CN110088678B - 用于校准光场投射系统的系统、设备和方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及用于校准光场投射系统的系统、设备和方法。一个示例系统包括投射单元，该投射单元可操作以将扫描序列朝向具有凸反射元件的屏幕投射。根据基线强度简档调制扫描序列。该系统还包括校准设备，该校准设备被布置成使得扫描序列的一部分被校准设备截取。校准设备包括第一光检测器，其设置成检测截取的强度简档。校准设备还包括第二光检测器，其被设置为检测扫描序列的反射部分作为测量的强度简档。该系统还包括控制系统。控制系统被配置为基于测量的强度简档与预期强度简档的比较来确定预期强度简档并且修改光场投射系统的操作。

Description

用于校准光场投射系统的系统、设备和方法

背景技术

除非本文另有说明，否则本部分中描述的内容不是本申请中的权利要求的现有技术，并且不因包含在本部分中而被认为是现有技术。

近年来，三维(3D)显示/投射已成为备受关注的话题。许多3D显示器需要观看者麻烦地使用头戴设备(例如，主动或被动3D眼镜)。此外，虽然确实存在无眼镜的3D显示系统，但是这样的系统可能没有考虑到处于相对于显示器的不同的方位角视角、高度和距离的多个观看者。

光场是一种描述对于空间中的每个位置在给定位置处在给定方向上流动的光量的合成的功能(有时称为“5D全光功能”)。例如，如果包括光场的所有光从一个平面发出，则该功能可以减少到四个维度。这些四个维度的示例基组可以是平面上的x-位置、平面上的y-位置、平面中的方位角(从0°到360°)(有时称为φ)、和离开平面的仰角(从0°到90°，0°在平面中，90°与平面完全垂直)(有时称为θ)。如果为平面上的每个可能的四元组(x、y、φ和θ)指定强度(例如，瓦特)(假设平面在x和y方向上是无限的)，则能够为3D空间中的每个点定义光场(阻隔与平面外的物体的干扰)。

光场显示器能够产生这样的光场，受制于实际限制(例如，显示平面在x和y方向上不是无限的)。对于四个维度中的每个维度的值的选择越精细，所显示的可视光场的分辨率越高。另外，所显示的光场的强度可以仅针对单个波长定义。因此，可以以不同波长分开显示多个光场。在可视光谱中，每个波长代表相应光场的颜色，从而实现彩色光场显示。

观看者可以从空间中的各种位置以及从各种方位角和仰角观看由光场显示器生成的光场。鉴于观看者具有观察光场的两只眼睛(因此两个视角)，观看者能够光谱地观察来自3D的光场显示器的场景。

例如，当安装在家中时，这种光场显示器可以偏移。附加地或替代地，光场显示器可能具有在制造期间出现的缺陷。这种偏移或缺陷可能导致系统在某些视角/观察位置处不产生高质量的光场。对于观察者，更低质量的光场可以产生正被再现的场景的劣化的3D图像(例如，低分辨率3D图像)。因此，可能期望经由校准来解决潜在的偏移和缺陷。

发明内容

说明书和附图公开了涉及用于校准光场投射系统的系统、设备和方法的实施例。一个示例系统提供光场投射系统的校准。该系统包括投射单元，该投射单元将光朝向屏幕投射以顺序扫描屏幕。屏幕上具有凸反射元件。此外，根据基线强度简档(profile)调制投射光(projected light)。该系统还包括校准设备。校准设备在校准过程期间位于投射单元和屏幕之间，并且可以在校准过程期间截取投射光的一部分。另外，校准设备包括第一光检测器和第二光检测器。第一光检测器检测被截取部分。第二光检测器检测从屏幕反射的投射光的一部分。由第一光检测器检测的光是截取的强度简档的形式，并且由第二光检测器检测的光是测量的强度简档的形式。该系统最后包括控制系统。控制系统使用基线强度简档和截取的强度简档来确定第二光检测器的预期强度简档。控制系统还响应于测量的强度简档和预期强度简档之间的比较来修改光场投射系统的操作。

在一个方面，本公开描述了一种配置成校准光场投射系统的系统。该系统包括投射单元，该投射单元可操作以朝向具有多个凸反射元件的屏幕投射扫描序列。根据基线强度简档调制投射的扫描序列。该系统还包括布置在投射单元和屏幕之间的校准设备，使得扫描序列的一部分在到达屏幕之前被校准设备截取。校准设备包括：(a)第一光检测器，被设置为检测扫描序列的被截取部分作为截取的轮廓；和(b)第二光检测器，被设置为检测从屏幕反射的扫描序列的反射部分作为测量的强度简档。该系统还包括控制系统。控制系统被配置为基于基线强度简档和截取的强度简档确定对应于第二光检测器的预期强度简档。控制系统还被配置为基于测量的强度简档与预期强度简档的比较来修改光场投射系统的操作。

在另一方面，本公开描述了一种被配置为校准光场投射系统的设备。该设备包括第一光检测器，该第一光检测器被设置为检测扫描序列的被截取部分作为截取的强度简档。投射单元朝向具有多个凸反射元件的屏幕投射扫描序列。根据基线强度简档调制投射的扫描序列。该设备还包括第二光检测器，该第二光检测器被设置为检测从屏幕反射的扫描序列的反射部分作为测量的强度简档。该设备还包括发送器，该发送器被配置为将测量的强度简档和截取的强度简档发送到控制系统。控制系统被配置为基于基线强度简档和截取的强度简档确定对应于第二光检测器的预期强度简档。控制系统还被配置为基于测量的强度简档与预期强度简档的比较来修改光场投射系统的操作。

在第三方面，本公开描述了一种校准光场投射系统的方法。该方法包括由投射单元的调制器根据基线强度简档调制扫描序列。该方法还包括由投射单元将扫描序列朝向具有多个凸反射元件的屏幕投射。该方法还包括由布置在投射单元和屏幕之间的校准设备截取扫描序列的一部分。另外，该方法包括由第一光检测器检测扫描序列的被截取部分作为截取的强度简档。此外，该方法包括由第二光检测器检测从屏幕反射的扫描序列的反射部分作为测量的强度简档。另外，该方法包括由控制系统基于基线强度简档和截取的强度简档确定对应于第二光检测器的预期强度简档。更进一步地，该方法包括由控制系统基于测量的强度简档与预期强度简档的比较来修改光场投射系统的操作。

在另一方面，本公开描述了一种校准光场投射系统的系统。该系统包括用于根据基线强度简档调制扫描序列的装置。该系统还包括用于将扫描序列朝向具有多个凸反射元件的屏幕投射的装置。该系统还包括用于截取扫描序列的一部分的装置。另外，该系统包括第一装置，用于检测扫描序列的被截取部分作为截取的强度简档。此外，该系统包括第二装置，用于检测从屏幕反射的扫描序列的反射部分作为测量的强度简档。另外，该系统包括用于基于基线强度简档和截取的强度简档确定对应于用于检测的第二装置的预期强度简档的装置。更进一步地，该系统包括用于基于测量的强度简档与预期强度简档的比较来修改光场投射系统的操作的装置。

前述发明内容仅是说明性的，并不旨在以任何方式进行限制。除了以上描述的说明性方面、实施例和特征之外，通过参考附图和以下详细描述，其他方面、实施例和特征将变得清楚。

附图说明

图1是根据示例实施例的光场投射系统的图示。

图2a-图2d是根据示例实施例的屏幕(分别为倾斜视图、侧视图、俯视图和坐标系)的图示。

图3a-图3d是根据示例实施例的各种凸反射元件的图示。

图4是根据示例实施例的扫描凸反射元件的方法的图示。

图5a和图5b是根据示例实施例的在凸反射元件的扫描期间发生的光线的图示(分别是侧视图和俯视图)。

图6是根据示例实施例的光场的两个视角图的图示。

图7是根据示例实施例的光场的两个视角图的图示。

图8是根据示例实施例的光场投射系统的图示。

图9是根据示例实施例的生成不同颜色的光场的方法的图示。

图10是根据示例实施例的生成不同颜色的光场的方法的图示。

图11是根据示例实施例的光场投射系统的图示。

图12是根据示例实施例的光场投射系统的图示。

图13是根据示例实施例的方法的流程图图示。

图14a是根据示例实施例的校准方法的图示。

图14b是根据示例实施例的在校准方法中使用的校准设备的图示。

图14c是根据示例实施例的校准方法的图示。

图15a是根据示例实施例的校准方法的图示。

图15b是根据示例实施例的在校准方法中使用的校准设备的图示。

图16a是根据示例实施例的校准方法的图示。

图16b是根据示例实施例的在校准方法中使用的校准设备的图示。

图17a是根据示例实施例的校准方法的图示。

图17b是根据示例实施例的在校准方法中使用的校准设备的图示。

图18是根据示例实施例的方法的流程图图示。

具体实施方式

本文描述了示例方法和系统。本文描述的任何示例实施例或特征不必被解释为比其他实施例或特征优选或有益。本文描述的示例实施例不意味着限制。容易理解的是，所公开的系统和方法的某些方面可以以各种不同的配置来设置和组合，所有这些配置都在本文中被考虑。

此外，图中所示的特定设置不应视为进行限制。应该理解，其他实施例可以包括给定附图中所示的每个元件的更多个或更少个。另外，可以组合或省略一些所示元件。类似地，示例实施例可以包括未在附图中示出的元件。

I概述

示例实施例包括用于校准光场投射系统的系统、设备和方法。在一些实施例中，光场投射系统可包括具有凸反射元件的屏幕。在其他实施例中，屏幕可以具有凹折射元件。

校准光场投射系统的方法可以包括使用放置在屏幕和(例如，校准系统的和/或光场投射系统的)投射单元之间的(例如，校准系统的)校准设备。在各种实施例中，这种校准设备可以由用户携带(例如，用户手中的棒)或者在校准方法期间安装到投射单元。在校准设备的面向屏幕的一侧上，可以存在一个或多个光检测器(例如，光电二极管、雪崩光电二极管或光敏电阻器)。在由投射单元顺序扫描屏幕期间，光检测器可各自检测从屏幕上的凸反射元件反射的测量的强度简档。此外，在屏幕的顺序扫描期间，投射单元可以根据基线强度简档来调制投射光。基线强度简档可以提供基线，以后可以将测量的强度简档的变化与之进行比较。

校准设备可以包括在校准设备的面向投射单元的一侧上的附加光检测器。附加光检测器可以在投射光的一部分到达屏幕之前截取所述投射光的一部分，使得可以从截取的光确定强度简档。此外，可以在投射单元顺序扫描屏幕期间确定这个截取的强度简档。然后可以使用截取的强度简档和基线强度简档来确定扫描序列的从屏幕反射并由(多个)面向屏幕的光检测器检测到的一部分的预期(例如，预测的)强度简档。

此外，截取的光强度简档可用于确定校准设备的位置，并因此确定(多个)面向屏幕的光检测器相对于投射单元和/或屏幕的位置。一旦确定了校准设备的相对位置，就可以将(多个)预期强度简档与由(多个)面向屏幕的检测器检测的(多个)测量的强度简档进行比较。特别地，在(多个)面向屏幕的检测器处检测到在(多个)测量的强度简档与(多个)预期强度简档之间的关联性。

校准设备还可包括发送器。发送器可以用于将(多个)测量的强度简档或截取的强度简档中继到控制系统(例如，被光场投射系统的投射单元用来投射可从多个视角中同时看到的光场的控制系统)。控制系统还可以控制投射单元投射在屏幕的顺序扫描期间根据基线强度简档调制的光场。

