DE102004040538A1

DE102004040538A1 - Anzeigegerät für ein virtuelles Bild

Info

Publication number: DE102004040538A1
Application number: DE102004040538A
Authority: DE
Inventors: Takayuki Kariya Fujikawa; Hiroshi Kariya Ando
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-08-22
Filing date: 2004-08-20
Publication date: 2005-03-17
Also published as: US20050052617A1; US7144113B2; JP2005070255A

Abstract

Ein Anzeigegerät für ein virtuelles Bild umfaßt ein Paar von optischen Projektionssystemen (10, 20), von denen jedes eine Anzeigevorrichtung (11), eine Lichtquelle (12) und eine Projektionslinse (13) aufweist. Die an der Anzeigevorrichtung (11) erzeugten Bilder werden zu einem optischen Bildlokalisiersystem (30) hin projiziert, welches eine Lichtsammellinse (31) und eine optische Diffusorvorrichtung (32) aufweist. Die Lichtstrahlen von den optischen Projektionssystemen (10, 20) werden an einer lichtdurchlässigen und reflektierenden Einrichtung (200) reflektiert, so daß die Lichtstrahlen jeweils an dem rechten und dem linken Auge (301, 302) einer beobachtenden Person gesammelt oder gebündelt werden. Als ein Ergebnis kann das Bild von einer Person als ein virtuelles Bild in einem Abstand erkannt werden. Da die optische Diffusorvorrichtung (32) die Lichtstrahlen streut, und zwar in einer solchen Weise, daß die Lichtstrahlen zu einem der beobachtenden Augen das andere beobachtende Auge nicht erreichen können, können die Bildinformationen der jeweiligen Lichtstrahlen durch die beobachtende Person erkannt werden, ohne daß dabei eine Kreuzkopplung auftritt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Anzeigegerät für ein virtuelles Bild, das ein virtuelles Bild auf einer lichtdurchlässigen oder durchscheinenden reflektieren Einrichtung von Beobachtungspunkten aus sichtbar macht, indem Bildinformationen reflektiert werden, die von einer optischen Einheit auf die lichtdurchlässige reflektierende Einrichtung projiziert werden und die virtuell zu einem Vordergrund hin überlappen.

Die Anzeigevorrichtung für ein virtuelles Bild dieser An wird im allgemeinen in einem Anzeigesystem verwendet, bei dem ein zusätzliches Bild als ein virtuelles Bild auf einem Monitor dargestellt wird, und zwar vor einer beobachteten Person, und bei dem ein zusätzliches Bild einem Bild überlagert wird oder zum Überlappen gebracht wird oder mit einer Vordergrundlandschaft, die bereits auf dem Monitor dargestellt wird, und welches speziell als Informationsanzeigegerät für ein Unterhaltungsgerät, wie beispielsweise einem Computerspiel, oder einem Automobil verwendet wird.

Es besteht der Wunsch, den perspektivischen Eindruck eines Bildes auf einem Monitor zu verstärken oder zu vergrößern, indem ein Bildabstand des virtuellen Bildes geändert wird. Beispielsweise in einem Fall, bei dem eine Bildinformation, die eine Vordergrundlandschaft betrifft, als virtuelles Bild dargestellt wird, wobei die Bildinformation mit einem bereits dargestellten Bild oder einer Vordergrundlandschaft zum Überlappen oder Überlagern gebracht wird, so daß das Bild ohne ein unbequemes Gefühl erkannt werden kann und ein realistischeres Gefühl erzielt werden kann, wenn der Bildabstand des virtuellen Bildes abhängig von einem Abstand zwischen der beobachtenden Person und der Landschaft in der Anzeigevorrichtung geändert wird.

Um dies klarer zum Ausdruck zu bringen, wenn der Abstand zwischen der beobachtenden Person und der Landschaft in der Monitorvorrichtung länger ist, wird auch der Abstand zwischen der beobachtenden Person und dem virtuellen Bild, welches an der Monitorvorrichtung darzustellen ist. in gleicher Weise länger gemacht, so daß ein realistischeres Gefühl oder ein realistischerer Eindruck erzielt werden kann.

Ein Vorteil der Darstellung des virtuellen Bildes als ein zusätzliches Bild kann klarer verstanden werden, wenn man einen Vergleich mit einem gewöhnlichen stereoskopischen Fernsehen vornimmt, bei dem das perspektivische Gefühl oder der perspektivische Eindruck ebenfalls erhalten werden kann.

Das gewöhnliche Fernsehen besitzt einen äußeren Rahmen außerhalb des Anzeigebereiches und es werden daher die Augen der beobachtenden Person auf den äußeren Rahmen fokussiert. Wenn in dieser Situation ein Abstand des Anzeigebildes stark geändert wird, so kann ein unkomfortabler Eindruck für die beobachtende Person entstehen.

Demzufolge kann ein stereoskopisches Fernsehen ein Bild darstellen, welches einen geringeren perspektivischen Eindruck liefert. Auf der anderen Seite, wenn ein zusätzliches Bild als ein virtuelles Bild dargestellt wird, kann der Bildabstand dynamisch geändert werden, da der äußere Rahmen der Anzeigevorrichtung nur geringfügig erkannt wird.

Bei einem herkömmlichen Anzeigegerät für ein virtuelles Bild wird ein Bild auf einer Anzeigevorrichtung durch einen Konkavspiegel oder eine Linse vergrößert und wird als ein virtuelles Bild dargestellt, wobei optische Vorrichtungen mechanisch bewegt werden, um den Bildabstand zu ändern.

Bei einem anderen herkömmlichen Anzeigegerät für ein virtuelles Bild wird ein System mit einem optischen Projektionssystem und einer Feldlinse verwendet, wobei ein Paar von optischen Projektionssystemen vorgesehen sind und wobei Bilder an Austrittspupillen der Projektionslinsen auf dem rechten und dem linken Auge einer beob achtenden Person gebildet werden, nämlich Lichtstrahlen von den optischen Projektionssystemen, die fokussiert werden, und zwar auf das rechte und das linke Auge.

Beispielsweise ist solch ein herkömmliches Gerät in der japanischen Patentveröffentlichung (ungeprüft) H5-147456 oder 2001-356298 offenbart.

In einem Fall, bei dem der Bildabstand dadurch geändert wird, indem die optischen Vorrichtungen mechanisch bewegt werden, ist ein groß bemessener Bildschirm erforderlich oder das optische System selbst wird groß, wenn der Bildabstand länger ausgeführt wird.

In einem Fall, bei dem die herkömmliche Anzeigevorrichtung für ein virtuelles Bild bei einem Automobil verwendet wird und eine Front-Windschutzscheibe als lichtdurchlässige reflektierende Einrichtung verwendet wird, variieren die Krümmungen der Windschutzscheibe sehr stark und als ein Ergebnis wird auch das Bild auf der Windschutzscheibe stark verformt.

Auch wird bei dem herkömmlichen Gerät mit einem Paar von optischen Projektionssystemen und einer Feldlinse, bei dem Lichtstrahlen von den jeweiligen optischen Projektionssystemen auf dem linken und rechten Auge durch die Verwendung der Feldlinse gesammelt werden, eine optische Achse des Paars der Projektionssysteme von einer optischen Achse der Feldlinse versetzt, was eine Aberration verursacht. Als ein Ergebnis können die Lichtstrahlen von der gesamten Fläche oder dem gesamten Bereich der Linse nicht auf einem Beobachtungspunkt gesammelt werden, so daß das gesamte Bild durch die beobachtende Person nicht erkannt werden kann und eine Bildlücke verursacht wird. Wenn ferner das dargestellte Bild größer gemacht wird, muß auch die Feldlinse größer gemacht werden und es wird dadurch die Aberration unvermeidlich größer, was die Sichtbarkeit vermindert.

Selbst wenn die Linse ohne Aberration realisiert wird, kann eine Lücke des Bildes einfach auftreten, wenn die Beobachtungspunkte (Augen) der beobachtenden Person sich nur um eine geringe oder kleine Strecke bewegen, da ein Fokussierungspunkt innerhalb eines kleinen Bereiches gelegen ist. Selbst wenn demzufolge eine Position der Beobachtungspunkte detektiert wird, um die Lichtstrahlen zu steuern, ist es schwierig, eine hohe Sichtbarkeit zu erzielen.

Es ist daher erforderlich, den Lichtfluß an dem Fokussierungspunkt mit einem vergrößerten Durchmesser zu realisieren, indem eine Austrittspupille einer Projektionslinse vergrößert wird. Wenn die Austrittspupille größer gemacht wird, wird jedoch der Abstand zwischen der Projektionslinse und der Feldlinse, nämlich der Projektionsabstand, größer, was dann zu einem groß bemessenen optischen System führt.

