移動設備光導顯示的制作方法

移動設備光導顯示的制作方法
【專利摘要】描述了光導技術。在一個或多個實現中，一種裝置包括外殼，由該外殼支持的光導，放置在該外殼內且可選地耦合到該光導的光引擎，以及放置在該外殼內并且至少部分地用硬件來實現的一個或多個模塊。該一個或多個模塊被配置成致使該光引擎使用該光導沿聚焦于無限遠處的圖像平面來輸出用戶界面以供顯示。
【專利說明】移動設備光導顯不
[0001]背景
[0002]在用戶的日常生活中，各種各樣的顯示設備被展示給用戶。例如，在處于移動環境時(諸如上下班時)，用戶可以與移動通信設備(諸如平板計算機和移動電話)交互。在用戶辦公處、家里等地方，用戶還可以與具有傳統形狀因素的計算機(諸如膝上型或臺式個人計算機)交互。用戶還可以看電視，諸如以玩游戲、看電影和電視節目等等。
[0003]然而，這些設備采用的傳統顯示技術使觀看這些設備的用戶視覺疲勞，尤其在觀看這些設備持續大量時間時。該視覺疲勞因此會影響用戶對設備的體驗以及對用戶產生物理影響，諸如作為疲勞的結果致使用戶戴眼鏡。
[0004]概述
[0005]描述了光導技術。在一個或多個實現中，一種裝置包括用手持式形狀因素來配置的外殼，由該外殼支持的光導，放置在該外殼內且可選地耦合到該光導的光引擎，以及放置在該外殼內并且至少部分地用硬件來實現的一個或多個模塊。該一個或多個模塊被配置成致使該光引擎使用該光導沿聚焦于無限遠處的圖像平面來輸出用戶界面以供顯示。
[0006]在一個或多個實現中，一種裝置包括用手持式形狀因素來配置的外殼，由該外殼支持的光導，該光導具有被配置成要由用戶觀看的第一側以及與第一側相對、包括一個或多個觸摸傳感器的第二側，放置在該外殼內且任選地耦合到該光導的光引擎，以及放置在該外殼內并且至少部分地用硬件來實現的一個或多個模塊。該一個或多個模塊被配置成致使該光引擎使用經由第一側可觀看的光導來投影用戶界面以供顯示，并使用經由第二側定位的一個或多個觸摸傳感器來檢測一個或多個輸入，該一個或多個輸入可用于發起一個或多個操作。
[0007]在一個或多個實現中，一種裝置包括外殼，由該外殼支持的光導，該光導具有用戶可觀看的第一側、與第一側相對的第二側、以及可切換的內耦合光學器件。該裝置還包括放置在該外殼內且可選地耦合到該光導的內耦合光學器件的光引擎，以及放置在該外殼內且至少部分地用硬件來實現的一個或多個模塊。該一個或多個模塊通信地耦合到可切換的內耦合光學器件，以導致在第一模式與第二模式之間的切換，在第一模式中該光引擎的輸出通過該光導的第一側來顯示，在第二模式中該光引擎的輸出穿過該光導的第二側。
[0008]在一個或多個實現中，一種裝置包括用手持式形狀因素來配置的外殼，被配置成在該外殼的物理環境中檢測該外殼在三個維度上的定位和定向的一個或多個傳感器，至少部分透明且由該外殼支持的光導，可選地耦合到該光導的光引擎，以及放置在該外殼內且至少部分地用硬件來實現的一個或多個模塊。該一個或多個模塊被配置成計算增強的定位和定向，并且致使該光引擎使用該光導來輸出該增強以供顯示，使得該增強與該物理環境的至少一部分通過該光導可同時觀看。
[0009]在一個或多個實現中，使用用戶持有的手持式設備的一個或多個相機來捕捉用戶的一個或多個圖像。根據手持式設備捕捉到的一個或多個圖像來計算用戶的瞳孔在三維空間中的位置。基于所計算的用戶的瞳孔的位置在該手持式設備的透明顯示器上顯示一增強，該增強與通過該透明顯示器可觀看的該手持式設備的物理周圍環境的至少一部分是可同時觀看的。
[0010]在一個或多個實現中，一種裝置包括用手持式形狀因素來配置的外殼，在該外殼中被定位成跟蹤用戶的一只或多只眼睛的一個或多個相機，至少部分透明且由該外殼支持的光導，可選地耦合到該光導的光引擎，以及放置在該外殼內且至少部分地用硬件來實現的一個或多個模塊。該一個或多個模塊被配置成計算用戶的一只或多只眼睛在三維空間中的定位，并且致使該光引擎使用該光導基于所計算的定位來輸出該增強以供顯示，使得該增強與該物理環境的至少一部分通過該光導可同時觀看。
[0011]在一個或多個實現中，計算設備的顯示設備在第一距離處被觀看，使得該顯示設備所顯示的用戶界面的第一視野是可觀看的。該計算設備的顯示設備在小于第一距離的第二距離處被觀看，使得該顯示設備所顯示的用戶界面的第二視野是可觀看的，第二視野大于第一視野。
[0012]在一個或多個實現中，一種裝置包括至少部分地用硬件來實現的用于配置用戶界面的一個或多個模塊，以及通信地耦合到該一個或多個模塊以輸出用戶在距該顯示設備一定距離范圍內可觀看的用戶界面的顯示設備，使得該范圍內的較近距離準許用戶相比于該范圍內距用戶更遠的距離而言具有增大的視野。
[0013]在一個或多個實現中，一種裝置包括至少部分地用硬件來實現用于配置用戶界面的一個或多個模塊，以及通信地耦合到該一個或多個模塊以輸出用戶可觀看的用戶界面的顯示設備，使得取決于該顯示設備相對于用戶的一只或多只眼睛的傾斜角度，該用戶界面的不同部分可由用戶觀看。
[0014]在一個或多個實現中，一種顯示設備包括被配置成要由表面支持的外殼，由該外殼支持的光導，放置在該外殼內且可選地耦合到該光導的光引擎，以及放置在該外殼內并且至少部分地用硬件來實現的一個或多個模塊。該一個或多個模塊被配置成致使該光引擎使用該光導沿聚焦于無限遠處的圖像平面來輸出用戶界面以供顯示。
[0015]提供本概述是為了以簡化的形式介紹將在以下【具體實施方式】中進一步描述的概念選擇。本概述不旨在標識出所要求保護的主題的關鍵特征或必要特征，也不旨在用于幫助確定所要求保護的主題的范圍。
