一种用于反射器显示器的入射角优化的方法与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年10月27日提交的美国临时专利申请序列号62/122,662的优先权，该申请通过引用而全文并入于此。

背景技术：

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，其具有发光二极管(led)背光或基于等离子体的屏幕。在一些情况下，由于各种考虑，难以获得在对角线尺寸上显著大于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，如果屏幕大小增加到80英寸以上，则降低屏幕亮度以及增加功耗、投影仪大小和投影仪噪声可能是显著的限制因素。另外，对于两种类型的显示器，目前都没有用于裸眼三维(3d)沉浸式观看的最佳解决方案。当前的3d显示系统依赖于主动式眼镜或被动式眼镜，或者要求观看者处于显示器视线中的、基本上受到约束的空间区域中。

技术实现要素：

本文认识到需要相对于现有系统改进的显示系统。特别是，本文认识到需要一种系统允许多个观看者在同一屏幕上同时观看单独的定制视频流，以及允许裸眼3d沉浸式观看能力。这种类型的能力可以实现现有的显示系统目前不存在的沉浸式多玩家游戏体验。这种类型的系统还可以实现用于广告或其他应用的定制大面积显示器，其中对多个用户观察唯一的媒体流可以是有益的。另外，系统内的屏幕或其他逆反射表面可以从定向逆反射元件中受益，使得即使当在该位置对宏观的屏幕表面的入射角不小(例如大于45度)时，单独元件的入射角小(例如45度或更小)。

实现这种类型的能力的方法的一些实施方式包括利用投影仪和逆反射屏幕的显示系统。在示例中，一些显示系统可以包含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，使得观察角小。在一些情况下，观察角可以小于约10度、5度、4度、3度、2度或1度。观察角被定义为从投影仪到屏幕上的任意给定位置的线与从屏幕上同一位置到观看者的眼睛的线之间的角。入射角典型地定义为投影仪与关于屏幕表面的法线角之间的角。在一些情况下，到屏幕表面的入射角可能不同于到屏幕内的单独元件的入射角。

在一些情况下，取决于投影仪、观看者和逆反射材料/屏幕的位置和定向，到单独逆反射元件的入射角可以比期望的大，这可能导致逆反射图像强度和均匀性降低。这种情况可能发生在屏幕中心附近用户和投影仪更近的系统中的逆反射屏幕的边缘附近。这种情况也可能发生在显示系统的一些部分分布在相互成偏移角的表面上的示例中。例如，当显示系统的屏幕呈现在交叉的墙区域上以及横跨交叉的墙区域时，这种情况可能发生。当利用弯曲的屏幕时或者当逆反射材料被使用在物体、工具(如例如，游戏附件)上时，这种情况也可能发生。本公开内容提供了通过优化逆反射屏幕的单独元件而实现利用投影仪和逆反射材料的显示系统的改进的均匀性和亮度的系统和方法。具体地，逆反射屏幕的单独元件可以基于屏幕元件相对于投影仪的位置和/或定向被优化，以便在典型的使用场景下最小化入射角的分布。

本公开内容提供了用于通过优化逆反射屏幕元件的位置和/或定向而实现利用投影仪和逆反射屏幕的显示系统的显著改进的系统和方法，以便定制逆反射空间轮廓。与标准投影仪/反射屏幕系统相比，逆反射显示系统的本质能实现显著改进的图像亮度。然而，对于保持逆反射显示系统的给定空间尺寸，取决于逆反射屏幕元件的具体位置和/或定向，进一步优化入射角可以显著改进到达观看者眼睛的光的强度以及改进优化裸眼3d应用的到达每只眼睛的光强度比例的能力。特别地，逆反射屏幕的逆反射元件可以被优化，使得对隅角立方反射元件的入射角具有以与每个隅角立方或截顶隅角立方的标称前表面垂直的线为中心的分布。以这种方式，可以改进被投影的图像的亮度和均匀性。

在本方面的一方面，提供了一种显示系统。所述显示系统包括覆盖有屏幕材料的逆反射屏幕。所述逆反射屏幕具有位于所述屏幕材料内的多个逆反射屏幕元件。所述多个逆反射屏幕元件中的至少一个被定向以具有小于45度的入射角。另外，与所述至少一个屏幕元件相对应的屏幕材料的一部分具有大于所述至少一个屏幕元件的入射角的入射角。另外，所述系统包括至少一个投影仪，其(i)生成表征图像或视频的光，以及(ii)将所述光投影到所述逆反射屏幕上。

