私密視頻呈現的製作方法

2023-10-06 15:32:24 2

私密視頻呈現的製作方法
【專利摘要】公開了涉及私密視頻呈現的各實施例。例如，所公開的一個實施例提供一種系統，其包括顯示表面、有向背光系統以及空間光調製器，該有向背光系統被配置為從該顯示表面發射光束並改變該光束所定向到的方向，該空間光調製器被配置為通過該有向背光系統形成用於顯示的圖像。該系統還包括控制器，該控制器被配置為控制該光學系統和該光調製器來在第一視角顯示第一視頻內容項而在第二視角顯示第二視頻內容項。
【專利說明】私密視頻呈現
[0001]背景
[0002]許多燈包括位於外殼內的光源，所述外殼被配置成將光聚集在所需方向上。例如，在探照燈或燈塔的情況下，所述聚集使得光被稱為「被準直」，因為從射線平行地從燈發出。在許多情況下，還期望光的方向可以是掃描式的。例如，通過旋轉整個燈，或者繞光源旋轉透鏡或鏡子，傳統光源可以實現這一點。然而，由於幾何形狀和其他因素，這種掃描機制可能不適於用在某些設備(諸如顯示設備)中。
[0003]概述
[0004]本文公開涉及向一個或多個用戶提供私密視頻呈現的各種實施例。例如，所公開的一個實施例提供一種視頻呈現系統，其包括顯示表面、有向背光系統以及空間光調製器，該有向背光系統被配置為從該顯不表面發射光束並改變該光束所定向到的方向，該空間光調製器被配置為通過來自該有向背光系統的光形成用於顯示的圖像。該系統還包括控制器，該控制器被配置為控制該有向背光系統和該空間光調製器來在第一視角顯示第一視頻內容項而在第二視角顯示第二視頻內容項。
[0005]提供本概述是為了用簡化的形式介紹將在以下詳細描述中進一步描述的一些概念。本概述並不旨在標識出所要求保護的主題的關鍵特徵或必要特徵，也不旨在用於限定所要求保護的主題的範圍。此外，所要求保護的主題不限於解決在本公開的任一部分中所提及的任何或所有缺點的實現。
[0006]附圖簡述
[0007]圖1示出被配置為通過有向光向一個或多個觀看者顯示圖像的視頻呈現系統的實施例。
[0008]圖2是示出光楔(optical wedge)的實施例的平面示意圖。
[0009]圖3和4示出穿過圖2的實施例的截面視圖的光線軌跡。
[0010]圖5示出圖2的實施例的末端反射器的放大的橫截面示意圖。
[0011]圖6和7將穿過圖2的實施例的光線軌跡作為圖2的實施例的複製品疊層的路徑示出。
[0012]圖8和9示出通過將光在沿圖2的光楔的薄端的不同位置處注入到該光楔中來進行有向光的掃描。
[0013]圖10示出說明一種掃描有向光的方法的實施例的流程圖。
[0014]圖11示出說明一種使用有向光來在顯示設備上使用不同模式顯示公開和私密信息的方法的實施例的流程圖。
[0015]圖12示出說明一種用於使用有向光來顯示自動立體圖像(autostereoscopicimage)的方法的實施例的流程圖。
[0016]圖13示出包括多個光源的光注入系統的實施例。
[0017]圖14示出包括單個機械式可掃描光源的光注入系統的實施例。
[0018]圖15示出包括聲光調製器、雷射器和漫射屏幕的光注入系統的實施例。
[0019]圖16示出說明一種使用有向光來同時向不同的觀看者顯示不同的私密視頻呈現的方法的實施例的流程圖。
[0020]詳細描述
[0021]本文公開了涉及向同時觀看同一顯示屏的不同觀看者呈現不同圖像的各實施例。一些實施例利用有向背光(諸如平板燈)，該有向背光允許改變該背光發出的光束的角度以將不同的圖像定向到不同的觀看者、一觀看者的不同眼睛等。平板燈是一種具有平坦表面的面板，光從該平坦表面發出。這種燈可被用作例如液晶顯示器(LCD)面板的背光。某些平板燈可包括例如包含在外殼內的多個突光燈管，該外殼包括散射器面板，光通過散射器面板離開該面板。其他平板燈可包括用於將來自一光源的光遞送到所需目的地的光楔。光楔是一種光導，其允許在該光楔的邊緣輸入的光在達到內部反射的臨界角並離開該光楔之前通過內部全發射在該光楔內扇出。儘管本文描述的實施例是以通過平板燈對有向光進行掃描為上下文示出的，然而應當理解，其他實施例可按類似方式採用塊狀光學器件。
[0022]當前的平板燈常被用作漫射光源。然而，在一些情形下，可能期望用光束從平板燈發射有向光(無論是準直的、發散的還是收斂的)，該光束具有足夠窄的視角以便將特定圖像定向到一個觀看者，使得該圖像可以不被緊挨該觀看者坐的其他觀看者看到。例如，在一些使用環境中，可能期望通過LCD面板顯示圖像，使得該圖像僅可從某些角度看到，由此保持所顯示的信息對預期觀看者而言是私密的。使用有向光束來為LCD面板提供背光可以允許構造這樣的顯示器:顯示器上的圖像僅能夠在光線從該顯示器行進到觀看者的眼睛的情況下被看到。在使用收斂光束的情況下，光束可被配置為收斂在用戶的眼睛處。以此方式，用於產生圖像的大部分光可到達該用戶，由此提供高效的能量使用，同時維護了呈現的私密性。
[0023]而且，使用這種顯示器，可能期望可以掃描照明方向，以便可以移動能夠觀看該圖像的角度。此外，如果照明方向可在一雙眼睛或者幾雙眼睛之間快速來回切換，同時液晶面板上的圖像在三維對象的一對或若干對視圖之間切換，則能通過單個顯示器同時向不同的用戶顯示不同的圖像、在不使用過濾眼鏡的情況下向一個或多個用戶顯示三維圖像、以及實現其他類似使用場景。因此，本文公開了涉及有向圖像顯示系統的實施例，該系統包括但不限於平板燈，其被用作有向背光並且允許掃描光的方向。在附圖中，要注意:所示實施例的視圖可能不是按比例繪製的，並且某些特徵的方面比例可能被放大以使得所選擇的特徵或關係更容易被看到。
