TWI838651B - 用於虛擬實境及擴增實境裝置的虛擬影像顯示系統 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一虛擬影像顯示系統，該系統用於顯示具有更高解析度及更寬視野的虛擬影像。該虛擬影像系統包含一第一光發射器，用於發射數個第一光訊號並投影至一觀看者的眼睛；一第一光線方向調節器，用於改變從該第一光發射器發射的該數個第一光訊號的光線方向。該第一光訊號的光線方向在一第一空間範圍內以相對於時間的一第一掃描率改變，以顯示具有一預設數量的光訊號的一第一影像幀，並且該第一掃描率為非定值。

Description

用於虛擬實境及擴增實境裝置的虛擬影像顯示系統

本發明涉及用於虛擬實境及擴增實境裝置的一虛擬影像顯示系統，特別是，該虛擬影像顯示系統可以在不犧牲該虛擬影像的影像品質的情況下，產生具有更高解析度及更寬視野的虛擬影像。

用於虛擬實境及擴增實境的頭戴式顯示裝置是近年來主要的研究及發展領域之一。追求更高的解析度、更寬的視野及更大的視角，一直是頭戴式顯示裝置發展的重點。更寬的視野可以增加使用者的沉浸感並讓使用者可以感知到更多關於影像的資訊。更大的視角讓使用者可以在觀察過程中任意移動眼鏡而不會遺失影像。各種擴大頭戴式顯示裝置的視野及視角的方法及系統已經被提出；然而，由於頭戴式顯示裝置中使用的光發射器的技術限制，影像的解析度無法隨著頭戴式顯示裝置的視野及視角的擴大而輕易擴大，所以具有較寬視野及較大視角的頭戴式顯示裝置所產生的影像清晰度較低。因此，一具有擴大視野及更高影像解析度的虛擬顯示系統是有需要的。

在本發明的一實施例中，揭露了以微機電系統為基礎的一虛擬影像顯示系統，用於克服上述的限制。該虛擬影像顯示系統包含一第一光發射器，用於發射數個第一光訊號並投影至一觀看者的眼睛；一第一光線方向調節器，用於改變從該第一光發射器發射的該數個第一光訊號的光線方向。該第一光訊號根據時間以一掃描率改變光線方向，以顯示一第一影像幀。該第一光發射器在正常情況下以固定速率發 射數個第一光訊號作為光脈衝，或者該第一光發射器以不同頻率發射數個第一光訊號作為光脈衝，以調整該第一影像幀中預設區域內的每個橫切面的第一光訊號的數量。該第一影像幀由一預設數量的光訊號組成。該第一光線方向調節器可以相對於一轉軸，在一第一座標平面或一第二座標平面上旋轉。該數個第一光訊號的光線方向會在一第一空間範圍內改變，該空間範圍與該第一光線方向調節器在該第一座標平面或該第二座標平面上可以旋轉的最大空間範圍或者最大角度有關。該第一光線方向調節器的旋轉導致該數個第一光訊號的光線方向在該第一座標或該第二座標上產生變化。

在一實施例中，該第一光線方向調節器以非定值的掃描率根據時間改變該數個第一光訊號的該第一座標分量及該第二座標分量。該第一光發射器的發射光頻率也可以為非定值。

在一實施例中，會使用數個微機電系統鏡及一光發射器。該虛擬影像顯示系統可以包括一第一光發射器、一第一光線方向調節器、一第三光線方向調節器及一第一光開關。該第一光發射器用於發射數個第一光訊號。該第一光開關可以週期性的在該第一時間段將該第一光訊號的一第一部分重定向至一第一光線方向調節器，並在該第二間段將該第一光訊號的一第二部分重定向至一第三光線方向調節器。該第一光線方向調節器及該第三光線方向調節器用根據時間改變該數條第一光訊號的光線方向，以形成由一預設數量的光訊號組成的一第一影像幀。該第一光線方向調節器在該第一時間段內，在一第一空間範圍內以一第一掃描率改變第一光訊號的該第一部分的光線方向；以及該第三光線方向調節器在該第二時間段內，在一第三空間範圍內以一第五掃描率改變第一光訊號的該第二部分，以顯示一帶有預設數量光訊號的一第一影像幀。

在另一實施例中，可以使用數個光發射器即一微機電系統鏡擴大解析度及視野。該虛擬影像顯示系統可以包括一第一光發射器及一第三光發射器，分別發射數個第一光訊號及數個第三光訊號至一觀看者的第一眼以形成一第一影像幀。該 第一光發射器及該第三光發射器可以分別為雷射掃描投影器(LBS projector)。視野則透過使用一光線方向調節器擴大。來自該第一光發射器的該數條第一光訊號及來自該第三光發射器的該數條第三光訊號分別投射在該第一光線方向調節器上。該數條第一光訊號的光線方向在一第一空間範圍內以一第一掃描率改變；該數條第三光訊號的光線方向在一第三空間範圍內也以該第一掃描率改變。在該實施例中，該第一空間範圍與該第三空間範圍相等，皆為該第一光線方向調節器可以轉動的最大空間範圍或最大角度。

在該實施例的其他變化中，可以在上述的該光發射器及該合光元件之間配置一光學組件，以改變該數條第一光訊號的光線路徑的預設橫切面的面積。具體來說，該包含透鏡的光學組件可以用於改變該數個第一光訊號從該第一光發射器至該第一合光元件的光線路徑，以改變該數個第一光訊號中的每一信號的投影面積或橫切面大小。

在某些實施例中，該第一影像幀的一像素及該第二影像幀的一相對應的像素在一第一深度形成一雙眼虛擬影像像素，該第一深度與投影至該觀看者眼睛的該第一光訊號及該第二光訊號之間的一第一角度有關。

在上述任何一實施例的變化中，該頭戴式顯示器可以包括一整合式合光元件，用於分別向該觀看者的兩隻眼睛反射光訊號，並取代該第一合光元件及該第二合光元件。該頭戴式顯示器可以包括一對用於雙眼的虛擬影像顯示系統。該虛擬影像顯示系統可以是上述的虛擬影像顯示系統中的任何一個。左邊的該虛擬影像顯示系統可負責產生一影像幀至該第二眼，右邊的該虛擬影像顯示系統則可負責產生該影像幀至該第一眼。然而，在一例子中，左邊的該虛擬影像顯示系統可負責產生一影像幀至該第一眼，右邊的該虛擬影像顯示系統則可負責產生該影像幀至該第二眼。

本實施例可以應用於支撐結構，例如虛擬實境及擴增實境裝置的一頭戴式顯示器。在該情況下，該虛擬影像顯示系統提供給該觀看者的雙眼。形成該第 一影像幀的像素的該第一光訊號以及形成該第二影像幀的像素的該相對應第二光訊號會由該第一眼及該第二眼感知，以在一第一深度形成一雙眼虛擬影像像素。該第一深度與投影至該觀看者眼睛的該第一光訊號及該第二光訊號之間的一第一角度有關。

