TWI588535B - 可調式焦距平面光學系統 - Google Patents

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TWI588535B TW104138338A TW104138338A TWI588535B TW I588535 B TWI588535 B TW I588535B TW 104138338 A TW104138338 A TW 104138338A TW 104138338 A TW104138338 A TW 104138338A TW I588535 B TWI588535 B TW I588535B
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Description

可調式焦距平面光學系統 〔相關申請案〕
本案主張2014年11月20日提申，名稱為“Adjustable Focal Plane Optical System”的美國專利臨時申請案第62/082,571號之效益，該申請案的內容藉此參照被併於本文中。
本文中的實施例大致上係關於光學系統，而更具體地係關於用於產生虛擬影像的掃描面鏡系統。
許多影像投影系統可投影出一真實的影像。更具體地，投影系統可將一影像投影至一用於直接觀賞的顯示表面上。相反地，許多影像投影系統可投影出一虛擬影像。虛擬影像是一種當來自一將被成像的物件上的一個點的外射的光束不會聚時所形成的影像。因此，在虛擬影像中，一物件會看起來像是位在光束明顯發散的點處。然而，因為該物件位置看起來像是和該發散點對準，所以改 變該影像的深度(如，物件位置)會是困難的。
本文中所揭露的是和投影光學系統有關的系統及技術。在一些例子中，該系統可包括一掃描面鏡配置，用來接受一光束並將該光束反射至一投影表面及一動態的光學透鏡，用來將該光束聚焦在一焦點平面(focal plane)上的點。該動態的光學透鏡可被調整，用來將該光束聚焦在該焦點平面的多個點上，這些點的某些點被設置成離該動態的光學透鏡不同的距離。
101‧‧‧光學系統
102‧‧‧投影表面
103‧‧‧主要光線
105‧‧‧光源
109‧‧‧光束
119‧‧‧光源發射表面
123‧‧‧位置可變的透鏡
115‧‧‧掃描面鏡系統
121‧‧‧點
125‧‧‧點
111‧‧‧軸線
113‧‧‧軸線
1790‧‧‧控制器
201‧‧‧(光學)系統
301‧‧‧(光學)系統
401‧‧‧(光學)系統
501‧‧‧(光學)系統
117‧‧‧固定焦距及/或靜態準直透鏡
124‧‧‧固定焦距及/或靜態投影透鏡
140‧‧‧虛擬焦面
141‧‧‧虛擬焦面
142‧‧‧虛擬焦面
600‧‧‧圖表
701‧‧‧(光學)系統
127‧‧‧可變焦距透鏡
801‧‧‧(光學)系統
901‧‧‧(光學)系統
1001‧‧‧(光學)系統
1200‧‧‧可配戴裝置
139-1‧‧‧光柵式掃描投影器
139-2‧‧‧光柵式掃描投影器
139‧‧‧投影器
135‧‧‧影像
137‧‧‧眼鏡鏡片
138‧‧‧眼鏡鏡片
136‧‧‧影像
1300‧‧‧(光學)系統
146‧‧‧光學透鏡
147‧‧‧光學透鏡
1600‧‧‧可配戴式裝置
149‧‧‧配戴者的手
1700‧‧‧光學系統
1715‧‧‧面鏡
1720‧‧‧動態的透鏡
1792‧‧‧眼睛追蹤構件
1794‧‧‧距離測量構件
1796‧‧‧內容修改構件
1800‧‧‧邏輯流程
200‧‧‧儲存媒介
2002‧‧‧電腦可執行的指令
3000‧‧‧平台(系統)
3002‧‧‧處理器/圖形核心
3004‧‧‧晶片組/平台控制中樞(PCH)
3006‧‧‧輸入/輸出(I/O)裝置
3008‧‧‧隨機存取記憶體(RAM)
3010‧‧‧唯讀記憶體(ROM)
3020‧‧‧顯示電子設備
3022‧‧‧顯示器
3014‧‧‧平台構件
3016‧‧‧無線通信晶片
3018‧‧‧圖形裝置
3012‧‧‧匯流排
圖1A-1B例示依據本揭露內容的至少一第一例子的光學系統的方塊圖。
圖2例示依據本揭露內容的至少一第二例子的光學系統的方塊圖。
圖3例示依據本揭露內容的至少一第三例子的光學系統的方塊圖。
圖4例示依據本揭露內容的至少一第四例子的光學系統的方塊圖。
圖5例示依據本揭露內容的至少一第五例子的光學系統的方塊圖。
圖6例示一圖表，其顯示依據本揭露內容的例子安排的光學系統的動態透鏡的位移和時間之間的關 係。
圖7例示依據本揭露內容的至少一第六例子的光學系統的方塊圖。
圖8例示依據本揭露內容的至少一第七例子的光學系統的方塊圖。
圖9例示依據本揭露內容的至少一第八例子的光學系統的方塊圖。
圖10例示依據本揭露內容的至少一第九例子的光學系統的方塊圖。
圖11例示一圖表，其顯示依據本揭露內容的例子安排的光學系統的動態透鏡的焦距和時間之間的關係。
圖12例示一包括依據本揭露內容的光學系統的穿戴式裝置的第一例子的方塊圖。
圖13-15例示依據本揭露內容的例子安排之圖12的穿戴式裝置的一些部分的方塊圖。
圖16例示一包括依據本揭露內容的光學系統的穿戴式裝置的第二例子的方塊圖。
圖17例示依據本揭露內容的至少一第九例子的光學系統的方塊圖。
圖18例示依據一實施例的邏輯流程。
圖19例示依據一實施例的電腦可讀取的媒介。
圖20例示依據一實施例的裝置。
描述於本文中的各式實施例大致上係關於一光學投影系統，其包括用來調整一介於該動態的透鏡和一焦點之間的距離，一像素在該焦點處被投影至一投影表面上。尤其是，本揭露內容可被實施來調整介於該動態的透鏡和該投影表面上的點之間的距離，像素在這些點處被聚焦，用以將一影像投影至該表面上，在該表面上的這些像素被聚焦於其上的點可在離該動態的透鏡不同的距離處。
現參考附圖，其中相同的標號被用來標示所有圖中相同的元件。在下面的描述中，為了說明的目的，許多特定的細節被提出，用以提供對於本發明的一透徹的瞭解。然而，很明顯的是，新穎的實施例可在沒有這些特定的細節下被實施。在其它例子中，已知的結構及裝置以方塊圖的形式被示出，以便於對其作描述。此說明的目的是要提供一完整的描述，使得在申請專利範圍的範圍內的所有修改、等效物、及替代例都被充分地描述。
此外，描述時會參考到變數(譬如，“a”、“b”、“c”)，其係被用來標示有多於一個的構件將被實施之構件。很重要而必須指出的是，不一定要有多個構件，且當有多個構件被實施時，它們不必然是相同的構件。相反地，使用變數來標示圖中的構件是為了說明的方便及清楚的目的。
圖1A-1B例示依據本揭示內容的例子的光學 系統101的方塊圖。尤其是，圖1A顯示軸線上的(on-axis)視圖，而圖1B則顯示一離軸線的(off-axis)(如，立體圖，或類此者)視圖。大致上，該光學系統101可投影一真實的影像且可讓該被投影的影像的亮度被局部地(例如，以像素層級的)控制。尤其是，該被反射的光束(及該被投影的影像)可具有局部的亮度調整及/或介於未被照明的和被照明的像素之間對比程度的控制。換言之，光學系統101可提供的是，光只被送至投影該影像所必須被送到的地方。因此，被投影的影像可被感覺像是虛擬影像。詳言之，該光學系統101可投影一真實的影像且可掃描並將該真實的影像聚焦以提供該被投影的真實的影像，使其被感覺像是一虛擬的影像。