[0024]圖1示出計算設備形式的視頻呈現系統的實施例，該計算設備包括被配置成輸出有向光的顯示表面。視頻呈現系統10包括空間光調製器12和光掃描系統。空間光調製器12包括像素陣列，每個像素均可被用於在色彩和強度方面對來自背光的光進行調製。在一些實施例中，空間光調製器可包括液晶顯示設備，但是也可以使用其他光調製設備。控制器(諸如控制器14)可向空間光調製器12提供顯示數據。當觀看者15位於該有向光的光路中，並且空間光調製器12已經用控制器14所提供的圖像調製了該有向光時，觀看者15可以能夠看到該圖像。
[0025]視頻呈現系統10還包括光注入系統16以及光楔100。一些實施例還可包括可選的用戶跟蹤相機18和被置於光楔100的觀看表面附近的光重定向器20。如下面更詳細地描述的，當光被從光楔100的薄端注入時，從光楔100的觀看表面發出有向光。該有向光以相對於光楔100的觀看表面的平面呈一小角度離開光楔100。光重定向器20可被用於將準直光重定向到空間光調製器12。可使用任何適當結構作為光重定向器20。在一些實施例中，光重定向器20可包括例如稜鏡膜。
[0026]光注入系統16可被配置為將光注入到沿光楔100的薄端的一個或多個位置中。通過改變光被注入到光楔100的薄端的位置，可以調節離開光楔100的觀看表面的光的方向。通過與空間光調製器所產生的圖像的改變同步地改變光的方向，可向不同觀看者顯示不同圖像。而且，當按足夠高的頻率調製時，兩幅圖像對觀看者而言均可表現為連續顯示的，而沒有能注意到的閃爍。從而，參考圖1，當第一圖像被定向到觀看者15時，第一圖像可以被觀看者15看到但是不能被觀看者17看到。這是由圖1的實線光線軌跡指示的。同樣，當第二圖像被定向到觀看者17時，第二圖像可以能夠被觀看者17看到但是不能被觀看者15看到。這是由圖1的虛線光線軌跡指示的。儘管圖1是在兩個觀看者的上下文下示出的，然而應當理解，私密視頻呈現可被同時定向到任何適當數量的觀看者。還要理解，此處針對觀看者、視頻呈現、圖像等等使用的術語「第一」和「第二」僅是為了描述兩個或更多個觀看者、呈現、圖像等等的組的方便，而不旨在以任何方式進行限制。
[0027]在圖13中示出的一個具體示例實施例中，光注入系統16可包括被置於光楔100的薄端附近的多個可單獨控制的光源，諸如發光二級光(LED)、雷射器、燈和/或其他適當光源。改變照射哪個光源或者同時照射哪些光源允許控制從光楔100發出有向光的方向。例如，單個光源1302可以被從多個光源13照射。同樣，多個光源可以同時被照射以將多個圖像光束定向在不同方向上。在諸如圖14中示出的其他實施例中，單個機械式可掃描光源1402可被用來改變沿光楔的薄端的光注入的位置。光源的位置可以從光楔100的一側(諸如位置1404)改變到光楔100的相對一側(諸如位置1406)。在又一實施例中(諸如在圖15中示出的)，光注入系統16可包括光源1502和漫射屏幕1504。漫射屏幕1504被置於光楔100的薄端附近並沿該薄端伸展。當光源1502產生的雷射束在漫射屏幕1504處被定向時，光可被注入到光楔100的薄端,而漫射光被從漫射屏幕1504反射到光楔100的薄端中。光源1502可包括雷射器和聲光調製器或液晶全息圖(hologram)以便控制雷射束的方向。如圖所示，雷射束可在位置1506處被定向，或者雷射束可被從漫射屏幕1504的一側(諸如位置1508)掃描到漫射屏幕1504的相對側(諸如位置1510)。
[0028]因為光楔100被配置為形成具有相對窄的觀看角度的有向光，從單一位置注入光可以允許在單一方向上發出有向光，使得僅能夠從窄角度範圍觀看到所投影的圖像。這可以允許以私密模式顯示信息，在該模式中，圖像針對特定的觀看者。另一方面，同時從超過一個位置注入光可允許在超過一個方向上發出有向光，這可允許能夠從更寬的角度範圍觀看所投影的圖像。這種顯示模式在本文中可被稱為公開模式。可以理解，這些顯示模式的示例是出於說明的目的而描述的，而不旨在以任何方式進行限制。
[0029]回到圖1，控制器14可被配置為根據該系統的模式獨立地且選擇性地照射光注入系統16的每個光源。以這種方式，控制器14可控制光注入系統16沿該光楔的薄端注入光的位置。此外，控制器14可被配置為向空間光調製器12提供顯示數據以及從用戶跟蹤相機18接收數據。來自頭部跟蹤相機18的數據可被控制器14分析以確定觀看者的頭部、眼睛和/或其他身體部位的位置。來自用戶跟蹤相機18的數據可以是原始圖像數據，或者該數據可以是經預處理的，使得該圖像的各個特徵在該數據被傳輸到控制器14之前被提取。任何適當的圖像傳感器或傳感器組合可與用戶跟蹤相機18 —起使用。例如，在一些實施例中，可使用二維圖像傳感器，而在其他實施例中，可使用深度傳感器。同樣，在一些實施例中，可使用二維圖像傳感器和深度傳感器兩者。在利用深度傳感器的實施例中，可使用任何適當的深度感測技術，包括但不限於:飛行時間、結構化光和/或立體圖像感測，以及身體尺寸、頭部尺寸等估計算法，該算法基於二維圖像中的外觀身體尺寸來估計深度。
[0030]在一些實施例中，控制器14還可確定並存儲視頻呈現系統10的模式並根據該模式來控制視頻呈現系統10。控制器14可以是被配置為執行可存儲在計算機可讀存儲介質(諸如存儲器22)中的指令的任何計算設備。處理器24可被用來執行存儲在存儲器22中的指令，其中所述指令包括執行視頻呈現系統10的控制方法的例程。
