用于虚拟实境及扩增实境装置的虚拟影像显示系统的制作方法

用于虚拟实境及扩增实境装置的虚拟影像显示系统
1.相关申请
2.本技术要求主张于2019年11月6日提交的美国临时案专利申请号62/931,228，其专利名称为“显示一个具有景深的物体的系统与方法”(system and method for projecting binocular 3d images with depths)，以及于2021年1月19日提交的美国正式案专利申请号17/261,564，其专利名称为“显示一个具有景深的物体的系统与方法”(system and method for displaying an object with depths)的优先权，以及于2020年9月30日提交的美国临时案专利申请号63/085,172，其专利名称为“用于投影具有多个深度的虚拟图像的系统和方法”(systems and methods for projecting virtual images with multiple depths)的优先权，其申请的全部内容通过引用纳入本文中。
技术领域
3.本发明涉及用于虚拟实境及扩增实境装置的一虚拟影像显示系统，特别是，该虚拟影像显示系统可以在不牺牲该虚拟影像的影像质量的情况下，产生具有更高分辨率及更宽视野的虚拟影像。


背景技术：

4.用于虚拟实境及扩增实境的头戴式显示装置是近年来主要的研究及发展领域之一。追求更高的分辨率、更宽的视野及更大的视角，一直是头戴式显示装置发展的重点。更宽的视野可以增加使用者的沉浸感并让使用者可以感知到更多关于影像的信息。更大的视角让使用者可以在观察过程中任意移动眼镜而不会遗失影像。各种扩大头戴式显示装置的视野及视角的方法及系统已经被提出；然而，由于头戴式显示装置中使用的光发射器的技术限制，影像的分辨率无法随着头戴式显示装置的视野及视角的扩大而轻易扩大，所以具有较宽视野及较大视角的头戴式显示装置所产生的影像清晰度较低。因此，一具有扩大视野及更高影像分辨率的虚拟显示系统是有需要的。


技术实现要素：

5.在本发明的一实施例中，提供了以微机电系统(mems)为基础的一虚拟影像显示系统，用于克服上述的限制。该虚拟影像显示系统包含一第一光发射器，用于发射数个第一光信号并投影至一观看者的眼睛；一第一光线方向调节器，用于改变从该第一光发射器发射的该数个第一光信号的光线方向。该第一光信号根据时间以一扫描率改变光线方向，以显示一第一影像帧。该第一光发射器在正常情况下以固定速率发射数个第一光信号作为光脉冲，或者该第一光发射器以不同频率发射数个第一光信号作为光脉冲，以调整该第一影像帧中预设区域内的每个横切面的第一光信号的数量。该第一影像帧由一预设数量的光信号组成。该第一光线方向调节器可以相对于一转轴，在一第一坐标平面或一第二坐标平面上旋转。该数个第一光信号的光线方向会在一第一空间范围内改变，该空间范围与该第一光线方向调节器在该第一坐标平面或该第二坐标平面上可以旋转的最大空间范围或者最大
角度有关。该第一光线方向调节器的旋转导致该数个第一光信号的光线方向在该第一坐标或该第二坐标上产生变化。
6.在一实施例中，该第一光线方向调节器以非定值的扫描率根据时间改变该数个第一光信号的该第一坐标分量及该第二坐标分量。该第一光发射器的发射光频率也可以为非定值。
7.在一实施例中，会使用数个微机电系统镜及一光发射器。该虚拟影像显示系统可以包括一第一光发射器、一第一光线方向调节器、一第三光线方向调节器及一第一光开关。该第一光发射器用于发射数个第一光信号。该第一光开关可以周期性的在该第一时间段将该第一光信号的一第一部分重定向至一第一光线方向调节器，并在该第二间段将该第一光信号的一第二部分重定向至一第三光线方向调节器。该第一光线方向调节器及该第三光线方向调节器用根据时间改变该数条第一光信号的光线方向，以形成由一预设数量的光信号组成的一第一影像帧。该第一光线方向调节器在该第一时间段内，在一第一空间范围内以一第一扫描率改变第一光信号的该第一部分的光线方向；以及该第三光线方向调节器在该第二时间段内，在一第三空间范围内以一第五扫描率改变第一光信号的该第二部分，以显示一带有预设数量光信号的一第一影像帧。
8.在另一实施例中，可以使用数个光发射器即一微机电系统镜扩大分辨率及视野。该虚拟影像显示系统可以包括一第一光发射器及一第三光发射器，分别发射数个第一光信号及数个第三光信号至一观看者的第一眼以形成一第一影像帧。该第一光发射器及该第三光发射器可以分别为激光扫描投影器(lbs projector)。视野则通过使用一光线方向调节器扩大。来自该第一光发射器的该数条第一光信号及来自该第三光发射器的该数条第三光信号分别投射在该第一光线方向调节器上。该数条第一光信号的光线方向在一第一空间范围内以一第一扫描率改变；该数条第三光信号的光线方向在一第三空间范围内也以该第一扫描率改变。在该实施例中，该第一空间范围与该第三空间范围相等，皆为该第一光线方向调节器可以转动的最大空间范围或最大角度。
9.在该实施例的其他变化中，可以在上述的该光发射器及该合光元件之间配置一光学组件，以改变该数条第一光信号的光线路径的预设横切面的面积。具体来说，该包含透镜的光学组件可以用于改变该数个第一光信号从该第一光发射器至该第一合光元件的光线路径，以改变该数个第一光信号中的每一信号的投影面积或横切面大小。
10.在某些实施例中，该第一影像帧的一像素及该第二影像帧的一相对应的像素在一第一深度形成一双眼虚拟影像像素，该第一深度与投影至该观看者眼睛的该第一光信号及该第二光信号之间的一第一角度有关。
11.在上述任何一实施例的变化中，该头戴式显示器可以包括一整合式合光元件，用于分别向该观看者的两只眼睛反射光信号，并取代该第一合光元件及该第二合光元件。该头戴式显示器可以包括一对用于双眼的虚拟影像显示系统。该虚拟影像显示系统可以是上述的虚拟影像显示系统中的任何一个。左边的该虚拟影像显示系统可负责产生一影像帧至该第二眼，右边的该虚拟影像显示系统则可负责产生该影像帧至该第一眼。然而，在一例子中，左边的该虚拟影像显示系统可负责产生一影像帧至该第一眼，右边的该虚拟影像显示系统则可负责产生该影像帧至该第二眼。
12.本实施例可以应用于支撑结构，例如虚拟实境及扩增实境装置的一头戴式显示
器。在该情况下，该虚拟影像显示系统提供给该观看者的双眼。形成该第一影像帧的像素的该第一光信号以及形成该第二影像帧的像素的该相对应第二光信号会由该第一眼及该第二眼感知，以在一第一深度形成一双眼虚拟影像像素。该第一深度与投影至该观看者眼睛的该第一光信号及该第二光信号之间的一第一角度有关。
附图说明
13.图1为一示意图，说明本发明中一第一实施例的该虚拟影像显示系统。
14.图2为一示意图，说明本发明中一影像帧的中央区域及周围区域。
15.图3为一示意图，说明本发明中该第一实施例的该虚拟影像显示系统的操作。
16.图4为一示意图，说明本发明中该第一实施例的该虚拟影像显示系统的操作。
17.图5a为一示意图，说明本发明中该第一实施例的该影像虚拟显示系统的操作。
18.图5b为一示意图，说明本发明中该第一实施例的该影像虚拟显示系统的操作。
19.图6为一示意图，说明本发明中实施例的变化的该头戴式显示器。
