TWI816733B - 能量中繼器 - Google Patents
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Abstract
揭示了用於製造用於能量引導系統之能量中繼器的系統及方法，所述能量中繼器誘發有序能量局部化效應。揭示了有序能量局部化中繼器材料分佈準則。論述了橫向平面以及多維有序材料組態。揭示了用於形成具有能量局部化性質之能量中繼器材料之非隨機圖案的方法及系統。
Description
相關申請案之交叉參考
本申請案主張2018年1月14日提交之題為「使用有序結構在能量中繼器中進行橫向能量局部化之系統及方法(System and Methods for Transverse Energy Localization in Energy Relays Using Ordered Structures)」之美國臨時專利申請案第62/617,288號及2018年1月14日提交之題為「全像及光場技術之新穎應用(Novel Application of Holographic and Light Field Technology)」之美國臨時專利申請案第62/617,293號的優先權，所述申請案皆以全文引用之方式併入本文中。
技術領域
本揭示案大體上係關於光場能量系統，且更具體言之，係關於使用中繼器材料之非隨機配置對能量中繼器進行橫向能量局部化的系統以及製造所述能量中繼器之方法。
由Gene Roddenberry之星際爭霸戰(Star Trek)推廣且最初由作者Alexander Moszkowski在1900年代早期設想的「全像甲板(holodeck)」室內之交互虛擬世界之夢想在近一個世紀內已成為科幻小說及技術創新之靈感。然而，此體驗之有力實施不存在於文獻、媒體以及兒童及成年人之集合想像等
等之外。
揭示了用於製造用於能量引導系統之能量中繼器的系統及方法，所述能量中繼器誘發有序能量局部化效應。揭示了包括能量中繼器材料之非隨機圖案的能量中繼器材料，及用於形成此類能量中繼器材料之準則。論述了橫向平面以及多維能量中繼器材料組態。揭示了用於形成具有有序能量局部化性質之能量中繼器材料的方法及系統。
在一實施例中，一種能量中繼器包括：組裝於一結構中之複數個模組，每一模組包括第一組件工程設計結構及第二組件工程設計結構；其中所述結構中之每一模組包括所述第一組件工程設計結構及所述第二組件工程設計結構在所述能量中繼器之一橫向平面中呈一實質上非隨機圖案的一配置；其中所述第一組件工程設計結構及所述第二組件工程設計結構經組態以協作，從而沿垂直於所述橫向平面之一縱向平面輸送能量；相比於在所述橫向平面中，所述能量中繼器在所述縱向平面中具有實質上更高的能量輸送效率。
在一實施例中，所述第一組件工程設計結構及所述第二組件工程設計結構兩者經組態以輸送沿所述縱向平面輸送之所述能量的至少10%。
在一實施例中，一種能量中繼器包括：複數個第一組件工程設計結構及第二組件工程設計結構，其各自包括沿所述能量中繼器之一橫向平面之一組一或多個形狀的一橫截面形狀；其中所述複數個第一組件工程設計結構及第二組件工程設計結構實質上配置於所述能量中繼器之所述橫向平面上的一平鋪(tiling)中；其中相比於沿所述橫向平面，所述能量中繼器沿一縱向平面具有實質上更高的能量輸送效率。
在一實施例中，所述第一組件工程設計結構及所述第二組件工程設計結構兩者經組態以輸送沿所述縱向平面輸送之所述能量的至少10%。
在一實施例中，一種能量中繼器包括：複數個體積結構，其各自包括一或多個組件工程設計結構，且經組態以進行體積鑲嵌；其中所述複數個體積結構實質上係根據所述體積結構之一三維鑲嵌定位於一總成中，所述總成經組態以在一縱向方向上經由其輸送能量，且相比於在垂直於所述縱向方向之一橫向方向上，在所述縱向方向上具有實質上更高的輸送效率；其中所述複數個體積結構經組態以進行體積鑲嵌，使得經由體積鑲嵌而存在至少一個實質上線性路徑，所述實質上線性路徑實質上僅與類似組件工程設計結構重合，且實質上沿所述縱向方向而定向。
在一實施例中，一種用於形成一能量中繼器之方法包括：提供複數個第一組件工程設計結構及複數個第二組件工程設計結構；及形成所述複數個第一組件工程設計結構及所述複數個第二組件工程設計結構之一第一配置，其包括所述第一組件工程設計結構及所述第二組件工程設計結構在所述能量中繼器之一橫向平面中的一實質上非隨機圖案；及重複至少以下步驟，直至所述配置具有所需工程設計性質，所述步驟包含：將第一組件工程設計結構及第二組件工程設計結構之所述第一配置處理成一總成；及加熱所述總成之至少一第一部分，所形成在能量中繼器在經加熱之前具有一第一橫向尺寸；及沿經加熱總成之至少所述第一部分縱向施加一拉力，藉此將所述第一部分改為具有窄於所述第一橫向尺寸之一第二橫向尺寸，同時實質上維持第一組件工程設計結構及第二組件工程設計結構在所述橫向平面中之所述實質上非隨機圖案；及形成複數個實質上類似更改之第一部分之一第二配置，其中可使用此第二配置來代替所述第一配置以用於前述處理、加熱及施加步驟之進一步反覆。
在一實施例中，一種用於形成一能量中繼器之方法包括：提供複數個第一組件工程設計結構及複數個第二組件工程設計結構；及形成所述第一組件工程設計結構及所述第二組件工程設計結構之一配置，其包括所述第一組件工程設計結構及所述第二組件工程設計結構在所述能量中繼器之一橫向平面中的一實質上非隨機圖案；且其中第一組件工程設計結構及第二組件工程設計結構之所述配置經組態以沿垂直於所述橫向平面之一縱向平面輸送能量，相比於在所述橫向平面中，所述配置在所述縱向平面中具有實質上更高的能量輸送效率。
1:光
2:光
3:光
70:可撓性中繼器
72:CES材料類型1
74:CES材料類型2
75:最小折射率變化之通道/最小工程設計性質變化之路徑
76:互混油或液體
77:端蓋表面
78:可撓性管道罩殼
79:端蓋中繼器
80:維度額外吸收組件工程設計結構
82:CES材料類型
101:表面對角線
102:表面寬度
103:表面高度
104:目標安放視野
105:中間樣本之數目
106:平均成人眼間間隔
107:人眼之平均解析度
108:水平視野
109:豎直視野
110:元件之總數目
111:元件之總數目
112:中間樣本之數目
113:目標安放距離
114:每波導元件總解析度水平
115:每波導元件總解析度豎直
116:計數
117:計數
118:經判定目標安放距離
200:裝置
210:機械外殼
220:主動區域
230:驅動器
240:電子件
300:中繼器系統
310:裝置
320:機械外殼
330:能量中繼器元件
340:縫隙
400:基座結構
410:能量中繼器元件
420:無縫能量表面
430:機械結構
450:能量中繼器元件
480:裝置
500:非安德森局部化能量中繼器
550:影像
600:能量表面
610:波導元件
620:檢視者
630:空間
640:能量傳播
750:剛性實施
751:縱向方向
753:黏合劑
754:罩殼
900:部分
902:組件工程設計結構
904:組件工程設計結構
1000:模組
1002:組件工程設計結構
1004:組件工程設計結構
1006:組件工程設計結構
1008:模組邊界
1100:部分
1102:組件工程設計結構
1104:組件工程設計結構
1106:子部分
1108:子部分
1200:部分
1202:組件工程設計結構
1204:組件工程設計結構
1206:組件工程設計結構
1208:模組
1210:模組
1250:部分
1258:組件工程設計結構
1260:組件工程設計結構
1300:部分
1302:組件工程設計結構
1304:組件工程設計結構
1306:聚集顆粒
1308:聚集顆粒
1400:部分
1402:組件工程設計結構
1404:組件工程設計結構
1406:組件工程設計結構
1500:部分
1502:組件工程設計結構
1504:組件工程設計結構
1506:聚集顆粒
1508:聚集顆粒
1510:聚集顆粒
1600:部分
1602:組件工程設計結構
1604:組件工程設計結構
1606:組件工程設計結構
1608:聚集顆粒
1610:聚集顆粒
1700:部分
1702:組件工程設計結構
1704:組件工程設計結構
1706:能量
1708:能量
1710:側
1712:側
1714:聚集顆粒
1716:聚集顆粒
1800:部分
1802:組件工程設計結構
1804:組件工程設計結構
1806:組件工程設計結構
1808:能量
1810:能量
1812:側
1814:側
1900:部分
1902:組件工程設計結構
1904:組件工程設計結構
1906:組件工程設計結構
1908:模組結構
1910:組件工程設計結構
1912:模組結構
2000:預熔化模組
2002:組件工程設計結構
2004:組件工程設計結構
2005:邊界
2006:組件工程設計結構
2008:聚集顆粒
2010:熔化部分
2012:額外結構
2020:模組
2022:組件工程設計結構
2024:組件工程設計結構
2026:組件工程設計結構
2030:模組
2040:部分
2041:間隙區
2042:管
2043:管
2044:組件工程設計結構
2045:管
2046:糰粒
2047:聚集顆粒
2048:填充物材料
2050:模組
2052:組件工程設計結構
2054:組件工程設計結構
2056:組件工程設計結構
2058:組件工程設計結構
2060:模組
2100:預熔化能量中繼器/可撓性中繼器/可撓性罩殼
2102:可撓性外罩殼
2104:端蓋
2106:組件工程設計結構
2108:組件工程設計結構
2110:組件工程設計結構
2112:空隙
2114:平面
2116:路徑
2200:模組
2202:組件工程設計結構
2203:組件工程設計結構材料
2204:組件工程設計結構
2205:熔化區
2206:組件工程設計結構
2207:組件工程設計結構
2208:縮小之模組
2301:模組
2302:微結構模組
2304:微結構模組
2306:放大
2308:輪廓
2402:步驟
2404:步驟
2406:步驟
2408:步驟
2410:步驟
2412:步驟
2414:步驟
2416:製程
2502:原始模組
2504:尺寸縮減之模組
2506:尺寸縮減之模組
2508:非隨機圖案
2600:系統/固定件
2601:固定件
2602:固定件/經組裝夾具
2604:固定件/經組裝夾具
2606:受限空間/預熔化中繼器材料
2608:材料
2610:力
2612:夾持螺栓
2614:熱
2621:可移動條帶
2622:可彎表面
2623:螺栓
2702:步驟
2704:步驟
2706:步驟
2708:步驟
3000:系統
3002:固定件
3004:步驟
3005:第二配置材料
3006:步驟
3008:可撓性材料
3010:對準硬體
3012:定位器
3014:滾筒
3016:排序模具
3018:間隙位點
6000:有序角錐
6001:有序角錐
6002:能量傳播路徑
6004:組件工程設計結構
6006:組件工程設計結構
6008:組件工程設計結構
6010:正方錐體材料
6012:縱向橫截面
6014:橫向橫截面
6300:有序體積結構
6302:傳播路徑
6500:總成
6602:傳播路徑
6702:區
7400:錐形能量中繼器馬賽克配置/中繼器裝置
7402:中繼器元件
7404:傾斜輪廓部分
7406:第一表面
7408:第二表面
7500:能量中繼器元件堆疊
7502:錐形物
7504:錐形物
7506:能源
7508:機械外殼
7600:芯-包層中繼器
7602:包層
7604:反射光線
7608:最大受光角
7610:折射光線
7612:芯
7702:光線
7704:光纖中繼器系統
7706:光
7800:光學中繼器錐形組態
7900:錐形能量中繼器模組
7902:彎曲幾何組態/能量表面
7903:能源側/能量表面
8000:光學中繼器錐形物
8002:表面
8200:光學錐形中繼器
8202:凹形輸出表面
8300:總成
8302:可視影像
8304:中繼器元件/中繼器模組
8306:中繼器元件/中繼器模組
8308:中繼器元件/中繼器模組
8310:中繼器元件/中繼器模組
8312:中繼器元件/中繼器模組
8314:彎曲能源側表面
8316:彎曲能源側表面
8318:彎曲能源側表面
8320:彎曲能源側表面
8322:彎曲能源側表面
8400:配置
8402:凸形能源表面
8404:垂直能源側幾何結構
8406:垂直能源側幾何結構
8408:垂直能源側幾何結構
8410:垂直能源側幾何結構
8412:垂直能源側幾何結構
8500:配置
8502:垂直輸出能量表面
8504:凸形能源側表面
8600:配置
8700:配置
8800:配置
Ø:最大受光角
圖1為說明能量引導系統之設計參數的示意圖；圖2為說明具有主動裝置區域之能量系統的示意圖，所述主動裝置區域具有機械外殼；圖3為說明能量中繼器系統之示意圖；圖4為說明黏附在一起且緊固至基座結構之能量中繼器元件之實施例的示意圖；圖5A為說明通過多芯光纖轉送之影像之實例的示意圖；圖5B為說明通過光學中繼器轉送之影像之實例的示意圖，所述光學中繼器展現橫向安德森局部化(Transverse Anderson Localization)原理之性質；圖6為展示自能量表面傳播至檢視者之光線的示意圖；圖7A說明根據本揭示案之一個實施例之可撓性能量中繼器的剖視圖，所述可撓性能量中繼器藉由將兩種組分材料互混於油或液體內來達成橫
向安德森局部化；圖7B說明根據本揭示案之一個實施例之剛性能量中繼器之示意性剖視圖，所述剛性能量中繼器藉由將兩種組分材料互混於黏結劑內來達成橫向安德森局部化，且在如此做時，在針對一種材料性質之一個方向上達成最小變化之路徑；圖8說明根據本揭示案之一個實施例之橫向平面的示意性剖視圖，在縱向方向上包含經設計以吸收能量之維度額外吸收(「DEMA」)材料；圖9說明包括兩種組分材料之隨機分佈的能量中繼器之部分之橫向平面的示意性剖視圖；圖10說明包括三種組分材料之非隨機圖案的能量中繼器之模組之橫向平面的示意性剖視圖，所述三種組分材料界定單一模組；圖11說明包括兩種組分材料之隨機分佈的預熔化能量中繼器之部分之橫向平面的示意性剖視圖；圖12A說明包括三種組分材料之非隨機分佈的預熔化能量中繼器之部分之橫向平面的示意性剖視圖，所述三種組分材料界定具有類似定向之多個模組；圖12B說明包括三種組分材料之非隨機圖案的預熔化能量中繼器之部分之橫向平面的示意性剖視圖，所述三種組分材料界定具有不同定向之多個模組；圖13說明包括兩種組分材料之隨機分佈的熔化能量中繼器之部分之橫向平面的示意性剖視圖；圖14說明包括三種組分材料之非隨機圖案的熔化能量中繼器之部分之橫向平面的示意性剖視圖；
圖15說明包括兩個不同組件工程設計結構(「CES」)材料之隨機化分佈的能量中繼器之部分的示意性橫截面圖；圖16說明包括三種不同CES材料之非隨機圖案的能量中繼器之部分的示意性橫截面圖；圖17說明包括兩種組分材料之聚集顆粒之隨機化分佈的能量中繼器之部分的示意性橫截面透視圖；圖18說明包括三種組分材料之聚集顆粒之非隨機圖案的能量中繼器之部分的示意性橫截面透視圖；圖19說明包括顆粒之非隨機圖案的預熔化能量中繼器之部分之橫向平面的示意性剖視圖，所述顆粒經配置於兩個模組結構中之一者中；圖20A說明呈非隨機圖案之三個不同CES顆粒之預熔化配置的透視圖說明，所述CES顆粒具有可變顆粒大小；圖20B說明呈非隨機圖案之三個不同CES顆粒之熔化配置的透視圖說明；圖20C說明包括顆粒及額外能量抑制結構之非隨機圖案的預熔化能量中繼器之部分之橫向平面的示意性剖視圖；圖20D說明包括顆粒及額外能量抑制結構之非隨機圖案的熔化能量中繼器之部分之橫向平面的示意性剖視圖；圖20E說明包括六邊形顆粒之非隨機圖案的預熔化能量中繼器之模組的透視圖；圖20F說明包括六邊形顆粒之非隨機圖案的熔化能量中繼器之模組的透視圖；圖20G說明包括具不規則形狀之CES區之非隨機圖案的預熔化
能量中繼器之模組之透視圖。
圖20H說明用於製造能量中繼器之預熔化管及糰粒系統之部分的透視橫截面圖；圖20I說明用於製造能量中繼器之熔化管及糰粒系統之部分的透視橫截面圖；圖20J說明包括三種組分材料之顆粒之非隨機圖案的預熔化能量中繼器之模組之橫向平面的示意性剖視圖；圖20K說明包括三種組分材料之顆粒及周圍能量抑制材料之非隨機圖案的預熔化能量中繼器之部分之橫向平面的示意性剖視圖；圖21A說明包括可撓性外罩殼、端蓋及能量輸送材料之糰粒的預熔化能量中繼器之橫向平面的橫截面圖，所述糰粒係以非隨機圖案配置；圖21B說明可撓性中繼器之熔化版本的橫截面圖；圖21C說明處於非熔化且非彎曲狀態下之可撓性中繼器的橫截面圖；圖21D說明處於熔化且非彎曲狀態下之可撓性中繼器的示意性橫截面圖；圖22A說明非隨機圖案能量中繼器在熔化之前的橫向平面之示意性剖視圖；圖22B說明所形成在非隨機圖案能量中繼器在熔化之後的橫向平面之示意性剖視圖，包括原始及減小之橫向尺寸組態。
圖23說明用於形成具有減小之橫向尺寸之非隨機圖案能量中繼器的實施例；
圖24說明用於加熱中繼器材料且將其拉成微結構材料之製程的方塊圖；圖25說明用於形成具有減小之橫向尺寸之非隨機圖案能量中繼器的實施例；圖26A說明藉由將預熔化中繼器材料固定於固定件中來熔化能量中繼器材料之實施例；圖26B說明含有能量中繼器材料作為使能量中繼器鬆弛及熔化之製程之部分的經組裝固定件之透視圖；圖26C說明含有能量中繼器材料之經組裝固定件在材料已熔化在一起以形成熔化有序能量中繼器材料之後的透視圖。
圖26D說明用於熔化能量中繼器材料之可調整固定件之實施例的透視圖；圖26E說明圖26D中之可調整固定件的橫截面圖；圖27說明用於形成能量中繼器之製程的方塊圖；圖28說明具有非隨機圖案之能量中繼器材料之熔化結構的透視圖；圖29A及圖29B說明使用旋轉滾筒方法製造微結構能量中繼器材料之裝置的實施例；圖30至圖58G說明用於將能量中繼器材料配置成非隨機圖案之各種平鋪組態；圖59說明包括三種不同CES材料之有序角錐之解構總成的透視圖；圖60說明有序角錐之總成之部分解構組態的透視圖；
圖61說明包括三種不同CES材料之有序角錐之展開總成的透視圖；圖62說明經組裝有序體積結構之透視圖；圖63說明幾何鑲嵌中之複數個有序體積結構的透視圖；圖64說明包括額外有序體積結構之總成的透視圖；圖65A說明能量中繼器材料之有序體積結構之總成在橫向方向上的橫截面圖；圖65B說明能量中繼器材料之有序體積結構之總成在縱向方向上的橫截面圖；圖66A說明包括三個不同子結構之體積結構的實施例；圖66B說明包括兩個不同子結構之體積結構的實施例；圖66C說明包括三個不同子結構之體積結構的實施例；圖67A至圖67C說明具有不同形狀之子結構之若干不同體積結構的總成；圖68A至圖68F說明具有不同子結構組件之體積結構的其他實施例，以及說明某些體積結構實施例之內部結構的線模型；圖69A說明配置於總成中之複數個體積結構的實施例，而圖69B及圖69C說明圖69A中所展示之總成分別沿縱向方向及橫向方向的橫截面圖；圖70A說明配置於總成中之複數個體積結構的實施例，而圖70B及圖70C說明圖70A中所展示之總成分別沿縱向方向及橫向方向的橫截面圖；圖71說明兩個不同體積結構之總成的實施例，其中第一體積結構經組態以鑲嵌於複數個較大第二體積結構之頂點處；圖72說明錐形能量中繼器馬賽克配置；
圖73說明能量中繼器元件堆疊之側視圖，所述能量中繼器元件堆疊包括兩個串聯的化合物光學中繼器錐形物；圖74為表明內部反射之基本原理的示意圖；圖75為表明進入光纖之光線及在中繼器出口處之所得圓錐形光分佈的示意圖；圖76說明根據本揭示案之一個實施例之光學錐形中繼器組態，其具有3：1放大因數及所附接能源之光之所得檢視角度；圖77說明根據本揭示案之一個實施例之光學錐形中繼器，其中光學錐形中繼器之能源側上之彎曲表面導致能源之總檢視角度增大。
圖78說明根據本揭示案之一個實施例之在能源側上具有非垂直但平面的表面之光學錐形中繼器；圖79說明光學錐形中繼器及錐形之照明錐，其中在能源側上具有凹形表面；圖80說明根據本揭示案之一個實施例之光學錐形中繼器及光照明錐，其中在能源側上具有相同凸形表面，但具有凹形輸出能量表面幾何結構；圖81說明根據本揭示案之一個實施例之耦接在一起的多個光學錐形模組，其具有彎曲能源側表面以自垂直能源表面形成能源可視影像；圖82說明根據本揭示案之一個實施例之耦接在一起的多個光學錐形模組，其具有垂直能源側幾何結構及圍繞中心軸線成徑向之凸形能源表面；圖83說明根據本揭示案之一個實施例之耦接在一起的多個光學錐形中繼器模組，其具有垂直能源側幾何結構及圍繞中心軸線成徑向之凸形能源側表面；圖84說明根據本揭示案之一個實施例之多個光學錐形中繼器模
