DE69221987T2

DE69221987T2 - Am Kopf befestigte Abbildungsvorrichtung

Info

Publication number: DE69221987T2
Application number: DE69221987T
Authority: DE
Inventors: Kenji Tosaki
Original assignee: Sega Enterprises Ltd
Current assignee: Sega Corp
Priority date: 1991-11-01
Filing date: 1992-10-26
Publication date: 1998-02-05
Anticipated expiration: 2012-10-27
Also published as: US5392158A; EP0539907A2; DE69221987D1; EP0539907A3; US5712649A; EP0539907B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft auf dem Kopf zu tragende Abbildungsvorrichtungen, die wie Seh- oder Schutzbrillen vor beiden Augen des Benutzers getragen werden. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Abbildungsvorrichtungen, die für tragbare Fernsehgeräte, Videorecorder, Computer, Fernsehspiele usw. geeignet sind, und die der Benutzer tragen kann, während sich sein Körper in Bewegung befindet.

STAND DER TECHNIK

Auf dem Kopf zu tragende Abbildungsvorrichtungen sind bekannt, wie dies beispielsweise aus den US-Patenten, 4,695,129; 4,796,987; 4,437,113; 4,786,966; 5,005,213; 4,757,714; 5,003,300; 4,695,129 und 4,757,714 hervorgeht. Eine auf dem Kopf zu tragende Abbildungsvorrichtung, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 wiedergegeben ist, ist aus der US-A-5,034,809 bekannt. Eine weitere auf dem Kopf zu tragende Abbildungsvorrichtung ist in der WO-A-92/08157 beschrieben, die ein Dokument gemäß Artikel 54(3) EPÜ darstellt.
Bei jeder dieser bekannten Lösungen erfolgt lediglich eine Einblendung einfacher Darstellungen von Zeichen und dgl. auf einem Teil der Oberflächen der Seh- oder Schutzbrillen, so daß die meisten dieser Techniken es dem Benutzer nicht ermöglichen, ein Bild mit beiden Augen zu sehen. Einige dieser bekannten Lösungen erlauben es zwar dem Benutzer, ein Bild mit beiden Augen zu sehen, jedoch wird dabei nur ein kleines Bild dargestellt, damit dieses kein Hindernis für ein nach außen gerichtetes Sichtfeld darstellt, welches der Benutzer durch die Seh- oder Schutzbrille sehen kann. Aus diesem Grund sind die bekannten Lösungen nicht zum Anzeigen einer komplizierten, darstellungsreichen Szenerie in realistischer Weise in der Lage, wie es beispielsweise bei Bildern eines Fernsehgeräts der Fall ist.
Eine weitere bekannte Lösung, die die genannten Nachteile beseitigt, ist in der veröffentlichten, ungeprüften japanischen Patentanmeldung Hei 1-133479 offenbart. Wie in Figur 12 dargestellt ist, ist bei dieser Lösung ein kleines Fernsehgerät 90 auf dem Kopf des Benutzers angeordnet. Das Bild dieses Gerätes wird durch einen Reflektor 91 reflekeiert, der zwischen beiden Augen des Benutzers vorgesehen ist, und durch einen konkaven Spiegel 92 gebildet, welcher vor beiden Augen vorgesehen ist. Diese bekannte Lösung weist den Vorteil der Vergrößerung eines Bildes des Fernsehgerätes 90 durch den konkaven Spiegel 92 auf, und darüber hinaus den weiteren Vorteil, daß der Benutzer in der Lage ist, das Bild auf dem konkaven Spiegel 92 mit beiden Augen zu sehen.
Jedoch besitzt diese bekannte Lösung den Nachteil, daß Störungen auftreten, wenn das Bild stark vergrößert wird, da der konkave Spiegel 92 als Mittel zum Vergrößern des Bildes verwendet wird. Wenn ein geeignet geformter, konkaver Spiegel, wie er beispielsweise bei Teleskopen benutzt wird, verwendet wird, treten innerhalb des Bildes keine Störungen auf, sogar wenn das Bild so stark wie die Brennweite des konkaven Spiegels 92 vergrößert wird und die Positionen des Fernsehgerätes 90 sowie des Reflektors 91 geeignet gewählt werden. Jedoch ist eine auf dem Kopf getragene Abbildungsvorrichtung, wie beispielsweise eine Schutzbrille, die auf dem Gesicht des Benutzers verwendet wird, dahingehend in ihren Abmessungen beschränkt, daß sie nur geringfügig breiter als der Abstand zwischen beiden Augen ist. Die Höhe der Abbildungsvorrichtung ist auf den Abstand zwischen der Stirn und der Nase des Benutzers beschränkt. Wenn das Problem der Gewichtsbalance berücksichtigt wird, welches auftritt, wenn derartige Vorrichtungen auf dem Kopf des Benutzers angeordnet werden, kann die Zahl der Vorsprünge der Abbildungsvorrichtung, die von der Gesichtsfläche des Benutzers wegragen, nicht allzu groß gewählt werden.
Aufgrund derartiger Beschränkungen ist bei den bekannten Lösungen die Verwendung eines konkaven Spiegels mit einer großen Krümmung schwierig, so daß nur ein konkaver Spiegel mit einer großen Brennweite und einer kleinen Bildvergrößerung verwendet werden kann. Wenn bei einem Bild versucht wird, dieses unter den vorstehenden Einschränkungen hinsichtlich der Dimensionen zu vergrößern, kann die Form des konkaven Spiegels keine genaue sphärische Oberfläche sein, so daß daher das vergrößerte Bild Störungen aufweisen würde.
Es scheint, daß bei der bekannten Lösung ein größeres Bild auf den konkaven Spiegel 92 durch Vergrößerung der Abmessungen des Fernsehgerätes 90 projiziert werden kann. Jedoch wird bei dieser Lösung der Reflektor 91 im toten Winkel zwischen den beiden Augen des Benutzers angeordnet, so daß die Abmessungen des Reflektors 91 beschränkt sind. Daher können die Abmessungen des Fernsehgerätes 90 nicht vergrößert werden. Die Verwendung eines großen Reflektors 91 mit den Abmessungen des Fernsehgerätes 90 würde für den Reflektor 91 bedeuten, aus dem toten Winkel der beiden Augen hervorzutreten, so daß der Reflektor 91 ein Hindernis bei der Betrachtung eines Bildes auf dem konkaven Spiegel 92 darstellen würde.
Wie vorstehend erläutert worden ist, weist die in der Figur 12 dargestellte, bekannte Lösung die folgenden Nachteile auf:
a) da der konkave Spiegel 92 verwendet wird, kann die Vergrößerung des Bildes nicht gesteigert werden, sofern ein strörungsfreies Bild erhalten werden soll; und
b) da der Reflektor 91 in dem toten Winkel zwischen beiden Augen vorgesehen ist, können die Abmessungen des Fernsehgerätes 90 nicht vergrößert werden.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine auf dein Kopf zu tragende Abbildungsvorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, ein vergrößertes Bild störungsfrei wiederzugeben.
Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine auf dem Kopf zu tragende Anzeigevorrichtung zu schaffen, die eine verbesserte Tragbarkeit aufweist und die es dem Benutzer erlaubt, ein vergrößertes Bild unter Verwendung eines Reflektors und einer konvexen Linse zu betrachten.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine auf dem Kopf zu tragende Abbildungsvorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, einen großen Reflektor und einen großen Fernsehbildschirm zu verwenden, wobei der Reflektor, der vor beiden Augen des Benutzers angeordnet ist, kein Hindernis beim Erzeugen des durch einen Halbspiegel zu reflektierenden Bildes auf dem Fernsehbildschirm darstellt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorstehenden Aufgaben werden durch eine auf dem Kopf zu tragende Abbildungsvorrichtung gelöst, wie sie im Anspruch 1 angegeben ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das auf den Abbildungsmitteln befindliche Bild zu den beiden Augen des Benutzers durch optische Mittel so geführt, daß der Benutzer das Bild mit beiden Augen betrachten kann. Da die konvexe Linse das Bild vergrößert, sogar wenn das sich ergebende Bild im Vergleich zu der Bildgröße, die durch den bekannten konkaven Spiegel erzielt wird, vergrößert wird, treten keine Störungen in dem Bild auf und eine Vergrößerung der Vorrichtung ist nicht erforderlich.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das durch die Bilderzeugungsmittel hervorgerufene Bild durch den Halbspiegel, der vor beiden Augen des Benutzers vorgesehen ist, reflektiert und das reflektierte Bild durch andere optische Mittel wieder zu dem Halbspiegel geführt, so daß es mit beiden Augen des Benutzers durch den lichtdurchlässigen Spiegel betrachtet werden kann. Daher stellt der Reflektor kein Hindernis beim Betrachten des Bildes dar, sogar wenn ein großer Reflektor vor beiden Augen des Benutzers vorhanden ist. Auf diese Weise können ein großer Reflektor und große Bilderzeugungsmittel, die das Bild auf den Reflektor projizieren, verwendet werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGSFIGUREN

