CN109804297B - 逆反射屏幕、显示系统和显示图像的方法 - Google Patents

Abstract

本公开内容提供了通过使用透明或半透明RR材料、利用投影仪和逆反射(RR)屏幕的来实现显示系统的显著改进的系统和方法。本公开内容的一方面提供了用于优化RR材料的光学属性以实现期望的光学透明度参数的方法。本公开内容的另一方面提供了用于柔性的透明和半透明RR显示系统的特定用例的方法。

Description

逆反射屏幕、显示系统和显示图像的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年8月3日提交的美国临时申请号62/370,687、于2016年8月3日提交的62/370,690和于2016年8月26日提交的62/380,313的优先权和权益，所述申请的全部内容通过引用而并入于此。

技术领域

本申请一般涉及显示器，更特别地涉及逆反射显示器和基于同样的逆反射显示器的系统和方法。

背景技术

当前现有技术水平的、显示立体或三维(3D)内容的增强现实(AR)和虚拟现实(VR)系统通常需要针对每个用户进行头戴式设备(HMD)的物理校准和物理调整，以便考虑不同的瞳孔间距(IPD)以及与每个用户相关的其他尺寸差异。需要这些调整是由于诸如透镜等光学元件可能位于用户眼睛与显示表面之间。若没有物理校准，则光学元件和显示表面将不处于适当的位置，这可能导致较差的视觉质量和较差的用户体验。然而，这种物理调整要求干扰了理想且简单的用户体验，并且使AR/VR系统容易受到由于不正确调整和校准引起的不良视觉的影响。

当前现有技术水平的显示系统一般包括平板显示器或基于投影仪的显示器。平板显示器一般基于液晶显示器(LCD)像素，并且具有基于发光二极管(LED)背光或基于等离子体的屏幕。在这些显示系统中，由于若干考虑，难以获得在宽度上显著大于80英寸的屏幕大小。对于平板显示器，随着屏幕大小增大的成本的非线性增加以及高功耗能够以典型的消费者价格点将屏幕大小限制到80英寸以下。对于基于投影的显示器，许多因素限制了屏幕大小增加，这些因素包括：屏幕亮度降低、功耗增加、投影仪大小增大和投影仪噪声。另外，对于这些类型的显示系统，在显示系统中实现透明度或半透明度通常在技术上不可行，或者是极其昂贵的。

已经提出了替代的显示系统，来使用逆反射(RR)显示表面以允许具有高亮度水平的、增加的显示器尺寸。当前现有技术水平的逆反射材料是不透明的薄片，该薄片将光反射回光源。这种系统的典型用途是交通安全和安保。用于交通目的的逆反射薄片包括标志、沥青反射器、可穿戴设备和汽车。典型的光源来自汽车和摩托车前灯。用于安保目的的逆反射薄片包括：警告标识、方向标识。典型的光源包括飞机、船和汽车。此外，当前现有技术水平的逆反射系统未将逆反射材料设计成半透明或透明的。

发明内容

已经提出了替代的AR/VR系统，其使用HMD投影仪系统结合逆反射(RR)显示表面。在这种类型的显示系统中，在用户的面部或眼睛附近没有光学元件或显示表面。利用这种类型的显示系统，基于非物理的、实时软件(S/W)的方法针对不同的IPD、头部尺寸和投影仪/屏幕/一个或多个用户定位进行调整和校准成为可能。

本公开内容提供了解决需要物理调整的HMD系统的各种限制的、具有物理调整和/或物理校准特性的显示系统和方法。本公开内容的显示系统可以包括投影仪和逆反射屏幕，其可以提供优于当前可用的其他系统的各种非限制性益处。例如，本公开内容的系统可以提供沉浸式多玩家游戏体验。再例如，本公开内容的系统提供了定制的、用于广告或其他应用的大面积显示器，其中使多个用户(在一些情况下同时)观察唯一的媒体流可以是有益的。又例如，本公开内容的显示系统可以允许多个观看者(在一些情况下同时)观看同一屏幕上的单独的定制图像或视频流，以及允许裸眼3D沉浸式观看能力。

本公开内容提供了利用投影仪和逆反射屏幕的显示系统。这样的显示系统包括与逆反射屏幕以及观看者距投影仪的距离相结合的投影仪，使得观察角很小，在一些情况下小于约10度、5度、4度、3度、2度或1度。这样的系统还将具有某种跟踪观看者的位置和/或朝向的方法，包括在许多情况下观看者的头部位置和朝向。

在示例中，本公开内容提供了通过对VR/AR内容进行非物理的算法优化以补偿IPD、投影仪位置、朝向以及一个或多个用户距显示表面的距离，利用投影仪和逆反射屏幕来实现显示系统的显著改进的系统和方法。

本公开内容的一方面提供了一种用于在呈现AR/VR内容时对相机位置和朝向进行实时S/W调整的方法，以使得用户能够以正确和预期的视角观看AR/VR内容，而无论用户相对于显示表面的位置、不同的IPD值和投影仪位置如何。

在一些实施方式中，调整VR/AR空间中所述“相机”的位置。在这种情况下，所述相机表示VR/AR环境中所述呈现相机的位置。例如，如果相机在VR/AR环境中向左移位，则该源的投影图像的视角就好像观看者的眼睛也向左移位了相似距离。

在一些实施方式中，使用算法来调整相机的朝向，该算法计算相机朝向的调整量，以便提供最佳匹配观看者的观看体验的视角。通过这种方式，相机朝向的调整量是基于用户相对于显示表面的位置。

在一些实施方式中，基于用户相对于屏幕、物理环境中其他物体以及该环境中其他用户的位置和朝向，来修改所提供的内容。在一些示例中，显示系统可以利用跟踪机制来确定观看者相对于屏幕的位置。在一些示例中，跟踪机制可以确定观看者的位置，并且可被提供关于屏幕位置的信息。在一些示例中，跟踪机制可以确定屏幕的位置，并且可被提供关于观看者的位置的信息。例如，观看者可以在该观看者处于新位置时向显示系统发出信号。在一些示例中，跟踪机制可以确定观看者的位置以及一个或多个屏幕相对于该观看者的位置。观看者相对于一个或多个屏幕的位置可用于呈现向观看者展示的图像。投影仪相对于由观看者观看的一个或多个屏幕的位置也可用于呈现向该观看者展示的图像。此外，观看者的IPD可用于呈现向该观看者展示的图像。具体而言，所述图像可以在逆反射屏幕上展示给观看者。

在一些实施方式中，显示系统还包括用于提供声音以补充图像或视频的声音系统。在一些实施方式中，所述图像或视频是三维的，利用两个投影仪，分别针对每只眼睛。在一些实施方式中，图像或视频是2D维度的，利用单个投影仪向双眼投影内容。

本公开内容提供了解决当前可用的其他显示系统的各种限制的显示系统和方法。本公开内容的显示系统可以包括投影仪以及半透明或透明的逆反射(RR)屏幕，所述显示系统与当前可用的其他系统相比，可以提供各种非限制性益处。例如，本公开内容的系统可以提供独特的显示器，以使得多个用户正在观看同一屏幕并且每个用户看到自己的内容，同时其他观看者在半透明或透明的屏幕表面后面看到现实世界物体。又例如，本公开内容的显示系统可以允许多个观看者在同一屏幕上观看单独定制的图像或视频流，而其他观看者在屏幕表面后面看到静态海报或传统数字电视。

本公开内容提供了用于设计和优化RR薄片的光学属性的系统和方法，以使得透明度参数满足每个特定用例的要求。

本公开内容提供了用于设计和优化半透明或透明RR薄片的安装的系统和方法。

在一方面，提供了一种显示系统。所述显示系统包括：逆反射屏幕，其被配置用于沿着与入射光的传播方向不同的方向反射所述入射光，其中所述逆反射屏幕是透明或半透明的；投影仪，其用于将表征图像或视频的光引导至所述逆反射屏幕上以供观看者观看，其中所述逆反射屏幕将来自所述投影仪的所述光的一部分反射至所述观看者；以及与所述投影仪相通信的计算机处理器，其中所述计算机处理器被编程用于引导所述投影仪将表征所述图像或视频的所述光引导至所述逆反射屏幕上。

在一些实施方式中，所述逆反射屏幕是穿孔的。在一些实施方式中，所述逆反射屏幕包括基本上平坦的部分。在一些实施方式中，所述逆反射屏幕从相对于所述逆反射屏幕表面的第一角度是透明或半透明的，而从第二角度是不透明的。在一些实施方式中，所述逆反射屏幕与有源数字显示器、印刷材料或者透明或半透明基板相邻。

在一些实施方式中，所述逆反射屏幕基于所述观看者的观看角度具有可变的透明度。在一些实施方式中，所述投影仪将所述光投影至所述逆反射屏幕上而无需使所述光通过分束器，或者所述逆反射屏幕将来自所述投影仪的入射光反射至观看者而无需使光通过分束器。

在一些实施方式中，所述逆反射屏幕以小于约3度的观察角将来自所述投影仪的入射光反射至距所述逆反射屏幕至少约2英尺的距离处的所述观看者。例如，所述逆反射屏幕以小于约2度的观察角将来自所述投影仪的入射光反射至观看者。

在一些实施方式中，所述投影仪可安装在观看者的身体上，诸如观看者的头部。在一些实施方式中，所述逆反射屏幕包括截顶的隅角立方反射器(truncated corner cubereflector)。在一些实施方式中，所述显示系统还包括用于提供声音以补充所述图像或视频的声音系统。

在一些实施方式中，由所述显示系统投影的所述图像或视频是三维的。在一些实施方式中，所述计算机处理器被编程用于(i)确定所述观看者的位置和/或朝向，并且(ii)基于确定的位置和朝向动态而调整所述逆反射屏幕上的所述图像或视频。

在一些实施方式中，所述逆反射屏幕包括未失真的隅角立方反射器的图案。在一些实施方式中，所述显示系统还包括光检测器(photo detector)，其提供所述图像或视频的实时自动调整和对准。在一些实施方式中，所述计算机处理器被编程用于(1)使用光检测器来测量从所述逆反射屏幕反射的光，并且(2)基于所述反射的光的强度降低了至少约二分之一来确定所述逆反射屏幕的边缘部分。在一些实施方式中，所述计算机处理器被编程用于(1)使用所述光检测器来测量从所述逆反射屏幕反射的光的强度，并且(2)响应于从所述逆反射屏幕反射的光的任何测量出的所述强度的降低而动态调整来自所述投影仪的所述光。

在另一方面，提供了一种用于向观看者提供图像或视频的方法。所述方法包括：(a)提供逆反射屏幕，其被配置用于沿着与入射光的传播方向不同的方向反射所述入射光，其中所述逆反射屏幕是透明或半透明的；并且(b)将表征图像或视频的光引导至所述逆反射屏幕上以供观看者观看，其中所述逆反射屏幕将所述光的一部分反射至所述观看者。

在一些实施方式中，从所述逆反射屏幕后面的方向向所述观看者提供另一图像或视频。在一些实施方式中，所述观察角小于约2度。

在一些实施方式中，所述逆反射屏幕是穿孔的。在一些实施方式中，所述逆反射屏幕包括基本上平坦的部分。在一些实施方式中，所述逆反射屏幕从相对于所述逆反射屏幕表面的第一角度是透明或半透明的，而从第二角度是不透明的。在一些实施方式中，所述逆反射屏幕基于所述观看者的观看角度具有可变的透明度。在一些实施方式中，所述逆反射屏幕以小于约3度的观察角将来自所述投影仪的入射光反射至距所述逆反射屏幕至少约2英尺的距离处的所述观看者。例如，所述逆反射屏幕以小于约2度的观察角将来自所述投影仪的入射光反射至观看者。

在另一方面，提供了一种包括多个截顶的隅角立方反射器的逆反射屏幕。所述多个截顶的隅角立方反射器包括第一隅角立方反射器，其与第二隅角立方反射器相邻并与该第二隅角立方反射器朝向不同，并且所述逆反射屏幕是透明或半透明的。