在一些实施方式中，所述至少一个屏幕元件具有从由0度、15度、30度、45度、60度和75度组成的组中选取的入射角，以及另外，与所述至少一个屏幕元件相对应的所述屏幕材料的所述部分具有90度的入射角。在一些实施方式中，所述至少一个屏幕元件具有从由0度、15度、30度、45度和60度组成的组中选取的入射角，以及另外，与所述至少一个屏幕元件相对应的所述屏幕材料的所述部分具有75度的入射角。在一些实施方式中，所述至少一个屏幕元件具有从由0度、15度、30度、45度和55度组成的组中选取的入射角，以及另外，与所述至少一个屏幕元件相对应的所述屏幕材料的所述部分具有60度的入射角。在一些实施方式中，所述至少一个屏幕元件具有从由0度、15度、30度和40度组成的组中选取的入射角，以及另外，与所述至少一个屏幕元件相对应的所述屏幕材料的所述部分具有45度的入射角。在一些实施方式中，所述至少一个屏幕元件具有从由0度、5度、10度、15度和20度组成的组中选取的入射角，以及另外，与所述至少一个屏幕元件相对应的所述屏幕材料的所述部分具有30度的入射角。

在一些实施方式中，所述投影仪将所述光投影到所述逆反射屏幕上而无需通过分束器。在一些实施方式中，所述逆反射屏幕将来自所述投影仪的光反射至观看者而无需光通过分束器。在一些实施方式中，所述逆反射屏幕以小于约3°的观察角将来自所述投影仪的光反射至观看者。在一些实施方式中，所述投影仪可安装在观看者的身体上。在一些实施方式中，所述投影仪可安装在观看者的头部上。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。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，所述图像或视频是三维的。在一些实施方式中，所述多个逆反射屏幕元件的一部分被递增地定向以对投影仪相对于所述屏幕的特定位置进行优化。

在一些实施方式中，所述多个逆反射屏幕元件的一部分被递增地定向以对用户相对于所述屏幕的特定位置进行优化。在一些实施方式中，具有高于特定阈值的入射角的屏幕元件被重定向。在一些实施方式中，不具有高于特定阈值的入射角的屏幕元件不被重定向。在一些实施方式中，所述多个逆反射屏幕元件的一部分被定向为朝着用户和/或投影仪相对于所述屏幕的特定位置。在一些实施方式中，所述多个逆反射屏幕元件的一部分被定向为朝着所述用户和/或投影仪相对于所述屏幕的预期位置。在一些实施方式中，所述多个逆反射屏幕元件的一部分被定向为朝着所述用户和/或投影仪相对于所述屏幕的预期位置附近的位置。在一些实施方式中，所述屏幕元件的至少一部分被定向在集群中，如图12中示意示出的。在一些实施方式中，所述屏幕元件的至少一部分被以连续方式定向，如图20中示意示出的。在一些实施方式中，所述多个屏幕元件的至少一部分提供在被定向以优化所述多个屏幕元件的入射角的工具或游戏附件或其他与屏幕有关的物体上。

在本发明的另一方面，提供了一种用于投影图像或视频以供观看者观看的方法。所述方法包括提供覆盖有屏幕材料的逆反射屏幕，所述逆反射屏幕具有位于所述屏幕材料内的多个逆反射屏幕元件，其中所述多个逆反射屏幕元件中的至少一个被定向以具有小于45度的入射角，并且其中与所述屏幕元件相对应的所述屏幕材料的一部分具有大于所述屏幕元件的入射角的入射角。另外，所述方法包括将表征图像或视频的光从投影仪引导至所述逆反射屏幕，其中，具有所述逆反射屏幕元件的所述逆反射屏幕以具有以法向入射角为中心的分布的角度反射所述光。

在一些实施方式中，所述逆反射屏幕将来自所述投影仪的光反射至所述观看者而无需使用分束器。在一些实施方式中，所述投影仪安装在所述观看者的身体上。在一些实施方式中，所述投影仪安装在所述观看者的头部上。在一些实施方式中，所述方法还包括为所述观看者提供声音以补充所述图像或视频。在一些实施方式中，所述图像或视频是三维的。

