TW202318072A - 頭戴式裝置之光學系統 - Google Patents

Abstract

本發明係有關一種頭戴式裝置之光學系統。該光學系統包括用於發射複數個第一光信號之第一光發射器，該第一光發射器在第一維度的第一空間維度極限與第二空間維度極限之間改變投射方向；第一光改向器；及第二光改向器。配置第一光改向器的幾何形狀，使第一光發射器在接近第一空間維度極限處從第一光發射器到觀看者眼睛所發射之光信號的總光程長度大致上等於第一光發射器在接近第二空間維度極限處從第一光發射器到觀看者眼睛所發射之另一個光信號的總光程長度。

Description

頭戴式裝置之光學系統

本發明係有關一種頭戴式顯示裝置之光學系統；更具體而言，係有關一種用於校正頭戴式顯示裝置影像失真和色差的影像顯示系統。本發明進一步有關一種用於改善頭戴式顯示裝置之適眼距、視野和外形尺寸的系統。

對於採用波導來傳輸光源的光以顯示影像的頭戴式裝置而言，在沒有影像校正機構的情況下，由於透過波導傳輸過程中的光散射而導致影像失真。對於採用視網膜掃描顯示的頭戴式裝置而言，它們仰賴光合成器將光發射器發出的光引導到觀看者的眼睛。調整光合成器的表面曲率來控制光的方向，進而使光可以聚焦並為觀看者呈現影像。然而，光合成器表面的幾何形狀直接影響所生成影像幀的最終形狀。舉例而言，在某些情況下，使用矩形影像幀來顯示虛擬影像可能較佳。然而，影像幀的形狀通常不是完全的矩形（也就是已經變形）。在習知技藝中，影像幀的形狀可用數位方式進行調整；然而，這可能需要額外的電路系統來執行此類任務，這會增加頭戴式裝置的整體硬體體積。此外，數位失真校正通常會進行框修整，移除小部分的影像幀（特別是失真部分）以獲得影像幀的適當形狀；但是，這可能會導致不理想的解析度或影像資訊遺失。此外，光學儀器的“適眼距”是指觀看者的眼睛到該光學儀器最近的目鏡或光學元件的距離。此距離直接影響頭戴式裝置的外形尺寸，以及觀看者可以看到的最大視野和影像品質。習知頭戴式裝置的適眼距通常比傳統眼鏡大得多，這導致傳統眼鏡體積龐大。此外，習知頭戴式裝置的視野通常不足以提供更高品質的影像顯色。因此，需要一種用於強化外形尺寸之頭戴式裝置的新型光學系統，該光學系統可以保留影像幀的理想形狀。

根據本發明實施例的頭戴式裝置(head wearable devices，後文簡稱HWD)之光學系統包括第一光發射器、第一光改向器、第二光改向器及第三光改向器。第一光發射器用以發出複數個第一光信號。投射方向至少在一維上變化。第一光改向器、第二光改向器和第三光改向器接收複數個第一光信號並改變複數個第一光信號的個別方向。第一光改向器接收複數個第一光信號並將複數個第一光信號導向第三光改向器，第三光改向器將從第一光改向器接收的複數個第一光信號導向第二光改向器，第二光改向器將從第三光改向器接收的複數個第一光信號導向觀看者的眼睛，使觀看者看到影像幀。

在某些實施例中，第一光改向器和第二光改向器可以分別具有至少一個焦點。第一光改向器或第二光改向器可以具有兩個或兩個以上的焦點。

複數個第一光信號中的每個光信號具有不同的光程。不是第一光發射器在接近第一空間維度極限或接近第二空間維度極限處所發射之複數個第一光信號的某個第一光信號從第一光發射器到觀看者眼睛的總光程長度大致上等於第一光發射器在接近第一空間維度極限和接近第二空間維度極限處所發射之光信號的總光程長度。

在本發明之一實施例中，第三光改向器位於鄰近（或接近）第一光改向器的第一焦點和第二光改向器的第一焦點處。第一光改向器接收從第一光發射器發射的複數個第一光信號，並將所有第一光信號導向第一光改向器的第一焦點，具有不同光程的複數個第一光信號聚焦於該第一焦點處。光發射器可設置在鄰近第一光改向器的第二焦點處。在這種配置中，投射方向的變化幅度可以最大化，並確保所有光信號都可以被第一光改向器接收。觀看者的眼睛位於鄰近（或接近）第二光改向器的第二焦點處。

在某些實施例中，第一光改向器包括位於第一光改向器同一側的兩個焦點。第三光改向器位於鄰近第一光改向器的第一焦點和第二光改向器的第一焦點處。第一光發射器可位於鄰近第一光改向器的第二焦點處。在本發明某些變化例中，第二光改向器包括位於第二光改向器和觀看者眼睛之間的空間中的兩個焦點。觀看者的眼睛位於鄰近第二光改向器的第二焦點處。在習知技術中很容易見到關於具有這類配置之優點的描述。

在本發明之一替代實施例中，頭戴式裝置之光學系統包括第一光發射器、第一光改向器及第二光改向器。本實施例省略了上一個實施例中的第三光改向器。第一光改向器接收複數個第一光信號並改變複數個第一光信號的個別方向。第二光改向器將從第一光改向器接收的複數個第一光信號導向觀看者的眼睛，使觀看者看到影像幀。配置第一光改向器和第二光改向器使第一光改向器的第一焦點和第二光改向器的第一焦點在相同的空間位置處。第一光改向器可配置在比第二光改向器高的垂直位置處。在此實施例中，亦配置第一光改向器的幾何形狀，使第一光發射器在接近第一空間維度極限處所發射之光信號從第一光發射器到觀看者眼睛的總光程長度大致上等於第一光發射器在接近第二空間維度極限處所發射之另一個光信號從第一光發射器到觀看者眼睛的總光程長度。

在本發明之另一替代實施例中，HWD光學系統包括第一光發射器、合成器及校正組件。校正組件可包括第一過渡鏡、第二過渡鏡及第一拋物面反射器。第一過渡鏡和第二過渡鏡均位於第一拋物面反射器和合成器之間。合成器可以是拋物面反射器。第一光發射器所產生的光信號最初係由校正組件的第一拋物面反射器反射至過渡鏡。在某些實施例中，可在第一過渡鏡和第二過渡鏡之間設置第三過渡鏡，以增加光的光程長度。第一拋物面反射器旨在為合成器提供輔助的光分佈。第一過渡鏡和第二過渡鏡之間的光信號也相互平行。這是因為第一過渡鏡和第二過渡鏡之間的光程長度可基於外形尺寸根據需要來進行調整所得到的優點。