該光學系統101將一影像投影在一表面102上，該表面在此例子中和該投影系統101的一主要光線(chief ray)103(如，子午光線(meridional ray)或類此者)強烈地不垂直。在一些例子中，該表面102可以是反射性的，使得一影像可被投影在觀看者的眼睛的虹膜上，使得觀看者可將該被投影的真實影像感覺像是一虛擬的影像。
“投影表面”一詞被使用在本文中是指從光源發射出來的光會朝向它投射的任何實體的表面。此外，在一些例子中，該投影表面例如可以是反射性的，用以提供該光向前進到達一觀看點(view point)，藉以提供一虛擬影像。例如，該投影表面可以是一透明的或部分透明 的本體，譬如眼鏡鏡片。很重要而必需指出的是，該詞並不是以狹隘的意識被使用或是要將該詞侷限於一個光被投影至其上以提供一可看得到的真實影像的實體的表面。
當一投影表面強烈地不垂直於該影像的主要光線103時(例如，該表面102)時，投影機應能夠將該影像的像素聚焦在離該投影系統101不同的距離處。應指出的是，大尺寸短距離投影機，例如以矩陣為主的投影機(譬如，數位光源處理(DLP)、矽基液晶(LCOS)、有機發光二極體(OLED)、或類此者)需要高品質、大且昂貴的偏軸線投影透鏡，用以顯示一鮮明的影像於一和該被投影的影像的主要光線強烈不垂直的投影表面上。
該光學系統101(其亦可被稱為光投影系統)包含一被建構來射出光束109的光源105，該光束被掃描橫跨該表面102，用以將一影像投影在該表面102上。尤其是，該光源105從一光源發射表面119射出光線。該光線被透射穿過一位置可改變的透鏡123(其亦被稱為一動態透鏡或一可移動的透鏡)。該透鏡123可被設置在該光源105和該掃描面鏡系統115之間。該位置可改變的透鏡123可被調整(這將於下文中更詳細地說明)，用以將該光源105發出的光聚焦。該光被透射穿過該透鏡123且入射到該掃描面鏡115上。在一些例子中，該掃描面鏡系統115可以是一MEMS掃描面鏡。在一些例子中，包括該等面鏡的該光學系統101被建構來實施光柵掃描操作或李沙育掃描操作(Lissajous scanning operation)。尤其是，該 面鏡系統115可轉動，用以將該光束109在軸線111和軸線113的方向上掃描橫跨該表面102(如，介於點121和125之間，或類此者)以形成一影像或將一影像投影在該表面102上。
一般而言，透鏡123是要將光束109聚焦在一虛擬焦面(virtual focal surface)上(如，參見圖13-15)或在該投影表面102上，藉以在點121及/或點125產生一像素。換言之，該透鏡123可將將該被反射的光束聚焦(或者，在該光束109的反射期間藉由該面鏡系統115予以聚焦)在點121，125或類此者上。在該影像產生處理期間，該掃描面鏡系統115將該光束109掃描在該投影表面102上的數個位置，用以在該表面102上反射整個影像(如，介於點121和125之間，或類此者)。如所見地，在點121和該掃描面鏡系統115之間的距離不同於在點125和該掃描面鏡系統115之間的距離。這是因為該投影表面102和該主要光線103是實質不垂直的。在一些例子中，在掃描面鏡115和該焦面102之間的距離係介於3mm至300mm之間。
在一些例子中，該光源105可以是雷射、超輻射發光二極體(SLED)、微型LED、共振腔發光二極體(RCLED)、垂直腔表面發射雷射(VCSEL)光源、或類此者。在一些例子中，該光源105可以是單一光源或可以是多光源。在一些例子中，當多光源被設置時，光耦合裝置可被設置。例如，一光束組合器及/或雙色濾光片 (dichroic plate)可被設置。
尤其是，該掃描面鏡系統115可包含一可移動的板子及一面鏡，其被安排成繞著兩個相互正交的軸線轉動。在一些例子中，該面鏡可繞著一個軸線轉動。在一些例子中，該系統115可包含兩個面鏡，每一面鏡繞著一個軸線轉動。尤其是，每一面鏡可繞著相互正交的軸線轉動。
在一些例子中，該面鏡系統115可以每條線1kHz至80kHz的速度將該光束109掃描於水平方向上(如，軸線111的方向上，或類此者)。在一些例子中，該面鏡系統115可以每條線1kHz至200kHz的速度將該光束109掃描於垂直方向上(如，軸線113的方向上，或類此者)。因此，一影像可藉由例如從該投影表面102的頂部到底部一條線一條線地光柵掃描整個影像的像素而被產生。之後，該面鏡115回到原來的位置。此期間被稱為飛回期間(flyback period)，在此飛回期間沒有影像被投影。在一些例子中，一交織的投影可被實施，例如，該影像從上到下被投影，然後從下到上被投影(如，以交織的方式)。在一些例子中，例如一李沙育式(Lissajous-type)投影技術可被實施，用以包括更高的水平及垂直軸線頻率(每一軸線從600Hz到80kHz，或類此者)。
一般而言，該垂直位置透鏡123相對於該面鏡115的位移在操作期間可被動態地改變。在一些例子中，透鏡123可包含一電活性的聚合物(electro-active polymer)。因此，施加電流至透鏡123可將透鏡123實體上地變形並且該透鏡123的位移可因而被改變。在一些例子中，該透鏡123可以是一壓電致動的硬透鏡或聚合物透鏡，其中該透鏡係用一驅動訊號來致動以造成該透鏡實體上的移動至一不同的位置。在一些例子中，該驅動訊號可由一控制器(如，圖17中的控制器1790)提供。
圖2-5例示該系統101的各式例子的方塊圖。應指出的是，這些例子係相關於描繪於圖1中的系統101來加以討論，尤其是，該等被描繪的系統的構件為了方便及清楚起見可使用類似的數字標號。然而，這些例子並不侷限於這些說明。一般而言，該等例子系統包含一或多個動態的透鏡且可包含一或多個光學元件來將被反射的光束聚焦在一焦點平面上的點上。
翻到圖2，一系統201被描繪。在該系統201中，在該位置可變的透鏡123和該投影表面102之間的距離A愈大，則在該光源發射點119和該位置可變的透鏡123之間的距離a就愈小。距離a和距離A之間的關係可用下面的公式來界定：
其中a是從該光源發射點119到該位置可變的透鏡123的距離，fp是該位置可變的透鏡123的焦距(focal length)，及A是從該位置可變的透鏡123到該投影表面102的距離。例如，如果該位置可變的透鏡123具有一焦 距fp=6mm且從該位置可變的透鏡123到該投影表面102的距離A是在20mm至40mm的範圍內，則從該光源發射點119到該位置可變的透鏡123的距離a將變動於8.57mm(當A=20mm時)和7.05mm(當A=40mm時)之間。亦應指出的是，A可用特殊的距離測量技術來測量，譬如，例如三角學技術，其可被包括在該光學系統201內。藉由調整該位置可變的透鏡123，介於該投影表面102和該掃描面鏡系統115之間的光徑的變動可在一個影像之內被補償。
翻到圖3，一系統301被描繪。在系統301中，該位置可變的透鏡123可被設置在該掃描面鏡系統115和該投影表面102之間。此外，該系統101可包含一焦距固定的及/或靜態的準直透鏡117，其可被設置在該光源105和該掃描面鏡系統115之間。在一些例子中，被描繪在此圖中的該系統101可設置成使得該位置可變的透鏡123可將該被掃描的光束的焦點距離在次毫米範圍內作調整。尤其是，該位置可變的透鏡123的位移可對應於點121及/或125的實際位移。