在一些实施方式中，所述多个截顶的隅角立方反射器通过粘合剂固定至背板。在一些实施方式中，所述第一隅角立方反射器和所述第二隅角立方反射器的尖端是透明的。在一些实施方式中，所述逆反射屏幕还包括基本上平坦的逆反射元件的重复性(periodic)部分。在一些实施方式中，所述第一隅角立方反射器和所述第二隅角立方反射器具有透明的尖端部分。在一些实施方式中，所述逆反射屏幕还包括不透明部分或者一个或多个穿孔。

在另一方面，提供了一种在逆反射屏幕上呈现图像的方法。所述方法包括：确定观看者相对于逆反射屏幕的位置和朝向；接收与所述观看者的瞳孔间距相对应的信息；确定投影仪相对于所述逆反射屏幕和观看者的一只或多只眼睛的位置和朝向；并且基于所述观看者的瞳孔间距；所述观看者相对于所述逆反射屏幕的位置；以及所述投影仪相对于所述逆反射屏幕的位置，在所述逆反射屏幕上呈现源自所述投影仪的图像。

在一些实施方式中，所述呈现图像包括：基于1)观看者的眼睛与投影仪之间的距离与2)屏幕距所述观看者的所述眼睛的距离之间的关系的反正切(inverse tangent)，来生成具有校正性偏移的图像。

在一些实施方式中，所述校正性偏移具有基于所述观看者的右眼特征的校正分量和基于所述观看者的左眼特征的校正分量。在一些情况下，所述方法还包括：评估投影仪相对于观看者的朝向偏移，并且基于所述投影仪相对于所述观看者的所述评估的朝向偏移来修改所述校正性偏移。

在另一方面，提供了一种基于观看者的改变位置而修改在逆反射屏幕上呈现的图像的方法。所述方法包括：确定观看者相对于逆反射屏幕的第一位置；接收与所述观看者的瞳孔间距相对应的信息；确定投影仪相对于所述逆反射屏幕的位置；基于所述观看者的瞳孔间距、所述观看者相对于所述逆反射屏幕的所述第一位置以及所述投影仪相对于所述逆反射屏幕的所述位置，在所述逆反射屏幕上呈现源自所述投影仪的第一组图像；确定所述观看者相对于所述逆反射屏幕的第二位置；并且基于所述观看者的瞳孔间距、所述观看者相对于所述逆反射屏幕的所述第二位置以及所述投影仪相对于所述逆反射屏幕的所述位置，在所述逆反射屏幕上呈现源自所述投影仪的第二组图像。

根据下文的具体实施方式，本公开内容的附加方面和优点对于本领域技术人员而言将变得容易理解，其中仅示出和描述了本公开内容的说明性实施方式。如将认识到的，本公开内容能够具有其他实施方式和不同实施方式，并且其若干细节能够在不偏离本公开内容的情况下从各个明显的方面进行修改。因此，附图、等式和描述本质上被认为是说明性的，而非限制性的。

援引并入

本说明书中所提及的所有出版物、专利和专利申请均通过引用并入本文，其程度如同具体地且单独地指出每个单独的出版物、专利或专利申请均通过引用而并入。在通过援引并入的出版物和专利或专利申请与本说明书中包含的公开内容相矛盾的情况下，本说明书旨在代替和/或优先于任何这样的矛盾材料。

附图说明

具体阐明了本发明的新颖特征。通过参考以下对其中利用到本发明原理的说明性实施方式加以阐述的详细描述和附图，将会获得对本发明的特征和优点的更好的理解，在附图(本文也称“图”)中：

图1示意性地示出了代表性逆反射屏幕的放大正视图；

图2示意性地示出了代表性逆反射屏幕和投影仪系统的俯视图，其中观看者面向屏幕；

图3示意性地示出了代表性逆反射屏幕以及利用两个投影仪的投影仪系统的俯视图，其中每个投影仪靠近于每只眼睛；

图4示意性地示出了观看者观察两个球(中间)以及相关联的左眼视角(左)和右眼视角(右)，在该场景中两球与观看者相距标称距离；

图5示意性地示出了观看者观察两个球(中间)以及相关联的左眼视角(左)和右眼视角(右)，在该场景中两球距观看者的距离比标称距离更近。

图6示意性地示出了靠近于左眼的代表性逆反射屏幕和投影仪系统的俯视图，其中箭头示意性地示出了相比于观看者距显示表面标称距离处的图像大小的图像移位相对量。

图7示意性地示出了靠近于左眼的代表性逆反射屏幕和投影仪系统的俯视图，其中箭头示意性地示出了相比于观看者距显示表面标称距离处的图像大小的图像移位相对量。

图8示意性地示出了观看者观察两个球(中间)以及两球应被观看(上)时的相关联的左眼和右眼视角，此时AR/VR表示没有IPD和朝向校正；

图9示意性地示出了观看者观察两个球(中间)以及两球被观看(上)的相关联的左眼和右眼视角，此时AR/VR表示具有IPD校正；

图10示意性地示出了观看者观察两个球(中间)以及两球被观看(上)的相关联的左眼和右眼视角，此时应用了具有IPD校正的AR/VR表示并且显示表面比标称距离更近；

图11示意性地示出了观看者观察两个球(中间)以及两球被观看(上)的相关联的左眼和右眼视角，此时AR/VR表示具有IPD和朝向校正；

图12示意性地示出了左眼图像和右眼图像的叠加，演示了其中一只眼睛所视物体被截断；

图13示意性地示出了使用成角度的投影仪的左眼图像和右眼图像的叠加，演示了如何通过减少左眼与右眼之间图像截断中的失配量来改进3D观看；

图14示意性地示出了将投影仪安装为非平行的能力如何可以用于增加有效视野；

图15示意性地示出了可以如何使用实时位置/朝向跟踪来修改AR/VR内容的示例。在该示例中，用户脸部的周边区域将具有空内容(或黑色物体)，以使得没有光照射到该用户的眼睛中；

图16示意性地示出了如何将强度和/或颜色校准要求的实时或预映射与用户朝向和位置相组合以便实时地改进图像质量；

图17示意性地示出了用于位置/朝向跟踪的方法，以便调制所所显示内容的强度，从而优化RR显示系统中固定位置源的用户观看体验；

图18示意性地图示了被编程或以其他方式被配置用于促进本公开内容的方法的计算机系统；

图19示意性地图示了具有逆反射屏幕元件的逆反射屏幕，所述逆反射屏幕元件具有相交平面；

图20示意性地示出了包括AR/VR控制系统、逆反射屏幕、投影仪以及一个或多个用户的系统；

图21示意性地示出了在没有和具有投影仪系统的情况下的基本的半透明或透明逆反射系统；

图22示意性地示出了在具有多个观看者、没有和具有投影仪系统的情况下的基本的透明逆反射系统；

图23示意性地示出了在没有和具有投影仪系统的情况下放置在透明或半透明基板(诸如窗户)上的透明逆反射系统；

图24示意性地示出了在没有和具有投影仪系统的情况下放置在印刷材料(诸如印刷横幅)上的半透明或透明逆反射系统；

图25示意性地示出了在没有和具有投影仪系统的情况下放置在有源显示器(诸如电视)上的半透明或透明逆反射系统；

图26示意性地示出了在没有和具有投影仪系统的情况下放置在印刷品(诸如横幅)和有源显示器(诸如电视)的组合上的半透明或透明逆反射系统；

图27示意性地示出了代表性RR屏幕的一部分，其中该部分具有穿孔以增加薄片透明度；

图28示意性地示出了代表性RR屏幕的一部分，其中RR薄片的重复性部分被设计成平坦的而非隅角立方结构；

图29示意性地示出了代表性RR屏幕的一部分，其中RR薄片的重复性部分以不同于图11的配置被设计成平坦的而非隅角立方结构；

图30示意性地示出了能够进行RR薄片的尖端安装而不影响RR隅角立方的光学属性的安装技术；

图31示意性地示出了能够实现背板以更薄或更大间距进行黏合以减少视觉伪像的安装技术；

图32示意性地示出了能够黏合至后基板而同时允许使用粘合剂或其他材料来改变薄膜的透射属性的安装技术，所述粘合剂或其他材料允许在跨越多个RR隅角立方元件的区域上增加透明度；

图33示意性地示出了能够黏合至后基板而同时允许使用粘合剂或其他材料来改变膜的透射属性的安装技术，所述粘合剂或其他材料允许每个RR隅角立方元件的尖端区域中所含的区域增加透明度；

图34示意性地示出了使用非隅角立方或球形配置的RR屏幕，以允许增加的光传输通过薄膜；

图35示意性地示出了RR隅角立方配置，其中调节隅角立方的某些角度以改变穿过薄膜的光的属性、强度和方向性。

图36示意性地示出了从代表性RR屏幕的后面穿到前面的光的角度；

图37示意性地示出了RR隅角立方配置对穿过薄膜的光的属性的影响；

图38示出了通过基线和改进的半透明RR薄片的进行不同观看的示意图。

图39示意性地示出了通过改变半透明RR屏幕的曲率来改变该屏幕的透明度角度的方法；以及

图40示意性地示出了使用半透明RR屏幕时并入薄片或薄膜以将光的均匀定向性改为更加前向定向的影响。

具体实施方式

虽然本文示出和描述了本发明的各种实施方式，但对于本领域技术人员容易理解的是，这样的实施方式仅以示例方式提供。本领域技术人员将在不偏离本发明的情况下想到多种变化、改变和替换。应当理解，可以采用针对本文描述的本发明实施方式的各种替代方案。

本文所使用的术语“逆反射”(本文中亦为“逆反射式”或“逆反射性”)一般是指以最小的光散射将光反射回至其源的设备或表面。在逆反射屏幕中，电磁波沿着与波源方向平行但相反的向量反射回来。逆反射屏幕包括由许多小的单独的隅角立方反射元件组成的逆反射表面。

本文所使用的术语“隅角立方反射元件”一般是指由三个相互垂直、几乎垂直或成角度的平坦反射表面组成的反射性部分立方。利用这种几何形状，入射光被直接反射回所述源。

本文所使用的术语“投影仪”一般是指被配置用于投影(或引导)光的系统或设备。投影光可以投影图像和/或视频。

本文所使用的术语“观察角”一般是指从投影仪指向屏幕上给定位置的第一线与从屏幕上同一位置到观看者的一只或多只眼睛的第二线之间的角度。

本文所使用的术语“返回角”一般是指入射光束与来自屏幕的反射光束之间的角度。对于典型的表面，返回角具有宽范围的值。对于未按本文描述而形成的逆反射屏幕，返回角通常具有以零为中心的非常小的角度扩散。

本文所使用的术语“入射角”，或有时称为“进入角”一般是指从投影仪指向屏幕上给定位置的第一线与正交于隅角立方的标称前表面的第二线之间的角度。如果隅角立方已经是完整的立方，则隅角立方的标称前表面被定义为与从隅角立方结构的角到立方的假想相对角的线的中点垂直并相交的表面。

本文所使用的术语“光学串扰”(本文中亦为“串扰”)一般是指来自投影仪的、到达不旨在接收光的观看者(或观看者的眼睛)的逆反射光。这可能导致通过“重影”而展示的较差的3D观看体验，“重影”是本文中用于描述在仅预期一个图像的情况下观看者所见的双重图像的术语。本文所使用的术语“感知串扰”一般是指来自投影仪的、到达观看者(或观看者的眼睛)的不期望的逆反射光的强度相对于期望的逆反射光的强度的比。可能存在绝对串扰强度已降低，但期望光的强度却降低甚至更大的量的情况，从而导致感知串扰的恶化。

本公开内容提供了允许多个观看者在同一屏幕上同时观看单独定制的视频流的显示系统以及裸眼3D沉浸式观看能力。本公开内容提供了一种显示系统，其允许多个观看者在同一屏幕上同时观看单独定制的内容，诸如但不限于视频、照片、游戏、广告或生产力软件。此外，本公开内容提供了一种方法，使得其他观看者能够由于屏幕的透明或半透明性质而观察到该屏幕后面的物体或内容。显示系统可以包括与透明或半透明逆反射屏幕相结合的投影仪。