Wie oben dargelegt wurde, gibt es viele Probleme bei den herkömmlichen Geräten, nämlich das optische System wird in einem Fall größer, bei dem einige der optischen Vorrichtungen des Systems mechanisch bewegt werden, eine Sichtbarkeit wird vermindert (eine Lücke des Bildes) auf Grund der Aberration der Linse, und ein optisches System wird in einem Fall größer, bei dem eine Austrittspupille größer ausgeführt wird.

Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben erläuterten Probleme entwickelt und es ist Aufgabe der Erfindung, ein Anzeigegerät für ein virtuelles Bild zu schaffen, welches bei einfacherer Konstruktion kleiner ausgeführt werden kann und welches eine Bildanzeige mit einer hohen Qualität realisieren kann.

Gemäß einem der Merkmale der vorliegenden Erfindung umfaßt das Anzeigegerät für ein virtuelles Bild folgendes: eine optische Einheit zum Projizieren von Bildinformationen; und eine lichtdurchlässige reflektierende Einrichtung zum Reflektieren der Bildinformation von der optischen Einheit, so daß die Bildinformationen durch eine beobachtende Person an deren Beobachtungspunkten (Augen) als ein virtuelles Bild erkannt werden können, wobei sich die Bildinformationen in dem Abstand überlappen.

Die optische Einheit umfaßt folgendes: ein Paar von optischen Projektionssystemen, von denen jedes eine Anzeigevorrichtung zum Anzeigen oder Darstellen eines Bildes aufweist, eine Lichtquelle zum Beleuchten der Anzeigevorrichtung und eine Projektionslinse zum Projizieren des Bildes auf die Anzeigevorrichtung, wobei das Paar der optischen Projektionssysteme die jeweiligen Bilder entsprechend auf das rechte und das linke Auge der beobachtenden Person projizieren; und ein optisches Bildlagesystem, welches an einer Bildfokussierungsstelle angeordnet ist, bei der die jeweiligen Bilder von dem Paar der optischen Projektionssysteme gebildet werden.

Das optische Bildlage- oder -lokalisierungssystem umfaßt folgendes: eine optische Vorrichtung zum Ausbilden einer konjugierten Relation zwischen einer Austrittspupille und den Beobachtungspunkten der beobachtenden Person; und eine optische Diffusionsvorrichtung zum Diffundieren der Lichtstrahlen in einem Ausmaß, das die Lichtstrahlen zu einem der Beobachtungspunkte nicht den anderen Beobachtungspunkt erreichen können.

Gemäß einem anderen Merkmale der vorliegenden Erfindung kann eine optische Verstärkungsvorrichtung zu dem oben erläuterten Gerät hinzugefügt werden, so daß das Gerät dann noch weiter kleiner ausgeführt werden kann.

Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung kann eine Detektoreinrichtung vorgesehen werden, um die Position der beobachtenden Augen zu detektieren, um die Lichtstrahlen einzustellen, so daß sie an den beobachtenden Augen gesammelt werden.

Gemäß einem noch weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung kann ein einzelner Satz des optischen Projektionssystems vorgesehen werden, wobei Bilder an einer Anzeigevorrichtung gemäß einem Time-Sharing-Verfahren dargestellt werden und eine Trennung auf die jeweiligen Bilder für das linke und das rechte Auge erfolgt, so daß der gleiche Effekt wie bei dem Gerät mit dem Paar der optischen Projektionssysteme erhalten werden kann.

Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung ist eine optische Verbindungsvorrichtung vorgesehen, um die jeweiligen Bilder von dem Paar der optischen Projektionssysteme zu verbinden oder zu kombinieren, und die kombinierten oder verbundenen Bilder werden durch die lichtdurchlässige reflektierende Einrichtung reflektiert, so daß das virtuelle Bild mit hoher Qualität erhalten werden kann, ohne daß eine optische Diffusionsvorrichtung verwendet werden muß.

