CN115516366A - 扩大可视空间的影像显示系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开观看者扩大眼动范围的系统及方法，包括但不限于在近眼显示器上应用来自头戴式装置(例如智能眼镜)的视网膜投影技术。本发明包括两个实施例，第一个实施例应用了“分光”原理，包含一光学复制器，以产生数个入射光信号的方式实现观看者眼动范围的扩大。第二个实施例应用了“时间分割”原理，包含一光学反射器，该反射器在不同的入射角移动以重定向数个光信号的方式实现观看者眼动范围的扩大。

Description

扩大可视空间的影像显示系统及其方法

相关申请

本申请要求主张于2020年6月19日提交的美国临时案专利申请号63/041,740，其专利名称为“扩大可视空间的方法及系统”(METHODS AND SYSTEMS FOR EYEBOXEXPANSION)及于2020年9月30日提交的美国临时案专利申请号63/085,172，其专利名称为“投射具有多重景深的系统及方法”(SYSTEMS AND METHODS FOR PROJECTING VIRTUALIMAGES WITH MULTIPLE DEPTHS)的优先权。

此外，于2020年11月6日提交的PCT国际专利申请号PCT/US20/59317，其专利名称为“显示一个具有景深的物体的系统与方法”(SYSTEM AND METHOD FOR DISPLAYING ANOBJECT WITH DEPTHS)及于2021年2月19日提交的美国际专利申请号17/179,423，其专利名称为“具可调整影像感测模块的头戴式装置及其系统”(HEAD WEARABLE DEVICE WITHADJUSTABLE IMAGE SENSING MODULES AND ITS SYSTEM)其申请的全部内容通过引用纳入本文中。

技术领域

本发明一般涉及用于扩大眼动范围的影像显示系统以及制造方法，特别是该系统及方法应用“分光”或是“时间分割”原理为一观察者扩大眼动范围。

背景技术

头戴式AR/VR装置设计上的主要挑战之一为缩小该设备的物理尺寸，并同时维持足够的影像质量、视角及视像位置。该装置提供的影像对该观看者可见的视像位置范围被称作“眼动范围”。眼动范围的大小及位置会大大影响用户体验。举例来说，如果眼动范围太小，当该观看者的视线稍微偏离传入影像的方向，该观察者可能就无法看到从该头戴式AR/VR装置产生的影像。眼动范围的扩大(换句话说，增加由一头戴式AR/VR装置提供的影像的视像位置的数量及范围)可以通过光学方法达成。然而，扩大眼动范围往往会在该头戴式AR/VR额外加上笨重的光学元件。因此，有需要设计一种系统及方法，在不牺牲用户体验及影响头戴式AR/VR装置的物理尺寸的情况下扩大眼动范围。

发明内容

本发明的目的在于提供影像显示系统及方法，为观看者扩大眼动范围，该系统及方法包括(但不限于)在近眼显示器上应用来自头戴式装置(例如智能眼镜)的视网膜投影技术。本发明包含两个实施例。

该第一实施例中的一影像显示系统包括一第一影像投影器、一第一光学复制器及一第一合光元件。该第一影像投影器产生一第一影像的数个光信号。该第一光学复制器接受由该第一影像投影器产生的一光信号、复制该光信号使其成为N条非平行光束并且将该光信号的N条光束中的每一个分别重定向至一第一合光元件，其中N为一大于一的整数。该第一合光元件位于该第一光学复制器及该观察者的一眼之间，该合光元件用于接收该光信号的N条光束，并将其分别汇聚到该观看者的该眼睛的眼动范围中的N个视点。该影像查看器系统可以进一步包括一第二影像投影器、一第二光学复制器以及一第二合光元件，用相同方式扩大该观察者另一眼的眼动范围。因此，该影像显示系统可以同时扩大该观察者左眼与右眼的眼动范围。

该第二实施例应用“时间分割”原理，该实施例包括一光学反射器，该反射器在不同的入射角移动以重定向数个光信号的方式实现观看者眼动范围的扩大。该第二实施例的一影像显示系统包括一第一影像投影器、一第一光学反射器以及一第一合光元件。该第一影像投影器产生一第一影像的数个光信号。该第一光学反射器接收由该第一影像投影器产生的数个光信号，并移动以重定向该数个光信号至一第一合光元件，该第一光学反射器的移动会导致该数个光信号到达该第一合光元件时的入射角不同。该第一合光元件位于该第一光学反射器及该观看者的一眼之间，用于接收并汇聚该数个光信号至该观看者眼睛的一第一可视区，以扩大该观看者眼睛的眼动范围。此外，该第一光学反射器的移动频率是根据该第一影像投影器的投影频率调整，以使该第一影像的该数个光信号在视觉暂留时间内投影到该观看者眼中的可视区。该影像显示系统可以更进一步包括一第二影像投影器、一第二光学反射器以及一第二合光元件，用相同方式扩大该观察者另一眼的眼动范围。因此，该影像显示系统可以同时扩大该观察者左眼与右眼的眼动范围。

在第一实施例与第二实施例中，该观看者的双眼的影像显示系统是用于显示一有深度的物体。从该第二合光元件重定向的光信号是一第一重定向右光信号，从该第一合光元件重定向的相对光信号是一第一重定向左光信号。由该观看者感知该第一重定向右光信号及该第一重定向左光信号以显示一物体的一第一虚拟双眼像素，其深度跟该第一重定向右光信号及相对的该第一重定向左光信号间的第一角度有关。一般而言，该第一深度是由该第一重定向右光信号和该相对的第一重定向左光信号之间的水平距离决定。

在AR及MR的应用中，一影像显示系统可以进一步包括一支撑结构，该支撑结构可以戴在该观测者的头上。该第一影像投影器、该第二影像投影器、该第一实施例的该第一光学复制器及该第二光学复制器(该第二实施例的该第一光学反射器及该第二光学反射器)、该第一合光元件及该第二合光元件均由该支撑结构承载。在一实施例中，该系统是一头戴式装置，特别是一副眼镜，如智能眼镜。在这个情况下，该支撑结构可以是一副可能带有镜片的镜框，该镜片可以是用于矫正近视或是远视等的处方镜片。

本发明的其他特征及优点将在后面描述，一部分可以从说明或是本发明的实例中得知。本发明的目标及其他优点将由书面说明、权利要求、以及附图所特别指出的结构及方法实现。可以这样理解，上述一般的说明和下面详细的说明都是示例性的和说明性的，其旨在对所要求保护的发明提供进一步的解释。

附图说明

图1A为一示意图，说明本发明的一影像显示系统的一实施例，该影像显示系统具有一第一光学复制器。

图1B为一示意图，说明本发明的由一副眼镜承载的影像显示系统。

图2为一示意图，说明本发明的带有一分光镜的影像显示系统的一实施例

图3为一示意图，说明本发明的一影像显示系统的一实施例，该系统有一偏振片，其中一光信号的N条光束汇聚在一第一合光元件上。

图4为一示意图，说明本发明的一影像显示系统的一实施例，其中该光信号的N条非平行光束路径的延伸会汇聚到位于该第一合光元件后方的虚汇聚平面。

图5A为一示意图，说明本发明的一种用于观看者的双眼感知物体深度的影像显示系统。

图5B为一示意图，说明本发明的一种用于观看者的双眼的影像显示系统，以感知一具有深度物体的两个虚拟双眼像素。

图6为一流程图，说明本发明的一实施例的流程，该实施例通过一带有一第一光学复制器的影像显示器为一观看者眼睛扩大眼动范围。

图7A为一示意图，说明本发明的一影像显示系统的一实施例，该系统有一第一光学反射器。

图7B为一示意图，说明本发明的由一副眼镜乘载的影像显示系统。

图8为一示意图，说明本发明的一影像显示系统的一实施例，其中一第一影像投影器是一数字光处理投影器。

图9A-D皆为示意图，说明本发明的带有一连续移动的光学反射器的一影像显示系统的一实施例，该系统显示影像像素。

图10为一示意图，说明本发明的一影像显示系统的一实施例，该系统产生在一可视区的数个视点。

图11A为一示意图，说明本发明的一影像显示系统的一实施例，该系统带有一五角柱反射器。

图11B为一示意图，说明本发明的带有一五角柱反射器的一影像显示系统的一实施例，该系统产生一第一可视区。

图12为一流程图，说明本发明的一实施例的流程，该实施例用带有一五角柱反射器的一影像显示系统为一观察者的眼睛扩大眼动范围。

具体实施方式

本文中所使用的词汇是用来描述本发明特定具体实施例中的细节，所有的词汇应以最大的范畴做合理解读。某些词汇将在以下特别强调；任何限制性用语将由具体实施例定义。

本发明涉及一个或多个方法、系统及装置，以扩大影像显示器的眼动范围，该方法、系统及装置包括(但不限于)应用来自头戴式装置(例如智能眼镜)的视网膜投影技术的近眼显示器。本发明包含两个实施例。关于第一实施例的描述可能是用于第二实施例，反之亦然。该第一实施例应用“分光”原理达到为观看者扩大眼动范围，该实施例包含一光学复制器以产生一入射光信号的数条光束。该第一实施例的一影像显示器装置包含一第一影像投影器、一第一光学复制器及一第一合光元件。该第一影像投影器产生一第一影像的数个光信号。该第一光学复制器接受由该第一影像投影器产生的一光信号、复制该光信号使其成为N条非平行光束并且将该光信号的N条光束中的每一个分别重定向至一第一合光元件，其中N为一大于一的整数。该第一合光元件位于该第一光学复制器及该观察者的一眼之间，该合光元件用于接收该光信号的N条光束，并将其分别汇聚到该观看者的该眼睛的眼动范围中的N个视点。该影像查看器系统可以进一步包括一第二影像投影器、一第二光学复制器以及一第二合光元件，用相同方式扩大该观察者另一眼的眼动范围。因此，该影像显示系统可以同时扩大该观察者左眼与右眼的眼动范围。

