного в опубликованной формуле изобретения. Кроме того, любое указание в этом раскрытии на «изобретение» в форме единственного числа не должно быть использовано для утверждения того, что в этом раскрытии имеется только одна точка новизны. Множество изобретений может быть изложено в соответствии с ограничениями множества пунктов формулы изобретения, вытекающих из этого раскрытия, и такие пункты формулы изобретения соответственно определяют настоящее изобретение(-я) и его эквиваленты, которые таким образом защищены. Во всех случаях объем такой формулы изобретения следует рассматривать по существу в свете этого раскрытия, но он не должен ограничиваться изложенными в настоящем документе заголовками.
[388] Использование грамматических средств выражения формы единственного числа при их использовании в сочетании с термином «содержащий» в формуле изобретения и/или описании может означать «один», но оно также согласуется со значением «один или более», «по меньшей мере один» и «один или более, чем один». Термин «или» в формуле изобретения использован для обозначения «и/или», если явно не указано, что он относится только к альтернативам или альтернативы являются взаимоисключающими, хотя настоящее раскрытие поддерживает определение, которое относится только к альтернативам и к «и/или». Во всей настоящей заявке термин «приблизительно» использован для указания того, что значение включает собственную изменчивость ошибки для устройства, способ, используемый для определения значения, или изменчивость, которая имеется среди субъектов исследования. В общем случае, но с учетом предшествующего обсуждения, значение в данном документе, которое изменяется термином приближения, таким как «приблизительно» или «по существу», может отличаться от указанного значения по меньшей мере на ±1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 10, 12 или 15 %.
[389] В контексте данного описания и формулы (формул) изобретения термины «содержащий» (и любая форма содержания, такая как «содержание» и «содержать») являются включающими или неограничивающими и не исключают дополнительных, не перечисленных элементов или этапов способа.
[390] Слова сравнения, измерения и времени, такие как «в момент времени», «эквивалентный», «во время», «завершенный» и т. п., следует понимать как означающие «по существу в момент времени», «по существу эквивалентный», «по существу во время», «по существу завершенный» и т. д., причем термин «по существу» означает, что такие сравнения, измерения и временные интервалы практически осуществимы для неявного или явного достижения заявленного требуемого результата. Слова, касающиеся относительного положения элементов, такие как «вблизи», «в непосредственной близости от» и «рядом с», должны означать достаточно близкое расположение для того, чтобы они могли оказывать существенное влияние на взаимодействие соответствующих элементов системы. Другие термины приближения аналогичным образом относятся к состоянию, которое при таком изменении понимается не обязательно как абсолютное или предпочтительное, но будет означать достаточную близость для специалистов в данной области техники, чтобы гарантировать, что данное состояние присутствует. Степень, в которой может варьироваться описание, будет зависеть от того, насколько большими могут быть изменения, и все же специалист в данной области техники сможет определить, что измененный признак все еще обладает требуемыми характеристиками и возможностями неизмененного признака.
[391] Используемый в данном документе термин «или их комбинации» относится ко всем перестановкам и комбинациям перечисленных элементов, предшествующих термину. Например, термин «A, B, C или их комбинации» предназначен для включения по меньшей мере одного из: A, B, C, AB, AC, BC или ABC и, если в определенном контексте важен порядок, то также и BA, CA , CB, CBA, BCA, ACB, BAC или CAB. Кроме того, согласно этому же примеру явно включены комбинации, которые содержат повторы одного или более элементов или терминов, такие как BB, AAA, AB, BBC, AAABCCCC, CBBAAA, CABABB и т.д. Для специалиста в данной области техники будет очевидно, что, как правило, отсутствуют ограничения на количество элементов или терминов в любой комбинации, если иное не очевидно из контекста.
[392] Все раскрытые и заявленные в настоящем документе композиции и/или способы могут быть изготовлены и выполнены без проведения излишних экспериментов в соответствии с настоящим раскрытием. Хотя композиции и способы согласно этому раскрытию были описаны применительно к предпочтительным вариантам осуществления, для специалистов в данной области техники будет очевидно, что могут быть применены изменения к указанным композициям и/или способам, а также могут быть внесены изменения в этапы или в последовательности этапов описанного в настоящем документе способа без отступления от концепции, сущности и объема настоящего раскрытия. Все такие аналогичные замены и изменения, очевидные для специалистов в данной области техники, считаются находящимися в пределах сущности, объема и концепции настоящего раскрытия, которые определены прилагаемой формулой изобретения.