10:第一光發射器

12:第一光訊號

12’:重定向第一光訊號

14:第一光訊號

14’:重定向第一光訊號

16:第一光訊號

16’:第一重定向第一光訊號

18:第一光訊號

18’:第二重定向第一光訊號

100:第一光線方向調節器

1000:第一光訊號

20:第三光發射器

210:第一合光元件

2000:第三光訊號

30:第二光發射器

32:第二光訊號

32’:重定向第二光訊號

34:第二光訊號

34’:重定向第二光訊號

36:第二光訊號

36’:第一重定向第二光訊號

38:第二光訊號

38’:第二重定向第二光訊號

300:第二光線方向調節器

3000:第二光訊號

40:第四光發射器

410:第二合光元件

4000:第四光訊號

50:第一眼

52:第一瞳孔

54:第一視網膜

500:第三光線方向調節器

60:第二眼

62:第二瞳孔

64:第二視網膜

70:物體

72:第一雙眼虛擬影像像素

74:第二雙眼虛擬影像像素

76:第二雙眼虛擬影像像素

700:整合式合光元件

86:第一視網膜影像

90:第一光開關

96:第二視網膜影像

θ1:第一角度

θ2:第二角度

A:區域

A1:區域

A2:區域

A3:區域

A4:區域

A5:區域

A6:區域

A7:區域

A8:區域

A9:區域

B:區域

C:區域

D1:第一深度

D2:第二深度

F1:第一影像幀

F2:第二影像幀

IP1:第一影像部分

IP2:第二影像部分

L1:點

L2:點

L3:點

R1:點

R2:點

R3:點

sr1:第一空間範圍

sr2:第二空間範圍

sr3:第三空間範圍

P:周圍區域

C:中央區域

圖1為一示意圖，說明本發明中一第一實施例的該虛擬影像顯示系統。

圖2為一示意圖，說明本發明中一影像幀的中央區域及周圍區域。

圖3為一示意圖，說明本發明中該第一實施例的該虛擬影像顯示系統的操作。

圖4為一示意圖，說明本發明中該第一實施例的該虛擬影像顯示系統的操作。

圖5a為一示意圖，說明本發明中該第一實施例的該影像虛擬顯示系統的操作。

圖5b為一示意圖，說明本發明中該第一實施例的該影像虛擬顯示系統的操作。

圖6為一示意圖，說明本發明中實施例的變化的該頭戴式顯示器。

圖7為一示意圖，說明本發明中實施例的變化的另一頭戴式顯示器。

圖8a為一示意圖，說明本發明中一第二實施例的該虛擬影像顯示系統。

圖8b為一示意圖，說明本發明中該第二實施例的變化的該虛擬影像顯示系統。

圖9為一示意圖，說明本發明中一第三實施例的該虛擬影像顯示系統。

圖10為一示意圖，說明本發明中實施例的變化的該虛擬影像顯示系統。

圖11為一示意圖，說明本發明中實施例的變化的該光學組件。

圖12a為一示意圖，說明本發明中在一第一深度顯示一雙眼虛擬影像像素的方法。

圖12b為另一示意圖，說明本發明中在一第一深度顯示一雙眼虛擬影像像素的方法。

本文中所使用的詞彙係用來描述本發明特定具體實施例中的細節， 所有的詞彙應以最大的範疇做合理解讀。某些詞彙將在以下特別強調；任何限制性用語將由具體實施例定義。

本發明涉及用於擴大具有深度感知的虛擬影像的解析度及視野(FOV)的系統及方法，該虛擬影像由虛擬實境或擴增實境裝置的虛擬影像顯示系統所產生。本發明可以在不犧牲虛擬影像的像素密度下，以相對於現有技術的更高解析度及視野來產生虛擬影像。因此，本發明產生的虛擬影像的品質相對於現有技術更好。

本發明中所提到的該光線方向調節器是指能夠隨著時間動態的改變由一光發射器所發射的光的方向的機械或光學元件。其中但不限於的一個例子，可以為微機電系統(MEMS)鏡。一個典型的MEMS鏡可以在一個軸或兩個獨立的軸上改變光的方向(二維MEMS鏡)。舉例來說，一二維MEMS鏡可以使雷射光在兩個軸上快速偏轉約30度的光學掃描角度。然而，一軸的最大掃描角度(主掃描軸)可能比另一軸的最大掃描角度大。該MEMS鏡技術可以應用在各種層面，如投影顯示、3D掃描及雷射刻印等等。驅動該MEMS鏡運動的原理可以為各種不同的物理原理，例如電磁、靜電、熱電、壓電效應。每個驅動該MEMS鏡運動的原理都有不同的優點及缺點。該MEMS鏡的擺動頻率或擺動幅度可以透過對該MEMS鏡分別施加不同頻率的驅動電壓/電磁場及不同大小的驅動電壓/電磁場來控制，這在本領域為通常知識。

本揭露所提及之「掃描率」一詞是指該MEMS鏡的擺動頻率，跟該MEMS鏡的諧波震盪頻率有關。「掃描率」及「擺動頻率」一詞在本揭露中可以互相替換；兩者都與單位時間內空間位移量有關。本揭露所提及之「第一眼」及「第二眼」一詞是指該觀看者的兩隻眼睛。一般而言，該「第一眼」及「第二眼」可以分別代表該觀看者的右眼及左眼；或是該「第一眼」及「第二眼」可以分別代表該觀看者的左眼及右眼。

值得一提的是，可以使用不同座標系統來表示本發明所揭露的光線方向、空間範圍或元件及裝置的位移。舉例來說，該坐標系統可以為直角坐標系中X 座標分量及Y座標分量，或者為極座標系中θ座標分量及φ座標分量。X或θ座標分量可以表示為該第一座標分量；Y或φ可以表示為第二座標分量。在某些例子中，X或θ座標分量可以表示為該第二座標分量；Y或φ可以表示為第一座標分量。

參照圖1，下面的實施例揭露一種以MEMS為基礎的虛擬影像顯示系統，該系統可以產生具有更高解析度及更大視野的虛擬影像，並同時維持影像品質。該實施例的該MEMS鏡可以為一二維MEMS。在該實施例中，操控該光發射器投影該影像的每個光訊號(像素)的頻率及/或該光訊號在垂直或水平方向的掃瞄率，以彌補一影像幀的視野擴大時所造成的像素密度下降。該虛擬影像顯示系統包括一第一光發射器10，用於發射數個第一光訊號1000以投影在一觀看者的第一眼50中；一第一光線方向調節器100，根據時間以一掃描率改變該數個第一光訊號1000的光線方向，以形成一第一影像幀F1。舉例來說，該第一光發射器10可以為一雷射產生器，例如一雷射掃描投影器。該第一光發射器10在正常情況下以一固定速率發射該數個第一光訊號1000為光脈衝，或以不同頻率發射該數個第一光訊號1000為光脈衝以調整在該第一影像幀F1中的預設區域內每個截面積中第一光訊號1000的數量(對應至像素密度)。該第一影像幀F1是由預設數量的光訊號組成。每個光訊號可以代表該第一影像幀F1的一個像素。在形成該第一影像幀F1的過程中，該第一光線方向調節器100可以在一第一座標平面(即水平面)或一第二座標平面(即垂直面)上相對於旋轉軸旋轉。該數個第一光訊號1000的光線方向會在一第一空間範圍sr1內改變，該空間範圍與該第一光線方向調節器100在該第一座標平面或第二座標平面上能旋轉的最大空間範圍或最大角度有關。根據設定，該第一光線方向調節器100的旋轉可以在該第一座標(即水平座標)或該第二座標(即垂直座標)改變該數個第一光訊號1000的光線方向。

根據該實施例，該第一光線方向調節器100隨著時間以一非固定的掃描率改變該數個第一光訊號1000的該第一座標分量或該第二座標分量。該第一光發射器10的光線發射頻率也可能為非定值。該實施例的構想是當人眼看到一目標物體時， 該眼睛的視軸會面向該目標物體，使該目標物體的影像可以聚焦在該眼的黃斑(視網膜中最敏感的區域)上。因此，該目標物體就會在視野的中央區域C中出現。相對於影像中的該目標物體，該影像的其他部分可能沒那麼清楚，因為這些部分可能投應至該視網膜的對於光較不敏感的其他地方。根據上述的人類視野，本實施例中的該虛擬影像顯示系統的目標在於提供一個影像幀，該影像幀中央區域C的像素密度比該影像幀周圍區域P的像素密度更高，使本發明的使用者可以看到更高像素密度(更清晰的影像)的一目標物體。而該周圍區域P中的影像並不需要跟該中央區域C中的該目標物體一樣清楚，因為人眼也無法感知到該周圍區域P中的高品質影像。透過改變掃描率及/或該第一光發射器10的光線發射頻率，以操控中央區域C中的光訊號(或像素)的數量。透過這個方法，在有限的硬體能力下，本發明的使用者在觀看一虛擬目標物體時，可以在不經歷像素密度下降的情況下，看到一具有更大視野的第一影像幀F1。