在接收到(多个)测量的强度简档和截取的强度简档时，控制系统可以确定(多个)预期强度简档。然后，控制系统可以将(多个)测量的强度简档与(多个)预期强度简档进行比较，以确定是否需要经由校准过程改变或修正光场投射系统。

例如，如果(多个)预期强度简档之一在特定时间点(例如，500ps)具有特定值的光强度，并且对应于该预期强度简档的测量的强度简档在不同时间点(例如，495ps)具有光强度的等效值，则可以修改光场投射系统以解决这个问题。例如，光场投射系统可以通过在用于使用光场投射系统投射光场的光场调制方案中添加时间延迟(例如，5ps的时间延迟)来改变光场调制方案。附加地或替代地，可以从调制方案中去除时间延迟，或者可以增加或减少调制方案中的不同时间的光强度或波长。

在屏幕的一个顺序扫描中，上述校准方法能够校准相对于屏幕的许多个视角，只要存在相应的测量的强度简档和预期强度简档。也就是说，上述校准方法能够校准相对于屏幕的许多个视角，只要存在检测测量的强度简档的光检测器。可以使用屏幕的一次顺序扫描来同时校准对应于第二光检测器之一的每个视角。因此，可以通过将校准设备移动到不同的位置(从而得到相对于屏幕的不同的视角集合)并重新执行上述校准，来校准附加的视角。

此外，光场投射系统可以在观看者观看由光场投射系统投射的光场期间执行连续校准。这种连续校准可以仅针对观看者当前所处的那些视角(例如，通过将一个或多个校准设备放置在观看者上，例如内置于观看者眼镜中的校准设备)来进行。可以使用不在可视光谱内的光(例如，在红外线中，使用具有在750和2,500nm之间的波长的光)进行连续校准，以便不打扰观看者同时观看光场。

在一些应用中，本文描述的校准方法可以用在光场投射系统的屏幕的制造设施中。例如，可以进行校准以执行凸反射元件和屏幕的质量保证。附加地或替代地，可以在观看由光场投射系统投射的光场之前在安装光场投射系统时使用校准方法。如上所述，校准方法也可以与光场投射系统对光场的投射同时执行。可以这样做以持续确保优化的光场观看质量。

在以下附图和描述中，图1-图13示出了涉及光场投射系统的示例实施例，并且图14-图18示出了涉及校准光场投射系统的方法的示例实施例。

II示例光场投射系统

图1是根据示例实施例的光场投射系统100的图示。光场投射系统100包括屏幕102和投射单元110。屏幕具有在其上以二维阵列设置的多个凸反射元件104。投射单元110将多个光线106朝向屏幕102投射。光线106可以从屏幕朝向观察者108反射。此外，投射单元110包括光源112、调制器114、控制系统116、水平旋转可移动镜像元件118和垂直旋转可移动镜像元件120。

屏幕102具有其上布置了凸反射元件104的表面。在一些实施例中，凸反射元件104将通过机械加工模制到屏幕102中或冲压到屏幕102中。或者，凸反射元件104可以独立地制造并粘附到屏幕102的表面。屏幕102可以大致类似于刚性气泡包裹。

屏幕102可以由例如聚合物或塑料的非刚性材料制成。例如，这可以允许屏幕102在不使用时被卷起或折叠。在其他实施例中，屏幕102可以由例如玻璃的基本上刚性的材料制成。屏幕102在图2a-图2c中进一步示出，并在所附说明书中进一步描述。

凸反射元件104布置在屏幕102的表面上或嵌入屏幕102的表面中。凸反射元件104用于反射由投射单元110朝向屏幕102投射的光线。多个凸反射元件104可以有具有镜像表面。例如，每个凸反射元件104可以是涂有银或铝的玻璃基板。另外，多个凸反射元件104可以是基本上半球形的，具有大于由投射单元110投射的光线的宽度的直径(例如，如果光源112是激光，则大于相应激光器的光束腰)。在一些示例实施例中，凸反射元件104中的每一个的直径可以大致等于由投射单元投射的光的十个波长(例如，5μm)。

在替代实施例中，凸反射元件104可以类似于压扁的半球。因为凸反射元件104并不一定要将光水平地朝向其他凸反射元件104反射，所以不必使凸反射元件最靠近屏幕102的表面的区域(即，凸反射元件104的“边缘”)是完全垂直的。

在一些实施例中，多个凸反射元件104在形状上可以或多或少相同，而不管它们在二维阵列中的位置如何。或者，多个凸反射元件104中的每一个的形状可以取决于其在二维阵列内的位置。例如，更靠近阵列边缘的凸反射元件104可以更加尖锐，允许反射角在凸反射元件104的更宽面部区域上更大，从而具有从凸反射元件104的面部上的更大范围的位置朝向屏幕102前面的观看区域的中心反射光的能力。同样地，多个凸反射元件104的垂直维度和水平维度对于单独的凸反射元件104可能不相等。此外，垂直维度和/或水平维度可以针对二维阵列内的不同位置处的不同凸反射元件104而变化。

多个凸反射元件104可另外被刻面，而不是具有均匀光滑的表面。关于图3a-图3d进一步示出和讨论了凸反射元件104的潜在设计和形状。

观察者108/光路106在图1中示出，以示出相对于光场投射系统100的它们可能驻留的一个潜在位置。投射单元110朝向屏幕102投射光以顺序扫描凸反射元件104的二维阵列。然后，朝向屏幕投射的光被多个凸反射元件104反射，以生成可在多个视角观看的光场。观察者108可以位于视角位置之一处。因此，观察者108能够在光场内的观察者的各个四元组(即，在相对于屏幕102的给定的x位置、y位置、φ角和θ角处)观察由光场投射系统100生成的光场。

投射单元110包括朝向屏幕102投射光的子单元。在一些实施例中，投射单元110可以封装在单个壳体内。或者，投射单元110可利用自由空间光学器件来链接包括投射单元110的各种组件。例如，光源112可输出在进入调制器114之前由镜面反射或由透镜聚焦的光。另外，在各种实施例中，相对于观察者而言，投射单元110的多个组件可位于屏幕102的内部或后方。

例如，光源112可包括白光源。光源112还可以包括用于在由光源112生成的光被发送到调制器114之前聚焦所述光的透镜。此外，光源112可以包括光学滤波器以从原始光源中选择特定波长的光。例如，如果光源112包括白光源，则可以存在仅使光谱中的红色波长范围内的光通过的光学滤波器，因此光源112用作红色光源。

在其他实施例中，光源112可以是激光器，诸如光纤激光器或二极管激光器。这可以允许投射单元110投射特定颜色，而不需要额外的光学器件。而且，在光源112是激光器的实施例中，光在离开投射系统110之前可以在空间上紧密聚焦，以允许从屏幕102反射的高分辨率光场。

调制器114改变由光源112生成的光。在一些实施例中，调制器114可以改变由光源112生成的光的强度。调制器114可以，例如，根据由控制系统116确定的调制方案来这样做。在各种实施例中，调制器114可以是电光调制器(例如，克尔单元、普克尔斯单元、或马赫-曾德尔干涉仪)。在替代实施例中，调制器114可以利用多个调制方案，所述多个调制方案在时间上彼此复用或者在幅度上彼此组合以允许调制器114输出的光的强度有更大变化或者准许该光有更大的动态范围。替代地或另外地，光源112可以调制光源112输出的光。

控制系统116确定调制器114使用的调制方案。控制系统116可以确定调制方案，以便产生例如可在观察者108的视角观看的光场。控制系统116可以集成到投射单元110中，如图1所示。或者，控制系统116可以集成到屏幕102中或者可以集成到通信地耦合到投射单元110的单独设备中。在一些实施例中，控制系统116可以包括一个或多个处理单元，诸如一个或多个中央处理单元(CPU)。附加地或替代地，控制系统116可以包括一个或多个专用处理单元，诸如专用集成电路(ASIC)或GPU。控制系统116还可以包括存储可由一个或多个处理单元执行的指令的非易失性存储器、和/或帮助一个或多个处理单元确定调制方案的易失性存储器(例如，随机存取存储器-RAM)。

在一些实施例中，控制系统116本身可以使用调制方案来调制调制器114。在替代实施例中，由控制系统116确定的调制方案可以被发送到调制器114并由调制器114执行。调制方案可以由控制系统116基于输入场景来渲染。此外，调制方案可以包括来自不同处理单元的对光场的不同视角的渲染。然后，控制系统116可以复用或叠加单独的渲染的视角，以形成最终驱动调制器114的调制方案。

水平旋转可移动镜像元件118可以定义来自光源112的光所瞄准的屏幕102上的水平位置。在一些实施例中，水平旋转可移动镜像元件118可以是具有围绕圆周的小平面(facet)的薄圆柱(例如，对于沿着光将被引导到的屏幕102的每个水平位置而言，有一个小平面)。每个小平面可以具有安装在其外部的平面镜，以反射离开调制器114的光。此外，每个小平面可以相对于屏幕102的水平轴朝着略微不同的角度，以便将光朝向略微不同的水平位置反射。在一些实施例中，水平旋转可移动镜像元件118可以围绕磁性轴承旋转，这使得能够以低摩擦产生高旋转速度，并且因此不用担心对水平旋转可移动镜像元件118造成发热和/或机械磨损。

在一些实施例中，水平旋转可移动镜像元件118可以由控制系统116驱动。或者，水平旋转可移动镜像元件118可以独立地旋转，并且由控制系统116确定并由调制器114使用的调制方案可以与水平旋转可移动镜像元件118的旋转同步。

垂直旋转可移动镜像元件120可以定义来自光源112的光所瞄准的屏幕102上的垂直位置。在一些实施例中，垂直旋转可移动镜像元件120可以是具有围绕圆周的小平面的薄圆柱(例如，对于沿着光将被引导到的屏幕102的每个垂直位置而言，有一个小平面)。每个小平面可以具有安装在其外部的平面镜，以反射离开调制器114的光。此外，每个小平面可以相对于屏幕102的垂直轴朝着略微不同的角度，以便将光朝向略微不同的垂直位置反射。在一些实施例中，垂直旋转可移动镜像元件120可以围绕磁性轴承旋转，这使得能够以低摩擦产生高旋转速度，并且因此不用担心对垂直旋转可移动镜像元件120造成发热和/或机械磨损。

在一些实施例中，垂直旋转可移动镜像元件120可以由控制系统116驱动。或者，垂直旋转可移动镜像元件120可以独立地旋转，并且由控制系统116确定并由调制器114使用的调制方案可以与垂直旋转可移动镜像元件120的旋转同步。

如图1所示，光线从其反射的水平旋转可移动镜像元件118上的第一相应小平面和垂直旋转可移动镜像元件120上的第二相应小平面的叠加可以确定屏幕102上的光线朝其反射的特定位置。例如，这种光线可以有助于生成光场的一部分。

水平旋转可移动镜像元件118和垂直旋转可移动镜像元件120可以围绕彼此垂直的轴旋转(如图1所示)。或者，水平旋转可移动镜像元件118和垂直旋转可移动镜像元件120可以绕平行的轴旋转，并且具有能够考虑平行的轴向旋转而倾斜的小平面(例如，水平旋转可移动镜像元件上的小平面118以从左到右的平面方式倾斜，并且垂直旋转可移动镜像元件120上的小平面以从顶部到底部的平面方式倾斜)。

在一些实施例中，可以使用单个可移动镜像元件而不是水平旋转可移动镜像元件118和垂直旋转可移动镜像元件120的组合。例如，可以使用具有围绕圆周的小平面的圆柱体，每个小平面具有平面镜，该平面镜相对于屏幕104的水平轴具有略微不同的角度，并且相对于屏幕102的垂直轴具有略微不同的角度。以这种方式，屏幕102上的位置的阵列可以使用单个可移动镜像元件使得光从投射单元110向它们反射。在替代实施例中，可以使用通过反射来自光源112的光来顺序扫描凸反射元件104的备选装置来代替可移动镜像元件118/120。

