TW202235955A

TW202235955A - 具有注視點投影之光場虛擬及混合實境系統

Info

Publication number: TW202235955A
Application number: TW110107338A
Authority: TW
Inventors: 托瑪士斯盧卡
Original assignee: 瑞士商見真實股份有限公司
Priority date: 2021-03-02
Filing date: 2021-03-02
Publication date: 2022-09-16
Also published as: TWI777430B

Abstract

本揭示係有關一光場投影系統，其包含：一點光陣列，其產生照明一光學調光器之一入射光場，該光學調光器係用於調變該入射光場且沿著一投影軸投影複數調變光場分量；一第一光學元件，其組配成用於形成一第一點光平面中之第一點光影像及一調變器影像平面中之調變器影像；及一第二光學元件，其界定一視區區域且用於在該視區內形成一第二點光平面中之第二點光影像；該等第一與第二點光平面及該調變器影像平面係與該投影軸實質地垂直；該系統更包含至少一光學裝置，該至少一光學裝置係在該第一點光平面且組配成用於與該等調變光場分量中之至少一者互動，使該調變器影像平面中之該等調變光場分量空間地位移。該光場投影可用於注視點投影。

Description

具有注視點投影之光場虛擬及混合實境系統

本揭示係有關於近眼光場虛擬及混合實境系統且特別有關於具有注視點投影之近眼光場虛擬及混合實境系統。

人眼具有非常寬之視野(FOV)。人眼個別地具有一大約135°之水平FOV及一稍微超過180°之垂直FOV。FOV可涵蓋一區塊而非一單一焦點。在虛擬實境(VR)及/或混合實境裝置中，一大FOV對產生一沈浸式似實物體驗是重要的。較寬FOV亦為許多其他光學裝置提供較佳感測器涵蓋範圍及通達性。

虛擬或混合實境裝置必須提供大約400 000 000像素以便用規則分布之像素涵蓋這FOV來滿足眼睛之最高解析度。

但是，一眼睛之解析度並非均一地分布。它只在環繞其中央窩之大約20° FOV中具有高解析度。涵蓋20° FOV之一超高畫質顯示(1920×1080)已在中央窩到達視網膜解析度。眼睛解析度隨著遠離中央窩而逐漸降低。全部FOV(在中央窩外側)可被與該中央窩內側之大約相同資訊量涵蓋，使所需像素之總數為大約4 000 000。

所謂注視點成像及投影被加入虛擬及混合實境頭戴裝置以便精確地利用這人類視覺之特性。但這仍藉由平面影像來實施。光場裝置對於注視點投影仍沒有任何解決方法。

文獻US20190324272揭示一三維(3D)影像顯示設備。該設備包括：複數光源；一空間調光器，其組配成依據3D影像資訊來調變來自該等複數光源之光；及一聚焦光學系統，其組配成聚焦由該空間調光器形成之一影像在一焦面上。該等複數光源可配置成使得分別地對應該等複數光源之多數焦點形成在靠近一使用者之一瞳孔的焦面上。

本揭示係有關一光場投影系統，其包含：一點光陣列，其包含複數點光且產生照明一光學調光器之一入射光場，該光學調光器係用於調變該入射光場且沿著一投影軸投影複數調變光場分量；一第一光學元件，其組配成用於形成一第一點光平面中之第一點光影像及一調變器影像平面中之調變器影像；及一第二光學元件，其界定一視區(eye box)區域且組配成用於在該視區內形成一第二點光平面中之第二點光影像；其中該等第一與第二點光平面及該調變器影像平面係與該投影軸實質地垂直且其中該調變器影像平面係在該等第一光學元件與第二光學元件之間；且其中該系統更包含至少一光學裝置，該至少一光學裝置係在該第一點光平面且組配成折射該等調變光場分量中之至少一者，以使該調變器影像平面中之該調變器影像空間地位移。

該光場投影系統可對任何人、動物或一相機之眼睛提供虛擬及混合實境體驗。該光場投影系統之一使用者可體驗實境及虛擬3D場景之擬真混合。該光場投影系統適用於在舒適地進行正確眼睛視力調節之情形下傳遞3D虛擬及擴增實境資訊。

