Die
vorliegende Erfindung betrifft eine am Kopf zu befestigende Anzeigevorrichtung
(im Folgenden als Datenhelm bzw. HMD (Head Mount Display (engl.))
bezeichnet) vom einäugigen
Typ, die ein von Bildanzeigemitteln erzeugtes Bild vergrößert, so dass
ein vergrößertes virtuelles
Bild erhalten wird, und ermöglicht,
das vergrößerte virtuelle
Bild mit einem der Augen des Benutzers zu sehen.The
The present invention relates to a head mounted display device
(hereafter referred to as data helmet or HMD (Head Mount Display))
designated) of the one-eyed
Type that enlarges an image generated by image display means such that
an enlarged virtual
Image is obtained, and allows
the enlarged virtual
See picture with one of the user's eyes.
Die
Notwendigkeit der Beobachtung eines Anzeigebildes, das von Bildanzeigemitteln
gezeigt wird, gleichzeitig mit einem Hintergrundbild hat zur Entwicklung
von HMDs einäugigen
Typs geführt.
Außerdem
ist stark mit verschiedenen Anwendungen derartiger HMDs einäugigen Typs
als Anzeigevorrichtungen von Computern und als Anweisungsanzeigevorrichtungen
zur Unterstützung
von Handbedienungen gerechnet worden.The
Need to observe a display image that is from image display means
is shown, simultaneously with a background image has to development
eyed by HMDs
Type guided.
Furthermore
is strong with various applications of such single-type HMDs
as display devices of computers and as instruction display devices
for support
calculated by manual controls.
Ein
bekanntes Beispiel für
derartige HMDs einäugigen
Typs ist in der Japanischen Patent-Auslegeschrift Nr. H-2-63 379
offenbart. Ein weiteres Beispiel, das in der Japanischen Patent-Auslegeschrift Nr.
H-3-189 677 offenbart ist, ist als ein HMD vom einäugigen Durchsichttyp
bekannt.One
well-known example for
one-eyed such HMDs
Type is disclosed in Japanese Patent Laid-Open Publication No. H-2-63379
disclosed. Another example disclosed in Japanese Patent Laid-Open No.
H-3-189677 is disclosed as an eyed-type HMD
known.
Weitere
Beispiele für
Vorrichtungen zur Anzeige virtueller Bilder in Kombination mit einem
Hintergrundbild oder sich selbst für ein Auge oder für beide
Augen eines Benutzers sind in WO 95/11 473 A beschrieben. Die Ansprüche sind
durch dieses Dokument geprägt.Further
examples for
Devices for displaying virtual images in combination with a
Wallpaper or yourself for one eye or for both
Eyes of a user are described in WO 95/11473 A. The claims are
shaped by this document.
Der
in der Japanischen Patent-Auslegeschrift Nr. H-3-189 677 offenbarte Datenhelm bzw. HMD
vom einäugigen
Durchsichttyp kombiniert mittels einer Kombinationsvorrichtung,
die vor dem Gesicht angeordnet ist, ein Bildstrahlenbündel, das
von einem optischen System abgestrahlt wird, das seitlich des Gesichts
des Benutzers angeordnet ist, mit einem Lichtstrahlenbündel von
einem Hintergrund, wodurch einem Hintergrundbild ein Anzeigebild überlagert
wird. Bei diesem herkömmlichen
HMD einäugigen
Typs ist das Auge für
die Beobachtung des Anzeigebildes entweder als das linke Auge oder
das rechte Auge festgelegt.Of the
Data helmet or HMD disclosed in Japanese Patent Laid-Open Publication No. H-3-189677
from the one-eyed
See-through type combined by means of a combination device,
which is arranged in front of the face, an image bundle, the
emitted by an optical system, the side of the face
is arranged with a beam of light from the user
a background, which superimposes a display image on a background image
becomes. In this conventional
One-eyed HMD
Type is the eye for
the observation of the display image as either the left eye or
fixed the right eye.
Im
Allgemeinen bevorzugen Menschen eines ihrer beiden Augen bei einem
Beobachten. Die Größe des Beitrags
des bevorzugten Auges zur Beobachtung von Bildern hängt von
der Person ab. Das bei einer Beobachtung des Anzeigebildes bevorzugte
Auge kann je nach Beschaffenheit der Anwendung des HMD und körperlicher
Verfassung des Benutzers verschieden sein. Es ist auch möglich, dass
der Benutzer des HMD Probleme bzw. Störungen bei der Sicht mit einem
Auge hat. Folglich ist es unpraktisch, das Auge für die Beobachtung
des Anzeigebildes bei dem HMD einäugigen Typs als entweder das
linke Auge oder das rechte Auge festzulegen.in the
Generally people prefer one of their two eyes to one
Observe. The size of the post
The preferred eye for observing images depends on
of the person. The preferred in viewing the display image
Eye may vary depending on the nature of the application of the HMD and physical
Constitution of the user be different. It is also possible that
the user of the HMD problems or disturbances in the view with a
Eye has. Consequently, it is impractical, the eye for observation
of the display image in the one-eyed type HMD as either
left eye or right eye.
Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist folglich, das oben angegebene
Problem zu lösen
und einen HMD vom einäugigen
Typ zu schaffen, der dem Benutzer ermöglicht, ein aus einem Hintergrundbild
und einem Anzeigebild zusammengesetztes Bild zu beobachten und ohne
weiteres das Auge für
die Beobachtung des Anzeigebildes auszuwählen.A
Object of the present invention is therefore, the above
solve a problem
and an HMD from the one-eyed
To create a type that allows the user to select one from a background image
and to watch a composite image and a display image without
further the eye for
to select the observation of the display image.
Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine am Kopf zu befestigende
Anzeigevorrichtung, wie sie im Anspruch 1 beansprucht ist, geschaffen.According to one
Aspect of the present invention will be attached to the head
Display device as claimed in claim 1.
Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine am Kopf zu befestigende
Anzeigevorrichtung, wie sie im Anspruch 4 beansprucht ist, geschaffen.According to one
second aspect of the present invention will be attached to the head
Display device as claimed in claim 4.
Um
die oben genannten Aufgaben zumindest teilweise zu lösen, umfasst
eine am Kopf zu befestigende Anzeigevorrichtung gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
Bildanzeigemittel, vergrößernde optische
Mittel und Umschaltmittel. Die vergrößernden optischen Mittel sind
beispielsweise als eine Linse oder als ein Konkavspiegel verwirklicht
und brechen ein erstes Lichtstrahlenbündel, welches ein auf den Bildanzeigemitteln
erzeugtes Bild darstellt, und vergrößern dadurch das Bild, so dass
ein vergrößertes virtuelles
Bild erhalten wird, das von dem Benutzer mit einem seiner beiden
Augen zu beobachten ist. Die Bildkombinationsmittel sind beispielsweise als
ein Halbspiegel oder als ein polarisierender Strahlteiler ausgeführt und
lassen das erste Lichtstrahlenbündel,
welches das virtuelle Bild darstellt, gleichzeitig mit einem zweiten
Lichtstrahlenbündel von
einer Hintergrundansicht in das Auge des Benutzers eintreten, wodurch
das virtuelle Bild mit der Hintergrundansicht kombiniert wird, um
ein zusammengesetztes Bild zu erzeugen. Die Umschaltmittel verlagern
die vergrößernden
optischen Mittel und die Bildkombinationsmittel, um einen Wechsel
zwischen einem ersten Zustand, in dem das aus dem virtuellen Bild
und der Hintergrundansicht zusammengesetzte Bild mit einem Auge
des Benutzers beobachtet wird, und einem zweiten Zustand, in dem
das zusammengesetzte Bild mit dem anderen Auge des Benutzers beobachtet
wird, vorzunehmen.Around
at least partially solving the above objects
a head mounted display device according to the preferred
embodiment
Image display means, magnifying optical
Means and switching means. The magnifying optical means are
For example, realized as a lens or as a concave mirror
and break a first light beam which is incident on the image display means
and thereby enlarge the image so that
an enlarged virtual
Image obtained by the user with one of his two
Eyes to watch. The image combining means are for example as
a half mirror or a polarizing beam splitter and
let the first ray of light,
which represents the virtual image, simultaneously with a second one
Light beams of
a background view into the user's eye, causing
the virtual image is combined with the background view to
to create a composite image. The switching means relocate
the magnifying ones
optical means and the image combining means to a change
between a first state in which the from the virtual image
and the background view composite image with an eye
the user is observed, and a second state in which
observed the composite image with the other user's eye
will do.
Die
vergrößernden
optischen Mittel und die Bildkombinationsmittel sind so angeordnet,
dass das erste Lichtstrahlenbündel,
das von den Bildanzeigemitteln abgestrahlt wird, durch die vergrößernden
optischen Mittel und die Bildkombinationsmittel in dieser Reihenfolge
geht, bevor es das Auge des Benutzers erreicht. In diesem Fall sind
die vergrößernden optischen
Mittel beispielsweise als eine Linse verwirklicht.The magnifying optical means and the image combining means are arranged so that the first light beam emitted from the image display means passes through the magnifying optical means and the image combining means in that order before reaching the eye of the user. In this case, the magnifying optical means are, for example, as a lens ver unrealized.
In
einer bevorzugten Ausführungsform
sind die Bildkombinationsmittel und die vergrößernden optischen Mittel so
angeordnet, dass das erste Lichtstrahlenbündel, welches von den Bildanzeigemitteln abgestrahlt
wird, wenigstens einmal durch die Bildkombinationsmittel und die
vergrößernden
optischen Mittel in dieser Reihenfolge geht, bevor es das Auge des
Benutzers erreicht. In diesem Fall sind die vergrößernden
optischen Mittel beispielsweise als ein konkaver Halbspiegel oder
als ein Konkavspiegel verwirklicht.In
a preferred embodiment
Both the image combining means and the magnifying optical means are so
arranged that the first light beam, which emitted from the image display means
is at least once through the image combining means and the
magnifying
optical means goes in this order before it is the eye of the
User reached. In this case, the magnifying ones
optical means, for example, as a concave half mirror or
realized as a concave mirror.
Die
am Kopf zu befestigende Anzeigevorrichtung der vorliegenden Erfindung
ermöglicht
dem Benutzer, ein aus einem Hintergrundbild und einem Anzeigebild
zusammengesetztes Bild entweder mit dem linken Auge oder mit dem
rechten Auge zu beobachten. Das Umschaltmittel ändert ohne weiteres das Auge
für die
Beobachtung des aus dem Anzeigebild und dem Hintergrund zusammengesetzten
Bildes.The
Head mounted display device of the present invention
allows
the user, one of a background image and a display image
composite image either with the left eye or with the
right eye to watch. The switching means readily changes the eye
for the
Observing the composite of the display image and the background
Image.
1 veranschaulicht den Aufbau eines optischen
Systems eines HMD; 1 illustrates the construction of an optical system of an HMD;
2 zeigt
das Aussehen des HMD von 1; 2 shows the appearance of the HMD of 1 ;
3 veranschaulicht den Aufbau eines optischen
Systems in einer zweiten Ausführung; 3 Fig. 10 illustrates the structure of an optical system in a second embodiment;
4 zeigt
das Aussehen des HMD der zweiten Ausführung; 4 shows the appearance of the HMD of the second embodiment;
5 veranschaulicht den Aufbau eines optischen
Systems in einer ersten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung; 5 Fig. 10 illustrates the structure of an optical system in a first embodiment according to the present invention;
6 veranschaulicht
den Aufbau eines Formwandlermechanismus in der ersten Ausführungsform; 6 Fig. 10 illustrates the structure of a shape converting mechanism in the first embodiment;
7 zeigt die Zustände von in der ersten Ausführungsform entstehenden
Bildern; 7 shows the states of images formed in the first embodiment;
8 veranschaulicht den Aufbau eines optischen
Systems in einer zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden
Erfindung; 8th Fig. 10 illustrates the structure of an optical system in a second embodiment according to the present invention;
9 veranschaulicht
den Aufbau eines Formwandlermechanismus in der zweiten Ausführungsform; 9 Fig. 10 illustrates the structure of a shape converting mechanism in the second embodiment;
10 veranschaulicht den Aufbau eines optischen
Systems in einer dritten Ausführungsform gemäß der vorliegenden
Erfindung; 10 Fig. 10 illustrates the structure of an optical system in a third embodiment according to the present invention;
11 zeigt die Zustände von in der dritten Ausführungsform
entstehenden Bildern; 11 shows the states of images formed in the third embodiment;
12 zeigt
das Aussehen einer vierten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung; 12 shows the appearance of a fourth embodiment according to the present invention;
13 veranschaulicht den Aufbau eines optischen
Systems in einer dritten Ausführung; 13 Fig. 10 illustrates the structure of an optical system in a third embodiment;
14 veranschaulicht
den Aufbau eines optischen Systems in einer vierten Ausführung; 14 Fig. 10 illustrates the structure of an optical system in a fourth embodiment;
15 veranschaulicht
den Aufbau eines optischen Systems in einer fünften Ausführung; 15 Fig. 10 illustrates the structure of an optical system in a fifth embodiment;
16 veranschaulicht den Aufbau eines optischen
Systems in einer sechsten Ausführung; 16 Fig. 10 illustrates the structure of an optical system in a sixth embodiment;
17 veranschaulicht den Aufbau eines optischen
Systems in einer siebten Ausführung; 17 Fig. 10 illustrates the structure of an optical system in a seventh embodiment;
18 veranschaulicht den Aufbau eines optischen
Systems in einer achten Ausführung; 18 Fig. 10 illustrates the structure of an optical system in an eighth embodiment;
19 veranschaulicht
den Aufbau eines optischen Systems in einer neunten Ausführung; 19 Fig. 10 illustrates the structure of an optical system in a ninth embodiment;
20 zeigt
das Aussehen einer fünften Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung; und 20 shows the appearance of a fifth embodiment according to the present invention; and
21 zeigt
eine teildurchlässige
Platte mit veränderbarem
Lichtdurchlassgrad und ein Verdrahtungsschema ihrer Steuerschaltung,
die in der neunten Ausführung
benutzt werden. 21 Fig. 12 shows a partial transmittance variable transmittance plate and a wiring scheme of its control circuit used in the ninth embodiment.
Es
werden bevorzugte Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung ausführlich
anhand der beigefügten
Zeichnung beschrieben.It
Preferred embodiments of the
Detailed Description of the Invention
with the attached
Drawing described.
1(a) ist eine Seitenansicht, die ein optisches
System einer am Kopf zu befestigenden Anzeigevorrichtung (HMD) in
einer ersten Ausführung
veranschaulicht, die nicht in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung ist, jedoch zur Erläuterung beschrieben
wird. 1 (a) Fig. 12 is a side view illustrating an optical system of a head mounted display device (HMD) in a first embodiment, which is not in accordance with the present invention but will be described for explanation.
1(b) ist eine Vorderansicht davon. 2 zeigt
das Aussehen des HMD einschließlich
des optischen Systems von 1 für die Beschreibung
teilweise im Querschnitt. 1 (b) is a front view of it. 2 shows the appearance of the HMD including the optical system of 1 for the description partly in cross section.
Eine
Optikeinheit 1, wie sie in 1(a) gezeigt
ist, kann entweder vor das linke Auge oder das rechte Auge des Benutzers
gesetzt werden. Die Optikeinheit 1 umfasst einen Flüssigkristallbildschirm 2 vom
Transmissionstyp, eine Hintergrundbeleuchtung 3, einen
Reflexspiegel 4, eine Sammellinse 5 und ein Gehäuse 6,
worin diese Komponenten untergebracht sind. Der Flüssigkristallbildschirm 2 und
die Hintergrundbeleuchtung 3 verwirklichen die Funktion
der Bildanzeigemittel, um als Reaktion auf eine Bildsignalausgabe
von einer externen Ansteuerschaltung, die nicht gezeigt ist, ein
Bild anzuzeigen. Die Linse 5 verwirklicht die Funktion
der vergrößernden
optischen Mittel, um ein Anzei gebild, das auf dem Flüssigkristallbildschirm 2 angezeigt
wird, zu vergrößern, so
dass ein vergrößertes virtuelles
Bild erhalten wird, und einem Lichtstrahlenbündel, welches das vergrößerte virtuelle
Bild darstellt, zu ermöglichen,
in das Auge des Benutzers einzutreten.An optical unit 1 as they are in 1 (a) can be placed either in front of the user's left eye or right eye. The optical unit 1 includes a liquid crystal screen 2 of the transmission type, a backlight 3 , a reflex mirror 4 , a condensing lens 5 and a housing 6 in which these components are housed. The liquid crystal screen 2 and the back backlight 3 realize the function of the image display means to display an image in response to image signal output from an external drive circuit, not shown. The Lens 5 realizes the function of magnifying optical means to form a display on the liquid crystal screen 2 is displayed to increase so that an enlarged virtual image is obtained, and to allow a light beam representing the magnified virtual image to enter the eye of the user.
Der
Flüssigkristallbildschirm 2 und
die Hintergrundbeleuchtung 3 sind aufrecht in das Gehäuse 6 eingesetzt,
so dass die Normale einer bilderzeugenden Oberfläche des Flüssigkristallbildschirms 2 im
Wesentlichen in horizontaler Richtung orientiert ist. Der Reflexspiegel 4 ist
um den Winkel von ungefähr
45° zur
Normalen der bilderzeugenden Oberfläche des Flüssigkristallbildschirms 2 geneigt
und reflektiert ein Bildstrahlenbündel L1, das von dem Flüssigkristallbildschirm 2 senkrecht
nach unten abgestrahlt wird. Die Linse 5 ist so angeordnet,
dass ihre optische Achse senkrecht zur Normalen der bilderzeugenden
Oberfläche
des Flüssigkristallbildschirms 2 ist.
An der Unterseite des Gehäuses 6 ist
eine Öffnung 7 ausgebildet,
durch welche das Bildstrahlenbündel
L1 verläuft.
In der Öffnung 7 ist
ein Halbspiegel 8 so angeordnet, dass er um den Winkel
von ungefähr
45° zu der
optischen Achse der Linse 5 geneigt ist.The liquid crystal screen 2 and the backlight 3 are upright in the housing 6 used, so that the normal of an image-forming surface of the liquid crystal screen 2 is oriented substantially in the horizontal direction. The reflex mirror 4 is about the angle of about 45 ° to the normal of the image-forming surface of the liquid crystal panel 2 is tilted and reflects an image beam L1 coming from the liquid crystal panel 2 is emitted vertically downwards. The Lens 5 is arranged so that its optical axis is perpendicular to the normal of the image-forming surface of the liquid crystal panel 2 is. At the bottom of the case 6 is an opening 7 formed, through which the image beam L1 passes. In the opening 7 is a half mirror 8th arranged so that it is at the angle of approximately 45 ° to the optical axis of the lens 5 is inclined.
Das
obere Ende des Halbspiegels 8 ist an einem in 2 gezeigten
Hauptgehäuse 14 befestigt. Der
Durchlassgrad und der Reflexionsgrad des Halbspiegels 8 können willkürlich festgelegt
sein; beispielsweise können
beide, der Durchlassgrad und der Reflexionsgrad, auf 50% eingestellt
sein. Der Halbspiegel 8 ist so groß, dass er das Sehfeld virtueller
Bilder für
beide Augen des Benutzers abdeckt. Das Sehfeld virtueller Bilder
ist durch den Sehwinkel, unter dem das Auge ein virtuelles Bild
sieht, definiert. Der Halbspiegel 8 weist in seiner Mitte
eine Aussparung 9 für
die Nase des Benutzers auf. Die Optikeinheit 1, der Halbspiegel 9 und
das Hauptgehäuse 14 einschließlich nicht
gezeigter Schaltungen und weiterer Elemente werden mittels einer
Halterung 16 am Kopf des Benutzers befestigt.The upper end of the half mirror 8th is at an in 2 shown main body 14 attached. The transmittance and the reflectance of the half-mirror 8th can be determined arbitrarily; for example, both the transmittance and the reflectance can be set to 50%. The half mirror 8th is so large that it covers the visual field of virtual images for both eyes of the user. The visual field of virtual images is defined by the angle of vision under which the eye sees a virtual image. The half mirror 8th has a recess in its center 9 for the nose of the user. The optical unit 1 , the half mirror 9 and the main body 14 including not shown circuits and other elements are by means of a holder 16 attached to the user's head.