[0016]附圖簡述
[0017]參考附圖來描述詳細描述。在附圖中，附圖標記最左邊的數字標識該附圖標記首次出現于其中的附圖。在說明書和附圖的不同實例中使用相同的附圖標記可指示相似或相同的項目。
[0018]圖1是在示例實現中的可用于采用如本文描述的光導技術的環境的圖示。
[0019]圖2描繪了圖1的顯示設備的示例，其包括以前視圖示出的光導。
[0020]圖3描繪了使用側視圖更詳細地示出的圖2的光導的示例。
[0021]圖4描繪了圖3的顯示設備的光導和光引擎的示例實現，其中光導的各層被示出。
[0022]圖5描繪了將圖1的計算設備示為輸出一用戶界面并且支持經由顯示設備的背側檢測到的姿勢的示例實現。
[0023]圖6描繪了圖1的計算設備的顯示設備的示例實現，該示例實現基于顯示設備與用戶之間相應距離之差來示出視野之差。
[0024]圖7和8分別示出了在圖6中示出的第一和第二階段的各示例側視圖。
[0025]圖9描繪了將圖1的顯示設備示為被配置成水平地置于表面的示例實現。
[0026]圖10是描繪在示例實現中的過程的流程圖，其中捕捉到的圖像被用于定位用戶的瞳孔以供增強的顯示。
[0027]圖11是描繪在示例實現中的過程的流程圖，其中顯示設備在不同距離處被觀看，使得用戶與設備之間的距離更近時視野被擴展。
[0028]圖12示出了可被實現為參考圖1-11來描述的任何類型的計算設備來實現本文描述的技術的各實施例的示例設備的各個組件的示例系統。
[0029]詳細描述
[0030]概覽
[0031]顯示設備采用的傳統技術涉及聚焦在與設備的表面重合的圖像平面處的顯示器。因此，這些傳統技術會使觀看這些設備的用戶產生視覺疲勞，這會在物理上影響用戶以及影響用戶對設備的體驗。
[0032]本文描述了光導技術。在一個或多個實現中，光導被配置成作為顯示設備來使用。例如，可以將光導可合并為具有手持式形狀因素的設備的一部分，該設備諸如平板計算機、移動電話、便攜式游戲設備等等。光導還可被合并為各種其他設備(諸如電視機)的一部分、臺式或膝上型計算機的監視器的一部分等等。
[0033]光導可被配置成沿聚焦在無限遠處的圖像平面提供顯示。因此，光導可由用戶用最小眼肌收縮或不用眼睛收縮來觀看，諸如可由用戶在觀看地平線或其他遠處對象時觀察至IJ。以此方式，在某些情況下，傳統上利用眼鏡來觀看顯示設備(諸如，遭受老花眼)的用戶可以觀看光導而無需眼鏡。
[0034]可以通過利用光導來啟用各種功能。例如，光導可被配置成支持透明度，使得光導的物理周圍環境通過光導可觀看。這可以用于支持各種不同場景，諸如增強現實，其中增強被顯示并且物理環境可通過該顯示器來觀看。在另一示例中，光導可支持隨著用戶眼睛與光導之間的距離減小而增大的視野。以此方式，用戶可以將采用光導的設備(例如，移動電話)拿得更近，以看到該設備輸出的用戶界面的更多部分。另外，由于圖像平面可以表現為在實際設備的屏幕“背后”，因此設備可以支持涉及設備本身的移動的各姿勢，諸如通過簡單地傾斜設備來平掃圖像。因此，增大的視野以及圖像的平掃所支持的功能對于其中顯示設備大小有限且內容超出可用屏幕可操作區域的移動設備而言尤其有用。還構想了各種其他示例，諸如以采用觸摸傳感器、使用眼睛跟蹤硬件、使用能夠將不透明度從清楚變為深色/不透明(例如，以提高對比度)的設備的可控背面層等等，其進一步的討論可以相關于以下附圖找到。
[0035]在以下討論中，首先描述可采用本文描述的光導技術的示例環境。隨后描述可在該示例環境以及其他環境中執行的示例過程。因此，各示例過程的執行不限于該示例環境，并且該示例環境不限于執行各示例過程。
[0036]示例環境
[0037]圖1是在示例實現中的可用于采用如本文描述的光導技術的環境100的圖示。所示環境100包括計算設備102，該計算設備可用各種方式來配置。例如，如圖所示，計算設備102被示為采用以手持式形狀因素被配置成可由用戶的一只或多只手106、108握持的外殼104。例如，手持式形狀因素可以包括平板計算機、移動電話、便攜式游戲設備等等。然而，還構想了各種各樣的其他形狀因素，諸如參考圖12描述的計算機和電視機形狀因素。
[0038]因而，計算設備102的范圍可以是從具有充足存儲器和處理器資源的全資源設備(如個人計算機、游戲控制臺)到具有有限存儲器和/或處理資源的低資源設備(如傳統電視機、上網本)。附加地，盡管示出了單個計算設備102，但是計算設備102可以表示多個不同設備，比如用戶可穿戴頭盔或眼鏡以及游戲控制臺、具有顯示器的遙控器和機頂盒組合坐坐寸寸ο
[0039]在該示例中，計算設備102進一步被示為包括至少部分透明的顯示設備110。顯示設備100的透明度被示為允許顯示設備102的物理周圍環境112的至少一部分通過該設備被觀看。在所示示例中，可通過顯示設備110來觀看的物理周圍環境112包括樹木以及用于握持計算設備102的用戶的手106的手指的一部分。汽車114也被示為由顯示設備110顯示，使得用戶界面和物理周圍環境112的至少一部分可使用顯示設備110來觀看。這可用來支持各種不同的功能，如以下進一步描述的增強現實。
[0040]在該不例中，計算設備102還包括輸入/輸出模塊116。輸入/輸出模塊116表不與檢測和處理計算設備102的輸入和輸出相關的功能。例如，輸入/輸出模塊116可被配置成從鍵盤、鼠標接收輸入以識別姿勢并且使得對應于姿勢的操作得以執行，等等。輸入可由輸入/輸出模塊116以各種不同的方式來標識。