Figur 1 ist eine perspektivische Ansicht einer auf dem Kopf zu tragenden Abbildungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die die Verwendung der Abbildungsvorrichtung wiedergibt.
Figur 2 ist eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der Abbildungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Figur 3 ist eine Draufsicht auf ein optisches System des ersten Ausführungsbeispiels.
Figur 4 ist eine perspektivische Ansicht einer Abbildungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Figur 5 ist eine Seitenansicht eines optischen Systems der Abbildungsvorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels das auf dem Kopf des Benutzers angeordnet ist.
Figur 6 ist eine Ansicht von oben auf das optische System des zweiten Ausführungsbeispiels.
Figur 7 ist eine Seitenansicht eines optischen Systems einer Abbildungsvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel das auf dem Kopf des Benutzers angeordnet ist.
Figur 8 ist eine perspektivische Ansicht des optischen Systems des dritten Ausführungsbeispiels.
Figur 9 ist eine Seitenansicht des optischen Systems des dritten Ausführungsbeispiels.
Figur 10 ist eine Seitenansicht eines optischen Systems, welches mit einer konvexen Linse bei dem dritten Ausführungsbeispiel kombiniert ist.
Figur 11 ist eine perspektivische Ansicht eines optischen Systems, das mit einem konkaven Spiegel bei dem dritten Ausführungsbeispiel kombiniert ist.
Figur 12 ist eine perspektivische Ansicht einer bekannten Abbildungsvorrichtung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG

(1) Erstes Beispiel:

Ein erstes Beispiel einer auf dem Kopf zu tragenden Abbildungsvorrichtung wird nun nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 3 erläutert.
Figur 1 ist eine perspektivische Ansicht einer auf dem Kopf zu tragenden Abbildungsvorrichtung 1, die auf dem Kopf H des Benutzers angeordnet ist. Die Abbildungsvorrichtung 1 weist ein Gehäuse 2, welches eine Bilderzeugungseinheit und ein darin vorgesehenes, optisches System enthält, sowie ein Paar Ohrbügel 3 auf, um das Gehäuse 2 ähnlich wie bei Sehbrillen auf dem Kopf des Benutzers zu halten. Das Gehäuse 2 besitzt an einer Seite einen Einlaßanschluß 4, der ein Bildsignal sowie ein Tonsignal oder ein Steuersignal für die Abbildungsvorrichtung bzw. das Display 1 empfängt, und an der anderen Seite einen Energieversorgungsanschluß 5. Der Benutzer befestigt ein Fernsehempfangsgerät 6 sowie einen Batteriebehälter 7 an einem Hüftgürtel B, wobei der Fernsehempfänger 6 und der Eingangsanschluß 4 über eine Signalleitung 8 miteinander verbunden sind. Der Batteriebehälter 7 und der Energieversorgungsanschluß 5 sind ebenfalls durch eine Energieversorgungsleitung 9 miteinanderverbunden.
Der Aufbau der Abbildungsvorrichtung list in den Figuren 2 und 3 gezeigt. Das Gehäuse 2 besteht aus einem hohlen Behälter, der eine äußere Oberfläche 2a aufweist, die entlang des Gesichtsfeldes des Benutzers gekrümmt ist. Obwohl die innenliegende Oberfläche 2b des Gehäuses 2 ähnlich der äußeren Oberfläche 2a gekrümmt sein kann, ist sie bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie es in Figur 3 gezeigt ist, eben. Die innenliegende Oberfläche 2b des Gehäuses 2 ist mit zwei Öffnungen 10 versehen, die sich jeweils in Flucht mit den beiden Augen E des Benutzers befinden und in denen konvexe Linsen 11 fest angeordnet sind. Eine Bildlicht-Abstrahleinheit 12 ist innerhalb des Gehäuses 2 vorgesehen und kann eine CRT-Fernsehgerät- oder eine Flüssigkristallanzeige (LCD) sein. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine kleine, dünne Flüssigkeitskristallanzeige verwendet. Die Bildlicht-Abstrahleinheit 12 ist zwischen der rechten und der linken Konvexlinse 11 an der innenliegenden Oberfläche 2b des Gehäuses so angeordnet, daß sie sich im toten Winkel für beide Augen des Benutzers befindet. Das von der Bildlicht-Abstrahleinheit 12 erzeugte Bildlicht wird nach vorne bzw. in Richtung der äußeren Gehäuseoberfläche 2a geführt.
Ein Prisma ist vor der Bildlicht-Abstrahleinheit 12 in dem Gehäuse 2 vorgesehen. Das Prisma 13 besitzt die Querschnittsform eines gleichschenkligen Dreiecks mit einem Spitzenwinkel von 45º. Es ist in dem Gehäuse 2 in der Weise fest angeordnet, daß das Prisma gerade ausgerichtet ist und daß eine Oberfläche 13a, die der Grundseite des gleichschenkligen Dreiecks entspricht, benachbart zu der Oberfläche der Bildlicht-Abstrahleinheit 12 ist. An der Innenoberfläche der äußeren Gehäuseoberfläche 2a sind jeweils ein rechter und ein linker Reflektorspiegel 14 vorgesehen, die jeweils der rechten und der linken Konvexlinse 11 entsprechen. Die Refektorspiegel 14 sind jeweils im Gehäuse 2 in einem Winkel befestigt, daß Licht, welches senkrecht zu der rechten und linken, gedrehten Oberfläche 13b des Prismas 13 hindurchtritt, durch einen Reflektorspiegel 14 reflektiert wird, um zu einer entsprechenden Konvexlinse 11 zu gelangen, oder in einer solchen Weise, daß der zwischen der Mittenachse der Konvexlinse 11 und der entsprechenden Reflektorspiegeloberfläche vorhandene Winkel gleich dem Winkel zwischen einer geraden Linie senkrecht zu der verschwenkten Oberfläche des Prismas 13 und der Reflektorspiegeloberfläche ist.
Die Konvexlinsen 11 sind jeweils so ausgewählt, daß das Bild auf der Bildlicht- Abstrahleinheit 12 vergrößert dargestellt wird. Um das Bild durch die Konvexlinsen zu vergrößern, muß das Bild innerhalb ihrer Brennweite vorhanden sein. Daher ist es erforderlich, daß die Summe aus dem Abstand L1 zwischen einem Punkt auf einer Oberfläche der Bildlicht-Abstrahleinheit 12, wo das Bildlicht abgestrahlt wird, und einem Punkt auf der verschwenkten Oberfläche 13b in dem Prisma, wo das Bildlicht innen reflektiert wird, dem Abstand L2 zwischen dem Punkt auf der verschwenkten Oberfläche 13b, wo das Licht innen reflektiert worden ist, und dem zugehörigen Reflektor 14, zu dem das Bildlicht anschließend gelangt, nach dem es durch eine weitere, verschwenkte Oberfläche 13b so hindurchgegangen ist, daß es senkrecht zu dieser Oberfläche 13b ausgerichtet ist, und dem Abstand L3 zwischen dem gerade erwähnten Reflektorspiegel 14 und der Mitte der zugehörigen Konvexlinse 11, an der das reflektierte Licht ankommt, kürzer als die Brennweite der konvexen Linse 11 ist.