參照圖1至圖4，在正常情況下(該掃描率為預設速率)，該第一光發射器10及該第一光線方向調節器100可以在一第一空間範圍內sr1(即水平方向40度或垂直方向22.5度)形成由一預設解析度(即1280x720像素)組成的一第一影像幀F1。值得一提的是，本發明所提及之「空間範圍」是指該第一座標分量及該第二座標分量的範圍，可以用兩個座標表示。在本實施例中，該第一空間範圍sr1跟該第一眼50的視野有關。為了彌補當擴大視野(即在水平方向上擴大該空間範圍從40度至60度)所造成像素密度下降，該第一影像幀F1被區分為一周圍區域P及一中央區域C。該影像幀的該中央區域相較於周邊區域P會有更高的像素密度(單位面積內有更多光訊號)。舉例來說，該中央區域C可以設為兩個座標分量中的視野中的10度；該中央區域C可以設為兩個座標分量中的視野中的15度。

以下敘述一用於增加該中央區域C中光訊號數量的方法，該方法藉由改變該中央區域C中該第一光發射器10的光發射頻率。該中央區域C內的影像資訊會透過該第一光發射器10以一更高投影頻率(相較於預設頻率，即10奈秒/每幀)產生，以 獲得更多光訊號並轉換成更高的解析度。該周圍區域P內的影像資訊會透過該第一光發射器10以一預設頻率(即40奈秒/每幀)產生。於是，該第一影像幀F1中的該中央區域C及該周圍區域P的像素密度會不一致。

以下敘述藉由操控該中央區域C中該第一光發射器10的掃瞄率，以改變該中央區域C中光訊號(或像素)的數量。特別是，該第一光訊號1000的光線方向的該第一座標分量及該第二座標分量會根據時間在該第一空間範圍sr1內分別依該第一掃描率及該第二掃描率改變，以顯示該第一影像幀F1。在某些實施例中，該第一掃描率或該第二掃描率可以為非定值。在其他實施例中，該第一掃描率及該第二掃描率皆非定值。舉例來說，當該MEMS行經該第一影像幀F1的該中央區域C時，該MEMS鏡的該第二座標分量的掃瞄率可以減少，且光發射器的投影頻率可以保持不變，這樣就可以在一時間段內在該中央區域C投射更高密度的像素或更多光訊號(參照圖2)。

參照圖3，以下例子展示一個具體例子，該例子為在一座標分量(如垂直方向)上改變該MEMS鏡的掃瞄率的實施例：在垂直方向的總視野為40度；該中央區域C則設為中間的10度；該目標視覺敏銳度(VA)為2。在中央區域C中VA2.0所需要總像素數量為：60px*2*10=1200像素(大約為VA為0.5時，原始像素數的四倍)

其中60為VA為1.0，視野中1度所需要的像素數。

對於視野中的其他部分(周圍視野)，像素密度維持不變。在周圍視野中的總像素數為：1280*30/40=960像素

VA=960/30/60=0.53

該MEMS鏡在其他座標分量上的掃描率也可以調整，以增加每個截面積上的第一光訊號1000的數量。舉例來說，該MEMS鏡在其他座標分量上的掃瞄率可以減少至1/2，以增加像素數從720至1440。

參照圖4，以下敘述在不改變掃描率的情況下，改變該第一影像幀F1在一方向上的像素密度或解析度的另一方法。透過只在特定垂直位置上發射光訊號(如在垂直分量上對該影像幀的某幾行停止發射光訊號)，以減少周圍視野中的像素數。下述例子展示一可能實施例，在垂直方向上以一定速將MEMS鏡的轉動率減少1/4，以增加垂直像素密度/解析度：垂直方向上的總視野為30度；該中央區域C設為總視野的10度；該目標VA為2.0在中央視野VA為2.0所需要的總像素數為：60*2*10=1200像素(相對於VA為0.5時的初始320個像素，大約為初始密度的4倍)這代表該視野中每10度都必須包含1200像素。在垂直方向上該MEMS鏡的掃瞄率為定值的情況下，每個周圍視野皆包含1200垂直像素(或1200條1280*1的像素)。若該光發射器每4行才投影一次光訊號，則在周圍區域P投影的總線數為：1200/4=300條線；因此 VA=(300/10)/60=0.5

為了達到每10度1200行，該MEMS鏡在垂直方向上的掃瞄率需要比VA為0.5時的原始掃描率慢一些。

在中央區域C，該光發射器在正負兩個方向移動時都發射光訊號。另一方面，在周圍區域P，該光發射器只在正向或負向移動時發射光訊號。

進一步參照圖5a及圖5b，顯示該第一影像幀F1的該中央區域C及該周圍區域P的另一實施例。該中央區域C由區域A5表示；而該周圍區域P由區域A1,A2,A3,A4,A6,A7,A8及A9表示。該第一影像幀F1的形成過程中，該第一光線方向調節器100連續旋轉並改變該第一光發射器10的投影方向，以逐行或逐列的方式產生該第一影像幀F1。特別是，該第一光發射器10藉由一次投影一影像像素來產生該第一影像幀F1；然後該第一光線方向調節器100改變該第一光訊號1000的光線方向以在一新地點產生另一影像像素。該新地點通常是在水平或垂直方向上緊鄰於前一個影像像 素。因此，在一段時間後，該第一光發射器10產生一行或一列影像像素(如1280*1或1*720)。該第一光線方向調節器100接著改變該第一光訊號1000的方向至下一行或下一列，並接著產生一第二行或第二列的影像像素。該過程會重複進行直到產生一完整的影像幀(如完整的1280*720影像像素)。

在本例中，區域A1至A3的像素最先完成，接著是區域A4至A6，最後是區域A7至A9。舉例來說，該影像幀的預設解析度可能為1280*720像素。當產生區域A1至A3的像素時，該第一光發射器10的投影頻率及該第一光線方向調節器100的掃描率在列方向(Y方向)會維持在預設值。然而，當產生區域A4至A6的像素時，該第一光線方向調節器100在列方向(Y方向)的掃瞄率會減少(如預設值的1/2倍)。需要注意的是，該第一光發射器10的投影頻率只有在產生區域A5的像素時會增加(如預設值的2倍)，所以行方向及列方向的光訊號(像素)的數量只有在區域A5同時增加(如預設值的2*2倍)。換句話說，單位截面積的光訊號數量在區域A5中是最大的(這意味著像素密度最高，為區域A1至A3及區域A7至A9的4倍)。在區域A4及A6，只有列方向的像素數增加(如預設值的2倍)。在產生區域A7至A9的像素時，該第一光發射器10的投影頻率及該第一光線方向調節器100的掃描率在列方向(Y方向)會回歸預設值。於是，區域A5(中央區域C)有最多像素；A4及A6有第二多像素；且A1至A3及A7至A9有預設值的像素。當該第一影像幀F1的觀看者看該第一影像幀F1的中央區域C時，可以看到最清晰的影像。

總而言之，在本實施例中，該MEMS鏡在該第一分量方向(如水平方向)的該第一掃描率及該MEMS鏡在該第二分量方向(如垂直方向)的該第二掃描率會根據水平及垂直位置而改變。當在該中央區域C發射影像時，投影頻率可以增加且/或該MEMS鏡在水平及垂直方向的掃描率可以減少，使在單位時間內可以投射更高密度的像素或影像資訊至該中央區域C中(增加該中央區域C內的VA)。該投影頻率及/或該MEMS鏡在兩個方向上的掃描率在該周圍區域P中可以回歸正常。

參照圖6及圖7，本實施例可以應用在一支撐結構上，例如用於虛擬實境及擴增實境裝置的一頭戴式顯示器。在這情況下，該虛擬影像顯示系統由該觀看者雙眼使用。該虛擬影像顯示系統可以包括一第一合光元件210，用於重定向並匯聚該數條第一光訊號1000至該觀看者第一眼50。此外，該虛擬影像顯示系統可以進一步包括：一第二光發射器30，用於發射數個第二光訊號3000並投影至一觀看者第二眼60；一第二光線方向調節器300，用於改變該數條第二光訊號3000的光線方向；一第二合光元件410，用於重定向並匯聚該數條第二光訊號3000至該觀看者第二眼60。第二光訊號3000的光線方向在一第二空間範圍sr2內根據時間以一第三掃描率改變，以顯示一帶有預設數量的光訊號的第二影像幀F2。該第三掃描率可以為定值或非定值。在本實施例中，形成該第一影像幀F1上的像素的該第一光訊號1000以及形成該第二影像幀F2上像素的第二光訊號3000分別由該觀看者的第一眼50及第二眼60感知並在一第一深度D1形成一雙眼虛擬影像像素。且該第一深度D1跟投影到該觀看者眼睛的該第一光訊號1000及該第二光訊號3000之間的一第一角度θ1有關。