Die oben genannten und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich klarer aus der folgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsformen unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines Anzeigegerätes für ein virtuelles Bild gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine Ansicht eines Beobachtungspunktes (Auge) einer beobachtenden Person, die in 1 gezeigt ist;
3 eine schematische Ansicht, welche Lichtstrahlen von einer Lichtquelle zu Beobachtungspunkten hin in dem Gerät von 1 veranschaulicht, wenn man von oben her blickt, wobei ein Halbspiegel und ein Mikrolinsenarray weggelassen sind;
4 eine Ansicht zur Erläuterung einer Austrittspupille;
5 eine schematische Ansicht ähnlich 3, bei der die Lichtstrahlen für einen Fall gezeigt sind, daß keine Aberration der Linse existiert;
6 eine schematische Ansicht zur Erläuterung des optischen Prinzips für die erste Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist;
7 eine schematische Ansicht einer abgewandelten Ausführungsform der ersten Ausführungsform, bei der eine Detektoreinrichtung zum Detektieren der Position der Beobachtungspunkte vorgesehen ist;
8 eine schematische Ansicht, welche ein Anzeigegerät für ein virtuelles Bild gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wiedergibt;
9 eine schematische Ansicht, die ein Anzeigegerät für ein virtuelles Bild gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
10 eine schematische Ansicht, die ein Anzeigegerät für ein virtuelles Bild gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
11 eine schematische Ansicht, die eine Anzeigevorrichtung für ein virtuelles Bild gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
12 eine schematische Ansicht, die eine Anzeigevorrichtung für ein virtuelles Bild gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
13 eine schematische Ansicht, die eine Anzeigevorrichtung für ein virtuelles Bild gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wiedergibt.
(Erste Ausführungsform)
Die vorliegende Erfindung wird im folgenden unter Hinweis auf die Ausführungsformen erläutert.
In 1, die eine schematische Konstruktion eines Anzeigegerätes S1 für ein virtuelles Bild gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wiedergibt, werden Bildinformationen, die von einer optischen Einheit 100 aus projiziert werden, durch eine lichtdurchlässige reflektierende Platte 200 so reflektiert, daß die Bildinformationen für eine beobachtende Person als ein virtuelles Bild sichtbar werden, und zwar von dessen Beobachtungspunkten (Augen) 301, 302 aus, wobei die virtuellen Bilder sich einander in dem Abstand überlappen.
2 zeigt ein Auge (301, 302) der beobachtenden Person, wobei ein schwarzer Abschnitt einer Pupille des Auges entspricht und eine Länge des schwarzen Abschnitts ein Durchmesser der Pupille ist.
Die optische Einheit 100 umfaßt ein Paar von optischen Projektionssystemen, nämlich ein optisches Projektionssystem 10 für ein linkes Auge 301 und ein optisches Projektionssystem 20 für ein rechtes Auge 302.
Jedes der optischen Projektionssysteme 10, 20 besitzt eine Anzeigevorrichtung 11 für eine Bilddarstellung, eine Lichtquelle 12 zum Beleuchten der Anzeigevorrichtung 11 und eine Projektionslinse 13.
Die optische Einheit 100 umfaßt ferner ein optisches Bildlagesystem 30, welches an solch einer Position angeordnet ist (einer Bildfokussierungsstelle), bei der die Bilder des Paares der optischen Projektionssysteme 10, 20 gebildet werden, nämlich die jeweiligen Bilder der Anzeigevorrichtungen 11, und zwar auf dem optischen Bildlokalisiersystem 10 durch die Projektionslinsen 13 hindurch.
Das optische Bildlokalisiersystem 30 umfaßt eine Gruppe von Linsen, die aus einer Fresnel-Linse 31 bestehen, zum Sammeln des Lichtes, und einem Mikrolinsenarray 32 bestehen.
Die Fresnel-Linse 31 zum Sammeln des Lichtes bildet eine optische Vorrichtung, durch die ein Projektionsauge der Projektionslinse 13 und Beobachtungspunkte 301, 302 der beobachtenden Person in eine konjugierte Beziehung zueinander gelangen. Daher besitzt die Linse 31 eine Funktion als ein Bildschirm, an dem die Bilder der Anzeigevorrichtung 11 projiziert werden, zusätzlich zu einer Funktion gemäß Sammeln des Lichtes.
Das Mikrolinsenarray 32 besteht aus einer optischen Diffusionsvorrichtung zum Diffundieren von Lichtstrahlen von den optischen Projektionssystemen 10, 20 in einem solchen Ausmaß, daß die Lichtstrahlen, die auf eines der Augen 301, 302 auftreffen, das andere Auge nicht erreichen können.
Die Gruppe der Linsen 30 ist an der Bildfokussierungsstelle angeordnet, bei der die Bilder der Anzeigevorrichtungen 11, die durch die Projektionslinsen 13 hindurch projiziert wurden, gebildet werden, und es werden die dargestellten Bilder, die durch die Projektionslinsen 13 auf diese Weise gebildet wurden, durch den halbdurchlässigen Spiegel 200 reflektiert, der aus einer lichtdurchlässigen reflektierenden Platte besteht, so daß die dargestellten Bilder als virtuelle Bilder auf einer Seite des halbdurchlässigen Spiegels 200 reflektiert werden, die den beobachtenden Augen 301, 302 gegenüberliegt. Der halbdurchlässige Spiegel besitzt eine Funktion, einen Teil der Lichtstrahlen hindurch zu lassen und den anderen Teil der Lichtstrahlen zu reflektieren.
Wie in 1 dargestellt ist, erkennt die beobachtende Person die jeweiligen virtuellen Bilder 310, 320 für das linke und das rechte Auge 301, 302 als ein virtuelles Bild gemäß einer stereoskopen Sicht bzw. gemäß einer dreidimensionalen Darstellung an solch einer sichtbaren Position 330, die noch weiter vor den virtuellen Bildern 310, 320 von dem halbdurchlässigen Spiegel 220 gelegen ist und bei der zwei der virtuellen Bil der 310, 320 fokussiert werden. Als ein Ergebnis kann die beobachtende Person dies als ein Bild erkennen, welches eine Perspektive auf Grund der binokularen Parallaxe besitzt.
Wie oben dargelegt ist, sind zwei optische Projektionssysteme 10, 20 vorgesehen, und zwar jeweils für das linke und das rechte Auge 301, 302. Ein sichtbarer Abstand zwischen den Beobachtungspunkten (Augen) 301, 302 und der Sichtposition 330, die durch die beobachtende Person erkannt werden, können dadurch geändert werden, indem die virtuellen Bilder 310, 320 der optischen Projektionssysteme 10, 20 bewegt werden, indem man nämlich die dargestellten Bilder auf den Darstellvorrichtungen oder Anzeigevorrichtungen 11 in einer horizontalen Richtung bewegt.
Wenn beispielsweise die virtuellen Bilder 310, 320 so bewegt werden, um sie in der horizontalen Richtung weiter zu trennen, so erkennt die beobachtende Person das Bild in einem größeren Abstand und umgekehrt.
Es bildet demzufolge einen Vorteil, daß die beobachtende Person das virtuelle Bild mit einer Tiefenperspektive durch die Perspektive auf Grund der Parallaxe erkennt. Dieser Vorteil reduziert die Belastungen des Systems, da der Sichtabstand geändert werden kann, indem man einfach die dargestellten Bilder auf den Anzeigevorrichtungen 11 bewegt, ohne dabei die Linse und den Spiegel in einer Richtung der optischen Achse derselben zu bewegen.
Wie oben dargestellt ist, befinden sich die Austrittspupille 13 und die Beobachtungspunkte 301, 302 der beobachtenden Person in einer konjugierten Beziehung, und zwar in bezug auf die Fresnel-Linse 31 der Gruppe der Linsen 30 (das optische Bildlokalisiersystem).
Eine optische Pfadlänge "a" zwischen dem Projektionsauge der Linse 13 und der Fresnel-Linse 31, eine optische Pfadlänge "b" zwischen der Fresnel-Linse 31 und den Beobachtungspunkten 301, 302 der beobachtenden Person und eine Fokuslänge "f" der Fresnel-Linse 31 lassen sich anhand der folgenden Beziehung ausdrücken. (Siehe hierzu 6) 1/a + 1/b = 1/f
Wenn in dieser Formel die optische Pfadlänge "b" zwischen der Fresnel-Linse 31 und den Beobachtungspunkten 301, 302 berechnet wird, so wird die Reflexion der Lichtstrahlen an dem halbdurchlässigen Spiegel 200 mit in Betracht gezogen.
Wenn keine Aberration in der Fresnel-Linse 31 auftritt, so verlaufen die gesamten Lichtstrahlen durch die Projektionsaugen der Linsen 13 und werden an den Beobachtungspunkten 301, 302 gesammelt, und zwar auf Grund der konjugierten Beziehung. Es entsteht somit dabei keine Vergeudung von Lichtstrahlen und daher wird die Helligkeit des Anzeigegerätes auch noch erhöht.