Die Vergrößerung des Bildes durch die konvexe Linse 11 wird durch eine Position, wo das durch die konvexe Linse (optisch, ein virtuelles Bild) vergrößerte Bild erzeugt wird, und durch die Brennweite der konvexen Linse 11 bestimmt. Da üblicherweise die Brennweite einer konvexen Linse kürzer ist im Verhältnis zu der Position, wo das virtuelle Bild erzeugt wird, ist die Vergrößerung stärker. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Positionen der Bildlicht-Abstrahleinheit 12, des Prismas 13, des Reflektorspiegels 14 und der Konvexlinsen 11 sowie die Brennweite der Konvexlinsen 11 in Übereinstimmung mit einer gewünschten Vergrößerung des Bildes in geeigneter Weise eingestellt. Der Anbringungswinkel der rechten und linken Konvexlinse 11 relativ zu dem Gehäuse 2 wird in der Weise festgelegt, daß sich die Mittenachse der rechten und linken Konvexlinse 11 in einer Position schneiden, wo das vergrößerte Bild erzeugt wird. Auf diese Weise sammeln sich die Sichtlinien beider Augen des Benutzers, der einen Punkt auf dem Bild auf der Bildlicht-Abstrahleinheit 12 betrachtet, an einem Punkt auf dem vergrößerten Bild, so daß keine Deviation bzw. Abweichung zwischen den beiden Bildern vorhanden ist, welche durch beide Augen des Benutzers betrachtet werden.
Die Arbeitsweise des ersten, so aufgebauten Beispiels ist wie folgt: wenn die Energiequelle eingeschaltet wird, um Energie der Bildlicht-Abstrahleinheit 12 aus dem Batteriebehälter 7 zuzuführen, wird ein Bild auf der Bildlicht-Abstrahleinheit 12 in Ubereinstimmung mit einer Stimme, einem Bild und einem Steuersignal aus dem Fernsehempfangsgerät 6 dargestellt. Das Bildlicht tritt in das vor der Bildlicht- Abstrahleinheit 12 angeordnete Prisma 13 ein und wird durch die rechte und linke, verschwenkte Oberfläche des Prismas reflektiert. Daher tritt nur das Licht, welches in die gegenüberliegenden, verschwenkten Oberflächen des Prismas in senkrechter Ausrichtung zu diesen verschwenkten Qberflächen eintritt, aus dem Prisma 13 heraus. Im Ergebnis wird das Bild auf der Bildlicht-Abstrahleinheit 12 durch das Prisma 13 in ein rechtes und linkes Bild getrennt. Das das Prisma 13 verlassende Bildlicht wird anschließend durch den rechten und den linken Reflektorspiegel 14 reflektiert, wobei das reflektierte Licht in die rechte und linke Konvexlinse 11 eintritt und zu beiden Augen des Benutzers gelangt.
Da in diesem Fall der Abstand L1 + L2 + L3 zwischen der Bildlicht-Abstrahleinheit 12 und jeder der Konvexlinsen 11 kürzer als die Brennweite der rechten und linken Konvexlinse 11 ist, wird das Bild auf der Bildlicht-Abstrahleinheit 12 durch die Konvexlinsen 11 vergrößert, dessen Vergrößerung P ausgedrückt werden kann durch:
P = 1 + M/F
P = M/(L1 + L2 + L3),
wobei M der Abstand zwischen jeder der Konvexlinsen sowie der Position des vergrößerten Bildes und F die Brennweite dieser Konvexlinsen 11 ist. Durch Auswählen dieser Werte in geeigneter Weise kann ein in einer gewünschten Vergrößerung vergrößertes Bild in einer gewünschten Position betrachtet werden.
Wie vorstehend erläutert worden ist, kann gemäß dem ersten Beispiel ein störungsfreies, vergrößertes Bild durch Einstellen der Brennweite der konvexen Linsen in geeigneter Weise betrachtet werden. Um eine stärkere Vergrößerung zu erreichen, ist es insbesondere notwendig, den Abstand zwischen der Bildlicht-Abstrahleinheit 12 und den entsprechenden Konvexlinsen sowie die Brennweite der Konvexlinsen zu verringern, wobei jedoch die Abmessungen des optischen Systems, das in dem Gehäuse aufgenommen ist, hierdurch verringert werden. Daher wird durch das erste Beispiel eine stärkere Vergrößerung erhalten, sogar wenn die Vorrichtung in ihrer Größe verringert ist, im Gegensatz zu den bekannten Lösungen, wo eine Zunahme in der Vergrößerung eine Gesamtvorrichtung erfordert, wie beispielsweise die konkaven Spiegel, die großteilig ausgestaltet sind.
Da bei dem ersten Beispiel das auf einer Bildlicht-Abstrahleinheit 12 erscheinende Bild zu beiden konvexen Linsen, der rechten und der linken konvexen Linse, zum Zwecke der Betrachtung geführt wird, besteht weder eine Belastung der Augen, die das Bild betrachten, noch werden diese ermüdet. Die optischen Mittel, welche das Bild auf der Bildlicht-Abstrahleinheit 12 zu beiden Augen des Benutzers führen, sind unabhängig, so daß, falls unterschiedliche Farbfilter vor und hinter den entsprechenden Konvexlinsen für beide Augen des Benutzers vorgesehen sind, ein kompaktes Bild, das auf Basis der Computergraphik erzeugt wird, durch die Bildlicht-Abstrahleinheit 12 wiedergegeben wird. Die Vorrichtung ist einsetzbar als ein kompaktes Fernsehgerät. Da bei dem ersten Beispiel das Bild auf der Bildlicht- Abstrahleinheit 12 durch eine der verschwenkten Oberflächen des Prismas 13 und dem zugehörigen Reflektionsspiegel 14 zweimal reflektiert wird, kann der Benutzer das gleiche Bild sehen, wie es durch die Bildlicht-Abstrahleinheit 12 projiziert wird, und sieht kein seitenverkehrtes Bild.