本發明之HWD光學系統可進一步包括用於發射複數個第二光信號的第二光發射器。觀看者的眼睛可以看到複數個第一光信號的每個光信號和對應的第二光信號，透過人類視覺融合形成雙眼的光信號；觀看者只能看到由單個第一光信號和對應的第二光信號組成的單個雙眼光信號。該光學系統進一步包括第四光改向器和第五光改向器，用於接收複數個第二光信號及改變複數個第二光信號的個別方向。與第一和第二光改向器類似，第四光改向器接收複數個第二光信號並將複數個第二光信號導向第五光改向器，第五光改向器將從第四光改向器接收的複數個第二光信號導向觀看者的另一隻眼睛，使複數個第二光信號投射到觀看者的另一個視網膜。使觀看者在眼睛所在的第二光改向器一側的對面側看到由複數個第一光信號組成的第一虛擬影像；同樣地，使觀看者在眼睛所在的第五光改向器一側的對面側看到由複數個第二光信號組成的另一虛擬影像。該光學系統可進一步包括第六光改向器，用於接收複數個第二光信號及改變複數個第二光信號的個別方向。在此實例中，第四光改向器接收複數個第二光信號並將複數個第二光信號導向第六光改向器，第六光改向器將從第四光改向器接收到的複數個第二光信號導向第五光改向器，第五光改向器將從第六光改向器接收的複數個第二光信號導向觀看者的另一隻眼睛。在本實施例中，第四光改向器相當於第一光改向器；第五光改向器相當於第二光改向器；而第三光改向器相當於第六光改向器。

在一實施例中，觀看者看到由第一虛擬影像和第二虛擬影像融合所形成的雙眼虛擬影像。雙眼虛擬影像的景深感受係藉由調整第一光信號的光程延伸與第二光信號的光程延伸之間形成的會聚角來控制。第一光信號和第二光信號的光程延伸方向可藉由控制第一光發射器和第二光發射器的投射方向(藉由例如光發射器內的MEMS鏡進行調節)來改變。這種創造虛擬影像景深感受的方法與人眼的自然視覺是一致的，因為人腦至少有一部分會根據眼睛的注視角度來決定物體在三維空間中的景深，這直接與第一光信號的光程延伸和第二光信號的光程延伸之間形成的會聚角有關。在本發明的某些實施例中，虛擬雙眼像素的右眼光信號和對應的左眼光信號顯示相同視角的影像。

利用本實施例的設計可以實現水平方向上大約60度的FOV。此外，影像幀左側垂直方向上的FOV與影像幀右側垂直方向上的FOV大致相同（1:1的比例）。影像幀頂部水平方向上的FOV也與影像幀底部水平方向上的FOV類似。

以下文中所用的術語旨在以其最廣泛的合理方式進行解釋，即使此等術語與某些特定實施例的詳細描述的技術結合使用時亦同。以下描述內容甚至可能會強調某些術語；然而，任何以受限方式解釋的術語皆在本實施方式中有具體的定義。

本發明係直接有關一種用於擴增實境或虛擬實境頭戴式裝置的改良光學系統。現行擴增實境(AR)或虛擬實境(VR)頭戴式裝置(HWD)通常使用球面透鏡或波導以及顯示螢幕/面板來呈現虛擬影像。現行AR/VR HWD通常具有較大的適眼距（係指觀看者的眼睛到光學儀器最近的目鏡或光學元件的距離）；結果，它們的外形尺寸和日常使用的可用性都很差。與現行AR/VR HWD不同，本發明實現一種在具有景深的三維空間中呈現三維影像的新方法。因此，可以實現具有優良外形尺寸和短適眼距的改良光學系統。除了這些提到的優點之外，本發明還為觀看者創造了大視野(FOV)，同時幾乎沒有影像失真。由於FOV大幅增加，因此也擴大了觀看者眼睛的有效眼箱（可以指眼睛接收到可接受的虛擬影像視圖的體積）；這是因為適眼距越短，使用者就越容易看到HWD的光發射器投射的光信號。本發明可以涉及複數個非球面或自由曲面透鏡/光學元件和直接視網膜掃描技術，以將光發射器投射的光信號引導到觀看者的眼睛。

參照圖1，本發明中提到的光發射器可以指在一個空間維度（例如笛卡兒座標系統中的x座標維度或y座標維度，或極座標系統中的θ座標維度或φ座標維度），或兩個空間維度（例如笛卡兒座標系統中的x座標維度和y座標維度，或極座標系統中的φ座標維度和θ座標維度）藉由發射形成影像幀像素的複數個光信號來產生影像幀（這是透過人眼的視覺暫留來實現的）。舉例而言，可採用以微機電系統（MEMS）為主的反射系統（例如MEMS鏡）來改變投射方向。此外，可以理解的是，在投射複數個光信號以形成虛擬影像或虛擬影像幀的同時，光發射器可以在兩個空間界限之間轉動（或線性移動）。具體而言，假設光發射器產生的影像幀具有矩形形狀，光發射器的投射方向在兩個座標維度（也就是在x和y座標維度或是在φ和θ座標維度）上變化。兩個座標維度的每個座標維度都有兩個界限，投射方向在這些界限之間變化。參照圖1，舉例而言，光發射器的投射方向在-m和m之間變化，其中-m和m是極座標系統中φ方向（或x方向）的座標，-m和m兩者視為φ方向的空間維度極限（這是光發射器可以轉動的極限；可以用角度表示）。在另一實施例中，光發射器的投射方向在-n和n之間變化，其中-n和n是笛卡兒座標系統中y方向的座標（或極座標中的θ）。在此實例中，將-m和m，以及-n和n視為空間維度極限。例如，-m或-n可稱為第一空間維度極限；m或n可稱為第二空間維度極限。

本發明所述之光發射器的具體實例可以是雷射光束掃描投影機(LBS投影機)，其可以包括用於產生不同色光的紅光雷射、綠光雷射和藍光雷射。此外，例如，每個影像幀可以包含1280 x 720像素，這些像素由1280 x 720的光信號組成。其他光發射器也可適用於本發明。

本發明中的術語“光改向器”是指在光遇到或入射到光學元件上之後配置用來改變光行進方向的任何光學元件。例如，光改向器可以是任何光學透鏡、鏡子、反射器、折射器、橢圓透鏡/反射器、球面透鏡/反射器、拋物面反射器、非球面透鏡/反射器、自由形式曲面光學透鏡/反射器或超曲面反射器等等。