Wie
in 1(a) gezeigt ist, wird das von
dem Flüssigkristallbildschirm 2 erzeugte
Anzeigebild von der Rückseite
durch die Hintergrundbeleuchtung 3 beleuchtet, und folglich
wird das Bildstrahlenbündel L1
(das erste Lichtstrahlenbündel)
von dem Flüssigkristallbildschirm
abgestrahlt. Das Bildstrahlenbündel L1
wird von dem Reflexspiegel 4 um ungefähr 90 Grad abgelenkt, von der
Linse 5 gebrochen und in einem Verhältnis, das den Durchlass-/Reflexions-Eigenschaften
des Halbspiegels 8 entspricht, reflektiert und erzeugt
ein Bild in einem Auge 10 des Benutzers. Die bilderzeugende
Oberfläche
des Flüssigkristallbildschirms 2 befindet
sich näher
an der Linse 5 als ein Brennpunkt der Linse 5 auf
der Objektseite, wohingegen sich das Auge 10 in der Nähe des anderen Brennpunktes
der Linse 5 auf der Bildseite befindet. Die Abbildungsfunktion
der Linse 5 vergrößert folglich
das Anzeigebild und erzeugt ein vergrößertes virtuelles Bild. Der
Benutzer kann folglich das vergrößerte virtuelle
Bild des von dem Flüssigkristallbildschirm 2 erzeugten
Anzeigebildes in einer Verlängerung
der optischen Achse 11, die durch das Auge 10 und
die Optikeinheit 1 verläuft,
beobachten.As in 1 (a) is shown, that of the liquid crystal panel 2 generated display image from the back through the backlight 3 is illuminated, and thus the image beam L1 (the first light beam) is radiated from the liquid crystal panel. The image beam L1 is from the reflex mirror 4 deflected by about 90 degrees, from the lens 5 broken and in a ratio corresponding to the transmission / reflection characteristics of the half-mirror 8th corresponds, reflects and produces an image in one eye 10 the user. The image-forming surface of the liquid crystal panel 2 is closer to the lens 5 as a focal point of the lens 5 on the object side, whereas the eye 10 near the other focal point of the lens 5 located on the image page. The imaging function of the lens 5 thus enlarges the display image and generates an enlarged virtual image. The user can thus view the enlarged virtual image of the liquid crystal panel 2 generated display image in an extension of the optical axis 11 that through the eye 10 and the optical unit 1 runs, watch.
Der
Halbspiegel 8 reflektiert einen Teil des Bildstrahlenbündels L1,
während
gleichzeitig ein Teil eines Lichtstrahlenbündels L2 von der Hintergrundansicht
durchgelassen wird, so dass die Letztere in beide Augen des Benutzers
gelangt. Der Halbspiegel 8 wird nämlich als Bildkombinationsmittel
wirksam, die das erste Lichtstrahlenbündel L1, welches das auf dem
Flüssigkristallbildschirm 2 angezeigte
Bild darstellt, mit dem zweiten Lichtstrahlenbündel L2 von der Hintergrundansicht
kombinieren, um ein zusammengesetztes Bild zu erzeugen und zu ermöglichen, dass
das zusammengesetzte Bild in ein Auge des Benutzers gelangt. Der
Benutzer kann folglich das aus dem Hintergrundbild und dem Anzeigebild
zusammengesetzte Bild beobachten. Da ein Ende des Halbspiegels 8 an
dem Hauptgehäuse
befestigt ist, wie weiter oben erwähnt wurde, gibt es kein anderes Hindernis
als das darüber
angeordnete Hauptgehäuse 14,
das das Sehfeld des Benutzers für
die Hintergrundansicht blockiert. Folglich stellt dieser HMD das größtmögliche Sehfeld
für den
Hintergrund sicher. Das Lichtstrahlenbündel L2 von der Hintergrundansicht,
das denselben Halbspiegel 8 durchquert, tritt sowohl in
das linke als auch das rechte Auge ein, so dass das linke Auge und
das rechte Auge Strahlenbündel
von im Wesentlichen völlig
gleicher Leuchtdichte empfangen. Dieser Aufbau ermöglicht dem Benutzer
ein natürliches
Beobachten des Hintergrundbildes.The half mirror 8th Reflects a part of the image beam L1, while at the same time a part of a light beam L2 is transmitted from the background view, so that the latter enters both eyes of the user. The half mirror 8th Namely, it functions as the image combining means comprising the first light beam L1, which is the one on the liquid crystal panel 2 displayed image combined with the second light beam L2 from the background view to create a composite image and to allow the composite image to enter an eye of the user. The user can thus observe the image composed of the background image and the display image. As an end of the half-mirror 8th is attached to the main housing, as mentioned above, there is no other obstacle than the main housing arranged above 14 that blocks the user's field of view for the background view. Consequently, this HMD ensures the largest possible field of view for the background. The light beam L2 from the background view, the same half mirror 8th traverses enters both the left and the right eye, so that the left eye and the right eye receive beams of substantially identical luminance. This structure allows the user to naturally observe the background image.
Wie
aus der obigen Darstellung klar ersichtlich ist, bedeutet der Ausdruck „einäugiger Typ" in dieser Erfindungsbeschreibung,
dass das Anzeigebild mit einem Auge beobachtet wird. Auch wenn ein Teil
des optischen Systems des HMD (beispielsweise der Halbspiegel 8)
das Sehfeld umfasst, das beiden Augen entspricht, ist der HMD trotzdem
vom „einäugigen Typ".As clearly understood from the above illustration, the term "one-eyed type" in this specification of the invention means that the display image is observed with an eye, even if a part of the optical system of the HMD (e.g., the half-mirror 8th ) includes the field of view corresponding to both eyes, the HMD is still of the "one-eyed type".
In 1(a) weist die Optikeinheit 1 ein hohles
Lager 12 auf, das hinter dem Reflexspiegel 4 angeordnet
ist. Die Innenfläche
des Lagers 12 ist als ein Innengewinde ausgebildet, das
mit einer in 2 gezeigten Welle 13 in
dem Hauptgehäuse 14 zusammenpasst.
Die Welle 13 hat eine solche Länge, dass sie das Hauptgehäuse 14 von
einer Seite zur anderen durchquert und beide Enden von dem Hauptgehäuse 14 so
gehalten werden, dass ein Laufen der Welle 18 möglich ist.
An den beiden Enden der Welle 13 sind von beiden Seiten
des Hauptgehäuses 14 vorstehend
zwei Knöpfe 15 befestigt.
Das Lager 12, die Welle 13 und die Knöpfe 15 verwirklichen
die Funktion der Umschaltmittel, die die Optikeinheit 1 in die
Position vor dem linken Auge oder vor dem rechten Auge verlagern.
Wenn der Benutzer mit der Hand einen der Knöpfe 15 dreht, bewegt
sich die Welle 13 in Bezug auf das Hauptgehäuse 14,
und die Optikeinheit 1 wird dementsprechend nach rechts
oder nach links verschoben. Die Optikeinheit 1 ist mit
einem nicht gezeigten Drehanschlag versehen, um ein Drehen der Optikeinheit 1 mit
der Drehung der Welle 13 zu verhindern. Ein Betätigen des
Knopfes 15 bewegt die Optikeinheit 1 im Wesentlichen über den
Abstand der Augen des Benutzers, um zwischen einem ersten Zustand,
in dem der Benutzer das virtuelle Bild mit dem linken Auge beobachtet,
wie in 1(b) gezeigt ist, und einem
zweiten Zustand, in dem der Benutzer das virtuelle Bild mit dem
rechten Auge beobachtet, zu wechseln. Die Optikeinheit 1 kann
in jede willkürliche
Position im Wesentlichen über
den Augenabstand bewegt werden. Dies ermöglicht die Positionseinstellung
entsprechend dem tatsächlichen
Augenabstand des Benutzers.In 1 (a) has the optical unit 1 a hollow camp 12 on, behind the reflex mirror 4 is arranged. The inner surface of the warehouse 12 is designed as an internal thread, with an in 2 shown wave 13 in the main body 14 matches. The wave 13 has such a length that it is the main body 14 traverses from one side to the other and both ends of the Hauptge housing 14 be held so that a running of the shaft 18 is possible. At the two ends of the shaft 13 are from both sides of the main body 14 prominent two buttons 15 attached. The warehouse 12 , the wave 13 and the buttons 15 realize the function of the switching means that the optical unit 1 shift to the position in front of the left eye or in front of the right eye. When the user with the hand one of the buttons 15 turns, the shaft moves 13 in relation to the main body 14 , and the optical unit 1 is accordingly shifted to the right or to the left. The optical unit 1 is provided with a rotation stop, not shown, to rotate the optical unit 1 with the rotation of the shaft 13 to prevent. Pressing the button 15 moves the optical unit 1 in essence, over the distance of the user's eyes to between a first state in which the user observes the virtual image with the left eye as in 1 (b) and a second state in which the user observes the virtual image with the right eye. The optical unit 1 can be moved to any arbitrary position substantially over the eye relief. This allows the position adjustment according to the actual eye relief of the user.
Wie
weiter oben erörtert
wurde, ist bei diesem HDM vom Durchsichttyp nur der Halbspiegel 8 zwischen
den Augen des Benutzers und dem Hintergrundbild angeordnet, so dass
der Benutzer das Hintergrundbild im Wesentlichen ohne optische Beeinflussung
beobachten kann. Es gibt mit Ausnahme des Hauptgehäuses 14,
das oberhalb angeordnet ist, kein Hindernis, welches das Sehfeld
des Benutzers für
die Hintergrundansicht versperrt. Dadurch ist das größtmögliche Sehfeld
für die
Hintergrundansicht sichergestellt. Der Benutzer kann entweder das
linke oder das rechte Auge als das Auge, das ein virtuelles Bild
beobachtet, auswählen,
während
der HMD auf dem Kopf getragen wird. Dieser Aufbau ist besonders günstig, wenn
mehrere Benutzer von demselben HMD Gebrauch macht. Der Benutzer
kann ohne weiteres das Auge zur Beobachtung eines virtuellen Bildes
je nach Beschaffenheit der Anwendung des HMD und seiner körperlichen
Verfassung wechseln. Die Durchsichtstruktur ermöglicht dem Benutzer, die meisten
Bilder der Hintergrundansicht mit beiden Augen zu beobachten. Ferner
erfordert der Aufbau zur Beobachtung des Anzeigebildes mit nur einem
Auge keine besonderen Anstrengungen des Benutzers, um die Bilder
zu kombinieren, sondern ermöglicht dem
Benutzer ohne weiteres, nur durch Ändern seiner Blickrichtung,
das Anzeigebild zu beobachten.As discussed above, this type of see-through type HDM is only the half mirror 8th between the eyes of the user and the background image, so that the user can observe the background image substantially without optical interference. There are except the main body 14 Located above, no obstacle blocking the user's field of view for the background view. This ensures the largest possible field of view for the background view. The user can select either the left or the right eye as the eye watching a virtual image while wearing the HMD on the head. This structure is particularly favorable when multiple users make use of the same HMD. The user can easily switch the eye to observe a virtual image according to the nature of the application of the HMD and its physical condition. The transparency structure allows the user to observe most of the background view images with both eyes. Further, the structure for observing the display image with only one eye does not require any special efforts of the user to combine the images, but allows the user to easily observe the display image only by changing his viewing direction.
Wenn
der Gebrauch von Brillen mit dem HMD in Betracht gezogen wird, ist
es wünschenswert,
dass der Abstand zwischen der Linse 5 und dem Auge 10 in 1(a) ungefähr
60 mm beträgt. Für eine Vergrößerung des
Anzeigebildes zu einem vergrößerten virtuellen
Bild ist es unter solchen Bedingungen wünschenswert, die Strecke zwischen dem
Flüssigkristallbildschirm 2 und
der Linse 5 so lang wie möglich zu machen. Die Ausführung nutzt ein
Knicken des Lichtweges durch den Reflexspiegel 4, um sowohl
diese Anforderung als auch die Forderung nach einer Verminderung
der Größe der Vorrichtung
zu erfüllen.
Die relativen Positionen der jeweiligen Komponenten von dem Flüssigkristallbildschirm 2 bis
zu dem Halbspiegel 8 sind nicht auf die erste Ausführungsform
beschränkt,
sondern könnten
auf verschiedene Weise modifiziert werden. Eine beispielhafte Modifikation
lässt den
Reflexspiegel 4 weg und ordnet den Flüssigkristallbildschirm 2 mit
der Vorderseite nach unten oberhalb der Linse 5 an. Falls der
Flüssigkristallbildschirm 2 an
der Vorderseite des HMD angeordnet ist, wie in 1(a) gezeigt ist, lässt eine mögliche Modifikation beispielsweise
die Hintergrundbeleuchtung 3 entfallen und formt auf der
Rückseite
des Flüssigkristallbildschirms 2 eine
neue Öffnung
in das Gehäuse 6.
Das durch diese Öffnung einfallende
Fremdlicht kann zur Beleuchtung des Flüssigkristallbildschirms 2 benutzt
werden.When considering the use of eyeglasses with the HMD, it is desirable that the distance between the lens 5 and the eye 10 in 1 (a) is about 60 mm. For enlarging the display image to an enlarged virtual image, it is desirable under such conditions to measure the distance between the liquid crystal panel 2 and the lens 5 as long as possible. The design uses a bending of the light path through the reflex mirror 4 In order to meet both this requirement and the demand for a reduction in the size of the device. The relative positions of the respective components of the liquid crystal panel 2 to the half mirror 8th are not limited to the first embodiment but could be modified in various ways. An exemplary modification leaves the reflex mirror 4 away and arrange the liquid crystal screen 2 face down above the lens 5 at. If the liquid crystal screen 2 located at the front of the HMD, as in 1 (a) For example, one possible modification leaves the backlight, for example 3 eliminates and shapes on the back of the liquid crystal screen 2 a new opening in the case 6 , The extraneous light incident through this opening can illuminate the liquid crystal panel 2 to be used.
Die
Umschaltmittel, die das Lager 12, die Welle 13 und
die Knöpfe 15 aufweisen,
sind ebenfalls nicht auf die veranschaulichte Ausführungsform
beschränkt,
sondern könnten
auf verschiedene Weise modifiziert sein. Wie bei den folgenden Ausführungsformen
erörtert
wird, können
die Umschaltmittel für den
Wechsel des Auges zur Beobachtung eines virtuellen Bildes jeden
Mechanismus nutzen, der die vergrößernden optischen Mittel (beispielsweise
die Linse 5) und die Bildkombinationsmittel (beispielsweise
den Halbspiegel 8) bewegen kann.The switching means, the bearing 12 , the wave 13 and the buttons 15 are also not limited to the illustrated embodiment but could be modified in various ways. As will be discussed in the following embodiments, the eye-switching switching means for observing a virtual image may use any mechanism that incorporates the magnifying optical means (e.g., the lens 5 ) and the image combining means (for example, the half mirror 8th ) can move.
Der
oben angegebene Aufbau kann zusätzlich
mit einem Stellmechanismus versehen sein, der entweder den Flüssigkristallbildschirm 2 oder
die Linse 5 in Richtung ihrer optischen Achse verlagert
und dadurch die relative Entfernung zwischen dem Flüssigkristallbildschirm 2 und
der Linse einstellt. Der Stellmechanismus kann die relative Entfernung
zwischen dem Flüssigkristallbildschirm 2 und
der Linse 5 so einstellen, dass sie dem Sehvermögen des
Benutzers entspricht, wodurch die Beobachtung eines virtuellen Bildes
weiter erleichtert wird.The above construction may be additionally provided with an actuator mechanism which either displays the liquid crystal panel 2 or the lens 5 in the direction of its optical axis and thereby the relative distance between the liquid crystal screen 2 and the lens. The adjusting mechanism can control the relative distance between the liquid crystal screen 2 and the lens 5 to suit the eyesight of the user, thereby further facilitating the observation of a virtual image.
3(a) ist eine Seitenansicht, die ein optisches
System eines weiteren HMD veranschaulicht, und (3b) ist
eine Vorderansicht davon. Bei dieser Ausführung und den nachfolgenden
Ausführungsformen
sind den Komponenten, die jenen der oben beschriebenen ersten Ausführung völlig gleich
oder ähnlich
sind, die gleichen Bezugszeichen zugeordnet, und sie sind nicht
speziell beschrieben. 3 (a) FIG. 11 is a side view illustrating an optical system of another HMD, and FIG (3b) is a front view of it. In this embodiment and the following embodiments, the components that are the same or similar to those of the first embodiment described above are assigned the same reference numerals, and they are not specifically described.
Eine
Optikeinheit 17, wie sie in 3(a) gezeigt
ist, kann entweder vor dem linken Auge oder vor dem rechten Auge
des Benutzers angeordnet werden. In dem Beispiel von 3(b) ist die Optikeinheit 17 vor dem
linken Auge angeordnet. Wie 3(a) zeigt,
umfasst die Optikeinheit 17 den Flüssigkristallbildschirm 2,
die Hintergrundbeleuchtung 3, den Reflexspiegel 4,
die Linse 5, einen Halbspiegel 18 und ein Gehäuse 19,
worin diese Komponenten untergebracht sind. Die relativen Positionen
des Flüssigkristallbildschirms 2,
der Hintergrundbeleuchtung 3, des Reflexspiegels 4,
der Linse 5 und des Halbspiegels 18 sind jenen
der ersten Ausführungsform
völlig gleich.
Der Halbspiegel 18 weist das gleiche Reflexions-/Durchlass-Verhalten
wie der Halbspiegel 8 der ersten Ausführungsform auf. Wie in 3(b) gezeigt ist, weist jedoch der Halbspiegel 18 eine
Größe auf, die
das Sehfeld eines virtuellen Bildes für nur ein Auge des Benutzers
abdeckt.An optical unit 17 as they are in 3 (a) is shown, can be placed either in front of the left eye or in front of the right eye of the user who the. In the example of 3 (b) is the optical unit 17 arranged in front of the left eye. As 3 (a) shows, includes the optical unit 17 the liquid crystal screen 2 , the backlight 3 , the reflex mirror 4 , the Lens 5 , a half mirror 18 and a housing 19 in which these components are housed. The relative positions of the liquid crystal screen 2 , the backlight 3 , the reflex mirror 4 , the lens 5 and the half mirror 18 are identical to those of the first embodiment. The half mirror 18 has the same reflection / transmission behavior as the half mirror 8th of the first embodiment. As in 3 (b) however, the half mirror is shown 18 a size that covers the visual field of a virtual image for only one eye of the user.
Wie
in 3(a) gezeigt ist, weist das
Gehäuse 19 einen
im Wesentlichen trapezförmigen
Seitenriss auf und ist mit einer Öffnung 20 versehen,
die in seiner senkrechten Fläche
so ausgebildet ist, so dass sie dem Auge 10 des Benutzers
gegenüberliegt.