以下實施例揭露另一個以MEMS為基礎的光發射系統，用於增加一具有更高解析度及更寬視野的影像的解析度。如圖8a及圖8b所示，可以透過使用數個光發射器及一MEMS鏡增加解析度及視野。該虛擬影像顯示系統可以包括一第一光發射器10及一第三光發射器20，分別發射數條第一光訊號1000及數條第三光訊號2000至一觀看者第一眼50以形成一第一影像幀F1。該第一光發射器10及該第三光發射器20可以分別為雷射掃描投影器。如圖9所示，視野可以透過使用一光線方向調節器擴大。來自該第一光發射器10以及第三光發射器20的該數條第一光訊號1000及該數條第三光訊號2000會分別投射至該第一光線方向調節器100上。舉例來說，由該第一光線方向調節器100反射的該數條第一光訊號1000及該數條第三光訊號2000之間的最大角度的大小可以設為該第一光線方向調節器100的最大掃描角度(即該光線方向調節器可以轉動的最大空間範圍或最大角度)的兩倍。該第一光線方向調節器100根據時間同時改變 該數條第一光訊號1000以及該數條第三光訊號2000的光線方向，以形成由一預設數量的光訊號(如2560*720像素)組成的該第一影像幀F1。該數條第一光訊號1000的光線方向在一第一空間範圍sr1內以一第一掃描率改變，該數條第三光訊號2000的光線方向也在一第三空間範圍sr3內以第一第一掃描率改變。在本實施例中，該第一空間範圍sr1跟該第三空間範圍sr3相等，皆為該第一光線方向調節器100可以轉動的最大空間範圍或最大角度。於是，淨掃描角度基本上為該第一空間範圍sr1及該第三空間範圍sr3的總和。

該第一影像幀F1包括一第一影像部分IP1及一第二影像部分IP2。該第一影像部分IP1的內容與該第二影像部分IP2的內容不同。在第一光線方向調節器100的旋轉過程中，該第一光線方向調節器100根據時間改變該數條第一光訊號1000的光線方向，以形成該第一影像部分IP1；該第一影像部分IP1有一第一數量的光訊號。同一時間，該第一光線方向調節器100根據時間改變該數條第三光訊號2000的光線方向，以形成該第二影像部分IP2；該第二影像部分IP2有一第二數量的光訊號。該第一影像部分IP1及該第二影像部分IP2是同時形成的。該第一影像部分IP1及該第二影像部分IP2代表該第一影像幀F1的不同部分。預設的光訊號數量(該第一影像幀F1的像素數)一般等於第一數量的光信號(或像素)及第二數量的光訊號(或像素)的總和。然而，在某些實施例中，該第一影像部分IP1可能與該第二影像部分IP2部分重疊。因此，該第一影像幀F1的光訊號(或像素)數量會少於第一數量的像素及第二數量的光訊號的總和。

參照圖8a，舉例來說，該第一光線方向調節器100可以固定在一角度，使該數個第一光訊號1000的入射角為45度，且該數個第三光訊號2000的入射角為5度。該光線方向調節器在兩端的端點位置從一側轉動至其最大掃描角度(該光線方向調節器可以轉動的最大空間範圍或最大角度)，以達成一第一座標(水平座標)方向上的掃描運動。如圖8a所示，舉例來說，當該光線方向調節器旋轉至該最大旋轉角度時， 該數條第一光訊號1000的入射角為65度，該數條第三光訊號2000的入射角為20度。如該實施例所示，每個光發射器皆投射該第一影像幀F1的一部分(即該第一影像部分IP1及該第二影像部分IP2)，因此該第一光發射器10及該第三光發射器20投影的影像組合形成該第一影像幀F1。在本例子中，總淨掃描角增加了一倍。因此，視野相對於原始視野擴大至兩倍。該影像的解析度也增加。此外，每一度的像素量維持不變。

需要注意的是，在該第一影像幀F1的形成過程中，該第一光線方向調節器100可以在一第一座標平面或一第二座標平面相對於一旋轉軸旋轉。根據設置不同，該第一光線方向調節器100的轉動可以造成該數條第一光訊號1000及該數條第三光訊號2000的光線方向在第一座標(如垂直座標)或第二座標(如水平座標)上改變。在本實施例中，該第一空間範圍sr1及該第三空間範圍sr3皆由一第一座標分量及一第二座標分量組成。根據本實施例，該第一光線方向調節器100根據時間同時改變該數條第一光訊號1000及該數條第三光訊號2000的該第一座標分量，或者該第一光線方向調節器100根據時間同時改變該數條第一光訊號1000及該數條第三光訊號2000的該第二座標分量。因此，該第一影像部分IP1及該第二影像部分IP2會同時投影並形成一完整第一影像幀F1。參照圖9，需要注意的是，該第一空間範圍sr1可以在該第一座標分量或該第二座標分量上與該第三空間範圍sr3相連(表示IP1與IP2在水平方向或垂直方向相連)。然而，如前所述，在某些情況下，該第一影像部分IP1及該第二影像部分IP2可以重疊，導致該第一空間範圍sr1與該第三空間範圍sr3重疊，以便在第一座標分量或第二座標分量上進行影像拼接。

根據本實施例的變化，該第一影像幀F1也可以區分為一周圍區域P及一中央區域C。該第一影像幀F1的該中央區域C相較於該周圍區域P在每個截面積上有更多光訊號(更高像素密度)。為了達到在每個截面積上有不同數量的光訊號，與前實施例相似，掃描率可以為非定值。根據本實施例的另一變化，該第一光訊號1000及該第三光訊號2000的光線方向的該第一座標分量及該第二座標分量會根據時間分別在該 第一空間範圍sr1及該第三空間範圍sr3內以非定值的第二掃描率改變，與前實施例相似，以調整該第一影像幀F1的一預設區域內的每個截面積的光訊號數量。

在本實施例的又一變化中，與前實施例相似，該第一光發射器10將該數個第一光訊號1000做為光脈衝以不同頻率發射，或者該第三光發射器20將該數個第三光訊號2000做為光脈衝以不同頻率發射，以調整該第一影像幀F1中預設區域的每個截面積的光訊號數量。

與前實施例相似，本實施例可以應用在一支撐結構上，例如虛擬實境及擴增實境裝置的一頭戴式顯示器(如圖8b所示)。在該情況下，該虛擬影像顯示系統提供給該觀看者的雙眼。該虛擬影像模擬系統可以包括一第一合光元件210，用於重定向並匯聚該數條第一光訊號1000及該數條第三光訊號2000至該觀看者第一眼50。此外，該虛擬影像模擬系統可以進一步包括：該第一光發射器10，用於發射該數條第一光訊號1000並投影至該觀看者第一眼50；該第三光發射器20，用於發射該數條第三光訊號2000並投影至該觀看者第一眼50；該第一光線方向調節器100，用於改變由該第一光發射器10及第三光發射器20所發射光訊號的方向；一第二光發射器30，用於發射數個第二光訊號3000並投影至該觀看者第二眼60；一第四光發射器40，用於發射數個第四光訊號4000並投影至該觀看者第二眼60。在該情況下，除了該第一光線方向調節器100之外，一第二光線方向調節器300以一第三掃描率同時且分別在一第二空間範圍sr2內改變該數個第二光訊號3000的光線方向，以及在一第四空間範圍內改變該數個第四光訊號4000的光線方向，以顯示一具有預設數量光線的第二影像幀F2；一第二合光元件410，用於重定向並匯聚該數條第二光訊號3000及該數條第四光訊號4000至該觀看者第二眼60。當該觀看著的雙眼使用該虛擬影像顯示系統時，該觀看者可以感知到在該第一影像幀F1形成一像素的一第一光訊號1000或一第三光訊號2000，並感知到相對應的在該第二影像幀F2形成一像素的一第二光訊號3000或一第四光訊號4000，以在一第一深度D1顯示一雙眼虛擬影像像素。該第一深度D1跟投影至該觀看者第一 眼50的該第一光訊號1000或第三光訊號2000，以及相對應的第二光訊號3000或第四光訊號4000之間的第一角度θ1有關。