組，其中每一能源獨立地經組態以使得可視輸出光線在能源處檢視時更均勻；圖85說明根據本揭示案之一個實施例之多個光學錐形中繼器模組，其中能源側及能源兩者組態有各種幾何結構以對輸入及輸出光線提供控制；且圖86說明多個光學錐形中繼器模組之配置，所述光學錐形中繼器模組之個別輸出能量表面已經接地以形成圍繞檢視者之無縫凹形圓柱形能源，其中中繼器之源端平坦且各自黏合至能源。
全像甲板(統稱為「全像甲板設計參數(Holodeck Design Parameters)」)之實施例提供足夠的能量刺激以欺騙人體感覺受體，使其相信在虛擬、社交及交互環境中接收之能量脈衝為真實的，從而提供：1)雙眼像差而無需外部附件、頭戴式眼鏡或其他周邊裝置；2)對於任何數量之檢視者，在整個檢視體積內同時具有準確的運動視差、遮擋及不透明度；3)經由針對所有所感知光線使眼睛同步會聚、調節及瞳孔縮小的視覺焦點；及4)會聚能量波傳播，其密度及解析度足以超過視覺、聽覺、觸覺、味覺、嗅覺及/或平衡之人體感覺「解析度(resolution)」。
基於迄今為止之習知技術，幾十年來(若非幾個世紀)，吾等並未提出能夠以如全像甲板設計參數所建議的引人注目之方式實現所有接受域的技術，所述接受域包括視覺、聽覺、軀體感覺、味覺、嗅覺及前庭系統。
在本揭示案中，術語光場及全像可互換使用以定義用於刺激任何感覺受體回應之能量傳播。雖然初始揭示內容可涉及經由能量表面進行電磁及機械能傳播以用於全像影像及體積觸覺之實例，但在本揭示案中設想所有形式
之感覺受體。此外，本文中所揭示之沿傳播路徑之能量傳播的原理可適用於能量發射及能量捕獲兩者。
現今存在許多常常不幸地與全像圖混淆之技術，包含雙凸透鏡印刷、佩珀爾幻象(Pepper's Ghost)、裸眼立體顯示器、水平視差顯示器、頭戴式VR及AR顯示器(HMD)，及稱為「欺騙性圖片(fauxlography)」之其他此類錯覺。此等技術可展現真實全像顯示器之一些所需特性，但不能夠以足以解決四個所識別全像甲板設計參數中之至少兩者的任何方式刺激人體視覺感覺回應。
此等挑戰尚未藉由習知技術成功地實施以產生足以用於全像能量傳播之無縫能量表面。存在實施體積及方向多工光場顯示器之各種方法，包含：視差障壁、微元(hogel)、立體像素、繞射光學件、多視圖投影、全像漫射器、旋轉鏡、多層顯示器、時序顯示器、頭戴式顯示器等，然而，習知方法可能涉及影像品質、解析度、角取樣密度、大小、成本、安全性、圖框速率等之折衷，最終導致技術不可行。
為了達成視覺、聽覺、軀體感覺系統之全像甲板設計參數，研究且理解各別系統中之每一者之人體敏銳度以傳播能量波從而充分地欺騙人體感覺受體。視覺系統能夠解析至大致1弧分，聽覺系統可區分少至三度之置放差，且手處之軀體感覺系統能夠辨別分離2至12mm之點。雖然量測此等敏銳度之方法各種各樣且相互矛盾，但此等值足以理解刺激能量傳播感知之系統及方法。
在所提及之感覺受體中，鑒於即使單一光子亦可誘發感覺，人類視覺系統迄今為止最敏感。出於此原因，此引入中之大部分將集中於視覺能量波傳播，且耦接於所揭示之能量波導表面內之極低解析度能量系統可會聚適當信號以誘發全像感覺感知。除非另外指出，否則所有揭示內容適用於所有能量
及感覺域。
當在給定檢視體積及檢視距離之情況下計算視覺系統之能量傳播之有效設計參數時，所需能量表面可經設計以包括數十億像素之有效能量位置密度。對於寬檢視體積或近場檢視，所需能量表面之設計參數可包含數千億像素或更大之有效能量位置密度。藉由比較，所需能源可經設計以具有1至250個有效百萬像素之能量位置密度以用於體積觸覺之超音波傳播，或具有36至3,600個有效能量位置之陣列，以取決於輸入環境變數進行全像聲音之聲傳播。值得注意的是，在所揭示之雙向能量表面架構之情況下，所有組件可經組態以形成供任何能量域實現全像傳播之適當結構。
然而，實現當今全像甲板之主要挑戰涉及可用的視覺技術及電磁裝置限制。鑒於基於各別接受域中之感覺敏銳度之所需密度的數量級差異，聽覺及超音波裝置不太具有挑戰性，但複雜性不應被低估。雖然存在解析度超出編碼靜態影像中之干擾圖案所需之密度的全像乳液，但目前先進技術顯示裝置受解析度、資料產出量及製造可行性限制。迄今為止，並沒有單一顯示裝置能夠有意義地產生具有視覺敏銳度之近全像解析度的光場。
生產能夠符合引人注目之光場顯示器所需之解析度的單個矽基裝置可能並不實用，且可能涉及超出當前製造能力之極其複雜的製造程序。將多個現有顯示裝置平鋪在一起在限制涉及由封裝、電子件、罩殼、光學件之實體大小形成的接縫及間隙，及數個其他挑戰，自成像、成本及/或大小觀點來看，所述挑戰不可避免地導致技術不可行。
本文中所揭示之實施例可提供構建全像甲板之真實世界路徑。
現將在下文中參考隨附圖式描述實例實施例，隨附圖式形成其部分，且說明可實踐之實例實施例。如在揭示內容及隨附申請專利範圍中所使用，
術語「實施例(embodiment)」、「實例實施例(example embodiment)」及「例示性實施例(exemplary embodiment)」未必指單一實施例，但其及各種實例實施例可在不脫離實例實施例之範疇或精神的情況下容易地組合及互換。此外，如本文中所使用之術語僅用於描述實例實施例之目的，且並不意欲為限制。在此方面，如本文中所使用，術語「在......中(in)」可包含「在......中(in)」及「在......上(on)」，且術語「一(a/an)」及「所述(the)」可包含單數及複數個參考物。此外，如本文中所使用，術語「由(by)」亦可意謂「自(from)」，此取決於上下文。此外，如本文中所使用，術語「若(if)」亦可意謂「當......時(when)」或「在......時(opon)」，此取決於上下文。此外，如本文中所使用，詞語「及/或(and/or)」可指且涵蓋相關所列項目中之一或多者的任何及所有可能組合。
全像系統考慮因素：光場能量傳播解析度之概述
光場及全像顯示器為複數個投影之結果，其中能量表面位置提供在檢視體積內傳播之角度、色彩及強度資訊。所揭示之能量表面為額外資訊提供共存及傳播通過同一表面以誘發其他感覺系統回應之機會。不同於立體顯示器，空間中之會聚能量傳播路徑之檢視位置並不隨檢視者圍繞檢視體積移動而變化，且任何數目個檢視者可同時在真實世界空間中看見傳播對象，如同其確實在此處一般。在一些實施例中，能量傳播可位於相同能量傳播路徑中，但處於相反方向。舉例而言，在本揭示案之一些實施例中，沿能量傳播路徑之能量發射及能量捕獲皆為可能的。
圖1為說明與感覺受體回應之刺激相關之變數的示意圖。此等變數可包含：表面對角線101；表面寬度102；表面高度103；經判定目標安放距
離118；來自顯示器之中心的目標安放視野視野104；中間樣本之數目105，在此處表明為眼睛之間的樣本；平均成人眼間間隔106；以弧分為單位的人眼之平均解析度107；在目標檢視者位置於表面寬度之間形成之水平視野108；在目標檢視者位置與表面高度之間形成之豎直視野109；所得水平波導元件解析度或橫越表面之元件之總數目110；所得豎直波導元件解析度或橫越表面之元件之總數目111；基於眼睛之間的眼間距之樣本距離；及用於在眼睛之間進行角度投影之中間樣本之數目112，所述角取樣可基於樣本距離及目標安放距離113、自所需角取樣導出之每波導元件總解析度水平114、自所需角取樣導出之每波導元件總解析度豎直115，裝置水平為所需精密能源之經判定數目之計數116，且裝置豎直為所需精密能源之經判定數目之計數117。
一種理解所需最小解析度之方法可基於以下準則以確保對視覺(或其他)感覺受體回應之充分刺激：表面大小(例如，84"對角線)、表面縱橫比(例如，16：9)、安放距離(例如，距顯示器128")、安放視野(例如，圍繞顯示器中心120度或+/- 60度)、距離處的所需中間樣本(例如，眼睛之間的一個額外傳播路徑)、成人平均眼間間隔(約65mm)，以人眼之平均解析度(大致1弧分)。此等實例值應被視為取決於特定應用設計參數之占位符。
另外，歸因於視覺感覺受體之值中之每一者可用其他系統代替以判定所需傳播路徑參數。對於其他能量傳播實施例，可認為聽覺系統之角敏感度低至三度，且手之軀體感覺系統之空間解析度小至2至12mm。
雖然量測此等感覺敏銳度之方法各種各樣且相互矛盾，但此等值足以理解刺激虛擬能量傳播感知之系統及方法。存在許多考慮設計解析度之方法，且以下提出之方法將實用產品考慮因素與感覺系統之生物解析極限組合。本領域中一般熟習此項技術者將瞭解，以下概述為任何此類系統設計之簡化，
且應被視為僅用於例示性目的。
在理解了感覺系統之解析度極限的情況下，可計算總能量波導元件密度，使得接收感覺系統無法自鄰近元件辨別單個能量波導元件，給定：
上述計算產生大約32×18°之視野，從而導致需要大致1920×1080(捨入至最接近的格式)能量波導元件。亦可限制變數，使得視野對於(u,v)兩者係一致的，以提供能量位置之更規則空間取樣(例如，像素縱橫比)。系統之角取樣假定定義之目標檢視體積位置及在經最佳化距離處之兩個點之間的額外傳播能量路徑，給定：
在此狀況下，利用眼間距離來計算樣本距離，但可利用任何度量作為給定距離來考慮樣本之適當數目。考慮到上述變數，可能需要每0.57°一個光線，且可判定每獨立感覺系統之總系統解析度，給定：
˙總解析度H=N *水平元件解析度
˙總解析度V=N *豎直元件解析度
在上述情境中給定能量表面之大小及針對視覺敏銳度系統所定址之角解析度，所得能量表面可以理想地包括大致400k×225k像素之能量解析度位置，或900億像素之全像傳播密度。所提供之此等變數僅用於例示性目的，且應考慮許多其他感覺及能量度量衡考慮因素以最佳化能量之全像傳播。在另一實施例中，基於輸入變數，可能需要十億像素之能量解析度位置。在另一實施例中，基於輸入變數，可能需要1萬億像素之能量解析度位置。
當前技術限制：有效區域、裝置電子件、封裝及機械外殼
圖2說明具有主動區域220之裝置200，所述有效區域220具有某一機械形狀因數。裝置200可包含用於對主動區域220供電且介接至主動區域220之驅動器230及電子件240，有效區域具有如x及y箭頭所展示之尺寸。此裝置200不考慮用以驅動、供電及冷卻組件之佈纜及機械結構，且可藉由將撓曲電纜引入至裝置200中來進一步最小化機械覆蓋區。此類裝置200之最小覆蓋區亦可被稱作機械外殼210，其具有如M：x及M：y箭頭所展示之尺寸。此裝置200僅用於說明的目的，且自訂電子件設計可進一步減少機械外殼額外負擔，但在幾乎所有狀況中可能並非裝置之主動區域之確切大小。在一實施例中，此裝置200說明電子件在相關於用於微OLED、DLP晶片或LCD面板或任何其他技術之主動影像區域220與影像照明目的之相依性。
在一些實施例中，亦有可能考慮其他投影技術以將多個影像聚集至較大整體顯示器上。然而，此可能以投射距離、最小焦點、光學品質、均勻場解析度、色像差、熱性質、校準、對準、額外大小或形狀因數之較大複雜性為代價。對於大多數實務應用，託管數十或數百個此等投影源200可能導致設計大得多且可靠性較低。
僅出於例示性目的，假定能量裝置之能量位置密度為3840×2160個位點，則可判定能量表面所需之個別能量裝置(例如，裝置100)之數目，給定：
鑒於上述解析度考慮因素，可能需要大致105×105個類似於圖2中所展示之裝置。應注意，許多裝置可包含可或可不映射至規則柵格之各種像素結構。在每一完整像素內存在額外子像素或位置之情況下，可利用此等子像素或位置來產生額外解析度或角密度。額外信號處理可用以判定如何取決於像素結構之指定位置將光場轉換成正確(u,v)座標，且可為已知且經校準之每一裝置之明確特性。另外，其他能量域可涉及對此等比率及裝置結構之不同處理，且本領域中熟習此項技術者將理解所需頻率域中之每一者之間的直接內部關係。此將在後續揭示中更詳細地展示及論述。
所得計算可用以理解可能需要多少此等個別裝置以產生全解析度能量表面。在此狀況下，可能需要大致105×105或大致11080個裝置以達成視覺敏銳度臨限值。自此等可用能量位置製造無縫能量表面以進行足夠的感覺全像傳播存在挑戰及新穎性。
無縫能量表面之概述：用於能量中繼器陣列之組態及設計
在一些實施例中，揭示了一些方法以解決歸因於裝置之機械結構之限制而自無接縫之個別裝置之陣列產生高能位置密度的挑戰。在一實施例中，能量傳播中繼器系統可允許增大主動裝置區域之有效大小以滿足或超過機械尺寸，從而組態中繼器陣列且形成單個無縫能量表面。
圖3說明此類能量中繼器系統300之實施例。如所展示，中繼器系統300可包含安裝至機械外殼320之裝置310，其中能量中繼器元件330自裝置310傳播能量。中繼器元件330可經組態以提供減輕任何間隙340之能力，所述間隙可在裝置之多個機械外殼320被置放於多個裝置310之陣列中時產生。
舉例而言，若裝置之主動區域310為20mm×10mm且機械外殼320為40mm×20mm，則能量中繼器元件330可設計成具有2：1之放大率以在縮小端(箭頭A)上產生大致20mm×10mm之錐形形狀且在放大端(箭頭B)上產生大致40mm×20mm之錐形形狀，從而能夠將此等元件330之陣列無縫地對準在一起，而不更改每一裝置310之機械外殼320或與之衝突。在機械上，中繼器元件330可黏合或熔化在一起以對準及拋光，從而確保裝置310之間的最小縫隙340。在一個此類實施例中，有可能達成小於眼睛之視覺敏銳度極限的縫隙340。
圖4說明基座結構400之實例，所述基座結構具有形成在一起且牢固地緊固至額外機械結構430之能量中繼器元件410。無縫能量表面420之機械結構能夠經由黏合或其他機械製程將多個能量中繼器元件410、450串聯耦接至同一基座結構以安裝中繼器元件410、450。在一些實施例中，每一中繼器元件410可熔化、黏合、黏附、壓配合、對準或以其他方式附接在一起以形成所得無縫能量表面420。在一些實施例中，裝置480可安裝至中繼器元件410後方且被動地或主動地對準以確保維持在經判定容限內之適當能量位置對準。
在一實施例中，無縫能量表面包括一或多個能量位置，且一或多個能量中繼器元件堆疊包括第一側及第二側，且每一能量中繼器元件堆疊經配置以形成單個無縫顯示表面，所述無縫顯示表面沿在一或多個能量位置與無縫顯示表面之間延伸之傳播路徑引導能量，且其中末端能量中繼器元件之任何兩個鄰近第二側之邊緣之間的間隔小於人眼之視覺敏銳度所界定的最小可感知輪
廓，人眼在大於單個無縫顯示表面之寬度之距離下具有優於20/40視力。
在一實施例中，無縫能量表面中之每一者包括一或多個能量中繼器元件，其各自具有形成具有橫向定向及縱向定向之第一表面及第二表面的一或多個結構。第一中繼器表面具有與第二中繼器表面不同的面積，從而產生正或負放大率，並且組態有明確的表面輪廓，以供第一表面及第二表面兩者經由第二中繼器表面傳遞能量以相對於整個第二中繼器表面上之表面輪廓之法線實質上填充+/- 10度角。
在一實施例中，可在單一能量中繼器內或在多個能量中繼器之間組態多個能量域，以引導包含視覺、聽覺、觸覺或其他能量域之一或多個感覺全像能量傳播路徑。
在一實施例中，無縫能量表面組態有能量中繼器，所述能量中繼器包括用於每一第二側之兩個或更多個第一側，以同時接收及發射一或多個能量域，從而在整個系統中提供雙向能量傳播。
在一實施例中，能量中繼器被提供為鬆散相干元件。
組件工程設計結構介紹：橫向安德森局部化能量中繼器之所揭示進展
根據本文中所揭示之用於誘發橫向安德森局部化之能量中繼器元件的原理，可顯著最佳化能量中繼器之性質。橫向安德森局部化為經由橫向無序但縱向一致之材料輸送之光線的傳播。
此意指相比於多散射路徑之間的隨機化，產生安德森局部化現象之材料之效應可能不太受全內反射影響，其中波干擾可完全限制橫向定向上之傳播同時在縱向定向上繼續。
顯著的額外益處為消除了傳統多芯光纖材料之包層。包層用以在
功能上消除光纖之間的能量散射，但同時充當能量光線之障壁，藉此至少藉由芯-包層比率來減小透射率(例如，70：30之芯-包層比率將最多透射所接收能量透射率之70%)且在經傳播能量中另外形成強像素化圖案化。
圖5A說明一個此類非安德森局部化能量中繼器500之實例之端視圖，其中影像經由多芯光纖轉送，其中歸因於光纖之內部性質，可展現像素化及光纖雜訊。利用傳統的多模及多芯光纖，經轉送影像歸因於芯之離散陣列之全內反射性質可在本質上經像素化，其中芯之間的任何串音會降低調變轉移函數且增加模糊。藉由傳統多芯光纖產生之所得影像往往具有類似於圖5A中所展示之殘餘固定雜訊光纖圖案。
圖5B說明經由能量中繼器轉送之同一影像550之實例，所述能量中繼器包括展現橫向安德森局部化之性質的材料，其中經轉送圖案相比於來自圖5A之固定光纖圖案具有較大密度晶粒結構。在一實施例中，包括隨機化微觀組件工程設計結構之中繼器誘發橫向安德森局部化且相比於市售多模玻璃光纖利用更高可解析解析度傳播更高效地輸送光。
在一實施例中，展現橫向安德森局部化之中繼器元件可包括配置於維度晶格中之三個正交平面中之每一者中的複數個至少兩個不同組件工程設計結構，且複數個結構形式隨機化維度晶格內之橫向平面中之材料波傳播性質之分佈以及維度晶格內之縱向平面中之材料波傳播性質之類似值之通道，其中傳播通過能量中繼器之能量波在縱向定向上之輸送效率比在橫向定向上更高，且在橫向定向上經空間局部化。
在一實施例中，歸因於分佈之隨機化性質，維度晶格內之橫向平面中之材料波傳播性質之隨機化分佈可能導致不期望的組態。材料波傳播性質之隨機化分佈可在整個橫向平面上平均地誘發能量之安德森局部化，然而，由
於隨機分佈不受控，因此可能無意地形成具有類似波傳播性質之類似材料之受限區域。舉例而言，若具有類似波傳播性質之此等局部區域之大小相對於其預期能量輸送域變得過大，則經由材料進行能量輸送之效率有可能降低。
在一實施例中，中繼器可由組件工程設計結構之隨機化分佈形成以藉由誘發光之橫向安德森局部化輸送某一波長範圍之可見光。然而，歸因於其隨機分佈，結構可無意地配置，使得單一組件工程設計結構之連續區域在整個橫向平面上形成，所述橫向平面比可見光之波長大多倍。因此，沿大、連續、單材料區域之縱向軸線傳播的可見光可能經歷減輕之橫向安德森局部化效應，且可能遭受經由中繼器之輸送效率之降級。
在一實施例中，可能需要設計能量中繼器材料之橫向平面中之材料波傳播性質的非隨機圖案。此類非隨機(或「有序(ordered)」)分佈將經由類似於橫向安德森局部化之方法理想地誘發能量局部化效應，同時最小化歸因於隨機性質分佈固有地導致之異常分佈材料性質而可能導致的輸送效率降低。使用材料波傳播性質之非隨機圖案來誘發類似於能量中繼器元件中之橫向安德森局部化的橫向能量局部化效應在下文中將被稱作有序能量局部化。
在一實施例中，可在單一有序能量局部化能量中繼器內或多個有序能量局部化能量中繼器之間組態多個能量域，以引導包含視覺、聽覺、觸覺或其他能量域之一或多個感覺全像能量傳播路徑。
在一實施例中，無縫能量表面組態有有序能量局部化能量中繼器，所述有序能量局部化能量中繼器包括用於每一第二側之兩個或更多個第一側，以同時接收及發射一或多個能量域，從而在整個系統中提供雙向能量傳播。
在一實施例中，有序能量局部化能量中繼器經組態為鬆散相干或可撓性能量中繼器元件。
4D全光函數之考慮因素：經由全像波導陣列選擇性傳播能量
如上文及貫穿本文所討論，光場顯示系統通常包含能源(例如，照明源)及無縫能量表面，其組態有如上述討論中所闡明之足夠的能量位置密度。複數個中繼器元件可用以將能量自能量裝置轉送至無縫能量表面。在能量已按必需能量位置密度遞送至無縫能量表面後，可根據4D全光函數經由所揭示之能量波導系統傳播能量。本領域中一般熟習此項技術者將瞭解，4D全光函數在本領域中係熟知的，且本文中將不進一步詳細描述。
能量波導系統選擇性地將能量傳播通過沿無縫能量表面之複數個能量位置，所述無縫能量表面表示4D全光函數之空間座標，其中結構經組態以更改通過之能量波的角方向，所述角方向表示4D全光函數之角分量，其中經傳播之能量波可根據藉由4D全光函數引導之複數個傳播路徑而在空間中會聚。
現參考圖6，其說明根據4D全光函數之4D影像空間中之光場能量表面的實例。本圖展示能量表面600至檢視者620之光線軌跡，其描述能量光線如何自檢視體積內之各個位置會聚於空間630中。如所示，每一波導元件610定義描述經由能量表面600之能量傳播640的四維資訊。兩個空間維度(在本文中被稱作x及y)為可在影像空間中檢視到之實體的複數個能量位置，且角分量θ及φ(在本文中被稱作u及v)在經由能量波導陣列投影時可在虛擬空間中檢視到。一般而言，且根據4D全光函數，在形成本文中所描述之全像或光場系統的過程中，複數個波導(例如，微透鏡)能夠沿由u,v角分量界定之方向將能量位置自x,y維度引導至虛擬空間中之唯一位置。
然而，本領域中熟習此項技術者將理解，光場及全像顯示技術之顯著挑戰源於不受控的能量傳播，此係因為設計未精確地考慮到以下中之任一
者：繞射、散射、漫射、角方向、校準、焦點、準直、曲率、均勻性、元件串音以及促使有效解析度降低及無法以足夠的保真度精確地會聚能量的大量其他參數。