Eine weitere Öffnung 21 ist
in der Schrägfläche des
Gehäuses 19 ausgebildet,
worin der Halbspiegel 18 angeordnet ist. Die zweite Ausführungsform
unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass der
Halbspiegel 18 zusammen mit weiteren optischen Elementen
in der Optikeinheit 17 angeordnet ist. Die Optikeinheit 17 ist
mit dem Hauptgehäuse 14 durch
Mittel mit dem gleichen Aufbau wie jene der in 2 gezeigten
ersten Ausführungsform
im Eingriff.As in 3 (a) is shown, the housing has 19 a substantially trapezoidal side elevation and is with an opening 20 provided, which is formed in its vertical surface so as to the eye 10 the user is facing. Another opening 21 is in the inclined surface of the housing 19 formed, wherein the half-mirror 18 is arranged. The second embodiment differs from the first embodiment in that the half mirror 18 together with other optical elements in the optical unit 17 is arranged. The optical unit 17 is with the main body 14 by means of the same construction as those of 2 shown first embodiment in engagement.
4 zeigt
das Aussehen des HMD. 4 shows the look of the HMD.
Der
einzige Unterschied zu der ersten Ausführung, die in 2 gezeigt
ist, besteht darin, dass der Halbspiegel 18 für nur ein
Auge in die Optikeinheit (17) integriert ist.The only difference to the first execution, the in 2 is shown that the half mirror 18 for just one eye into the optical unit ( 17 ) is integrated.
Wie
in 3(a) gezeigt ist, wird das von
dem Flüssigkristallbildschirm 2 abgestrahlte
Bildstrahlenbündel
L1 mit dem Hintergrundstrahlenbündel
L2 kombiniert und tritt in das Auge 10 ein, an dem die Optikeinheit 17 angeordnet
ist. Ein Teil des Hintergrundstrahlenbündels L2 wird von dem Halbspiegel 18 reflektiert,
und nur der Rest tritt in das Auge 10 ein. Wie in 3(b) gezeigt ist, gibt es andererseits keinen
Halbspiegel 18 vor dem Auge, an dem die Optikeinheit 17 nicht
angeordnet ist. Das Hintergrundstrahlenbündel L2 tritt folglich ungeschwächt in das Auge
ein, das nicht das virtuelle Bild beobachtet. Bei dem HMD der zweiten
Ausführungsform
ist die Helligkeit des mit dem linken Auge beobachteten Hintergrundbildes
folglich von jener des mit dem rechten Auge beobachteten deutlich
verschieden. Es ist im Allgemeinen so, dass der Helligkeitsunterschied
zwischen den Sehfeldern des linken Auges und des rechten Auges von
nicht weniger als 70% zu einem Konflikt der Sehfelder führt und
das Betrachten beider Bilder sehr anstrengend macht. Andererseits
gewährleistet
ein Helligkeitsunterschied von nicht mehr als 30% zwischen den Sehfeldern
des linken Auges und des rechten Auges gerade über eine verhältnismäßig lange
Zeit eine sichere Beobachtung. In der zweiten Ausführungsform
ist das Durchlass-/Reflexions-Verhalten des Halbspiegels 18 adäquat eingestellt,
um den Helligkeitsunterschied zwischen den Sehfeldern des linken
Auges und des rechten Auges nicht größer als ungefähr 30% werden
so lassen, so dass ein Beobachten der Hintergrundansicht erleichtert
wird. Tatsächlich
werden der Reflexionsgrad und der Durchlassgrad des Halbspiegels 18 auf
ungefähr 30%
bzw. 70% eingestellt. Eine solche Einstellung ermöglicht,
dass der Helligkeitsunterschied zwischen den Hintergrundbildern,
die mit dem linken Auge und dem rechten Auge beobachtet werden,
ungefähr 30%
ist. Der extrem hohe Lichtdurchlassgrad verhindert jedoch eine Reflexion
des Bildstrahlenbündels L1.
Folglich ist es wünschenswert,
den Reflexionsgrad so hoch wie möglich
zu machen, um das Anzeigebild heller zu machen.As in 3 (a) is shown, that of the liquid crystal panel 2 radiated image beam L1 combined with the background beam L2 and enters the eye 10 a, on which the optical unit 17 is arranged. Part of the background beam L2 is from the half mirror 18 reflected, and only the rest enters the eye 10 one. As in 3 (b) On the other hand, there is no half-mirror 18 in front of the eye, on which the optical unit 17 is not arranged. The background beam L2 thus enters the eye unimpaired, which does not observe the virtual image. Thus, in the HMD of the second embodiment, the brightness of the background image observed with the left eye is significantly different from that observed with the right eye. It is generally the case that the difference in brightness between the left eye and the right eye of not less than 70% causes a conflict of visual fields and makes the viewing of both images very stressful. On the other hand, a brightness difference of not more than 30% between the visual fields of the left eye and the right eye ensures safe observation for a relatively long time. In the second embodiment, the transmission / reflection behavior of the half mirror is 18 adequately adjusted so as not to make the difference in brightness between the visual fields of the left eye and the right eye greater than approximately 30%, so that it is easier to observe the background view. In fact, the reflectance and transmittance of the half mirror become 18 set to about 30% and 70%, respectively. Such a setting enables the brightness difference between the background images observed with the left eye and the right eye to be about 30%. However, the extremely high transmittance prevents reflection of the image beam L1. Consequently, it is desirable to make the reflectance as high as possible to make the display image brighter.
Die
Umschaltmittel, um das Auge für
die Beobachtung eines virtuellen Bildes zu wechseln, weisen einen
Aufbau auf, der jenem der ersten Ausführung ähnlich ist, nur dass der Halbspiegel 18 der zweiten
Ausführungsform
mit der Optikeinheit 17 zusammengefügt ist und sich mit den übrigen optischen Elementen
von einer Seite zur anderen bewegt, wohingegen der Halbspiegel 8 der
ersten Ausführung feststehend
ist. Die Funktion der Umschaltmittel in der zweiten Ausführung ist
jener in der ersten Ausführung
völlig
gleich. Ein Drehen entweder des linken Knopfes oder des rechten
Knopfes 15 bewegt die Optikeinheit 17 im Wesentlichen über den
Augenabstand des Benutzers, um zwischen einem ersten Zustand, in
dem der Benutzer ein virtuelles Bild mit dem linken Auge beobachtet,
wie in 3(b) gezeigt ist, und einem
zweiten Zustand, in dem der Benutzer ein virtuelles Bild mit dem rechten
Auge beobachtet, zu wechseln. In der zweiten Ausführung hält die gleichzeitige
Bewegung des Flüssigkristallbildschirms 2, der
Linse 5 und des Halbspiegels 18 die festen Positionsbeziehungen
zwischen diesen drei optischen Elementen aufrecht. Dies stellt auf
vorteilhafte Weise die stabilere Leistungsfähigkeit des Optiksystems, das
diese optischen Elemente enthält,
sicher. Folglich vermindert die zweite Ausführung die Einschränkungen
hinsichtlich der Positionierung des Optiksystems in Bezug auf das
Auge des Benutzers weiter und erhöht den Freiheitsgrad der Positionierung.
Ferner kann die Größe der gesamten
Vorrichtung verringert werden, da der Halbspiegel 18 die
minimal erforderliche Größe aufweist
und mit der Optikeinheit 17 integriert ist, wobei die Möglichkeit
einer Beschädigung
des Halbspiegels 18 gering ist.The switching means for changing the eye for observing a virtual image has a structure similar to that of the first embodiment except that the half mirror 18 the second embodiment with the optical unit 17 joined together and moves with the other optical elements from one side to the other, whereas the half mirror 8th the first embodiment is fixed. The function of the switching means in the second embodiment is identical to that in the first embodiment. Turning either the left button or the right button 15 moves the optical unit 17 essentially across the eye relief of the user to between a first state in which the user observes a virtual image with his left eye, as in 3 (b) and a second state in which the user observes a virtual image with the right eye. In the second embodiment stops the simultaneous movement of the liquid crystal screen 2 , the lens 5 and the half mirror 18 the fixed positional relationships between these three optical elements upright. This advantageously ensures the more stable performance of the optical system incorporating these optical elements. Consequently, the second embodiment further reduces the restrictions on the positioning of the optical system with respect to the user's eye and increases the degree of freedom of positioning. Furthermore, the size of the entire device can be reduced since the half mirror 18 the minimum required size and with the optical unit 17 is integrated, with the possibility of damage to the half-mirror 18 is low.
C. Erste AusführungsformC. First Embodiment
5(a) ist eine Seitenansicht, die ein optisches
System noch eines weiteren HMD als eine erste Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt; 5(b) ist eine Vorderansicht,
die einen ersten Zustand zeigt, in dem der Benutzer ein virtuelles
Bild mit dem linken Auge beobachtet, 5(c) veranschaulicht
einen Wechselmechanismus, um das Auge für die Beobachtung eines virtuellen
Bildes zu wechseln, und 5(d) ist
eine Vorderansicht, die einen zweiten Zustand zeigt, in dem der
Benutzer ein virtuelles Bild mit dem rechten Auge beobachtet. 5 (a) is a side view, which is an opti shows still another HMD system as a first embodiment according to the present invention; 5 (b) Fig. 10 is a front view showing a first state in which the user observes a virtual image with the left eye, 5 (c) illustrates a switching mechanism to switch the eye for the observation of a virtual image, and 5 (d) Fig. 16 is a front view showing a second state in which the user observes a virtual image with the right eye.
Wie
aus 5(a) ersichtlich ist, sind bei
diesem optischen System eine Reflexionseinheit 50 und eine
Optikeinheit 28 unter dem Flüssigkristallbildschirm 2 angeordnet.How out 5 (a) is apparent, in this optical system, a reflection unit 50 and an optical unit 28 under the liquid crystal screen 2 arranged.
Die
Optikeinheit 28 umfasst eine Linse 26, den Halbspiegel 18 und
ein Gehäuse 27,
worin diese Komponenten untergebracht sind. Wie in 5(a) gezeigt ist, weist das Gehäuse 27 einen
im Wesentlichen trapezförmigen
Seitenriss auf und ist mit einer Öffnung 29 versehen,
die in seiner senkrechten Fläche
so ausgebildet ist, dass sie dem Auge 10 des Benutzers
gegenüberliegt.
Eine weitere Öffnung 30 ist in
der schrägstehenden
Fläche
des Gehäuses 27 ausgebildet,
worin der Halbspiegel 18 angeordnet ist.The optical unit 28 includes a lens 26 , the half mirror 18 and a housing 27 in which these components are housed. As in 5 (a) is shown, the housing has 27 a substantially trapezoidal side elevation and is with an opening 29 provided, which is formed in its vertical surface so as to the eye 10 the user is facing. Another opening 30 is in the inclined surface of the housing 27 formed, wherein the half-mirror 18 is arranged.
Wie
aus 5(b) ersichtlich ist, enthält die Reflexionseinheit 50 zwei
Reflexspiegel 23 und 24, die im Wesentlichen parallel
zueinander angeordnet sind, und zwei Verbindungsglieder 25a und 25b,
um die beiden Reflexspiegel 23 und 24 miteinander
zu verbinden. Die Verbindungsglieder 25a und 25b verbinden
die oberen Enden bzw. die unteren Enden der beiden Reflexspiegel 23 und 24 derart,
dass ein Parallelogramm gebildet wird. Selbst wenn das Parallelogramm
der Reflexionseinheit 50 verformt wird, ermöglicht dieser
Aufbau, die zwei Reflexspiegel 23 und 24 im Wesentlichen
parallel zueinander zu halten. In dem ersten Zustand von 5(c) und in dem zweiten Zustand von 5(d) sind die zwei Reflexspiegel 23, 24 jeweils
um den Winkel von ungefähr 45° zur Normalen
der Anzeigefläche
des Flüssigkristallbildschirms 2 geneigt.How out 5 (b) is visible, contains the reflection unit 50 two reflex mirrors 23 and 24 which are arranged substantially parallel to each other, and two connecting members 25a and 25b to the two reflex mirrors 23 and 24 to connect with each other. The connecting links 25a and 25b connect the upper ends and the lower ends of the two reflecting mirrors 23 and 24 such that a parallelogram is formed. Even if the parallelogram of the reflection unit 50 is deformed, this structure allows the two reflecting mirrors 23 and 24 to keep substantially parallel to each other. In the first state of 5 (c) and in the second state of 5 (d) are the two reflex mirrors 23 . 24 each at the angle of about 45 ° to the normal of the display area of the liquid crystal panel 2 inclined.
Wenn
der Benutzer ein virtuelles Bild mit dem linken Auge beobachtet,
wie in 5(c) gezeigt ist, wird das Bildstrahlenbündel L1
von dem Flüssigkristallbildschirm 2 zuerst
von dem ersten Reflexspiegel 23 und dann von dem zweiten
Reflexspiegel 24 reflektiert. Andererseits, wenn der Benutzer
ein virtuelles Bild mit dem rechten Auge beobachtet, wie in 5(d) gezeigt ist, wird das Bildstrahlenbündel L1 von
dem Flüssigkristallbildschirm 2 zuerst
von dem zweiten Reflexspiegel 24 und danach von dem ersten Reflexspiegel 23 reflektiert.
Das von diesen zwei Reflexspiegeln 23 und 24 abgelenkte
Bildstrahlenbündel
L1 tritt danach in die tiefer gelegene Optikeinheit 28 ein.
Die Reflexionseinheit 50 hat folglich die Funktion von
Reflexionsmitteln, die das Bildstrahlenbündel L1 reflektieren, oder
die Funktion von Ablenkmitteln, die das Bildstrahlen bündel L1
ablenken.If the user observes a virtual image with the left eye as in 5 (c) is shown, the image beam L1 from the liquid crystal screen 2 first from the first reflex mirror 23 and then from the second reflex mirror 24 reflected. On the other hand, when the user observes a virtual image with the right eye as in 5 (d) is shown, the image beam L1 from the liquid crystal screen 2 first from the second reflex mirror 24 and then from the first reflex mirror 23 reflected. That of these two reflex mirrors 23 and 24 deflected image beam L1 then enters the lower optical unit 28 one. The reflection unit 50 Consequently, the function of reflection means which reflect the image beam L1, or the function of deflection means which deflect the image beam bundle L1.
6 veranschaulicht
einen Formwandlermechanismus zur Veränderung der Form der Reflexionseinheit 50 bei
einer Bewegung der Optikeinheit 28. In der Rückwand der
Optikeinheit 28 sind zwei Stifte 51a und 51b ausgebildet.
Das zweite Verbindungsglied 25b weist an seinem unteren
Ende zwei passende Elemente 52a und 52b auf. Diese
passenden Elemente 52a und 52b weisen jeweils
Schlitze auf, die sich in vertikaler Richtung erstrecken. Die zwei
Stifte 51a und 51b der Optikeinheit 28 durchqueren
die Schlitze der zwei in Eingriff gelangenden Teile 52a und 52b des
Verbindungsgliedes 25b und sind verschiebbar in eine Nut 53 eingebracht,
die in dem Hauptgehäuse 14 ausgebildet
ist (siehe 2). Die zwei Reflexspiegel 23 und 24 weisen
Stifte 55a und 55b auf, die in ihren jeweiligen
Mitten angeordnet sind. Diese Stifte 55a und 55b sind
verschiebbar in eine andere Nut 54 eingebracht, die in
dem Hauptgehäuse 14 ausgebildet
ist. In der Darstellung von 6 sind aus
praktischen Gründen
die Nuten 53 und 54 mit schrägen Linien gefüllt, um
sie von den übrigen
Komponenten klar zu unterscheiden. 6 Fig. 10 illustrates a shape converting mechanism for changing the shape of the reflection unit 50 during a movement of the optical unit 28 , In the back wall of the optical unit 28 are two pens 51a and 51b educated. The second link 25b has two matching elements at its lower end 52a and 52b on. These matching elements 52a and 52b each have slots that extend in the vertical direction. The two pens 51a and 51b the optical unit 28 traverse the slots of the two engaging parts 52a and 52b of the connecting link 25b and are slidable in a groove 53 placed in the main body 14 is formed (see 2 ). The two reflex mirrors 23 and 24 have pens 55a and 55b on, which are arranged in their respective centers. These pens 55a and 55b are slidable in another groove 54 placed in the main body 14 is trained. In the presentation of 6 are for practical reasons the grooves 53 and 54 filled with oblique lines to clearly distinguish them from the other components.
Der
Benutzer verschiebt die Reflexionseinheit 50 und die Optikeinheit 28 in
horizontaler Richtung, um zwischen dem ersten Zustand, der in 5(c) gezeigt ist, und dem zweiten Zustand, der
in 5(d) gezeigt ist, zu wechseln.
Ein Vergleich der 5(c) und 5(d) zeigt,
dass der Flüssigkristallbildschirm 2 und
die Hintergrundbeleuchtung 3 mit der Vorderseite nach unten
auf einer Mittellinie 22 der Breite der Vorrichtung angeordnet
sind, und durch das Wechseln des Auges für die Beobachtung eines virtuellen
Bildes nicht verlagert werden.The user moves the reflection unit 50 and the optical unit 28 in the horizontal direction, to move between the first state, the in 5 (c) is shown, and the second state, in 5 (d) shown is to switch. A comparison of 5 (c) and 5 (d) shows that the liquid crystal screen 2 and the backlight 3 face down on a centerline 22 the width of the device are arranged, and are not displaced by the change of the eye for the observation of a virtual image.
5(b) zeigt den Zustand auf halbem Weg eines Wechsels
aus dem ersten Zustand, der in 5(c) gezeigt
ist, in den zweiten Zustand, der in 5(d) gezeigt
ist. In dem Zustand von 5(c) ist der
Formwandlermechanismus der Reflexionseinheit 50 auf die
Position von 6 eingestellt. Wenn eine Kraft
in Richtung eines Pfeils A auf die Optikeinheit 28 in dem
Zustand von 6 ausgeübt wird, bewegt sich die Optikeinheit 28 die
Nut 53 entlang (siehe 6) zu dem
rechten Auge (in 6 nach links), und die Reflexionseinheit 50 bewegt
sich dementsprechend die Nut 54 entlang. Zu diesem Zeitpunkt behält die Reflexionseinheit 50 im
Wesentlichen die Parallelogrammform von 5(b) bei,
obwohl sie sich mit der Optikeinheit 28 bewegt. Wenn der
Stift 55a (siehe 6), der
im Wesentlichen im Zentrum des Reflexspiegels 23 angeordnet
ist, ein Ende der Nut 54 erreicht, wird das Parallelogramm
der Reflexionseinheit 50 allmählich über den Zustand von 5(b) in den Zustand von 5(d) verformt,
während
die zwei Stifte 55a und 55b an ihren Positionen gehalten
werden. Die Optikeinheit 28 bewegt sich dementsprechend
in die Position gegenüber
dem rechten Auge, um den zweiten Zustand zu bewirken, der in 5(d) gezeigt ist. Umgekehrte Handhabungen und
Bewegungen werden ausgeführt,
um das Auge für
die Beobachtung eines virtuellen Bildes vom rechten Auge zum linken
Auge zu ändern. 5 (b) shows the state halfway a change from the first state, which in 5 (c) is shown in the second state, in 5 (d) is shown. In the state of 5 (c) is the shape converter mechanism of the reflection unit 50 to the position of 6 set. When a force in the direction of an arrow A on the optical unit 28 in the state of 6 is exercised, moves the optical unit 28 the groove 53 along (see 6 ) to the right eye (in 6 to the left), and the reflection unit 50 Accordingly, the groove moves 54 along. At this time, the reflection unit retains 50 essentially the parallelogram shape of 5 (b) at, although they are with the optical unit 28 emotional. If the pen 55a (please refer 6 ), which is essentially in the center of the reflex mirror 23 is arranged, one end of the groove 54 reached, the parallelogram of the reflection unit 50 gradually over the state of 5 (b) in the state of 5 (d) deformed while the two pins 55a and 55b be held at their positions. The optical unit 28 is moving Accordingly, in the position opposite to the right eye to effect the second state, which in 5 (d) is shown. Reverse manipulations and movements are performed to change the eye for observing a virtual image from the right eye to the left eye.