Claims (152)
1. Волоконный волновод, содержащий:
множество модулей, собранных в конструкцию, причем каждый модуль содержит первые компонентные инженерные конструкции и вторые компонентные инженерные конструкции;
причем каждый модуль в конструкции содержит совокупность первой и второй компонентных инженерных конструкций в виде по существу упорядоченной структуры в поперечной плоскости волоконного волновода;
первые и вторые компонентные инженерные конструкции выполнены с возможностью взаимодействия для передачи энергии вдоль продольной плоскости, которая перпендикулярна поперечной плоскости;
по существу упорядоченная структура первой и второй компонентных инженерных конструкций в поперечной плоскости волоконного волновода имеет поперечное искажение по существу упорядоченной структуры;
первые и вторые компонентные инженерные конструкции выполнены и расположены таким образом, чтобы при передаче энергии проявлялось свойство локализации Андерсона.
2. Волоконный волновод по п. 1, в котором первые и вторые компонентные инженерные конструкции выполнены с возможностью передачи по меньшей мере 10% энергии, передаваемой вдоль продольной плоскости.
3. Волоконный волновод по п. 1, в котором как первая, так и вторая компонентные инженерные конструкции выполнены с возможностью передачи энергии с посредством способов, отличных от внутреннего отражения.
4. Волоконный волновод по п. 1, дополнительно содержащий третью компонентную инженерную конструкцию.
5. Волоконный волновод по п. 4, в котором множество модулей дополнительно содержат третью компонентную инженерную конструкцию, причем третья компонентная инженерная конструкция расположена в виде по существу упорядоченной структуры в поперечной плоскости.
6. Волоконный волновод по п. 4, в котором третья компонентная инженерная конструкция расположена в промежуточных областях между множеством модулей в конструкции.
7. Волоконный волновод по п. 4, в котором третья компонентная инженерная конструкция выполнена с возможностью передачи энергии вдоль продольной плоскости.
8. Волоконный волновод по п. 4, в котором третья компонентная инженерная конструкция выполнена с возможностью ограничения передачи энергии в поперечной плоскости.
9. Волоконный волновод по п. 1, в котором множество модулей периодически распределены по всей поперечной плоскости волоконного волновода.
10. Волоконный волновод по п. 9, в котором поперечное искажение включает искажение границы между смежными первыми и вторыми компонентными инженерными конструкциями.
11. Волоконный волновод по п. 1, который имеет первую поверхность, соответствующую входной энергетической поверхности, и вторую поверхность, соответствующую выходной энергетической поверхности, и выполнен с возможностью распространения энергии между первой поверхностью и второй поверхностью вдоль пути, который по существу параллелен продольной плоскости.
12. Волоконный волновод по п. 11, выполненный с возможностью распространения электромагнитной энергии и локализации электромагнитной энергии, распространяющейся между первой и второй поверхностями, в поперечной плоскости волоконного волновода, обеспеченной варьируемостью показателя преломления между первыми и вторыми компонентными инженерными конструкциями.
13. Волоконный волновод по п. 11, выполненный с возможностью распространения механической энергии в форме звуковых волн и локализации звуковых волн, распространяющихся между первой и второй поверхностями, в поперечной плоскости волоконного волновода, обеспеченной варьируемостью акустического импеданса между первыми и вторыми компонентными инженерными конструкциями.
14. Волоконный волновод по п. 11, выполненный с возможностью изменения разрешения энергии, так что энергия, распространяющаяся между первой поверхностью и второй поверхностью, после ее прохождения через первую поверхность имеет первое разрешение, а после прохождения через вторую поверхность имеет второе разрешение, которое составляет по меньшей мере приблизительно 50% первого разрешения.
15. Волоконный волновод по п. 11, в котором первая поверхность имеет площадь поверхности, отличную от площади второй поверхности, причем волоконный волновод дополнительно содержит участок с наклонным профилем между первой поверхностью и второй поверхностью для обеспечения геометрического расширения или сужения энергетических волн, распространяющихся между первой и второй поверхностями.
16. Волоконный волновод по п. 15, в котором участок с наклонным профилем является угловым, линейным, изогнутым, коническим, многогранным или выровненным не перпендикулярно по отношению к продольной плоскости.
17. Волоконный волновод по п. 11, выполненный с возможностью обеспечивать, чтобы энергия, присутствующая на первой поверхности, проходила через вторую поверхность для того, чтобы по существу заполнить конус с углом раскрытия ±10 градусов относительно нормали второй поверхности, независимо от местоположения на второй поверхности.
