四维能量引导系统和方法技术方案

一种能量引导系统可包含一个或多个能量源和多个能量引导表面，所述能量引导表面配置成从其沿着多个能量传播路径引导入射能量。所述多个能量引导表面布置成使得从每个能量引导表面起的所述能量传播路径分别定义为四维坐标，所述四维坐标包括对应于相应能量引导表面的位置的两个空间坐标和定义相应传播路径的角方向的两个角坐标。可以使用能量属性数据来确定用于操作所述一个或多个能量源和所述能量引导表面的指令。能量引导表面的指令。能量引导表面的指令。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】四维能量引导系统和方法


[0001]本公开涉及能量引导系统，并且确切地说，涉及其中能量引导表面布置和配置成在四维坐标系中引导能量的能量引导系统。

技术介绍

[0002]通过Gene Roddenberry的《星际迷航(Star Trek)》推广的“全息甲板”室内的交互式虚拟世界的梦想最初是在20世纪初由作家Alexander Moszkowski设想出来的，近一个世纪以来它一直是科幻和技术创新的灵感来源。然而，除了文学、媒体以及儿童和成年人等的集体想象之外，这种体验并不存在令人信服的实施方案。本申请教示了将来自3D环境的信息渲染为一种格式以允许4D能量场投影系统从3D环境输出在场景上建模的4D能量场的系统和方法。

