(57)【要約】  １つ以上のエネルギー位置から装置を通してエネルギーを指向するように構成された１つ以上のエネルギーリレー素子を有するエネルギー指向装置を含む、実施形態が開示される。一実施形態では、１つ以上のエネルギーリレー素子の表面は、単一のシームレスエネルギー表面を形成し得、隣接するエネルギーリレー素子表面間の間隔は、最小の認知可能な輪郭よりも小さい。開示された実施形態では、エネルギーは、活性エネルギー表面と、機械的エンベロープと、を有するエネルギー位置で生成される。一実施形態では、エネルギー指向装置は、それらの機械的エンベロープに起因するエネルギー位置間の間隔を最小限に抑えながら、エネルギー位置から単一のシームレスエネルギー表面を通してエネルギーをリレーするように構成される。実施形態では、エネルギーリレー素子は、横方向アンダーソン局在現象を利用するエネルギーリレーを含み得る。
2019525323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー指向装置であって、
１つ以上のエネルギー位置と、
１つ以上のエネルギーリレー素子であって、各々が、第１の表面および第２の表面をさらに備える、１つ以上のエネルギーリレー素子と、を備え、
各エネルギーリレー素子の前記第２の表面が、単一のシームレスエネルギー表面を形成するように配置され、
前記単一のシームレスエネルギー表面の任意の２つの隣接する第２の表面の縁部間の間隔が、前記単一のシームレスエネルギー表面から、前記単一のシームレスエネルギー表面の高さ、または前記単一のシームレスエネルギー表面の幅のうちのより小さい方よりも大きい距離で、２０／４０よりも良好な視覚を有する人間の眼の視力によって定義される最小の認知可能な輪郭よりも小さく、
前記１つ以上のエネルギーリレー素子が、前記１つ以上のエネルギー位置と前記単一のシームレスエネルギー表面との間に延在するエネルギー伝搬経路に沿ってエネルギーを指向するように構成されている、エネルギー指向装置。
【請求項２】
前記単一のシームレスエネルギー表面が、仮想表面である、請求項１に記載のエネルギー指向装置。
【請求項３】
前記１つ以上のエネルギーリレー素子の各エネルギーリレー素子が、
ａ）横方向アンダーソン局在を呈する光学素子と、
ｂ）光ファイバと、
ｃ）画像結合器と、
ｄ）ビームスプリッタと、
ｅ）素子であって、それを通過するエネルギーの角度方向を変更するように構成された素子と、からなる群から選択される素子を備える、請求項１または２に記載のエネルギー指向装置。
【請求項４】
前記光ファイバが、ゆるやかなコヒーレント光ファイバを備える、請求項３に記載のエネルギー指向装置。
【請求項５】
エネルギーが、ゼロ拡大で前記１つ以上のエネルギーリレー素子を通って指向される、請求項１から４のいずれか１項に記載のエネルギー指向装置。
【請求項６】
エネルギーが、非ゼロ拡大で前記１つ以上のエネルギーリレー素子を通って指向される、請求項１から４のいずれか１項に記載のエネルギー指向装置。
【請求項７】
エネルギーが、非ゼロ縮小で前記１つ以上のエネルギーリレー素子を通って指向される、請求項１から４のいずれか１項に記載のエネルギー指向装置。
【請求項８】
前記単一のシームレスエネルギー表面が、平面である、請求項１から７のいずれか１項に記載のエネルギー指向装置。
【請求項９】
前記単一のシームレスエネルギー表面が、切子面である、請求項１から７のいずれか１項に記載のエネルギー指向装置。
【請求項１０】
前記単一のシームレスエネルギー表面が、湾曲している、請求項１から７のいずれか１項に記載のエネルギー指向装置。
【請求項１１】
前記１つ以上のエネルギーリレー素子の数量および前記１つ以上のエネルギー位置の数量が、前記エネルギー指向装置の機械的寸法を定義する、請求項１から１０のいずれか１項に記載のエネルギー指向装置。
【請求項１２】
前記１つ以上のエネルギー位置が、
ａ）液晶ディスプレイと、
ｂ）有機発光ダイオードディスプレイと、
ｃ）陰極線管ディスプレイと、
ｄ）プロジェクタと、からなる群から選択されるディスプレイを備える、請求項１から１１のいずれか１項に記載のエネルギー指向装置。
【請求項１３】
前記１つ以上のエネルギーリレー素子が、受光された集束光をリレーするように構成され、前記受光された集束光が、第１の解像度の５０％以上の前記受光された集束光のリレーされた解像度を保持しつつ、前記第１の解像度を有する、請求項１から１２のいずれか１項に記載のエネルギー指向装置。
【請求項１４】
エネルギー伝搬経路に沿って指向されるエネルギーが、波長によって定義される電磁エネルギーであり、前記波長が、
ａ）可視光と、
ｂ）紫外線と、
ｃ）赤外線と、
ｄ）Ｘ線と、からなる群から選択されるレジームに属する、請求項１から１３のいずれか１項に記載のエネルギー指向装置。
【請求項１５】
エネルギー伝搬経路に沿って指向されるエネルギーが、
ａ）音響音声と、
ｂ）触覚圧力と、からなる群から選択される機械的エネルギーである、請求項１から１３のいずれか１項に記載のエネルギー指向装置。
【請求項１６】
前記単一のシームレスエネルギー表面が、面板層を前記エネルギーリレー素子に接着するように接合剤、屈折率整合油、圧力、または重力を使用して、前記面板層を前記単一のシームレスエネルギー表面と直接接触させて配置することによって、拡張され、
前記面板層が、単一の片のエネルギーリレー材料からなるか、または一緒に結合もしくは融着された２つ以上の片のエネルギーリレー材料からなる、請求項１から１５のいずれか１項に記載のエネルギー指向装置。
【請求項１７】
面板の追加が、前記第２の表面の法線に対して、第２のシームレスエネルギーの前記単一のシームレスエネルギー表面を離れるエネルギー波の放出の角度を増大する、請求項１６に記載のエネルギー指向装置。
【請求項１８】
エネルギー指向装置であって、
１つ以上のエネルギー位置と、
１つ以上のエネルギーリレー素子スタックと、を備え、
各エネルギーリレー素子スタックが、１つ以上のエネルギーリレー素子を備え、各エネルギーリレー素子が、第１の側面および第２の側面を備え、各エネルギーリレー素子が、それを通してエネルギーを指向するように構成され、
各エネルギーリレー素子スタックの末端エネルギーリレー素子の前記第２の側面が、単一のシームレスエネルギー表面を形成するように配置され、
前記１つ以上のエネルギーリレー素子スタックが、前記１つ以上のエネルギー位置と前記単一のシームレスエネルギー表面との間に延在するエネルギー伝搬経路に沿ってエネルギーを指向するように構成され、
前記末端エネルギーリレー素子の任意の２つの隣接する第２の表面の縁部間の間隔が、前記単一のシームレスエネルギー表面から、前記単一のシームレスエネルギー表面の高さ、または前記単一のシームレスエネルギー表面の幅のうちのより小さい方よりも大きい距離で、２０／４０よりも良好な視覚を有する人間の眼の視力によって定義される最小の認知可能な輪郭よりも小さい、エネルギー指向装置。
【請求項１９】
前記単一のシームレスエネルギー表面が、仮想表面である、請求項１８に記載のエネルギー指向装置。
【請求項２０】
各エネルギーリレー素子スタックの前記エネルギーリレー素子が、端部から端部までの構成で配置されている、請求項１８または１９に記載のエネルギー指向装置。
【請求項２１】
前記１つ以上のエネルギーリレー素子スタックの前記エネルギーリレー素子のうちのいずれかが、
ａ）横方向アンダーソン局在を呈するエネルギー素子と、
ｂ）光ファイバと、
ｃ）ビームスプリッタと、
ｄ）画像結合器と、
ｅ）素子であって、そこを通過するエネルギーの角度方向を変更するように構成された素子と、からなる群から選択される素子を備える、請求項１８から２０のいずれか１項に記載のエネルギー指向装置。
【請求項２２】
エネルギーが、ゼロ拡大で前記１つ以上のエネルギーリレー素子を通って指向される、請求項１８から２１のいずれか１項に記載のエネルギー指向装置。
【請求項２３】
エネルギーが、非ゼロ拡大で前記１つ以上のエネルギーリレー素子を通って指向される、請求項１８から２１のいずれか１項に記載のエネルギー指向装置。
【請求項２４】
エネルギーが、非ゼロ縮小で前記１つ以上のエネルギーリレー素子を通って指向される、請求項１８から２１のいずれか１項に記載のエネルギー指向装置。
【請求項２５】
前記単一のシームレスエネルギー表面が、平面である、請求項１８から２４のいずれか１項に記載のエネルギー指向装置。
【請求項２６】
前記単一のシームレスエネルギー表面が、切子面である、請求項１８から２４のいずれか１項に記載のエネルギー指向装置。
【請求項２７】
前記単一のシームレスエネルギー表面が、湾曲している、請求項１８から２４のいずれか１項に記載のエネルギー指向装置。
【請求項２８】
エネルギー伝搬経路に沿って指向されるエネルギーが、波長によって定義される電磁エネルギーであり、前記波長が、
ａ）可視光と、
ｂ）紫外線と、
ｃ）赤外線と、
ｄ）Ｘ線と、からなる群から選択されるレジームに属する、請求項１８から２７のいずれか１項に記載のエネルギー指向装置。
【請求項２９】
エネルギー伝搬経路に沿って指向されるエネルギーが、
ａ）音響音声と、
ｂ）触覚圧力と、からなる群から選択される機械的エネルギーである、請求項１８から２７のいずれか１項に記載のエネルギー指向装置。
【請求項３０】
前記単一のシームレスエネルギー表面が、面板層を前記エネルギーリレー素子スタックに接着するように接合剤、屈折率整合油、圧力、または重力を使用して、前記面板層を前記単一のシームレスエネルギー表面と直接接触させて配置することによって、拡張され、
前記面板層が、単一の片のエネルギーリレー材料からなるか、または一緒に結合もしくは融着された２つ以上の片のエネルギーリレー材料からなる、請求項１８から２９のいずれか１項に記載のエネルギー指向装置。
【請求項３１】
面板の追加が、前記第２の表面の法線に対して、第２のシームレスエネルギーの前記単一のシームレスエネルギー表面を離れるエネルギー波の放出の角度を増大させる、請求項３０に記載のエネルギー指向装置。
【請求項３２】
エネルギーシステムであって、
１つ以上のエネルギー装置と、
１つ以上のエネルギーリレーコンポーネントであって、そこを通るエネルギー輸送の横方向アンダーソン局在を誘発する素子から各々作製され、各々が、第１のエネルギー表面および第２のエネルギー表面をさらに備える、１つ以上のエネルギーリレーコンポーネントと、を備え、
各エネルギーリレーコンポーネントの前記第２のエネルギー表面が、単一のシームレスエネルギー表面を形成するように配置され、
前記１つ以上のエネルギー装置が、前記単一のシームレスエネルギー表面を通して、エネルギーを少なくとも放出または受信するように動作可能であり、
前記１つ以上のエネルギーリレーコンポーネントの任意の２つの隣接する第２のエネルギーリレー表面の縁部間の間隔が、前記単一のシームレスエネルギー表面から、単一のシームレスエネルギー表面の高さ、または前記単一のシームレスエネルギー表面の幅のうちのより小さい方よりも大きい距離で、２０／４０よりも良好な視覚を有する人間の眼の視力によって定義される最小の認知可能な輪郭よりも小さい、エネルギーシステム。
【請求項３３】
前記単一のシームレスエネルギー表面が、仮想表面である、請求項３２に記載のエネルギーシステム。
【請求項３４】
前記１つ以上のエネルギーリレーコンポーネントが、
ａ）横方向アンダーソン局在を呈するエネルギー素子と、
ｂ）光ファイバと、
ｃ）ビームスプリッタと、
ｄ）画像結合器と、
ｅ）素子であって、そこを通過するエネルギーの角度方向を変更するように構成された素子と、からなる群から選択される素子を備える、請求項３２または３３に記載のエネルギーシステム。
【請求項３５】
前記単一のシームレスエネルギー表面が、平面である、請求項３２から３４のいずれか１項に記載のエネルギーシステム。
【請求項３６】
前記単一のシームレスエネルギー表面が、切子面である、請求項３２から３４のいずれか１項に記載のエネルギーシステム。
【請求項３７】
前記単一のシームレスエネルギー表面が、湾曲している、請求項３２から３４のいずれか１項に記載のエネルギーシステム。
【請求項３８】
前記１つ以上のエネルギー装置が、
ａ）集束光を放出する照明源と、
ｂ）前記エネルギーシステムに統合された音場から没入型音声または体積触覚を提供するように構成された音響放出装置と、
ｃ）エネルギースペクトル内のエネルギーを捕捉するためのセンサと、
ｄ）前記エネルギーシステムに感覚フィードバックを提供するように構成された音響受信装置と、からなる群から選択される素子を備える、請求項３２から３７のいずれか１項に記載のエネルギーシステム。
【請求項３９】
前記１つ以上のエネルギー装置によって放出または受信されるエネルギーが、波長によって定義される電磁エネルギーであり、前記波長が、
ａ）可視光と、
ｂ）紫外線と、
ｃ）赤外線と、
ｄ）Ｘ線と、からなる群から選択されるレジームに属する、請求項３２から３８のいずれか１項に記載のエネルギーシステム。
【請求項４０】
前記１つ以上のエネルギー装置によって放出または受信されるエネルギーが、
ａ）音響音声と、
ｂ）触覚圧力と、からなる群から選択される機械的エネルギーである、請求項３２から３８のいずれか１項に記載のエネルギーシステム。
【請求項４１】
前記単一のシームレスエネルギー表面が、面板層を前記エネルギーリレーコンポーネントに接着するように接合剤、屈折率整合油、圧力、または重力を使用して、前記面板層を前記単一のシームレスエネルギー表面と直接接触させて配置することによって、拡張され、
前記面板層が、単一の片のエネルギーリレー材料からなるか、または一緒に結合もしくは融着された２つ以上の片のエネルギーリレー材料からなる、請求項３２から４０のいずれか１項に記載のエネルギーシステム。
【請求項４２】
面板の追加が、前記第２のエネルギー表面の法線に対して、第２のシームレスエネルギーの前記単一のシームレスエネルギー表面を離れるエネルギー波の放出の角度を増大させ得る、請求項４１に記載のエネルギーシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、エネルギー指向装置に関し、具体的には、認知不能な継ぎ目間隙を有するモザイク表面を通して高密度エネルギーを指向するように構成されたエネルギーリレーに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｇｅｎｅ  ＲｏｄｄｅｎｂｅｒｒｙのＳｔａｒ  Ｔｒｅｋにより世間一般に普及され、１９００年代初期に作家Ａｌｅｘａｎｄｅｒ  Ｍｏｓｚｋｏｗｓｋｉによって当初計画された「ホロデッキ」室内のインタラクティブな仮想世界の夢は、ほぼ一世紀の間、空想科学小説および技術革新に対するインスピレーションである。しかしながら、この経験の画期的な実現は、文献、メディア、ならびに子供達および同様に大人達の集合的な想像力の外には、全く存在していない。