20.图7为一示意图，说明本发明中实施例的变化的另一头戴式显示器。
21.图8a为一示意图，说明本发明中一第二实施例的该虚拟影像显示系统。
22.图8b为一示意图，说明本发明中该第二实施例的变化的该虚拟影像显示系统。
23.图9为一示意图，说明本发明中一第三实施例的该虚拟影像显示系统。
24.图10为一示意图，说明本发明中实施例的变化的该虚拟影像显示系统。
25.图11为一示意图，说明本发明中实施例的变化的该光学组件。
26.图12a为一示意图，说明本发明中在一第一深度显示一双眼虚拟影像像素的方法。
27.图12b为另一示意图，说明本发明中在一第一深度显示一双眼虚拟影像像素的方法。
具体实施方式
28.本文中所使用的词汇是用来描述本发明特定具体实施例中的细节，所有的词汇应以最大的范畴做合理解读。某些词汇将在以下特别强调；任何限制性用语将由具体实施例定义。
29.本发明涉及用于扩大具有深度感知的虚拟影像的分辨率及视野(fov)的系统及方法，该虚拟影像由虚拟实境或扩增实境装置的虚拟影像显示系统所产生。本发明可以在不牺牲虚拟影像的像素密度下，以相对于现有技术的更高分辨率及视野来产生虚拟影像。因此，本发明产生的虚拟影像的质量相对于现有技术更好。
30.本发明中所提到的该光线方向调节器是指能够随着时间动态的改变由一光发射器所发射的光的方向的机械或光学元件。其中但不限于的一个例子，可以为微机电系统(mems)镜。一个典型的mems镜可以在一个轴或两个独立的轴上改变光的方向(二维mems镜)。举例来说，一二维mems镜可以使激光在两个轴上快速偏转约30度的光学扫描角度。然而，一轴的最大扫描角度(主扫描轴)可能比另一轴的最大扫描角度大。该mems镜技术可以应用在各种层面，如投影显示、3d扫描及激光刻印等等。驱动该mems镜运动的原理可以为各种不同的物理原理，例如电磁、静电、热电、压电效应。每个驱动该mems镜运动的原理都有不同的优点及缺点。该mems镜的摆动频率或摆动幅度可以通过对该mems镜分别施加不同频率
的驱动电压/电磁场及不同大小的驱动电压/电磁场来控制，这在本领域为通常知识。
31.本发明所提及的“扫描率”一词是指该mems镜的摆动频率，跟该mems镜的谐波震荡频率有关。“扫描率”及“摆动频率”一词在本发明中可以互相替换；两者都与单位时间内空间位移量有关。本发明所提及的“第一眼”及“第二眼”一词是指该观看者的两只眼睛。一般而言，该“第一眼”及“第二眼”可以分别代表该观看者的右眼及左眼；或是该“第一眼”及“第二眼”可以分别代表该观看者的左眼及右眼。
32.值得一提的是，可以使用不同坐标系统来表示本发明所提供的光线方向、空间范围或元件及装置的位移。举例来说，该坐标系统可以为直角坐标系中x坐标分量及y坐标分量，或者为极坐标系中θ坐标分量及坐标分量。x或θ坐标分量可以表示为该第一坐标分量；y或可以表示为第二坐标分量。在某些例子中，x或θ坐标分量可以表示为第二坐标分量；y或可以表示为第一坐标分量。
33.参照图1，下面的实施例提供一种以mems为基础的虚拟影像显示系统，该系统可以产生具有更高分辨率及更大视野的虚拟影像，并同时维持影像质量。该实施例的该mems镜可以为一二维mems。在该实施例中，操控该光发射器投影该影像的每个光信号(像素)的频率及/或该光信号在垂直或水平方向的扫瞄率，以弥补一影像帧的视野扩大时所造成的像素密度下降。该虚拟影像显示系统包括一第一光发射器10，用于发射数个第一光信号1000以投影在一观看者的第一眼50中；一第一光线方向调节器100，根据时间以一扫描率改变该数个第一光信号1000的光线方向，以形成一第一影像帧f1。举例来说，该第一光发射器10可以为一激光产生器，例如一激光扫描投影器。该第一光发射器10在正常情况下以一固定速率发射该数个第一光信号1000为光脉冲，或以不同频率发射该数个第一光信号1000为光脉冲以调整在该第一影像帧f1中的预设区域内每个截面积中第一光信号的1000的数量(对应至像素密度)。该第一影像帧f1是由预设数量的光信号组成。每个光信号可以代表该第一影像帧f1的一个像素。在形成该第一影像帧f1的过程中，该第一光线方向调节器可以在一第一坐标平面(即水平面)或一第二坐标平面(即垂直面)上相对于旋转轴旋转。该数个第一光信号1000的光线方向会在一第一空间范围sr1内改变，该空间范围与该第一光线方向调节器100在该第一坐标平面或第二坐标平面上能旋转的最大空间范围或最大角度有关。根据设定，该第一光线方向调节器的旋转可以在该第一坐标(即水平坐标)或该第二坐标(即垂直坐标)改变该数个第一光信号1000的光线方向。
34.根据该实施例，该第一光线方向调节器100随着时间以一非固定的扫描率改变该数个第一光信号1000的该第一坐标分量或该第二坐标分量。该第一光发射器的光线发射频率10也可能为非定值。该实施例的构想是当人眼看到一目标物体时，该眼睛的视轴会面向该目标物体，使该目标物体的影像可以聚焦在该眼的黄斑(视网膜中最敏感的区域)上。因此，该目标物体就会在视野的中央区域c中出现。相对于影像中的该目标物体，该影像的其他部分可能没那么清楚，因为这些部分可能投应至该视网膜的对于光较不敏感的其他地方。根据上述的人类视野，本实施例中的该虚拟影像显示系统的目标在于提供一个影像帧，该影像帧中央区域的像素密度比该影像帧周围区域p的像素密度更高，使本发明的使用者可以看到更高像素密度(更清晰的影像)的一目标物体。而该周围区域p中的影像并不需要跟该中央区域c中的该目标物体一样清楚，因为人眼也无法感知到该周围区域p中的高质量影像。通过改变扫描率及/或该第一光发射器10的光线发射频率，以操控中央区域中的光信
号(或像素)的数量。通过这个方法，在有限的硬件能力下，本发明的使用者在观看一虚拟目标物体时，可以在不经历像素密度下降的情况下，看到一具有更大视野的第一影像帧f1。
35.参照图1至图4，在正常情况下(该扫描率为预设速率)，该第一光发射器10及该第一光线方向调节器100可以在一第一空间范围内sr1(即水平方向40度或垂直方向22.5度)形成由一预设分辨率(即1280x720像素)组成的一第一影像帧f1。值得一提的是，本发明所提及的“空间范围”是指该第一坐标分量及该第二坐标分量的范围，可以用两个坐标表示。在本实施例中，该第一空间范围sr1跟该第一眼50的视野有关。为了弥补当扩大视野(即在水平方向上扩大该空间范围从40度至60度)所造成像素密度下降，该第一影像帧f1被区分为一周围区域p及一中央区域c。该影像帧的该中央区域相较于周边区域p会有更高的像素密度(单位面积内有更多光信号)。举例来说，该中央区域c可以设为两个坐标分量中的视野中的10度；该中央区域c可以设为两个坐标分量中的视野中的15度。
36.以下叙述一用于增加该中央区域c中光信号数量的方法，该方法通过改变该中央区域c中该第一光发射器10的光发射频率。该中央区域c内的影像信息会通过该第一光发射器10以一更高投影频率(相较于预设频率，即10纳秒/每帧)产生，以获得更多光信号并转换成更高的分辨率。该周围区域p内的影像信息会通过该第一光发射器10以一预设频率(即40纳秒/每帧)产生。于是，该第一影像帧f1中的该中央区域c及该周围区域p的像素密度会不一致。