在本發明中，“大致上等於”一詞是用來討論不同光信號的光程長度。應理解，當兩個光程長度視為“大致上等於”時，是指所述兩個光程長度相差小於5%。“接近”一詞是指物體（亦即物體的任何部分）配置在盡可能靠近某個位置（或另一個物體），但由於測量誤差、製造誤差、可容許的工程公差或任何其他類型的物理限制，而可能不在該位置。

本文中所述的影像失真是指觀看者眼睛接收到的實際影像幀的形狀相對於觀看者眼睛接收到的影像幀的預期/理想形狀產生改變。在某些情況下，影像失真可以是指由HWD的光學元件接收的實際影像幀的形狀相對於由該光學元件接收的影像幀的預期/理想形狀產生改變。而在另一實例中，影像幀的失真可以是指影像幀一側的長度相對於影像幀的另一對應側產生偏移。舉例而言（參照圖2），在影像幀的形狀是具有四邊形形狀的情況下，影像幀可以具有第一邊s1、第二邊s2、第三邊s3和第四邊s4。第一邊s1和第三邊s3對應於影像幀的左邊緣和右邊緣，且第一邊s1和第三邊s3由相同數目的光信號(像素；例如760個像素)組成。第二邊s2和第四邊s4對應於影像幀的上邊緣和下邊緣，且第二邊s2和第四邊s4由相同數目的光信號(像素；例如1280個像素)組成。第一邊s1和第三邊s3應具有相同的長度；第二邊s2和第四邊s4應具有相同的長度。在這種情況下，可藉由計算第一邊s1的長度與第三邊s3的長度的比值來測量影像幀在第一維度上的失真。同理，可藉由計算第二邊s2的長度與第四邊s4的長度的比值來測量影像幀在第二維度上的失真。比值偏離1意味著影像幀在第一或第二維度的失真更嚴重。為方便起見，影像幀的邊長不是用傳統的長度單位（毫米和厘米等）測量的。影像幀邊的大小以FOV表示，FOV是一個角度，以度數表示。更具體而言，影像幀的每一邊代表觀看者可以看到虛擬影像的空間範圍。因此，影像幀的邊長與觀看者可以看到的垂直和水平FOV直接相關（參照圖2和圖3）。

參照圖4，說明本發明實施例之HWD的光學系統。為簡單起見，僅顯示該光學系統的一側。然而，應理解本發明可應用於觀看者的一隻眼睛或觀看者的雙眼。HWD的光學系統包括第一光發射器100、第一光改向器110、第二光改向器120及第三光改向器130。第一光發射器100用以發出複數個第一光信號。如前所述，第一光發射器100在第一維度的第一空間維度極限和第二空間維度極限之間改變投射方向。第一維度可以是笛卡兒座標系統中的x座標維度或y座標維度，或是極座標系統中的θ座標維度或φ座標維度。投射方向至少在一維上變化。當投射方向在二維上變化時，可形成影像幀。舉例而言，第一空間維度極限和第二空間維度分別是指-m和m，第一光發射器100在其間發射複數個光信號。例如，在某些情況下，當投射方向在x方向（例如水平方向）上變化時，在接近第一空間維度極限處發射的光信號會產生影像幀的左邊緣；並且在接近第二空間維度極限處發射的光信號會產生影像幀的右邊緣。舉例而言，第一空間維度極限和第二空間維度分別是指-n和n，第一光發射器100在其間發射複數個光信號。例如，在某些其他情況下，當投射方向在y方向（例如垂直方向）上變化時，在接近第一空間維度極限處發射的光信號會產生影像幀的上邊緣；並且在接近第二空間維度極限處發射的光信號會產生影像幀的下邊緣。

參照圖4，第一光改向器110、第二光改向器120和第三光改向器130接收複數個第一光信號並改變複數個第一光信號的個別方向。複數個第一光信號的每個光信號具有不同的光程。第一光改向器110接收複數個第一光信號並將複數個第一光信號導向第三光改向器130，第三光改向器130將從第一光改向器110接收的複數個第一光信號導向第二光改向器120，第二光改向器120將從第三光改向器130接收的複數個第一光信號導向觀看者的眼睛，使觀看者看到由複數個第一光信號（像素）組成的影像幀。第一光改向器110和第二光改向器120可分別具有至少一個焦點。在其他實施例中，第一光改向器110或第二光改向器120可具有兩個或兩個以上的焦點。

參照圖5，在本發明之一實施例中，第三光改向器130位於鄰近（或接近）第一光改向器的第一焦點1101和第二光改向器的第一焦點1201處（第一光改向器的第一焦點1101和第二光改向器的第一焦點1201在相同的空間位置處)。第一光改向器110接收第一光發射器100發出的複數個第一光信號，並將所有第一光信號導向第一光改向器的第一焦點1101，具有不同光程的複數個第一光信號聚焦於該第一焦點處。第三光改向器130的實際尺寸相對於第一光改向器110可以小得多，因為它位於第一光改向器110的焦點處並且需要很少量的表面來接收來自第一光改向器110的複數個第一光信號。這對於HWD的設計特別有利，因為可大幅縮小HWD的實際尺寸。此外，將第三光改向器130放置在鄰近第一光改向器的第一焦點1101處，來自第一光改向器110的所有光信號都可以被第三光改向器130接收。在本實施例中，第三光改向器130亦設置在鄰近（或接近）第二光改向器的第一焦點1201處，使第二光改向器120可以接收來自第三光改向器130的所有第一光信號。

在某些情況下（參照圖5），第一光改向器110可以包括第二焦點1102。第一光發射器100設置在鄰近（或接近）第一光改向器的第二焦點1102處。在此配置中，投射方向的變化幅度可以最大化，並確保所有光信號都可以被第一光改向器110接收。注意在本發明中，第一光改向器的第一焦點1101、第一光改向器110的第二焦點和第二光改向器的第一焦點1201不在同一直線上(不共線排列)。如此一來，這些光學元件就可以以更緊密的方式配置，進而縮小HWD的最終實際尺寸。如圖5所示，在某些情況下，為了確保觀看者的眼睛可以受益於本發明之光學系統所創造的完整FOV，以及確保觀看者可以看到整個影像幀，使觀看者的眼睛位於鄰近（或接近）第二光改向器的第二焦點1202處。