翻到圖4，一系統401被描繪。在系統401中，該位置可變的透鏡123可被設置在該光源105和該掃描面鏡系統115之間。此外，該系統101可包含一焦距固定的及/或靜態的投影透鏡124，其可被設置在該掃描面鏡系統115和該投影表面102之間。描繪於此圖中的該系統101可被設置成使得該投影透鏡124將該被投影的影像聚 焦至該投影表面102，同時該位置可變的透鏡123***控以調整投影至該投影表面102的該被聚焦的影像的位置。因此，該被描繪於此圖中的該系統101允許該被聚焦之被投影在該投影表面102上的影像位置有更大的位移。在一些例子中，被描繪於此圖中的該系統101可被實施在可穿戴式顯示應用中，在此等應用中，該被投影的影像必須被聚焦在一虛擬焦面140上且被位移數毫米，用以被聚焦在其它虛擬焦面141及/或142(參見圖13-15)以改變該影像將被使用者感覺到的視覺深度。
翻到圖5，一系統501被描繪。在系統501中，該位置可變的透鏡123可被設置在該焦距固定的及/或靜態的準直透鏡117和該掃描面鏡系統115之間。透鏡117接著被設置在該光源105的前方。因此，被描繪於此圖中的該系統101包含一焦距固定的及/或靜態的投影透鏡124，其被設置在該掃描面鏡系統115和該投影表面102之間。一般而言，例如，和其它的系統相較之下，該準直透鏡117和該位置可變的透鏡123的組合可提供該被聚焦之被投影在該投影表面102上的影像位置有更大的精確度。在一些例子中，被描繪於此圖中的該系統101可被實施在可穿戴式應用中，在這些應用中，該被投影的影像必須被聚焦在一虛擬焦面140(參見圖13-15)上且被位移數毫米，用以被聚焦在其它虛擬焦面141及/或142(參見圖13-15)以改變該影像將被使用者感覺到的視覺深度。
圖6例示一圖表600，其描繪出時間t和從該位置可變的透鏡123到該投影表面102的距離A之間的關係。如圖所示，在時間點t1，距離A等於d1。在此位置，在點121的像素被投影至投影表面102上。這可以是距離A的最小值。在此例子中，在點121的像素將會是在投影表面102上最靠近該掃描面鏡系統115的像素。如果該距離A然後被線性地增加直到時間點t2的話，則距離A會是在它的最大值d2。在此位置，在點125的像素被投影至投影表面102。在此例子中，在點125的像素將會是投影表面102上離該掃描面鏡系統115最遠的像素。該位置可變的透鏡123然後被快速地移回到它的起始位置，使得在時間點t3，一新的影像再次從位在點121的像素開始被掃描。如所描繪的，該位置可變的透鏡123只跟隨在該掃描面鏡系統115的慢軸線運動之後，這將於下文中最更詳細的說明。然而，在一些例子中，該位置可變的透鏡123可跟隨在該掃描面鏡系統115的快軸線運動之後，或者該位置可變的透鏡123可跟隨在該掃描面鏡系統115的慢及快軸線運動這兩者之後。
圖7-10例示系統101的各式例子的方塊圖。應指出的是，這些例子係相關於描繪於圖1中的系統101來加以討論且更具體地，該等被描繪的系統的構件為了方便及清楚起見可使用類似的數字標號。然而，這些例子並不侷限於這些說明。
翻到圖7，一系統701被描繪。該系統701可 包括一可變焦距的透鏡127，其亦被稱為一動態的透鏡。在一些例子中，該系統701可被實施為包括該可變焦距的透鏡127，而不是透鏡123(如，描繪於圖1-5中的透鏡123，或類此者)。此外，一固定焦距的及/或靜態的準直透鏡117被設置在該光源105和該可變焦距的透鏡127之間。該準直透鏡117到該光源發射表面119的距離可保持固定不變。該被掃描的光束109被該可變焦距的透鏡127聚焦。因此，該可變焦距的透鏡127可將已被該準直透鏡117準直的光束109聚焦在一虛擬的焦面或該投影表面102。該焦距可被動態地改變的透鏡曲率所改變。在一些例子中，透鏡127可包含一電活性聚合物。因此，施加電流至透鏡127可將透鏡127實體上地變形並且該透鏡127的位移可因而被改變。在一些例子中，該透鏡127可以是一壓電致動的(piezo-actuated)硬透鏡或聚合物透鏡，其中該透鏡係用一驅動訊號來致動以造成該透鏡實體上改變形狀，從而動態地改變焦距。在一些例子中，該驅動訊號可由一控制器(如，圖17中的控制器1790)提供。
如所描繪地，從該可變焦距的透鏡127到該投影表面102的距離B愈大，則該透鏡的焦距就愈大。該可變焦距的透鏡127的焦距f和從該可變焦距的透鏡127到該投影表面102的距離B之間的關係可用下面的公式來界定：f=B其中f是該可變焦距的透鏡127的焦距而B是從該可變焦 距的透鏡127到該投影表面102的距離。例如，如果距離B從最靠近的像素到最遠的像素變化於20mm至40mm的範圍內的話，則該可變焦距的透鏡127的焦距f將會是在20mm至40mm的範圍內。對於某些應用而言，該距離B的變化實際上是在3mm至300mm的範圍內。
翻到圖8，一系統801被描繪。在系統801中，該位置可變的透鏡127可被設置在該掃描面鏡系統115和該投影表面102之間。因此，該固定焦距的及/或靜態的準直透鏡117被設置在該光源105和該掃描面鏡系統115之間。因此，該系統801且尤其是該可變焦距的透鏡127能夠在一範圍內(如，數十毫米或類此者)精確地調整光束109聚焦點距離。在此組態中，該可變焦距的透鏡127的焦距可對應於從焦點121及/或125到該可變焦距的透鏡127的實際距離。在一些例子中，該系統801可被實施在腕錶投影器中，在該投影器中介於焦點和該可變焦距的透鏡127之間的距離具有一大的變動範圍。
翻到圖9，一系統901被描繪。在系統901中，該可變焦距的透鏡127被設置在該固定焦距的及/或靜態的準直透鏡117和該掃描面鏡系統115之間。該固定焦距的及/或靜態的準直透鏡117然後被設置在該光源105的前方。此外，該系統901包括該固定焦距的及/或靜態的投影透鏡124，其被設置在該掃描面鏡系統115和該投影表面102之間。因此，該系統901，尤其是該透鏡124將該被投影的影像聚焦至該投影表面102，而該可變焦距 的透鏡127只須要微調該被聚焦的影像被投影到該投影表面102的位置。
翻到圖10，一系統1001被描繪。在該系統1001中，該可變焦距的透鏡127被設置在該光源105和該掃描面鏡系統115之間。此外，該固定焦距的及/或靜態的投影透鏡124被設置在該掃描面鏡系統115和該投影表面102之間。因此，該系統1001，尤其是該固定焦距的及/或靜態的投影透鏡124將該被投影的影像聚焦至該投影表面102，而該可變焦距的透鏡127只需要微調該被聚焦的影像被投影到該投影表面102的位置。
圖11例示一圖表1100，其描繪出時間t和該可變焦距的透鏡127的焦距f之間的關係。在時間點t1，該焦距f等於f1。在此位置，被投影至點121的像素被投影至該投影表面102上。這是該焦距f可採用的最小數值。在此例子中，在點121的像素將會是在該投影表面102上最靠近該掃描面鏡系統115的像素。現在該焦距f被線性地增加直到時間點t2。在此時間點，該焦距f取得它的最大數值f2。在此位置，被投影至點125的像素被投影且被聚焦在該投影表面102上。在此例子中，在點125的像素將會是該投影表面102上離該掃描面鏡系統115最遠的像素。在此之後，該可變焦距的透鏡127被快速地移回到它的起始焦距f1，其靠近該光源105，使得在時間點t3，一新的影像可再次從位在點121的像素開始被掃描。在一些例子中，該可變焦距的透鏡127只跟隨在該掃描面 鏡系統115的慢軸線運動之後，這將於稍後更詳下地說明。在一些例子中，該可變焦距的透鏡127可跟隨在該掃描面鏡系統115的快軸線運動之後或該可變焦距的透鏡127可跟隨在該掃描面鏡系統115的慢及快軸線運動者兩者之後。