光场投射系统100的组件被配置为产生可从观察者108的一个或多个视角观看的光场。如果从观察者108的两个视角立体地观看，则光场可以创建3D视图的场景。此外，光场投射系统100可以产生可从附加观察者的视角观看的光场。另外，由光场投射系统100产生的光场可以允许观察者108移动到各个位置以从各种视角观看由光场重建的场景。

图2a是屏幕102和其上的多个凸反射元件104的倾斜视图。多个凸反射元件104上的虚线用于描绘凸反射元件104的三维性(即，凸反射元件104可以具有基本上半球形的形状，并且因此具有深度)。屏幕102可以具有比图2a中描绘的多得多的行和/或列。提供图2a作为示例。此外，相邻行的凸反射元件可以彼此偏移，并且对于相邻列来说也是类似的。在相邻凸反射元件之间可能另外存在黑/暗空间(即，屏幕102的不反射光的部分)。如果屏幕被投射单元110顺序扫描(如图1所示)，则这种黑/暗空间可以确保不会有助于光场的生成的任何外来光线不会被从屏幕反射。因此，这种外来光线不会干扰或遮挡观察者的光场。在一些实施例中，相邻凸反射元件104之间的间隔在水平方向上可以与在垂直方向上不同。

制造屏幕102和其上的凸反射元件104的一个方法可以包括注塑成型。包括凸反射元件104的整个屏幕102可以注塑成型成一体。或者，凸形反射元件104可以使用注塑成型单独制造，然后粘附到屏幕102的面部以形成阵列。

图2b是屏幕102的局部侧视图。示出了二维阵列中的多个凸反射元件104中的四行。

图2c是屏幕102的局部俯视图。示出了二维阵列中的多个凸反射元件104中的四列。

从图2b和图2c的示例实施例可以看出，凸反射元件104可以不是精确的半球形。图2b和图2c中所示的形状可以防止光在凸反射元件当中的一个或多个中被反射。这种反射可能是不必要的，甚至会劣化光场投射系统输出的光场的质量。在各种实施例中，附加形状是可能的；其中一些附加形状在图3a-图3d中被描绘。

图2d示出了关于屏幕102的可能的坐标系，其定义了光场四元组(x、y、φ和θ)。例如，四元组的4个坐标可以表示从凸反射元件104之一反射的一个光线202以产生光场。在屏幕的平面中的水平轴可以代表沿着屏幕的x坐标(正x朝向右侧)。类似地，在屏幕的平面中的垂直轴可以代表沿着屏幕的y坐标(正y朝向顶部)。屏幕102的平面中的角度(即，方位角)的范围可以是从x-y平面的第一象限中开始按逆时针方向0到360度。垂直于屏幕102的四元组的角度(即，仰角)的范围可以是90度(与屏幕102的平面完全垂直)到0度(与屏幕102的平面完全平行)。

图3a是用于凸反射元件104的第一可能形状311的侧视图图示。第一可能形状311基本上是半球形的。第一可能形状311可以类似于图1和图2的实施例中所示的凸反射元件104的形状。图3a中所示的第一可能形状311可以代表基本上光滑的圆顶表面。第一可能形状311的表面可以允许光可以从凸反射元件104反射的(限定范围内的)方位角和仰角的连续(相对于离散)分布。

图3b是用于凸反射元件104的第二可能形状321的等距视图。第二可能形状321是金字塔形的。虚线描绘了隐藏在视图之外的凸反射元件104的后部底部拐角。第二可能形状321的表面可以提供光可以从凸反射元件104反射的方位角的定义的离散分布(例如，在0度、90度、180度和270度处的四个不同方位角)以及单个仰角(例如，45度)。

图3c是用于凸反射元件104的第三可能形状331的侧视图图示。第三可能形状331以有序的方式刻面。第三可能形状331的表面可以允许光可以从凸反射元件104反射的方位角的离散的均匀间隔的分布(例如，以3度递增间隔的0至360度)以及仰角的离散的均匀间隔的分布(例如，以1度递增间隔的5度至90度)。

图3d是用于凸反射元件104的第四可能形状341的侧视图。第四可能形状341以不规则的方式刻面。第四可能形状341的表面可以允许光可以从凸反射元件104反射的方位角的离散的不均匀间隔的分布(例如，从0度到360度的一百个不同的选择角)和仰角的离散的不均匀间隔的分布(例如，从1度到90度的五十个不同的选择角)。

图4是使用投射单元110顺序扫描屏幕102上的凸反射元件104的方法400的图示。提供图4中所示的屏幕102上的凸反射元件104的数量作为示例，并且该数量可能不能反映实际系统中的凸反射元件104的优选数量。如图4所示，通过将从投射单元110内的光源112发出的光从水平旋转可移动镜像元件118并且从垂直旋转可移动镜像元件118朝着屏幕102反射，来顺序扫描屏幕102上的凸反射元件104。图4的顺序扫描方法400可以提供可从多个视角同时观看的光场。

在图4中所示的示例实施例中，方法400包括跨屏幕102将从光源112发出的光从左到右扫。接下来，方法400包括向下移动到屏幕102上的第二垂直位置，并使用从光源112发出的光从右到左扫水平路径。之后，方法400包括向下移动到屏幕102上的第三垂直位置。这些步骤可以重复，直到光已经从屏幕102上的最右下位置反射，其中光从所述屏幕102被反射以生成光场。为了实现如图4所描绘的扫描图案，在一些实施例中，水平旋转可移动镜像元件118可以以比垂直旋转可移动镜像元件120更高的速率旋转。

在各种实施例中，取决于水平旋转可移动镜像元件118和垂直旋转可移动镜像的设计，来自光源112的光可以以连续方式或在离散点处扫过凸形反射元件104。例如，如果水平旋转可移动镜像元件118包括围绕旋转圆柱体缠绕的镜，并且镜具有连续变化的角度，则扫描的水平部分可以从左到右和从右到左连续，如图4中所示。此外，为了生成图4所示的扫描图案，垂直旋转可移动镜像元件120可以被刻面，使得仅扫`描屏幕102上的特定垂直位置。在替代实施例中，与连续扫描相反，水平扫描线可以由于发生离散水平扫描而被分段。此外，在替代实施例中，水平扫描的垂直位置可以比图4中更密集或更不密集地包装(pack)。此外，屏幕102上出现光线投射位置的水平密度和/或垂直密度可以用于定义生成的光场的有效“分辨率”。

另外，在各种实施例中，备选扫描图案是可能的。例如，每个水平扫描可以从左到右发生，并且在每个水平线之后被重置以返回到屏幕102的左端。或者，每个水平扫描可以从右到左发生，并且在每个水平线之后被重置以返回到屏幕102的右端。作为另外的替代方案，屏幕102的顺序扫描可以从屏幕102的底部向上而不是从屏幕的顶部向下发生。此外，基于一个或多个可移动镜像元件118/120的设计，扫描可以是完全不规则的，看起来像从给定凸反射元件104上的一个随机位置跳到另一个(例如，可移动镜像元件118/120上的用镜覆盖的小平面没有围绕可移动镜像元件118/120的圆周倾斜地顺序放置，因此从投射单元110发射的光线可能看起来以不规则的图案照射屏幕102)。另外，取代逐行地从顶部到底部描绘扫描图案(即，执行逐行扫描)，投射单元110可以每隔一行跳过然后返回并填充跳过的行(即，执行隔行扫描，类似于阴极射线管CRT执行隔行扫描的方式)。

此外，方法400扫描整个屏幕102的速率可以基于由投射单元110内的控制系统116确定的调制方案而变化。例如，该速率还可以取决于一个或多个可移动镜像元件118/120的旋转速度。扫描发生的速率确定当从多个视角观看时刷新生成的光场的速率。由于被称为“视觉的持久性”的现象，光场投射系统100可用于为观察者生成代表移动场景的光场。在这样的实施例中，光场刷新速率可以是至少24Hz，以确保光场观察者的“视觉持久性”。在一些实施例中，扫描刷新速率可以高于24Hz。例如，在发生对三原色(例如红色、绿色和蓝色)中的每一种的屏幕102的附加扫描以生成不同颜色的多个光场、从而为观察者重建彩色场景的实施例中，刷新速率可以是至少72Hz(对于每个颜色，24Hz乘以3)。

图5a是在凸反射元件104上的五个不同横向位置的水平扫描期间出现的光线510、520、530、540、550的侧视图，类似于图4中出现的五个水平扫描线。然而，与图4不同的是，跨每个凸反射元件104发生五次水平扫描，而不是三次水平扫描。

每个光线510、520、530、540、550代表在沿着屏幕102的各个水平位置(或沿着单个凸反射元件104的纵向位置)处但是在沿着屏幕102的相同的相应垂直位置(或沿单个凸反射元件104的横向位置)处投射的多个光线。

例如，如图5b所示(俯视图图示)，图5a中表示的光线530沿着相应的一行凸反射元件104在纵向位置531、532、533、534、535处投射。纵向位置531、532、533、534、535可以基于从投射单元110发射的光的投射角度。用于将光发射到五个纵向位置531、532、533、534、535的五个连续投射角度可以例如由位于沿着水平旋转可移动镜像元件118的圆周的不同角度的五个连续刻面反射器定义。在图5a和图5b所示的实施例中，因为凸反射元件104基本上是半球形的，所以在单个凸反射元件104上的每对横向位置和纵向位置在不同的一对方位角和仰角产生反射。使用五个横向位置和五个纵向位置是示例的，并且可能不会反映实际系统中用于单个凸反射元件104的优选位置数量。

图6是由光场重建的场景(例如，一个块在另一个块上面)的两个视角图612、622的图示。从上方显示观看反射的两个观察者610、620相对于屏幕102的朝向。两个观察者610、620相对于屏幕坐标处于不同的x位置(即，水平位置)。每个观察者610、620可以从屏幕102上的凸反射元件104中的每一个接收一个或多个反射。因为屏幕102可以包括凸反射元件104的2D阵列，所以提供反射的凸反射元件104的数量可以是比图6所示的更多，因为图6是俯视图。凸反射元件104越密集地包装且越小，则对于观察者610、620而言由光场投射系统生成的光场可能看起来越代表完整连续的光场。负责图6中的两个视角图612、622的光场可以由光场投射单元110投射。

来自左侧612的视角图示出了左侧的观察者610可以如何感知光场。类似地，来自右侧622的视角图示出了右侧的观察者620可以如何感知光场。如果两个观察者610/620彼此足够接近(例如，如果两个观察者610/620是人的两只眼睛)，则可以创建场景的双目视图。这样的双目视图可以为两个观察者610/620的并集(union)创建立体3D图像。

来自左侧612的视角图和来自右侧622的视角图产生场景的不同视图的原因是，因为两个视角图612/622从不同角度接收屏幕102反射的不同的光线。两个观察者610/620中的每一个位于从屏幕102反射的光场内的一组不同的四元组(x、y、φ和θ的组)。光场可以通过投射单元110投射，例如，使得每个相应的四元组正确地从该四元组重建场景的感知。例如，投射单元110内的控制系统116可以确定用于调制器104的调制方案，使得根据调制方案调制的光线为两个观察者610/620中的每一个适当地重构场景。

如果观察者610/620中的一个或两个的位置改变，则相应的观察者可以位于光场内的一组新的四元组(x'、y'、φ'和θ'的组)。因此，来自新的四元组的场景的感知可能与来自原始四元组的场景的感知不同。这类似于场景左侧612的视角图与场景右侧622的视角图不同的方式。或者，观察者610/620可以相对于屏幕102位于不同的y位置(即，垂直位置)。参照图7示出和描述观察者的这种朝向的示例。