在下述實施例中，另一個以MEMS為基礎、用於克服上述所提到的限制的光發射系統已在先前技術中揭露。在本實施例中，應用到述個MEMS鏡及一光發射器。如圖9所示，該虛擬影像模擬系統可能包括一第一光發射器10(如LBS投影器)、一第一光線方向調節器100、一第三光線方向調節器500及一第一光開關90。

該第一光開關90是一種分光鏡，可以動態的控制不同方向上離開該分光鏡的光量。一典型的分光鏡可以將一束光分為兩個或多個分量；每個分量以不同路徑穿過分光鏡，並以不同方向離開分光鏡。這裡所提及的第一光開關90可以為一動態分光鏡，可以動態的控制從每個方向離開該分光鏡的分量強度。舉例來說，本發明中的該光開關可以包含一液晶，以阻擋該光束的一第一偏光性，同時允許第二偏光性的光通過。在另一時間段，該液晶的相位可以改變以允許該光束的第一偏光性通過，同時阻擋該光束的第二偏光性。需要注意的是，該光束可以有一統一的偏光性，使其可以完全根據該光開關中的液晶相位阻擋或通過。該第一光開關90的操作可以由電壓或電磁場控制。

在本實施例中，該第一光發射器10用於發射數個第一光訊號1000。該第一光開關90可以週期性的在該第一時間段內重定向該第一光訊號1000的一第一部份至一第一光線方向調節器100，並在該第二時間段內重定向該第一光訊號1000的一第二部分至一第三光線方向調節器500。該第一光線方向調節器100及一第三光線方向調節器500根據時間改變該數個第一光訊號1000的光線方向，以形成由預設數量的光訊號(或像素)組成的一第一影像幀F1。具體而言，該第一光線方向調節器100在該第一時間段及一第一空間範圍sr1內以一第一掃描率改變第一光訊號1000的該第一部分，且該第三光線方向調節器500在該第二時間段及一第三空間範圍sr3內以一第五掃描率改變第一光訊號1000的該第二部分，以形成一具有預設數量光訊號的一第一影像 幀F1。舉例來說，該第一光線方向調節器100及一第三光線方向調節器500可以分別為MEMS鏡，且該第一光開關90由電壓控制。

如圖9所示，該第一光開關90安置在該第一光發射器10及兩個光線方向調節器之間的線上。該第一光開關90可以為了兩個光線方向調節器在非透明模式及透明模式之間切換，以讓第一光訊號1000通過或反射該第一光訊號1000至兩個光線方向調節器其中之一。舉例來說，該第一光開關90可以由專用積體電路(ASIC)控制，將該第一光訊號1000的第一部份導向該第一光線方向調節器100，同時將該第一光訊號1000的第二部分導向該第三光線方向調節器500。

該第一光發射器10藉由將該第一影像幀F1分成數個影像部分，並分別依次投影該影像部分，以產生具有一特定數量光訊號的該第一影像幀F1。舉例來說，一個2560*720像素的第一影像幀F1分成兩個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。在本實施例中，該第一光訊號1000的第一部份形成該第一影像幀F1的第一影像部分IP1，且該第一影像部分IP1有一第一數量的光訊號(如1280*720個光訊號)。該第一光訊號1000的第二部份形成該第一影像幀F1的第二影像部分IP2，且該第二影像部分IP2有一第二數量的光訊號(如1280*720個光訊號)。在該第一影像幀F1的形成過程中，對應到該第一影像部分IP1的第一行的數個第一光訊號1000可以通過該第一光開關90並由該第一光線方向調節器100反射。在發射該第一影像部分IP1的第一行後，該第一光開關90讓該第二影像部分IP2的第一行(也是1280*1像素)被該第三光線方向調節器500反射，以產生該第二影像部分IP2的第一行。同時，該第一光線方向調節器100回歸到起始位置。當該第三光線方向調節器500發射完該第二影像部分IP2的第一行後，該第一影像幀F1的第一行就成像了(共有2560*1像素)，且該第一光開關90切換回透明模式，讓該第一光線方向調節器100可以發射該第一影像部分IP1的第二行。該第一影像幀F1的第一行依次的透過該第一光線方向調節器100及該第三光線方向調節器500形成。該第三光線方向調節器500接著為了下次掃 描而回歸至起始位置。因此，該第一光開關90被控制在透明模式跟非透明模式之間切換，以逐行(或逐列)的方式發射該第一影樣幀F1，直到完整的該第一影像幀F1成像(2560像素乘720行)。

需要注意的是，在該第一影像幀F1形成過程中，該第一光線方向調節器100及該第三光線方向調節器500可以根據他們各自的轉軸在第一座標分量或第二座標分量上(如水平或垂直分量)旋轉。舉例來說，根據不同設定，該第一光線方向調節器100及該第三光線方向調節器500的旋轉可以讓該數條第一光訊號1000的光線方向在垂直座標或水平座標上改變。該第一光線方向調節器100在一第一空間範圍sr1中改變該數條第一光訊號1000的光線方向，該第三光線方向調節器500在一第三空間範圍sr3中改變該第一光訊號1000的光線方向。該第一空間範圍sr1及該第三空間範圍sr3分別跟該第一光線方向調節器100及該第三光線方向調節器500的旋轉角度有關。該第一空間範圍sr1及該第三空間範圍sr3可以由該第一座標分量及該第二座標分量表示。

綜上所述，在本實施例中，該第一光線方向調節器100及該第三光線方向調節器500根據時間依次改變該第一座標分量，或該第一光線方向調節器100及該第三光線方向調節器500根據時間依次改變該第二座標分量。因此，該第一影像部分IP1及該第二影像部分IP2以逐行或逐列方式依次投影，以形成一完整影像幀F1。

值得一提的是，該第一影像部分IP1的內容跟該第二影像部分IP2的內容並不相同，表示該第一影像部分IP1及該第二影像部分IP2代表該第一影像幀F1的不同部分。該第一影像部分IP1有第一數量的光訊號，該第二影像部分IP2有第二數量的光訊號。當該第一空間範圍sr1在第一座標分量或第二座標分量上與該第三空間範圍sr3相連(即IP1與IP2在垂直方向或水平方向彼此相連或接近)，預設的光訊號數量通常等於第一光信號數量和第二光信號數量的總和。然而，在某些實施例中，當該第一空間範圍sr1與該第三空間範圍sr3因為影像拼接而在該第一座標分量或第二座標分量部分重疊時，該第一影像幀F1的像素數量可能會少於第一光信號數量和第二光信號數 量的總和。在本例子中，總淨掃描角度增加了；因此，視野相對於原始視野也擴大了。同時，該影像的解析度也提升了。更重要的是，每一度的像素數量(或每個截面積的光訊號數量)維持不變。

在本實施例的變化中，該第一影像幀F1可以分為一周圍區域P以及一中央區域C。該第一影像幀F1的該中央區域C相較於該周圍區域P在每個截面積有更多光訊號(更高像素密度)。為了實現每個截面積有不同數量的光訊號，該第一掃描率(相對於轉軸的一掃描率)或該第五掃描率可以為非定值。特別是，第一光訊號1000的光線方向的該第一座標分量根據時間以該第一掃描率及一第五掃描率在該第一空間範圍sr1及該第三空間範圍sr3內改變；第一光訊號1000的光線方向的該第二座標分量根據時間以該第二掃描率及一第六掃描率在該第一空間範圍sr1及該第三空間範圍sr3內改變，共同用於顯示具有預設數量光訊號的該第一影像幀F1，並且該第二掃描率或該第六掃描率為非定值。該第一光線方向調節器100也可以改變該第一掃描率或第五掃描率，以調整該第一影像幀F1中預設區域內每個截面積的光訊號數量。