在一些例子中，在該光學系統101中，或描述於本文中的任其它光學系統(如，系統201、301、401、501、701、801、901、1001、或類此者)中，該動態的透鏡(如，透鏡123、透鏡127、透鏡123及127這兩者、或類此者)可相關於鏡軸113被定向。在一些例子中，在該光學系統101中，或描述於本文中的任其它光學系統(如，系統201、301、401、501、701、801、901、1001、或類此者)中，該動態的透鏡(如，透鏡123、透鏡127、透鏡123及127這兩者、或類此者)可相關於鏡軸111被定向。
在一些例子中，在該光學系統101中，或描述於本文中的任其它光學系統(如，系統201、301、401、501、701、801、901、1001、或類此者)中，該動態的透鏡(如，透鏡123、透鏡127、透鏡123及127這兩者、或類此者)可相關於具有最大的動態透鏡和投影區域之間的距離變化的鏡軸被定向。在一些例子中，該距離(如，該距離的變化，或類此者)可用相機三角學技術、用距離感測裝置來偵測、或事先被選取或被提供。
應指出的是，圖1B中的實線對應於快的面鏡 軸線(如，垂直的軸線113)，而虛線對應於慢的面鏡軸線(如，水平的軸線111)。在一些例子中，該慢的軸線振盪和該可變焦距的透鏡127的焦距變動或該位置可變的透鏡123的位移變化同步，用以將該被掃描的光束109保持一直被聚焦在該投影表面102上，甚至是在一影像內。藉由正確地選擇該掃描面鏡系統115的慢軸線及快軸線的方位，讓該被顯示的垂直線有一動態透鏡的調整位置是可能的。作為一特殊的例子，對於一具有640條垂直線及60Hz更新率的被投影的影像而言，該動態透鏡介於最小值和最大值之間的位移或焦距改變可在1/60秒=16ms內被動態地調整。
圖12例示本揭露內容的一示範實施例。尤其是，此圖描繪一可穿戴式裝置1200，其可被實施為一付眼鏡，其亦被稱為眼鏡(spectacles)，譬如，例如閱讀眼鏡、太陽眼鏡、智慧型眼鏡、或類此者。然而，本揭露內容並不侷限於此上下文的內容，例如，該等被揭露的系統可包括用於頭盔、眼罩(visor)、擋風玻璃類或類此者之各式抬頭顯示器。尤其是，該裝置1200可以是一放大的及/或虛擬實境的眼鏡。該裝置1200可包括以2DOF MEMS為主的光柵式掃描投影器139-1及139-2。投影器139可包含任何描述於上文中的光學系統(如，系統101、201、301、401、501、701、801、901、1001、或類此者)。尤其是，每一投影器139可包含該光源105、該動態透鏡(如，透鏡123、透鏡127、或類此者)及該掃 描面鏡系統115。投影器139被安裝在左及右側鏡框的每一者上。例如，投影器139-1被安裝在鏡框的位置132處，而投影器139-2被安裝在鏡框的位置133處。
每一投影器139投影出一獨立的影像。尤其是，投影器139-1將影像135投影至眼鏡鏡片137上，而投影器139-2將影像136投影至眼鏡鏡片138上。眼鏡鏡片137及138(其亦被稱為中繼鏡片)可以是全息的、橢圓的或以繞射光為主的可看穿的或不可看穿的組合器(combiner)，其允許使用者在同一時間看到一真實的戶外影像及一被投影的影像。鏡片137及138可包含光纖或一束光纖。換言之，眼鏡鏡片137，138可以是半透明的。
被投影至眼鏡鏡片137及138的影像135及136被組合器朝相使用者的眼瞳位置(如，圖13-15中的位置45)反射。被反射的光束可被準直以提供使用者該影像具有無限焦距的感覺而無需調適該使用者的眼鏡的光學特性。
為了要準直被反射的光束，該被投影的影像可被聚焦在眼鏡鏡片137及138前方。尤其是，該影像可被聚焦在一虛擬表面上。這被更詳細地例示在圖13-15中。一起參考這些圖，該系統1200的一部分被更詳細地描繪。尤其是，這些圖描繪被聚焦在一虛擬表面140上的該被投影的影像，該虛擬表面亦被稱為一接近該投影表面(如，眼鏡鏡片138)的虛擬平面。雖然這些圖係以眼鏡 鏡片138為例來描述，但它們亦可被應用到眼鏡鏡片137上，或上文描述的投影表面102上。例子並不侷限於此描述內容。應指出的是，該虛擬平面並不一定是一數學上的平面。亦應指出的是，示於這些圖中的該位置可變的透鏡123可用該可變焦距的透鏡127取代。在一些例子中，該虛擬表面140可具有平面的、球面的、非球面的、多項式的或自由形式的形狀。在一些例子中，該表面140的形狀可由一實施於此系統中的射束組合器來界定。
在一些例子中，投影表面138和虛擬焦面140，141及/或142是平行的。在一些例子中，虛擬焦面140，141及/或142可以是彎曲的，譬如，例如圖14中所示者。因此，觀看者可感覺到一虛擬的影像，其和虹膜的曲率相符，因此該被感覺到的虛擬影像可被該觀看者感覺得更為自然。該投影表面138可具有或可不具有和該等虛擬焦面一樣的形狀。
在一些例子中，被眼鏡鏡片138反射的光束可以是發散的，例如，如圖15所示。為了要讓該被反射的光是發散的，該被投影的影像(如，界定該影像的像素的每一光束109)被聚焦在該眼鏡鏡片138和該虛擬焦面140之間。其它的虛擬焦面141及142亦被描繪。應指出的是，該焦面(如，焦面140，141，142或類此者)愈接近該眼鏡鏡片138，影像視覺深度將會看起來愈近。
當使用於本文中時，虛擬焦面或虛擬平面一詞是要用來表示一(在平面的虛擬表面的例子中)由二維 度內的焦點的集合或一(在上文中提到的球面的、非球面的、多項式的或自由形式的例子中)由三維度內的焦點的集合所界定的虛擬表面，這些點的每一者是一和該影像的一特定的像素相對應的個別光束的焦點。
很重要而必須指出的是，在圖13-15的例子中，該焦點平面被設置在該投影表面138前方。換言之，該虛擬的焦面被設置在該投影表面138和該掃描面鏡系統115之間。然而，該虛擬的焦面可和該投影表面重合或被設置在該投影表面後方。應指出的是，界定該距離感覺的不是在該投影面上的光束點的大小，而是到達該投影表面102的該光束(如，圖1的光束109)的收斂/發散角度。依據本揭露內容，藉由調整透鏡127的焦距或藉由將該可移動的透鏡123移位來改變每一光束的角度是可能的。這將會獲得該投影面102上的一像素點大小被修改過的結果。
圖16例示本揭露容的一示範實施例。尤其是，此圖描繪出一穿戴式裝置1600，其可被實施成一腕錶，譬如，例如一智慧形手錶。該裝置1600可包括一以2DOF MEMS為主的光柵式掃描投影器139，其被設置在該裝置1600的一殼體148內。該投影器139可被建構來將一影像投影至一接近該裝置1600的表面上，譬如，例如配戴者的手149或類此者上。在一些實施例中，該投影器139可被定向，使得該慢的移動鏡面軸線(如，軸線111，或類此者)係沿著接近該裝置1600的表面(如，配 戴者的手的手背，或類此者)上的方向被定向，其中該表面在裝置內的動態透鏡(如，透鏡123，127，及/或類此者)和該近表面之間的距離有最大的變化。