18. Волоконный волновод по п. 11, который включает множество элементов для передачи в конфигурации с установкой встык один на другой в продольной ориентации, причем первый элемент из множества элементов имеет первую поверхность, а второй элемент из множества элементов имеет вторую поверхность.
19. Волоконный волновод по п. 11, в котором первая поверхность выполнена с возможностью приема энергии от блока источника энергии, причем блок источника энергии содержит механическую основу, имеющую ширину, отличную от ширины по меньшей мере одной из первой поверхности и второй поверхности.
20. Волоконный волновод по п. 11, в котором по меньшей мере одна из первой или второй поверхности представляет собой вогнутую поверхность, выпуклую поверхность или плоскую поверхность, причем плоская поверхность имеет наклон относительно нормали поверхности, которая наклонена относительно пути, который по существу параллелен продольной плоскости.
21. Волоконный волновод по п. 1, в котором каждая из первых компонентных инженерных конструкций и вторых компонентных инженерных конструкций содержит по меньшей мере одно из: атомных или субатомных частиц, стекла, углерода, оптического волокна, оптической пленки, полимера или их смесей.
22. Волоконный волновод по п. 1, в котором каждая из первых и вторых компонентных инженерных конструкций также имеет форму поперечного сечения из набора из одной или более форм вдоль поперечной плоскости.
23. Волоконный волновод по п. 22, в котором по существу упорядоченная структура в поперечной плоскости волоконного волновода включает размещение рядом друг с другом форм поперечного сечения первых и вторых компонентных инженерных конструкций таким образом, что между первыми и вторыми компонентными инженерными конструкциями вдоль поперечной плоскости волоконного волновода по существу отсутствуют пустые пространства.
24. Волоконный волновод, содержащий:
множество первых и вторых компонентных инженерных конструкций, каждая из которых имеет форму поперечного сечения из набора из одной или более форм вдоль поперечной плоскости волоконного волновода;
причем множество первых и вторых компонентных инженерных конструкций по существу расположены в виде размещенных рядом друг с другом элементов по всей поперечной плоскости волоконного волновода;
по меньшей мере одна форма из набора из одной или более форм включает многоугольную форму;
первые и вторые компонентные инженерные конструкции выполнены и расположены таким образом, чтобы при передаче энергии проявлялось свойство упорядоченной локализации энергии;
размещённые рядом инженерные конструкции имеют поперечное искажение.
25. Волоконный волновод по п. 24, в котором многоугольная форма из набора из одной или более форм является выпуклой.
26. Волоконный волновод по п. 24, в котором множество первых и вторых компонентных инженерных конструкций выполнено с возможностью взаимодействия для передачи энергии вдоль продольной плоскости волоконного волновода.
27. Волоконный волновод по п. 26, в котором первые и вторые компонентные инженерные конструкции выполнены с возможностью передачи по меньшей мере 10% энергии, передаваемой вдоль продольной плоскости.
28. Волоконный волновод по п. 26, в котором как первая, так и вторая компонентные инженерные конструкции выполнены с возможностью передачи энергии с посредством способов, отличных от внутреннего отражения.
29. Волоконный волновод по п. 24, дополнительно содержащий множество третьих компонентных инженерных конструкций, каждая из которых имеет форму поперечного сечения из набора из одной или более форм вдоль поперечной плоскости волоконного волновода.
30. Волоконный волновод по п. 29, в котором размещение элементов рядом друг с другом в поперечной плоскости волоконного волновода также включает применение множества третьих компонентных инженерных конструкций.
31. Волоконный волновод по п. 29, в котором множество третьих компонентных инженерных конструкций размещены отдельно от размещенных рядом друг с другом элементов в поперечной плоскости волоконного волновода.
32. Волоконный волновод по п. 29, в котором множество третьих компонентных инженерных конструкций выполнены с возможностью взаимодействия с первыми и вторыми компонентными инженерными конструкциями для передачи энергии вдоль продольной плоскости волоконного волновода.
33. Волоконный волновод по п. 29, в котором множество третьих компонентных инженерных конструкций выполнены с возможностью поглощения энергии, распространяющейся в поперечной плоскости волоконного волновода.
34. Волоконный волновод по п. 24, в котором поперечное искажение включает искажение границы между смежными размещенными рядом друг с другом элементами.
35. Волоконный волновод по п. 26, который имеет первую поверхность, соответствующую входной энергетической поверхности, и вторую поверхность, соответствующую выходной энергетической поверхности, и выполнен с возможностью распространения энергии между первой поверхностью и второй поверхностью вдоль пути, который по существу параллелен продольной плоскости.