參照圖6A-6C，由第二光改向器120重新導向到觀看者眼睛的第一光信號的會聚角β1和β2與影像幀的FOV直接相關；會聚角β1和β2直接受到色散角α1和α2的影響。換言之，影像幀的FOV隨著色散角α的變化而改變。如果色散角α增加，FOV也會增加。參照圖5和6A-6C，可以藉由改變從第三光改向器130到第二光改向器120表面的光程長度與從第二光改向器120表面到觀看者眼睛的光程長度差來調整影像幀的FOV。更具體而言(參照圖6A)，當從第三光改向器130到第二光改向器120表面(之光信號)的光程長度(以OPL1表示)相對於從第二光改向器120表面到觀看者眼睛的光程長度(以OPL2表示)減小時，影像幀的FOV會減小；另一方面，當從第三光改向器130到第二光改向器120表面(之光信號)的光程長度相對於從第二光改向器120表面到觀看者眼睛的光程長度增加時，影像幀的FOV會增加。

可以調整第二光改向器120的方位來改變OPL1和OPL2之間的差。參照圖6B，兩圖均說明來自第三光改向器130(或來自第一光改向器110)之具有相同色散角α的複數個光信號；當複數個光信號被引導到同一個第二光改向器120表面的不同部分時（藉此改變OPL1和OPL2之間的差），會聚角（β1和β2）可能仍然是不同的。第二光改向器120相對於觀看者眼睛的方位可藉由第二光改向器120的軸（例如通過第二光改向器120之第一和第二焦點的軸）相對於觀看者眼睛的角度來表示。在某些其他實施例中，如果觀看者的眼睛位於第二光改向器的第二焦點1202處，則可利用第二光改向器的第一焦點1201相對於觀看者眼睛的相對位置來表示方位。如圖6A和6B所示，藉由改變第二光改向器120的方位影響OPL1和OPL2之間的差，以產生不同的FOV。在某些實施例中，可以調整第二光改向器120的幾何形狀使OPL1和OPL2之間的差最佳化，以產生期望的FOV。在另一實施例中，可以調整從第一光改向器110到第三光改向器130之光信號的入射角（藉此改變色散角α的大小，或改變光信號在第二光改向器120上的位置)來影響OPL1和OPL2之間的差，以產生期望的FOV。

除了改變OPL1和OPL2之間的差以外，參照圖6C，可配置第三光改向器130的幾何形狀來改變投射到觀看者眼睛之影像幀的FOV。例如，可視應用而定，將第三光改向器130的曲率改變成凹面、凸面或平面，使從第三光改向器130重新導向到第二光改向器120的複數個第一光信號的色散角α得以被改變。舉例而言，圖6C說明第三光改向器130的結構，其中一個是平面，而另一個是凸面。與平面的第三光改向器130相比，凸面的第三光改向器130能產生更大的色散角(α2＞α1)。在某些實施例中，可能希望第三光改向器130的光入射表面是凸面的，以便使分散角α最大化，同時藉由將第三光改向器130和觀看者的眼睛設置在第二光改向器120的不同焦點處，確保所有第一光信號被第二光改向器120接收並且被第二光改向器120重新導向到觀看者的眼睛。在某些其他實施例中，可以調整第三光改向器130的反射角以改變虛擬影像的FOV。可以簡單地朝特定方向旋轉第三光改向器130來調整反射的角度。

儘管通常希望更大的FOV；然而，眾所周知，當色散角α增大時，不同光信號之間的光程差也會隨著色散角α的增大而增大（如圖7所示，路徑A1和B1之間的光程長度差小於路徑A2和B2之間的光程長度差)，影像幀的失真會更加嚴重。換言之，複數個光信號之間的光程長度差是造成影像幀失真的關鍵因素。再次參照圖5，為了解決這個問題，本發明採用至少兩個光改向器(亦即第一和第二光改向器)以平衡光信號之間的光程長度差。第一光改向器110的幾何形狀係用來補償光程長度差，使第一光發射器100在接近第一空間維度極限處（其對應於影像幀的邊緣）所發射之光信號從第一光發射器100到觀看者眼睛的總光程長度大致上等於第一光發射器100在接近第二空間維度極限處（其對應於影像幀的另一邊緣）所發射之另一個光信號從第一光發射器100到觀看者眼睛的總光程長度。利用這種方法，可以補救影像幀邊緣之間的失真。更具體而言，參照圖5，從第三光改向器130到觀看者眼睛的光信號S1的光程長度為P ₁₃+P ₁₄；從第三光改向器130到觀看者眼睛的光信號S2的光程長度為P ₂₃+P ₂₄。在P ₁₃+P ₁₄＞P ₂₃+P ₂₄（從第三光改向器130到觀看者眼睛的光程長度S1大於S2）的情況下，配置第一光改向器110的幾何形狀使P ₁₁+P ₁₂＜ P ₂₁+P ₂₂（從光發射器100到第三光改向器130的光程長度S1比S2短）。結果，光信號S1的總光程長度，P ₁₁+P ₁₂+P ₁₃+P ₁₄，與光信號S2的總光程長度，P ₂₁+P ₂₂+P ₂₃+ P ₂₄，大致上相同。同理，在P ₁₃+P ₁₄＜P ₂₃+P ₂₄的情況下，配置第一光改向器110的幾何形狀使P ₁₁+P ₁₂＞P ₂₁+P ₂₂。本發明所述之光學元件（包括第一光改向器110、第三光改向器130和第二光改向器120）的幾何形狀可以指光學元件表面的曲率、光學元件的形狀、光學元件的長軸/短軸方位，及/或光學元件的位置。在某些情況下，光學元件的幾何形狀會影響光學元件的焦點位置，以及光學元件的其他光學特性。

上述用於消除影像幀邊緣之間的影像幀失真的方法也可以用於減少來自影像幀其他區域的失真。在某些實施例中，可配置第一光改向器110、第三光改向器130和第二光改向器120的幾何形狀，使不是在第一和第二空間維度極限位置中第一光發射器100所發射之光信號從第一光發射器100到觀看者眼睛之複數個第一光信號的某個第一光信號的總光程長度大致上等於在接近第一空間維度極限和第二空間維度極限處所發射之光信號的總光程長度。