在本實施例的又一變化中，與前實施例相似，該第一光發射器10在該第一時間段或該第二時間段中以不同頻率發射數條第一光訊號1000做為光脈衝，以調整該第一影像幀F1的預設區域中每個截面積的光訊號數量。此外，當本實施例應用在虛擬實境及擴增實境裝置的頭戴式顯示器時，該頭戴式顯示器可能包含一第二組虛擬影像顯示系統，以為該觀看者另一眼產生一第二影像幀F2。

參照圖10，在之前任一實施例的變化中，該頭戴式顯示器可以包含一整合式合光元件700以分別反射光訊號至該觀看者的雙眼並取代該第一合光元件210及該第二合光元件410。該頭戴式顯示器可以進一步包括一對給雙眼的虛擬影像顯示系統。該虛擬影像顯示系統可以為上述提到的虛擬影像顯示系統的任一個。該左邊的虛擬影像顯示系統(如該第二光發射器30或該第四光發射器40)負責產生一影像幀給該第二眼60(如左眼)；該右邊的虛擬影像顯示系統(如該第一光發射器10或該第三光發射 器20)負責產生一影像幀給該第一眼50(如右眼)。然而，在一例子中(參照圖10)，該左邊的虛擬影像顯示系統(如該第二光發射器30或該第四光發射器40)可以負責產生一影像幀給該第一眼50(如右眼)；該右邊的虛擬影像顯示系統(如該第一光發射器10或該第三光發射器20)負責產生一影像幀給該第二眼60(如左眼)。如圖10所示，該視野可以比圖6所示之實施例更大。因此，視野重疊的總面積增加了，使該觀看者有更大且具有深度知覺的觀看面積。該虛擬影像顯示系統可以有一單一光發射器及一光線方向調節器；一單一光發射器及兩個光線方向調節器；或兩個光發射器及一光線方向調節器，如前面的實施例中所述。

參照圖11，本實施例的其他變化中，可以在上述的光發射器及合光元件之間安裝一光學組件，以改變該數條第一光訊號1000的光線路徑的預設截面積。具體而言，該包含透鏡的光學組件可以改變從該第一光發射器10到該第一合光元件210之間數個第一光訊號1000光線路徑，以改變該數個第一光訊號1000中每個光信號的投影面積或截面積。舉例來說，參照圖11，該光學組件包含Lens_1及Lens_2。Lens_1及Lens_2為凸透鏡。一光發射器最初放置在Lens_1焦距處。當Lens_1移動到Lens_1’所示的新位置時，該光發射器與Lens_1之間的距離縮短了，所以來自LBS投影器的光發散角度增加。因此，該數個第一光訊號1000的每個光訊號的投影面積或截面積也會增加。

如前實施例所述，該第一影像幀F1的像素及相對應該第二影像幀F2的像素在一第一深度D1形成一雙眼虛擬影像像素，該第一深度D1跟投影到該觀看者眼睛的該第一光訊號1000及該第二光訊號3000之間的第一角度θ1有關。下述將詳述顯示一具有該第一深度D1的一雙眼虛擬影像像素的方法。參照圖12a及圖12b，在接收該數個光訊號後，該觀看者可以在區域A中感知到第一影像幀F1中的物體的數個右像素，該區域A是由來自該合光元件的重定向右光訊號的延伸路徑所限定的。該區域A被稱為該第一眼50的視野(FOV)。同樣的，該第二影像幀F2的數個左訊號被該第一 合光元件210重定向、通過第二瞳孔62的中心、並最終由第二視網膜64接收。在接收到重定向左光訊號後，該觀看者可以在區域B中感知到該物體的數個左像素，該區域B是由該重定向左光訊號的的延伸路徑所限定的。該區域B被稱為該第二眼60的視野(FOV)。當數個來自第一影像幀F1的右像素及來自該第二影像幀F2的左像素同時在區域A及區域B的重疊區域C顯示時，至少一顯示一右像素的一右光訊號以及一相對應顯示一左像素的一左光訊號融合，以在區域C顯示具有特定深度的一雙眼虛擬影像像素。該深度跟該重定向右光訊號及該重定向左光訊號之間的一角度有關。該角度也被稱作匯聚角。

如圖12b所示，該觀看者在觀看者前的區域C中感知到具有數個深度的一恐龍物體70的虛擬影像。需要注意的是，因為雙眼都可以在區域C凝視並感知到影像深度，對於產生最高像素密度而言，區域C作為視野的中央區域C是最理想的。該恐龍物體70的影像包含顯示在一第一深度D1的一第一雙眼虛擬影像像素72以及一顯示在一第二深度D2的一第二雙眼虛擬影像像素74。該第一重定向第一光訊號16’及相對應的該第一重定向第二光訊號36’之間的該第一角度為θ1。該第一深度D1跟該第一角度θ1有關。特別是，該恐龍物體70的第一雙眼虛擬影像像素72的第一深度D1可以由該第一重定向第一光訊號16’及相對的該第一重定向第二光訊號36’的延伸路徑之間的該第一角度θ1所決定。於是，該第一雙眼虛擬影像像素72的該第一深度D1可以由下列公式算出近似值：

該第一瞳孔52與該第二瞳孔62之間的距離為瞳距(IPD)。相同的，該第二重定向第一光訊號18’與相對應的該第二重定向第二光訊號38’之間的該第二角度為θ2。該第二深度D2跟該第二角度θ2有關。特別是，該恐龍物體70的第二雙眼虛擬影像像素74的第二深度D2可以透過相同公式，由該第二重定向第一光訊號18’及相對的該第二重定向第二光訊號38’的延伸路徑之間的第二角度θ2所決定。因為該 第二雙眼虛擬影像像素74跟該第一雙眼虛擬影像像素72相比，在距離該觀看者較遠的地方被感知(深度較大)，所以該第二角度θ2會比該第一角度θ1小。

此外，雖然該第一重定向第一光訊號16’與相對應的該第一重定向第二光訊號36’共同在該第一深度D1顯示一第一雙眼虛擬影像像素72，但該第一重定向第一光訊號16’與相對應的該第一重定向第二光訊號36’之間沒有視差。傳統上，因為右眼從不同於左眼的視角看到同一物體，所以右眼接收的影像跟左眼接收的影像之間會有視差，觀看者利用視差來感知一具有深度的立體影像。然而，在本發明，一雙眼虛擬影像像素的該右光訊號及相對應的該左光訊號顯示同一視角的影像。因此，紅、藍、綠色的強度及/或該右光訊號及左光訊號的亮度大致相等。換句話說，該右像素與相對應的該左像素大致相等。然而，在其他實施例中，可以修改右光訊號或左光訊號以呈現一些3D效果，例如陰影。在本發明中，一般來說，該右眼及該左眼從相同視角接收到該物體的影像，而不是在傳統上產生一立體影像時所使用的，從該右眼視角及左眼視角產生視差的方法。

