TW202104982A - 用於可變解析度螢幕的方法和裝置 - Google Patents

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Abstract

本文描述了用於將來自微型顯示器、顯示器或投影儀的圖像轉換為可變解析度圖像的可變解析度螢幕裝置和方法。該裝置和方法可以採用高解析度部分和低解析度部分，它們可以被創建為被掩蔽以分成兩個的連續圖像流，或者被創建為按時間分開的兩個交錯圖像（或創建為上述兩者）。使用各種光學實施例，將兩個圖像流重新組合，將高解析度部分轉換為低解析度背景。各個實施例以各種組合來使用分光器、光束組合器、快門、光學掩模、透鏡、反射鏡、光學平板、透鏡陣列和其他光學元件來創建可變解析度圖像。來自微型顯示器、顯示器或投影儀的圖像被分開（在一些實施例中）、轉換並重新組合以顯示在螢幕或觀看者的視網膜上。該裝置可以在虛擬實境體驗機中實施。

Description

用於可變解析度螢幕的方法和裝置
本文描述的系統、裝置和方法大體涉及視頻投影系統，並且尤其涉及用於諸如虛擬實境體驗機等近眼顯示器的視頻投影系統。
自電腦和電視的早期發展以來，顯示系統一直依賴於在螢幕上顯示視覺資訊。多年來，處理能力和小型化已使螢幕解析度大大提高，但是在螢幕上均勻顯示畫素的基本方法已經普及。然而，這種方法要求通信和計算性能的顯著提高，以隨著解析度的提高來釋放所有畫素。隨著虛擬實境體驗機的出現，這些問題已經變得尤為嚴重，其中，當通過但不限於目鏡或波導觀看圖像時，與傳統顯示器相比，圖像覆蓋觀看者的大量視場，並且最終使其畫素中的一些通常或總是在觀看者的周邊視覺中或附近。
傳統的顯示器具有畫素或掃描線，這些畫素或掃描線具有固定的大小和彼此之間的距離，通常在平坦或輕微彎曲的螢幕上呈規則網格或類似的均勻分佈的畫素或掃描線圖案。參見圖1A，其示出了單畫素101方法，以顯示諸如LCD (液晶顯示器)或OLED (有機發光二極體)電腦或電視顯示器等裝置。圖1B示出了掃描線方法102，其在諸如CRT（陰極射線管）電腦或電視顯示器以及CRT或LBS（雷射光束控制）視頻投影儀等其他顯示裝置中使用。但是眼睛以中心104處的高解析度和週邊105處降低的視覺來解釋視場103，如圖1C所示。儘管在視網膜中央凹視力104中具有更多感光細胞和視敏度的人類視覺與單畫素101或掃描線102設計完全不同，但是當從許多距離和角度觀看螢幕的每個部分時，畫素或掃描線的這種固定和均勻分佈確保了類似品質的圖像。
畫素或掃描線的這種均勻分佈不適用的當前示例是非常有限的，並且大多是無意的，例如在通常將3d表面用作視頻投影儀的螢幕的投影製圖工業中。
近來，由於高解析度微型顯示器、顯示器和投影儀的製造成本增加以及由於傳統螢幕的解析度和視場的增加而對為傳統螢幕創建的顯示內容的計算、頻寬和存儲要求更加苛刻，因此出現了對可變解析度的螢幕103的需求，尤其是在虛擬實境、增強現實和混合現實體驗機(從現在起稱為“XR體驗機”)中。
當前的XR體驗機的目的是提供接近人類視場的視場，考慮到眼睛旋轉，該視場平均地水平270度垂直135度，並且通常低於該角度，例如對於虛擬實境體驗機水平90度垂直100度，對於增強現實體驗機水平低於50度垂直50度，但是這仍高於許多處於正常觀看距離的螢幕，例如監視器、電視和投影螢幕。
其他示例是視頻投影儀，該投影儀可以被設置成投影非常寬，並且比諸如在正常觀看距離處的CRT、LCD、OLED或微LED監視器以及TV和投影螢幕等顯示技術覆蓋更多的觀看者視場。
兩者的混合體也是該方法和顯示裝置的潛在用例，例如已經被HMPD（頭戴式投影顯示器）證明，HMPD既是頭戴式裝置，又投影到逆反射投影螢幕（例如用於視頻投影儀的那些），而不是投影到利用目鏡或類似於其他XR體驗機的其他光學裝置觀看的波導或投影屏。
在如此高的視場下，相同數量的畫素或掃描線在觀看者視場的每度中提供較少的畫素或掃描線，並且可能遭受明顯缺乏細節、畫素化和紗窗效應或掃描線之間的間隙的困擾。
當前在週邊顯示較少畫素的方法是通過以下方式完成的：在顯示器上的各處具有非常高的畫素密度，並在顯示在觀看者的週邊視覺附近或週邊視覺中的畫素上顯示較低的解析度而不是從那裡開始具有較少的畫素或掃描線。這是Sony PlayStation VR和Oculus Go頭戴式顯示器使用的技術（類似於103）。
這種均勻地增加顯示器上的畫素或掃描線數量的方法帶來了成本和計算挑戰，因為需要更多的畫素或掃描線來覆蓋高視場，尤其是對於水平270度（每只眼睛195度）垂直135度的平均人類視場，這是每度60畫素解析度所需的，而20/20視覺將需要約每只眼睛水平11,700畫素和垂直8100畫素。
製造觀看者的視網膜中央凹視圖可以到達的具有更多畫素的定制螢幕將非常昂貴，並且需要定制顯示控制器。
即使有可能並且在經濟上可行，創建上述針對此類螢幕的即時視網膜中央內容所需的計算能力也可以用於其他任務，例如即時渲染和顯示更詳細的虛擬實境圖像。
迄今為止，已經提出了將兩個投影儀或顯示器光學組合以實現可變解析度螢幕的方法，例如使用分光器。這種方法有很多缺點，例如成本較高、重量較大、尺寸較大、需要進行色彩校正以及在不同顯示器或投影儀之間進行同步，並且利用兩台顯示器或投影儀只能在圖像上具有一個高解析度部分和一個低解析度部分（參見以下專利中的教導：US20160240013A1、US9711072B1、US9983413B1、US9989774B1、US9711114B1、US9905143B1）。
而且，傾斜分光器或利用反射鏡或棱鏡控制圖像以重新定位高解析度區域是具有挑戰性的，並且導致透視畸變和一些光學像差，本文描述的一些方法可以解決這些問題。另外，傾斜或旋轉的機械元件具有與機械移動元件相關聯的缺點，本文描述的一些方法解決這些缺點。
本文描述了一種用於在螢幕上創建可變解析度圖像流的光學裝置，該光學裝置由連接到視頻源的投影儀組成，其中，投影儀以高解析度小圖像分量和低解析度大圖像分量的形式發送光圖像流。可變解析度圖像流的每一幀可以是或包括以下之一：a）低解析度大圖像；b）高解析度小圖像，或高解析度小圖像和低解析度大圖像的疊加。該光圖像流被發送到圖像控制元件，該圖像控制元件將高解析度小圖像分量和低解析度大圖像分量引導到小圖像光學元件和大圖像光學元件。另外，在實施例中，圖像控制元件可以用作圖像分離元件，並且可以將第一圖像分量與第二圖像分量分離。光學裝置還可包括圖像分離元件，該圖像分離元件將高解析度小圖像分量和低解析度大圖像分量分離成高解析度小圖像流和低解析度大圖像流，其中，小圖像光學元件和大圖像光學元件將低解析度大圖像流和高解析度小圖像流聚焦在螢幕上，使得低解析度大圖像流和高解析度小圖像流作為可變解析度圖像流出現在螢幕上。
在一些實施例中，來自投影儀的光圖像流在第一幀（幀n）中的高解析度小圖像分量和下一幀（幀n + 1）中的低解析度大圖像分量之間被時分複用。圖像分離元件可以是用於管理時分複用的光學快門。或者，來自投影儀的光圖像流可以在每個圖像的一部分上具有高解析度小圖像分量，而在圖像的另一部分上具有低解析度大圖像分量。圖像分離元件可以是用於支撐該實施例的光學掩模（模版）。
在一些實施例中，螢幕被嵌入在虛擬實境體驗機中。小圖像光學元件可以包括透鏡陣列。圖像控制元件可以是旋轉的光學平板、反射鏡、分光器（例如，偏振分光器或反射型偏振分光器）、楔形（裡斯利（(Risley)））棱鏡、液晶可切換反射鏡、光學快門或光學掩模元件。大圖像光學元件可以是將低解析度大圖像流聚焦到螢幕或觀看者視場的外部的透鏡或其他光學元件。小圖像光學元件可以是將高解析度小圖像流聚焦到螢幕或觀看者視場的中心部分的透鏡或其他光學元件。
本文描述了一種在螢幕上創建可變解析度圖像流的光學方法，其中，該方法包括以下步驟：利用連接到視頻源的投影儀以高解析度小圖像分量和低解析度大圖像分量的形式創建光圖像流；利用圖像或光束控制元件將高解析度小圖像分量和低解析度大圖像分量引導到小圖像光學元件和大圖像光學元件；利用圖像分離元件將高解析度小圖像分量和低解析度大圖像分量分離為高解析度小圖像流和低解析度大圖像流；以及由小圖像光學元件和大圖像光學元件將低解析度大圖像流和高解析度小圖像流聚焦以在螢幕上形成可變解析度圖像流。
在光學方法的一些實施例中，來自投影儀的光圖像流在第一幀（幀n）中的高解析度小圖像分量和第二幀（幀n + 1）中的低解析度大圖像分量之間被時分複用。這些元件的分離可以通過將光學快門用於圖像分離元件來實現。在光學方法的另一實施例中，來自投影儀的光圖像流可以在每個圖像的一部分上具有高解析度小圖像分量，而在圖像的另一部分上具有低解析度大圖像分量，並且圖像分離元件可以是光學掩模（模版）。
在光學方法的一些實施例中，螢幕被嵌入在虛擬實境體驗機中。小圖像光學元件可以包括透鏡陣列。圖像控制元件可以是旋轉的光學平板、反射鏡、分光器、楔形（裡斯利（(Risley)））棱鏡、光學快門、液晶可切換反射鏡或光學掩模元件。大圖像光學元件可以是將低解析度大圖像流聚焦到螢幕或觀看者視場的外部的透鏡或其他光學元件。小圖像光學元件可以是將高解析度小圖像流聚焦到螢幕或觀看者視場的中心部分的透鏡或其他光學元件。該螢幕可以是平坦或彎曲的漫射投影螢幕、平坦或彎曲的逆反射投影螢幕、平坦或彎曲的全息漫射器投影螢幕、結合到第一表面或投影螢幕的平坦或彎曲的光纖光錐、或者平坦或彎曲的反射鏡或菲涅耳鏡，反射鏡或菲涅耳鏡可將投影聚焦到觀看者的視網膜上（例如，准直顯示系統中使用的視網膜）。螢幕也可以是觀看者的視網膜。投影儀可以是微型顯示器或顯示器。
下面闡述本公開的實施例的各種不同的示例實施方式。
1.一種光學裝置，包括：圖像源，被配置為輸出第一圖像分量和第二圖像分量；以及一個或更多個光學元件，被配置為：接收第一圖像分量並輸出聚焦在螢幕上的高解析度小圖像；接收第二圖像分量並輸出聚焦在螢幕上的低解析度大圖像；其中，高解析度小圖像和低解析度大圖像作為可變解析度圖像出現在螢幕上。
2.根據示例1所述的光學裝置，其中，所述圖像源包括投影儀、顯示器或微型顯示器中的至少一個。
3.根據示例1所述的光學裝置，其中，所述一個或更多個光學元件包括：小圖像光學元件，被配置為接收第一圖像分量並輸出聚焦在螢幕上的高解析度小圖像；以及大圖像光學元件，被配置為接收第二圖像分量並輸出聚焦在螢幕上的低解析度大圖像。
4.根據示例3所述的光學裝置，還包括：圖像控制元件，用於將第一圖像分量引導到小圖像光學元件，並將第二圖像分量引導到大圖像光學元件。
5.根據示例3所述的光學裝置，其中，所述小圖像光學元件和大圖像光學元件共用它們組成的一個或更多個。
6.根據示例3所述的光學裝置，其中，所述小圖像光學元件包括複製元件和光學掩模元件。
7.根據示例6所述的光學裝置，其中，所述光學掩模元件從中間圖像平面輕微偏移以減小來自光學掩模元件的紗窗效應。
8.根據示例6所述的光學裝置，其中，所述光學掩模元件還顯示該高解析度小圖像的副本，其中，高解析度小圖像的單個複製品與高解析度小圖像的副本合併以提供高解析度小圖像的增加的對比度或增加的色彩深度中的至少一種。
9.根據示例6所述的光學裝置，其中，複製元件接收高解析度小圖像並輸出高解析度小圖像的多個複製品；光學掩模元件掩蔽高解析度小圖像的所述多個複製品中的一個或更多個，從而保留高解析度小圖像的一個或更多個複製品的部分，其中，高解析度小圖像的一個或更多個複製品的部分一起形成聚焦到螢幕上的目標位置的高解析度小圖像的完整單個複製品。
10.根據示例9所述的光學裝置，其中，所述高解析度小圖像的一個或更多個複製品的部分包括高解析度小圖像的至少四個複製品的數位重排部分，並且其中，光學掩模元件被配置為從高解析度小圖像的至少四個複製品的數位重排部分重構高解析度小圖像的完整單個複製品。
11.根據示例1所述的光學裝置，其中，所述一個或更多個光學元件包括掩模元件，其中，所述掩模元件顯示低解析度大圖像的副本，並且其中，低解析度大圖像與低解析度大圖像的副本合併以提供低解析度大圖像的增加的對比度或增加的色彩深度中的至少一種。
12.根據示例1所述的光學裝置，其中，所述第一圖像分量和第二圖像分量是圖像流的不同幀，並且其中，所述圖像源被配置為以時分複用方式在不同幀中輸出第一圖像分量和第二圖像分量。
13.根據示例1所述的光學裝置，其中，所述圖像源被配置為輸出包括第一圖像分量和第二圖像分量的初始圖像，其中，第一圖像分量包括初始圖像的第一多個畫素，第二圖像分量包括初始圖像的第二多個畫素。
14.根據示例1所述的光學裝置，其中，所述一個或更多個光學元件包括一個或更多個電可調透鏡或反射鏡，並且其中，電可調透鏡或反射鏡用作變焦透鏡或反射鏡，用於控制螢幕上的高解析度小圖像或低解析度大圖像中的至少一種的尺寸。
15.根據示例1所述的光學裝置，其中，所述一個或更多個光學元件包括一個或更多個電可調透鏡或反射鏡，並且其中，所述一個或更多個電可調透鏡或反射鏡用作聚焦透鏡或反射鏡，用於控制螢幕上的高解析度小圖像或低解析度大圖像中的至少一種的焦點。
16.根據示例1所述的光學裝置，還包括旋轉光學平板，用於控制包括從小圖像光學元件輸出的高解析度小圖像的圖像流。
17.根據示例1所述的光學裝置，其中，所述螢幕包括觀看者的視網膜。
18.根據示例1所述的光學裝置，其中，所述圖像源包括雷射光束控制（LBS）投影儀，其中，第一圖像分量是由LBS投影儀產生的窄光束，並且其中，第二圖像分量是由LBS投影儀產生的寬光束。
19.根據示例18所述的光學裝置，其中，所述高解析度小圖像在螢幕上的位置由與LBS投影儀相關聯的角度確定。
20.根據示例1所述的光學裝置，還包括：凝視跟蹤元件，用於檢測觀看者的視網膜中央凹視圖；其中，高解析度小圖像或高解析度小圖像的單個複製品的位置對應於觀看者的視網膜中央凹視圖。
21.一種光學裝置，包括：第一圖像源，被配置為輸出低解析度大圖像；第二圖像源，被配置為輸出高解析度小圖像；圖像複製元件，用於接收高解析度小圖像並輸出高解析度小圖像的多個複製品；以及光學掩模元件，用於掩蔽高解析度小圖像的多個複製品中的一個或更多個，從而保留高解析度小圖像的一個或更多個複製品的部分，其中，高解析度小圖像的一個或更多個複製品的部分一起形成聚焦到螢幕上的目標位置的高解析度小圖像的完整單個複製品；其中，高解析度小圖像的單個複製品和低解析度大圖像作為可變解析度圖像出現在螢幕上。
22.根據示例21所述的光學裝置，其中，第一圖像源或第二圖像源中的至少一個包括投影儀、顯示器或微型顯示器中的至少一個。
23.根據示例21所述的光學裝置，還包括：一個或更多個電可調透鏡或反射鏡，其中，所述一個或更多個電可調透鏡或反射鏡用作變焦透鏡或反射鏡，用於控制螢幕上的高解析度小圖像、高解析度小圖像的單個複製品或低解析度大圖像中的至少一種的尺寸。
24.根據示例21所述的光學裝置，還包括：一個或更多個電可調透鏡或反射鏡，其中，所述一個或更多個電可調透鏡或反射鏡用作聚焦透鏡或反射鏡，用於控制螢幕上的高解析度小圖像、高解析度小圖像的單個複製品或低解析度大圖像中的至少一種的焦點。
25.根據示例21所述的光學裝置，其中，所述光學掩模元件從中間圖像平面輕微偏移以減小來自光學掩模元件的紗窗效應。
26.根據示例21所述的光學裝置，其中，所述光學掩模元件還顯示高解析度小圖像的副本，其中，高解析度小圖像的單個複製品與高解析度小圖像的副本合併以提供高解析度小圖像的單個複製品的增加的對比度或增加的色彩深度中的至少一種。
27.根據示例21所述的光學裝置，其中，所述光學掩模元件還顯示低解析度大圖像的副本，其中，低解析度大圖像與低解析度大圖像的副本合併以提供低解析度大圖像的增加的對比度或增加的色彩深度中的至少一種。
28.根據示例21所述的光學裝置，其中，所述螢幕包括觀看者的視網膜。
29.根據示例21所述的光學裝置，其中，還包括：凝視跟蹤元件，用於檢測觀看者的視網膜中央凹視圖；其中，高解析度小圖像的單個複製品的位置對應於觀看者的視網膜中央凹視圖。
30.根據示例21所述的光學裝置，其中，所述高解析度小圖像的一個或更多個複製品的部分包括高解析度小圖像的至少四個複製品的數位重排部分，並且其中，光學掩模元件被配置為從高解析度小圖像的至少四個複製品的數位重排部分重構高解析度小圖像的完整單個複製品。
31.一種光學裝置，包括：圖像源，被配置為輸出第一圖像分量和第二圖像分量；圖像控制元件，被配置為將第一圖像分量引導到小圖像光學元件，並且將第二圖像分量引導到大圖像光學元件；小圖像光學元件，被配置為接收第一圖像分量並輸出聚焦在中間圖像平面上的高解析度小圖像的多個複製品；大圖像光學元件，用於接收第二圖像分量並輸出低解析度大圖像；以及光學掩模元件，用於掩蔽高解析度小圖像的多個複製品中的一個或更多個；其中，高解析度小圖像的多個複製品中的一個或更多個與低解析度大圖像的疊加形成組合圖像。