37.以下叙述通过操控该中央区域c中该第一光发射器10的扫瞄率，以改变该中央区域c中光信号(或像素)的数量。特别是，该第一光信号1000的光线方向的该第一坐标分量及该第二坐标分量会根据时间在该第一空间范围sr1内分别依该第一扫描率及该第二扫描率改变，以显示该第一影像帧f1。在某些实施例中，该第一扫描率或该第二扫描率可以为非定值。在其他实施例中，该第一扫描率及该第二扫描率皆非定值。举例来说，当该mems行经该第一影像帧f1的该中央区域c时，该mems镜的该第二坐标分量的扫瞄率可以减少，且光发射器的投影频率可以保持不变，这样就可以在一时间段内在该中央区域c投射更高密度的像素或更多光信号(参照图2)。
38.参照图3，以下例子展示一个具体例子，该例子为在一坐标分量(如垂直方向)上改变该mems镜的扫瞄率的实施例：
39.在垂直方向的总视野为40度；该中央区域c则设为中间的10度；该目标视觉敏锐度(va)为2。在中央区域c中va2.0所需要总像素数量为：
40.60px*2*10＝1200像素(大约为va为0.5时，原始像素数的四倍)
41.其中60为va为1.0，视野中1度所需要的像素数。
42.对于视野中的其他部分(周围视野)，像素密度维持不变。在周围视野中的总像素数为：
43.1280*30/40＝960像素
44.va＝960/30/60＝0.53
45.该mems镜在其他坐标分量上的扫描率也可以调整，以增加每个截面积上的第一光信号1000的数量。举例来说，该mems镜在其他坐标分量上的扫瞄率可以减少至1/2，以增加像素数从720至1440。
46.参照图4，以下叙述在不改变扫描率的情况下，改变该第一影像帧f1在一方向上的
像素密度或分辨率的另一方法。通过只在特定垂直位置上发射光信号(如在垂直分量上对该影像帧的某几行停止发射光信号)，以减少周围视野中的像素数。下述例子展示一可能实施例，在垂直方向上以一定速将mems镜的转动率减少1/4，以增加垂直像素密度/分辨率：
47.垂直方向上的总视野为30度；该中央区域c设为总视野的10度；该目标va为2.0
48.在中央视野va为2.0所需要的总像素数为：
49.60*2*10＝1200像素(相对于va为0.5时的初始320个像素，大约为初始密度的4倍)
50.这代表该视野中每10度都必须包含1200像素。在垂直方向上该mems镜的扫瞄率为定值的情况下，每个周围视野皆包含1200垂直像素(或1200条1280*1的像素)。若该光发射器每4行才投影一次光信号，则在周围区域p投影的总线数为：
51.1200/4＝300条线；因此
52.va＝(300/10)/60＝0.5
53.为了达到每10度1200行，该mems镜在垂直方向上的扫瞄率需要比va为0.5时的原始扫描率慢一些。
54.在中央区域c，该光发射器在正负两个方向移动时都发射光信号。另一方面，在周围区域p，该光发射器只在正向或负向移动时发射光信号。
55.进一步参照图5a及图5b，显示该第一影像帧f1的该中央区域c及该周围区域p的另一实施例。该中央区域c由区域a5表示；而该周围区域p由区域a1,a2,a3,a4,a6,a7,a8及a9表示。该第一影像帧f1的形成过程中，该第一光线方向调节器100连续旋转并改变该第一光发射器的投影方向，以逐行或逐列的方式产生该第一影像帧f1。特别是，该第一发射器10通过一次投影一影像像素来产生该第一影像帧f1；然后该第一光线方向调节器100改变该第一光信号1000的光线方向以在一新地点产生另一影像像素。该新地点通常是在水平或垂直方向上紧邻于前一个影像像素。因此，在一段时间后，该第一光发射器10产生一行或一列影像像素(如1280*1或1*720)。该第一光线方向调节器100接着改变该第一光信号1000的方向至下一行或下一列，并接着产生一第二行或第二列的影像像素。该过程会重复进行直到产生一完整的影像帧(如完整的1280*720影像像素)
56.在本例中，区域a1至a3的像素最先完成，接着是区域a4至a6，最后是区域a7至a9。举例来说，该影像帧的预设分辨率可能为1280*720像素。当产生区域a1至a3的像素时，该第一光发射器10的投影频率及该第一光线方向调节器100的扫描率在列方向(y方向)会维持在预设值。然而，当产生区域a4至a6的像素时，该第一光线方向调节器100在列方向(y方向)的扫描率会减少(如预设值的1/2倍)。需要注意的是，该第一光发射器10的投影频率只有在产生区域a5的像素时会增加(如预设值的2倍)，所以行方向及列方向的光信号(像素)的数量只有在区域a5同时增加(如预设值的2*2倍)。换句话说，单位截面积的光信号数量在区域中是最大的(这意味着像素密度最高，为区域a1至a3及区域a7至a9的4倍)。在区域a4及a6，只有列方向的像素数增加(如预设值的2倍)。在产生区域a7至a9的像素时，该第一光发射器10的投影频率及该第一光线方向调节器100的扫描率在列方向(y方向)会回归预设值。于是，区域a5(中央区域c)有最多像素；a4及a6有第二多像素；且a1至a3及a7至a9有预设值的像素。当该第一影像帧f1的观看者看该第一影像帧的中央区域时，可以看到最清晰的影像。
57.总而言之，在本实施例中，该mems镜在该第一分量方向(如水平方向)的该第一扫描率及该mems镜在该第二分量方向(如垂直方向)的该第二扫描率会根据水平及垂直位置
而改变。当在该中央区域c发射影像时，投影频率可以增加且/或该mems镜在水平及垂直方向的扫描率可以减少，使在单位时间内可以投射更高密度的像素或影像信息至该中央区域c中(增加该中央区域c内的va)。该投影频率及/或该mems镜在两个方向上的扫描率在该周围区域p中可以回归正常。
58.参照图6及图7，本实施例可以应用在一支撑结构上，例如用于虚拟实境及扩增实境装置的一头戴式显示器。在这情况下，该虚拟影像显示系统由该观看者双眼使用。该虚拟影像显示系统可以包括一第一合光元件210，用于重定向并汇聚该数条第一光信号1000至该观看者第一眼50。此外，该虚拟影像显示系统可以进一步包括：一第二光发射器30，用于发射数个第二光信号3000并投影至一观看者第二眼60；一第二光线方向调节器300，用于改变该数条第二光信号3000的光线方向；一第二合光元件410，用于重定向并汇聚该数条第二光信号3000至该观看者第二眼60。第二光信号的光线方向在一第二空间范围内sr2根据时间以一第三扫描率改变，以显示一带有预设数量的光信号的第二影像帧。该第三扫描率可以为定值或非定值。在本实施例中，形成该第一影像帧f1上的像素的该第一光信号以及形成该第二影像帧f2上像素的第二光信号分别由该观看者的第一眼50及第二眼60感知并在一第一深度形成一双眼虚拟影像像素。且该第一深度跟投影到该观看者眼睛的该第一光信号1000及该第二光信号之间的一第一角度有关。