如上所述，該數個右光訊號是由該右光訊號產生器產出、由該第二合光元件410重定向、接著由該右視網膜掃描後，在該右視網膜上形成一右視網膜影像。同樣地，該數條左光訊號是由該左光訊號產生器產出、由該第一合光元件210重定向、接著由該左視網膜掃描後，在該左視網膜上形成一左視網膜影像。如圖12b所示之一實施例，一第一視網膜影像86包含來自第一影像幀F1的36個右像素(6x6矩陣)且一第二視網膜影像96也包含來自第二影像幀F2的36個左像素(6x6矩陣)。在另一實施例中，一右視網膜包含來自第一影像幀F1的921600個右像素(1280x720矩陣)且一左視網膜影像也包含來自第二影像幀F2的921600個左像素(1280x720矩陣)。該物體顯示系統用來產生數個右光訊號及相對應的數個左光訊號，這些訊號分別在右視網膜上形成該右視網膜影像，且在該左視網膜上形成左視網膜影像。於是，該觀看者因為影像融合而在區域C中感知到一具有特定深度的虛擬雙眼物體。來自該第一光發射器10的 該第一光訊號16被該第二合光元件410接收並反射。該第一重定向第一光訊號16’穿過該第一瞳孔52到達該觀看者的該右視網膜並顯示該右像素R43。來自該第二光發射器30的該相對應的第二光訊號36被該第一合光元件210接收並反射。該第一重定向第二光訊號36’穿過該第二瞳孔62到達該觀看者的該左視網膜並顯示該左像素L33。作為影像融合的結果，一觀看者感知到一個在具有不同深度的虛擬雙眼物體，其深度是由該數條重定向右光訊號及相對應的該數條重定向左光訊號之間的角度而決定。一重定向右光訊號與一相對應左光訊號之間的角度是由該右像素與該左像素之間的相對水平距離決定的。因此，一雙眼虛擬影像像素的深度跟形成該雙眼虛擬影像像素的該右像素及相對應的該左像素之間的水平距離成反比。換句話說，該觀看者感知到的一雙眼虛擬影像像素越深，形成該雙眼虛擬影像像素的該右像素與左像素之間的水平距離越小。舉例來說，如圖12b所示，該觀看者感知到的該第二雙眼虛擬影像像素74比該第一雙眼虛擬影像像素72更深(也就是比該觀看者更遠)。因此，在視網膜影像上，該第二右像素與該第二左像素之間的水平距離會比該第一右像素與該第一左像素之間的水平距離更小。具體來說，形成該第二雙眼虛擬影像像素74的該第二右像素R41與該第二左像素L51之間的水平距離為四個像素長。然而，形成該第一虛擬雙眼像素的該第一右像素R43與該第一左像素L33之間的水平距離為六個像素長。

再次參照圖12a及圖12b，一觀看者在區域C中感知到一虛擬物體包括數個雙眼虛擬影像像素。為了可以精確地描述一虛擬雙眼像素在空間中的位置，每個空間中的位置都會有一個立體座標，例如XYZ座標，其他立體座標系統可以用在其他實施例中。於是，每個虛擬雙眼像素都有一個立體座標：一水平方向、一垂直方向以及一深度方向。水平方向(或X軸方向)是沿著瞳孔間線的方向；垂直方向(或Y軸方向)沿著臉部中線的方向並垂直於水平方向；深度方向(或Z軸方向)是指正平面的法線並與水平方向及垂直方向皆垂直。

儘管已經詳細描述了本發明的特定實施例，但在不違背本發明所揭 露的精神及範圍下，可以進行各種修改或改進。

10:第一光發射器

50:第一眼

100:第一光線方向調節器

1000:第一光訊號

sr1:第一空間範圍

Claims (39)