图7是由光场重建的场景(例如，一个块在另一个块上面)的两个视角图712、722的图示。从右侧显示观察来自屏幕102的反射的两个观察者710、720的朝向。两个观察者710、720相对于屏幕坐标位于不同的y位置。每个观察者710、720可以从屏幕102上的凸反射元件104中的每一个接收反射。凸反射元件104越密集地包装且越小，则对于观察者710、720而言由光场投射系统生成的光场可能看起来越代表完整连续的光场。

生成图7中的两个视角图712、722的光场可以由光场投射单元110投射。

来自顶部712的视角图示出了顶部的观察者710可以如何感知光场。类似地，来自底部722的视角图示出了底部的观察者720可以如何感知光场。如果两个观察者610/620彼此足够接近(例如，如果两个观察者710/720是人的两只眼睛)，则可以创建场景的双目视图。这样的双目视图可以为两个观察者710/720的并集创建立体3D图像。

来自顶部712的视角图和来自底部722的视角图产生场景的不同视图的原因是，因为两个视角图712/722从不同角度接收屏幕102反射的不同的光线。两个观察者710/720中的每一个位于从屏幕102反射的光场内的一组不同的四元组(x、y、φ和θ的组)。光场可以由投射单元110投射，例如，使得每个相应的四元组正确地从该四元组重建场景的感知。例如，投射单元110内的控制系统116可以确定用于调制器104的调制方案，使得根据调制方案调制的光线为两个观察者710/720中的每一个适当地重构场景。

如果观察者710/720中的一个或两个的位置改变，则相应的观察者可以位于光场内的一组新的四元组(x'、y'、φ'和θ'的组)。因此，来自新的四元组的场景的感知可能与来自原始四元组的场景的感知不同。这类似于场景的顶部712的视角图与场景的底部722的视角图的不同的方式。或者，观察者710/720可以相对于屏幕102位于不同的x位置(即，水平位置)。参照图6示出和描述观察者的这种朝向的示例。

此外，观察者710/720可以相对于彼此位于不同的x位置和不同的y位置。在这种情况下，可以叠加图6和图7中所示的场景的视角图之间的差异。

在一些实施例中，光场的某些四元组可以产生完全不同的场景。例如，光场可以由投影单元110投射，使得具有0度到180度的方位角(φ)的任何四元组将在观察者观看时再现大山场景，而具有180度到360度的方位角的任何四元组(φ)将再现海洋场景。这将允许在相对于屏幕102的某个垂直位置上方的观察者感知一个场景(例如，大山场景)并且将允许在相对于屏幕102的某个垂直位置下方的观察者感知不同的一个场景(例如，海洋场景)。这可以取而代之地基于观察者的水平位置通过将大山场景的方位角(φ)范围从0度改变到90度和从270度到360度以及将海洋场景的方位角(φ)范围从90度改变到270度来替代地完成。

图8是光场投射系统800的图示。光场投射系统800类似于图1中所示的光场投射系统。请参考图1和随附的描述来获得关于屏幕102、凸反射元件104、和投射单元110(包括控制系统116)的更多信息。然而，在图8的光场投射系统800中，观察者806的位置可以由位置追踪设备810追踪。图8中的虚线代表位置追踪设备810和控制系统116之间的通信耦合。

在各种实施例中，位置追踪设备810可以是红外传感器、低功率激光系统或相机。位置追踪设备810可以识别观察者806相对于屏幕102的位置。这可以包括位置追踪设备810确定观察者806能够在其给定位置感知的所生成的光场的一个或多个四元组。在识别了观察者806的位置时，位置追踪设备810可以向控制系统116发送指示观察者806的位置的通知。这可以通过有线通信(例如，通过以太网或通用串行总线USB电缆)或无线通信(例如，使用

或WiFi-IEEE 802.11标准)来进行。在一些实施例中，位置追踪设备810可以是屏幕102的一部分。在替代实施例中，位置追踪设备810可以是投射单元110的一部分。在另外的实施例中，位置追踪设备810可以独立地操作并且将结果发送到控制系统116，如图8所示。

在接收到观察者806的位置时，控制系统116可以修改被调制器114使用以产生光场的调制方案。例如，如果观察者806构成将被观察到的光场的所有潜在四元组(例如，观察者806是唯一感知光场的人)，则调制器114不需要调制光以生成光场的其他区域。这可以减少控制系统116确定调制方案以再现场景作为用于不同视角的光场的计算时间(即，渲染时间)，因为不需要渲染许多可能的视角。此外，屏幕102的某些部分和每个凸反射元件104的某些部分可能不需要被照射。这能够节省投射单元110的能量使用。

在一些实施例中，位置追踪设备810可以被配置为追踪多个观察者的位置。然后，位置追踪设备810可以将多个位置发送到控制系统116，从而允许控制系统确定将产生可从多个但不是所有可能的视角观看的光场的调制方案。此外，位置追踪设备810可以追踪两个观察者位置，其中每个观察者位置对应于人的左眼或右眼。在将这两个位置发送到控制系统116时，控制系统116可以确定将投射可从双眼的视角观看的光场(即，相对于光场的一个或多个四元组的集合)的调制方案。这可以允许投射单元110向观看者投射看起来立体3D的光场，同时仅调制光场使得其可在两个而不是所有可能的观看位置观看。

类似地，位置追踪设备810可以追踪多个单独观察者的位置以允许光场内的场景改变。例如，位置追踪设备810可以将两个用户的位置发送到控制系统110。然后，控制系统110可以确定用来生成为每个观察者创建不同场景的光场(例如，一个观察者感知到大山场景并且一个人感知到海洋场景)的调制方案。作为另外的应用，如果投射系统100用于玩游戏，则可以向一个观察者显示她的扑克牌，而向第二个观察者显示他的扑克牌，而他们中的每一个都不能看到另一个的扑克牌。此外，这可以允许控制系统116确定产生具有强度变化的光场、或者产生在不同观察位置处颜色变化的多个光场的调制方案。这种变化可以满足部分失明和/或色盲的观看者，同时不改变没有这种视觉障碍的观看者的观看体验。

图9是利用投射单元910生成不同颜色的光场的方法的图示。投射单元910类似于图1中所示的投射单元110，请参考图1和随附的描述以获得关于投射单元910的更多细节。类似于图1中所示的投射单元110，投射单元910具有光源912、调制器914、控制系统916和两个可移动镜像元件918/920。然而，与图1中所示的投射单元110不同，图910中所示的投射单元910被配置为产生不同频率的光场。

产生不同颜色的光场的一种方法可以包括在时间上复用光场，如图9所示。更具体地，红光线可以朝向水平旋转可移动镜像元件918发射，然后从水平旋转可移动镜像元件918和垂直旋转可移动镜像元件920反射。然后，该红光线稍后从屏幕102反射。然而，在镜像元件918/920中的一个或两个旋转以显示它们的下一个小平面之前，绿色光线可以跟随红色光线跟随的相同路径并且从屏幕102上的相同位置反射。对于蓝色光线也是类似的。然后，这三个颜色(红色、绿色和蓝色-RGB，或者在替代实施例中，青色、品红色和黄色-CMY)可以被观察者感知为重叠，因为它们在相同的四元组几乎同时从屏幕102处反射。因此，三个不同的光场的四元组可能对观察者来说看起来是一个“彩色光场”的单个四元组。给定红色、绿色和蓝色光线中的每一个的加权光强度，可以生成观察者可感知的多种其他颜色。

用于在时间上复用三种或更多种彩色光线的方法可以包括由光源912生成三种不同颜色的连续光线。或者，光源912可以生成白光然后利用用于三种或更多种不同的颜色的选择性滤波器，所述选择性滤波器按每个颜色33％的占空比(使用图9的三个颜色示例)并且在时间上依次偏移33％来调制。在其他实施例中，调制器914可以替代地具有频率滤波器。此外，调制器914可以具有调制由光源912发射的光的频率的其他装置。另外，除了强度调制之外，由控制系统916编码的调制方案可以包括由光源912发射的光的频率调制。通过这种调制方案选择的频率可以能够在频率范围内选择光场所需的频率，而不是选择三个颜色(例如，RGB)之一以及尝试使用这三个颜色的组合来创建替代颜色。

复用不同频率(颜色)的多个光场的替代装置可涉及可移动镜像元件918/920的不同设计。可移动镜像元件918/920并非仅确定屏幕102上的从光源912发射的光所指向的位置，而是可移动镜像元件918/920也可选择它们反射的光的频率。例如，水平旋转可移动镜像元件918上的三个连续小平面可以相对于屏幕102以相同的角度倾斜。然而，三个连续小平面中的每一个可以涂覆有不同的材料，每个材料选择性地反射不同颜色的光(RGB，在类似于图9中所示的实施例的示例实施例中)。

图10是生成不同颜色的光场的另一种方法的图示。图10中所示的组件可以是更大投射单元的一部分。组件包括光组合光纤1002、第一光源1022和对应的第一调制器1024、第二光源1032和对应的第二调制器1034、第三光源1042和对应的第三调制器1044、以及控制系统1016。类似于图1和图9中所示的投射单元110、910，光组合光纤1002末端输出的光接下来可以指向水平旋转可移动镜像元件。

光组合光纤1002可以由在具有单个输出光纤的熔接接头处拼接在一起的多个输入光纤(例如，每个光源1022、1032、1042一个)形成。多个输入光纤的长度可以相同，使得从光源1022、1032、1042中的每一个发射的光的光路长度相同。在一些实施例中，光组合光纤1002可以由例如二氧化硅制成。在替代实施例中，除了光组合光纤1002之外或代替光组合光纤1002，可以使用自由空间光学器件，诸如一个或多个镜或一个或多个透镜。

光源1022、1032、1042可以发射不同波长的光。在图10所示的示例实施例中，第一光源1022发射对应于可视光谱中的红色的波长的光。类似地，第二光源1032发射对应于可视光谱中的绿色的波长的光，并且第三光源1042发射对应于可视光谱中的蓝色的波长的光。在各种实施例中，光源1022、1032、1042可以是激光器。在一些实施例中，可以存在多于三个光源1022、1032、1042。例如，在一些实施例中，可以存在六个光源；一个发出红光，一个发出橙色光，一个发出黄光，一个发出绿光，一个发出蓝光，一个发出紫光。

在图10所示的示例实施例中，光源1022、1032、1042中的每一个由相应的调制器1024、1034、1044调制。调制器1024、1034、1044中的每一个可以根据由控制系统1016确定的调制方案来调制光。光可以由每个调制器1024、1034、1044调制，使得光场从对应于三个颜色中的每一个的屏幕(例如，图1中所示的屏幕102)投射离开。当被观察者感知时这三个光场可以叠加，以基于基色(例如，红色、绿色和蓝色)中的每一个的强度形成具有连续颜色的一个场景。在替代实施例中，调制器1024、1034、1044中的每一个可以由相应的控制系统独立控制，而不是由单个控制系统1016联合控制，如图10所示。

图11是光场投射系统1100的图示。光场投射系统1100可包括多个子系统，其类似于图1中所示的光场投射系统110被拼接在一起使得相应的屏幕相邻。光场投射系统1100包括第一屏幕1112和对应的第一投射单元1110、第二屏幕1122和对应的第二投射单元1120、第三屏幕1132和对应的第三投射单元1130、以及第四屏幕1142和对应的第四投射单元1140。图11中所示的实施例可以允许多个屏幕被无边界拼接以加宽允许的观看视角的区域。在一些实施例中，投射单元1110、1120、1130、1140可以以不同的方式顺序扫描相应的屏幕1112、1122、1132、1142(例如，投射单元1110可以从左到右、从上到下扫描相应的屏幕1112，而投射单元1120可以从右到左、从下到上扫描相应的屏幕1122)。