36. Волоконный волновод по п. 35, выполненный с возможностью распространения электромагнитной энергии и локализации электромагнитной энергии, распространяющейся между первой и второй поверхностями, в поперечной плоскости волоконного волновода, обеспеченной варьируемостью показателя преломления между первыми и вторыми компонентными инженерными конструкциями.
37. Волоконный волновод по п. 35, выполненный с возможностью распространения механической энергии и локализации звука, распространяющегося между первой и второй поверхностями, в поперечной плоскости волоконного волновода, обеспеченной варьируемостью акустического импеданса между первыми и вторыми компонентными инженерными конструкциями.
38. Волоконный волновод по п. 35, выполненный с возможностью изменения разрешения энергии, так что энергия, распространяющаяся между первой поверхностью и второй поверхностью, при ее прохождении через первую поверхность имеет первое разрешение, а после прохождения через вторую поверхность имеет второе разрешение, которое составляет по меньшей мере 50% первого разрешения.
39. Волоконный волновод по п. 35, в котором первая поверхность имеет площадь поверхности, отличную от площади второй поверхности, причем волоконный волновод дополнительно содержит участок с наклонным профилем между первой поверхностью и второй поверхностью для обеспечения геометрического расширения или сужения энергетических волн, распространяющихся между первой и второй поверхностями.
40. Волоконный волновод по п. 39, в котором участок с наклонным профилем является угловым, линейным, изогнутым, коническим, многогранным или выровненным не перпендикулярно по отношению к продольной плоскости.
41. Волоконный волновод по п. 35, выполненный с возможностью обеспечивать, чтобы энергия, присутствующая на первой поверхности, проходила через вторую поверхность для того, чтобы по существу заполнить конус с углом раскрытия ±10 градусов относительно нормали второй поверхности, независимо от местоположения на второй поверхности.
42. Волоконный волновод по п. 35, который включает множество элементов для передачи в конфигурации с установкой встык один на другой в продольной ориентации, причем первый элемент из множества элементов имеет первую поверхность, а второй элемент из множества элементов имеет вторую поверхность.
43. Волоконный волновод по п. 35, в котором первая поверхность выполнена с возможностью приема энергии от блока источника энергии, причем блок источника энергии содержит механическую основу, имеющую ширину, отличную от ширины по меньшей мере одной из первой поверхности и второй поверхности.
44. Волоконный волновод по п. 35, в котором по меньшей мере одна из первой или второй поверхности представляет собой вогнутую поверхность, выпуклую поверхность или плоскую поверхность, причем плоская поверхность имеет наклон относительно нормали поверхности, которая наклонена относительно пути, который по существу параллелен продольной плоскости.
45. Волоконный волновод по п. 24, в котором каждая из первых компонентных инженерных конструкций и вторых компонентных инженерных конструкций содержит по меньшей мере одно из следующего: любые атомные или субатомные частицы, стекло, углерод, оптическое волокно, оптическую пленку, полимер или их смеси.
46. Волоконный волновод, содержащий:
множество объемных конструкций, выполненных с возможностью объемного мозаичного размещения, каждая из которых содержит одну или более компонентных инженерных конструкций;
причем множество объемных конструкций расположено в узле по существу в соответствии с трехмерным мозаичным размещением объемных конструкций, узел выполнен с возможностью передачи через него энергии в продольном направлении и имеет более высокую эффективность передачи в продольном направлении, чем в поперечном направлении, перпендикулярном продольному направлению;
трехмерное мозаичное размещение объемных конструкций выполнено таким образом, чтобы был образован по меньшей мере один по существу линейный путь через указанное объемное мозаичное размещение, причем по существу линейный путь совпадает только для аналогичных компонентных инженерных конструкций и ориентирован по существу параллельно продольному направлению, причем компонентные инженерные конструкции выполнены и расположены таким образом, чтобы при передаче энергии проявлялось свойство упорядоченной локализации энергии.
47. Волоконный волновод по п. 46, в котором множество объемных конструкций имеет форму ромбического додекаэдра.
48. Волоконный волновод по п. 46, в котором каждая из множества объемных конструкций содержит множество подконструкций, причем каждая подконструкция содержит одну из первой, второй или третьей компонентной инженерной конструкции.
49. Волоконный волновод по п. 48, в котором каждая из первой, второй или третьей компонентной инженерной конструкции содержит по меньшей мере одно из следующего: любые атомные или субатомные частицы, стекло, углерод, оптическое волокно, оптическую пленку, полимер или их смеси.