【発明の概要】
【０００３】
一実施形態では、エネルギー指向装置は、１つ以上のエネルギー位置と、１つ以上のエネルギーリレー素子と、を備え、１つの以上のエネルギーリレー素子の各々は、第１の表面および第２の表面をさらに備え得る。各エネルギーリレー素子の第２の表面は、単一のシームレスエネルギー表面を形成するように配置され得る。
【０００４】
一実施形態では、単一のシームレスエネルギー表面の任意の２つの隣接する第２の表面の縁部間の間隔は、単一のシームレスなエネルギー表面から、単一のシームレスエネルギー表面の高さ、または単一のシームレスエネルギー表面の幅のうちのより小さい方よりも大きい距離で、２０／４０よりも良好な視力を有する人間の眼の視力によって定義される最小の認知可能な輪郭よりも小さいことがある。
【０００５】
一実施形態では、１つ以上のエネルギーリレー素子は、１つ以上のエネルギー位置と単一のシームレスエネルギー表面との間に延在する、エネルギー伝搬経路に沿ってエネルギーを指向するように構成され得る。
【０００６】
一実施形態では、単一のシームレスエネルギー表面は、仮想表面であり得る。
【０００７】
一実施形態では、エネルギーは、ゼロ拡大、非ゼロ拡大、または非ゼロ縮小で、１つ以上のエネルギーリレー素子を通って指向され得る。
【０００８】
一実施形態では、単一のシームレスエネルギー表面は、平面であるか、切子面であるか、または湾曲し得る。
【０００９】
一実施形態では、１つ以上のエネルギーリレー素子の数量および１つ以上のエネルギー位置の数量は、エネルギー指向装置の機械的寸法を定義し得る。
【００１０】
一実施形態では、１つ以上のエネルギーリレー素子は、受光された集束光をリレーするように構成され、受光された集束光が、第１の解像度を有しつつ、第１の解像度の５０％以上の受光された集束光のリレーされた解像度を保持し得る。
【００１１】
一実施形態では、エネルギー指向装置は、１つ以上のエネルギー位置と、１つ以上のエネルギーリレー素子スタックと、を備える。各エネルギーリレー素子スタックは、１つ以上のエネルギーリレー素子を備え、各エネルギーリレー素子は、第１の側面と第２の側面と、を備える。各エネルギーリレー素子は、それを通してエネルギーを指向するように構成され得る。
【００１２】
一実施形態では、各エネルギーリレー素子スタックの末端エネルギーリレー素子の第２の側面は、単一のシームレスエネルギー表面を形成するように配置され得る。
【００１３】
一実施形態では、１つ以上のエネルギーリレー素子スタックは、１つ以上のエネルギー位置と単一のシームレスエネルギー表面との間に延在する、エネルギー伝搬経路に沿ってエネルギーを指向するように構成され得る。
【００１４】
一実施形態では、末端のエネルギーリレー素子の任意の２つの隣接する第２の表面の縁部間の間隔が、単一のシームレスエネルギー表面から、単一のシームレスエネルギー表面の高さ、または単一のシームレスエネルギー表面の幅のうちのより小さい方よりも大きい距離で、２０／４０よりも良好な視覚を有する人間の眼の視力によって定義される最小の認知可能な輪郭よりも小さいことがある。
【００１５】
一実施形態では、端部から端部までの構成で配置された各エネルギーリレー素子スタックのエネルギーリレー素子。
【００１６】
一実施形態では、エネルギーシステムは、１つ以上のエネルギー装置と、それを通るエネルギー輸送の横方向アンダーソン局在を誘発する素子から各々作られた１つ以上のエネルギーコンポーネントと、を備え、各エネルギーコンポーネントは、第１のエネルギー表面と、第２のエネルギー表面と、をさらに備える。
【００１７】
一実施形態では、各エネルギーコンポーネントの第２のエネルギー表面は、単一のシームレスエネルギー表面を形成するように配置され得る。
【００１８】
一実施形態では、１つ以上のエネルギー装置は、単一のシームレスエネルギー表面を通してエネルギーを少なくとも放出または受信するように動作可能であり得る。
【００１９】
一実施形態では、１つ以上のエネルギーコンポーネントの任意の２つの隣接する第２のエネルギー表面の縁部間の間隔は、単一のシームレスエネルギー表面から、単一のシームレスエネルギー表面の高さ、または単一のシームレスエネルギー表面の幅のうちのより小さい方よりも大きい距離で、２０／４０よりも良好な視覚を有する人間の眼の視力によって定義される最小の認知可能な輪郭よりも小さいことがある。
【００２０】
本開示のこれらおよび他の利点は、以下の詳細な説明および添付の特許請求の範囲から当業者に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】エネルギー指向システムの設計パラメータを例解する概略図である。
【図２】機械的エンベロープを備えた能動装置領域を有するエネルギーシステムを例解する概略図である。
【図３】エネルギーリレーシステムを例解する概略図である。
【図４】ベース構造体に一緒に接着および締着されたエネルギーリレー素子の一実施形態を例解する概略図である。
【図５Ａ】マルチコア光ファイバを通るリレーされた画像の一例を例解する概略図である。
【図５Ｂ】横方向アンダーソン局在原理の特性を呈する光学リレーを通るリレーされた画像の一例を例解する概略図である。
【図６】エネルギー表面から視認者に伝搬される光線を示す概略図である。
【図７】各々が能動ディスプレイ領域の寸法と、機械的エンベロープと、を備える、３つのディスプレイ装置の側面図を例解する。
【図８】各々がビームスプリッタで使用される能動ディスプレイ領域と、機械的エンベロープと、を備える、５つのディスプレイ装置を特徴とする。
【図９】３つのビームスプリッタが、機械的エンベロープを収容するために活用されている方法の側面図の例解である。
【図１０】機械的エンベロープ比、最小焦点距離、および最大画像オフセットの間のこの関係、ならびに個々のタイル状画像間のオーバーラップの割合を強調する。
【図１１】円弧状に配置された３つの投影装置を有する実施形態の上面図の例解である。
【図１２】テーパ状エネルギーリレーモザイク配置を例解する。
【図１３】２つの直列の複合された光学リレーテーパを備える、エネルギーリレー素子スタックの側面図を例解する。
【図１４】エネルギーリレー素子スタックが、表面を指向する単一のシームレスなエネルギーを形成するために、８×４のアレイに配置されている、エネルギー指向装置の一実施形態の斜視図を例解する。
【図１５】エネルギー指向装置の複数のビューを含む。
【図１６】エネルギー指向装置の図１５からの側面図の拡大図を含む。
【図１７】エネルギーリレー素子スタックが、空間内の既知の点まで内側に角度をなしている一実施形態の上面図を例解する。
【図１８】シームレスエネルギー表面が、テーパ状光学リレーによって形成されたディスプレイである一方で、ディスプレイ電子機器のためのディスプレイ装置および機械的エンベロープが、テーパ状リレーから離れて位置付けられている一実施形態の上面図の例解である。
【図１９】シームレスディスプレイ表面が、９個のテーパ状光学リレーで構成されている一実施形態の側面図の例解である。
【図２０】単一の投影源および単一のディスプレイパネル源が、画像結合器と結合されている実施形態の上面図の例解である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
ホロデッキ（Ｈｏｌｏｄｅｃｋ）（集合的に「ホロデッキ設計パラメータ」と呼ばれる）の一実施形態は、十分なエネルギー刺激を提供して、人間の感覚受容器をだまし、仮想的、社会的、およびインタラクティブな環境内で受容されたエネルギーインパルスが真実であると信じ込ませ、１）外付けアクセサリ、ヘッドマウントアイウェア、または他の周辺機器を伴わない両眼視差、２）任意の数の視認者に対して同時に視認体積全域にわたる正確な運動視差、閉鎖、および不透明度、３）認知されたすべての光線に対する、同期収束、目の遠近調節、および縮瞳を介した視覚的焦点、ならびに４）視覚、聴覚、触覚、味覚、嗅覚、および／またはバランスに対して人間の感覚「解像度」を超えるほどの十分な密度および解像度の収束エネルギー波伝搬を提供する。
【００２３】
これまでの従来の技術に基づいて、視覚系、聴覚系、体性感覚系、味覚系、嗅覚系、および前庭系を含むホロデッキ設計パラメータ（Ｈｏｌｏｄｅｃｋ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ）によって示唆されたように、画期的な方法ですべての受容野を提供することが可能な技術から、我々は、数世紀とまでは言わないが、数十年経過したところにある。
【００２４】
本開示では、ライトフィールドおよびホログラフィックという用語は、任意の感覚受容器応答の刺激のためのエネルギー伝搬を定義するために、同義的に使用され得る。最初の開示は、ホログラフィック画像および体積触覚に対するエネルギー表面を通る電磁的および機械的エネルギー伝搬の例に言及し得るが、あらゆる形態の感覚受容器が、本開示の中で想定される。さらに、伝搬経路に沿ったエネルギー伝搬に対する本明細書に開示された原理は、エネルギー放出およびエネルギー捕捉の両方に適用可能であり得る。
【００２５】
今日、多くの技術が存在し、それらは、残念ながら、レンチキュラー印刷、ペッパーズゴースト、裸眼立体ディスプレイ、水平視差ディスプレイ、ヘッドマウントＶＲおよびＡＲディスプレイ（ＨＭＤ）、ならびに「フォークスログラフィ」として一般化された他のそのような錯覚を含む、ホログラムと混同されていることが多い。これらの技術は、真のホログラフィックディスプレイの所望の特性のいくつかを呈し得るが、識別された４つのホロデッキ設計パラメータのうちの少なくとも２つに対処するのに十分な任意の方法で、人間の視覚感覚応答を刺激する能力が不足している。
【００２６】
これらの課題は、ホログラフィックエネルギー伝搬に対して十分にシームレスエネルギー表面を生成するためように、従来の技術によっては首尾よく実施されていない。しかしながら、視差バリア、ホーゲル、ボクセル、回折光学素子、マルチビュー投影、ホログラフィック拡散器、回転ミラー、多層ディスプレイ、時系列ディスプレイ、ヘッドマウントディスプレイ等を含む体積式および方向多重化ライトフィールドディスプレイを実施するには、様々な手法があるが、従来の手法は、画質、解像度、角度サンプリング密度、サイズ、コスト、安全性、フレームレート等に関する妥協を必要とすることがあり、最終的には実行不可能な技術となる可能性がある。
【００２７】
視覚系、聴覚系、体性感覚系のためのホロデッキ設計パラメータを達成するために、それぞれの系の各々の人間の鋭敏さが研究され、人間の感覚受容器を十分欺くためにエネルギー波を伝搬させることが理解される。視覚系は、約１角度分まで解像することができ、聴覚系は、わずか３度の配置差を区別し得、手の体性感覚系は、２〜１２ｍｍ離れた点を識別することができる。これらの鋭敏さを測定するには、様々な相反する方法があるが、これらの値は、エネルギー伝搬の認知を刺激するためのシステムおよび方法を理解するには十分である。
【００２８】
よく知られている感覚受容器のうち、人間の視覚系は、単一の光子でさえ感覚を誘発することができるということを考慮すると、はるかに感度が高い。この理由のため、本導入の多くは、視覚エネルギー波伝搬に焦点を絞り、開示されたエネルギー導波路表面内に結合された極めて低い解像度のエネルギーシステムが、適切な信号を収束させ、ホログラフィック感覚上の認知を誘発し得る。特に断りのない限り、すべての開示は、すべてのエネルギーおよび感覚領域に当てはまる。
【００２９】
視認体積および視距離が与えられた視覚系の場合のエネルギー伝搬の有効設計パラメータを計算する場合、所望のエネルギー表面は、有効エネルギー位置密度の多くのギガピクセルを含むように設計し得る。広い視認体積、または近視野観察の場合、所望のエネルギー表面の設計パラメータは、数百ギガピクセルまたはそれを超える有効エネルギー位置密度を含み得る。比較すると、所望のエネルギー源は、入力環境変数に従って、体積触覚学の超音波伝搬の場合には１〜２５０有効ギガピクセルのエネルギー位置密度、またはホログラフィック音響の音響伝搬の場合には３６〜３，６００個の有効エネルギー位置のアレイを有するように設計され得る。留意すべき重要なことは、開示された双方向エネルギー表面アーキテクチャを使って、すべてのコンポーネントが、任意のエネルギー領域に対して適切な構造体を形成し、ホログラフィック伝搬を可能にするように構成され得ることである。
【００３０】
しかしながら、今日、ホロデッキを可能にするための主な課題は、利用可能な視覚技術および電磁気装置の限界を内包している。音響装置および超音波装置は、それぞれの受容野における感覚的鋭敏さに基づいて所望の密度における大きさに数桁の違いがあるならば、それほど困難なものではないが、その複雑さを軽視すべきではない。ホログラフィックエマルジョンは、所望の密度を上回る解像度を伴って存在し、静止画像内の干渉パターンを符号化するが、これに対して、最先端のディスプレイ装置は、解像度、データスループット、および製造の実現可能性によって制約される。これまで、並外れたディスプレイ装置でも、視力に対してほぼ近いホログラフィック解像度を有するライトフィールドを有意に生成することができなかった。
【００３１】
画期的なライトフィールドディスプレイのための所望の解像度を満たすことが可能な単一のシリコンベース装置の製造は、現実的ではなく、現在の製造能力を超える極めて複雑な製造プロセスを内包し得る。既存の多数のディスプレイ装置を一緒にタイル状に並べることに対する制約は、パッケージング、電子機器回路、筐体、光学部品の物理的サイズで形成される継ぎ目および間隙、ならびに画像化、コスト、および／またはサイズの観点から結果として必然的に実行不可能な技術となる他の多くの課題を内包する。
【００３２】
本明細書に開示された実施形態は、ホロデッキを構築するための現実世界の道筋を提供し得る。