例如，各个屏幕1112、1122、1132、1142和各个投射单元1110、1120、1130、1140可以类似于图1中所示的屏幕102和投射单元110。然而，在图11的光场投射系统1100的一些实施例中，屏幕1112、1122、1132、1142和投射单元1110、1120、1130、1140可以串联工作以产生单个光场(即，考虑到由彼此相邻布置的四个单独屏幕1112、1122、1132、1142形成的超级屏幕的尺寸增加，可能增加x坐标和y坐标的范围)。这样的单个光场可以产生可从各种观察者角度同时观看的一个或多个场景(类似于图1中所示的实施例)。为了实现这一点，投射单元1110、1120、1130、1140的控制系统可以彼此通信以确定各个投射单元1110、1120、1130、1140内的调制器中的每一个的调制方案。另外，因为投射单元1110、1120、1130、1140中的每一个可以仅渲染给定场景的四分之一，与每个相应的投射单元1110、1120、1130、1140再现整个给定场景的实施例相比，可以减少相应投射单元1110、1120、1130、1140内的控制系统中的每一个上的计算负担。此外，在一些实施例中，可以存在附加控制系统，其被配置为将场景分成由每个投射单元1110、1120、1130、1140投射的更小子场景。在替代实施例中，可以存在单个控制系统，其确定由投射单元1110、1120、1130、1140中的每一个内的调制器使用的调制方案，从而替换每个相应投射单元1110、1120、1130、1140内的相应控制系统。

图12是光场投射系统1200的图示。光场投射系统1200包括屏幕1202(其上具有设置成二维阵列的多个凹折射元件1204)、观察者1206和投射单元1210。投射单元1210包括光源1212、调制器1214、控制系统1216和可移动镜像元件1218/1220。光场投射系统1200具有类似于图1中所示的投射单元110的投射单元1210。请参考图1和随附的描述以获得关于光源1212、调制器1214、控制系统1216或者可移动镜像元件1218/1220的更多细节。然而，图12所示的光场投射系统1200的实施例的主要差异在于，屏幕1202上具有凹折射元件1204，并且位于投射单元1210和观察者1206之间。图12中所示的光场投射系统1200可以在空间上比图1中所示的实施例100更紧凑。

凹折射元件1204折射由投射单元1210投射的光以产生光场。类似于凸反射元件104，凹折射元件1204可以由投射单元1210顺序扫描并且分散光以投射光场(例如，代表当从观察者1206的相应视角观看时的场景的光场)。凹折射元件1204可以是例如基本上半球形的透镜。在示例实施例中，凹折射元件1204可以由熔融石英、萤石或丙烯酸制造。

III示例光场投射方法

图13是根据示例实施例的生成光场1300的方法的流程图图示。生成光场1300的方法可用于重建可从多个视角观看的一个或多个场景。此外，生成光场1300的方法可以由光场投射系统的投射单元执行。

在步骤1302，方法1300包括接收用于投射的光场图像数据。例如，光场图像数据可以由控制系统116中的处理器从控制系统116内的非暂时性计算机可读介质检索。或者，可以通过另一个设备(例如，通过公共因特网)将光场图像数据发送到投射单元110的控制系统116。在一些实施例中，光场图像数据将是更大光场视频数据流的单个光场帧。

在步骤1304，方法1300包括基于视角的数量将光场图像数据分解成一个或多个视角图像。视角的数量可以由观察者的位置(例如，如图8中所示的位置追踪设备810所追踪的)定义。或者，视角可以是可观看到光场的预定义位置(即，四元组的集合)。控制系统116可以使用视角来确定调制方案。因此，减少视角的数量可以减少控制系统116中的处理器确定调制方案所需的计算时间。

在步骤1306，方法1300包括将视角图像渲染成调制方案，该调制方案用于在调制来自光源的光时形成光场。基于视角的数量，光场的某些部分可以被忽略从而不被投射，因为可以不显示光场的那些部分(例如，可能在可观看与光场的该部分对应的视角的位置处没有观察者，因此其不被显示)。因为它们可以被忽略而不投射，所以调制方案可以包括跳过那些视角(即，那些视角不被渲染到调制方案中)。将视角图像渲染到形成光场的调制方案中可以包括计算视角图像的每个位置(即，每个光场四元组)的强度值。此外，计算强度值可以包括：当要显示彩色视角光场图像时，计算用于与多个光场相对应的多个波长的强度值。

在步骤1308，方法1300包括开始可移动镜像元件(例如，图1中所示的水平旋转可移动镜像元件118和垂直旋转可移动镜像元件120)的旋转。这可能涉及使得电动机或一组电磁铁开始可移动镜像元件118/120的运动。在使用将来自光源112的光朝向屏幕102反射的替代设备的替代实施例中，步骤1308可以通过改变或忽略。

在步骤1310，方法1300包括从光源112发射光。步骤1310可以包括光源112通电和/或设置为发光模式。此外，在一些实施例中，步骤1310可以由光源112内或连接到光源112的控制系统执行。另外，步骤1310可以包括从多个光源发射光。例如，如果用于执行方法1300的光场投射单元类似于图10中所示的光场投射单元，则可以存在用于多个波长的光(即，可视光谱中的颜色)的多个光源1022、1032、1042。

在步骤1312，方法1300包括使用调制方案调制来自光源的光。调制方案可以存储在调制器114的存储器内。或者，控制系统116可以使用调制方案来重复改变调制器114的构造以调制光。调制光可以包括改变从光源112接收的光的强度的电光调制方法。附加地或替代地，调制光可以包括改变来自光源的光的波长。

在步骤1314，方法1300包括使用旋转可移动镜像元件118/120(或在各种实施例中的替代元件)朝向屏幕反射调制光。在许多实施例中，由控制系统116创建的调制方案已经考虑了可移动镜像元件118/120的旋转定时，使得光被调制为针对可移动镜像元件118/120上的特定相应光点(并且因此最终，屏幕102上该光将被引导到的相应位置)的强度。而且，在许多实施例中，当执行方法1300时，步骤1310、1312和1314可以重复和/或同时发生。

在一些实施例中，方法1300的步骤中的一个或多个可以针对不同场景重复多次。例如，代表移动场景(例如，直播棒球比赛)的光场序列可以由投影单元投射。如果以足够的速度(例如，每秒超过24次)重复方法1300的步骤，则由于“视觉的持久性”现象，移动场景中的运动对于观察者可能看起来是连续的。作为示例计算，如果存在1000个视角(例如，10个垂直位置的视角，每个视角具有100个对应的水平视角位置)、并且在那些视角的每一个处的场景的二维分辨率等同于1080p技术(即，1920四元组乘以1080四元组的分辨率)且刷新速率为24Hz，则投射单元110可能需要以约50GHz(1000×1920×1080×24Hz)的速率输出光线。例如，如果分布在四个投射单元1110、1120、1130、1140(如图11所示)中，则对于每个相应的投射单元1110、1120、1130、1140，该速率可以被除以因子四。

另外，通过重复方法1300的步骤中的一个或多个而生成的光场可从多个视角同时观看。这可以允许双目观看者立体地观察行进的光场，从而被提供运动场景的连续运动3D图像。

IV示例校准方法、设备和系统

关于以下附图(图14a-图18)呈现的校准方法可以能够解决光场投射系统(例如，前面图中所示的屏幕102)的屏幕制造中的任何误差、导致的对屏幕的损坏、屏幕相对于给定观看者的未对准、和/或屏幕相对于投射单元(例如，前面图中所示的投射单元110)的未对准。例如，可以使用以下方法校准其上具有可以用于投射光场的凸反射元件的屏幕。另外，其上具有可以用于投射光场的凹折射元件的屏幕也可以使用与本文所描述的方法类似的方法来校准。

本文呈现的校准方法可用于解决整个屏幕的表面宏观朝向对准误差、或屏幕上阵列内的凸反射元件(或凹折射元件)的分布的误差(例如，如果相邻凸反射元件之间的非反射间隙区域的大小跨阵列不一致)。例如，如果凸反射元件(或凹折射元件)不均匀地间隔开，而不是跨屏幕以一致的水平增量和垂直增量间隔开，则可以从用于投射光场的调制方案中添加或去除时间延迟，其中，所述光场生成多个可同时观看的视角以解决间隔的不一致性。

在以下示例方法中，可以校准相对于屏幕的一个或多个视角。以下方法可用于校准单个视角(例如，由用户指定的特定预期观看视角)。以下方法也可用于校准两个视角(例如，对应于其位置被投射系统追踪的观看者的双眼的视角位置的两个视角)。此外，对于相对于屏幕的任何数量的视角(至多并包括相对于屏幕的最大数量的可观看视角)，可以重复以下方法。换句话说，随后的校准方法可用于校准凸反射元件之一的表面的一个区、凸反射元件之一的表面的多个区、多个凸反射元件的表面的多个区、所有凸反射元件的表面的多个区、凸反射元件之一的整个表面、多个凸反射元件的整个表面、或所有凸反射元件的整个表面(对于凹折射元件而言是类似的)。

另外，随后的校准方法可以在屏幕/光场投射系统的生命周期中的各个点处执行。例如，可以在制造屏幕和/或光场投射系统的同时执行以下方法中的任何一个，或者在制造屏幕和/或光场投射系统之后立即执行以下方法中的任何一个，以确保制造过程生产可靠的屏幕/光场投射系统。校准方法还可以在安装光场投射系统时执行(例如，在用户的家中)，在光场投射系统通电时执行(例如，每次光场投射系统通电时发生初始化)，或者在使用光场投射系统的同时执行(例如，光场投射系统使用红外光执行校准，以便不干扰光场投射系统的观看者的观看体验)。以下校准方法也可以在屏幕/光场投射系统的生命周期中的各种其他时间执行。

图14a是根据示例实施例的校准方法的图示。图14a描绘了顺序扫描屏幕102的光场投射系统的光场投射单元110。例如，用于扫描屏幕102的光可以是红外的(例如，具有750nm和2,500nm之间的电磁波长)，以便不被光场投射系统的观看者看见。图14a还包括校准设备1410。校准设备1410可包括第二光检测器1412、第一光检测器1414、发送器1416和计时器(time piece)1418。

图14a中所示的校准方法可以以下面的方式进行。光场投射系统的投射单元110的调制器可以根据基线强度简档调制由光场投射系统的光源发送的光。在一些实施例中，基线强度简档可以对应于用于校准的特定光场(例如，对应于快速响应码-QR Code的光场)。例如，可以定义基线强度简档，使得每个时间点的光强度是唯一的，从而允许强度的测量与相应的时间内在相关。在其他实施例中，基线强度简档可以是周期性的。在根据基线强度简档调制光之后，光可以朝向一个或多个可移动镜像元件(例如，水平旋转可移动镜像元件和/或垂直旋转可移动镜像元件)发送并从其反射。一个或多个可移动镜像元件可以顺序地将调制光引导到屏幕102的不同区域，以便顺序扫描多个凸反射元件(即，朝向屏幕102投射扫描序列)。然后，调制光可以从凸反射元件朝向屏幕102周围的环境的不同区域反射，以产生光场或光场的一部分。