圖17例示一示範性光學系統1700的方塊圖。該光學系統1600可被實施在描述於本文中的光學系統的任何一者中，譬如，例如描述於上文中的光學系統101、201、301、401、501、701、801、901、及/或1001。一般而言，該光學系統1700可被實施來在該影像的投影期間將一影像的像素動態地聚焦，用以將該影像投影至一投影面上以提供深度的感覺及/或對該影像的一被感覺的距離。尤其是，該系統1700可包括一面鏡1715及數個動態的透鏡1720。該面鏡1715及動態的透鏡1720被非必要地耦合，使得該面鏡1715及動態的透鏡1720可接受一光束並將該光束掃描在一顯示表面上，同時將該被掃描的光束動態地聚焦，用以將一被投影的影像的個別的像素聚焦。該系統1700可額外地包括一控制器1790，其可操作地耦合至該面鏡1715及動態的透鏡1720，用以造成該面鏡1715掃描該被接受的光束及造成動態的透鏡1720在操作期間將該被接收的及/或被掃描的光束聚焦。
一般而言，該控制器1790可包含硬體且可被建構來執行指令，用以造成該控制器1790送出一或多個控制訊號至該面鏡1715及動態的透鏡1720，該控制訊號造成該面鏡1715繞著數個軸線轉動及造成動態透鏡1720被位移及/或調整透鏡1720的焦距。
該控制器1790可包括一眼睛追蹤構件1792。該眼睛追蹤構件1792可包括一相機或一LED、VCSEL、微型LED、RCLED或以雷射為主的照明源及光感測器(譬如，光二極體或一陣列的光二極體)的組合。該眼睛追蹤構件1792可被建構來追蹤及/或決定使用者的視點或配戴者的眼睛的位置。
該控制器1790可包括一距離測量構件1794。該距離測量構件1794可包括一相機或一LED、VCSEL、微型LED、RCLED或以雷射為主的照明源及光感測器(譬如，光二極體或一陣列的光二極體)的組合。該距離測量構件1794可被可操作地耦合至該眼睛追蹤構件1792(及在一些例子中，可以相同的結構來實施)以決定一物件離該觀看者的一表面上的(apparent)距離，其中該物件是在一將被投影至該投影表面102上的虛擬影像內。
該控制器1790可包括一內容修改構件1796。該內容修改構件1796可被建構來修改一虛擬焦面(如，表面140、141、142或類此者)及被投影的影像(如，影像135、136或類此者)，用以調整一物件在一將被投影的影像內的表面上的大小及位置。在一些例子中，該虛擬的焦面及該被投影的影像是被二維度地修改。在一些例子中，該虛擬的焦面及該被投影的影像是被三維度地修改。
在一些例子中，該內容修改構件1796可藉由改變該影像在整個投影表面(如，表面102、表面137、表面138、表面149、或類此者)的解析度來修改該將被 投影的影像。例如，構件1796可保持一被選取的影像的調製轉換函數(MTF)或光學轉換函數(OTF)於該被投影的影像內。該MTF可被可被連結至該影像在該投影表面上的各位置的像素之間的對比。因此，構件1796可被建構來將兩個連續的像素藉由在兩個不同的時間點暫停造成在該投影表面上的兩個不同的位置來區分出該兩個連續的像素。
在一些例子中，該內容修改構件1796可被建構來藉由改變該像素點大小或藉由調整該光源(如，光源105或類此者)的暫停調整來調整該被投影的影像。例如，該內容修改構件1796可被建構來明確界定該影像是基於：暫停ON-10奈秒(第一像素)、OFF-10奈秒、ON-10奈秒(第二像素)而被投影，而不是基於暫停ON-10奈秒(第一像素)、OFF-1奈秒、ON-10奈秒(第二像素)來投影該影像。因此，當該光源(如，光源105或類此者)是OFF時，一黑色部分被產生在該投影表面上。因此，兩個像素可被偵測出來，如果兩個點之間的亮度差大於一所想要的MTF對比的話。
應指出的是，改變該投影表面上的影像解析度並不一定意謂著該被投影的虛擬影像的影像解析度被改變。例如，每條線1000個像素可被投影至該投影表面(如，138)上，但在虛擬表面(如，140)上，該等像素會重疊。因此，該投影表面上的有效解析度低至1個像素的情況(當只有一束像素重疊在彼此的上方時)可被見 到。然而，對於該虛擬影像而言，它可被感覺像是“被縮放(zoomed)”。尤其是，當相同的像素出現，但它們彼此分離時，完整的解析度就可被感覺到。因此，在給定的MTF數值下將該等像素彼此區分出來是可能的。
在一些例子中，該內容修改構件1796可修改被投影的影像，使得數個像素(如，四個像素、八個像素，或類此者)可在該投影表面上被區分出來。因此，相較於一單一像素在該投影表面上被區分出來的情形，該投影表面上的焦點被提升；然而，該虛擬影像仍具有相同的解析度。
在一些例子中，該控制器1790可被建構來造成該系統將完整的影像投影在不同的被感覺的位置。例如，一個影像幀或一組影像幀可被投影至一個位置且後續的影像幀或影像幀組則被投影至不同的位置。因此，在投影該虛擬影像使得該虛擬影像被感覺是在正確的位置的同時，該被感覺的投影距離可被設定。例如，如果使用者在看一張位在2公尺遠的椅子的話，則該系統1700可被建構來投影一被感覺像是坐在該2公尺遠的椅子上的頭像(avatar)的虛擬影像，和坐在20公尺遠相反地，這會造成該頭像被感覺是在一和該椅子不同的位置。
在一些例子中，該控制器1790可被建構來造成該系統將同一影像的一部分投影在多個不同的被感覺的距離，例如，用該虛擬影像的不同部分具有不同的被感覺的距離來產生在該虛擬影像內的物件是和觀看者一起移動 或是單純顯示靜態虛擬影像的印像(impression)。
一般而言，描述於本文中的光學系統可實施在各種不同的光學投影裝置的任何一者中，譬如，例如單眼裝置、雙眼裝置、抬頭顯示器、全息系統或類此者。因此，該控制器1790可被建構來造成該系統產生2D(具有距離感覺)或真實3D影像。在一些例子中，單眼裝置可被實施來投影一將被感覺為具有連續的深度修改的3D虛擬影像，譬如，例如該影像的頂部被感覺是在無限遠的距離且該影像的底部被感覺是在很近的距離。
作為另一個例子，一可穿戴式裝置可實施在雙眼裝置中。該控制器1790可被建構來藉由移動於不同的影像之間以及藉由呈送遠景影像(perspective image)來造成該系統投影真實3D環境。為了要進一步改善該3D影像的感覺，該遠景呈送可在該虛擬影像距離被實體地調整的意義上被實體地產生。
在一些例子中，該等光學系統可包含全息橫向反射器(holographic trans-reflector)，或全息光學元件，它是部分透射且部分反射。在一些例子中，該光學系統可包含一體積全息橫向反射器，其被建構來將光線重新定向朝向使用者的眼瞳。尤其是，全息圖(hologram)可被建構來將多個光束(其代表聚焦在該全息圖的同一位置上的同一像素的各個波長)朝向使用者眼瞳內的多個位置空間地反射，用以產生多個眼箱(eyebox)。應指出的是，一個眼箱是當觀看者四處移動他的眼睛時他仍然能看 到該影像的一個區域。因此，為了要擴大整體眼箱的大小，而不是擴大該光束的大小，每一像素可被多個光束反射，例如藉由使用具有三個不同波長的三個光源而被三個光束反射。在一些例子中，多個光束的波長可彼此相近，使得它們被感覺像是同一顏色或近似的顏色。
例如，具有640nm、645nm、650nm波長的三個紅光光源可被選用。在此例子中波長多工式(wavelength multiplexed)全息圖可作為該全息圖，不同的波長可被使用，使得該全息圖能夠將三個光束重新定向在該虹膜的三個不同的空間方向上。即使是該等光束到達該全息圖表面，此類型的全息圖可將不同波長的光重新定向在不同的方向上，如同在同一點且同時作用的全息漫射器般(此點係隨著該掃描操作前進而移動)。實際上，當如此作時且如果該等多個光束的每一者代表同一個像素，而且讓這些光束被反射朝向眼睛並在不同的位置到達眼睛的話，則當使用者移動眼睛時，使用者將從一光束“切換”至另一光束，但因為它們全都代表同一像素，所以觀看者在切換眼箱的同時傾向看到同一影像。對於觀看者而言，將感覺到一較大的眼箱。