32.根據示例31所述的光學裝置，還包括：光束組合器，用於將高解析度小圖像的多個複製品中的一個或更多個與低解析度大圖像組合以產生組合圖像。
33.根據示例32所述的光學裝置，其中，所述光學掩模元件在小圖像光學元件與光束組合器之間，並且其中，組合圖像包括高解析度小圖像的單個複製品。
34.根據示例31所述的光學裝置，其中，所述組合圖像包括低解析度大圖像和高解析度小圖像的多個複製品，所述光學裝置還包括第二圖像控制元件，用於將組合圖像分成高解析度小圖像的多個複製品和低解析度大圖像；將高解析度小圖像的多個複製品引導到第一螢幕上；將低解析度大圖像引導到第二個螢幕上；其中，所述光學掩模元件在第一螢幕與分光器之間，光學掩模元件掩蔽高解析度小圖像的多個複製品中的一個或更多個，使得高解析度小圖像的單個複製品到達第一螢幕；並且其中，高解析度小圖像的單個複製品和低解析度大圖像重新組合以產生可變解析度的圖像。
35.根據示例34所述的光學裝置，其中，所述第二圖像控制元件包括分光器。
36.根據示例35所述的光學裝置，其中，所述分光器還將高解析度小圖像的單個複製品與低解析度大圖像重新組合，以產生可變解析度圖像。
37.根據示例34所述的光學裝置，其中，所述第一螢幕和第二螢幕被包括在虛擬實境體驗機中。
38.根據示例31所述的光學裝置，其中，所述小圖像光學元件或大圖像光學元件中的至少一個包括用戶控制的變焦透鏡。
39.根據示例31所述的光學裝置，其中，所述組合圖像是聚焦在觀看者的眼睛上的可變解析度圖像。
40.根據示例31所述的光學裝置，還包括：目鏡或波導，其中，所述組合圖像是被引導到目鏡或波導的可變解析度圖像。
41.根據示例31所述的光學裝置，其中，所述圖像源包括投影儀、顯示器或微型顯示器中的至少一個。
42.根據示例41所述的光學裝置，其中，所述圖像源包括用於多個顏色通道中每個顏色通道的單獨的顯示器或微型顯示面板，所述光學裝置還包括：三向棱鏡、X-立方棱鏡或二向色濾光器中的至少一個，用於光學地組合多個顏色通道。
43.根據示例31所述的光學裝置，還包括：凝視跟蹤元件，用於檢測觀看者的視網膜中央凹視圖；其中，高解析度小圖像的單個複製品在對應於觀看者的視網膜中央凹視圖的位置處被定位在低解析度大圖像上。
44.根據示例31所述的光學裝置，其中，所述小圖像光學元件包括透鏡陣列。
45.根據示例31所述的光學裝置，其中，所述光學掩模元件還顯示該高解析度小圖像的副本，其中，高解析度小圖像的單個複製品與高解析度小圖像的副本合併以提供高解析度小圖像的增加的對比度或增加的色彩深度中的至少一種。
46.根據示例31所述的光學裝置，其中，所述光學掩模元件掩蔽高解析度小圖像的所述多個複製品中的一個或更多個，從而保留高解析度小圖像的單個複製品。
47.一種光學裝置，包括：第一圖像源，被配置為輸出高解析度小圖像；小圖像光學元件，被配置為接收高解析度小圖像並輸出高解析度小圖像的多個複製品；圖像控制元件，用於將高解析度小圖像的多個複製品引導到螢幕上；光學掩模元件，用於掩蔽高解析度小圖像的多個複製品中的一個或更多個，從而保留高解析度小圖像的單個複製品；以及第二圖像源，被配置為輸出低解析度大圖像；其中，高解析度小圖像的單個複製品將與低解析度大圖像組合以產生可變解析度圖像。
48.根據示例47所述的光學裝置，其中，所述圖像控制元件包括分光器，其中，光學掩模元件位於螢幕和分光器之間，其中，高解析度小圖像的單個複製品被引導到分光器，其中，分光器用於將高解析度小圖像的單個複製品與低解析度大圖像組合以產生可變解析度圖像。
49.根據示例47所述的光學裝置，其中，所述可變解析度圖像聚焦在觀看者的眼睛上。
50.根據示例47所述的光學裝置，其中，所述第一圖像源包括投影儀、顯示器或微型顯示器中的至少一個。
51.根據示例50所述的光學裝置，其中，所述圖像源包括用於多個顏色通道中每個顏色通道的單獨的顯示器或微型顯示面板，所述光學裝置還包括：三向棱鏡、X-立方棱鏡或二向色濾光器中的至少一個，用於光學地組合多個顏色通道。
52.根據示例47所述的光學裝置，其中，所述小圖像光學元件包括使用者控制的變焦透鏡。
53.根據示例47所述的光學裝置，其中，所述第二圖像源包括顯示器。
54.根據示例53所述的光學裝置，其中，所述顯示器是液晶顯示器或發光二極體顯示器。
55.根據示例47所述的光學裝置，其中，所述螢幕和第二圖像源被包括在虛擬實境體驗機中。
56.根據示例47所述的光學裝置，其中，所述小圖像光學元件包括透鏡陣列。
57.根據示例47所述的光學裝置，還包括：凝視跟蹤元件，用於檢測觀看者的視網膜中央凹視圖；其中，高解析度小圖像的單個複製品在對應於觀看者的視網膜中央凹視圖的位置處被定位在低解析度大圖像上。
58.根據示例47所述的光學裝置，其中，由小圖像光學元件輸出的高解析度小圖像的多個複製品被聚焦在中間圖像平面上，其中，光學掩膜元件是顯示器或微型顯示器，包括畫素或子畫素中的至少一個以及畫素或子畫素中的至少一個之間的間隙，並且其中，顯示器或微型顯示器偏離中間圖像平面。
59.根據示例47所述的光學裝置，其中，所述光學掩模元件還顯示該高解析度小圖像的副本，其中，高解析度小圖像的單個複製品與高解析度小圖像的副本合併以提供高解析度小圖像的增加的對比度或增加的色彩深度中的至少一種。
60.根據示例47所述的光學裝置，還包括：目鏡或波導，其中，可變解析度圖像被引導到目鏡或波導。
61.一種光學裝置，包括：圖像源，被配置為輸出第一圖像分量和第二圖像分量；圖像控制元件，被配置為將第一圖像分量引導到小圖像光學元件，並且將第二圖像分量引導到大圖像光學元件；小圖像光學元件，被配置為接收第一圖像分量並輸出聚焦在螢幕上的高解析度小圖像；以及大圖像光學元件，被配置為接收第二圖像分量並輸出聚焦在螢幕上的低解析度大圖像，其中，高解析度小圖像和低解析度大圖像作為可變解析度圖像出現在螢幕上。
62.根據示例61所述的光學裝置，其中，所述圖像源包括投影儀、顯示器或微型顯示器中的至少一個。
63.根據示例61所述的光學裝置，其中，所述第一圖像分量和第二圖像分量是圖像流的不同幀，並且其中，所述圖像源被配置為以時分複用方式在不同幀中輸出第一圖像分量和第二圖像分量。
64.根據示例61所述的光學裝置，其中，所述圖像源被配置為輸出包括第一圖像分量和第二圖像分量的初始圖像，其中，第一圖像分量包括初始圖像的第一多個畫素，第二圖像分量包括初始圖像的第二多個畫素。
65.根據示例61所述的光學裝置，還包括：圖像分離元件，其將第一圖像分量與第二圖像分量分離，其中，圖像分離元件包括光學掩模。
66.根據示例61所述的光學裝置，其中，所述螢幕被包括在虛擬實境體驗機中。
67.根據示例61所述的光學裝置，其中，所述小圖像光學元件包括透鏡陣列，所述透鏡陣列被配置為輸出高解析度小圖像的多個複製品。
68.根據示例67所述的光學裝置，還包括：光學掩模元件，用於掩蔽高解析度小圖像的多個複製品中的一個或更多個的至少一部分。
69.根據示例68所述的光學裝置，其中，所述光學掩模元件包括顯示器，並且其中，所述透鏡陣列被配置為將高解析度小圖像的多個複製品聚焦到顯示器的畫素上，光學裝置還包括：第二透鏡陣列或透鏡，用於將高解析度小圖像的單個複製品聚焦到螢幕上。
70.根據示例68所述的光學裝置，其中，所述光學掩模元件包括微型顯示器，並且其中，所述透鏡陣列被配置為將高解析度小圖像的多個複製品聚焦到微型顯示器的畫素上，所述光學裝置還包括：第二透鏡陣列或透鏡，用於將高解析度小圖像的單個複製品聚焦到螢幕上。
71.根據示例68所述的光學裝置，其中，所述光學掩模元件被配置為從高解析度小圖像的至少四個複製品的數位重排部分重構高解析度小圖像的單個複製品。
72.根據示例61所述的光學裝置，還包括：第二圖像控制元件，用於控制高解析度小圖像在螢幕上的放置。
73.根據示例61所述的光學裝置，其中：大圖像光學元件包括至少一個透鏡，被配置為將低解析度大圖像聚焦到觀看者的視場上；所述小圖像光學元件包括至少一個透鏡，被配置為將高解析度小圖像聚焦到觀看者視場的內部。
74.根據示例61所述的光學裝置，其中，所述圖像控制元件還被配置為將第一圖像分量與第二圖像分量分離。
75.根據示例61所述的光學裝置，還包括：
將第一圖像分量與第二圖像分量分離的圖像分離元件，其中，所述圖像分離元件包括光學快門。
76.根據示例61所述的光學裝置，其中，所述圖像控制元件包括可切換的液晶偏振旋轉器和偏振分光器。
77.根據示例61所述的光學裝置，還包括：掩模，用於掩蔽與高解析度小圖像重疊的低解析度大圖像的一部分。
78.根據示例61所述的光學裝置，還包括：凝視跟蹤元件，用於檢測觀看者的視網膜中央凹視圖；其中，高解析度小圖像在對應於觀看者的視網膜中央凹視圖的位置處被定位在低解析度大圖像上。
79.根據示例61所述的光學裝置，還包括：光束組合器，用於組合高解析度小圖像和低解析度大圖像，以產生輸出到螢幕上的可變解析度圖像。
80.根據示例61所述的光學裝置，其中，所述螢幕包括觀看者的視網膜。
81.一種光學裝置，包括：第一圖像源，被配置為輸出聚焦在螢幕上的低解析度大圖像；第二圖像源，被配置為輸出高解析度小圖像；圖像複製元件，用於接收高解析度小圖像並輸出高解析度小圖像的多個複製品；光學掩模元件，用於掩蔽高解析度小圖像的多個複製品中的一個或更多個，從而保留高解析度小圖像的一個或更多個複製品的部分，其中，高解析度小圖像的一個或更多個複製品的部分一起形成聚焦到螢幕上的目標位置的高解析度小圖像的完整單個複製品；其中，高解析度小圖像和低解析度大圖像作為可變解析度圖像出現在螢幕上。
82.根據示例81所述的光學裝置，其中，第一圖像源或第二圖像源中的至少一個包括投影儀、顯示器或微型顯示器中的至少一個。
83.根據示例81所述的光學裝置，其中，所述螢幕被包括在虛擬實境體驗機中。
84.根據示例81所述的光學裝置，其中，所述圖像複製元件包括透鏡陣列。
85.根據示例84所述的光學裝置，其中，述光學掩模元件包括顯示器，並且其中，所述透鏡陣列被配置為將高解析度小圖像的多個複製品聚焦到顯示器的畫素上，光學裝置還包括：第二透鏡陣列或透鏡，用於將高解析度小圖像的單個複製品聚焦到螢幕上。
86.根據示例84所述的光學裝置，其中，所述光學掩模元件包括微型顯示器，並且其中，所述透鏡陣列被配置為將高解析度小圖像的多個複製品聚焦到微型顯示器的畫素上，所述光學裝置還包括：第二透鏡陣列或透鏡，用於將高解析度小圖像的單個複製品聚焦到螢幕上。
87.根據示例81所述的光學裝置，其中，所述螢幕包括觀看者的視網膜。
88.根據示例81所述的光學裝置，還包括：凝視跟蹤元件，用於檢測觀看者的視網膜中央凹視圖；其中，高解析度小圖像的單個複製品在對應於觀看者的視網膜中央凹視圖的位置處被定位在低解析度大圖像上。
89.根據示例81所述的光學裝置，其中，所述高解析度小圖像的一個或更多個複製品的部分包括高解析度小圖像的至少四個複製品的數位重排部分，並且其中，掩模元件被配置為從高解析度小圖像的至少四個複製品的數位重排部分重構高解析度小圖像的完整單個複製品。
90.根據示例81所述的光學裝置，還包括：光束組合器，用於組合高解析度小圖像和低解析度大圖像，以產生輸出到螢幕上的可變解析度圖像。
91.一種用於在螢幕上創建可變解析度圖像流的光學裝置，所述裝置包括：連接到視頻源的投影儀，其中，所述投影儀以高解析度小圖像分量和低解析度大圖像分量的形式發送光圖像流；圖像控制元件，將高解析度小圖像分量和低解析度大圖像分量引導到小圖像光學元件和大圖像光學元件；圖像分離元件，將高解析度小圖像分量和低解析度大圖像分量分離為高解析度小圖像流和低解析度大圖像流，其中，小圖像光學元件和大圖像光學元件將低解析度大圖像流和高解析度小圖像流聚焦在螢幕上，從而使低解析度大圖像流和高解析度小圖像流作為可變解析度圖像流出現在螢幕上。
92.根據實例91所述的裝置，其中，來自投影儀的光圖像流在第一幀中的高解析度小圖像分量和下一幀中的低解析度大圖像分量之間被時分複用。
93.根據實例92所述的裝置，其中，所述圖像分離元件是光學快門。
94.根據實例91所述的裝置，其中，來自投影儀的光圖像流在每個圖像的一部分上具有高解析度小圖像分量，而在每個圖像的另一部分上具有低解析度大圖像分量。
95.根據實例94所述的裝置，其中，所述圖像分離元件是光學掩模。
96.根據示例91所述的裝置，其中，所述螢幕被嵌入在虛擬實境體驗機。
97.根據示例91所述的裝置，其中，所述小圖像光學元件包括透鏡陣列。
98.根據示例97所述的裝置，還包括掩模顯示器，用於掩蔽來自透鏡陣列的高解析度小圖像流的未使用部分。
99.根據示例97所述的裝置，還包括掩蔽微型顯示器，用於掩蔽來自透鏡陣列的高解析度小圖像流的未使用部分。
100.根據示例91所述的裝置，還包括旋轉光學平板，用於引導來自小圖像光學元件的高解析度小圖像流。
101.根據示例91所述的裝置，其中，所述大圖像光學元件是將低解析度大圖像流聚焦到觀看者視場的外部的透鏡。
102.根據示例91所述的裝置，其中，所述小圖像光學元件是將高解析度小圖像流聚焦到觀看者視場的中心部分的透鏡。
103.根據示例91所述的裝置，其中，所述螢幕是觀看者的視網膜。
104.根據示例91所述的裝置，其中，所述投影儀是微型顯示器。
105.根據示例91所述的裝置，其中，所述投影儀是顯示器。
106.一種用於在螢幕上創建可變解析度圖像流的光學方法，所述方法包括：利用連接到視頻源的投影儀以高解析度小圖像分量和低解析度大圖像分量的形式創建光圖像流；利用圖像控制元件將高解析度小圖像分量和低解析度大圖像分量引導到小圖像光學元件和大圖像光學元件；利用圖像分離元件將高解析度小圖像分量和低解析度大圖像分量分離為高解析度小圖像流和低解析度大圖像流；以及由小圖像光學元件和大圖像光學元件將低解析度大圖像流和高解析度小圖像流聚焦以在螢幕上形成可變解析度圖像流。
107.根據示例106所述的方法，其中，來自投影儀的光圖像流在第一幀中的高解析度小圖像分量與第二幀中的低解析度大圖像分量之間被時分複用。
108.根據示例107所述的方法，其中，所述圖像分離元件是光學快門。
109.根據示例106所述的方法，其中，來自投影儀的光圖像流在每個圖像的一部分上具有高解析度小圖像分量，而在每個圖像的另一部分上具有低解析度大圖像分量。
110.根據示例109所述的方法，其中，所述圖像分離元件是光學掩模。
111.根據示例106所述的方法，其中，所述螢幕被嵌入在虛擬實境體驗機中。
112.根據示例106所述的方法，其中，所述小圖像光學元件包括透鏡陣列。
113.根據示例112所述的方法，還包括：利用掩膜顯示器掩蔽來自透鏡陣列的高解析度小圖像流的未使用部分。
114.根據示例112所述的方法，還包括利用掩模微型顯示器掩蔽來自透鏡陣列的高解析度小圖像流的未使用部分。
115.根據示例106所述的方法，還包括使用旋轉光學平板引導來自小圖像光學元件的高解析度小圖像流。
116.根據示例106所述的方法，其中，大圖像光學元件是將低解析度大圖像流聚焦到觀看者視場的外部的透鏡。
117.根據示例106所述的方法，其中，所述小圖像光學元件是將高解析度大圖像流聚焦到觀看者的視場的中心部分的透鏡。
118.根據示例106所述的方法，其中，所述螢幕是觀看者的視網膜。
119.根據示例106所述的方法，其中，所述投影儀是微型顯示器。
120.根據示例106所述的方法，其中，所述投影儀是顯示器。
本發明描述了用於實現可變解析度螢幕的系統和方法，其中，觀看者視場前面且視網膜中央凹視力期望最大解析度的區域的解析度高於螢幕週邊區域的解析度，在螢幕週邊區域，週邊視覺期望較低的解析度和清晰度。在本申請中，描述了四個主要的（以及許多次要的）實施例。
以下發明描述了用於實現可變解析度螢幕的方法和顯示裝置，該可變解析度螢幕可以被限定為這樣一種螢幕，該螢幕允許在直接或通過但不限於目鏡（最靠近觀看者的眼睛的透鏡）或波導觀看圖像時，提供的解析度在整個圖像上不均勻，而是在圖像上需要的地方（例如觀看者視場的中心），觀看者可以看到更多的畫素或掃描線，而在圖像的其他一個或多個部分中看到較少的畫素或掃描線。
這樣的螢幕與顯示預渲染或即時渲染的中央凹視覺內容的現有螢幕不同，因為可變解析度內容顯示的這種方法將內容的高解析度部分限制為該螢幕的該部分可能的原始解析度。術語“螢幕”也可以用來描述觀看者的視網膜。
中央凹視覺內容是圖像、視頻或即時生成的圖像，其中在每個圖像上，解析度在整個圖像上變化，例如，僅在觀看者正在看、能夠看或打算看的地方顯示更多解析度。
與在不使用本文所述方法的情況下使用微型顯示器、顯示器或投影儀時可能實現的解析度相比，本文所述的可變解析度螢幕方法和裝置允許實現在圖像的一個或更多個部分中可見的更高解析度。