50. Волоконный волновод по п. 48, в котором каждая подконструкция из множества подконструкций имеет квадратную пирамидальную форму и выполнена с возможностью сборки в форму ромбического додекаэдра.
51. Волоконный волновод по п. 46, в котором по существу линейный путь совпадает только с одной из первой, второй или третьей компонентной инженерной конструкции.
52. Волоконный волновод по п. 46, который имеет первую поверхность, соответствующую входной энергетической поверхности, и вторую поверхность, соответствующую выходной энергетической поверхности, и выполнен с возможностью распространения энергии между первой поверхностью и второй поверхностью вдоль пути, который по существу параллелен продольному направлению.
53. Волоконный волновод по п. 52, выполненный с возможностью распространения электромагнитной энергии и локализации электромагнитной энергии, распространяющейся между первой и второй поверхностями, в поперечном направлении волоконного волновода, обеспеченной варьируемостью показателя преломления между одной или более компонентными инженерными конструкциями.
54. Волоконный волновод по п. 52, выполненный с возможностью распространения механической энергии и локализации звука, распространяющегося между первой и второй поверхностями, в поперечном направлении волоконного волновода, обеспеченной варьируемостью акустического импеданса между одной или более компонентными инженерными конструкциями.
55. Волоконный волновод по п. 52, выполненный с возможностью изменения разрешения энергии, так что энергия, распространяющаяся между первой поверхностью и второй поверхностью, при ее прохождении через первую поверхность имеет первое разрешение, а после прохождения через вторую поверхность имеет второе разрешение, которое составляет по меньшей мере 50% первого разрешения.
56. Волоконный волновод по п. 52, в котором первая поверхность имеет площадь поверхности, отличную от площади второй поверхности, причем волоконный волновод дополнительно содержит участок с наклонным профилем между первой поверхностью и второй поверхностью для обеспечения геометрического расширения или сужения энергетических волн, распространяющихся между первой и второй поверхностями.
57. Волоконный волновод по п. 56, в котором участок с наклонным профилем является угловым, линейным, изогнутым, сужающимся, многогранным или выровненным не перпендикулярно по отношению к вертикальной оси волоконного волновода.
58. Волоконный волновод по п. 52, выполненный с возможностью обеспечивать, чтобы энергия, присутствующая на первой поверхности, проходила через вторую поверхность, для того, чтобы по существу заполнить конус с углом раскрытия ±10 градусов относительно нормали второй поверхности, независимо от местоположения на второй поверхности.
59. Волоконный волновод по п. 52, который включает множество элементов для передачи в конфигурации с установкой встык один на другой в продольном направлении, причем первый элемент из множества элементов имеет первую поверхность, а второй элемент из множества элементов имеет вторую поверхность.
60. Волоконный волновод по п. 52, в котором первая поверхность выполнена с возможностью приема энергии от блока источника энергии, причем блок источника энергии содержит механическую основу, имеющую ширину, отличную от ширины по меньшей мере одной из первой поверхности и второй поверхности.
61. Волоконный волновод по п. 52, в котором по меньшей мере одна из первой или второй поверхности представляет собой вогнутую поверхность, выпуклую поверхность или плоскую поверхность, причем плоская поверхность имеет наклон относительно нормали поверхности, которая наклонена относительно пути, который по существу параллелен продольному направлению.
62. Способ сплавления волоконного волновода, включающий:
обеспечение множества первых компонентных инженерных конструкций и множества вторых компонентных инженерных конструкций; и
образование совокупности первых и вторых компонентных инженерных конструкций, имеющей по существу упорядоченную структуру первых и вторых компонентных инженерных конструкций в поперечной плоскости волоконного волновода;
причем совокупность первых и вторых компонентных инженерных конструкций позволяет передавать энергию вдоль продольной плоскости, которая перпендикулярна поперечной плоскости;
первые и вторые компонентные инженерные конструкции выполнены и расположены таким образом, чтобы при передаче энергии проявлялось свойство упорядоченной локализации энергии;
который также включает обработку совокупности первых и вторых компонентных инженерных конструкций, которая включает последовательность из одного или более этапов, причем обработка включает приложение первого сжимающего усилия к совокупности ограниченных компонентных инженерных конструкций вдоль по меньшей мере поперечной плоскости,
подачу тепла к сжатой совокупности в один или более этапов, причем каждый этап имеет температуру этапа и длительность этапа,
приложение второго сжимающего усилия к нагретой совокупности в один или более этапов, причем каждый этап имеет прилагаемое сжимающее усилие и длительность этапа, и
охлаждение нагретой совокупности;
при этом по меньшей мере одна температура этапа из одного или более этапов представляет собой по существу температуру стеклования по меньшей мере одной из первых и вторых компонентных инженерных конструкций, или по существу среднюю температуру стеклования всех компонентных инженерных конструкций.