In der Realität existiert jedoch eine Aberration in der Fresnel-Linse 31. Wenn daher die Fresnel-Linse 31 größer ausgeführt wird, um das Anzeigebild zu vergrößern, so wird auch die Aberration der Linse 31 entsprechend vergrößert.
In diesem Zusammenhang wird eine weitere Erläuterung unter Hinweis auf die 3 und 4 gegeben. 3 ist eine schematische Ansicht, welche das optische Projektionssystem 20, die Linse 31 und die Beobachtungspunkte 301, 302 darstellt, wenn man von einer Position über der beobachtenden Person aus blickt, wobei der halbdurchlässige Spiegel 200 und das Mikrolinsenarray 32 weggelassen sind. 4 ist eine schematische Ansicht, welche die Austrittspupille der Projektionslinse 13 veranschaulicht.
Wie in 4 gezeigt ist, umfaßt die Projektionslinse 13 eine rückwärtige Linse 13a, einen Anschlag 13b und eine Frontlinse 13c. Eine erscheinende Apertur der Projektionslinse 13, nämlich eine erscheinende Größe des Anschlages 13b, wenn man von der Austrittsseite her blickt, ist die Austrittspupille. In 4 ist ein Durchmesser 13d der Austrittspupille in der Frontlinse 13c angezeigt.
Wie in 3 gezeigt ist, entspricht ein Punkt, bei dem das Bild des Projektionsauges durch die Fresnel-Linse 31 gebildet wird, einen Fokussierungspunkt. Zusätzlich hängt ein Durchmesser K2 des Lichtflusses an dem Fokussierungspunkt von dem Durchmesser 13d der Austrittspupille ab.
Wenn ein Abstand K1 zwischen der Projektionslinse 13 und der Linse 31 verkürzt wird, um das optische System als Ganzes kleiner auszubilden, wird eine Weitwinkel-Projektionslinse 13 erforderlich. Wenn der Weitwinkel größer wird, wird die Austrittspupille kleiner und es wird dadurch der Durchmesser K2 des Lichtflusses an dem Fokussierungspunkt kleiner.
Es existiert somit eine Kompromißbeziehung zwischen der Miniaturisierung des optischen Systems und der Erhöhung des Durchmessers K2 des Lichtflusses an dem Fokussierungspunkt, indem man das Projektionsauge größer macht.
Wie ebenfalls in 3 gezeigt ist, unterscheiden sich die Fokussierungspunkte voneinander abhängig von den Durchtrittspunkten an der Linse 31 auf Grund der Aberration der Linse 31. Beispielsweise werden die Lichtstrahlen B, C und D, die durch die Linse 31 an Punkten dicht am Zentrum der Linse 31 hindurch verlaufen, an einer Position weit von der Linse 31 entfernt gesammelt, während die Lichtstrahlen A und E, die durch die Linse 31 an Punkten verlaufen, und zwar um den Rand der Linse herum, an einer Position dichter bei der Linse 31 gesammelt werden.
In einem Fall, bei dem die Beobachtungspunkte 301, 302 an einer Position X positioniert sind, erreichen die Lichtstrahlen A, C und E das rechte Auge 302 der beobachtenden Person. Als ein Ergebnis kann die beobachtende Person lediglich teilweise das Bild erkennen, welches das Bild des Zentrums und des Randes bedeckt. Die anderen ringföhrenförmig gestalteten Abschnitte des Gesamtbildes können durch die beobachtende Person nicht erkannt werden.
In einem Fall, bei dem die Beobachtungspunkte 301, 302 an einer Position Y positioniert sind, erreichen die Lichtstrahlen C und D das rechte Auge 302 der beobachtenden Person. Das Bild des Randbereiches kann durch die beobachtende Person nicht erkannt werden.
Wie oben dargestellt ist, kann eine Lücke des Bildes an den Beobachtungsstellen auftreten. Dies ist deshalb der Fall, da die jeweiligen Fokussierungspunkte, die durch die Fresnel-Linse 31 verlaufen und an unterschiedlichen Punkten liegen, voneinander verschieden sind, und zwar auf Grund der Aberration der Linse (Koma in diesem Fall), und da der Durchmesser des Lichtflusses klein ist und es dadurch einen gewissen Lichtfluß gibt, der die Augen der beobachtenden Person nicht erreichen kann, abhängig von der Position der Beobachtungspunkte.
5 zeigt eine schematische Ansicht, die den Fall wiedergibt, bei dem keine Aberration in der Fresnel-Linse 31 vorhanden ist. Wie in 5 dargestellt ist, verlaufen die jeweiligen Lichtstrahlen durch unterschiedliche Punkte der Linse 31 und können an einem Fokussierungspunkt gesammelt werden. In diesem Fall ist dies jedoch nachteilig dahingehend, daß dann, wenn die Beobachtungspunkte der Pupille der beobachtenden Person nur um einen kleinen Abstand oder kleine Strecke versetzt werden, das Bild nicht mehr erkannt werden kann. Dies ist deshalb der Fall, da die Durchmesser der jeweiligen Lichtflüsse klein sind und der Durchmesser der Pupille ebenfalls klein ist.
Eine komplizierte Steuerung würde erforderlich sein, wenn die Position der Beobachtungspunkte detektiert wird und die Position der Fokussierungspunkte geändert würden, und zwar abhängig von der detektierten Position der Beobachtungspunkte, um den oben erwähnten Nachteil zu überwinden. Es ist jedoch im Hinblick auf die Kosten und die Größe des Gerätes nicht praktisch. Zusätzlich sind die Kosten hoch, um die Aberration der Linse zu beseitigen, da dies eine Vielzahl an Linsen erforderlich machen würde.
Demzufolge wird das Mikrolinsenarray 32 bei der vorliegenden Erfindung als optische Diffusionsvorrichtung verwendet. Da die Lichtstrahlen durch das Mikrolinsen array 32 diffundiert werden können oder diffus gestaltet werden können, abhängig von den Krümmungen der Linse, kann eine Lücke des Bildes an den Beobachtungspunkten verhindert werden.
6 ist eine schematische Ansicht, welche ein optisches Prinzip des virtuellen Bildanzeigegerätes S1 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Verglichen mit 3 ist in 6 das Mikrolinsenarray 32 hinzugefügt.
Wie oben dargelegt wurde, besitzt das Mikrolinsenarray 32 eine Funktion, die Lichtstrahlen abhängig von der Linsenkrümmung diffus zu machen, und es kann dadurch der Lichtfluß vergrößert werden. Die Gesamtheit der Lichtflüsse, die durch die Fresnel-Linse 31 hindurch verlaufen, können mit Hilfe des Mikrolinsenarrays 32 vergrößert werden, so daß alle Lichtstrahlen gemäß den Lichtstrahlen A bis E den Beobachtungspunkt 302 erreichen können. Als ein Ergebnis wird verhindert, daß eine Lücke des Bildes an dem Beobachtungspunkt auftritt.
Wie anhand von 6 ersehen werden kann, dann das komplette Bild durch die beobachtende Person an der Position X und Y erkannt werden. Dies bedeutet, daß ein sichtbarer Bereich in der optischen Achse erweitert wurde. Wenn die Lichtstrahlen für das rechte Auge das linke Auge erreichen würden oder auch umgekehrt, so würde ein sogenanntes Übersprechen auftreten.
Wenn die Krümmung des Mikrolinsenarrays 32 in der horizontalen Richtung eingestellt wird, so daß ein Übersprechen nicht auftreten kann, kann eine Lücke des Bildes und auch ein Übersprechen zur gleichen Zeit verhindert werden.
Wenn die Krümmung des Mikrolinsenarrays 32 in der vertikalen Richtung kleiner gemacht wird als diejenige in der horizontalen Richtung, ist der Diffusionsgrad in der vertikalen Richtung größer als derjenige in der horizontalen Richtung. Als ein Ergebnis ist es nicht erforderlich, die Lichtstrahlen in der vertikalen Richtung im Ansprechen auf die Bewegung der Beobachtungspunkte in der vertikalen Richtung zu steuern.
In einem Fall, bei dem die Beobachtungspunkte in der horizontalen Richtung bewegt werden, ist es jedoch erforderlich, die Lichtstrahlen zu steuern, wenn die Beobachtungspunkte sich um mehr als die Hälfte eines Pupillenabstandes bewegen. Ein Gerät zur Steuerung der Lichtstrahlen in Abhängigkeit von der Bewegung der Augen in der horizontalen Richtung wird im folgenden erläutert.
(Abgewandelte erste Ausführungsform)
7 ist eine schematische Ansicht eines Gerätes, welches eine Abwandlung des virtuellen Bilderzeugungsgerätes von 1 ist, wobei eine Kamera 40 zum Detektieren der Positionen der Beobachtungsaugen und ein Spiegel 42, der mit Hilfe eines Elektromotors 44 gedreht wird, hinzugefügt sind. Die Kamera 40 besteht aus CCD-Sensoren und die Bildinformationen der CCD-Sensoren werden durch eine elektronische Steuereinheit 46 analysiert.
Das Bild der beobachtenden Person wird von der Kamera 40 aufgenommen und wird durch die Steuereinheit 46 analysiert, um die Position der Beobachtungspunkte 301, 302 zu identifizieren. Dann wird ein Drehwinkel für den Spiegel 42 berechnet, und zwar durch die Steuereinheit 46, und dieser wird durch den Elektromotor 44 gedreht, so daß die Lichtstrahlen von den optischen Projektionssystemen 10, 20 jeweils den linken und den rechten Beobachtungspunkt 301, 302 erreichen.