可以使用諸如PC、行動電話或平板電腦之類的現有計算硬體來執行所描述的方法，以為其提供預渲染或即時渲染的內容。
可以利用少至一個可變解析度的螢幕或上述之一用於一個可變解析度的螢幕每只眼睛的螢幕（例如，頭戴式顯示器）的單個DLP（數位光處理）、LCoS（矽上液晶）、LCD（液晶顯示器）、OLED（有機發光二極體）、MicroLED或類似的微型顯示器、顯示器或投影儀或LBS（雷射光束控制）或類似的投影儀401、411、501、511、521、551、2301、5111、5121、5151、1401來執行這些方法。使用少至單個的微型顯示器、顯示器或投影儀或每只眼睛一個允許最小化生產這種可變解析度螢幕裝置的成本、減少裝置的重量和尺寸。單個微型顯示器、顯示器或投影儀也可以指的是如下微型顯示器、顯示器或投影儀，其中，單獨的顯示器或微型顯示面板用於每個色彩通道，它們是光學組合的，例如與三向色棱鏡、X立方棱鏡或二向色濾鏡組合。出於各種原因，例如消除顏色分離（也稱為“彩虹偽影”）和提高刷新率，這可能是有用的。
這樣的可變解析度螢幕的使用是虛擬實境、增強現實和混合現實體驗機（“XR體驗機”）和視頻投影儀，但不限於此。使用高解析度小圖像的反射鏡或楔形棱鏡定位在低解析度大圖像上。
在一個實施例中，可以通過利用反射鏡或楔形（裡斯利Risley）棱鏡將高解析度小圖像定位在低解析度大圖像上來實現可變解析度的螢幕。
為了實現可變解析度的螢幕，以快速刷新率操作諸如微型顯示器或顯示器401、411、501、511、521、551之類的單個顯示技術。微型顯示器或顯示器的每個連續幀（幀n + 1）用於通過共用幀201、202和後者的兩個或更多個部分203、204之間的最終圖像205的刷新率，來顯示最終圖像205的一部分的較小的高解析度部分204或最終圖像205的一部分的較大的低解析度部分203。視覺暫留將這兩部分203、204混合為一個最終圖像205。請參見圖2。
在圖2中，這些幀交替低解析度幀n 201與隨後顯示的高解析度幀n + 1 202。在具有足夠的刷新率的情況下，眼睛將兩者解釋為單個圖像205。組合的螢幕203的低解析度部分在高解析度區域204中可以具有中性色（黑色）。組合的螢幕204的高解析度部分在低解析度區域203中可以具有中性色（黑色）。兩個區域203、204之間的輕微重疊將通過具有區域203、204重疊的混合區域來防止明顯的接縫或縫隙。在另一個實施例中，低解析度部分203未被掩蔽並且在高解析度所駐留的區域中與高解析度部分204混合。
可替代地，為了實現可變解析度的螢幕，將諸如微型顯示器或顯示器之類的單一顯示技術光學地分成兩個或更多個部分301、302。該方法通過犧牲最終圖像上的另一部分302（或多個部分）的解析度，允許一個部分301（或多個部分）在最終圖像上使用更多畫素。見圖3。
兩種方法也可以組合以允許通過在部分之間共用微型顯示器或顯示器的解析度和刷新率兩者來在最終圖像上創建更多部分，或者允許創建兩個或更多個最終圖像，例如用於使用單個微型顯示器或顯示器以在頭戴式顯示器中為雙眼創建最終圖像。
在圖3中，示出了被分成兩個部分301、302的16：9長寬比的微型顯示器或顯示器，例如，被分為1080x1080畫素的較小的高解析度部分301和840x1080畫素的較大的低解析度部分302（然後可以將後者光學翻轉90度以獲得更好的長寬比）的1920x1080畫素的微型顯示器或顯示器。
使用光學方法或光學和機械方法以及可選地數位方法，部分301和302可以被調整大小並且彼此重疊305。較大的低解析度部分303可以在較小的高解析度部分304並且它們重疊的地方被掩蔽。
通過以下方式可以進一步使掩模更加無縫：通過在高解析度小圖像中以數位解析度衰減使過渡不太突然或利用兩個圖像上的衰減使畫素變暗，來光學或數位地融合邊緣。
兩個部分之間的亮度水平可以被光學地（例如使用中性密度濾光器）或數位地平衡。
參見圖4A和圖4B。為了能夠對在最終圖像405上具有不同大小和位置的每個部分使用相同的微型顯示器或顯示器401、411，採用圖2中的第一種方法，對於每個幀，利用控制元件把微型顯示器或顯示器的圖像光學機械地或光學地引向兩個光學元件403、404、414、415之一，控制元件例如但不限於旋轉鏡或分光器402、412和可選的反射鏡413。圖像控制元件的其他示例是液晶可切換鏡、光學快門、楔形棱鏡、旋轉光學平板和光學掩模元件。圖像控制元件還可以用作圖像分離元件。替代地，除了圖像控制元件之外，還可以使用單獨的圖像分離元件。圖像分離元件的示例包括光學掩模元件、分光器、光學快門、液晶可切換鏡等。在使用分光器而不是旋轉鏡作為控制元件的情況下，利用光學或機械快門（例如LCD快門），每個圖像每個幀相應地在光學元件403、404、414、415之前、內部或之後被阻擋或通過，以防止403、414和404、415接收每幀的相同圖像，而不是不同連續幀的不同圖像。在以下情況下這當然是不需要的：如果使用偏振分光器或反射型偏振分光器，並且圖像的偏振可以在光束到達分光器之前被逐幀進行控制，例如使用可切換的液晶偏振旋轉器。與半鍍銀的分光器或吸收型偏振分光器相比，使用反射型偏振分束器可以提供改善的圖像對比度和/或光通量。
為了能夠對在最終圖像405上具有不同大小和位置的每個部分使用相同的微型顯示器或顯示器401、411，採用圖3中的第二種方法，利用控制元件將微型顯示器或顯示器401、411的圖像引向兩個光學元件403、404、414、415，控制元件例如但不限於圖像平面上的分光器、反射鏡或任何其他上述光學控制元件402、412和可選反射鏡413。在圖像平面上使用分光器而不是反射鏡的情況下，每個圖像相應地利用光學掩模元件（例如模版）在光學元件403、404、414、415之前、內部或之後被掩蔽。反射鏡或範本可以在圖像平面上以創建清晰的切口。
控制元件402、412可以是但不限於反射鏡、多個反射鏡、分光器以及光學或機械快門或與上述之一組合的快門（例如，液晶可切換鏡）。控制元件402、412可以被配置為將第一圖像分量引導到小圖像光學元件，並且將第二圖像分量引導到大圖像光學元件。在一些實施例中，大圖像光學元件和小圖像光學元件是完全分離的。在其他實施例中，小圖像光學元件和大圖像光學元件可以共用它們的一個或更多個組成。例如，小圖像光學元件和大圖像光學元件可以共用它們的大部分透鏡，並且由於反射型偏振分光器，大圖像光學元件可以具有用於使光束變寬的附加透鏡，而這是窄光束無法達到的。在一些實施例中，單個光學元件用作大圖像光學元件（或大圖像光學元件的元件）和小圖像光學元件（或小圖像光學元件的元件）。例如，單個光學元件可包括一個或更多個電可調透鏡（例如，液體透鏡和/或液晶透鏡）。電可調透鏡可以通過電改變其焦距，這意味著，如果與其他透鏡合適地集成，則對於時間序列實施例，單個光學元件可以在一幀中充當大圖像光學元件，然後在下一幀中充當小圖像光學元件。因此，單個光學元件可以在第一時間變成大圖像光學元件的至少一部分，並且可以在第二時間變成小圖像光學元件的至少一部分。另外，控制元件402、412可以用作圖像分離元件，並且可以將第一圖像分量與第二圖像分量分離。
光學元件403、404、414、415可以是但不限於以下之一，或以下各項的組合：透鏡、反射鏡、棱鏡、自由形式的反射鏡。
光學元件404、415中的一個可以創建小圖像417，而另一光學元件403、414可以創建相對大的圖像416。
在圖4A中，微型顯示器或顯示器401創建圖像並將其光學發送到圖像或光束控制元件402。圖像控制元件402將圖像分為兩個（或多個）圖像，將圖像發送至創建低解析度大圖像403和高解析度小圖像404的光學元件。光學元件403、404的光學輸出被發送到螢幕418或到產生最終圖像405的觀看者的視網膜上。
參見圖4B，微型顯示器或顯示器411創建圖像，該圖像由分光器412（例如半鍍銀反射鏡或偏振分光器）分成沿不同方向行進的兩個相同圖像。一個指向產生大圖像的光學元件414，另一個通過反射鏡413到達產生小圖像的另一個光學元件415。大圖像光學元件414產生較低解析度的圖像416。小圖像光學元件415產生較高解析度的圖像417。較低解析度的圖像416和較高解析度的圖像417都投影在螢幕418或觀看者的視網膜上，如圖5B所示。
通過以下方法再次實現在小圖像417所在的大圖像416的區域的掩模：數位地使黑畫素顯示在那裡，或者光學地例如使範本在光學元件內部、之前或之後某處的圖像平面上以物理地（光學地）掩蔽圖像的那部分。
然後，可選地，可以通過但不限於以下一種或多種來實現小圖像的定位：帶反射鏡的致動器、檢流計掃描器、具有楔形（Risley）棱鏡的致動器、具有傾斜或移位透鏡的致動器，如圖5A所示。
圖5A示出了創建圖像的微型顯示器或顯示器501，該圖像被發送到圖像或光束控制元件502（可以是分光器）。兩個相同圖像之一被發送到大圖像光學元件503，另一圖像被發送到小圖像光學元件504。在一些實施例中，大圖像光學元件503和小圖像光學元件504是完全分離的。在其他實施例中，小圖像光學元件504和大圖像光學元件503可以共用它們的一個或更多個組成。例如，小圖像光學元件504和大圖像光學元件503可以共用它們的大部分透鏡，並且由於反射型偏振分光器，大圖像光學元件503可以具有用於使光束變寬的附加透鏡，而這是窄光束無法達到的。小圖像光學元件504將圖像發送到圖像或光束控制元件506（可以是反射鏡）。然後將圖像組合成最終圖像505（例如，組合成兩個圖像的疊加）。
在一個實施例中，單個光學元件用作大圖像光學元件503（或作為大圖像光學元件503的元件）和小圖像光學元件504（或作為小圖像光學元件504的元件）。例如，單個光學元件可包括一個或更多個電可調透鏡（例如，液體透鏡和/或液晶透鏡）。電可調透鏡可以電改變其焦距，這意味著，如果與其他透鏡合適地集成，則對於時間序列實施例，單個光學元件可以在一幀中充當大圖像光學元件503，然後在下一幀中充當小圖像光學元件504。
將兩個圖像光學地組合，例如利用分光器，並且直接地觀看或通過但不限於目鏡或波導觀看。光學組合圖像可以是兩個圖像的疊加。
參見圖5B，示出了光學元件。微型顯示器或顯示器511將圖像發送到分光器或旋轉鏡512，該分光器或旋轉鏡512將圖像發送到大圖像光學元件514和反射鏡513，該反射鏡513將圖像重定向到小圖像光學元件515。從小圖像光學元件515，圖像被發送到反射鏡519，然後被發送到光束組合器518（例如，分光器），以與大圖像光學元件514的輸出進行組合。從光束組合器518，大圖像516和小圖像517作為組合圖像被發送到觀察者的視網膜510（例如，兩個圖像的疊加）。在使用分光器而不是旋轉鏡作為控制元件的情況下，利用光學或機械快門（例如LCD快門），每個圖像每個幀相應地在光學元件514、515之前、內部或之後被阻擋或通過，以防止光學元件414和515接收每幀的相同圖像，而不是不同連續幀的不同圖像。在以下情況下這當然是不需要的：如果使用偏振分光器（例如反射型偏振分光器），並且圖像的偏振可以在光束到達分光器之前被逐幀進行控制，例如使用可切換的液晶偏振旋轉器。
圖5B和圖5C之間的一個區別是圖像顯示為兩條線，而不是到達光掩模元件之前的一條。這樣做是為了說明如何通過光學掩模元件530、531來掩蔽/裁剪圖像。
參見圖5C，示出了光學元件，用於處理圖3中的圖像結構。微型顯示器或顯示器521將圖像發送到分光器522，分光器522發送兩個相同的圖像，一個首先發送到反射鏡523，然後發送到光學掩膜元件530、531（範本，遮擋部分圖像的物理屏障）。範本可以在圖像平面上以形成清晰的切口，因此也可以在光學元件（524和525）內部，或者光學元件之後。
圖像從模版530、531離開到達大圖像光學元件524和小圖像光學元件525。圖像從小圖像光學元件525發送到反射鏡529，然後到光束組合器528（例如，分光器），以與大圖像光學元件524的輸出進行組合。大圖像526和小圖像527從光束組合器528作為組合圖像發送到觀看者的視網膜520。
參見圖5D，我們看到了頭戴式顯示器的實施例，該實施例使用用於雙眼的單個微型顯示器或顯示器551。首先，將微型顯示器或顯示器的解析度在雙眼之間進行劃分，然後可以將每一幀用於一個投影（大或小圖像）。例如，利用240Hz DLP微型顯示器，這提供每眼每張圖像120Hz刷新率。
微型顯示器或顯示器551將圖像發送到分光器560，該分光器560發送兩個相同的圖像，一個首先到達反射鏡580，然後到達模版561、571，該模版掩蔽未到達特定眼睛的圖像的部分。在一個實施例中，模版561、571可以是諸如LCD快門或LCD pi-單元（pi-cell）之類的快門，因此每一幀可以被發送到一個光學元件，並且對於其餘的光學元件554、555、574、575其被阻擋，諸如在圖2所示的實例中。在另一個實施例中，可以移除模版561、571，從而可以將整個圖像的每一幀發送到一個光學元件，並且對於其餘的光學元件554、555、574、575其被阻擋，諸如在圖2所示的實例中。例如，利用240Hz DLP微型顯示器，這提供每眼每張圖像60Hz刷新率。
左範本（圖的頂部）561將圖像發送到第二分光器552，第二分光器552發送兩個相同的圖像，一個首先到達反射鏡553，然後到達兩個LCD快門562、563（對於圖2實施例）。對於圖3的實施例，可以用模版（用於遮蓋部分圖像的物理屏障）代替快門562、563。範本必須在圖像平面上才能產生清晰的切口，因此範本也可以位於光學元件（554和555）內部或光學元件之後。
圖像從快門（或範本）562、563離開到達大圖像光學元件554和小圖像光學元件555。圖像從小圖像光學元件555被發送到反射鏡559，然後被發送到光束組合器558（例如，分光器），以與大圖像光學元件554的輸出進行組合。大圖像556和小圖像557從光束組合器558作為組合圖像被發送到觀看者的視網膜550。
右範本（圖的底部）571將圖像發送到第二分光器572，第二分光器572發送兩個相同的圖像，一個首先到達反射鏡573，然後到達兩個LCD快門580、581（對於圖2實施例）。對於圖3的實施例，可以用模版代替快門580、581。範本可以在圖像平面上以產生清晰的切口，因此範本也可以位於光學元件（574和575）內部或光學元件之後。
圖像從快門（或範本）580、581離開到達大圖像光學元件574和小圖像光學元件575。圖像從小圖像光學元件575被發送到反射鏡579，然後被發送到光束組合器578（例如，分光器），以與大圖像光學元件574的輸出進行組合。大圖像576和小圖像577從光束組合器578作為組合圖像被發送到觀看者的視網膜570。
由於圖2中的方法的視覺暫留和圖3中的方法的掩蔽，兩個部分在圖6B中作為一個均勻的圖像604出現。
在圖6A中，該圖示出了代表各個畫素601的矩形。圖6B示出了利用各個畫素來顯示實際圖像604的示圖。
由於最終圖像601、604中的較小的高解析度部分603、606可以小於不使用這些方法時所呈現的樣子，與在不使用本文所述方法的情況下利用顯示技術可能實現的解析度相比，本文所述的可變解析度螢幕方法和裝置允許實現在圖像的一個或更多個部分中可見的更高解析度。
這允許實現可變解析度的螢幕，例如頭戴式顯示器螢幕，其使用一個微型顯示器或顯示器或每只眼睛一個，在觀察者的視場中心具有高畫素或掃描線密度，而在週邊，畫素或掃描線密度較小。
可選地，通過經由但不限於凝視跟蹤攝像頭或電極添加眼球跟蹤，可以將小的高解析度部分603、606定位在較大的低解析度部分602、605上的最終圖像601、604上，其中觀看者的視網膜中央凹視圖在任何給定的時間點。這允許在任何給定的時間點始終將更多的畫素或掃描線集中在觀察者的中央凹視覺以及近周邊視覺中。
可選地，可以以與小的高解析度部分603、606的定位相同的方式來實現大的低解析度部分602、605的定位，例如，考慮到眼睛旋轉，僅在觀看者的眼睛的視場中具有畫素，而不在觀看者的總視場具有畫素。
還可以有兩個以上的部分，例如三個部分，一個用於視網膜中央凹視圖，一個用於近週邊，一個用於遠週邊，並且它們可以被組合並且可選地以與上述相同的方式定位。
本領域技術人員將理解，可以改變某些元件的順序，並且可以添加更多的元件，例如在大圖像和小圖像被光學地組合後，一起控制大圖像和小圖像兩者，或者添加更多元件以在最終圖像上創建更多的小或大部分。 利用反射鏡或楔形棱鏡，將高解析度窄投影光束定位在低解析度寬投影光束上
在另一個實施例中，通過利用反射鏡或楔形（Risley）棱鏡，將高解析度窄視頻投影定位在低解析度寬視頻投影上實現可變解析度的螢幕。