59.以下实施例提供另一个以mems为基础的光发射系统，用于增加一具有更高分辨率及更宽视野的影像的分辨率。如图8a及图8b所示，可以通过使用数个光发射器及一mems镜增加分辨率及视野。该虚拟影像显示系统可以包括一第一光发射器10及一第三光发射器20，分别发射数条第一光信号1000及数条第三光信号2000至一观看者第一眼50以形成一第一影像帧f1。该第一光发射器10及该第三光发射器可以分别为激光扫描投影器。如图9所示，视野可以通过使用一光线方向调节器扩大。来自该第一光发射器10以及第三光发射器20的该数条第一光信号1000及该数条第三光信号2000会分别投射至该第一光线方向调节器100上。举例来说，由该第一光线方向调节器100反射的该数条第一光信号1000及该数条第三光信号2000之间的最大角度的大小可以设为该第一光线方向调节器的最大扫描角度(即该光线方向调节器可以转动的最大空间范围或最大角度)的两倍。该第一光线方向调节器100根据时间同时改变该数条第一光信号1000以及该数条第三光信号2000的光线方向，以形成由一预设数量的光信号(如2560*720像素)组成的该第一影像帧f1。该数条第一光信号1000的光线方向在一第一空间范围内sr1以一第一扫描率改变，该数条第三光信号2000的光线方向也在一第三空间范围内以第一扫描率改变。在本实施例中，该第一空间范围sr1跟该第三空间范围sr3相等，皆为该第一光线方向调节器100可以转动的最大空间范围或最大角度。于是，净扫描角度基本上为该第一空间范围sr1及该第三空间范围sr3的总和。
60.该第一影像帧f1包括一第一影像部分ip1及一第二影像部分ip2。该第一影像部分ip1的内容与该第二影像部分ip2的内容不同。在第一光线方向调节器的旋转过程中，该第一光线方向调节器100根据时间改变该数条第一光信号1000的光线方向，以形成该第一影像部分ip1；该第一影像部分ip1有一第一数量的光信号。同一时间，该第一光线方向调节器100根据时间改变该数条第三光信号2000的光线方向，以形成该第二影像部分ip2；该第二影像部分ip2有一第二数量的光信号。该第一影像部分ip1及该第二影像部分ip2是同时形成的。该第一影像部分ip1及该第二影像部分ip2代表该第一影像帧f1的不同部分。预设的
光信号数量(该第一影像帧f1的像素数)一般等于第一数量的光信号(或像素)及第二数量的光信号(或像素)的总和。然而，在某些实施例中，该第一影像部分ip1可能与该第二影像部分部分重叠。因此，该第一影像帧f1的光信号(或像素)数量会少于第一数量的像素及第二数量的光信号的总和。
61.参照图8a，举例来说，该第一光线方向调节器100可以固定在一角度，使该数个第一光信号1000的入射角为45度，且该数个第三光信号2000的入射角为5度。该光线方向调节器在两端的端点位置从一侧转动至其最大扫描角度(该光线方向调节器可以转动的最大空间范围或最大角度)，以达成一第一坐标(水平坐标)方向上的扫描运动。如图8a所示，举例来说，当该光线方向调节器旋转至该最大旋转角度时，该数条第一光信号1000的入射角为65度，该数条第三光信号2000的入射角为20度。如该实施例所示，每个光发射器皆投射该第一影像帧的一部分(即该第一影像部分ip1及该第二影像部分ip2)，因此该第一光发射器10及该第三发射器20投影的影像组合形成该第一影像帧f1。在本例子中，总净扫描角增加了一倍。因此，视野相对于原始视野扩大至两倍。该影像的分辨率也增加。此外，每一度的像素量维持不变。
62.需要注意的是，在该第一影像帧f1的形成过程中，该第一光线方向调节器100可以在一第一坐标平面或一第二坐标平面相对于一旋转轴旋转。根据设置不同，该第一光线方向调节器100的转动可以造成该数条第一光信号1000及该数条第三光信号2000的光线方向在第一坐标(如垂直坐标)或第二坐标(如水平坐标)上改变。在本实施例中，该第一空间范围sr1及该第三空间范围sr2皆由一第一坐标分量及一第二坐标分量组成。根据本实施例，该第一光线方向调节器100根据时间同时改变该数条第一光信号1000及该数条第三光信号2000的该第一坐标分量，或者该第一光线方向调节器100根据时间同时改变该数条第一光信号1000及该数条第三光信号2000的该第二坐标分量。因此，该第一影像部分ip1及该第二影像部分ip2会同时投影并形成一完整第一影像帧f1。参照图9，需要注意的是，该第一空间范围sr1可以在该第一坐标分量或该第二坐标分量上与该第三空间范围相连(表示ip1与ip2在水平方向或垂直方向相连)。然而，如前所述，在某些情况下，该第一影像部分ip1及该第二影像部分ip2可以重叠，导致该第一空间范围sr1与该第三空间范围重叠，以便在第一坐标分量或第二坐标分量上进行影像拼接。
63.根据本实施例的变化，该第一影像帧f1也可以区分为一周围区域p及一中央区域c。该第一影像帧f1的该中央区域c相较于该周围区域p在每个截面积上有更多光信号(更高像素密度)。为了达到在每个截面积上有不同数量的光信号，与前实施例相似，扫描率可以为非定值。根据本实施例的另一变化，该第一光信号1000及该第三光信号2000的光线方向的该第一坐标分量及该第二坐标分量会根据时间分别在该第一空间范围sr1及该第三空间范围sr3内以非定值的第二扫描率改变，与前实施例相似，以调整该第一影像帧f1的一预设区域内的每个截面积的光信号数量。
64.在本实施例的又一变化中，与前实施例相似，该第一光发射器10将该数个第一光信号1000作为光脉冲以不同频率发射，或者该第三光发射器20将该数个第三光信号2000作为光脉冲以不同频率发射，以调整该第一影像帧f1中预设区域的每个截面积的光信号数量。
65.与前实施例相似，本实施例可以应用在一支撑结构上，例如虚拟实境及扩增实境
装置的一头戴式显示器(如图8b所示)。在该情况下，该虚拟影像显示系统提供给该观看者的双眼。该虚拟影像仿真系统可以包括一第一合光元件210，用于重定向并汇聚该数条第一光信号1000及该数条第三光信号2000至该观看者第一眼50。此外，该虚拟影像仿真系统可以进一步包括：该第一光发射器10，用于发射该数条第一光信号1000并投影至该观看者第一眼50；该第三光发射器20，用于发射该数条第三光信号2000并投影至该观看者第一眼50；该第一光线方向调节器100，用于改变由该第一光发射器10及第三光发射器20所发射光信号的方向；一第二光发射器30，用于发射数个第二光信号3000并投影至该观看者第二眼60；一第四光发射器40，用于发射数个第四光信号4000并投影至该观看者第二眼60。在该情况下，除了该第一光线方向调节器之外，一第二光线方向调节器300以一第三扫描率同时且分别在一第二空间范围内sr2改变该数个第二光信号3000的光线方向，以及在一第四空间范围内改变该数个第四光信号的光线方向，以显示一具有预设数量光线的第二影像帧f2；一第二合光元件410，用于重定向并汇聚该数条第二光信号3000及该数条第四光信号4000至该观看者第二眼60。当该观看着的双眼使用该虚拟影像显示系统时，该观看者可以感知到在该第一影像帧f1形成一像素的一第一光信号或一第三光信号，并感知到相对应的在该第二影像帧f2形成一像素的一第二光信号或一第四光信号，以在一第一深度显示一双眼虚拟影像像素。该第一深度跟投影至该观看者第一眼50的该第一光信号或第三光信号，以及相对应的第二光信号或第四光信号之间的一第一角度有关。
66.在下述实施例中，另一个以mems为基础、用于克服上述所提到的限制的光发射系统已在先前技术中公开。在本实施例中，应用到数个mems镜及一光发射器。如图9所示，该虚拟影像仿真系统可能包括一第一光发射器10(如lbs投影器)、一第一光线方向调节器100、一第三光线方向调节器500及一第一光开关90。