該光場投影系統可包含一眼球追蹤及轉向裝置。該眼球追蹤及轉向裝置可用於決定一觀看者注視的地方以藉此決定該中央窩區域與該投影影像相關的地方。

該光場投影系統可用於注視點投影。詳而言之，該光場投影系統可產生光場，該光場提供在一窄視野(FOV)中之較高角解析度影像及用於寬FOV之低角解析度影像。該光場投影系統藉由大幅減少周邊視界(被該中央窩凝視之區域外側)中的影像品質來減少成像工作負載。

圖1a顯示包含一點光陣列10之一光場投影系統1，該點光陣列10產生照明一光學調光器20之一入射光場100，該光學調光器20係組配成用於調變該入射光場100且沿著一投影軸170投影複數調變光場分量110。該系統1更包含一第一點光光學元件70，該第一點光光學元件70係組配成用於形成第一點光平面30中之一第一點光影像31，且該第一點光平面30係與該投影軸170實質地垂直。該第一點光光學元件70可包含一成像透鏡。該系統1更包含一第二光學元件40，該第二光學元件40界定一視區(eye box)區域121且組配成用於在該視區121內形成一第二點光平面124中之第二點光影像120。該第二點光平面124與該投影軸170實質地垂直。該第二點光平面124可對應該視區121內之一虛擬影像孔或一出射瞳，該出射瞳124包含複數第二點光影像120(在圖2a中顯示三個第二點光影像120)。

任選地，該光場投影系統1可包含一調變光學元件32，該調變光學元件32係組配成用於形成一調變器影像平面115中的該光學調光器20之調變器影像114，該調變器影像平面115亦與該投影軸170實質地垂直。該調變器影像平面115係藉由該第二光學元件40投影在遠離該視區區域121之一距離D處。該距離D可為在該視區區域121之任一側沿著該投影軸170之無窮遠或任何距離。在沿著該投影軸170之無窮遠或任何距離的該距離D通常在一觀看者之視力調節範圍外。

或者，該調變器影像平面115可藉由具有對應光功率之第一點光光學元件70或藉由將該第一點光光學元件70放在沿著該投影軸170之一不同距離處來產生。

該第二光學元件40可包含一目鏡。該目鏡40可包含光學元件，例如：凸透鏡、鏡子、曲面鏡、半透明鏡或透鏡組、鏡子或半透明鏡且可組配成將該等調變器影像平面115放在遠離該視區區域121之一影像距離D處。該距離D可設定為在該視區區域121之任一側沿著該投影軸170之無窮遠或任何距離。

該光場投影系統1可包含設置在該第一點光平面30之一傅立葉濾光片34。吾人注意到該傅立葉濾光片34不必精確地放在該光學調光器20之傅立葉平面中。對各視點而言，該傅立葉濾光片34可組配成由在該光學調光器20上反射及繞射之該等調變光場分量110移除一個繞射分量以外之全部調變光場分量。在此，該用語「視點」對應一個調變光場分量110。

該傅立葉濾光片34可包含至少一成像透鏡，該至少一成像透鏡產生該調變光場分量110之影像平面。該傅立葉濾光片34可包含一針孔陣列，該針孔陣列係由例如一光學非透明及非半透明板或其他濾光圖案形成。該傅立葉濾光片34亦可配置成一反射模式，其中該等針孔或其他濾光圖案用微鏡替代。該傅立葉濾光片34產生一經調變及過濾之虛擬光場112。在此，該視點對應通過一個針孔之一個光場分量110。

該光場投影系統1係預定成供一觀看者配戴以供虛擬及混合實境應用。該光場投影系統可組配成使得，當該觀看者配戴它時，該視區121及該出射瞳124係在該觀看者眼睛90內。該第二光學元件40朝向該觀看者眼睛90之瞳孔130發射該等調變光場分量110，使得該等調變光場分量110投影在視網膜92上。