此外，校准设备1410以及因此第二光检测器1412可以放置在相对于屏幕102的给定位置。该位置可以对应于相对于屏幕102的一个或多个视角。因此，在顺序扫描期间出现的光线之一将从凸反射元件的每一个上的至少一个位置朝向第二光检测器1412被反射，随后被第二光检测器1412截取，并被第二光检测器1412检测。相对于时间的关于这些反射光线的数据(例如，强度或波长)可以通过校准设备1410记录和/或发送。在一些实施例中，可以以测量的强度简档的形式记录这个相对于时间的数据。

另外，可以存在被第一光检测器1414截取的一个或多个光束。在各种实施例中，第一光检测器1414可以是与第二光检测器1412相同类型的检测器，或者它们可以彼此不同。相对于时间的关于(多个)截取的光束的数据(例如，强度)也可以通过校准设备1410记录和/或发送。在一些实施例中，可以以截取的强度简档的形式记录这个相对于时间的数据。

如图所示，从屏幕102上的凸反射元件反射的光线表示各种时间点的光线(即，在校准方法期间光线在不同时间被朝向第二光检测器1412反射，但是被一起示出在图14a中)。来自光场投射系统的投射单元110的被第一光检测器1414截取的光束也表示某个时间点，其不一定与由第二光检测器1412测量的反射光线中的任何一个同时发生。出于说明的目的，将光线和光束一起描绘。此外，在从凸反射元件反射的光线被投射单元110发送时，每个光线的从投射单元110延伸到屏幕102的部分从图14a中被省略，以减少图示中的混乱。

另外，校准方法可以包括控制系统(例如，光场投射系统的控制系统或在校准设备1410内的控制系统)，其基于来自反射光线的数据(例如，测量的强度简档)和来自检测到的截取光束的数据(例如，截取的强度简档)做出确定。或者，控制系统可以是位于远处的控制系统，诸如云服务器的处理单元，其中本地组件中的一些或全部与云服务器通信。如果控制系统在光场投射系统内，则可以在做出确定之前将这个数据从校准设备1410发送到光场投射系统。所述确定可以包括确定校准设备1410的位置(例如，建立对应于第二光检测器1412的水平位置和垂直位置的一组坐标)。可以基于截取的强度简档和基线强度简档来确定这样的位置，其中根据所述基线强度简档来调制来自投射单元110的光。在一些实施例中，还可以基于从投射单元110到第一光检测器1414的光的传播时间来确定这样的位置。

此外，控制系统可以将由第二光检测器1412测量的测量的强度简档与预期强度简档进行比较。预期强度简档可以基于基线强度简档以及校准设备1410的位置(例如，对应于第二光检测器1412的水平位置和垂直位置的一组坐标)，其中根据所述基线强度简档来调制来自投射单元110的光。

为了实现校准的目的，可以修改光场投射系统的控制系统的操作，其中控制系统确定用于使用光场投射系统投射可从多个视角同时观看的光场的光场调制方案。可以响应于在比较测量的强度简档和预期强度简档时识别的测量的强度简档和预期强度简档之间的任何差异来进行修改。例如，这种修改能够包括通过添加或移除一个或多个时间延迟来改变调制方案，以供光场投射系统的投射单元使用。改变调制方案可以附加地或替代地包括在调制方案的各个时间增大或减小投射单元输出的强度。此外，改变调制方案可以包括在调制方案的各个时间增大或减小由投射单元发送的光的波长。

如图14a中的虚线箭头所示，可以对校准设备1410的多个位置(例如，多个水平和/或垂直位置)重复该过程。这样的多个位置可以允许校准第二光学检测器1412的相对于屏幕102的多个观看视角。例如，对于相对于屏幕102分开与观看者的眼睛之间的距离相对应的距离的两个视角的校准可以允许双目/立体可观看的光场的校准投射以产生3D图像。两个分开的校准位置之间的距离可替代地对应于校准方法的预定分辨率。更进一步地，所述分开可以对应于在距离屏幕102特定距离处的特定照明条件下的典型人类瞳孔的宽度。

类似于音响发烧友(其调整声音系统的传递函数以在空间内的特定收听位置处获得增加的保真度)使用的声学方法，可以针对从其将观看到由光场投射系统产生的光场的多个预定视角(即，“热点”)中的每一个重复校准的方法。在一些情况下，可以针对每个可能的可观看视角重复校准，以校准每个可能的观看视角。

此外，例如，取决于握持校准设备1410的用户的朝向，在校准期间用户可以遮挡投射单元110和屏幕102之间的一些投射路径。因此，可以为在不同角度或从不同侧握持校准设备1410的用户重复所述校准(例如，用户第一次在其伸出的右手中握持校准设备并且第二次在其伸出的左手中握持校准设备)，从而可以校准完整屏幕(第二光检测器的完整视野)。

在一些实施例中，校准相对于屏幕102的单个视角可以足以确定屏幕102的宏观朝向移位(例如，旋转)。因此，在校准期间，仍然可以使用单独的视角来校准屏幕102的、光未被从其朝向第二光检测器1412反射的区域。例如，如果屏幕102足够刚性并且抗损坏以消除屏幕102的弯曲或刮擦的可能性，则可能是这种情况。因此，可以从对于单个视角的单个校准测量推导出凸反射元件中的每一个相对于投射单元110的位置和任何旋转偏移。

在各种实施例中，第二光检测器1412(或第一光检测器1414)可以是光电二极管(允许基本信噪比)、雪崩光电二极管或光敏电阻。或者，在各种实施例中，第二光检测器1412(第一光检测器1414)可以是各种其他设备(例如，数码相机)。第二光检测器1412(第一光检测器1414)可以被配置为将对应于光强度值的电压和/或电流信号输出到控制系统。随着入射在第二光检测器1412(第一光检测器1414)上的光强度改变，电压和/或电流信号可以相对于时间变化。例如，如果第二光检测器1412(第一光检测器1414)是光电二极管，则入射在第二光检测器1412(第一光检测器1414)上的光可以激发第二光检测器1412(第一光检测器1414)内的电荷。激发的电荷可以在第二光检测器1412(第一光检测器1414)的两个端子之间分开，从而将入射在第二光检测器1412(第一光检测器1414)上的光强度表现为两个端子之间的电压差。

除了被配置为检测光强度之外或作为其替代，第二光检测器1412(第一光检测器1414)可以被配置为检测从屏幕102反射的(或者由第一光检测器1414截取的)光的波长。如图14a所示，第二光检测器1412能够在顺序扫描期间的不同时间接收从凸反射元件中的每一个上的位置反射的光。附加地或替代地，第二光检测器1412(第一光检测器1414)可以包括多个光敏元件(例如，在电荷耦合器件-CCD的传感器阵列中)。多个光敏元件可以水平或垂直展开。

第一光检测器1414可以具有小于第二光检测器1412的孔径的孔径。更小的孔径可以允许第一光检测器1414提供检测到的光束的更高时间分辨率，这可以最终关联于与校准设备1410的确定的位置相关联的更高的空间分辨率。第一光检测器1414可以面向相对于第二光检测器1412旋转180度的方向。然而，在一些替代实施例中，(例如，如果屏幕从投射单元偏移)，则第一光检测器可相对于第二光检测器旋转大于或小于180度(例如，210度)。

发送器1416可以用于发送由第二光检测器1412、第一光检测器1414或计时器1418测量的数据。该数据可以被发送到处理数据的控制系统，以便继续校准过程。在一些实施例中，可替代地存在处理该数据的机载控制系统或处理单元，然后发送器1416发送结果(例如，调制方案中的应该添加或移除时间延迟的时间点、以及那些时间延迟的持续时间)到确定调制方案的控制系统。在这样的实施例中，校准设备还可以包括接收器。接收器可以接收校准中使用的数据(例如，控制系统使用的、不是由第二光检测器或第一光检测器测量的数据，以确定是否应该改变调制方案，诸如基线强度简档)。附加地或替代地，在校准设备具有机载控制系统的实施例中，校准设备可以包括其中可以存储校准中使用的数据(例如，基线强度简档)的存储器(例如，闪存)。

在各种实施例中，发送器1416可以是能够使用无线电波(例如，无线电天线)进行通信或使用WiFi(IEEE 802.11标准)进行通信的无线发送器。在其他实施例中，发送器1416可以使用

无线通信。在其他实施例中，发送器1416可以使用有线连接来连接到接收器(即，发送器1416可以连接到相应的接收器)。例如，发送器1416可以通过USB电缆将数据通信传送到执行校准方法的步骤中的至少一些的计算设备。

计时器1418可以与第二光检测器1412和/或第一光检测器1414结合使用，以建立检测到某些光强度的时间点(例如，所有反射光线从屏幕102反射并由被第二光检测器1412检测的时间点)。因此，计时器1418能够用于确定与由第二光检测器1412或第一光检测器1414测量的光相对应的光强度简档。此外，计时器1418可以用于追踪光从投射单元110到第一光检测器1414或第二光检测器1412的传播时间。在各种实施例中，计时器1418可以是数字时钟(例如，原子钟)或石英振荡器。其他计时器也是可能的。

然而，在一些实施例中，计时器可以在第二光检测器或第一光检测器的内部。或者，在校准设备的各种部件内部可以存在多个计时器。更进一步地，在校准设备内部存在控制系统的实施例中，计时器可以内置在控制系统中，并且控制系统可以通过通信总线连接到校准设备的其他组件。在其他实施例中，校准设备中可能没有计时器，并且发送器可以将消息中继到具有相对于校准设备的远程位置的控制系统，并且位于远处的控制系统可以使用那些消息的到达时间来确定何时由第二光检测器和/或第一光检测器做出测量。

图14b是根据示例实施例的校准设备的图示。校准设备1410可以是使用图14a中的符号示出的校准设备1410。因此，校准设备1410可以包括第二光检测器1412、第一光检测器1414和发送器1416。校准设备1410还可以包括在校准设备1410的主体内部的计时器1418。如图所示，在校准期间，第二光检测器1412可以面向屏幕102，并且第一光检测器1414可以面向投射单元110。在一些实施例中，在已经发生一个视角的校准之后，校准设备1410可以相对于屏幕110旋转或移动到第二视角，并且可以针对第二视角重复校准步骤。

如图所示，在一些实施例中，校准设备1410可以是手持设备(例如，棒)。在其他实施例中，校准设备1410可以相对于屏幕(例如，图14a中所示的屏幕102)和投射单元(例如，图14a中所示的投射单元110)安装在基座或墙壁上。例如，校准设备1410可以放置在相对于屏幕102的环境的中心位置处的支架上。或者，校准设备1410可以附接到或内置到移动单元(诸如移动机器人设备)中。以这种方式，移动机器人设备可以在相对于屏幕102的投射区域周围漫游并且从各种视角执行校准。更进一步地，校准设备可以内置在供光场投射系统的观看者使用的可穿戴设备中。例如，每个观看者可以佩戴一副校准眼镜，校准眼镜在其中具有一个校准设备或者在其中具有若干校准设备(例如，每只眼睛一个)。这样，在校准设备的一些实施例中，校准设备的形状可以与图14b中所示的不同。使用校准眼镜，光场投射系统可以仅针对在给定时间正在观看的那些位置/视角进行校准。这种技术可能比其他潜在的校准技术需要更少的带宽/处理能力。

在一些实施例中，校准设备1410可以具有图14b中未示出的附加组件。例如，校准设备1410可以具有能量源(例如，一个或多个电池或与墙壁插座的有线连接)。这种能量源可以提供在第二光检测器1412、第一光检测器1414、发送器1416、计时器1418或机载控制系统的操作中使用的能量。