63. Способ по п. 62, который также включает обработку совокупности первых и вторых
компонентных инженерных конструкций, которая включает последовательность из одного или более этапов, причем каждый этап включает одно из следующих действий:
приложение сжимающего усилия к совокупности,
приложение тепла к совокупности,
охлаждение совокупности, или
выполнение химической реакции в отношении совокупности.
64. Способ по п. 63, который также включает:
размещение совокупности первых и вторых компонентных инженерных конструкций в ограниченном пространстве перед этапом обработки; и
извлечение совокупности первых и вторых компонентных инженерных конструкций из ограниченного пространства после этапа обработки.
65. Способ по п. 64, согласно которому обработка также включает:
приложение тепла к ограниченной совокупности; и
охлаждение нагретой совокупности, находящейся в ограниченном пространстве.
66. Способ по п. 64, согласно которому подача тепла к совокупности включает нагревание ограниченных компонентных инженерных конструкций до первой температуры, а также подачу тепла для изменения температуры нагреваемой совокупности до второй температуры, отличной от первой температуры, перед охлаждением совокупности.
67. Способ по п. 64, согласно которому ограниченное пространство создают с помощью приспособления, содержащего первый и второй компоненты, выполненные с возможностью соединения друг с другом для образования ограниченного пространства между ними.
68. Способ по п. 67, согласно которому приспособление дополнительно выполнено с возможностью приложения регулируемого сжимающего усилия к указанному ограниченному пространству.
69. Способ по п. 68, согласно которому приспособление выполнено с возможностью высвобождения обработанной совокупности после завершения этапа обработки.
70. Способ образования волоконного волновода, включающий:
обеспечение множества первых компонентных инженерных конструкций и множества вторых компонентных инженерных конструкций;
образование первой совокупности из множества первых и вторых компонентных инженерных конструкций, имеющей по существу упорядоченную структуру первых и вторых компонентных инженерных конструкций в поперечной плоскости волоконного волновода и обеспечивающей, чтобы при передаче энергии проявлялось свойство упорядоченной локализации энергии; и
повторение по меньшей мере нижеследующих этапов до тех пор, пока указанная совокупность не обеспечит требуемые инженерные свойства, причем указанные этапы включают:
обработку первой совокупности из первых и вторых компонентных инженерных конструкций с получением узла;
нагревание по меньшей мере первого участка узла, причем образованный волоконный волновод перед нагревом имеет первый поперечный размер;
приложение усилия растяжения в продольном направлении вдоль по меньшей мере первого участка нагретого узла, таким образом изменяя первый участок для обеспечения второго поперечного размера, меньшего, чем первый поперечный размер, в то же время по существу сохраняя по существу упорядоченную структуру первых и вторых компонентных инженерных конструкций в поперечной плоскости; и
создание второй совокупности из множества по существу аналогичных измененных первых участков, причем указанная вторая совокупность может быть использована вместо первой совокупности для дальнейших итераций предыдущих этапов обработки, нагрева и приложения усилия.
71. Способ по п. 70, согласно которому, когда первая совокупность имеет требуемые инженерные свойства, выполняют заключительный этап обработки, включающий сплавление совокупности, имеющей требуемые инженерные свойства.
72. Способ по п. 70, согласно которому обработка включает последовательность из одного или более этапов, причем каждый этап включает одно из следующих действий:
приложение сжимающего усилия к совокупности,
приложение тепла к совокупности,
охлаждение совокупности, или
выполнение химической реакции в отношении совокупности.
73. Способ по п. 70, согласно которому этап нагревания включает нагревание узла из первых и вторых компонентных инженерных конструкций до по существу температуры стеклования первых и вторых компонентных инженерных конструкций.