來自各所示調變光場分量110之雙線係用以說明必須考慮之真實系統的邊界。該點光陣列10及該傅立葉濾光片34都有孔。該光學調光器20之影像必須加以處理使得來自各像素之光用大致準直窄光束朝向該視區121(且因此朝向該觀看者眼睛90)投影(最好是該光可稍微收歛至在該視區121後方遠處之一點使得觀看者眼睛90無法聚焦在該視區上且因此在該觀看者之視力調節範圍中的全部影像看起來相似)。

圖1b顯示對一觀看者配戴該光場投影系統1時之三個第二點光影像120而言，當該觀看者眼睛90聚焦在無窮遠時之該光學調光器20的投影影像140。

圖1c顯示當該觀看者眼睛90聚焦在比無窮遠近處時的投影影像140。在此，對三個第二點光影像120之各第二點光影像而言，該觀看者看見三個投影影像141、142、143，其中該等三個投影影像141、142、143稍微相對位移。

圖2a顯示依據一實施例之光場投影系統1。該光場投影系統1更包含在該第一點光平面30之至少一光學裝置60。該光學裝置60係組配成用於與該等調變光場分量110中之至少一者互動。更詳而言之，該光學元件包含一折射稜鏡60，該折射稜鏡60係組配成折射該調變光場分量110中之一者使得該調變器影像114在其調變器影像平面115中空間地位移。該調變器影像114在該調變器影像平面115中之空間位移係由白色三角形表示。該等非位移調變器影像114係由黑色三角形表示。相對未使用該稜鏡60之調變器影像平面115，該折射稜鏡60未改變沿著該投影軸170之該調變器影像114的位置。其餘光學件(第一與第二光學元件70、40及調變光學元件32)亦未改變被該折射稜鏡60折射之調變光場分量110的調變器影像114的位置。

通過該折射稜鏡60之一調變光場分量110的一配置顯示在圖2d中。該折射角θ _D可定義為由該入射調變光場分量110a至離開該折射稜鏡60之出射調變光場分量110b的角度。該折射角θ _D取決於該折射稜鏡60之入射面611與出射面間之方位差，或圖2d中之頂角θ _a。可考慮該折射稜鏡60之其他組態。例如，該折射稜鏡60形狀可包括具有相等底角之均一三角形稜鏡或可用一繞射光柵替代。

圖2b顯示當該觀看者眼睛90聚焦在無窮遠時之該光學調光器20的投影影像，即一觀看者配戴該光場投影系統1時之該等第二點光影像120。若某人稱該等第二點光影像120(及該第一點光平面30中之第一點光影像31)為「視點」，則由該等視點，該觀看者看見對應該觀看者之FOV的投影影像140之一拼湊影像(在一平面中)。更詳而言之，該觀看者看見：一非位移投影影像141，其對應該等非位移調變光場分量110中之一者；及一位移投影影像143，其對應在該調變器影像平面115中被該折射稜鏡60空間地位移且被該目鏡40投影至遠離該出射瞳124之一距離D的該等調變器影像114。

圖2c顯示當該觀看者眼睛90聚焦在比無窮遠近處時的投影影像140。相對對應該等非位移調變光場分量110之調變器影像114的投影影像141、142，對應於被該折射稜鏡60在該調變器影像平面115中空間地位移之該調變器影像114的該位移投影影像143具有較大位移。

在圖3a中，顯示包含二折射稜鏡60之光場投影系統1，其中各折射稜鏡60係組配成使該等調變光場分量110中之一者折射一預定角度。圖3b與3c比較聚焦在無窮遠(圖3b)之觀看者看見及聚焦在比無窮遠近之一距離(圖3c)的觀看者看見的該非位移投影影像142與該等位移投影影像141、143。

該等二折射調變光場分量110之空間位移係由白色三角形顯示，而該等非折射調變光場分量110之該調變器影像平面115中的位置係由黑色三角形表示。

該光場投影系統1可包含二或二個以上折射稜鏡60以便折射複數調變光場分量110。

圖4a與4b顯示該光學裝置之橫截面圖，該光學裝置包含包括複數折射稜鏡60之一陣列160。例如，該陣列160可為一微稜鏡陣列。

該陣列160可組配成使得各折射稜鏡60與一個調變光場分量110互動。該陣列160可更組配成使得各折射稜鏡60與一個以上調變光場分量110互動，或使得多數稜鏡60對多數光場分量110實行相同光學轉換。