Selbst wenn demzufolge die beobachtende Person sich in der horizontalen Richtung bewegt und dadurch die Beobachtungspunkte 301, 302 versetzt oder verschoben werden, kann das Bild erkannt werden. 7 zeigt als Beispiel einen Fall, bei dem die Beobachtungspunkte 301, 302 in einer Rechts-Vorwärtsrichtung bewegt werden.
Wie bei der abgewandelten Ausführung in 7 gezeigt ist, ist der Spiegel 42 in dem optischen Pfad von der Lichtquelle 12 zu dem halbdurchlässigen Spiegel 200 zwi schengefügt und es werden die Lichtstrahlen abgelenkt, so daß das optische System als Ganzes in der Größe reduziert werden kann.
Im Fall von 1, bei dem der Spiegel 42 nicht verwendet ist, ist die vertikale Länge des Gerätes unvermeidbar groß, während die vertikale Länge des Gerätes von 7 kleiner ausgeführt werden kann, und zwar mit der Verwendung des Spiegels, was teilweise zu bevorzugen ist, wenn das Gerät in einem Automobil verwendet wird.
Wenn die Lichtstrahlen abgelenkt werden, kann eine Deformierung des Bildes, welches dargestellt wird, auftreten. Wenn nämlich der Einfallswinkel des Lichtes auf die Gruppe der Linsen 30 geneigt wird, und zwar durch die Drehung des Spiegels 42, so wird das darzustellende Bild deformiert.
Ferner kann in einem Fall, bei dem das Gerät von einer An ist, die in einem Automobil verwendet wird, wobei eine Frontscheibe (Windschutzscheibe) des Automobils als lichtdurchlässige reflektierende Platte (halbdurchlässiger Spiegel) 200 verwendet wird, die Deformierung des Bildes weiter erzeugt werden, und zwar durch die Krümmung des Frontglases (der Windschutzscheibe).
Es kann jedoch ein Bild in einem guten Zustand (ohne Deformierung) dann erhalten werden, wenn das Anzeigebild für die Anzeigevorrichtung 11 im voraus deformiert wird, so daß die Deformation die Deformation korrigieren kann, die bei der Ablenkung der Lichtstrahlen erzeugt wird.
Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform werden die folgenden Vorteile erzielt.
Es kann verhindert werden, daß das optische System in der Größe größer wird, da der sichtbare Abstand zwischen den Beobachtungspunkten 301, 302 und der Sichtposition 330, an der das virtuelle Bild durch die beobachtende Person erkannt wird, geändert werden kann, und zwar durch Bewegen der Positionen der dargestellten Bilder auf den Anzeigevorrichtungen 11, die mit Hilfe des Paares der optischen Projektionssysteme 10, 20 gebildet werden. Es brauchen nämlich gemäß der Ausführungsform die optischen Vorrichtung physikalisch nicht bewegt zu werden.
Da das optische Bildlokalisiersystem (die Gruppe der Linsen) 30 die optische Vorrichtung (Fresnel-Linse) 31 enthält, so daß die Austrittspupille 13 und die Beobachtungspunkte 301, 302 der beobachtenden Person in der konjugierten Beziehung stehen, können alle die Lichtstrahlen, die durch die Austrittspupille der Projektionslinse 13 hindurch verlaufen, an den Beobachtungspunkten der beobachtenden Person gesammelt werden oder gebündelt werden, und dadurch kann das Anzeigebild auch heller gemacht werden.
Ferner enthält das optische Bildlokalisiersystem 30 die optische Diffusionsvorrichtung 32 gemäß welcher die Lichtstrahlen in einem solchen Ausmaß diffus gemacht werden, daß die Lichtstrahlen zu einem der Beobachtungspunkte nicht den anderen Beobachtungspunkt erreichen können. Als ein Ergebnis kann der Durchmesser des Lichtflusses an dem Fokussierungspunkt größer gemacht werden, und zwar in einem solchen Ausmaß, daß die Lichtstrahlen zu einem der Beobachtungspunkte nicht den anderen Beobachtungspunkt erreichen können, ohne daß dabei das Projektionsauge der Projektionslinse 13 größer gemacht werden muß.
Es kann nämlich ein Hiatus des Bildes selbst dann verwendet werden, wenn eine Aberration der Linsen vorhanden ist, und es kann dann die Reduzierung der Sichtbarkeit unterdrückt werden. Darüber hinaus ist es nicht erforderlich, die Lichtstrahlen im Ansprechen auf die Bewegung der Beobachtungspunkte zu steuern.
Wie oben anhand der Ausführungsform dargelegt wurde, kann die optische Vorrichtung bei einer einfacheren Konstruktion kleiner ausgeführt werden und zur gleichen Zeit kann ein Bild mit hoher Qualität erhalten werden.
Bei der oben erläuterten Ausführungsform wird das Mikrolinsenarray 32 als optische Diffusorvorrichtung verwendet, wobei die Krümmung des Mikrolinsenarrays 32 in der vertikalen Richtung in bevorzugter Weise kleiner ausgeführt wird als diejenige in der horizontalen Richtung.
Wie bereits dargelegt wurde, ist es im Falle der optischen Diffusgestaltung erforderlich, ein Überkoppeln zu verhindern, so daß die Lichtstrahlen zu einem der Beobachtungspunkte nicht den anderen Beobachtungspunkt erreichen können. Dies bedeutet, daß es eine gewisse Grenze für die Krümmung der optischen Diffusorvorrichtung in deren horizontalen Richtung gibt.
Auf der anderen Seite existiert nur eine geringe Einschränkung hinsichtlich der Diffusion in der vertikalen Richtung, da das rechte und das linke Auge des Menschen in der horizontalen Richtung angeordnet sind. Dies ist der Grund dafür, warum die Krümmung der optischen Diffusorvorrichtung in der vertikalen Richtung kleiner ausgeführt werden kann. Als Konsequenz davon ist eine Spurverfolgung der Beobachtungspunkte in der vertikalen Richtung in den meisten Fällen nicht erforderlich.
Wie anhand der abgewandelten Ausführung der ersten Ausführungsform erläutert wurde, ist es auch zu bevorzugen, im Hinblick auf eine Verkleinerung des optischen Systems die Lichtstrahlen an dem Spiegel 42 abzulenken, der in dem optischen Pfad von der Lichtquelle 12 zu dem halbdurchlässigen Spiegel 20 angeordnet ist.
Bei der oben erläuterten abgewandelten Ausführungsform sind die Kamera 40 zum Detektieren der Positionen der Beobachtungspunkte 301, 302 und der Spiegel 42 als auch der Elektromotor 44 zum Steuern der Lichtstrahlen zu den Beobachtungspunkten vorgesehen. Da der Spiegel 42 so angeordnet ist, daß er sich in der horizontalen Ebene dreht, kann die Spurverfolgung der Beobachtungspunkte in der horizontalen Richtung in einer bevorzugten Weise vorgenommen werden.
Auch werden darüber hinaus bei der oben erläuterten modifizierten Ausführungsform, die Bilder, die an den Anzeigevorrichtungen 11 dargestellt werden, im voraus deformiert, so daß die deformierten Bilder an dem reflektierenden halbdurchlässigen Spiegel 20, die auf diesem durch die optischen Projektionssysteme 10, 20 gebildet werden, so korrigiert werden können, daß Bilder mit hoher Qualität entstehen.
(Zweite Ausführungsform)
8 ist eine schematische Ansicht eines Anzeigegerätes S2 für ein virtuelles Bild gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei ein Prismenblatt 33 zu dem optischen Bildlokalisiersystem 30 des Gerätes S1 hinzugefügt ist, welches in 1 dargestellt ist.
In 8 ist das Prismenblatt 33 in der Gruppe der Linse 30 (dem optischen Bildlokalisiersystem) vorgesehen, wobei das Prismenblatt 33 in Kontakt mit der Fresnel-Linse 31 steht. Die Lichtstrahlen werden durch das Prismenblatt 33 gebeugt.
Das Prismenblatt 33 ist hier eine optische Vorrichtung, die aus streifenförmig gestalteten Mikroskopprismen zusammengesetzt ist und eine Funktion gemäß einer Beugung der Lichtstrahlen hat. Es wird mit Hilfe dieses Prismenblattes 33 möglich, die Lichtstrahlen von den optischen Projektionssystemen 10, 20 in eine Richtung zu lenken, die in bezug auf eine Oberfläche der Gruppe der Linsen 30 geneigt ist.
In diesem Prismenblatt 33 kann ein Winkel (ein Austrittswinkel) der austretenden Lichtstrahlen kleiner gemacht werden als ein Einfallswinkel der Lichtstrahlen von den optischen Projektionssystemen 10, 20 her, so daß eine Wirkung der Linse zum Beugen der Lichtstrahlen in geeigneter Weise erhalten werden kann.
Als ein Ergebnis können die optischen Projektionssysteme 10, 20 an Positionen angeordnet werden, die sehr viel dichter bei der Gruppe der Linsen 30 gelegen sind, und es kann dadurch eine Miniaturisierung des optischen Systems erhalten werden. Bei spielsweise ist in 8 eine Verkleinerung des Gerätes in der vertikalen Richtung realisiert.