该第二实施例应用“时间分割”原理，该实施例包括一光学反射器，该反射器在不同的入射角移动以重定向数个光信号的方式实现观看者眼动范围的扩大。该第二实施例的一影像显示系统包括一第一影像投影器、一第一光学反射器以及一第一合光元件。该第一影像投影器产生一第一影像的数个光信号。该第一光学反射器接收由该第一影像投影器产生的数个光信号，并移动以重定向该数个光信号至一第一合光元件，该第一光学反射器的移动会导致该数个光信号到达该第一合光元件时的入射角不同。该第一合光元件位于该第一光学反射器及该观看者的一眼之间，用于接收并汇聚该数个光信号至该观看者眼睛的一第一可视区，以扩大该观看者眼睛的眼动范围。此外，该第一光学反射器的移动频率是根据该第一影像投影器的投影频率调整，以使该第一影像的该数个光信号在视觉暂留时间内投影到该观看者眼中的可视区。该影像显示系统可以更进一步包括一第二影像投影器、一第二光学反射器以及一第二合光元件，用相同方式扩大该观察者另一眼的眼动范围。因此，该影像显示系统可以同时扩大该观察者左眼与右眼的眼动范围。

在第一实施例与第二实施例中，该观看者的双眼的影像显示系统用于显示一有深度的物体。从该第二合光元件重定向的光信号是一第一重定向右光信号，从该第一合光元件重定向的相对光信号是一第一重定向左光信号。由该观看者感知该第一重定向右光信号及该第一重定向左光信号以显示一物体的一第一虚拟双眼像素，其深度跟该第一重定向右光信号及相对的该第一重定向左光信号间的第一角度有关。一般而言，该第一深度是由该第一重定向右光信号和该相对的第一重定向左光信号之间的水平距离决定。

第一实施例

如图1A所示，在第一实施例中，一影像显示器系统100包括一第一影像投影器110、一第一光学复制器120及一第一合光元件130。通过“分光”原理，该第一实施例使用该第一光学复制器120接收一第一影像的光信号，并产生该光信号的数个光束，这些光束分别汇聚到数个视点(即151,152,153)以扩大一观看者眼睛的眼动范围。传统上，一眼动范围只包含一视点。通过本发明，可以扩大眼动范围以包含数个视点。一视点可以与相邻的视点分开、紧贴或是重叠。该眼动范围为一观察者眼睛140可以看到完整影像的区域。换句话说，只要该观看者的眼睛在该眼动范围移动，该观看者就能看到完整的影像。该影像显示系统100可以为一观看者眼睛扩大眼动范围。

该影像显示系统100可以由一头戴式装置(head wearable device,HWD)承载，在一实施例中可以是如图1B所示的一副智能眼镜180。该副眼镜有一镜框185及一对眼镜镜片190。该镜框185带有一第一影像投影器110及该第一影像复制器120。该第一影像投影器110及该第一影像复制器120的位置会根据光径的设计而有所调整。该眼镜镜片190带有该第一合光元件130。在一实施例中，该第一合光元件130与该眼镜镜片190合并为一单一的部件。在这种情况下，该影像显示系统110可以为头戴式装置的穿戴者扩大眼动范围。一观看者可以从眼动范围内的不同视点(即151,152,153)看到完整影像。此外，因为该智能眼镜180可以为该观看者客制化，瞳距可以根据每个观看者调整。所属领域具有通常技术者可以得知在其他实施例中，该影像显示系统100可以用来同时为数个观看者扩大眼动范围。

该第一影像投影器100的光源可以是激光、发光二极管(LED)，其中包含迷你或微型LED(mini or micro LED)、有机发光二极管(OLED)、超辐射发光二极管(SLD)、硅基液晶(LCoS)、或是液晶显示器(LCD)，或是上述的组合。在一实施例中，该第一影像投影器110是一激光扫描投影器(LBS projector)，该投影器由一光源(包含一红光激光、绿光激光及蓝光激光)、一光色修改器(如双色合光元件及偏光合光元件)以及一二维可调式反射器(如微机电系统镜)。该LBS投影器已预设的分辨率(例如每祯1280x720像素)一个接一个依序产生并扫描光信号。接着，一像素的光信号被产生并一次向该第一光学复制器120投影。为了让观看者的一只眼睛看到该二维影像，该LBS投影器必须在视觉暂留时间(例如1/18秒)内依序产生该第一影像每个像素的光信号(例如1280x720个光信号)。因此，每个光信号的持续时间大约为60.28纳秒。

在另一实施例中，该第一影像投影器110可以是一数字光处理(DLP)投影器，该投影器可以一次产生一二维彩色影像。德州仪器的DLP技术是其中一种可以应用在制造DLP投影器的技术。每帧完整二维彩色影像，例如可以包括1280x720像素，同时向该第一光学复制器120投影。因此，在接收到一入射光信号的N条不平行光束后，该第一光学复制器120可以同时将一帧的数个光信号(例如1280x720个光信号)的N条不平行光束重定向至该第一合光元件130，其中N为大于1的整数。

当使用一LBS投影器作为该第一影像投影器110时，该第一光学复制器120用来同时接收由该第一影像投影器产生的数个光信号，该复制器位于且面向在该第一影像投影器110及该第一合光元件130的光径之间。对于每个接收到的光信号，该第一光学复制器120将该光信号复制使其成为N条非平行光束，并且分别将该光信号的N条光束重定向至该第一合光元件130。该第一合光元件130位于且面向该第一光学复制器120及观察者一眼之间140，用以将该光信号的N条不平行光束的每一个分别重定向至该观察者眼睛的眼动范围内的N个视点(如151,152,153…)。再次说明，一视点可以与相邻的视点分开、紧贴或是重叠。所属领域具有通常知识者应知道如何根据瞳孔大小、影像分辨率、该第一影像投影器110的扫描速率以及该光信号的不同光束间的干射效应，确定视点数量、视点范围及相邻两个视点间的距离。一般成人的瞳孔大小在亮处时直径为2-4厘米，在暗处直径为4-8厘米。在一实施例中，中央相邻两视点的距离大约为2.6-3厘米。

来自该第一光学复制器120该光信号的N条非平行光束可以汇聚在该第一合光元件130的一点上。在另一实施例中，来自该第一光学复制器120该光信号的N条非平行光束在该第一合光元件130上的不同点反射，并且反射的该光信号的N条非平行光束路径的延伸会汇聚到虚汇聚平面135上，该汇聚平面在该第一合光元件130后方距离d处，离观看者眼睛较远。在上述两个实施例中，该第一合光元件130反射后，同一影像像素的光信号的N个不平行光束(如第一光束、第二光束、第三光束)被重定向至眼动范围150内的相对视点(如第一视点、第二视点、第三视点)。从观看者的角度来看，因为同一影像像素光信号的N条非平行光束会物理上汇聚在该第一合光元件130的一点上，或是这些光径的延伸会汇聚在一虚汇聚平面135的一点上，所以当该观看者的眼睛从第一视点、第二视点或是第三视点看到一影像像素时，该影像像素会被视为在同一位置。换句话说，该观看者的眼睛看到该光信号的第一光束、第二光束及第三光束皆代表该同一影像像素，因为他们皆来自该第一合光元件130或该汇聚平面135上的同一点。因此，来自该影像显示系统100的该二维影像都会在相同位置，不管该观看者的眼睛从哪个视点看到该二维影像。此外，在该第一合光元件130上反射后，从该第一合光元件130上反射的不同影像像素的光信号的相对光束(例如第一光束、第二光束及第三光束)会汇聚到眼动范围150内的相对视点(例如第一视点、第二视点及第三视点)。

如图2所示，该影像显示系统100可以进一步包括一第一准直仪160，该准直仪位在该第一影像投影器110及该第一光学复制器120以使该光信号的运动方向在特定方向上更加一致(平行)。换句话说，来自该第一影像投影器110不同像素的光信号在通过该第一准直仪160后会变得大致平行。因此，该第一准直仪160让每个光信号对该第一光学复制器120的入射角大致相同。该第一准直仪160可以为一曲面镜片或一凸透镜。

该第一光学复制器120用以复制一入射光信号使其成为N条非平行光束。换句话说，在接收一光信号后，该第一光学复制器120产生该光信号的N条光束并且将其重定向至该第一合光元件130，其中N为大于1的整数(例如N等于3,4,5)。由于“分光”的结果，该入射光信号的该N条非平行光束的光强度会减弱。该第一光学复制器120可以是分光镜、偏振片、半涂银镜、部分反射器、双色镜棱镜、分色光学涂层及介电光学涂层。该第一光学复制器120可以包括至少两个光学元件来复制该入射光为至少两条光束。该光学元件的每一个可以是一镜片、反射器、部分反射器、棱镜、镜子，或是上述的组合。

如图2所示，在一个实施例中，当N等于3时，该第一光学复制器120为一分光镜，该第一光学复制器120包括两个部分反射器及一全反射器，其运用部分反射的原理以分光一入射光信号成三个光束。如图3所示，在另一个实施例中，该第一光学复制器120为一偏光分光镜，其运用部分反射的原理以分光一入射光信号成三个光束。

该第一光学复制器120可以调整其位置，包括方向及距离，以让一光信号的N条非平行光束可以汇聚。在图2及图3，该第一光信号(L1)的该第一光束(S11)、该第二光束(S12)及该第三光束(S13)会汇聚在该第一合光元件130的一点C1上。同样地，该第三光信号(L3)的该第一光束(S31)、该第二光束(S32)及该第三光束(S33)会汇聚在该第一合光元件130的一点C3上。当该第一光信号及该第三光信号分别为该影像中最左边及最右边的该影像像素，点C1及点C3之间的距离被称作视野(field of view,FOV)。在本实施例中，该观看者从一视点看到的视野可以几乎覆盖该第一合光元件130的整个面积。或者是，该观看者从一视点看到的视野可以覆盖该第一合光元件80％以上的面积。在传统情况下产生一光信号的平行光束，一合光元件的面积会被多个视点分割，因此该观看者从一视点看到的视野会远小于本发明的视野。