[0031]視頻呈現系統10可進一步包括私密音頻輸出系統30，該系統30被配置為提供與私密視頻呈現相對應的私密音頻輸出。私密音頻輸出系統30可被配置為以任何適當方式來提供私密音頻輸出。例如，在一些實施例中，可使用一組或多組相控陣揚聲器來形成定向在用戶處的音頻束。在這些實施例中，用戶跟蹤相機18可被用來確定每個音頻束的位置。在用戶跟蹤相機18包括深度相機或其他深度確定機制(例如，外觀身體/頭部大小比較)的情況下，可使用深度數據來確定以下深度:在該深度處來自相控陣揚聲器的音頻被配置為相長幹涉。在其他實施例中，可使用拋物線揚聲器或其他有向揚聲器來提供私密音頻輸出。作為一個更具體的示例，在被配置為支持觀看兩個同時私密視頻呈現的實施例中，可使用兩個拋物線揚聲器來將私密音頻定向到在觀看不同視頻內容項的兩個觀看者。這些有向揚聲器可被配置為能夠(例如被發動機)移動以在觀看者在頭部跟蹤相機18檢測到的視頻觀看環境內四處物理移動時重定向音頻輸出。在又一實施例中，無線或有線耳機可被用來通過無線通信系統提供私密音頻，該無線通信系統包括無線發射機。在無線耳機的情況下，可使用任何適當機制來將特定耳機組與特定用戶相關聯，包括但不限於:耳機組之間的視線通信信道(例如紅外或其他)和/或響應於發送給每組耳機的標識音頻信號而進行的用戶輸入。
[0032]視頻呈現系統10可被配置為從一個或多個任意適當源獲得視頻內容。例如，在一個具體實施例中，視頻呈現系統10可包括多個電視調諧器以允許用戶同時觀看不同的電視節目。在其他實施例中，視頻呈現系統10可從任何其他源或源組合接收輸入，諸如DVD播放機、計算機網絡、視頻遊戲系統等。這些視頻輸入在圖1中被示出為40處的音頻/視頻(「A/V」)源輸入I以及42處的任意A/V輸入N。從多個源接收的用於同時呈現的多個視頻內容項可以以任何合適的方式被復用以提供給空間光調製器以能夠同時顯示該多個視頻內容項。
[0033]要理解，視頻呈現系統10是為示例目的描述的，且根據本發明的光學系統可在任何適當使用環境中使用。而且，要理解，諸如圖1的實施例中示出的視頻呈現系統可包括未示出的各種其他系統和功能，包括但不限於基於視覺的系統或其他觸摸檢測系統。
[0034]接下來參考圖2，光楔100被配置為定向來自被置於光楔100的薄端110附近的光源102的光，使得有向光離開光楔100的觀看表面150，如圖2中的光線軌跡所示。術語「觀看表面」指示觀看表面150比位於觀看表面150對面的後表面(圖2中不可見)更靠近觀看者。觀看表面和後表面均由側面130和140、薄端110和厚端120界定。在圖2中，觀看表面150面對該頁面的觀看者,而在光楔100的這一視圖中後表面被隱藏。
[0035]光楔100被配置為使得注入到薄端110的光界面中的光線在接近厚端120的過程中通過內部全反射扇出，厚端120包括末端反射器125。在所示實施例中，末端反射器125是彎曲的，具有均勻的曲率半徑，其具有曲率200的中心，且光源102在末端反射器125的焦點處注入光，該焦點位於該曲線半徑的一半處，由此形成準直光。在其他實施例中，光源可具有任何其他適當位置來創建任何其他所需光束(例如，收斂或發散的)。在厚端120處，從末端反射器125反射的每條光線均與每一其他光線平行。光線從厚端120朝薄端110行進，直到光線在觀看表面150的反射臨界角與觀看表面150相交，而光線作為有向光離開。在一替代實施例中，末端反射器125可以是拋物線式的，或者具有任何其他適當的曲率和/或結構，以用於對光定向。
[0036]在包括在薄端110附近並沿薄端110放置的多個光源的實施例中，為了糾正現場曲率和/或球面像差，可能期望稍微縮短光楔100的側面130和140，以便到達中心線210任一側的光源可以停在末端反射器125的焦點中。縮短側面130和140可使得薄端110是凸的，如曲線115所示。通過使用光線軌跡化算法來跟蹤光楔100的觀看表面150的反射臨界角的光線往回穿過光楔100直到光線到達薄端110附近的焦點的軌跡，可以找到適當的曲率。
[0037]圖3和4示出穿過光楔100的橫截面示意圖的光線軌跡。圖3示出第一光線300穿過光楔100的路徑，而圖4示出第二光線400穿過光楔100的路徑，其中光線300和400代表位於輸入到光楔100的薄端110中的光錐的相對側的光線。如在圖3和圖4中可見，光線300離開光楔100的薄端110附近的觀看表面150，而光線400離開光楔100的厚端120附近的觀看表面150。
[0038]一旦光線300和400以相對於觀看表面150的法線小於或等於內部反射臨界角的角度與觀看表面150相交，光線300和400就離開觀看表面。該臨界角在本文中可被稱為「第一臨界角」。同樣，當光線以相對於觀看表面150的法線大於第一內部反射臨界角的角度與觀看表面150相交時，所述光線在光楔100中內部反射。而且，當光線以相對於後表面160的法線大於內部反射臨界角的角度與後表面160相交時，所述光線在光楔100中內部反射。該臨界角在本文中可被稱為「第二臨界角」。
[0039]如下面參考圖5更詳細地解釋的，可能期望第一臨界角和第二臨界角不同，使得以第一臨界角入射到後表面160上的光被朝著觀察表面150反射回來。這可有助於防止光穿過後表面160的損失，並因此可提高光楔100的光學效率。第一臨界角是光楔100的折射率和作為觀看表面150的界面的材料(例如，空氣或包殼層(a layer of cladding))的折射率的函數，而第二臨界角是光楔100和後表面160附近的材料的折射率的函數。在諸如在圖3-4中所示的一些實施例中，包殼層170可以僅被施加到後表面160，使得觀看表面150與空氣交界。在其他實施例中，觀看表面150可包括具有與後表面160不同的折射率的包殼層(未不出)。