為了實現可變解析度的螢幕，諸如單個照明的微型顯示器、顯示器、LBS（雷射光束控制）投影儀或其他類型的視頻投影儀等單個視頻投影儀（以下稱為“投影儀”）401、411、501、511、521、551、5111、5121、5151以快速刷新率被操作。投影儀的每個連續幀（幀n + 1）用於通過共用幀201、202和後者的兩個或更多個部分203、204之間的最終圖像205的刷新率，來顯示最終圖像205的一部分的較小的高解析度部分204或最終圖像205的一部分的較大的低解析度部分203。視覺暫留將這兩部分203、204融合為一個最終投影圖像205。
可替代地，在圖3中，為了獲得可變解析度的螢幕305，諸如單個照明的微型顯示器、顯示器、LBS（雷射光束控制）投影儀或其他類型的視頻投影儀等單個視頻投影儀（以下稱為“投影儀”）被光學地分成兩個或更多部分301、302。該方法通過犧牲另一部分302、303（或多個部分）的解析度，允許一個部分301、304（或多個部分）在最終投影圖像305上使用更多畫素。
兩種方法也可以組合以允許通過在部分之間共用投影儀的解析度和刷新率兩者來在最終投影圖像上創建更多部分，或者允許創建兩個或更多個最終圖像，例如用於使用單個投影儀在頭戴式顯示器中為雙眼創建最終投影圖像。
當直接觀看或通過透鏡或其他光學元件觀看時，使用投影光束而不是微型顯示器和顯示器具有多個優點：
首先，當使用微型顯示器設計廣視角的頭戴式顯示器同時試圖使放大透鏡或其他光學元件保持小巧輕便，與使用小得多的投影透鏡來投射到比微型顯示器大的螢幕上並且通過透鏡或其他光學元件查看該螢幕相比，這是非常具有挑戰性的。
第二，使用視頻投影的優點在於，使得包括控制元件在內的所有光學元件都變得更小，因為它們可以在光學設計中定位在產生投影螢幕上的最終大圖像的投影光學元件之前或之間的某處。
第三，由於反射型微型顯示器（例如LCoS、DLP和透射型微型顯示器，例如LCD）的外部照明特性，每個畫素的光束角可以比利用發射型微型顯示器（例如OLED或microLED）的窄，這可以允許提供光學系統具有較少的雜散光，效率更高，同時為觀看者提供相同或更高的亮度。
第四，由於反射型和透射型微型顯示器的外部照明特性，與利用發射型微型顯示器和LCD顯示器相比，可以實現更高的亮度，該發射型微型顯示器使物理畫素自身發光（例如OLED和微LED），LCD顯示器使得自身提供足夠的亮度是有挑戰性的，尤其是隨著顯示器的視場和放大倍數的增加，或者對於增強現實的頭戴式顯示器，在光學系統中可能會損失很多光。
在圖3中，單個16：9長寬比的微型顯示器或顯示器被分成兩個部分，例如，被分為1080x1080畫素的較小的高解析度部分301和840x1080畫素的較大的低解析度部分302（然後可以將後者光學翻轉90度以獲得更好的長寬比）的1920x1080畫素的微型顯示器或顯示器。
使用光學方法或光學和機械方法以及可選地數位方法，部分301和302可以被調整大小並且彼此重疊305。較大的低解析度部分303可以在是較小的高解析度部分304並且它們重疊的地方被掩蔽。
通過以下方式可以進一步使掩模更加無縫：通過在高解析度小圖像中以數位解析度衰減使過渡不太突然或利用兩個圖像上的衰減使畫素變暗，來光學或數位地融合邊緣。
兩個部分之間的亮度水平可以被光學地（例如使用中性密度濾光器）或數位地平衡。
參見圖4A和圖4B。為了能夠對在最終投影圖像405上具有不同大小和位置的每個部分使用相同的投影儀401、411，採用圖2中的第一種方法，對於每個幀，利用控制元件把控制投影儀的光束光學機械地或光學地引向兩個光學元件403、404、414、415之一，控制元件例如但不限於旋轉鏡或分光器402、412和可選的反射鏡413。在使用分光器而不是旋轉鏡作為控制元件的情況下，利用光學或機械快門（例如LCD快門），每個光束每個幀相應地在光學元件403、404、414、415之前、內部或之後被阻擋或通過，以防止403、414和404、415接收每幀的相同光束，而不是不同連續幀的不同光束。在以下情況下這當然是不需要的：如果使用偏振分光器（例如反射型偏振分光器），並且光束的偏振可以在光束到達分光器之前被逐幀進行控制，例如使用可切換的液晶偏振旋轉器。
為了能夠對在螢幕418上的最終圖像405上具有不同大小和位置的每個部分使用相同的投影儀401、411，採用圖3中的第二種方法，利用控制元件將投影儀401、411的光束引向兩個光學元件403、404、414、415，控制元件例如但不限於圖像平面上的分光器或反射鏡402、412和可選反射鏡413。在圖像平面上使用分光器而不是反射鏡的情況下，每個光束相應地利用光學掩模元件（例如模版）在光學元件403、404、414、415之前、內部或之後被掩蔽。反射鏡或範本可以在圖像平面上以創建清晰的切口。
控制元件402、412可以是但不限於一個反射鏡、多個反射鏡、分光器以及光學或機械快門或與上述之一組合的快門。
光學元件403、404、414、415可以是但不限於以下之一，或以下各項的組合：透鏡、反射鏡、棱鏡、自由形式的反射鏡。
光學元件404、415中的一個可產生窄光束417，而另一光學元件403、414可產生相對較寬的光束416。
參見圖4B，投影儀411產生投影光束，該光束由分光器412（例如半鍍銀反射鏡或偏振分光器）分成沿不同方向行進的兩個相同的投影光束。一個指向產生寬光束的光學元件414，另一個通過反射鏡413到達產生窄光束的另一個光學元件415。寬光束光學元件414產生較低解析度的圖像光束416。窄光束光學元件415產生較高解析度的圖像光束417。較低解析度的光束416和較高解析度的光束417都投影在觀看者的視網膜或螢幕418上。
通過以下方法再次實現在窄光束417所在的寬光束416的區域的掩模：數位地使黑畫素顯示在那裡，或者光學地例如使範本在光學元件內部、之前或之後某處的圖像平面上以物理地（光學地）掩蔽投影圖像的那部分。
然後，可選地，窄光束的小圖像的定位可以通過但不限於以下一種或多種來實現：帶反射鏡的致動器、檢流計掃描器、具有楔形（Risley）棱鏡的致動器、具有傾斜或移位透鏡的致動器，如圖5A所示。
如圖4B所示，兩個光束被投影到相同的螢幕上，或者首先例如使用分光器被光學地組合，然後被投影到螢幕上並且被直接觀看，或者通過但不限於目鏡或波導觀看。這在圖5B的光束控制元件519和518中可見。
參見圖5F，示出了光學元件。投影儀5111將投射光束發送到分光器或旋轉鏡5112，該分光器或旋轉鏡5112將投射光束發送到寬光束光學元件5114，並發送到反射鏡5113，該反射鏡5113將投射光束重定向到窄光束光學元件5115。光束從窄光束光學元件5115被發送到反射鏡5119，然後被發送到光束組合器5118（例如，分光器），以與寬光束光學元件5114的輸出相組合。從光束組合器5118，寬光束5116和窄光束5117作為組合的投影光束被發送到觀看者的視網膜或螢幕5110。在使用分光器而不是旋轉鏡作為控制元件的情況下，利用光學或機械快門（例如LCD快門），每個光束每個幀相應地在光學元件5114、5115之前、內部或之後被阻擋或通過，以防止5114和5115接收每幀的相同光束，而不是不同連續幀的不同光束。在以下情況下這當然是不需要的：如果使用偏振分光器，並且圖像的偏振可以在光束到達分光器之前被逐幀進行控制，例如使用可切換的液晶偏振旋轉器。
圖5F和圖5G之間的一個區別是，投影光束被顯示為兩條線，而不是到達光掩模元件之前的一條。這樣做是為了說明如何通過光學掩模元件5130、5131來掩蔽/裁剪投影光束。
參見圖5G，示出了光學元件，用於處理圖3中的圖像結構。投影儀5121將投影光束發送到分光器5122，分光器5122發送兩個相同的投影光束，一個首先發送到反射鏡5123，然後發送到範本5130、5131（遮擋部分圖像的物理屏障）。範本可以在圖像平面上以形成清晰的切口，因此也可以在光學元件（5124和5125）內部，或者光學元件之後。
光束從範本5130、5131離開到達寬光束光學元件5124和窄光束光學元件5125。光束從窄光束光學元件5125被發送到反射鏡5129，然後發送到光束組合器5128（例如，分光器），以與寬光束光學元件5124的輸出進行組合。寬光束5126和窄光束5127從光束組合器5128作為組合的投影光束被發送到觀察者的視網膜或螢幕5120。
參見圖5H，我們看到了頭戴式顯示器的實施例，該實施例使用用於兩個螢幕（雙眼）的單個投影儀5151。首先，將微型顯示器或顯示器的解析度在雙眼之間進行劃分，然後可以將每一幀用於一個投影（大或小圖像）。例如，利用240Hz DLP投影儀，這提供每個螢幕每張圖像120Hz刷新率。
投影儀5151將光束發送到分光器5160，分光器5160發送兩個相同的光束，一個首先從反射鏡5182被反射到模版5161、5171，該模版掩蔽未到達特定眼睛的圖像的部分。在一個實施例中，模版5161、5171可以是諸如LCD快門或LCD pi-單元之類的快門，因此每一幀可以被發送到一個光學元件，並且對於其餘的光學元件5154、5155、5174、5175其被阻擋，諸如在圖2所示的實例中。在另一個實施例中，可以移除模版5161、5171，從而可以將整個圖像的每一幀發送到一個光學元件，並且對於其餘的光學元件5154、5155、5174、5175其被阻擋，諸如在圖2所示的實例中。例如，利用240Hz DLP投影儀，這可以提供每眼每張圖像60Hz刷新率。
左範本（圖的頂部）5161將光束發送到第二分光器5152，第二分光器5152發送兩個相同的光束，一個首先到達反射鏡5153，然後到達兩個LCD快門5162、5163（對於圖2實施例）。對於圖3的實施例，可以用模版（用於遮蓋部分投影光束的物理屏障）代替LCD快門5162、5163。範本可以在圖像平面上才能產生清晰的切口，因此範本也可以位於光學元件（5154和5155）內部或光學元件之後。
光束從快門（或範本）5162、5163到達寬光束光學元件5154和窄光束光學元件5155。光束從窄光束光學元件5155被發送到反射鏡5159，然後再到達光束組合器5158（例如，分光器），以與寬光束光學元件5154的輸出相結合。寬光束5156和窄光束5157從光束組合器5158作為組合的光束被發送到螢幕5150或觀看者的視網膜。
右範本（圖的底部）5171將光束發送到第二分光器5172，第二分光器5172發送兩個相同的光束，一個首先到達反射鏡5173，然後到達兩個LCD快門5180、5181（對於圖2實施例）。對於圖3的實施例，可以用模版（用於遮蓋部分投影光束的物理屏障）代替LCD快門5180、5181。範本必須在圖像平面上才能產生清晰的切口，因此範本也可以位於光學元件（5174和5175）內部或光學元件之後。
光束從LCD快門（或範本）5180、5181離開到達寬光束光學元件5174和窄光束光學元件5175。光束從窄光束光學元件5175被發送到反射鏡5179，然後到光束組合器5178（例如，分光器）以與寬光束光學元件5174的輸出進行組合。寬光束5176和窄光束5177從光束組合器5178作為組合的光束被發送到螢幕5170或觀看者的視網膜。
由於圖2中的方法的視覺暫留和圖3中的方法的掩蔽，兩個部分在圖6B中作為一個均勻的投影圖像604出現。
在圖6A中，該圖示出了代表各個畫素601的矩形。圖6B示出了利用各個畫素來顯示實際圖像604的示圖。
由於最終投影圖像601、604中的較小的高解析度部分603、606可以小於不使用這些方法時所呈現的樣子，與在不使用本文所述方法的情況下利用投影儀可能實現的解析度相比，本文所述的可變解析度螢幕方法和裝置允許實現在投影圖像的一個或更多個部分中可見的更高解析度。
這允許實現可變解析度的螢幕，例如頭戴式顯示器螢幕，其使用一個投影儀或每只眼睛一個，在觀察者的視場中心具有高畫素或掃描線密度而在週邊畫素或掃描線密度較小。
可選地，通過經由但不限於凝視跟蹤攝像頭或電極添加眼球跟蹤，可以將小的高解析度部分603、606定位在較大的低解析度部分602、605上的最終投影圖像601、604上，其中觀看者的視網膜中央凹視圖在任何給定的時間點。這允許在任何給定的時間點始終將更多的畫素或掃描線集中在觀察者的中央凹視覺以及可選地集中在近周邊視覺中。
可選地，可以以與小的高解析度部分603、606的定位相同的方式來實現大的低解析度部分602、605的定位，例如，考慮到眼睛旋轉僅在觀看者的眼睛的視場而不是在觀看者的總視場中具有畫素。
還可以有兩個以上的部分，例如三個部分，一個用於視網膜中央凹視圖，一個用於近週邊，一個用於遠週邊，並且它們可以被組合並且可選地以與上述相同的方式定位。
本領域技術人員將理解，可以改變某些元件的順序，並且可以添加更多的元件，例如在大圖像和小圖像被光學地組合後，一起控制大圖像和小圖像兩者，或者添加更多元件以在最終投影圖像上創建更多的小或大的部分。 用光學平板或反射鏡移動高解析度小圖像或窄的投影光束到低解析度大圖像或寬的投影光束
在另一個實施例中，通過利用光學平板或反射鏡在大而低解析度圖像或投影光束上移位/偏移小而高解析度圖像或投影光束，來實現可變解析度螢幕。
為了實現可變解析度的螢幕，以快速刷新率操作諸如微型顯示器或顯示器之類的單個顯示技術或諸如單個照明微型顯示器、顯示器、LBS（雷射光束控制）投影儀或其他類型的視頻投影儀等單個視頻投影儀（以下稱為“投影儀”）401、411、501、511、521、551、5111、5121、5151。在圖2中，微型顯示器、顯示器或投影儀的每個連續幀（幀n + 1）用於通過共用幀201、202和後者的兩個或多個部分203、204之間的最終圖像205的刷新率來顯示或者投影最終圖像205的一部分的較小的高解析度部分204或最終圖像205的一部分的較大的低解析度部分203。視覺暫留將這兩部分203、204融合為一個最終圖像205。
圖3示出了替代實施例，以實現可變解析度的螢幕，諸如微型顯示器或顯示器之類的單個顯示技術或諸如單個照明微型顯示器、顯示器、LBS（雷射光束控制）投影儀或其他類型的視頻投影儀等單個視頻投影儀（以下稱為“投影儀”）被光學地分成兩個或更多部分301、302。該方法通過犧牲較大的低解析度部分（或多個部分）303，允許較小的高解析度部分（或多個部分）304在最終圖像305上使用更多畫素。
兩種方法也可以組合以允許通過在部分之間共用微型顯示器、顯示器或投影儀的解析度和刷新率兩者來在最終圖像上創建更多部分，或者允許創建兩個或更多個最終圖像，例如用於使用單個微型顯示器、顯示器或投影儀在頭戴式顯示器中為雙眼創建最終圖像。
在圖3中，單個16：9長寬比的微型顯示器被分成兩個部分，例如，被分為1080x1080畫素的較小的高解析度部分301和840x1080畫素的較大的低解析度部分302（然後可以將後者光學翻轉90度以獲得更好的長寬比）的1920x1080畫素的微型顯示器或顯示器。
使用光學方法或光學和機械方法以及可選地數位方法，部分301和302可以被調整大小並且彼此重疊305，並且。較大的低解析度部分303可以在是較小的高解析度部分304且它們重疊的地方被掩蔽。
通過以下方式可以進一步使掩模更加無縫：通過在高解析度小圖像304中以數位解析度衰減使過渡不太突然或利用兩個圖像或者光束上的衰減使畫素變暗來光學或數位地融合邊緣。
兩個部分之間的亮度水平可以被光學地（例如用中性密度濾光器）或數位地平衡。
參見圖4A和圖4B。為了能夠對在最終圖像405上具有不同大小和位置的每個部分使用相同的微型顯示器、顯示器或投影儀401、411，採用圖2中的第一種方法，對於每個幀，通過控制元件將微型顯示器或顯示器的圖像或者投影儀的光束光學機械地或光學地引向兩個光學元件403、404、414、415之一，控制元件例如但不限於旋轉鏡或分光器402、412和可選的反射鏡413。在使用分光器而不是旋轉鏡作為控制元件的情況下，利用光學或機械快門（例如LCD快門），每個圖像或光束每個幀相應地在光學元件403、404、414、415之前、內部或之後被阻擋或通過，以防止403、414和404、415接收每幀的相同圖像或光束，而不是不同連續幀的不同圖像或光束。在以下情況下這當然是不需要的：如果使用偏振分光器，並且光束的偏振可以在光束到達分光器之前被逐幀進行控制，例如使用可切換的液晶偏振旋轉器。
為了能夠對在最終圖像405上具有不同大小和位置的每個部分使用相同的微型顯示器、顯示器或投影儀401、411，採用圖3中的第二種方法，利用控制元件將微型顯示器或顯示器401、411的圖像或投影儀401、411的光束引向兩個光學元件403、404、414、415，控制元件例如但不限於圖像平面上的分光器或反射鏡402、412和可選反射鏡413。在圖像平面上使用分光器而不是反射鏡的情況下，每個圖像或光束相應地利用光學掩模元件（例如模版）在光學元件403、404、414、415之前、內部或之後被掩蔽。反射鏡或範本可以在圖像平面上以創建清晰的切口。