Im
dem ersten Zustand von 5(b) und
in dem zweiten Zustand von 5(d) sind
die Reflexionseinheit 50 und die Optikeinheit 28 mittels
eines bekannten mechanischen Positionierungsmechanismus, wie etwa
einer Kombination aus Stiften und Einrücklöchern, festgestellt.In the first state of 5 (b) and in the second state of 5 (d) are the reflection unit 50 and the optical unit 28 by means of a known mechanical positioning mechanism, such as a combination of pins and engagement holes.
Es
ist eine Vielfalt von anderen als den oben erörterten Strukturen für die Reflexionseinheit 50 und ihren
Formwandlermechanismus anwendbar. Beispielsweise kann die Form der
Reflexionseinheit 50 verändert werden, während das
obere Verbindungsglied 25a weiterhin dem Flüssigkristallbildschirm 2 gegenüberliegt
und das untere Verbindungsglied 25b weiterhin der Linse 26 gegenüberliegt.
Solange die zwei in 5(b) und 5(d) gezeigten Zustände verwirklicht wer den können, ist
weder der Übergangszustand
noch die Bewegung der Reflexionseinheit 50 wichtig.It is a variety of structures other than those discussed above for the reflection unit 50 and its shape conversion mechanism applicable. For example, the shape of the reflection unit 50 be changed while the upper link 25a continue to the liquid crystal screen 2 opposite and the lower link 25b continue the lens 26 opposite. As long as the two in 5 (b) and 5 (d) shown states realized who can, is neither the transition state nor the movement of the reflection unit 50 important.
7 zeigt, dass der Benutzer ein virtuelles Bild
in der gleichen Richtung sowohl in dem ersten Zustand von 5(b) als auch in dem zweiten Zustand von 5(d) beobachten kann. 7(a) zeigt den
ersten Zustand, in dem der Benutzer ein virtuelles Bild mit dem
linken Auge beobachtet, wohingegen (7b) den
zweiten Zustand darstellt, in dem der Benutzer ein virtuelles Bild
mit dem rechten Auge beobachtet. In diesen Skizzen geben die Pfeile,
die in der Nähe
der jeweiligen optischen Elemente gezeichnet sind, eine erste Richtung 61 an,
die einer ersten Koordinatenachse der bilderzeugenden Oberfläche des
Flüssigkristallbildschirms 2 entspricht.
Die eingekreisten Kreuze geben eine zweite Richtung 62 an, die
einer zweiten Koordinatenachse der bilderzeugenden Oberfläche entspricht.
Die zweite Richtung 62 verläuft von der Vorderseite zur
Rückseite
des Zeichnungsblattes. Die Pfeile, die diese Richtungen 61 und 62 repräsentieren,
sind auf den Halbspiegel 18 gezeichnet. Wie aus 7(a) und 7(b) klar zu
erkennen ist, wird ein auf dem Flüssigkristallbildschirm 2 erzeugtes
Bild dreimal reflektiert und entweder mit dem linken Auge oder mit
dem rechten Auge als ein Bild mit der gleichen Orientierung beobachtet. Es
ist folglich bei dem Wechsel des Auges für die Beobachtung eines virtuellen
Bildes keine elektrische Umschaltoperation bezüglich der Richtung der Anzeige
des Bildes erforderlich. 7 shows that the user is a virtual image in the same direction in both the first state of 5 (b) as well as in the second state of 5 (d) can watch. 7 (a) shows the first state in which the user observes a virtual image with the left eye, whereas (7b) represents the second state in which the user observes a virtual image with the right eye. In these sketches, the arrows drawn near the respective optical elements give a first direction 61 indicative of a first coordinate axis of the image forming surface of the liquid crystal panel 2 equivalent. The circled crosses give a second direction 62 which corresponds to a second coordinate axis of the image-forming surface. The second direction 62 runs from the front to the back of the drawing sheet. The arrows showing these directions 61 and 62 represent are on the half mirror 18 drawn. How out 7 (a) and 7 (b) is clearly visible on the liquid crystal screen 2 The image produced is reflected three times and observed with either the left eye or the right eye as an image with the same orientation. Consequently, when changing the eye to observe a virtual image, no electrical switching operation with respect to the direction of display of the image is required.
Wie
weiter oben erörtert
worden ist, kann die erste Ausführungsform
das Auge für
die Beobachtung eines virtuellen Bildes wechseln, während der Flüssigkristallbildschirm 2 und
die Hintergrundbeleuchtung 3 an einer festen Position bleiben.
Da der Flüssigkristallbildschirm 2 und
die Hintergrundbeleuchtung 3 mit einer Ansteuerschaltung
leitend verbunden sind, ist für
die elektrische Betriebssicherheit zu bevorzugen, dass keine Verlagerung
des Flüssigkristallbild schirms 2 und
der Hintergrundbeleuchtung 3 auftritt. Mit anderen Worten:
Die erste Ausführungsform
stellt die hohe elektrische Betriebssicherheit bei dem Vorgang des
Wechselns des Auges für
die Beobachtung eines virtuellen Bildes sicher.As discussed above, the first embodiment may switch the eye for the observation of a virtual image while the liquid crystal display screen 2 and the backlight 3 stay in a fixed position. Because the liquid crystal screen 2 and the backlight 3 are conductively connected to a drive circuit is preferable for the electrical safety that no shift of the liquid crystal screen 2 and the backlight 3 occurs. In other words, the first embodiment ensures the high electrical reliability in the process of changing the eye for the observation of a virtual image.
Da
in der ersten Ausführungsform
die Position des Flüssigkristallbildschirms 2 fest
ist, wird die Positionseinstellung der Optikeinheit 28 in
horizontaler Richtung entsprechend dem tatsächlichen Augenabstand des Benutzers
die relative Entfernung zwischen dem Flüssigkristallbildschirm 2 und
der Linse 26 verändern.
Dies hat eine Veränderung
des Abstandes vom Auge des Benutzers zu einem virtuellen Bild zur
Folge. Um dieses Problem zu vermeiden könnte bei einer Bewegung der
Optikeinheit 28 entweder der Flüssigkristallbildschirm 2 oder
die Linse 26 längs
ihrer optischen Achse bewegt werden, wodurch der Abstand vom Auge
des Benutzers zu einem virtuellen Bild fest bleibt. Eine weitere
mögliche Struktur
ist die Erweiterung der Austrittspupille der Linse 26,
während
die Position der Optikeinheit 28 entweder vor dem linken
Auge oder vor dem rechten Auge festgehalten wird, so dass ein individueller
Unterschied des Augenabstandes aufgefangen wird.In the first embodiment, the position of the liquid crystal panel 2 is fixed, the position setting of the optical unit 28 in the horizontal direction, according to the actual eye distance of the user, the relative distance between the liquid crystal panel 2 and the lens 26 change. This results in a change in the distance from the user's eye to a virtual image. To avoid this problem could be during a movement of the optical unit 28 either the liquid crystal screen 2 or the lens 26 along its optical axis, thereby keeping the distance from the user's eye to a virtual image. Another possible structure is the extension of the exit pupil of the lens 26 while the position of the optical unit 28 is held either in front of the left eye or in front of the right eye, so that an individual difference in eye relief is absorbed.
D. Zweite AusführungsformD. Second Embodiment
8(a) ist eine Seitenansicht, die ein optisches
System eines weiteren HMD als eine zweite Ausführungsform gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt; 8(b) ist eine Vorderansicht,
die einen ersten Zustand zeigt, in dem der Benutzer ein virtuelles Bild
mit dem linken Auge beobachtet, in der zweiten Ausführungsform;
und 8(c) ist eine Vorderansicht,
die einen zweiten Zustand zeigt, in dem der Benutzer ein virtuelles
Bild mit dem rechten Auge beobachtet. 8 (a) Fig. 10 is a side view showing an optical system of another HMD as a second embodiment according to the present invention; 8 (b) Fig. 10 is a front view showing a first state in which the user observes a virtual image with the left eye in the second embodiment; and 8 (c) Fig. 16 is a front view showing a second state in which the user observes a virtual image with the right eye.
Das
in 8a gezeigte optische System umfasst
eine andere Reflexionseinheit 70 anstelle der Reflexionseinheit 50 der ersten
Ausführungsform,
die in 5a gezeigt ist. Wie in 8(b) und 8(c) gezeigt
ist, weist die Reflexionseinheit 70 drei Reflexspiegel 31 bis 33 auf.
Der erste Reflexspiegel ist auf der Mittellinie 22 des
Augenabstandes angeordnet. Der zweite Reflexspiegel 32 und
der dritte Reflexspiegel 33 sind etwas oberhalb des linken
Auges bzw. des rechten Auges und vor diesen so angeordnet, dass
sie in Bezug auf die Mittellinie 22 symmetrisch sind. Der
zweite und der dritte Reflexspiegel, 32 und 33,
sind jeweils um den Winkel von ungefähr 45 Grad zur Vertikalen
geneigt.This in 8a shown optical system comprises another reflection unit 70 instead of the reflection unit 50 the first embodiment, which in 5a is shown. As in 8 (b) and 8 (c) is shown, the reflection unit 70 three reflex mirrors 31 to 33 on. The first reflex mirror is on the midline 22 the eye distance arranged. The second reflex mirror 32 and the third reflex mirror 33 are slightly above the left eye or the right eye, and in front of them are arranged so that they are in relation to the midline 22 are symmetrical. The second and the third reflex mirror, 32 and 33 , are each about the angle of about 45 Degree inclined to the vertical.
Der
erste Reflexspiegel 31 ist entweder in Richtung eines Pfeils
C in 8(b) oder in Richtung eines
Pfeils D in 8(c) um die Drehachse, die auf der
Mittellinie 22 angeordnet ist, drehbar. Die Drehbewegung
wechselt zwischen den zwei Zuständen von 8(b) und 8(c).
In dem ersten Zustand von 8(b) reflektiert
der erste Reflexspiegel 31 das Bildstrahlenbündel L1
in die Richtung des zweiten Reflexspiegels 32, und das
von dem zweiten Reflexspiegel 32 reflektierte Lichtstrahlenbündel tritt
in die Optikeinheit 28 ein. Zum anderen reflektiert in dem
zweiten Zustand von 8(c) der
erste Reflexspiegel 31 das Bildstrahlenbündel L1
in die Richtung des dritten Reflexspiegels 33, und das
von dem dritten Reflexspiegel 33 reflektierte Lichtstrahlenbündel tritt
in die Optikeinheit 28 ein. Der Drehwinkel des Reflexspiegels 31 für einen
Wechsel zwischen den Zuständen
von 8(b) und 8(c) kann
90° sein, wenn
beide Oberflächen
des ersten Reflexspiegels 31 als Spiegelebenen ausgebildet
sind oder wenn die Drehrichtung des Reflexspiegels 31 umkehrbar
ist.The first reflex mirror 31 is either in Direction of an arrow C in 8 (b) or in the direction of an arrow D in 8 (c) around the axis of rotation, on the center line 22 is arranged, rotatable. The rotation alternates between the two states of 8 (b) and 8 (c) , In the first state of 8 (b) reflects the first reflex mirror 31 the image beam L1 in the direction of the second reflection mirror 32 , and that of the second reflex mirror 32 Reflected light beam enters the optical unit 28 one. On the other hand, in the second state of 8 (c) the first reflex mirror 31 the image beam L1 in the direction of the third reflection mirror 33 , and that of the third reflex mirror 33 Reflected light beam enters the optical unit 28 one. The angle of rotation of the reflex mirror 31 for a change between the states of 8 (b) and 8 (c) can be 90 ° if both surfaces of the first mirror 31 are designed as mirror planes or when the direction of rotation of the reflecting mirror 31 is reversible.
9 zeigt
einen Formwandlermechanismus, um den Reflexspiegel 31 bei
einer Bewegung der Optikeinheit 28 zu drehen. In diesem
Beispiel weist der Reflexspiegel 31 an seinen beiden Oberflächen Spiegelebenen
auf. Das körperliche
Zentrum des Reflexspiegels 31 ist mittels eines Stützstiftes 71, der
in dem Hauptgehäuse 14 angeordnet
ist (siehe 4), drehbar gelagert. Ein weiterer
Stift 72 ist am unteren Ende des Reflexspiegels 31 angeordnet. Dieser
Stift 72 ist verschiebbar in eine Führungsnut 73 eingebracht,
die in der Rückwand
der Optikeinheit 28 ausgebildet ist. Die Führungsnut 72 erstreckt
sich in horizontaler Richtung, und der Stift 72 wird längs der
Führungsnut 13 geführt, so
dass er in der horizontalen Richtung beweglich ist. Da ein Drehen
des Reflexspiegels 31 die vertikale Position des Stifts 72 verändert, hat
die Führungsnut 73 in
vertikaler Richtung eine Ausdehnung, die den Bereich der vertikalen
Position des Stifts 72 abdeckt. Die Optikeinheit 28 ist
mittels eines nicht gezeigten Stifts verschiebbar in eine Nut 74 eingefügt, die
in dem Hauptgehäuse 14 ausgebildet
ist. 9 shows a shape converter mechanism to the reflex mirror 31 during a movement of the optical unit 28 to turn. In this example, the reflex mirror points 31 mirror planes on both surfaces. The physical center of the reflex mirror 31 is by means of a support pin 71 in the main body 14 is arranged (see 4 ), rotatably mounted. Another pen 72 is at the lower end of the reflex mirror 31 arranged. This pen 72 is displaceable in a guide groove 73 placed in the back wall of the optical unit 28 is trained. The guide groove 72 extends in a horizontal direction, and the pin 72 becomes along the guide groove 13 guided so that it is movable in the horizontal direction. Because turning the reflex mirror 31 the vertical position of the pen 72 changed, has the leadership 73 in the vertical direction an extension that is the area of the vertical position of the pen 72 covers. The optical unit 28 is displaceable by means of a pin, not shown, in a groove 74 inserted in the main body 14 is trained.
In
dem ersten Zustand in 8(b) ist
der Formwandlermechanismus auf die Position von 9 gesetzt.
Wenn in dem Zustand von 9 eine Kraft in der Richtung
eines Pfeils A auf die Optikeinheit 28 ausgeübt wird,
bewegt sich diese die Nut 74 entlang. Im Anfangsstadium
der Bewegung ist der Stift 72 in der Führungsnut 73 freigegeben,
was zur Folge hat, dass der Reflexspiegel 31 nicht gedreht wird.
Ein Weiterbewegen der Optikeinheit 28 bewirkt, dass der
Stift 72 gegen den Endabschnitt der Führungsnut 73 gepresst
wird, und die Kraft, die von der Optikeinheit 28 ausgeübt wird,
dreht den ersten Reflexspiegel 31 in Richtung des Pfeils
C. Die Optikeinheit 28 bewegt sich folglich an die Position
vor dem rechten Auge, um den zweiten Zustand zu verwirklichen, der
in 8(c) gezeigt ist. Die Reflexionsrichtung
des ersten Reflexspiegels 31 wird nämlich von „nach links" in „nach rechts" verändert. Wie
bei der ersten Ausführungsform
erörtert
worden ist, kann der Benutzer sowohl in dem ersten Zustand als auch
in dem zweiten Zustand ein virtuelles Bild in der gleichen Richtung
beobachten. Umgekehrte Handhabungen und Bewegungen werden ausgeführt, um das
Auge für
die Beobachtung eines virtuellen Bildes vom rechten Auge zum linken
Auge zu wechseln.In the first state in 8 (b) is the form converter mechanism to the position of 9 set. When in the state of 9 a force in the direction of an arrow A on the optical unit 28 is exercised, this moves the groove 74 along. In the initial stage of the movement is the pen 72 in the guide groove 73 released, which has the consequence that the reflex mirror 31 not turned. Moving the optical unit 28 causes the pen 72 against the end portion of the guide groove 73 is pressed, and the force coming from the optical unit 28 is exercised, turns the first reflex mirror 31 in the direction of arrow C. The optical unit 28 thus moves to the position in front of the right eye to realize the second state, which in 8 (c) is shown. The reflection direction of the first reflection mirror 31 is changed from "to the left" to "to the right". As discussed in the first embodiment, the user can observe a virtual image in the same direction in both the first state and the second state. Inverse manipulations and movements are performed to switch the eye for the observation of a virtual image from the right eye to the left eye.
Wie
weiter oben erörtert
worden ist, hat die zweite Ausführungsform
die gleichen Wirkungen wie die erste Ausführungsform und vereinfacht
ferner den Verformungsmechanismus der Reflexionseinheit (d.h. den
Formwandlermechanismus), wodurch sich der Aufbau der Umschaltmittel,
um das Auge für
die Beobachtung eines virtuellen Bildes zu wechseln, vereinfacht.
Andererseits benötigt
die weiter oben erörterte
erste Ausführungsform
im Vergleich zu dieser zweiten Ausführungsform in vorteilhafter
Weise die kleinere Anzahl von Reflexspiegeln in der Reflexionseinheit.As
discussed above
has been the second embodiment
the same effects as the first embodiment and simplified
Further, the deformation mechanism of the reflection unit (i.e.
Formwandlermechanismus), whereby the structure of the switching means,
around the eye for
to change the observation of a virtual image, simplified.
On the other hand needed
discussed above
first embodiment
in comparison with this second embodiment in an advantageous
Make the smaller number of reflex mirrors in the reflection unit.
E. Dritte AusführungsformE. Third Embodiment
10(a) ist eine Seitenansicht, die ein Optiksystem
noch eines weiteren HMD als eine dritte Ausführungsform gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt; 10(b) ist eine Vorderansicht,
die einen ersten Zustand zeigt, in dem der Benutzer ein virtuelles Bild
mit dem linken Auge beobachtet, in der dritten Ausführungsform;
und 10(c) ist eine Vorderansicht,
die einen zweiten Zustand zeigt, in dem der Benutzer ein virtuelles
Bild mit dem rechten Auge beobachtet. 10 (a) Fig. 12 is a side view showing an optical system of still another HMD as a third embodiment according to the present invention; 10 (b) Fig. 10 is a front view showing a first state in which the user observes a virtual image with the left eye in the third embodiment; and 10 (c) Fig. 16 is a front view showing a second state in which the user observes a virtual image with the right eye.
Das
in 10(a) bis 10(c) gezeigte
optische System weist den Flüssigkristallbildschirm 2 und
die Hintergrundbeleuchtung 3 auf, die an Positionen angeordnet
sind, die von jenen in dem optischen System der in 8(a) gezeigten zweiten Ausführungsform verschieden sind,
und weist eine andere Reflexionseinheit 80 anstelle der
Reflexionseinheit 70 auf. Wie in 10(b) und 10(c) gezeigt ist, sind der Flüssigkristallbildschirm 2 und
die Hintergrundbeleuchtung 3 in der Nähe der Mittellinie 22 des
Augenabstands angeordnet, um die Normale der bilderzeugenden Oberfläche des
Flüssigkristallbildschirms 2 im
Wesentlichen in horizontaler Richtung verlaufen zu lassen. Die Reflexionseinheit 80 enthält zwei
Reflexspiegel 34 und 35, die in Bezug auf die
Mittellinie 22 symmetrisch angeordnet sind. Die zwei Reflexspiegel 34 und 35 sind
jeweils um den Winkel von ungefähr
45 Grad zur Normalen der Anzeigefläche des Flüssigkristallbildschirms 2 geneigt und
lenken das Bildstrahlenbündel
L1, das im Wesentlichen in horizontaler Richtung von dem Flüssigkristallbildschirm 2 abgestrahlt
wird, senkrecht nach unten ab.This in 10 (a) to 10 (c) The optical system shown has the liquid crystal panel 2 and the backlight 3 located at positions different from those in the optical system of 8 (a) shown second embodiment, and has another reflection unit 80 instead of the reflection unit 70 on. As in 10 (b) and 10 (c) shown are the liquid crystal panel 2 and the backlight 3 near the midline 22 of the eye distance arranged around the normal of the image-forming surface of the liquid crystal panel 2 to extend substantially in the horizontal direction. The reflection unit 80 contains two reflex mirrors 34 and 35 that are in relation to the midline 22 are arranged symmetrically. The two reflex mirrors 34 and 35 are each at the angle of about 45 degrees to the normal of the display area of the liquid crystal panel 2 tilt and deflect the image beam L1 substantially horizontally from the liquid crystal panel 2 is radiated, vertically downwards.