[0040]可使用一種或多種任意適當材料作為包殼層來實現光楔的觀看表面和/或後表面的期望的內部反射臨界角。在一示例實施例中，光楔100是由聚甲基丙烯酸甲酯(SPPMMA)形成的，其折射率為1.492。空氣的折射率為約1.000。如此，沒有包殼的表面的臨界角為約42.1度。類似地，示例包殼層可包括特氟龍(Teflon) AF (德拉瓦州威爾明頓的EI內穆爾杜邦公司(EI DuPont de Nemours&C0.)),其是一種折射率為1.33的多孔氟聚合物。用特氟龍AF包覆的PMMA表面的臨界角為63.0度。可以理解，這些實施例是出於示例的目的而描述的，而不旨在以任何方式進行限制。
[0041]光楔100和末端反射器125的結構可以被配置為使得在向薄端110注入均勻的光時均勻地照射觀看表面150的大部分，並且還使得注入的光的大部分離開觀看表面150。如同上面提及的，光楔100沿其長傾斜，使得在薄端110處注入的光線通過內部全反射被傳送到末端反射器125。末端反射器125包括被刻面的透鏡結構，該結構被配置為減小光線相對於觀看表面150和後表面160中的每一個的法線的角度。此外，從厚端120到薄端110的光楔100的不斷減小的厚度使得隨著光線朝薄端110的行進，相對於每個表面的法線的光線角度減小。當光線以小於第一臨界角入射到觀看表面150上時，該光線將離開觀看表面150。
[0042]在一些實施例中，光源102可被置於末端反射器125的焦點處，而在其他實施例中光源102可被置於任何其他適當位置處。在這些實施例中，末端反射器125可以彎曲，其曲率的半徑為光楔100的長度的兩倍。在圖3-4的實施例中，光楔100的傾斜角被配置為使得厚端120和觀看表面150的角落包括直角且厚端120和後表面160處的夾角包括直角。當薄端110處於末端反射器125的焦點處時，薄端110為厚端120的厚度的一半。在其他實施例中,這些結構中的每一個可具有任何其他適當的配置。
[0043]在所示實施例中，末端反射器125是從側面130到側面140以及從觀察表面150到後表面160球面彎曲的。在其他實施例中，末端反射器125可以是圓柱形彎曲，其從觀看表面150到後表面160具有均勻的曲率半徑和曲率中心，其中觀看表面150和後表面160如果延長將相遇。圓柱形彎曲末端可具有比球形彎曲末端反射器125更少的凹陷(S卩，不能被用作顯示區域的曲率)，這在大格式應用中可能是有益的。其他適當曲率可被用於末端反射器125，諸如例如拋物線。此外，與側面130和140垂直的平面中的末端反射器125的曲率可以跟與側面130和140平行的平面中的末端反射器125的曲率不同，諸如環形(toroidal)反射器。
[0044]如同上面提到的，可能期望觀看表面150和後表面160的反射臨界角不同以幫助阻止光穿過後表面160的損失。這在圖5中示出，圖5示出了圖2-4中的光楔的實施例的末端反射器125的橫截面放大示意圖。末端反射器125包括切面透鏡結構，該結構包括相對於厚端120的表面呈一定角度布置的多個切面。該多個切面在面向觀看表面150的切面(諸如切面530)以及面向後表面160的切面(諸如切面540)之間交替。末端反射器125符合如上所述的一般性曲率，其中末端反射器法線542和末端反射器法線532朝著曲率中心延伸。該多個切面中的每一個具有一高度並且相對於末端反射器的表面的法線具有一角度。例如，面向觀看表面150的切面之一具有高度538以及相對於末端反射器法線532和切面法線534的角度536。作為另一示例，面向後表面160的切面之一具有高度548以及相對於末端反射器法線542和切面法線544的角度546。
[0045]多個切面中的每一個的高度可影響離開觀看表面150的光束的均勻性和亮度。例如，更大的切面可帶來不同於理想焦距的光學路徑，這可導致菲涅耳波帶化(Fresnelbanding)。如此,在這種波帶化可能帶來問題的實施例中,可能期望使得該多個切面的每一個的高度小於例如500微米，以使得這種波帶化不那麼可見。
[0046]類似地，該多個切面中的每一個的角度也可影響離開觀看表面150的有向光的均勻性和亮度。光線500示出切面角度可怎樣影響穿過光楔100的光線的路徑。光線500被注入到薄端Iio中，行進穿過光楔100並擊中末端反射器125。光線500的一半擊中面向觀看表面150的切面530。擊中切面530的光線500的那部分作為光線510朝觀看表面150反射。光線510以相對於觀看表面150的法線小於或等於第一內部反射臨界角的角度與觀看表面150相交，並從而作為光線512離開觀看表面150。
[0047]光線500的另一半擊中面向後表面160的切面540。擊中切面540的光線500的那部分作為光線520朝後表面160反射。因為觀看表面150和後表面160的臨界角之間的差，光線520相對於後表面160的法線以大於第二內部反射臨界角的角度與後表面160相交，並從而作為光線522朝觀看表面150反射。光線522隨後以相對於觀看表面150的法線小於或等於第一內部反射臨界角的角度與觀看表面150相交，並從而作為光線524離開。以此方式，從末端反射器125反射的大部分光(而在一些實施例中，基本上全部的光)離開觀看表面150。
[0048]由於光是分別從面向觀看表面150的切面和面向後表面160的切面反射的，所以當光從後表面反射以離開該觀看表面時，在觀看表面150處形成頭-尾定向排列的重疊、疊加的第一和第二圖像。這些圖像之間重疊的程度可以通過切面530和540的角度來確定。例如，當每個切面具有相對於末端反射器的表面的法線的角度為90度和第一反射臨界角之間的差的3/8時，這兩個圖像完全重疊，如同下面更詳細地描述的。在此情況下，輸入到光楔100的基本上所有光離開觀看表面150。將切面從此值做出改變減小了圖像之間重疊的量，使得在切面的角度是90度和第一反射臨界角之間的差的1/4或1/2時，這兩個圖像中只有一個或另一個被顯示。而且，將切面的角度從90度和第一反射臨界角之間的差的3/8做出改變還使得某些光從光楔100的薄端離開，而不是從觀看表面150離開。在切面的角度為90度和第一反射臨界角之間的差的1/4或1/2時，觀看表面還可能被均勻地照射，但是光的一半從光楔100的薄端離開並因此而損失。要理解，取決於期望的使用環境，使用不同於90度和第一反射臨界角之間的差的3/8的角度可能是適當的。這些使用環境可包括但不限於:其中非重疊光的任何區域(其相對於重疊區域將看上去具有更低的強度)不在用戶所觀察的視野內的環境，以及其中減小的光強度是可接受的的環境。