在一實施例中，用於解決與全像顯示相關聯之挑戰的選擇性能量傳播的方法可包含能量抑制元件，以及利用進入由4D全光函數界定之環境中的近準直能量實質上填充波導孔隙。
在一實施例中，能量波導陣列可針對每一波導元件定義複數個能量傳播路徑，所述能量傳播路徑經組態以在由規定4D函數界定之唯一方向上延伸穿過且實質上填充波導元件的有效孔隙至沿無縫能量表面之複數個能量位置，所述能量位置由一或多個元件抑制，所述一或多個元件經定位以將每一能量位置之傳播限制於僅穿過單一波導元件。
在一實施例中，可在單一能量波導內或在多個能量波導之間組態多個能量域，以引導包含視覺、聽覺、觸覺或其他能量域之一或多個感覺全像能量傳播路徑。
在一實施例中，能量波導及無縫能量表面經組態以接收及發射一或多個能量域，以在整個系統中提供雙向能量傳播。
在一實施例中，能量波導經組態以針對包含牆壁、桌子、地板、天花板、房間或基於其他幾何結構之環境的任何無縫能量表面定向，利用數位編碼、繞射、折射、反射、格林(grin)、全像、菲涅耳(Fresnel)或類似波導組態來傳播能量之非線性或非規則分佈，包含非透射空隙區。在另一實施例中，能量波導元件可經組態以產生各種幾何結構，所述幾何結構提供任何表面輪廓及/或桌面檢視，從而允許使用者自360度組態之能量表面的各個位置檢視全像影像。
在一實施例中，能量波導陣列元件可為反射表面，且元件之配置可為六邊形、正方形、不規則、半規則、彎曲、非平面、球形、圓柱形、傾斜規則、傾斜不規則、空間變化及/或多層的。
對於無縫能量表面內之任何組件，波導或中繼器組件可包含但不限於光纖、矽、玻璃、聚合物、光學中繼器、繞射、全像、折射或反射元件、光學面板、能量組合器、分束器、稜鏡、極化元件、空間光調變器、主動像素、液晶單元、透明顯示器或展現安德森局部化或全內反射之任何類似材料。
實現全像甲板：用以在全像環境內刺激人類感覺受體之雙向無縫能量表面系統的聚集
有可能藉由將多個無縫能量表面平鋪、熔化、黏合、附接及/或拼接在一起以形成包含整個房間之任意大小、形狀、輪廓或形狀因數來建構無縫能量表面系統之大型環境。每一能量表面系統可包括總成，所述總成具有基座結構、能量表面、中繼器、波導、裝置及電子件，其共同經配置以用於雙向全像能量傳播、發射、反射或感測。
在一實施例中，平鋪之無縫能量系統之環境經聚集以形成大的無縫平面或彎曲壁，所述壁包含最多包括給定環境中之所有表面的設施，且經組態為無縫、不連續平面、有刻面、彎曲、圓柱形、球形、幾何或非規則幾何結構的任何組合。
在一實施例中，平面表面之聚集平鋪塊形成用於劇場或基於場所之全像娛樂的牆壁大小之系統。在一實施例中，對於基於洞穴之全像設施，平面表面之聚集平鋪塊覆蓋具有包含頂部及地面之四個到六個壁的空間。在一實施例中，彎曲表面之聚集平鋪塊產生用於沉浸式全像設施之圓柱形無縫環境。在一實施例中，無縫球形表面之聚集平鋪塊形成用於基於全像甲板之沉浸式體
驗的全像圓頂。
在一實施例中，無縫彎曲能量波導之聚集平鋪塊提供遵循沿能量波導結構內之能量抑制元件之邊界之精確圖案的機械邊緣，以黏合、對準或熔化鄰近波導表面之鄰近平鋪機械邊緣，從而產生模組化且無縫的能量波導系統。
在聚集平鋪環境之另一實施例中，針對多個同時能量域雙向地傳播能量。在另一實施例中，能量表面能夠同時自同一能量表面進行顯示及捕獲，其中波導經設計以使得光場資料可由照明源經由波導投影且同時經由同一能量表面接收。在另一實施例中，可利用額外深度感測及主動掃描技術以實現能量傳播與檢視者之間在正確世界座標中之交互。在另一實施例中，能量表面及波導可用以發射、反射或會聚頻率以誘發觸感或體積觸覺反饋。
在一些實施例中，雙向能量傳播及聚集表面之任何組合係可能的。
在一實施例中，系統包括能量波導，所述能量波導能夠經由能量表面雙向發射及感測能量，其中一或多個能量裝置獨立地與兩個或更多個路徑能量組合器配對，以將至少兩個能量裝置配對至無縫能量表面之同一部分，或一或多個能量裝置緊固於能量表面後方，接近於固定至基座結構上之額外組件，或接近於在用於離軸直射或反射投影或感測之波導之FOV前方及外部的位置，且所得能量表面實現能量之雙向透射，從而允許波導會聚能量，允許第一裝置發射能量且允許第二裝置感測能量，且其中資訊經處理以執行計算機視覺相關任務，包含但不限於對經傳播能量圖案內之干擾進行4D全光眼動及視網膜追蹤或感測、深度估計、接近、運動追蹤、影像、色彩或聲音形成，或其他能量頻率分析。在另一實施例中，所追蹤位置基於雙向捕獲之資料與投影資訊之間的干擾主動地計算及修改能量位置。
在一些實施例中，針對組合成單一第二能量中繼器表面之傳播能
量的三個第一中繼器表面中之每一者，將包括超音波感測器、可見電磁顯示器及超音波發射裝置之三個能量裝置之複數個組合組態在一起，其中所述三個第一表面中之每一者包括特定針對每一裝置之能量域的工程設計性質，且兩工程設計波導元件分別針對超音波及電磁能量組態以能夠獨立地引導及會聚每一裝置之能量，且實質上不受針對單獨能量域組態之其他波導元件影響。
在一些實施例中，揭示一種實現高效製造以移除系統假影且產生與編碼/解碼技術一起使用之所得能量表面之幾何映射的校準程序，以及用於將資料轉換成適合基於校準組態檔案進行能量傳播之校準資訊的專用整合系統。
在一些實施例中，串聯的額外能量波導及一或多個能量裝置可整合至系統中以產生不透明全像像素。
在一些實施例中，可整合包括能量抑制元件、分束器、稜鏡、主動視差障壁或極化技術之額外波導元件，以便提供大於波導直徑之空間及/或角度解析度或用於其他超解析度目的。
在一些實施例中，所揭示之能量系統亦可組態為可穿戴雙向裝置，諸如虛擬實境(VR)或增強現實(AR)。在其他實施例中，能量系統可包含使所顯示或所接收之能量而接近於檢視者之空間中之經判定平面而聚焦的調整光學元件。在一些實施例中，波導陣列可併入至全像頭戴式顯示器中。在其他實施例中，系統可包含多個光學路徑，以允許檢視者看見能量系統及真實世界環境(例如，透明全像顯示器)。在此等情況下，除了其他方法之外，系統亦可呈現為近場。
在一些實施例中，資料之傳輸包括具有可選擇或可變壓縮比之編碼過程，所述編碼過程接收資訊及元資料之任意資料集；分析所述資料集且接收或指派材料性質、向量、表面ID、新像素資料，從而形成更稀疏之資料集，
且其中接收到之數據可包括：2D、立體、多視圖、元資料、光場、全像、幾何結構、向量或向量化元資料，且編碼器/解碼器能夠即時或離線轉換資料，包括針對以下之影像處理：2D；2D+深度、元資料或其他向量化資訊；立體、立體+深度、元資料或其他向量化資訊；多視圖；多視圖+深度、元資料或其他向量化資訊；全像；或光場內容；在具有或不具有深度元資料之情況下經由深度估計演算法；及反光線追蹤方法經由特徵化4D全光函數適當地將藉由反光線追蹤產生之所得轉換資料自各種2D、立體、多視圖、體積、光場或全像資料映射至真實世界座標中。在此等實施例中，所需總資料傳輸可為比原始光場資料集少多個數量級之傳輸資訊。
錐形能量中繼器
為了進一步解決自含有擴展機械外殼之個別能量波源陣列產生高解析度之挑戰，可使用錐形能量中繼器以增大每一能源之有效大小。錐形能量中繼器陣列可拼接在一起以形成單個鄰接能量表面，從而避免彼等能源之機械要求的限制。
在一實施例中，一或多個能量中繼器元件可經組態以沿傳播路徑引導能量，所述傳播路徑在一或多個能量位置與單個無縫能量表面之間延伸。
舉例而言，若能量波源之主動區域為20mm×10mm且機械外殼為40mm×20mm，則錐形能量中繼器可設計成具有2：1之放大率以在縮小端上產生20mm×10mm(在切割時)之錐形物且在放大端上產生40mm×20mm(在切割時)之錐形物，從而能夠將此等錐形物之陣列無縫地對準在一起，而不更改或違背每一能量波源之機械外殼。
圖72說明根據本揭示案之一個實施例之一個此類錐形能量中繼器馬賽克配置7400。在圖72中，中繼器裝置7400可包含兩個或更多個中繼器
元件7402，每一中繼器元件7402係由一或多個結構形成，每一中繼器元件7402具有第一表面7406、第二表面7408、橫向定向(大體平行於表面7406、7408)及縱向定向(大體上垂直於表面7406、7408)。第一表面7406之表面積可不同於第二表面7408之表面積。對於中繼器元件7402，第一表面7406之表面積小於第二表面7408之表面積。在另一實施例中，第一表面7406之表面積可相同或大於第二表面7408之表面積。能量波可自第一表面7406傳遞至第二表面7408，反之亦然。
在圖72中，中繼器元件裝置7400之中繼器元件7402包含在第一表面7406與第二表面7408之間的傾斜輪廓部分7404。在操作中，在第一表面7406與第二表面7408之間傳播之能量波在縱向定向上之輸送效率可比在橫向定向上更高，且穿過中繼器元件7402之能量波可能導致空間放大或空間縮小。換言之，穿過中繼器元件裝置7400之中繼器元件7402的能量波可經歷增大的放大率或減小的放大率。在一實施例中，可以零放大率將能量引導通過一或多個能量中繼器元件。在一些實施例中，用於形成中繼器元件裝置之一或多個結構可包含玻璃、碳、光纖、光學薄膜、塑膠、聚合物或其混合物。
在一個實施例中，穿過第一表面之能量波具有第一解析度，而穿過第二表面之能量波具有第二解析度，且第二解析度不小於第一解析度之約50%。在另一實施例中，能量波雖然在呈現至第一表面時具有均勻輪廓，但可穿過在每個方向上輻射之第二表面，其具有在向前方向上之能量密度，其實質上填充相對於第二表面之法線之開張角為+/- 10度的錐，而無論第二中繼器表面上之位置如何。
在一些實施例中，第一表面可經組態以自能量波源接收能量，能量波源包含機械外殼，其寬度不同於第一表面及第二表面中之至少一者的寬度。
在一實施例中，可在界定縱向定向之第一表面與第二表面之間輸送能量，中繼器中之每一者之第一表面及第二表面大體上沿第一方向及第二方向所界定之橫向定向延伸，其中縱向定向實質上垂直於橫向定向。在一實施例中，歸因於橫向定向上之隨機化折射率可變性以及縱向定向上之最小折射率變化，傳播通過複數個中繼器之能量波在縱向定向上之輸送效率比在橫向定向上更高，且經由橫向安德森局部化原理在橫向平面中經空間局部化。在每一中繼器係由多芯光纖構成之一些實施例中，在每一中繼器元件內傳播之能量波可在藉由縱向定向上之光纖對準判定的所述縱向定向上行進。
在機械上，此等錐形能量中繼器在黏合或熔化在一起之前經切割且拋光至高準確度，以便將其對準且確保中繼器之間儘可能小的縫隙。在黏合中繼器之後拋光由能量中繼器之第二表面形成的無縫表面。在一個此類實施例中，藉由使用與錐形物材料熱匹配之環氧樹脂，有可能達成50um之最大縫隙。在另一實施例中，在壓縮及/或熱下置放錐形物陣列之製造程序能夠將元件熔化在一起。在另一實施例中，使用塑膠錐形物可更易於經化學熔化或熱處理以形成黏合而無額外黏合。為避免疑問，可使用任何方法將陣列黏合在一起，以明確地不包含除重力及/或力之外的黏合。
在一實施例中，末端能量中繼器元件之任何兩個鄰近第二表面之邊緣之間的間隔可小於人眼之視覺敏銳度所界定的最小可感知輪廓，人眼在距離無縫能量表面小於單個無縫顯示表面之高度或單個無縫能量表面之寬度的距離下具有20/40視力。
機械結構可為較佳的，以便以滿足某一容限規範之方式固持多個組件。在一些實施例中，錐形中繼器元件之第一表面及第二表面可具有任何多邊形形狀，包含但不限於圓形、橢圓形、卵形、三角形、正方形、矩形、平行
四邊形、梯形、菱形、五邊形、六邊形等等。在一些實例中，對於非正方形錐形物，諸如矩形錐形物，中繼器元件可經旋轉以具有平行於整體能源之最大尺寸的最小錐形尺寸。此方法允許最佳化能源，以歸因於放大中繼器元件之受光錐而在自能源之中心點檢視時展現對光線之最低抑制。舉例而言，若所需能源大小為100mm乘60mm且每一錐形能量中繼器為20mm乘10mm，則中繼器元件可經對準及旋轉，使得3乘10錐形能量中繼器元件陣列可組合以產生所需能源大小。此處未表明不能利用具有6乘5矩陣陣列之替代組態的陣列，以及其他組合。包括3×10佈局之陣列通常比替代的6×5佈局表現更好。
能量中繼器元件堆疊
雖然能源系統之最簡單形式包括黏合至單一錐形能量中繼器元件之能源，但多個中繼器元件可耦接以形成品質或可撓性增加之單一能源模組。一個此類實施例包含具有附接至能源之縮小端的第一錐形能量中繼器及連接至第一中繼器元件之第二錐形能量中繼器，其中第二光學錐形物之縮小端與第一中繼器元件之放大端接觸，從而產生等於兩個個別錐形放大率之乘積的總放大率。此為能量中繼器元件堆疊之實例，其包括兩個或更多個能量中繼器元件之序列，其中每一能量中繼器元件包括第一側及第二側，堆疊將能量自序列中之第一元件之第一表面轉送至最末元件之第二表面，又名末端表面。每一能量中繼器元件可經組態以引導能量通過其中。
在一實施例中，能量引導裝置包括一或多個能量位置及一或多個能量中繼器元件堆疊。每一能量中繼器元件堆疊包括一或多個能量中繼器元件，其中每一能量中繼器元件包括第一表面及第二表面。每一能量中繼器元件可經組態以引導能量通過其中。在一實施例中，每一能量中繼器元件堆疊中之末端能量中繼器元件之第二表面可經配置以形成單個無縫顯示表面。在一實施
例中，一或多個能量中繼器元件堆疊可經組態以沿能量傳播路徑引導能量，所述能量傳播路徑在一或多個能量位置與單個無縫顯示表面之間延伸。
圖73說明根據本揭示案之實施例之能量中繼器元件堆疊7500之側視圖，所述能量中繼器元件堆疊7500包含兩個串聯的化合物光學中繼器錐形物7502、7504，此兩個錐形物皆具有面向能源表面7506之縮小端。在圖73中，對於錐形物7504之輸入，輸入數值孔徑(NA)為1.0，但對於錐形物7502之輸出，NA僅為約0.16。應注意，輸出數值孔徑除以總放大率6，對於錐形物7504乘積為2，且對於錐形物7502乘積為3。此方法之一個優點為能夠自訂第一能量波中繼器元件以考慮能源之各種尺寸而不更改第二能量波中繼器元件。其另外提供更改輸出能量表面之大小而不改變能源或第一中繼器元件之設計的可撓性。圖73中亦展示能源7506及容納能源驅動電子件之機械外殼7508。
在一實施例中，第一表面可經組態以自能源單元(例如，7506)接收能量波，能源單元包含寬度不同於第一表面及第二表面中之至少一者之寬度的機械外殼。在一個實施例中，穿過第一表面之能量波可具有第一解析度，而穿過第二表面之能量波可具有第二解析度，使得第二解析度不小於第一解析度之約50%。在另一實施例中，能量波雖然在呈現至第一表面時具有均勻輪廓，但可穿過在每個方向上輻射之第二表面，其具有在向前方向上之能量密度，其實質上填充相對於第二表面之法線之開張角為+/- 10度的錐，而無論第二中繼器表面上之位置如何。
在一個實施例中，堆疊組態中之複數個能量中繼器元件可包含複數個面板(具有單位放大率之中繼器)。在一些實施例中，複數個面板可具有不同長度，或為鬆散相干光學中繼器。在其他實施例中，複數個元件可具有傾斜輪廓部分，其中傾斜輪廓部分可成角度、線性、彎曲、錐形、有刻面或相對
於中繼器元件之法線軸以非垂直角度對準。在又一實施例中，歸因於橫向定向上之隨機化折射率可變性以及縱向定向上之最小折射率變化，傳播通過複數個中繼器元件之能量波在縱向定向上之輸送效率比在橫向定向上更高，且在橫向定向上經空間局部化。在每一能量中繼器係由多芯光纖構成之實施例中，在每一中繼器元件內傳播之能量波可在藉由縱向定向上之光纖對準判定的所述縱向定向上行進。
光學影像中繼器及錐形元件
極其緻密的光纖束可用多種材料製造，從而能夠以像素相干性及高透射率轉送光。光纖沿透明玻璃光纖、塑膠或類似介質導引光。此現象由被稱作全內反射之概念控制。當光線含在材料之臨界角內且光線自較緻密材料之方向入射時，光線將在具有不同折射率之兩種透明光學材料之間全內反射。
圖74表明經由具有最大受光角Ø 7608(或材料之NA)、具有不同折射率之芯7612及包層7602材料以及反射7604及折射7610光線的芯-包層中繼器7600內部反射之基本原理。大體而言，對於每次反射，透光率降低不到0.001%，且直徑為約50微米之光纖可具有每呎3000次反射，此有助於理解光透射相比於其他化合物光學方法之高效程度。
可用斯奈爾定律計算入射角(I)與折射角(R)之間的關係：
，其中n 1為空氣之折射率，且n 2為芯7612之材料的折射率。
光纖領域中熟習此項技術者將理解與光聚集功率相關聯之額外光學原理、最大受光角及其他所需計算以理解光如何行進通過光纖材料。理解此概念係重要的，此係因為光纖材料應被視為光中繼器而非用以聚焦光之方法，如將在以下實施例內描述。
理解離開光纖之光的角度分佈對於本揭示案係重要的，且可能與
基於入射角所預期之情況不相同。因為光線7610之離開方位角往往隨著最大受光角7608、光纖之長度及直徑以及材料之其他參數迅速變化，因此新出現之光線往往以入射角及折射角所界定之圓錐形形狀離開光纖。
圖75表明光纖中繼器系統7704及進入光纖7704之光線7702可如何在光7706之圓錐形形狀分佈中以特定方位角Ø離開。藉由將雷射指示器照射穿過光纖且在表面上以各種距離及角度檢視輸出光線，可觀測到此效應。出口之圓錐形形狀具有在整個圓錐形區上之光分佈(例如，不僅為圓錐形形狀之半徑)，此將為隨著所提出之設計向前推進的重要概念。
光纖材料之透射損耗之主要來源為包層、材料長度及在受光角之外的光線之光損失。包層為圍繞較大束內之每一個別光纖以使芯絕緣且有助於減輕光線在個別光纖之間傳播的材料。除此之外，亦可使用額外不透明材料來吸收受光角之外的光，此被稱作額外吸收(EMA)。兩種材料可在對比度、散射及數個其他因素方面幫助改良檢視之影像品質，但可能減少自入口至出口之總透光率。為簡單起見，可使用芯-包層之百分比來理解光纖之近似透射電位，因為此可能係光損失的原因之一。在大多數材料中，芯-包層比率可在大致約50%至約80%之範圍內，但其他類型之材料係可用的且將在以下討論中進行探討。
每一光纖能夠解析每光纖直徑大致0.5個攝影線對，因此當轉送像素時，每像素具有多於單個光纖可能係重要的。在一些實施例中，可利用每像素十幾個光纖，或者可接受三個或更多個光纖，此係因為光纖中之每一者之間的平均解析度有助於在利用此等材料時減輕相關聯之MTF損失。
在一個實施例中，光纖可以光纖面板之形式實施。面板為單或多，或者多-多(multi-multi)光纖之集合，所述光纖熔化在一起以形成真空密封玻璃板。此板可被視為理論上零厚度的窗口，此係因為呈現於面板一側之影像
可以高效率輸送至外部表面。傳統上，此等面板可用間距為約6微米或更大之個別光纖建構，但可達成更高的密度，即使在可能最終降低對比度及影像品質的包層材料之有效性下亦如此。
在一些實施例中，光纖束可為錐形的，從而導致具有不同大小之像素的相干映射以及每一表面之相稱放大率。舉例而言，放大端可指具有較大光纖間距及較高放大率之光纖元件之側，且縮小端可指具有較小光纖間距及較低放大率之光纖元件之側。產生各種形狀之製程可能涉及加熱及製造所需之放大率，此可在實體上將光纖之原始間距自其原始大小更改為較小間距從而改變受光角，此取決於錐形物上之位置及NA。另一因素為，製造程序可能使光纖不垂直於平坦表面。其中錐形物設計之挑戰中之一者為每一端之有效NA可與放大百分比大致成比例地變化。舉例而言，具有2：1比率之錐形物可具有直徑為10mm之縮小端及直徑為20mm之放大端。若原始材料之NA為0.5且間距為10微米，則縮小端之大致有效NA將為1.0且間距為5微米。所得受光角及出射角亦可按比例變化。可執行複雜得多的分析以理解來自此製程之嚴格結果，且本領域中熟習此項技術者將能夠執行此等計算。出於此論述之目的，此等概括足以理解成像含義以及整個系統及方法。
可撓性能源及彎曲能量中繼器表面之用途
有可能用某些能源技術或能量投影技術製造彎曲表面。舉例而言，在一個實施例中，對於能源，可使用彎曲OLED顯示面板。在另一實施例中，對於能源，可利用無焦點雷射投影系統。在又一實施例中，可使用具有足夠寬的場深以維持聚焦於整個投影表面上之投影系統。為避免疑問，此等實例係出於例示性目的提供，且決不限制用於此技術描述之技術實施的範疇。
鑒於光學技術能夠基於光學組態之主光線角(CRA)產生轉向光
錐，藉由利用彎曲能量表面或可保持具有已知輸入光角度之完全聚焦投影影像的彎曲表面，且各別輸出修正角度可提供更理想化的檢視光角度。
在一個此類實施例中，在每模組基礎上，光學中繼器元件之能量表面側可在圓柱形、球形、平面或非平面拋光組態(在本文中被稱作「幾何結構(geometry)」或「幾何圖形(geometric)」中彎曲，其中能源源自一個更多個源模組。每一有效發光能源具有其自身之各別檢視角度，所述檢視角度係經由變形製程更改。利用此彎曲能源或類似面板技術允許實現可能較不易於變形之面板技術，且允許重組態CRA或每一有效像素之最佳檢視角度。