74. Способ создания волоконного волновода, включающий:
обеспечение множества первых и вторых компонентных инженерных конструкций;
размещение множества первых и вторых компонентных инженерных конструкций в виде первой объединенной конструкции, содержащей совокупность первых и вторых компонентных инженерных конструкций, причем указанная совокупность имеет по существу упорядоченную структуру первых и вторых компонентных инженерных конструкций в поперечной плоскости объединенной конструкции;
первые и вторые компонентные инженерные конструкции выполнены и расположены таким образом, чтобы при передаче энергии проявлялось свойство локализации Андерсона;
вытягивание участков первой объединенной конструкции с уменьшением размера таким образом, чтобы поперечный размер вытянутых участков был меньшим, чем у первой объединенной конструкции, в то же время по существу сохраняя расположение первых и вторых компонентных инженерных конструкций в поперечной плоскости;
размещение вытянутых участков первой объединенной конструкции на вращающейся конструкции, содержащей по меньшей мере одно крепление;
причем при вращении вращающейся конструкции вытянутые участки расположены внутри по меньшей мере одного крепления, таким образом образуя вторую объединенную конструкцию из вытянутых участков, содержащую совокупность вытянутых участков в поперечном направлении.
75. Способ по п. 74, согласно которому крепление содержит множество форм для сплавления второй объединенной конструкции из вытянутых участков, причем множество форм разделено проемами между ними;
причем при вращении вращающейся конструкции вытянутые участки расположены внутри множества форм, образуя вторую объединенную конструкцию из вытянутых участков; и
способ также включает:
разделение второй объединенной конструкции из вытянутых участков на проемах между формами из указанного множества форм; и
отделение множества форм от вращающейся конструкции.
76. Способ по п. 75, который также включает сплавление вторых объединенных конструкций в множестве форм с получением сплавленных вторых объединенных конструкций.
77. Способ по п. 76, который также включает повторение указанных этапов вытягивания, позиционирования, разделения, отделения и сплавления для получения совокупности сплавленных вторых объединенных конструкций.
78. Способ по п. 76, который также включает:
вытягивание сплавленных вторых объединенных конструкций с уменьшением размера таким образом, чтобы уменьшенный поперечный размер вытянутых участков сплавленных вторых объединенных конструкций был меньшим, чем первоначальный поперечный размер сплавленных вторых объединенных конструкций, в то же время по существу сохраняя расположение первых и вторых компонентных инженерных конструкций в поперечной плоскости;
размещение вытянутых участков сплавленных вторых объединенных конструкций на вращающейся конструкции, содержащей по меньшей мере одно крепление;
причем при вращении вращающейся конструкции вытянутые участки второй объединенной конструкции расположены внутри по меньшей мере одного крепления, таким образом образуя третью объединенную конструкцию из вытянутых участков второй объединенной конструкции, содержащую совокупность вытянутых участков второй объединенной конструкции в поперечном направлении.
79. Способ по п. 74, который также включает извлечение второй объединенной конструкции из вытянутых участков из вращающейся конструкции и помещение второй объединенной конструкции из вытянутых участков в крепление для сплавления.
80. Способ по п. 79, который также включает сплавление вторых объединенных конструкций в креплении для сплавления с получением сплавленных вторых объединенных конструкций.
81. Способ по п. 80, который также включает повторение указанных этапов вытягивания, позиционирования, извлечения и сплавления для получения совокупности сплавленных вторых объединенных конструкций.
82. Способ по п. 80, который также включает:
вытягивание сплавленных вторых объединенных конструкций с уменьшением размера таким образом, чтобы уменьшенный поперечный размер вытянутых участков сплавленных вторых объединенных конструкций был меньшим, чем первоначальный поперечный размер сплавленных вторых объединенных конструкций, в то же время по существу сохраняя расположение первых и вторых компонентных инженерных конструкций в поперечной плоскости;
размещение вытянутых участков сплавленных вторых объединенных конструкций на вращающейся конструкции, содержащей по меньшей мере одно крепление;
причем при вращении вращающейся конструкции вытянутые участки второй объединенной конструкции расположены внутри по меньшей мере одного крепления, таким образом образуя третью объединенную конструкцию из вытянутых участков второй объединенной конструкции, содержащую совокупность вытянутых участков второй объединенной конструкции в поперечном направлении.
83. Способ по п. 74, который также включает обработку первой объединенной конструкции из компонентных инженерных конструкций перед этапом вытягивания, причем эта обработка включает по меньшей мере одно из следующих действий:
приложение сжимающего усилия к объединенной конструкции,
приложение тепла к объединенной конструкции,
охлаждение объединенной конструкции, или
выполнение химической реакции в отношении объединенной конструкции.
84. Способ по п. 74, который также включает сплавление второй объединенной конструкции, расположенной внутри по меньшей мере одного крепления.
85. Способ по п. 74, согласно которому вытягивание первых участков первой объединенной конструкции включает подачу тепла на первые участки с одновременным приложением усилия растяжения к первой объединенной конструкции в продольном направлении.
86. Способ по п. 74, согласно которому этап вытягивания выполняют непрерывно.