[0041]例如，輸入/輸出模塊116可被配置成識別經由顯示設備110的觸摸屏功能從指示筆等接收的輸入，諸如接近于計算設備102的顯示設備110的用戶的手108的手指。該輸入可以采取各種不同的形式，諸如來識別用戶的手108的手指在顯示設備110上的移動，諸如，如用戶的手108的手指所示的輕擊用戶界面上的汽車114、繪制線等。用戶的手和/或手指可以觸摸設備或懸停在設備上方，并且這些可被檢測為分開的姿勢。輸入的其他示例包括跟蹤用戶眼睛的瞳孔和眨眼、涉及設備本身的移動的姿勢(例如，傾斜或搖動設備)
坐坐寸寸ο
[0042]在各實現中，這些輸入可被識別為被配置成發起計算設備102或其他設備的一個或多個操作的各姿勢，諸如導航通過用戶界面、選擇和/或移動顯示在該用戶界面上的對象等等。盡管姿勢被示為通過顯示設備I1的正面來輸入的，但計算設備102還可包括位于顯示設備110后面、用于識別姿勢的觸摸傳感器，參考圖4和5可以找到開始對其進一步的討論。
[0043]輸入/輸出模塊116還被示為包括增強現實模塊118。增強現實模塊118表示計算設備102的、用于使用顯示設備110來增強計算設備102的物理周圍環境112 ( “真實世界”)的視圖的功能。在所示示例中，例如，計算設備102被示為物理上定位在包括三棵樹和用戶的手106的手指的周圍環境中。
[0044]增強現實模塊118被配置成輸出結合物理周圍環境112來觀看的增強(例如，汽車 114)。
[0045]為了生成這個視圖并知道將增強放置在“哪里”，增強現實模塊118可利用各種技術來確定計算設備102相對于設備的物理周圍環境112的定向和/或定位。例如，增強現實模塊118可利用相機120來捕捉物理周圍環境112的圖像。增強現實模塊118隨后可處理這些圖像以定位一個或多個標記來確定計算設備102如何定位、定向、移動等。
[0046]這些標記可采用各種形式。例如，增強現實模塊118可將物理周圍環境112中的一個或多個視點設置成標記，并且由此用作確定定向和/或定位(諸如，這些樹木的樹干在哪里與地面相接等等)的基礎。在另一示例中，增強現實模塊118可利用物理地定位在計算設備102的周圍環境內的一個或多個增強現實(AR)標簽的視圖。因此，物理周圍環境112中的項目可用作確定計算設備102位于哪里以及物理設備102被定向在哪里的基礎。
[0047]在另一示例中，相機120可被配置成捕捉計算設備102的用戶的一個或多個圖像。例如，相機120的鏡頭在圖1中被示為在外殼104中放置在顯示設備110右面、指向計算設備102的用戶的臉部的圓圈。相機120捕捉到的圖像隨后可用來確定用戶的瞳孔的三維位置。在一個或多個實現中，計算瞳孔的位置，而無需計算描述“眼睛瞄準哪里”的向量，由此節省計算設備102的資源。還構想了其他示例，其中這樣的向量被計算。以此方式，增強現實模塊118可以確定如何輸出增強(例如，汽車114)以供顯示設備110顯示。
[0048]增強現實模塊118還可利用一個或多個傳感器122來確定計算設備102的定位和/或定向，并更具體地確定顯示設備I1的定位和/或定向。例如，傳感器122可被配置為慣性測量單元(IMU)，該慣性測量單元可包括陀螺儀、一個或多個加速計、磁力計、并包括其任何組合等。這些單元可用于生成用來確定計算設備102相對于其物理周圍環境112的定向和定位的基礎。
[0049]通過這些示例中的一個或多個，增強現實模塊118可以捕捉要增強的“現實”的視圖。隨后該增強可被計算以便使用顯示設備110以一定大小、定向和位置來顯示。該增強可以按各種方式來配置，諸如用于二維輸出、三維輸出等等。例如，增強現實模塊118和顯示設備110可以利用立體技術給予對該增強深度的感知，諸如通過自動立體視覺技術，其中光學器件被顯示設備110用來將圖像朝著用戶的眼睛定向地拆分。也可以設想各種其他技術而不背離其精神和范圍。此外，應當容易明白，由增強現實模塊118生成的增強可采取多種其他形式，諸如通過作為可通過顯示設備110觀看的用戶界面的一部分來顯示的、作為游戲的一部分的物體和計算設備102的物理周圍環境112的視圖的其他變化。
[0050]顯示設備110可以按各種方式來配置以支持本文描述的技術，諸如通過配置成利用聚焦在無限遠處的聚焦面提供輸出的光導。這樣的光導的示例參考以下附圖開始描述。
[0051]圖2描繪了圖1的顯示設備110的示例200，其被配置成包括以前視圖示出的光導。不例200包括形成顯不設備100的光導202和光引擎204。光導202可以按各種方式來配置，諸如一塊玻璃、塑料、或其他用作顯示光引擎204的輸出的可透光材料。
[0052]光引擎204可以按各種方式來配置，諸如微微投影儀或其他圖像輸出設備。光引擎204的示例包括激光驅動的LCOS或LED驅動的掃描、LCOS顯示器，例如包括RGB LED等等。光引擎204可選地耦合到光導202，使得光引擎204的輸出由光導202來顯示以供一個或多個用戶觀看。光引擎204可以按各種方式可選地耦合到光導202，其中的一個示例可參考以下附圖找到。
[0053]圖3描繪了使用側視圖更詳細地示出的圖2的光導202的示例300。在該示例中，光導202被不為包括內I禹合光學器件302和外I禹合光學器件304。內I禹合光學器件302被配置成可選地將光引擎204耦合到光導202。內耦合光學器件302可以按各種方式來配置，諸如表面起伏光柵、可切換布拉格光柵、體全息光柵、反射和部分反射面、自由形式的光學元件、楔形光學器件等等。