圖76說明根據本揭示案之一個實施例之光學中繼器錐形組態7800，其具有3：1放大因數及所附接能源之光之所得檢視角度。光學中繼器錐形物之輸入NA為1.0且放大因數為3：1，從而導致用於輸出光線之有效NA為大致0.33(此處涉及許多其他因素，此僅供簡化參考)，其中平面及垂直表面在錐形能量中繼器之任一端上，且能源附接至縮小端。藉由單獨利用此方法，能量表面之視角可為輸入角度之視角的大致1/3。為避免疑問，可另外利用有效放大率為1：1之類似組態(利用光學面板或以其他方式)，或任何其他光學中繼器類型或組態。
圖77說明與圖76相同之錐形能量中繼器模組7900，但現在能源側上之表面具有彎曲幾何組態7902，而與能源側7903相對之表面具有平坦表面且垂直於模組7900之光軸。利用此方法，輸入角(例如，參見7902附近之箭頭)可基於此幾何結構偏置，且輸出角(例如，參見7903附近之箭頭)可經調節以更加獨立於表面上之位置，不同於圖76之情況，給出圖77中所舉例說明之彎曲表面7902，但表面7903上之每一有效發光源之可視出射錐可小於表面7902上之能源輸入之可視出射錐。當考慮最佳化檢視光角度以實現較寬或較壓縮的可
用光線密度之特定能量表面時，此可能係有利的。
在另一實施例中，可藉由使輸入能量表面7902成凸形來達成輸出角之變化。若已進行此類改變，則能量表面7903之邊緣附近的光之輸出錐將朝向中心轉向。
在一些實施例中，中繼器元件裝置可包含彎曲能量表面。在一個實例中，中繼器元件裝置之兩個表面皆可為平面的。替代地，在其他實例中，一個表面可為平面的且另一表面可為非平面的，反之亦然。最後，在另一實例中，中繼器元件裝置之兩個表面可為非平面的。在其他實施例中，非平面表面可為凹形表面或凸形表面，以及其他非平面組態。舉例而言，中繼器元件之兩個表面可皆為凹形的。在替代方案中，兩個表面可皆為凸形的。在另一實例中，一個表面可為凹形的，且另一表面可為凸形的。本領域中熟習此項技術者將理解，本文中涵蓋且揭示平面、非平面、凸形及凹形表面之多個組態。
圖78說明根據本揭示案之另一實施例之在能源側上具有非垂直但平面的表面8002之光學中繼器錐形物8000。為了闡明能源側幾何結構中顯著的可自訂變化，圖78說明僅針對能源側形成非垂直但平面的幾何結構之結果以與圖77進行比較，且進一步表明能夠直接控制光1、2、3之輸入受光錐角及輸出可視發射錐角，所述角可隨表面特性方面之任何變化而變化。
取決於應用，亦有可能設計能量中繼器組態，其中中繼器之能源側保持垂直於光軸，所述光軸界定中繼器內之光傳播方向，且中繼器之輸出表面不垂直於光軸。其他組態可具有輸入能源側及能量輸出側兩者，從而展現各種非垂直幾何組態。利用此方法，可進一步增加對輸入及輸出能源檢視光角度之控制。
在一些實施例中，錐形物亦可不垂直於中繼器之光軸以最佳化特
定視角。在一個此類實施例中，諸如圖76中所展示之單一錐形物可藉由平行於光軸切割而切割成部(quadrant)，其中錐形物之大端及小端被切割成四等份。接著重新組裝此四個部，其中每一錐形部圍繞個別光學中心軸線旋轉180度，以使錐形物之縮小端背對經重新組裝部之中心，從而最佳化視野。在其他實施例中，亦可直接製造非垂直錐形物以使縮小端上之能源之間的間隙增大，而不增大實體放大端之大小或尺度。本文中揭示此等及其他錐形組態。
圖79說明圖76之光學中繼器及光照明錐，其中在能源側上具有凹形表面。在此狀況下，與圖76相比，輸出光錐在輸出能量表面平面之邊緣附近明顯比在能源側平坦時更加發散。
圖80說明圖79之光學錐形中繼器8200及光照明錐，其中能源側上具有相同凹形表面。在此實例中，輸出能量表面8202具有凸形幾何結構。相比於圖79，歸因於由此幾何組態產生之輸入受光錐及出射光錐，凹形輸出表面8202上之輸出光錐在整個能源表面上更準直。為避免疑問，所提供之實例僅為說明性的，且不意欲規定明確表面特性，此係由於取決於所需視角及輸出能量表面之光密度以及由能源自身產生之光的角度，可使用輸入能源側及輸出能量表面之任何幾何組態。
在一些實施例中，可串聯組態多個中繼器元件。在一個實施例中，任何兩個串聯的中繼器元件可利用有意扭曲之參數另外耦接在一起，使得一個元件相對於另一元件之反扭曲有助於在光學上減輕任何此類假影。在另一實施例中，第一光學錐形物展現光學桶形扭曲，且第二光學錐形物可經製造以展現此假影之反轉，從而產生光學針墊扭曲，使得當聚集在一起時，所得資訊部分或完全抵消由兩個元件中之任一者引入的任何此類光學扭曲。此可另外適用於任何兩個或更多個元件，使得可連續地應用化合物校正。
在一些實施例中，有可能製造單一能源板、電子件及/或類似者以按小及/或輕型形狀因數產生能源陣列及類似者。利用此配置，有可能進一步併入光學中繼器馬賽克，使得光學中繼器之端部相比於個別組分及電子件以極小形狀因數與能源主動區域對準。藉由使用此技術，有可能適應具有小形狀因數之裝置，如監視器、智慧型電話及類似者。
圖81說明根據本揭示案之一個實施例之耦接在一起的多個光學錐形模組8304、8306、8308、8310、8312之總成8300，所述光學錐形模組分別具有彎曲能源側表面8314、8316、8318、8320、8322以自每一錐形物之複數個垂直輸出能量表面形成最佳可視影像8302。在此實例中，錐形中繼器模組8304、8306、8308、8310、8312係並聯地形成。儘管僅展示了單列之錐形中繼器模組，但在一些實施例中，具有堆疊組態之錐形物亦可並聯地耦接在一起且成一列以形成鄰接、無縫的可視影像8302。
在圖81中，每一錐形中繼器模組可獨立地操作或可基於光學中繼器陣列而經設計。如此圖中所展示，具有光學錐形中繼器8304、8306、8308、8310、8312之五個模組對準在一起，從而產生較大的光學錐形輸出能量表面8302。在此組態中，輸出能量表面8302可垂直於每一中繼器之光軸，且五個能源側8314、8316、8318、8320、8322中之每一者可圍繞可處於輸出能量表面8302前方或此表面後方之中心軸線以圓形輪廓變形，從而允許整個陣列充當單一輸出能量表面而非個別模組。另外有可能進一步藉由計算輸出檢視光角度及判定能源側幾何結構所需之理想表面特性來最佳化此總成結構8300。圖81說明其中多個模組耦接在一起且能源側曲率佔據較大輸出能量表面檢視光角度之一個此類實施例。儘管展示了五個中繼器模組8304、8306、8308、8310及8312，但本領域中熟習此項技術者將瞭解，取決於應用，更多或更少中繼器模組可耦接在
一起，且此等模組可以二維形式耦接在一起以形成任意大的輸出能量表面8302。
在一個實施例中，圖81之系統包含在第一方向及第二方向上(例如，在整列上或在堆疊組態中)配置之複數個中繼器元件8304、8306、8308、8310、8312，其中所述複數個中繼器元件中之每一者沿縱向定向在各別中繼器元件之第一表面與第二表面之間延伸。在一些實施例中，複數個中繼器元件中之每一者之第一表面及第二表面大體上沿第一方向及第二方向所界定之橫向定向延伸，其中縱向定向實質上垂直於橫向定向。在其他實施例中，橫向定向上之隨機化折射率可變性以及縱向定向上之最小折射率變化導致能量波沿縱向定向具有實質上較高的輸送效率，且導致沿橫向定向之空間局部化。
在一個實施例中，可在第一方向或第二方向上配置複數個中繼器元件以分別沿第一方向或第二方向形成單一平鋪表面。在一些實施例中，複數個中繼器元件配置於具有至少2×2組態之矩陣中，或配置於包含但不限於3×3組態、4×4組態、3×10組態及其他組態之其他矩陣中，如本領域中熟習此項技術者可瞭解。在其他實施例中，在為單一平鋪表面之最小尺寸兩倍的檢視距離下，可能無法感知單一平鋪表面之間的接縫。
在一些實施例中，複數個中繼器元件(例如，8304、8306、8308、8310、8312)中之每一者具有橫向定向上之隨機化折射率可變性以及縱向定向上之最小折射率變化，從而導致能量波沿縱向定向具有實質上較高的輸送效率，且導致沿橫向定向之空間局部化。在中繼器係由多芯光纖構成之一些實施例中，在每一中繼器元件內傳播之能量波可在藉由縱向定向上之光纖對準判定的所述縱向定向上行進。
在其他實施例中，複數個中繼器元件(例如，8304、8306、8308、8310、8312)中之每一者經組態以沿縱向定向輸送能量，且其中歸因於隨機化
折射率可變性，傳播通過複數個中繼器元件之能量波在縱向定向上之輸送效率比在橫向定向上更高，使得能量在橫向定向上局部化。在一些實施例中，歸因於在縱向定向上之輸送效率比在橫向定向上實質上更高，在中繼器元件之間傳播之能量波可實質上平行於縱向定向行進。在其他實施例中，橫向定向上之隨機化折射率可變性以及縱向定向上之最小折射率變化導致能量波沿縱向定向具有實質上較高的輸送效率，且導致沿橫向定向之空間局部化。
圖82說明根據本揭示案之一個實施例之耦接在一起的多個光學錐形中繼器模組之配置8400，其具有垂直能源側幾何結構8404、8406、8408、8410及8412以及圍繞中心軸線成徑向之凸形能源表面8402。圖82說明圖81中所展示之組態之修改，其具有垂直能源側幾何結構及圍繞中心軸線成徑向之凸形輸出能量表面。
圖83說明根據本揭示案之另一實施例之耦接在一起的多個光學中繼器模組之配置8500，其具有垂直輸出能量表面8502及圍繞中心軸線成徑向之凸形能源側表面8504。
在一些實施例中，藉由將能量中繼器陣列之源側組態成圍繞中心半徑之圓柱形彎曲形狀且具有平坦能量輸出表面，輸入能源受光角及輸出能源發射角可解耦，且有可能較佳地將每一能源模組與能量中繼器受光錐對準，歸因於諸如能量錐形中繼器放大率、NA及其他因素之參數的限制，此對準自身可能受限制。
圖84說明根據本揭示案之一個實施例之多個能量中繼器模組的配置8600，其中每一能量輸出表面獨立地經組態以使得可視輸出光線。圖84說明類似於圖83之組態的組態，但其中每一能量中繼器輸出表面獨立地經組態以使得可視輸出光線相對於光軸以較均勻角度(或較不均勻，此取決於所使用之
精確幾何結構)自經組合輸出能量表面發射。
圖85說明根據本揭示案之一個實施例之多個光學中繼器模組的配置8700，其中發射能源側及能量中繼器輸出表面兩者經組態有各種幾何結構，從而對輸入及輸出光線進行明確控制。為此目的，圖85說明具有五個模組之組態，其中發射能源側及中繼器輸出表面兩者經組態有彎曲幾何結構，從而允許對輸入及輸出光線進行較大程度控制。
圖86說明多個光學中繼器模組之配置8800，所述光學中繼器模組之個別輸出能量表面已經接地以形成圍繞檢視者之無縫凹形圓柱形能源，其中中繼器之源端平坦且各自黏合至能源。
在圖86中所展示之實施例中，且類似地在圖81、圖82、圖83、圖84及圖85中所展示之實施例中，系統可包含在第一方向及第二方向上配置之複數個能量中繼器，其中在中繼器中之每一者中，在界定縱向定向之第一表面與第二表面之間輸送能量，中繼器中之每一者之第一表面及第二表面大體上沿第一方向及第二方向所界定之橫向定向延伸，其中縱向定向實質上垂直於橫向定向。同樣在此實施例中，歸因於橫向定向上之高折射率可變性以及縱向定向上之最小折射率變化，傳播通過複數個中繼器之能量波在縱向定向上之輸送效率比在橫向定向上更高。在每一中繼器係由多芯光纖構成之一些實施例中，在每一中繼器元件內傳播之能量波可在藉由縱向定向上之光纖對準判定的所述縱向定向上行進。
在一個實施例中，類似於上文所論述，複數個中繼器元件中之每一者之第一表面及第二表面大體上可沿橫向定向彎曲，且複數個中繼器元件可在第一方向及第二方向上一體地形成。複數個中繼器可在第一方向及第二方向上組裝，配置成具有至少2×2組態之矩陣，且包含玻璃、光纖、光學薄膜、塑
膠、聚合物或其混合物。在一些實施例中，可在第一方向或第二方向上配置複數個中繼器之系統以分別沿第一方向或第二方向形成單一平鋪表面。如上所述，複數個中繼器元件可配置於其他矩陣中，包含但不限於3×3組態、4×4組態、3×10組態，以及本領域中熟習此項技術者可瞭解之其他組態。在其他實施例中，在為單一平鋪表面之最小尺寸兩倍的檢視距離下，可能無法感知單一平鋪表面之間的接縫。
對於能量中繼器之馬賽克，可包含以下實施例：第一表面及第二表面兩者可皆為平面的，第一表面及第二表面中之一者可為平面的且另一者為非平面的，或第一表面及第二表面兩者可皆為非平面的。在一些實施例中，第一表面及第二表面兩者可皆為凹形的，第一表面及第二表面中之一者可為凹形的且另一者為凸形的，或第一表面及第二表面兩者可皆為凸形的。在其他實施例中，第一表面及第二表面中之至少一者可為平面、非平面、凹形或凸形的。平面表面可垂直於能量輸送之縱向方向，或不垂直於此光軸。
在一些實施例中，複數個中繼器可能導致能源之空間放大或空間縮小，包含但不限於電磁波、光波、聲波，以及其他類型之能量波。在其他實施例中，複數個中繼器亦可包含複數個能量中繼器(諸如用於能源之面板)，其中複數個能量中繼器具有不同寬度、長度以及其他尺寸。在一些實施例中，複數個能量中繼器亦可包含鬆散相干光學中繼器或光纖。
安德森局部化材料之限制及有序能量局部化之介紹
雖然安德森局部化原理係於20世紀50年代引入，但直至最近在材料及製程方面之技術突破才允許在光學輸送方面實際探索所述原理。橫向安德森局部化為經由橫向無序但縱向不變之材料輸送之波的傳播，而無波在橫向平面中之漫射。
經由拉伸數百萬個具有不同折射率(RI)之個別光纖束來製造光纖面板，已觀測到橫向安德森局部化，所述光纖束隨機混合且熔化在一起。當在面板表面中之一者上掃描輸入光束時，相對表面上之輸出光束遵循輸入光束之橫向位置。由於安德森局部化在無序介質中不展現波漫射，因此相比於光纖中繼器，基礎物理學中之一些係不同的。此意指相比於多散射路徑之間的隨機化，具有不同RI之光纖之隨機混合物中的安德森局部化現象不太受全內反射影響，其中波干擾可完全限制橫向定向上之傳播同時在縱向路徑上繼續。除此概念之外，本文亦介紹了可使用材料波傳播性質之非隨機圖案來代替能量輸送裝置在橫向平面中之隨機化分佈。此類非隨機分佈可能在裝置之橫向平面中誘發在本文中被稱作有序能量局部化之現象。此有序能量局部化減少了類似材料性質之局部化分組的發生，所述發生可能歸因於隨機分佈之性質而出現，但用以使經由裝置之能量輸送之總功效降級。
在一實施例中，有序能量局部化材料有可能以與最高品質之市售多模玻璃影像光纖一樣高或更佳的對比度輸送光，如藉由光學調變轉移函數(MTF)所量測。利用多模及多芯光纖，經轉送影像歸因於芯之離散陣列之全內反射性質可在本質上經像素化，其中芯之間的區中之影像轉移損失會降低MTF且增加模糊。利用多芯光纖產生之所得影像趨往往具有殘餘固定雜訊光纖圖案，如圖5A中所說明。相比之下，經由實例材料樣本轉送之相同影像展現有序能量局部化，所述有序能量局部化類似於橫向安德森局部化原理，其中雜訊圖案看起來比固定光纖圖案更像顆粒結構。
展現有序能量局部化現象之光學中繼器的另一優點在於，其可由聚合材料製成，從而降低成本及重量。通常由玻璃或其他類似材料製成之類似光學級材料的成本可能為用聚合物產生之相同尺寸材料之成本的一百倍。另
外，聚合物中繼器光學件之重量可減少10至100倍。為避免疑問，本揭示案中可包含展現安德森局部化性質或如本文中所描述之有序能量局部化性質的任何材料，即使其不滿足上述成本及重量建議亦如此。如本領域中熟習此項技術者將理解，上述建議為適用於重要商業可行性之單一實施例，不包括類似玻璃產品。額外益處在於，對於起作用之有序能量局部化，可能不需要光纖包層，傳統多芯光纖需要光纖包層以阻止光纖之間的光散射，但光纖包層同時阻擋光線之一部分且因此使透射率減少至少芯-包層比率(例如，70：30之芯-包層比率將透射最多70%之所接收照明)。在某些實施例中，經由中繼器之所有或大部分材料轉送能量可改良經由所述材料轉送能量之效率，此係由於可減少或消除對額外能量控制材料之需求。
另一益處為能夠產生可黏合或熔化而無接縫之許多較小部分，此係因為所述聚合材料係由重複單元構成，且取決於將兩個或更多個片件合併在一起之製程，合併任何兩個片件幾乎與將組件產生為單個片件相同。對於大型應用，此對於在無大規模基礎設施或工具成本之情況下製造之能力係顯著益處，且其能夠產生無法以其他方法產生之單件材料。傳統塑膠光纖具有此等益處中之一些，但歸因於包覆而通常仍涉及一定距離之接縫線。
本揭示案包含展現有序能量局部化現象之工程設計結構及其製造方法。本揭示案之工程設計結構可用以使用構建塊來建構電磁能量、聲能或其他類型之能量的中繼器，所述構建塊可包含一或多個組件工程設計結構(「CES」)。術語CES係指具有特定工程設計性質(「歐洲專利」)之構建塊組件，所述性質可包含但不限於材料類型、大小、形狀、折射率、質量中心、電荷、重量、吸收率及磁矩，以及其他性質。CES之尺度可近似所轉送之能量波之波長，且可在毫米級、微米級或奈米級上變化。其他EP亦高度取決於能量
波之波長。
在本揭示案之範疇內，多個CES之特定配置可形成非隨機圖案，所述非隨機圖案可在橫向方向上橫越中繼器重複，以有效地誘發有序能量局部化。CES之此類非隨機圖案之單一實例在本文中被稱作模組。模組可包括兩個或更多個CES。中繼器內之兩個或更多個模組的分組在本文中被稱作結構。
有序能量局部化係普遍的波現象，其適用於電磁波、聲波、量子波、能量波等之輸送。一或多個組件工程設計結構可形成展現有序能量局部化之能量波中繼器，所述組件工程設計結構各自具有近似對應波長之大小。構建塊之另一參數為用於彼等構建塊之材料之能量波的速度，包含電磁波之折射率及聲波之聲阻抗。舉例而言，構建塊大小及折射率可變化以適應自X射線至無線電波之電磁波譜的任何頻率，或適應範圍介於恰好高於0Hz之超低頻率至大致20MHz之超音波頻率的聲波。
出於此原因，本揭示案中關於光學中繼器之論述不僅可推廣至全電磁波譜，且亦可推廣至聲能及其他類型之能量。出於此原因，術語能源、能量表面及能量中繼器之使用將在本揭示案中使用，即使可關於諸如可見電磁波譜之一種特定形式的能量來討論實施例。本領域中一般熟習此項技術者將理解，關於一種形式之能量所論述的本揭示案之原理將同樣適用於針對其他形式之能量實施的實施例。
為避免疑問，材料數量、製程、類型、折射率及類似者僅僅為示例性的，且本文包含展現有序能量局部化性質之任何光學材料。另外，本文包含有序材料及製程之任何使用。
應注意，本揭示案中提及之光學設計之原理通常適用於所有形式之能量中繼器，並且針對特定產品、市場、形狀因數、安裝等選擇之設計實施
可能需要或可能不需要解決此等幾何結構，但出於簡化之目的，所揭示之任何方法皆包含所有潛在的能量中繼器材料。
在一個實施例中，對於可見電磁能量之中繼器，CES之橫向大小應為約1微米。用於CES之材料可為展現所需光學品質之任何光學材料，包含但不限於玻璃、塑膠、樹脂、氣穴及類似者。所用材料之折射率高於1，且若選擇兩種CES類型，則折射率之差異成為關鍵的設計參數。材料之縱橫比可選擇為細長的，以有助於在縱向方向上進行波傳播。
在實施例中，可使用一或多個CES轉送來自其他能量域之能量。舉例而言，可轉送聲能或觸覺能量，其可為機械振動形式之能量。可基於此等替代能量域之輸送效率而選擇適當CES。舉例而言，可選擇空氣作為CES材料類型以轉送聲能或觸覺能量。在實施例中，可選擇空的空間或真空作為CES，以便轉送某些形式之電磁能量。此外，兩個不同CES可共用共同的材料類型，但可能在另一工程設計性質(例如形狀)方面不同。
CES之形成可作為採用成形材料且將片件切割成所需形之破壞性製程或本領域中已知的任何其他方法或添加劑來完成，其中CES可生長、印刷、成形、熔融，或以本領域中已知的任何其他方法產生。添加劑及破壞性製程可組合以進一步控制製造。此等CES經建構成指定結構大小及形狀。
在一個實施例中，對於電磁能量中繼器，有可能使用光學級黏合劑、環氧樹脂或其他已知光學材料，其可起初為液體且經由各種途徑形成光學級固體結構，所述途徑包含但不限於UV、加熱、時間以及其他處理參數。在另一實施例中，黏合劑不固化或由用於可撓性應用之折射率匹配油製成。黏合劑可應用於固體結構及非固化油或光學液體。此等材料可展現某些折射率(RI)性質。黏合劑需要匹配CES材料類型1或CES材料類型2之RI。在一個實施例
中，此光學黏合劑之RI為1.59，與PS(聚苯乙烯)相同。在第二實施例中，此光學黏合劑之RI為1.49，與PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)相同。在另一實施例中，此光學黏合劑之RI為1.64，與熱塑性聚酯(TP)材料相同。
在一個實施例中，對於能量波，黏合劑可混合至CES材料類型1及CES材料類型2之摻合物中，以便有效地抵消黏合劑RI匹配之材料的RI。黏合劑可充分地互混，給予足夠的時間以達成空氣空隙之逸出、所需材料分佈及黏性形成。可實施額外的持續攪拌以確保材料適當混合，從而抵消歸因於各種材料密度或其他材料性質而可能發生的任何分離。
可能需要在真空或腔室中執行此製程以排空可能形成之任何氣泡。額外方法可為在固化製程期間引入振動。
方法提供三個或更多個具有額外形式特性及EP之CES。
在一個實施例中，對於電磁能量中繼器，額外方法僅提供僅與黏合劑一起使用之單一CES，其中CES之RI與黏合劑不同。