在本发明的又一方面，提供了一种用于投影图像或视频的方法。所述方法包括将表征图像或视频的光从投影仪引导至与所述投影仪进行光学通信的逆反射屏幕。所述逆反射屏幕具有被定向以具有小于45度的入射角的屏幕元件。另外，与所述屏幕元件相对应的所述屏幕材料的一部分具有大于所述屏幕元件的入射角的入射角，并且其中在引导时，所述光从所述屏幕材料以比从所述多个屏幕元件的一部分的表面被反射的光更高的入射角被反射。

在一些实施方式中，所述光可被多个观看者观看。在一些实施方式中，所述多个观看者中的每一个相对于所述逆反射屏幕处于不同位置。

在本发明的另一方面，提供了一种用于投影图像或视频以供观看者观看的方法。所述方法包括使用投影仪生成表征图像或视频的光。另外，所述方法包括将所述光从所述投影仪引导至与所述投影仪进行光学通信的逆反射屏幕，其中所述逆反射屏幕具有反射所述光的逆反射屏幕元件，使得被所述逆反射屏幕反射的光被屏幕材料覆盖，所述逆反射屏幕具有位于所述屏幕材料下方的多个逆反射屏幕元件，其中所述多个逆反射屏幕元件中的至少一个被定向以具有小于45度的入射角，并且其中与所述屏幕元件相对应的所述屏幕材料的一部分具有大于所述屏幕元件的入射角的入射角。

在一些实施方式中，所述逆反射屏幕将来自所述投影仪的光反射至所述观看者而无需使用分束器。在一些实施方式中，所述投影仪安装在所述观看者的身体上。

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显而易见，其中简单的通过示出预期用于实现本公开内容的最佳模式的方式，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，结尾的几个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

本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请通过引用并入于此，就像每个单独的出版物、专利和专利申请被具体地和单独地指明通过引用而并入一样。