1. 一種虛擬影像顯示系統，包括：一第一光發射器，用於發射數個第一光訊號以投影至一觀看者的第一眼；一第一光線方向調節器，用於改變來自該第一光發射器的該數個第一光訊號的光線方向；以及其中該第一光訊號的光線方向根據時間以一第一掃描率在一第一空間範圍內改變，以顯示一具有預設數量光訊號的第一影像幀，且該第一掃描率為非定值，該數個第一光訊號的每一個皆在該第一影像幀中形成一像素，且該第一影像幀中的一像素密度並不一致。
2. 如請求項1中所述的該虛擬影像顯示系統，其中該光線方向由一第一座標分量及一第二座標分量組成，該第一光訊號的光線方向的該第一座標分量及該第二座標分量根據時間分別以該第一掃描率及一第二掃描率在一空間範圍內改變，以顯示該具有預設數量光訊號的第一影像幀，且該第二掃描率為非定值。
3. 如請求項1中所述的虛擬影像顯示系統，其中該第一影像幀的一中央區域相比該第一影像幀的一周圍區域有更高的像素密度。
4. 如請求項1中所述的虛擬影像顯示系統，其中該第一光線方向調節器改變該第一掃描率，以調整該第一影像幀中該第一光訊號的像素密度。
5. 如請求項1中所述的虛擬影像顯示系統，其中該第一掃描率為根據轉軸而變動的擺動頻率。
6. 如請求項1中所述的虛擬影像顯示系統，其中該第一光線方向調節器為一二維微機電系統(MEMS)鏡。
7. 如請求項5中所述的虛擬影像顯示系統，其中該第一掃描率下降，以增加該第一影像幀內一預設區域的每個截面積的第一光訊號的數量。
8. 如請求項1中所述的虛擬影像顯示系統，其中該第一光發射器以一變動頻率發射該數個第一光訊號作為光脈衝，以調整該第一影像幀內一預設區域的每個截面積的第一光訊號的數量。
9. 如請求項1中所述的虛擬影像顯示系統，其中該第一光發射器為一雷射產生器。
10. 如請求項1中所述的虛擬影像顯示系統，進一步包括一第一合光元件，用於重定向並匯聚該數個第一光訊號至該觀看者的第一眼。
11. 如請求項10中所述的虛擬影像顯示系統，進一步包括一第一光學組件，安裝在該第一光發射器跟該第一合光元件中間，以改變該數個第一光訊號的光線路徑的預設截面積。
12. 如請求項1中所述的虛擬影像顯示系統，進一步包括：一第一合光元件，用於重定向並匯聚該數個第一光訊號至該觀看者的第一眼；一第二光發射器，用於發射數個第二光訊號以投影至該觀看者的第二眼；一第二光線方向調節器，用於改變來自該第二光發射器的該數個第二光訊號的光線方向；以及一第二合光元件，用於重定向並匯聚該數個第一光訊號至該觀看者的第一眼；其中該第二光訊號的光線方向根據時間以一第三掃描率在一第二空間範圍內改變，以顯示一具有預設數量光訊號的第二影像幀，且該第三掃描率為非定值； 其中形成該第一影像幀上的像素的該第一光訊號及相對應形成該第二影像幀上的像素的該第二光訊號在一第一深度顯示一雙眼虛擬影像像素，該第一深度跟投影至該觀看者的眼睛的該第一光訊號及該第二光訊號之間的一第一角度有關。
13. 如請求項12中所述的虛擬影像顯示系統，進一步包括：一可戴在該觀看者頭上的支撐結構；其中該第一光發射器、該第一光線方向調節器、該第一合光元件、該第二光發射器、該第二光線方向調節器及該第二合光元件皆由該支撐結構乘載。
14. 如請求項1中所述的虛擬影像顯示系統，進一步包括：該第一光發射器，用於發射該數個第一光訊號以投影至該觀看者的第二眼；一第二光發射器，用於發射數個第二光訊號以投影至該觀看者的第一眼；一第二光線方向調節器，用於改變來自該第二光發射器的該數個第二光訊號的光線方向；以及一整合式合光元件，用於分別反射並匯聚該數個第一光訊號至該觀看者的第二眼，反射並匯聚該數個第二光訊號至該觀看者的第一眼；其中該第二光訊號的光線方向根據時間以一第三掃描率在一第二空間範圍內改變，以顯示一具有預設數量光訊號的第二影像幀，且該第三掃描率為非定值；以及其中形成該第一影像幀上的像素的該第一光訊號及相對應形成該第二影像幀上的像素的該第二光訊號在一第一深度顯示一雙眼虛擬影像像素， 該第一深度跟投影至該觀看者的眼睛的該第一光訊號及該第二光訊號之間的一第一角度有關。
15. 一種虛擬影像顯示系統，包括：一第一光發射器，用於發射數個第一光訊號以投影至一觀看者的第一眼；一第三光發射器，用於發射數個第三光訊號以投影至該觀看者的第一眼；以及一第一光線方向調節器，以一第一掃描率同時並分別在一第一空間範圍內改變該數個第一光訊號的光線方向，在一第三空間範圍內改變該數個第三光訊號的光線方向，以顯示一具有預設數量光訊號的第一影像幀，其中該數個第一光訊號形成該第一影像幀的一第一影像部分且該第一影像部分有一第一光訊號數量，該數個第三光訊號形成該第一影像幀的一第二影像部分且該第二影像部分有第二光訊號數量，該第一影像幀的預設光訊號數量等於或小於該第一光訊號數量及該第二光訊號數量的總和。
16. 如請求項15中所述的虛擬影像顯示系統，其中該第一空間範圍及該第三空間範圍皆由一第一座標分量及一第二座標分量組成，且該第一空間範圍在該第一座標分量或該第二座標分量上與該第三空間範圍相鄰。
17. 如請求項15中所述的虛擬影像顯示系統，其中該第一空間範圍及該第三空間範圍皆由一第一座標分量及一第二座標分量組成，且為了影像拼接，該第一空間範圍會在該第一座標分量或該第二座標分量上與該第三空間範圍重疊。
18. 如請求項15中所述的虛擬影像顯示系統，其中該第一掃描率為非定值。
19. 如請求項15中所述的虛擬影像顯示系統，其中該第一光訊號及該第三光訊號的光線方向是由一第一座標分量及一第二座標分量組成，該第一光訊號及該第三光訊號的光線方向的該第一座標分量及該第二座標分量根據時間分別在該第一空間範圍及該第三空間範圍內以該第一掃描率及一第二掃描率改變，一起顯示該具有預設數量光訊號的第一影像幀，且該第二掃描率為非定值。
20. 如請求項15中所述的虛擬影像顯示系統，其中該第一影像幀的一中央區域相比該第一影像幀的一周圍區域，在每個截面上的光訊號數量更多。
21. 如請求項15中所述的虛擬影像顯示系統，其中該第一光發射器以一變動頻率發射該數個第一光訊號作為光脈衝，或者該第三光發射器以一變動頻率發射該數個第三光訊號作為光脈衝，以調整該第一影像幀內一預設區域的每個截面積的第一光訊號的數量。
22. 如請求項15中所述的虛擬影像顯示系統，其中該第一光線方向調節器改變該第一掃描率，以調整該第一影像幀內一預設區域的每個截面積的光訊號的數量。
23. 如請求項15中所述的虛擬影像顯示系統，其中該第一掃描率為根據轉軸而變動的擺動頻率。
24. 如請求項23中所述的虛擬影像顯示系統，其中該第一光線方向調節器為一二維MEMS鏡。
25. 如請求項23中所述的虛擬影像顯示系統，其中該第一掃描率降低，以增加該第一影像幀內一預設區域的每個截面積的光訊號的數量。
26. 如請求項15中所述的虛擬影像顯示系統，進一步包括一第一合光元件，用於重定向並匯聚該數個第一光訊號及該數個第三光訊號至該觀看者的第一眼。
27. 如請求項26中所述的虛擬影像顯示系統，進一步包括一第一光學組件，安裝在該第一光發射器跟該第一合光元件中間，以改變該數個第一光訊號及該數個第三光訊號的光線路徑的預設截面積。
28. 如請求項15中所述的虛擬影像顯示系統，進一步包括：一第一合光元件，用於重定向並匯聚該數個第一光訊號及該數個第三光訊號至該觀看者的第一眼；一第二光發射器，用於發射數個第二光訊號以投影至該觀看者的第二眼；一第四光發射器，用於發射數個第四光訊號以投影至該觀看者的第二眼；一第二光線方向調節器，以一第三掃描率同時並分別在一第二空間範圍內改變該數個第二光訊號的光線方向，在一第四空間範圍內改變該數個第四光訊號的光線方向，以顯示一具有預設數量光訊號的第二影像幀；以及一第二合光元件，用於重定向並匯聚該數個第二光訊號及該數個第四光訊號至該觀看者的第二眼；以及其中形成該第一影像幀上的像素的該第一光訊號或該第三光訊號及相對應形成該第二影像幀上的像素的該第二光訊號或該第四光訊號在一第一深度顯示一雙眼虛擬影像像素，該第一深度跟投影至該觀看者的眼睛的該第一光訊號或該第三光訊號及該第二光訊號或第四光訊號之間的一第一角度有關。
29. 如請求項28中所述的虛擬影像顯示系統，進一步包括：一可戴在該觀看者頭上的支撐結構；其中該第一光發射器、該第三光發射器、該第一光線方向調節器、該第一合光元件、該第二光發射器、該第四光發射器、該第二光線方向調節器及該第二合光元件皆由該支撐結構乘載。
30. 如請求項15中所述的虛擬影像顯示系統，包括：該第一光發射器，用於發射該數個第一光訊號以投影至該觀看者的第二眼；該第三光發射器，用於發射該數個第三光訊號以投影至該觀看者的第二眼；一第二光發射器，用於發射數個第二光訊號以投影至該觀看者的第一眼；一第四光發射器，用於發射數個第四光訊號以投影至該觀看者的第一眼；一第二光線方向調節器，以一第四掃描率同時並分別在一第二空間範圍內改變該數個第二光訊號的光線方向，在一第四空間範圍內改變該數個第四光訊號的光線方向，以顯示一具有預設數量光訊號的第二影像幀；以及一整合式合光元件，用於分別反射並匯聚該數個第一光訊號及該數個第三光訊號至該觀看者的第二眼，反射並匯聚該數個第二光訊號及數個第四光訊號至該觀看者的第一眼；以及其中形成該第一影像幀上的像素的該第一光訊號或該第三光訊號及相對應形成該第二影像幀上的像素的該第二光訊號或該第四光訊號在一第一深度顯示一雙眼虛擬影像像素，該第一深度跟投影至該觀看者的眼睛的該 第一光訊號或該第三光訊號及該第二光訊號或第四光訊號之間的一第一角度有關。
31. 一種虛擬影像顯示系統，包括：一第一光發射器，用於發射數個第一光訊號以投影至一觀看者的第一眼；一第一光開關，用於週期性的在一第一時間段內重定向該第一光訊號的一第一部份至一第一光線方向調節器，並在一第二時間段內重定向該第一光訊號的一第二部分至一第三光線方向調節器，其中該第一光開關由電壓或電磁場控制；以及該第一光線方向調節器在該第一時間段內在一第一空間範圍內以一第一掃描率改變該第一光訊號的第一部份的光線方向，並且在該第二時間段內在一第三空間範圍內以一第五掃描率改變該第一光訊號的該第二部分的光線方向，以顯示一具有預設數量光訊號的第一影像幀。
32. 如請求項31中所述的虛擬影像顯示系統，其中該第一光訊號的該第一部份形成該第一影像幀的一第一影像部分且該第一影像部分具有一第一光訊號數量，該第一光訊號的該第二部份形成該第一影像幀的一第二影像部分且該第二影像部分具有一第二光訊號數量，該第一影像幀的預設光訊號數量等於或小於該第一光訊號數量及該第二光訊號數量的總和。
33. 如請求項31中所述的虛擬影像顯示系統，其中該第一空間範圍及該第三空間範圍皆由一第一座標分量及一第二座標分量組成，且該第一空間範圍在該第一座標分量或該第二座標分量上與該第三空間範圍相鄰。
34. 如請求項31中所述的虛擬影像顯示系統，其中該第一空間範圍及該第三空間範圍皆由一第一座標分量及一第二座標分量組成，且為了影像 拼接，該第一空間範圍會在該第一座標分量或該第二座標分量上與該第三空間範圍重疊。
35. 如請求項31中所述的虛擬影像顯示系統，其中該第一掃描率或該第五掃描率為非定值。
36. 如請求項31中所述的虛擬影像顯示系統，其中該第一光訊號的光線方向是由一第一座標分量及一第二座標分量組成，該第一光訊號的光線方向的該第一座標分量根據時間在該第一空間範圍及該第三空間範圍內以該第一掃描率及該第五掃描率改變，該第一光訊號的光線方向的該第二座標分量根據時間在該第一空間範圍及該第三空間範圍內以該第二掃描率及一第六掃描率改變，一起顯示該具有預設數量光訊號的第一影像幀，且該第二掃描率及該第六掃描率為非定值。
37. 如請求項31中所述的虛擬影像顯示系統，其中該第一影像幀的一中央區域相比該第一影像幀的一周圍區域，在每個截面上的光訊號數量更多。
38. 如請求項31中所述的虛擬影像顯示系統，其中該第一光發射器在該第一時間段或第二時間段內以一變動頻率發射該數個第一光訊號作為光脈衝，以調整該第一影像幀內一預設區域的每個截面積的光訊號的數量。
39. 如請求項31中所述的虛擬影像顯示系統，其中該第一光線方向調節器改變該第一掃描率或該第五掃描率，以調整該第一影像幀內一預設區域的每個截面積的光訊號的數量。