【００３３】
ここで、これ以降の本明細書に、添付図面を参照して、実施形態例について説明するが、添付図面は、本明細書の一部を形成し、それらは、実施されることが可能な実施形態例を例解している。本開示および付属の特許請求の範囲の中で使用されているように、「実施形態」、「実施形態例」、および「例示的実施形態」という用語は、必ずしも単一の実施形態を指しているわけではないが、それらは単一の実施形態であってもよく、また、様々な実施形態例が、実施形態例の範囲または趣旨から逸脱しなければ、容易に組み合わされ、同義的に使用され得る。さらに、本明細書内で使用される専門用語は、実施形態例を説明することのみを目的としており、限定されたものであることを意図されていない。この点において、本明細書内で使用されているように、「ｉｎ」という用語は、「の中（ｉｎ）」および「の上（ｏｎ）」を含み得、「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」という用語は、単数および複数を指すことを含み得る。さらに、本明細書内で使用されているように、「ｂｙ」という用語は、また、その文脈に従って「から（ｆｒｏｍ）」をも意味し得る。さらに、本明細書内で使用されているように、「ｉｆ」という用語は、また、その文脈に従って「ｗｈｅｎ（の場合）」または「ｏｎ（のとき）」をも意味し得る。さらに、本明細書内で使用されているように、「および／または」という語は、関連して列挙された項目のうちの１つ以上の任意およびすべての可能な組み合わせを指し、包含し得る。
【００３４】
ホログラフィックシステムの検討
ライトフィールドエネルギー伝搬解像度の概要
ライトフィールドおよびホログラフィックディスプレイは、エネルギー表面位置が、視認体積内に伝搬された角度、色、および強度の情報を提供する複数の投影の結果である。開示されたエネルギー表面は、追加の情報が同じ表面を通って共存および伝搬する機会を提供し、他の感覚系応答を誘発する。立体ディスプレイとは異なり、空間内の収束されたエネルギー伝搬経路の視認される位置は、視認者が視認体積の周りを移動しても変化せず、多数の視認者が、あたかも対象物が本当にそこに存在するかのように、現実世界の空間内の伝搬された対象物を同時に観察し得る。いくつかの実施形態では、エネルギーの伝搬は、同じエネルギー伝搬経路内に配置され得るが、反対方向に配置されてもよい。例えば、エネルギー伝搬経路に沿ったエネルギー放出およびエネルギー捕捉は、本開示のいくつかの実施形態では、両方とも可能である。
【００３５】
図１は、感覚受容器応答の刺激に関連した変数を例解する概略図である。これらの変数には、表面対角１０１、表面幅１０２、表面高さ１０３、既定のターゲット座席距離１１８、ディスプレイの中心からのターゲット座席視野視野１０４、両眼の間のサンプルとしてここで実証された中間サンプルの数１０５、大人の眼間の平均離隔距離１０６、人間の目の角度分当たりの平均解像度１０７、ターゲット視認者位置と表面幅との間に形成される水平視野１０８、ターゲット視認者位置と表面高さとの間に形成される垂直視野１０９、結果として得られる水平導波路素子解像度、または表面を横切る素子の総数１１０、結果として得られる垂直導波路素子解像度、または表面を横切る素子の総数１１１、両眼の間における眼間の間隙、および両眼の間の角度投影に対する中間サンプル数に基づいたサンプル距離１１２、が含まれ得、角度サンプリングは、サンプル距離およびターゲット座席距離１１３、求められた角度サンプリングから導き出される導波路素子当たりの水平方向の全解像度１１４、求められた角度サンプリングから導き出される導波路素子当たりの垂直方向の全解像度１１５に基づき得、装置の水平方向は、求められた個別のエネルギー源の既定の数のカウント１１６であり、装置の垂直方向は、求められた個別のエネルギー源の既定の数のカウント１１７である。
【００３６】
所望の最小解像度を理解するための方法は、視覚（または他の）感覚受容器応答の十分な刺激を確保するための以下の基準、すなわち、表面サイズ（例えば、８４インチ対角線）、表面アスペクト比（例えば、１６：９）、座席距離（例えば、ディスプレイからの距離１２８インチ）、座席視野（例えば、ディスプレイの中心に対して１２０度または±６０度）、ある距離を隔てた所望の中間サンプル（例えば、両眼の間にある１つの追加伝搬経路）、大人のレンズ間の平均離隔距離（約６５ｍｍ）、および人間の目の平均解像度（約１角度分）に基づき得る。これらの例の値は、具体的なアプリケーション設計パラメータに応じたプレースホルダとみなされるべきである。
【００３７】
さらに、視覚感覚受容器に起因する値の各々は、他の系と置き換えられ、所望の伝搬経路パラメータを決定し得る。他のエネルギー伝搬の実施形態の場合、聴覚系の角度感度を３度と低くなるように、また、手の体性感覚系の空間解像度を２〜１２ｍｍと小さくなるように考慮され得る。
【００３８】
これらの感覚の鋭敏さを測定するための様々な、相反する方法が存在するが、これらの値は、仮想エネルギー伝搬の認知を刺激するシステムおよび方法を理解するのに十分である。設計解像度を考慮するための多くの方法が存在するが、以下に提案される原理体系は、実用的な製品検討と感覚系の生物学的な解像限界とを組み合わせる。当業者には理解されるように、以下の概要は、かかる任意のシステム設計を単純化したものであり、単なる例示的な目的のみのために考慮されるべきである。
【００３９】
感覚系の解像度限界が理解されている場合、全エネルギー導波路素子密度は、受容する感覚系が、隣接する素子から単一のエネルギー導波路素子を識別することができないように計算され得ると、以下のように与えられる。
【数１】
2019525323.tif 000003
【００４０】
上記の計算の結果、約３２×１８°の視野が得られ、その結果、約１９２０×１０８０（最も近いフォーマットに丸められた）エネルギー導波路素子が望ましい。また、視界が（ｕ，ｖ）の両方に対して両立し、エネルギー位置のより規則正しい空間サンプリング（例えば、ピクセルアスペクト比）を提供するように、変数を抑制することもできる。システムの角度サンプリングが、最適化された距離における２点間で定義されたターゲット視認体積位置、および追加伝搬エネルギー経路を仮定すると、以下のように与えられる。
【数２】
2019525323.tif 000004
【００４１】
この場合、眼間距離を活用してサンプル距離を計算するが、任意の尺度を活用して所与の距離としての適切なサンプル数を説明し得る。上記の変数を考慮すると、０．５７°当たり約１本の光線が望ましく、別々の感覚系当たりの系全体の解像度が、算出され得、以下のように与えられる。
【数３】
2019525323.tif 000005
【００４２】
上記のシナリオを使って、視力システムに対して対処されたエネルギー表面のサイズ、および角度解像度が与えられると、その結果得られるエネルギー表面は、望ましくは、約４００ｋ×２２５ｋピクセルのエネルギー解像位置、または９０ギガピクセルのホログラフィック伝搬密度を含み得る。これらの与えられた変数は、単なる例示的な目的のみのためであり、他の多くの感覚およびエネルギー計測学上の考察は、エネルギーのホログラフィック伝搬の最適化に対して検討されるべきである。追加の実施形態では、１ギガピクセルのエネルギー解像位置が、入力変数に基づいて求められ得る。追加の実施形態では、１，０００ギガピクセルのエネルギー解像位置が、入力変数に基づいて求められ得る。
【００４３】
現行技術の限界
能動領域、装置電子機器回路、パッケージング、および機械的エンベロープ
図２は、ある特定の機械的形状因子を伴う能動領域２２０を有する装置２００を例解する。装置２００は、電力供給のためのドライバ２３０および電子機器回路２４０を含み、能動領域２２０に接続し得、その能動領域は、ｘおよびｙの矢印により示される寸法を有する。この装置２００は、電力および冷却のコンポーネントを駆動するためのケーブル配線および機械的構造体を考慮に入れておらず、さらに、機械的実装面積は、可撓ケーブルを装置２００の中に導入することによって最小化され得る。また、かかる装置２００に対する最小実装面積は、Ｍ：ｘおよびＭ：ｙの矢印により示される寸法を有する機械的エンベロープ２１０と呼ばれ得る。この装置２００は、単に例解目的のみのためであり、特定用途向け電子機器回路設計は、機械的エンベロープオーバーヘッドをさらに減らす可能性があるが、ほとんどすべての場合において、装置の能動領域の正確なサイズとはなり得ない。一実施形態では、この装置２００は、マイクロＯＬＥＤ、ＤＬＰチップ、もしくはＬＣＤパネル、または画像照明の目的を有する他の任意の技術に対する能動画像領域２２０と関連するため、電子機器回路の依存状態を例解する。
【００４４】
いくつかの実施形態では、より大規模なディスプレイ全体上に多数の画像を集約するために、他の投影技術を検討することも可能となり得る。しかしながら、このことは、投写距離、最小焦点、光学品質、均一なフィールド解像度、色収差、熱特性、較正、整列、追加サイズ、または形状因子に対するより大きな複雑化によるコストをもたらし得る。最も実用的な応用の場合、数十または数百個のこれらの投影源２００をホストとして機能させることは、結果として、より信頼性が低く、より大規模な設計となり得る。
【００４５】
単に例示的な目的だけのため、３８４０×２１６０サイトのエネルギー位置密度を有するエネルギー装置を仮定すると、エネルギー表面に対して望ましい個別のエネルギー装置（例えば、装置１００）の数を算出し得、以下のように与えられる。
【数４】
2019525323.tif 000006
【００４６】
上記の解像度の考慮を前提とすると、図２に示すエネルギー装置と同様の、約１０５×１０５個の装置が所望され得る。数多くの装置が、規則正しい格子状にマッピングされ、またはマッピングされなくてもよいような様々なピクセル構造体からなることに留意されたい。各完全なピクセル内に追加のサブピクセルまたは位置が存在するという場合には、これらは、活用され、追加の解像度または角度密度を生成し得る。追加の信号処理を使用して、ピクセル構造体の指定された位置に従って、ライトフィールドを正しい（ｕ，ｖ）座標に変換する方法を決定することができ、各装置の、既知の、較正された明示的な特性となり得る。さらに、他のエネルギー領域は、これらの比率および装置構造体の異なる取り扱いを必要となり得、当業者は、所望の周波数領域の各々の間にある直接的な内在的関係を理解するであろう。これについては、以降の開示の中でより詳細に示され、検討されるであろう。
【００４７】
結果得られた計算を使用して、最大解像度エネルギー表面を生成するには、これらの個別の装置のうちのどれだけの個数が望ましいのかを理解し得る。この場合、視力閾値を達成するには、約１０５×１０５個、または約１１，０８０個の装置が所望され得る。十分な感覚ホログラフィック伝搬に対してこれらの利用可能なエネルギー位置からシームレスエネルギー表面を作り出すことには、課題および新規性が存在する。
【００４８】
シームレスエネルギー表面の摘要
エネルギーリレーのアレイの構成および設計
いくつかの実施形態では、各装置の機械的構造の制約による継ぎ目がない個別装置のアレイから高エネルギー位置密度を生成する課題に対処するための手法について開示されている。一実施形態では、エネルギー伝搬リレーシステムにより、能動装置領域の有効サイズを増加させることが、機械的寸法を満たすか、または超過することを可能にして、リレーのアレイを構成し、かつ単一のシームレスエネルギー表面を形成し得る。
【００４９】
図３は、かかるエネルギーリレーシステム３００の一実施形態を例解する。図に示すように、リレーシステム３００は、機械的エンベロープ３２０に装着された装置３１０を含み、装置３１０からエネルギーを伝搬させるエネルギーリレー素子３３０を有することができる。リレー素子３３０は、装置の多数の機械的エンベロープ３２０が多数の装置３１０のアレイ中に配置されているときに生じ得る任意の間隙３４０を減らす能力を提供するように構成され得る。
【００５０】
例えば、装置の能動領域３１０が２０ｍｍ×１０ｍｍであり、かつ機械的エンベロープ３２０が４０ｍｍ×２０ｍｍである場合、各装置３１０の機械的エンベロープ３２０を変化または衝突させずにこれらの素子３３０のアレイを共にシームレスに整列することができると仮定すると、エネルギーリレー素子３３０は、２対１の倍率で設計され、縮小端部（矢印Ａ）上に約２０ｍｍ×１０ｍｍ、および拡大端部（矢印Ｂ）上に約４０ｍｍ×２０ｍｍのテーパ形状を生成し得る。機械的に、リレー素子３３０は、一緒に接合または融着され、各装置３１０間の最低限の継ぎ目間隙３４０を確保しながら整列し、かつ研磨し得る。かかる一実施形態では、目の視力限界より小さい継ぎ目間隙３４０を達成することが可能になる。
【００５１】
図４は、一緒に形成され、追加の機械的構造体４３０に確実に締着されたエネルギーリレー素子４１０を有するベース構造体４００の一例を例解する。シームレスエネルギー表面４２０の機械的構造体は、多数のエネルギーリレー素子４１０、４５０を、リレー素子４１０、４５０を装着するための接合または他の機械的プロセスを通じて、同じベース構造体に直列に結合させる能力を提供する。いくつかの実施形態では、各リレー素子４１０は、融着され、接合され、接着され、圧力嵌合され、整列され、またはそれ以外では、一緒に取り付けられて、その結果得られるシームレスエネルギー表面４２０を形成し得る。いくつかの実施形態では、装置４８０は、リレー素子４１０の後部に装着され、パッシブまたはアクティブに整列されて、既定の公差を維持する範囲内で適切なエネルギー位置に整列することを確保し得る。
【００５２】
一実施形態では、シームレスエネルギー表面は、１つ以上のエネルギー位置を含み、１つ以上のエネルギーリレー素子スタックは、第１および第２の側面を含み、各エネルギーリレー素子スタックは、１つ以上のエネルギー位置とシームレスディスプレイ表面との間で延在する伝搬経路に沿ってエネルギーを指向する単一のシームレスディスプレイ表面を形成するように配置され、ここで、終端エネルギーリレー素子の任意の２つの隣接する第２の表面の端部間距離は、単一のシームレスディスプレイ表面の幅より大きい距離において２０／１００の映像よりも良好な人間の視力によって定義されるような最小の認知可能な輪郭よりも小さい。
【００５３】