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(这里也称“图”)中：

图1示意性地示出了根据本发明的实施方式的代表性逆反射屏幕的放大正视图；

图2示意性地示出了根据本发明的实施方式的具有投影仪和逆反射屏幕的系统的俯视图；

图3示意性地示出了不用本发明的原理的代表性逆反射屏幕和投影仪系统的俯视图，而观看者以非直角面对屏幕；

图4示意性地示出了不用本发明的原理的代表性逆反射屏幕和投影仪系统的侧视图，其中观看者距前屏幕和底屏幕相交处为中等距离；

图5示意性地示出了不用本发明的原理的代表性逆反射屏幕和投影仪系统的侧视图，其中观看者距前屏幕和底屏幕相交处为比典型距离更大的距离；

图6示意性地示出了不用本发明的原理的代表性逆反射屏幕和投影仪系统的侧视图，其中观看者距前屏幕和底屏幕相交处为比典型距离更小的距离；

图7示意性地示出了不用本发明的原理的代表性逆反射屏幕和投影仪系统的俯视图，其中观看者面对屏幕配置的角落；

图8示意性地示出了不用本发明的原理的代表性逆反射屏幕和投影仪系统的俯视图，其中观看者从靠近一个屏幕的位置面对屏幕配置的角落；

图9示意性地示出了不用本发明的原理的代表性逆反射屏幕和投影仪系统的俯视图，其中观看者从靠近一个屏幕并且距前屏幕和侧屏幕的相交处相对远的位置面对屏幕配置的角落；

图10示出了根据本发明的实施方式的相对于靠近前壁和地板的相交处的位置的法向入射角所计算的入射角作为距相交处的距离的函数的图；

图11示意性地示出了根据本发明的实施方式的本发明的代表性逆反射屏幕和投影仪系统的侧视图，其中观看者距前屏幕和底屏幕相交处为中等距离，并且优化了屏幕元件集群；

图12示意性地示出了根据本发明的实施方式的本发明的代表性逆反射屏幕和投影仪系统的侧视图，其中观看者距前屏幕和底屏幕相交处为中等距离，并且优化了单独屏幕元件；

图13示意性地示出了根据本发明的实施方式的代表性逆反射屏幕和投影仪系统的俯视图，其中观看者面对屏幕配置的角落，并且优化了屏幕元件集群；

图14示意性地示出了根据本发明的实施方式的代表性逆反射屏幕和投影仪系统的俯视图，其中观看者面对屏幕配置的角落，并且优化了单独屏幕元件；

图15示出了根据本发明的实施方式的相对于靠近前壁和地板的相交处的位置的法向入射角所计算的入射角作为距相交处的距离的函数的图，其中优化了隅角立方定向；

图16示意性地示出了根据本发明的实施方式的带有逆反射表面的一种工具和用于这样的工具的典型的入射角；

图17示意性地示出了根据本发明的实施方式的带有具有交叉平面的逆反射屏幕元件的逆反射屏幕；

图18示意性地示出了被编程或以其他方式配置以实现本公开内容的方法的计算机系统；

图19示意性地示出了不用本发明的原理的代表性逆反射屏幕和投影仪系统的俯视图，其中观看者和投影仪面对弯曲的屏幕；以及

图20示意性地示出了根据本发明的实施方式的代表性逆反射屏幕和投影仪系统的俯视图，其中观看者和投影仪面对弯曲的屏幕，并且优化了单独屏幕元件。

具体实施方式

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显而易见的是，这样的实施方式仅以示例方式提供。本领域技术人员现在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，在实践本发明时可以采用针对本文描述的本发明的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或者几乎垂直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。投影的光可以投影图像和/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的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“入射角”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接收光的标称前表面的第二线之间的角度。因此，当入射角在屏幕的背景下被整体评估时，屏幕的入射角是指从投影仪引导到屏幕的材料的第一线和正交于屏幕的材料的第二线之间的角。在其他示例中，当入射角在屏幕元件的前表面的背景下被评估时，屏幕元件比如被放置作为屏幕材料的一部分的隅角立方，屏幕元件的入射角是指从投影仪引导到屏幕元件的第一线和正交于屏幕元件的标称前表面的第二线之间的角。在示例中，屏幕元件可以是隅角立方。另外，如果隅角立方已经是一个完整的立方，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垂直并且相交的表面。在未并入本发明的典型的逆反射隅角立方屏幕中，每个隅角立方元件的标称前表面几乎平行于屏幕材料的前表面。

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。该显示系统可以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。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。

本发明的一些实施方式提供了设计和定制逆反射屏幕的逆反射元件，使得隅角立方反射元件的入射角具有以法向入射角为中心的分布。以这种方式，可以改进投影的图像的亮度和均匀性。

逆反射显示系统

本公开内容提供了一种具有逆反射屏幕的显示系统，该逆反射屏幕具有逆反射屏幕元件，逆反射屏幕元件被设计和定制成使得亮度可以显著地提高到高于并且超过由基线逆反射显示系统实现的已经显著增加的强度。具体地，本公开内容提供了依赖位置的反射器显示系统的示例，如下所述。在图1中所见为逆反射显示系统的示例。具体地，根据本发明的一个实施方式，图1示出了代表性逆反射屏幕的正视图。图1中所见的逆反射屏幕包括截顶隅角立方反射器阵列。隅角立方反射器也可以由替换的几何形状组成。隅角立方反射器的示例提供在frey等的美国专利号5,763,049以及smith的7,261,424中，这些专利通过引用整体结合于此。在一些实施方式中，每个隅角立方反射器的大小小于投影的图像的预期的或预测的像素大小，而像素大小由投影仪显示系统和投影仪距逆反射屏幕的距离的组合来确定。

显示系统可以与其中观察角为非零的任何逆反射显示应用一起使用。另外，显示系统可以与其中所述角为零的任何逆反射显示应用一起使用。可被配置用于沿着与入射光传播方向基本上相反的方向反射入射光的逆反射屏幕可以实现显著改进的亮度。入射光可以沿着与传播方向相反的方向(比如逆平行的或沿着与传播方向基本相反的方向，但不是恰好平行或非平行)被反射。例如，入射光沿着相对于传播方向约170°-190°的方向反射。

显示系统可以包括被配置用于沿着与入射光的传播方向基本上非平行(例如，逆平行)的方向反射入射光的逆反射屏幕，以及用于将表征图像或视频的光投影到逆反射屏幕上而无需使光通过分束器的投影仪。逆反射屏幕可以将来自投影仪的入射光反射至观看者而无需使光通过分束器或任何漫射器层。逆反射屏幕能够以小于或等于约20°、15°、10°、9°、8°、7°、6°、5°、4°、3°、2°、1.5°、1°、0.5°、0.4°、0.3°、0.2°或0.1°的观察角将来自投影仪的入射光反射至观看者。观察角可以在约0.1°与10°或者0.2°与3°之间。显示系统可以在无需分束器的情况下操作，从而有利地提供降低的复杂度和/或成本，以及相比于使用分束器的系统而避免至少2倍、3倍、4倍或更大的强度减小。