[0054]在所示示例中，內耦合光學器件302被配置成使光引擎204所輸出的光彎曲大約九十度以供傳輸到外耦合光學器件304。因此，在該示例中，內耦合光學器件302可以利用一種或多種技術來如上所述地“使光轉向”以供傳輸到外耦合光學器件。
[0055]此外，可以利用內耦合和外耦合光學器件302、304作為瞳孔擴展器，以擴展來自光引擎204的輸出。例如，內耦合光學器件302可被配置成水平地擴展光引擎204的輸出。外耦合光學器件304隨后可以接收該水平擴展的輸出，并且諸如同樣通過利用一種或多種技術“使光轉向”，從而在垂直方向上使其進一步擴展以供輸出到眼睛306 (例如，計算設備102的用戶的眼睛)。
[0056]因此，光引擎204可被配置成激光驅動的LCOS或LED驅動的掃描或LCOS顯示器，可以包括RBG LED或具有小于五至十納米范圍的帶寬的激光器，以允許高效的衍射(在衍射技術之一被用來對光進行內耦合和/或外耦合的情況下；在其他情況下LED的帶寬不受這樣的約束)等等。光引擎204可選地耦合到利用上述一個或多個技術來“使光轉向”的光導202的內耦合光學器件302。隨后使用全內反射(FTIR)沿光導202通過內耦合光學器件302將光傳送到水平擴展光柵。該光柵用作水平地擴展“出射光瞳”，并且另外在示例300中如箭頭所示地使光轉向九十度從而光向上傳播。隨后光遇到外耦合光學器件304，外耦合光學器件304垂直擴展“出射光瞳”并且同樣如箭頭所示地使光轉向，從而光被耦合到光導202以外并且朝向觀看圖像(例如，用戶界面的一部分)的用戶的眼睛306。
[0057]在一個或多個實現中，內耦合光學器件302可以是可切換的以支持不同的顯示模式。例如，內I禹合光學器件302可以在第一模式中被“打開”(例如，使用可切換的布拉格光柵)，以便如上所述地致使光引擎的輸出“轉向”并且傳送到外耦合光學器件304以供顯示給用戶的眼睛306。
[0058]內耦合光學器件304還可以被“關閉”以支持第二模式，在第二模式中顯示設備110用作投影儀，諸如用于將光引擎204的輸出投影到圖1的計算設備102的外殼104的“背面以外”。在該示例中，內耦合光學器件304被關閉，使得來自光引擎204的光不被彎曲以耦合到外耦合光學器件304。
[0059]相反，在該示例中，來自光引擎204的光通過內耦合光學器件302而不彎曲以用作投影儀。例如，計算設備102可以包括圖1的外殼104所支持的透鏡和光閥308以便將光引擎204用作投影儀，例如，以將輸出投影到計算設備102外部的表面上，諸如桌面、墻上等等。以此方式，顯示設備110可以用在各種模式中以支持不同的顯示技術供計算設備102使用。
[0060]圖4描繪了顯示設備110的光導202和光引擎204的示例實現，其中光導202的各層被示出。光導202包括任選的透明材料402以及可用來實現如以上參考圖3描述的外耦合光學器件304的衍射分級矩陣404。
[0061]光導202還包括用于在顯示設備110的前表面上實現觸摸傳感器的層406。例如，層406可被配置成使用氧化銦錫(ITO)形成的柵格，以檢測接觸(諸如，如參考圖1所示的用戶的手108的一根或多根手指)的X、Y坐標。因此，該層406可用來向輸入一輸出模塊116提供輸入，這些輸入可用來識別用于發起計算設備102的一個或多個操作的一個或多個姿勢，例如，導航通過用戶界面、啟動應用、與顯示對象交互等等。
[0062]光導202還可包括放置在光導202背面以實現觸摸傳感器的層408。例如，光導202可被配置成支持在距用戶眼睛一定距離處進行觀看，使得用戶不方便與光導的前表面(例如，支持顯示設備110正面上的觸摸傳感器的層406)交互。因此，放置在設備的背面的層408還可被配置成識別姿勢，參考圖5可以找到開始對其進一步的討論。
[0063]光導202還被示為包括電致變色(electro-chromic)層410,電致變色層410與衍射分級矩陣404間隔一氣隙412或較低光學指數材料。電致變色層410可用于在透明與不透明狀態之間交替。這可用于各種目的，諸如用于控制計算設備102的物理周圍環境112的哪一部分可通過顯示設備110來觀看，提高顯示設備110所顯示的用戶界面的各部分的對比度等等，對其進一步討論可以參考以下附圖找到。
[0064]圖5描繪了將圖1的計算設備102示為輸出一用戶界面并且支持經由顯示設備的背側檢測到的姿勢的示例實現500。在該示例中，顯示設備110輸出被配置成計算設備102的開始屏幕的用戶界面。開始屏幕包括多個圖塊(tile)，這些圖塊可被選擇來啟動相應的應用，并且還可被配置成輸出與這些應用有關的通知。通知的示例使用天氣塊來示出，天氣圖塊包括與雷蒙德市的溫度和當前天氣狀況有關的通知。
[0065]如圖4中描述的，顯示設備110可被配置成使用定向成朝向用戶的設備的前面以及定向成背離定向的設備的背面(例如，定位在與設備的正面相對側上)來檢測輸入(例如，姿勢)。例如，用戶可以使用用戶的手106的一根或多根手指來作出姿勢。可以作出各種不同姿勢，諸如以選擇顯示設備所顯示的圖塊、使用平掃姿勢導航通過用戶界面、縮放姿勢等等。以此方式，用戶的手106的定位于計算設備102后面的那些部分仍可用來提供輸入。
[0066]此外，如還參考圖4描述的，顯示設備110可被配置成可選的透明，但也包括用于控制使顯示設備110的哪些部分成為透明的層(例如，電致變色層410)。例如，這可用來提高顯示設備中用來顯示用戶界面的那些部分的對比度。對此的一個示例可以包括，在所示示例中用來顯示圖塊和文本(例如“start (開始)”)的各部分，其可用來支持用戶界面中的黑色。