控制元件402、412可以是但不限於反射鏡、多個反射鏡、分光器以及光學或機械快門或與上述之一組合的快門。
光學元件403、404、414、415可以是但不限於以下之一，或以下各項的組合：透鏡、反射鏡、棱鏡、自由形式的反射鏡。
光學元件404、415中的一個可產生小圖像或窄光束417，而另一光學元件403、414可產生相對較大的圖像或較寬的光束416。
在圖5A和圖5B的實施例中，小圖像或窄光束的定位可以通過但不限於以下一種或多種來實現：光學平板或反射鏡506、519、529、559、579 ，2310、2311、5119、5129、5159、5179。
將兩個圖像或光束例如通過分光器光學地組合，並且直接地觀看或通過但不限於目鏡或波導觀看。
由於圖2中的方法的視覺暫留和圖3中的方法的掩蔽，兩個部分在圖6B中作為一個均勻的圖像604出現。
參見圖5E，我們看到圖5B或5F的變型，具有兩個傾斜的光學平板2310和2311。微型顯示器、顯示器或投影儀2301產生圖像或光束，並通過分光器或旋轉鏡2302發送圖像或光束。從分光器2302發出兩個相同的圖像或光束。一個圖像或光束通過低解析度大圖像或寬光束光學元件2304被發送到分光器2308（在此用作光束組合器），其中，在使用圖3中的方法的情況下，高解析度部分被掩蔽。另一個圖像或光束從分光器2302發送到反射鏡2303，再到高解析度小圖像或窄光束光學元件2305，其中，在使用圖3中的方法的情況下，低解析度圖像被掩蔽。從小圖像或窄光束光學元件2305，圖像或光束從反射鏡2309反射到兩個光束控制元件2310、2311，以偏移大圖像或寬光束的軸上的小圖像或窄光束（在利用光束組合器2308被組合之後）。在該圖示中，光束控制元件是兩個厚的光學平板2310、2311，其分別在X和Y軸上旋轉以使圖像或光束在這兩個相應的軸上偏移。光學平板2310、2311均可以用在兩個軸上旋轉的單個反射鏡或兩個旋轉/傾斜鏡代替，僅列舉一些可能的替代實施例。移位的圖像或光束從第二光學平板2311行進至分光器2308（在此用作光束組合器）。低解析度大圖像或寬光束2306和高解析度小圖像或窄光束2307從分光器2308行進至螢幕2300或觀看者的視網膜。
在使用分光器而不是旋轉鏡作為控制元件2302並使用圖2中的方法的情況下，利用光學或機械快門（例如LCD快門），每個圖像每個幀相應地在光學元件2304、2305之前、內部或之後被阻擋或通過，以防止2304、2305接收每幀的相同圖像，而不是不同連續幀的不同圖像。在以下情況下這當然是不需要的：如果使用偏振分光器，並且圖像的偏振可以在光束到達分光器之前被逐幀進行控制，例如使用可切換的液晶偏振旋轉器。
在圖6A中，該圖示出了代表各個畫素601的矩形。圖6B示出了利用各個畫素來顯示實際圖像604的示圖。
利用傾斜/旋轉鏡和旋轉楔形（Risley）棱鏡，投影光束或圖像被控制並獲得透視畸變，如圖7B所示，並且隨著圖像或光束被控制遠離中心，一些光學像差逐漸變差。為了固定透視畸變，可以對圖像702進行數位預失真，這可以顯著減小高解析度小圖像的可能尺寸以及使用的畫素的數量。
另外，如果在定位過程中存在任何不準確性或精度問題，則可見的失真和接縫非常明顯，因為數位失真和圖像或投影光束與通過反射鏡、棱鏡或其他傾斜元件的當前定位不匹配，如圖8A所示。
圖7A是原始圖像701，圖7B是透視變形的圖像702。
在圖8A中，看到正確的圖像801。在右側的圖像802（圖8B）中，可以看到導致兩個圖像部分之間的失真和接縫的數位成像和圖像定位以及失真失配。
替代地，通過移位/偏移圖像或光束，這些問題不會發生。
光束或圖像可以通過但不限於兩個傾斜/旋轉光學平板（每個軸一個）、兩個雙軸傾斜/旋轉鏡（例如Optotune™ MR-15-30-PS-25x25D或四個傾斜/旋轉鏡（每個軸兩個）被偏移。
在圖9A-D中，光學平板902是在可見光譜中透明的玻璃平板或塑膠聚合物平板，其允許移位/偏移圖像或投影光束903。
圖像以及投影光束903都可以通過該方法移動。後者允許具有相對較小的平板902，該平板902可以將投影光束引導至投影光學元件，該投影光學元件可以產生較大的投影圖像，而不需要通過頭戴式顯示裝置中的目鏡、波導或類似光學元件進行更大的放大。
然而，當目鏡光學元件可以執行放大，目鏡、波導或類似光學元件需要有限的移動量或需要有限的放大時，也可以通過這種方法來移動圖像。
在圖9B中，我們看到了20x20x20mm的PMMA（聚（甲基丙烯酸甲酯））聚合物光學平板902，准直的5mm寬638nm波長光束903穿過它並被偏移。在此示例中，平板可以傾斜+34度（範圍為±34度），並使光束偏移最多8.04毫米。考慮到這樣的光束稍後穿過投影透鏡並且在通過目鏡或波導進行觀察時5mm的光束意在覆蓋20度視場的情況，16.08mm的偏移將允許移動高解析度圖像，光束包含超過64度或更大的角度，這比普通人可以舒適地旋轉眼睛的角度還要大。
在圖9B中，光學平板904傾斜-34度，以使光束903向下偏移8.04mm。
如圖5E所示，將需要兩個這樣的平板902、904，它們在不同的軸線上旋轉以允許光束903在兩個軸線上移動，或者使光學元件（例如Dove道威棱鏡）或相同的反射鏡元件在兩個平板902、904之間以允許它們在同一軸線上旋轉。
該圖示僅出於示例目的，並且平板902、904的不同材料和尺寸，光束903的不同尺寸和旋轉範圍都是可能的。
由光學平板902、904引起的RGB圖像或投影光束903的輕微色散可以通過相應地使每個顏色通道數位偏移幾個畫素來補償。由於僅可能需要僅對具有較高折射率的一個或兩個顏色通道進行偏移，所以一個或兩個顏色通道將無法在圖像或投影光束903的邊緣上達到相同的偏移，這可以通過輕微地在邊緣上數位地或光學地裁剪圖像或投影光束903來解決，因此每個顏色通道中的畫素可以偏移所需的數量，以消除色散造成的顏色通道分離。與由於先前實施例的透視畸變的校正導致的畫素/細節損失相比，邊緣上畫素損失可以忽略不計。
在以上示例中，在極端的±34度平板傾斜下，在445nm波長處的折射角為±21.9度，在638nm波長處的折射角為±22.1度。這導致圖像或投影光束903的紅色和藍色通道之間0.06mm的色散。假定此5mm寬的圖像或投影光束903的解析度為1080畫素乘以1080畫素，則相當於0.06 x 1080/5 = 12.96畫素。在光束903的每個邊緣上犧牲13個畫素將允許數位地偏移顏色通道以消除任何角度的色散影響。
具體地看圖9A，我們看到光束903通過空氣901移動到平板902。由於平板902垂直於光束903，所以光束903筆直穿過平板902。
在圖9B中，平板904傾斜-34度，使光束903向下偏移8.04mm。
在圖9C中，平板902傾斜+34度，使光束903向上偏移8.04mm。
在圖9D中，存在彼此重疊的單個平板902、904的兩個視圖，用於說明光束從一個角度偏移到另一個角度的程度。平板視圖904傾斜-34度，導致光束903向下偏移8.04mm，而平板視圖902傾斜+34，導致光束903向上偏移8.04mm。因此，光束903可以上下偏移，從而產生相距最多16.08mm的圖像或光束。
如圖10A和圖10B所示，平板902、904也可以替換為2d反射鏡（雙軸傾斜/旋轉反射鏡，例如Optotune™ MR-15-30-PS-25x25D）或兩個反射鏡1001、 1002或1003、1004。這樣節省成本，但需要更大的空間。另一方面，色散不是反射鏡的問題。
在圖10A中反射鏡1001、1002傾斜45度，在圖10B中反射鏡1003、1004傾斜40度。
如圖11所示，在兩個軸上旋轉的兩個2D反射鏡或四個反射鏡1101、1102、1103、1104可以用來在兩個軸上移動光束或圖像。
在圖11中，僅出於說明目的，兩個反射鏡1101、1102均具有俯視圖，第二組反射鏡1103、1104在另一個軸上。
圖12示出了另一個實施例。第二組反射鏡1204、1205可以在另一個軸上翻轉和旋轉，或者為了節省一個軸上的空間，可以在兩個2d反射鏡或反射鏡對1201、1202和1204、1205之間放置道威棱鏡1203或等效的反射鏡組件，以翻轉由上一組執行的偏移的軸，並使將其移動/偏移的反射鏡和組件在同一軸上。
在圖12中，我們看到了使用道威棱鏡1203時射線的行進路徑（在此圖中道威棱鏡的比例和角度不準確，射線在道威棱鏡本身內部的行進路徑也不準確）。
由於最終圖像中的較小的高解析度部分可以小於其不使用這些方法時所呈現的，與在不使用本文所述方法的情況下利用顯示器、微型顯示器或投影儀可能實現的解析度相比，本文所述的可變解析度螢幕方法和裝置允許實現在最終圖像的一個或更多個部分中可見的更高解析度。
這允許實現可變解析度的螢幕，例如頭戴式顯示器螢幕，其使用少至一個微型顯示器、顯示器或或投影儀或每只眼睛一個，在觀察者的視場中心具有高畫素或掃描線密度而在週邊中畫素或掃描線密度較小。
通過經由但不限於凝視跟蹤攝像頭或電極添加眼球跟蹤，可以將小的高解析度部分在較大的低解析度部分上的最終圖像上移動，其中觀看者的視網膜中央凹視圖在任何給定的時間點。這允許在任何給定的時間點始終將更多的畫素或掃描線集中在觀察者的中央凹視覺以及近周邊視覺中。
可選地，大的低解析度部分的定位可以以與小的高解析度部分的定位相同的方式來實現，例如，考慮到眼睛旋轉僅在觀看者的眼睛的視場而不在觀看者的總視場中具有畫素。
還可以有兩個以上的部分，例如三個部分，一個用於視網膜中央凹視圖，一個用於近週邊，一個用於遠週邊，並且它們可以以與上述相同的方式被組合。
本領域技術人員將理解，可以改變圖中某些元件的順序，並且可以添加更多的元件，例如在大圖像和小圖像被光學地組合後，一起偏移大圖像光束和小圖像或光束兩者，或者添加更多元件以在最終圖像上創建更多更大或更小的部分。 無移動元件的可變解析度的螢幕
在另一實施例中，在沒有機械移動元件的情況下，通過在大的低解析度圖像或投影上創建並數位地光學定位小的高解析度圖像或投影實現可變解析度的螢幕。
用於至少一個大的低解析度部分201和至少一個小的高解析度部分202的圖像源可以是相同的微型顯示器、顯示器或投影儀，其具有在最終圖像或光束的兩個或更多部分203、204之間分佈的連續幀（幀n和幀n + 1）（請參見圖2）。或者如圖3所示，微型顯示器、顯示器或投影儀的圖像的一部分可以光學地分成兩個301、302或更多，並分配在至少一個大的低解析度部分303和至少一個小的高解析度部分304之間。或者，至少一個大的低解析度部分和至少一個小的高解析度部分每個可以具有不同的微型顯示器、顯示器或投影儀作為圖像源，如圖13所示。
參見圖3，單個16：9長寬比的微型顯示器或顯示器被分成兩個部分，例如，1920x1080畫素的微型顯示器或顯示器分為1080x1080畫素的較小的高解析度部分301和840x1080畫素的較大的低解析度部分302（然後可以將後者光學翻轉90度以獲得更好的長寬比）。
缺少機械移動元件具有以下優點：
首先，消除移動元件消除了對振動、未對準、機械故障、可聽雜訊或與使用機械移動元件相關的任何其他問題的敏感性。
其次，基於如下所述所使用的光學掩模元件的速度，小的高解析度部分的重新定位可以花費低至幾微秒到幾毫秒的時間。相反，很難使致動器使反射鏡、棱鏡或平板旋轉得與人眼的眼跳移動一樣快，同時又要使這種馬達對於可穿戴裝置盡可能地小。
第三，定位花費相等的時間量，而與小的高解析度部分必須定位到的新位置無關。
首先，在整個或大部分螢幕上或觀看者的視網膜或人眼可以旋轉或聚焦的螢幕的部分上，光學地複製圖像或投影光束。
這可以例如通過使用透鏡陣列來實現。為了說明性和示出示例的目的，使用了單面或雙面透鏡陣列，但是可以使用多元件透鏡和/或透鏡陣列設置來減少複製的圖像或視頻投影中的光學像差。
圖13示出了使用透鏡陣列的兩個微型顯示器、顯示器或投影儀1301、1302的實施例。大圖像或寬光束由第一微型顯示器、顯示器或投影儀1301創建，並直接（或通過大圖像或寬光束光學元件）發送到最終圖像1305。第二微型顯示器、顯示器或投影儀1302創建小圖像或窄光束，將其發送到透鏡陣列（或其他複製元件）1303，然後發送到光學掩模元件1304，以掩蔽（隱藏）要顯示的一個複製的圖像外部區域中的複製圖像。圖像或光束然後前進到最終圖像1305，在此它與來自第一微型顯示器、顯示器或投影儀1301的大圖像或寬光束組合。
圖14示出了使用單個微型顯示器、顯示器或投影儀1401的類似實施例。圖像或光束從微型顯示器、顯示器或投影儀1401到達圖像或光束控制元件1402。控制元件1402分離圖像或光束，最終圖像或光束的大圖像部分直接（或通過大圖像或寬光束光學元件）發送到最終圖像1405（在某些實施例中，例如圖3中，圖像相應地首先被掩蔽以提取較小和較大的圖像部分）。最終圖像或光束的小圖像部分被發送到透鏡陣列（或其他複製元件）1403，然後被發送到光學掩模元件1404，以掩蔽（隱藏）在要顯示的一個複製品圖像外部區域中的複製品。然後，該小圖像或窄光束與來自控制元件1402的大圖像或寬光束組合以形成最終圖像1405。
圖15顯示了如何以這種方式複製顯示器、微型顯示器或投影光束的最簡單設置，圖16A和16B顯示了類比的結果。
在圖15中，圖像源（顯示器、微型顯示器或投影儀）1501將圖像發送到透鏡1502，透鏡1502將其發送到孔徑光闌1504。然後圖像或光束前進到透鏡陣列1503，然後到螢幕1505或觀看者的視網膜。
圖16A和16B示出了模擬的結果。圖16A是來自顯示器、微型顯示器或投影儀1601的原始圖像，圖16B是螢幕或觀看者的視網膜1602上的所得圖像。
圖17A示出了具有光掩蔽元件的一個可能位置的簡單設置。1701是微型顯示器、顯示器或投影儀，1702是來自1701的單個畫素的光錐（光束）。1703是多元件透鏡的簡化圖示。1704是第一透鏡陣列，其將畫素光錐（光束）聚焦到中間圖像平面上的LCD微型顯示器光學掩膜元件1705上的畫素，1706是第二透鏡陣列，其將畫素光錐再次聚焦到投影螢幕1707或觀看者的視網膜上的最終圖像平面。第二透鏡陣列1706也可以用其他光學元件代替，例如普通的投影透鏡或目鏡。
圖17B示出了用於光學掩模元件的反射微型顯示器，諸如LCoS或DLP。1711是產生圖像或光束的微型顯示器、顯示器或投影儀，1712是來自1711的單個畫素的光錐（光束），1713是多元件透鏡的簡化圖示，1714是第一透鏡陣列，將畫素光錐（光束）聚焦到中間圖像平面上的LCoS微型顯示器光學掩膜元件1715上的畫素，1717是第二透鏡陣列，其再次將畫素光錐（光束）聚焦在投影螢幕1718或觀看者視網膜上的最終圖像平面上。偏振分光器或PBS（偏振分光器）立方體1716用於將從LCoS微型顯示器光學掩模元件1715反射的圖像或光束重定向到第一透鏡陣列側面的90度而不是第一透鏡陣列後面。第二透鏡陣列1717也可以用其他光學元件代替，例如普通的投影透鏡或目鏡。利用DLP微型顯示器，可以使用TIR或RTIR（全內反射）棱鏡代替偏振分光器或PBS（偏振分光器）立方體1716。
圖17C示出了也可以使用顯示器而不是微型顯示器，例如LCD顯示器作為光學掩模元件，其中其反射層和背光層被去除。1721是產生圖像或光束的微型顯示器、顯示器或投影儀，1722是來自1721的單個畫素光錐（光束），1723是多元件透鏡的簡化圖示，1724是透鏡陣列，其通過利用分光器1725反射光束，將畫素光錐（光束）聚焦到在LCD顯示器光學掩模元件1726後面的圖像平面上的螢幕1727上的畫素。來自第二顯示器1728的圖像也從分光器反射，因此眼睛1720直接看到或通過目鏡或波導1729看到第二顯示器和該螢幕。這裡，螢幕1727用於顯示小的高解析度圖像，顯示器1728用於顯示由分光器1725組合的最終組合圖像的大的低解析度圖像。
替代地，也可以使用LCD顯示器作為光學掩膜元件，其反射層和背光層被去除，利用單個的微型顯示器、顯示器或投影儀（或兩個，如圖13所示）產生圖像或光束而沒有第二顯示器1728，如圖17D所示。在如圖2所示的時分複用方法的情況下，也不需要如圖20和圖21所示的分光器1725。
在一個實施例中，分光器1725是反射型偏振分光器。在一個實施例中，第一四分之一波片（未示出）可以位於分光器1725和螢幕1728之間和/或第二四分之一波片（未示出）可以位於分光器1725和螢幕1727之間。四分之一波片可以分別旋轉螢幕1728和螢幕1727反射的光的偏振。