如图4所示的该影像处理器100的另一实施例，该第一光信号(L1)的该第一光束(S11)、该第二光束(S12)及该第三光束(S13)分别在该第一合光元件130上的点C11、C12、C13上反射。然而，该第一光信号(L1)的该第一反射光束(RS11)、第二反射光束(RS12)、第三反射光束(RS13)的光路径延伸会汇聚在虚汇聚平面135上的一点D1，该汇聚平面在该第一合光元件130后方d处且离该观看者眼睛更远。在该实施例中，因为每一影像像素的光信号的所有光束路径延伸都会汇聚在虚汇聚平面135的一点上，不管该观看者的眼睛从哪个视点看到该影像，该观看者的眼睛感知每一影像像素(及整个影像)，都会认为它位于虚汇聚平面135的相同位置。该实施例可以应用在扩增实境辅助手术(ARAS)，其中由该影像显示系统100生成的影像，例如最初从计算机断层扫描中获取的影像，可以叠加在诊所内病人的相对部分上。在某些情况下，该第一合光元件130后面的距离D为30-40厘米左右。

该第一合光元件130反射来自该第一光学复制器120的该光信号的数个光束，并且汇聚每一光信号的相对光束至观看者眼动范围内相对应的视点。在一实施例中，该第一合光元件130是足够透明以让环境光穿透至该观看者的眼睛。如图2、图3、图4所示，来自该第一光学复制器120，三个入射光信号(L1,L2,L3)的每条第一光束(实线S11,S21,S31)会被该第一合光元件130反射且汇聚在该第一视点P1上；来自该第一光学复制器120，三个入射光信号(L1,L2,L3)的每条第二光束(虚点线S12,S22,S32)会被该第一合光元件130反射且汇聚在该第二视点P2上；来自该第一光学复制器120，三个入射光信号(L1,L2,L3)的每条第三光束(点线S13,S23,S33)会被该第一合光元件130反射且汇聚在该第三视点P3上。不管是来自该第一复制器120的每一光信号的该第一光束、该第二光束及该第三光束都会汇聚在该第一合光元件130，经反射后，来自该第一光元件130的三个光信号(L1,L2,L3)的每条第一反射光(RS11,RS21,RS31)都会汇聚在该第一视点P1上。在此为了方便说明，该三个光信号(L1,L2,L3)的第一反射光(RS11,RS21,RS31)被绘制成汇聚在第一视点P1(151)上。事实上，由于该三个光信号代表三个不同的像素，因此该三个光信号被投射到视网膜上三个些微分开的点上。每一光信号的第二光束及第三光束皆是如此。

该第一合光元件130可以由玻璃或塑料材料制成一镜片，并镀以像是金属的特定材料，让它部分透明且部分反射。该第一合光元件130可以是一全像分光镜但是并不是最佳选择，因为绕射效应会导致数个黑影及RGB位移。在某些实施例中，会避免使用全像分光镜。

如上所述，该影像显示系统100带有该第一影像投影器110、该第一光学复制器120及该第一合光元件130可以为观看者一眼扩大一眼动范围。在一实施例，该影像显示系统100可以进一步包括一第二影像投影器115、一第二光学复制器125及一第二合光元件135，它们与该第一影像投影器110、该第一光学复制器120及该第一合光元件130以相同的方式发挥作用，为该观看者的另一点扩大眼动范围。同样地，该第二影像投影器产生一第二影像的数个光信号。该第二光学复制器接受由该第二影像投影器产生的一光信号、复制该光信号为M条非平行光束并且将该光信号的M条光束中的每一个分别重定向至一第二合光元件，其中M为一大于一的整数。该第二合光元件位于该第一光学复制器及该观察者的一眼之间，该合光元件用于接收该光信号的M条光束，并将其分别汇聚到该观看者的另一眼的眼动范围中的M个视点。此外，该第二影像投影器跟该第一影像投影器有相似的结构；该第二光学复制器跟该第二光学复制器有相似的结构；该第二合光元件跟该第一合光元件有相似的结构。因此，该影像显示系统100可以同时扩大该观看者左右眼的眼动范围。

该影像投影器系统100可以包括一可以戴在观看者头上的支撑结构，以承载该第一影像投影器110、该第二影像投影器115、该第一光学复制器120、该第二光学复制器125、该第一合光元件130及该第二合光元件135。该第一合光元件130与该第二合光元件135位于该观看者的视野中。因此在本实施例中，该影像显示系统100为一头戴式装置(HWD)。特别是由图1B所示，由一副眼镜承载该影像显示系统，这被称为智能眼镜。在该情况下，该支撑结构可以是一副可能带有镜片的镜框，该镜片可以是用于矫正近视或是远视等的处方镜片。该第一影像投影器110及该第一光学复制器120由右眼镜脚承载，该第二影像投影器及该第二光学复制器由左眼镜脚承载。该第一合光元件可由右边镜片承载而该第二合光元件可由左边镜片承载。承载可以通过各种方式实现，该合光元件可动式或固定式连接或整合在镜片上。该合光元件可以与镜片(包括处方镜片)组合在一起。当该支撑结构不含镜片时，该右合光元件及该左合光元件可以直接由框架或边缘承载。

该影像显示系统100的实施例中的所有元件及变化都可以应用在头戴式装置上。因此该包含智能眼镜的头戴式装置可以进一步承载该影像显示系统的其他元件，像是一控制单元、一第一准直仪160及一第二准直仪165。该第一准直仪160位在该第一影像投影器及该第一光学复制器之间，且该第二准直仪165位在该第二影像投影器及该光学复制器之间。当该影像显示系统100应用在智能眼镜上时，智能眼镜的镜片可以同时具有矫正观看者视力的屈光特性及合光元件的功能。该智能眼镜可以为有度数的镜片以满足近视或远视的人矫正视力的需求。在这种情况下，该智能眼镜的每个镜片都可以包括一屈光单元及一合光元件。该屈光单元及该合光元件可以用相同或不同类型的材料一起制造，该屈光单元及该合光元件可以分开制造再组装在一起。这两个元件可以暂时互相连接(例如使用内建的磁性材料)或者永久地连接在一起。在这两种情况下，该合光元件设置在镜片靠观看者眼睛这侧。如果该镜片是一体的，该合光元件会形成镜片的内表面。如果该镜片有两个部分，则该合光元件为该镜头的内侧部分。该合成元件既允许环境光通过，又将该影像投影器产生的光信号反射到该观看者的眼睛，以形成真实环境中的虚拟影像。该合光元件具有适当的曲率，以反射及汇聚来自该光学复制器的所有光信号到瞳孔中，最后到视网膜上。

如图5A所示的一实施例，观看者双眼的影像显示系统100用以显示一个有深度的物体。因为该物体的深度与该观看者双眼所注视的位置相同，所以可以避免视觉辐辏调节冲突(VAC)及焦点竞争。从该第二合光元件135重定向的该光信号为一第一重定向右光信号(如：RRL21)，从该第一合光元件130重定向的相对光信号为一第一重定向左光信号(如：RLL21)。该第一重定向右光信号(如：RRL21)及该第一重定向左光信号(如：RLL21)被该观看者感知以显示具有一第一深度(d1)的物体70的一第一虚拟双眼像素72，该深度跟该第一重定向右光信号(如：RRL21)的光径延伸及该第一重定向左光信号(如：RLL21)的光径延伸之间的一第一角度(θ1)有关。一般而言，该第一深度是由该第一重定向右光信号与该第一重定向左光信号之间的相对水平距离决定。

图5A所示的该影像显示系统100有一第一影像投影器110、一第一光学复制器120、一第一合光元件130、一第二影像投影器115、一第二光学复制器125、一第二合光元件135。该第一影像投影器110向该第一光学复制器120产生一左光信号(LL2)，然后将该左光信号复制为三条光束(LL21,LL22,LL23)，并将它们重定向至该第一合光元件130。该第一合光元件130分别在点C21(L)、C22(L)及C23(L)上反射该左光信号的三条光束。该左光信号的三条重定向光束(RLL21,RLL22,RLL23)会分别投影在三个左视点P1(L)、P2(L)及P3(L)上，接着到观看者的视网膜。该左光信号的三条重定向光束的光径延伸会汇聚在左虚汇聚平面上的一点D2(L)，该汇聚平面在该第一合光元件130后方d1处且离该观看者眼睛更远。

相同的，该第二影像投影器115向该第二光学复制器125产生一右光信号(RL2)，然后将该该左信号复制为三条光束(RL21,RL22,RL23)，并将它们重定向至该第二合光元件135。该第二合光元件135分别在点C21(R)、C22(R)及C23(R)上反射该右信号的三条光束。该右光信号的三条重定向光束(RRL21,RRL22,RRL23)会分别投影在三个右视点P1(R)、P2(R)及P3(R)上，接着到观看者的视网膜。该右光信号的三条重定向光束的光径延伸会汇聚在右虚汇聚平面上的一点D2(R)，该汇聚平面在该第二合光元件135后方d1处且离该观看者眼睛更远。该影像显示系统100可以使该位置D2(L)与该位置D2(R)位置相同，该位置为该观看者感知到物体虚拟双眼像素72的立体位置。