观察角可以是用户距逆反射屏幕的距离的函数。在一些实施方式中，当用户处于距逆反射屏幕至少约1英尺、2英尺、3英尺、4英尺、5英尺、6英尺、7英尺、8英尺、9英尺或10英尺的距离处时，观察角小于约5°、4°、3°、2°、1.5°、1°、0.5°、0.4°、0.3°、0.2°或0.1°。在一个示例中，当用户处于距逆反射屏幕至少约4英尺的距离处时，观察角可以小于约3°。在一些情况下，来自逆反射屏幕的反射光的强度在约0°的观察角处最大，并且随着观察角的增加而减小。

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)。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。系统还包括将光投影到逆反射器上的至少一个投影仪，所述光表征图像或视频。具有逆反射屏幕元件的逆反射屏幕可以定向和/或定位屏幕元件以优化沿着入射角反射的光以具有以法向入射角为中心的分布。逆反射屏幕可以包括截顶的隅角立方反射器。另外，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。

图像或视频可以是三维的。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。

三个相交平面中的至少一个、两个或全部三个中的每一个可能以90°的角度与相邻逆反射屏幕元件的平面相交，并具有大于0°的偏移。偏移可以为至少约0.01°、0.05°、0.1°、0.15°、0.2°、0.3°、0.4°、0.5°、1°、2°、3°、4°、5°或10°。在一些情况下，偏移介于约0.01°与5°或者0.1°与1°之间。在一些示例中，偏移为约0.1°至1.5°；低于0.1可以不产生大的轮廓变化，而高于1.5°可能产生强度损失。偏移可以如本文其他地方所描述。

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，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。

逆反射系统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。在大面积设置中，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。

在一些示例中，三个相交平面中的第一平面以90°的角度与逆反射屏幕元件的相邻平面相交并具有在标称90％角度的方向上大于0°的第一偏移，而三个相交平面中的第二平面以90°的角度与相邻逆反射屏幕元件的平面相交并具有大于0°的第二偏移。第一偏移可以不同于第二偏移。或者，第一偏移可以与第二偏移相同。在一些情况下，三个相交平面中的第三平面以90°的角度与相邻逆反射屏幕元件的平面相交并具有大于0°的第三偏移。第三偏移可以不同于第一偏移、第二偏移或者第一偏移和第二偏移。可替换地，第三偏移可以与第一偏移、第二偏移或者第一偏移和第二偏移相同。这些逆反射屏幕元件的示例在2015年5月25日提交的pct专利申请序列号pct/us2015/032757中讨论，其通过引用并入于此。在一些情况下，通过如本申请中所述减小对单独逆反射元件的入射角，可以增强pct专利申请序列号pct/us2015/032757中描述的方法。

根据本发明的实施方式，逆反射屏幕可以包括具有相交平面的逆反射屏幕元件。这在图17中示意性地图示，其示出了具有相交平面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和平面c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。例如，图17左下方部分的d平面能够以90°的角度与e平面相交并且具有大于0°的偏移。

逆反射屏幕元件和来自所述元件的光的角分布可以是例如美国专利号3,817,596、4,775,219和7,370,981以及p.r.yoder的“studyoflightdeviationerrorsintriplemirrorsandtetrahedralprisms”，j.opticalsoc.amer，第48卷，第7期，496-499页(1958年7月)中描述的，其中每一个通过引用整体并入于此。

有多种途径用于制造带有逆反射屏幕元件的逆反射屏幕。此类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。

依赖位置的反射器显示系统

基于被配置为沿着基本逆平行于入射传播方向的方向反射入射光的逆反射屏幕的显示系统可以实现显著改进的亮度。但是，在虚拟完整的房间环境中，其中逆反射屏幕延伸到房间的角落以及地板和天花板到墙壁的相交处，反射屏幕上的光的入射角可以显著偏离法向入射角，因此影响显示均匀性和亮度。本发明的一方面提供设计和定制逆反射屏幕的逆反射元件，使得到隅角立方反射元件的入射角具有以法向入射角为中心的分布。以这种方式，可以显著改进投影的图像的亮度和均匀性。本发明适用于入射角具有不同于法向入射角的期望的角分布的任何位置。例如，在地板、墙壁和天花板的相交处以及靠近地板、墙壁和天花板的相交处，存在是相对于法向入射角的偏移的可预测的入射角分布。作为另一个示例，带有作为虚拟环境一部分的逆反射表面的实现或其他物体也可以具有从法向入射角的入射角分布偏移。