[0067]這些技術還可被配置成支持可選的不透明度，諸如以控制物理周圍環境中可通過顯示設備110來觀看的量。這可用來提供各種功能。例如，可以使顯示設備110的各部分變得部分透明，以允許用戶的手106的一部分通過顯示設備被觀看。以此方式，用戶可以容易地查看用戶的手指定位“在哪里”，這可以輔助用戶交互，包括使用經由放置在顯示設備110背面的觸摸屏功能檢測到的姿勢。
[0068]另外，如圖所示，該技術可以結合如何顯示用戶界面本身。在示例實現500中，使在顯示設備I1后面附近的用戶的手106的手指的各部分變得透明，使得用戶可以觀看用戶的手的手指。這包括用戶界面的各部分，使得用戶的手106的手指表現為結合圖標被顯示，使得用戶可以容易地確定在手指的當前定位處哪個圖標是當前可選的。在該示例中，(例如，通過顯示用戶界面和/或使用電致變色層410)圖標在用戶界面中與該接觸不重合的各部分不被變得透明。以此方式，與顯示設備110的后面的交互可被輔助。還構想了各種其他示例，諸如在用戶界面中顯示與用戶的手106的手指在顯示設備110的后面所接觸的點相對應的標記。還要注意，該每一區域的不透明度控制可以顯著提升顯示設備所顯示的增強的外觀，同時允許這些增強之間的透明度，從而物理周圍環境(例如，“真實世界”)與這些增強能同時被清楚地查看。還要注意，可以使整個顯示器變得不透明，這可用來輔助不涉及真實世界的視圖的體驗，例如舉例而言，看電影。
[0069]圖6描繪了計算設備102的顯示設備110的示例實現600，該示例實現基于顯示設備110與用戶之間相應距離之差示出視野之差。示例實現600使用第一和第二階段602、604來示出。在第一階段602，計算設備102被示為定位在遠離用戶的第一距離，諸如當在臂長(例如，在大約三十英寸)處握持計算設備102時。
[0070]如上所述，計算設備102可以包括合并圖2的光導202的顯示設備110。光導202可被配置成通過圖3的外耦合光學器件304沿聚焦在無限遠處聚焦的圖像平面提供輸出以供用戶觀看。例如，外耦合光學器件304可以提供平行光的輸出，用戶觀看起來類似于正在看遠處的對象，諸如地平線。因此，可以從廣泛范圍的距離觀看顯示設備110，包括距用戶的眼睛306甚至小于一英寸直到顯示設備110本身不可見的點處的距離。
[0071]使用光導作為顯示設備102的一部分還可以支持與視野有關的技術。例如，在第一階段，用戶界面被示為由顯示設備110顯示。在該示例中用戶界面包括標題“RedmondNews (雷蒙德市新聞)”連同被示為“Sports (體育)”和“Weather (天氣)”的兩欄。如上所述，第一階段602示出計算設備102且由此示出計算設備102的顯示設備110，其被定位在距握持該設備的用戶的眼睛大約一臂長處。
[0072]在該示例中，用戶隨后可能期望查看更多的用戶界面，諸如查看包括在用戶界面中的更大量的內容。在該示例中，通過將顯示設備110配置成包括光導，如在第二階段604中所示，用戶可以簡單地在物理上使計算設備102移動得更近。通過使顯示設備110移動得更近，用戶從顯示設備110可觀看的視野增大。
[0073]這在第二階段604中通過經由與第一階段602中所顯示的相同用戶界面的顯示設備進行觀看來示出。然而，用戶界面的附加欄在第二階段604中被定位成可觀看，諸如“Business (商業)”和“Local (本地)”欄以及這些欄中的附加內容。由此，視野隨著顯示設備112移動得更接近用戶的眼睛而增大。
[0074]此外，該增大是被動的，因為大小或分辨率不是由計算設備102自己改變的，例如，是由于從用戶收到的用于增加大小或分辨率的輸入、一個或多個傳感器的使用等等。以此方式，顯示設備110所顯示的對象保持在焦點中，而不管用戶的眼睛被定位成多接近該顯示器。因此，這可被用戶用來調節在屏幕上觀看到的量，諸如通過改變用戶與顯示器之間的距離來閱讀報紙、瀏覽web或消費短視頻內容。例如，使用3.5”屏幕作為示例，如果顯示設備110產生45度視野，則握持顯示設備100距眼睛一英寸將在30”臂長處得到與105”對角尺寸顯示設備等效的圖像。對視野技術的進一步討論可參考以下附圖找到。
[0075]圖7和8分別示出了在圖6中示出的第一和第二階段602、604的各示例側視圖。在第一階段602，用戶的視野使用虛線示出，以示出可通過顯示設備110觀看的用戶界面702的一部分。在如圖8中示出的第二階段，如虛線所示，用戶的眼睛被定位成接近顯示設備110，這使得用戶能夠觀看用戶界面702的更大部分。因此，顯示設備110可以通過在聚焦在無限遠處的圖像平面處輸出用戶界面(例如，通過由圖2的光導202輸出平行光)來支持這些不同的視野。
[0076]可以將該功能比作通過柵欄中的小孔來觀看告示牌。隨著用戶移動得更接近柵欄中的小孔，不僅告示牌的字體大小被增大(例如，用戶能夠觀看如圖6中所示的更小文本)，而且可觀看的廣告牌的量也增加。因此，顯示設備110可以被動地來使用戶能夠基于用戶的眼睛與顯示設備110之間的距離范圍來更改對于用戶而言可觀看的視野。例如，該范圍可以基于用戶觀看整個顯示設備110的能力來定義。
[0077]例如，視野可以隨著用戶靠近顯示設備110而增大，直到用戶如此接近以致于顯示設備的外部在用戶的視覺外圍不再可觀看。盡管參考移動設備描述了基于距離來更改視野以使得用戶能移動該設備本身，但這些技術還可以用在其中用戶移動而該設備被配置成保持在恒定定位的情形中，其中的一個示例可以參考以下附圖找到。