[0049]在一替代實施例中，末端反射器125可包括衍射光柵。可使用光柵方程來計算給定入射角和給定光波長的衍射角。因為衍射角取決於光的波長，所以在入射光是單色的時，可能需要包括衍射光柵的末端反射器。
[0050]圖6和7將光穿過光楔100的行進示出為光穿過光楔疊層的路徑，每個光楔是光楔100的實施例的複製品以進一步示出圖5中示出的思想。跟蹤穿過光楔複製品疊層的光線在光學上等同於跟蹤在光楔內的光線的路徑。從而，以此方式，光線的每次內部反射被示出為該光線從一個光楔穿過邊界到鄰近光楔的光線的通路。在圖6中，觀看表面被示出為光楔疊層600中的最頂部光楔的觀看表面620。後表面被不出為光楔疊層600的最底部光楔的後表面630。光楔疊層600的後端接合以形成中心在軸610上的近似曲線640，其中所有表面均收斂在軸610上。
[0051]圖6還不出位於被注入到光楔疊層600的薄端的光錐的相對側的兩條光線650和660。對於每個光線650和660,在從末端反射器反射之後,光線的一半從光楔疊層600的厚端附近(並因此從所表不的光楔)出現，如實線652和662所不,而光線的一半從該光楔疊層的薄端出現，如由虛線654和664所示。在這兩個極端之間的任何角度注入的光線也將被末端反射器中的切面圖案所分割，並以類似方式從該光楔的觀看表面和後表面出現。與光線652和662平行地離開觀看表面620的光線由陰影區域602表示。如同上面提到的，要理解，通過在該光楔的後表面上米用包殼(未不出)，被不出為穿過光楔的後表面630發出的光線可以反而被後表面反射並隨後從觀看表面出去，其中該包殼具有比在該光楔的觀看表面上採用的包殼(未示出)更低的折射率。以此方式，基本上被注入到光楔的薄端的所有光均可從該光楔的觀看表面發出。
[0052]為使觀看表面被均勻照射(例如，其中從切面530和540反射的圖像完全重疊)，在薄端注入並且與該末端反射器的法線重合地朝末端反射器水平行進的光線從面向觀看表面的切面反射開並行進到該觀看表面的中心，以該觀看表面的臨界角與該觀看表面相交。圖7示出這種光線穿過光楔疊層700的路徑的示意圖。光線710在光楔的薄端702處注入並作為光線715從末端反射器704反射開。光線715行進到觀看表面706的中心，以相對於觀看表面法線720呈反射臨界角730與觀看表面706相交。角度732和734的和是90度與反射臨界角730的差。當該光楔的薄端是該光楔的厚端的厚度的一半時，該光楔的中心點是該光楔的厚端的3/4。在使用近軸逼近時，角度732是90度和反射臨界角730的差的3/4。水平線722平行於注入的光線710，所以角度740等於角度732。根據反射定律，入射角等於反射角，所以切面角度可以是角度740的一半。因此，為使觀看表面被均勻照射，面向觀看表面的每個切面可相對於該末端反射器的表面的法線形成以下角度:該角度為90度和反射臨界角730的差的3/8，如同上面提到的。
[0053]圖8和9示出可如何通過將光在沿圖2的光楔的薄末端的不同位置處注入到該光楔中來改變有向光束的方向。具體而言，通過將光注入的位置向右偏移，可以將該光束的方向向左移動，反之亦然。在每個圖中，為了清楚，示出單個光像素的可見位置，分別在圖8和9的800和900處示出。而且，示出了作為從光的點到光楔的光界面的角落的光點的軌跡的線，並且中心線810示出以在光注入位置移動時更清晰地說明光的像素相對於該光楔的移動。
[0054]在圖8中，光在第一位置從光源802注入到薄端110的右側。光束的方向被定向為朝中心線810的左側，如由可見位置800處的像素所示。在圖9中，光在第二位置從光源902注入到薄端110的左側。光束的方向被定向為朝中心線810的右側，如由可見位置900處的像素所示。應當理解，可通過在期望的時間間隔並按期望的次序依序改變沿光楔100的薄端的光注入的位置來掃描該光束(平滑地或以任何期望大小步進地)。這種顯示模式在本文中可被稱為掃描模式。
[0055]圖10示出一種通過光學波導掃描準直光的示例方法的流程圖。該光學波導可包括第一末端、與該第一末端相對並包括末端反射器的第二末端、在第一末端和第二末端之間延伸的觀看表面、以及與該觀看表面相對的後表面。在一個實施例中，該光學波導是圖2的光楔，其中光楔的薄端是該光學波導的第一末端而光楔的厚端是該光學波導的第二末端。
[0056]在另一實施例中，該光學波導可具有恆定的厚度，例如該第一末端和該第二末端是相同厚度的。這種光學波導可包括在觀看表面和/或後表面上的包殼，該包殼的折射率在該第一末端和該第二末端之間線性變化。當光被注入到該光學波導的第一末端時，此實施例將以類似於光楔的方式工作。在又一實施例中，該光學波導可具有恆定的厚度、在第一末端和第二末端之間線性變化的折射率、以及在該觀看表面和/或後表面上的折射率恆定的包殼。當光被注入到該光學波導的第一末端時，此實施例也將以類似於光楔的方式工作。