在一些实施例中，投射单元110对屏幕102的顺序扫描可以以在扫描的持续时间期间使得校准设备1410可以近似为静止的速率发生。然而，由于确定第二光检测器1412的精确位置对于高分辨率校准可能是关键的，因此确定校准设备1410在校准期间是否以及何时移动也可能是有用的。这样，校准设备1410还可以具有(例如，连接到发送器1416或机载控制系统的)加速度计。加速度计可以测量校准设备1410相对于时间的加速度，以便追踪校准设备1410的任何运动。所追踪的运动能够由控制系统用于从所测量的强度简档去卷积校准设备1410的运动，从而确定由第二光检测器1412检测的光的简档，其可以更准确地表示由投射单元110发送并从屏幕102上的凸反射元件反射的光。

图14c是根据示例实施例的校准方法的图示。图14c中所示的校准方法可以对应于图14a中所示的校准方法的俯视图。例如，图14c可表示由投射单元100执行的一个或多个扫1482、1484。图14a中所示的校准设备1410的位置可以是在图14a和图14c所示的校准方法期间校准的一个或多个位置的集合中的一个。

如图14c所示，在屏幕的一扫期间由投射单元100扫过的屏幕扫过(screen sweep)区域1482表示投射单元100和屏幕102之间的区域，其中，在光被屏幕102反射之前光被投射单元100投射在区域中。可观看扫过区域1484重叠并包括屏幕扫过区域1482，并且表示空间1480内的相对于屏幕102的可观看视角的位置。在针对与屏幕扫过区域1482不重叠的视角进行校准时，可观看扫过区域1484也可以被投射单元100扫过。

例如，位置1486是相对于屏幕102的视角，可以从该视角观看投射单元110投射的光场。为了针对该位置进行校准，投射单元100可以扫过可观看扫过区域1484。这个扫过可以代替对屏幕扫过区域1482的扫过来执行，或者这个扫过可以在对屏幕扫过区域1482的扫过之外附加执行。在一些实施例中，投射单元可以使用根据基线强度简档调制的光来扫过整个可观看扫过区域1484，其中仅一部分光从屏幕102反射(例如，被投射到可观看扫过区域1484的与屏幕扫过区域1482相对应的一部分光)。

可替代地，投射单元100可以使用与投射单元100投射的光不同的波长范围(例如，红外线)或不同强度范围(例如，更低的强度)的光扫过可观看扫过区域1484，以扫过屏幕扫过区域1482。再次，可以根据基线强度简档来调制该光，使得可以使用校准设备(例如，图14a和图14b中所示的校准设备1410)来校准该光。

图15a是根据示例实施例的校准方法的图示。图15a描绘了顺序扫描屏幕102的光场投射系统的光场投射单元110。例如，用于扫描屏幕102的光可以是红外的(例如，具有750nm和2,500nm之间的电磁波长)，以便不被光场投射系统的观看者看见。图15a还包括校准设备1510。图15a中所示的校准设备1510可以与图14a中所示的校准设备1410类似但不相同。校准设备1510可包括第二光检测器1512、镜像元件1514、发送器1516和计时器1518。此外，如图15a所示，校准设备1510也可以是校准系统的一部分。校准系统还可以包括在投射单元110上的第一光检测器1550。在一些实施例中，镜像元件1514可以面向第一光检测器1550。

图15a中所示的校准方法可以与上文关于图14a所描述的方式大致相同的方式进行，其中类似的组件执行类似的任务(例如，图15a的第二光检测器1512执行与图14a的第二光检测器1412相似的动作)。然而，实质上的差异涉及处理一个或多个截取的光束的方式。当来自光场投射单元110的光束被校准设备1510截取时，光束可以被镜像元件1514反射。在一些实施例中，镜像元件1514可以是后向反射器(例如，一个或多个角反射器)。在这样的实施例中，光束将被导向到光束起源的方向。这样，第一光检测器1550可以位于从其发射光束的投射单元的孔径附近。

类似于图14a中所示的第一光检测器1414，第一光检测器1550然后可以检测截取的光束。关于(多个)截取的光束的相对于时间的数据(例如，截取的强度简档)还可以被记录和/或发送。为了检测定时，第一光检测器1550可以具有机载定时单元或者可以与单独的定时单元(例如，光场投射系统的控制系统的定时单元)通信。此外，第一光检测器1550或相关联的定时单元或控制系统还可以考虑光传播到校准设备1510和从校准设备1510传播所需的传播时间。这可以基于所测量的光束的强度和基线强度简档来进行，其中投射单元根据该基线强度简档来调制光。在一些实施例中，相对于时间的该数据可以以截取的强度简档的形式记录。此外，如图14a所示，校准方法可以包括控制系统基于截取的光束、测量的强度简档(例如，由发送器1516从校准设备1510发送到控制系统)以及基线强度简档进行确定和修改。

如虚线箭头所示，并且类似于图14a的实施例，可以对校准设备1510的多个位置(例如，水平和/或垂直位置)重复该过程。这样的多个位置可以允许校准第二光检测器1512的相对于屏幕102的多个观看视角。

图15b是根据示例实施例的在校准方法中使用的校准设备1510的图示。校准设备1510可以是使用图15a中的符号示出的校准设备1510。这样，校准设备1510也可以是校准系统的一部分，校准系统包括第一光检测器1550。类似于图14b中所示的校准设备1410，校准设备1510可以是手持设备(例如，棒)。同样类似于图14b中所示的校准设备1410，校准设备1510的许多其他形状、样式和朝向也是可能的。此外，图15b中所示的校准设备1510可包括关于图14b中所示的校准设备1410所描述的一个或多个附加组件中的任一个(例如，能量源或加速度计)。

除了镜像元件1514之外，图15b中所示的校准设备1510的组件可以类似于图14b中所示的那些组件。如上所述，镜像元件1514可以是后向反射器(例如，仅反射具有预定光谱范围内的波长的光束的后向反射器)，诸如一组角反射器(如图15b所示)。在替代实施例中，后向反射可以替代地是相位共轭镜。在一些实施例中，镜像元件可以是平面镜或曲面镜，并且，例如，可以安装在能够平移和/或旋转以面对第一光检测器1550的平台上。这可以允许在不使用后向反射器的情况下将截取的光束朝向第一光检测器1550反射，而不管校准设备相对于投射单元110的位置如何。

图16a是根据示例实施例的校准方法的图示。图16a描绘了顺序扫描屏幕102的光场投射系统的光场投射单元110。用于扫描屏幕102的光可以是红外的(例如，具有750nm和2,500nm之间的电磁波长)，例如，以便不被光场投射系统的观看者看见。图16a还包括校准设备1610。图16a中所示的校准设备1610可以与图15a中所示的校准设备1510类似但不相同。校准设备1610可包括镜像元件1614、发送器1616和计时器1618。此外，校准设备1610可包括第二光检测器1612的阵列。类似于图15a中所示的校准系统，校准设备1610也可以是校准系统的一部分。校准系统还可以包括第一光检测器1550。在一些实施例中，镜像元件1614可以面向第一光检测器1550。

图16a中所示的校准方法可以与上文关于图15a所描述的方式大致相同的方式进行，其中类似组件执行类似任务(例如，图16a的镜像元件1614执行与图15a的镜像元件1514类似的动作)。然而，实质上的差异涉及第二光检测器1612的数量。在图16a所示的实施例中，校准设备1610包括三个第二光检测器1612的阵列。第二光检测器1612中的每一个可以处于相对于屏幕102的不同的视角(如由来自凸反射元件的不同区域的由第二光检测器1612中的每一个检测到的反射光线所示)。这样，校准设备1610可以能够在通过投射单元110的每顺序扫描中校准三个视角。在其他实施例中，可以存在更多(例如，5、10、50、100等)或更少(例如，2)个设置在校准设备中的第二光检测器。此外，在具有多个第二光检测器的实施例中，第二光检测器可以以各种不同的图案(例如，十字或2D平面)设置。更进一步地，第二光检测器可以以3D阵列设置，从而允许校准设备监视距屏幕的距离如何影响从屏幕反射的光的强度。例如，如果观看区域是模糊的，则校准设备可能能够检测到这一点并通过在对应于来自屏幕的某些反射角度的特定时间增加光场调制方案的强度来解决它。

为了使用与第二光检测器1612中的每一个相关联的测量的强度简档，可以确定第二光检测器1612中的每一个的位置。可以通过知道第二光检测器1612中的每一个相对于镜像元件1614的位置、然后使用对截取光束的检测来确定镜像元件1614相对于投射单元110的位置来进行该确定。此外，通过将第二光检测器1612中的每一个的位置与用于调制由投射单元110发射的光的基线强度简档合并，可以为第二光检测器1612中的每一个确定单独的预期强度简档。然后，控制系统可以将与第二光检测器1612中的每一个相关联的预期强度简档和与每个相应第二光检测器1612相关联的测量的强度简档进行比较，以确定是否应该进行对光场投射系统的修改(例如，确定由投射单元的调制器使用的调制方案的控制系统)。

如虚线箭头所示，并且类似于图14a和图15a的实施例，可以对校准设备1610的多个位置(例如，多个水平和/或垂直位置)重复该过程。这样的多个位置可以允许第二光检测器1612的相对于屏幕102多个观看视角的校准。例如，校准设备1610的每个附加位置可以允许相对于屏幕102的多达三个附加视角的校准。

图16b是根据示例实施例的在校准方法中使用的校准设备的图示。校准设备1610可以是使用图16a中的符号示出的校准设备1610。这样，校准设备1610也可以是校准系统的一部分，校准系统包括第一光检测器1550。类似于图14b中所示的校准设备1410，校准设备1610可以是手持设备(例如，棒)。同样类似于图14b中所示的校准设备1410，校准设备1610的许多其他形状、样式和朝向也是可能的。此外，图16b中所示的校准设备1610可包括关于图14b中所示的校准设备1410所描述的一个或多个附加组件中的任一个(例如，能量源或加速度计)。

在除了图14a-图16b中所示的实施例之外的其他实施例中，校准设备可以替代地是不具有电气组件的纯反射组件(例如，镀银杆)。在这样的实施例中，(多个)第二光检测器可以位于屏幕上或屏幕附近(与在校准设备上相对)，类似于在一些实施例中第一光检测器位于投射单元上或在投射单元附近的方式。以这种方式，可以廉价地制造和更换校准设备。

在其他实施例中，校准设备可以是不具有电气组件的折射组件(例如，杆透镜或球面透镜)。假设这种校准设备是透明的，包括这种校准设备的校准系统可以具有位于投射单元上或附近的(多个)第二光检测器，如先前所定义的那样。类似地，如先前所定义的，第一光检测器可位于屏幕上或屏幕附近。此外，校准设备的一些实施例可包括反射部分和折射部分两者。

在先前描述的实施例中，反射组件或折射组件可仅在某些光谱范围内(即，在某个波长范围内的波长)反射或折射。因此，反射组件或折射组件可以用作带通滤波器。这样的滤波特性可以允许不与相对于屏幕的其他视角干扰的校准方法，其中所述光场同时被投射到所述屏幕中(例如，由光场投射系统投射的光场的观看者可以具有不被同时执行的校准方法禁止的观看体验。

可以在具有拥有凹折射元件和后投射单元的屏幕(与图14a、图15a和图16a所示的具有凸反射元件和前投射单元的屏幕相对)的光场投射系统上执行上述校准方法中的任何一个。然而，在这样的实施例中，可以修改某些检测器的位置。例如，在图14a的实施例中，第一光检测器可以旋转以替代地面对屏幕，类似于第二光检测器。可以由投射单元在不同波长(例如，第一光检测器敏感但第二光检测器不敏感的波长)同时或分开地执行分开的扫描，以便在不会干扰由第二光检测器执行的对测量的强度简档的检测的情况下确定校准设备的位置。类似地，这些实施例中的第一光检测器可能对第二光检测器测量的波长不敏感或可以滤除第二光检测器测量的波长，以减少投射的光场与位置测量的干扰。当校准具有包括凹折射元件的屏幕的光场投射系统时，可以对图15a和图16a中所示的实施例进行类似于这些的调整。