在某些實施例中（如前圖所示），第一光改向器110包括位於第一光改向器110和觀看者眼睛之間的空間中的兩個焦點；或者換言之，這兩個焦點位於第一光改向器110的同一側。第三光改向器130位於鄰近（或接近）第一光改向器的第一焦點1101和第二光改向器的第一焦點1201處（即第一光改向器的第一焦點1101和第二光改向器的第一焦點1201在相同的空間位置處）。同時，第一光發射器100可以位於鄰近第一光改向器110的第二焦點處。舉例而言，光發射器可包括用於改變第一光信號的投射方向的MEMS鏡。MEMES鏡可以放置在鄰近第一光改向器110的第二焦點處。在本發明的某些變化例中，第二光改向器120包括位於第二光改向器120和觀看者眼睛之間的空間中的兩個焦點；或者第二光改向器120的兩個焦點位於第二光改向器120的同一側。觀看者的眼睛位於鄰近第二光改向器的第二焦點1202處。在習知技術中很容易見到關於具有這類配置之優點的描述。舉例而言，第一光改向器110用於接收複數個第一光信號的表面或第二光改向器120用於接收複數個第一光信號的表面在本實施例中為橢圓曲面；因此，表面可能至少有兩個焦點。在某些實施例中，第一光改向器110用於接收複數個第一光信號的表面或第二光改向器120用於接收複數個第一光信號的表面是橢圓曲面。在某些實施例中，第一光改向器110用於接收複數個第一光信號的表面和第二光改向器120用於接收複數個第一光信號的表面均為橢圓曲面。在某些實施例中，第一光改向器用於接收複數個第一光信號的表面或第二光改向器用於接收複數個第一光信號的表面為非球形曲面或自由形式曲面。第一光改向器110的表面和第二光改向器120的表面可以包括不同的曲率；也就是說，這些表面是具有不同長軸及/或短軸的橢圓的一部分。雖然第一光改向器110和第二光改向器120具有不同的曲率；然而，在某些實施例中，它們可以一體成型為單件式光學元件。第三光改向器130是反射鏡，其將大部分的光（超過60%的接收光）反射到另一個方向。在其他實施例中，第三光改向器130可以是任何反射型光學元件，其將大部分的光（超過60%的接收光）反射到另一個方向（例如到第二光改向器120）。另一方面，第一光改向器110或第二光改向器120至少部分可容許環境光穿透進入觀看者的眼睛。在本發明應用作為光學系統或AR HWD的情況下，第二光改向器120可以相當於習知AR HWD的合成器，容許環境光通過第二光改向器120進入觀看者的眼睛。因此，可以創造出包括虛擬影像和真實世界影像的擴增影像。

為了便於說明，以下提供第一光改向器110和第二光改向器120的規格。第一光改向器110和第二光改向器120的直徑可以分別為10mm-40mm。第一和第二光改向器120的中心到第一焦點和第二焦點的距離可以分別為10mm-20mm和20mm-30mm。第一光改向器110的中心與第二光改向器120的中心之間的距離為25mm-40mm。影像幀的最大FOV可約為60度，本實施例的適眼距約為15mm-30mm。

參照圖8，係表示本發明實施例的另一種變化。此實施例的配置和特徵與前述實施例的配置和特徵類似。頭戴式裝置之光學系統包括第一光發射器100、第一光改向器110和第二光改向器120。本實施例省略了上一個實施例中的第三光改向器130。第一光改向器110接收複數個第一光信號並改變複數個第一光信號的個別方向。第二光改向器120將從第一光改向器110接收的複數個第一光信號導向觀看者的眼睛，使觀看者看到影像幀。配置第一光改向器110和第二光改向器120使第一光改向器的第一焦點1101和第二光改向器的第一焦點1201在相同的空間位置處。此外，在一實施例中，第一光改向器110可配置在比第二光改向器120高的垂直位置處，如圖8所示。這種配置係將光發射器放置在更靠近使用者前額的位置。在此實施例中，同樣也配置第一光改向器110的幾何形狀使第一光發射器100在接近第一空間維度極限處所發射之光信號從第一光發射器100到觀看者眼睛的總光程長度大致上等於第一光發射器100在接近第二空間維度極限處所發射之另一光信號的從第一光發射器100到觀看者眼睛總光程長度。為了使觀看者看到的FOV最佳化，可以調整複數個第一光信號投射到第一光改向器110的位置來改變觀看者看到的最終FOV。

在上述實施例中，也可以藉由改變從第三光改向器130到第二光改向器120表面的光程長度與從第二光改向器120表面到觀看者眼睛的光程長度之間的差來調整影像幀的FOV。與之前的實施例類似，可以調整第二光改向器120的方位來改變OPL1和OPL2之間的差。在某些實施例中，可以調整第二光改向器120的幾何形狀使OPL1和OPL2之間的差最佳化，以產生期望的FOV；或者可以調整從第一光改向器110到第三光改向器130之光信號的入射角來影響OPL1和OPL2之間的差，以產生期望的FOV。

為了便於說明，以下提供本實施例之第一光改向器110和第二光改向器120的規格。第一光改向器110和第二光改向器120的直徑可以分別為20mm-35mm。第一和第二光改向器120的中心到第一焦點和第二焦點的距離可以分別為30mm-40mm和60mm-80mm。第一光改向器110的中心與第二光改向器120的中心之間的距離為50-55mm。影像幀的最大FOV可約為60度，本實施例的適眼距約為60mm。

參照圖9，係表示本發明實施例的另一種變化。第一光改向器110、第二光改向器120和第三光改向器130可以分別為柱面透鏡、橢圓透鏡或拋物面透鏡及柱面透鏡。本實施例中的第一光改向器110和第三光改向器130是校正組件，其作用是校正由第二光改向器120所造成的影像幀失真。舉例而言，第一光改向器110可以是凹透鏡，而第二柱面透鏡可以是凸透鏡。

利用本實施例的設計可以實現水平方向上大約40度的FOV。此外，影像幀左側垂直方向上的FOV與影像幀右側垂直方向上的FOV大致相同（1:1的比例）。影像幀頂部水平方向上的FOV也與影像幀底部水平方向上的FOV類似。

參照圖10，係表示本發明實施例的另一種變化。在本實施例中，HWD的光學系統包括第一光發射器100、合成器（相當於第二光改向器120）及校正組件。校正組件可包括三個過渡鏡（相當於第三光改向器130）和第一拋物面反射器（相當於第一光改向器110）。過渡鏡位於第一拋物面反射器和合成器之間。合成器可以是拋物面反射器。第一光發射器100產生的光信號一開始由校正組件的第一拋物面反射器反射到過渡鏡。接著，光被過渡鏡反射到第二拋物面反射器（可以是頭戴式裝置的合成器）。在某些實施例中，第三過渡鏡可以設置在第一過渡鏡和第二過渡鏡之間，用以增加光的光程長度。第一拋物面反射器旨在提供輔助的光分佈以平衡合成器所造成的失真。這意味著，在光被第一拋物面反射器和合成器反射後，兩個拋物面反射器所造成的失真會相互抵消，進而在光線進入觀看者的眼睛時產生期望的光分佈。本實施例的另一個主要特徵是在光信號被第一拋物面反射器反射之後，由第一拋物面反射器產生平行的光信號。因此，第一過渡鏡和第二過渡鏡之間的光信號也相互平行。這是因為第一過渡鏡和第二過渡鏡之間的光程長度可基於外形尺寸根據需要來進行調整所得到的優點。