图2示出了根据本发明的实施方式的具有投影仪和逆反射屏幕的系统的示意性俯视图。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。由于所提出的系统的逆反射效果，如果观看者的眼睛非常靠近于投影仪，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，图像的亮度可以增加100-500倍之多。图2的系统在一些情况下不具有分束器。

图3示意性地示出了不用本发明的原理的代表性逆反射屏幕和投影仪系统的俯视图，其中观看者以非法向角面对屏幕。在此图中，可以观察到在较靠近观察者的位置入射到屏幕上的光与入射到距观看者较远的屏幕上的光相比具有更法向的入射角。尽管逆反射隅角立方的属性是这样使得对入射角的灵敏度降低，在入射角显著偏离法向角的情况下，亮度和均匀性仍然可以被影响。

图4示意性地示出了不用本发明的原理的代表性逆反射屏幕和投影仪系统的侧视图，其中观看者距前屏幕和底屏幕相交处为中等距离。在此图中，可以看到，在观看者前面直接接触屏幕的被投影的光具有相对于法向隅角立方平坦表面的接近法向的入射角。相反，射在接近前壁和地板的相交处的逆反射屏幕上的光具有一直偏离法向入射角的入射角。另外，相对于法向的角度具有一致的位移，其对于地板和前壁屏幕是不同的。投影在该区域中的地板上的光一直具有向如图4所示法线方向逆时针旋转的入射角，而投影在该区域中的壁上的光一直具有相对于如图4所示法线方向顺时针旋转的入射角。

图5示意性地示出了不用本发明的原理的代表性逆反射屏幕和投影仪系统的侧视图，其中观看者距前屏幕和底屏幕相交处的距离相比图4中所示场景更远。在此图中，可以看到在观看者前面直接接触屏幕的被投影的光具有相对于法向隅角立方水平表面接近法向的入射角。相反，射在接近前壁和地板的相交处的逆反射屏幕上的光具有一直偏离法向入射角的入射角。投影在该区域中的地板上的光一直具有向法线方向逆时针旋转比图4中所示场景更大量的入射角，而投影在该区域中的壁上的光一直具有相对于如图4所示法线方向顺时针旋转比图4所示场景更小量的入射角。

图6示意性地示出了不用本发明的原理的代表性逆反射屏幕和投影仪系统的侧视图，其中观看者距前屏幕和底屏幕相交处的距离比图4中所示场景更近。在此图中，可以看到在观看者前面直接接触屏幕的被投影的光具有相对于法向隅角立方平坦表面接近法向的入射角。相反，射在接近前壁和地板的相交处的逆反射屏幕上的光具有一直偏离法向入射角的入射角。与图4中所示场景相比，投影在该区域中的地板上的光一直具有向法线方向逆时针旋转比图4所示场景更小量的入射角，而投影在该区域中的壁上的光一直具有相对于如图4所示法线方向顺时针旋转比图4所示场景更大量的入射角。

图7示意性地示出了不用本发明的原理的代表性逆反射屏幕和投影仪系统的俯视图，其中观看者面对屏幕配置的角落，并且观看者距左屏幕和右屏幕都为中等距离，其中左和右被定义为图7视图中分别到观看者方向的左方和右方的屏幕。在此图中，可以看到在观看者前面直接接触屏幕的被投影的光具有相对于法向隅角立方平坦表面接近法向的入射角。相反，射在接近前壁和地板的相交处的逆反射屏幕上的光具有一直偏离法向入射角的入射角。另外，相对于法向的角具有一致的位移，其对于左逆反射屏幕和右逆反射屏幕是不同的。投影在该区域中的右屏幕上的光一直具有向如图7所示法线方向逆时针旋转的入射角，而投影在该区域中的右屏幕上的光一直具有相对于图7所示法线方向顺时针旋转的入射角。