在一態樣中，該陣列160係組配成使得該陣列160之不同折射稜鏡60具有不同頂角θ _a。在圖4a與4b之例子中，該頂角θ _a由該陣列160之中心增加至周邊，使得該等調變光場分量110用由該陣列160之中心朝向周邊增加的折射角θ _D折射。在該陣列160中之該等折射稜鏡60可具有其他組態。例如，該等折射稜鏡60之頂角θ _a可由該陣列160之中心減少至周邊或對該陣列160中之全部折射稜鏡60而言可實質相同。

在一態樣中，該陣列160包含至少一中性光學元件61。與該中性光學元件61互動之該調變光場分量110未空間地位移該調變器影像平面115。與該中性光學元件61互動的該調變光場分量110之調變器影像114亦未相對該調變器影像平面115沿著該投影軸170位移。

該中性光學元件61可包含一平面透鏡。在圖4a中，該陣列160包含在該陣列160之中心的一中性光學元件61。在圖4b之例子中，該陣列160由該陣列160之中心至周邊交替地包含折射稜鏡60及中性光學元件61。該陣列之中心係由一中性光學元件61形成。該傅立葉濾光片34亦顯示在圖4a與4b中。

圖5a顯示圖3之光場投影系統1的一特定組態，其中二調變光場分量110被該稜鏡陣列160折射成使得它們未在該觀看者之FOV中重疊，而是產生空間分開影像141與143之一拼湊影像。圖5b顯示聚焦在無窮遠之觀看者看見的非位移影像142及位移影像141、143且圖5c顯示聚焦在比無窮遠近之一距離之觀看者看見的非位移影像142及位移影像141、143。它們與其他視點之部份重疊構成一光場，而周邊被通過其個別視點之單一影像涵蓋。

圖6a顯示包含偏移透鏡64之光場投影系統1，且該等偏移透鏡64與該等調變光場分量110互動。各偏移透鏡64係組配成使得該調變光場分量110在該調變器影像平面115中空間地位移且使得該調變光場分量110之調變器影像114相對該調變器影像平面115沿著該投影軸170位移。在圖6a中，該等黑色三角形顯示該等折射調變光場分量110未在該調變器影像平面115中空間地位移，但是該等對應調變器影像114沿著該投影軸170位移至在該調變器影像平面115中之非折射調變光場分量110的調變器影像平面115左邊。

該偏移透鏡64可由與一折射稜鏡組合之一成像透鏡透鏡形成。

在圖6a中，在該第一點光平面30之周邊的二偏移透鏡64可由一相同成像透鏡之切出部份形成，且與在該第一點光平面30之中心的偏移透鏡64不同。通過該等二周邊偏移透鏡64之調變光場分量110可因此產生調變器影像114，該等調變器影像114係相對該調變器影像平面115且相對由通過該中心偏移透鏡64之調變光場分量110產生的調變器影像114的位置沿著該投影軸170位移。

圖6b顯示聚焦在無窮遠之觀看者看見的非位移影像141及位移影像143。圖6c顯示聚焦在比無窮遠近之一距離之觀看者看見的非位移影像142及位移影像141、143。在這組態中，該系統1藉由使用二不同基準深度平面顯示該調變光場分量110，藉此該系統以類似具有一基準深度平面之系統的相同方式產生全範圍之深度。在此，該用語「基準深度平面」對應該觀看者看見之該光學調光器20的一影像平面。在圖6a至6c中，依據該偏移透鏡64被該等調變光場分量110橫斷，該等偏移透鏡64使一觀看者看見該光學調光器20 SLM之不同影像平面(或基準深度平面)中的影像。具有至少一另一基準深度平面可用於在遠離該視區區域121的不同影像距離D顯示該影像之其他部份以外的高空間頻率影像或如文字之傳統平面內容。該不同影像距離D可為大約50 cm。另一基準深度平面可更用於在無窮遠等之場景的非光場部份。