技术实现思路

[0003]能量场是一种描述空间中多个点的多个方向上的能量流的向量函数。能量引导系统可包括多个能量引导表面，其中在具有不同能量属性的多个方向上引导能量。能量引导表面的每个物理位置具有二维(“2D”)空间坐标(x,y)，并且输出能量传播路径的每个方向在三维(“3D”)空间中描述为两个角坐标或等效地由归一化坐标(u,v)。2D空间坐标(x,y)和2D角坐标一起形成4D坐标其中每一能量传播射线描述为从所述位置进行的能量投射的位置和角度。
[0004]可以通过利用能量引导表面偏转能量束来沿着一系列能量传播路径从固定位置引导能量，所述能量引导表面配置成实施能量指向的角坐标θ和的恒定或连续变化。
[0005]根据本公开的原理的能量引导系统的实施例包含：1)多个能量源；2)多个能量引导表面，其配置成各自从所述多个能量源中的至少一个能量源接收能量并从其沿着多个能量传播路径引导能量；以及3)控制器，其与所述多个能量源和所述多个能量引导表面通信，所述控制器可用于向所述能量源和所述能量引导表面提供同步信号以沿着不同能量传播路径选择性地引导能量。所述多个能量引导表面布置成使得从每个能量引导表面起的所述能量传播路径分别定义为四维坐标，所述四维坐标包括对应于相应能量引导表面的位置的两个空间坐标和定义相应传播路径的角方向的两个角坐标。
[0006]根据本公开的原理的能量引导系统的实施例包含：1)能量源，其配置成提供准直能量；
[0007]2)能量引导表面阵列，每一能量引导表面配置成接收所述准直能量并从其沿着多个能量传播路径偏转所接收能量；以及3)控制器，其与所述能量引导表面通信，所述控制器可用于向所述能量引导表面提供信号以沿着不同能量传播路径选择性地引导能量。所述多个能量引导表面布置成阵列，使得从每个能量引导表面起的所述能量传播路径分别定义为四维坐标，所述四维坐标包括对应于相应能量引导表面的位置的两个空间坐标和定义相应传播路径的角方向的两个角坐标。
[0008]根据本公开的原理的用于根据四维函数引导能量的方法的实施例包含以下步骤：1)接收包括四维(“4D”)坐标系中的多个4D坐标的能量属性数据的数据集，所述多个4D坐标分别包括定义在所述4D坐标系中多个能量引导表面的空间位置的两个空间坐标和定义从每个能量引导表面起的所述能量传播路径的角方向的两个角坐标，所述多个能量引导表面配置成各自从一个或多个能量源接收能量并从其沿着多个能量传播路径引导所述能量；2)将所述数据集处理成数据子集，每个数据子集包括在所述4D坐标系中具有相同的两个空间坐标的所述能量传播路径的所述两个角坐标的所述能量属性数据；3)基于第一数据子集，确定用于操作第一能量引导表面的第一指令，所述指令包括沿着所述第一能量引导表面的不同能量传播路径引导能量的序列，所述第一数据子集包括所述第一能量引导表面的所述能量传播路径的所述角坐标的所述能量属性数据；以及4)根据所确定的第一指令，操作所述第一能量引导表面以时间连续方式引导能量。
附图说明
[0009]图1A示出包括可配置反射超表面的能量引导装置的正交视图，所述可配置反射超表面可用于沿着多个传播路径偏转入射能量；
[0010]图1B示出包括可配置透射超表面的能量引导装置的正交视图，所述可配置透射超表面可用于沿着多个传播路径偏转入射能量；
[0011]图1C示出具有围绕两个轴倾斜的倾斜能量反射器的能量引导装置的一个实施例的正交视图，以零倾斜的状态示出；
[0012]图1D示出图1C的能量引导系统的正交视图，其中倾斜反射器在一个轴上倾斜角度θ，且在另一正交轴上倾斜角度
[0013]图2A是包括能量源和可配置能量引导表面的能量引导模块的正交侧视图；
[0014]图2B是包括能量源和可配置能量引导表面的能量引导模块的正交侧视图，所述可配置能量引导表面可用于沿着多个能量传播路径引导能量，所述能量传播路径绕与模块基座正交的能量传播轴布置；
[0015]图2C是包括能量源和可配置能量引导表面的能量引导模块的正交侧视图，所述可配置能量引导表面可用于沿着多个能量传播路径引导能量，所述能量传播路径绕不与模块基座正交的能量传播轴布置；
[0016]图2D是包括能量源和能量引导装置的可配置透射能量引导表面的能量引导模块的正交侧视图；
[0017]图2E是包括能量源和能量引导装置的可配置透射能量引导表面的能量引导模块的正交侧视图，所述可配置透射能量引导表面可绕能量传播轴沿着能量传播路径偏转入射能量；
[0018]图2F是能量引导模块的正交侧视图，此能量引导模块类似于图2E中所示的能量引导模块，但相对于模块的机械基座的法线倾斜的能量传播轴的偏转角不同；
[0019]图2G是包括能量引导层的能量引导模块的正交侧视图，所述能量引导层包括在公共衬底内限定的三个可重新配置透射能量引导位点；
[0020]图2H是模块化能量源的正交侧视图；
[0021]图2I示出具有能量引导层的能量引导系统的正交视图，所述能量引导层包括在单
个衬底中限定的多个独立控制的能量引导位点，每个能量引导位点偏转来自能量源模块的能量；
[0022]图3A是包括单点状能量源和聚焦元件的模块化能量源的正交侧视图；
[0023]图3B示出具有能量引导装置和多个能量源模块的能量引导系统的正交视图，所述能量引导装置包括在单个衬底中限定的多个独立控制的可重新配置能量引导位点；
[0024]图3C是包括能量引导模块阵列的能量引导系统在第一时间实例t1的正交视图；
[0025]图3D是在第二时间实例t2的图3C中所示的能量引导系统；
[0026]图4A是包括单点状能量源和可配置透射能量引导装置的能量引导模块的正交侧视图，所述可配置透射能量引导装置产生准直和偏转的输出能量；
[0027]图4B是含有单点状能量源和可配置透射能量引导装置的能量引导模块的正交侧视图，所述可配置透射能量引导装置产生基本上准直但略微聚焦的输出能量；