[0057]參考圖10,方法1000開始於1010,將光注入到光學波導的第一末端中。如上所述，光可以由光源注入，該光源被配置為沿例如該光學波導的第一末端機械移動。在另一實施例中，可沿該光學波導的第一末端排列多個光源，每個光源被配置為在沿該光學波導的第一末端的不同位置處將光注入到該光學波導的第一末端。光可由該多個光源中的一個或多個光源注入。在又一實施例中，可通過跨位於該光學波導的第一末端附近並沿該第一末端延伸的漫射屏幕掃描雷射束來注入光。
[0058]接下來，在1020，所注入的光經由內部全反射被遞送到末端反射器。在1030，可從該末端反射器內部反射掉所述光。從該末端反射器內部反射掉的光可從該第一組切面和第二組切面反射，第一組切面中的每一個具有至少部分指向該觀看表面的法線，而該第二組切面中的每個具有至少部分指向該後表面的法線。而且，在一些實施例中，第一組切面中的每一個可具有90度和反射臨界角的差的3/8的角度，而該第二組切面中的每一個可具有90度和反射臨界角之間的差的3/8的角度。在其他實施例中，切面可具有不導致光強度的不適當改變的其他適當角度。在又一實施例中，該末端反射器可包括衍射光柵。
[0059]由於末端反射器上的切面所處的角度具有夾角，所以在1040，光的一部分可從該觀看表面發出，光的該部分以反射臨界角與該觀看表面相交。接下來，在1050，可改變沿該光學波導的第一末端將光注入到該光學波導的位置。在一個實施例中，可通過將光源機械移動到期望位置來改變沿該光學波導的第一末端的位置，並隨後可由該光源在該期望位置注入光。在另一實施例中，可通過選擇性地照射沿該光學波導的第一末端排列的多個光源中的一光源來改變沿該光學波導的該第一末端的位置。在又一實施例中，可通過將雷射跨位於該光學波導的第一末端附近並沿該第一末端延伸的漫射屏幕進行掃描來改變沿該光學波導的該第一末端的位置。通過改變光被注入的位置，可改變光束的方向。如圖8和9中所示，將光注入到光楔100的薄端110的左側可在指向光楔100的右側的方向上發出準直光，反之亦然。
[0060]圖11示出一種可被用於執行使用光束來在同一光學系統(諸如視頻呈現系統10)上在不同模式期間顯示公開和私密信息的方法的方法的示例實施例的流程圖。在描述圖11之前，要理解，在圖11-12以及16的描述中使用術語「楔」不是為了把此實施例的應用限制於光楔光導，而是還可以使用如上所述的具有改變的折射率的光導。
[0061]返回圖11，在1110，確定該光學設備的顯示模式。如果顯示模式為公開模式，則該例程從1110前進至1150。如果顯示模式為私密模式，則該例程前進至1120。
[0062]當顯示模式為私密時，在1120，可確定觀看者的位置。觀看者的位置可由控制器14使用從頭部跟蹤相機18接收的頭部跟蹤數據來確定，或者可假定該位置為例如在視頻呈現系統10的正前方。在1130，可將該觀看者的位置與沿該光楔的薄端的一個或多個位置相關聯。沿該光楔的薄端的位置可以被選擇，以使得當在例如每個位置處注入光時，該觀看者位於從視頻呈現系統10發出的光束的光學路徑中。在1140，可將光注入到沿該光楔的薄端的該一個或多個位置中。將光從單個光源在單個位置處注入可提供視頻呈現系統10的最窄的視野。然而，可能期望通過在一個以上位置處注入光來拓寬視野。如果所計算的觀看者的位置不精確(諸如例如如果頭部跟蹤算法與觀看者的移動速度相比很慢)，則拓寬視野可提供裕度。要理解，視野能由該顯示器的用戶控制，使得可向位於該顯示器周圍的任何適當位置處的任何數量的用戶顯示私密圖像。該例程在1140後結束。
[0063]可按循環不斷重複方法1100，使得在觀看者移動時可以更新觀看者的位置。通過更新觀看者的位置以及沿光楔的薄端的相關聯的位置，來自視頻呈現系統10的光束可在觀看者移動時跟隨觀看者。
[0064]當顯示模式為公開時，在1150，可將寬的視野與沿該光楔的薄端的多個位置相關聯。例如，在一些情況下，可同時照射所有光源，或者可同時照射光源的子集。在任一情況下，如在1160所示，光被注入到沿該光楔的薄端的該多個位置中並且可顯示具有寬視野的圖像。
[0065]可按不同方式使用該顯示器的公開模式以便向不同數量的觀看者顯示圖像。例如，可能期望向可直接觀看該顯示屏的任何觀看者顯示圖像。在此情況下，通過照射沿光楔的薄端排列的多個光源中的所有光源可獲得寬視野。另一方面，公開模式的一些用途可能展現出私密顯示器的某些性質。例如，該顯示器可被配置為使得銀行出納員和顧客可各看到一圖像，該圖像對於跟該銀行出納員和顧客具有不同的顯示器角度的觀看者是隱藏的。在這種模式中，將該光定向到的方向可以基於預期觀看者的坐/站的位置來預先確定，或者可以由相機或其他適當方法來確定。
[0066]在某些實施例中，對於私密圖像的每個觀看者，對於視頻數據的每一幀,通過依序向觀看者的右眼和左眼提供不同圖像，可呈現立體圖像。例如，在一些這樣的實施例中，顯示圖像以使得顯示器面板的每個像素在任何一幀僅對一隻眼睛是可見的，並隨後在後續幀中僅對另一隻眼可見。在其他這樣的實施例中，以任何適當方式顯示圖像(例如，通過某個適當的重疊量)。圖12示出用於執行通過有向光顯示立體圖像的方法的例程的示例實施例的流程圖。這種顯示模式在本文中可被稱為立體模式。在1210，通過頭部跟蹤相機確定觀看者的第一眼睛的位置和第二眼睛的位置。在1220，將第一圖像以及沿該光楔的薄端的第一位置與觀看者的第一眼睛相關聯。第一圖像可以是例如如由該觀看者的左眼所看到的三維圖像的視圖。左眼可以在沿該光楔的薄端的第一位置處注入光時位於視頻呈現系統10所發出的有向光的光學路徑中。在1230，在空間光調製器12處調製第一圖像，而在1240，將光注入到沿該光楔的薄端的第一位置中，由此向用戶的第一眼睛呈現第一圖像。