額外方法提供任何數目個CES，且包含有意引入氣泡。
在一個實施例中，對於電磁能量中繼器，一種方法提供具有獨立所需RI之多種黏合劑，以及在零個、一個或多個CES分開或一起固化時將其互混以允許形成完全互混結構的製程。可利用兩種或更多種單獨固化方法，以允許以不同工具及程序方法以不同間隔固化及互混的能力。在一個實施例中，RI為1.49之UV固化環氧樹脂與RI為1.59之熱固化第二環氧樹脂互混，其中以僅足以開始看見固體結構在較大混合物內形成但不足以形成任何大顆粒的持續時間向材料之持續攪拌提供交替的熱處理及UV處理，直至固化製程幾乎完成時無法繼續攪拌為止，之後同時實施固化製程以將材料完全黏合在一起。在第二實施例中，添加RI為1.49之CES。在第三實施例中，添加RI為1.49及1.59之
CES。
在另一實施例中，對於電磁能量中繼器，基於玻璃及塑膠材料之各別RI性質而將其互混。
在另一實施例中，經固化混合物形成於模具中，且在固化之後經切割及拋光。在另一實施例中，所利用之材料將利用加熱再液化且以第一形狀固化，且接著拉成第二形狀，包含但不限於錐形或彎曲。
應瞭解，存在數種用以將聚合材料焊接在一起之眾所周知的習知方法。此等技術中之許多描述於ISO 472(塑膠詞彙(Plastics-Vocabulary)，國際標準化組織，瑞士1999)中，其以全文引用之方式併入本文中，且描述用於結合軟化之材料表面的方法，包括熱、機械(例如，振動焊接、超音波焊接等)、電磁及化學(溶劑)焊接法。
圖7A說明根據本揭示案之一個實施例之可撓性中繼器70的剖視圖，所述可撓性中繼器70展現橫向安德森局部化方法，所述方法使用CES材料類型1(72)及CES材料類型2(74)，利用互混油或液體76且可能使用端蓋中繼器79在可撓性管道罩殼78內之中繼器之任一端上將能量波自第一表面77轉送至第二表面77。CES材料類型1(72)及CES材料類型2(74)兩者皆具有細長的工程設計性質，在此實施例中，形狀為橢圓形，但諸如圓柱形或多股之任何其他細長或工程設計形狀亦係可能的。細長形狀允許最小工程設計性質變化之通道75。
對於可見電磁能量中繼器之實施例，中繼器70可用折射率與CES材料類型2(74)匹配之互混油或液體76替換黏合劑，且可將互混油或液體76置放至可撓性管道罩殼78中以維持CES材料類型1及CES材料2之混合物的可撓性，且端蓋79將為固體光學中繼器，以確保影像可自端蓋之一個表面轉送至
另一表面。CES材料之細長形狀允許最小折射率變化之通道75。
中繼器70之多個實例可交織成單一表面，以便形成固體或可撓性形式之中繼器組合器。
在一個實施例中，對於可見電磁能量中繼器，中繼器70之若干實例可各自在一端連接至僅展示影像之許多特定平鋪塊中之一者的顯示裝置，且光學中繼器之另一端置放於規則馬賽克中，以此方式配置以顯示完整影像而無明顯接縫。歸因於CES材料之性質，另外有可能將馬賽克內之多個光學中繼器熔化在一起。
圖7B說明CES橫向安德森局部化能量中繼器之剛性實施750的剖視圖。CES材料類型1(72)及CES材料類型2(74)與黏合劑753互混，黏合劑753與材料2(74)之折射率匹配。有可能使用視情況選用之中繼器端蓋79以在罩殼754內將能量波自第一表面77轉送至第二表面77。CES材料類型1(72)及CES材料類型2(74)兩者皆具有細長的工程設計性質，在此實施例中，形狀為橢圓形，但諸如圓柱形或多股之任何其他細長或工程設計形狀亦係可能的。圖7B中亦展示沿縱向方向751之最小工程設計性質變化之路徑75，其有助於在此方向751上自一個端蓋表面77至另一端蓋表面77進行能量波傳播。
CES之初始組態及對準可利用機械置放或利用材料之EP來完成，包含但不限於：電荷，其在施加至液體中之CES膠體時可導致膠體晶體形成；磁矩，其可幫助對含有痕量鐵磁材料之CES排序或所用CES之相對重量，利用重力，其有助於在固化之前在黏合液體內形成層。
在一個實施例中，對於電磁能量中繼器，圖7B中所描繪之實施可使黏合劑753與CES材料類型2(74)之折射率匹配，視情況選用之端蓋79可為固體光學中繼器以確保影像可自端蓋之一個表面轉送至另一表面，且具有
最小縱向變化之EP可為折射率，從而形成將有助於傳播局部化電磁波之通道75。
在一實施例中，對於可見電磁能量中繼器，圖8說明根據本揭示案之可見電磁能量中繼器之一個實施例之橫向平面的示意性剖視圖，在一種示例性材料之縱向方向上以材料之總混合物之給定百分比包含DEMA(維度額外吸收)CES(80)以及CES材料類型74、82，所述百分比控制雜散光。
將不透光之額外CES材料添加至混合物中以吸收隨機雜散光，此類似於傳統光纖技術中之EMA，除了吸收材料之分佈在所有三個維度上可為隨機的，而在縱向尺寸上不變。在本文中，此材料被稱作DEMA(80)。在第三維度中利用此方法提供了遠多於先前實施方法之控制。使用DEMA，雜散光控制比任何其他實施更加完全隨機化，包含包括多股EMA之彼等實施，其最終使總透光率降低了其佔據之所有光學中繼器組件之表面區域的分率。相比之下，在整個中繼器材料中互混DEMA，從而吸收雜散光而不會同樣降低透光率。可以總混合物之任何比率提供DEMA。在一個實施例中，DEMA為材料之總混合物的1%。在第二實施例中，DEMA為材料之總混合物的10%。
在另一實施例中，用熱及/或壓力處理兩種或更多種材料以執行黏合製程，且此可利用或可不利用本領域中已知的模具或其他類似的成形製程完成。這可在或可不在真空或振動階段或其類似階段中應用，以在熔融製程中消除氣泡。舉例而言，材料類型為聚苯乙烯(PS)及聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)之CES可互混且接著置放至適當模具中，所述模具被置放至均勻熱分佈環境中，所述環境能夠達到兩種材料之熔點且在各別溫度間循環，而不會歸因於超出材料性質所規定的每小時最大熱升高或偏斜而造成損壞/破裂。
對於需要將材料與額外液體黏合劑互混之製程，考慮到每種材料
之可變特定密度，可能需要在一定速率下進行恆定旋轉之製程，其防止材料分離。
區分安德森與有序能量中繼器材料
圖9說明包括顆粒之隨機化分佈的預熔化能量中繼器之部分900之橫向平面的剖視圖，所述顆粒包括兩種組分材料、組件工程設計結構(「CES」)902及CES 904。在一實施例中，包括CES 902或CES 904之顆粒可具有不同材料性質，諸如不同折射率，且可在輸送通過其中之能量中誘發安德森局部化效應，從而局部化材料之橫向平面中的能量。在一實施例中，包括CES 902或CES 904之顆粒可在縱向方向上延伸至圖示平面中且自圖示平面中延伸出，藉此允許相比於傳統光纖能量中繼器以減小之散射效應沿縱向方向進行能量傳播，此係歸因於材料之橫向平面中之能量的局部化。
圖10說明包括顆粒之非隨機圖案之預熔化能量中繼器之模組1000之橫向平面的剖視圖，每一顆粒包括三種組分材料CES 1002、CES 1004或CES 1006中之一者。包括CES 1002、1004或1006中之一者的顆粒可具有不同材料性質，諸如不同折射率，此可在模組之橫向平面中誘發能量局部化效應。包括CES 1002、1004或1006中之一者之顆粒的圖案可含在模組邊界1008內，模組邊界1008界定包括CES 1002、1004或1006中之一者的顆粒被配置於其中的特定圖案。類似於圖9，包括CES 1002、1004或1006中之一者之顆粒可在縱向方向上延伸至圖示平面中且自圖示平面中延伸出，以允許相比於傳統光纖能量中繼器以減小之散射效應沿縱向方向進行能量傳播，此係歸因於材料之橫向平面中之能量的局部化。
包括來自圖9之CES 902或904中之一者的顆粒及包括來自圖10之CES 1002、1004或1006中之一者的顆粒可為各別材料之長細棒，其在垂直
於圖示平面之縱向方向上延伸且分別以圖9及圖10中所展示之特定圖案配置。儘管歸因於圖9及圖10中所展示之顆粒之圓形橫截面形狀而可能在CES之個別顆粒之間存在小間隙，但此等間隙在熔化時將被有效地消除，因為CES材料在熔化製程期間將獲得一定流動性且「熔融(melt)」在一起以填充任何間隙。雖然圖9及圖10中所說明之橫截面形狀為圓形，但此不應視為限制本揭示案之範疇，並且本領域中熟習此項技術者應認識到，可根據本文中所揭示之原理利用任何形狀或幾何結構之預熔化材料。舉例而言，在一實施例中，CES之個別顆粒具有六邊形而非圓形橫截面，此可允許顆粒在熔化之前具有較小間隙。
圖11說明包括顆粒之隨機分佈的預熔化能量中繼器之部分1100之橫向平面的示意性剖視圖，所述顆粒包括組分材料CES 1102及CES 1104。部分1100可具有複數個子部分，諸如子部分1106及1108，其各自包括包含CES 1102及1104之顆粒之隨機化分佈。在中繼器熔化之後，包括CES 1102及CES 1104之顆粒之隨機分佈可誘發在縱向方向上轉送之能量中的橫向安德森局部化效應，從而經由部分1100自圖示平面中延伸出。
圖13說明包括顆粒之隨機分佈的熔化能量中繼器之部分1300之橫向平面的剖視圖，所述顆粒包括組分材料CES 1302及CES 1304。部分1300可表示來自圖11之部分1100之可能熔化形式。在本揭示案之上下文中，當類似CES之鄰近顆粒在熔化時聚集在一起時，此被稱作聚集顆粒(「AP」)。可在1308處看到CES 1302之AP之實例，其可表示熔化形式之若干不熔化CES 1302顆粒(展示於圖11中)。如圖13中所說明，類似CES之每一連續顆粒之間的邊界以及具有類似CES邊界顆粒之模組之間的邊界在熔化時消除，同時在不同CES之AP之間形成新的邊界。
根據安德森局部化原理，不同能量波傳播性質分佈於材料之橫向
方向上的材料之隨機化分佈將局部化彼方向內之能量，從而抑制能量散射且減少干擾，所述干擾可能使材料之輸送效率降級。在輸送電磁能量之上下文中，例如經由藉由隨機分佈具有不同折射率之材料而在橫向方向上增加折射率之變化量，有可能在橫向方向上局部化電磁能量。
然而，如先前所論述，歸因於隨機化分佈之性質，存在可能無意中形成不期望的材料配置之可能性，此可能限制材料內之能量局部化效應的實現。舉例而言，在熔化圖11中之對應位置中所展示之顆粒的隨機化分佈之後，圖13之AP 1306可能形成。例如，當設計用於輸送電磁能量之材料時，設計考慮為CES之預熔化顆粒之橫向大小。為了防止能量在橫向方向上散射，可選擇顆粒大小，使得在熔化時，所得平均AP大小實質上近似材料意圖輸送之電磁能量的波長。然而，雖然可設計平均AP大小，但本領域中熟習此項技術者將認識到，顆粒之隨機分佈將導致各種不可預測的AP大小，一些小於預期波長，且一些大於預期波長。
在圖13中，AP 1306在部分1300之整個長度上延伸，且表示大小遠大於平均值之AP。此可意指AP 1306之大小亦遠大於部分1300意圖在縱向方向上輸送之能量的波長。因此，經由AP 1306在縱向方向上之能量傳播可經歷橫向平面上之散射效應，從而減少安德森局部化效應，且在傳播通過AP 1306之能量內產生干擾圖案且導致部分1300之總能量輸送效率降低。
應理解，根據本文中所揭示之原理且歸因於隨機化分佈之性質，部分1100內之子部分，諸如子部分1108可具有任意意義，此係由於不存在界定之分佈圖案。然而，本領域中熟習此項技術者應顯而易見，在給定隨機化分佈中，存在識別包括相同或實質上類似的分佈圖案之不同子部分的可能性。此情況可能不會顯著抑制整體誘發之橫向安德森局部化效應，且本文中所描述之隨
機圖案不應被視為限於排除此類狀況。
本文中所揭示之非隨機有序能量局部化圖案設計考慮因素表示組分材料之隨機化分佈的替代方案，其允許能量中繼器材料在橫向方向上展現能量局部化效應，同時避免隨機分佈固有的潛在限制性偏離狀況。
應注意，在不同領域中且在許多學科中，「隨機性(randomness)」之概念且實際上何為隨機及何為不隨機之理念始終不明確。當論述下文所論述之隨機及非隨機圖案、配置、分佈等時，在本揭示案之上下文中需考慮若干重要點。然而，應瞭解，本文中之揭示內容絕非概念化及/或系統化隨機性或非隨機性之概念的唯一方式。存在許多替代且同等有效的概念化，且不應將本揭示案之範疇視為限於排除本領域中熟習此項技術者在本上下文中設想之任何方法。
完整空間隨機性(「CSR」)，其在本領域中眾所周知，且描述於Smith,T.E.,(2016)Notebook on Spatial Data Analysis[online](http：//www.seas.upenn.edu/~ese502/#notebook)中，其以引用之方式併入本文中，為用以描述以完全隨機方式定位之點在空間內(在此狀況下在2D平面內)之分佈的概念。存在用以描述CSR之兩個共同特性：空間拉普拉斯原理，及統計獨立性之假定。
空間拉普拉斯原理為更一般拉普拉斯原理在空間概率領域之應用，其基本上表明，除非存在待指示之資訊，否則特定事件之機率(可被認為係點位於特定位置中之機率)對於空間內之每一位置同樣係可能的。換言之，區內之每一位置含有點的可能性相同，且因此，在所述區內之每一位置中發現點的機率相同。此進一步意指，在特定子區內發現點之機率同彼子區之面積與整個參考區之面積的比率成比例。
CSR之第二特性為空間獨立性之假定。此原理假定區內其他資料點之位置不影響在特定位置處發現資料點之機率。換言之，假定資料點彼此獨立，且「周圍區域(surrounding area)」之狀態據稱不影響在參考區內之位置處發現數據點的機率。
CSR之概念適用作材料之非隨機圖案之對比實例，諸如本文中所描述之CES材料之一些實施例。安德森材料在本揭示案中之其他地方描述為能量中繼器之橫向平面中之能量傳播材料的隨機分佈。記住上述CSR特性，有可能將此等概念應用於本文中所描述之安德森材料之實施例中之一些，以便判定彼等安德森材料分佈之「隨機性(randomness)」是否符合CSR。假定包括第一材料及第二材料之能量中繼器的實施例，由於第一材料或第二材料之CES可在實施例之橫向平面中佔據大致相同面積(意謂在橫向尺寸上具有大致相同大小)，且進一步由於可假定在實施例中等量提供第一CES及第二CES，因此可假定對於沿能量中繼器實施例之橫向平面的任何特定位置，根據此上下文中所應用之空間拉普拉斯原理，存在第一CES或第二CES之機率相等。替代地，若在其他能量中繼器實施例中以不同量提供中繼器材料或具有彼此不同之橫向大小，則將同樣預期，與空間拉普拉斯原理一致，發現材料之機率與所提供材料之比率或與其相對大小成比例。
接著，因為安德森能量中繼器實施例之第一材料及第二材料兩者係以隨機方式配置(藉由充分機械混合或其他途徑)，且由材料之「配置(arrangement)」可同時發生且在其經隨機化時自發地出現之事實進一步證明，因此可確定，對於此等實施例，相鄰CES材料之屬性(identity)實質上不會影響特定CES材料之屬性，反之亦然。亦即，此等實施例內之CES材料之屬性彼此獨立。因此，本文中所描述之安德森材料實施例據稱滿足所描述之CSR特性。
當然，如上文所論述，外部因素及「真實世界(real-world)」混淆因素之性質可能影響安德森能量中繼器材料之實施例與嚴格CSR定義的順從性，但本領域中一般熟習此項技術者將瞭解，此等安德森材料實施例實質上屬於此類定義之合理容限內。
相比之下，對本文中所揭示之有序能量局部化中繼器材料實施例中之一些的分析突出了與其對應的安德森材料實施例(以及CSR)之特定偏離。
不同於安德森材料，有序能量局部化中繼器實施例內之CES材料屬性可與其相鄰者之屬性高度相關。某些有序能量局部化中繼器實施例內之CES材料之配置的特有圖案經設計以尤其影響類似材料相對於彼此在空間上配置之方式，以便控制由此類材料在熔化時形成之有效AP大小。換言之，將材料配置於有序能量局部化分佈中之一些實施例之目標中之一者為影響包括單種材料(AP)之任何區在橫向尺寸上的最終橫截面積(或大小)。當沿縱向方向轉送能量時，此可能限制所述區內之橫向能量散射及干擾的效應。因此，當能量中繼器材料首先「配置(arranged)」於有序能量局部化分佈實施例中時，運用一定程度之特異性及/或選擇性，此可能不允許特定CES屬性「獨立(independent)」於其他CES之屬性，特別是緊緊圍繞CES之彼等材料。相反，在某些實施例中，根據非隨機圖案具體地選擇材料，其中任一個特定CES之屬性係基於圖案之延續且在知曉已配置圖案之哪一部分(及因此何種材料)時加以判定。因此，此等某些有序能量局部化分佈能量中繼器實施例不符合CSR準則。因此，兩個或更多個CES或能量中繼器材料之圖案或配置在本揭示案中可描述為「非隨機(non-random)」或「實質上非隨機(substantially non-random)」，且本領域中一般熟習此項技術者應瞭解，除其他之外，可考慮如上所述之CSR之一般概念或特徵，以區分非隨機或實質上非隨機圖案與隨機圖案。舉例而言，在一實施例中，實質上不
符合如所描述之CSR之一般概念或特性的材料可被視為有序能量局部化材料分佈。在本揭示案中，可列舉術語「有序(ordered)」以描述用於經由有序能量局部化原理傳輸能量之中繼器之組件工程設計結構材料的分佈。術語「有序能量中繼器(ordered energy relay)」、「有序中繼器(ordered relay)」、「有序分佈(ordered distribution)」、「非隨機圖案(non-random pattern)」等描述了至少部分地經由本文中所描述之此相同有序能量局部化原理傳輸能量的能量中繼器。
當然，本文中提供CSR概念作為待考慮之實例指南，且本領域中一般熟習此項技術者可考慮本領域中已知的其他原理以區分非隨機圖案與隨機圖案。舉例而言，應瞭解，與手寫簽名一樣，非隨機圖案可被視為包含雜訊之非隨機信號。非隨機圖案可為實質上相同的，即使其歸因於包含雜訊而不相同。
在圖案辨識及比較領域中存在過多習知技術，所述技術可用以分離雜訊與非隨機信號且使後者相關。藉助於實例，Rhoades之美國專利第7,016,516號描述了識別隨機性(雜訊、平滑度、雪度等)及使非隨機信號相關以判定簽名是否真實的方法，所述美國專利以引用之方式併入本文中。Rhodes指出，此領域中之技術者很好地理解信號隨機性之計算，且一個實例技術為在每一樣本處取信號之導數，對這些值求平方，且接著對整個信號求和。Rhodes進一步指出，可替代地使用多種其他眾所周知的技術。可使用習知圖案辨識濾波器及演算法來識別相同的非隨機圖案。實例提供於美國專利第5,465,308號及第7,054,850號中，所述美國專利皆以引用之方式併入本文中。此處將不再重複其他圖案辨識及比較技術，但應瞭解，本領域中一般熟習此項技術者將容易地應用現有技術以判定能量中繼器是否包括複數個重複模組，所述重複模組各自至少包括以實質上非隨機圖案配置之第一材料及第二材料，實際上包括相同的實質上非隨機圖案。
此外，鑒於上文所提及之關於隨機性及雜訊的點，應瞭解，歸因於諸如機械不準確性或製造可變性之無意因素，將材料配置成實質上非隨機圖案可能使預期圖案扭曲。圖20B中說明了此類扭曲之實例，其中兩種不同材料之間的邊界2005受熔化製程影響，使得其具有唯一形狀，其最初並非圖20A中所說明之材料之非隨機配置的部分。然而，本領域中熟習此項技術者將顯而易見，非隨機圖案之此類扭曲在很大程度上不可避免，且為機械技術之性質所固有的，且圖20B中所展示之熔化實施例中仍實質上維持圖20A中所展示之材料之非隨機配置，儘管所述材料之邊界有機械扭曲。因此，當考慮到材料配置時，區分圖案之扭曲部分與未扭曲部分在本領域中之技術者之能力範圍內，正如人們將兩個簽名識別為屬於同一人，儘管其存在獨特差異。
圖12A說明包括三種組分材料CES 1202、CES 1204或CES 1206之非隨機圖案(經組態以經由有序能量局部化轉送能量之分佈)的預熔化能量中繼器之部分1200之橫向平面的剖視圖，所述三種組分材料界定具有類似定向之多個模組。此三種CES材料之顆粒配置於重複模組中，諸如模組1208及模組1210，其共用所述顆粒之實質上不變分佈。雖然部分1200含有六個模組，如圖12A中所說明，但給定能量中繼器中之模組之數目可為任何數目，且可基於所需設計參數來選擇。另外，模組之大小、每模組顆粒之數目、模組內個別顆粒之大小、模組內顆粒之分佈圖案、不同類型模組之數目及包含額外模組化或間隙材料皆可為待考慮之設計參數且屬於本揭示案之範疇。
類似地，包含於每一模組內之不同CES之數目無需為三，如圖12A中所說明，但可較佳為適合於所需設計參數之任何數目。此外，每一CES所具有之不同特性性質可為可變的，以便滿足所需設計參數，且差異不應僅限於折射率。舉例而言，兩個不同CES可具有實質上相同的折射率，但其熔點溫
度可不同。