图8示意性地示出了不用本发明的原理的代表性逆反射屏幕和投影仪系统的俯视图，其中观看者从接近一个屏幕的位置面对屏幕配置的角落，并且观看者距左屏幕距离近且距右屏幕为中等距离，其中左和右被定义为图8视图中分别到观看者方向的左方和右方的屏幕。在此图中，可以看到，在观看者前面直接接触屏幕的被投影的光具有相对于法向隅角立方平坦表面的接近法向的入射角。相反，射在接近左方和右方的相交处的逆反射屏幕上的光具有一直偏离法向入射角的入射角。另外，相对于法向的角度有一致的位移，其对于左逆反射屏幕和右逆反射屏幕是不同的。与图7中所示场景相比，投影在该区域中的右屏幕上的光一直具有向法线方向逆时针旋转比图7所示场景更小量的入射角，而投影在该区域中的左屏幕上的光一直具有相对于法线方向顺时针旋转比图7所示场景更大量的入射角。

图9示意性地示出了不用本发明的原理的代表性逆反射屏幕和投影仪系统的俯视图，其中观看者从靠近一个屏幕的位置面对屏幕配置的角落，并且观看者距左屏幕距离更远且距右屏幕为中等距离，其中左和右被定义为图8视图中分别到观看者方向的左方和右方的屏幕。在此图中，可以看到，在观看者前面直接接触屏幕的被投影的光具有相对于法向隅角立方平坦表面的接近法向的入射角。相反，射在接近左方和右方的相交处的逆反射屏幕上的光具有一直偏离法向入射角的入射角。另外，相对于法向的角度有一致的位移，其对于左逆反射屏幕和右逆反射屏幕是不同的。投影在该区域中的右屏幕上的光一直具有向法线方向逆时针旋转比图7所示场景更大量的入射角，而投影在该区域中的左屏幕上的光一直具有相对于法线方向顺时针旋转比图7所示场景更小量的入射角。

图10示出了相对于靠近前壁和地板的相交处的位置的法向入射角所计算的入射角(垂直轴)作为距所述相交处的以英尺为单位的距离(水平轴)的函数的图。短划线代表投影到靠近相交处的地板上的光的入射角，而点线代表投影到靠近相交处的前壁逆反射屏幕上的光的入射角。负值代表相对于法向入射角逆时针的入射角，而正值代表相对于法向入射角逆时针的入射角。所绘制的矩形示意地代表最期望的或最优的入射角范围。可以看到在距前壁较远距离处，投影在地板逆反射屏幕上的光的入射角落在期望的范围之外，而在距前壁较近距离处，投影在前壁逆反射屏幕上的光的入射角落在期望的范围之外。

图11示意性地示出了根据本发明的实施方式的本发明的代表性逆反射屏幕和投影仪系统的侧视图，其中观看者距前屏幕和底屏幕相交处为中等距离，并且优化了屏幕元件集群。通过利用在前面图中观察到的模式，其示出了从法向入射角的一致的偏离方向，与该区域中的墙壁上的逆反射屏幕相比，所述一致的偏离方向对于该区域中的地板上的逆反射屏幕处于相反方向，有可能设计单独隅角立方元件或隅角立方元件集群的定向。在图11中，隅角立方元件被绘制为单独地旋转以补偿在这些相应区域中的系统的不正常入射光。

图12示意性地示出了根据本发明的实施方式的本发明的代表性逆反射屏幕和投影仪系统的侧视图，其中观看者距前屏幕和底屏幕相交处为中等距离，并且优化了屏幕元件集群。通过利用在前面图中观察到的模式，其示出了从法向入射角的一致的偏离方向，与该区域中的墙壁上的逆反射屏幕相比，所述一致的偏离方向对于该区域中的地板上的逆反射屏幕处于相反方向，有可能设计单独隅角立方元件或隅角立方元件集群的定向。在图11中，隅角立方元件被绘制为旋转的隅角立方元件的集群以补偿在这些相应区域中的系统的不正常入射光。

图13示意性地示出了根据本发明的实施方式的本发明的代表性逆反射屏幕和投影仪系统的俯视图，其中观看者距左屏幕和右屏幕相交处为中等距离，并且优化了屏幕元件集群。通过利用在前面图中观察到的模式，其示出了从法向入射角的一致的偏离方向，与该区域中的右壁上的逆反射屏幕相比，所述一致的偏离方向对于该区域中的左壁上的逆反射屏幕处于相反方向，有可能设计单独隅角立方元件或隅角立方元件集群的定向。在图13中，隅角立方元件被绘制为单独地旋转以补偿在这些相应区域中的系统的不正常入射光。