該系統1可在特定深度提供較佳解析度影像或它可作為只具有數個不同深度之一體積影像的投影器來使用，例如一平面螢幕較近且第二個較遠或一平面螢幕及一光場之組合。

圖7顯示包含一陣列160之光學裝置的橫截面圖，且該陣列160包括複數偏移透鏡64。在一可能變化例中，包含偏移透鏡64之陣列160可由環形成，該等環係由不同影像透鏡切出且組合在一起並且同心。或者，包含偏移透鏡64之陣列160可由方塊形成，該等方塊係由一影像透鏡切出以便產生不同同心影像透鏡部份之一陣列，其中數個不一定對稱地分布之部份係相同初始影像透鏡的一部份，且該等同心透鏡之軸與全部光學系統之軸一致。

在一態樣中，包含偏移透鏡64之陣列160更包含類似圖4a與4b所示之微稜鏡陣列的一或數個中性光學元件61。

例如，若該等調變光場分量110透過包含偏移透鏡64之陣列160同時地投影，該等對應調變器影像114可形成在沿著該投影軸170之不同光學距離。該等調變光場分量110亦被使該調變器影像平面115中之調變器影像114空間地位移的偏移透鏡64折射。因此，包含該偏移透鏡64之陣列160的光場投影系統1在沿著該投影軸170之不同光學距離且在該調變器影像平面115中之不同位置產生影像。

在一態樣中，包含偏移透鏡64之陣列160可更包含一或數個折射稜鏡60。

在圖8a所示之另一實施例中，該光場投影系統1包含至少一成像透鏡63，該至少一成像透鏡63係組配成使通過該等成像透鏡63之調變光場分量110的調變器影像114沿著該投影軸170相對該調變器影像平面115位移。該成像透鏡63未實質空間地位移該調變器影像平面115中之調變光場分量110。這可由相對未通過該成像透鏡63之調變光場分量110的非位移調變器影像114(黑色三角形)，該調變器影像114沿著通過該成像透鏡63之調變光場分量110之投影軸170的位移位置(白色三角形)看見。

與該折射稜鏡60不同，該成像透鏡63(及該偏移透鏡64)改變該調變光場分量110光束之聚散度。該折射稜鏡60未改變該調變光場分量110光束之聚散度(它保持準直)，而該成像透鏡產生收歛(或發散)調變光場分量110光束。因此該成像透鏡63改變沿著該投影軸170之該調變器影像114的光學位置。

這在該傅立葉濾光片中之點光及孔具有相當大直徑(例如大於1 mm)時產生作用。因此可依據該影像分量通過哪一個透鏡，在不同光學距離顯示影像。

圖8b顯示聚焦在無窮遠之觀看者看見的影像143、142、141。圖8c顯示聚焦在比無窮遠近之一距離的觀看者看見的影像143、142、141。除了其明顯空間位移以外，依據各子影像之光學距離，該等影像143、142、141亦會模糊或銳利化。在此，該用語「子影像」對應於一個視點之一調變光場分量110。因為小調變光場分量110及該針孔使場之深度為小，所以該子影像可被視為在焦點上。但是，事實上，各視點亦具有特別在該調變光場分量110及該針孔不夠小時產生作用之自己的光學距離。因此，子影像之各者的光學距離可改變。

圖9顯示包含一陣列160之光學裝置的橫截面圖，且該陣列160包括複數成像透鏡63。在一可能變化例中，包含成像透鏡64之陣列160可更包含一或數個中性光學元件61。

在一態樣中，該光場投影系統1可單獨地或組合地包含該折射稜鏡60、該中性光學元件61、該成像透鏡63及該偏移透鏡64中之任一或複數者。當然，為獲得該等調變光場分量110在調變器影像平面115中之空間位移，該光場投影系統1必須包含至少一折射稜鏡60或一偏移透鏡64。