為了最小化經由圖12A中所說明之能量中繼器之部分1200輸送之能量的散射，且為了促進橫向能量局部化，包括部分1200之模組之非隨機圖案可滿足上文所描述之有序能量局部化分佈特性。在本揭示案之上下文中，鄰接顆粒可為在橫向平面中實質上彼此鄰近之顆粒。顆粒可說明為彼此觸碰，或在鄰近顆粒之間可存在空的空間。本領域中熟習此項技術者將瞭解，鄰近所說明顆粒之間的小間隙為無意藝術假影，或意欲說明在真實世界之材料配置中可能出現的微小機械變化。此外，本揭示案亦包括CES顆粒呈實質上非隨機圖案之配置，但歸因於製造變化或設計之有意變化而含有例外。
CES顆粒之有序能量局部化圖案可允許較大能量局部化，且減少能量經由中繼器材料在橫向方向上之散射，且因此相對於其他實施例允許經由材料進行能量輸送之效率較高。圖12B說明包括三種組分材料CES 1202、CES 1204及CES 1206之顆粒之非隨機圖案的預熔化能量中繼器之部分1250之橫向平面的剖視圖，其中所述顆粒界定具有不同定向之多個模組。部分1250之模組1258及1260包括類似於圖12A之模組1208及1210的材料之非隨機圖案。然而，模組1260中之材料圖案相對於模組1258之圖案旋轉。部分1250之若干其他模組亦展現旋轉分佈圖案。值得注意的是，儘管有此旋轉配置，但部分1250內之每一模組皆具有上文所描述之有序能量局部化分佈，此係由於每一模組內之顆粒分佈之實際圖案保持相同，而不管對其施加多少旋轉。
圖14說明包括三種組分材料CES 1402、CES 1404及CES 1406之顆粒之非隨機圖案的熔化能量中繼器之部分1400之橫向平面的剖視圖。部分1400可表示來自圖12A之部分1200之可能熔化形式。藉由將CES顆粒配置於有序能量局部化分佈中，圖14中所展示之中繼器相對於圖13中所展示之隨機化
分佈可實現在縱向方向上經由中繼器進行之更高效能量輸送。藉由選擇直徑大致為經由材料輸送之能量波長之½的CES顆粒，且將其配置於圖12A中所展示之預熔化有序能量局部化分佈中，在圖14中所見之熔化後得到的AP大小可具有介於預期能量波長之½與2倍之間的橫向尺寸。藉由將橫向AP尺寸實質上限制於此範圍內，在縱向方向上經由材料輸送之能量可允許有序能量局部化且減少散射及干涉效應。在一實施例中，中繼器材料中AP之橫向尺寸可較佳介於意圖在縱向方向上經由AP輸送之能量波長的¼與8倍之間。
如圖14中所見，且與圖13相反，所有AP之大小具有顯著的一致性，此可能係由於對預熔化CES顆粒之配置方式施加控制而產生的。具體言之，控制顆粒配置之圖案可減少或消除具有較大能量散射及干涉圖案之較大AP的形成，此表示對能量中繼器中CES顆粒之隨機化分佈的改良。
圖15說明包括兩種不同CES材料CES 1502及CES 1504之隨機化分佈的能量中繼器之部分1500的橫截面圖。部分1500經設計以沿圖示之豎直軸線縱向輸送能量，且包括沿圖示之水平軸線在橫向方向上分佈之數個AP。AP 1510可表示部分1500中之所有AP之平均AP大小。作為在熔化部分1500之前隨機化CES顆粒之分佈的結果，構成部分1500之個別AP可實質上偏離1510所展示之平均大小。舉例而言，AP 1508在橫向方向上比AP 1510寬得多。因此，經由AP 1510及1508在縱向方向上輸送能量可能經歷明顯不同的局部化效應，以及不同量之波散射及干擾。因此，在到達其轉送目的地時，經由部分1500輸送之任何能量可展現不同水平之相干性，或當進入部分1500時相對於其原始狀態展現橫向軸線上之不同強度。使能量在與進入中繼器時之狀態顯著不同的狀態下自所述中繼器出現對於諸如影像光輸送之某些應用可能不合需要。
另外，圖15中所展示之AP 1506可在橫向方向上實質上小於平均
大小之AP 1510。因此，AP 1506之橫向寬度對於某一所需能量波長域之能量而言可能過小而無法有效地傳播通過，從而導致所述能量降級且在轉送所述能量時負面地影響部分1500之效能。
圖16說明包括三種不同CES材料CES 1602、CES 1604及CES 1606之非隨機圖案的能量中繼器之部分1600的橫截面圖。部分1600經設計以沿圖示之豎直軸線縱向輸送能量，且包括沿圖示之水平軸線在橫向方向上分佈之數個AP。包括CES 1604之AP 1610及包括CES 1602之AP 1608可皆在橫向方向上具有實質上相同的大小。部分1600內之所有其他AP亦可在橫向方向上實質上共用類似AP大小。因此，經由部分1600縱向輸送能量可能經歷在部分1600之橫向軸線上實質上均勻的局部化效應，且遭受減少之散射及干擾效應。藉由在橫向尺寸上維持一致AP寬度，進入部分1600之能量將同樣被轉送且受影響，而不管其沿橫向方向進入部分1600之位置。此可表示能量輸送對圖15中針對諸如影像光輸送之某些應用所表明之隨機化分佈的改良。
圖17說明包括組分材料CES 1702及1704之聚集顆粒之隨機化分佈的能量中繼器之部分1700的橫截面透視圖。在圖17中，提供輸入能量1706以經由部分1700在縱向方向(y軸)上輸送通過中繼器，此對應於如由表示能量1706之箭頭指示的圖示豎直方向。能量1706在側1710處被接收至部分1700中且在側1712處作為能量1708自部分1700出現。能量1708說明為具有不同大小及箭頭圖案，所述箭頭旨在說明能量1708在經由部分1700輸送時經受非均勻變換，且能量1708之不同部分與初始輸入能量1706在垂直於縱向能量方向1706之橫向方向(x軸)上的量值及局部化相差不同量。
如圖17中所說明，可存在諸如AP 1714之AP，其橫向大小對於所需能量波長而言過小或在其他方面不合適而無法有效地自側1710傳播至側
1712。類似地，可存在諸如AP 1716之AP，其對於所需能量波長而言過大或在其他方面不合適而無法有效地自側1710傳播至側1712。部分1700上之能量傳播性質之此變化的組合效應可為用於形成部分1700之CES顆粒之隨機化分佈的結果，所述組合效應可能限制部分1700作為能量中繼器材料之功效及有用性。
圖18說明包括三種組分材料CES 1802、CES 1804及CES 1806之聚集顆粒之非隨機圖案的能量中繼器之部分1800的橫截面透視圖。在圖18中，提供輸入能量1808以經由部分1800在縱向方向上輸送通過中繼器，此對應於如由表示能量1808之箭頭指示的圖示豎直方向。能量1808在側1812處被接收至部分1800中且作為能量1810轉送至側1814且自部分1814出現。如圖18中所說明，輸出能量1810可在部分1800之橫向方向上具有實質上均勻的性質。此外，輸入能量1808及輸出能量1810可共用實質上不變的性質，諸如波長、強度、解析度或任何其他波傳播性質。此可歸因於AP沿部分1800之橫向方向的均勻大小及分佈，從而允許沿橫向方向之每一點處的能量以通常受影響的方式傳播通過部分1800，此可幫助限制出現能量1810之間以及輸入能量1808與出現能量1810之間的任何變化。
有序能量中繼器材料設計考慮因素
圖19說明包括顆粒之非隨機圖案的預熔化能量中繼器之部分1900之橫向平面的剖視圖，所述顆粒經配置於以下兩個模組結構中之一者中：由CES 1902、CES 1904及CES 1906構成之模組結構1908，或由CES 1910、CES 1914及1916構成之模組結構1912。在部分1900中包含兩個不同模組結構可進一步允許控制能量波經由部分1900之縱向傳播。舉例而言，CES 1910可為能量吸收材料，或以其他方式用以抑制能量傳播，其在本文中被稱作能量抑制材料。在各種實施例中，能量抑制材料可經由吸收、反射、散射、干擾或本領域中已
知的任何其他方式抑制能量傳播。藉由在部分1900中之CES顆粒之整個非隨機圖案中週期性地包含具有此等性質之材料，可操縱部分1900之能量波傳播性質以獲得所需結果，諸如精細數值孔徑。
在另一實施例中，能量中繼器可含有針對兩個不同能源之輸送最佳化的兩個不同模組結構。舉例而言，在圖19中，模組結構1912可針對可見電磁波譜最佳化，其中CES 1902、1904及1906具有與可見光波長相當的大小，且具有適合於可見光透射之折射率範圍，而模組結構1908可針對超音波之輸送最佳化，其中CES 1910、CES 1914及CES 1916具有針對超音波聲波之傳輸而選擇的聲阻抗值範圍，且各自具有與所傳輸之聲波波長相當的大小。在某些實施例中，兩個CES可經組態以輸送沿縱向平面輸送之能量的至少10%。
圖19中所展示之特定非隨機圖案僅用於例示性目的，且本領域中熟習此項技術者應認識到，非隨機圖案之許多態樣可較佳更改以便產生所需結果，同時仍屬於本揭示案之範疇內。舉例而言，圖19說明兩個不同的模組圖案1912及1908。然而，可存在具有一個、兩個、三個或更多不同模組圖案之非隨機圖案。此外，CES顆粒或模組之大小可為均勻的，或可在模組之間變化，如圖19中所展示。舉例而言，模組亦可具有類似的顆粒分佈圖案，但大小不同。
亦可調整中繼器材料中之不同模組之各種比率或中繼器材料中之模組之特定配置。另外，中繼器材料亦可包含非CES元件，諸如有意包含之空的空間或氣泡或間隙，其可賦予材料一些益處。間隙材料亦可包含於模組之間，或包含於模組內之顆粒之間。亦應瞭解，製造複雜性可能導致缺陷，其中非隨機圖案可能偏離預期的非隨機圖案，並且本領域中熟習此項技術者應瞭解，此等偏差係無意的且不應限制本揭示案之範疇。
圖20A說明預熔化模組2000之透視圖，其特徵在於包括三種不
同CES材料CES 2002、CES 2004或CES 2006之中之一者的顆粒之配置。包括模組2000之顆粒以可變顆粒大小按非隨機圖案配置。圖20B說明模組2000在熔化後之透視圖。如圖20A及圖20B中所說明，個別顆粒之大小可選擇為任何較佳大小。另外值得注意的是，在設計模組時，應考慮CES顆粒之特定配置會如何受熔化製程影響。舉例而言，儘管在圖20A之中心包括CES 2006之CES顆粒周圍存在明顯的空的空間，但在熔化時，個別顆粒形成圖20B中由CES 2006構成之AP 2008，且接著用CES 2006材料填充空隙空間。此使得在設計非隨機圖案中繼器材料以及製造程序中具有顯著可撓性，且擴展了可能設計之數目。
圖20C說明包括顆粒之分佈及額外結構2012之非隨機圖案的預熔化能量中繼器之部分2010之橫向平面的剖視圖。圖20D說明包括顆粒及額外結構2012之熔化部分2010之橫向平面的剖視圖。在一實施例中，額外結構2012可為能量抑制結構。在使用芯-包層組態之傳統光纖中，能量波傳播材料由能量抑制包層包圍以便將能量含在傳播材料內。圍繞能量傳播材料添加包層為額外步驟，其在許多狀況下增加了製造複雜性及設計約束。藉由將抑制結構併入能量波傳播材料之預熔化分佈內，可極大地改良抑制結構之成本、複雜性及功效。
此外，藉由選擇抑制結構在橫向方向上位於能量中繼器材料內之位置以及抑制結構之大小，相比於習知芯-包層設計方案相比，有可能進一步減少能量波漫射、散射及干涉效應。
圖20E說明包括六邊形顆粒之非隨機圖案的預熔化能量中繼器之模組2020的透視圖，每一顆粒包括CES 2022、CES 2024或CES 2026中之一者。
CES材料區2022、2024及2026之間的邊界為直線。圖20F說明模組2020熔化之後的透視圖，其中CES材料區2022、2024及2026之間的邊界不再為完全筆直的，而是實質上與預熔化邊界處於相同位置。圖20E及圖20F表明包括能量
中繼器材料之顆粒之個別形狀可經設計及自訂為任何較佳形狀或配置。此外，藉由以規則六邊形形狀設計及配置CES材料，預測在熔化製程完全後非隨機圖案將如何出現變得容易得多。圖20F中在熔化之後的模組2020幾乎與圖20E中所展示之預熔化配置相同。另外，除了規則六邊形平鋪塊之外，CES顆粒亦存在允許此優點之數個形狀及組態，統稱為凸形均勻平鋪塊。本文中之以下章節將闡述本揭示案之上下文內之凸形均勻平鋪塊及其潛在應用。
關於前述段落中所表明之實施例，圖20G說明包括不規則形狀之CES區之非隨機圖案的預熔化能量中繼器之模組2030的透視圖。圖20G表明可基於較佳施加之特定設計約束有利地選擇顆粒之個別大小、形狀、材料或任何其他性質的概念。圖20G之分析揭露，儘管若干顆粒具有不規則大小或形狀，但在使用模組2030之情況下，非隨機圖案仍係可能的。因此，儘管具有具有許多不規則取代物，但由類似於模組2030之模組構成的能量中繼器材料仍可實現有序能量局部化，且可實際上表示用於某些應用之材料之隨機化分佈的改良。
圖20H說明用於製造能量中繼器之預熔化管及糰粒系統之部分2040的透視橫截面圖，且圖20I說明部分2040在熔化之後的透視橫截面圖。有可能配置CES材料之數個中空主體且用額外CES材料填充彼等管，接著熔化整個管及糰粒系統以得到能量中繼器材料，而而非提供長細的CES材料棒且接著將其配置成非隨機圖案且熔化在一起。
在圖20H中，管2042可包括CES 2044且可配置成鄰近於管2043及2045，其中2043及2045可包括不同於CES 2044之CES材料。可接著用不同於CES 2044之材料之糰粒2046填充管2042。填充物材料2048可接著置放於管2042、2043及2045之間的空隙或間隙區2041中，所述填充物材料可為額外CES材料、能量抑制材料或任何其他較佳材料。圖20H中所展示之管及糰粒系
統可接著熔化且產生圖20I中所展示之部分2040。在熔化後，管2044內之所有糰粒2046可形成AP 2047，且填充物材料2048可流動以佔據間隙區2041。藉由適當地選擇管之大小、糰粒之大小、每一管及糰粒之材料類型以及任何間隙材料之材料類型，有可能使用圖20H及圖20I中所展示之管及糰粒系統來產生展現與本揭示案一致之有序能量局部化的能量中繼器材料。
圖20J說明包括CES 2052、CES 2054或CES 2056之顆粒之非隨機圖案的預熔化能量中繼器之模組2050之橫向平面的剖視圖。CES 2056可較佳選擇為具有能量抑制或能量吸收性質之材料，且包括CES 2056之顆粒可較佳經配置以形成微尺寸的能量抑制結構，其可嵌入模組2050之非隨機圖案內。將能量抑制結構添加至能量中繼器模組內之有序能量局部化分佈之圖案可提供控制通過材料之能量傳播性質的較易於製造方法，諸如控制能量中繼器之數值孔徑。此外，藉由利用有序能量局部化原理來控制諸如數值孔徑、焦距、主光線角等因素，有可能實現經由有序能量局部化誘發材料之較高能量輸送效率以及減少抑制材料之量。
圖20K說明包括顆粒及周圍能量抑制材料之非隨機圖案的預熔化能量中繼器之模組2060之橫向平面的剖視圖，所述顆粒包括CES 2052、CES 2054或CES 2056中之一者，且周圍能量抑制材料包括CES 2058。亦有可能用能量抑制材料包圍非隨機圖案化能量中繼器模組，而非將抑制結構置放於如圖20J中所展示之非隨機圖案分佈內。此方法確保能量含在且局部化於模組2060之非隨機圖案內，且藉由利用能量抑制CES 2058來確保所述能量在模組2060之邊界外的擴散減少。
圖21A說明包括可撓性外罩殼2102、端蓋2104及能量輸送材料之糰粒的預熔化能量中繼器2100之橫向平面的橫截面圖，所述糰粒係以包括
CES 2106、CES 2108或CES 2110中之一者的非隨機圖案配置。中繼器2100類似於圖7A中所展示之可撓性能量中繼器，而非具有能量輸送材料之隨機化分佈，其特徵在於能量輸送材料之非隨機圖案。重要的是，在橫向方向上之任何點處的組合物(諸如平面2114)應維持CES材料之非隨機圖案，以有效地誘發有序能量局部化效應。另外，沿縱向方向，諸如路徑2116，應存在恆定的CES材料以促進能量波在縱向方向上傳播。
用於形成可撓性中繼器2100之系統可包含提供可撓性罩殼2102及以非隨機圖案將CES材料添加至可撓性罩殼2102中。接著，在適當位置將端蓋2104定位於罩殼2102之端部處，以密封可撓性中繼器2100內之CES材料。最後，可熔化中繼器2100以將CES材料緊固於其在非隨機圖案內之指定位置中。
在可撓性中繼器2100內之CES材料之間可能存在空隙，諸如空隙2112。空隙2112可較佳留空，之後熔化，CES材料將流入空隙2112中且佔據空隙2112，或可將間隙材料引入至中繼器2100以便佔據CES材料之間的空的空間。間隙材料亦可按需要具有能量波傳播性質或能量波抑制性質。
圖21B說明可撓性中繼器2100之熔化版本的橫截面圖。重要的是，CES材料2106、2108及2110在縱向方向上係連續的，此可促進經由中繼器2100更高效地輸送能量。
圖21C說明處於非熔化且非彎曲狀態下之可撓性中繼器2100的橫截面圖，且圖21D說明處於熔化且非彎曲狀態下之可撓性中繼器2100的橫截面圖。值得注意的是，可撓性罩殼2100可在熔化之前或之後處於彎曲或非彎曲狀態，且用於可撓性能量中繼器中之能量輸送的基本設計準則及原理仍係有效的。
用於有序能量中繼器微觀結構之宏觀生產方法
圖22A說明用於形成能量中繼器材料(用於能量之有序能量局部化中繼器)之非隨機圖案之橫向平面的剖視圖。在圖22A中，能量中繼器之模組2200展示為包括顆粒之非隨機圖案，所述顆粒包括CES 2202、CES 2204或CES 2206中之一者。如圖22A中所說明，模組2200可具有某一初始大小，其為界定模組2200之CES顆粒之大小以及配置有顆粒之特定圖案的結果。藉由沿縱向方向施加熱及拉動模組2200，如先前在本揭示案中所論述，有可能將模組2200之大小減小至較小直徑，同時維持界定模組2200之CES材料之特定非隨機圖案。圖22B中所展示之所得大小縮減之模組2208可具有與模組2200實質上相同的材料之非隨機圖案，但可在橫向方向上實質上更小，從而有效地改變可在縱向方向上經由模組2208有效地輸送之能量的能量波長域。CES材料之一般分佈已保留在大小縮減之模組2208中，儘管熔化製程會導致CES材料區之形狀的某一局部變化或變形。舉例而言，CES 2202之單棒已變成CES材料2203，CES 2204及其兩個鄰接相鄰物已變成具有大致相同形狀之熔化區2205，且CES 2206之單棒已變形成大致六邊形之CES 2207。
圖22B說明用於形成能量中繼器材料之非隨機圖案且表示圖22A中所展示之模組2200之熔化版本的系統之橫向平面的剖視圖。參考圖22A所描述之原理亦適用於圖22B。藉由在將材料拉動至大小縮減之模組2208之前將其熔化，藉由拉動製程施加之變化較小，且大小縮減之能量中繼器可具有更加可預測的材料分佈。在一個實施例中，熔化製程可包含將中繼器材料加熱至低於包括中繼器之組件工程設計結構中的一或多者之玻璃轉變溫度的溫度。在不同實施例中，將中繼器材料加熱至接近組件工程設計結構中之一或多者之玻璃轉變溫度或包括中繼器之組件工程設計結構之平均玻璃轉變溫度的溫度。在一實施例中，熔化製程可包含視情況利用催化劑，使用化學反應將中繼器材料熔化
在一起。在一實施例中，熔化製程可包含將組件工程設計結構之配置置放至受限空間中，且接著施加熱。受限空間可由類似於圖26A至圖26E中所展示之固定件的固定件提供，所述固定件經組態以界定受限空間2606。在一實施例中，熔化製程可包含將組件工程設計結構之配置置放至受限空間中，對能量中繼器材料施加壓縮力，及接著施加熱。若組件工程設計結構為具有雙軸張力之聚合物，則此情況尤其適用，其中壓縮力防止材料在熔化在一起或經退火時變形或收縮。以此方式，熔化步驟亦涉及使材料鬆弛，且可被稱作熔化及鬆弛步驟。
在一實施例中，熔化及鬆弛製程可包含具有製程參數之一系列步驟，其中每一步驟包含以下中之一項：視情況利用不同水平之催化劑，使用化學反應來熔化能量中繼器材料；限制配置且以所需力水平施加壓縮力；將熱施加至所需溫度水平，所述溫度水平可接近中繼器之組件工程設計結構中之一或多者的玻璃轉變溫度；及冷卻至所需溫度。在熔化已完成之後，可接著自受限空間釋放熔化及鬆弛材料。
圖23說明圖22B中所展示之製程2300的延續。能量中繼器之多個大小縮減之模組2208可經配置至如部分2301中所展示之分組中。藉由施加熱及沿縱向方向拉動模組2301，如先前在圖22A及圖22B中所論述及展示，有可能將複合模組2301之大小逐漸減小至較小微結構模組2302，同時維持界定模組2301之CES材料之特定非隨機圖案。可使用模組2302再次重複此製程以產生甚至小的微結構模組2304。可執行此製程之任何所要數目次反覆，以便達成所需微結構大小。由於模組2301自身係由縮小之模組2208構成，因此界定2208之CES材料之原始分佈已保留，但使其在橫向尺寸上更小，其方式為使得2304亦與部分2301共用相同的非隨機圖案，如部分2304之子部分之放大2306所說明。輪廓2308表示與大小縮減之部分2304相比的部分2301之原始大小。可接
著重複此製程任何次，以產生自較大材料開始之所需橫向大小的非隨機圖案能量中繼器。舉例而言，多個模組2304可配置於2301之類似分組中，且重複所述製程。此系統使得有可能形成微觀水平分佈圖案而不必在微觀尺度上操縱個別CES材料，此意謂能量中繼器之製造可以保持處於宏觀尺度。此可簡化整個製造程序，從而降低製造複雜性及費用。此大小縮減製程亦可對實際橫向尺寸及CES材料之圖案化提供更精確控制，此使得人們能夠將中繼器定製到特定所需能量波長域。