在该实施例中，随着眼动范围扩大，该观看者的眼睛可以从三对视点接收到光信号：该第一右视点P1(R)及相对的该第一左视点P1(L)、该第二右视点P2(R)及相对的该第二左视点P2(L)、该第三右视点P3(R)及相对的该第三左视点P3(L)。该观看者的右眼50包含一右瞳孔52及一右视网膜54；该观看者的左眼60包含一左瞳孔62及一左视网膜64。因此，从第一对视点(即该第一右视点P1(R)及相对的该第一左视点P1(L))，该观看者的眼睛可以通过该瞳孔接收到该重定向右光信号RRL21的第一光束及相对的该重定向左光信号RLL21的第一光束并到该视网膜上。结果上，该观看者感知到一物体的一第一虚拟双眼像素72，该物体显示出一第一深度(d1)，该深度与该重定向右光信号RRL21的第一光束及相对的该重定向左光信号RLL21的第一光束的光径延伸之间的一第一角度(θ1)有关系。相同的，从第二对视点(即该第二右视点P2(R)及相对的该第一左视点P2(L))，该观看者的眼睛可以通过该瞳孔接收到该重定向右光信号RRL22的第二光束及相对的该重定向左光信号RLL22的第二光束并到该视网膜上。结果上，该观看者感知到该物体的同一第一虚拟双眼像素72，该像素显示出一第一深度(d1)，该深度与该重定向右光信号RRL22的第二光束及相对的该重定向左光信号RLL22的第二光束的光径延伸之间的一第一角度(θ1)有关系。上述的叙述也可以应用在第三对视点上。每对视点之间的距离大致相同，因为一观看者在移动时其瞳距(IPD)并不会改变。

如图5B所示的一实施例中，一物体，例如该恐龙70，会被感知到数个深度。除了该物体的该第一虚拟双眼像素72，当一第二重定向右光信号18’及相对的一第二重定向左光信号38’被该观看者感知并显示该物体的一第二虚拟双眼像素74，该像素显示出一第二深度d2，该深度与该第二重定向右光信号18’及相对的该第二重定向左光信号38’的光径延伸之间的一第二角度(θ2)有关系。在图5B中，为了简化图示，只有来自该第一光学复制器120及该第二光学复制器125的每一条左光信号及右光信号的第一光束有被表现出来。图5A已经说明该第一光学复制器及该第二光学复制器分别产生了该左光信号及该右光信号的三条光束。

在图5B中，该恐龙物体70的该影像包括在一第一深度d1显示的一第一虚拟双眼像素72及在一第二深度d2显示的一第二双眼像素74。在该第一重定向右光信号16’及相对的该第一重定向左光信号36’之间的该第一角度为θ1。该第一深度d1跟该第一角度θ1有关。特别是，该物体的该第一虚拟双眼像素的该第一深度可以通过该第一重定向右光信号及相对的该第一重定向左光信号的光径延伸之间的该第一角度θ1确定。该第一虚拟双眼像素72的该第一深度d1可以由下列公式大致计算：

该右瞳孔52与该左瞳孔62之间的距离为瞳距(IPD)。同样的，在该第二重定向右光信号18’及相对的该第二重定向左光信号38’的光径延伸之间的该第二角度为θ2。该第二深度d2跟该第二角度θ2有关。特别是，该物体的该第二虚拟双眼像素74的该第二深度d2可以通过同一公式通过该第二重定向右光信号及相对的该第二重定向左光信号的光径延伸之间的该第二角度θ2大致确定。因为该第二虚拟双眼像素74比起该第一虚拟双眼像素72在距离该观看者更远处(即有更大的深度)被感知，所以该第二角度θ2比该第一角度θ1小。

此外，该第一重定向右光信号16’及相对的该第一重定向左光信号36’一起显示该第一深度d1的一第一虚拟双眼像素72。在一实施例中，该第一重定向右光信号16’不是相对应的该第一重定向左光信号36’的视差。因为该右眼与该左眼看到同一物体的角度不同，右眼接收到的影像与左眼接收到的影像间的视差用于一观看者感知一具有深度的立体影像。因此，该第一重定向右光信号16’及相对的该第一重定向左光信号36’有相同视角。然而，在另一实施例中，该虚拟双眼像素的该右光信号及相对的左光信号可以显示不同视角的影像(有视差)。此外，该右光信号及该左光信号中的一个或两个可以被修改以呈现某些三维效果，例如阴影。

如上所述，该数个右光信号由该第二影像投影器产生、由该第二光学复制器复制、并由该第二合光元件重定向、以及由该右视网膜扫描后形成一右视网膜影像。相同地，该数个左光信号由该第一影像投影器产生、由该第一光学复制器复制、并由该第一合光元件重定向、以及由该左视网膜扫描后形成一左视网膜影像。如图5B所示的一实施例，一右视网膜影像80包含36个右像素(6x6矩阵)且一左视网膜影像90也包含36个左像素(6x6矩阵)。在另一实施例，一右视网膜影像80包含921600个右像素(1280x720距阵)且一左视网膜影像也包含921600个左像素(1280x720矩阵)。该影像显示系统100可以用来产生数个右光信号及相对的数个左光信号，这些光信号分别在该右视网膜及该左视网膜形成该右视网膜影像及该左视网膜影像。因此，由于影像融合，该观看者会感知到具有特定深度的一虚拟双眼物体。

参照图5B，来自该第二影像投影器115的该第一右光信号16被该第二光学复制器125复制并接着被该第二合光元件135反射。该第一重定向右光信号(的第一光束)16’通过该右瞳孔52到达该观看着的该右视网膜54以显示该右像素R34。相对的来自该第一影像投影器110该左光信号(的第一光束)36被该第一光学复制器120反射并接着被该第一合光元件130反射。该第一重定向左光信号36’通过该左瞳孔62到达该观看者的该视网膜64以显示该左视网膜像素L33。在本实施例中，该第一重定向右光信号及相对的该第一重定向左光信号被导向该观看者双眼的视网膜的大致相同高度。因为影像融合，一观看者感知到该虚拟双眼物体有数个深度，该深度可以通过同一物体的该数个重定向右光信号及相对的该数个重定向左光信号之间的角度确定。一重定向右光信号及相对的一重定向左光信号之间的角度是由该右像素及该左像素间的水平距离所决定的。因此，一虚拟双眼像素的深度跟形成该虚拟双眼像素的该右像素及相对的该左像素之间的距离呈负相关。换句话说，该观看者感知到一虚拟双眼像素越深，形成该虚拟双眼像素的该右像素及该左像素之间X轴上的相对水平距离越小。举例来说，如图5B所示，该观看者感知到的该第二虚拟双眼像素74比该第一虚拟双眼像素72更深(即距离该观看者较远)。因此，在视网膜影像上，该第二右像素及第二左像素之间的水平距离比该第一右像素及第一左像素之间的水平距离更小。特别的是，形成该第二虚拟双眼像素的该第二右像素R41及该第二左像素R51之间的距离为四个像素。然而，形成该第一虚拟双眼像素的该第一右像素R43及该第一左像素L33之间的距离为六个像素。

如上所述，本实施例可以应用在扩增实境辅助手术(ARAS)，其中由该影像显示系统100产生的影像，例如最初从计算机断层扫描中获取的影像，正好叠加在临床病人的相应部分。在某些情况下，该第一合光元件130后的距离d1大约为30-40厘米左右。在这种应用中，立体影像的深度可以固定或限制在一个相对较短的距离内。

当该第一影像投影器110为数字光处理(DLP)投影器时，该投影器一次产生该整个影像，例如每帧1270x720像素，并同时投影向该第一光学复制器120。以上叙述一般适用于使用数字光处理投影器的情况。

图6说明一扩大一观看者的眼动范围的方法。在步骤610，该第一影像投影器110向一第一光学复制器产生一光信号。在一实施例中，该影像投影器可以为一激光扫描投影器(LBS projector)，将该影像像素的光信号逐个依序产出。在另一实施例中，该影像投影器110可以为一数字光处理投影器并同时产生该影像的所有光信号(例如一帧1280x720像素)。在任一实施例中，当该影像投影器110高速产生该光信号时，由于视觉暂留，该观看者可以顺利地看影像。

在步骤620，该第一光学复制器120收到该光信号并复制它使其成为该光信号的N条非平行光束，其中N为大于一的整数。该第一光学复制器120也重定向该N条非平行光束至一第一合光元件130。在步骤630，该第一合光元件130重定向并汇聚该光信号的每一条光束至一观看者眼动范围内的一相对视点。该第一合光元件130位在该第一光学复制器及观看者的一眼之间。该第一光学复制器120及该第一合光元件130用来汇聚每个光信号的N条非平行光束。举例来说，每个光信号的第一非平行光束汇聚到该第一视点且每个光信号的第二非平行光束汇聚到该第二视点。该第一光学复制器120及该第一合光元件130用来实现下列两个实施例其中之一。在一实施例中，一光信号的N条非平行光束物理上汇聚在该第一合光元件130的一点上。在另一实施例中，来自该第一光学复制器120的该光信号的N条非平行光束会分别在该第一合光元件130的不同点上反射。在该第一合光元件130反射后，每个光信号的N条非平行光束的光径延伸会虚拟地汇聚在一位置D1，该位置在距离该第一合光元件130后方d处，离该观看者眼睛较远。

除了上述三个步骤之外，在一实施例，在步骤610之后及步骤620之前，该方法进一步包括一步骤615。在步骤615，一第一准直仪160使由该第一影像投影器110产生的数个影像像素的光信号对该第一光学复制器120有大致相同的入射角。一第一准直仪可以放置在该第一影像投影器110及该第一光学复制器120之间的光径以达成该功能。

总之，第一实施例所述的各种影像显示系统的一个特点是，无论该观看者的眼睛从哪个视点看到该影像，该观看者的眼睛都能感知到从影像显示系统产生的影像/物体(无论是二维还是三维)，就像该影像位于该第一合光元件130或汇聚平面135的同一位置上。换句话说，当该观看者的眼睛在该眼动范围内从一视点移动到另一视点时，该观看者可以在完全相同的位置看到完整的影像/物体。在现有技术的情况下，由于在该合光元件反射后，每个光信号的N条光束会被平行地重定向至该视点，当该观察者的眼睛在该眼动范围内从一视点移动到另一视点时，该观察者会感知到该物体移动。