显示系统可以包括与逆反射屏幕相结合的投影仪。观看者可以距投影仪一定距离。在一些情况下，这可以能够使观察角(例如，从投影仪到屏幕上给定位置的线与从屏幕上同一位置到观看者的一只或多只眼睛的线之间的角)小于约1-3度。在一个示例中，在1度时，强度可以相比于0.5度时的强度低3倍，而在2度时，强度相比于1度时的强度以另一3倍系数下降——因此，2度时的强度可以比0.5度时的强度低9倍系数。显示系统的屏幕上的图像的亮度可以相比于具有相等功率或光源强度的传统显示系统增加约100至500的系数。观看者可以与投影仪相距一定距离，使得观察角很小，在一些情况下小于约10度、5度、4度、3度、2度或1度。

在一些实施方式中，显示系统还包括用于提供声音以补充图像或视频的声音系统。在一些实施方式中，所述图像或视频是三维的，利用两个投影仪，分别针对每只眼睛。在一些实施方式中，图像或视频是2D维度的，利用单个投影仪向双眼投影内容。

逆反射器显示系统

在一方面，显示系统包括具有逆反射屏幕元件的逆反射屏幕，逆反射屏幕元件沿着与光的传播方向基本上非平行的方向反射光。每个逆反射屏幕元件包括至少三个相交平面(例如，以锥体结构或截锥体结构的形式相交)。三个相交平面中的至少一个平面能够以90°的角度与(例如，同一逆反射屏幕元件的)相邻平面相交，并且具有大于0°的偏移。所述偏移可以例如在约-45°至45°的范围内。系统还包括将光投影到逆反射屏幕上的至少一个投影仪，所述光表征图像或视频。相比于其中逆反射屏幕元件具有各自以90°的角度与相邻平面相交而无偏移的平面的逆反射屏幕，具有逆反射屏幕元件的逆反射屏幕以减少了至少10％的光学串扰和/或增加了至少5％的强度来反射光。逆反射屏幕可以包括截顶的隅角立方反射器。在一些情况下，系统包括多个投影仪。例如，系统可以包括提供用于3D观看的立体图像或视频的两个投影仪。例如，图像或视频由不止一个投影仪呈现，使得在由逆反射屏幕反射时，图像或视频是三维的。

在一些情况下，图像或视频是三维的，而无需使用诸如3D眼镜等任何光学器件。投影仪可以将光投影到逆反射屏幕上而不通过分束器。逆反射屏幕可以将来自投影仪的光反射至观看者，而无需使光通过分束器。因此，可以从显示系统中排除分束器。

投影仪可以是可安装在观看者的身体上的。在一些示例中，投影仪可安装在观看者的头部上。投影仪可以是可安装有支撑构件的，所述支撑构件诸如为主体或头部支撑构件(例如，一个或多个支撑带)。投影仪可以直接安装至用户的身体或个人物品(例如，帽子)。投影仪还可以独立于观看者而安装在固定位置处，使得观看者可以进入投影仪的范围。

显示系统可以包括用于提供声音以补充图像或视频的声音系统。声音可以伴随观看者的观看体验，诸如通过耳机或其他本地扬声器系统的方式。

显示系统可以包括用于跟踪用户的位置以及用户面向的方向以及用户正在看向的方向的系统。该跟踪系统可以使用各种技术，包括但不限于：加速计、陀螺仪、电磁信号检测、可见光或红外照明和相机，或者与相机相组合的身体安装标记物。跟踪系统可以包括使用一个或多个传感器来检测或跟踪用户的朝向、移动或姿势。所述一个或多个传感器可以位于或可以不位于用户处。

逆反射屏幕可以具有各种大小和配置。屏幕可以是基本上平坦的或弯曲的。屏幕可以具有至少约1米(m)、10m或50m的宽度，以及至少约1m，10m或50m的高度。在大面积场景中，至少部分地由于显示器大小的质量以及在同一屏幕区域上具有多个图像/视频，大面积显示器可以对于广告目的或其他展示演示有效。

图1示出了代表性逆反射屏幕100的正视图。逆反射屏幕100由截顶的隅角立方反射器的阵列组成。隅角立方反射器还可以由备选几何结构组成。在Frey等人的美国专利号5,763,049以及Smith的美国专利号7,261,424中提供了隅角立方反射器的示例，上述专利通过引用而全文并入于此。在一些实施方式中，每个隅角立方反射器的大小小于预计或预测的投影图像的大小，其中像素大小由投影仪显示系统和该投影仪距逆反射屏幕的距离的组合来确定。有多种途径用于制造带有逆反射屏幕元件的逆反射屏幕。这样的途径的示例描述在美国专利号5,763,049和7,261,424中，其中每一个通过引用整体并入于此。

逆反射屏幕可以包括具有相交平面的逆反射屏幕元件。逆反射屏幕可以包括多个逆反射屏幕元件。这在图19中示意性地图示，图19示出了逆反射屏幕1900，其包括具有相交平面A-F的锥体逆反射屏幕元件。相邻元件的平面能够以90°的角度彼此相交。例如，示意图左下方部分的平面B 1903和平面C 1901以90°的角度相交。在一些情况下，三个相交平面中的至少一个能够以90°的角度与(例如，同一逆反射屏幕元件的)相邻平面相交并具有大于0°的偏移。所述偏移可以例如在约-45°至45°的范围内。例如，图19左下方部分的平面D1907能够以90°的角度与平面E 1905相交并且具有大于0°的偏移。例如，平面D 1907能够以大于90°或小于90°的角度与平面E 1905相交。

图2示出了具有投影仪201和逆反射屏幕203的系统200的示意性俯视图。屏幕的逆反射属性使得入射在屏幕上的大部分光不管入射角如何都以紧密的定向光锥反射回投影仪。这与以相对各向同性的方式散射入射光的一些常规屏幕相反。在这种常规屏幕设置中，入射在屏幕上的光中的仅非常小部分实际上射在观看者的眼睛上。由于这种类型的系统的逆反射效果，因此如果观看者的一只或多只眼睛205非常靠近于投影仪，使得由投影仪到反射屏幕并返回至观看者的眼睛的路径211所限定的角度较小，则与常规投影仪和反射屏幕设置相比，图像的亮度可以显著增加。显示系统的屏幕上的图像的亮度可以相比于具有相等功率或光源强度的传统显示系统增加约100至500的系数。由从投影仪到反射屏幕的光路径与返回至观看者的眼睛的光路径所限定的角度可以在0°到20°的范围内。观看者205可以靠近于投影仪201。观看者可以在距投影仪一定距离内。所述距离可以在约0米至5米的范围内。图2中示出了投影仪距屏幕的距离比观看者的位置距屏幕更远，然而，观看者可以位于相对于投影仪的任何位置处。图2的系统可以具有或可以不具有分束器。

图3示意性地示出了示例性系统300，其包括代表性逆反射屏幕301以及使用两个投影仪303、305以便获得立体效果的投影仪系统的俯视图。系统300可能能够示出立体视频或图像。该系统可以包括两个或更多个投影仪。在所图示的示例中，从右投影仪305投影的图像可以主要被右眼看见，而从左投影仪303投影的图像可以主要被左眼看见。通过使从右投影仪到左眼以及从左投影仪到右眼的图像的亮度最小化，系统300可以具有减少串扰的优点。系统300可以允许裸眼3D显示，特别是当串扰和/或感知串扰充分地最小化时。

图4-图7示出了在基于逆反射投影仪的HMD AR/VR系统中的光学和几何形状的基线理解的示例。图4示意性地示出了观看者观察两个球，球“A”和球“B”。球A和球B位于图4的中间。此外，图4示出了球A和球B距观看者标称距离的情况下的相关左眼视角41(左)和右眼视角42(右)。作为参考，在图中添加了虚线以表示视野(FOV)的中心线。在左视角41中，观看者可以看到两个球略微位于FOV中心的右侧。此外，更接近观看者的球(球B)可以比更远于观看者的球(球A)略微更靠近右侧。在右视角42中，观看者可以看到两个球略微位于FOV中心的左侧。另外，更接近观看者的球(球B)可以比更远于观看者的球(球A)略微更靠近左侧。以这种方式，图4图示了分别从左视角41和右视角42感知的物体的不同视角41和42。

图5示意性地示出了观看者观察两个球，球“C”和球“D”。球C和球D位于图5的中间。与图4所示的场景相比，在如图5所示的场景中，球更靠近观看者。此外，图5图示了在球距观看者的距离比标称距离更近的情况下的相关左眼视角51(左)和右眼视角52(右)。同样，绘制了虚线以表示视野(FOV)的中心线。在左视角51中，观看者应看到两个球比在图4中观察到的略微位于FOV中心的更右侧。类似地，在右视角52中，观看者应看到两个球比在图4中观察到的位于FOV中心的更左侧。此外，每个视角中两球之间的间隔大于图4中所示的间隔。

图6和图7图示了观看者与逆反射屏幕相距不同距离的示例。图6示意性地示出了在距观看者第一距离处靠近于左眼的代表性逆反射屏幕601和投影仪系统603的俯视图。还如图6所示，箭头示意性地示出了相比于观看者距显示表面标称距离处的图像大小的图像移位相对量。投影图像的跨度为距离63。在一些情况下，当投影仪直接向前瞄准平行于观看者的注视方向时，对于给定的视野角度，投影图像与观看者的左眼之间FOV之间的线性距离由箭头线61表示。该距离的大小和投影仪与观看者的左眼之间的线性距离(由箭头线62表示)相匹配。

图7示意性地示出了靠近于左眼的代表性逆反射屏幕701和投影仪系统703的俯视图，其中箭头示意性地示出了相比于观看者距显示表面更短的标称距离处的图像大小的图像移位相对量。在所示的场景中，观看者距显示表面的标称距离可以短于如图6所示场景中的距离。从观看者到显示表面的距离更短的情况下，FOV的角度不变，而图像和FOV的大小与观看距离的减小量成比例地减小。在一些实施方式中，如图7中所示的图像73的大小比如图6中所示的图像63的大小更小。然而，如果投影仪与观看者的左眼之间的线性距离72不变，如典型HMD的情况那样，则投影图像与观看者的左眼FOV之间的线性距离(由箭头线71表示)也会保持不变。因此，长度72将是整个图像大小73的更大部分。

图8示意性地示出了观看者观察两个球以及没有IPD校正/位置/方向校正的、相关联的AR/VR表示。IPD可以指示左眼与右眼之间的距离。IPD可能根据不同的用户而不同。不同的IPD可能导致眼睛感知到不同的物体位置。在一些情况下，不同的IPD可能导致在AR/VR表示中感知的物体具有不同间隔。球E和球F位于图8的中间。在如图8所示的场景中，一个或多个投影仪815、817可以位于相对于左眼810和右眼813有一定偏移的位置。这样的投影仪偏移可引起AR/VR表示的移位。图8图示了针对左眼和右眼应当如何观看两球的相关视角81和82。针对左眼和右眼示出了相关联的AR/VR表示83和84。因此，AR/VR表示83和84图示了当投影分别与左眼和右眼不对齐时所看到的视图。与通过眼睛观看到的间隔85、86相比，没有校正的视角具有更大程度的间隔801、803。此外，与预期的正确球位置87、88相比，没有校正的视角具有位置移位805、807。因此，期望提供用于调整投影图像的方法和系统，以避免可能由投影仪偏移而引起的移位。

在VR环境中，左眼810和右眼813可以由一个或多个相机代替。在示例中，相机位置可被设置为与眼睛位置相同。在一些实施方式中，为了分别使左眼视图81和右眼视图82匹配相关联的AR/VR表示视图83、84，VR环境中的相机位置可被配置成与眼睛在该VR环境中的位置相匹配。在一些情况下，可能难以后呈现(post-render)并改变多个物体的相对位置，使得83中的视角与81中的视角相匹配。例如，当左眼移位使得与AR/VR表示视图83中的白球F相对应的物体被正确定位，以与在视角视图81中感知到的球F位置相对准，AR/VR表示视图83中的黑球E的位置可能过于偏左。