[0028]图4C是包括单点状能量源和可配置透射能量引导装置的能量引导模块的正交侧视图，所述可配置透射能量引导装置产生的能量准直且围绕相对于能量引导表面的法线倾斜的能量投射轴。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种能量引导系统，其包括：多个能量源；多个能量引导表面，其配置成各自从所述多个能量源中的至少一个能量源接收能量并从其沿着多个能量传播路径引导能量；控制器，其与所述多个能量源和所述多个能量引导表面通信，所述控制器能够用于向所述能量源和所述能量引导表面提供同步信号以沿着不同能量传播路径选择性地引导能量；其中所述多个能量引导表面布置成使得从每个能量引导表面起的所述能量传播路径分别定义为四维坐标，所述四维坐标包括对应于相应能量引导表面的位置的两个空间坐标和定义相应传播路径的角方向的两个角坐标。2.根据权利要求1所述的能量引导系统，其中所述能量引导表面中的至少一个包括一个或多个超材料层。3.根据权利要求2所述的能量引导系统，其中所述一个或多个超材料层配置成从中透射能量并将其透射到所述能量引导表面中的所述至少一个的所述多个能量传播路径上。4.根据权利要求2所述的能量引导系统，其中所述一个或多个超材料层配置成从其反射能量并将其反射到所述能量引导表面中的所述至少一个的所述多个能量传播路径上。5.根据权利要求1所述的能量引导系统，其中所述能量引导表面中的至少一个包括能够用于围绕正交轴旋转的至少一个反射表面。6.根据权利要求5所述的能量引导系统，其中所述至少一个反射表面包括微机电系统(MEMS)。7.根据权利要求1所述的能量引导系统，其中所述至少一个能量源配置成提供准直能量。8.根据权利要求1所述的能量引导系统，其中所述至少一个能量源配置成提供调制能量。9.根据权利要求8所述的能量引导系统，其中所述控制器的所述同步信号配置成操作所述能量源和所述能量引导表面沿着不同能量传播路径选择性地引导调制能量。10.根据权利要求1所述的能量引导系统，所述系统进一步包括定位在所述能量引导表面中的至少一个和对应的至少一个能量源之间的至少一个能量束修改元件，所述至少一个能量束修改元件包括扩束器或棱镜。11.根据权利要求1所述的能量引导系统，所述系统进一步包括至少一个反射器，所述反射器定位成将能量从所述对应的至少一个能量源引导到所述能量引导表面中的至少一个。12.根据权利要求1所述的能量引导系统，其中所述至少一个能量源包括点状能量源，并且所述能量引导系统进一步包括定位成将来自所述至少一个能量源的能量准直的至少一个能量聚焦元件。13.根据权利要求1所述的能量引导系统，其中所述至少一个能量源包括点状能量源，并且所述能量引导表面配置成将从相应的至少一个能量源接收的能量准直。14.根据权利要求1所述的能量引导系统，其中每个能量引导表面的所述能量传播路径围绕定义相应能量引导表面的传播路径的角度范围的对称轴的能量传播轴；并且其中所述
多个能量引导表面中的至少一个的能量传播轴相对于所述多个能量引导表面中的所述至少一个的法线形成非零偏转角。15.根据权利要求1所述的能量引导系统，其中所述多个能量引导表面由在衬底中限定的可重新配置透射位点形成，并且所述多个能量源安装在所述衬底的第一侧上，且进一步其中所述可重新配置透射位点能够用于沿着所述能量引导表面的相应能量传播路径从所述相应的至少一个能量源向所述衬底的第二侧透射能量。16.根据权利要求15所述的能量引导系统，其中所述多个能量源容纳于安装到所述衬底的所述第一侧上的模块中，由此对准所述多个能量源与所述可重新配置透射位点。17.根据权利要求15所述的能量引导系统，其中所述多个能量源安装在与所述衬底对准的公共背板层上。18.根据权利要求17所述的能量引导系统，其中所述多个能量源和所述公共背板层限定在半导体衬底上。19.根据权利要求17所述的能量引导系统，其中所述多个能量源和所述公共背板层限定在印刷电路板上。20.根据权利要求17所述的能量引导系统，其中所述多个能量源与所述衬底对准，使得每个能量源基本上只向所述可重新配置透射位点中的一个提供能量。21.根据权利要求20所述的能量引导系统，其进一步包括能量抑制结构，所述能量抑制结构配置成基本上将来自所述能量源中的一个的能量传播限制到超过一个所述可重新配置透射位点。22.根据权利要求1所述的能量引导系统，其中所述多个能量引导表面和所述多个能量源容纳于模块化能量引导模块中。23.根据权利要求22所述的能量引导系统，其中每个能量引导模块包括：衬底，其界定在其中限定的可重新配置透射位点，所述可重新配置透射位点形成所述多个能量引导表面中的一个；且所述对应的至少一个能量源向所述可重新配置透射位点提供能量。24.根据权利要求23所述的能量引导系统，其中所述能量引导模块布置成形成可重新配置透射位点阵列，使得能量能够沿着所述能量传播路径从每个可重新配置透射位点引导，每个能量传播路径具有相应的四维坐标。25.根据权利要求22所述的能量引导系统，其中每个能量引导模块包括：衬底，其界定在其中限定的可重新配置透射位点，所述可重新配置透射位点形成所述多个能量引导表面的子集；且所述多个能量源的相应子集向所述可重新配置透射位点提供能量；以及能量抑制结构，其配置成基本上将来自每个能量源的能量传播限制到超过一个可重新配置透射位点。26.根据权利要求22所述的能量引导系统，其进一步包括定位在所述能量引导表面中的至少一个和相应的至少一个能量源之间的能量路径中的快门。27.根据权利要求26所述的能量引导系统，其中所述能量引导表面中的所述至少一个能够用于在第一时间段期间沿着第一能量传播路径引导能量并在第二时间段期间沿着第二能量传播路径引导能量，并且其中所述控制器与所述快门电子连通，并且能够用于在所
述第一和第二时间段之间同步某一时间段期间的所述快门的致动。28.一种能量引导系统，其包括：能量源，其配置成提供准直能量；能量引导表面阵列，每个能量引导表面配置成接收所述准直能量并从其沿着多个能量传播路径偏转所接收能量；以及控制器，其与所述能...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：光场实验室公司，
类型：发明
国别省市：