一実施形態では、シームレスエネルギー表面の各々は、横方向および長手方向の配向に第１および第２の表面を形成する１つ以上の構造体を各々有する１つ以上のエネルギーリレー素子を含む。第１のリレー表面は、結果として正または負の倍率となる第２のリレー表面と異なる領域を有し、第２のリレー表面全体を横切る表面輪郭の法線に対して±１０度の角度を実質的に満たすように、第２のリレー表面を通ってエネルギーを通過させる第１および第２のリレー表面の両方に対して明白な表面輪郭を伴って構成されている。
【００５４】
一実施形態では、多数のエネルギー領域は、視覚、聴覚、触覚、または他のエネルギー領域を含む１つ以上の感覚ホログラフィックエネルギー伝搬経路を指向するように、単一のエネルギーリレー内、または複数のエネルギーリレーの間に構成され得る。
【００５５】
一実施形態では、シームレスエネルギー表面は、１つ以上のエネルギー領域を同時に受信および放出の両方を行ってそのシステム全体にわたって双方向のエネルギー伝搬を提供するように、各第２の側面に対して２つ以上の第１の側面を含むエネルギーリレーで構成され得る。
【００５６】
一実施形態では、エネルギーリレーは、ゆるやかなコヒーレント素子として提供される。
【００５７】
コンポーネント設計構造体の導入
横方向アンダーソン局在エネルギーリレーにおける開示された進展
エネルギーリレーの特性は、横方向アンダーソン局在を誘発させるエネルギーリレー素子に対して本明細書に開示された原理に従って大幅に最適化され得る。横方向アンダーソン局在は、横方向には無秩序であるが長手方向には一貫性のある材料を通って輸送される光線の伝搬である。
【００５８】
これは、アンダーソン局在現象を生じさせる材料の影響は、波の干渉が横方向の配向の伝搬を完全に制限し得る一方で長手方向の配向の伝搬を継続するような多重散乱経路間のランダム化によるよりも、全反射による影響を受けにくいであろうことを意味する。
【００５９】
さらに重要な利点としては、従来のマルチコア光ファイバ材料のクラッドを除去することである。このクラッドは、ファイバ間のエネルギーの散乱を機能的に除去するが、同時に光線エネルギーに対する障壁として機能し、これによって少なくともコア対クラッド比（例えば、７０：３０のコア対クラッド比では、受信されたエネルギー伝送のうちの最大７０％で送信し得る）まで伝送を減少させ、さらに、伝搬されたエネルギー内に強いピクセル化パターニングを形成する。
【００６０】
図５Ａは、かかる１つの非アンダーソン局在エネルギーリレー５００の一例の端面図を例解し、ここでは、画像が、光ファイバの固有の特性のためにピクセル化およびファイバノイズが呈し得るマルチコア光ファイバを介してリレーされている。従来のマルチモードおよびマルチコア光ファイバを使うと、リレーされた画像は、離散的なアレイコアの全反射特性のために本質的にピクセル化され得、そこでは、任意のコア間クロストークが変調伝達関数を低下させ、かつ輪郭ボケを増加させるであろう。従来のマルチコア光ファイバを使って結果として生成された画像は、図３に示すものと同様の残留固定ノイズファイバパターンを有する傾向がある。
【００６１】
図５Ｂは、横方向アンダーソン局在の特性を呈する材料を含むエネルギーリレーを通って同じリレー画像５５０の一例を例解し、ここでは、リレーパターンが、図５Ａからの固定されたファイバパターンと比較してより大きな密度の粒子構造を有する。一実施形態では、ランダム化された微小コンポーネント加工構造体を含むリレーは、横方向アンダーソン局在を誘発し、市販のマルチモードガラス光ファイバよりも高い、解決可能な解像度の伝搬で光をより有効に輸送する。
【００６２】
コストおよび重量の両方に関して、横方向アンダーソン局在材料特性には大きな利点があり、ここで、同様の光学グレードのガラス材料が、一実施形態内で生成された同じ材料のコストよりも１０〜１００倍以上のコストおよび重量がかかる可能性があり、ここでは、開示されたシステムおよび方法は、当技術分野で知られる他の技術を凌駕してコストおよび品質の両方を改善する重要な機会を実証するランダム化された微小コンポーネント加工構造体を含む。
【００６３】
一実施形態では、横方向アンダーソン局在を呈するリレー素子は、一次元格子状に配置された３つの各々の直交平面内に、複数の少なくとも２つの異なるコンポーネント加工構造体を含み得、その複数の構造体は、一次元格子内の横方向平面内の材料の波伝搬特性のランダム化された分布、および一次元格子内の長手方向平面内の材料の波伝搬特性の同値チャネルを形成し、そこでは、エネルギーリレーを通って伝搬する局在エネルギー波が、横方向の配向に対して長手方向の配向により高い輸送効率を有する。
【００６４】
一実施形態では、多数のエネルギー領域は、単一内、または多数の横方向アンダーソン局在エネルギーリレーの間に構成され、視覚、聴覚、触覚、または他のエネルギー領域を含む１つ以上の感覚ホログラフィックエネルギー伝搬経路を指向し得る。
【００６５】
一実施形態では、シームレスエネルギー表面は、１つ以上のエネルギー領域を同時に受信および放出の両方を行ってそのシステム全体にわたって双方向のエネルギー伝搬を提供するように、各第２の側面に対して２つ以上の第１の側面を含む横方向アンダーソン局在エネルギーリレーで構成され得る。
【００６６】
一実施形態では、横方向アンダーソン局在エネルギーリレーは、ゆるやかなコヒーレント素子、またはフレキシブルなエネルギーリレー素子として構成されている。
【００６７】
４Ｄプレノプティック関数に関する考察
ホログラフィック導波路アレイを通るエネルギーの選択的伝搬
上記および本明細書全体にわたって論述されているように、ライトフィールドディスプレイシステムは、一般に、エネルギー源（例えば、照明源）、および上記の論述で明確に示したような、十分なエネルギー位置密度で構成されたシームレスエネルギー表面を含む。複数のリレー素子を使用して、エネルギー装置からシームレスエネルギー表面にエネルギーをリレーし得る。一旦、エネルギーが所要のエネルギー位置密度を有するシームレスエネルギー表面に送達されると、エネルギーは、開示されたエネルギー導波路システムを介して４Ｄプレノプティック関数に従って伝搬され得る。当業者により理解されるように、４Ｄプレノプティック関数は、当技術分野でよく知られており、本明細書では、これ以上詳述しない。
【００６８】
エネルギー導波路システムは、４Ｄプレノプティック関数の角度コンポーネントを表すことを通じて通過するエネルギー波の角度方向を変化させるように構成された構造体と共に、４Ｄプレノプティック関数の空間座標を表すシームレスエネルギー表面に沿って複数のエネルギー位置を通ってエネルギーを選択的に伝搬させ、そこでは、伝搬されたエネルギー波は、４Ｄプレノプティック関数により指向された複数の伝搬経路に従って空間内に収束し得る。
【００６９】
ここで、図６を参照して、４Ｄプレノプティック関数に従って４Ｄ画像空間におけるライトフィールドエネルギー表面の一例を例解する。この図は、エネルギーの光線が視認体積内の様々な位置から空間６３０内でどのように収束するかを説明する際の視認者６２０へのエネルギー表面６００の光線追跡を示している。図に示すように、各導波路素子６１０は、エネルギー表面６００を通るエネルギー伝搬６４０を説明する４次元情報を画定する。２つの空間次元（本明細書では、ｘおよびｙと呼ばれる）とは、画像空間内で観察され得る物理的な複数のエネルギー位置、ならびに角度成分θおよびφ（本明細書では、ｕおよびｖと呼ばれる）であり、このことは、エネルギー導波路アレイを通って投影されるときに仮想空間内で観察される。通常、および４Ｄプレノプティック関数に従って、複数の導波路（例えば、小型レンズ）は、本明細書に記載されたホログラフィックまたはライトフィールドシステムを形成する際、ｕ、ｖ角度成分により画定された方向に沿って、ｘ、ｙ次元から仮想空間内の特定の位置にエネルギー位置を指向することができる。
【００７０】
しかしながら、当業者であれば、ライトフィールドおよびホログラフィックディスプレイ技術に対する重要な課題は、回折、散乱、拡散、角度方向、較正、焦点、視準、曲率、均一性、素子クロストーク、ならびに減少する有効解像度ならびに極めて忠実にエネルギーを正確に収束させることができないことの一因となる他の多数のパラメータのいずれかを正確に考慮しなかった設計のために、制御されていないエネルギー伝搬を引き起こすことを理解するであろう。
【００７１】
一実施形態では、ホログラフィックディスプレイと関連付けられた課題に対処するための選択的エネルギー伝搬へのアプローチは、エネルギー抑制素子、およびほぼコリメートされたエネルギーを有する導波路アパーチャを、４Ｄプレノプティック関数により画定された環境の中に実質的に満たすことを含み得る。
【００７２】
一実施形態では、エネルギー導波路のアレイは、単一の導波路素子を通過するのみのために各エネルギー位置の伝搬を制限するように配置された１つ以上の素子によって抑制されたシームレスエネルギー表面に沿って、複数のエネルギー位置に対する所定の４Ｄ関数により定義された固有の方向の導波路素子の有効アパーチャを通って延在し、導波路素子の有効アパーチャを実質的に満たすように構成された各導波路素子毎に複数のエネルギー伝搬経路を画定し得る。
【００７３】
一実施形態では、多数のエネルギー領域は、単一のエネルギー導波路内に、または多数のエネルギー導波路の間に構成され、視覚、聴覚、触覚、または他のエネルギー領域を含む１つ以上の感覚ホログラフィックエネルギー伝搬を指向し得る。
【００７４】
一実施形態では、エネルギー導波路およびシームレスエネルギー表面は、１つ以上のエネルギー領域を受信および放出の両方を行うように構成され、システム全体を通じて双方向エネルギー伝搬を提供する。
【００７５】
一実施形態では、エネルギー導波路は、エネルギーの非線形または非規則的なエネルギー分布を伝搬するように構成されており、そのエネルギー分布は、非透過性空隙領域を含み、デジタル符号化、回折、屈折、反射、グリン、ホログラフィック、フレネル、または壁、テーブル、床、天井、部屋、もしくは他の幾何学ベース環境を含む任意のシームレスエネルギー表面配向のための同様な導波路構成を活用する。さらなる実施形態では、エネルギー導波路素子は、ユーザが３６０度構成でエネルギー表面のすべての周辺からホログラフィック画像を視認することを可能にする任意の表面プロファイルおよび／または卓上視野を提供する様々な形状を生成するように構成され得る。
【００７６】
一実施形態では、エネルギー導波路アレイ素子は、反射表面としてもよく、それらの素子の配置は、六角形、正方形、不規則、半規則、湾曲、非平面、球面、円筒、傾斜規則、傾斜不規則、空間的に変化する、かつ／または多層化されてもよい。
【００７７】
シームレスエネルギー表面内の任意のコンポーネントの場合、導波路またはリレーコンポーネントとしては、以下に限定されないが、光ファイバ、シリコン、ガラス、ポリマー、光学リレー、回折、ホログラフィック、屈折、または反射素子、光学面板、エネルギー結合器、ビームスプリッタ、プリズム、偏光素子、空間光変調器、能動ピクセル、液晶セル、透明ディスプレイ、またはアンダーソン局在もしくは全反射を呈する任意の同様な材料を挙げることができる。
【００７８】
ホロデッキの実現
ホログラフィック環境内で人間の感覚受容器を刺激するためのシームレスエネルギー表面システムの集約
多数のシームレスエネルギー表面を一緒にタイル張り、融着、接合、取り付け、および／または縫い合わせを行い、部屋全体を含む任意のサイズ、形状、輪郭、または形状因子を形成することによって、シームレスエネルギー表面システムの大規模な環境を構築することが可能になる。各エネルギー表面システムは、双方向ホログラフィックエネルギーの伝搬、放出、反射、または検知のために集合的に構成されたベース構造体、エネルギー表面、リレー、導波路、装置、および電子機器回路を有するアセンブリを含み得る。
【００７９】
一実施形態では、タイル張り式シームレスエネルギーシステムの環境が、集約されて所与の環境内のすべての表面まで構成する設備を含む大きくてシームレスな平面または曲面壁を形成し、シームレス、不連続面、切子面、曲面、円筒、球面、幾何学的、または非規則的な形状の任意の組み合わせとして構成されている。
【００８０】
一実施形態では、平面表面の集約タイルは、劇場または会場ベースのホログラフィックエンターテイメントのための壁サイズのシステムを形成する。一実施形態では、平面表面の集約タイルは、洞窟ベースのホログラフィック設備のために天井および床の両方を含む４〜６つの壁を有する部屋をカバーする。一実施形態では、湾曲した表面の集約タイルは、没入型ホログラフィック設備のための円筒型シームレス環境を生成する。一実施形態では、シームレス球形表面の集約タイルは、没入型ホロデッキベース体験のためのホログラフィックドームを生成する。
【００８１】
一実施形態では、シームレスな湾曲エネルギー導波路の集約タイルは、エネルギー導波路構造体内のエネルギー抑制素子の境界に沿って正確なパターンに従う機械端部を提供し、隣接する導波路表面の隣接するタイル状機械端部を接合、整列、または融着し、結果としてモジュール式のシームレスエネルギー導波路システムを得る。
【００８２】
集約タイル環境のさらなる実施形態では、エネルギーは、多数同時エネルギー領域に対して双方向に伝搬される。さらなる実施形態では、エネルギー表面は、導波路を使って同じエネルギー表面から同時に表示および捕捉の両方を行う能力を提供し、その導波路は、ライトフィールドデータが導波路を通って照明源により投影され、同時に同じエネルギー表面を通って受信され得るように設計されている。さらなる実施形態では、深度検知および能動走査技術をさらに活用して、正確な世界座標内のエネルギー伝搬と視認者との間の相互作用を可能にし得る。さらなる実施形態では、エネルギー表面および導波路は、触覚興奮または体積触覚学のフィードバックを誘発するような周波数を放出、反射、または収束させるように動作可能である。いくつかの実施形態では、双方向エネルギー伝搬および集約表面の任意の組み合わせが可能である。
【００８３】