因此，可以提供一种方法，以校正由IPD改变和/或朝向偏差引起的AR/VR表示中的移位或偏移。如上所述，IPD根据不同的用户可能改变。朝向偏差可能例如由眼睛与投影仪之间的相对位置、用户的面向方向的改变等引起。

本公开内容的一方面提供了一种用于在呈现AR/VR内容时对虚拟相机位置和朝向进行实时调整的方法，以使得用户能够以正确和预期的视角观看AR/VR内容，而无论用户相对于显示表面的位置、不同的IPD值和投影仪位置如何。所述方法可以是基于软件的。在一些情况下，所述方法可以不需要在物理世界中调整投影仪或屏幕位置或方向。

在一些实施方式中，调整VR/AR空间中所述虚拟“相机”的位置。在这种情况下，所述虚拟相机表示VR/AR环境中所述呈现相机的位置。例如，如果相机在VR/AR环境中向左移位，则该源的投影图像的视角就好像观看者的眼睛也向左移位了相似距离。

在一些实施方式中，使用算法来调整相机的朝向，该算法计算相机朝向的调整量，以便提供最佳匹配观看者的观看体验的视角。通过这种方式，相机朝向的调整量可以是基于用户相对于显示表面的位置。

在一些情况下，所述方法可以包括(1)将VR环境中的相机位置对正至VR环境中的眼睛位置，以及(2)执行校正以补偿现实世界中的投影仪与虚拟现实环境中相机的位置之间的位置偏移。所提供的方法可以校正在AR/VR表示中感知的间隔距离以及/或者AR/VR表示视图与眼睛视角视图之间的移位。

根据所述方法，提供了一种实现IPD和朝向校正的算法。在该算法中，针对给定用户和头戴式设置，一些参数不是时间(t)的函数。一些参数，诸如用户眼睛位置/朝向和用户相对于显示表面的相对位置，可以随时间(t)变化。下面提供了示例性参数列表：

·左眼位置和朝向由l_eye(x,y,z,α,β,γ,t)表示

·右眼位置和朝向由r_eye(x,y,z,α,β,γ,t)表示

·左投影仪的位置和相对于现实世界空间中左眼的朝向由l_proj(x,y,z,α,β,γ,t)表示

·右投影仪的位置和相对于现实世界空间中右眼的朝向由r_proj(x,y,z,α,β,γ,t)表示

·瞳孔间距由IPD表示

·投影仪间隔由projector_separation(x,y,z)表示

·投影仪与用户面部的角度距正常角度的偏差，由proj_angle_offset(α,β,γ)表示

·虚拟世界中左投影仪朝向校正由l_proj_v_corr(α,β,γ)表示

·虚拟世界中右投影仪朝向校正由r_proj_v_corr(α,β,γ)表示

·虚拟世界中左投影仪的位置由l_proj_v(x,y,z)表示

·虚拟世界中右投影仪的位置由r_proj_v(x,y,z)表示

·眼睛到投影仪的位置差由eye_proj_diff(x,y,z)表示

·绝对值由函数ABS表示

·反正切函数由ATAN表示

·左右角度朝向由α表示

·观看方向上的屏幕位置由screen_location(x,y,z,t)表示

·针对左眼和右眼，眼睛到屏幕的距离为时间的函数分别由l_screen_eye_distance(t)和r_screen_eye_distance(t)表示

利用上述定义，在简化示例中考虑不同用户的IPD差异以及左侧和右投影仪的位置和朝向的代表性算法将如下所示。在该示例中，为了简化说明，示出了对x方向(左-右)和α角度朝向的校正：

·IPD＝r_eye(x)–l_eye(x)；IPD可以指示左眼与右眼之间的距离。

·eye_proj_diff(x)＝(ABS[r_proj(x)–l_proj(x)]–IPD)/2；因此，

eye_proj_diff(x)可以指示眼睛与投影仪之间在左-右方向上的差异

·l_screen_eye_distance＝screen_location–l_eye；因此，

l_screen_eye_distance可以指示从屏幕到左眼的距离

·r_screen_eye_distance＝screen_location–r_eye；因此，

r_screen_eye_distance可以指示从屏幕到右眼的距离

·l_proj_v(x)＝l_eye(x)；因此，左投影仪的位置设置在与左眼位置相同的位置处

·r_proj_v(x)＝r_eye(x)

·l_proj_v_corr(α)＝ATAN[eye_proj_diff(x)/l_screen_eye_distance]+proj_angle_offset(α)；

因此，l_proj_v_corr(α)描述了针对错误安装的投影仪或有意以一朝向偏移安装的投影仪进行校正的几何结构。校正l_proj_v_corr(α)是正校正，而r_proj_v_corr(α)是负校正。

·r_proj_v_corr(α)＝–(ATAN[eye_proj_diff(x)/r_screen_eye_distance]+proj_angle_offset(α))

虽然以上等式示出了对简单的左右位置场景的校正，但是所概述的相同方法可用于说明投影仪相对于眼睛的其他位置(例如，安装在每只眼睛的上方、下方或上方/下方的组合的投影仪)。此外，虽然以上等式示出了对于投影仪在每只眼睛的左/右方向上与左右方向上的正常投影存在偏差的简单情况进行的角度校正，但是所概述的方法可用于说明投影仪安装在每只眼睛的上方、下方或上方/下方的组合，并且在一定方向范围内与正常投影存在偏差。还应注意，校正是可以对内容和/或VR/AR环境执行，而不是依赖于对投影仪位置和朝向进行的物理调整。以上等式是代表性示例，并且本质上被认为是说明性的而非限制性的。

图9示意性地示出了观看者观察两个球(中间)以及具有IPD校正时两球应如何被观看的相关联的左眼和右眼视角91和92。针对左眼和右眼示出了在应用IPD校正之后的相关联的AR/VR表示93和94。IPD校正可以帮助校正由用户在AR/VR表示中感知的间隔，使得AR/VR表示中的间隔903与眼睛观看到的间隔901相匹配。然而，相对于预期的正确球位置，仍存在位置移位905。

图10示意性地示出了观看者观察两个球(中间)以及两球应如何被观看的相关联的左眼和右眼视角101和102，其中显示表面距观看者比图9中的距离更近。针对左眼和右眼示出了在执行IPD校正之后的相关联的AR/VR表示103和104。类似于图9，在具有IPD校正但没有朝向校正的情况下，两球之间的间隔被校正，然而，由于距显示表面的距离更近，相对于预期的正确球位置的位置移位1001在大小上大于图9中所示的移位905。

图11示意性地示出了执行IPD校正和朝向校正的示例。在应用IPD校正和朝向校正之后，AR/VR表示视图与眼睛视角视图之间的距离间隔和位置都得以匹配。如图11中所示，观看者正在观察两个球(中间)以及两球应被观看的相关联的左眼和右眼视角111和112。当应用IPD校正和朝向校正时，针对左眼和右眼示出了相关联的AR/VR表示113和114。可以观察到，在应用IPD和朝向校正的情况下，AR/VR表示与111和112中所示的适当视图相匹配。

示例1

为了提供更好的清晰度，下面概述了使用代表值的示例。以下使用的值仅用于说明性目的：

·假设IPD＝72mm

·假设eye_proj_diff(x)＝14mm

·假设两个虚拟物体中第一个的位置距离虚拟世界中观看者800mm，并将该虚拟物体设置为直接位于观看者的前方。假设两个虚拟物体中第二个的位置距离虚拟世界中观看者1600mm并且假设该虚拟物体直接位于观看者的前方

·假设l_screen_eye_distance＝r_screen_eye_distance＝2400mm

(从观看者到投影平面或屏幕的距离)

在这种情况下，第一虚拟物体的中心投影到投影平面上的正确位置对于左眼应为+72mm(在图8中由85示意性地示出，使用白球表示虚拟物体)，对于右眼为-72mm(在图8中由86示意性地示出)。类似地，第二虚拟物体的中心投影到投影平面上的正确位置对于左眼应为+18mm(在图8中由87示意性地示出，使用白球表示虚拟物体)，对于右眼为-18mm(在图8中由88示意性地示出)。如果不应用校正并且如果虚拟相机的位置设置在物理投影仪的位置，则对于第一虚拟物体，投影平面上的图像的位置将为+/-86mm(100mm-14mm)。类似地，如果不应用校正并且如果虚拟相机的位置设置在物理投影仪的位置，则针对第二虚拟物体，第二虚拟物体在投影平面上的图像的位置将为+/-11mm(25mm-14mm)。结果表明，在没有IPD校正和/或朝向校正的情况下，物体处于不正确的位置，并且两个物体之间的横向间隔显著增加。

当通过将相机位置设置为观看者眼睛的位置来校正相机位置时，对于第一虚拟物体，投影平面上的图像的位置为+/-58mm(72mm-14mm)。类似地，如果不应用校正或者如果虚拟相机的位置被设置在物理投影仪的位置，则针对第二虚拟物体，第二虚拟物体在投影平面上的图像的位置将为+/-4mm(18mm-14mm)。通过应用将相机位置设置为观看者眼睛而非投影仪位置的校正，针对每只眼睛，两个物体之间的间隔现在为正确的54mm，在该示例中与72mm-18mm的预期和正确间隔相匹配。但是，这两个物体的绝对位置仍然不正确。这在图9中示意性可见，图9示意性地示出了这两个物体之间具有正确间隔但是位置存在移位。应当注意，位置移位的大小取决于观看者距屏幕的距离。这通过比较图9的AR/VR表示视图与图10的AR/VR表示视图而示意性地示出。

为了校正图9与图10的AR/VR表示视图中所示的偏移或移位，现在使用下面的两个等式：

·l_proj_v_corr(α)＝ATAN[eye_proj_diff(x)/l_screen_eye_distance]+proj_angle_offset(α)

·r_proj_v_corr(α)＝–(ATAN[eye_proj_diff(x)/r_screen_eye_distance]+proj_angle_offset(α))

对于上面的简单示例，proj_angle_offset为0，因为投影仪是直接指向前方的。两个等式中的关键项分别是

ATAN[eye_proj_diff(x)/l_screen_eye_distance]和ATAN[eye_proj_diff(x)/l_screen_eye_distance]。在该示例中，所计算出的角度校正分别为0.401度。

＝ATAN[14mm/2000mm]＝0.401度

这是要应用于虚拟世界中相机的左/右方向上角度旋转的校正值，使得当投影到投影平面上时两个物体都处于正确的位置。图11示意性地示出了该最终结果，其中AR/VR表示视图中的两个对象的位置与眼睛视角视图相匹配。

上述等式中的分母具有2000mm的值并且取决于观看者相对于投影平面的位置。因此，该值随时间而变化。如下所述，跟踪实时的用户位置和头部朝向以便实现该算法。

多个用户可能能够同时从该算法和方法中受益。在一些情况下，当每个用户的位置和朝向已知时，多个用户可以从该算法和方法中受益。

图12示意性地示出了左眼图像和右眼图像的叠加，演示了其中一只眼睛所视物体被截断。如图12中所示，由于左投影仪与右投影仪之间的间隔，左投影图像121偏移至右投影图像122的左侧。使用逆反射屏幕技术，左眼可以看到左图像121而右眼图像仅可看到右图像122。在一些情况下，AR/VR环境中的一些特征针对一只眼睛可能被截断，而针对另一只眼睛则不被截断。例如，如图12中所示，特征123在左投影图像121中被截断，而统一特征在右投影图像122中则得以展示。在一些情况下，这种效果可能对用户的立体观看质量产生不利影响。

图13示意性地示出了使用成角度的投影仪134的左眼图像和右眼图像的叠加。通过以一定角度布置投影仪134，可以通过减少左眼与右眼之间的图像截断中的失配量来改进3D观看。在一些情况下，为了减少一个图像133中的截断，一个或多个投影仪可以成角度地指向屏幕，使得所述一个或多个投影仪可以不垂直地指向屏幕。如图12中所示，可以通过使投影仪远离垂直角度来实现左投影图像131与右投影图像132之间的间隔减小。角度1301可以在例如约0至30度的范围内。本文提供的算法可用于实现投影仪的斜置。在一些实施方式中，可能需要本文提供的算法来实现投影仪的斜置。使用所提供的算法，可以校正由于投影仪斜置而导致的AR/VR表示中物体位置的偏移或移位。