[0067]在1250，停止將光注入到沿著光楔的薄端的第一位置中，而在1260，將第二圖像和沿光楔的薄端的第二位置與觀看者的第二眼睛相關聯。第二圖像可以是例如如由該觀看者的右眼所看到的三維圖像的視圖。右眼可以在沿該光楔的薄端的第二位置處注入光時位於視頻呈現系統10所發出的光的光學路徑中。在1270，可在空間光調製器12上調製第二圖像。在1280，可將光注入到沿該光楔的薄端的第二位置中，由此向該用戶的第二眼睛呈現第二圖像。
[0068]在1290，停止將光注入到沿該光楔的薄端的第二位置中。隨後可依序重複方法1200，使得向一隻眼睛顯示第一組圖像而向另一隻眼睛顯示第二組圖像。如果該例程重複得足夠快，例如，刷新率足夠高，則該觀看者的眼睛可以將時分圖像集成到無閃爍場景中。每個觀看者具有不同的感知，但是可能期望大於60Hz的刷新率。
[0069]而且，所公開的視頻呈現系統的實施例可被用來呈現依賴視圖呈現的圖像，其中圖像中的對象的角度隨著顯示屏的觀看者的角度的變化而變化。為了實現此效果，可快速連續顯示多個水平相鄰的圖像，使得每個圖像從一略微不同的觀看角度可見。例如，在一個實施例中，多個水平相鄰的圖像可包括32個圖像，它們代表二維或三維的場景中的32個視圖。因為觀看者的每隻眼睛以略微不同的角度觀看顯示器，所以每隻眼睛看到不同的圖像，使得所看到的圖像取決於觀看者對該顯示屏的角度。類似地，可以通過使用眼睛跟蹤技術來顯示僅同時在用戶視野中的圖像，而不是連續顯示水平相鄰的圖像。此外，還可向多個觀看者提供這種依賴視圖呈現的圖像，其中向每個用戶的每隻眼睛呈現不同的圖像。由於根據每個觀看者的頭部/眼睛位置的移動的視角變化，這種方法可以給觀看者帶來的通過窗口看所顯示的圖像的印象。
[0070]如同上面提到的，在一些實施例中，來自背光系統的光可被配置為收斂於觀看者的眼睛處。圖1中的視頻呈現系統可允許空間光調製器12很小(例如為瞳孔大小)時的立體觀看。當空間光調製器12的尺寸增大時，視頻呈現系統10可包括附加的光學元件，諸如在空間光調製器12附近的菲涅耳透鏡。
[0071]圖16示出被配置為同時向多個觀看者顯示私密視頻呈現(相同或不同的呈現)的另一實施例的流程圖。方法100開始於1610，其中例如通過圖像傳感器數據檢測到多個觀看者。隨後在1620，將私密圖像和音頻輸出與每個觀看者相關聯。可以將任何適當的輸出與每個觀看者相關聯，諸如視頻內容項或內容發現屏幕，觀看者通過該屏幕可以選擇視頻內容項以進行私密消費。
[0072]在1625，可向每個觀看者提供私密音頻。私密音頻可以按照任何合適的方式來提供。例如，在一些實施例中，每個用戶可利用能與特定觀看者相連結的一組有線或無線耳機。作為更具體的示例，無線耳機組可被配置為在接收到由該視頻呈現系統通過無線通信信道(例如，藍牙、WiFi或任何其他適當的無線通信信道)發送的請求之後發出視線信號(例如紅外信標)。通過頭部跟蹤相機，或者按照任何其他適當方式，可以檢測到視線信號。在另一實施例中，可使用用戶反饋來將耳機組連結到特定用戶。例如，可依序向每個耳機組發送音頻信號，請求每個用戶執行可由頭部跟蹤相機檢測的姿勢。在利用有向揚聲器來輸出私密音頻的實施例中，可省略這種耳機關聯過程，因為視頻內容項的音頻輸出可以被定向在與視頻輸出相同的方向上。
[0073]接下來，在1630，方法1600包括將第一觀看者設置為當前觀看者。隨後，在1640，確定當前觀看者的位置，並且將該位置與沿光楔的薄端的一位置相關聯，該薄端的該位置將導致光被定向到當前觀看者。當前觀看者位置可以按照任何合適的方式來確定。例如，該位置可以通過使用頭部跟蹤數據來確定、可以被預先確定(例如，用戶或管理員可以控制和/或設置位置的數量和/或地點)等。要理解，當通過頭部跟蹤相機跟蹤到觀看者在觀看環境內移動時，可以在多次迭代之間調整針對特定用戶的注入光的位置。類似地，如果用戶已移動，可以調整私密音頻輸出(諸如音頻束)的方向，如在1645所指示的。
[0074]接下來，在1650，調製空間光調製器以產生針對當前觀看者的圖像。在一些情況下，可將該圖像與其他觀看者相關聯，以使得多個觀看者可看到同一圖像，而在其他情況下該圖像可與單一觀看者相關聯。
[0075]在1660，方法1600包括將光注入到光楔100的薄端110中，由此將該圖像呈現給當前觀看者。隨後，在1670，停止將光注入到光楔100的薄端110。在1680，遞增當前觀看者序號並隨後該方法在1640繼續。以此方式，可將多個視頻呈現同時呈現給多個用戶。如果刷新率足夠高，則觀看者的眼睛可將與該觀看者相關聯的時分圖像整合為無閃爍圖像。每個觀看者具有不同的感知，但是大於60Hz的刷新率可能是適當的。過程1640-1680可循環，直到所有觀看者已選擇停止觀看為止，此時方法1600可結束。
[0076]在一些實施例中，即使用戶停止觀看該顯示器(例如，轉頭面向不同方向)，可繼續提供私密音頻，直到確定該用戶已離開觀看體驗為止(例如，通過該觀看者在預定時間段內不再關心)。類似地，在用戶通過無線耳機接收私密音頻的情況下，即使在用戶離開用戶跟蹤相機的視野時，也可繼續向該用戶提供私密音頻。這可允許例如在暫時走出房間時跟蹤視頻呈現。
[0077]在上述實施例中的一些中，根據相機(諸如深度傳感器或傳統相機)所檢測到的用戶的位置，將與每個用戶的每隻眼睛相關聯的被照射的區域向外投影到空間中，而在其他實施例中，投影單個圖像，該單個圖像能由觀看者的雙眼觀看。相機和顯示器的相對位置可以固定，但是由於機械容限，在相機認為觀看者位於何處以及顯示器認為它在將光發送到何處之間可能存在一些差別。因為顯示器產生時間序列照射，所以工作在該顯示器的幀率下的相機可被用來在工作期間觀察觀看者，以看到被投影到觀看者的面部上的顯示系統的照射。這可被用來校準投影。例如，當向觀看者投影左眼圖像時，該顯示器僅應照射左眼。從而，通過把相機所看到的眼睛/頭部的位置與同一相機依序看到的左/右差分圖像相匹配，可以檢測到並彌補校準誤差。