In
der dritten Ausführungsform
werden der Flüssigkristallbildschirm 2 und
die Hintergrundbeleuchtung 3 so gehalten, dass sie als
Ganzes drehbar sind. Ein Drehen des Flüssigkristallbildschirms 2 und
der Hintergrundbeleuchtung 3 wechselt den aktuellen Zustand
zwischen dem ersten Zustand, der in 10(b) gezeigt
ist, und dem zweiten Zustand, der in 10(c) gezeigt
ist. Die Drehachse des Flüssigkristallbildschirms 2 fällt mit
der optischen Achse zusammen, die durch das Zentrum der bilderzeugenden
Oberfläche
des Flüssigkristallbildschirms 2 verläuft. Dies
ermöglicht,
dass die Entfernungen von der bilderzeugenden Oberfläche des
Flüssigkristallbildschirms 2 zu
den zwei Reflexspiegeln 34 und 35 sowohl im ersten
Zustand als auch im zweiten Zustand völlig gleich sind.In the third embodiment, the liquid crystal panel 2 and the backlight 3 held so that they are rotatable as a whole. A turning of the liquid crystal screen 2 and the backlight 3 changes the current state between the first state, the in 10 (b) is shown, and the second state, in 10 (c) is shown. The rotation axis of the liquid crystal screen 2 coincides with the optical axis passing through the center of the image-forming surface of the liquid crystal panel 2 runs. This allows the distances from the image-forming surface of the liquid crystal panel 2 to the two reflex mirrors 34 and 35 are completely the same in both the first state and in the second state.
Wenn
eine Kraft in der Richtung eines Pfeils A auf die Optikeinheit 28 in
dem ersten Zustand von 10(b) ausgeübt wird,
bewegt sich die Optikeinheit 28 eine nicht gezeigte Schiene
entlang, die zwischen der Optikeinheit 28 und der Reflexionseinheit 80 angeordnet
ist. Während
des Ablaufs der Bewegung dreht die Kraft, die von der Optikeinheit 28 ausgeübt wird,
den Flüssigkristallbildschirm 2 und
die Hintergrundbeleuchtung 3 insgesamt in Richtung eines
Pfeils E, so dass der zweite Zustand, der in 10(c) gezeigt
ist, verwirklicht wird. Die Richtung des Bildstrahlenbündels L1,
das von dem Flüssigkristallbildschirm 2 abgestrahlt
wird, ändert
sich nämlich von „nach links" in „nach rechts", und folglich wird
das Bildstrahlenbündel
L1 von dem ersten Reflexspiegel 35 nach unten reflektiert
und tritt in die Optikeinheit 28 ein. Umge kehrte Handhabungen
und Bewegungen werden ausgeführt,
um das Auge für
die Beobachtung eines virtuellen Bildes vom rechten Auge zum linken
Auge zu ändern.When a force in the direction of an arrow A on the optical unit 28 in the first state of 10 (b) is exercised, moves the optical unit 28 along a rail, not shown, between the optical unit 28 and the reflection unit 80 is arranged. During the course of the movement, the force rotating from the optics unit rotates 28 is exercised, the liquid crystal panel 2 and the backlight 3 overall in the direction of an arrow E, leaving the second state in 10 (c) is shown, is realized. The direction of the image beam L1 coming from the liquid crystal panel 2 namely, changes from "to the left" to "to the right", and hence the image beam L1 from the first reflecting mirror 35 reflected down and enters the optical unit 28 one. Inverted manipulations and movements are performed to change the eye for observing a virtual image from the right eye to the left eye.
11 zeigt die Tatsache, dass der Benutzer ein
virtuelles Bild mit der gleichen Orientierung sowohl in dem ersten
Zustand von 10(b) als auch in dem zweiten
Zustand von 10(d) beobachten kann,
und entspricht 7 der ersten Ausführungsform.
Die erste Richtung 61 entspricht der ersten Koordinatenachse
der bilderzeugenden Oberfläche
des Flüssigkristallbildschirms 2,
während
die zweite Richtung 62 der zweiten Koordinatenachse der
bilderzeugenden Oberfläche
entspricht. Wie aus 11(a) und 11(b) klar zu erkennen ist, wird jedes Bild, das
auf dem Flüssigkristallbildschirm 2 erzeugt
wird, zweimal reflektiert und entweder mit dem linken Auge oder
mit dem rechten Auge als ein Bild mit der gleichen Orientierung
beobachtet. Bei diesem Aufbau ist bei dem Wechsel des Auges für die Beobachtung
eines virtuellen Bildes keine elektrische Umschaltoperation bezüglich der
Orientierung des Anzeigebildes erforderlich. 11 shows the fact that the user has a virtual image with the same orientation in both the first state of 10 (b) as well as in the second state of 10 (d) can observe and corresponds 7 the first embodiment. The first direction 61 corresponds to the first coordinate axis of the image-forming surface of the liquid crystal panel 2 while the second direction 62 corresponds to the second coordinate axis of the image-forming surface. How out 11 (a) and 11 (b) clearly recognizable, every image that appears on the liquid crystal screen 2 is generated, reflected twice and observed with either the left eye or the right eye as an image with the same orientation. In this structure, when the eye is changed to observe a virtual image, no electrical switching operation is required with respect to the orientation of the display image.
Wie
weiter oben bei der dritten Ausführungsform
erörtert
worden ist, werden nur die Linse 26 und der Halbspiegel 18 im
Wesentlichen über
den Augenabstand des Benutzers bewegt, um die Richtung der Abstrahlung
des Bildstrahlenbündels
L1 von dem Flüssigkristallbildschirm 2 zu
verändern,
wodurch das Auge für
die Beobachtung eines virtuellen Bildes gewechselt wird. Dies vereinfacht
den Aufbau der Reflexionseinheit. Die Verwirklichung des in der
Reflexionseinheit 80 untergebrachten Flüssigkristallbildschirms 2 verringert
wirksam die Größe der Vorrichtung.As discussed above in the third embodiment, only the lens becomes 26 and the half mirror 18 moved substantially beyond the eye relief of the user to the direction of the radiation of the image beam L1 from the liquid crystal screen 2 which changes the eye for observing a virtual image. This simplifies the structure of the reflection unit. The realization of the in the reflection unit 80 housed liquid crystal screen 2 effectively reduces the size of the device.
F. Vierte AusführungsformF. Fourth Embodiment
12 zeigt
das Aussehen eines weiteren HMD als eine vierte Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Der in 12 gezeigte HMD weist irgendeines
der optischen Systeme auf, die in der ersten bis dritten Ausführungsform erörtert worden
sind. Der Unterschied zu dem HMD der in 4 gezeigten
zweiten Ausführung
ist, dass der HMD der in 12 gezeigten
vierten Ausführungsform
eine teilweise lichtdurchlässige
Siebplatte 37 umfasst, die im Wesentlichen den gleichen
Lichtdurchlassgrad wie der Halbspiegel 18 aufweist und
vor dem Auge angeordnet ist, welches das virtuelle Bild nicht sieht. Die
teilweise lichtdurchlässige
Siebplatte ist abnehmbar an dem Hauptgehäuse 14 angebracht
und kann vor einem der Augen des Benutzers, vor dem linken Auge
oder dem rechten Auge, angeordnet werden. Der Benutzer nimmt die
teilweise lichtdurchlässige Siebplatte 37 von
dem Hauptgehäuse 14 ab
und bewegt die Optikeinheit 17 (oder 28), um das
Auge für die
Beobachtung eines virtuellen Bildes zu wechseln. Die teilweise lichtdurchlässige Siebplatte 37 wird dann
wieder an dem Hauptgehäuse 14 angebracht, derart,
dass sie sich vor dem Auge befindet, das kein virtuelles Bild sieht. 12 shows the appearance of another HMD as a fourth embodiment according to the present invention. The in 12 The HMD shown has any of the optical systems discussed in the first to third embodiments. The difference to the HMD of the 4 the second embodiment shown is that the HMD of in 12 shown fourth embodiment, a partially transparent screen plate 37 which has substantially the same transmittance as the half mirror 18 and located in front of the eye, which does not see the virtual image. The partially translucent screen plate is detachable on the main body 14 attached and can be placed in front of one of the user's eyes, in front of the left eye or right eye. The user takes the partially translucent screen plate 37 from the main body 14 and moves the optical unit 17 (or 28 ) to switch the eye for observing a virtual image. The partially translucent screen plate 37 then gets back to the main body 14 attached so that it is in front of the eye that does not see a virtual image.
Vorzugsweise
ist der Lichtdurchlassgrad der teilweise lichtdurchlässigen Siebplatte 37 so
eingestellt, dass er dem Lichtdurchlassgrad des Halbspiegels 18 im
Wesentlichen gleich ist. Beispielsweise sollte, wie bei der zweiten
Ausführung
erörtert
worden ist, der Helligkeitsunterschied zwischen dem linken und dem
rechten Sehfeld vorzugsweise nicht größer als 30% sein. Ein Einstellen
des Lichtdurchlassgrades der teilweise lichtdurchlässigen Siebplatte 37 in
den Bereich von ungefähr
0,7-mal bis 1,3-mal dem Lichtdurchlassgrad des Halbspiegels 18 ermöglicht,
dass die Helligkeit des Hintergrundbildes, das durch den Halbspiegel 18 beobachtet
wird, im Wesentlichen mit der Helligkeit des Hintergrundbildes, das
durch die teilweise lichtdurchlässige
Siebplatte 37 beobachtet wird, übereinstimmt. Der Benutzer kann
folglich das Hintergrundbild auf natürliche Weise beobachten. Dieser
Aufbau stellt weniger strenge Anforderungen an das Durchlass-/Reflexions-Verhalten
des Halbspiegels 18 als jener der zweiten Ausführung, und
das Einstellen dieses Verhaltens ermöglicht, die Helligkeits beziehung
zwischen dem Anzeigebild und dem Hintergrundbild willkürlich festzulegen.Preferably, the transmittance of the partially transparent screen plate 37 adjusted so that it is the transmittance of the half mirror 18 is essentially the same. For example, as discussed in the second embodiment, the brightness difference between the left and right visual fields should preferably not be greater than 30%. Adjusting the transmittance of the partially transparent screen plate 37 in the range of about 0.7 times to 1.3 times the transmittance of the half mirror 18 allows the brightness of the background image, through the half-mirror 18 is observed, essentially with the brightness of the background image passing through the partially translucent screen plate 37 observed matches. The user can therefore observe the background image in a natural way. This design places less stringent requirements on the transmission / reflection behavior of the half-mirror 18 as that of the second embodiment, and setting this behavior allows the brightness relationship between the on set the picture and the background picture arbitrarily.
G. Dritte AnordnungG. Third order
13(a) ist eine Seitenansicht, die ein optisches
System eines weiteren HMD als eine dritte Anordnung zeigt. Eine
in 13(a) gezeigte Optikeinheit 38 weist
einen polarisierenden Strahlteiler 39 anstelle des Halbspiegels 18 auf,
der in der Optikeinheit 17 der in 3 gezeigten
zweiten Ausführung
enthalten ist, und enthält
ferner eine teilweise lichtdurchlässige Siebplatte 40 mit
Polarisationsselektivität
vor dem polarisierenden Strahlteiler 39. In dieser Beschreibung
bedeutet der Ausdruck „Polarisationsselektivität" die Eigenschaft,
eine spezifisch polarisierte Lichtkomponente hindurchzulassen oder
zu reflektieren. 13 (a) Fig. 12 is a side view showing an optical system of another HMD as a third arrangement. An in 13 (a) shown optical unit 38 has a polarizing beam splitter 39 instead of the half mirror 18 on that in the optics unit 17 the in 3 shown second embodiment, and further includes a partially transparent screen plate 40 with polarization selectivity in front of the polarizing beam splitter 39 , In this specification, the term "polarization selectivity" means the property of transmitting or reflecting a specific polarized light component.
Der
Flüssigkristallbildschirm 2 weist
(nicht gezeigte) polarisierende Platten auf seiner lichtempfangenden
Oberfläche
und seiner lichtabstrahlenden Oberfläche auf. In der dritten Anordnung
ist das Bildstrahlenbündel
L1, das von dem Flüssigkristallbildschirm 2 abgestrahlt
wird, s-polarisiertes Licht, dessen Schwingungsebene senkrecht zu
den lichtempfangenden Oberflächen
des Reflexspiegels 4 und des polarisierenden Strahlteilers 39 ist
(d.h. die Ebene ist parallel zur Blattoberfläche). In den Skizzen von 13 zeigt jeder freie Kreis mit einem schwarzen
Punkt, der in der Nähe
eines Lichtstroms gezeichnet ist, an, dass der Lichtstrom s-polarisiertes Licht
ist. Andererseits zeigt jedes Liniensegment mit zwei Pfeilen an,
dass der Lichtstrom p-polarisiertes Licht ist.The liquid crystal screen 2 has polarizing plates (not shown) on its light-receiving surface and its light-emitting surface. In the third arrangement, the image beam L1 is that of the liquid crystal panel 2 is emitted, s-polarized light whose plane of oscillation perpendicular to the light-receiving surfaces of the reflecting mirror 4 and the polarizing beam splitter 39 is (ie the plane is parallel to the leaf surface). In the sketches of 13 For example, each free circle with a black dot drawn in the vicinity of a luminous flux indicates that the luminous flux is s-polarized light. On the other hand, each line segment with two arrows indicates that the luminous flux is p-polarized light.
Der
polarisierende Strahlteiler 39 weist die Eigenschaft auf,
dass er das s-polarisierte Licht reflektiert, während er das p-polarisierte
Licht, dessen Schwingungsebene senkrecht zu jener des s-polarisierten
Lichts ist, hindurchlässt.
Der polarisierende Strahlteiler 39 ist so groß, dass
er das Sehfeld eines virtuellen Bildes für nur ein Auge des Benutzers
abdeckt. Wie der in 2 gezeigte Spiegel 8 hat
die teilweise lichtdurchlässige
Siebplatte 40 eine solche Größe und Form, dass sie das Sehfeld
virtueller Bilder für
beide Augen des Benutzers abdeckt. Die teilweise lichtdurchlässige Siebplatte 40 besteht
beispielsweise aus einer polarisierenden Platte und verhält sich
so, dass sie selektiv nur das p-polarisierte Licht hindurchlässt.The polarizing beam splitter 39 has the property of reflecting the s-polarized light while transmitting the p-polarized light whose vibration plane is perpendicular to that of the s-polarized light. The polarizing beam splitter 39 is so large that it covers the field of view of a virtual image for only one eye of the user. In again 2 shown mirrors 8th has the partially translucent screen plate 40 such a size and shape that it covers the visual field of virtual images for both eyes of the user. The partially translucent screen plate 40 For example, it consists of a polarizing plate and behaves so as to selectively pass only the p-polarized light.
Wie
in 13(a) gezeigt ist, wird das
von dem Flüssigkristallbildschirm 2 erzeugte
Bild von der Rückseite
aus mittels der Hintergrundbeleuchtung 3 beleuchtet, und
dementsprechend wird das Bildstrahlenbündel L1 s-polarisierten Lichts
abgestrahlt. Nach einer Richtungsänderung des Strahlengangs um
ungefähr
90 Grad durch den Reflexspiegel 4 wird das Bildstrahlenbündel L1
durch die Linse 5 gebrochen. Das Bildstrahlenbündel L1
s-polarisierten Lichts wird von dem polarisierenden Strahlteiler 39 zu fast
100% reflektiert und erzeugt ein Bild im Auge 10 des Benutzers.As in 13 (a) is shown, that of the liquid crystal panel 2 generated image from the back by means of the backlight 3 is illuminated, and accordingly, the image beam L1 s-polarized light is emitted. After a change of direction of the beam path by about 90 degrees through the reflex mirror 4 the image beam L1 is transmitted through the lens 5 Broken. The image beam L1 s-polarized light is received by the polarizing beam splitter 39 reflected to almost 100% and produces an image in the eye 10 the user.
Andererseits
ist das Hintergrundstrahlenbündel
L2 nicht-polarisiertes
Licht, das p-polarisiertes Licht und s-polarisiertes Licht enthält. Die
teilweise lichtdurchlässige
Siebplatte 40 lässt
nur die p-polarisierte Lichtkomponente des Hintergrundstrahlenbündels L2
hindurch, und anschließend
tritt das p-polarisierte Licht in den polarisierenden Strahlteiler 39 ein. Der
polarisierende Strahlteiler 39 weist die Eigenschaft auf,
dass er das p-polarisierte Licht zu fast 100% hindurchlässt und
folglich die p-polarisierte Lichtkomponente des Hintergrundstrahlenbündels L2 ohne
wesentliche Reflexion oder Absorption ausgibt. Es erreichen nämlich fast
100% der p-polarisierten Lichtkomponente des Lichtstrahlenbündels L2
von der Hintergrundansicht das Auge des Benutzers, das ein virtuelles
Bild beobachtet. Als Folge davon treten das Bildstrahlenbündel L1
aus s-polarisiertem Licht und das Hintergrundstrahlenbündel L2
aus p-polarisiertem
Licht gleichzeitig in das Auge ein, das ein virtuelles Bild beobachtet.
Der Benutzer kann folglich ein zusammengesetztes Bild, d.h. eine
Kombination aus dem Anzeigebild mit dem Hintergrundbild, beobachten.On the other hand, the backlight beam L2 is non-polarized light containing p-polarized light and s-polarized light. The partially translucent screen plate 40 leaves only the p-polarized light component of the background beam L2, and then the p-polarized light enters the polarizing beam splitter 39 one. The polarizing beam splitter 39 has the property that it transmits the p-polarized light to almost 100% and thus outputs the p-polarized light component of the backlight beam L2 without substantial reflection or absorption. Namely, almost 100% of the p-polarized light component of the light beam L2 from the background view reaches the user's eye observing a virtual image. As a result, the s-polarized light image beam L1 and the p-polarized light backlight L2 simultaneously enter the eye observing a virtual image. The user can thus observe a composite image, ie a combination of the display image with the background image.
13(b) zeigt den Zustand, in dem die teilweise
lichtdurchlässige
Siebplatte 40 vor dem Auge angeordnet ist, das kein virtuelles
Bild sieht. 13 (b) shows the state in which the partially translucent screen plate 40 placed in front of the eye, which does not see a virtual image.
Diese
Konfiguration ermöglicht,
dass fast 100% der p-polarisierten Lichtkomponente des Lichtstrahls
L2 vom Hintergrund in das Auge eintreten, das kein virtuelles Bild
sieht.These
Configuration allows
that almost 100% of the p-polarized light component of the light beam
L2 enters the eye from the background, not a virtual image
sees.