下面說明本發明的失真校正效能。如先前所述，在本發明的某些實施例中，影像幀實質上為具有第一邊、第二邊、第三邊和第四邊的四邊形；第一邊和第三邊由相同數目的光信號組成；第二邊和第四邊由相同數目的光信號組成。參照圖11，為了便於示例，本發明使用矩形影像幀來說明本發明之光學系統的效能。圖11A表示未使用數位校正的習知技術之光學系統的失真校正效能。最終的影像幀在垂直 FOV中（例如在影像幀的第二邊和第四邊）產生嚴重的失真，影像幀被扭曲為梯形。影像幀的第二邊與第四邊的FOV比（與長度比相同）約為0.57。圖11B表示本發明之光學系統的失真校正效能(同樣未使用數位校正)。影像幀保留預期的矩形，影像幀的第二邊與第四邊的FOV比（與長度比相同）接近1。影像幀的第一邊與第三邊（水平FOV）的FOV比也接近1。為了便於說明，測量第一邊之FOV（或長度）與第三邊之FOV（或長度）的比值為0.95-1.05；同樣地，第二邊之FOV（或長度）與第四邊之FOV（或長度）的比值也是0.95-1.05。顯然本發明並不需要修整小部分影像幀的數位失真校正。因此，採用本發明所揭示的光學系統，可以保留影像幀的完整影像資訊（在解析度和像素數方面）。除了FOV之外，本發明的設計可以改善整個影像幀光照強度的光均勻度。

本發明的另一個主要優勢在於本發明係提供光學失真校正而不是數位校正；與使用數位失真校正的HWD相比，這個特點使本發明能夠消耗更少的功率。此外，眾所周知，數位失真校正在影像校正的過程中可能會移除影像幀的失真部分。本發明不會移除影像幀的任何部分。因此，得以保留影像幀的解析度和清晰度。除了上述優點之外，與先前技術相比，本實施例可縮短適眼距。已證明本實施例的適眼距可以縮短至大約15mm-30mm。此外，由於適眼距和FOV都達到最佳化，因此也可以擴大眼箱的範圍（形成有效可視影像的空間體積）。

為了在三維空間中呈現虛擬影像，本發明的光學系統需要應用在觀看者的雙眼。理論上，用於觀看者雙眼的光學系統應該包括相同的光學元件。參照圖12和13，下面描述在三維空間中呈現虛擬影像的方法。本發明之HWD的光學系統可進一步包括用於發射複數個第二光信號的第二光發射器200。複數個第一光信號的每個光信號具有來自複數個第二光信號之對應的第二光信號。更具體而言，觀看者的眼睛可以看到複數個第一光信號的每個光信號和對應的第二光信號，透過人類視覺融合形成雙眼的光信號；結果觀看者只能看到由單個第一光信號和對應的第二光信號組成的單個雙眼光信號。在本實施例中，光學系統進一步包括第四光改向器210和第五光改向器220，用於接收複數個第二光信號並改變複數個第二光信號的個別方向。與第一和第二光改向器110和120類似，第四光改向器210接收複數個第二光信號並將複數個第二光信號導向第五光改向器220，第五光改向器220將從第四光改向器210接收的複數個第二光信號導向觀看者的另一隻眼睛，使複數個第二光信號投射到觀看者的另一個視網膜。使觀看者在眼睛所在的第二光改向器120一側的對面側與另一隻眼睛所在的第五光改向器220一側的對面側的看到由複數個第一和第二光信號分別組成的第一和第二虛擬影像。光學系統可進一步包括第六光改向器230（相當於前述第三光改向器130），用於接收複數個第二光信號及改變複數個第二光信號的個別方向。在此實例中，第四光改向器210接收複數個第二光信號並將複數個第二光信號導向第六光改向器，第六光改向器230將從第四光改向器210接收的複數個第二光信號導向第五光改向器220，第五光改向器220將從第六光改向器230接收的複數個第二光信號導向觀看者的另一隻眼睛。在本實施例中，第四光改向器210相當於第一光改向器110；第五光改向器220相當於第二光改向器120；第三光改向器130相當於第六光改向器230。

在一實施例中，觀看者看到由第一虛擬影像（或像素）和第二虛擬影像（或像素）融合所形成的雙眼虛擬影像或雙眼虛擬像素。為了便於描述本發明，雙眼虛擬影像可以僅由一個像素組成。觀看者所看到的雙眼虛擬影像的位置可以由從觀看者眼睛延伸至第二光改向器120的第一光信號的光程與從觀看者另一隻眼睛延伸至第五光改向器220的對應第二光信號的光程之間的交點位置來決定。更重要的是，根據本發明，藉由調整第一光信號的光程延伸與第二光信號的光程延伸之間形成的會聚角來控制雙眼虛擬影像的景深感受。可以藉由控制第一光發射器100和第二光發射器200的投射方向來改變第一光信號和第二光信號的光程延伸方向。這種創造虛擬影像景深感受的方法與人眼的自然視覺是一致的，因為人腦至少有一部分會根據眼睛的注視角度來決定物體在三維空間中的景深，這直接與第一光信號的光程延伸和第二光信號的光程延伸之間形成的會聚角有關。在本發明的某些實施例中，虛擬雙眼像素的右眼光信號和對應的左眼光信號顯示相同視角的影像。因此，右眼光信號和左眼光信號的紅色、藍色和綠色（RBG）的強度及/或亮度大致相同。換言之，右眼像素和對應的左眼像素大致相同。然而，在某些實施例中，右眼像素和對應的左眼像素可能不同。