一実施形態では、システムは、少なくとも２つのエネルギー装置をシームレスエネルギー表面の同じ部分にペアにするために、２つ以上の経路エネルギー結合器を使用して別々にペアにされた、１つ以上のエネルギー装置を伴うエネルギー表面を通ってエネルギーの双方向放出および検知を可能にするエネルギー導波路を備え、または１つ以上のエネルギー装置は、エネルギー表面の後ろに固定され、ベース構造体に固定された追加のコンポーネントに、または軸外の直接もしくは反射の投影もしくは検知のための導波路のＦＯＶの前方かつ外側の位置に、最も近接しており、その結果得られたエネルギー表面は、双方向エネルギー伝送を提供し、その双方向エネルギー伝送は、導波路がエネルギーを収束させ、第１の装置がエネルギーを放出させ、そして第２の装置がエネルギーを検知するのを可能にし、そこでは、その情報を処理し、以下に限定されないが、４Ｄプレノプティックアイ、および伝搬エネルギーパターン内干渉の網膜追跡もしくは検知、深度推定、近似、動作追跡、画像、色、もしくは音響形成、または他のエネルギー周波数解析を含むコンピュータ視覚関連タスクを実行する。さらなる実施形態では、追跡された位置は、双方向に捕捉されたデータと投影情報との間の干渉に基づいて、エネルギーの位置を能動的に計算し、修正する。
【００８４】
いくつかの実施形態では、超音波センサ、可視電磁ディスプレイ、および超音波放出装置を含む３つのエネルギー装置の複数の組み合わせが、各装置のエネルギー領域に特有の加工特性、ならびに超音波および電磁エネルギーが、各装置のエネルギーを別々に指向および収束させ、分離したエネルギー領域のために構成されている他の導波路素子によっては実質的に影響を受けない能力をそれぞれ提供するように構成された２つの加工導波路素子、を含む３つの第１の表面の各々と一緒に単一の第２のエネルギーリレー表面の中に結合されたエネルギーを伝搬させる３つの第１のリレー表面の各々、に対して共に構成されている。
【００８５】
いくつかの実施形態では、符号化／復号化技術、ならびに較正された構成ファイルに基づいてエネルギー伝搬に適切な較正情報にデータを変換するための専用の集積システムを使用して、効率的な製造がシステムアーチファクトの除去、および得られたエネルギー表面の幾何学的マッピングの生成を可能にする較正手順が開示されている。
【００８６】
いくつかの実施形態では、一連の追加のエネルギー導波路、および１つ以上のエネルギー装置が１つのシステムに一体化され、不明瞭なホログラフィックピクセルを生成し得る。
【００８７】
いくつかの実施形態では、追加の導波路素子が、エネルギー抑制素子、ビームスプリッタ、プリズム、能動視差バリア、または偏光技術を含めて一体化され、導波路の直径よりも大きい空間解像度および／または角度解像度を提供し、または他の超解像の目的のために提供する。
【００８８】
いくつかの実施形態では、開示されたエネルギーシステムは、また、仮想現実（ＶＲ）または拡張現実（ＡＲ）などのウェアラブル双方向装置としても構成され得る。他の実施形態では、エネルギーシステムは、表示または受信されたエネルギーが、視認者に対して空間内に既定の平面に近接して焦点を合わせるような調整光学素子を含み得る。いくつかの実施形態では、導波路アレイは、ホログラフィックヘッドマウントディスプレイに組み込まれ得る。他の実施形態では、システムは、視認者がエネルギーシステムおよび現実世界環境（例えば、透明ホログラフィックディスプレイ）の両方を見ることが可能になる多数の光学経路を含み得る。これらの例では、システムは、他の方法に加えて近視野として呈してもよい。
【００８９】
いくつかの実施形態では、データの送信は、情報およびメタデータの任意のデータセットを受信し、当該データセットを分析し、材料特性、ベクトル、表面ＩＤ、より疎なデータセットを形成する新規ピクセルデータを受信または割り当てを行う、選択可能または可変の圧縮率を有する符号化処理を含み、そこでは、受信されたデータは、２Ｄ、立体、マルチビュー、メタデータ、ライトフィールド、ホログラフィック、幾何学的形状、ベクトルもしくはベクトル化されたメタデータを含んでもよく、符号器／復号器は、２Ｄ、２Ｄプラス深度、メタデータ、もしくは他のベクトル化された情報、立体、立体プラス深度、メタデータ、もしくは他のベクトル化された情報、マルチビュー、マルチビュープラス深度、メタデータ、もしくは他のベクトル化された情報、ホログラフィック、またはライトフィールドコンテンツに対する画像処理を含む実時間またはオフラインのデータを、深度メタデータの有無にかかわらず深度推定アルゴリズムを介して変換する能力を提供してもよく、逆光線追跡方法は、特徴付けられた４Ｄプレノプティック関数を介して、様々な２Ｄ、立体、マルチビュー、体積、ライトフィールド、またはホログラフィックのデータから実世界座標に逆光線追跡によって生成されて得られた変換データを適切にマッピングする。これらの実施形態では、所望の全データ送信は、未処理のライトフィールドデータセットよりも数桁小さい送信情報となり得る。
【００９０】
高密度エネルギー指向装置
一実施形態では、エネルギー指向装置は、１つ以上のエネルギー位置と、１つ以上のエネルギーリレー素子と、を備え得、１つ以上のエネルギーリレー素子の各々は、第１の表面と、第２の表面と、をさらに備える。各エネルギーリレー素子の第２の表面は、単一のシームレスエネルギー表面を形成するように配置され得る。
【００９１】
本開示の実施形態では、１つ以上のエネルギー位置は、以下のいずれかを含むディスプレイ技術を含み得る。
ａ）ＬＣＤ、ＬＥＤ、レーザ、ＣＲＴ、ＯＬＥＤ、ＡＭＯＬＥＤ、ＴＯＬＥＤ、ピコプロジェクタ、シングルチップ、３チップ、ＬＣｏＳ、ＤＬＰ、量子ドット、モノクロ、カラー、投影、バックライト、直接放出、反射、透明、不透明、コヒーレント、インコヒーレント、拡散、直接、または所望のピクセル密度を生成するのに十分な任意の他の照明源。
ｂ）ここでは、任意の反射型ディスプレイ技術が、屋外または環境照明ディスプレイを提供するために光学リレーに直接接合され、さらに他の材料と組み合わせられて、２Ｄおよびライトフィールド用途の両方についてリレーされたコンテンツとの光の相互作用を可能にし得る。
ｃ）機械的エンベロープさえも考慮した場合の、一連のビームスプリッタ、プリズム、または偏光素子、および１つ以上の装置間のすべての能動領域の完全にシームレスな統合を含むように集約する仮想エネルギー表面を提供するために、光学システム内の上記装置の各々の配置。
ｄ）一連の平行な、収束されるか、光学的にオフセットされた平行なおよび収束されるか、軸上の、軸外の、放射状の、整列されるか、または別様に、反射のもしくは投影のシステムであって、各々が特定の解像度および機械的エンベロープを含むが、１つ以上の反射または投影システムのすべてを組み合わせて横に並べた設置面積よりも小さい集約である表面上に投影するもの。
【００９２】
一実施形態では、単一のシームレスエネルギー表面の任意の２つの隣接する第２の表面の縁部間の間隔は、単一のシームレスエネルギー表面から、単一のシームレスエネルギー表面の高さ、または単一のシームレスエネルギー表面の幅のうちのより小さい方よりも大きい一定距離で、２０／４０よりも良好な視覚を有する人間の眼の視力によって定義される最小の認知可能な輪郭よりも小さいことがある。
【００９３】
複数の別々の独立したエネルギー源からシームレスエネルギー表面を生成することは、エネルギー源の能動領域間に大きな継ぎ目があるという問題を提示する。
【００９４】
例えば、可視電磁エネルギーの場合、図７は、可撓ケーブルに取り付けられたときに、同一の独立したディスプレイ間で可能な最小距離の一例を表す。図７は、３つのディスプレイ装置７００の側面図を例解し、それらは各々能動ディスプレイ領域寸法７０２と、機械的エンベロープ７０６と、を備える。最小間隙７０８は、ディスプレイ装置７００の任意の２つの能動画像化表面７０２の間の最小の可能な空間を強調する。能動画像対機械的エンベロープ比が２：１未満（例えば、能動領域が、２０ｍｍ×１０ｍｍであり、機械的エンベロープが、４０ｍｍ×１０ｍｍ未満）である場合、ビームスプリッタまたは他の同様の光学的および反射的な材料を使用して、２つの画像表面をインターリーブして１つの単一の連続平面を形成することが可能である。
【００９５】
図８は、この方法のかかる一実施形態を説明する側面図の例解である。図８は、各々が能動ディスプレイ領域８０２と、機械的エンベロープ８０４と、を備える５つのディスプレイ装置８００を特徴とする。ビームスプリッタ８０６は、ディスプレイ装置８００によって生成された画像光８０８をシームレスな画像提示８１０に結合し、これはディスプレイ装置８００の機械的エンベロープ８０４を効果的にマスクする。電子機器および他の非ディスプレイ領域の反射を回避するために、非画像領域をマスクするように、ディスプレイでまたはその近くで、非反射性が高い暗い表面が好ましいことに留意されたい。
【００９６】
図９は、４：１の比である機械的エンベロープに対応するために３つのビームスプリッタが活用される第２の方法の側面図の例解である。図９は、各々が能動ディスプレイ領域９０２と、機械的エンベロープ９０４と、を備える８つのディスプレイ装置９００を特徴とする。３つのビームスプリッタ９０６、９０８、および９１０は、８つのディスプレイ装置９００によって生成された画像光９１２をシームレスな画像提示９１４に結合し、これはディスプレイ装置９００の機械的エンベロープ９０４を効果的にマスクする。
【００９７】
これらの方法は作用し得るが、重なっている各表示平面の誤った角度視認を回避するために、機械的精度がほぼ完全であることが好ましく、全体の視認輝度は、光線を各個別の反射される平面に再指向するために、ビームスプリッタによって吸収される光量によって減少するであろうことに留意されたい。図９において、画像光９１２の輝度は、システム全体からの光の損失により、ディスプレイ装置９００から実際の表示ピーク電位の良くても２５％しか透過しないであろう。さらに、多重反射を有する物理的装置のサイズは、所望の画像表面のサイズに応じて非常に急速に相当大きくなることに留意されたい。
【００９８】
複数の画像をより大きいディスプレイ全体に集約するための投影技術を検討することも可能であるが、これは、放射距離、最小焦点、光学品質、経時的な温度勾配に対する熱的一貫性の考慮、ならびに画像の融合、整列、サイズ、および形状因子について、多くの複雑性を要することになる。最も実用的な応用の場合、数十または数百個のこれらの投影源をホストとして機能させることは、結果として、より信頼性が低く、より大規模な設計となる。上記のすべてのリスクに留意して、本明細書に含まれるすべての説明は、開示されたパネル方法に加えて、任意の形態の投影技術にも適用され得る。
【００９９】
代替の方法は、背面投影表面と組み合わせて、シームレスな画像表面を生成するために、タイル状の様式で多くのプロジェクタを使用することを含む。この表面は、平面、または非平面の表面に、スクリーン、拡散器、および光学リレーを含み得る。明示的に要求されるわけではないが、個々にアドレス指定された各タイル間の領域は、理想的にはわずかに重なり、各タイル間の遷移を適切に融合すべきである。機械的エンベロープに対する画像領域の同じ概念は、いくらか複雑さが増しても適用される。ここで、投影システムの光学系を画像源の光学系とは独立して移動させることによって制御することができ、その結果、画像のエネルギー表面への非台形シフトが生じる、画像表面位置に沿った最大光学オフセットの概念を導入する。これを成功させるためには、高品質の光学系が望ましく、しばしば投影画像の幅以下に制限されている。
【０１００】
さらに、正投影のまたはコリメートされる設計を使用しない場合、ここでは投影システム内に含まれる光学系の焦点を最小限に抑えるという課題がある。これは、上記のように所望のピクセル密度を提供するために、視認距離を増大させる結果として、タイル当たりの投影画像サイズ全体を増大させることによって対処され得る。
【０１０１】
図１０は、機械的エンベロープ比、最小焦点距離および最大画像オフセットの間のこの関係、ならびに個々のタイル状画像間の重なりの割合を強調している。図１０は、３つの投影装置、すなわち１つの中心投影装置１０００と、２つの偏心投影装置１００１、１００３と、を有する一実施形態の上面図を例解する。各投影装置１０００、１００１、１００３の機械的エンベロープは、各偏心投影装置１００１、１００３の投影角度１００４の調整を促す表示オフセットを生成する。図１０は、軸外投影光学系の使用を強調しており、ここで、ディスプレイパネル１０１４が、アレイの中心からのディスプレイパネルの距離に比例して量１００２だけディスプレイレンズ１０１６の光学軸から変位し、並列アレイ構造を維持しながらこれらの画像の各々の重なりを可能にし、さらに台形画像補正を回避する。投影装置１０００、１００１、１００３から投影された画像光は、画像平面１００８に表示画像１００６を形成する。偏心投影装置１００１、１００３からの画像光は、画像平面１００８に画像オフセット１０１０と、部分的な重なり１０１２と、を有する。
【０１０２】
一実施形態では、単一のシームレスエネルギー表面は、平面、切子面、または曲面であり得る。単一のエネルギー表面を形成するために、光学的または計算的に台形補正を必要とすることを犠牲にしてプロジェクタの円弧を形成することも可能である。一実施形態では、３つの投影装置は、円弧状に配置され得る。投影装置は、平面の画像平面を通って伝搬する画像光を生成し得る。画像光は、台形効果を経験し得る。
【０１０３】
代替的に、非平面の表面は、各プロジェクタを対応する視認エネルギー表面のタイルの真後ろに配置するように設計され得る。図１１は、円弧状に配置された３つの投影装置１１００を有する一実施形態の上面図の例解である。投影装置１１００は、非平面の表面１１０４を通って伝搬する画像光１１０２を生成する。画像光１１０２は、図１０の実施形態が回避する台形効果を経験し得る。これらの手法の両方に対して、プロジェクタは必ずしも物理的に積層構成にある必要はなく、用途特有の機械的設計を提供するために、反射体または他の光学的方法を活用してもよい。
【０１０４】
ビームスプリッタと投影技術との両方を同時に活用することができる場合、これらの手法の任意の組み合わせを使用することができる。
【０１０５】
このシステムのさらなる実施形態は、エネルギーリレー技術における最近の進歩を使用している。
【０１０６】
テーパ状エネルギーリレー
拡張された機械的エンベロープを含む個々のエネルギー波源のアレイから高解像度を生成するという課題をさらに解決するために、テーパ状エネルギーリレーを使用して、各エネルギー源の有効サイズを増大することができる。テーパ状エネルギーリレーのアレイを一緒につなぎ合わせて、単一の連続したエネルギー表面を形成すると、これらのエネルギー源に対する機械的要件の制限を回避することができる。