因此，該控制器1790可被建構來造成該系統包含此一多工式全息圖，用以將該等光束投影在該全息漫射器上的同一位置並動態地調整該動態透鏡123及/或127以產生不同的焦距，用以產生具有不同的被感覺的距離的虛擬影像。該控制器1790可為了該被投影的影像的每一 像素個別地調整該動態透鏡123及/或127。因此，多個眼箱可在一給定的時間點被產生，其中每一個眼箱可用一不同的被感覺的距離來顯示同一虛擬影像。因此，在此例子中，觀看者能夠藉由單純地看向一不同的眼箱而在一給定的時間點在三個不同的被感覺的虛擬影像距離之中選擇一者。
該控制器1790可被建構來造成該系統將該等多個光束引導至使用者虹膜的同一位置，藉以在一給定的時間點產生單一個眼箱。尤其是，該控制器1790可被建構來為了每一光束而個別地調整該動態透鏡123及/或127，例如，透鏡127的焦距可被調整至一用於第一光束的第一焦距及一用於第二光束的第二焦距。
在一些例子中，該控制器1790可一個像素一個像素地及/或一個影像幀(image frame)一個影像幀地調整該動態透鏡123及/或127。應指出的是，雖然上文所描述的多光束全息系統係以使用類似顏色的光束為例來描述，但一投影多個不同顏色的光束的系統可被實施。因此，該控制器1790可被建構來根據該等光束的各式波長調整該被投影的虛擬影像的被感覺的距離。
圖18描繪一用來將光束聚焦在投影表面上的邏輯流程1800。該邏輯流程1800可開始於方塊1810。在方塊1810“接受一將被反射至投影表面的光束”，該面鏡115可接受一光束，譬如，例如光束109。尤其是，該光源105可發出光束109，它被該面鏡115接受。該控制 器1790可被建構來造成該面鏡115實施一影像光柵掃描操作，用以將一虛擬影像投影至該投影表面102上。
前進至方塊1820“決定一距離，用以將該光束聚焦至該投影表面上”，該控制器1790可決定一距離，用以將該光束聚焦至該投影表面上。更具體地，該控制器1790可決定一介於動態的透鏡(如，動態的透鏡123，127及/或此者)和該投影表面(如，投影表面102或類此者)之間的距離。更具體地，該控制器1790可決定一介於動態的透鏡和該投影表面102上的點(如，點121、點125或類此者)之間的距離，用以聚焦該光束109並投影一像素。
前進至方塊1830“根據該被決定的距離來調整動態透鏡，用以將該光束聚焦至該投影表面上的一點”，該控制器1790可被建構來送出一控制訊號至透鏡123及/127以造成該等透鏡動態地調整(如，移位、改變焦距、或類此者)，用以造成該光束聚焦至該投影表面上的該點。
圖19例示一儲存媒介2000的實施例。該儲存媒介2000可包含一製造之物。在一些例子中，該儲存媒介2000可包括任何非短暫的(non-transitory)電腦可讀取的媒介或機器可讀取的媒介，譬如光學的、磁性的或半導體的儲存媒介。該儲存媒介2000可儲存各種類型的電腦可執行的指令，如2002。例如，該儲存媒介2000可儲存各種類型的電腦可執行的指令來實施技術1800。
電腦可讀取的媒介或機器可讀取的媒介的例子可包括能夠儲存電子資料之任何有形的媒介，其包括揮發性記憶體或非揮發性記憶體、可移出的或不可移除的記憶體、可抹除的或不可抹除的記憶體、可寫式或非可寫式記憶體、等等。電腦可執行的指令的例子可包括任何適合的程式碼類型，譬如原始碼、經過編譯的碼、經過解譯的碼、可執行的碼、靜態碼、動態碼、物件導向碼、視覺碼、及類此者。這些例子在本文中並非是侷限性的例子。
圖20是一示範性系統實施例的方塊圖，尤其是它描繪出一平台3000，其可包括各式元件。例如，此圖描繪出平台(系統)3000可包括一處理器/圖形核心3002、一晶片組/平台控制器中樞(PCH)3004、一輸入/輸出(I/O)裝置3006、一雖機存取記憶體(RAM)(譬如動態RAM(DRAM))3008、及一唯讀記憶體(ROM)3010、顯示電子設備3020、顯示器3022(如，其包括描述於上文中的光學系統，譬如，例如系統101、201、301、401、501、701、801、901、1001、1200、1600、1700或類此者)、及各式其它平台構件3014(如，風扇、橫流式鼓風機、散熱器、DTM系統、冷卻系統、外殼、通風孔、等等)。系統3000亦包括無線通信晶片3016及圖形裝置3018。然而，實施例並不侷限於這些元件。
如所描繪地，I/O裝置3006、RAM 3008及ROM 3010經由晶片組3004而被耦合至處理器3002。晶 片組3004可經由匯流排3012而被耦合至處理器3002。因此，匯流排3012可包括多條線。
處理器3002可以是一中央處理單元，其包含一或多個處理器核心且包括任何數量之具有多個處理核心的處理器。該處理器3002可包括任何類型之處理單元，譬如，例如CPU、多處理單元、精簡指令集電腦(RISC)、一具有管線(pipeline)、複雜指令集電腦(CISC)、數位訊號處理器(DSP)等等的處理器。在一些實施例中，處理器3002可為位在個別的積體電路晶片上的多個個別的處理器。在一些實施例中，處理器3002可以是一具有被整合的圖形核心的處理器，而在其它實施例中，處理器3002可以是一圖形核心或諸圖形核心。
一些實施例可使用“一個實施例”或“一實施例”和它們的衍生詞來描述。這些用詞意指和該實施例相關連的一特定的特徵、結構、或特性被包括在至少一個實施例中。在本說明書的許多地方出現的“在一實施例中”的用語並不必然全都是指同一實施例。此外，一些實施例可“被耦合”及“被連接”和它們的衍生詞來描述。這些用詞彼此並不必然是同義詞。例如，某些實施例可使用“被連接”及/或“被耦合”等詞來描述，用以顯示兩個或更多個元件係直接實體地或電氣地彼此接觸。然而，“被耦合”一詞亦可表示兩個或更多個元件彼此並沒有直接接觸，但仍是彼此合作或互動。此外，來自不同的實施例的面向或元件可被結合。
應強調的是，摘要是被提供來讓閱讀者能夠快速地探悉技術揭露內容的本質。一般的理解是，摘要將不會被用來解讀或限制申請專利範圍的範圍或義意。此外，在前面的〔實施方式〕中，可被看出來的是，不同的特徵為了讓揭示內容流暢的目的而被群聚在一單一實施例中。此種揭露方法不應被解讀為反應出一種意圖，亦即被請求的實施例需要比明確地描述於每一請求項中的特徵還要多的特徵的意圖。相反地，下面的請求項反應的是，發明性主體係在於少於單一被揭露的實施例的所有特徵。因此，下面的申請專利範圍藉此被包含在該〔實施方式〕中，其中每一請求項自成一分開的實施例。在該等隨附的申請專利範圍中，“包括(including)”及“其中(in which)”等用詞分別被用作為“包含(comprising)”及“其中(wherein)”等用詞的普通英語的同意詞。再者，“第一”、“第二”、“第三”等等的用詞只是被用作為標籤，且並不是要用來將數字的要件強加在它們的物件上。
已上文中被描述者包括了被揭露的架構的例子。當然，描述構件及/或方法的每一種可想到的組合是不可能的，但熟習此技藝者可瞭解的是，許多進一步的組合及交換是可能的。因此，該新穎的架構是要包含所有落入到隨附的申請專利範圍的精神及範圍內的這些替換、修改、及變化。詳細的揭示內容現在轉變為提供和其它實施例有關的例子。被提供於下文中的例子並非是侷限性的例 子。