另一个特点是，当来自该第一光学复制器120代表一像素的每一光信号的N条非平行光束汇聚到该第一合光元件130上的一点时，该第一合光元件130的几乎全部范围可以当作视野(field of view,FOV)。在现有技术中，代表一像素的每一光信号的N条光束会射向一合光元件的不同区域，因此在被该合光元件反射后，该每一光信号的N条光束会从该合光元件上的不同点被平行地重定向至该视点。因此，只有该合光元件的一较小区域(大约为该合光元件除以N)可以当作视野。

第二实施例

只要第一实施例所提供的内容与第二实施例所提供的内容一致，就将其纳入第二实施例中。在第二实施例中，如图7A所示，一影像显示系统200包含一第一影像投影器210、一第一光学反射器220及一第一合光元件230。该影像处理器系统200可以为每个观看者的眼睛扩大眼动范围。通过“时间分割”原理，该第二实施例利用该第一光学反射器220的快速移动以接收一影像的光信号，并且通过该第一光学反射器220的移动，该光信号会以不同入射角快速地重定向至该第一合光元件230。该第一合光元件230位于该第一光学反射器220及该观察者的一眼之间，并且用来接收该数个光信号且汇聚至该观看者眼中的一第一可视区，以扩大该观看者眼睛的眼动范围250。该第一光学反射器220的移动频率是根据该第一影像投影器210的投影频率而调整的，所以该第一影像的数个光信号会在视觉暂留时间内投影至该观看者眼中的该可视区。

该眼动范围250为一观看者眼睛240可以看到一完整影像的可视区。换句话说，只要该观看者的眼睛在眼动范围内移动，该观看者即可看到一完整影像。该眼动范围(可视区)可能包含一连续的区域或是数个视点，一视点可以与相邻的视点分开、紧贴或是重叠。一般成人的瞳孔大小在亮处时直径为2-4厘米，在暗处直径为4-8厘米。在一实施例中，中央相邻两个视点的距离大约为2.6-3厘米。所属领域具有通常知识者可以得知如何通过瞳孔大小、影像分辨率、第一影像投影器210的扫描速度及光信号的不同光束间的干涉效应来决定视点数量、视点范围及中央两个相邻视点间的距离。当该第一光学反射器220连续移动时，该眼动范围为一连续的可视区，而不是分开的数个视点。所以当一观看者的眼睛在可视区(眼动范围)移动时，包括从一视点到下一视点，该观看者的眼睛可以持续看到该完整影像而不中断。

该第一光学反射器220可以为一一维微机电系统镜、一二维微机电系统镜、一多边柱反射器/镜、一圆柱反射器/镜等等。该第一光学反射器220可以用两种模式移动。在第一模式，该光学反射器220在N个位置之间移动，每个位置对应于该第一可视区(眼动范围)内的一视点，其中N是大于一的整数。根据该视点的大小及瞳孔的直径，一眼动范围可以有数个视点，该观看者可以从每个视点看到该整个影像。在第二模式，该第一光学反射器220以一种模式连续移动，反复重定向该光信号并汇聚到该观看者眼睛的第一可视区。

该影像显示系统200可以由一头戴式装置承载，如图7B所示，在一实施例中可以为一智能眼镜280。该副眼镜有一镜框285及一副镜片290。该镜框285承载该第一影像投影器210及该第一光学反射器220。该第一影像投影器210及该第一光学反射器220的位置可以通过光径的设计而调整。该镜片290带有该第一合光元件230。在一实施例中，该第一合光元件230可以跟眼镜290整合为一个元件。在这个情况下，该影像显示系统200可以为该头戴式装置的佩戴者扩大眼动范围。一观看者可以从任何位置看到一完整影像，包括在某些情况下该第一可视区(眼动范围)中的不同视点(如251,252,254)。此外，因为该智能眼睛可以为该观看者客制化，该瞳距(IPD)可以为每个观看者调整。所属领域具有通常知识者可以得知在其他实施例中，该影像显示系统200可以用来同时为数个观看者扩大眼动范围。

该第一光学投影器210的光源可以是激光、发光二极管(LED)，其中包含迷你或微型LED、有机发光二极管(OLED)、超辐射发光二极管(SLD)、硅基液晶(LCoS)、或是液晶显示器(LCD)，或是上述的组合。在一实施例中，该第一影像投影器210是一激光扫描投影器(LBSprojector)，该投影器由一光源(包含一红光激光、绿光激光及蓝光激光)、一光色修改器(如双色合光元件及偏光合光元件)以及一二维可调式反射器(如微机电系统镜)。该LBS投影器已预设的分辨率(例如每帧1280x720像素)一个接一个依序产生并扫描光信号。接着，一像素的光信号产生并一次向该第一光学复制器220投影。为了让观看者的一只眼睛看到该二维影像，该LBS投影器必须在视觉暂留时间(例如1/18秒)内依序产生该第一影像每个像素的光信号(例如1280x720个光信号)。因此，每个光信号的持续时间大约为60.28纳秒。

在另一实施例中，该第一影像投影器210可以是一数字光处理(DLP)投影器，该投影器可以一次产生一二维彩色影像。德州仪器的DLP技术是其中一种可以应用在制造DLP投影器的技术。该完整二维彩色影像帧，例如可以包括1280x720像素，同时向该第一光学复制器220投影。因此，该第一光学反射器220可以同时重定向一帧的数个光信号(例如1280x720个光信号)至该第一合光元件230。

该第一光学反射器220位于且面向该第一影像投影器210及该第二合光元件230之间的光径，用于同时接收一个或多个来自该第一影像投影器210光信号。该第一合光元件230位于且面向该第一光学反射器220及一观看者眼睛240之间，用于重定向一个或多个来自该第一光学反射器220的光信号并汇聚数个光信号至该观看者眼睛的该第一可视区，以扩大该观看者眼睛的眼动范围。

在第一模式，该第一光学反射器220在N个位置之间移动并反射光信号至该第一合光元件230的不同部分，其中N为一大于一的整数。举例来说，如图10所示，当N等于5时，该第一光学反射器220非常快速的在五个位置(X1,X2,X3,X4,X5)间移动。在一实施例中，该第一光学反射器220为一一维(1D)微机电系统镜，反复地从X1移动到X5再从X5回到X1，其模式为X1→X2→X3→X4→X5→X4→X3→X2→X1。当该第一光学反射器220位于X1时，该第一合光信号230反射该光信号并接着汇聚至该视点P1。具体来说，当该激光扫描投影器扫描该第一完整影像帧(F1)时，该一维微机电系统镜仍在位置X1，接着移动至位置X2。同样的，当该第一光学反射器220位于X2时，该第一合光信号230反射该光信号并接着汇聚至该视点P2。具体来说，当该激光扫描投影器扫描该第二完整影像帧(F2)时，该一维微机电系统镜仍在位置X2。然后，该一维微机电系统镜移动到位置X3，在该位置扫描、反射并汇聚该第三完整影像帧(F3)至该第三视点P3。该第一光学反射器220移动到位置X4，在该位置扫描、反射并汇聚该第四完整影像帧(F4)至该第四视点P4。该第一光学反射器220移动到位置X5，在该位置扫描、反射并汇聚该第五完整影像帧(F5)至该第五视点P5。该第一光学反射器220移动到位置X4，在该位置扫描、反射并汇聚该第六完整影像帧(F6)至该第四视点P4。该第一光学反射器220移动到位置X3，在该位置扫描、反射并汇聚该第七完整影像帧(F7)至该第三视点P3。该第一光学反射器220移动到位置X2，在该位置扫描、反射并汇聚该第八完整影像帧(F8)至该第二视点P2。当该第一光学反射器220，如该一维微机电系统镜，回到位置X1时，就会开始第二次循环。为了平顺地观看动态影像，一观看者必须要在视觉暂留时间(如1/18秒)内看到至少一完整影像帧。

当该第一影像投影器210为一激光扫描投影器，每个像素的光信号会被接收并逐个反射至该第一光学反射器220的相对位置。在一实施例中，该第一光学反射器220可以在位置X1依序反射一第一影像帧(例如1280x720像素)的每个像素的光信号。同样的，该第一光学反射器220可以在位置X2依序反射一第二影像帧的每个像素的光信号。在这个情况下，该第一光学反射器220需要待在同一个地方至少一段时间以让该激光扫描投影器可以扫描该完整影像帧。

如图8所示，当该第一影像投影器210为一数字光处理投影器时，所有像素的光信号会被接收并同时反射在该第一光学反射器220的相对位置上。该第一光学反射器220可以在位置X1同时反射一第一影像帧(例如1280x720像素)所有像素的光信号，并由该第一合光元件230重定向并汇聚至该第一视点P1。在其他位置及视点皆适用。

在第二模式下，该第一光学反射器220连续移动以反射光信号至该第一合光元件230的不同位置。在一实施例中，该光学反射器220为一一维微机电系统镜，该光学反射器在两端来回移动(例如X1→X5→X1)。当该第一影像投影器210为一激光扫描投影器，该第一影像投影器连续移动时，每一像素的光信号会被接收并一个接个一个反射。