87. Способ по п. 74, который также включает обеспечение одного или более устройств для позиционирования, выполненных с возможностью осуществления этапа позиционирования вытянутых участков первой объединенной конструкции на вращающейся конструкции в положения, соответствующие по меньшей мере одному креплению, удерживающему вторую объединенную конструкцию из вытянутых участков.
88. Способ по п. 87, который также включает один или более механизмов для выравнивания, выполненных с возможностью направления вытянутых участков первой объединенной конструкции в одном или более устройствах для позиционирования, подлежащих размещению на вращающейся конструкции.
89. Способ по п. 74, согласно которому крепление выполнено с возможностью ограничения второй объединенной конструкции, таким образом прикладывая сжимающее усилие ко второй объединенной конструкции.
90. Способ по п. 74, согласно которому крепление также выполнено с возможностью отсоединения от вращающейся конструкции.
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201862617293P | 2018-01-14 | 2018-01-14 | |
| US201862617288P | 2018-01-14 | 2018-01-14 | |
| US62/617,293 | 2018-01-14 | ||
| US62/617,288 | 2018-01-14 | ||
| PCT/US2019/013310 WO2019140269A1 (en) | 2018-01-14 | 2019-01-11 | Systems and methods for transverse energy localization in energy relays using ordered structures |
Related Child Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2023134052A Division RU2023134052A (ru) | 2018-01-14 | 2019-01-11 | Системы и способы для поперечной локализации энергии в устройствах для передачи энергии с использованием упорядоченных структур |
| RU2023134047A Division RU2023134047A (ru) | 2018-01-14 | 2019-01-11 | Системы и способы для поперечной локализации энергии в устройствах для передачи энергии с использованием упорядоченных структур |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2020124316A RU2020124316A (ru) | 2022-02-14 |
| RU2810230C2 true RU2810230C2 (ru) | 2023-12-25 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3859071A (en) * | 1970-11-26 | 1975-01-07 | Philips Corp | Apparatus for compressing a polygonal pack of optical fibers employing a plurality of slides with curved faces and a cage |
| US20030026567A1 (en) * | 2001-08-01 | 2003-02-06 | Schott Communications Technologies, Inc. | Graded index fiber, array and method of manufacture |
| US20080087047A1 (en) * | 2003-07-14 | 2008-04-17 | Massachusetts Institute Of Technology | Optoelectronic fiber codrawn from conducting, semiconducting, and isulating materials |
| RU2361193C2 (ru) * | 2004-05-19 | 2009-07-10 | Вп Холдинг, Ллс | Оптический датчик с многослойной плазмонной структурой для усовершенствованного обнаружения химических групп посредством sers |
| US8701998B2 (en) * | 2007-06-04 | 2014-04-22 | President And Fellows Of Harvard College | System and method for strong photon localization by disordered photonic crystal structures |
| US9784914B2 (en) * | 2013-09-12 | 2017-10-10 | Rutgers, The State University Of New Jersey | Waveguide superlattices for high density photonics integrations |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3859071A (en) * | 1970-11-26 | 1975-01-07 | Philips Corp | Apparatus for compressing a polygonal pack of optical fibers employing a plurality of slides with curved faces and a cage |
| US20030026567A1 (en) * | 2001-08-01 | 2003-02-06 | Schott Communications Technologies, Inc. | Graded index fiber, array and method of manufacture |
| US20080087047A1 (en) * | 2003-07-14 | 2008-04-17 | Massachusetts Institute Of Technology | Optoelectronic fiber codrawn from conducting, semiconducting, and isulating materials |
| RU2361193C2 (ru) * | 2004-05-19 | 2009-07-10 | Вп Холдинг, Ллс | Оптический датчик с многослойной плазмонной структурой для усовершенствованного обнаружения химических групп посредством sers |
| US8701998B2 (en) * | 2007-06-04 | 2014-04-22 | President And Fellows Of Harvard College | System and method for strong photon localization by disordered photonic crystal structures |
| US9784914B2 (en) * | 2013-09-12 | 2017-10-10 | Rutgers, The State University Of New Jersey | Waveguide superlattices for high density photonics integrations |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7473115B2 (ja) | コンポーネント設計構造体を用いたエネルギーリレーにおける横方向アンダーソン局在化を実現するためのデバイス | |
| TWI816733B (zh) | 能量中繼器 | |
| RU2810230C2 (ru) | Системы и способы локализации поперечного импульса в энергетических реле с использованием упорядоченных структур | |
| US20240053538A1 (en) | Energy relays with energy propagation having predetermined orientations |