67.该第一光开关90是一种分光镜，可以动态的控制不同方向上离开该分光镜的光量。一典型的分光镜可以将一束光分为两个或多个分量；每个分量以不同路径穿过分光镜，并以不同方向离开分光镜。这里所提及的第一光开关90可以为一动态分光镜，可以动态的控制从每个方向离开该分光镜的分量强度。举例来说，本发明中的该光开关可以包含一液晶，以阻挡该光束的一第一偏光性，同时允许第二偏光性的光通过。在另一时间段，该液晶的相位可以改变以允许该光束的第一偏光性通过，同时阻挡该光束的第二偏光性。需要注意的是，该光束可以有一统一的偏光性，使其可以完全根据该光开关中的液晶相位阻挡或通过。该第一光开关90的操作可以由电压或电磁场控制。
68.在本实施例中，该第一光发射器10用于发射数个第一光信号。该第一光开关90可以周期性的在该第一时间段内重定向该第一光信号1000的一第一部分至一第一光线方向调节器100，并在该第二时间段内重定向该第一光信号1000的一第二部分至一第三光线方向调节器500。该第一光线方向调节器100及一第三光线方向调节器500根据时间改变该数个光信号1000的光线方向，以形成由预设数量的光信号(或像素)组成的一第一影像帧f1。具体而言，该第一光线方向调节器100在该第一时间段及一第一空间范围内sr1以一第一扫描率改变第一光信号1000的该第一部分，且该第三光线方向调节器500在该第二时间段及一第三空间范围内sr3以一第五扫描率改变第一光信号1000的该第二部分，以形成一具有预设数量光信号的一第一影像帧f1。举例来说，该第一光线方向调节器100及一第三光线方向调节器500可以分别为mems镜，且该第一光开关90由电压控制。
69.如图9所示，该第一光开关90安置在该第一光发射器10及两个光线方向调节器之间的线上。该第一光开关可以为了两个光线方向调节器在非透明模式及透明模式之间切换，以让第一光信号1000通过或反射该第一光信号1000至两个光线方向调节器其中之一。举例来说，该第一光开关90可以由专用集成电路(asic)控制，将该第一光信号1000的第一部分导向该第一光线方向调节器100，同时将该第一光信号1000的第二部分导向该三光线方向调节器500。
70.该第一光发射器10通过将该第一影像帧f1分成数个影像部分，并分别依次投影该影像部分，以产生具有一特定数量光信号的该第一影像帧f1。举例来说，一个2560*720像素的第一影像帧f1分成两个1280*720的影像部分，即一第一影像部分ip1及一第二影像部分ip2。在本实施例中，该第一光信号1000的第一部分形成该第一影像帧f1的第一影像部分ip1，且该第一影像部分ip1有一第一数量的光信号(如1280*720个光信号)。该第一光信号1000的第二部分形成该第一影像帧f1的第二影像部分ip2，且该第二影像部分ip2有一第二数量的光信号(如1280*720个光信号)。在该第一影像帧f1的形成过程中，对应到该第一影像部分ip1的第一行的数个第一光信号1000可以通过该第一光开关90并由该第一光线方向调节器反射。在发射该第一影像部分ip1的第一行后，该第一光开关90让该第二影像部分ip2的第一行(也是1280*1像素)被该第三光线方向调节器500反射，以产生该第二影像部分ip2的第一行。同时，该第一光线方向调节器100回归到起始位置。当该第三光线方向调节器500发射完该第二影像部分ip2的第一行后，该第一影像帧f1的第一行就成像了(共有2560*1像素)，且该第一光开关90切换回透明模式，让该第一光线方向调节器100可以发射该第一影像部分ip1的第二行。该第一影像帧f1的第一行依次的通过该第一光线方向调节器100及该第三光线方向调节器500形成。该第三光线方向调节器500接着为了下次扫描而回归至起始位置。因此，该第一光开关90被控制在透明模式跟非透明模式之间切换，以逐行(或逐列)的方式发射该第一影样帧f1，直到完整的该第一影像帧f1成像(2560像素乘720行)。
71.需要注意的是，在该第一影像帧f1形成过程中，该第一光线方向调节器100及该第三光线方向调节器500可以根据他们各自的转轴在第一坐标分量或第二坐标分量上(如水平或垂直分量)旋转。举例来说，根据不同设定，该第一光线方向调节器100及该第三光线方向调节器500的旋转可以让该数条第一光信号1000的光线方向在垂直坐标或水平坐标上改变。该第一光线方向调节器100在一第一空间范围sr1中改变该数条第一光信号1000的光线方向，该第三光线方向调节器500在一第三空间范围sr3中改变该第一光信号1000的光线方向。该第一空间范围sr1及该第三空间范围sr3分别跟该第一光线方向调节器100及该第三光线方向调节器500的旋转角度有关。该第一空间范围sr1及该第三空间范围sr3可以由该第一坐标分量及该第二坐标分量表示。
72.综上所述，在本实施例中，该第一光线方向调节器100及该第三光线方向调节器500根据时间依次改变该第一坐标分量，或该第一光线方向调节器100及该第三光线方向调节器500根据时间依次改变该第二坐标分量。因此，该第一影像部分ip1及该第二影像部分ip2以逐行或逐列方式依次投影，以形成一完整影像帧f1。
73.值得一提的是，该第一影像部分ip1的内容跟该第二影像部分ip2的内容并不相同，表示该第一影像部分ip1及该第二影像部分ip2代表该第一影像帧f1的不同部分。该第一影像部分ip1有第一数量的光信号，该第二影像部分ip2有第二数量的光信号。当该第一
空间范围sr1在第一坐标分量或第二坐标分量上与该第三空间范围相连(即ip1与ip2在垂直方向或水平方向彼此相连或接近)，预设的光信号数量通常等于第一光信号数量和第二光信号数量的总和。然而，在某些实施例中，当该第一空间范围sr1与该第三空间范围因为影像拼接而在该第一坐标分量或第二坐标分量部分重叠时，该第一影像帧f1的像素数量可能会少于第一光信号数量和第二光信号数量的总和。在本例子中，总净扫描角度增加了；因此，视野相对于原始视野也扩大了。同时，该影像的分辨率也提升了。更重要的是，每一度的像素数量(或每个截面积的光信号数量)维持不变。
74.在本实施例的变化中，该第一影像帧f1可以分为一周围区域p以及一中央区域c。该第一影像帧f1的该中央区域c相较于该周围区域p在每个截面积有更多光信号(更高像素密度)。为了实现每个截面积有不同数量的光信号，该第一扫描率(相对于转轴的一扫描率)或该第五扫描率可以为非定值。特别是，第一光信号1000的光线方向的该第一坐标分量根据时间以该第一扫描率及一第五扫描率在该第一空间范围sr1及该第三空间范围sr3内改变；第一光信号1000的光线方向的该第二坐标分量根据时间以该第二扫描率及一第六扫描率在该第一空间范围sr1及该第三空间范围sr3内改变，共同用于显示具有预设数量光信号的该第一影像帧f1，并且该第二扫描率或该第六扫描率为非定值。该第一光线方向调节器100也可以改变该第一扫描率或第五扫描率，以调整该第一影像帧f1中预设区域内每个截面积的光信号数量。