圖24說明形成能量中繼器材料之加熱及拉動製程的方框圖。在步驟2402中，首先以所需非隨機圖案配置CES材料。在步驟2404中，可進一步將材料配置至受限空間中。在步驟2406中，使能量中繼器材料在受限空間中熔化在一起，其中熔化/鬆弛可為一系列步驟，其中每一步驟可包含以下中之任一項：對能量中繼器材料之配置施加壓縮應力，施加熱，施加冷卻，或使用化學反應，可能利用催化劑。在步驟2408中，自受限空間移除非隨機材料。在下一步驟2410中，接著將能量中繼器材料加熱至適當溫度，在一些實施例中，適當溫度可為非隨機CES材料中之一或多種的玻璃轉變溫度。在步驟2412中，接著將材料拉成大小縮減之微結構棒，如上文在圖22B及圖23中所展示。在步驟2414中，接著同樣將步驟2412中所產生的大小縮減之微結構棒配置至所需非隨機圖案中，所述微結構棒類似於圖23中之束2301。微結構棒之非隨機配置可再次返回至步驟2404以經限制、熔化/鬆弛、加熱、拉動及配置以便形成二階大小縮減之微結構棒，所述微結構棒類似於圖23中所展示之微結構2304。若在步驟2414中產生之二階微結構棒需要經受進一步加熱及拉動以調整其能量輸送域，則步驟2404可返回至使用二階微結構棒，且可重複隨後步驟所要數目次以產生具有所需大小及組態之能量中繼器材料，從而在含有n階微結構棒之所需能量
域中轉送能量。在製程2416之最終步驟處，使微結構棒之最終配置熔化/鬆弛以形成能量中繼器。
圖25說明用於形成具有減小之橫向尺寸之能量中繼器的實施例，且表示圖24中所描述之製程之步驟中之一些的可視化。首先，提供具有CES之非隨機圖案的材料，諸如模組2502，其經限制、熔化/鬆弛及釋放。其接著經加熱及拉動以形成尺寸縮減之模組2504。在原始模組2502與尺寸縮減之模組2504之間所見的不連續性為上述製程之藝術表示，其中原始模組2502之橫向尺寸縮減至模組2504之橫向尺寸，儘管其實際上為相同材料。在已產生足夠數目個尺寸縮減之模組2504後，可將其重新組裝於2508處所展示之新的非隨機圖案中。此新的非隨機圖案2508包括複數個大小縮減之模組2504，其可接著經受限制、熔化/鬆弛、釋放、加熱及拉動以產生2506處所展示之尺寸縮減之模組的類似製程。在非隨機圖案2508與尺寸縮減之模組2506之間所見的不連續性為上述製程之藝術表示，其中原始分佈2508之橫向尺寸縮減至模組2506之橫向尺寸，儘管其實際上為相同材料。此製程可按需要重複多次，以便產生具有較佳大小之能量中繼器，其含有用於轉送能量之具較佳密度的能量中繼器材料通道。
解決用於形成能量中繼器之雙軸應力的夾持方法
圖26A說明藉由將預熔化中繼器材料2606固定於包括兩個片件2602及2604之固定件中而熔化能量中繼器材料之系統2600的透視圖。材料2606可在置放於固定件2602及2604內之前以非隨機圖案配置，其後藉由固定件使其保持非隨機圖案。在實施例中，在夾具2602及2604已經組裝在一起之後，材料2606之非隨機圖案可形成於夾具2602與2604之間的內部空間內。在一實施例中，材料2606之鬆弛可發生在熔化中繼器材料2606之前、期間或之後。
圖26B說明夾具2602及2604經組裝且含有能量中繼器材料作為
熔化能量中繼器材料之部分的實施例。可接著藉由在適合溫度下在適合時間量內施加熱2614來加熱含有材料2606之非隨機圖案的經組裝夾具2602及2604。
在一實施例中，用於施加之時間量及可回火可基於中繼器材料之材料性質而判定，包含歸因於添加或移除熱而導致之結構應力改變。在一實施例中，材料2606之鬆弛可為預熔化製程，其中材料在一定溫度或溫度範圍內保持一段延長的時間以便釋放結構應力，包含例如來自雙軸材料之應力之退火鬆弛的結構應力，且有助於材料在熔化製程期間形成更有效的黏合。若能量中繼器材料在熔化之前未鬆弛，則材料可在熔化製程之後「鬆弛(relax)」且與鄰近材料發生變形或分層，或CES材料分佈可能藉由以不期望的方式移位而以其他方式受到損害。鬆弛方法旨在藉由為熔化製程製備中繼器材料之非隨機圖案來防止此情況，使得在熔化之後可在更大程度上維持非隨機圖案。另外，可鬆弛材料可有助於在圖24中所說明之製程期間更有效地拉伸或拉動材料。在完成鬆弛製程後，材料2606可保持於夾具2602及2604中，此係因為系統藉由調整熱2614而加熱至熔化溫度，且材料2606熔化在一起，或材料可在熔化之前自夾具2602及2604移除。
圖26C說明了圖26B中展示於2606處之材料，其已熔化在一起以形成熔化有序能量中繼器材料2608。在所展示實施例中，中繼器材料在中繼器熔化製程期間保持在夾具2604及2602內部，且接著自夾具移除如圖28中所說明之所得熔化中繼器2608。在實施例中，在熔化之前，可自夾具2602及2604移除能量中繼器材料。
另外，在一實施例中，夾具2602及2604可經組態以對能量中繼器材料施加壓縮力2610。可沿能量中繼器材料之橫向平面引導壓縮力2610，以便在材料中鬆弛內應力時沿橫向平面對抗膨脹或變形。此壓縮力2610可為可調
整的，使得壓縮力之量可按需要，結合應用於能量中繼器材料之溫度改變而增加或減少。在實施例中，壓縮力2610可進一步沿縱向定向變化，使得能量中繼器材料之不同部分可同時經歷不同量之壓縮力。此壓縮力2610可藉由將固定組件2602及2604夾在一起之螺栓2612施加，其中螺栓2612係沿中繼器之長度分佈。
圖26D說明固定件2601之透視圖，所述固定件用於利用固定件之每一內表面上之可移動條帶熔化能量中繼器材料以便施加徑向向內之壓縮力。在圖26D中所說明之實施例中，固定組件2602及2604之內側可含有延伸固定件2601之長度的可移動條帶2621，所述固定組件可朝向固定件2601所界定之受限空間2606施加力2610，朝向中繼器材料(諸如來自圖26C之材料2608)之中心定向，所述材料可受限於固定件2601內。每一條帶2621可主要由結構上剛性的材料構成，諸如鋁、鋼、碳纖維或複合材料，且可經由穿過固定組件2602及2604之每一側的多個螺栓2623緊固。每一條帶2621可具有可彎表面2622，諸如橡膠附件，其安裝至條帶2621之內側，其中可彎表面2622之內表面界定受限空間2606。可彎表面2622可幫助施加至每一條帶2621之力2610均勻地分佈至受限於受限空間2606中之能量中繼器材料。在此實施例中，夾持螺栓2612用以在經由螺栓2623之緊固將力2610施加至條帶2621時保持固定件2601之組件2602及2604附接在一起。
圖26E說明沿固定件2601之橫向平面之固定件2601的橫截面圖。螺栓2623可經由固定件自內側延伸至外側，且可經旋擰以將螺栓2623緊固於適當位置且允許調整其位置。當調整螺栓2623時，施加至可移動條帶2621之力2610增大或減小，藉此允許調整施加至受限空間2606之壓縮力2610，以及可受限於其中之任何能量中繼器材料，諸如來自圖26C之材料2608。固定件
2601允許壓縮力縱向以及橫向地自固定件之一端至另一端變化，此係因為個別螺栓2623可彼此獨立地調整。此外，可在不同時間調整螺栓2623，從而亦允許在時間上調整壓縮力2610。
圖27說明形成能量中繼器之製程的方塊圖。在步驟2702中，以所需非隨機圖案配置CES能量中繼器材料。接著，在步驟2704中，將能量中繼器材料緊固於固定件中。在步驟2706中，含有以非隨機圖案配置之能量中繼器材料的固定件經受處理步驟中之一或多者，其中每一處理步驟為以下中之一項：對能量中繼器材料施加壓縮力；對能量中繼器材料加熱；冷卻中繼器材料，或使用化學反應熔化中繼器材料，此化學反應可能涉及催化劑之使用。在一個實施例中，在充分鬆弛及熔化材料所需之時間量內將能量中繼器材料加熱至適當溫度或適當溫度範圍，且可在不同溫度下調整中繼器材料上之壓縮力以移除氣隙且確保組件工程設計結構材料熔化在一起。接著在步驟2708中，自固定件移除鬆弛、熔化之能量中繼器材料。
圖28說明有序能量中繼器材料2608在已鬆弛、熔化及自圖26B之夾具2602及2604釋放之後的熔化塊之透視圖。材料2608現在為連續的能量中繼器材料塊，其不再具有可辨別的個別顆粒，而是具有CES材料之聚集顆粒(AP)的連續配置。然而，非隨機材料分佈仍保留，且將誘發沿材料之橫向方向的有序能量局部化。塊2608現在可經受額外加熱及拉動以便減小塊之橫向尺寸，如圖22B、圖23及圖25中所展示，同時降低材料變形之風險。圖24說明用於製造微觀有序能量中繼器材料之組合總製程的方塊圖。
在一實施例中，可能存在一定量之材料變形。變形可在本文中所描述之製程中之任一者期間發生，包含在所述加熱、拉動、夾持或其他所揭示步驟或製程期間。本領域中熟習此項技術者應瞭解，儘管可小心避免不合需要
之材料變形，但材料仍可能經歷意外變形。舉例而言，藉由比較圖20E與圖20F、圖20A與圖20B或圖26B與圖26C中所說明之實施例，可看見個別CES材料之邊界輕微變形。雖然此可為每一特定CES引入一定量之獨特性，但應理解，在識別如本文中所揭示之實質上非隨機圖案時，不應考慮在處理期間發生的CES材料之微小變形，且所述變形並不表示自所述非隨機圖案偏離。
歸因於選擇用於轉送根據本揭示案之能量之材料的可撓性，可較佳使用能夠彎曲或變形而不損害其結構或能量波傳播性質之可撓性或部分可撓性材料來設計能量中繼器材料。使用傳統玻璃光纖，玻璃棒在整個生產製程中保持很大程度上不可撓，從而使得製造困難且昂貴。藉由利用具有更大可撓性之更堅固材料，可使用更便宜且更高效的製造途徑。
組合橫向尺寸縮減及固定件成形方法
圖29A及圖29B說明使用旋轉滾筒高效地製造有序微結構能量中繼器材料之系統3000。在系統3000中，可提供以非隨機圖案配置之能量中繼器材料3004且藉由固定件3002將其保持在適當位置，其中3002之形式可類似於固定件2600之形式。在3006處，可提供爐或另一類型之成形設備，其經設計以產生所需形式、大小或排序之中繼器材料3004。在3006處，可將材料3004拉動或拉伸成展示於3008處的大小縮減、具可撓性螺紋之能量中繼器材料。重要的是，雖然材料3008之橫向尺寸小於材料3004之橫向尺寸，但材料3004中存在之能量中繼器材料之非隨機配置實質上維持在可撓性材料3008中。可撓性材料3008可藉由機動控制系統傳送，所述機動控制系統可用以維持適當速度以將材料處理成一致大小、形狀、次序、設計或其他參數。提供對準硬體3010，其可經組態以在材料可撓性之必要容限內轉送所述材料，以避免破壞且維持材料沿製造程序3000之適當對準。可在3012處提供定位器，其提供可撓性材料3008
至適當間隔之自動或半自動幾何對準及相對於滾筒3014之定位。定位器可具有定位頭(未示出)，所述定位頭具有特定形狀以與可撓性材料3008匹配，且在將材料3008與滾筒3014對準時提供增加之準確度。滾筒3014可為電腦控制或馬達控制之滾筒，其在與可撓性材料3008之拉伸速度相當的速度下旋轉。滾筒3014可包含機械或雷射/光學量測系統(未示出)，以自動調節滾筒3014之旋轉或其他運動的速度，以確保維持一致且準確的排序。滾筒3014可包括沿圓周之數個排序模具3016，如圖29A中所展示，或可包括單個圓周模具3016，如圖29B中所展示。當自中繼器材料3004拉伸材料3008時，排序模具3016收集材料3008，其中所述材料具有由滾筒之速度及定位器3012之運動維持的預定非隨機排序。排序模具3016可為熔化所需之任何母形狀(例如圓形，六角形等)，且通常經組態為材料固定件之一半或局部部分，類似於固定件3002，其中3002之形式可類似於系統2600中所說明之形式。在圖29B中所說明之一實施例中，滾筒3014可包括圍繞滾筒之圓周延伸的單一固定件。當滾筒3014旋轉時，可撓性材料3008定位於排序模具3016內之適當位置處，最終填充模具3016，且形成材料之第二配置3005。在用包括可撓性材料3008之非隨機配置的第二配置3005填充模具3016後，可在間隙位點3018處切斷材料3005以分離經填充模具3016。在圖29B處所展示之實施例中，可在所需位置處切斷第二配置材料3005之連續捲軸以便產生所需長度之區段，無論是最終產品，抑或經由所說明製程再循環。在切割之前，模具3016可熔化、密封、壓縮或以其他方式緊固，使得維持材料3005在模具3016內之排序。可藉由使用經填充模具3016作為預成型固定件3002來反覆地重複此製程，其中材料之第二配置3005可在圖29A及圖29B中所展示之製程開始時用於代替材料3004直至獲得所需能量中繼器材料。
材料之第二配置3005之實施例包括可撓性材料3008之複數個區
段，其自身為以非隨機圖案配置之能量中繼器材料3004的減小之橫向維度版本。因此，材料之第二配置3005之所述實施例包括能量中繼器材料之複數個小型化、非隨機配置，且因此亦被視為非隨機配置、有序能量局部化誘發材料。
在獲得材料之第二配置3005後，其可經由所說明製程再循環，從而代替能量中繼器材料3004。第二配置3005之再循環結果將產生對應第三配置(未說明)，其自身將包括第二配置3005之複數個小型化(橫向尺寸縮減之)區段。此製程可重複任何數目次，以便產生使得能量中繼器材料(最初存在於材料3004中)之原始非隨機配置現在具有經組態以局部化所需域(諸如在光能之狀況下的所需波長範圍)之能量之橫向尺寸的材料。
在一實施例中，緊固能量中繼器材料3004之固定件3002可進一步經組態以對材料3004施加壓縮力，以便迫使其通過成形設備3006，以促進材料3004重整成橫向尺寸縮減之材料3008。在另一實施例中，固定件3002可替代地經組態以具有諸如藉由電動馬達或其他類似力源施加至其上的外力，以便最終迫使中繼器材料3004通過成形設備3006。
用於有序能量局部化之最佳化有序幾何結構
目前為止，已說明了CES顆粒及材料預製之若干不同幾何結構。本揭示案之一個態樣為可利用材料之任何配置或幾何結構，只要其包括如先前論述之非隨機圖案即可。然而，預熔化中繼器材料幾何結構可能對材料之局部化效率及能量傳播性質具有顯著影響。在一實施例中，藉由以高效組態配置材料，某些幾何結構(稱為凸形均勻平鋪)可提供中繼器材料之有利分佈。
一般而言，平鋪或鑲嵌為幾何形狀之配置，其中在形狀之間實質上不存在重疊，且在形狀之間不存在間隙。鑲嵌可使用平面形狀配置於2維表面上，或使用體積結構配置於3維表面上。此外，在平鋪域內存在子類型。舉
例而言，規則平鋪為鑲嵌，其中每一平鋪塊具有相同形狀。存在許多非規則平鋪，包括一組兩個或更多個形狀，其經組態以彼此鑲嵌。亦存在不具有重複圖案之非週期性平鋪，以及使用無法形成重複圖案之一組重複平鋪形狀的非週期平鋪，諸如潘羅斯(Penrose)平鋪。平鋪之所有子類型皆屬於本揭示案之範疇內。在二維實施例中，平鋪塊之形狀可為多邊形、凸形、凹形、彎曲、不規則等。另外，本領域中一般熟習此項技術者應顯而易見，雖然平鋪之定義說明平鋪塊之間不存在間隙或空間，但存在有時會導致偏離嚴格定義之真實世界情況，且特定平鋪塊之間的微小間隙或空間的存在不應被視為偏離特定平鋪或鑲嵌圖案。
對於某些能量域之中繼器，亦可能需要使用空氣作為CES能量輸送材料，所述材料可併入至如本文中所揭示之平鋪圖案中。因此，在其他類型之CES平鋪塊之間存在空氣或空的空間可能為設計上的有意間隙，且在特定實施例中可為鑲嵌之延續。
鑲嵌亦可在更高維度上執行，例如3維空間。上文所揭示之相同原理適用於此等鑲嵌。
舉例而言，拉夫斯(Laves)平鋪在規則多邊形之中心及共用邊緣之規則多邊形之邊緣連接中心處具有頂點。拉夫斯平鋪之平鋪塊被稱作平面基多邊形(planigon)，其包含3個規則平鋪塊(三角形、正方形及五邊形)及8個不規則平鋪塊。每一頂點具有圍繞其均勻間隔開之邊緣。平面基多邊形之三維類似物被稱作基多面體(stereohedron)。
所有反射形式皆可由Wythoff構造(由威佐夫(Wythoff)符號或考克斯特鄧金(Coxeter-Dynkin)圖表示)來製造，其各自對三個施瓦茲(Schwarz)三角形(4,4,2)、(6,3,2)或(3,3,3)中中之一者進行操作，其中對稱性由以下考克斯
特群組表示：[4,4]、[6,3]或[3[3]]。僅一個均勻平鋪無法藉由威佐夫製程建構，但可藉由三角形平鋪之伸長來製造。亦存在正交鏡構造[∞,2,∞]，其被視為製造矩形基本域之兩組並行鏡。若域為正方形，則此對稱性可藉由對角鏡加倍成[4,4]族。揭示了可利用之幾何結構。
滲透模型為採用規則晶格，如正方形晶格，且藉由隨機「佔據(occupying)」位點(頂點)或鍵(邊緣)以統計獨立概率p將其製造成隨機網絡。在臨限值pc下，首先出現大結構及長距離連接性，且此被稱作滲透臨限值。
取決於用於獲得隨機網絡之方法，可區分位點滲透臨限值與鍵滲透臨限值。更一般系統具有若干概率p1、p2等，且轉變之特徵在於表面或歧管。亦可考慮連續系統，諸如隨機置放之重疊盤及球，或負空間。
當位點或鍵之佔據完全隨機時，此為所謂的柏努利(Bernoulli)滲透。對於連續系統，隨機佔用對應於藉由泊松(Poisson)製程置放之點。其他變化涉及相關的滲透，諸如與鐵磁體之Ising及Potts模型相關的滲透結構，其中藉由Fortuin-Kasteleyn方法抑制鍵。在自助式或k-sat滲漏中，若位點不具有至少k個相鄰者，則首先佔據位點及/或鍵，且接著自系統順次地剔除。在完全不同的普適性類別中，另一重要的滲漏模型為定向滲漏，其中沿鍵之連接性取決於流動之方向。
簡言之，二維形式之二元性意指所有完全三角形的晶格(例如，三角形、英國國旗、交叉對偶、馬提尼對偶(martini dual)及麻葉(asanoha)或3-12對偶，以及狄洛尼(Delaunay)三角剖分)之站點臨限值皆為1/2，且自對偶晶格(正方形，馬提尼-B)之鍵臨限值為1/2。
利用平鋪結構可具有更改各別全像像素縱橫比之結果，同時在空間及/或體積上提供視野變化。
波紋或重複圖案之減少亦可增加有效解析度，且同時藉助於可解決之各種會聚位置提供更高的潛在準確度水平(場深增加)。提高解析度之效率亦可藉由在潛在尺寸中封裝更有效的解析度來達成，所述解析度由於不必利用重複單一定向或圖案而對於應用而言更加理想。
圖30至圖58G中說明表示中繼器材料在橫向於能量波傳播之縱向方向之平面中的空間分佈之圖案之若干實施例，所述圖案經由有序能量局部化原理在此橫向平面中空間局部化能量波。
圖30說明具有兩個形狀中之一者的兩種不同能量中繼器材料之凸形均勻平鋪之橫向平面的剖視圖。圖30中所展示之特定平鋪為正方形平鋪(或正方形(quadrille)平鋪)。
圖31說明具有兩個形狀中之一者的三種不同能量中繼器材料之凸形均勻平鋪之橫向平面的剖視圖。圖31中所展示之特定平鋪為截斷正方形平鋪(或截斷正方形鑲嵌)。
圖32說明具有兩個形狀中之一者的三種不同能量中繼器材料之凸形均勻平鋪之橫向平面的剖視圖。圖32中所展示之特定平鋪為截斷正方形平鋪之修改版本。
圖33說明共用相同形狀之兩種不同能量中繼器材料之凸形均勻平鋪之橫向平面的剖視圖。圖33中所展示之特定平鋪為四角化正方形平鋪(四角化正方形鑲嵌(kisquadrille))。
圖34說明具有兩個形狀中之一者的兩種不同能量中繼器材料之凸形均勻平鋪之橫向平面的剖視圖。圖34中所展示之特定平鋪為扭稜(snub)正方形平鋪(扭稜正方形鑲嵌)。
圖35說明共用相同形狀之兩種不同能量中繼器材料之凸形均勻
平鋪之橫向平面的剖視圖。圖35中所展示之特定平鋪為開羅(Cairo)五邊形平鋪(4倍五邊形鑲嵌(pentille))。
圖36說明共用相同形狀之三種不同能量中繼器材料之凸形均勻平鋪之橫向平面的剖視圖。圖36中所展示之特定平鋪為六邊形平鋪(正六邊形鑲嵌(hextille))。
圖37說明共用相同形狀之兩種不同能量中繼器材料之凸形均勻平鋪之橫向平面的剖視圖。圖37中所展示之特定平鋪為三角形平鋪(正三角形鑲嵌(deltille))。
圖38說明具有兩個形狀中之一者的兩種不同能量中繼器材料之凸形均勻平鋪之橫向平面的剖視圖。圖38中所展示之特定平鋪為截半六邊形平鋪(正六邊三角形鑲嵌(hexadeltille))。
圖39說明共用相同形狀之三種不同能量中繼器材料之凸形均勻平鋪之橫向平面的剖視圖。圖39中所展示之特定平鋪為菱形平鋪(菱形鑲嵌(deltille))。
圖40說明具有兩個形狀中之一者的三種不同能量中繼器材料之凸形均勻平鋪之橫向平面的剖視圖。圖40中所展示之特定平鋪為截斷六邊形平鋪(截斷正六邊形鑲嵌)。
圖41說明共用相同形狀之三種不同能量中繼器材料之凸形均勻平鋪之橫向平面的剖視圖。圖41中所展示之特定平鋪為三角化三角形平鋪(三角化三角形鑲嵌(kisdeltille))。