图9A-9D进一步说明第二模式下的成像过程。如上所述，在一影像帧的成像过程中，当该第一影像投影器210(例如一激光扫描投影器)逐行或逐列的扫描以形成该影像帧时，该第一光学反射器220(例如一一维微机电系统镜)连续移动(一维上反复转动)且改变位置。参考图9A，该一维微机电系统镜没有移动的情况下，该激光扫描投影器产生的影像帧可能为矩形的。举例来说，线910代表第一行的影像像素；线920代表第二行的影像像素；线930代表第三行的影像像素。然而在第二模式下，由于该一维微机电系统镜的移动，该影像帧可能被扭曲为平行四边形。原因是因为该激光光投影器通过一次投影一影像像素产生一影像帧；该激光光投影器接着改变投影位置及/或角度，在新的位置扫描另一影像，该新位置通常是在水平或垂直方向上紧邻前一个像素。因此，在经过一段时间过后，该激光扫描投影器产生一行或一列影像像素(例如1280x1或是1x720)。该激光扫描投影器接着改变投影位置及/或角度至下一行(逐行扫描)或下一列(逐列扫描)并继续产生第二行或第二列影像像素。该步骤会持续到完整的影像帧产生(例如完整的1280x720影像像素)。然而，在本发明的第二模式下，不仅该激光扫描投影器改变其投影位置及/或角度，该微机电系统镜的移动也会影像该影像帧的最终形状。特别的是，由于该一维微机电系统镜的移动/旋转，一影像帧的每一行影像像素或每一列的影像像素的投影起始点会平移。结果该影像帧的形状，如图9B所示，可能会类似平行四边形，这是因为该镜子的移动导致向该一维微机电系统镜行进的光信号的入射角改变了。

参考图9C，在某些实施例中，该一维微机电系统镜从一端点移动到另一端点(例如X1→X5,半个周期)所需要的时间(TEP,time between end points,1/2f)会设定跟激光扫描投影器完整扫描一影像帧所需的时间(TF,time of a frame)相同。换句话说，该第一光学反射器(例如一维微机电系统镜)的移动频率必须根据该第一影像投影器(例如该激光扫描投影器)的投影频率而调整，以使该第一影像的数条光信号可以在视觉暂留时间内投影至该观看者眼睛中的该可视区。在该一维微机电系统镜从X5移回至X1的期间，该激光扫描投影器完成了一第二影像帧902。在本发明的一实施例中，该第一影像帧901及该第二影像帧902可以包含大致相同的影像信息(像素)。换句话说，该第一影像帧901跟该第二影像帧902的内容大致相同。该第一影像帧901与该第二影像帧902之间内容的差异量是由该激光扫描投影器的帧率所决定的。该帧率越高，则该第一影像帧901与该第二影像帧902之间内容的差异量越小，反之亦然。在另一实施例中，由于一较低帧率，该第一影像帧901与该第二影像帧902的影像信息可以包含些微差异。

此外，参考图9C，在某些实施例中，该影像帧的一部分可能超过该观察者眼睛的视野边界，并在视野内形成一盲点91，如图9C所示的该第一影像帧901的A区域。然而，因为该第一影像帧901及该第二影像帧902包含大致相同的影像信息，包含在区域A中的部分影像信息(像素)可以在显示为第二影像帧902的区域A’的点92中看到。因此，该观看者仍然可以看到该完整的影像帧。为了让一观看者可以看到一完整影像帧，该第一影像帧901及该第二影像帧902必须在视觉暂留时间内完整的投影出来。此外，该第二影像帧902为该第一影像帧901的刷新，其中该影像刷新率为1/TF。然而，在其他实施例中，根据该帧率，该第一及第二影像帧901及902可以包含不同的影像信息。

参考图9D，该第二模式的另一实施例中，该一维微机电系统镜从一端点移动到另一端点(例如X1→X5)所需要的时间(TEP)会设定跟该激光扫描投影器完整扫描一影像帧所需的时间(TF)的数倍，故N*TF＝TEP，其中N为一正整数且TF为该激光扫描投影器扫描一影像帧所需的时间。在该实施例中，在该一维微机电系统镜从一端点移动到另一端点(例如X1→X5)的时间内，可以产生数个(N)影像帧。由于该第一光学反射器220连续移动以改变入射角，进而改变来自第一合光元件230的光信号的汇聚位置，使之不再是一视点，进而将该眼动范围扩大为一连续可视区950。图9D说明了一示范性的实施例，其中当该一维微机电系统镜从X1移动至X5时，该第一、第二及第三影像帧连续形成；当该一维微机电系统镜从X5移动回X1时，该第四、第五及第六影像帧连续形成。在某些实施例中，由于高帧率，六个影像帧全部都包含大致相同的影像信息(像素)。为了使这六个影像帧看起来平顺，该第一至第六影像帧必须在视觉暂留时间内被完全扫描。然而，在另一实施例中，该六个影像帧不用包含相同影像信息。举例来说，该第一、第二及第三影像帧可以包含大致相同的影像信息，而该第四、第五及第六影像帧可以包含大致相同的影像信息。如上所述，某些影像帧可能包含一盲点91。然而，由于其余的影像帧可能包含相同影像信息，该盲点91的影像信息(像素)可以由其他影像帧的一部份来填补，所以该观看者仍可以看到该完整的影像帧。

为了让一观看者可以看到完整影像，该观看者在视觉暂留时间内(例如1/18秒)内看到一完整影像的所有不同部分。一完整影像帧可以由一位于一第一可视区的观看者眼睛所看到的不同部分所自动拼接而成。然而，这些不同的部分可能来自不同的影像帧。由于高帧率导致不同影像帧彼此间的内容非常相近，所以对一观看者而言要分辨来自不同影像帧的不同部分很困难。此外，为了让一观看者平顺地观看一动态影像，该观看者必须要在视觉暂留时间内(例如1/18秒)在该第一可视区内的同个位置看到至少一完整影像帧。此外，为了使一观看者看到更好的影像质量，需要减少干涉效应并提供相位偏移补偿。减少干涉效应的一个方法是让激光扫描投影器的频率与该一维微机电系统镜的往返频率(X1→X5→X1)同步。举例来说，如果该影像投影器210在产生一影像帧的一第一光信号的同时，该光学反射器220开始从起始位X1移动以让该第一光信号可以在该第一视点P1被看见，这样更好的同步可以提高影像质量。

当该第一影像投影器210为一数字光处理投影器，所有像素的光信号会被同时接收并反射至该第一光学反射器220的相对位置。因此，在该第一光学反射器220持续移动的任何时刻，一影像帧(例如1280x720像素)的所有像素的光信号可以同时由该第一光学反射器220反射并接着由该第一合光元件230重定向及汇聚至该观看者眼睛的该可视区。当该第一光学反射器220为一一维MSM镜且不停的在两个端点(例如X1及X5)间移动时，该影像帧的该光信号会被汇聚至该第一可视区。

在第二模式的另一实施例中，该第一光学反射器220为一多角柱反射器，该反射器持续顺时针或是逆时针旋转，以反射光信号至该第一合光元件230，该合光元件230重定向并汇聚该光信号至一观看者眼睛的该第一可视区1100以扩大该观看者眼睛的眼动范围。然而，为了方便解释，该连续的第一可视区被分为五个视点。当该第一影像投影器210为一激光扫描投影器且该第一光学反射器220为一五角柱反射器，当该第一光学反射器220连续移动时，每个像素的光信号逐个被接收并反射。该五角柱反射器有五个面，因此，在第一时间段内，该第一光学反射器220持续从该五角柱反射器的第一面的起始点X10移动至同一面的终点X15，该第一影像帧的第一部分(例如第一个1/5)的光信号会被反射并重定向至该第一视点P1的空间范围。在第二时间段内，该第一光学反射器220持续往该第一面的终点X15移动，该第一影像帧的第二部分(例如第二个1/5)的光信号会被反射并重定向至该第二视点P1的空间范围。同样地，在第五时间段内，该第一光学反射器220持续往该第一面的终点X15移动，该第一影像帧的第五部分(例如第五个1/5)的光信号会被反射并重定向至该第五视点P5的空间范围。事实上，由于该第一光学反射器(如五角柱反射器)持续性的旋转，该第一影像持续的被投射并聚焦于第一可视区1100。在概念上分成五个视点在某些程度上相互重叠以形成第一可视区1100。接着该五角柱反射器继续转到该五角柱反射器的第二面的起始点X20。同时，该第二影像帧的光信号已经扫描第二部分(例如第二个1/5)的前端，这表示在第六时间段中，该第一光学反射器220持续从该第二面的起始点X20移动至该第二面的终点X25，该第二影像帧的第二部分(例如第二个1/5)的该光信号会被反射并重定向至该第一视点P1的空间范围。同样地，在第七时间段中，该第一光学反射器220持续往该第二面的终点X25移动，该第二影像帧的第三部分(例如第三个1/5)的该光信号会被反射并重定向至该第一视点P2的空间范围。最后，为了让一观看者可以看到一完整影像，该观看者需要在视觉暂留时间内(例如1/18秒)看到一完整影像的不同部分(例如第一个1/5、第二个1/5、第三个1/5、第四个1/5及第五个1/5)。然而，这些不同的部分可能来自不同影像帧。因为这些不同影像帧在时间线上非常接近，且两个相邻的影像帧的像素大致上相近，观看者很难发现不同的部分来自不同的影像帧。完整影像帧可通过自动缝合由观看者在视觉暂留期间于第一可视区1100所见的不同影像帧中的不同部分而形成。此外，为了让一观看者可以平顺地观看动态影像，该观看者必须要在视觉暂留时间(如1/18秒)内在第一可视区1100看到多个完整影像帧。

如上所述，在第二模式，在该第二模式的该第一影像投影器210使用激光扫描投影器的情况下，为了让一观看者可以看到较好的影像质量，需要减少干涉效应并提供相位偏移补偿。减少干涉效应的一个方法是让激光扫描投影器的频率、该五角柱反射器的面数及旋转频率同步。举例来说，若该第一光学反射器220开始从该五角柱反射器的每一面的起始位X1移动，在此同时该第一影像投影器210开始产生一影像帧适当部分的光信号，如前段所述，这样在第一可视区1100的每个点都可以看到该完整的影像帧，这样更好的同步可以提高影像质量。举例而言，在该第一光学反射器22持续性的自该五角柱反射器的第一面的起始点X10移动至同一面的终点X15的期间，该第一影像投影器210投射一个或多个完整的影像帧。