图14示意性地示出了使用非平行投影仪提供宽视图的示例。在一些情况下，投影仪143可以以一定角度布置，以便增大有效视野。可以通过使用如本文提供的方法和/或算法来启用该应用，以校正由投影仪斜置引起的移位或偏移。例如，可以通过使投影仪偏离完全垂直的角度来实现左投影图像141与右投影图像142之间的间隔增加。利用这种类型的投影仪配置，可以扩大有效视野。用户视觉外围中的立体3D效果可能会受到影响，但在有一些应用中视野是要优化的重要参数。同样，出于说明性目的，两个图像垂直偏移，以使得它们在示图上不重叠。在一些情况下，可以通过调整投影仪的角度1401来调整视图范围。使用所提供的算法，可以校正由于投影仪斜置而导致的AR/VR表示中物体位置的偏移或移位。以上概述的算法补偿可用于实现这种类型的投影仪斜置。在没有该算法的情况下，投影仪的任何斜置均可能导致AR/VR世界中物体位置可能与适当的位置非常不一致，并且可能破坏立体效果，尤其是视野中心的立体效果。

在一些实施方式中，系统可以包括用于跟踪观看者的位置和/或朝向的组件，包括在许多情况下观看者的头部位置和朝向。在一些实施方式中，可以基于用户相对于屏幕、物理环境中的其他物体以及/或者该环境中的其他用户的位置和朝向，来修改投影内容。在一些示例中，显示系统可以利用跟踪机制来确定观看者相对于屏幕的位置。在一些示例中，跟踪机制可以确定观看者的位置，并且可被提供关于屏幕位置的信息。在一些示例中，跟踪机制可以确定屏幕的位置，并且可被提供关于观看者的位置的信息。例如，观看者可以在该观看者处于新位置时向显示系统发出信号。在一些示例中，跟踪机制可以确定观看者的位置以及一个或多个屏幕相对于该观看者的位置。观看者相对于一个或多个屏幕的位置可用于呈现向观看者展示的图像。投影仪相对于由观看者观看的一个或多个屏幕的位置也可用于呈现向该观看者展示的图像。此外，观看者的IPD可用于呈现向该观看者展示的图像。具体而言，所述图像可以在逆反射屏幕上展示给观看者。

跟踪系统可被配置用于跟踪用户的位置以及用户面向的方向以及用户正在看向的方向。该跟踪系统可以使用各种技术，包括但不限于：加速计、陀螺仪、电磁信号检测、可见光或红外照明和相机，或者与相机相组合的身体安装标记物。跟踪系统可以包括使用一个或多个传感器来检测或跟踪用户的朝向、移动或姿势。所述一个或多个传感器可以位于或可以不位于用户处。

图15示意性地示出了可以如何使用实时位置/朝向跟踪来修改AR/VR内容的示例。在一些情况下，位置/朝向跟踪方法可用于选择性地修改AR/VR内容的至少一部分。AR/VR内容的修改可以应用于图像的特定区域或整个图像。AR/VR内容的修改可以包括但不限于改变强度、颜色、分辨率和/或内容的存在/不存在。在此示例中，左侧的图像显示了未使用下文概述的方法的场景。在这种情况下，第一用户151投影到屏幕152上。站在第一用户与屏幕之间的第二用户继而可以将来自该第一用户的投影仪的光照射到他/她的面部153上。如果第二用户正在看向第一用户的方向，这可能导致眩光和不适。在该图的右侧，如果所述方法用于将RR显示系统与位置和方向跟踪相结合，则软件可以确定相邻用户的面部的区域154是否正在面向第一用户155的方向。如果是，则软件可以修改内容，以使得在由154表示的区域中投影黑色物体或不投影内容/光。这可以确保没有光照射到第二用户的眼睛中。

图16示意性地示出了跟踪用户朝向和/或位置以实时改进图像质量的示例。在一些情况下，强度和/或颜色校准要求的实时或预映射可以与用户朝向和位置相组合，以便实时地改进图像质量。在场景A中，可能发生诸如强度降低、变色或眩光161、162等缺陷。显示缺陷可能由各种因素引起，所述因素诸如为由于入射角较大、RR屏幕中有瑕疵或RR屏幕中存在弯曲。如场景A中所示，所显示图像的区域161可以存在强度降低或变色。由于用户的现实世界环境中的环境照明，另一区域162可以呈现镜面反射。可以通过算法应用补偿来调整这些位置中的VR/AR内容。例如，可以增加VR/AR世界中物体的照明强度或着色，以便抵消这些位置中的瑕疵或镜面反射的可见性。对于由眩光引起的缺陷162，当用户改变朝向或观看方向时，缺陷162的位置可能改变，如场景B中所示。在这种情况下，当用户在现实世界空间内移动时，可以通过跟踪用户相对于RR屏幕的位置和朝向以及环境光位置，对区域162、164实时地执行补偿调整。对于屏幕瑕疵导致的缺陷161、163，待补偿区域的位置在现实世界中可以是不变的，如在场景B中所示，然而，当用户在现实世界环境内移动时，在该区域163中显示的内容可能改变。在这种情况下，通过检测用户朝向改变和相对静止的缺陷位置，可以识别缺陷的原因(例如，屏幕缺陷)并且可以相应地执行补偿。

图17示意性地示出了使用位置/朝向跟踪方法来调制所显示内容的强度的示例。在一些情况下，可以通过跟踪用户位置/朝向来优化RR显示系统中的固定位置源的用户观看体验。在RR显示系统中，用户感知的RR光强度可能受到该用户与投影仪之间的相对位置的影响。相对位置变化可能导致RR光强度的变化，这可能是不期望的。通过实时跟踪用户的朝向/位置，用户相对于投影仪的位置被识别，以使得可以相应地确定RR光强度。继而可以相应地调整投影内容(例如，光强度、颜色)，使得RR光强度可以针对用户保持基本恒定。例如，在场景A中，用户1703的位置与投影仪源1701对齐，因此RR光强度处于峰值161。在场景B中，用户1707略微位于投影仪源1705的右侧，致使观看者看到的光强度162低于峰值。通过跟踪用户的朝向和/或位置，可以调整投影内容，使得用户观看的内容的强度独立于或者更少地依赖于该用户相对于投影仪源的位置。如图17中所示，通过增加场景B中的光强度应用了补偿，使得用户在左侧和右侧的两个位置处观察到的强度与在虚线165处所示的强度大致相同。

本公开内容的另一方面提供了一种被编程或以其他方式配置用于实现本公开内容的方法的系统。该系统可以包括可操作地耦合到投影仪和光检测器的计算机服务器。投影仪和光检测器可以是独立单元或者集成为投影与检测系统。

图20示意性地示出了系统2000，其包括AR/VR控制系统2100、逆反射屏幕2003、投影仪2001以及一个或多个用户2005。逆反射屏幕2003和投影仪200可以是如本文其他各处所述的相同的屏幕和投影仪。在一些实施方式中，AR/VR控制系统2100可被配置用于控制由投影仪2001投影的AR/VR内容。可以针对IPD以及/或者朝向或位置改变引起的、由用户2005在AR/VR表示中感知到的偏移或移位，对AR/VR内容进行校正。可以使用软件、硬件或两者的组合来实现AR/VR控制系统。

在一些实施方式中，AR/VR控制系统2100可以包括AR/VR内容校正单元2103和朝向跟踪单元2101。在一些情况下，这两个单元都位于用户处。在一些情况下，朝向跟踪单元2101位于用户处，而AR/VR内容校正单元2103位于距该用户远程的位置。

AR/VR内容校正单元2103可被配置用于执行算法和方法以调整VR/AR空间中“相机”的位置和/或朝向，如本文其他各处所述。AR/VR内容校正单元2103能够应用算法以校正由于诸如不同IPD、用户朝向/位置改变、成角度的投影仪应用等各种因素导致的AR/VR投影内容的偏移和移位。AR/VR内容校正单元2103能够对投影内容执行IPD校正和/或朝向校正。AR/VR内容校正单元2103还可被配置用于当与本文所述的朝向跟踪单元2101结合使用时执行一个或多个其他应用。

AR/VR内容校正单元2103可以具有一个或多个处理器以及至少一个用于存储程序指令的存储器。处理器可以位于用户处或距用户远程处。一个或多个处理器可以是能够执行特定指令集的单个或多个微处理器、现场可编程门阵列(FPGA)或数字信号处理器(DSP)。计算机可读指令可以存储在有形的非暂时性计算机可读介质上，诸如软盘、硬盘、CD-ROM(光盘-只读型存储器)和MO(磁光盘)、DVD-ROM(数字多功能盘-只读型存储器)、DVD RAM(数字多功能盘-随机存取存储器)或半导体存储器。或者，本文公开的方法可以用硬件组件或者硬件和软件的组合来实现，诸如为，例如ASIC、专用计算机或通用计算机。AR/VR内容校正单元2103可以是独立设备。或者，AR/VR内容校正单元2103可以是逆反射系统2000的组件。

朝向跟踪单元2101可被配置为跟踪用户的朝向、面向方向或位置。朝向跟踪单元可以与本文其他各处描述的跟踪系统相同。朝向跟踪单元2101可以与一个或多个传感器相通信，用于检测用户的移动，如本文其他各处所述。

朝向跟踪单元2101还可以与AR/VR内容校正单元2103相通信，使得AR/VR内容校正单元2103可以利用用户的实时位置/朝向来改进图像质量。例如，用户的实时位置/朝向可以用于选择性地修改投影内容的一部分或者补偿由于用户的移动引起的RR光强度变化。

朝向跟踪单元2101可以具有一个或多个处理器以及至少一个用于存储程序指令的存储器。处理器可以位于用户处或距用户远程处。一个或多个处理器可以是能够执行特定指令集的单个或多个微处理器、现场可编程门阵列(FPGA)或数字信号处理器(DSP)。计算机可读指令可以存储在有形的非暂时性计算机可读介质上，诸如软盘、硬盘、CD-ROM(光盘-只读型存储器)和MO(磁光盘)、DVD-ROM(数字多功能盘-只读型存储器)、DVD RAM(数字多功能盘-随机存取存储器)或半导体存储器。或者，本文公开的方法可以用硬件组件或者硬件和软件的组合来实现，诸如为，例如ASIC、专用计算机或通用计算机。朝向跟踪单元2101可以是独立设备。或者，朝向跟踪单元2101可以是逆反射系统2000的组件。

图21示出了两个观看者2101、2103将在基本的半透明或透明的逆反射系统2105、2107上看到的内容。左侧的观看者2101，在没有投影仪系统或投影仪系统关闭的情况下，将透过半透明或透明材料2105进行观看。例如，观看者2101可以看到在逆反射材料后面行走的代表人。右侧的观看者2103，在具有投影仪系统2109或投影仪系统2109操作的情况下，可能无法透过逆反射材料2107进行观看，并且可能仅能看到由系统投影的图像。或者，观看者2103可能能够看到投影图像重叠在逆反射系统后面的物理世界上。这允许右侧的观看者2103与左侧的观看者2101在观看逆反射材料的同一区域时，看到完全不同的图像。

逆反射屏幕可以是基本上平坦的或弯曲的。逆反射屏幕的曲率可以相对于观看者是凸的或凹的。在一些实施方式中，逆反射屏幕可具有变化的透明度。可以通过改变逆反射屏幕元件的配置、屏幕的曲率、将额外的材料应用于逆反射屏幕以及各种其他方式来设计或控制透明度。可以在各种情况下利用半透明度和透明度，详见下文的附图。

半透明或透明材料可以是视觉上半透明的材料或透明材料，容许至少一部分光由此穿过该材料以允许通过该材料实现至少部分可视化。例如，透明材料或半透明材料可以允许可见光谱中的大部分光穿过并允许通过该材料实现至少部分可视化。半透明材料或半透明材料可以仅允许一部分可见光或某些波长的光穿过，从而致使可见度降低到一定程度。第一部分可以对可见光谱至少部分透明，以使得用户可以透过该部分看到潜在物体或该材料后面的物体。