圖13進一步描述根據本發明之光學系統來呈現景深感受的方法。觀看者看到由複數個雙眼像素（例如第一虛擬雙眼像素72和第二虛擬雙眼像素74）組成的虛擬影像70。第一虛擬雙眼像素72顯示在第一景深D1處，第二虛擬雙眼像素74顯示在第二景深D2處。第一虛擬雙眼像素72的會聚角是Ɵ1（第一會聚角）。第二虛擬雙眼像素74的會聚角是Ɵ2（第二會聚角）。第一景深D1與第一會聚角Ɵ1相關。特別是物體的第一虛擬雙眼像素的第一景深可以由第一光信號36和對應的第二光信號16的光程延伸之間的第一會聚角Ɵ1來決定。第一虛擬雙眼像素72的第一景深D1可由以下公式概略計算：

右瞳孔和左瞳孔之間的距離是瞳孔間距（IPD）。同樣地，第二景深D2與第二會聚角Ɵ2相關。特別是物體的第二虛擬雙眼像素的第二景深D2可利用相同的公式由第一光信號38和對應的第二光信號18的光程延伸之間的第二角度Ɵ2來概略決定。由於觀看者所看到的第二虛擬雙眼像素74比第一虛擬雙眼像素72更遠離觀看者（亦即具有更大的景深），所以第二角度Ɵ2小於第一角度Ɵ1。此外，改向的右眼光信號和對應的左眼光信號之間的角度由右眼像素和左眼像素的相對水平距離來決定。因此，虛擬雙眼像素的景深與形成虛擬雙眼像素的右眼像素和對應的左眼像素之間的相對水平距離成反比。換言之，觀看者看到的虛擬雙眼像素越深，形成這種虛擬雙眼像素的右眼像素和左眼像素之間在X軸上的相對水平距離越小。舉例而言，如圖2所示，觀看者看到的第二虛擬雙眼像素74比第一虛擬雙眼像素72具有更大的景深（亦即離觀看者更遠）。因此，第二右眼像素和第二左眼像素之間的水平距離小於視網膜影像上第一右眼像素和第一左眼像素之間的水平距離。

在本發明的某些變化例中，雙眼影像幀或雙眼像素的景深感受可以是前述方法和習知視差法的結合（部分藉由本發明所揭示的方法，部分藉由視差法）。然而，在某些實施例中，景深感受可以主要藉由本發明所揭示的方法來呈現。

前面所述之實施例係用以使本領域的任何技術人員能夠製作與使用本發明之標的。這些實施例的各種修改為熟習該項技術者所能顯而易見者。本文中所揭示的新原理與標的可以在不運用創新能力的情況下應用到其他實施例。申請專利範圍中提出的請求標的並不限於本文所示之實施例，而是要符合與本文中所揭示的原理與創新之處一致的最大範圍。另外附加的實施例應可預期均在所揭示標的之精神和真實範圍內。因此，本發明希望涵蓋落入後附申請專利範圍之範疇內的修改和變化及其等效所為者。

100:第一光發射器 110:第一光改向器 1101:第一光改向器的第一焦點 1102:第一光改向器的第二焦點 120:第二光改向器 1201:第二光改向器的第一焦點 1202:第二光改向器的第二焦點 130:第三光改向器 16:對應的第二光信號 18:對應的第二光信號 200:第二光發射器 210:第四光改向器 220:第五光改向器 230:第六光改向器 36:第一光信號 38:第一光信號 70:虛擬影像 72:第一虛擬雙眼像素 74:第二虛擬雙眼像素 D1:第一景深 D2:第二景深 S1:光信號 S2:光信號

圖1說明與本發明相關的背景知識。 圖2說明與本發明相關的背景知識。 圖3說明與本發明相關的背景知識。 圖4為說明本發明實施例的示意圖。 圖5為說明本發明實施例的另一示意圖。 圖6A為說明本發明實施例如何減少影像幀失真和增加FOV的示意圖。 圖6B為說明本發明實施例如何減少影像幀失真和增加FOV的另一示意圖。 圖6C為說明本發明實施例如何減少影像幀失真和增加FOV的另一示意圖。 圖7說明本發明實施例的不同光信號的光程差概念。 圖8為本發明另一實施例的示意圖。 圖9為本發明又一實施例的示意圖。 圖10為本發明又一實施例的示意圖。 圖11A說明習知技術的影像幀品質。 圖11B說明本發明的影像幀品質。 圖12為說明兩組光學系統應用於觀看者雙眼之實施例的示意圖。 圖13說明本發明用於呈現景深感受和三維效果的方法。

100:第一光發射器

110:第一光改向器

1101:第一光改向器的第一焦點

1102:第一光改向器的第二焦點

120:第二光改向器

1201:第二光改向器的第一焦點

1202:第二光改向器的第二焦點

130:第三光改向器

S1:光信號

S2:光信號

Claims (24)