图14示意性地示出了根据本发明的实施方式的本发明的代表性逆反射屏幕和投影仪系统的俯视图，其中观看者距左屏幕和右屏幕相交处为中等距离，并且优化了屏幕元件集群。通过利用在前面图中观察到的模式，其示出了从法向入射角的一致的偏离方向，与该区域中的右壁上的逆反射屏幕相比，所述一致的偏离方向对于该区域中的左壁上的逆反射屏幕处于相反方向，有可能设计单独隅角立方元件或隅角立方元件集群的定向。在图14中，隅角立方元件被绘制为旋转的隅角立方元件的集群以补偿在这些相应区域中的系统的不正常入射光。

以上描述的示例和图使用平坦的屏幕表面作为示例用于更简单的解释和可视化。但是，以上描述的原理也适用于弯曲的屏幕和表面。当事先已知屏幕的特定区域具有到屏幕表面的特定的典型入射角时，本发明的实施方式可以用于设计逆反射元件的定向，使得即使当对宏观屏幕表面的入射角可能不小(例如大于45度)时，对元件的入射角是小的(例如45度或更小)。例如，图19示意性地示出了不用本发明的原理的代表性逆反射屏幕和投影仪系统的俯视图，其中观看者和投影仪面对弯曲的屏幕。在此图中，我们看到对于屏幕的特定区域，对屏幕的入射角将大于45度，并且在该位置处对逆反射元件的对应入射角也将大于45度。图20示意性地示出了根据本发明的实施方式的代表性逆反射屏幕和投影仪系统的俯视图，其中观看者和投影仪面对弯曲的屏幕，并且优化了单独的屏幕元件。在这种情况下，我们看到，即使对屏幕的入射角将大于45度，但在该位置处对逆反射元件的对应的入射角可以显著小于45度。

图15示出了根据本发明的实施方式的相对于靠近前壁和地板的相交处的位置的法向入射角所计算的入射角(垂直轴)作为距所述相交处的以英尺为单位的距离(水平轴)的函数，其中优化了隅角立方定向。短划线代表投影到靠近相交处的地板上的光的入射角，而点线代表投影到靠近相交处的前壁逆反射屏幕上的光的入射角。这些线都代表缺少根据本发明实施方式优化的隅角立方定向的场景。负值代表相对于法向入射角逆时针的入射角，而正值代表相对于法向入射角逆时针的入射角。所绘制的矩形示意地代表最期望的或最优的入射角范围。图中的实曲线代表在根据本发明的实施方式已优化了隅角立方定向的条件下，对投影到靠近相交处的地板上的光以及投影到靠近相交处的前壁逆反射屏幕上的光的入射角。对于这两种表面，投影到相应表面上的光的入射角都保持在示意性地代表最期望的或最优的入射角范围的矩形内。

图16示意性地示出了带有逆反射表面的工具和对于这样的工具的典型的入射角。在此图中，工具是剑。一般而言，对于运用工具的任何用户或游戏玩家，入射角在接近用户的方向将小于90度。考虑这个的另一种方式是用户将不从工具尖端的有利点看他或她正持有的剑或其他工具。因为这个对入射角的法线方向的系统的偏移，逆反射元件可以按照与上面给出的示例相似的方式被定向以优化均匀性和亮度。

本公开内容的系统和方法提供了设计和定制逆反射屏幕的逆反射元件，使得隅角立方反射元件的入射角具有以法向入射角为中心的分布。以这种方式，可以显著改进投影图像的亮度和均匀性。

计算机系统

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电检测器的计算机服务器。投影仪和光电检测器可以是独立单元或者集成为投影与检测系统。

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cpu1805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和光电检测器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。光电检测器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。光电检测器可以是被配置用于在暴露于光下时生成电流的器件，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)数据通信期间生成的那些的形式。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。算法可例如确定逆反射屏幕元件的最佳位置和/或定向。

本文提供的系统和方法可以与其他系统和方法相结合或者由其他系统和方法修改，所述其他系统和方法诸如为pct申请序列号pct/us13/45716和pct/us2015/032757；美国专利公告号2013/0342813；美国专利号3,817,596、4,775,219、5,763,049、7,261,424和7,370,981；以及p.r.yoder的“studyoflightdeviationerrorsintriplemirrorsandtetrahedralprisms，”j.opticalsoc.amer.，第48卷，第7期，496-499页(1958年7月)中所述的那些，上述文献各自通过引用而全文并入于此。

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显而易见的是，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。