图22示出了在基本的半透明或透明的逆反射系统2210上进行观看的多个观看者的示例。多个用户可能能够同时观看相同的逆反射系统。逆反射系统2210可以允许多个观看者在同一屏幕上同时观看单独定制的内容，诸如但不限于视频、照片、游戏、广告或生产力软件。由于屏幕的透明或半透明性质，多个观看者中的一个或多个可能能够观察该屏幕后面的物体或内容。在一些情况下，观看者可以与单个投影仪相关联。与不同观看角度相关联的不同观看者可以观看不同的投影内容。在一些情况下，在没有投影仪系统或投影仪系统关闭的情况下，观看者可能能够透过逆反射屏幕进行观看。例如，在没有投影仪系统或投影仪系统关闭的情况下，左侧的观看者2201可以透过逆反射系统2210的半透明或透明材料进行观看，并且如图22中所示，可以看到在逆反射材料后面行走的代表人，如图像2211所示。具有投影仪系统的观看者2202、2203、2204可能无法透过逆反射材料进行观看，并且可能仅能看到分别由他们各自的投影仪系统投影的图像2212、2213、2214。这可以允许具有投影系统的每个观看者使用逆反射材料的同一区域来观看与其他各位不同的图像。在一些情况下，每个观看者观看的图像可以完全不同。在一些情况下，每个观看者观看的图像可以共享共同的部分。或者，配备有投影仪系统的多个观看者可以观看相同的投影内容。

图23示出了覆盖在透明或半透明基板上的半透明或透明逆反射材料的示例。透明或半透明基板可以是或不是刚性的。在一些实施方式中，一片半透明或透明的逆反射材料2307、2311可以覆盖在透明或半透明基板2305、2309上，所述基板诸如为窗户、玻璃纤维、聚碳酸酯等。在没有投影仪系统或投影仪系统关闭的情况下，左侧的观看者2301可以透过半透明或透明材料2307以及透明或半透明基板2305进行观看，并且可以看到屏幕后面的物体(例如，室外景观)。在具有投影仪系统或投影仪系统开启的情况下，右侧的观看者2303在一些情况下可能无法透过逆反射材料2311进行观看，而可能仅能看到由投影仪系统2303投影的图像。右侧的观看者2303将透过半透明基板2309并透过逆反射材料边缘以外的部分2313进行观看，并且可以看到没有边框而直接并置的两个图像，一个由投影仪系统投影，而另一个是室外景观。在替代情况下，半透明或透明逆反射材料薄片的尺寸与透明或半透明基板的尺寸相同，使得观看者2303可能无法观察到基板后面的物理世界。类似地，任何数目的观看者均可能能够通过他们的投影仪系统观看投影图像并且能够透过基板2309的一部分观看物理对象，并且任何数目的观看者均可能能够在无投影仪系统正在操作的情况下透过屏幕进行观看。在一些情况下，来自半透明或透明基板的背侧的观看者可能无法观看来自投影仪系统的、投影在正面的图像。

图24示出了覆盖在非透明材料2405上的半透明和透明的逆反射材料2407的示例。在一些情况下，非透明材料可以包括图案和/或图像。例如，非透明材料可以是印刷材料，诸如广告横幅、海报等。非透明材料可以是或不是刚性的。非透明材料2405与半透明和透明的逆反射材料2407可以具有或不具有相同的尺寸。在没有投影仪系统或无投影仪系统正在操作的情况下，左侧的观看者2401可以透过半透明或透明材料进行观看，继而看到代表性的印刷的纸制横幅，如图像2411所示。在有投影仪系统正在操作时，右侧的观看者2402、2403、2404可能无法透过逆反射材料进行观看，而仅可分别看到由其各自的系统投影的图像2212、2213、2214。类似地，所提供的系统可以允许任何数目的观看者在与逆反射材料相同的区域中看到从他们各自的投影仪系统投影的图像，每个图像可以单独定制。

图25示出了覆盖在有源数字显示器(诸如有源电视显示器2505)上的半透明和透明的逆反射材料2507的示例。数字显示器可以是任何显示设备，诸如电视、计算机(例如，膝上型计算机，台式计算机)、移动设备(例如，智能电话、平板电脑、寻呼机、个人数字助理(PDA))。显示设备可以可选地是便携式的。显示设备可以包括屏幕，诸如液晶显示器(LCD)屏幕、发光二极管(LED)屏幕、有机发光二极管(OLED)屏幕、等离子屏幕、电子墨水(e-ink)屏幕、触摸屏或者任何其他类型的屏幕或显示器。显示设备可以可选地包括触摸屏。在没有投影仪系统或无投影仪系统正在操作的情况下，左侧的观看者2501可以透过半透明或透明的逆反射材料2507进行观看，并且看到代表性的有源电视显示器2505，如图像2511所示。右侧的观看者2502、2503、2504各自与单独的投影仪系统相关联，可能无法透过逆反射材料进行观看，而仅可分别看到由其各自的系统投影的图像2512、2513、2514。类似地，所提供的系统可以允许任何数目的观看者在与逆反射材料相同的区域中看到从他们各自的投影仪系统投影的图像，每个图像可以单独定制。

图26示出了覆盖在有源数字显示器、非透明材料以及/或者透明或半透明材料的组合上或相邻于该组合放置的半透明和透明的逆反射材料的示例。如上所述，半透明和透明的逆反射材料2609可以覆盖在各种材料2605上或相邻于各种材料2605放置。在下面的材料可以是数字显示器(诸如电视)、印刷材料(诸如纸制横幅)、透明或半透明基板(诸如窗户)、各种其他材料或它们的组合。在没有投影仪系统或无投影仪系统正在操作的情况下，左侧的观看者2601可以透过半透明或透明的材料2507进行观看，并且看到逆反射材料2607后面的代表性材料或图像。在有投影仪系统的情况下，右侧的观看者2603可能无法透过逆反射材料进行观看，而可以看到由其各自的系统投影到逆反射材料上的图像，该图像并置在非逆反射材料上。此外，逆反射材料可以与非逆反射材料相邻放置，以创造交互式显示。多形状的半透明或透明材料与其他材料的组合可以创造无限的艺术和生产用例。类似地，所提供的系统可以允许任何数目的观看者在与逆反射材料相同的区域中看到从他们各自的投影仪系统投影的图像，每个图像可以单独定制。

在上述概述的用例中，根据特定应用RR薄片具有某些透明度属性可能是有益的。下面概述了实现所需特性的一些具体方法。

图27示意性地示出了代表性RR屏幕2700的一部分，其具有穿孔2701的以增加薄片透明度。在一些实施方式中，RR屏幕可以包括一个或多个穿孔2701。这提供了允许一部分光穿过RR屏幕且反射或折射效应减少的优点。这可以改进上述许多应用中的感知视觉性能，诸如与预先存在的横幅、透明TV应用或窗口覆盖应用配对的基于RR的数字标牌应用。可以改变穿孔2701的尺寸和间距以控制穿过RR屏幕的光。穿孔占面积的百分比可以在约10％至80％的范围内。穿孔2701可以包括在RR薄片材料中的通孔。穿孔2701可以包括任何形状，例如为圆形、正方形、矩形、三角形和各种其他形状。多个穿孔可以均匀地或可以不均匀地分布在整个RR薄片材料中。

图28示意性地示出了代表性RR屏幕2800的一部分，其中RR薄片的重复性部分被设计成平坦的而非隅角立方结构。RR薄片可以包括多个RR隅角立方元件2801。在一些实施方式中，RR隅角立方元件可以散布有平坦区域2802。当光射至平坦区域2802时，相对大部分的光可以透射通过薄片，反射和折射效应减至最少。平坦区域可以占RR薄片材料的任何百分比。例如，RR薄片的至少10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％或80％可以是平坦区域。用于改进光传输的平坦区域的百分比可以根据优选的透射要求而变化。在如图28中所示的示例中，RR薄片可以包括50％的元件位置用平坦区域2802替换。

图29示意性地示出了具有不同尺寸的平坦区域的两个代表性RR屏幕2910、2020的一部分。RR屏幕2910、2920可以包括RR薄片的重复性部分，其被设计成平坦的而非隅角立方结构。RR屏幕2910可以包括多个重复性RR隅角立方元件2901。多个RR隅角立方可以散布有多个平坦且相对透射性更高的表面2902、2903、2904、2905、2906。任意数目的RR隅角立方元件均可被平坦表面替换。在该示例中，平坦元件沿着平行于RR隅角立方棱镜的三角形基部的3个方向中的一个方向而排成一排。这种配置可能更易于并入到现有的制造过程中，但是用于设计平坦且透射表面的其他配置也是有可能的。多个平坦且透射的表面可以均匀地或可以不均匀地分布。在示例性RR屏幕2920中，多个平坦且透射表面2907可以均匀分布。该重复性平坦表面可以允许光以最少的反射和/或衍射在两个方向上穿过RR片。可以改变平坦表面的尺寸以调整在RR强度与RR薄片的透明度参数之间进行的相对折中。例如，较大的平坦表面可以使透明度更高而强度更低。

在一些实施方式中，RR屏幕可以包括安装在背板上的RR薄片。透明RR薄片在棱镜侧没有背板/层的关键挑战之一是任何液体、污垢、粘合剂或甚至指纹均可能影响RR立方元件的性能。然而，如果使用标准粘合剂或热黏合技术，则背板的安装也影响RR立方元件的性能，因为立方元件的大小在深度上通常明显小于1mm。图30示意性地示出了用于安装RR薄片而不影响RR隅角立方的光学属性的安装技术。该安装技术可以使用尖端安装。该方法可以在元件3001的尖端上使用少量粘合剂，或者在背板3003上涂上非常薄的粘合剂层3002。这有利于提供一种安装或粘附至RR薄片上而对RR元件的光学性能影响减小的背板，如3004所示。所提供的安装方法可以应用于透明或不透明的RR薄片，以使得背板黏合至RR薄片的过程引起的视觉伪像减至最少。除了安装在背板上之外，这种安装方法还可以用于将RR薄片材料直接安装至任何基板，诸如横幅/海报、透明玻璃或塑料基板或者传统的有源显示器。该方法还可以与本文之后描述的各种安装方法结合使用。除了传统的背板之外，所述安装还可以用于各种薄膜或基板。

在一些示例中，粘合剂是光学透明材料。例如，粘合剂是环氧树脂。粘合剂可以是任何合适的材料，诸如为环氧树脂、聚氨酯、硅树脂、氰基丙烯酸酯、聚酯树脂基材料或它们的组合。在一些示例中，粘合剂薄层3002可以是至少部分地或全部地包含粘合剂的薄膜，或者是粘合薄膜，其包含很薄的透明薄膜且薄膜两面均有粘合剂涂层。这样可以得到双面的粘合薄膜，其性能类似于均匀的单层粘合剂薄层。所述薄膜两面上的粘合剂层的强度和/或厚度可以相同或不同。在一些情况下，可能希望薄膜两面上粘合剂层的强度和/或厚度不同，以便为设计整个系统性能提供更大的灵活性。

图31示意性地示出了能够实现背板以更薄或更大间距进行密封/黏合以减少视觉伪像的安装技术。可以设计边界图案以最小化视觉伪像。在典型的非透明RR薄片3110中，黏合带3101的宽度可以为大约0.5mm或更宽。出于说明性目的，以矩形网格图案示出了黏合图案，但是该图案不限于为矩形网格。在一些情况下，对于透明和非透明RR薄片，使该密封/黏合图案的尺寸和/或间距最小化以减少视觉伪像并增加亮度是十分重要的。在示例3120中，具有较大间距的较薄的黏合线配置3102可以使得RR薄片的视觉伪像减少并且亮度增加。