在圖17D的圖示中，未示出用於生成複製的圖像或光束的元件，並且在表示微型顯示器、顯示器或投影儀或兩個微型顯示器、顯示器或投影儀的1731中，具有如在圖13和圖14中所描述的已光學組合的寬光束和複製的光束。寬光束1732的單個畫素的光錐（光束）和複製光束1733的單個畫素的光錐（光束）通過被從分光器1734反射都聚焦在LCD顯示器光學掩模元件1735後面的圖像平面上的螢幕1736上的畫素上。眼睛1738直接看到或通過目鏡或波導1737看到螢幕1736。
在一個實施例中，分光器1734是反射型偏振分光器。第一四分之一波片（未示出）可以位於分光器1734和螢幕1736之間。四分之一波片可以旋轉螢幕1736反射的光的偏振。
在將微型顯示器、顯示器或投影儀分成兩個或更多個部分的情況下，如圖3所示，可以使用分光器，並且還可以如圖17E所示使用第二螢幕。
在如下描述圖17E中，未示出用於生成複製的圖像或光束的元件，並且這些元件在光學系統1741中，該光學系統表示微型顯示器、顯示器或投影儀或兩個微型顯示器、顯示器或投影儀、圖像控制元件、小和/或大圖像光學元件、圖像分離元件和/或光束組合器的一個或更多個。在一個實施例中，光學系統1741包括一個或更多個圖像源、圖像控制元件、小圖像光學元件、大圖像光學元件和光束組合器。圖像控制元件可以被配置為將圖像分離為第一圖像分量和第二圖像分量，以及將第一圖像分量引導至第一目的地並且將第二圖像分量引導至第二目的地。寬光束（例如，代表低解析度大圖像）和複製的光束（例如，代表高解析度小圖像的多個複製品）可能已經在光學系統1741的輸出端處如圖13和圖14中所述的進行了光學組合。寬光束可以是或代表低解析度大圖像，並且複製的光束可以是或代表高解析度小圖像的多個複製品。低解析度大圖像和高解析度小圖像的多個複製品可能已經如圖13和圖14中所述的被光學地組合為組合圖像。
寬光束1742的單個畫素的光錐（光束）和複製的光束1743的單個畫素的光錐（光束）可以分別聚焦到第二螢幕1747和螢幕1746上的畫素，後者通過從分光器1744被反射而在光學掩模元件1745（例如，可以是LCD顯示器光學掩模元件或另一類型的光學掩模元件）之後的圖像平面上。寬光束1742穿過分光器1744，而由於這些光束具有不同的偏振（或者在該分光器是具有不同的光波長的帶通濾光器或二向色濾光器的情況下），複製的光束從分光器1744被反射。在一個示例中，低解析度大圖像可以通過分光器1744到螢幕1747上，並且高解析度小圖像的多個複製品可以從分光器1744反射到螢幕1746上。光學掩模元件1745可以位於螢幕1746和分光器1744之間，並且可以掩蔽高解析度小圖像的多個複製品中的一個或更多個，從而保留高解析度小圖像的單個複製品，如所述以上。螢幕1746和1747由分光器1744光學組合，並由眼睛1749直接看到或通過目鏡或波導1748看到。因此，分光器1744可將高解析度小圖像的單個複製品與低解析度大圖像重新組合，以產生可變解析度的圖像，該圖像可以被引導到目鏡或波導1748或直接聚焦在觀看者的眼睛1749上。
在一個實施例中，分光器1744是反射型偏振分光器。在一個實施例中，第一四分之一波片（未示出）可以位於分光器1744和螢幕1747之間，和/或第二四分之一波片（未示出）可以位於分光器1744和螢幕1746之間。四分之一波片可以分別旋轉從螢幕1747和螢幕1746反射的光的偏振，以允許來自螢幕1747的反射光從分光器1744（反射型偏振分光器）反射並且允許來自螢幕1746的反射光穿過分光器1744（反射型偏振分光器）並到達眼1749和/或目鏡或波導1748。
可替代地，在如圖3所示將微型顯示器、顯示器或投影儀分成兩個或更多部分的情況下，類似於圖2所示的時分複用的情況，既不需要分光器也不需要第二螢幕，如圖17F和17G所示。
在圖17F中，未示出用於生成複製的圖像或光束的元件，並且這些原件在1751中，其表示微型顯示器、顯示器或投影儀或兩個微型顯示器、顯示器或投影儀，如圖13和圖14已經描述的寬光束和複製的光束已經被光學組合。
寬光束1752的單個畫素的光錐（光束）和複製的光束1753的單個畫素的光錐（光束）通過被從分光器1754反射都聚焦到LCD顯示器光學掩模元件1755後面的圖像平面上的螢幕1756上的畫素。眼睛1759直接看到或通過目鏡或波導1757看到螢幕1756。
為了能夠使寬光束和複製的光束都通過相同的LCD顯示器光學掩模元件，但是使用光學掩模元件來阻擋複製的光束，使用可切換的液晶偏振旋轉顯示器而不是傳統的LCD顯示器光學掩模元件，可切換的液晶偏振旋轉顯示器是沒有偏振器的LCD顯示器光學掩模元件。單個偏振器1758，而不是LCD顯示器光學掩模元件和顯示器上的兩個偏振器，被放置在觀看者的眼睛1759之前，目鏡或波導1757的前面，或者位於它之前或LCD顯示器光學掩模元件1755左側的某處。
在這種情況下，寬光束沒有被偏振，或者在偏振狀態下，寬光束在穿過可切換的液晶偏振旋轉器/ LCD顯示器光學掩模元件1755之後，偏振器1758不會濾除該寬光束。如LCD顯示器光學掩模元件1755和偏振器1758所期望的，複製的光束被掩蔽，而寬光束未被掩蔽或在複製的光束未被掩蔽的地方被掩蔽。
在一個實施例中，分光器1754是反射型偏振分光器。在一個實施例中，第一四分之一波片（未示出）可以位於分光器1754和螢幕1756之間。四分之一波片可以旋轉螢幕1756反射的光的偏振。
如前所述，分光器1754不是必需的，並且出於諸如減小裝置的物理尺寸之類的原因而使用。圖17G示出了與圖17F相同的系統，其中沒有分光器1754。
在圖17G中，未示出用於生成複製的圖像或光束的元件，並且這些元件在1761中，其表示微型顯示器、顯示器或投影儀或兩個微型顯示器、顯示器或投影儀，具有如圖13和圖14中描述的已經光學組合的寬光束和複製的光束。
寬光束1762的單個畫素的光錐（光束）和複製的光束1763的單個畫素的光錐（光束）都聚焦到LCD顯示器光學掩模元件1764後面的圖像平面上的螢幕1765上的畫素。眼睛1768直接或通過目鏡或波導1766看到螢幕1765。
為了能夠使寬光束和複製的光束都通過相同的LCD顯示器光學掩模元件，但是使用光學掩模元件來阻擋複製的光束，使用可切換的液晶偏振旋轉顯示器而不是傳統的LCD顯示器光學掩模元件，可切換的液晶偏振旋轉顯示器是沒有偏振器的LCD顯示器光學掩模元件。單個偏振器1767，而不是LCD顯示器光學掩模元件和顯示器上的兩個偏振器，被放置在觀看者的眼睛1768之前，目鏡或波導1766的前面，或者位於它之前或LCD顯示器光學掩模元件1764左側的某處。
在這種情況下，寬光束沒有被偏振，或者在偏振狀態下，寬光束在穿過沒有偏振器的可切換的液晶偏振旋轉器/ LCD顯示器光學掩模元件1764之後，偏振器1767不會濾除該寬光束。如沒有偏振器的LCD顯示器光學掩模元件1764和偏振器1767所期望的，複製的光束被掩蔽，而寬光束未被掩蔽或在複製的光束未被掩蔽的地方被掩蔽。
利用光學掩模元件，可以一次顯示一個複製的圖像，但是，通過對源幀進行數文書處理，可以對複製的圖像陣列區域上任何地方可見的原始圖像進行數位和光學重建，同時隱藏所有其他內容，其位置精度最高可達光學掩模元件的畫素解析度，並且定位速度等於光學掩模元件的幾微秒到毫秒的畫素切換速度。
作為示例，讓我們考慮每個複製的圖像由4個部分（1、2、3和4）組成，如圖18的專案1801所示。在圖18中，左列的專案將這些部分圖示為：帶數位的正方形，而右列使用實際的圖像部分。
在圖18中，如1802，堆疊了4個這樣的複製的圖像。如果我們想在該陣列1802的中間顯示一個複製的圖像，則無法如專案1803所示。
然而，如果我們獲取原始圖像1801，將其數位地劃分為4片段，然後像1804中那樣以數位方式重新定位這些片段，那麼即使一次顯示4個複製品的一部分，我們也將獲得想要的結果。
然後，掩蔽複製品，並通過光學和數位方法正確地重建原始圖像1801，如1805中所示。
由於所討論的諸如DLP、LCoS或LCD微型顯示器或LCD顯示器的光學掩模元件通常不是透鏡陣列的解析度的兩倍而是更多，因此可以將圖像劃分為4個矩形，並且不僅可以在圖像的中間進行數位化重新排列，而且可以在圖像上的任何所需位置進行數位化重新排列，如在圖19中的1901、1902、1903、1904中看到的那樣，可能的限制是源圖像顯示器、微型顯示器或投影儀的解析度以及光學掩膜元件的解析度。當然，來自光學掩模元件的可見部分不能大於來自陣列的單個複製的圖像的尺寸。 頭戴式顯示器實施例
上面的光學設計可以用於許多不同類型的圖像和視頻顯示器。在頭戴式顯示器中，小的空間要求帶來了其他挑戰。
圖20示出了本發明在頭戴式顯示器中的安裝的直接實施例。如圖4A、圖4B、圖5、圖13、圖14、圖17所示的可變解析度光學元件2003產生直接發送到螢幕2004的高解析度小圖像2005和低解析度大圖像2006。人眼2001通過從螢幕2004上的圖像中收集光2007的透鏡2002或其他光學元件觀看。
圖21示出了本發明在頭戴式顯示器中的安裝的間接實施例。如圖4A、圖4B、圖5、圖13、圖14、圖17中所示的可變解析度光學元件2103產生從反射鏡2108反射的圖像。來自反射鏡2108的高解析度小圖像2105和低解析度大圖像2106被發送到螢幕2104。人眼2101通過從螢幕2104上的圖像中收集光2107的透鏡2102或其他光學元件觀看。
圖22示出了在頭戴式顯示器中具有本發明的安裝的分光器的間接實施例。如圖4A、圖4B、圖5、圖13、圖14、圖17中所示的可變解析度光學元件2203產生從反射鏡2208反射的圖像。反射鏡2208將光反射到分光器2209，分光器2209反射高解析度小圖像2205和低解析度大圖像2206到螢幕2204上。人眼2201透過透鏡2202或其他光學元件以及分光器2209觀看來自螢幕2204上的圖像的光2207。
在一個實施例中，分光器2209是反射型偏振分光器。在一個實施例中，四分之一波片（未示出）可以位於分光器2209和螢幕2204之間。四分之一波片可以旋轉從螢幕2204反射的光的偏振，以允許來自螢幕2204的反射光通過分光器2209（反射型偏振分光器）並到達眼睛2201和/或目鏡或波導2202。
圖23示出了使用第一光源和第二光源的組合的實施例，該第一光源將圖像輸出到螢幕上以示出可變解析度圖像的第一部分，該第二光源顯示可變解析度圖像的第二部分。在一個實施例中，第一光源是將圖像投影到投影螢幕上的投影儀，第二光源是顯示器或微型顯示器。
光學系統2341可以包括用於生成複製的圖像或光束的元件，如上所述。光學系統可以包括例如圖像源，諸如微型顯示器、顯示器或投影儀，並且還可以包括產生複製的光束（例如，高解析度小圖像的複製品）的透鏡陣列。
複製的光束2343的單個畫素的光錐（光束）可以聚焦到螢幕2346上的畫素。螢幕2346可以通過從分光器2344被反射而在光學掩模元件2345（例如，可以是LCD顯示器光學掩模元件或另一種類型的光學掩模元件）後面的圖像平面上。因此，高解析度小圖像的多個複製品可以從分光器2344反射到螢幕2346上。光學掩模元件2345可以位於螢幕2346和分光器2344之間，並且可以掩蔽高解析度小圖像的多個複製品中的一個或更多個，從而保留高解析度小圖像的單個複製品，如所述以上。
第二圖像源2347可以是顯示器或微型顯示器，例如有機發光二極體（OLED）顯示器、液晶顯示器（LCD）或其他螢幕顯示器。
第二圖像源2347可以輸出低解析度大圖像（由單個光束2342表示），該圖像可以從分光器2344反射向眼睛2349、目鏡和/或波導2348。高解析度小圖像（由單個光束2370表示）的單個剩餘複製品可以通過分光器2344朝向2349、目鏡和/或波導2348。高解析度小圖像的單個剩餘複製品可以與低解析度大圖像合併（例如，疊加到其上）以形成可變解析度圖像，該可變解析度圖像可以定向到目鏡或波導2348或直接聚焦到觀看者的眼睛2349上。
反射型和透射型微型顯示器或顯示器（例如，DLP、LCoS和LCD）在每個單獨畫素或子畫素之間具有不透明或非反射間隙。如果將這樣的微型顯示器或顯示器用作光掩膜元件，並將其恰好放置在中間圖像平面上，並且投影到其上的圖像的畫素大小小於或接近畫素間隙的大小，則解析度會因以下原因而損失：一些畫素完全或部分投影在這些不透明或非反射間隙上。這可能會導致“紗窗效應”，在紗窗效應中，在畫素之間可能會出現水平和垂直黑線的網格。此外，如果添加解析度，則來自光學掩膜元件微型顯示器或顯示器的任何紗窗效應都將保留。該問題的一種可能的方案是使光學掩模元件輕微偏離中間圖像平面。例如，光學掩模元件可以偏離小圖像光學元件的焦平面，可以偏離大圖像光學元件的焦平面，或者可以偏離本文描述的光學系統的焦平面。這確實會產生使掩模和掩模邊緣散焦的副作用。然而，如前所述，在一些實施例中，掩模和/或掩模邊緣的散焦實際上可能是期望的效果。
圖24A示出了根據一個實施例的源圖像。圖24B示出了根據一個實施例的在中間圖像平面上的光學掩模元件上的圖24A的源圖像。如圖所示，畫素之間存在間隙，顯示為水平和垂直黑線的網格。圖24C示出了根據一個實施例的在與中間圖像平面（焦平面）略微偏移的光學掩模元件上的圖24A的源圖像。如圖所示，紗窗效應被最小化。
代替使高解析度小圖像的多個複製品在光掩模元件上被簡單地掩模以僅反射或透射一個複製品，要反射和透射的一個或更多個複製品也可以使其在光學掩膜元件上的對應的畫素顯示相同的圖像，儘管解析度較低。類似地，光學掩模元件（或不同的光學掩模元件）可以不僅簡單地完全透射或反射低解析度大圖像，而且可以顯示相同的低解析度大圖像。這可能有兩個目的：
1. 通過對同一圖像進行兩次空間調製，即使在光學掩膜元件微型顯示器或顯示器上以可能更低的解析度進行顯示，也可以增強最終圖像的對比度。如果光學掩模元件輕微偏移到中間圖像平面，則由光學掩模元件顯示的圖像的低解析度版本將變得模糊，但是還受益於其畫素上沒有尖角。所產生的效果與液晶電視和監視器中稱為“全陣列局部調光”的技術所實現的效果非常相似。這可用於高解析度小圖像以及低解析度大圖像。
2. 由於光學掩模元件的解析度可能明顯高於全陣列局部調光LCD電視和監視器內部的LED陣列，並且由於低解析度大圖像的解析度和光學掩模元件的解析度可能相同，並且由於人眼對色度（顏色）的敏銳度比對照度（亮度）的敏銳度低，因此光學掩模元件不僅可以用於增強對比度，還可以用於增強最終圖像的色深（位深）。產生的效果與通過視頻編碼和解碼技術實現的效果非常相似，該技術的色度（顏色）解析度比照度（亮度）低，稱為“色度子採樣”。這可用於高解析度小圖像以及低解析度大圖像。
圖25從左到右示出了空間調製圖像兩次或空間調製存儲原始圖像的不同位深(色深)資訊的兩個圖像如何在右邊產生更高對比度和/或更高位深(色深)的圖像。在圖25中，原始圖像2505穿過光學掩模。光學掩模可以是顯示圖像2510的副本的顯示器或微型顯示器。原始圖像2505和圖像2510的副本可以被組合以形成合併的圖像2515，與原始圖像2505相比，其可以具有改善的對比度和/或改善的色深（位深）。圖26從左到右示出了再次空間調製高解析度小圖像或者空間調製在光學掩模元件上以較低解析度顯示的高解析度小圖像的不同的位深(色深)資訊如何在右邊產生更高對比度和/或更高位深(色深)的圖像。如圖所示，透鏡陣列可以輸出高解析度小圖像2605的單個複製品。光學掩模元件可以掩蔽高解析度小圖像的其他副本，並且還可以顯示高解析度小圖像2610的副本。高解析度小圖像2610的副本可以具有比高解析度小圖像2605的複製品低的解析度。高解析度小圖像2605的單個複製品可以與高解析度小圖像2610的副本組合以形成合併的高解析度小圖像2615，與單獨的高解析度小圖像2605的單個複製品相比，其可以具有改進的對比度和/或改進的色深(位深)。
如果微型顯示器、顯示器或投影儀具有子畫素，則其可以存儲最終圖像的第一組位深（色深），並且光學掩膜元件微型顯示器或顯示器可以顯示其餘部分。例如，OLED微型顯示器可以顯示8位元畫素，然後可以使用光學掩膜元件LCoS、LCD或DLP微型顯示器來再次調製畫素，以在最終圖像上達到10位元或更多位深（色深）。
如果微型顯示器、顯示器或投影儀按顏色順序運行，則其可以存儲最終圖像的第一組位深（色深），並且光學掩模元件微型顯示器或顯示器可以再次顯示其餘部分。例如，LCoS微型顯示器可以顯示8位元畫素，然後可以使用光學掩膜元件LCoS、LCD或DLP微型顯示器再次調製畫素，以在最終圖像上達到10位元或更多位深（色深）。