圖42說明具有三個形狀中之一者的三種不同能量中繼器材料之凸形均勻平鋪之橫向平面的剖視圖。圖42中所展示之特定平鋪為小斜方截半六邊形平鋪(扭稜六邊形鑲嵌(rhombihexadeltille))。
圖43說明共用相同形狀之三種不同能量中繼器材料之凸形均勻平鋪之橫向平面的剖視圖。圖43中所展示之特定平鋪為鳶形截半六邊形平鋪(鳶形截半六邊形鑲嵌(tetrille))。
圖44說明具有三個形狀中之一者的三種不同能量中繼器材料之凸形均勻平鋪之橫向平面的剖視圖。圖44中所展示之特定平鋪為截斷截半六邊形平鋪(截斷截半六邊形鑲嵌)。
圖45說明共用相同形狀之兩種不同能量中繼器材料之凸形均勻平鋪之橫向平面的剖視圖。圖45中所展示之特定平鋪為四角化菱形平鋪(四角化菱形鑲嵌(kisrhombille))。
圖46說明具有兩個形狀中之一者的三種不同能量中繼器材料之凸形均勻平鋪之橫向平面的剖視圖。圖46中所展示之特定平鋪為扭稜截半六邊形平鋪(扭稜截半六邊形鑲嵌)。
圖47說明共用相同形狀之三種不同能量中繼器材料之凸形均勻平鋪之橫向平面的剖視圖。圖47中所展示之特定平鋪為花形(floret)五邊形平鋪(6倍五邊形鑲嵌)。
圖48說明具有兩個形狀中之一者的四種不同能量中繼器材料之凸形均勻平鋪之橫向平面的剖視圖。圖48中所展示之特定平鋪為細長三角形平鋪(異扭稜正方形鑲嵌(isosnub quadrille))。
圖49說明共用相同形狀之兩種不同能量中繼器材料之凸形均勻平鋪之橫向平面的剖視圖。圖49中所展示之特定平鋪為稜柱五邊形平鋪(異(4-)五邊形鑲嵌)。
圖50說明具有兩個形狀中之一者的三種不同能量中繼器材料之凸形均勻平鋪之橫向平面的剖視圖。圖50中所展示之特定平鋪為截半六邊形平
鋪。
圖51說明具有三個形狀中之一者的三種不同能量中繼器材料之凸形均勻平鋪之橫向平面的剖視圖。圖51中所展示之特定平鋪為小斜方截半六邊形平鋪。
圖52說明具有三個形狀中之一者的三種不同能量中繼器材料之凸形均勻平鋪之橫向平面的剖視圖。圖52中所展示之特定平鋪為截斷截半六邊形平鋪。
圖53說明具有兩個形狀中之一者的三種不同能量中繼器材料之凸形均勻平鋪之橫向平面的剖視圖。圖53中所展示之特定平鋪為扭稜六邊形平鋪。
圖54說明具有兩個形狀中之一者的四種不同能量中繼器材料之非凸形均勻平鋪之橫向平面的剖視圖。
圖55說明共用相同形狀之三種不同能量中繼器材料之凸形均勻平鋪之橫向平面的剖視圖。
圖56說明具有兩個形狀中之一者的三種不同能量中繼器材料之凸形均勻平鋪之橫向平面的剖視圖。
圖57說明具有兩個形狀中之一者的四種不同能量中繼器材料之凸形均勻平鋪之橫向平面的剖視圖。
圖58A至圖58G說明一種、兩種、三種或更多種不同能量中繼器材料之若干額外凸形均勻平鋪之橫向平面的剖視圖。
圖30至圖58G中所說明之圖案不僅可用以表示中繼器材料之分佈，且亦可應用於將能量自能量中繼器表面上之特定位置投影至空間中之特定角度的設計能量波導陣列。舉例而言，在可見電磁能量光譜中，上述圖案可表
示透鏡陣列上之不同孔徑大小、孔徑定向及不同有效焦距，以產生無法經由典型的規則間隔之微透鏡圖案達成的投影圖案之排序。
圖30至圖58G中所展示之平鋪僅僅為示例性的，且本揭示案之範疇不應限於此等所說明之平鋪。
高維有序能量局部化
除了本文先前所揭示之皆為橫截面且平面的幾何結構之外，現在亦引入能量中繼器材料之額外多維非隨機圖案。藉由將由各種CES材料構成之某些三維形狀配置至所揭示之非隨機圖案中，有可能使用能夠展現有序能量局部化效應之三維非隨機圖案來形成非隨機能量中繼器。
三維形狀可經組態以使得其能夠以三維方式進行鑲嵌。此允許高效地實質上以三維方式配置CES材料，而在材料之間無間隙。此外，三維形狀可皆為類似的，或可選自經組態以進行三維鑲嵌之一組形狀，下文揭示其實施例。
圖59說明包括三種不同CES材料6004、6006及6008之有序角錐6000之解構總成的透視圖。在圖59中，存在CES 6004之三個正方錐、CES 6006之兩個正方錐及CES 6008之一個正方錐。藉由組合圖59中所展示之六個正方錐，可形成能量中繼器材料之實心立方體。在經組裝之後，材料立方體可在橫向定向及縱向定向兩者上展現能量局部化。可看到能量傳播路徑6002移動通過類似CES材料6004之三個正方錐體形狀，其在圖59中以灰色陰影顯示。不同CES材料之三維配置可經組態以局部化能量中繼器之橫向平面中之能量輸送，且可進一步經組態以根據本文中所揭示之有序能量局部化原理促進能量在能量中繼器之縱向平面中之傳播。
圖60說明包括CES材料6004、6006及6008之有序角錐6000之
總成之部分解構組態的透視圖。藉由僅隔離CES 6004之角錐，可見路徑6002僅沿CES 6004之材料傳播，從而在縱向方向上產生能量傳播路徑，其可展現能量局部化效應。在將有序角錐6000組裝至圖62中所展示之體積結構6300中後，路徑6002將為實質上線性的，且僅延伸穿過類似CES 6004之材料。CES 6006及6008之剩餘三個角錐將接著移動到位，從而與CES 6004角錐互鎖。
固體總成可經由任何方法形成，包括熱、熔化、化學方法、時間、黏著劑、模製或形成本文先前所揭示之中繼器材料的任何方法。若考慮到橫截面且在尺寸上適當地應用非隨機分佈準則，則可維持具有有序能量局部化性質之縱向局部化，如圖60中所說明。
圖61說明包括三種不同CES材料6004、6006及6008之有序角錐6001之擴展總成的透視圖。來自圖59及圖60之材料形成總成6000之原始六個正方錐在擴展總成6001之中心處可見。亦可見包括原始三個CES材料中之一者的額外角錐6010，其鄰接中心立方體，自總成6000向外擴展特定CES材料類型。除了額外正方錐體材料6010之外，形成總成6000之複數種正方錐體材料亦充當子結構，所述子結構在組合成擴展總成6001時形成包括菱形十二面體之複合形狀。擴展總成6001之縱向橫截面在6012處可見，且橫向橫截面在6014處可見。
為了允許多個體積結構之自對準，揭示了各種形式之互鎖及非規則維度幾何結構。在圖61中，說明了菱形十二面體，其中考慮了適當排序以提供任何定向上之適當局部化，且考慮了將自鄰近體積結構之互鎖形成的邊界條件。
熔化(或以其他方式處理)之總成形成單維幾何形狀，其經設計以使得所有空間在維度上被填充。仍有可能存在不完美的幾何結構，其中可應
用熔化或其他製程(包含液體光學材料或其他)以填充殘餘間隙。然而，以所考慮之排序形成或直接製造此等幾何形式之能力能夠直接或間接地產生此等所製造有序形狀，此等形狀可更易於產生而無需多個額外的製造步驟(例如，拉動、熔化、材料收集滾筒等)，且可與互鎖幾何結構自對準且保持適當的非隨機組態，而不管每一體積結構之個別旋轉/置放。
在整個體積結構介質中，當用其他體積結構進行鑲嵌時，維持有序能量局部化以實現高效的能量傳播。
圖62說明經組裝有序體積結構6300之透視圖。複數個結構6300可配置於三維空間中以產生能量中繼器，其在三維中具有材料之非隨機圖案化，能夠在縱向及橫向(未說明)方向上，諸如沿傳播路徑6302誘發能量局部化效應。傳播路徑6302可實質上線性穿過體積結構6300。在一實施例中，歸因於本文中所描述之局部化效應，沿實質上線性傳播路徑6302在縱向方向上經由體積結構進行之能量傳播可在縱向方向上經歷較高輸送效率。
圖63說明幾何鑲嵌中來自圖62之複數個有序體積結構6300的透視圖，其中考慮邊界條件以實現高效能量局部化。
歸因於菱形十二面體之互鎖設計或任何其他所需維度組態，體積結構可對準在一起以填充體積內之所有殘餘空間且適當地考慮有序能量局部化。此等結構可與振動、壓力、真空、熱、液體、氣體或任何其他製程一起形成以將其互鎖在一起且形成具有儘可能少的間隙之材料。可另外應用如先前部分中所定義之進一步處理(壓縮、熱、熔化等)，且此等結構可被視為經受所有其他所揭示發明之維度預成型件。另外，對於各種能量傳播及局部化設計考慮因素，可包含多個圖案、多個維度互鎖(或非交錯)幾何結構、多個大小、圖案等。亦應注意，所得互鎖結構可能並非固體，且可能為液體或可撓性結構
以使得有序結構能夠移動以用於各種應用。
在能量中繼器材料之製造中使用的有序能量局部化體積結構可具有輔助製造程序之其他性質。舉例而言，非隨機體積結構之特徵可在於用於在空間中定向結構之機制。舉例而言，結構可在一側上加權，或可具有磁矩且對磁場作出反應以使其自身在空間中之某一方向上定向。藉由仔細控制此等性質，有序體積結構有可能自組裝或部分自組裝成能量中繼器材料。在一實施例中，複數個有序體積結構可各自具有特定電偶極矩且存在於共同的未壓縮介質中。當對複數個結構施加電磁場時，所述結構可自身定向，使得其可有效地壓縮成能量中繼器總成。除加權及電/磁極化以外，亦可存在其他定向有序體積結構之方法，且所述方法亦可包含結構之人工或電腦化機械操縱。歸因於CES體積結構之特定工程設計性質，CES體積結構之某些實施例可進一步進行自組裝。舉例而言，其可在彼此批量引入時自定向，或可施加刺激以引起體積結構之排序。
圖64說明包括額外有序體積結構6300之總成6500的透視圖，且表明其可以所有尺寸添加以形成愈來愈大的總成，以便達成所需大小或組態。
圖65A說明來自圖64之結構6300之總成6500之橫向方向的橫截面圖。當適當地設計有序能量局部化時，對於所得材料在處理/成形之後的任何給定橫截面，可應用相同「規則」，此係因為此等幾何結構維持較高階的類似材料以在縱向定向上進行局部化且可展現能量在橫向定向上之傳播的進一步抑制，如圖65A中之虛線所展示。說明了複數個不可行的傳播路徑6602，此表明有序體積結構之設計如何能夠抑制經由總成6500進行之橫向能量傳播。
圖65B說明能量中繼器材料之有序體積結構之總成6500在縱向方向上的橫截面圖。諸如區6702之點線區為附接在橫截面前方或後方從而允許
能量縱向傳播之位置。圖65B中之材料之排序需要尺寸中之一者以適當定向排序(例如，軸線無法改變)，然而設計之所有其他態樣皆可自由旋轉。經過6500之波浪形實線展示了可能的能量傳播路徑6302，其中工程設計性質之變化被最小化，從而促進能量傳播。傳播路徑6302在三維意義上可為實質上線性的，但歸因於呈現圖65B之橫截面圖的方式而說明為波浪形的。
圖66A至圖66C、圖67A至圖67C、圖68A至圖68F、圖69A至圖69C、圖70A至圖70C及圖71說明有序體積結構概念之若干變化及圖式，其利用體現本文中所揭示之原理的各種幾何結構及組態以便形成具有材料之非隨機配置的總成，在整個配置中誘發總成之一或多個平面中的有序能量局部化。
圖66A及圖66C說明包括三個不同子結構之體積結構的實施例，而圖66B說明包括兩個不同子結構之體積結構的實施例。
圖67A至圖67C說明具有不同形狀之子結構之若干不同體積結構的集合。
圖68A至圖68F說明具有不同子結構組件之體積結構的其他實施例，以及說明某些體積結構實施例之內部結構的線模型。
圖69A說明配置於總成中之複數個體積結構的實施例，而圖69B及圖69C說明圖69A中所展示之總成分別沿縱向方向及橫向方向的橫截面圖。
圖70A說明配置於總成中之複數個體積結構的實施例，而圖70B及圖70C說明圖70A中所展示之總成分別沿縱向方向及橫向方向的橫截面圖。
圖71說明兩個不同體積結構之總成的實施例，其中第一體積結構經組態以鑲嵌於複數個較大第二體積結構之頂點處。
雖然上文已描述了根據本文中揭示之原理之各種實施例，但應理解，所述實施例已僅以實例方式呈現且非限制性的。因此，本發明之廣度及範
疇不應受任何上述例示性實施例限制，而是應僅根據由本揭示案頒予之申請專利範圍及其等效物來界定。此外，上述優勢及特徵在所描述實施例中予以提供，但不應將此頒予之申請專利範圍的應用限於實現任何或所有上述優勢的製程及結構。
應理解，在不脫離本揭示案之範疇的情況下，可在各種實施例中採用本揭示案之主要特徵。本領域中熟習此項技術者至多使用常規實驗將認識到或能夠確定本文中所描述的特定程序的許多等效物。此類等效物被視為在本揭示案之範疇內且由申請專利範圍涵蓋。
另外，本文中之章節標題係為了與依據37 CFR 1.77之建議保持一致或以其他方式提供組織提示而提供。此等標題不應限制或表徵在可能由本揭示案中頒予之任何申請專利範圍中闡述的本發明。具體而言，且藉助於實例，儘管標題提及「技術領域」，但此申請專利範圍不應受此標題下之語言的限制以描述所謂技術領域。此外，「先前技術」章節中的技術描述不應被解釋為承認技術係本揭示案中之任何發明的先前技術。「發明內容」亦不被視為在所頒予之申請專利範圍中闡述的本發明之特徵。此外，本揭示案中對呈單數形式之「發明」的任何參考不應用於論證在本揭示案中僅存在單個新穎點。可根據由本揭示案頒予之多個申請專利範圍的限制來闡述多個發明，且此類申請專利範圍因此界定藉此受保護之發明及其等效物。在所有情況下，此類申請專利範圍之範疇應按照本揭示案根據其自身的優點來考慮，但不應受本文中所闡述之標題約束。
詞語「一」於在申請專利範圍及/或說明書中與術語「包括」結合使用時可意謂「一個」，但亦與「一或多個」、「至少一個」及「一個或多於一個」之含義一致。除非明確指示以僅指替代例或替代例為相互排斥的，否則
術語「或」在申請專利範圍中之使用用以意謂「及/或」，儘管本揭示案支援僅指替代例及「及/或」之定義。貫穿本申請案，術語「約」用以指示值包含針對裝置、用以判定所述值之方法之誤差的固有變化或研究個體當中存在的變化。
大體而言，但經受前述論述內容影響，本文中藉由諸如「約」或「實質上」之近似詞修飾的數值可自所陳述值發生變化達至少±1%、±2%、±3%、±4%、±5%、±6%、±7%、±10%、±12%或±15%。
如本說明書及申請專利範圍中所使用，詞語「包括」(以及任何形式之含有，諸如「含有(contains)」及「含有(contain)」)為包含性的或開放式的，且不排除另外的，未列舉之元件或方法步驟。
諸如「在......時」，「等效」，「在......期間」，「完整」等的比較、量測及時序的詞語應理解為「實質上在......時」，「實質上等效」，「實質上在......期間」，「實質上完整」等，其中「實質上」意謂此類比較、量測及時序對於實現隱含或明確陳述之所需結果係切實可行的。與元件之相對位置相關的詞語，諸如「附近」，「近接於」及「鄰近於」應意謂足夠接近以對各別系統元件相互作用具有實質性影響。近似之其他詞語類似地指如下情形：當被如此修飾時理解為未必係絕對的或完美的，但應被認為對於接近本領域中熟習此項技術者足夠接近以保證將條件指定為存在的。描述可改變之程度將取決於可產生多大的變化且仍有本領域中一般熟習此項技術者認為經修改特徵仍具有未修改特徵之所需特徵及能力。
如本文所使用，術語「或其組合」指在所述術語之前所列項目之所有排列及組合。舉例而言，「A、B、C或其組合」意欲包含以下中之至少一者：A、B、C、AB、AC、BC或ABC，且若在特定情況下順序為重要的，則亦包含BA、CA、CB、CBA、BCA、ACB、BAC或CAB。繼續此實例，明確地
包含含有一或多個項目或術語之重複的組合，諸如BB、AAA、AB、BBC、AAABCCCC、CBBAAA、CABABB等等。熟習此項技術者應理解，除非另外自上下文顯而易知，否則通常不存在對任何組合中之項目或術語數目的限制。
本文中所揭示或主張之所有組合物及/或方法可根據本揭示案在無不當實驗的情況下製備及執行。雖然已根據較佳實施例描述了本揭示案之組合物及方法，但本領域中熟習此項技術者應顯而易見的是，變化可在不背離本揭示案之概念、精神及範疇的情況下應用於本文中所描述之組合物及/或方法以及方法之步驟或步驟序列中。本領域中熟習此項技術者顯而易知的所有此類類似取代及修改視為在由隨附申請專利範圍所界定的本揭示案之精神、範疇及概念內。
101:表面對角線
102:表面寬度
103:表面高度
104:目標安放視野
105:中間樣本之數目
106:平均成人眼間間隔
107:人眼之平均解析度
108:水平視野
109:豎直視野
110:元件之總數目
111:元件之總數目
112:中間樣本之數目
113:目標安放距離
114:每波導元件總解析度水平
115:每波導元件總解析度豎直
116:計數
117:計數
118:經判定目標安放距離
Claims (20)
- 一種能量中繼器，其包括：組裝於一結構中之複數個模組，每一模組不包括包層且包括第一組件工程設計結構及第二組件工程設計結構；其中所述結構中之每一模組包括所述第一組件工程設計結構及所述第二組件工程設計結構在所述能量中繼器之一橫向平面中呈一實質上非隨機圖案的一配置；其中所述第一組件工程設計結構及所述第二組件工程設計結構經組態以協作，從而沿垂直於所述橫向平面之一縱向平面輸送能量；相比於在所述橫向平面中，所述能量中繼器在所述縱向平面中具有實質上更高的能量輸送效率。
- 如申請專利範圍第1項所述之能量中繼器，其中所述第一組件工程設計結構及所述第二組件工程設計結構兩者經組態以輸送沿所述縱向平面輸送之所述能量的至少10%。
- 如申請專利範圍第1項所述之能量中繼器，其中所述第一組件工程設計結構及所述第二組件工程設計結構兩者經組態以經由除內部反射以外之途徑輸送能量。
- 如申請專利範圍第1項所述之能量中繼器，其進一步包括一第三組件工程設計結構。
- 如申請專利範圍第1項所述之能量中繼器，其中所述複數個模組係週期性地分佈於所述能量中繼器之所述橫向平面上。
- 如申請專利範圍第1項所述之能量中繼器，另外其中所述能量中繼器之所述橫向平面中之第一組件工程設計結構及第二組件工程設計結構的 所述實質上非隨機圖案包括所述實質上非隨機圖案之一橫向扭曲。
- 如申請專利範圍第1項所述之能量中繼器，其中所述能量中繼器包含一第一表面及一第二表面，且其中在所述第一表面與所述第二表面之間傳播的能量沿實質上平行於所述縱向平面之一路徑行進。
- 一種能量中繼器，所述能量中繼器包括：複數個第一組件工程設計結構及第二組件工程設計結構，其各自包括沿所述能量中繼器之一橫向平面之一組一或多個形狀的一橫截面形狀且不形成一包層；其中所述複數個第一組件工程設計結構及第二組件工程設計結構實質上配置於所述能量中繼器之所述橫向平面上的一平鋪中；其中相比於沿所述橫向平面，所述能量中繼器沿一縱向平面具有實質上更高的能量輸送效率。
- 如申請專利範圍第8項所述之能量中繼器，其中所述一組一或多個形狀中之至少一個形狀包括一多邊形形狀。
- 如申請專利範圍第8項所述之能量中繼器，其中所述複數個第一組件工程設計結構及第二組件工程設計結構經組態以協作，從而沿所述能量中繼器之所述縱向平面輸送能量。
- 如申請專利範圍第10項所述之能量中繼器，其中所述第一組件工程設計結構及所述第二組件工程設計結構兩者經組態以輸送沿所述縱向平面輸送之所述能量的至少10%。
- 如申請專利範圍第10項所述之能量中繼器，其中所述第一組件工程設計結構及所述第二組件工程設計結構兩者經組態以經由除內部反射以外之途徑輸送能量。
- 如申請專利範圍第8項所述之能量中繼器，其中所述能量中繼器包括所述平鋪之一橫向扭曲。
- 如申請專利範圍第10項所述之能量中繼器，其中所述能量中繼器包含一第一表面及一第二表面，且其中在所述第一表面與所述第二表面之間傳播的能量沿實質上平行於所述縱向平面之一路徑行進。
- 一種能量中繼器，其包括：經組態以進行體積鑲嵌之複數個體積結構，其各自不包括包層且包括一或多個組件工程設計結構；其中所述複數個體積結構實質上係根據所述體積結構之一三維鑲嵌定位於一總成中，所述總成經組態以在一縱向方向上經由其輸送能量，且相比於在垂直於所述縱向方向之一橫向方向上，在所述縱向方向上具有實質上更高的輸送效率；其中所述體積結構之所述三維鑲嵌經組態以使得經由所述體積鑲嵌而存在至少一個實質上線性路徑，所述實質上線性路徑僅與類似組件工程設計結構重合，且實質上平行於所述縱向方向而定向。
- 如申請專利範圍第15項所述之能量中繼器，其中所述複數個體積結構中之每一者包括複數個子結構，每一子結構包括一第一組件工程設計結構、一第二組件工程設計結構或一第三組件工程設計結構中之一者。
- 如申請專利範圍第16項所述之能量中繼器，其中所述第一組件工程設計結構、所述第二組件工程設計結構或所述第三組件工程設計結構中之每一者包括以下中之至少一者：任何原子或次原子顆粒、玻璃、碳、光纖、光學薄膜、聚合物或其混合物。
- 如申請專利範圍第16項所述之能量中繼器，其中所述複數個 子結構中之每一子結構包括一正方錐體形狀，且經組態以組裝成所述菱形十二面體形狀。
- 如申請專利範圍第15項所述之能量中繼器，其中所述實質上線性路徑僅與所述第一組件工程設計結構、所述第二組件工程設計結構或所述第三組件工程設計結構中之一者重合。
- 如申請專利範圍第15項所述之能量中繼器，其中所述能量中繼器包含一第一表面及一第二表面，且其中在所述第一表面與所述第二表面之間傳播的能量沿實質上平行於所述縱向方向之一路徑行進。
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