在一實施例中，該陣列160係組配成與該等調變光場分量110之各調變光場分量互動。

在一態樣中，一個調變光場分量110通過該陣列160之一光學裝置60、61、63、64。

圖10顯示該點光陣列10之一可能實施例，該點光陣列10包含含有100個點光101之一陣列。該等點光101可同時地發光使得該等調變光場分量110同時地投影。或者，該等點光101可依序地發光使得該等調變光場分量110依序地投影。後者選項係藉由主動點光101a及被動點光101b顯示在圖10中。該等主動點光101a投影照明該光學調光器20之入射光場100以便沿著一投影軸170投影對應調變光場分量110。在圖10中，數字1至8表示該針孔點光陣列10中之不同點光101的一可能發光順序。亦可考慮其他發光順序。

圖11顯示使用光場投影系統1之一觀看者看到之投影調變器影像114的一拼湊影像，該光場投影系統1包含在該第一點光平面30之微稜鏡陣列160及含有九個點光101之一點光陣列10。該矩形之外周邊對應於該投影影像144之大小，且該投影影像144之大小對應於該觀看者之FOV(在一平面中)。全部九個調變器影像114(視點)在該投影影像之一中心區域145重疊。越遠離該中心區域145，該等調變器影像114之重疊越少。在角落只有一個調變器影像114。因此，該中心區域145對應於具有高光場及色彩解析度之一窄FOV且該周邊區域對應於具有較低光場(深度)及色彩解析度之一較寬FOV。換言之，該中心區域145對應於具有高光場及色彩解析度之一注視點區域。該光場投影系統1可因此提供窄FOV中之高光場及色彩解析度及大FOV中之低解析度。

圖12顯示使用光場投影系統1之一觀看者看到之投影調變器影像114的一拼湊影像，該光場投影系統1包含在該第一點光平面30之微稜鏡陣列160及含有25個點光101之一點光陣列10。與圖11相同之推論成立，同時顯示更真實之更高解析度系統的情形。

圖13顯示藉由折射稜鏡60分配使得該中心區域145產生多分量光場(包含複數調變器影像114)同時該周邊被8個獨立位移調變器影像114涵蓋之投影調變器影像114的另一拼湊影像例。

圖14顯示投影調變器影像114的另一拼湊影像例，其中該等調變光場分量110係透過該陣列160同時地投影以產生具有低角、色彩及深度解析度之寬FOV周邊影像，而該中心區域145產生高解析度多分量光場(包含複數調變器影像114)。

在一實施例中，該光場投影系統1包含一眼球追蹤及投影轉向裝置。該眼球追蹤及投影轉向裝置可用於決定一觀看者注視的地方以藉此決定該中央窩區域與該投影影像144相關的地方。在此，該中央窩區域對應該投影影像144之中心區域145。

應了解的是本發明不限於上述示範實施例且其他實施例亦可在申請專利範圍之範疇內。

該光學調光器20可包含一空間光調變器(SLM)，例如一透射空間光調變器或一反射空間光調變器。該SLM可包含：例如一液晶覆矽(LCoS)或一鐵電液晶覆矽(FLCoS)之一快速反射SLM、一數位微鏡裝置(DMD)或其他適當調變器。

該光場投影系統1可包含一準直或部份準直透鏡50。該點光陣列10顯示通過該準直或部份準直透鏡50之該光學調光器20。該準直或部份準直透鏡50可包含具有與一準直或部份準直透鏡相同之功能的反射或全像元件。

圖15顯示依據另一組態之光場投影系統1，藉此該準直或部份準直透鏡50及該第一點光光學元件70可為放在一反射空間光調變器20之表面上的相同光學元件。

圖16顯示依據再一組態之光場投影系統1，藉此該準直或部份準直透鏡50及該第一點光光學元件70係放在一反射空間光調變器20之表面上的相同光學元件。此外，該點光陣列10與該第一點光平面30中之光學裝置60、61、63、64一致。若存在該傅立葉濾光片34，該點光陣列10亦可與該濾光片一致。在該組態中，該點光陣列10應包含讓該等調變光場分量110通過該點光陣列10且到達該調變光學元件32的孔(通孔)。