Ferner ist das Prismenblatt 33 an der Position der Bildausbildung angeordnet, an der die Bilder der Anzeigevorrichtungen 11 der optischen Projektionssysteme 10, 20 gebildet werden, nämlich in der Gruppe der Linsen 30, welche die Fresnel-Linse 31 enthält. Es kann daher ein Einfluß einer chromatischen Aberration, die durch das Prismenblatt 33 verursacht wird, beseitigt werden. Diese Wirkung wird bei dieser Ausführungsform dadurch erreicht, indem die Fresnel-Linse 31, das Mikrolinsenarray 32 und das Prismenblatt 33 als eine Einheit ausgeführt werden. Es ist jedoch nicht immer erforderlich, diese Vorrichtungen als eine Einheit auszubilden. Die gleiche Wirkung kann dann erzielt werden, wenn das Prismenblatt 33 dicht bei, jedoch noch getrennt von der Gruppe der Linsen 30 angeordnet wird.
Wie oben dargelegt wurde, kann das Anzeigegerät S2 für ein virtuelles Bild erhalten werden, welches eine Wirkung hat, um das Gerät zu verkleinern und den Einfluß durch die chromatische Aberration mit Hilfe des Prismenblattes 33 zu unterdrücken, zusätzlich zu den Wirkungen, die auch durch das Gerät erzielt werden, welches in 1 gezeigt ist.
(Dritte Ausführungsform)
9 ist eine schematische Ansicht eines Anzeigegerätes S3 für ein virtuelles Bild gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei eine vergrößernde Fresnel-Linse 34 zu dem Gerät S1 hinzugefügt wurde, welches in 1 dargestellt ist.
Die vergrößernde Fresnel-Linse 34 ist an einer solchen Position angeordnet, die von der Gruppe der Linsen 30 getrennt ist (der sammelnden Fresnel-Linse 31 und dem Mikrolinsenarray 32) und dichter bei der beobachtenden Person angeordnet ist. Die Linse 34 hat eine Funktion, das Bild an der Gruppe der Linsen 30 zu vergrößern.
Bei dem Gerät nach 1 werden die Bilder der optischen Projektionssysteme 10, 20 auf der Gruppe der Linsen 30 gebildet und die virtuellen Bilder derselben werden durch den halbdurchlässigen Spiegel 200 dargestellt oder angezeigt. Demzufolge entspricht die optische Pfadlänge von den Beobachtungspunkten 301, 302 zu der Gruppe der Linsen 30 einer Bildausbildungslänge des virtuellen Bildes von den Beobachtungspunkten 301, 302 aus.
Wenn ein Sichtabstand eines Bildzusammenlaufpunktes (der sichtbaren Position), an dem die virtuellen Bilder 310, 320 für das linke und das rechte Auge in ein Bild verschmelzen, ist es wünschenswert, die stereoskope Betrachtung durch die Parallaxe zu verlängern, es wird die Bildausbildungslänge für die virtuellen Bilder 310, 320 länger ausgeführt, so daß beide Bilder einfach zu dem virtuellen Bild 330 der stereoskopen Sicht verschmelzen.
Dies ist deshalb der Fall, da ein unkomfortables Gefühl der beobachtenden Person vermindert wird, und zwar als ein Ergebnis der Reduzierung einer Differenz zwischen einem Empfinden des Abstandes der beobachtenden Person, wenn sich die Konvergenz der Augen 301, 302 derselben zum Hinblicken auf die Parallaxenbilder einstellt, und einem Eindruck des Abstandes bei einer Fokuseinstellung, um einen Fokus der Augen auf einen Punkt einzustellen, wo die Bilder gebildet werden.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform ist die vergrößernde Fresnel-Linse zwischen dem halbdurchlässigen Spiegel 200 und der Gruppe 30 der Linsen angeordnet, welche die sammelnde Fresnel-Linse 31 enthält, und auch das Mikrolinsenarray 32 enthält, so daß die Bilder 310, 320 der optischen Projektionssysteme 10, 20, die an der Gruppe 30 der Linsen gebildet werden, vergrößert werden und in dem Abstand dargestellt werden.
Die Austrittspupille 13 und die Beobachtungspunkte 301, 302 der beobachtenden Person stehen in einer konjugierten Beziehung, und zwar in bezug auf den Hauptpunkt in einem Fall, bei dem die Fresnel-Sammellinse 31 und die Fresnel-Vergrößerungslinse 34 so betrachtet werden, daß sie ein vereinheitlichtes optisches System bilden, wobei die Vergrößerung der Bilder in dem Abstand und der Lichtsammelvorgang co-existent sind.
Bei dieser Ausführungsform bildet die Fresnel-Sammellinse 31 eine optische Lichtsammelvorrichtung (Bündelungsvorrichtung), das Mikrolinsenarray 32 bildet eine optische Diffusorvorrichtung und die Fresnel-Vergrößerungslinse 34 bildet ein optisches Vergrößerungssystem zum Vergrößern der Bilder.
Das Projektionsauge der Projektionslinse 13 und die Beobachtungspunkte 301, 302 der beobachtenden Person befinden sich in einer konjugierten Beziehung in bezug auf den Hauptpunkt, das heißt in einem Fall, daß die Fresnel-Sammellinse 31 und die Fresnel-Vergrößerungslinse 34 so betrachtet werden, daß sie ein vereinheitlichtes optisches System bilden.
(Vierte Ausführungsform)
10 ist eine schematische Ansicht eines Anzeigegerätes S4 für ein virtuelles Bild gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Fresnel-Linse 31 zum Sammeln des Lichtes aus der Gruppe 30 der Linsen des Gerätes, welches in 9 gezeigt ist, entfernt wurde.
Das Gerät S4 gemäß dieser Ausführungsform enthält nämlich optische Projektionssysteme 10, 20, von denen jedes die Lichtquelle 12 und die Projektionslinse 13 enthält, ferner das Mikrolinsenarray 32, die Fresnel-Vergrößerungslinse 34 und den halbdurchlässigen Spiegel 200 enthält.
Das Mikrolinsenarray 32 ist an der Bildfokussierungsposition angeordnet, an welcher die Bilder des Paares der optischen Projektionssysteme 10, 20 gebildet werden, und funktioniert als Bildschirm. Die Fresnel-Vergrößerungslinse 34 ist an einer solchen Position angeordnet, die von dem Mikrolinsenarray 32 getrennt ist und dichter bei der be obachtenden Person gelegen ist, so daß die auf dem Mikrolinsenarray 32 gebildeten Bilder vergrößert werden und im Abstand dargestellt werden.
Ferner besitzt die Fresnel-Vergrößerungslinse 34 eine Funktion, die Lichtstrahlen von den optischen Projektionssystemen 10, 20 zu sammeln, und sie ist an einer solchen Position angeordnet, daß die Austrittspupille der Projektionslinse 13 und die Beobachtungspunkte 301, 302 der beobachtenden Person in eine konjugierte Beziehung gelangen, und zwar in bezug auf den Hauptpunkt der Vergrößerungsvorrichtung 34.
Bei dieser Ausführungsform bildet das Mikrolinsenarray 32 eine optische Diffusions- oder Diffusorvorrichtung und die Fresnel-Vergrößerungslinse 34 bildet ein optisches Vergrößerungssystem zum Vergrößern der Bilder.
(Fünfte Ausführungsform)
11 ist eine schematische Ansicht eines Anzeigegerätes S5 für ein virtuelles Bild gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Das Anzeigegerät S5 für ein virtuelles Bild umfaßt folgendes: einen einzelnen Satz des optischen Projektionssystems 10 mit einer Lichtquelle 12, einer Anzeigevorrichtung 11 und einer Projektionslinse 13; einen optischen Bildseparator 50 mit einer Flüssigkristallblende 51 und einem polarisierenden Strahlteiler 52, eine Gruppe 60 von Spiegeln zum Führen der Lichtstrahlen zu einer Gruppe 30 der Linsen; ein optisches Bildlokalisiersystem 30 (die Gruppe der Linsen) mit einer Fresnel-Sammellinse 31 und einem Mikrolinsenarray 32; und einen halbdurchlässigen Spiegel 200 zum Reflektieren der Lichtstrahlen.
Die Flüssigkristallblende 51 hat eine Drall-Nematikstruktur, wobei der Flüssigkristall um 90 Grad verwunden oder gedreht ist. Abhängig vom EIN-Zustand und dem AUS-Zustand eines elektrischen Feldes wird die genannte Struktur umgeschaltet, und zwar von einem vertikal orientierten Zustand in einen verdrehten Zustand und umgekehrt.
Eine polarisierende Platte (nicht gezeigt) ist auf einer Eintrittsseite der Flüssigkristallblende 51 vorgesehen, so daß die Lichtstrahlen, die durch die Blende 51 hindurchtreten, in der gleichen Richtung zu der polarisierenden Platte in einem Fall polarisiert werden, daß der Flüssigkristall sich in einem vertikal orientierten Zustand befindet, während die Lichtstrahlen in einer Richtung, um 90 Grad zu der Richtung der polarisierenden Platte gedreht, polarisiert werden, und zwar in einem Fall, bei dem der Flüssigkristall sich in dem verdrehten Zustand befindet. Es kann somit die Polarisierungsrichtung der Lichtstrahlen, die durch die Blende 51 hindurchlaufen, um 90 Grad geändert werden, und zwar abhängig von dem EIN-Zustand oder AUS-Zustand des elektrischen Feldes.
Der polarisierende Strahlteiler 52, welcher an der rückwärtigen Seite der Blende 51 angeordnet ist, besteht aus einer optischen Vorrichtung, die Lichtstrahlen reflektiert oder überträgt, und zwar abhängig von der Polarisierungsrichtung desselben. Beispielsweise reflektiert dieser Lichtstrahlen im Falle einer S-Polarisation und überträgt Lichtstrahlen im Falle einer P-Polarisation.
Die jeweiligen Lichtstrahlen, die durch den polarisierenden Strahlteiler 52 reflektiert werden und übertragen werden, werden durch die Gruppe der Spiegel 60 gelenkt oder geleitet und das Bild an der Anzeigevorrichtung 11 des optischen Projektionssystems 10 wird auf die Gruppe der Linsen 30 projiziert und dort gebildet.