1. 一種頭戴式裝置之光學系統，包括： 一第一光發射器，用於發射複數個複數個第一光信號，該第一光發射器在一第一維度的一第一空間維度極限與一第二空間維度極限之間改變投射方向；及 一第一光改向器和一第二光改向器，用於接收該複數個第一光信號及改變該複數個第一光信號的個別方向； 其中該第一光改向器接收該複數個第一光信號並將該複數個第一光信號導向該第二光改向器，該第二光改向器將從該第一光改向器接收的該複數個第一光信號導向觀看者的眼睛，使該觀看者看到由該複數個第一光信號組成的一第一影像幀， 其中配置該第一光改向器的幾何形狀，使該第一光發射器在接近該第一空間維度極限處所發射之光信號的從該第一光發射器到該觀看者眼睛的總光程長度大致上等於該第一光發射器在接近該第二空間維度極限處所發射之另一個光信號的從該第一光發射器到該觀看者眼睛的總光程長度。
2. 如請求項1之頭戴式裝置之光學系統，其中不是在接近該第一空間維度極限或該第二空間維度極限處所發射之複數個第一光信號的從該第一光發射器到該觀看者眼睛的一第一光信號的總光程長度大致上等於該第一光發射器在接近該第一空間維度極限和接近該第二空間維度極限處所發射之光信號的總光程長度。
3. 如請求項1之頭戴式裝置之光學系統，其中配置該第一光改向器和該第二光改向器使該第一光改向器的一第一焦點和該第二光改向器的一第一焦點在相同的空間位置處。
4. 如請求項1之頭戴式裝置之光學系統，進一步包括鄰近該第一光改向器的一第一焦點和該第二光改向器的一第一焦點處的一第三光改向器。
5. 如請求項4之頭戴式裝置之光學系統，其中該第一光改向器接收該複數個第一光信號並將該複數個第一光信號導向該第三光改向器，該第三光改向器將從該第一光改向器接收的該複數個第一光信號導向該第二光改向器，該第二光改向器將從該第三光改向器接收的該複數個第一光信號導向該觀看者的眼睛。
6. 如請求項1之頭戴式裝置之光學系統，其中該第一光發射器位於鄰近該第一光改向器的一第二焦點處。
7. 如請求項1之頭戴式裝置之光學系統，其中該觀看者的眼睛位於鄰近該第二光改向器的一第二焦點處。
8. 如請求項1之頭戴式裝置之光學系統，其中該第一光改向器包括位於該第一光改向器同一側的兩個焦點。
9. 如請求項1之頭戴式裝置之光學系統，其中該第二光改向器包括位於該第二光改向器同一側的兩個焦點。
10. 如請求項4之頭戴式裝置之光學系統，其中該複數個第一光信號從該第二光改向器行進到該觀看者眼睛時的一會聚角與該第一影像幀對該觀看者眼睛的視野相關。
11. 如請求項10之頭戴式裝置之光學系統，其中該觀看者眼睛所看到的該第一影像幀視野係藉由下列任何一種方法來調整，所述方法包括改變該第二光改向器相對於該觀看者眼睛的方向、改變該第三光改向器的反射角，以及改變該第三光改向器的曲率。
12. 如請求項1之頭戴式裝置之光學系統，其中該第一光改向器的幾何形狀包括該第一光改向器的表面曲率，以及該第一光改向器的一第一焦點位置和該第一光改向器的第二焦點位置。
13. 如請求項1之頭戴式裝置之光學系統，其中用於接收該第一光改向器之該複數個第一光信號的表面或用於接收該第二光改向器之該複數個第一光信號的表面為橢圓曲線。
14. 如請求項1之頭戴式裝置之光學系統，其中用於接收該第一光改向器之該複數個第一光信號的表面或用於接收該第二光改向器之該複數個第一光信號的表面為非球形曲線或自由形式曲線。
15. 如請求項1之頭戴式裝置之光學系統，其中該第一光改向器和該第二光改向器係一體成型。
16. 如請求項4之頭戴式裝置之光學系統，其中該第三光改向器為反射鏡。
17. 如請求項1之頭戴式裝置之光學系統，該第一光改向器或該第二光改向器至少部分可容許環境光穿透進入該觀看者的眼睛。
18. 如請求項1之頭戴式裝置之光學系統，其中該第一光改向器接收該複數個第一光信號並將該複數個第一光信號導向該第二光改向器，使該複數個第一光信號導向該觀看者的視網膜，使該觀看者在眼睛位在的該第二光改向器的一側的對面側看到由該複數個第一光信號組成之該第一影像幀中的一第一虛擬影像。
19. 如請求項18之頭戴式裝置之光學系統，進一步包括： 一第二光發射器，用於發射複數個第二光信號； 一第四光改向器和一第五光改向器，用於接收該複數個第二光信號及改變該複數個第二光信號的個別方向； 其中該第四光改向器接收該複數個第二光信號並將該複數個第二光信號導向該第五光改向器，該第五光改向器將從該第四光改向器接收的該複數個第二光信號導向該觀看者的另一隻眼睛，使該複數個第二光信號導向該觀看者的另一個視網膜，使該觀看者在另一隻眼睛該第五光改向器對面側的該觀看者看到由該複數個第二光信號組成之一第二影像幀中的一第二虛擬影像， 其中該觀看者看到由該第一虛擬影像和該第二虛擬影像融合所形成的一雙眼虛擬影像，其中該雙眼虛擬影像的位置係由從該觀看者眼睛延伸至該第二光改向器的該複數個第一光信號的光程與從該觀看者另一隻眼睛延伸至該第五光改向器的對應該複數個第二光信號的光程之間的交點來決定，該雙眼虛擬影像的景深感受至少部分由該複數個第一光信號的光程與該複數個第二光信號的光程之間形成的一會聚角來決定。
20. 如請求項1之頭戴式裝置之光學系統，其中該第一光改向器接收該複數個第一光信號並將該複數個第一光信號導向該第二光改向器，使該複數個第一光信號導向該觀看者的視網膜，使該觀看者眼睛位在的該第二光改向器的一側的對面側形成複數個第一虛擬像素。
21. 如請求項20之頭戴式裝置之光學系統，進一步包括： 一第二光發射器，用於發射複數個第二光信號；及 一第四光改向器和一第五光改向器，用於接收該複數個第二光信號及改變該複數個第二光信號的個別方向； 其中該第四光改向器接收該複數個第二光信號並將該複數個第二光信號導向該第五光改向器，該第五光改向器將從該第四光改向器接收的該複數個第二光信號導向觀看者的另一隻眼睛，使該複數個第二光信號投射到該觀看者的另一個視網膜，並且在該觀看者另一隻眼睛對面側的該第五光改向器側形成來自一第二影像幀的複數個第二虛擬像素， 其中該觀看者看到由該複數個第一虛擬像素其中之一與該複數個第二虛擬像素的對應第二虛擬像素融合的一雙眼虛擬像素， 其中該雙眼虛擬像素的位置係由從該觀看者眼睛延伸至該第二光改向器的該複數個第一虛擬像素其中之一的光程與從觀看者另一隻眼睛延伸至第五光改向器的對應第二虛擬像素的光程之間的交點來決定，雙眼虛擬像素的景深感受係由從觀看者的眼睛延伸至第二光改向器的該複數個第一虛擬像素其中之一的光程與對應的第二虛擬像素的光程之間形成的會聚角來決定。
22. 如請求項19或21之頭戴式裝置之光學系統，進一步包括： 一第六光改向器，用於接收該複數個第二光信號及改變該複數個第二光信號的個別方向； 其中該第四光改向器接收該複數個第二光信號並將該複數個第二光信號導向該第六光改向器，該第六光改向器將從該第四光改向器接收的該複數個第二光信號導向該第五光改向器，該第五光改向器將從該第六光改向器接收的該複數個第二光信號導向該觀看者的另一隻眼睛， 其中該第六光改向器位於鄰近該第四光改向器的一第一焦點和第五光改向器的一第一焦點處。
23. 如請求項1之頭戴式裝置之光學系統，其中該影像幀基本上是具有一第一邊、一第二邊、一第三邊和一第四邊的四邊形，該第一邊和該第三邊由相同數目的光信號組成，該第二邊和該第四邊由相同數目的光信號組成，其中該第一邊長度與該第三邊長度的比率為0.95 - 1.05。
24. 如請求項1之頭戴式裝置之光學系統，其中該第二光改向器離該觀看者眼睛最近的距離為15 mm至30 mm。

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