【０１０７】
一実施形態では、１つ以上のエネルギーリレー素子が、１つ以上のエネルギー位置と単一のシームレスエネルギー表面との間に延在する伝搬経路に沿ってエネルギーを指向するように構成され得る。
【０１０８】
例えば、エネルギー波源の能動面積が、２０ｍｍ×１０ｍｍであり、機械的エンベロープが、４０ｍｍ×２０ｍｍである場合、テーパ状エネルギーリレーを２：１の倍率で設計して、縮小端部で２０ｍｍ×１０ｍｍ（切断時）であり、拡大端部で４０ｍｍ×２０ｍｍ（切断時）であるテーパを生成し、各エネルギー波源の機械的エンベロープを変更または妨害することなく、これらのテーパのアレイを一緒にシームレスに整列させる能力を提供し得る。
【０１０９】
図１２は、本開示の一実施形態による、１つのかかるテーパ状エネルギーリレーモザイク配置１２１０の直交図を例解する。図１２において、リレー装置１２１０は、２つ以上のリレー素子１２２０を含み、各リレー素子１２２０は、１つ以上の構造体から形成され、各リレー素子１２２０は、第１の表面１２４０と、第２の表面１２６０と、横方向の配向（表面１２４０、１２６０にほぼ平行）と、長手方向の配向（表面１２４０、１２６０にほぼ垂直）と、を有し得る。第１の表面１２４０の表面積は、第２の表面１２６０の表面積とは異なり得る。リレー素子１２２０の場合、第１の表面１２４０の表面積は、第２の表面１２６０の表面積より小さい。別の実施形態では、第１の表面１２４０の表面積は、第２の表面１２６０の表面積と同じかまたはそれより大きくてもよい。エネルギー波は、第１の表面１２４０から第２の表面１２６０へ、またはその逆の方向で通過することができる。
【０１１０】
図１２において、リレー素子装置１２１０のリレー素子１２２０は、第１の表面１２４０と第２の表面１２６０との間に傾斜したプロファイル部分１２８０を含む。動作中、第１の表面１２４０と第２の表面１２６０との間を伝搬するエネルギー波は、横方向の配向よりも長手方向の配向において高い輸送効率を有し得、リレー素子１２２０を通過するエネルギー波は、空間拡大または空間縮小をもたらし得る。言い換えれば、リレー素子装置１２１０のリレー素子１２２０を通過するエネルギー波は、増加した倍率または減少した倍率を経験し得る。一実施形態では、エネルギーは、ゼロ拡大で１つ以上のエネルギーリレー素子を通って指向され得る。いくつかの実施形態では、リレー素子装置を形成するための１つ以上の構造体は、ガラス、カーボン、光ファイバ、光学薄膜、プラスチック、ポリマー、またはそれらの混合物を含み得る。
【０１１１】
一実施形態では、第１の表面を通過するエネルギー波は、第１の解像度を有し、第２の表面を通過するエネルギー波は、第２の解像度を有し、第２の解像度は、第１の解像度の約５０％以上である。別の実施形態では、エネルギー波は、第１の表面に提示されるときに均一なプロファイルを有する一方で、第２のリレー表面上の位置に関係なく、第２の表面の法線に対して約±１０度の開口角を有する円錐を実質的に充填する、前方方向のエネルギー密度であらゆる方向に放射する第２の表面を通過し得る。
【０１１２】
いくつかの実施形態では、第１の表面は、エネルギー波源からエネルギーを受信するように構成されてもよく、エネルギー波源は、第１の表面および第２の表面のうちの少なくとも一方の幅とは異なる幅を有する機械的エンベロープを有する。
【０１１３】
一実施形態では、エネルギーは、長手方向の配向を定義する第１および第２の表面との間で輸送され得、リレーの各々の第１および第２の表面は、第１および第２の方向によって定義される横方向の配向にほぼ沿って延在し、ここで、長手方向の配向は、横方向の配向に実質的に垂直である。一実施形態では、複数のリレーを通って伝搬するエネルギー波は、横方向の配向よりも長手方向の配向において高い輸送効率を有し、横方向アンダーソン局在の原理による長手方向の配向の最小屈折率変動に伴う横方向の配向のランダム化された屈折率変動に起因する横方向の平面で空間的に局在化される。各リレーがマルチコアファイバで構成されているいくつかの実施形態では、各リレー素子を伝搬するエネルギー波は、この配向でのファイバの整列によって決定される長手方向の配向で進行し得る。
【０１１４】
機械的には、これらのテーパ状エネルギーリレーは、それらを整列させてリレー間の可能な限り最小の継ぎ目間隙を確保するために、一緒に接合または融着される前に高精度に切断および研磨される。エネルギーリレーの第２の表面によって形成されるシームレス表面は、リレーが接合された後に研磨される。かかる一実施形態では、テーパ材料に熱的に適合するエポキシを使用して、５０μｍの最大継ぎ目間隙を達成することが可能である。別の実施形態では、テーパアレイを圧縮および／または加熱下に置く製造工程は、素子を一緒に融着する能力を提供する。別の実施形態では、プラスチックテーパの使用は、接合を追加の接合なしに生成するために、より容易に化学的に融着または熱処理され得る。誤解を避けるために、重力および／または力以外の接合を明示的に含まないように、任意の方法を使用してアレイを一緒に結接合してもよい。
【０１１５】
一実施形態では、末端エネルギーリレー素子の任意の２つの隣接する第２の表面の縁部間の間隔は、単一のシームレスエネルギー表面の高さ、または単一のシームレスエネルギー表面の幅のうちのより小さい方よりも大きい、単一のシームレスエネルギー表面からの距離で、２０／４０よりも良好な視覚を有する人間の眼の視力によって定義される最小の認知可能な輪郭よりも小さい。
【０１１６】
特定の許容範囲仕様を満たす様式で、複数のコンポーネントを保持するためには、機械的構造が好ましい場合がある。いくつかの実施形態では、テーパ状リレー素子の第１および第２の表面は、円形、楕円形、卵形、三角形、正方形、長方形、平行四辺形、台形、菱形、五角形、六角形などを含むがこれらに限定されない任意の多角形形状を有し得る。いくつかの例では、例えば長方形テーパなどの非正方形テーパの場合、リレー素子は、エネルギー源全体の最大寸法と平行な最小テーパ寸法を有するように回転させてもよい。このアプローチは、エネルギー源の中心点から見たときに、拡大されたリレー素子の受光円錐に起因する光線の最も低い拒絶を呈するエネルギー源の最適化を可能にする。例えば、所望のエネルギー源サイズが、１００ｍｍ×６０ｍｍであり、各テーパ状エネルギーリレーが、２０ｍｍ×１０ｍｍである場合、所望のエネルギー源のサイズを生成するために、３×１０のテーパエネルギーリレー素子のアレイを組み合わせることができるように、リレー素子を整列および回転させてもよい。ここでは何ら、他の組み合わせの中で、６×５のマトリックスのアレイの代替構成を有するアレイを利用できないことを示唆していない。３×１０のレイアウトからなるアレイは、概して、代替の６×５のレイアウトよりも性能が良くなるであろう。
【０１１７】
エネルギーリレー素子スタック
エネルギー源システムの最も単純化された構成は、単一のテーパ状エネルギーリレー素子に接合されたエネルギー源からなるが、複数のリレー素子を結合して、品質または柔軟性を高めた単一のエネルギー源モジュールを形成してもよい。かかる一実施形態は、エネルギー源に取り付けられた縮小端部を有する第１のテーパ状エネルギーリレーと、第１のリレー素子に接続された第２のテーパ状エネルギーリレーと、を含み、第２の光学テーパの縮小端部が、第１のリレー素子の拡大端部に接触し、２つの個々のテーパ倍率の積に等しい合計倍率を生成する。これは、一連の２つ以上のエネルギーリレー素子を備えるエネルギーリレー素子スタックの一例であり、各エネルギーリレー素子は、第１の側面と、第２の側面と、を備え、スタックは、第１の素子の第１の表面から、末端表面とも呼ばれる最後の素子の第２の表面へ連続してエネルギーをリレーする。各エネルギーリレー素子は、それを通してエネルギーを指向するように構成されてもよい。
【０１１８】
一実施形態では、エネルギー指向装置は、１つ以上のエネルギー位置と、１つ以上のエネルギーリレー素子スタックと、を備える。各エネルギーリレー素子スタックは、１つ以上のエネルギーリレー素子を備え、各エネルギーリレー素子は、第１の表面と、第２の表面と、を備える。各エネルギーリレー素子は、それを通してエネルギーを指向するように構成されてもよい。一実施形態では、各エネルギーリレー素子スタックの末端エネルギーリレー素子の第２の表面は、単一のシームレスディスプレイ表面を形成するように配置され得る。一実施形態では、１つ以上のエネルギーリレー素子スタックは、１つ以上のエネルギー位置と単一のシームレスディスプレイ表面との間に延在するエネルギー伝搬経路に沿ってエネルギーを指向するように構成され得る。
【０１１９】
図１３は、本開示の一実施形態による、直列の２つの複合された光学リレーテーパ１３２２、１３２４からなるエネルギーリレー素子スタック１３００の側面図を例解し、両方のテーパは、縮小端部がエネルギー源表面１３２６に面している。図１３において、入力アパーチャ数（ＮＡ）は、テーパ１３２４の入力に対して１．０であるが、テーパ１３２２の出力に対して約０．１６にすぎない。出力アパーチャ数は、テーパ１３２４に対する２と、テーパ１３２２に対する３との積である、合計倍率６で除算されることに留意されたい。このアプローチの１つの利点は、第２のエネルギー波リレー素子を変更することなく、エネルギー源の様々な寸法を考慮するために、第１のエネルギー波リレーをカスタマイズする能力である。その能力はさらに、エネルギー源または第１のリレー素子の設計を変えることなく、出力エネルギー表面のサイズを変更するための柔軟性を提供する。図１３にはまた、エネルギー源駆動電子機器を含むエネルギー源１３２６および機械的エンベロープ１３２８も示されている。
【０１２０】
一実施形態では、第１の表面は、エネルギー源ユニット（例えば、１３２６）からエネルギー波を受信するように構成され、エネルギー源ユニットは、第１の表面および第２の表面のうちの少なくとも一方の幅とは異なる幅を有する機械的なエンベロープを含み得る。一実施形態では、第１の表面を通過するエネルギー波は、第１の解像度を有し得、第２の表面を通過するエネルギー波は、第２の解像度を有し得、第２の解像度は、第１の解像度の約５０％以上である。別の実施形態では、エネルギー波は、第１の表面に提示されるときに均一なプロファイルを有する一方で、第２のリレー表面上の位置に関係なく、第２の表面の法線に対して約±１０度の開口角を有する円錐を実質的に充填する、前方方向のエネルギー密度であらゆる方向に放射する第２の表面を通過し得る。
【０１２１】
一実施形態では、複数の積層構成のエネルギーリレー素子は、複数の面板（倍率１のリレー）を含み得る。いくつかの実施形態では、複数の面板は、異なる長さを有し得るか、またはゆるやかなコヒーレント光学リレーである。他の実施形態では、複数の素子は、図１２のものと同様の傾斜したプロファイル部分を有し得、ここで、傾斜したプロファイル部分は、リレー素子の法線軸に対して傾斜するか、直線状であるか、湾曲しているか、テーパ状であるか、切子面であるか、または非垂直の角度で整列され得る。さらに別の実施形態では、複数のリレー素子を通って伝搬するエネルギー波は、横方向の配向よりも長手方向の配向において高い輸送効率を有し、長手方向の配向の最小屈折率変動に伴う横方向の配向のランダム化された屈折率変動に起因する横方向の配向で空間的に局在化される。各エネルギーリレーがマルチコアファイバで構成されている実施形態では、各リレー素子内を伝搬するエネルギー波は、この配向におけるファイバの整列によって決定される長手方向の配向で進行し得る。
【０１２２】
エネルギー指向装置
図１４は、エネルギーリレー素子スタックが８×４のアレイで配置されて、エネルギー表面１４１０の最長寸法と平行な各テーパ状エネルギーリレー素子スタックの末端表面の最短寸法を有する単一のシームレスエネルギー指向表面１４１０を形成する、エネルギー指向装置の一実施形態１４００の斜視図を例解する。エネルギーは、各々がエネルギーリレー素子スタックの第１の素子に接合されるか、または別様に取り付けられる３２個の別々のエネルギー源１４５０から生じる。
【０１２３】
一実施形態では、末端エネルギーリレー素子の任意の２つの隣接する第２の表面の縁部間の間隔が、単一のシームレスディスプレイ表面から、単一のシームレスディスプレイ表面の高さ、または単一のシームレスディスプレイ表面の幅のうちのより小さい方よりも大きい距離で、２０／１００よりも良好な視覚を有する人間の眼の視力によって定義される最小の認知可能な輪郭よりも小さいことがある。
【０１２４】
図１５は、実施形態１４００の次の図、すなわち正面図１５１０、上面図１５２０、側面図１５３０、および拡大側面図１５４０の例解１５００を含む。
【０１２５】
図１６は、エネルギーリレー素子スタックの第２の表面によって形成された複数のエネルギーユニット１４５０から単一の共通のシームレスエネルギー表面１６８０へエネルギー波を伝搬するために使用される、第１および第２の方向によって定義される横方向の配向に沿って配置されたエネルギーリレー素子スタック１６３０からなる反復する構造体からなる、エネルギー指向装置１４００の側面図１５４０の拡大図１６００である。各エネルギーユニット１４５０は、エネルギー源１６１０と、駆動電子機器を収容する機械的エンクロージャ１６５０と、からなる。各リレースタックは、一方の側面のエネルギー源１６１０に直接接合された縮小されていない面板１６４０と、他方の側面のテーパ状エネルギーリレー１６２０と、からなり、ここで、テーパは、エネルギーをシームレスエネルギー表面１６８０へ伝搬しながら、面板１６４０からのエネルギー波を空間拡大する。一実施形態では、テーパ状エネルギーリレーの倍率は、２：１である。一実施形態では、テーパ状エネルギーリレー１６２０は、共通のベース構造体１６６０によって定位置に保持され、これらのテーパの各々は、面板１６４０に接合され、面板１６４０はまた、エネルギーユニット１４５０に接合される。可能な限り最小の継ぎ目間隙が実現されることを確実にするために、隣接するテーパ１６２０が、継ぎ目１６７０で互いに接合または融着される。全８×４アレイ内のすべてのテーパ状エネルギーリレーは、各テーパ状エネルギーリレーの第２の表面が、単一の連続したエネルギー表面１６８０を形成するように、シームレスモザイク状に配置され、これは組み立て中に研磨されて平坦性を保証する。一実施形態では、表面１６８０は、１０波以内の平坦度に研磨される。面板１６８５は、表面１６８０の寸法よりわずかに大きい寸法を有し、テーパ状エネルギー表面１６８０の視野を拡張するために、表面１６８０と直接接触して配置される。面板の第２の表面は、エネルギー指向装置１４００のための出力エネルギー表面１４１０を形成する。