[0078]每隻眼睛上的附加照射可以小於環境。從而，為了提高顯示圖像的可檢測性，可在可見光中添加一些不可見(例如紅外)分量。因為在紅外光中與在可見光中相比液晶顯示器的傳輸可能更高(在一些情況下，高10倍)，所以附加的分量可包括總照射的一個小分數。隨後，隨著時間，當用戶在顯示器周圍移動時，相機和顯示器之間的校準可以被自適應地細化。要明白，如果可見光圖像能充分檢測，則可省略這種紅外照射。
[0079]應當明白此處描述的計算設備可以是被配置為執行此處描述的程序的任意合適的計算設備。例如，計算設備可以是大型計算機、個人計算機、膝上型計算機、可攜式數字助理(PDA)、計算機啟用的無線電話、網絡計算設備、或者其它合適的計算設備，並且可以通過諸如網際網路之類的計算機網絡互相連接。這些計算設備一般包括處理器以及相關的易失性和非易失性的存儲器，並且被配置為使用易失性存儲器和處理器的一部分來執行存儲在非易失性存儲器中的程序。如此處所使用的，術語程序摂表示可以由此處描述的計算設備執行或利用的軟體或固件組件，並且意味著包括下述一項或多項:可執行文件、數據文件、庫、驅動程序、腳本、資料庫記錄等。可以理解，可提供具有存儲在其上的程序指令的計算機可讀介質，當由計算設備執行時，所述指令使得計算設備執行上述方法，並且使得上述系統工作。
[0080]應該理解，此處所述的用於掃描有向光的具體配置和/或方法是出於示例的目的而呈現的，且這些具體實施例或示例不是局限性的，因為多個變體是可能。本公開的主題包括各種過程、系統和配置、此處所公開的其他特徵、功能、動作、和/或特性、以及其任何和全部等效物的所有新穎和非顯而易見的組合和子組合。
【權利要求】
1.一種視頻呈現系統，包括: 顯示表面； 有向背光系統，被配置為從所述顯不表面發出光束並且改變所述光束所定向的方向；空間光調製器，被配置為通過來自所述有向背光系統的光形成用於顯示的圖像；以及控制器，被配置為控制所述有向背光系統和所述空間光調製器來在第一視角顯示第一視頻內容項而在第二視角顯示第二視頻內容項。
2.如權利要求1所述的視頻呈現系統，其特徵在於，還包括私密音頻輸出，所述私密音頻輸出能由所述控制器控制來提供與所述第一視頻內容項相對應的第一私密音頻輸出以及提供與所述第二視頻內容項相對應的第二私密音頻輸出。
3.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述有向背光系統包括: 光學波導；以及 沿所述光學波導的一末端排列的多個光源，每個光源被配置為在沿所述光學波導的所述末端的不同位置處將光注入到所述光學波導的所述末端。
4.如權利要求3所述的系統，其特徵在於，所述控制器被配置為依序照射所述多個光源中的兩個或更多個光源以調製所述光束髮出的方向。
5.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，還包括用戶跟蹤相機，並且其中所述控制器還被配置為從所述用戶跟蹤相機接收數據，以通過所述數據定位第一觀看者以及第二觀看者，並且在同步調製所述空間光調製器的同時將所述光束依序定向到第一觀看者並隨後定向到第二觀看者。
6.如權利要求4所述的系統，其特徵在於，所述控制器被配置為與所述空間光調製器同步地調製所述光束的方向，以為一個或多個觀看者中的每個觀看者產生立體圖像。
7.如權利要求4所述的系統，其特徵在於，所述控制器被配置為檢測第一觀看者的位置的改變並且基於所述第一觀看者的位置的改變來調整所述光束的方向。
8.—種通過視頻呈現系統同時向不同觀看者提供不同的音頻/視頻呈現的方法，所述視頻呈現系統包括光學波導、空間光調製器以及私密音頻輸出系統，所述光學波導包括第一末端、與所述第一末端相對的第二末端、位於所述第二末端處的準直末端反射器、在所述第一末端和所述第二末端之間延伸的觀看表面、與所述觀看表面相對的後表面，所述方法包括: 將光注入到所述光學波導的所述第一末端中； 通過內部全反射將所述光遞送到所述末端反射器； 內部反射從所述末端反射器反射掉的光，由此使所述光準直； 從所述觀看表面發出所述光； 改變沿所述光學波導的所述第一末端的將所述光注入到所述光學波導中的位置；與改變將所述光注入到所述光學波導中的位置同步地在第一視頻內容項和第二視頻內容項之間切換所述空間光調製器所產生的圖像； 提供與所述第一視頻內容項相對應的第一音頻輸出；以及 提供與所述第二視頻內容項相對應的第二音頻輸出。
9.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，提供所述第一音頻輸出包括向第一無線耳機組提供所述第一音頻輸出以及向第二無線耳機組提供所述第二音頻輸出。
10.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，還包括:通過圖像數據檢測第一觀看者的位置和第二觀看者的位置；以及 基於所述第一觀看者的位置和所述第二觀看者的位置，在第一光注入位置和第二光注入位置之間通過調製 來改變光注入到所述光學波導的位置。
【文檔編號】G09G5/00GK103608857SQ201280029520
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2012年6月16日 優先權日:2011年6月17日
【發明者】S·巴斯徹, T·拉吉, A·特拉維斯 申請人:微軟公司