[0078]這些技術可以支持另一場景以擴展用戶交互。例如，類似于在先前示例中觀看廣告牌，用戶可以在一臂長處觀看計算設備102。然而，取代使設備更接近用戶的眼睛，用戶可以移動設備(例如，使設備相對于垂直于顯示設備與用戶眼睛之間的軸的平面以不同角度傾斜)來觀看原本在原始定位中不可見的告示牌的不同區域。例如，這將允許用戶舒適地坐著并且通過使設備傾斜來在一臂長處閱讀報紙的不同部分。將新的設備體驗與當前可用的技術形成對比是有用的。當嘗試在手持式設備(諸如，當今各蜂窩電話之一)上閱讀報紙時，用戶將被迫使使用觸摸或其他姿勢持續地滾動以導航通過該內容。然而，使用本文描述的技術，顯示設備可以被動地支持使設備傾斜以查看用戶界面的不同部分，如以上視野的示例。
[0079]圖9描繪了將圖1的顯示設備110示為被配置成水平地置于表面的示例實現900。在該示例中，顯示設備110被示為合并在置于表面(諸如桌面、臺面等)的外殼902內，以供用在如參考圖12進一步描述的計算機配置中。顯示設備110合并圖2的光導202和光引擎204，并且由此可以使用光導沿聚焦在無限遠處的圖像平面來顯示用戶界面。
[0080]在所示示例中，顯示設備110被示為支持透明度并且在外殼902內被配置成使得物理周圍環境可通過顯示設備110來觀看，諸如，如圖所示的臺式計算設備的一部分。還構想了其他實現，諸如其中物理周圍環境不可通過顯示設備110來觀看、可按照如參考圖4描述的可控方式來觀看等的實現。還構想了顯示設備110在外殼內的其他實現，諸如電視機實現，其中外殼被配置成安裝在垂直表面，其中的一個示例進一步參考圖12描述。
[0081]示例過程
[0082]以下討論描述了可利用上述系統和設備來實現的各種技術。可以使用硬件、固件或軟件或其組合來實現每一個過程的各方面。過程被示為一組框，它們指定由一個或多個設備執行的操作，不一定僅限于所示出的用于由相應的框執行操作的順序。在以下討論的部分中將參考圖1_9的環境和不例系統。
[0083]圖10描繪了在示例實現中的過程1000，其中捕捉到的圖像被用于定位用戶的瞳孔以供增強的顯示。使用用戶持有的手持式設備的一個或多個相機來捕捉用戶的一個或多個圖像(框1002)。例如，用戶可以具有移動通信設備(例如，移動電話、平板計算機等)的面向前方的相機。
[0084]根據手持式設備捕捉到的一個或多個圖像來計算用戶瞳孔在三維空間中的位置(框1004)。例如，增強現實模塊118可以檢查這些圖像以確定位置。
[0085]基于所計算的用戶瞳孔的位置來在該手持式設備的透明顯示器上顯示一增強，該增強與通過該透明顯示器可觀看的該手持式設備的物理周圍環境的至少一部分是可同時觀看的(框1006)。如圖1中所示，例如，該增強可以被配置成通過物理周圍環境112的一部分同時可觀看的汽車114，物理周圍環境112可通過顯示設備110來觀看，在該實例中，物理周圍環境112是樹木以及用戶的手106的手指的一部分。還構想了其他示例，例如，相機可置于并非用戶持有的表面上，諸如計算機監視器的一部分、通信地耦合到游戲控制臺的獨立相機的一部分等等。
[0086]圖11描繪了在示例實現中的過程1100，其中顯示設備在不同距離處被觀看，使得用戶與設備之間的距離更近時視野被擴展。計算設備的顯示設備在第一距離處被觀看，使得該顯示設備所顯示的用戶界面的第一視野是可觀看的(框1102)。例如，計算設備102可被一表面支持(例如，像電視機那樣安裝在墻上)，置于桌面的臺面上(諸如，計算機監視器)。在另一示例中，計算設備102可以假設是手持式配置并且在大約一臂長處被握持。該情況的一個不例在圖6和7的第一階段602中不出。
[0087]該計算設備的顯示設備在小于第一距離的第二距離處被觀看，使得該顯示設備所顯示的用戶界面的第二視野是可觀看的，第二視野大于第一視野(框1104)。例如，用戶可以使握持的計算設備102更接近用戶的眼睛。在另一示例中，用戶可以移向計算設備102以縮小該距離。由于用戶界面被顯示在聚焦在無限遠處的圖像平面處，因此如圖6和8的第二階段604中所示，視野可以增大。
[0088]示例系統和設備
[0089]圖12在1200概括地示出了包括示例計算設備1202的示例系統,該示例計算設備表示可以實現此處描述的各個技術的一個或多個計算系統和/或設備。計算設備1202可以是，例如，服務提供方的服務器、與客戶機相關聯的設備(例如，客戶機設備)、片上系統、和/或任何其他合適的計算設備或計算系統。此外，計算設備1202包括如上所述的顯示設備110，如參考圖2進一步詳細描述的，顯示設備110可以合并光導202和光引擎204。
[0090]所示的示例計算設備1202包括處理系統1204、一個或多個計算機可讀介質1206、以及相互通信地耦合的一個或多個I/O接口 1208。盡管沒有示出，計算設備1202可進一步包括系統總線或將各種組件相互耦合的其它數據和命令傳輸系統。系統總線可包括不同總線結構中的任一個或組合，諸如存儲器總線或存儲器控制器、外圍總線、通用串行總線、和/或利用各種總線架構中的任一種的處理器或局部總線。也構想了各種其它示例，諸如控制和數據線。
[0091]處理系統1204表示使用硬件執行一個或多個操作的功能。因此，處理系統1204被示為包括可被配置為處理器、功能塊等的硬件元件1210。這可包括在作為專用集成電路或使用一個或多個半導體構成的其它邏輯設備的硬件中的實現。硬件元件1210不受形成它們的材料或者其中利用的處理機制的限制。例如，處理器可以由半導體和/或晶體管(例如，電子集成電路(IC))構成。在這一上下文中，處理器可執行指令可以是可電子地執行的指令。