75.在本实施例的又一变化中，与前实施例相似，该第一光发射器10在该第一时间段或该第二时间段中以不同频率发射数条第一光信号1000作为光脉冲，以调整该第一影像帧f1的预设区域中每个截面积的光信号数量。此外，当本实施例应用在虚拟实境及扩增实境装置的头戴式显示器时，该头戴式显示器可能包含一第二组虚拟影像显示系统，以为该观看者另一眼产生一第二影像帧f2。
76.参照图10，在之前任一实施例的变化中，该头戴式显示器可以包含一整合式合光元件700以分别反射光信号至该观看者的双眼并取代该第一合光元件210及该第二合光元件410。该头戴式显示器可以进一步包括一对给双眼的虚拟影像显示系统。该虚拟影像显示系统可以为上述提到的虚拟影像显示系统的任一个。该左边的虚拟影像显示系统(如该第二光发射器30或该第四光发射器40)负责产生一影像帧给该第二眼60(如左眼)；该右边的虚拟影像显示系统(如该第一光发射器10或该第三光发射器20)负责产生一影像帧给该第一眼50(如右眼)。然而，在一例子中(参照图10)，该左边的虚拟影像显示系统(如该第二光发射器30或该第四光发射器40)可以负责产生一影像帧给该第一眼50(如右眼)；该右边的虚拟影像显示系统(如该第一光发射器10或该第三光发射器20)负责产生一影像帧给该第二眼60(如左眼)。如图10所示，该视野可以比图6所示的实施例更大。因此，视野重叠的总面积增加了，使该观看者有更大且具有深度知觉的观看面积。该虚拟影像显示系统可以有一单一光发射器及一光线方向调节器；一单一光发射器及两个光线方向调节器；或两个光发射器及一光线方向调节器，如前面的实施例中所述。
77.参照图11，本实施例的其他变化中，可以在上述的光发射器及合光元件之间安装一光学组件，以改变该数条第一光信号的光线路径的预设截面积。具体而言，该包含透镜的光学组件可以改变从该第一光发射器10到该第一合光元件之间数个第一光信号1000光线路径，以改变该数个第一光信号中每个光信号的投影面积或截面积。举例来说，参照图11，
该光学组件包含lens_1及lens_2。lens_1及lens_2为凸透镜。一光发射器最初放置在lens_1焦距处。当lens_1移动到lens_1’所示的新位置时，该光发射器与lens_1之间的距离缩短了，所以来自lbs投影器的光发散角度增加。因此，该数个第一光信号1000的每个光信号的投影面积或截面积也会增加。
78.如前实施例所述，该第一影像帧f1的像素及相对应该第二影像帧f2的像素在一第一深度形成一双眼虚拟影像像素，该第一深度跟投影到该观看者眼睛的该第一光信号及该第二光信号之间的一第一角度有关。下述将详述显示一具有该第一深度的一双眼虚拟影像像素的方法。参照图12a及图12b，在接收该数个光信号后，该观看者可以在区域a中感知到第一影像帧f1中的物体的数个右像素，该区域a是由来自该合光元件的重定向右光信号的延伸路径所限定的。该区域a被称为该右眼50的视野(fov)。同样的，该第二影像帧f2的数个左信号被该第一合光元件210重定向、通过左瞳孔62的中心、并最终由左视网膜64接收。在接收到重定向左光信号后，该观看者可以在区域b中感知到该物体的数个左像素，该区域b是由该重定向左光信号的延伸路径所限定的。该区域b被称为该左眼60的视野(fov)。当数个来自第一影像帧f1的右像素及来自该第二影像帧f2的左像素同时在区域a及区域b的重叠区域c显示时，至少一显示一右像素的一右光信号以及一相对应显示一左像素的一左光信号融合，以在区域c显示具有特定深度的一双眼虚拟影像像素。该深度跟该重定向右光信号及该重定向左光信号之间的一角度有关。该角度也被称作汇聚角。
79.如图12b所示，该观看者在观看者前的区域c中感知到具有数个深度的一恐龙物体70的虚拟影像。需要注意的是，因为双眼都可以在区域c凝视并感知到影像深度，对于产生最高像素密度而言，区域c作为视野的中央区域c是最理想的。该恐龙物体70的影像包含显示在一第一深度d1的一第一双眼虚拟影像像素72以及一显示在一第二深度d2的一第二双眼虚拟影像像素74。该第一重定向右光信号16’及相对应的该第一重定向左光信号36’之间的该第一角度为θ1。该第一深度d1跟该第一角度θ1有关。特别是，该物体的第一双眼虚拟影像像素的第一深度可以由该第一重定向右光信号及相对的该第一重定向左光信号的延伸路径之间的该第一角度θ1所决定。于是，该第一虚拟双眼像素70的该第一深度d1可以由下列公式算出近似值：
[0080][0081]
该右瞳孔52与该左瞳孔62之间的距离为瞳距(ipd)。相同的，该第二重定向右光信号18与相对应的该第二重定向左光信号之间的该第二角度为θ2。该第二深度d1跟该第二角度θ2有关。特别是，该物体的第二双眼虚拟影像像素的第二深度可以通过相同公式，由该第二重定向右光信号及相对的该第二重定向左光信号的延伸路径之间的第二角度θ2所决定。因为该第二双眼虚拟影像像素74跟该第一双眼虚拟影像像素72相比，在距离该观看者较远的地方被感知(深度较大)，所以该第二角度θ2会比该第一角度θ1小。
[0082]
此外，虽然该重定向右光信号16’与相对应的该重定向左光信号36’共同在该第一深度d1显示一第一双眼虚拟影像像素72，但该重定向右光信号16’与相对应的该重定向左光信号36’之间没有视差。传统上，因为右眼从不同于左眼的视角看到同一物体，所以右眼接收的影像跟左眼接收的影像之间会有视差，观看者利用视差来感知一具有深度的立体影像。然而，在本发明，一双眼虚拟影像像素的该右光信号及相对应的该左光信号显示同一视
角的影像。因此，红、蓝、绿色的强度及/或该右光信号及左光信号的亮度大致相等。换句话说，该右像素与相对应的该左像素大致相等。然而，在其他实施例中，可以修改右光信号或左光信号以呈现一些3d效果，例如阴影。在本发明中，一般来说，该右眼及该左眼从相同视角接收到该物体的影像，而不是在传统上产生一立体影像时所使用的，从该右眼视角及左眼视角产生视差的方法。
[0083]
如上所述，该数个右光信号是由该右光信号产生器产出、由该右合光元件410重定向、接着由该右视网膜扫描后，在该右视网膜上形成一右视网膜影像。同样地，该数条左光信号是由该左光信号产生器产出、由该左合光元件210重定向、接着由该左视网膜扫描后，在该左视网膜上形成一左视网膜影像。如图12b所示的一实施例，一右视网膜影像80包含来自第一影像帧f1的36个右像素(6x6矩阵)且一左视网膜影像90也包含来自第二影像帧f2的36个左像素(6x6矩阵)。在另一实施例中，一右视网膜包含来自第一影像帧f1的921600个右像素(1280x720矩阵)且一左视网膜影像也包含来自第二影像帧f2的921600个左像素(1280x720矩阵)。该物体显示系统用来产生数个右光信号及相对应的数个左光信号，这些信号分别在右视网膜上形成该右视网膜影像，且在该左视网膜上形成左视网膜影像。于是，该观看者因为影像融合而在区域c中感知到一具有特定深度的虚拟双眼物体。来自该右光信号产生器10的该第一右光信号16被该第二合光元件410接收并反射。该第一重定向右光信号16’穿过该右瞳孔52到达该观看者的该右视网膜并显示该右像素r43。来自该左光信号产生器30的该相对应的左光信号36被该第一合光元件210接收并反射。该第一重定向左光信号36’穿过该左瞳孔62到达该观看者的该左视网膜并显示该左像素l33。作为影像融合的结果，一观看者感知到一个在具有不同深度的虚拟双眼物体，其深度是由该数条重定向右光信号及相对应的该数条重定向左光信号之间的角度而决定。一重定向右光信号与一相对应左光信号之间的角度是由该右像素与该左像素之间的相对水平距离决定的。因此，一双眼虚拟影像像素的深度跟形成该双眼虚拟影像像素的该右像素及相对应的该左像素之间的水平距离成反比。换句话说，该观看者感知到的一双眼虚拟影像像素越深，形成该双眼虚拟影像像素的该右像素与左像素之间的水平距离越小。举例来说，如图12b所示，该观看者感知到的该第二双眼虚拟影像像素74比该第一双眼虚拟影像像素72更深(也就是比该观看者更远)。因此，在视网膜影像上，该第二右像素与该第二左像素之间的水平距离会比该第一右像素与该第一左像素之间的水平距离更小。具体来说，形成该第二双眼虚拟影像像素的该第二右像素r41与该第二左像素l51之间的水平距离为四个像素长。然而，形成该第一虚拟双眼像素的该第一右像素r43与该第一左像素l33之间的水平距离为六个像素长。