【０１２６】
１４００のこの実施形態では、エネルギーは、各エネルギー源１６１０からリレースタック１６３０を通って伝搬され、次いで面板に対して実質的に垂直になり、長手方向の方向を定義し、リレースタックの各々の第１および第２の表面は、第１および第２の方向によって定義される横方向の配向にほぼ沿って延在し、ここで、長手方向の配向は、横方向の配向に実質的に垂直である。一実施形態では、リレー素子の面板１６４０、テーパ１６２０、および面板１６８５のうちの少なくとも１つを通って伝搬するエネルギー波は、横方向の配向よりも長手方向の配向において高い輸送効率を有し、長手方向の配向の最小屈折率変動に伴う横方向の配向のランダム化された屈折率変動に起因する横方向の配向で空間的に局在化される。いくつかの実施形態では、リレー素子の面板１６４０、テーパ１６２０、および面板１６８５のうちの少なくとも１つは、マルチコアファイバで構成され、長手方向の配向に進行する各リレー素子内を伝搬するエネルギー波は、この配向のファイバの整列によって決定され得る。
【０１２７】
一実施形態では、１６４０の第１の表面を通過するエネルギー波は、第１の空間解像度を有し、テーパ状エネルギーリレー１６２０の第２の表面、および面板を通過するエネルギー波は、第２の解像度を有し、第２の解像度は、第１の解像度の約５０％以上である。別の実施形態では、エネルギー波は、面板１６４０の第１の表面に均一なプロファイルを有する一方で、この表面１４１０上の位置に関係なく、シームレスエネルギー表面１４１０の法線に対して±１０度の開口角を有する円錐を実質的に充填する、前方方向のエネルギー密度で、あらゆる方向に放射するシームレスエネルギー表面１６８０および１４１０を通過し得る。
【０１２８】
一実施形態では、エネルギー指向装置は、１つ以上のエネルギー源と、１つ以上のエネルギーリレー素子スタックと、を備える。
【０１２９】
一実施形態では、エネルギー指向装置の各エネルギーリレー素子は、
ａ）横方向アンダーソン局在を呈する１つ以上の光学素子、
ｂ）複数の光ファイバ、
ｃ）ゆるやかなコヒーレント光ファイバ、
ｄ）画像結合器、
ｅ）１つ以上の屈折率分布型光学素子、
ｆ）１つ以上のビームスプリッタ、
ｇ）１つ以上のプリズム、
ｈ）１つ以上の偏光光学素子、
ｉ）機械的オフセットのための１つ以上の複数のサイズまたは長さの光学素子、
ｊ）１つ以上の導波路、
ｋ）１つ以上の回折素子、屈折素子、反射素子、ホログラフィック素子、リソグラフィ素子、または透過素子、および
ｌ）１つ以上の再帰反射体と、のうちの少なくとも１つを備え得る。
【０１３０】
一実施形態では、１つ以上のエネルギーリレー素子の数量および１つ以上のエネルギー位置の数量は、エネルギー指向装置の機械的寸法を定義し得る。システムに組み込まれる光学リレー素子の数は無制限であり、機械的な考察によってのみ制限され、結果として生じるシームレスエネルギー表面は、コンポーネントの解像力および画質によってのみ制限される、無限解像度エネルギー表面を生成する複数の低解像度エネルギー源を含むディスプレイ装置内に含まれる。
【０１３１】
特定の許容範囲仕様を満たす様式で、複数のリレーコンポーネントを保持するためには、機械的構造が好ましい場合がある。機械的には、シームレスエネルギー表面を形成する第２の表面を含むエネルギーリレーは、それらを整列させてエネルギーリレー間の可能な限り最小の継ぎ目間隙を確保するために、一緒に接合または融着される前に高精度に切断および研磨される。シームレス表面１６８０は、リレー１６２０が一緒に接合された後に研磨される。かかる一実施形態では、テーパ状エネルギーリレー材料に熱的に適合するエポキシを使用して、５０μｍの最大継ぎ目間隙を達成することが可能である。別の実施形態では、テーパアレイを圧縮および／または加熱下に置く製造工程は、素子を一緒に融着する能力を提供する。別の実施形態では、プラスチックテーパの使用は、接合を追加の接合なしに生成するために、より容易に化学的に融着または熱処理され得る。誤解を避けるために、重力および／または力以外の接合を明示的に含まないように、任意の方法を使用してアレイを一緒に結接合してもよい。
【０１３２】
エネルギー表面は、個々におよび／または単一のエネルギー表面として研磨され得、平面、球形、円筒形、円錐形、切子面、タイル状、規則的、非規則的、凸面、凹面、傾斜、または特定用途のための任意の他の形状を含む、任意の表面形状であり得る。光学素子は、光学軸が平行、非平行、および／または特定の方法で垂直に配向されたエネルギー表面を有するように配置されるように、機械的に装着され得る。
【０１３３】
能動ディスプレイ領域の外側に様々な形状を生成する能力は、クランプ構造、接合プロセス、または１つ以上のリレー素子を所定の位置に保持することが望まれる任意の他の機械的手段により、同じベース構造体に直列に複数の光学素子を接合する能力を提供する。様々な形状は、光学材料から形成されてもよく、または追加の適切な材料と接合されてもよい。結果として生じる形状を保持するために活用される機械的構造体は、前記構造体の上で適合するように同じ形態であり得る。一実施形態では、エネルギーリレーは、エネルギーリレーの全長の１０％に等しいが、幅および高さにおいてエネルギー源の能動領域より２５％大きい側面を有する正方形形状で設計される。このエネルギーリレーは、整合した機械的構造体でクランプされ、屈折率整合油、屈折率整合エポキシなどを活用してもよい。電磁エネルギー源の場合、任意の２つの光学素子を直列に配置するプロセスは、画像整列の適切な許容範囲が確実に実施されるように、視覚的フィードバックが提供される機械的または能動的整列を含み得る。典型的には、ディスプレイは整列の前に光学素子の背面表面に装着されるが、これは用途に応じて望ましい場合もあれば望ましくない場合もある。
【０１３４】
一実施形態では、各エネルギーリレー素子スタックの末端エネルギーリレー素子の第２の側面は、単一のシームレスエネルギー表面を形成するように配置され得る。
【０１３５】
一実施形態では、モザイク状のエネルギーリレー素子スタックによって形成された単一のシームレスエネルギー表面は、接合剤、屈折率整合油、圧力、または重力を使用して、表面と直接接触するように面板層を配置して、面板層をエネルギー表面に接着することによって拡張され得る。一実施形態では、面板層は、単一の片のエネルギーリレー材料からなり得る一方で、他の実施形態では、一緒に接合もしくは融着された２つ以上の片のエネルギーリレー材料からなる。一実施形態では、面板の拡張は、シームレスエネルギー表面の法線に対してエネルギー波の放出角度を増大させ得る。
【０１３６】
一実施形態では、１つ以上のエネルギーリレー素子スタックは、１つ以上のエネルギー位置と単一のシームレスエネルギー表面との間に延在するエネルギー伝搬経路に沿ってエネルギーを指向するように構成され得る。
【０１３７】
一実施形態では、末端のエネルギーリレー素子の任意の２つの隣接する第２の表面の縁部間の間隔が、単一のシームレスエネルギー表面から、単一のシームレスエネルギー表面の高さ、または単一のシームレスエネルギー表面の幅のうちのより小さい方よりも大きい距離で、２０／４０よりも良好な視覚を有する人間の眼の視力によって定義される最小の認知可能な輪郭よりも小さいことがある。
【０１３８】
一実施形態では、各エネルギーリレー素子スタックのエネルギーリレー素子は、端部から端部までの構成で配置される。
【０１３９】
一実施形態では、エネルギーは、ゼロ拡大、非ゼロ拡大、またはゼロ拡大以外で、１つ以上のエネルギーリレー素子スタックを通って指向され得る。
【０１４０】
一実施形態では、１つ以上のエネルギーリレー素子スタックのエネルギーリレー素子スタックのいずれかは、横方向アンダーソン局在を呈する素子と、光ファイバと、ビームスプリッタと、画像結合器と、それらを通過するエネルギーの角度方向を変更するように構成された素子と、を備え得る。
【０１４１】
一実施形態では、エネルギー伝搬経路に沿って指向されるエネルギーは、波長によって定義される電磁エネルギー、電磁スペクトルのレジームに属する波長、例えば可視光、紫外線、赤外線、Ｘ線などであり得る。一実施形態では、エネルギー伝搬経路に沿って指向されたエネルギーは、機械的エネルギー、例えば音響音声、触覚圧力などであり得る。体積音響環境は、ホログラフィック音声または同様の技術を達成することを効果的に目指す技術である。寸法触覚装置は、ライトフィールドディスプレイに表示されたビジュアルに直接結合され得る、空中に浮かぶ物体に触れる感覚を生成するために、トランスデューサ、エアエミッタなどのアレイを生成する。対話型または没入型媒体をサポートする任意の他の技術が、このホログラフィックディスプレイと併せてさらに探索され得る。エネルギー指向装置をディスプレイ表面として使用するためには、電子機器が、個々のディスプレイのピンに直接装着され得るか、ゼロ挿入力（ＺＩＦ）コネクタなどのソケットで電子機器に取り付けられ得るか、またはインターポーザおよび／または同種のものを使用することによって、システムの簡素化された設置および保守を提供し得る。一実施形態では、ディスプレイ装着平面と物理的電子パッケージの位置との間のオフセットを生成するために、ディスプレイボード、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、ＩＯ装置、または前記ディスプレイの使用に好ましい、同様に所望されるコンポーネントを含む、ディスプレイ電子コンポーネントを、フレックスケーブルまたはフレックスリジッドケーブルに装着され得るか、またはつなぎ合わされ得る。装置に対して所望されるように、電子機器を装着するために、追加の機械的構造が提供される。これは、光学素子の密度を増加させる能力を提供し、それによって、任意のテーパ状光学リレーの光学倍率を減少させ、全体のディスプレイサイズおよび／または重量を減少させる。
【０１４２】
冷却構造体は、特定の温度範囲内でシステム性能を維持するように設計されてもよく、すべての機械的構造体は、サーモスタットレギュレータに十分な圧力を提供する固体状態液体冷却システムを有する液体冷却システムを提供するための追加の銅または他の類似材料チューブを含み得る。追加の実施形態は、電子機器、ディスプレイ、および／または動作中の温度変化に敏感な、または過剰な熱を発生し得る任意の他のコンポーネントのために一貫したシステム性能を維持するペルチェユニットもしくは熱シンクおよび／または同種のものを含み得る。
【０１４３】
図１７は、素子１７０２および１７０３から構成されるエネルギーリレー素子スタックが、空間１７０４内の既知の点に対して内側に角度をなし、シームレスエネルギー表面１７０１を通って複数の源１７０８から伝搬するようにエネルギーを指向する、一実施形態１７００の上面図を例解する。ベース構造体１７０６は、テーパ状エネルギーリレー１７０２を直接支持し、ここで、各テーパはリレー１７０３に順に接合されている。エネルギー指向装置１７００がディスプレイである、一実施形態の場合、テーパ状光学リレー素子１７０２は、テーパ光学軸を空間１７０４内の固定点に向けるように内向きに角度をなしている。エネルギー源１７０８は、個々のディスプレイを備え、ディスプレイ電子機器はディスプレイの機械的エンベロープ１７０７と共に含まれる。
【０１４４】
一実施形態では、光学リレーは、ゆるやかなコヒーレント光学リレーを備え得る。ディスプレイおよびディスプレイ電子機器をシームレスエネルギー表面からさらにオフセットさせるために、フレキシブルな光学素子、画像導管などが、さらに活用され得る。この様式で、シームレスエネルギー表面を含む第１の構造体と、ディスプレイおよびディスプレイ電子機器を含む第２の構造体と、を有する２つの別々の構造体を接続するために、複数のゆるやかなコヒーレント光学リレーまたは他の同様の光学技術を含む光学リレー束を形成することが可能である。
【０１４５】
１つ以上の追加の光学素子が、各ゆるやかなコヒーレント光学リレーの端部の前または後ろに装着され得る。これらの追加の素子は、エポキシ、圧力、機械的構造、または当該技術分野で既知の他の方法で装着され得る。
【０１４６】
図１８は、シームレスエネルギー表面１８０２がテーパ状光学リレー１８０４によって形成されたディスプレイである一方で、表示電子機器１８０８のためのディスプレイ装置１８０６および機械的エンベロープが、テーパ状リレー１８０４から離れて位置付けられている、一実施形態１８００の上面図の例解である。ディスプレイ装置１８０６からテーパ状光学リレー１８０４へのリレー光は、各々が両端に端部キャップ１８１２を有する、ゆるやかなコヒーレント光学リレー１８１０である。実施形態１８００は、ディスプレイ装置１８０６の機械的エンベロープがエネルギー表面１８０２の配置を妨げないように、ディスプレイ装置１８０６をエネルギー表面１８０２から離れた１８０８の遠隔位置に配設することを可能にする。
【０１４７】
光学素子は、交互の構造に形成されたときに所望するとおりにオフセット電子機器を提供するために異なる長さを呈し、電子エンベロープの幅から光学素子の幅を引いた差によって密度を増加させる能力を提供し得る。かかる一実施形態では、５×５光学リレーモザイクは、２つの交互の光学リレー長さを含む。別の実施形態では、５×５の光学リレーモザイクは、ピラミッド状構造体を生成する５つの異なる光学リレー長さを含み、アレイの中心で最長長さになり、結果として得られる光学リレーモザイクの全体の密度がより高くなり得る。
【０１４８】
図１９は、シームレスディスプレイ表面１９０８が、各々が５つのオフセット長さ１、２、３、４または５のうちの１つを有する光学面板を介してディスプレイ装置１９０４と関連付けられている、９つのテーパ状光学リレー１９０２によって形成され、このため、２つの隣接するディスプレイ装置１９０４は、同じオフセット長さで面板に接続されず、ディスプレイ電子機器のためのそれぞれの機械的エンベロープ１９０５に対して十分な隙間１９０６が提供される、実施形態１９００の側面図の例解である。
【０１４９】
エネルギー結合器