[0092]計算機可讀存儲介質1206被示為包括存儲器/存儲1212。存儲器/存儲1212表示與一個或多個計算機可讀介質相關聯的存儲器/存儲容量。存儲器/存儲組件1212可包括易失性介質(如隨機存取存儲器(RAM))和/或非易失性介質(如只讀存儲器(ROM)、閃存、光盤、磁盤等等)。存儲器/存儲組件1212可包括固定介質(例如，RAM、ROM、固定硬盤驅動器等)以及可移動介質(例如閃存、可移動硬盤驅動器、光盤等等)。計算機可讀介質1206可以下面進一步描述的各種方式來配置。
[0093]輸入/輸出接口 1208表示允許用戶向計算設備1202輸入命令和信息的功能，并且還允許使用各種輸入/輸出設備向用戶和/或其他組件或設備呈現信息。輸入設備的示例包括鍵盤、光標控制設備(例如，鼠標)、麥克風、掃描儀、觸摸功能(例如，電容性的或被配置來檢測物理接觸的其它傳感器)、照相機(例如，可采用可見或諸如紅外頻率的不可見波長來將移動識別為不涉及觸摸的手勢)，等等。輸出設備的示例包括顯示設備(例如，監視器或投影儀)、揚聲器、打印機、網卡、觸覺響應設備，等等。因此，計算設備1202可以下面進一步描述的各種方式來配置以支持用戶交互。
[0094]此處可以在軟件、硬件元件或程序模塊的一般上下文中描述各種技術。一般而言，這種模塊包括執行特定任務或實現特定抽象數據類型的例程、程序、對象、元件、組件、數據結構等等。本文使用的術語“模塊”、“功能”和“組件” 一般表示軟件、固件、硬件或其組合。本文描述的技術的各特征是平臺無關的，從而意味著該技術可在具有各種處理器的各種商用計算平臺上實現。
[0095]所描述的模塊和技術的實現可以存儲在某種形式的計算機可讀介質上或通過某種形式的計算機可讀介質傳輸。計算機可讀介質可包括可由計算設備1202訪問的各種介質。作為示例而非限制，計算機可讀介質可包括“計算機可讀存儲介質”和“計算機可讀信號介質”。
[0096]計算機可讀存儲介質可以指相對于僅信號傳輸、載波、或信號本身而言，啟用對信息的持久和/或非瞬態存儲的介質和/或設備。由此，計算機可讀存儲介質是指非信號承載介質。計算機可讀存儲介質包括以適合于存儲如計算機可讀指令、數據結構、程序模塊、邏輯元件/電路、或其他數據等的方法或技術來實現的諸如易失性和非易失性、可移動和不可移動介質和/或存儲設備的硬件。該計算機可讀存儲介質的示例包括但不限于，RAM、ROM、EEPR0M、閃存或其它存儲器技術、CD-ROM、數字多功能盤(DVD)或其它光存儲、硬盤、磁帶盒、磁帶、磁盤存儲或其它磁存儲設備、或者可適用于存儲所需信息并可由計算機訪問的其它存儲設備、有形介質或制品。
[0097]“計算機可讀信號介質”可以指被配置為諸如經由網絡向計算設備1202的硬件傳輸指令的信號承載介質。信號介質通常用諸如載波、數據信號、或其它傳輸機制等已調制數據信號來體現計算機可讀指令、數據結構、程序模塊或其他數據。信號介質還包括任何信息傳送介質。術語“已調制數據信號”是指使得以在信號中編碼信息的方式來設置或改變其一個或多個特征的信號。作為示例而非限制，通信介質包括有線介質，諸如有線網絡或直接線路連接，以及無線介質，諸如聲學、RF、紅外線和其他無線介質。
[0098]如前面所述描述的，硬件元件1210和計算機可讀介質1206表示以硬件形式實現的模塊、可編程設備邏輯和/或固定設備邏輯，其可被某些實施例采用來實現此處描述的技術的至少某些方面，諸如執行一個或多個指令。硬件可包括集成電路或片上系統、專用集成電路(ASIC)、現場可編程門陣列(FPGA)、復雜可編程邏輯器件(CPLD)，和以硅或其它硬件實現的組件。在此上下文中，硬件可操作為通過指令和/或由硬件實現的邏輯來執行程序任務的處理設備，以及被用來存儲用于執行的指令的硬件(例如上面描述的計算機可讀存儲介質)。
[0099]前面的組合也可被采用來實現在此描述的各種技術。因此，軟件、硬件，或可執行模塊可被實現為在某種形式的計算機可讀存儲介質上和/或由一個或多個硬件元件1210實現的一個或多個指令和/或邏輯。計算設備1202可被配置成實現特定指令和/或對應于軟件和/或硬件模塊的功能。因此，可作為軟件由計算設備1202執行的模塊的實現可至少部分以硬件完成，例如，通過使用計算機可讀存儲介質和/或處理系統1204的硬件元件1210。指令和/或功能可以是一個或多個制品(例如，一個或多個計算設備1202和/或處理系統1204)可執行/可操作的，以實現此處描述的技術、模塊，以及示例。
[0100]如在圖12中進一步示出，示例系統1200實現了用于當在個人計算機(PC)、電視機設備和/或移動設備上運行應用時的無縫用戶體驗的普遍存在的環境。服務和應用在所有三個環境中基本相似地運行，以便當使用應用、玩視頻游戲、看視頻等時在從一個設備轉換到下一設備時得到共同的用戶體驗。
[0101]在示例系統1200中，多個設備通過中央計算設備互連。中央計算設備對于多個設備可以是本地的，或者可以位于多個設備的遠程。在一個實施例中，中央計算設備可以是通過網絡、因特網或其他數據通信鏈路連接到多個設備的一個或多個服務器計算機的云。
[0102]在一個實施例中，該互連架構使得功能能夠跨多個設備遞送以向多個設備的用戶提供共同且無縫的體驗。多個設備的每一個可具有不同的物理要求和能力，且中央計算設備使用一平臺來使得為設備定制且又對所有設備共同的體驗能被遞送到設備。在一個實施例中，創建目標設備的類，且使體驗適應于設備的通用類。設備類可由設備的物理特征、用途類型、或其他共同特性來定義。