In
der dritten Anordnung wird der überwiegende
Teil des Bildstrahlenbündels
L1 von dem Flüssigkristallbildschirm 2 durch
den polarisierenden Strahlteiler 39 reflektiert und tritt
in das Auge 10 ein. Dies verbessert die Helligkeit des
Anzeigebildes, das von dem Benutzer beobachtet wird, wesentlich.
Da die Helligkeit des Hintergrundbildes, die in das Auge dringt,
das ein virtuelles Bild sieht, im Wesentlichen mit der Helligkeit
des Hintergrundbildes, die in das Auge dringt, das kein virtuelles
Bild sieht, übereinstimmt,
kann der Benutzer das Hintergrundbild auf natürliche Weise beobachten. Da
die dritte Anordnung ermöglicht,
dass das linke Auge und das rechte Auge des Benutzers die Hintergrundbilder
mit im Wesentlichen der gleichen Helligkeit sehen, wie bei der vierten
Ausführungsform,
ist der Freiheitsgrad bezüglich
der Helligkeit des Anzeigebildes und des Hintergrundbildes in bemerkenswerter
Weise verbessert. Konkreter, das Einstellen des Durchlass-/Reflexions-Verhaltens
der teilweise lichtdurchlässigen Siebplatte 40 ermöglicht,
die Helligkeitsbeziehung zwischen dem Anzeigebild und dem Hintergrundbild willkürlich festzulegen.
Da die teilweise lichtdurchlässige
Siebplatte 40 außerhalb
des polarisierenden Strahlteilers 39 angeordnet und an
dem Hauptgehäuse
befestigt ist, wobei sie eine solche Größe aufweist, dass sie das Sehfeld
eines virtuellen Bildes für
beide Augen des Benutzers abdeckt, wirkt sie sich nicht auf die
Umschaltoperation, um das Auge für
die Beobachtung eines virtuellen Bildes zu wechseln, aus.In the third arrangement, the main part of the image beam L1 becomes the liquid crystal panel 2 through the polarizing beam splitter 39 reflects and enters the eye 10 one. This significantly improves the brightness of the display image observed by the user. Since the brightness of the background image that penetrates the eye that sees a virtual image substantially matches the brightness of the background image that penetrates the eye that does not see a virtual image, the user can naturally observe the background image. Since the third arrangement allows the left eye and the right eye of the user to see the background images with substantially the same brightness as in the fourth embodiment, the degree of freedom in brightness of the display image and the background image is remarkably improved. More specifically, adjusting the transmission / reflection performance of the partially transparent screen plate 40 allows the brightness relationship between the display image and the background image arbitrarily set. As the partially translucent screen plate 40 outside the polarizing beam splitter 39 arranged and fixed to the main body, having such a size as to cover the visual field of a virtual image for both eyes of the user, it does not affect the switching operation to change the eye for observing a virtual image ,
Der
polarisierende Strahlenteiler 39 und die teilweise lichtdurchlässige Siebplatte 40 der
dritten Anordnung sind nicht auf die Verwirklichung des optischen
Systems, die bei der zweiten Ausführung erörtert worden ist, beschränkt, sondern
sind auch auf die weiteren Ausführungen
des optischen Systems anwendbar, die in der ersten bis dritten Ausführungsform
erörtert
worden sind.The polarizing beam splitter 39 and the partially translucent screen plate 40 The third arrangement is not limited to the realization of the optical system discussed in the second embodiment, but is also applicable to the other embodiments of the optical system discussed in the first to third embodiments.
Wie
aus der Erörterung
der dritten Anordnung klar zu erkennen ist, können die Bildkombinationsmittel,
die das Bildstrahlenbündel
L1 mit dem Hintergrundstrahlenbündel
L2 kombinieren, durch eine Vielfalt von halbdurchlässigen Spiegeln,
wie etwa einen Halbspiegel, und einen polarisierenden Strahlteiler
verwirklicht sein. Die halbdurchlässigen Spiegel schließen hier
nicht nur jene mit einer Polarisationsselektivität wie etwa einen polarisierten
Strahlteiler ein, sondern auch jene ohne Polarisationsselektivität, wie etwa
einen Halbspiegel.As
from the discussion
of the third arrangement, the image combining means,
the image bundle
L1 with the background beam
L2 combine, through a variety of semitransparent mirrors,
such as a half-mirror, and a polarizing beam splitter
be realized. The semitransparent mirrors close here
not just those with a polarization selectivity such as a polarized one
Beam splitter, but also those without polarization selectivity, such as
a half mirror.
Die
teilweise lichtdurchlässige
Siebplatte, die vor dem Auge angeordnet ist, das kein virtuelles
Bild sieht, kann ein teildurchlässiges
Element mit Polarisationsselektivität oder ein teildurchlässiges Element ohne
Polarisationsselektivität
sein.The
partially translucent
Sieve plate, which is arranged in front of the eye, that no virtual
Picture can look a bit pervious
Element with polarization selectivity or a semipermeable element without
polarization selectivity
be.
Die
Bildkombinationsmittel, die in der dritten Anordnung benutzt werden,
umfassen den polarisierenden Strahlteiler, der ermöglicht,
dass das Bildstrahlenbündel
L1 in das Auge des Benutzers eintritt, ohne dass die Lichtmenge
wesentlich vermindert wird. Da die polarisierende Platte, die eine
solche Größe hat,
dass sie das Sehfeld eines virtuellen Bildes für beide Augen abdeckt, als
teilweise lichtdurchlässige
Siebplatte benutzt wird, kann der Benutzer das Hintergrundbild unabhängig davon,
welches Auge für
die Beo bachtung eines virtuellen Bildes ausgewählt ist, gut im Einklang mit
dem Anzeigebild beobachten.The
Image combining means used in the third arrangement
include the polarizing beam splitter that allows
that the image beam
L1 enters the user's eye without the amount of light
is significantly reduced. Because the polarizing plate, the one
has such size,
that it covers the field of view of a virtual image for both eyes, as
partially translucent
Screen plate is used, the user can change the background image regardless of
which eye for
the viewing of a virtual image is selected to be in good harmony with
watch the display image.
H. Vierte AnordnungH. Fourth arrangement
14 veranschaulicht
den Aufbau eines optischen Systems noch eines weiteren HMD als eine
vierte Anordnung. Eine Optikeinheit 90 umfasst den Flüssigkristallbildschirm 2,
die Hintergrundbeleuchtung 3, den Halbspiegel 18,
einen konkaven Halbspiegel 92 und ein Gehäuse 94,
worin diese Komponenten untergebracht sind. Der konkave Halbspiegel 92 ist
so angeordnet, dass er dem Benutzer jenseits des ebenen Halbspiegels 18 gegenüberliegt.
Der konkave Halbspiegel 92 wird anstelle der Linse als
vergrößernde optische
Mittel benutzt. Der Mechanismus, um das optische System in dieser Ausführungsform
zu bewegen, kann dem Mechanismus in der zweiten Ausführung oder
jenem in der dritten Anordnung völlig
gleich sein und wird folglich hier nicht speziell beschrieben. 14 Fig. 10 illustrates the structure of an optical system of still another HMD as a fourth arrangement. An optical unit 90 includes the liquid crystal screen 2 , the backlight 3 , the half mirror 18 , a concave half mirror 92 and a housing 94 in which these components are housed. The concave half mirror 92 is arranged so that it the user beyond the level half mirror 18 opposite. The concave half mirror 92 is used instead of the lens as magnifying optical means. The mechanism for moving the optical system in this embodiment may be the same as the mechanism in the second embodiment or that in the third arrangement, and hence will not be specifically described here.
Der
Flüssigkristallbildschirm 2 ist
mit der Vorderseite nach unten über
dem ebenen Halbspiegel 18 angeordnet. Ein Teil des von
dem Flüssigkristallbildschirm 2 abgestrahlten
Bildstrahlenbündels
L1 wird von dem ebenen Halbspiegel 18 so reflektiert, dass
er in Richtung des konkaven Halbspiegels 92 abgelenkt wird.
Das Bildstrahlenbündel
L1 wird dann von der inneren Oberfläche des konkaven Halbspiegels 92 reflektiert
und durchquert den ebenen Halbspiegel 18, um in das Auge 10 des
Benutzers einzutreten. Da die innere Oberfläche des konkaven Halbspiegels
eine Höhlung
bildet, wird das von dem Bildstrahlenbündel L1, das von der Höhlung reflektiert wird,
repräsentierte
Bild als ein virtuelles Bild vergrößert, das beobachtet wird.The liquid crystal screen 2 is face down over the flat half mirror 18 arranged. Part of the from the liquid crystal screen 2 emitted image beam L1 is from the plane half mirror 18 reflected so that it is in the direction of the concave half mirror 92 is distracted. The image beam L1 is then emitted from the inner surface of the concave half mirror 92 reflects and crosses the plane half mirror 18 to get into the eye 10 of the user. Since the inner surface of the concave half mirror forms a concavity, the image represented by the image beam L1 reflected from the concavity is magnified as a virtual image which is observed.
Andererseits
durchquert ein Teil des Hintergrundstrahlenbündels L2 den konkaven Halbspiegel 92 und
den ebenen Halbspiegel 18, um in das Auge 10 des
Benutzers einzutreten. Der konkave Halbspiegel 92 hat eine
gleichmäßige Dicke
und überträgt folglich
den überwiegenden
Teil des Lichtstrahlenbündels
L2 vom Hintergrund ohne Brechung. Der Benutzer kann folglich das
intakte Hintergrundbild mit dem vergrößerten virtuellen Bild des
Anzeigebildes, das auf dem Flüssigkristallbildschirm 2 angezeigt wird,
beobachten.On the other hand, a part of the backlight beam L2 passes through the concave half mirror 92 and the flat half mirror 18 to get into the eye 10 of the user. The concave half mirror 92 has a uniform thickness and thus transmits most of the light beam L2 from the background without refraction. The user can thus view the intact background image with the enlarged virtual image of the display image displayed on the liquid crystal display screen 2 is displayed, watch.
Die
vierte Anordnung hat keinerlei Linsen zwischen dem Flüssigkristallbildschirm 2 und
dem ebenen Halbspiegel 18, wodurch der Abstand zwischen
dem Flüssigkristallbildschirm 2 und
dem ebenen Halbspiegel 18 verringert werden kann.The fourth arrangement has no lenses between the liquid crystal panel 2 and the flat half mirror 18 , reducing the distance between the liquid crystal screen 2 and the flat half mirror 18 can be reduced.
Diese
Konfiguration verringert auf wirksame Weise die Größe des gesamten
optischen Systems. Außerdem
vermindert die Verwendung des Konkavspiegels anstelle der Linse
die Abbildungsfehler.These
Configuration effectively reduces the size of the whole
optical system. Furthermore
reduces the use of the concave mirror instead of the lens
the aberrations.
I. Fünfte AnordnungI. Fifth arrangement
15 veranschaulicht
den Aufbau eines optischen Systems eines weiteren HMD als eine fünfte Anordnung.
Eine Optikeinheit 95 hat den konkaven Halbspiegel 92 an
einer Position angeordnet, die von jener in der achten Ausführungsform,
die in 14 gezeigt ist, verschieden
ist, und enthält
ferner eine teilweise lichtdurchlässige Siebplatte 96.
Der konkave Halbspiegel 92 ist so angeordnet, dass er dem Flüssigkristallbildschirm 2 jenseits
des ebenen Halbspiegels 18 gegenüberliegt. Die teilweise lichtdurchlässige Siebplatte 96 ist
so angeordnet, dass sie dem Benutzer jenseits des ebenen Halbspiegels 18 gegenüberliegt. 15 Fig. 10 illustrates the structure of an optical system of another HMD as a fifth arrangement. An optical unit 95 has the concave half mirror 92 disposed at a position different from that in the eighth embodiment shown in FIG 14 is shown, is different, and further includes a partially transparent screen plate 96 , The concave half mirror 92 is arranged so that it is the liquid crystal screen 2 beyond the level half mirror 18 opposite. The partially light through casual screen plate 96 is arranged so that it the user beyond the level half mirror 18 opposite.
Ein
Teil des Bildstrahlenbündels
L1, das von dem Flüssigkristallbildschirm 2 abgestrahlt
wird, durchquert den ebenen Halbspiegel 18, wird von der inneren
Oberfläche
des konkaven Halbspiegels 92 reflektiert und von dem ebenen
Halbspiegel 18 erneut reflektiert, um in das Auge 10 des
Benutzers einzutreten. Der konkave Halbspiegel 92 hat wie
in der achten Ausführungsform,
die in 14 gezeigt ist, die Funktion
vergrößernder
optischer Mittel.A part of the image beam L1 coming from the liquid crystal panel 2 is radiated, passes through the flat half mirror 18 , is from the inner surface of the concave half mirror 92 reflected and from the plane half mirror 18 reflected again to the eye 10 of the user. The concave half mirror 92 has, as in the eighth embodiment, the in 14 is shown, the function of magnifying optical means.
Andererseits
durchquert ein Teil des Hintergrundstrahlenbündels L2 die teilweise lichtdurchlässige Siebplatte 96 und
den ebenen Halbspiegel 18, um in das Auge 10 des
Benutzers einzutreten.On the other hand, a part of the backlight beam L2 traverses the partially transparent screen plate 96 and the flat half mirror 18 to get into the eye 10 of the user.
Wie
die vierte Anordnung, die in 14 gezeigt
ist, weist die fünfte
Anordnung die Vorteile auf, dass die Größe des gesamten optischen Systems verringert
wird und die Abbildungsfehler vermindert werden. Ein zusätzlicher
Vorteil der fünften
Anordnung ist, dass durch das Einstellen des Lichtdurchlassgrades
der teilweise lichtdurchlässigen
Siebplatte 96 die Helligkeit des Hintergrundbildes gesteuert werden
kann. Beispielsweise verbessert ein Einstellen des Lichtdurchlassgrades
der teilweise lichtdurchlässigen
Siebplatte 96 auf einen verhältnismäßig hohen Wert die Helligkeit
des Hintergrundbildes.Like the fourth arrangement, the in 14 is shown, the fifth arrangement has the advantages that the size of the entire optical system is reduced and the aberrations are reduced. An additional advantage of the fifth arrangement is that by adjusting the transmittance of the partially transparent screen plate 96 the brightness of the background image can be controlled. For example, adjusting the transmittance of the partially transparent screen plate improves 96 to a relatively high value the brightness of the background image.
Die
teilweise lichtdurchlässige
Siebplatte 96 schirmt einen Teil des Hintergrundstrahlenbündels L2 ab,
was dementsprechend den Anteil des Hintergrundstrahlenbündels L2,
der von dem Halbspiegel 18 reflektiert wird, um zu dem
Flüssigkristallbildschirm 2 zu
gelangen, verringert. Dadurch wird das Blendlicht an der Oberfläche des
Flüssigkristallbildschirms 2 vermindert.The partially translucent screen plate 96 shields a part of the background beam L2, which accordingly the proportion of the background beam L2, that of the half mirror 18 is reflected to the liquid crystal screen 2 to get, reduced. This causes the glare on the surface of the liquid crystal panel 2 reduced.
Anstelle
des konkaven Halbspiegels 92 könnte ein Konkavspiegel verwendet
werden. Der Konkavspiegel weist ein höheres Reflexionsvermögen als
der konkave Halbspiegel auf und verbessert folglich die Helligkeit
des mit dem Auge 10 beobachteten Anzeigebildes.Instead of the concave half mirror 92 a concave mirror could be used. The concave mirror has a higher reflectance than the concave half mirror and thus improves the brightness of the eye 10 observed display image.
J. Sechste AnordnungJ. Sixth order
16(a) veranschaulicht den Aufbau eines optischen
Systems noch eines weiteren HMD als eine sechste Anordnung. Eine
Optikeinheit 97 enthält den
Flüssigkristallbildschirm 2,
die Hintergrundbeleuchtung 3, den Halbspiegel 18,
ein vergrößerndes optisches
System 98 vom Typ mit interner Reflexion und ein Gehäuse 99,
worin diese Komponenten untergebracht sind. 16 (a) Fig. 11 illustrates the structure of an optical system of still another HMD as a sixth arrangement. An optical unit 97 contains the liquid crystal screen 2 , the backlight 3 , the half mirror 18 , a magnifying optical system 98 of the type with internal reflection and a housing 99 in which these components are housed.
Das
vergrößernde optische
System 98 vom Typ mit interner Reflexion ist zwischen den
Halbspiegel 18 und den Benutzer eingefügt. Ein Teil des von dem Flüssigkristallbildschirm 2 abgestrahlten
Bildstrahlenbündels
L1 wird von dem Halbspiegel 18 in Richtung des Benutzers
reflektiert und tritt in das vergrößernde optische System 98 vom
Typ mit interner Reflexion ein.The magnifying optical system 98 of the type with internal reflection is between the half mirror 18 and the user inserted. Part of the from the liquid crystal screen 2 emitted image beam L1 is from the half mirror 18 reflected in the direction of the user and enters the magnifying optical system 98 of the type with internal reflection.
Das
vergrößernde optische
System 98 vom Typ mit interner Reflexion wird im Allgemeinen
als „Pancake
Window" (engl.)
bezeichnet, wobei es die Funktion hat, ein Bild durch wiederholte
interne Reflexion von Licht optisch zu vergrößern. Der Aufbau und die Funktion
des vergrößernden
optischen Systems 98 vom Typ mit interner Reflexion sind
in dem US-Abänderungspatent
Nr. 27,356 beschrieben.The magnifying optical system 98 The internal reflection type is generally referred to as a "pancake window", which has the function of optically magnifying an image by repeated internal reflection of light, the structure and function of the magnifying optical system 98 internal reflection type are described in U.S. Reissue Patent No. 27,356.
16(b) ist eine auseinander genommene Perspektivansicht,
die das in dem US-Abänderungspatent
Nr. 27,356 beschriebene vergrößernde optische
System vom Typ mit interner Reflexion zeigt. Das vergrößernde optische
System 98 vom Typ mit interner Reflexion enthält einen
konkaven Halbspiegel 100, eine erste λ/4-Platte 102, einen
ebenen Halbspiegel 104, eine zweite λ/4-Platte 106 und eine polarisierende
Platte 108, die in dieser Reihenfolge übereinander liegen. Wie aus 16(a) klar zu erkennen ist, sind die Abstände zwischen
den jeweiligen optischen Elementen in dem vergrößernden optischen System 98 vom
Typ mit interner Reflexion in 16(b) übertrieben,
um den Strahlengang klarzustellen. 16 (b) Fig. 10 is a disassembled perspective view showing the internal reflection type magnifying optical system described in US Reissue Patent No. 27,356. The magnifying optical system 98 of the internal reflection type contains a concave half mirror 100 , a first λ / 4 plate 102 , a level half mirror 104 , a second λ / 4 plate 106 and a polarizing plate 108 which are superimposed in this order. How out 16 (a) it can be clearly seen, the distances between the respective optical elements in the magnifying optical system 98 of type with internal reflection in 16 (b) exaggerated to clarify the beam path.
Das
von dem ebenen Halbspiegel 18 reflektierte Bildstrahlenbündel L1
gelangt in den konkaven Halbspiegel 100. In der Skizze
von 16(b) gibt das Liniensegment
mit zwei Pfeilen die Schwingungsrichtung des Schwingungsvektors
des linear polarisierten Lichts an und die Spirale gibt die Drehrichtung
des Schwingungsvektors des zirkular polarisierten Lichts an.That from the flat half mirror 18 reflected image beams L1 enters the concave half mirror 100 , In the sketch of 16 (b) the line segment with two arrows indicates the vibration direction of the vibration vector of the linearly polarized light, and the spiral indicates the rotational direction of the vibration vector of the circularly polarized light.