此外，如前所述，單個微型顯示器、顯示器或投影儀也可以指微型顯示器、顯示器或投影儀，其中將單獨的顯示器或微型顯示面板用於每個顏色通道，並且例如利用三向色的棱鏡、X-立方體棱鏡或二向色濾鏡，將它們光學結合。在這種情況下，例如，三個LCoS微型顯示器每個可以顯示8位元畫素，然後可以使用光學掩膜元件LCoS、LCD或DLP微型顯示器再次調製光學組合的24（8x3）位元畫素，以在最終圖像上達到30位元或更多位深（色深）。
具有至少一個高解析度小光學元件和至少一個低解析度大光學元件除了可以創建最終的可變解析度圖像外，還可以起到更多的作用，因為可變解析度螢幕也可以用於允許使用者在這些光學元件之間切換以控制螢幕的視場。例如，如果可變解析度螢幕裝置用作可穿戴顯示器，則可以在不同的小或大光學元件之間切換以光學地調整虛擬顯示器的尺寸。相反，通過數位方式這樣做會降低解析度。此外，光學元件之一可以包括使用者控制的變焦透鏡，以將虛擬顯示器的尺寸調節到範圍內的任何期望的尺寸。
本領域普通技術人員將熟悉並理解包括其實現的前述裝置和操作。在不影響這些發明的範圍的情況下，可以按比例放大或縮小或改變本說明書中使用的所有尺寸和比例。
以上對實施例、替代實施例和特定示例的描述是作為示例給出的，並且不應視為限制性的。此外，在不脫離本發明的精神的情況下，可以在本實施例的範圍內進行許多改變和修改，並且本發明包括這樣的改變和修改。
101:單畫素 102:單掃描線 103:多焦點 104:中心 105:週邊 201:組合螢幕的低解析度部分(幀n) 202:組合螢幕的高解析度部分(幀n+1) 203:組合螢幕的低解析度部分 204:組合螢幕的高解析度部分 205:最終圖像 301:用於高解析度部分的部件 302:用於高解析度部分的部件 303:組合螢幕的低解析度部分 304:組合螢幕的高解析度部分 305,418,2300,5110,5120,5150,5170,1505,707,1718,1727,1728,1736,1746,1747,1756,1765,2004,2104,2204,2346:螢幕 401,411,501,511,521,551,2301,5111,5121,5151,1301,1302,14011501,1601,1701,1711,1721,1731,1741,1751,1761:微型顯示器、顯示器或投影儀 402,412,502,506,1402:圖像或光束控制元件 403,404,414,415,503,504,514,515,524,525,554,555,574,575,2304,2305,5114,5115,5124,5125,5154,5155,5174,5175,2003,2103,2203:光學元件 405,505,1305,1405:最終圖像或光束 413,2303,2309,5119513,523529580,553,573,559,579,5113,5123,5129,5159,5179,5182,5153,5173,1001~1004,1101~1104,1201,1202,1204,1205,2108,2208:反射鏡 416,417,516,517,556,557,576,577,601,604,701,702,801,802,1801~1805,1901~1904,2005,2006,2105,2106,2205,2206,2505,2510,2515,2605,2610,2615:圖像 512,522,1734,1744,17542209,2344:分光器 519,518,2310,2311:光束控制元件 510,520,550,570,1602:視網膜 528,558,578,5118,5128,5158,5178:光束組合器 530,531,562,563,580,581,5130,5131,1304,1404,1705,1715,1725,1726,1735,1745,1755,1764,2345:光學掩模元件 561,571,5161,5171:模版 552,560,572,2302,2308,5112,51225160,5152,5172:分光器 2306,2307,5116,5117,5126,5127,5156,5157,5176,5177,903,1732,1733:光束 5162,5163,5180,5181:快門 602,605:低解析度部分 603,606:高解析度部分 901:空氣 902,904:平板 1203:道威棱鏡 1303,1403:透鏡陣列或其他複製元件 1502,2002,2102,2202:透鏡 1503,1704,1706,1714,1717,1724:透鏡陣列 1504:孔徑光闌 1702,1712,1722:光錐 1703,1713,1723:多元件透鏡 1729,1737,1748,1757,1766,2348:目鏡 1720,17381749,1759,1768,2001,2101,2201,2349:眼睛 1732,1733,1742,1743,1752,1753,1762,1763,2342,2343,2370:光束 1758,1767:偏振器 2007,2107,2207:光 2341:光學系統 2347:圖像源
圖1A示出了用於顯示裝置的單畫素方法。 圖1B示出了用於顯示裝置的掃描線方法。 圖1C示出了用於顯示器的多焦點方法。 圖2示出了使用視覺暫留將來自兩個連續幀的圖像混合成一個最終圖像。 圖3示出了將微型顯示器、顯示器或投影儀的圖像分成組合的兩個部分。 圖4A是在最簡單的實施例中光通過光學功能的功能流。 圖4B是在最簡單的實施例中光通過光學元件的硬體流。 圖5A是在輕微更複雜的實施例中光通過光學功能的功能流。 圖5B是在輕微更複雜的實施例中光通過光學元件的硬體流。 圖5C是如先前附圖中的通過光學元件的光的硬體流，該光學元件具有光學掩模（模版）。 圖5D是對於頭戴式顯示器中的每只眼睛，光通過如圖5B中的光學元件的硬體流。 圖5E示出了使用光學平板元件的實施例。 圖5F是在輕微複雜的實施例中，使用螢幕的光通過光學元件的硬體流。 圖5G是使用螢幕的光通過如前圖中的光學元件的硬體流，該光學元件具有光學掩模。 圖5H是對於頭戴式顯示器中的每個螢幕，光通過如圖5F中的光學元件的硬體流。 圖6A示出了具有代表各個畫素的矩形的圖示。 圖6B示出了具有顯示實際圖像的各個畫素的圖示。 圖7A示出了原始圖像。 圖7B示出了透視變形的圖像。 圖8A示出了沒有失真或失真失配校正的圖像。 圖8B示出了具有失真失配的圖像。 圖9A示出了穿過光學平板的光。 圖9B示出了以一定角度通過光學平板的光。 圖9C示出以不同角度通過光學平板的光。 圖9D示出了以兩個相對的最大角度通過同一光學平板的光的疊加。 圖10A示出了利用傾斜45度的兩個反射鏡偏移圖像或光束。 圖10B示出了利用傾斜40度的兩個反射鏡偏移圖像或光束。 圖11示出了利用成組的四個反射鏡偏移圖像或光束。 圖12示出了使用成組的道威棱鏡和四個反射鏡偏移圖像或光束。 圖13示出了透鏡陣列實施例中光通過光學功能的功能流。 圖14示出了在第二透鏡陣列實施例中光通過光學功能的功能流。 圖15示出了通過一個透鏡陣列實施例的元件的光流。 圖16A和圖16B示出了在使用透鏡陣列之後，在螢幕或觀看者的視網膜（圖16B）上看到的圖像（圖16A）。 圖17A示出了使用匹配的成組的透鏡陣列和光學掩模元件的實施例。 圖17B示出了用於光學掩模元件的反射微型顯示器。 圖17C示出了顯示器的使用，例如，LCD顯示器的使用，其反射層和背光層被去除為光學掩模元件。 圖17D示出了用於生成具有已經光學組合的大和小部分的圖像的元件，並具有隱藏小部分的複製的圖像並顯示其中之一的能力。 圖17E示出了用於生成具有已經光學組合的大和小部分的圖像的元件，並且具有隱藏小部分的複製的圖像並顯示其中之一的能力。 圖17F示出了用於生成具有已經光學組合的大和小部分的圖像的另一實施例的元件，並且具有隱藏小部分的複製的圖像並顯示其中之一的能力。 圖17G示出了用於生成具有已經光學組合的大和小部分的圖像的元件，並且具有隱藏小部分的複製的圖像並顯示其中之一的能力。 圖18示出了圖像的數位和光學重排部分。 圖19示出了要光學和數位重排的圖像部分不必從圖像的中間被分割。 圖20示出了在物理尺寸減小的頭戴式顯示器中本發明的安裝的實施例。 圖21示出了在使用反射鏡以減小單元的物理尺寸的頭戴式顯示器中本發明的安裝的實施例。 圖22示出了本發明在使用反射鏡和分光器以減小單元的物理尺寸的頭戴式顯示器中的安裝的實施例。 圖23示出了使用第一光源和第二光源的組合的實施例，該第一光源將圖像輸出到螢幕上以顯示可變解析度圖像的第一部分，該第二光源顯示可變解析度圖像的第二部分。 圖24A示出了根據一個實施例的源圖像。 圖24B示出了根據一個實施例的在中間圖像平面上的光學掩模元件上的圖24A的源圖像。 圖24C示出了根據一個實施例的在與中間圖像平面略微偏移的光學掩模元件上的圖24A的源圖像。 圖25從左到右示出了空間調製圖像兩次或空間調製存儲原始圖像的不同位深(色深)資訊的兩個圖像如何在右邊產生更高對比度和/或更高位深(色深)的圖像。 圖26從左到右示出了再次空間調製高解析度小圖像或者空間調製在光學掩模元件上以較低解析度顯示的高解析度小圖像的不同的位深(色深)資訊如何在右邊產生更高對比度和/或更高位深(色深)的圖像。
401:微型顯示器、顯示器或投影儀
402:圖像或光束控制元件
403,404:光學元件
405:最終圖像或光束

Claims (120)

  1. 一種光學裝置，包括： 圖像源，被配置為輸出第一圖像分量和第二圖像分量；以及 一個或更多個光學元件，被配置為： 接收第一圖像分量並輸出聚焦在螢幕上的高解析度小圖像；以及 接收第二圖像分量並輸出聚焦在螢幕上的低解析度大圖像； 其中，高解析度小圖像和低解析度大圖像作為可變解析度圖像出現在螢幕上。
  2. 如請求項1所述的光學裝置，其中，所述圖像源包括投影儀、顯示器或微型顯示器中的至少一個。
  3. 如請求項1所述的光學裝置，其中，所述一個或更多個光學元件包括： 小圖像光學元件，被配置為接收第一圖像分量並輸出聚焦在螢幕上的高解析度小圖像；以及 大圖像光學元件，被配置為接收第二圖像分量並輸出聚焦在螢幕上的低解析度大圖像。
  4. 如請求項3所述的光學裝置，還包括： 圖像控制元件，用於將第一圖像分量引導到小圖像光學元件，並將第二圖像分量引導到大圖像光學元件。
  5. 如請求項3所述的光學裝置，其中，所述小圖像光學元件和大圖像光學元件共用它們組成的一個或更多個。
  6. 如請求項3所述的光學裝置，其中，所述小圖像光學元件包括複製元件和光學掩模元件。
  7. 如請求項6所述的光學裝置，其中，所述光學掩模元件從中間圖像平面輕微偏移以減小來自光學掩模元件的紗窗效應。
  8. 如請求項6所述的光學裝置，其中，所述光學掩模元件還顯示高解析度小圖像的副本，其中，高解析度小圖像的單個複製品與高解析度小圖像的副本合併，以提供高解析度小圖像的增加的對比度或增加的色彩深度中的至少一種。
  9. 如請求項6所述的光學裝置，其中， 所述複製元件接收高解析度小圖像並輸出高解析度小圖像的多個複製品；以及 所述光學掩模元件掩蔽高解析度小圖像的所述多個複製品中的一個或更多個，從而保留高解析度小圖像的一個或更多個複製品的部分，其中，高解析度小圖像的所述一個或更多個複製品的部分一起形成聚焦到螢幕上的目標位置的高解析度小圖像的完整單個複製品。
  10. 如請求項9所述的光學裝置，其中，所述高解析度小圖像的所述一個或更多個複製品的部分包括高解析度小圖像的至少四個複製品的數位重排部分，並且其中，光學掩模元件被配置為從高解析度小圖像的所述至少四個複製品的數位重排部分重構高解析度小圖像的完整單個複製品。
  11. 如請求項1所述的光學裝置，其中，所述一個或更多個光學元件包括掩模元件，其中，所述掩模元件顯示低解析度大圖像的副本，並且其中，低解析度大圖像與低解析度大圖像的副本合併，以提供低解析度大圖像的增加的對比度或增加的色彩深度中的至少一種。
  12. 如請求項1所述的光學裝置，其中，所述第一圖像分量和第二圖像分量是圖像流的不同幀，並且其中，所述圖像源被配置為以時分複用方式在不同幀中輸出第一圖像分量和第二圖像分量。
  13. 如請求項1所述的光學裝置，其中，所述圖像源被配置為輸出包括第一圖像分量和第二圖像分量的初始圖像，其中，第一圖像分量包括初始圖像的第一多個畫素，第二圖像分量包括初始圖像的第二多個畫素。
  14. 如請求項1所述的光學裝置，其中，所述一個或更多個光學元件包括一個或更多個電可調透鏡或反射鏡，並且其中，電可調透鏡或反射鏡用作變焦透鏡或反射鏡，用於控制螢幕上的高解析度小圖像或低解析度大圖像中的至少一種的尺寸。
  15. 如請求項1所述的光學裝置，其中，所述一個或更多個光學元件包括一個或更多個電可調透鏡或反射鏡，並且其中，所述一個或更多個電可調透鏡或反射鏡用作聚焦透鏡或反射鏡，用於控制螢幕上的高解析度小圖像或低解析度大圖像中的至少一種的焦點。
  16. 如請求項1所述的光學裝置，還包括旋轉光學平板，用於控制包括從小圖像光學元件輸出的高解析度小圖像的圖像流。
  17. 如請求項1所述的光學裝置，其中，所述螢幕包括觀看者的視網膜。
  18. 如請求項1所述的光學裝置，其中，所述圖像源包括雷射光束控制投影儀，其中，第一圖像分量是由雷射光束控制投影儀產生的窄光束，並且其中，第二圖像分量是由雷射光束控制投影儀產生的寬光束。
  19. 如請求項18所述的光學裝置，其中，所述高解析度小圖像在螢幕上的位置由與雷射光束控制投影儀相關聯的角度確定。
  20. 如請求項1所述的光學裝置，還包括： 凝視跟蹤元件，用於檢測觀看者的視網膜中央凹視圖； 其中，高解析度小圖像或高解析度小圖像的單個複製品的位置對應於觀看者的視網膜中央凹視圖。
  21. 一種光學裝置，包括： 第一圖像源，被配置為輸出低解析度大圖像； 第二圖像源，被配置為輸出高解析度小圖像； 圖像複製元件，用於接收高解析度小圖像並輸出高解析度小圖像的多個複製品；以及 光學掩模元件，用於掩蔽高解析度小圖像的所述多個複製品中的一個或更多個，從而保留高解析度小圖像的一個或更多個複製品的部分，其中，高解析度小圖像的所述一個或更多個複製品的部分一起形成聚焦到螢幕上的目標位置的高解析度小圖像的完整單個複製品； 其中，高解析度小圖像的單個複製品和低解析度大圖像作為可變解析度圖像出現在螢幕上。
  22. 如請求項21所述的光學裝置，其中，第一圖像源或第二圖像源中的至少一個包括投影儀、顯示器或微型顯示器中的至少一個。
  23. 如請求項21所述的光學裝置，還包括： 一個或更多個電可調透鏡或反射鏡，其中，所述一個或更多個電可調透鏡或反射鏡用作變焦透鏡或反射鏡，用於控制螢幕上的高解析度小圖像、高解析度小圖像的單個複製品或低解析度大圖像中的至少一種的尺寸。
  24. 如請求項21所述的光學裝置，還包括： 一個或更多個電可調透鏡或反射鏡，其中，所述一個或更多個電可調透鏡或反射鏡用作聚焦透鏡或反射鏡，用於控制螢幕上的高解析度小圖像、高解析度小圖像的單個複製品或低解析度大圖像中的至少一種的焦點。
  25. 如請求項21所述的光學裝置，其中，所述光學掩模元件從中間圖像平面輕微偏移以減小來自光學掩模元件的紗窗效應。
  26. 如請求項21所述的光學裝置，其中，所述光學掩模元件還顯示高解析度小圖像的副本，其中，高解析度小圖像的單個複製品與高解析度小圖像的副本合併，以提供高解析度小圖像的單個複製品的增加的對比度或增加的色彩深度中的至少一種。
  27. 如請求項21所述的光學裝置，其中，所述光學掩模元件還顯示低解析度大圖像的副本，其中，低解析度大圖像與低解析度大圖像的副本合併，以提供低解析度大圖像的增加的對比度或增加的色彩深度中的至少一種。
  28. 如請求項21所述的光學裝置，其中，所述螢幕包括觀看者的視網膜。
  29. 如請求項21所述的光學裝置，其中，還包括： 凝視跟蹤元件，用於檢測觀看者的視網膜中央凹視圖； 其中，高解析度小圖像的單個複製品的位置對應於觀看者的視網膜中央凹視圖。
  30. 如請求項21所述的光學裝置，其中，高解析度小圖像的所述一個或更多個複製品的部分包括高解析度小圖像的至少四個複製品的數位重排部分，並且其中，光學掩模元件被配置為從高解析度小圖像的至少四個複製品的數位重排部分重構高解析度小圖像的完整單個複製品。