圖17顯示依據又一組態之光場投影系統1，藉此該第二光學元件40包含一配合器。該配合器40係組配成用於反射來自該調變光學元件32之調變光場分量110及用於在該視區121內形成該第二點光平面124中之第二點光影像120。該配合器40可包含：提供在一固定焦面中之影像的具有全像光柵之波導(一波導之堆疊物可用於提供多數焦面)、包括一全像圖案之一全向反射器、具有一分光器或一橢圓配合器之一圓頂形半透明鏡。該配合器40可更包含一半透明第一元件，該半透明第一元件包括具有一凹且橢圓形之一第一反射表面。該配合器40可更包含一大致曲面。該配合器40可包含不同或相同傾斜鏡之陣列。

該配合器可更組配成用於由真實世界朝向該視區發射自然光，使得投影虛擬光場及自然光都透過該配合器投影在該視區區域121內。

1:光場投影系統 10:點光陣列 20:光學調光器 30:第一點光平面 31:第一點光影像 32:調變光學元件 34:傅立葉濾光片 40:第二光學元件；目鏡；配合器 50:準直或部份準直透鏡 60:光學裝置；折射稜鏡 61:中性光學元件 63:成像透鏡 64:偏移透鏡 70:第一(點光)光學元件 90:觀看者眼睛 92:視網膜 100:入射光場 101:點光 101a:主動點光 101b:被動點光 110:調變光場分量 110a:入射調變光場分量 110b:出射調變光場分量 112:虛擬光場 114:調變器影像 115:調變器影像平面 120:第二點光影像 121:視區(區域) 124:第二點光平面；出射瞳 130:瞳孔 140,141,142,143,144:投影影像 145:中心區域 160:陣列 170:投影軸 611:入射面 D:距離 θ _a:頂角 θ _D:折射角

本發明藉助為舉例而提供且由該等圖顯示之一實施例的說明可更佳地了解，其中：圖1a顯示一光場投影系統，其包含投影調變光場分量之一光學調光器；圖1b與1c顯示當一觀看者之眼睛聚焦在無窮遠(圖1b)及在比無窮遠近處(圖1c)時，一觀看者看見的該光學調光器之投影影像；圖2a顯示依據一實施例之光場投影系統，其包含與該等調變光場分量中之至少一者互動的一折射稜鏡；圖2b與2c顯示當一觀看者之眼睛聚焦在無窮遠(圖2b)及在比無窮遠近處(圖2c)時，圖2a之系統之光學調光器的投影影像；圖2d顯示通過該折射稜鏡之一調變光場分量的一配置；圖3a顯示依據一實施例之光場投影系統，其包含複數折射稜鏡；圖3b與3c顯示當一觀看者之眼睛聚焦在無窮遠(圖3b)及在比無窮遠近處(圖3c)時，圖3a之系統之光學調光器的投影影像；圖4a與4b顯示依據一實施例之光學裝置，其包含複數折射稜鏡之一陣列(圖4a)及複數折射稜鏡及中性光學元件之一陣列(圖4b)；圖5a至c顯示依據一實施例之圖3a之光場投影系統的一特定組態(圖5a)，其產生觀看者聚焦在無窮遠(圖5b)及在比無窮遠近處(圖5c)時看見之空間分開影像的一拼湊影像；圖6a顯示依據一實施例之光場投影系統，其包含與該等調變光場分量中之至少一者互動的偏移透鏡；圖6b與6c顯示當一觀看者之眼睛聚焦在無窮遠(圖6b)及在比無窮遠近處(圖6c)時，圖6a之系統之光學調光器的投影影像；圖7顯示依據一實施例之光學裝置，其包含複數偏移透鏡之一陣列；圖8a顯示依據一實施例之光場投影系統，其包含與該等調變光場分量中之至少一者互動的成像透鏡；圖8b與8c顯示當一觀看者之眼睛聚焦在無窮遠(圖8b)及在比無窮遠近處(圖8c)時，圖8a之系統之光學調光器的投影影像；圖9顯示依據一實施例之光學裝置，其包含複數成像透鏡之一陣列；圖10顯示一點光陣列，其包含點光之一陣列；圖11顯示一觀看者使用該光場投影系統看見之投影第二點光影像的一拼湊影像，該光場投影系統包含折射稜鏡及含有九個點光之點光陣列；圖12顯示當該點光陣列包含25個點光時之投影第二點光影像的一拼湊影像；圖13顯示投影第二點光影像之另一拼湊影像例；圖14顯示投影第二點光影像之再一拼湊影像例；圖15顯示依據另一組態之光場投影系統；圖16顯示依據再一組態之光場投影系統；圖17顯示依據又一組態之光場投影系統。