Selbst bei dieser Ausführungsform befinden sich die Austrittslinse der Projektionslinse 30 und die Beobachtungspunkte 301, 302 der beobachtenden Person in dem konjugierten Zustand bzw. in der konjugierten Beziehung, es können alle Lichtstrahlen an den Beobachtungspunkten 301, 302 gesammelt werden und es kann dadurch das angezeigte Bild heller gemacht werden.
Bei dieser Ausführungsform wird die Anzeigevorrichtung 11 in einer Time-Sharing-Weise betrieben, um abwechselnd die jeweiligen Bilder für das rechte und das linke Auge darzustellen. Die Flüssigkristallblende 51 wird ebenfalls in einer Time-Sharing-Weise betrieben, die mit dem Betrieb der Anzeigevorrichtung 11 synchronisiert ist.
Beispielsweise werden die Lichtstrahlen für das Bild des rechten Auges auf den polarisierenden Strahlteiler 52 in der Form der S-Polarisation projiziert und es werden dann die Lichtstrahlen durch den polarisierenden Strahlteiler 52 reflektiert. Auf der anderen Seite werden die Lichtstrahlen für das Bild des linken Auges auf den polarisierenden Strahlteiler 52 in Form der P-Polarisation projiziert und es werden dann die Lichtstrahlen durch den polarisierenden Strahlteiler 52 übertragen.
Der Reflexionskoeffizient an dem halbdurchlässigen Spiegel 200 ist abhängig von der Richtung der Lichtstrahlenpolarisation verschieden. Es ist daher wünschenswert, die Lichtstrahlen zu dem halbdurchlässigen Spiegel 200 derart zu gestalten, daß eine Komponente der S-Polarisation und eine Komponente der P-Polarisation für die Lichtstrahlen untereinander gleich sind.
Bei der zuvor erläuterten Ausführungsform können, da die Bilder für das rechte und das linke Auge jeweils durch den einzelnen Satz des optischen Projektionssystems projiziert werden können, eine Miniaturisierung und eine Kostensenkung des optischen Systems des Gerätes realisiert werden.
Bei dieser Ausführungsform bildet die Fresnel-Sammellinse 31 eine optische Lichtsammelvorrichtung (Lichtbündelungsvorrichtung), das Mikrolinsenarray 32 bildet eine optische Diffusionsvorrichtung oder einen optischen Diffusor und der optische Bildseparator 50 mit der Flüssigkristallblende 51 und der polarisierende Strahlteiler 52 bilden eine Bildtrenneinrichtung.
Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform können Bilder von dem einzelnen optischen Projektionssystem 10 in zwei Bilder mit Hilfe des optischen Bildsepara tors 50 aufgetrennt werden. Es wird daher möglich, die jeweiligen Bilder für das rechte und das linke Auge der beobachtenden Person in der gleichen Weise darzustellen wie bei den anderen Ausführungsformen, bei denen zwei optische Projektionssysteme vorgesehen sind.
Wenn bei dieser Ausführungsform die jeweiligen Bilder, die durch den optischen Strahlteiler 50 aufgeteilt werden, bewegt werden, kann der Sichtabstand des virtuellen Bildes, nämlich die sichtbare Position 300, geändert werden. Um dies klarer zum Ausdruck zu bringen, so werden die Anzeigebilder, die abwechselnd an der Anzeigevorrichtung 11 in der Time-Sharing-Weise gebildet werden, nämlich das Bild für das rechte Auge und das Bild für das linke Auge, jeweils bewegt. Als ein Ergebnis ist es nicht erforderlich, physikalisch die optischen Vorrichtungen zu bewegen und es wird daher verhindert, daß das optische System größer wird.
(Abwandlung der fünften Ausführungsform)
Bei der oben erläuterten Ausführungsform von 11 kann eine Fresnel-Vergrößerungslinse 34 an solch einer Position hinzugefügt werden, die von der Gruppe der Linsen 30 getrennt ist (vgl. die Sammellinse 31 und das Mikrolinsenarray 32) und dichter bei der beobachtenden Person gelegen ist, so daß die Bilder, die von den optischen Projektionssystemen 10, 20 projiziert werden und an der Gruppe der Linsen 30 gebildet werden, vergrößert werden und in einem Abstand dargestellt werden.
Bei solch einer abgewandelten Ausführung sind die Austrittspupille der Projektionslinse 13 und die Beobachtungspunkte 301, 302 der beobachtenden Person so angeordnet, daß sie in der konjugierten Beziehung zu dem Hauptpunkt stehen, und zwar für den Fall, daß die Fresnel-Sammellinse 31 und die Fresnel-Vergrößerungslinse 34 so betrachtet werden, daß sie ein vereinheitlichtes optisches System bilden.
(Weitere Abwandlung der fünften Ausführungsform)
Die Fresnel-Sammellinse 31 der Gruppe der Linsen 30 kann aus dem Anzeigegerät S5 für ein virtuelles Bild entfernt werden, und zwar in Verbindung mit dieser fünften Ausführungsform, wie dies bei der vierten Ausführungsform der Fall ist.
In solch einem Fall umfaßt das Anzeigegerät S5 für ein virtuelles Bild folgendes:
einen einzelnen Satz des optischen Projektionssystems 10 mit einer Lichtquelle 12, der Anzeigevorrichtung 11 und der Projektionslinse 13; den optischen Bildseparator 50; die Gruppe der Spiegel 60; das Mikrolinsenarray 32; eine Fresnel-Vergrößerungslinse 34 mit einer Funktion, das Licht zu sammeln, und mit einer Funktion, das Bild zu vergrößern; und einen halbdurchlässigen Spiegel 200.
Selbst in einem Fall, bei dem die Fresnel-Sammellinse 31 der Gruppe der Linsen 30 entfernt wird, kann das Prismenblatt 33 zum Beugen der Lichtstrahlen bei dem Mikrolinsenarray 32 vorgesehen werden, und zwar als eine optische Diffusionsvorrichtung, wie dies auch bei der oben erläuterten zweiten Ausführungsform der Fall ist.
(Sechste Ausführungsform)
12 ist eine schematische Ansicht eines Anzeigegerätes S6 für ein virtuelles Bild gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der das Mikrolinsenarray (optische Diffusionsvorrichtung) von dem Gerät entfernt ist, und zwar unter Verwendung einer Projektionslinse mit einem größeren Projektionsauge.
Das Anzeigegerät S6 für ein virtuelles Bild, welches in 12 gezeigt ist, umfaßt folgendes: ein Paar von optischen Projektionssystemen 10, 20, von denen jedes eine Lichtquelle 12, eine Anzeigevorrichtung 11 und eine Projektionslinse 13 enthält, einen halbdurchlässigen Spiegel 70 zum Reflektieren und zum Übertragen oder Durchlassen der Lichtstrahlen von den optischen Projektionssystemen 10, 20; eine Fresnel-Sammellinse 31, die an einer Position angeordnet ist, bei der die Bilder der Anzeigevorrichtun gen 11 durch die Projektionslinsen 13 gebildet werden; und einen halbdurchlässigen Spiegel 200 zum Reflektieren der Lichtstrahlen.
Bei dieser Ausführungsform befinden sich die Austrittspupille der Projektionslinsen 13 und der Beobachtungspunkte 301, 302 der beobachtenden Person in der konjugierten Beziehung in bezug auf die Fresnel-Sammellinse 31.
Ein Durchmesser der Austrittspupille der Projektionslinse 13 ist so ausgebildet, daß er größer ist als eine Größe des Bildes an den Beobachtungspunkten 301, 302 (ein Durchmesser der Pupille), und zwar durch die Fresnel-Sammellinse 31. Es kann daher der Durchmesser des Lichtflusses von der Projektionslinse 13 ausreichend vergrößert werden, um zu verhindern, daß ein Hiatus der Bilder ohne das Mikrolinsenarray 32 auftritt, da die Lichtstrahlen, die das gesamte Bild abdecken, die Beobachtungspunkte 301, 302 der beobachtenden Person erreichen können.
Der Linsendurchmesser der Projektionslinse 13 wird allgemein größer, wenn diese eine größere Austrittspupille hat. Es ist erforderlich, daß die Austrittspupille der Projektionslinse 13 und die Beobachtungspunkte in der konjugierten Beziehung stehen. In einem Fall, daß das Paar der Projektionslinsen parallel angeordnet sind, wie dies auch bei der ersten Ausführungsform der Fall ist, die in 1 gezeigt ist, wobei der Durchmesser der Projektionslinse groß ist, dann wird ein Abstand zwischen der Austrittspupille zu groß, um die konjugierte Beziehung beizubehalten. Es kann nämlich das Paar der Projektionslinsen 13 nur schwer parallel angeordnet werden, ohne dabei eine Interferenz untereinander zu verursachen.
Bei den oben erläuterten ersten bis fünften Ausführungsformen ist der Durchmesser der Austrittspupille der Projektionslinse 13 so ausgebildet, daß dieser kleiner ist als die Größe des Bildes an den Beobachtungspunkten 301, 302 (der Durchmesser der Pupille) durch die Fresnel-Sammellinse 31 hindurch. Es kann daher selbst in einem Fall, bei dem das Paar der Projektionslinsen 13 parallel angeordnet ist, ein Abstand zwischen dem Paar der Projektionslinsen 13 auf einem angemessenen Wert gehalten werden.