[0103]在各種實現中，計算設備1202可采取各種不同的配置，諸如用于計算機1214、移動設備1216、和電視機1218用途。這些配置中的每一個包括可具有一般不同的構造和能力的設備，并且因而計算設備1202可根據不同的設備類中的一個或多個來配置，并且相應地，顯示設備110也可被配置成適應這些不同的配置。例如，計算設備1202可被實現為計算機類1214設備，該計算機設備類包括個人計算機、臺式計算機、多屏幕計算機、膝上型計算機、上網本等。
[0104]計算設備1202還可被實現為移動類1216設備，該移動類設備包括諸如移動電話、便攜式音樂播放器、便攜式游戲設備、平板計算機、多屏幕計算機等移動設備。計算設備1202還可被實現為電視機類1218設備，該電視機類設備包括在休閑觀看環境中具有或連接到一般更大的屏幕的設備。這些設備包括電視機、機頂盒、游戲控制臺等。
[0105]本文所描述的技術可由計算設備1202的這些各種配置來支持，且不限于在本文描述的各具體示例。這個功能也可被全部或部分通過分布式系統的使用(諸如如下所述的經由平臺1222通過“云” 1220)來實現。
[0106]云1220包括和/或表示資源1224的平臺1222。平臺1222抽象云1220的硬件(如，服務器)和軟件資源的底層功能。資源1224可包括可在計算機處理在位于計算設備1202遠程的服務器上執行時使用的應用和/或數據。資源1224也可包括在因特網上和/或通過諸如蜂窩或W1-Fi網絡之類的訂戶網絡上提供的服務。
[0107]平臺1222可抽象資源和功能以將計算設備1202與其他計算設備相連接。平臺1222還可用于抽象資源的規模以向經由平臺1222實現的資源1224所遇到的需求提供對應的規模級別。因此，在互聯設備的實施例中，本文描述的功能的實現可分布在系統1200上。例如，該功能可部分地在計算設備1202上以及經由抽象云1220的功能的平臺1222來實現。
[0108]結語
[0109]雖然已經用對結構特征和/或方法動作專用的語言描述了本發明，但是應該理解，在所附權利要求中定義的本發明不必限于所述的具體特征或動作。相反，這些具體特征和動作是作為實現所要求保護的本發明的示例形式而公開的。
【權利要求】
1.一種裝置，包括: 用手持式形式因素來配置的外殼； 由所述外殼支持的光導； 放置在所述外殼內且可選地耦合到所述光導的光引擎；以及 放置在所述外殼內并且至少部分地用硬件來實現的一個或多個模塊，所述一個或多個模塊被配置成致使所述光引擎使用該光導沿聚焦于無限遠處的圖像平面來輸出用戶界面以供顯示。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述光導被配置成至少部分透明，使得所述裝置的物理周圍環境的至少一部分能通過所述光導來觀看。
3.如權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述物理周圍環境的所述至少一部分和所述用戶界面的所述至少一部分使用所述光導是能同時觀看的。
4.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述光導包括彼此相對的前表面和背表面，各自具有觸摸傳感器，所述觸摸傳感器被配置成用于檢測與所述裝置交互的輸入。
5.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述光導被配置成至少部分地在三個維度上顯示所述用戶界面。
6.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述一個或多個模塊進一步被配置成執行應用并且提供電話功能。
7.如權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述外殼被配置成平板設備或移動電話。
8.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，當所述光導被定位在大約距用戶的眼睛一英寸以及當被定位在大約距所述用戶一臂長處時，所述用戶界面能由所述用戶觀看。
9.一種裝置，包括: 用手持式形式因素來配置的外殼； 由所述外殼支持的光導，所述光導具有被配置成要由用戶觀看的第一側以及與所述第一側相對、包括一個或多個觸摸傳感器的第二側； 放置在所述外殼內且可選地耦合到所述光導的光引擎；以及 放置在所述外殼內并且至少部分地用硬件來實現的一個或多個模塊，所述一個或多個模塊被配置成致使所述光引擎使用經由所述第一側可觀看的光導來投影用戶界面以供顯示，并使用經由所述第二側定位的一個或多個觸摸傳感器來檢測一個或多個輸入，所述一個或多個輸入能用于發起一個或多個操作。
10.如權利要求9所述的裝置，其特征在于，所述一個或多個模塊被配置成根據從所述一個或多個觸摸傳感器檢測到的所述一個或多個輸入來識別一個或多個姿勢。
【文檔編號】G06F3/0488GK104204901SQ201380017348
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2013年3月13日 優先權日:2012年3月28日
【發明者】W·J·威斯特瑞恩, S·J·羅賓斯, R·巴德亞爾, R·G·弗萊克 申請人:微軟公司