[0084]
再次参照图12a及图12b，一观看者在区域c中感知到一虚拟物体包括数个双眼虚拟影像像素。为了可以精确地描述一虚拟双眼像素在空间中的位置，每个空间中的位置都会有一个立体坐标，例如xyz坐标，其他立体坐标系统可以用在其他实施例中。于是，每个虚拟双眼像素都有一个立体坐标：一水平方向、一垂直方向以及一深度方向。水平方向(或x轴方向)是沿着瞳孔间线的方向；垂直方向(或y轴方向)沿着脸部中线的方向并垂直于水平方向；深度方向(或z轴方向)是指正平面的法线并与水平方向及垂直方向皆垂直。
[0085]
尽管已经详细描述了本发明的特定实施例，但在不违背本发明所提供的精神及范围下，可以进行各种修改或改进。

技术特征：
1.一种虚拟影像显示系统，包括：一第一光发射器，用于发射数个第一光信号以投影至一观看者第一眼；一第一光线方向调节器，用于改变来自该第一光发射器的该数个第一光信号的光线方向；以及其中该第一光信号的光线方向根据时间以一第一扫描率在一第一空间范围内改变，以显示一具有预设数量光信号的一第一影像帧，且该第一扫描率为非定值。2.如权利要求1中所述的该虚拟影像显示系统，其中该光线方向由一第一坐标分量及一第二坐标分量组成，第一光信号的光线方向的第一坐标分量及第二坐标分量根据时间分别以该第一扫描率及一第二扫描率在一空间范围内改变，以显示一具有预设数量光信号的一第一影像帧，且该第二扫描率为非定值。3.如权利要求1中所述的该虚拟影像显示系统，其中该数个光信号的每一个皆在该第一影像帧中形成一像素，且该第一影像帧中的一像素密度并不一致。4.如权利要求3中所述的该虚拟影像显示系统，其中该第一影像帧的一中央区域相比该第一影像帧的一周围区域有更高的像素密度。5.如权利要求3中所述的该虚拟影像显示系统，其中该第一光线方向调节器改变该第一扫描率，以调整该第一影像帧中该第一光信号的像素密度。6.如权利要求1中所述的该虚拟影像显示系统，其中该第一扫描率为根据转轴而变动的摆动频率。7.如权利要求1中所述的该虚拟影像显示系统，其中该第一光线方向调节器为一二维微机电系统镜。8.如权利要求6中所述的该虚拟影像显示系统，其中该扫描率下降，以增加该第一影像帧内一预设区域的每个截面积的第一光信号的数量。9.如权利要求1中所述的该虚拟影像显示系统，其中该第一光发射器以一变动频率发射该数个第一光信号作为光脉冲，以调整该第一影像帧内一预设区域的每个截面积的第一光信号的数量。10.如权利要求1中所述的该虚拟影像显示系统，其中该第一光发射器为一激光产生器。11.如权利要求1中所述的该虚拟影像显示系统，进一步包括一第一合光元件，用于重定向并汇聚该数条第一光信号至该观看者第一眼。12.如权利要求11中所述的该虚拟影像显示系统，进一步包括一第一光学组件，安装在该第一光发射器跟该第一合光元件中间，以改变该数条第一光信号的光线路径的预设截面积。13.如权利要求1中所述的该虚拟影像显示系统，进一步包括：一第一合光元件，用于重定向并汇聚该数条第一光信号至该观看者第一眼；一第二光发射器，用于发射数个第二光信号以投影至一观看者第二眼；一第二光线方向调节器，用于改变来自该第二光发射器的该数个第二光信号的光线方向；以及一第二合光元件，用于重定向并汇聚该数条第一光信号至该观看者第一眼；其中该第二光信号的光线方向根据时间以一第三扫描率在一第二空间范围内改变，以
显示一具有预设数量光信号的一第二影像帧，且该第三扫描率为非定值；其中形成该第一影像帧上的一像素的一第一光信号及相对应形成该第二影像帧上的一像素的一第二光信号在一第一深度显示一双眼虚拟影像像素，该第一深度跟投影至该观看者眼睛的该第一光信号及该第二光信号之间的一第一角度有关。14.如权利要求13中所述的该虚拟影像显示系统，进一步包括：一可戴在该观看者头上的支撑结构；其中该第一光发射器、该第一光线方向调节器、该第一合光元件、该第二光发射器、该第二光线方向调节器及该第二合光元件皆由该支撑结构乘载。15.如权利要求1中所述的该虚拟影像显示系统，进一步包括：该第一光发射器，用于发射该数个第一光信号以投影至该观看者第二眼；一第二光发射器，用于发射数个第二光信号以投影至该观看者第一眼；一第二光线方向调节器，用于改变来自该第二光发射器的该数个第二光信号的光线方向；以及一整合式合光元件，用于分别反射并汇聚该数条第一光信号至该观看者第二眼，反射并汇聚该数条第二光信号至该观看者第一眼；其中该第二光信号的光线方向根据时间以一第三扫描率在一第二空间范围内改变，以显示一具有预设数量光信号的一第二影像帧，且该第三扫描率为非定值；以及其中形成该第一影像帧上的一像素的一第一光信号及相对应形成该第二影像帧上的一像素的一第二光信号在一第一深度显示一双眼虚拟影像像素，该第一深度跟投影至该观看者眼睛的该第一光信号及该第二光信号之间的一第一角度有关。16.一种虚拟影像显示系统，包括：一第一光发射器，用于发射数个第一光信号以投影至一观看者第一眼；一第三光发射器，用于发射数个第三光信号以投影至该观看者第一眼；以及一第一光线方向调节器，以第一扫描率同时并分别在第一空间范围内改变该数个第一光信号的光线方向，在第三空间范围内改变该数个第三光信号的光线方向，以显示具有预设数量光信号的一第一影像帧。17.如权利要求16中所述的虚拟影像显示系统，其中该数条第一光信号形成该第一影像帧的一第一影像部分且该第一影像部分有第一数量的光信号，该数条第三光信号形成该第一影像帧的一第二影像部分且该第二影像部分有第二数量的光信号，该第一影像帧的预设光信号数量等于或小于该第一光信号数量及该第二光信号数量的总和。18.如权利要求16中所述的虚拟影像显示系统，其中该第一空间范围及该第三空间范围皆由一第一坐标分量及一第二坐标分量组成，且该第一空间范围在该第一坐标分量或该第二坐标分量上与该第三空间范围相邻。19.如权利要求16中所述的虚拟影像显示系统，其中该第一空间范围及该第三空间范围皆由一第一坐标分量及一第二坐标分量组成，且为了影像拼接，该第一空间范围能够在该第一坐标分量或该第二坐标分量上与该第三空间范围重叠。20.如权利要求16中所述的虚拟影像显示系统，其中该第一扫描率为非定值。21.如权利要求16中所述的虚拟影像显示系统，其中该光线方向是由一第一坐标分量及一第二坐标分量组成，第一光信号及第三光信号的光线方向的该第一坐标分量及该第二