Da
eine polarisierende Platte an der lichtabstrahlenden Oberfläche des
Flüssigkristallbildschirms 2 angeordnet
ist, ist das Bildstrahlenbündel L1,
das in den konkaven Halbspiegel 100 eintritt, linear polarisiertes
Licht. Das Bildstrahlenbündel
L1 durchquert den konkaven Halbspiegel 100 und wird von
der ersten λ/4-Platte 102 in
zirkular polarisiertes Licht überführt. Das
Bildstrahlenbündel
L1 aus zirkular polarisiertem Licht wird in einen ersten Lichtstrom L1a,
der den ebenen Halbspiegel 104 durchquert, und einen zweiten
Lichtstrom L1b, der von dem ebenen Halbspiegel 104 reflektiert
wird, geteilt. Der erste Lichtstrom L1a wird von der zweiten λ/4-Platte 106 in linear
polarisiertes Licht überführt. Die
Schwingungsrichtung des Schwingungsvektors dieses linear polarisierten
Lichts ist senkrecht zu der Schwingungsrichtung des ursprünglichen
Bildstrahlenbündels
L1. Der erste Lichtstrom L1a, der von der zweiten λ/4-Platte 106 ausgegeben
wird, wird durch die polarisierende Platte 108 abgeschirmt
und erreicht nicht das Auge 10 des Benutzers. Die polarisierende
Platte 108 lässt selektiv
das linear polarisierte Licht hindurch, dessen Schwingungsrichtung
zu jener des Bildstrahlenbündels
L1, das in den konkaven Halbspiegel 100 eintritt, völlig gleich
ist, während
das linear polarisierte Licht, dessen Schwingungsrichtung senkrecht
zu jener des Bildstrahlenbündels
L1 ist, abgeschirmt wird.Since a polarizing plate on the light-emitting surface of the liquid crystal panel 2 is disposed, the image beam L1, which is in the concave half mirror 100 enters, linearly polarized light. The image beam L1 passes through the concave half mirror 100 and is from the first λ / 4 plate 102 converted into circularly polarized light. The image beam L1 of circularly polarized light is converted into a first luminous flux L1a, which is the plane half mirror 104 traverses, and a second luminous flux L1b, of the plane half mirror 104 reflected, shared. The first luminous flux L1a is from the second λ / 4 plate 106 converted into linearly polarized light. The vibration direction of the vibration vector of this linearly polarized light is perpendicular to the vibration direction of the original image beam L1. The first luminous flux L1a, that of the second λ / 4 plate 106 is issued by the polarizing plate 108 shielded and does not reach the eye 10 the user. The polarizing plate 108 selectively passes the linearly polarized light whose direction of oscillation to that of the image beam L1, that in the concave half mirror 100 is completely equal, while the linearly polarized light whose vibration direction is perpendicular to that of the image beam L1 is shielded.
Andererseits
durchläuft
der zweite Lichtstrom L1b, nachdem er von dem ebenen Halbspiegel 104 reflektiert
worden ist, erneut die erste λ/4-Platte 102,
um in linear polarisiertes Licht überführt zu werden, und wird von
der inneren Oberfläche
des konkaven Halbspiegels 100 reflektiert. Die Schwingungsrichtung
des Schwingungsvektors des zweiten Lichtstroms L1b ist senkrecht
zur Schwingungsrichtung des Bildstrahlenbündels L1, das von außen in den konkaven
Halbspiegel 100 gelangt. Der zweite Lichtstrom L1b erfährt eine
Brechung, wenn er von dem konkaven Halbspiegel 100 reflektiert
wird. Dadurch wird das Anzeigebild vergrößert, so dass ein vergrößertes virtuelles
Bild erhalten wird.On the other hand, after passing from the plane half mirror, the second luminous flux L1b passes through 104 has been reflected, again the first λ / 4 plate 102 to be converted into linearly polarized light, and becomes from the inner surface of the concave half mirror 100 reflected. The vibration direction of the vibration vector of the second luminous flux L1b is perpendicular to the vibration direction of the image beam L1, that of the outside into the concave half mirror 100 arrives. The second luminous flux L1b undergoes refraction when coming from the concave half mirror 100 is reflected. Thereby, the display image is enlarged so that an enlarged virtual image is obtained.
Der
von der inneren Oberfläche
des konkaven Halbspiegels 100 reflektierte zweite Lichtstrom L1b
wird mittels der ersten λ/4-Platte 102 erneut
in zirkular polarisiertes Licht überführt und
tritt in den ebenen Halbspiegel 104 ein. Der den ebenen
Halbspiegel 104 durchquerende zweite Lichtstrom L1b wird
mittels der zweiten λ/4-Platte 106 in
linear polarisiertes Licht überführt. Der
zweite Lichtstrom L1b, der durch die zweite λ/4-Platte 106 hindurchgeht, durchquert
die polarisierende Platte 108 und erreicht das Auge 10 des
Benutzers. Da der zweite Lichtstrom L1b ein vergrößertes virtuelles
Bild erzeugt, wenn er von der inneren Oberfläche des konkaven Halbspiegels 100 reflektiert
wird, kann der Benutzer das vergrößerte virtuelle Bild beobachten.The from the inner surface of the concave half mirror 100 reflected second luminous flux L1b is by means of the first λ / 4 plate 102 again transferred into circularly polarized light and enters the plane half mirror 104 one. The plane half mirror 104 traversing second luminous flux L1b is by means of the second λ / 4 plate 106 converted into linearly polarized light. The second luminous flux L1b passing through the second λ / 4 plate 106 passes through, passes through the polarizing plate 108 and reaches the eye 10 the user. Since the second luminous flux L1b generates an enlarged virtual image when viewed from the inner surface of the concave half mirror 100 is reflected, the user can observe the magnified virtual image.
Neben
dem zweiten Lichtstrom L1b, der in 16(b) gezeigt
ist, gibt es Lichtströme,
die eine größere Anzahl
von internen Reflexionen wiederholen, bevor sie in das Auge des
Benutzers eintreten. Solche weiteren Lichtströme weisen jedoch auf Grund
des Verlustes, hauptsächlich
in den Halbspiegeln 100 und 104, eine wesentlich
geringere Lichtmenge als der zweite Lichtstrom L1b auf. Die Wirkungen
dieser weiteren Lichtströme,
die in das Auge des Benutzers gelangen, sind folglich unerheblich.In addition to the second luminous flux L1b, the in 16 (b) As shown, there are light fluxes that repeat a greater number of internal reflections before entering the user's eye. However, such further luminous fluxes are due to the loss, mainly in the half-mirrors 100 and 104 , a much smaller amount of light than the second luminous flux L1b. The effects of these further luminous fluxes entering the user's eye are therefore irrelevant.
Das
Hintergrundstrahlenbündel
L2 enthält zufällig polarisierte
Lichtkomponenten, wobei die polarisierte Lichtkomponente des Hintergrundstrahlenbündels L2,
die das Bildstrahlenbündel
L1 kreuzt, die jeweiligen optischen Elemente in dem vergrößernden optischen
System 98 vom Typ mit inter ner Reflexion durchquert und
das Auge 10 des Benutzers erreicht. Der Benutzer beobachtet
folglich das intakte Hintergrundbild, das nicht der Vergrößerung zu
einem vergrößerten virtuellen
Bild unterworfen ist. Ein Teil des Hintergrundstrahlenbündels L2
folgt einem Lichtweg, der dem in 16(b) gezeigten
Lichtweg des ersten Lichtstroms L1b völlig gleich ist, und erzeugt
ein Bild in der Nähe
des Auges 10. Da die Lichtquelle des Hintergrundstrahlenbündels L2
im Allgemeinen weit von dem Brennpunkt des konkaven Halbspiegels 100 entfernt
ist, befindet sich jedoch der Ort der Bildentstehung näher an dem
Auge als der Nahpunkt des Auges (d.h. der nächstgelegene Ort, an dem die
Augen ein Objekt im Brennpunkt sehen können). Der Benutzer nimmt folglich
das vergrößerte virtuelle
Bild der Hintergrundansicht nicht wahr.The background beam L2 contains randomly polarized light components, the polarized light component of the background beam L2 crossing the image beam L1, the respective optical elements in the magnifying optical system 98 traverses the type with internal reflection and the eye 10 reached by the user. The user thus observes the intact background image which is not subject to enlargement to an enlarged virtual image. A part of the background light beam L2 follows a light path corresponding to that in 16 (b) shown light path of the first luminous flux L1b is identical, and generates an image near the eye 10 , Since the light source of the background beam L2 is generally far from the focal point of the concave half mirror 100 is removed, however, the location of the image formation is closer to the eye than the near point of the eye (ie, the closest place where the eyes can see an object in focus). The user thus does not perceive the enlarged virtual image of the background view.
Wenn
ein anderer Typ eines bildanzeigenden Mittels, das ein Lichtstrahlenbündel abstrahlt, das
nicht linear polarisiertes Licht ist, anstelle des Flüssigkristallbildschirms 2 benutzt
wird, kann eine polarisierende Platte auf der Licht empfangenden Oberfläche des
in 16(b) gezeigten konkaven Halbspiegels 100 angeordnet
sein.When another type of image display means emitting a light beam which is non-linearly polarized light is used instead of the liquid crystal panel 2 A polarizing plate can be used on the light receiving surface of the 16 (b) shown concave half mirror 100 be arranged.
Wie
die vierte und die fünfte
Anordnung verringert die sechste Anordnung wirksam die Größe des gesamten
optischen Systems und vermindert die Abbildungsfehler.As
the fourth and the fifth
Arrangement, the sixth arrangement effectively reduces the size of the entire
optical system and reduces the aberrations.
In
den vierten bis sechsten Anordnungen mit dem Konkavspiegel kann
der ebene Halbspiegel 18 eine Größe haben, die das Sehfeld der
virtuellen Bilder für
beide Augen abdeckt. Ferner ist eine beliebige der in der ersten
und zweiten Ausführung
und in der ersten bis dritten Ausführungsform erörterten
Strukturen auf die Umschaltmittel, um das Auge für die Beobachtung eines virtuellen
Bildes zu wechseln, in den vierten bis sechsten Anordnung anwendbar.In the fourth to sixth arrangements with the concave mirror, the plane half mirror can 18 have a size that covers the visual field of the virtual images for both eyes. Further, any of the structures discussed in the first and second embodiments and in the first to third embodiments is applicable to the switching means for changing the eye for observation of a virtual image in the fourth to sixth arrangements.
K. Siebte AnordnungK. Seventh arrangement
17(a) veranschaulicht den Aufbau eines optischen
Systems eines weiteren HMD als eine siebte Anordnung. Ein optisches
System 109 umfasst zusätzlich
zu der Optikeinheit 90 der in 14 gezeigten
vierten Anordnung die nachstehend beschriebenen Elemente. Eine teilweise
lichtdurchlässige
Siebplatte 110 ist vor dem konkaven Halbspiegel 92 angeordnet.
Das obere Ende der teilweise lichtdurchlässigen Siebplatte 110 ist
mit einer ersten Zahnstange 112 verbunden, während das
obere Ende des Gehäuses 94 der
Optikeinheit mit einer zweiten Zahnstange 114 verbunden
ist. Das in 14 gezeigte Lager 12 entfällt bei
dem Optiksystem 109 von 17. 17 (a) Fig. 12 illustrates the structure of an optical system of another HMD as a seventh arrangement. An optical system 109 includes in addition to the optical unit 90 the in 14 shown fourth arrangement, the elements described below. A partially translucent screen plate 110 is in front of the concave half mirror 92 arranged. The upper end of the partially translucent screen plate 110 is with a first rack 112 connected while the top of the case 94 the optical unit with a second rack 114 connected is. This in 14 shown bearings 12 omitted in the optical system 109 from 17 ,
17(b) ist eine zweidimensionale Ansicht, die dieses
Optiksystem 109 zeigt. In den einander gegenüberliegenden
Oberflächen
der zwei Zahnstangen 112 und 114 sind Zähne ausgebildet.
Zwischen die zwei Zahnstangen 112 und 114 ist
ein Ritzel 116 eingefügt,
und die Zähne
des Ritzels 116 gelangen mit den Zähnen der beiden Zahnstangen 112 und 114 in
Eingriff. Wie 17(a) zeigt, ist über dem Ritzel 116 ein
Knopf 118 angeordnet, der ermöglicht, das Ritzel 116 zu
drehen. 17 (b) is a two-dimensional view of this optical system 109 shows. In the opposite surfaces of the two racks 112 and 114 are formed teeth. Between the two racks 112 and 114 is a rite zel 116 inserted, and the teeth of the pinion 116 arrive with the teeth of the two racks 112 and 114 engaged. As 17 (a) shows is over the pinion 116 a button 118 arranged, which allows the pinion 116 to turn.
In
dieser siebten Anordnung können
das Hauptgehäuse 14 und
die Halterung 16, die in 12 gezeigt
sind, benutzt werden. Die zwei Zahnstangen 112 und 114 sind
gleitend beweglich, wobei sie von nicht dargestellten Nuten geführt werden,
die in dem Hauptgehäuse 14 ausgebildet
sind. Wie in 17(b) gezeigt ist, sind die
zwei Zahnstangen 112 und 114 biegsam und verlaufen
entlang der Nuten des Hauptgehäuses 14,
wobei sie gekrümmt
sind.In this seventh arrangement, the main body 14 and the holder 16 , in the 12 shown are used. The two racks 112 and 114 are slidably movable, being guided by grooves, not shown, in the main housing 14 are formed. As in 17 (b) shown are the two racks 112 and 114 flexible and run along the grooves of the main housing 14 where they are curved.
Das
Ritzel 116 wird von dem Hauptgehäuse 14 so gehalten,
das ein Laufen des Ritzels 116 möglich ist. Wenn der Anwender
an dem Knopf 118 dreht, bewegen sich die zwei Zahnstangen 112 und 114 bei einer
Drehbewegung des Ritzels 116 in entgegengesetzte Richtungen.
Wie nun wieder aus 17(b) ersichtlich
ist, sind die Optikeinheit 109 und die teilweise lichtdurchlässige Siebplatte 110 so
angeordnet, dass sie in Bezug auf eine Mittellinie 120 im
Wesentlichen symmetrisch sind. Die Bewegungen der zwei Zahnstangen 112 und 114 verlagern
folglich die Optikeinheit 109 und die teilweise lichtdurchlässige Platte 110 in
entgegengesetzte Richtungen, während die
im Wesentlichen symmetrische Beziehung aufrechterhalten wird. Der
Benutzer kann durch Betätigen
des Knopfes 118 die Optikeinheit 109 und die teilweise
lichtdurchlässige
Siebplatte 110 auf geeignete Positionen einstellen, die
seinem Augenabstand entsprechen. Da sich die zwei Zahnstangen 112 und 114 bewegen,
ohne sich gegenseitig zu stören,
können
die horizontalen Positionen der Optikeinheit 109 und der
teilweise lichtdurchlässigen
Siebplatte 110 durch das Betätigen des Knopfes 118 getauscht
werden.The pinion 116 is from the main body 14 so kept that running a pinion 116 is possible. When the user clicks on the button 118 turns, the two racks move 112 and 114 during a rotary movement of the pinion 116 in opposite directions. Like now again 17 (b) can be seen, are the optical unit 109 and the partially translucent screen plate 110 arranged so that they are in relation to a center line 120 are substantially symmetrical. The movements of the two racks 112 and 114 thus shift the optical unit 109 and the partially translucent plate 110 in opposite directions while maintaining the substantially symmetrical relationship. The user can press the button 118 the optical unit 109 and the partially translucent screen plate 110 set to suitable positions that correspond to his eye relief. Because the two racks 112 and 114 Move without disturbing each other, the horizontal positions of the optical unit 109 and the partially translucent screen plate 110 by pressing the button 118 it will be exchanged.
Wie
weiter oben erörtert
wurde, weist die siebte Anordnung den Mechanismus zur Verlagerung der
Optikeinheit 109 und der teilweise lichtdurchlässigen Siebplatte 110 in
entgegengesetzte Richtungen, während
die im Wesentlichen symmetrische Beziehung dieser beibehalten wird,
auf. Folglich erfordert dieser Aufbau keinen Arbeitsgang zum Abnehmen
der teilweise lichtdurchlässigen
Siebplatte 110 bei einem Wechsel des Auges für die Beobachtung eines
virtuellen Bildes. Außerdem
vereinfacht dieser Aufbau auf vorteilhafte Weise die Positionseinstellung
entsprechend dem Augenabstand des Benutzers. Dieser Verlagerungsmechanismus
ist nicht nur in dem Fall anwendbar, in dem der konkave Halbspiegel
als das vergrößernde optische
System benutzt wird, sondern auch in dem Fall, in dem die Linse als
das vergrößernde optische
System (beispielsweise die zweite Anordnung, die in 3 und 4 gezeigt
ist) benutzt wird. Selbst wenn das optische System nicht die teilweise
lichtdurchlässige
Siebplatte 110 umfasst, ist der in 17 gezeigte
Verlagerungsmechanismus als Umschaltmittel verwendbar, um die Optikeinheit
in der horizontalen Richtung zu verlagern und das Auge für die Beobachtung
eines virtuellen Bildes zu wechseln.As discussed above, the seventh arrangement has the mechanism for displacing the optical unit 109 and the partially translucent screen plate 110 in opposite directions while maintaining the substantially symmetrical relationship thereof. Consequently, this structure requires no operation for removing the partially transparent screen plate 110 when changing the eye for the observation of a virtual image. In addition, this structure advantageously facilitates the position adjustment according to the eye relief of the user. This displacement mechanism is applicable not only in the case where the concave half mirror is used as the magnifying optical system, but also in the case where the lens is used as the magnifying optical system (for example, the second arrangement shown in FIG 3 and 4 shown) is used. Even if the optical system is not the partially translucent screen plate 110 includes, is in 17 shown displacing mechanism can be used as a switching means to shift the optical unit in the horizontal direction and to switch the eye for the observation of a virtual image.
L. Achte AnordnungL. Eighth arrangement
18(a) veranschaulicht den Aufbau eines optischen
Systems noch eines weiteren HMD als eine achte Anordnung. Dieses
optische System umfasst eine Optikeinheit 130, die der
Optikeinheit 95 der in 15 gezeigten
siebten Ausführungsform fast
gleich ist, jedoch nicht die teilweise lichtdurchlässige Siebplatte 96 für nur ein
Auge umfasst, sondern eine teilweise lichtdurchlässige Siebplatte 132 für beide
Augen. Die teilweise lichtdurchlässige
Siebplatte 132 ist abnehmbar in eine Nut 134 eingefügt, die
in einem Hauptgehäuse
ausgebildet ist. Die Nut 134 ist beispielsweise in dem
in 12 gezeigten Hauptgehäuse 14 ausgebildet. 18 (a) Fig. 12 illustrates the structure of an optical system of still another HMD as an eighth arrangement. This optical system comprises an optical unit 130 , the optical unit 95 the in 15 shown seventh embodiment is almost the same, but not the partially translucent screen plate 96 for only one eye, but a partially translucent screen plate 132 for both eyes. The partially translucent screen plate 132 is removable in a groove 134 inserted, which is formed in a main housing. The groove 134 is for example in the in 12 shown main body 14 educated.