在更进一步的替代实施例中，在校准设备上可能没有用于截取光的第一光检测器或镜像元件。例如，这样的实施例可以包括以1D或2D阵列设置的多个第二光检测器。假设校准设备和屏幕具有足够的刚度，则由第二光检测器进行的测量可足以完全校准光场投射系统。在第二光检测器中的每一个检测到相应的测量的强度简档时，控制系统可以将这些强度简档彼此比较并与预期强度简档比较，以确定是否需要修改光调制方案(例如，添加或移除时间延迟)。参照图17a和图17b示出和描述了图14a和图14b、图15a和图15b、以及图16a和图16b的这种替代实施例。

图17a是根据示例实施例的校准方法的图示。图17a描绘了光场投射系统的光场投射单元110，其通过顺序扫过区域1702来顺序地扫描屏幕102。用于扫描屏幕102的光可以是红外的(例如，具有750nm到2,500nm之间的电磁波长)以便不被光场投射系统的观看者看见。图17a还包括校准设备1710。图17a中所示的校准设备1710可以是反射杆或折射杆(例如，玻璃杆或金属杆，诸如2m长的镀银杆)。校准设备1710可以将从屏幕102反射的光反射和/或折射到空间1780内的一个或多个视角。此外，校准设备1710可以朝向校准光检测器1750反射和/或折射光。校准光检测器1750可以连接到计算设备1720(例如，处理器和/或存储器，诸如ASIC、GPU或张量处理单元TPU)，以将接收的强度简档通信传送到计算设备1720。计算设备1720可以进一步连接到投射单元110，以将数据发送到投射单元110或从投射单元110接收数据。计算设备1720和校准光检测器1750之间的连接可以是无线的(例如，通过WiFi)或有线的(例如，经由USB电缆)，类似于计算设备1720和投射110之间的连接。在一些实施例中，校准设备1710、校准光检测器1750和计算设备1720可以是校准系统的一部分。

在替代实施例中，校准设备1710可具有替代形状和/或大小。例如，校准设备可以成形为十字形或菱形。另外，更大的校准设备可以能够在投射单元110对区域1702进行一次扫过的期间校准更大数量的相对于屏幕的可观看视角和/或能够具有更高的校准分辨率。

图17a中所示的校准方法可包括，投射单元110根据基线强度简档利用光扫过区域1702。该基线强度简档可以基于存储在计算设备1720内的数据。附加地或替代地，在投射单元110对区域1702的扫过之前、在其期间、或在其之后，基线强度简档可以从投射单元110发送到计算设备1720。在区域1702的扫过期间，根据基线强度简档调制的光可以从屏幕102朝向校准设备1710反射。对于校准设备1710占据的每个视角(其可以基于校准设备1710的大小而变化)，校准设备1710可以反射或折射在一个角度和位置处从屏幕102上的每个凸反射元件104(或者在后投射投射单元的情况下为凹折射元件)朝向校准光检测器1750反射的光。针对由投射单元110执行的对区域1702的每次扫过，从每个凸反射元件104的反射过程可以发生。

基于由校准光检测器1750接收的反射光/折射光的时间间隔，校准光检测器1750和/或计算设备1720能够形成检测到的强度简档。此外，基于基线强度简档、检测到的强度简档、和校准设备1710的大小、形状和刚度的先验知识、以及屏幕102的位置，计算设备1720能够返回校准设备1710的位置，以及屏幕102的朝向上的任何误差或一个或多个凸反射元件104的清洁度、方向、大小或形状的异常。通过将校准设备1710移动到不同位置并重新执行校准方法，能够针对相对于屏幕的不同视角重复该过程。

在一些实施例中，在给定校准设备1710的形状的情况下，可能存在“盲点”，在“盲点”中从屏幕反射的光不能使用校准设备1710朝向校准检测器1750反射。在这种情况下，“盲点”可以通过稍微改变校准设备1710的位置并重新执行校准方法来解决。以这种方式，先前朝向“盲点”反射的光现在可以朝向校准设备1710的、能够朝向校准光检测器1750反射光的点反射。

在一些实施例中，计算设备1720可以被配置为在校准方法期间考虑校准设备1710的任何运动。例如，如果在校准方法期间校准设备1710由正移动校准设备1710的用户(无论是有意还是无意地)握持。这可以通过计算设备1720利用牛顿运动方程评估校准设备1710的强度简档和校准设备1710的已知形状来解决。此外，计算设备1720可以被配置为解决校准设备1710中的任何缺陷(例如，校准设备的表面中的磨损或凹痕)。

图17b是根据示例实施例的在校准方法中使用的校准设备的图示。校准设备1710可以是图17a中所示的校准设备1710。这样，校准设备1710也可以是校准系统的一部分，校准系统包括校准光检测器1750和计算设备1720。类似于图14b中所示的校准设备1410，校准设备1710可以是手持设备(例如，棒或杆)。同样类似于图14b中所示的校准设备1410，校准设备1710的许多其他形状、样式和朝向也是可能的。此外，图17b中所示的校准设备1710可以包括关于图14b中所示的校准设备1410描述的一个或多个附加组件中的任何一个(例如，能量源、加速度计或发送器)。

图18是根据示例实施例的方法1800的流程图图示。该方法可用于校准光场投射系统(例如，图1中所示的光场投射系统100)。此外，光场投射系统可以包括具有多个凸反射元件(例如，图1中所示的凸反射元件104)的屏幕(例如，图1中所示的屏幕102)。在各种实施例中，图18中所示的方法1800可以由图14a-图17中的任何一个中所示的设备和系统来执行。

在步骤1802，方法1800包括由投射单元的调制器根据基线强度简档调制扫描序列。

在步骤1804，方法1800包括由投射单元将扫描序列朝向具有多个凸反射元件的屏幕投射。

在步骤1806，方法1800包括由布置在投射单元和屏幕之间的校准设备截取扫描序列的一部分。

在步骤1808，方法1800包括由第一光检测器检测扫描序列的被截取部分作为截取的强度简档。

在步骤1810，方法1800包括由第二光检测器检测从屏幕反射的扫描序列的反射部分作为测量的强度简档。

在步骤1812，方法1800包括由控制系统基于基线强度简档和截取的强度简档确定对应于第二光检测器的预期强度简档。

在步骤1814，方法1800包括由控制系统基于测量的强度简档与预期强度简档的比较来修改光场投射系统的操作。

V结论

以上详细描述参考附图描述了所公开的系统、设备和方法的各种特征和功能。虽然本文已经公开了各种方面和实施例，但是其他方面和实施例将是清楚的。本文公开的各种方面和实施例仅用于说明的目的，而不是限制性的，真正的范围由所附权利要求指示。

如附图或说明书所指示的检测器或镜像元件(例如，屏幕侧，面向屏幕，投射侧，面向投射等)的朝向不应视为对权利要求的限制。权利要求中描述的检测器或镜像元件可以在各种实施例中以各种方式朝向。

Claims (20)

1.一种被配置为校准光场投射系统的系统，包括：

投射单元，可操作以将扫描序列朝向具有多个凸反射元件的屏幕投射，其中投射的扫描序列根据基线强度简档被调制；

校准设备，其被布置在投射单元和屏幕之间以使得扫描序列的一部分在到达屏幕之前被校准设备截取，其中校准设备包括：(a)第一光检测器，其被设置为检测扫描序列的被截取部分作为截取的强度简档，和(b)第二光检测器，被设置为检测从屏幕反射的扫描序列的反射部分作为测量的强度简档；和

控制系统，被配置为：

(a)基于基线强度简档和截取的强度简档确定对应于第二光检测器的预期强度简档；和

(b)基于测量的强度简档与预期强度简档的比较来修改光场投射系统的操作。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二光检测器位于相对于所述屏幕的视角处。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述视角对应于包括相对于所述屏幕的水平位置和垂直位置的坐标的唯一集合。

4.根据权利要求2所述的系统，其中所述视角对应于观看者的眼睛相对于所述屏幕的视角，并且其中所述观看者的眼睛的位置被所述光场投射系统追踪。

5.根据权利要求1所述的系统，还包括一个或多个附加光检测器，每个附加光检测器被设置为检测从屏幕反射的扫描序列的附加反射部分作为附加的测量的强度简档，其中控制系统还被配置为确定针对所述一个或多个附加检测器中的每一个的附加预期强度简档。

6.根据权利要求1所述的系统，其中每个附加光检测器相对于所述屏幕位于与每个其他附加光检测器和所述第二光检测器不同的视角。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一光检测器被设置为面向所述投射单元。

8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第二光检测器被设置为面向所述屏幕。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述校准设备还包括镜像元件，所述镜像元件被设置为面向所述投射单元，并且其中所述镜像元件还被设置为将所述扫描序列的被截取部分朝向所述第一光检测器反射。

10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制系统被配置为通过修改所述投射单元的控制系统来修改所述光场投射系统的操作，其中所述投射单元的控制系统被配置为确定光场调制方案，所述光场调制方案被投射单元的调制器用于投射能够从多个视角同时观看的光场。

11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述控制系统被配置为通过改变所述光场调制方案来修改所述投射单元的控制系统。

12.根据权利要求11所述的系统，其中改变所述光场调制方案包括从所述光场调制方案添加或移除一个或多个时间延迟。

13.根据权利要求11所述的系统，其中改变所述光场调制方案包括在所述光场调制方案中的一个或多个时间增大或减小光强度。

14.根据权利要求1所述的系统，其中使用不在可视光谱内的波长的光投射所述扫描序列。

15.根据权利要求1所述的系统，其中所述基线强度简档对应于为了校准而投射的专用光场。

16.根据权利要求1所述的系统，还包括发送器，所述发送器被配置为将测量的强度简档或截取的强度简档发送到所述控制系统。

17.根据权利要求1所述的系统，还包括加速度计，所述加速度计被配置为追踪所述校准设备的任何运动，其中所追踪的运动能够由所述控制系统用于从所测量的强度简档去卷积所述校准设备的运动。

18.一种被配置为校准光场投射系统的设备，所述设备包括：

第一光检测器，被设置为检测扫描序列的被截取部分作为截取的强度简档，其中扫描序列由投射单元朝向具有多个凸反射元件的屏幕投射，并且其中投射的扫描序列根据基线强度简档被调制；

第二光检测器，被设置为检测从屏幕反射的扫描序列的反射部分，作为测量的强度简档；和

发送器，被配置为将测量的强度简档和截取的强度简档发送到控制系统，其中控制系统被配置为基于基线强度简档和截取的强度简档确定对应于第二光检测器的预期强度简档，并且其中控制系统被配置为基于测量的强度简档与预期强度简档的比较来修改光场投射系统的操作。

19.一种校准光场投射系统的方法，包括：

由投射单元的调制器根据基线强度简档调制扫描序列；

由投射单元将扫描序列朝向具有多个凸反射元件的屏幕投射；

由布置在投射单元和屏幕之间的校准设备截取扫描序列的一部分；

由第一光检测器检测扫描序列的被截取部分作为截取的强度简档；

由第二光检测器检测从屏幕反射的扫描序列的反射部分作为测量的强度简档；

由控制系统基于基线强度简档和截取的强度简档确定对应于第二光检测器的预期强度简档；和

由控制系统基于测量的强度简档与预期强度简档的比较来修改光场投射系统的操作。

20.根据权利要求19所述的方法，还包括由镜像元件反射所述扫描序列的被截取部分。

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