(2) Zweites Beispiel:

Ein zweites Beispiel für eine auf dem Kopf sitzende Abbildungsvorrichtung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren 4 bis 6 erläutert. Bauteile des zweiten Beispiels, die ähnlich zu denen des ersten Beispiels sind, werden durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet, wie sie für das erste Beispiel verwendet worden sind. Auf die zugehörige Beschreibung wird daher verzichtet. Der Aufbau des zweiten Beispiels ist im Einsatz ähnlich zu dem des ersten Beispiels der Figur 1. Das zweite Beispiel ist ebenfalls mit einem Gehäuse 2, einer rechten und einer linken konvexen Linse 11, einer Bildlicht-Abstrahleinheit 12 sowie einem rechten und einem linken Reflektionsspiegel 14 versehen.
Bei dem zweiten Beispiel wird die Bildlicht-Abstrahleinheit 12 zwischen den beiden Augen in dem Gehäuse 2 und nahe zur äußeren Gehäuseoberfläche 2a mit der Lichtabstrahlfläche in der Weise angeordnet, daß sie der Gesichtsfläche des Benutzers gegenüberliegt Ein Objektiv 20 ist gegenüber der Lichtabstrahloberfläche der Bildlicht-Abstrahleinheit 12 angeordnet. Das Objektiv 20 ist eine Konvexlinse, wie dies dargestellt ist. Die Bildlicht-Abstrahleinheit 12 ist innerhalb der Brennweite des Objektivs 20 in der Weise angeordnet, daß das Bild aus der Bildlicht-Abstrahleinheit 12 vergrößert wird.
Erste Reflektionsspiegel 21 sind zwischen beiden Augen in dem Gehäuse 2 und dicht zu der innenliegenden Gehäuseoberfläche 2b angeordnet. Weiterhin sind die ersten Reflektionsspiegel 21 gegenüberliegend zu der Lichtabstrahloberfläche der
Bildlicht-Abstrahleinheit 12 in der Weise angeordnet, daß ihr horizontaler Querschnitt die Form des Buchstabens "V" aufweist. D. h., daß die ersten Reflektionsspiegel 21 in dem Gehäuse 2 in der Weise angeordnet sind, daß sich der Verbindungspunkt der ersten beiden Reflektorspiegel 21 in Richtung der Bildlicht- Abstrahleinheit 12 erstreckt bzw. zu dieser hervorsteht. Die ersten Reflektionsspiegel 21 sind in einem derartigen Winkel angeordnet, daß der gesamte Bildbereich auf der Bildlicht-Abstrahleinheit 12 durch Okulare 20 erscheint. Zweite Reflektionsspiegel 14 sind jeweils zwischen einem der ersten Reflektionsspiegel 21 und der zugehörigen Konvexlinse, der rechten und der linken Konvexlinse 11, angeordnet. Die zweiten Reflektionsspiegel sind die gleichen, wie bei dem ersten Beispiel und sind in dem Gehäuse 2 in einem derartigen Winkel angeordnet, daß die durch den ersten, rechten und linken Reflektionsspiegel reflektierten Bilder zu der entsprechenden rechten und linken Konvexlinse 11 geführt werden.
Darüber hinaus führen bei dem zweiten, so aufgebauten Beispiel die ersten beiden Reflektionsspiegel das Bild auf der Bildlicht-Abstrahleinheit 12 zu der rechten und der linken Konvexlinse 11. Im Ergebnis vergrößert die rechte und die linke Konvexlinse 11 das Bild auf der Bildlicht-Abstrahleinheit 12. Da insbesondere bei dem zweiten Beispiel das Bild auf der Bildlicht-Abstrahleinheit 12 zweimal durch die ersten und die zweiten Reflektionsspiegel reflektiert wird, kann der Benutzer, wie es ebenfalls bei dem ersten Beispiel erreicht wird, das Bild so sehen, wie es in der Bildlicht-Abstrahleinheit 12 erscheint, und betrachtet kein seitenverkehrtes Bild. Gemäß dem zweiten Beispiel sind die ersten Reflektionsspiegel im Gewicht leichter gegenüber dem bei dem efsten Beispiel verwendeten Prisma, wodurch sich das Gewicht der gesamten Vorrichtung verringert. Das zweite Beispiel erzeugt darüber hinaus Vorteile, die ähnlich denen durch das erste Beispiel hervorgerufenen Vorteile sind.

(3) Ein Beispiel der Erfindung:

Ein Beispiel der vorliegenden Erfindung wird nun nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren 7 bis 11 erläutert. Figur 7 ist eine Seitenansicht eines optischen Systems, das auf dein Kopf des Benutzers angeordnet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 30 helmartig ausgestaltet, welches die obere Hälfte des Gesichtes des Benutzers abdeckt und welches auf dem Kopf des Benutzers durch Riemen 31 gehalten wird, die an den Seiten und an der Oberseite des Kopfes vorgesehen sind. Eine Bildlicht-Abstrahleinheit 32 ist innerhalb des Gehäuses 30 oder vor der Stirn des Benutzers vorgesehen. Beispielweise wird die Bildlicht- Abstrahleinheit 32 durch eine Flüssigkristall-Anzeigetafel gebildet, die in dem Gehäuse angeordnet ist und die ihr Licht nach unten richtet. Hinter der Bildlicht- Abstrahleinheit 32 ist eine Hinterlicht- bzw. Gegenlichteinrichtung 33, eine Basisplatte 34, die einen Steuercomputer für die Bildlicht-Abstrahleinheit 32 beinhaltet, sowie eine Softwarekassette 35 angeordnet, die entfembar auf der Steuerbasisplatte 34 angebracht ist. Die Steuerbasisplatte 34 ist mit einem Anschluß 34a zum Verbinden mit der Kassette 35 versehen. Das Gehäuse 30 weist einen Anschluß 36 für die Verbindung mit einer Steuereinrichtung 38, die die Bildlicht-Abstrahleinheit 12 steuert, und einen Energieversorgungsanschluß 37 auf, wobei Leitungen 40, 41 vorgesehen sind, die die Anschlüsse 36, 37 und die Steuereinrichtung 38 sowie das Batteriebehältnis 39 miteinander verbinden. Ein Kopfhörer 42 ist auf dem Gehäuse 30 zur Verbindung mit der Bildlicht-Abstrahleinheit 32 vorgesehen.
Die Bildlicht-Abstrahleinheit 32, eine Energiequelle für die Einheit 32 und Eingangsmittel für ein Bildsignal können entsprechend den Ausgestaltungen im Zusammenhang mit dem ersten und dem zweiten Beispiel ausgestaltet sein.
Ein erster Halbspiegel so ist, nach unten ausgerichtet, innerhalb des Gehäuses 30 oder vor den Augen des Benutzers vorgesehen. Der erste Halbspiegel 50 besitzt eine Breite, die ausreicht. die Augen des Benutzers abzudecken, und ist verschwenkt innerhalb des Gehäuses 30 in der Weise angeordnet, daß sich seine obere Kante dichter an der Gesichtsfläche des Benutzers befindet und seine untere Kante dichter an der Außenoberfläche des Gehäuses 30 vorhanden ist. Der erste Halbspiegel 50 reflektiert das von oben eintretende Licht und erlaubt Licht, welches von vorn einfällt, hindurchzutreten. Ein zweiter Halbspiegel 51 ist aufrechtstehend an der äußeren Oberfläche des Gehäuses 30 oder an der horizontalen Erweiterung der Gesichtslinie des Benutzers vorgesehen. Der zweite Halbspiegel 51 reflektiert Licht aus dem Inneren des Gehäuses 30 und erlaubt Licht, welches von außen eintritt, hindurchzutreten.
Bei diesem Ausführungsbeispiel, das wie vorstehend erläutert aufgebaut ist, werden Daten einer Spiele-Software, die in der Software-Kassette 35 gespeichert ist, zu einem Bildsignal durch die Steuerbasisplatte 34 und die Steuereinrichtung 38, die mit der Basisplatte 34 verbunden ist, umgewandelt. Die sich daraus ergebenden Bildsignale werden der Bildlicht-Abstrahleinheit 32 eingegeben. Ein Bild erscheint anschließend in der Bildlicht-Abstrahleinheit 32, wobei das Bildlicht unten an dem ersten Halbspiegel 50 anlangt, welcher die Eigenschaft des Reflektierens eines Lichtes von oben autweist. Daher wird das Licht von der Bildlicht-Abstrahleinheit 32 durch den Halbspiegel 50 reflektiert und gelangt horizontal nach außerhalb des Gehäuses 30. Wenn das Bildlicht an dem zweiten Halbspiegel 51 an der äußeren Gehäuseoberfläche eintrifft, reflektiert der zweite Halbspiegel 51 das von innen ankommende Licht. Daher wird das Bildlicht durch den zweiten Halbspiegel 51 reflektiert, um wiederum zu dem ersten Halbspiegel zu gelangen. Da jedoch der erste Halbspiegel 50 die Eigenschaft aufweist, horizontal einfallendes Licht durchzulassen, so daß horizontales Licht durch ihn hindurchtreten kann, gelangt das eintreffende Bildlicht, das an dem ersten Halbspiegel 50 vorhanden ist, durch diesen hindurch und kommt zu den beiden Augen des Benutzers.
Auf diese Weise wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Halbspiegel 50 als ein Reflektor verwendet, welcher ein Bild auf der Bildlicht-Abstrahleinheit 32 zu einer Position vor dem Gehäuse 30 reflektiert, so daß es nicht notwendig ist, den Reflektor in einem toten Winkel für beide Augen des Benutzers anzuordnen, wie dies bei dem Stand der Technik gemäß der Fig. 12 der Fall ist. Im Ergebnis kann ein Reflektor benutzt werden, welcher einen Bereich aufweist, der in der Breite größer als der Abstand zwischen den beiden Augen des Benutzers ist, und damit eine Bildlicht-Abstrahleinheit 32, welche um das zweifache oder mehr größer in dem Bereich ist, als bei den bekannten Lösungen. Da eine derartig große Bildlicht- Abstrahleinheit 32 und ein Halbspiegel 50 verwendet werden kann, können diese Elemente in zwei kleinere Elemente für das rechte und das linke Auge des Benutzers mit einer Trennung zwischen diesen kleineren in der Weise aufgeteilt werden, daß das rechte und das linke Auge jeweils unterschiedliche Bilder sehen können. Hierdurch kann ein kompaktes Bild betrachtet werden. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann das Bild aus der Bildlicht-Abstrahleinheit 32, die in dem Gehäuse 30 aufrecht vorgesehen ist, zweimal durch die beiden Halbspiegel 50, 51 in der Weise reflektiert werlien, daß der Benutzer das Bild mit beiden Augen sehen kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Abstand zwischen der Bildlicht- Abstrahleinheit 32 und beiden Augen des Benutzers gleich der Summe von a + 2b + c, wobei a der Abstand zwischen beiden Augen des Benutzers und des ersten Halbspiegels 50, b der Abstand zwischen dem ersten und dein zweiten Halbspiegel 50, 51 und c der Abstand zwischen dem ersten Halbspiegel 50 und der Bildlicht- Abstrahleinheit 32 ist. Im Ergebnis wird ein Abstand einer bestimmten Version sichergestellt (welcher üblicherweise 25 bis 30 cm oder mehr beträgt), bei dem der Benutzer das Bild ohne Ermüdung und hinsichtlich des Gehäuses ohne Zunahme in den vertikalen Abmessungen sowie in den Abmessungen von vorn nach hinten betrachten kann.
Da bei dem Ausführungsbeispiei der zweite Halbspiegel als ein Mittel zum Reflektieren des Lichtes aus dem ersten Halbspiegel 50 verwendet wird, kann der Benutzer sowohl das Bild aus der Bildlicht-Abstrahleinheit 32 als auch ein Bild von außen betrachten, welches durch den zweiten Halbspiegel hindurchtritt. Wo keine äußere Betrachtung erforderlich ist, kann ein üblicher Reflektor anstelle des zweiten Halbspiegels 51 verwendet werden.
(4) Modifikationen dieses Ausführungsbeispiels der Erfindung werden nachstehend erläutert.
Eine in Fig. 10 dargestellte Modifikation ist mit einer Konvexlinse 60 ausgestattet, welche eine sphärische Linse oder eine Fresnel-Linse ist, die dicht an der Lichtabstrahloberfläche der Bildlicht-Abstrahleinheit 32 angeordnet ist. Die Konvexlinse 60 vergrößert das Bild in der Bildlicht-Abstrahleinheit 32 in der Weise, daß die Bildlicht-Abstrahloberfläche der Bildlicht-Abstrahleinheit 32 innerhalb der Brennweite der Konvexlinse 60 anzuordnen ist.
Durch die Verwendung der Konvexlinse 60 erscheint das vergrößerte, virtuelle Bild in der Bildlicht-Abstrahleinheit 32 in einer Position, in der es von der Konvexlinse 60 entfernter als der tatsächlichen Position des Bildes erscheint, so daß genug Raum für eine bestimmte Betrachtung sichergestellt ist, sogar wenn der Abstand der Bildlicht-Abstrahleinheit und beider Augen des Benutzers verringert ist. Im Ergebnis wird eine kleinbauende, auf dem Kopf zu tragende Abbildungsvorrichtung realisiert, welche erlaubt, ein großes Bild zu betrachten.
Eine in Fig. 11 gezeigte Modifikation verwendet einen Konkavspiegel, der nur in Breitenrichtung, wie der zweite Halbspiegel 51, gekrümmt ist. Gemäß diesem Konkavspiegel wird das in der Bildlicht-Abstrahleinheit 32 erscheinende Bild in Querrichtung vergrößert, so daß der Benutzer ein Bild mit einem derartigen Realismus betrachten kann, wie es bei dem Cinemascope-Verfahren der Fall ist. Durch die Krümmung des Halbspiegels 51 in eine vertikale Richtung wird ein vertikal vergrößertes Bild betrachtet. Weiterhin wird durch Verwendung eines sphärischen Halbspiegels 51 das Gesamtbild vergrößert.