坐标分量根据时间分别在该第一空间范围及该第三空间范围内以该第一扫描率及一第二扫描率改变，一起显示该具有预设数量光信号的第一影像帧，且该第二扫描率为非定值。22.如权利要求16中所述的虚拟影像显示系统，其中该第一影像帧的一中央区域相比该第一影像帧的一周围区域，在每个截面上的光信号数量更多。23.如权利要求16中所述的虚拟影像显示系统，其中该第一光发射器以一变动频率发射该数个第一光信号作为光脉冲，或者该第三光发射器以一变动频率发射该数个第三光信号作为光脉冲，以调整该第一影像帧内一预设区域的每个截面积的第一光信号的数量。24.如权利要求16中所述的虚拟影像显示系统，其中该第一光线方向调节器改变该第一扫描率，以调整该第一影像帧内一预设区域的每个截面积的光信号的数量。25.如权利要求16中所述的虚拟影像显示系统，其中该第一扫描率为根据转轴而变动的摆动频率。26.如权利要求25中所述的虚拟影像显示系统，其中该第一光线方向调节器为一二维mems镜。27.如权利要求25中所述的虚拟影像显示系统，其中该摆动频率降低，以增加该第一影像帧内一预设区域的每个截面积的光信号的数量。28.如权利要求16中所述的虚拟影像显示系统，进一步包括一第一合光元件，用于重定向并汇聚该数条第一光信号及数条第三光信号至该观看者第一眼。29.如权利要求16中所述的虚拟影像显示系统，进一步包括一第一光学组件，安装在该第一光发射器跟该第一合光元件中间，以改变该数条第一光信号及数条第三光信号的光线路径的预设截面积。30.如权利要求16中所述的虚拟影像显示系统，进一步包括：一第一合光元件，用于重定向并汇聚该数条第一光信号及数条第三光信号至该观看者第一眼；一第二光发射器，用于发射数个第二光信号以投影至一观看者第二眼；一第四光发射器，用于发射数个第四光信号以投影至一观看者第二眼；一第二光线方向调节器，以第三扫描率同时并分别在第二空间范围内改变该数个第二光信号的光线方向，在第四空间范围内改变该数个第四光信号的光线方向，以显示具有预设数量光信号的一第二影像帧；以及一第二合光元件，用于重定向并汇聚该数条第二光信号及数条第四光信号至该观看者第二眼；以及其中形成该第一影像帧上的一像素的一第一光信号或一第三光信号及相对应形成该第二影像帧上的一像素的一第二光信号或一第四光信号在一第一深度显示一双眼虚拟影像像素，该第一深度跟投影至该观看者眼睛的该第一光信号或该第三光信号及该第二光信号或第四光信号之间的一第一角度有关。31.如权利要求30中所述的虚拟影像显示系统，进一步包括：一可戴在该观看者头上的支撑结构；其中该第一光发射器、该第三光发射器、该第一光线方向调节器、该第一合光元件、该第二光发射器、该第四光发射器、该第二光线方向调节器及该第二合光元件皆由该支撑结构乘载。
32.如权利要求16中所述的虚拟影像显示系统，包括：该第一光发射器，用于发射数个第一光信号以投影至一观看者第二眼；该第三光发射器，用于发射数个第三光信号以投影至一观看者第二眼；一第二光发射器，用于发射数个第二光信号以投影至一观看者第一眼；一第四光发射器，用于发射数个第四光信号以投影至一观看者第一眼；一第二光线方向调节器，以第四扫描率同时并分别在第二空间范围内改变该数个第二光信号的光线方向，在第四空间范围内改变该数个第四光信号的光线方向，以显示具有预设数量光信号的一第二影像帧；以及一整合式合光元件，用于分别反射并汇聚该数个第一光信号及数个第三光信号至该观看者第二眼，反射并汇聚该数个第二光信号及数个第四光信号至该观看者第一眼；以及其中形成该第一影像帧上的一像素的一第一光信号或一第三光信号及相对应形成该第二影像帧上的一像素的一第二光信号或一第四光信号在一第一深度显示一双眼虚拟影像像素，该第一深度跟投影至该观看者眼睛的该第一光信号或该第三光信号及该第二光信号或第四光信号之间的一第一角度有关。33.一种虚拟影像显示系统，包括：一第一光发射器，用于发射数个第一光信号以投影至一观看者第一眼；一第一光开关，用于周期性的在第一时间段内重定向该第一光信号的一第一部分至一第一光线方向调节器，并在第二时间段内重定向该第一光信号的一第二部分至一第三光线方向调节器；以及该第一光线方向调节器在该第一时间段内在一第一空间范围内以一第一扫描率改变该第一光信号的第一部分的光线方向，并且在第二时间段内在第三空间范围内以一第五扫描率改变该第一光信号的第二部分的光线方向，以显示具有预设数量光信号的一第一影像帧。34.如权利要求33中所述的虚拟影像显示系统，其中该第一光开关由电压或电磁场控制。35.如权利要求33中所述的虚拟影像显示系统，其中该第一光信号的第一部分形成该第一影像帧的一第一影像部分且该第一影像部分具有一第一数量的光信号，该第一光信号的第二部分形成该第一影像帧的一第二影像部分且该第二影像部分具有一第二数量的光信号，该第一影像帧的预设光信号数量等于或小于该第一光信号数量及该第二光信号数量的总和。36.如权利要求33中所述的虚拟影像显示系统，其中该第一空间范围及该第三空间范围皆由一第一坐标分量及一第二坐标分量组成，且该第一空间范围在该第一坐标分量或该第二坐标分量上与该第三空间范围相邻。37.如权利要求33中所述的虚拟影像显示系统，其中该第一空间范围及该第三空间范围皆由一第一坐标分量及一第二坐标分量组成，且为了影像拼接，该第一空间范围能够在该第一坐标分量或该第二坐标分量上与该第三空间范围重叠。38.如权利要求33中所述的虚拟影像显示系统，其中该第一扫描率或该第五扫描率为非定值。39.如权利要求33中所述的虚拟影像显示系统，其中该光线方向是由一第一坐标分量
及一第二坐标分量组成，该第一光信号的光线方向的该第一坐标分量根据时间在该第一空间范围及该第三空间范围内以该第一扫描率及一第五扫描率改变，该第一光信号的光线方向的该第二坐标分量根据时间在该第一空间范围及该第三空间范围内以该第二扫描率及一第六扫描率改变，一起显示该具有预设数量光信号的第一影像帧，且该第二扫描率及该第六扫描率为非定值。40.如权利要求33中所述的虚拟影像显示系统，其中该第一影像帧的一中央区域相比该第一影像帧的一周围区域，在每个截面上的光信号数量更多。41.如权利要求33中所述的虚拟影像显示系统，其中该第一光发射器在该第一时间段或第二时间段内以一变动频率发射该数个第一光信号作为光脉冲，以调整该第一影像帧内一预设区域的每个截面积的光信号的数量。42.如权利要求33中所述的虚拟影像显示系统，其中该第一光线方向调节器改变该第一扫描率或第五扫描率，以调整该第一影像帧内一预设区域的每个截面积的光信号的数量。

技术总结
本发明公开一虚拟影像显示系统，该系统用于显示具有更高分辨率及更宽视野的虚拟影像。该虚拟影像系统包含一第一光发射器，用于发射数个第一光信号并投影至一观看者的眼睛；一第一光线方向调节器，用于改变从该第一光发射器发射的该数个第一光信号的光线方向。该第一光信号的光线方向在一第一空间范围内以相对于时间的一第一扫描率改变，以显示具有一预设数量的光信号的一第一影像帧，并且该第一扫描率为非定值。为非定值。为非定值。


技术研发人员：赖俊颖 叶逢春
受保护的技术使用者：海思智财控股有限公司
技术研发日：2021.09.30
技术公布日：2023/7/12