图32示意性地示出了能够将RR薄片材料黏合至背板3201的安装技术。该技术可以允许使用粘合剂或其他材料来改变屏幕的透射属性，所述粘合剂或其他材料允许在跨越多个RR隅角立方元件的区域上增加透明度。具有足够流动性以流入隅角立方元件的基部的粘合材料3202可以是具有高透明度的材料。RR薄片材料3203具有面向背板3201的RR隅角立方元件和粘合材料3202。RR薄片材料3202可以附接至背板3201以形成黏合屏幕3204而粘合材料3202夹在其间。通过使用具有高透明度的粘合材料，可以减少反射和/或折射，如图32所示。期望的结果是，通过该组合叠层的光3205的通路示出最小的反射或折射。在缺少粘合剂材料的情况下，光3206可以从RR元件反射回来，或者当光源3207来自组合的RR薄片和背板的背面而没有粘合剂材料3202时，可能发生强烈的折射。

图33示意性地示出了能够黏合至后基板而允许选择性地改变屏幕的透射属性的安装技术。在一些实施方式中，该安装技术可以允许使用允许透明度增加的粘合剂或其他材料来改变薄膜的透射属性。改变透射属性的区域可以是选择性的。在一些情况下，所述区域可以是每个RR隅角立方的尖端区域。将RR薄片材料安装至背板3303的过程可以类似于图30所示的过程。不同之处在于可以设计粘合剂材料3301或3302的厚度和光学属性，以使得在黏合之后，尖端区域3304具有受控形状和尺寸的区域，从而可以实现期望的透明度。

图34示意性地示出了包括非隅角立方或球形配置的RR屏幕3400的示例。RR屏幕3400可以包括多个隅角立方元件。非立方元件可以包括任何形状，诸如球形。在一些情况下，这可以有利于增加通过RR屏幕的光传输。如图34中所示，来自薄片背面的一部分光入射到球体远离球体阵列与背板之间接触位置的一部分上，所述光将被折射偏离平行于入射光束3401的线。在另一情况下，入射到球体靠近球体阵列与背板之间接触位置的一部分上的光的一部分可以大致平行于入射光束3402而穿过薄片。

图35示意性地示出了具有常规隅角立方配置和隅角立方配置的变体的RR屏幕的示例。在一些实施方式中，在RR隅角立方配置中，以改变RR屏幕属性的方式调整隅角立方的特定角度，以便实现穿过薄膜的光的强度和方向性。在示例3510中，具有常规隅角立方配置的RR屏幕可以包括多个常规隅角立方3501，并且RR屏幕3501的剖面图示出为3505。在一些实施方式中，隅角立方的角度可以改变以实现RR屏幕的光学属性。例如，RR屏幕3520可以包括隅角立方3503的变体，其角度被优化以改进透明度属性。RR屏幕3503的剖面图示出为3506，其示出了隅角立方的不常规角度。下文和相关附图中的进一步细节描述了光通过薄膜的折射效应以及常规与变体配置之间的差异。可以使用以下方法来优化变体配置，以实现RR屏幕的优化的光学属性。可以设计变化配置以实现RR屏幕的受控的光学属性。

图36示意性地示出了入射光束3601从代表性RR屏幕3602的后面穿过到前面的角度。各种角度标记如下。角α表示光入射所至RR平面的表面与RR薄片前表面的法线之间的夹角。角β表示入射光束与RR薄片前表面的法线之间的夹角。角θ₁表示入射光线与光入射所至RR平面的表面的法线之间的夹角。角θ₂表示进入RR材料后的光线与光入射所至RR平面的表面的法线之间的夹角。角θ₃表示进入RR材料后的光线与RR薄片前表面的法线之间的夹角。角θ₄表示穿过RR材料后的光线与RR薄片前表面的法线之间的夹角。使用这些角度并已知所讨论材料的折射率的情况下，可以使用斯涅尔定律(Snell’s law)针对一系列进光入射角β的值，来计算θ₄的出射值。该分析针对α和不同材料的不同值而进行。α的每个不同值将有可能代表不同的RR薄片元件配置。

图37示意性地示出了代表性分析，其示出了RR隅角立方配置对穿过薄膜的光的角度值的影响。该图的上半部分示出了使用高折射率1.54的材料的代表性基线配置3701。该图的下半部分示出了为了改进透明度属性而优化了角度并且使用较低折射率1.49的代表性配置3702。该图的右侧示出了分别在这两个场景中的每一个场景中，针对一系列进光入射角β的值计算出的θ₄的值。由于棱镜的几何形状和对称性，入射在没有背板的RR薄片背面上的光将在透过薄片之后被分成六个点。可以使用结合图36描述的方法来确定所述光点的位置为为入射角的函数。通过分析可知，在进光β值为0度时(对应于光垂直入射至薄片背面)，常规配置下θ₄的对应值可测地大于角α值增加后的情况下θ₄的对应值。类似地，当β值为0度时，下半部分场景中(较小折射率)θ₄的值也减小了。在上述许多应用中，当β值为0度时，期望θ₄的值最小化。在定性方面，角θ₄本身表现为通过RR薄片观看到的物体的角度移位。当通过薄片观看时，将角度移位量最小化改进了对物体的感知视觉质量。如图37的图表中所示，另一重要参数是每个图表中θ₄的最小值。对于常规配置图(上图)可知，θ₄的最小值约为22度，而对于α值较大且折射率较低的场景，该最小值约为6度。在定性方面，所述最小值可以表示角度范围，在该角度范围内直接在薄片前面观看半透明薄片的人将无法看到薄片后面的物体。例如，在常规配置中，对于距观看者眼睛+/-22度的范围，对于用户而言半透明薄片实际上可以是不透明。θ₄的最小值还表示与观看法线的夹角，在该角度时薄片对于观看者变得半透明。对于这两种效果，期望θ₄的最小值更低。因此，期望较大的α值，如3702示意性所示。除了对于未设计的隅角立方而言较大的α值要大于标称角度(35.3度)之外，还期望有较小的折射率和较大的棱镜尺寸。

图38示意性地示出了具有常规隅角立方配置和变体配置的RR屏幕的不同视图。在场景A中，可以使用具有常规隅角立方配置的RR屏幕，而在场景B中，可以使用具有优化配置的RR屏幕。在场景A中，半透明RR薄片3801可以位于物体3802的前方。根据RR薄片3801的朝向和配置，从正面观看RR薄片3801的用户3803可以看到屏幕3807的相对不透明的区域，角宽度为γ，其中γ约为如上所述的θ₄的最小值的2倍。物体3802可以透过薄片为可见的，具有角度偏移δ，其中δ可以通过RR隅角立方设计的几何形状和RR薄片的材料属性来确定。类似地，右侧的用户3804可以通过RR薄片3805用优化配置以γ和δ的角度来观看物体3806。在场景B中，当如上所述来设计RR薄片的配置的属性和几何形状时，不透明区域3808的角宽度可以显著减小，而透过屏幕看到的物体3806的角度偏移也可以是显著减小。

图39示意性地示出了通过改变半透明RR屏幕的曲率来改变该屏幕的透明度角度的方法。图39中的场景A可以与图38中描述的场景A相同，作为基线比较。由于γ和δ的角度不仅是RR屏幕材料属性和隅角立方几何形状的函数，而且是相对于RR屏幕的表面法线的入射角β和出射角θ₄的函数，因此角γ和δ可以通过改变屏幕的曲率进行调制。如情景B中所示，通过使屏幕曲率3901相对于观看者3903为凸，γ和δ的角度得以减小。此示例仅用于说明性目的，而曲率不限于为凸。在期望角γ和δ尽可能大的情况下可以使用凹曲率，并且还可以使用相对于观看者的上/下方向的曲率。

图40示意性地示出了使用半透明RR屏幕时并入薄片或薄膜以将光的均匀定向性改为更加前向定向的影响。在一些实施方式中，单独的薄片或薄膜4002可以位于RR屏幕4001的后面，以减小在某些方向上通过RR屏幕的光的强度。单独的薄膜4002可被配置用于将入射光调节和引导至特定方向。如示例中所示，垂直于RR屏幕4001表面而入射的光以高强度穿过该RR屏幕，而不垂直于RR屏幕4001而入射的光被高度受到了严重衰减。这具有将β限制在零附近相对较小值的效果，如图36所示。将单独的薄膜4002直接放在RR屏幕4002后面的影响通过光穿过左侧RR屏幕和光穿过右侧没有单独薄膜的RR屏幕来示出。在右侧，没有单独的薄膜4002，穿过薄膜的光具有所有允许的θ₄值。在左侧，穿过组合薄膜的光仅具有在β约等于0时的角度值θ₄的范围。使用单独的薄膜来调节入射光的方向可以在这样的应用中提供益处：其中在特定角度下，期望在RR薄片后面的物体、横幅或传统显示器的渗透最小化，而在其他需要的角度下，能够看到这些相同的物体、横幅或传统显示器。

计算机系统

图18示出了包括被编程用于实现本文公开的方法的计算机服务器(“服务器”)1801的系统1800。服务器1801包括中央处理器(CPU，本文中亦为“处理器”和“计算机处理器”)1805，其可以是单核或多核处理器或者用于并行处理的多个处理器。服务器1801还包括存储器1810(例如，随机存取存储器、只读存储器、闪速存储器)、电子存储单元1815(例如，硬盘)、用于与一个或多个其他系统通信的通信接口1820(例如，网络适配器)以及外围设备1825，诸如高速缓存、其他存储器、数据存储器和/或电子显示适配器。存储器1810、存储单元1815，接口1820和外围设备1825通过诸如主板等通信总线(实线)与CPU 1805通信。存储单元1815可以是用于储存数据的数据存储单元(或数据储存库)。服务器1801可以借助于通信接口1820可操作地耦合至计算机网络(“网络”)。网络可以是因特网、互联网和/或外联网，或者与因特网通信的内联网和/或外联网。在一些情况下，网络是电信网络和/或数据网络。网络可以包括一个或多个计算机服务器，计算机服务器可以实现分布式计算，诸如云计算。在一些情况下借助服务器1801，网络可以实现对等网络，该对等网络可以使耦合至服务器1801的设备能够表现为客户端或服务器。

存储单元1815可以储存文件或数据。服务器1801可以包括在服务器1801外部的，诸如位于远程服务器上的一个或多个附加数据存储单元，远程服务器通过内联网或因特网与服务器1801通信。

在一些情况下，系统1800包括单一服务器1801。在其他情况下，系统1800包括通过内联网和/或因特网彼此通信的多个服务器。

服务器1801可适于储存投影环境的用户信息和数据或者与投影环境相关的用户信息和数据，举例而言，诸如显示角度和强度设置。服务器1801可被编程用于通过耦合至服务器1801的投影仪来显示图像或视频。

如本文描述的方法可以通过在服务器1801的电子存储位置上，举例而言，诸如在存储器1810或电子存储单元1815上储存的机器(或计算机处理器)可执行代码(或软件)的方式来实现。在使用期间，代码可以由处理器1805执行。在一些情况下，代码可以从存储单元1815取回并储存在存储器1810上以供处理器1805迅速访问。在一些情况下，可以排除电子存储器单元1815，并且将机器可执行指令储存在存储器1810上。

代码可被预编译并配置用于与具有适于执行该代码的处理器的机器一起使用，或者可以在运行时期间被编译。代码能够以可被选择以使该代码能够以预编译或编译时(as-compiled)的方式执行的编程语言来提供。

服务器1801耦合至投影仪1830和光检测器1835(例如，与其通信)。在一个示例中，投影仪1830可以将图像或视频投影到逆反射屏幕上。在另一示例中，投影仪1830可以将紫外光或红外光投影到逆反射屏幕上。光检测器1835可以检测(或测量)来自逆反射屏幕的反射光。

投影仪1830可以包括用于将图像或视频引导和/或聚焦到逆反射屏幕上的一个或多个光学器件。光检测器可以是被配置用于在暴露于光下时产生电流的器件，举例而言，诸如电荷耦合器件(CCD)。