如图11A所示，当该第一影像投影器210为一数字光处理投影器且该第一光学反射器220为一五角柱反射器。所有像素的光信号会被接受并同时反射至该第一光学反射器220的相应位置。如上所述，由于该五角柱反射器连续移动，在图11B的该第一可视区1100为一连续区域。然而，为了方便解释，该连续的第一可视区1100会在概念上分为五个视点。该五角柱反射器有五个面。当该五角柱反射器的第一面的起始点X10接收到来自该第一影像投影器210的所有像素的光信号，该第一合光元件230会重定向并汇聚这些光信号至该第一视点P1的空间范围的前端。当该五角柱反射器继续往该五角柱反射器的第一面的终点X15移动时，该第一合光元件230会重定向并汇聚该像素的光信号至该最后视点P5的空间范围的尾端。然后该五角柱反射器持续旋转且该五角柱反射器的第二面的起始点X20接收到来自该第一影像投影器210的所有像素的光信号，该第一合光元件230会重定向并汇聚这些光信号回到该第一视点P1的空间范围的前端。当该五角柱反射器持续向该五角镜反射器的第二面的尾端X25移动，该第一合光元件230也会重定向并汇聚该像素的光信号至该最后视点P5的空间范围的尾端。当该五角柱反射器持续旋转到第三面、第四面及第五面，会重复相同步骤。根据该第一影像投影器210的帧率及该旋转速度，该观看者可以在该五角柱反射器的同一面接收该光信号的时间段内看到一个或多个影像帧。事实上，由于该第一光学反射器220(如五角柱反射器)持续性的旋转，该第一影像持续的被投射并聚焦于第一可视区1100。在概念上分成五个视点在某些程度上相互重叠以形成第一可视区1100。同样的，为了使观看者能够看见完整的影像帧，观看者需要在视觉暂留的期间内看到整个影像帧的所有不同部分，例如1/18秒。无论如何，这些不同的部分可来自不同的影像帧。因为这些不同影像帧在时间线上非常接近，且两个相邻的影像帧的像素大致上相近，观看者很难发现不同的部分来自不同的影像帧。完整影像帧可通过自动缝合由观看者在视觉暂留期间于第一可视区1100所见的不同影像帧中的不同部分而形成。此外，为了让一观看者可以平顺地观看动态影像，该观看者必须要在视觉暂留时间(如1/18秒)内在相同视点看到多个一完整影像帧。

所属领域具有通常知识者应知道，特别是当该光学反射器220为一多角柱反射器时，可以同时实施数个影像显示系统以数个观看者扩大眼动范围。

该第一合光元件230可以由玻璃或塑料材料制成一镜片，并镀以特定材料像是金属，让它部分透明且部分反射。该第一合光元件230可以是一全像分光镜但是并不是最佳选择，因为绕射效应会导致数个黑影及RGB位移。在某些实施例中，会避免使用全像分光镜。

如图8或图11A所示，该影像显示系统200可以进一步包括一第一准直仪260，该准直仪位在该第一影像投影器210及该第一光学反射器220以使该光信号的运动方向在特定方向上更加一致(平行)。换句话说，来自该第一影像投影器210不同像素的光信号在通过该第一准直仪260后会变得大致平行。因此，该第一准直仪260让每个光信号对该第一光学反射器220的入射角大致相同。该第一准直仪260可以为一曲面镜片或一凸透镜。

如上所述，该影像显示系统200带有该第一影像投影器210、该第一光学反射器220及该第一合光元件230可以为观看者一眼扩大一眼动范围。在一实施例，该影像显示系统200可以进一步包括一第二影像投影器215、一第二光学反射器225及一第二合光元件235，它们与该第一影像投影器210、该第一光学反射器220及该第一合光元件230以相同的方式发挥作用，为该观看者的另一点扩大眼动范围。同样地，该第二影像投影器为一第二影像产生数个光信号。该第二光学反射器用以接受由该第二影像投影器产生的数个光信号，并通过该第二光学反射器的移动，使该数个光信号以不同入射角重定向至一第二合光元件。该第二合光元件位于该第二光学反射器及该观察者的一眼之间，该合光元件用于接收该并汇聚该数个光信号到该观看者的另一眼的一第二可视区，以扩大该观看者另一眼的眼动范围。此外，该第二光学反射器的移动频率是根据该第二影像投影器的投影频率而调整的，所以该第二影像的数个光信号可以在视觉暂留的时间内投影到该观看者另一点中的一第二可视区。

此外，该第二影像投影器跟该第一影像投影器有相似的结构；该第二光学反射器跟该第二光学反射器有相似的结构；该第二合光元件跟该第一合光元件有相似的结构。因此，该影像显示系统100可以同时扩大该观看者左右眼的眼动范围。

该影像投影器系统200可以包括一可以戴在该观看者头上的支撑结构，以承载该第一影像投影器210、该第二影像投影器215、该第一光学反射器220、该第二光学反射器225、该第一合光元件230及该第二合光元件235。该第一合光元件230与该第二合光元件235位于该观看者的视野中。因此在本实施例中，该影像显示系统200为一头戴式装置(HWD)。特别是由图7B所示，由一副眼镜承载该影像显示系统，这被称为智能眼镜。在该情况下，该支撑结构可以是一副可能带有镜片的镜框，该镜片可以是用于矫正近视或是远视等的处方镜片。该第一影像投影器210及该第一光学反射器220由右眼镜脚承载，该第二影像投影器215及该第二光学反射器225由左眼镜脚承载。该第一合光元件230可由右边镜片承载而该第二合光元件235可由左边镜片承载。承载可以通过各种方式实现，该合光元件可动式或固定式连接或整合在镜片上。该合光元件可以与镜片(包括处方镜片)组合在一起。当该支撑结构不含镜片时，该右合光元件及该左合光元件可以直接由框架或边缘承载。

与第一实施例相似，观看者双眼的影像显示系统100用以显示一个有深度的物体。因为该物体的深度与该观看者双眼所注视的位置相同，所以可以避免视觉辐辏调节冲突(VAC)及焦点竞争。在该实施例中，从该第二合光元件235汇聚的一光信号为一第一重定向右光信号，从该第一合光元件汇聚的一相对光信号为一第一重定向左光信号。该第一重定向右光信号及该第一重定向左光信号被该观看者感知以显示具有一第一深度的物体的一第一虚拟双眼像素，该深度跟该第一重定向右光信号及相对的该第一重定向左光信号之间的一第一角度有关。一般而言，该第一深度是由该第一重定向右光信号与相对的该第一重定向左光信号之间的相对水平距离决定。

图12说明运用第二实施例中应用“时间分割”原理扩大一观看者的眼动范围的一方法。在步骤1210，该第一影像投影器210向一第一光学反射器220产生多个光信号。在一实施例中，该影像投影器210可以为一激光扫描投影器(LBS projector)，将该影像像素的光信号逐个依序产出。在另一实施例中，该影像投影器220可以为一数字光处理投影器并同时产生该影像的所有光信号(例如一帧1280x720像素)。在任一实施例中，当该影像投影器210高速产生该光信号时(例如每秒60帧)，由于视觉暂留，该观看者可以顺利地看影像。

在步骤1220，当该第一光学反射器220移动时，该第一光学反射器220接收该光信号并重定向该光信号至该第一合光元件230的不同部分。该第一光学反射器220可以为一一维微机电系统镜、一二维微机电系统镜、一多角柱反射器/镜、一圆柱反射器/镜等。该第一光学反射器220可以以两种模式移动。在第一模式下，该第一光学反射器220在N个位置间移动，每个位置都对应到一视点，其中N为大于一的整数。在第二模式下，该第一光学反射器220以一个模式连续移动，使该第一合光元件230能重复重定向并汇聚该光信号至该观看者眼中的一第一可视区，以扩大该观看者眼睛的眼动范围。

在步骤1230，当该第一光学反射器220移动时，该第一合光元件230反射并汇聚该数个光信号至该观看者的一第一可视区，以扩大该观看者眼睛的眼动范围。该第一合光元件230位于该第一光学反射器220及该观看者一眼之间。

此外，该第一光学反射器的移动频率是根据该第一影像投影器的投影频率而调整的，所以该第一影像的数个光信号可以在视觉暂留时间之内投影到该观看者眼睛的该第一可视区。

除了上述的三个步骤外，在一实施例，步骤1210之后及步骤1220之前，该方法进一步包括步骤1215，使数个影像像素的光信号对该第一光学反射器220有大致相同的入射角。一第一准直仪可以位在该第一光学投影器210及该第一光学反射器220之间的光径以达成该功能。

总之，该方法的一个特点是该第一合光元件230的几乎全部范围可以当作视野(field of view,FOV)。该第一光学反射器220重定向一完整影像的光信号至该合光元件230的几乎所有区域，该合光元件汇聚该光信号至一观看者的一第一可视区。当该第一光学反射器220移动时，一完整影像的光信号会被重定向至该第一合光元件230的些微不同部分。因此，考虑到该第一光学反射器220的运动，需要保留该合光元件230的一定面积。除了保留的面积之外，该第一合光元件230的剩余面积可当作视野(FOV)。

上述所提供的实施例的描述是为了使所属领域具有通常技术者得以制造并使用本发明。对该实施例的各种修改对于所属领域具有通常技术者是显而易见的，并且此处确定的基本原理不需要创造性劳动便可以应用于其他实施例。因此，本所要求的主题不仅限于此处展示的实施例，而是要符合与此处公开的原理及新颖特征一致的最广范围。可以预想其他的实施例也在本发明所公开的精神及范围内。因此，本发明意旨为涵盖属于所附的权利要求书及其等同物的范围内的修改及变化。

Claims (37)

1.一种用于扩大眼动范围的影像显示系统，该系统包括：

一第一影像投影器，用于产生一第一影像的数个光信号；

一第一光学复制器，包含至少一光学元件，该光学元件用于接收由该第一影像投影器产生的光信号，该光学复制器复制该光信号，使其成为N条非平行的光束，并该光信号的N条光束中的每一个分别重定向至一第一合光元件，其中N为一大于一的整数；以及