例子1。一種設備，包含：一掃描面鏡，用以接受一光束及反射該被接受到的光束；一動態的光學透鏡，用來將該被反射的光束聚焦在一焦點平面上的多個點，該等多個點的一第一個點離該動態的光學透鏡的距離不同於該等多個點的一第二個點；及一控制器，用來送出一控制訊號至該動態的光學透鏡，用以造成該動態的光學透鏡在該被接受到的光束的反射期間調整，用以將該被接受到的光束至少聚焦至該第一點及該第二點上。
例子2。例子1的設備，其中該動態的光學透鏡是一位置可變的透鏡，該控制器送出一控制訊號至該位置可變的透鏡，用以造成該位置可變的透鏡改變相對於該掃描面鏡的位置。
例子3。例子1的設備，其中該動態的光學透鏡是一可變焦距的透鏡，該控制器送出一控制訊號至該可變焦距的透鏡，用以造成該可變焦距的透鏡改變焦距。
例子4。例子1的設備，該掃描面鏡可繞著一第一軸線及一不同於該第一軸線的第二軸線轉動。
例子5。例子1的設備，該掃描面鏡將一影像投影在一投影表面上，該焦點平面和該投影表面重合。
例子6。例子1的設備，該掃描面鏡將一影像投影在一投影表面上，該焦點平面接近該投影表面。
例子7。例子5至6的任何一者的設備，該投影表面反射該光束的一部分，該動態的光學透鏡將該光束 聚焦在該焦點平面上使得該光束的該被反射的部分被準直或被發散，使得一被投影的影像將被感覺像是該被投影的虛擬影像。
例子8。例子7的設備，其中該焦點平面是一虛擬焦面。
例子9。例子7的設備，其中該投影表面是半透明的。
例子10。例子1的設備，其包含至少一光學元件，其被設置在該掃描面鏡和一投影表面之間，該至少一光學元件會聚該被反射的光束並將該被會聚的光束重新定向至該投影表面。
例子11。例子1的設備，其包含一位置固定式投影透鏡，其被設在該掃描面鏡和該焦點平面之間，用以聚焦該被反射的光。
例子12。例子1的設備，其中該動態的光學透鏡被設置在該掃描面鏡相對於該被接受的光束的前方。
例子13。例子1的設備，其中該焦點平面包含一投影表面。
例子14。例子1的設備，其中該焦點平面是平的、球面的、非球面的、或多項式的平面。
例15。一種用於投影一影像的系統，包含：一光源，用來射出一光束；一掃描面鏡，用來接受該光束並反射該被接受到的光束；一動態的光學透鏡，用來將該被反射的光束聚焦在一焦點平面上的多個點，該等多個點 的一第一個點離該動態的光學透鏡的距離不同於該等多個點的一第二個點；及一控制器，用來送出一控制訊號至該動態的光學透鏡，用以造成該動態的光學透鏡在該被接受到的光束的反射期間調整，用以將該被接受到的光束至少聚焦至該第一點及該第二點上。
例子16。例子15的系統，該掃描面鏡將該光束反射至一投影表面上，該投影表面反射該光束的一部分，該動態的光學透鏡將該光束聚焦在該焦點平面上使得該光束的該被反射的部分被準直或發散，使得一被投影的影像被感覺像是該被投影的虛擬影像。
例子17。例子16的系統，包含該投影表面。
例子18。例子17的系統，其中該投影表面是眼鏡鏡片、頭盔面罩玻璃、或擋風玻璃。
例子19。例子17的系統，其中該投影表面是半透明的。
例子20。例子16的系統，其中該焦點平面和該投影表面重合。
例子21。例子16的系統，其中該焦點平面接近該投影表面。
例子22。例子16的系統，其中該動態的光學透鏡是一位置可變的透鏡，該控制器送出一控制號至該位置可變的透鏡，用以造成該位置可變的透鏡改變相對於該掃描面鏡的位置。
例子23。例子15的系統，其中該動態的光學 透鏡是一可變焦距的透鏡，該控制器送出一控制號至該可變焦距的透鏡，用以造成該可變焦距的透鏡改變焦距。
例子24。例子15的系統，該掃描面鏡可繞著一第一軸線及一不同於該第一軸線的第二軸線轉動。
例子25。例子15的系統，其中該焦距平面是一虛擬焦面。
例子26。例子16的系統，其包含至少一光學元件，其被設置在該掃描面鏡和一投影表面之間，該至少一光學元件會聚該被反射的光束並將該被會聚的光束重新定向至該投影表面。
例子27。例子15的系統，其包含一位置固定式投影透鏡，其被設在該掃描面鏡和該焦點平面之間，用以聚焦該被反射的光。
例子28。例子15的系統，其中該動態的光學透鏡被設置在該掃描面鏡相對於該被接受的光束的前方。
例子29。例子15的系統，其中該焦點平面是平的、球面的、非球面的、或多項式的面。
例子30。例子15的系統，包含一準直透鏡，其被設置在該光源和該動態的光學透鏡之間，用來準直該光束。
例子31。例子15的系統，其中該光學動態的光學透鏡被設置在該掃描面鏡和該焦點平面之間。
例子32。例子31的系統，包含一準直透鏡，其被設置在該光源和該動態的光學透鏡之間，用來準直該 光束。
例子33。例子24的系統，其中該掃描面鏡繞著該第一軸線振盪比繞著該第二軸線振盪慢很多，該控制器將該第一軸線沿著一方向定向，在該方向上，該被投影的影像在該掃描面鏡和該焦點平面之間的距離上有最大的變動。
例子34。例子16的系統，其中該投影表面包含一全息圖且其中在該投影表面上的一個影像像素藉由使用多於一個光束而被投影，投影同一像素的每一光束具有彼此不同的波長，該動態的光學透鏡個別地調整該等光束的每一者的焦點。
例子35。一種投影虛擬影像的方法，該方法包含：接受一光束；將該光束反射至一投影表面上；將該被反射的光束透射穿過一動態的光學透鏡，用以將該被反射的光束聚焦在一焦點平面上的多個點，該等多個點的一第一個點離該動態的光學透鏡的距離不同於該等多個點的一第二個點；及在該被接受到的光束的反射期間調整該動態的光學透鏡，用以將該被接受到的光束至少聚焦至該第一點及該第二點上。
例子36。該例子35的方法，包含將一面鏡繞著一第一軸線轉動及繞著一不同於該第一軸線的第二軸線轉動，用以將該光束反射至該投影表面上。
例子37。例子35的方法，包含送出一控制訊號至該動態的光學透鏡以造成該動態的光學透鏡改變位 置，用以改變該焦點平面的深度。
例子38。例子35的方法，包含送出一控制訊號至該動態的光學透鏡以造成該動態的光學透鏡改變焦距，用以改變該焦點平面的深度。
例子39。例子35的方法，包含偵測觀看者的眼睛位置；根據該被偵測到的眼睛位置來偵測一物件；及決定一到該物件的距離，其中該動態的光學透鏡根據該被決定的距離加以調整。
例子40。至少一種非短暫的電腦可讀取的儲存媒介，包含指令，當指令被一處理器執行時會造成該處理器：送出一控制訊號至一動態的光學透鏡，用以在一光束朝向一投影表面反射的期間調整該動態的光學透鏡，調整該動態的光學透鏡是要將該被反射的光束聚焦至一焦點平面上的至少一第一點及一第二點上，該第一點離該動態的光學透鏡的距離不同於該第二點。
例子41。例子40的該至少一種非短暫的電腦可讀取的儲存媒介，該指令造成該處理器送出一控制訊號制該動態的光學透鏡以造成該動態的光學透鏡改變位置，用以改變該焦點平面的深度。
例子42。例子40的該至少一種非短暫的電腦可讀取的儲存媒介，該指令造成該處理器送出一控制訊號制該動態的光學透鏡以造成該動態的光學透鏡改變焦距，用以改變該焦點平面的深度。
例子43。一種設備，包含實施例子35至39 的任何一者的方法的機構。
101‧‧‧光學系統
102‧‧‧投影表面
103‧‧‧主要光線
105‧‧‧光源
109‧‧‧光束
111‧‧‧軸線
113‧‧‧軸線
115‧‧‧掃描面鏡系統
119‧‧‧光源發射表面
121‧‧‧點
123‧‧‧位置可變的透鏡
125‧‧‧點

Claims (21)