本文提供的系统和方法的各方面，诸如服务器1801，可以体现在编程中。该技术的各个方面可被认为是“产品”或“制品”，其通常为在一种类型的机器可读介质上携带或在该介质中体现的机器(或处理器)可执行代码和/或相关联数据的形式。机器可执行代码可以储存在诸如存储器(例如，只读存储器、随机存取存储器、闪速存储器)或硬盘等电子存储单元上。“存储”型介质可以包括任何或所有的计算机有形存储器、处理器等，或其相关联的模块，诸如各种半导体存储器、磁带驱动器、磁盘驱动器等，其可以在任何时间为软件编程提供非暂时性存储。软件的全部或部分有时可以通过因特网或各种其他电信网络进行通信。这样的通信例如可以使软件能够从一个计算机或处理器加载到另一计算机或处理器中，例如，从管理服务器或主机加载到应用服务器的计算机平台中。因此，可以承载软件元件的另一类型的介质包括诸如跨本地设备之间的物理接口、通过有线和光学陆上通信线网络以及通过各种空中链路而使用的光波、电波和电磁波。携带此类波的物理元件，诸如有线或无线链路、光学链路等，也可被认为是承载软件的介质。如本文所使用的，除非限制于非暂时性有形“存储”介质，否则诸如计算机或机器“可读介质”等术语是指参与向处理器提供指令以供执行的任何介质。

因此，诸如计算机可执行代码等机器可读介质可以采取许多形式，包括但不限于有形存储介质、载波介质或物理传输介质。非易失性存储介质包括例如光盘或磁盘，诸如任何一个或多个计算机中的任何存储设备等，诸如附图中所示的可用于实现数据库的那些介质等。易失性存储介质包括动态存储器，诸如这样的计算机平台的主存储器。有形传输介质包括同轴电缆、铜线和光纤，包括构成计算机系统内的总线的导线。载波传输介质可以采取电信号或电磁信号或者声波或光波如射频(RF)和红外(IR)数据通信期间产生的那些的形式。因此，计算机可读介质的常见形式包括例如：软盘、柔性盘、硬盘、磁带、任何其他磁性介质、CD-ROM、DVD或DVD-ROM、任何其他光学介质、穿孔纸带、任何其他具有孔洞图案的物理存储介质、RAM、ROM、PROM和EPROM、FLASH-EPROM、任何其他存储器芯片或匣盒、传送数据或指令的载波、传送这样的载波的电缆或链路，或者计算机可以从中读取程序代码和/或数据的任何其他介质。这些计算机可读介质形式中的许多可涉及将一个或多个指令的一个或多个序列携带至处理器以供执行。

本公开内容的方法和系统可以通过一个或多个算法的方式实现。算法可以在由中央处理器1805执行时通过软件的方式实现。

虽然本文示出和描述了本发明的优选实施方式，但对于本领域技术人员容易理解的是，这样的实施方式仅以示例的方式提供。本发明不旨在通过说明书中提供的具体示例来限制。虽然已经参考前述说明书描述了本发明，但本文的实施方式的描述和图示不应以限制性的意义来解释。本领域技术人员现将在不偏离本发明的情况下想到众多变更、改变和替换。此外，应当理解，本发明的所有方面不限于本文阐述的具体描绘、配置或相对比例，而是取决于多种条件和变量。应当理解，在本发明的实践中可以采用本文描述的本发明的实施方式的各种备选方案。因此可以设想，本发明还应当覆盖任何这样的替代、修改、改变或等同物。以下权利要求旨在限定本发明的范围，并且旨在由此涵盖这些权利要求及其等同物的范围内的方法和结构。

Claims (39)

1.一种显示系统，包括：

逆反射屏幕，其被配置用于沿着与入射光的传播方向不同的方向反射所述入射光，其中所述逆反射屏幕包括散布在逆反射元件的阵列内的多个透射性部分，其中所述透射性部分是相对于所述逆反射元件具有更高的光学透明度的平坦区域，使得所述逆反射屏幕是部分透明的；以及

投影仪，其被配置为将表征图像或视频的光引导至所述逆反射屏幕上以供观看者观看，其中所述逆反射屏幕将来自所述投影仪的所述光的一部分反射至所述观看者。

2.根据权利要求1所述的显示系统，其中所述透射性部分重复地散布在所述逆反射元件的阵列内。

3.根据权利要求1所述的显示系统，其中所述逆反射屏幕从相对于所述逆反射屏幕的表面的第一角度是部分透明的，而从相对于所述逆反射屏幕的表面的第二角度是不透明的。

4.根据权利要求1所述的显示系统，其中所述逆反射屏幕覆盖在有源数字显示器、印刷材料或者透明或半透明基板上。

5.根据权利要求1所述的显示系统，其中所述逆反射屏幕具有基于所述观看者的观看角度变化的可变的透明度。

6.根据权利要求1所述的显示系统，其中所述投影仪将所述光投影至所述逆反射屏幕上而无需使所述光通过分束器。

7.根据权利要求1所述的显示系统，其中所述逆反射屏幕被配置为将来自所述投影仪的入射光反射至观看者而无需使所反射的光通过分束器。

8.根据权利要求1所述的显示系统，其中所述逆反射屏幕被配置为以小于3度的观察角将来自所述投影仪的入射光反射至距所述逆反射屏幕至少2英尺的距离处的所述观看者。

9.根据权利要求8所述的显示系统，其中所述逆反射屏幕被配置为以小于2度的观察角将来自所述投影仪的入射光反射至所述观看者。

10.根据权利要求1所述的显示系统，其中所述投影仪可安装在所述观看者的身体上。

11.根据权利要求10所述的显示系统，其中所述投影仪可安装在所述观看者的头部。

12.根据权利要求1所述的显示系统，其中所述逆反射屏幕包括截顶的隅角立方反射器。

13.根据权利要求1所述的显示系统，还包括用于提供声音以补充所述图像或视频的声音系统。

14.根据权利要求1所述的显示系统，其中所述图像或视频是三维的。

15.根据权利要求1所述的显示系统，其中所述显示系统还包括与所述投影仪相通信的计算机处理器，其中所述计算机处理器被编程用于引导所述投影仪将表征所述图像或视频的所述光引导至所述逆反射屏幕上。

16.根据权利要求15所述的显示系统，其中所述计算机处理器被编程用于：确定所述观看者的位置和/或朝向，并且基于所确定的位置和朝向而动态地调整所述逆反射屏幕上的所述图像或视频。

17.根据权利要求1所述的显示系统，其中所述逆反射屏幕包括未失真的隅角立方反射器的图案。

18.根据权利要求15所述的显示系统，还包括光检测器，其提供所述图像或视频的实时自动调整和对准。

19.根据权利要求18所述的显示系统，其中所述计算机处理器被编程用于：使用光检测器来测量从所述逆反射屏幕反射的光，并且基于所述反射的光的强度降低了至少二分之一来确定所述逆反射屏幕的边缘部分。

20.根据权利要求18所述的显示系统，其中所述计算机处理器被编程用于：使用所述光检测器来测量从所述逆反射屏幕反射的光的强度，并且响应于从所述逆反射屏幕反射的光的任何测量出的所述强度的降低而动态地调整来自所述投影仪的所述光。

21.一种用于向观看者提供图像或视频的方法，包括：

(a)提供逆反射屏幕，该逆反射屏幕被配置用于沿着与入射光的传播方向不同的方向反射所述入射光，其中所述逆反射屏幕包括散布在逆反射元件的阵列内的多个透射性部分，其中所述透射性部分是相对于所述逆反射元件具有更高的光学透明度的平坦区域，使得所述逆反射屏幕是部分透明的；并且

(b)将表征图像或视频的光引导至所述逆反射屏幕上以供观看者观看，其中所述逆反射屏幕将所述光的一部分反射至所述观看者。

22.根据权利要求21所述的方法，其中从所述逆反射屏幕后面的方向向所述观看者提供另一图像或视频。

23.根据权利要求21所述的方法，其中观察角小于2度。

24.根据权利要求21所述的方法，其中所述透射性部分重复地散布在所述逆反射元件的阵列内。

25.根据权利要求21所述的方法，其中所述逆反射屏幕从相对于所述逆反射屏幕的表面的第一角度是部分透明的，而从相对于所述逆反射屏幕的表面的第二角度是不透明的。

26.根据权利要求21所述的方法，其中所述逆反射屏幕覆盖在有源数字显示器、印刷材料或者透明或半透明基板上。

27.根据权利要求21所述的方法，其中所述逆反射屏幕具有基于所述观看者的观看角度变化的可变的透明度。

28.根据权利要求21所述的方法，其中所述逆反射屏幕被配置为以小于3度的观察角将所述光的一部分反射至距所述逆反射屏幕至少2英尺的距离处的所述观看者。

29.一种逆反射屏幕，所述逆反射屏幕被配置用于沿着与入射光的传播方向不同的方向反射所述入射光，其中所述逆反射屏幕包括散布在逆反射元件的阵列内的多个透射性部分，其中所述透射性部分是相对于所述逆反射元件具有更高的光学透明度的平坦区域，使得所述逆反射屏幕是部分透明的。

30.根据权利要求29所述的逆反射屏幕，该逆反射屏幕还包括多个截顶的隅角立方反射器，其中所述多个截顶的隅角立方反射器包括第一隅角立方反射器，该第一隅角立方反射器与第二隅角立方反射器相邻并与该第二隅角立方反射器的朝向不同。

31.根据权利要求30所述的逆反射屏幕，其中所述多个截顶的隅角立方反射器通过粘合剂固定至一背板。

32.根据权利要求30所述的逆反射屏幕，其中所述第一隅角立方反射器和所述第二隅角立方反射器的尖端是透明的。

33.根据权利要求30所述的逆反射屏幕，其中所述透射性部分重复地散布在所述逆反射元件的阵列内。

34.根据权利要求30所述的逆反射屏幕，还包括不透明部分。

35.一种在逆反射屏幕上呈现图像的方法，所述方法包括：

确定观看者相对于逆反射屏幕的位置和朝向，其中所述逆反射屏幕包括散布在逆反射元件的阵列内的多个透射性部分，其中所述透射性部分是相对于所述逆反射元件具有更高的光学透明度的平坦区域，使得所述逆反射屏幕是部分透明的；

接收与所述观看者的瞳孔间距相对应的信息；

确定投影仪相对于所述逆反射屏幕和观看者的一只或两只眼睛的位置和朝向；并且

基于所述观看者的瞳孔间距、所述观看者相对于所述逆反射屏幕的位置以及所述投影仪相对于所述逆反射屏幕的位置，在所述逆反射屏幕上呈现源自所述投影仪的图像。

36.根据权利要求35所述的方法，其中所述呈现图像包括：

基于下述两个距离之间的关系的反正切来生成具有校正性偏移的图像：所述观看者的眼睛与所述投影仪之间的距离，和所述逆反射屏幕距所述观看者的所述眼睛的距离。

37.根据权利要求36所述的方法，其中所述校正性偏移具有基于所述观看者的右眼特征的校正分量和基于所述观看者的左眼特征的校正分量。

38.根据权利要求36所述的方法，还包括：

评估投影仪相对于所述观看者的朝向偏移，并且

基于所述投影仪相对于所述观看者的所述评估的朝向偏移来修改所述校正性偏移。

39.一种基于观看者的改变位置而修改在逆反射屏幕上呈现的图像的方法，所述方法包括：

确定观看者相对于逆反射屏幕的第一位置，其中所述逆反射屏幕包括散布在逆反射元件的阵列内的多个透射性部分，其中所述透射性部分是相对于所述逆反射元件具有更高的光学透明度的平坦区域，使得所述逆反射屏幕是部分透明的；

接收与所述观看者的瞳孔间距相对应的信息；

确定投影仪相对于所述逆反射屏幕的位置；

基于所述观看者的瞳孔间距、所述观看者相对于所述逆反射屏幕的所述第一位置以及所述投影仪相对于所述逆反射屏幕的所述位置，在所述逆反射屏幕上呈现源自所述投影仪的第一组图像；

确定所述观看者相对于所述逆反射屏幕的第二位置；并且

基于所述观看者的瞳孔间距、所述观看者相对于所述逆反射屏幕的所述第二位置以及所述投影仪相对于所述逆反射屏幕的所述位置，在所述逆反射屏幕上呈现源自所述投影仪的第二组图像。

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