该第一合光元件位于该第一光学复制器及观看者的一只眼睛之间，该合光元件用于接收该光信号的N条光束，并将其分别汇聚到该观看者的该眼睛的眼动范围中的N个视点。

2.如权利要求1中所述的该影像显示系统，进一步包括：

一第二影像投影器，用于为一第二影像产生数个光信号：

一第二光学复制器，包含至少一光学元件，该光学元件用于接收由该第二影像投影器产生的光信号，该光学复制器复制该光信号为M条非平行的光束，并该光信号的M条光束中的每一个分别重定向至一第二合光元件，其中M为一大于一的整数；以及

该第二合光元件位于该第一光学复制器及观看者的另一只眼睛之间，该合光元件用于接收该光信号M个视点。

3.如权利要求2中所述的该影像显示系统，其中来自该第二合光元件重定向的光信号为一第一重定向右光信号，来自该第一合光元件重定向的相对光信号是一第一重定向左光信号，且由该观看者感知该第一重定向右光信号及该第一重定向左光信号以显示一物体的一第一虚拟双眼像素，该物体的一第一深度跟该第一重定向右光信号及相对的该第一重定向左光信号间的第一角度有关。

4.如权利要求1中所述的该影像显示系统，其中来自该第一光学复制器的该光信号的N条非平行光束物理上汇聚在该第一合光元件上，或是由该第一合光元件重定向的该光信号的N条非平行光束路径的延伸会虚拟地汇聚到位于该第一合光元件后方的一汇聚平面，该汇聚平面离观察者的眼睛较远。

5.如权利要求4中所述的该影像显示系统，其中无论该观看者的眼睛从任一视点观看该影像，该观察者都能感知到位于该合光元件或是该汇聚平面相同位置的该影像。

6.如权利要求1中所述的该影像显示系统，其中观看者的视野覆盖超过该第一合光元件的80％。

7.如权利要求1中所述的该影像显示系统，其中该第一光学复制器，由一个或多个分光镜、偏振片、半涂银镜、半反射器、双色镜棱镜、分色光学涂层、介电光学涂层组成，或是上述的组合。

8.如权利要求1中所述的该影像显示系统，其中N等于3且该光学复制器是一分光镜，该分光镜包括两个部分反射器及一全反射器，将该光信号分为三条光束。

9.如权利要求1中所述的该影像显示系统，其中该光学复制器是一偏振片。

10.如权利要求1中所述的该影像显示系统，其中该第一影像投影器的一光源是一激光、发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)、超辐射发光二极管(SLD)、硅基液晶(LCoS)、或是液晶显示器(LCD)，或是上述的组合。

11.如权利要求1中所述的该影像显示系统，其中该第一影像投影器为一激光扫描(LBS)投影器或是一数字光处理(DLP)投影器。

12.如权利要求1中所述的该影像显示系统，其中该第一合光元件并不是一全像分光镜。

13.如权利要求1中所述的该影像显示系统，进一步包括一第一准直仪，该准直仪设置在该第一影像投影器及该第一光学复制器之间，使该光信号的运动方向更加对准一特定方向。

14.如权利要求2中所述的该影像显示系统，进一步包括：

一支撑结构，可以戴在该观测者的头上；

其中该第一影像投影器、该第二影像投影器、该第一光学复制器及该第二光学复制器由该支撑结构承载；以及

其中该第一合光元件及第二合光元件由该支撑结构承载，并设置在该观看者的视野内。

15.如权利要求14中所述的该影像显示系统，其中该支撑结构为一副眼镜。

16.如权利要求15中所述的该影像显示系统，其中该副眼镜有一带有该第一合光元件或该第二合光元件的处方镜片。

17.一显示一影像的方法，包括：

透过一第一影像投影器向一第一光学复制器产生一光信号；

透过该第一光学复制器复制该光信号，使其成为N条非平行光束，其中N为一大于1的整数，把该N条非平行光束重定向至一第一合光元件；

透过该第一合光元件将该光信号的N条非平行光束中的每一个向一观看者的眼动范围中的一相对视点重定向并汇聚，该第一合光元件设置在该第一光学复制器及该观看者的一眼之间。

18.如权利要求17中所述的该方法，其中(1)该光信号的N条非平行光束会物理上汇聚到该第一合光元件上，或是(2)该光信号的N条非平行光束路径的延伸会汇聚到该第一合光元件后方的虚汇聚平面，该汇聚平面离观察者的眼睛较远。

19.如权利要求17中所述的该方法，进一步包括：

使来自该第一影像投影器的该光信号对该第一光学复制器有大约相同的入射角。

20.一种用于扩大眼动范围的影像显示系统，包括：

一第一影像投影器，该影像投影器为了一第一影像产生数个光信号；

一第一光学反射器，该光学反射器包括至少一光学元件，用来接收由该第一影像投影器产生的数个光信号，且将该数个光信号重定向至一第一合光元件，该第一光学反射器移动会导致该数个光信号的入射角不同；

该第一合光元件位于该第一光学反射器及该观看者的一眼之间，用于接收并汇聚该数个光信号至该观看者眼睛的一第一可视区，以扩大该观看者眼睛的眼动范围；以及

其中该第一光学反射器的移动频率是根据该第一影像投影器的投影频率调整，以使该第一影像的该数个光信号在视觉暂留时间内投影到该观看者眼中的可视区。

21.如权利要求20中所述的该影像显示系统，进一步包括：

一第二影像投影器，该影像投影器为了一第二影像产生数个光信号；

一第二光学反射器，该光学反射器包括至少一光学元件，用来接收由该第一影像投影器产生的数个光信号，且将该数个光信号重定向至一第二合光元件，该第一光学反射器移动会导致该数个光信号的入射角不同；

该第二合光元件位于该第二光学反射器及该观看者的另一眼之间，用于接收并汇聚该数个光信号至该观看者眼睛的一第一可视区，以扩大该观看者另一眼的眼动范围；以及

其中该第二光学反射器的移动频率是根据该第二影像投影器的投影频率调整，以使该第二影像的该数个光信号在视觉暂留时间内投影到该观看者另一眼中的一第二可视区。

22.如权利要求21中所述的该影像显示系统，其中从该第二合光元件汇聚的一光信号为一第一重定向右光信号，从该第一合光元件汇聚的一相对光信号为一第一重定向左光信号，且由该观看者感知该第一重定向右光信号及该第一重定向左光信号以显示一物体的一第一虚拟双眼像素，其深度跟该第一重定向右光信号及相对的该第一重定向左光信号间的第一角度有关。

23.如权利要求20中所述的该影像显示系统，其中该第一光学反射器在N个位置间来回移动，使该数个光信号透过该第一合光元件分别投影到该观看者眼睛的该第一可视区中的N个视点，且N是一大于1的整数。

24.如权利要求23中所述的该影像显示系统，其中当该第一光学反射器位于相对位置时，该第一影像会被投影至一特定视点。

25.如权利要求23所述中的该影像显示系统，其中该第一光学反射器是一一维的微机电系统(MEMS)镜。

26.如权利要求20中所述的该影像显示系统，其中该第一光学反射器以预设的方式连续移动，使该数个光信号重定向至该第一合光元件，该第一光学反射器的连续移动导致该数个光信号的入射角不同。

27.如权利要求20中所述的该影像显示系统，其中该第一光学反射器为一一维的微机电系统(MEMS)镜、一二维微机电系统镜、一多边形柱反射器、或一圆柱反射器。

28.如权利要求20中所述的该影像显示系统，其中该第一影像投影器的一光源为一激光、发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)、超辐射发光二极管(SLD)、硅基液晶(LCoS)、或是液晶显示器(LCD)，或是上述的组合。

29.如权利要求20中所述的该影像显示系统，其中该第一影像投影器为一激光扫描(LBS)投影器或是一数字光处理(DLP)投影器。

30.如权利要求20中所述的该影像显示系统，进一步包括一第一准直仪，该准直仪设置在该第一影像投影器及该第一光学复制器之间，使该光信号的运动方向对准一特定方向。

31.如权利要求21中所述的该影像显示系统，进一步包括：

一支撑结构，可以戴在该观测者的头上；

其中该第一影像投影器、该第二影像投影器、该第一光学复制器及该第二光学复制器由该支撑结构承载；以及

其中该第一合光元件及第二合光元件由该支撑结构承载，并设置在该观看者的视野内。

32.如权利要求31中所述的该影像显示系统，其中该支撑结构为一副眼镜。

33.如权利要求32中所述的该影像显示系统，其中该副眼镜有一个带有该第一合光元件或该第二合光元件的处方镜片。

34.一显示一影像的方法，包括：

透过一第一影像投影器向一第一光学复制器产生数个光信号；

移动该第一光学反射器，使该数个光信号以不同的入射角重定向到该第一合光元件上；

透过设置在该第一光学反射器与该观看者眼睛之间的该第一合光元件重定向并汇聚该数个光信号，且接收及汇聚该数个光信号至该观看者眼睛的一第一可视区以扩大该观看者眼睛的眼动范围；以及

其中该第一光学反射器的移动频率是根据该第一影像投影器的投影频率调整，以使该第一影像的该数个光信号在视觉暂留时间内投影到该观看者眼中的可视区。

35.如权利要求34中所述的该方法，其中该第一光学反射器在N个位置间来回移动，使该数个光信号透过该第一合光元件分别投影到该观看者眼睛的该第一可视区中的N个视点，且N是一大于1的整数。

36.如权利要求34中所述的该影像显示系统，其中该第一光学反射器以预设的方式连续移动，使该数个光信号重定向至该第一合光元件，该第一光学反射器的连续移动导致该数个光信号的入射角不同。

37.如权利要求34中所述的该方法，进一步包括：

使来自该第一影像投影器的该数个光信号对该第一光学复制器有大致相同的入射角。

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