(5) Andere Modifikation:

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele beschränkt und enthält die folgenden Modifikationen:
(1) Die Verwendung des Batteriebehälters, welcher die Energiequelle darstellt, und des Fernsehempfängers sind nicht auf die in Fig. 1 gezeigte Verwendungsform beschränkt. Beide können eine Einheit bilden, die an der Hüfte des Benutzers angebracht wird und die durch ein Kabel oder eine Leitung mit dem Gehäuse verbunden ist. Der Empfänger, die Energiequelle und Steuerknöpfe können zusammen mit dem Gehäuse vorgesehen sein.
Darüber hinaus können die Ausgabeeinheiten für Bildsignale aus dem Empfänger ein Computer, ein Bildgerät, eine Laserdisc usw. sein. Diese Ausgabeeinheiten und die Energiequellen können innerhalb eines Raumes angeordnet sein. Diese Vorrichtungen und das Gehäuse können mit dem Benutzer mittels einer Leitung oder einem Kabel verbunden sein, die oder das eine derartige Länge aufweist, daß der Benutzer sich innerhalb des Raumes bewegen kann.
Die Energiequelle kann innerhalb des Gehäuses vorgesehen sein, während ein Bildsignal oder ein Tonsignnal beispielsweise aus dem Empfänger durch Radio zu der Bildlicht-Abstrahleinheit übertragen wird.
(2) Das Tonsignal, das von dem Empfänger des Gehäuses zugeführt wird, kann zu Kopfhörern oder Ohrhörern durch Verwendung eines Tonausgangsanschlusses, der in dem Gehäuse vorgesehen ist, verbunden sein. Alternativ kann das Signal zu einem kleinen Lautspreche geführt werden, welcher in dem Gehäuse vorgesehen ist. Selbstverständlich kann die Anordnung auch so sein, daß der Lautsprecher innerhalb eines Raumes vorgesehen ist und daß nur das Bildsignal der Bildlicht- Abstrahleinheit innerhalb des Gehäuses zugeführt wird, wogegen das Tonsignal dem Lautsprecher zu Reproduktionszwecken zugeführt wird.
Wenn die auf dem Kopf zu tragende Abbildungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in einem körperbetonten Spiel verwendet wird, bei dem der Benutzer seinen Körper bewegt, um das Spiel zu spielen, während er ein Bild betrachtet, wird ein Stereo-Effekt durch Verwendung mehrerer Lautsprecher, die innerhalb eines Raumes angeordnet sind, hervorgerufen.
(3) Das zu der Bildlicht-Abstrahleinheit geführte Bild kann aus in einem Videorecorder aufgezeichneten Bildern und Buchstaben oder Grafikbildern aus einem Computer zusätzlich zu einem Fernsehprogramm, welches durch den Empfänger des Fernsehgerätes empfangen wird, bestehen. Ein Fernsehspiel durch einen Computer, ein gesteuertes Bild in einem Industrieroboter und ein Simulationsbild, wie beispielsweise ein Fahrzeug oder ein Flugzeug sind möglich.
(4) Die Position der Bildlicht-Abstrahleinheit kann nicht nur innerhalb des Gehäuses, sondern ebenso oberhalb oder unterhalb des Gehäuses, wie bei dem dritten Ausführungsbeispiel, vorgesehen sein, auch bei dem optischen System, welches ein Prisma oder Reflektoren verwendet, wie bei dem ersten oder dem zweiten Ausführungsbeispiel. In diesem Fall ist die Zahl der Refektoren in der Weise zu erhöhen, daß das Bild in die Bildlicht-Abstrahleinheit gedreht wird, die in die vertikale Richtung abstrahlt, um das Bild in der horizontalen Richtung auszurichten.
(5) Bei den jeweiligen Ausführungsbeispielen kann die Zahl und Position der Prismen und Reflektoren, welche das optische System bilden, änderbar sein. Ein Bild kann vergrößert oder gedreht werden durch Verwendung eines konkaven Spiegels als einem Reflektor oder durch Anordnung einer Linse zwischen dem optischen System.
Die bei dem entsprechenden Ausführungsbeispiel verwendeten Konvexlinsen können generell sphärische Linsen sein, die aus Glas oder Kunststoff hergestellt sind. Darüber hinaus sind Fresnel-Linsen ebenfalls einsetzbar.
(6) Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel kann die Anordnung dahingehend modifiziert werden, daß die ersten Reflektoren 21 in Winkeln befestigt sind, bei denen nur Teile der Lichtabstrahlfläche der Bildlicht-Abstrahleinheit 12 (beispielsweise die rechte Hälfte der Lichtabstrahlfläche für einen Reflektor und die linke Hälfte für den anderen Reflektor) reflektiert werden, daß diese Bildabschnitte getrennt zu den rechten und linken Konvexlinsen für Betrachtungszwecke geführt werden, und daß die Ursprungsbilder auf dem vergrößerten Bildschirm synthetisiert werden. In diesem Fall können die entsprechenden Reflektionsspiegel verkleinert werden. Durch Betrachten unterschiedlicher Bilder mit dem rechten und dem linken Auge des Benutzers kann der Benutzer ein kompaktes Bild betrachten.