18(b) ist eine Vorderansicht, die das optische
System der achten Anordnung zeigt. Die teilweise lichtdurchlässige Siebplatte 132 ist
ungefähr
in der Mitte in zwei Abschnitte 136 und 138 unterteilt. Der
erste Abschnitt 136 ist vor der Optikeinheit 130 angebracht
und weist einen verhältnismäßig hohen Lichtdurchlassgrad
auf. Der zweite Abschnitt 138 ist vor dem Auge angebracht,
an dem die Optikeinheit 10 nicht angeordnet ist, und weist
einen verhältnismäßig niedrigen
Lichtdurchlassgrad auf. Aus dem bei der zweiten Ausführung erörterten
Grund ist der Unterschied des Lichtdurchlassgrades zwischen dem ersten
Abschnitt 136 und dem zweiten Abschnitt 138 vorzugsweise
so eingestellt, dass ein Unterschied zwischen dem Gesamtdurchlassgrad
des ersten Abschnitts 136 und des Halbspiegels 18 und
dem Durchlassgrad des zweiten Abschnitts 138 nicht größer als
ungefähr
30% ist. Die teilweise lichtdurchlässige Siebplatte 132 kann
auf die gleiche Weise wie der in 2 gezeigte
Halbspiegel 18 ungefähr
in ihrer Mitte eine Einkerbung für
die Nase haben. 18 (b) Fig. 16 is a front view showing the optical system of the eighth arrangement. The partially translucent screen plate 132 is approximately in the middle in two sections 136 and 138 divided. The first paragraph 136 is in front of the optical unit 130 attached and has a relatively high transmittance. The second section 138 is attached in front of the eye, where the optical unit 10 is not arranged, and has a relatively low transmittance. For the reason discussed in the second embodiment, the difference in transmittance between the first section is 136 and the second section 138 preferably set such that there is a difference between the total transmittance of the first section 136 and the half mirror 18 and the transmittance of the second section 138 not greater than about 30%. The partially translucent screen plate 132 can work in the same way as in 2 shown half mirror 18 have a notch for the nose in their middle.
Die
in 18(a) gezeigte Optikeinheit 130 wird
mittels des Mechanismus, der jenem ähnlich ist, der zu 2 erörtert wurde,
zwischen der linken Position und der rechten Position bewegt. Um
die Positionen des ersten Abschnitts 136 und des zweiten Abschnitts 138 zu
tauschen, nimmt der Benutzer die gesamte Einheit der teilweise lichtdurchlässigen Siebplatte 132 aus
der Nut 134 und dreht sie um, um sie wieder in die Nut 134 einzusetzen.
Diese Handhabungen ermöglichen,
dass sich der Abschnitt 136, der einen verhältnismäßig hohen
Lichtdurchlassgrad aufweist, vor dem Auge mit der Optikeinheit 130 befindet,
während
sich der Abschnitt 138 mit einem verhältnismäßig niedrigen Durchlassgrad
vor dem anderen Auge befindet. Dies führt zu einer Verminderung des
Helligkeitsunterschieds zwischen den Lichtstrahlenbündeln, die
in das linke Auge und das rechte Auge eintreten.In the 18 (a) shown optical unit 130 becomes by means of the mechanism similar to that which 2 was discussed, moved between the left position and the right position. To the positions of the first section 136 and the second section 138 To exchange, the user takes the entire unit of the partially translucent screen plate 132 out of the groove 134 and turn her over to put her back in the groove 134 use. These manipulations allow the section 136 , which has a relatively high transmittance, in front of the eye with the optical unit 130 is located while the section 138 with a relatively low transmittance in front of the other eye. This leads to a reduction the brightness difference between the light beams entering the left eye and the right eye.
Der
erste Abschnitt 136 und der zweite Abschnitt 138 der
teilweise lichtdurchlässigen
Siebplatte 132 können
voneinander getrennt sein. Diese Trennung ermöglicht, die Abschnitte 136 und 138 unabhängig voneinander
aus der Nut 134 zu nehmen und wieder in die Nut 134 einzusetzen,
nachdem die Positionen getauscht worden sind. Dieser Aufbau erfordert
keinen Arbeitsgang, um die zwei Abschnitte 136 und 138 umzudrehen,
erhöht
aber die Anzahl der Schritte zum Anbringen und Abnehmen.The first paragraph 136 and the second section 138 the partially translucent screen plate 132 can be separated from each other. This separation allows the sections 136 and 138 independently of each other out of the groove 134 to take and back into the groove 134 to use after the positions have been exchanged. This structure does not require a single operation to the two sections 136 and 138 Turning around, however, increases the number of steps to attach and detach.
M. Neunte AnordnungM. Ninth arrangement
19 veranschaulicht
den Aufbau eines optischen Systems eines weiteren HMD als eine neunte
Anordnung. Eine Optikeinheit 140 weist einen Aufbau auf,
der jenem der Optikeinheit 95 der in 15 gezeigten
fünften
Anordnung ähnlich
ist, nur dass der Halbspiegel 18 durch einen polarisierenden Strahlteiler 142 ersetzt
ist, dass die teilweise lichtdurchlässige Siebplatte 96 durch
eine polarisierende Platte 146 ersetzt ist, und dass eine λ/4-Platte 144 etwas
oberhalb des konkaven Halbspiegels 92 angeordnet ist. Der
kon kave Halbspiegel 92 könnte durch einen Konkavspiegel
ersetzt sein. 19 Fig. 10 illustrates the structure of an optical system of another HMD as a ninth arrangement. An optical unit 140 has a structure similar to that of the optical unit 95 the in 15 is similar to the fifth arrangement shown, except that the half mirror 18 through a polarizing beam splitter 142 replaced is that the partially translucent screen plate 96 through a polarizing plate 146 is replaced, and that a λ / 4 plate 144 slightly above the concave half mirror 92 is arranged. The kon kave half mirror 92 could be replaced by a concave mirror.
Das
von dem Flüssigkristallbildschirm 2 abgestrahlte
Bildstrahlenbündel
L1 durchquert den polarisierenden Strahlteiler 142 und
tritt in die λ/4-Platte 144 ein.
Das von dem Flüssigkristallbildschirm 2 abgestrahlte
Lichtstrahlenbündel
L1 ist p-polarisiertes Licht, und der polarisierende Strahlteiler 142 verhält sich
so, dass er p-polarisiertes Licht zu nahezu 100% hindurchlässt und
s-polarisierte Licht zu nahezu 100% reflektiert. Das Bildstrahlenbündel L1,
das den polarisierenden Strahlteiler 142 durchquert, wird
mittels der λ/4-Platte 144 in
zirkular polarisiertes Licht überführt und
wird dann von der inneren Oberfläche des
konkaven Halbspiegels 92 reflektiert. Die Reflexion an
dem konkaven Halbspiegel 92 kehrt die Richtung der Drehung
des Schwingungsvektors des zirkular polarisierten Lichts um. Das
Bildstrahlenbündel L1
aus zirkular polarisiertem Licht tritt wieder in die λ/4-Platte 144 ein
und wird in s-polarisiertes
Licht überführt. Das
Bildstrahlenbündel
L1 aus s-polarisiertem Licht wird von dem polarisierenden Strahlteiler 142 reflektiert
und tritt in das Auge 10 des Benutzers ein.The from the liquid crystal screen 2 emitted image beam L1 passes through the polarizing beam splitter 142 and enters the λ / 4 plate 144 one. The from the liquid crystal screen 2 emitted light beams L1 is p-polarized light, and the polarizing beam splitter 142 behaves so that it transmits p-polarized light to almost 100% and reflects s-polarized light to almost 100%. The image beam L1, which is the polarizing beam splitter 142 is crossed, by means of the λ / 4 plate 144 is transferred into circularly polarized light and is then from the inner surface of the concave half mirror 92 reflected. The reflection on the concave half mirror 92 reverses the direction of rotation of the vibration vector of the circularly polarized light. The image beam L1 of circularly polarized light re-enters the λ / 4 plate 144 and is converted into s-polarized light. The image beam L1 of s-polarized light is received by the polarizing beam splitter 142 reflects and enters the eye 10 of the user.
Andererseits
enthält
das Hintergrundstrahlenbündel
L2 zufällig
polarisierte Lichtkomponenten, und nur die p-polarisierte Lichtkomponente
durchquert die polarisierende Platte 146. Fast 100% des Anteils
des Hintergrundstrahlenbündels
L2, der die polarisierende Platte 146 durchlaufen hat,
durchquert des Weiteren den polarisierenden Strahlteiler 142 und
tritt in das Auge 10 des Benutzers ein.On the other hand, the background beam L2 contains randomly polarized light components, and only the p-polarized light component passes through the polarizing plate 146 , Almost 100% of the proportion of the background beam L2, which is the polarizing plate 146 further passes through the polarizing beam splitter 142 and enters the eye 10 of the user.
Wie
weiter oben erörtert
wurde, wird, da die Bildkombinationsmittel, die in der neunten Anordnung
verwendet werden, den polarisierenden Strahlteiler 142 umfassen,
das Bildstrahlenbündel
L1 von dem Flüssigkristallbildschirm 2 hier
ohne wesentliche Verluste reflektiert oder hindurch gelassen. Dies verbessert
die Helligkeit des Anzeigebildes, das von dem Benutzer beobachtet
wird. Ein Ersetzen des konkaven Halbspiegels 92 durch einen
Konkavspiegel verbessert die Helligkeit des beobachteten Anzeigebildes
weiter. Eine mögliche
Modifikation verwendet eine teilweise lichtdurchlässige Siebplatte
für nur ein
Auge oder für
beide Augen, um die Helligkeitsbeziehung zwischen dem Hintergrundbild
und dem Anzeigebild einzustellen.As discussed above, since the image combining means used in the ninth arrangement becomes the polarizing beam splitter 142 include the image beam L1 from the liquid crystal panel 2 Reflected here or passed without significant losses. This improves the brightness of the display image observed by the user. A replacement of the concave half mirror 92 a concave mirror further improves the brightness of the observed display image. One possible modification uses a partially translucent screen plate for only one eye or both eyes to adjust the brightness relationship between the background image and the display image.
H. Fünfte AusführungsformH. Fifth embodiment
20 zeigt
das Aussehen noch eines weiteren HMD als eine fünfte Ausführungsform gemäß der vorliegenden
Erfindung. Dieser HMD enthält
eine Platte 150 mit veränderbarem
Lichtdurchlassgrad für zwei
Augen. Eine beliebige der optischen Einheiten, die in den oben angegebenen
Ausführungsformen erörtert worden
sind, könnte
hier als optische Einheit benutzt werden, um das Bildstrahlenbündel L1
in das Auge des Benutzers eintreten zu lassen. 20 Fig. 11 shows the appearance of still another HMD as a fifth embodiment according to the present invention. This HMD contains a plate 150 with variable transmittance for two eyes. Any of the optical units discussed in the embodiments given above could be used herein as an optical unit to allow the image beam L1 to enter the user's eye.
21 ist
ein Blockdiagramm, das den elektrischen Aufbau der Platte 150 mit
veränderbarem Lichtdurchlassgrad
und einer Steuerschaltung 160 davon zeigt. Die Platte 150 mit
veränderbarem Durchlassgrad
hat den Aufbau eines Flüssigkristallbildschirms,
wobei sie zwei lichtdurchlässige
Elektroden 152 und 154, die jeweils zumindest
die Sehfelder der virtuellen Bilder für das linke Auge und das rechte Auge
umfassen, und eine lichtdurchlässige
Gegenelektrode 156 mit einer großen Fläche, die diese lichtdurchlässigen Elektroden 152 und 154 umschließt, enthält. Die
lichtdurchlässige
Gegenelektrode 156 ist geerdet, und die linke und die rechte
lichtdurchlässige
Elektrode, 152 und 154, sind an die Steuerschaltung 160 angeschlossen. 21 is a block diagram showing the electrical structure of the plate 150 with variable transmittance and a control circuit 160 showing it. The plate 150 with variable transmittance has the structure of a liquid crystal screen, wherein they have two transparent electrodes 152 and 154 , each comprising at least the visual fields of the virtual images for the left eye and the right eye, and a translucent counter electrode 156 with a large area covering these translucent electrodes 152 and 154 encloses, contains. The translucent counterelectrode 156 is grounded, and the left and right translucent electrodes, 152 and 154 , are connected to the control circuit 160 connected.
Die
Steuerschaltung 160 enthält zwei Ansteuerschaltungen
für die
lichtdurchlässigen
Elektroden 152 und 154. Jede Ansteuerschaltung
enthält
einen Trennverstärker 162,
einen Operationsverstärker 164,
einen veränderbaren
Widerstand 166 und einen Widerstand 168. Der Operationsverstärker 164 nimmt über den
veränderbaren
Widerstand 166 und den Widerstand 168 eine Teilspannung
von einer Versorgung entgegen. Ein Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 164 ist
mit einem Versorgungsanschluss des Trennverstärkers 162 verbunden.
Die Versorgungsspannung, deren Pegel durch den veränderbaren
Widerstand 166 und den Operationsverstärker 164 bestimmt
ist, wird dementsprechend dem Trennverstärker 162 zugeführt. Der
Benutzer kann den Wert des veränderbaren
Widerstands 166 durch Bedienen einer nicht gezeigten Wählmöglichkeit
willkürlich
einstellen.The control circuit 160 contains two drive circuits for the transparent electrodes 152 and 154 , Each drive circuit includes a buffer amplifier 162 , an operational amplifier 164 , a variable resistor 166 and a resistance 168 , The operational amplifier 164 takes over the variable resistor 166 and the resistance 168 a partial voltage from a supply contrary. An output terminal of the operational amplifier 164 is connected to a supply connection of the isolation amplifier 162 connected. The supply voltage whose level is due to the variable resistor 166 and the operational amplifier 164 is determined, is accordingly the isolating amplifier 162 fed. The user can change the value of the variable resistor 166 arbitrarily set by operating a dialing option, not shown.
Ein
Eingangsanschluss des Trennverstärkers 162 empfängt ein
Impulssignal Ps zur Ansteuerung der Platte 150 mit veränderbarem
Lichtdurchlassgrad, die als eine Art Flüssigkristallbildschirm aufgebaut
ist. Der Trennverstärker 162 moduliert
die Amplitude des Impulssignals Ps als Reaktion auf die Versorgungsspannung,
die von dem Operationsverstärker 164 zugeführt wird,
und liefert das modulierte Pulssignal an die lichtdurchlässige Elektrode 152 (oder 154).An input terminal of the isolation amplifier 162 receives a pulse signal Ps for driving the disc 150 with variable transmittance, which is constructed as a kind of liquid crystal screen. The isolation amplifier 162 modulates the amplitude of the pulse signal Ps in response to the supply voltage supplied by the operational amplifier 164 is supplied, and supplies the modulated pulse signal to the transparent electrode 152 (or 154 ).
Der
linke und der rechte Lichtdurchlassgrad der Platte 150 mit
veränderbarem
Lichtdurchlassgrad wird jeweils mit einer Änderung der Amplitude des Ansteuersignals,
das auf die lichtdurchlässigen
Elektroden 152 und 154 gegeben wird, verändert. Der Wert
des veränderbaren
Widerstands 166 kann für die
linke lichtdurchlässige
Elektrode 152 und für
die rechte lichtdurchlässige
Elektrode 154 unabhängig eingestellt
werden, so dass der linke und der rechte Lichtdurchlassgrad der
Platte 150 mit veränderbarem Lichtdurchlassgrad
unabhängig
voneinander gesteuert werden können.
Dieser Aufbau ermöglicht,
die Helligkeit des Sehfeldes bei dem Auge, das das Anzeigebild sieht,
bzw. bei dem Auge, das das Anzeigebild nicht sieht, zu steuern,
wodurch leicht die Umgebung so eingestellt wird, dass eine Beobachtung
der Bilder durch den Benutzer erleichtert wird.The left and right transmittances of the plate 150 with variable transmittance is in each case with a change in the amplitude of the drive signal, the light-transmitting electrodes 152 and 154 is given, changed. The value of the variable resistor 166 can for the left translucent electrode 152 and for the right translucent electrode 154 be set independently, so that the left and the right light transmittance of the plate 150 with variable transmittance can be controlled independently. This structure makes it possible to control the brightness of the visual field in the eye that sees the display image or in the eye that does not see the display image, thereby easily adjusting the environment to facilitate observation of the images by the user ,
In
den obigen Ausführungsformen
kann, soweit möglich,
der ebene Halbspiegel oder der konkave Halbspiegel durch einen halbdurchlässigen Spiegel
mit Polarisationsselektivität
(beispielsweise einen polarisierenden Strahlteiler) ersetzt werden.
Der Halbspiegel könnte
folglich als ein halbdurchlässiger Spiegel
ohne Polarisationsselektivität
oder als ein halbdurchlässiger
Spiegel mit Polarisationsselektivität verwirklicht sein.In
the above embodiments
can, as far as possible,
the plane half-mirror or the concave half-mirror through a half-transparent mirror
with polarization selectivity
(For example, a polarizing beam splitter) are replaced.
The half mirror could
hence as a semipermeable mirror
without polarization selectivity
or as a semi-permeable one
Mirror be realized with polarization selectivity.
Die
teilweise lichtdurchlässige
Siebplatte in den entsprechenden Ausführungsformen könnte mittels
eines halbdurchlässigen
Elements ohne Polarisationsselektivität oder mittels eines halbdurchlässigen Elements
mit Polarisationsselektivität
verwirklicht sein. Diese halbdurchlässigen Elemente sind vorzugsweise
dünne Platten,
obwohl auch Blöcke
zulässig
sind. Der Ausdruck „Platten" hat hier eine weitgefasste
Bedeutung, wobei sowohl nicht gewölbte Plattenelemente als auch
gewölbte
Plattenelemente eingeschlossen sind.The
partially translucent
Sieve plate in the corresponding embodiments could by means of
a semipermeable
Elements without polarization selectivity or by means of a semipermeable element
with polarization selectivity
be realized. These semipermeable elements are preferred
thin plates,
although also blocks
permissible
are. The term "plates" here has a broad
Meaning, with both non-curved plate elements as well
domed
Plate elements are included.
Der
Reflexspiegel in den jeweiligen Ausführungsformen kann durch ein
anderes optisches Element ersetzt werden, das eine reflektierende
Oberfläche
aufweist (beispielsweise ein Prisma). Außerdem kann ein optisches Element,
das eine polarisationstrennende Fläche aufweist, im Allgemeinen
als polarisierender Strahlteiler benutzt werden.Of the
Reflex mirror in the respective embodiments can by a
other optical element to be replaced, which is a reflective
surface
has (for example, a prism). In addition, an optical element,
which has a polarization-separating surface, in general
be used as a polarizing beam splitter.
Für die Bildanzeigemittel
kann eine Vielfalt von Vorrichtungen, die von dem Flüssigkristallbildschirm 2 verschieden
sind, Anwendung finden. Beispielsweise könnte stattdessen ein anderer
Flachbildschirm, wie etwa ein Plasmabildschirm, benutzt werden.For the image display means, a variety of devices may be used by the liquid crystal display 2 are different, find application. For example, another flat panel display, such as a plasma display panel, could be used instead.
Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen
oder ihre modifizierten Beispiele beschränkt, sondern es könnte viele
weitere Modifikationen, Abänderungen
und Abwandlungen geben, ohne vom Rahmen der vorlie genden Erfindung
wie durch die beigefügten
Ansprüche
definiert abzukommen.The
The present invention is not limited to the above embodiments
or their modified examples, but it could be many
further modifications, modifications
and variations, without departing from the scope of the vorlie invention
as by the attached
claims
defined to come off.
Industrieelle
Anwendbarkeitindustry Elle
applicability
Die
am Kopf zu befestigende Anzeigevorrichtung der vorliegenden Erfindung
ist als Anzeigevorrichtung von Computern oder als Anweisungen anzeigende
Vorrichtung zur Unterstützung
von Handbedienungen anwendbar.The
Head mounted display device of the present invention
is displayed as a display device of computers or as instructions
Device for support
applicable from manual controls.