1:光場投影系統

10:點光陣列

20:光學調光器

30:第一點光平面

32:調變光學元件

40:第二光學元件；目鏡

50:準直或部份準直透鏡

60:光學裝置；折射稜鏡

70:第一(點光)光學元件

90:觀看者眼睛

92:視網膜

100:入射光場

110:調變光場分量

112:虛擬光場

114:調變器影像

115:調變器影像平面

120:第二點光影像

121:視區(區域)

124:第二點光平面；出射瞳

130:瞳孔

170:投影軸

Claims

一種光場投影系統，其包含：一點光陣列，其包含複數點光且產生照明一光學調光器之一入射光場，該光學調光器係組配成用於調變該入射光場且沿著一投影軸投射複數個調變光場分量；一第一光學元件，其組配成用於形成一第一點光平面中之第一點光影像及一調變器影像平面中之調變器影像；及一第二光學元件，其界定一視區(eye box)區域且組配成用於在該視區內形成一第二點光平面中之第二點光影像；其中該等第一與第二點光平面及該調變器影像平面係與該投影軸實質地垂直且其中該調變器影像平面係在該等第一光學元件與第二光學元件之間；該系統更包含至少一光學裝置，該至少一光學裝置係在該第一點光平面處且組配成折射該等調變光場分量中之至少一者，以使對應該等調變光場分量中之該至少一者的該調變器影像在該調變器影像平面中空間地位移。
如請求項1之系統，其中該光學裝置包含至少一折射稜鏡，該至少一折射稜鏡係組配成使該等調變光場分量中之該至少一者折射一預定角度。
如請求項1或2之系統，其中該光學裝置包含至少一偏移透鏡，該至少一偏移透鏡係組配成使得該等調變光場分量中之該至少一者在該調變器影像平面中空間地位移；且使得該等調變光場分量中之該至少一者的該調變器影像相對該調變器影像平面沿著該投影軸位移。
如請求項2或3之系統，其中該光學裝置更包含至少一成像透鏡，該至少一成像透鏡係組配成使該等調變光場分量中之該至少一者的該調變器影像相對該調變器影像平面沿著該投影軸位移。
如請求項2至4中任一項之系統，其中該光學裝置更包含至少一中性光學元件，該至少一中性光學元件與至少一調變光場分量互動使得該調變光場分量未被光學地修改。
如請求項1至5中任一項之系統，其中該至少一光學裝置包含配置成一陣列之複數光學裝置，且各光學裝置與至少一調變光場分量互動。
如請求項6之系統，其中該陣列包含複數折射稜鏡。
如請求項6或7之系統，其中該陣列包含一或複數偏移透鏡。
如請求項7或8之系統，其中該等複數光學裝置係配置成使該等調變光場分量折射不同預定角度。
如請求項9之系統，其中該等調變光場分量係藉由從該陣列之中心朝向周邊增加預定角度來折射。
如請求項7至10中任一項之系統，其中該陣列包含至少一中性光學元件及/或至少一成像透鏡。
如請求項6至11中任一項之系統，其中該陣列係組配成與該等調變光場分量之各調變光場分量互動。
如請求項1至12中任一項之系統，其中該等複數調變光場分量同時地投影。
如請求項1至12中任一項之系統，其中該等複數調變光場分量依序地投影。
如請求項1至14中任一項之系統，更包含一眼球追蹤及轉向裝置，該眼球追蹤及轉向裝置係組配成決定該調變器影像平面中之該空間位移。
如請求項1至15中任一項之系統，其中該第一光學元件包含：一第一點光光學元件，其組配成用於形成該第一點光平面中之該第一點光影像；及一調變光學元件，其組配成用於形成該調變器影像平面中之調變器影像。