Claims

1. Abbildungsvorrichtung, die auf dem Kopf zu tragen ist und die enthält:

- ein Gehäuse (30) zum Überdecken beider Augen (E) eines Benutzers, welches ein vorderes Teil aufweist, das von dem Benutzer weg weist,

- Mittel (31) zum Anordnen des Gehäuses (30) auf dem Kopf des Benutzers,

- Mittel (32), die in einer vorbestimmten Position innerhalb des Gehäuses (30) zum Abstrahlen von Bildlicht vorgesehen sind, und

- Halbspiegelmittel (50), die in dem Gehäuse (30) in einer Position vor beiden Augen (E) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbspiegelmittel durch einen Halbspiegel (50) gebildet sind, der sich über beide Augen (E) erstreckt, und daß optische Mittel (51) vorgesehen sind, welche das auf den Bildlichtabstrahlmitteln (32) erscheinende Bild dadurch zu den beiden Augen (E) des Benutzers führen, daß das zu reflektierende Bild durch den Halbspiegel (50) reflektiert und anschließend über den Halbspiegel (50) übertragen wird, um in das Blickfeld des entsprechenden Auges (E) zu treten und in einem vorbestimmten Abstand versetzt von dem vorderen Teil des Gehäuses (30) zu erscheinen.

2. Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (32) zum Abstrahlen des Bildlichtes eine Lichtabstrahloberfläche enthält, welche mit Bezug auf das auf dem Kopf des Benutzers aufsitzende Gehäuse (30) nach unten weist, daß der Halbspiegel (50) in der Weise verschwenkt ist, daß seine obere Kante nahe an dem Gesicht des Benutzers angeordnet ist und seine untere Kante das Bildlicht, welches von oben in horizontaler Richtung eintritt, reflektiert und das horizontale, hier hindurch zu übertragende Bildlicht hindurchläßt und daß das optische Mittel einen Reflektor (51) aufweist, der an dem vorderen Teil des Gehäuses (30) zum Reflektieren von Licht von der Innenseite des Gehäuses (30) in Richtung zu dem Halbspiegel (50) angeordnet ist.

3. Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (51) einen Halbspiegel enthält.

4. Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (51) einen konkaven Spiegel enthält.

5. Abbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kassettenverbindungseinrichtung (34a) an dem Gehäuse (30) angeordnet ist und daß Mittel (34) zum Halten einer Software- Kassette (35) vorgesehen sind, wodurch der Benutzer ein in der Kassette (35) gespeichertes Spiel betrachten kann.

6. Abbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (32) zum Abstrahlen von Bildlicht einen Steuercomputer (38) enthält, der an dem Gehäuse (30) angeordnet ist.

7. Abbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (32) zum Abstrahlen von Bildlicht an dem Gehäuse (30) in der Weise angeordnet ist, daß ein Bild erzeugt wird, welches sich oberhalb und annähernd parallel zu einer Sichtlinie erstreckt, die sich vor dem Benutzer ausdehnt.

8. Abbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (32) zum Abstrahlen von Bildlicht eine Flüssigkristallanzeige enthält.

9. Abbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Mittel (51) einen erweiterten Abstand zu den Bildlichtabstrahlmitteln (32) von annähernd 25 bis 30cm von den Augen (E) des Benutzers erzeugt.

10. Abbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kopfhörerglied (42) zum Bereitstellen eines Tons für den Benutzer vorgesehen ist.

11. Abbildungsvorrichtung nach einemder Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (38) in einer vorbestimmten Position getrennt von dem Gehäuse (30) zum Erzeugen des Bildes vorgesehen sind, welches an den Bildlichtabstrahlmitteln (32) in dem Gehäuse (30) durch eine Fern-Steuerung über ein Kabel oder Fernsehübertragung erzeugt wird.