  1. 一種設備，包含：一掃描面鏡，用以接受一光束及反射該被接受的光束；一動態的光學透鏡，用來將該被反射的光束聚焦在一焦點平面上的多個點，該等多個點的一第一個點離該動態的光學透鏡的距離不同於該等多個點的一第二個點；及一控制器，用來送出一控制訊號至該動態的光學透鏡，用以造成該動態的光學透鏡在該被接受到的光束的反射期間調整，用以將該被接受到的光束至少聚焦至該第一點及該第二點上，其中該動態的光學透鏡是一位置可變的透鏡，該控制器送出一控制訊號至該位置可變的透鏡，用以造成該位置可變的透鏡改變相對於該掃描面鏡的位置。
  2. 如申請專利範圍第1項之設備，其中該掃描面鏡可繞著一第一軸線及一不同於該第一軸線的第二軸線轉動。
  3. 如申請專利範圍第1項之設備，其中該焦點平面是平的、球面的、非球面的、或多項式的平面。
  4. 一種設備，包含：一掃描面鏡，用以接受一光束及反射該被接受的光束；一動態的光學透鏡，用來將該被反射的光束聚焦在一焦點平面上的多個點，該等多個點的一第一個點離該動態 的光學透鏡的距離不同於該等多個點的一第二個點；及一控制器，用來送出一控制訊號至該動態的光學透鏡，用以造成該動態的光學透鏡在該被接受到的光束的反射期間調整，用以將該被接受到的光束至少聚焦至該第一點及該第二點上，其中該動態的光學透鏡是一可變焦距的透鏡，該控制器送出一控制訊號至該可變焦距的透鏡，用以造成該可變焦距的透鏡改變焦距。
  5. 一種設備，包含：一掃描面鏡，用以接受一光束及反射該被接受的光束；一動態的光學透鏡，用來將該被反射的光束聚焦在一焦點平面上的多個點，該等多個點的一第一個點離該動態的光學透鏡的距離不同於該等多個點的一第二個點；及一控制器，用來送出一控制訊號至該動態的光學透鏡，用以造成該動態的光學透鏡在該被接受到的光束的反射期間調整，用以將該被接受到的光束至少聚焦至該第一點及該第二點上，其中該掃描面鏡將一影像投影在一投影表面上，該焦點平面和該投影表面重合或接近該投影表面。
  6. 如申請專利範圍第5項之設備，其中該投影表面反射該光束的一部分，該動態的光學透鏡將該光束聚焦在該焦點平面上使得該光束的該被反射的部分被準直或被發散，使得一被投影的影像將被感覺像是該被投影的虛擬影 像。
  7. 如申請專利範圍第6項之設備，其中該焦點平面是一虛擬焦面及其中該投影表面是半透明的。
  8. 如申請專利範圍第5項之設備，包含至少一光學元件，其被設置在該掃描面鏡和一投影表面之間，該至少一光學元件會聚該被反射的光束並將該被會聚的光束重新定向至該投影表面。
  9. 一種設備，包含：一掃描面鏡，用以接受一光束及反射該被接受的光束；一動態的光學透鏡，用來將該被反射的光束聚焦在一焦點平面上的多個點，該等多個點的一第一個點離該動態的光學透鏡的距離不同於該等多個點的一第二個點；一控制器，用來送出一控制訊號至該動態的光學透鏡，用以造成該動態的光學透鏡在該被接受到的光束的反射期間調整，用以將該被接受到的光束至少聚焦至該第一點及該第二點上；及一位置固定式投影透鏡，其被設在該掃描面鏡和該焦點平面之間，用以聚焦該被反射的光。
  10. 一種設備，包含：一掃描面鏡，用以接受一光束及反射該被接受的光束；一動態的光學透鏡，用來將該被反射的光束聚焦在一焦點平面上的多個點，該等多個點的一第一個點離該動態 的光學透鏡的距離不同於該等多個點的一第二個點；及一控制器，用來送出一控制訊號至該動態的光學透鏡，用以造成該動態的光學透鏡在該被接受到的光束的反射期間調整，用以將該被接受到的光束至少聚焦至該第一點及該第二點上，其中該動態的光學透鏡被設置在該掃描面鏡相對於該被接受的光束的前方。
  11. 一種用於投影一影像的系統，包含：一光源，用來發出一光束；一掃描面鏡，用來接受該光束並反射該被接受的光束；一動態的光學透鏡，用來將該被反射的光束聚焦在一焦點平面上的多個點，該等多個點的一第一個點離該動態的光學透鏡的距離不同於該等多個點的一第二個點；及一控制器，用來送出一控制訊號至該動態的光學透鏡，用以造成該動態的光學透鏡在該被接受到的光束的反射期間調整，用以將該被接受到的光束至少聚焦至該第一點及該第二點上，其中該掃描面鏡將該光束反射至一投影表面上，該投影表面反射該光束的一部分，該動態的光學透鏡將該光束聚焦在該焦點平面上使得該光束的該被反射的部分被準直或發散，使得一被投影的影像被感覺像是該被投影的虛擬影像。
  12. 如申請專利範圍第11項之系統，其中該投影表 面是眼鏡鏡片、頭盔面罩玻璃、或擋風玻璃。
  13. 如申請專利範圍第11項之系統，其中該投影表面是半透明的且包含一全息的光學元件。
  14. 如申請專利範圍第11項之系統，其中該焦點平面和該投影表面重合或其中該焦點平面接近該投影表面。
  15. 如申請專利範圍第11項之系統，其中該動態的光學透鏡是一位置可變的透鏡，該控制器送出一控制號至該位置可變的透鏡，用以造成該位置可變的透鏡改變相對於該掃描面鏡的位置。
  16. 如申請專利範圍第11項之系統，其中該動態的光學透鏡是一可變焦距的透鏡，該控制器送出一控制號至該可變焦距的透鏡，用以造成該可變焦距的透鏡改變焦距。
  17. 一種投影虛擬影像的方法，該方法包含：接受一光束；將該光束反射至一投影表面上；將該被反射的光束透射穿過一動態的光學透鏡，用以將該被反射的光束聚焦在一焦點平面上的多個點，該等多個點的一第一個點離該動態的光學透鏡的距離不同於該等多個點的一第二個點；在該光束的反射期間調整該動態的光學透鏡，用以將該被接受到的光束至少聚焦至該第一點及該第二點上；及送出一控制訊號至該動態的光學透鏡以造成該動態的光學透鏡改變位置，用以改變該焦點平面的深度。
  18. 如申請專利範圍第17項之方法，包含將一面鏡繞著一第一軸線及一不同於該第一軸線的第二軸線轉動，用以將該光束反射至該投影表面上。
  19. 一種投影虛擬影像的方法，該方法包含：接受一光束；將該光束反射至一投影表面上；將該被反射的光束透射穿過一動態的光學透鏡，用以將該被反射的光束聚焦在一焦點平面上的多個點，該等多個點的一第一個點離該動態的光學透鏡的距離不同於該等多個點的一第二個點；在該光束的反射期間調整該動態的光學透鏡，用以將該被接受到的光束至少聚焦至該第一點及該第二點上；及送出一控制訊號至該動態的光學透鏡以造成該動態的光學透鏡改變焦距，用以改變該焦點平面的深度。
  20. 一種非短暫的電腦可讀取的儲存媒介，其包含指令，當指令被一處理器執行時會造成該處理器：送出一控制訊號至一動態的光學透鏡，用以在一光束朝向一投影表面反射的期間調整該動態的光學透鏡，調整該動態的光學透鏡是要將該被反射的光束聚焦至一焦點平面上的至少一第一點及一第二點上，該第一點離該動態的光學透鏡的距離不同於該第二點；及送出一控制訊號至該動態的光學透鏡以造成該動態的光學透鏡改變位置，用以改變該焦點平面的深度。
  21. 一種非短暫的電腦可讀取的儲存媒介，其包含指 令，當指令被一處理器執行時會造成該處理器：送出一控制訊號至一動態的光學透鏡，用以在一光束朝向一投影表面反射的期間調整該動態的光學透鏡，調整該動態的光學透鏡是要將該被反射的光束聚焦至一焦點平面上的至少一第一點及一第二點上，該第一點離該動態的光學透鏡的距離不同於該第二點；及送出一控制訊號至該動態的光學透鏡以造成該動態的光學透鏡改變焦距，用以改變該焦點平面的深度。
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