一実施形態では、エネルギー結合器を使用して、投影ベースのディスプレイとパネルベースのディスプレイとの両方を同時に活用すること、自己照射型ディスプレイと反射型ディスプレイとを同時に活用すること、または画像投影と画像検知とを同時に活用することが可能である。
【０１５０】
図２０は、単一の投影源２００２および単一のディスプレイパネル源２００４が、画像結合器２００６と結合されている、一実施形態２０００の上面図の例解である。これはさらに、投影源またはパネルベースの源のみの組み合わせも実装され得る場合、任意のアレイまたは任意のかかるパネル対投影技術の所望の比率で構成され得る。画像結合器２００６は、第１の表面２００８、２０１０から結合されたディスプレイ表面２０１２にエネルギーをリレーし、ここで、エネルギーは伝搬経路２０１４に沿って伝搬され得る。
【０１５１】
エネルギー結合器が活用され、第１の自己照射型ディスプレイが１つ以上の画像結合器の脚部に設けられ、第２の反射型ディスプレイが１つ以上の画像結合器の脚部に設けられ、任意の特定の応答に加えて照明されたディスプレイからの固有のデータと、外部光源によって同時に課される照明の変化との両方を含む仮想画像を生成する、さらなる実施形態。反射表面は、「反射経路」とみなされ、表示される内容に対して最適化されるように異なる画像情報を含み得る。
【０１５２】
別の実施形態では、画像結合器の一方の脚部は、自己照明型ディスプレイを有し、他方の脚部は、画像センサに接続されてもよい。このアプローチを通して、指紋または用紙、ドキュメントなどのようにディスプレイの表面に接触する任意の他の物体を高い精度でリアルタイムに光学的に走査することが可能である。逆較正プロセスを通して、すべての光学的アーチファクトを補正し、極めて高品質の解像度を生成することが可能である。別の実施形態では、画像結合器を用いた画像捕捉のためのこの方法は、位置に極めて正確に応答し、対話的に任意の数の他のディスプレイベースの機能を描画または実施することができる極めて正確な「ホワイトボード」または芸術的表面を生成する能力を提供する。
【０１５３】
一実施形態では、単一のシームレスエネルギー表面は、仮想表面であり得る。
【０１５４】
一実施形態では、エネルギー指向装置は、エネルギーシステムであり得、エネルギー位置は、１つ以上のエネルギー装置を含み得、エネルギーリレー素子は、それを通るエネルギー輸送の横方向アンダーソン局在を誘発する素子から各々作製される、１つ以上のエネルギーコンポーネントを備え得、各エネルギーコンポーネントは、第１のエネルギー表面および第２のエネルギー表面をさらに備える。
【０１５５】
一実施形態では、１つ以上のコンポーネントは、光ファイバ、シリコン、ガラス、ポリマー、光学リレー、回折素子、ホログラフィック光学素子、屈折素子、反射素子、光学面板、光学結合器、ビームスプリッタ、プリズム、偏光コンポーネント、空間光変調器、能動ピクセル、液晶セル、透明ディスプレイ、または電磁表面を形成するためのアンダーソン局在もしくは全内部反射特性を有する、任意の同様の材料を含む。
【０１５６】
一実施形態では、単一のシームレスエネルギー表面は、平面、球形、円筒形、円錐形、切子面、タイル状、規則的、非規則的、凸面、凹面、傾斜、または特定の用途のための任意の他の形状を含む任意の表面形状に対応するように形成されている、１つ以上のコンポーネントの任意の組み合わせであり得る。
【０１５７】
一実施形態では、エネルギー表面は、局所化された光透過を可視光の４以下の波長内に導くように動作可能である。
【０１５８】
一実施形態では、エネルギー装置は、
ａ）集束光を放出する照明源（集束光が、可視、ＩＲ、ＵＶ、コヒーレント、レーザ、赤外線、偏光、もしくは他の任意の電磁照明源を活用する、放出、投影、もしくは反射型ディスプレイ技術を含む）、
ｂ）可聴式、超音波式、もしくは他の音響放射装置が、エネルギーシステムに直接統合された音場から没入型の音声もしくは体積による触感を提供するもの、
ｃ）構造化された、コヒーレントな、コリメートされた、可視光、ＩＲ、ＵＶ、マイクロ波、電波、または他の形態の電磁放射を含む、電磁スペクトルの任意のエネルギーを捕捉もしくは記録するためのセンサ、または
ｄ）対話型システムに対して感覚フィードバックもしくは可聴制御を提供するように構成された音響受信装置、のうちの少なくとも１つを含み得る。
【０１５９】
本明細書に開示された原理に従う様々な実施形態が上述されてきたが、それらの実施形態は、単なる例示としての目的のために示されており、限定されないことを理解されたい。したがって、本発明の幅広さおよび範囲は、上述の例示的な実施形態のいずれかによって限定されるべきではなく、本開示に由来する特許請求の範囲、およびそれらの等価物に従ってのみ定義されるべきである。さらに、上記の利点および特徴は、記載された実施形態において提供されているが、上記の利点のいずれかまたはすべてを達成するプロセスおよび構造に対して、かかる由来の特許請求の範囲の適用を限定しない。
【０１６０】
本開示の原理的な特徴は、本開示の範囲から逸脱することなく様々な実施形態の中で使用することができることを理解されたい。当業者は、日常的なわずかな実験を用いて、本明細書に記載された特定の手順に対する多くの等価物を認識するか、または探求することができるであろう。かかる等価物は、本開示の範囲内にあるとみなされ、特許請求の範囲によりカバーされる。
【０１６１】
さらに、本明細書におけるセクションの見出しは、３７ＣＦＲ１．７７に基づく示唆との一貫性を持たせるために、またはそれ以外では内容構成のヒントを与えるために、提供されている。これらの見出しは、本開示に由来し得る任意の特許請求の範囲の中に記載された本発明を限定または特徴付けるものではない。具体的には、一例として、見出しが「発明の分野」と呼ばれていても、かかる特許請求の範囲は、いわゆる技術分野を説明するためのこの見出しの文言によって限定されるべきではない。さらに、「発明の背景」のセクションにおける技術の説明は、技術が本開示内の任意の発明の先行技術であることを認めるものと解釈されるべきではない。「発明の概要」は、論点となる特許請求の範囲に記載された本発明の特徴付けとは、決してみなされない。さらに、本開示内での単数形の「発明」の言及は、本開示において単一の新規性のみ存在すると主張するために使用されるべきではない。多重発明は、本開示に由来する多重請求項の制限に従って記載される可能性があり、したがって、かかる請求項は、それによって保護される本発明およびそれらの等価物を定義する。すべての例では、かかる請求項の範囲は、本開示に照らしてそれら自体のメリットを考慮されるであろうが、本明細書内で記載された見出しによって制約されるべきではない。
【０１６２】
特許請求の範囲および／または明細書中の「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語と併せて使用されるときに使われる「１つの（ａ）」または「１つの（ａｎ）」という語は、「１つ（ｏｎｅ）」を意味し得るが、それはまた、「１つ以上（ｏｎｅ  ｏｒ  ｍｏｒｅ）」、「少なくとも１つ（ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ）」、および「１つまたは１つ超（ｏｎｅ  ｏｒ  ｍｏｒｅ  ｔｈａｎ  ｏｎｅ）」の意味とも矛盾しない。特許請求の範囲の中で使用される「または（ｏｒ）」という用語は、代替物のみに明示的に言及せず、または代替物が相互に排他的でない限り、「および／または（ａｎｄ／ｏｒ）」を意味するように使用されているが、本開示は、代替物のみ、および「および／または（ａｎｄ／ｏｒ）」を指す定義を支持する。本出願全体を通じて、「約（ａｂｏｕｔ）」という用語は、１つの値が、装置の固有の誤差ばらつきを含むことを示すために使用され、方法は、その値、または研究課題の間に存在するばらつきを判定するために使用されている。一般に、ただし前述の議論に対する対象であるが、「約（ａｂｏｕｔ）」などの近似の語により修飾された本明細書中の数的な値は、記述された値から、少なくとも±１、２、３、４、５、６、７、１０、１２、または１５％だけ変化する可能性がある。
【０１６３】
本明細書および特許請求の範囲で使用されているように、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」（ならびに「ｃｏｍｐｒｉｓｅ」および「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」などの任意の形式の備える）、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」（ならびに「ｈａｖｅ」および「ｈａｓ」などの任意の形式の有する）、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」（ならびに「ｉｎｃｌｕｄｅｓ」および「ｉｎｃｌｕｄｅ」などの任意の形式の含む）、または「ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ」（ならびに「ｃｏｎｔａｉｎｓ」および「ｃｏｎｔａｉｎ」などの任意の形式の包含する）という語は、包括的または開放的、追加的、引用されていない要素または方法ステップを排除しない。
【０１６４】
「そのとき（ａｔ  ｔｈｅ  ｔｉｍｅ）」、「同等（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ）」、「間中（ｄｕｒｉｎｇ）」、「完全（ｃｏｍｐｌｅｔｅ）」等の比較、測定、およびタイミングに関する語は、「実質的にそのとき（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ  ａｔ  ｔｈｅ  ｔｉｍｅ）」、「実質的に同等（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ  ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ）」、「実質的に〜間中（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ  ｄｕｒｉｎｇ）」、「実質的に完全（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ  ｃｏｍｐｌｅｔｅ）」等を意味すると理解されるべきであり、ここで、「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」とは、そのような比較、測定、およびタイミングが、暗黙のうちに、または明示的に記述された所望の結果を達成するために、実用的であることを意味している。「近く（ｎｅａｒ）」、「近接する（ｐｒｏｘｉｍａｔｅ  ｔｏ）」、「隣接する（ａｄｊａｃｅｎｔ  ｔｏ）」などの要素の相対的位置に関係する語は、それぞれのシステム要素の相互作用に実質的な影響を及ぼすのに十分近いことを意味するものとする。近似の他の言葉は、同様に、そのように変更されたとき、必ずしも絶対的または完全であるとはみなされないが、存在しているとしてその条件を指定することを保証するために、当業者にとっては十分近いとみなされるであろうということが理解される条件を指す。記述が変わる可能性の程度は、どのように大きな変化がもたらされるかに依存し、当業者であれば、修正されていない特徴の要求された特性および可能性を依然として有するような修正された特徴を認識するであろう。
【０１６５】
本明細書で使用される「またはそれらの組み合わせ」という用語は、その用語に先行する列挙された項目のすべての順列および組み合わせを指す。例えば、「Ａ、Ｂ、Ｃ、またはそれらの組み合わせ」は、Ａ、Ｂ、Ｃ、ＡＢ、ＡＣ、ＢＣ、またはＡＢＣのうちの少なくとも１つを含むことを意図しており、特定の文脈で順番が重要である場合には、ＢＡ、ＣＡ、ＣＢ、ＣＢＡ、ＢＣＡ、ＡＣＢ、ＢＡＣ、またはＣＡＢも同様である。この例を続けると、ＢＢ、ＡＡＡ、ＡＢ、ＢＢＣ、ＡＡＡＢＣＣＣＣ、ＣＢＢＡＡＡ、ＣＡＢＡＢＢなどのような１つ以上の項目または用語の繰り返しを含む組み合わせが明示的に含まれる。当業者であれば、文脈から明らかでない限り、典型的には、任意の組み合わせにおける項目または用語の数に制限はないことを理解するであろう。
【０１６６】
本明細書に開示および請求された組成物および／または方法のすべては、本開示に照らして過度の実験をすることなく作製および実行することができる。本開示の組成物および方法は、好ましい実施形態の観点から記載されているが、組成物および／または方法に対して、ならびに本明細書に記載された方法のステップまたはステップの順序において、本開示の概念、趣旨および範囲から逸脱することなく、様々なバリエーションを適用することができることは、当業者にとって明らかであろう。当業者に明らかなこのような類似の置換および修飾はすべて、添付の特許請求の範囲によって定義される開示の趣旨、範囲および概念の範囲内であるとみなされる。
【図１】
2019525323.tif 000007
【図２】
2019525323.tif 000008
【図３】
2019525323.tif 000009
【図４】
2019525323.tif 000010
【図５Ａ】
2019525323.tif 000011
【図５Ｂ】
2019525323.tif 000012
【図６】
2019525323.tif 000013
【図７】
2019525323.tif 000014
【図８】
2019525323.tif 000015
【図９】
2019525323.tif 000016
【図１０】
2019525323.tif 000017
【図１１】
2019525323.tif 000018
【図１２】
2019525323.tif 000019
【図１３】
2019525323.tif 000020
【図１４】
2019525323.tif 000021
【図１５】
2019525323.tif 000022
【図１６】
2019525323.tif 000023
【図１７】
2019525323.tif 000024
【図１８】
2019525323.tif 000025
【図１９】
2019525323.tif 000026
【図２０】
2019525323.tif 000027
【国際調査報告】
2019525323.tif 000028
2019525323.tif 000029
2019525323.tif 000030