  31. 一種光學裝置，包括： 圖像源，被配置為輸出第一圖像分量和第二圖像分量； 圖像控制元件，被配置為將第一圖像分量引導到小圖像光學元件，並且將第二圖像分量引導到大圖像光學元件； 小圖像光學元件，被配置為接收第一圖像分量並輸出聚焦在中間圖像平面上的高解析度小圖像的多個複製品； 大圖像光學元件，用於接收第二圖像分量並輸出低解析度大圖像；以及 光學掩模元件，用於掩蔽高解析度小圖像的多個複製品中的一個或更多個； 其中，高解析度小圖像的所述多個複製品中的一個或更多個與低解析度大圖像的疊加形成組合圖像。
  32. 如請求項31所述的光學裝置，還包括： 光束組合器，用於將高解析度小圖像的所述多個複製品中的一個或更多個與低解析度大圖像組合以產生組合圖像。
  33. 如請求項32所述的光學裝置，其中，所述光學掩模元件在小圖像光學元件與光束組合器之間，並且其中，組合圖像包括高解析度小圖像的單個複製品。
  34. 如請求項31所述的光學裝置，其中，所述組合圖像包括低解析度大圖像和高解析度小圖像的多個複製品，所述光學裝置還包括： 第二圖像控制元件，用於： 將組合圖像分成高解析度小圖像的所述多個複製品和低解析度大圖像； 將高解析度小圖像的多個複製品引導到第一螢幕上；以及 將低解析度大圖像引導到第二個螢幕上； 其中，所述光學掩模元件在第一螢幕與分光器之間，光學掩模元件掩蔽高解析度小圖像的所述多個複製品中的一個或更多個，使得高解析度小圖像的單個複製品到達第一螢幕；以及 其中，高解析度小圖像的單個複製品和低解析度大圖像重新組合以產生可變解析度圖像。
  35. 如請求項34所述的光學裝置，其中，所述第二圖像控制元件包括分光器。
  36. 如請求項35所述的光學裝置，其中，所述分光器還將高解析度小圖像的單個複製品與低解析度大圖像重新組合，以產生可變解析度圖像。
  37. 如請求項34所述的光學裝置，其中，所述第一螢幕和第二螢幕被包括在虛擬實境體驗機中。
  38. 如請求項31所述的光學裝置，其中，所述小圖像光學元件或大圖像光學元件中的至少一個包括用戶控制的變焦透鏡。
  39. 如請求項31所述的光學裝置，其中，所述組合圖像是聚焦在觀看者的眼睛上的可變解析度圖像。
  40. 如請求項31所述的光學裝置，還包括： 目鏡或波導，其中，所述組合圖像是被引導到目鏡或波導的可變解析度圖像。
  41. 如請求項31所述的光學裝置，其中，所述圖像源包括投影儀、顯示器或微型顯示器中的至少一個。
  42. 如請求項41所述的光學裝置，其中，所述圖像源包括用於多個顏色通道中每個顏色通道的單獨的顯示器或微型顯示面板，所述光學裝置還包括： 三向棱鏡、X-立方棱鏡或二向色濾光器中的至少一個，用於光學地組合多個顏色通道。
  43. 如請求項31所述的光學裝置，還包括： 凝視跟蹤元件，用於檢測觀看者的視網膜中央凹視圖； 其中，高解析度小圖像的單個複製品在對應於觀看者的視網膜中央凹視圖的位置處被定位在低解析度大圖像上。
  44. 如請求項31所述的光學裝置，其中，所述小圖像光學元件包括透鏡陣列。
  45. 如請求項31所述的光學裝置，其中，所述光學掩模元件還顯示高解析度小圖像的副本，其中，高解析度小圖像的單個複製品與高解析度小圖像的副本合併，以提供高解析度小圖像的增加的對比度或增加的色彩深度中的至少一種。
  46. 如請求項31所述的光學裝置，其中，所述光學掩模元件掩蔽高解析度小圖像的所述多個複製品中的一個或更多個，從而保留高解析度小圖像的單個複製品。
  47. 一種光學裝置，包括： 第一圖像源，被配置為輸出高解析度小圖像； 小圖像光學元件，被配置為接收高解析度小圖像並輸出高解析度小圖像的多個複製品； 圖像控制元件，用於將高解析度小圖像的所述多個複製品引導到螢幕上； 光學掩模元件，用於掩蔽高解析度小圖像的所述多個複製品中的一個或更多個，從而保留高解析度小圖像的單個複製品；以及 第二圖像源，被配置為輸出低解析度大圖像； 其中，高解析度小圖像的單個複製品將與低解析度大圖像組合以產生可變解析度圖像。
  48. 如請求項47所述的光學裝置，其中，所述圖像控制元件包括分光器，其中，光學掩模元件位於螢幕和分光器之間，其中，高解析度小圖像的單個複製品被引導到分光器，其中，分光器用於將高解析度小圖像的單個複製品與低解析度大圖像組合以產生可變解析度圖像。
  49. 如請求項47所述的光學裝置，其中，所述可變解析度圖像被聚焦在觀看者的眼睛上。
  50. 如請求項47所述的光學裝置，其中，所述第一圖像源包括投影儀、顯示器或微型顯示器中的至少一個。
  51. 如請求項50所述的光學裝置，其中，所述圖像源包括用於多個顏色通道中每個顏色通道的單獨的顯示器或微型顯示面板，所述光學裝置還包括： 三向棱鏡、X-立方棱鏡或二向色濾光器中的至少一個，用於光學地組合多個顏色通道。
  52. 如請求項47所述的光學裝置，其中，所述小圖像光學元件包括使用者控制的變焦透鏡。
  53. 如請求項47所述的光學裝置，其中，所述第二圖像源包括顯示器。
  54. 如請求項53所述的光學裝置，其中，所述顯示器是液晶顯示器或發光二極體顯示器。
  55. 如請求項47所述的光學裝置，其中，所述螢幕和第二圖像源被包括在虛擬實境體驗機中。
  56. 如請求項47所述的光學裝置，其中，所述小圖像光學元件包括透鏡陣列。
  57. 如請求項47所述的光學裝置，還包括： 凝視跟蹤元件，用於檢測觀看者的視網膜中央凹視圖； 其中，高解析度小圖像的單個複製品在對應於觀看者的視網膜中央凹視圖的位置處被定位在低解析度大圖像上。
  58. 如請求項47所述的光學裝置，其中，由小圖像光學元件輸出的高解析度小圖像的多個複製品被聚焦在中間圖像平面上，其中，光學掩膜元件是顯示器或微型顯示器，顯示器或微型顯示器包括畫素或子畫素中的至少一個以及畫素或子畫素中的至少一個之間的間隙，並且其中，顯示器或微型顯示器偏離中間圖像平面。
  59. 如請求項47所述的光學裝置，其中，所述光學掩模元件還顯示高解析度小圖像的副本，其中，高解析度小圖像的單個複製品與高解析度小圖像的副本合併，以提供高解析度小圖像的增加的對比度或增加的色彩深度中的至少一種。
  60. 如請求項47所述的光學裝置，還包括： 目鏡或波導，其中，可變解析度圖像被引導到目鏡或波導。
  61. 一種光學裝置，包括： 圖像源，被配置為輸出第一圖像分量和第二圖像分量； 圖像控制元件，被配置為將第一圖像分量引導到小圖像光學元件，並且將第二圖像分量引導到大圖像光學元件； 小圖像光學元件，被配置為接收第一圖像分量並輸出聚焦在螢幕上的高解析度小圖像；以及 大圖像光學元件，被配置為接收第二圖像分量並輸出聚焦在螢幕上的低解析度大圖像， 其中，高解析度小圖像和低解析度大圖像作為可變解析度圖像出現在螢幕上。
  62. 如請求項61所述的光學裝置，其中，所述圖像源包括投影儀、顯示器或微型顯示器中的至少一個。
  63. 如請求項61所述的光學裝置，其中，所述第一圖像分量和第二圖像分量是圖像流的不同幀，並且其中，所述圖像源被配置為以時分複用方式在不同幀中輸出第一圖像分量和第二圖像分量。
  64. 如請求項61所述的光學裝置，其中，所述圖像源被配置為輸出包括第一圖像分量和第二圖像分量的初始圖像，其中，第一圖像分量包括初始圖像的第一多個畫素，第二圖像分量包括初始圖像的第二多個畫素。
  65. 如請求項61所述的光學裝置，還包括： 圖像分離元件，將第一圖像分量與第二圖像分量分離，其中，圖像分離元件包括光學掩模。
  66. 如請求項61所述的光學裝置，其中，所述螢幕被包括在虛擬實境體驗機中。
  67. 如請求項61所述的光學裝置，其中，所述小圖像光學元件包括透鏡陣列，所述透鏡陣列被配置為輸出高解析度小圖像的多個複製品。
  68. 如請求項67所述的光學裝置，還包括： 光學掩模元件，用於掩蔽高解析度小圖像的所述多個複製品中的一個或更多個的至少一部分。
  69. 如請求項68所述的光學裝置，其中，所述光學掩模元件包括顯示器，並且其中，所述透鏡陣列被配置為將高解析度小圖像的所述多個複製品聚焦到顯示器的畫素上，光學裝置還包括： 第二透鏡陣列或透鏡，用於將高解析度小圖像的單個複製品聚焦到螢幕上。
  70. 如請求項68所述的光學裝置，其中，所述光學掩模元件包括微型顯示器，並且其中，所述透鏡陣列被配置為將高解析度小圖像的所述多個複製品聚焦到微型顯示器的畫素上，所述光學裝置還包括： 第二透鏡陣列或透鏡，用於將高解析度小圖像的單個複製品聚焦到螢幕上。
  71. 如請求項68所述的光學裝置，其中，所述光學掩模元件被配置為從高解析度小圖像的至少四個複製品的數位重排部分重構高解析度小圖像的單個複製品。
  72. 如請求項61所述的光學裝置，還包括： 第二圖像控制元件，用於控制高解析度小圖像在螢幕上的放置。
  73. 如請求項61所述的光學裝置，其中： 所述大圖像光學元件包括至少一個透鏡，被配置為將低解析度大圖像聚焦到觀看者的視場上；以及 所述小圖像光學元件包括至少一個透鏡，被配置為將高解析度小圖像聚焦到觀看者視場的內部。
  74. 如請求項61所述的光學裝置，其中，所述圖像控制元件還被配置為將第一圖像分量與第二圖像分量分離。
  75. 如請求項61所述的光學裝置，還包括： 將第一圖像分量與第二圖像分量分離的圖像分離元件，其中，所述圖像分離元件包括光學快門。
  76. 如請求項61所述的光學裝置，其中，所述圖像控制元件包括可切換的液晶偏振旋轉器和偏振分光器。
  77. 如請求項61所述的光學裝置，還包括： 掩模，用於掩蔽與高解析度小圖像重疊的低解析度大圖像的部分。
  78. 如請求項61所述的光學裝置，還包括： 凝視跟蹤元件，用於檢測觀看者的視網膜中央凹視圖； 其中，高解析度小圖像在對應於觀看者的視網膜中央凹視圖的位置處被定位在低解析度大圖像上。
  79. 如請求項61所述的光學裝置，還包括： 光束組合器，用於組合高解析度小圖像和低解析度大圖像，以產生輸出到螢幕上的可變解析度圖像。
  80. 如請求項61所述的光學裝置，其中，所述螢幕包括觀看者的視網膜。
  81. 一種光學裝置，包括： 第一圖像源，被配置為輸出聚焦在螢幕上的低解析度大圖像； 第二圖像源，被配置為輸出高解析度小圖像； 圖像複製元件，用於接收高解析度小圖像並輸出高解析度小圖像的多個複製品； 光學掩模元件，用於掩蔽高解析度小圖像的所述多個複製品中的一個或更多個，從而保留高解析度小圖像的一個或更多個複製品的部分，其中，高解析度小圖像的所述一個或更多個複製品的部分一起形成聚焦到螢幕上的目標位置的高解析度小圖像的完整單個複製品； 其中，高解析度小圖像和低解析度大圖像作為可變解析度圖像出現在螢幕上。
  82. 如請求項81所述的光學裝置，其中，第一圖像源或第二圖像源中的至少一個包括投影儀、顯示器或微型顯示器中的至少一個。
  83. 如請求項81所述的光學裝置，其中，所述螢幕被包括在虛擬實境體驗機中。
  84. 如請求項81所述的光學裝置，其中，所述圖像複製元件包括透鏡陣列。
  85. 如請求項84所述的光學裝置，其中，所述光學掩模元件包括顯示器，並且其中，所述透鏡陣列被配置為將高解析度小圖像的所述多個複製品聚焦到顯示器的畫素上，光學裝置還包括： 第二透鏡陣列或透鏡，用於將高解析度小圖像的單個複製品聚焦到螢幕上。
  86. 如請求項84所述的光學裝置，其中，所述光學掩模元件包括微型顯示器，並且其中，所述透鏡陣列被配置為將高解析度小圖像的多個複製品聚焦到微型顯示器的畫素上，所述光學裝置還包括： 第二透鏡陣列或透鏡，用於將高解析度小圖像的單個複製品聚焦到螢幕上。
  87. 如請求項81所述的光學裝置，其中，所述螢幕包括觀看者的視網膜。
  88. 如請求項81所述的光學裝置，還包括： 凝視跟蹤元件，用於檢測觀看者的視網膜中央凹視圖； 其中，高解析度小圖像的單個複製品在對應於觀看者的視網膜中央凹視圖的位置處被定位在低解析度大圖像上。
  89. 如請求項81所述的光學裝置，其中，所述高解析度小圖像的所述一個或更多個複製品的部分包括高解析度小圖像的至少四個複製品的數位重排部分，並且其中，掩模元件被配置為從高解析度小圖像的至少四個複製品的數位重排部分重構高解析度小圖像的完整單個複製品。
  90. 如請求項81所述的光學裝置，還包括： 光束組合器，用於組合高解析度小圖像和低解析度大圖像，以產生輸出到螢幕上的可變解析度圖像。
  91. 一種用於在螢幕上創建可變解析度圖像流的光學裝置，裝置包括： 連接到視頻源的投影儀，其中，所述投影儀以高解析度小圖像分量和低解析度大圖像分量的形式發送光圖像流； 圖像控制元件，將高解析度小圖像分量和低解析度大圖像分量引導到小圖像光學元件和大圖像光學元件； 圖像分離元件，將高解析度小圖像分量和低解析度大圖像分量分離為高解析度小圖像流和低解析度大圖像流， 其中，小圖像光學元件和大圖像光學元件將低解析度大圖像流和高解析度小圖像流聚焦在螢幕上，從而使低解析度大圖像流和高解析度小圖像流作為可變解析度圖像流出現在螢幕上。
  92. 根據實例91所述的裝置，其中，來自投影儀的光圖像流在第一幀中的高解析度小圖像分量和下一幀中的低解析度大圖像分量之間被時分複用。
  93. 根據實例92所述的裝置，其中，所述圖像分離元件是光學快門。
  94. 根據實例91所述的裝置，其中，來自投影儀的光圖像流在每個圖像的一部分上具有高解析度小圖像分量，而在每個圖像的另一部分上具有低解析度大圖像分量。
  95. 根據實例94所述的裝置，其中，所述圖像分離元件是光學掩模。
  96. 如請求項91所述的裝置，其中，所述螢幕被嵌入在虛擬實境體驗機。
  97. 如請求項91所述的裝置，其中，所述小圖像光學元件包括透鏡陣列。
  98. 如請求項97所述的裝置，還包括掩模顯示器，用於掩蔽來自透鏡陣列的高解析度小圖像流的未使用部分。
  99. 如請求項97所述的裝置，還包括掩蔽微型顯示器，用於掩蔽來自透鏡陣列的高解析度小圖像流的未使用部分。
  100. 如請求項91所述的裝置，還包括旋轉光學平板，用於引導來自小圖像光學元件的高解析度小圖像流。
  101. 如請求項91所述的裝置，其中，所述大圖像光學元件是將低解析度大圖像流聚焦到觀看者視場的外部的透鏡。
  102. 如請求項91所述的裝置，其中，所述小圖像光學元件是將高解析度小圖像流聚焦到觀看者視場的中心部分的透鏡。
  103. 如請求項91所述的裝置，其中，所述螢幕是觀看者的視網膜。
  104. 如請求項91所述的裝置，其中，所述投影儀是微型顯示器。
  105. 如請求項91所述的裝置，其中，所述投影儀是顯示器。
  106. 一種用於在螢幕上創建可變解析度圖像流的光學方法，所述方法包括： 利用連接到視頻源的投影儀以高解析度小圖像分量和低解析度大圖像分量的形式創建光圖像流； 利用圖像控制元件將高解析度小圖像分量和低解析度大圖像分量引導到小圖像光學元件和大圖像光學元件； 利用圖像分離元件將高解析度小圖像分量和低解析度大圖像分量分離為高解析度小圖像流和低解析度大圖像流；以及 由小圖像光學元件和大圖像光學元件將低解析度大圖像流和高解析度小圖像流聚焦以在螢幕上形成可變解析度圖像流。
  107. 如請求項106所述的方法，其中，來自投影儀的光圖像流在第一幀中的高解析度小圖像分量與第二幀中的低解析度大圖像分量之間被時分複用。
  108. 如請求項107所述的方法，其中，所述圖像分離元件是光學快門。
  109. 如請求項106所述的方法，其中，來自投影儀的光圖像流在每個圖像的一部分上具有高解析度小圖像分量，而在每個圖像的另一部分上具有低解析度大圖像分量。
  110. 如請求項109所述的方法，其中，所述圖像分離元件是光學掩模。
  111. 如請求項106所述的方法，其中，所述螢幕被嵌入在虛擬實境體驗機中。
  112. 如請求項106所述的方法，其中，所述小圖像光學元件包括透鏡陣列。
  113. 如請求項112所述的方法，還包括：利用掩膜顯示器掩蔽來自透鏡陣列的高解析度小圖像流的未使用部分。
  114. 如請求項112所述的方法，還包括利用掩模微型顯示器掩蔽來自透鏡陣列的高解析度小圖像流的未使用部分。
  115. 如請求項106所述的方法，還包括使用旋轉光學平板引導來自小圖像光學元件的高解析度小圖像流。
  116. 如請求項106所述的方法，其中，大圖像光學元件是將低解析度大圖像流聚焦到觀看者視場的外部的透鏡。
  117. 如請求項106所述的方法，其中，所述小圖像光學元件是將高解析度大圖像流聚焦到觀看者的視場的中心部分的透鏡。
  118. 如請求項106所述的方法，其中，所述螢幕是觀看者的視網膜。
  119. 如請求項106所述的方法，其中，所述投影儀是微型顯示器。
  120. 如請求項106所述的方法，其中，所述投影儀是顯示器。
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