Auf Grund der oben erläuterten Gründe werden die optischen Projektionssysteme 10, 20 auf sich gegenüberliegenden Seiten des halbdurchlässigen Spiegels 70 angeordnet, wie in 12 gezeigt ist, so daß die Lichtstrahlen von einem optischen Projektionssystem durch den halbdurchlässigen Spiegel 70 reflektiert werden, während die Lichtstrahlen von dem anderen optischen Projektionssystem durch den Spiegel 70 hindurch übertragen werden.
Es werden nämlich die Austrittspupillen des Paares der Projektionslinsen 13 durch die Kombination mit dem halbdurchlässigen Spiegel 70 kombiniert oder verbunden, so daß die Austrittspupillen und die Beobachtungspunkte offensichtlich in der konjugierten Beziehung gehalten werden. Als ein Ergebnis wird das Mikrolinsenarray 32 nicht mehr erforderlich, um auf diese Weise eine Kostensenkung des Gerätes zu erreichen.
Bei dieser Ausführungsform bildet die Fresnel-Sammellinse 31 eine optische Lichtsammelvorrichtung (Lichtbündelungsvorrichtung) und die Kombination mit dem halbdurchlässigen Spiegel 70 bildet eine optische Kombinationsvorrichtung.
Gemäß der oben erläuterten Ausführungsform wird der Durchmesser der Austrittspupille der Projektionslinse 13 so ausgeführt, daß dieser größer ist als die Größe des Bildes an den Beobachtungspunkten 301, 302 (dem Durchmesser der Pupille), und zwar durch die Fresnel-Sammellinse 31. Es kann daher der Durchmesser des Lichtflusses an dem Fokussierungspunkt größer gestaltet werden, und zwar ohne das Mikrolinsenarray 32 (die optische Diffusor- oder Diffusionsvorrichtung).
Es kann demzufolge der Hiatus des Bildes selbst dann verhindert werden, wenn eine Aberration der Linsen vorliegt, und es kann dann eine Reduzierung der Sichtbarkeit unterdrückt werden. Darüber hinaus ist es nicht erforderlich, eine Spurverfolgung der Bewegungen der Beobachtungspunkte vorzunehmen.
Da die Kombination mit dem halbdurchlässigen Spiegel 70 bei dieser Ausführungsform realisiert ist, um die Bilder von dem Paar der optischen Projektionssysteme 10, 20 zu verbinden, können die Projektionslinsen 13 an optimalen Stellen angeordnet werden, und zwar ohne daß dabei eine Interferenz entsteht, selbst wenn die Projektionslinsen 13 der optischen Projektionssysteme 10, 20 größer ausgeführt werden. Als ein Ergebnis kann bei dem optischen System des Gerätes verhindert werden, daß es in der Größe größer ausgeführt werden muß.
(Abwandlung der sechsten Ausführungsform)
Bei dieser Ausführungsform kann die Fresnel-Vergrößerungslinse 34 wie bei der dritten Ausführungsform angeordnet werden, und zwar an einer solchen Position, die von der Sammellinse 31 getrennt ist und dichter bei der beobachtenden Person gelegen ist, so daß die Bilder, die von den optischen Projektionssystemen 10, 20 projiziert werden und an der Sammellinse 31 gebildet werden, vergrößert werden und im Abstand dargestellt werden.
Bei solche einer abgewandelten Ausführung sind die Austrittspupille der Projektionslinse 13 und die Beobachtungspunkte 301, 302 der beobachtenden Person so angeordnet, daß sie in einer konjugierten Beziehung in bezug auf den Hauptpunkt (principal point) stehen, und zwar in dem Fall, daß die Fresnel-Sammellinse 31 und die Fresnel-Vergrößerungslinse 34 so betrachtet werden, daß sie ein vereinheitlichtes optisches System bilden.
(Weitere Abwandlung der sechsten Ausführungsform)
Die Fresnel-Sammellinse 31 kann von diesem Anzeigegerät S6 für ein virtuelles Bild gemäß der sechsten Ausführungsform entfernt werden; wie dies bei der vierten Ausführungsform ebenfalls so ist.
In solch einem Fall sollte anstelle der Fresnel-Sammellinse 31 die Fresnel-Vergrößerungslinse 34 an einer Stelle vorgesehen werden, die dichter bei der beobachtenden Person gelegen ist (dichter bei dem halbdurchlässigen Spiegel 200), wie dies bei der vierten Ausführungsform der Fall ist.
Demzufolge umfaßt das Anzeigegerät S6 für ein virtuelles Bild folgendes: ein Paar von optischen Projektionssystemen 10, 20, von denen jedes eine Lichtquelle 12, eine Anzeigevorrichtung 11 und eine Projektionslinse 13 enthält; die Kombination mit einem halbdurchlässigen Spiegel 10, die Fresnel-Vergrößerungslinse 34, die an einer Stelle vorgesehen ist, verschieden von der Bildstelle für die optischen Projektionssysteme 10, 20, und welche eine Funktion hat, das Licht zu sammeln, und auch eine Funktion hat, das Bild zu vergrößern; und den halbdurchlässigen Spiegel 200.
(Siebte Ausführungsform)
13 ist eine schematische Ansicht eines Anzeigegerätes S7 für ein virtuelles Bild gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der ein optisches System mit einem feststehenden Fokus gebildet ist, wobei keine Parallaxe verwendet wird.
Das Anzeigegerät S7 für ein virtuelles Bild, welches in 13 gezeigt ist, umfaßt folgendes: einen einzelnen Satz des optischen Projektionssystems 10 mit einer Lichtquelle 12, einer Anzeigevorrichtung 11 und einer Projektionslinse 13; eine Gruppe 30 an Linsen mit einer Fresnel-Sammellinse 31 und mit einem Mikrolinsenarray 32; und einen halbdurchlässigen Spiegel 200.
Die Gruppe 30 der Linsen ist an einer Position angeordnet, bei der das Bild der Anzeigevorrichtungen 11 durch die Projektionslinse 13 gebildet wird. Das dargestellte Bild der Projektionslinse 13 wird durch den halbdurchlässigen Spiegel 200 reflektiert, so daß das virtuelle Bild 330 durch die beobachtende Person (die Beobachtungspunkte 301, 302) auf einer Rückseite des halbdurchlässigen Spiegels 200 erkannt werden kann.
Bei dieser Ausführungsform sind die Austrittspupille der Projektionslinse 13 und der Beobachtungspunkte 301, 302 der beobachtenden Person in einer konjugierten Beziehung in bezug auf die Fresnel-Sammellinse 31. Es werden auch die Lichtstrahlen durch das Mikrolinsenarray 32 diffus gestaltet oder diffundiert, so daß die Lichtstrahlen in dem gesamten sichtbaren Bereich, welcher das rechte und das linke Auge 301, 302 abdeckt, diffus gemacht werden bzw. diffus verlaufen.
Bei dieser Ausführungsform bildet die Gruppe 30 der Linsen eine optische Vorrichtung zum Ausbilden eines Bildes (ein optisches Bildlokalisiersystem), und das Mikrolinsenarray 32 bildet eine optische Diffusorvorrichtung.
Da bei diesem Gerät S7 das optische Bildlokalisiersystem (die Gruppe der Linsen) 30 die optische Vorrichtung (Fresnel-Linse) 31 wie bei der ersten Ausführungsform besitzt, so daß die Austrittspupille der Projektionslinse 13 und die Beobachtungspunkte 301, 302 der beobachtenden Person in der konjugierten Beziehung stehen, können alle Lichtstrahlen, die durch die Austrittspupille der Projektionslinse 13 hindurch verlaufen, an den Beobachtungspunkten der beobachtenden Person gesammelt werden und es kann dadurch das Anzeigebild heller gemacht werden.
Da bei dieser Ausführungsform das Mikrolinsenarray (optische Diffusorvorrichtung) 32 dafür vorgesehen ist, um die Lichtstrahlen zu streuen, und zwar zu dem gesamten sichtbaren Bereich, kann der Durchmesser des Lichtflusses an der Fokussierungsstelle größer gemacht werden, ohne dies bei der Austrittspupille der Projektionslinse 13 durchzuführen.
Demzufolge kann ein Hiatus des Bildes selbst dann verhindert werden, wenn die Aberration der Linsen vorhanden ist, und es kann dann die Reduzierung der Sichtbarkeit unterdrückt werden. Darüber hinaus ist es nicht erforderlich, eine Spurverfolgung der Bewegungen der Beobachtungspunkte vorzunehmen.
Wie oben gemäß der Ausführungsform dargelegt wurde, kann die optische Vorrichtung bei einfacherer Konstruktion kleiner ausgeführt werden und gleichzeitig kann ein Bild mit hoher Qualität erzielt werden. Da zusätzlich die Lichtsammelqualität höher ist, kann ein Anzeigegerät für ein helleres virtuelles Bild erzielt werden, obwohl der Sichtabstand festgelegt ist.
(Abwandlung der siebten Ausführungsform)
Bei dieser Ausführungsform kann die Fresnel-Vergrößerungslinse 34 wie bei der dritten Ausführungsform angeordnet werden, und zwar an einer solchen Position, die von der Gruppe 30 der Linsen getrennt ist (welche die Sammellinse 31 und das Mikrolinsenarray 32 enthält) und dichter bei der beobachtenden Person gelegen ist, so daß das von dem optischen Projektionssystem 10 projizierte Bild, welches an der Gruppe 30 der Linsen gebildet wird, vergrößert wird und in einem Abstand dargestellt wird.
Bei solch einer Abwandlung sind die Austrittspupille der Projektionslinse 13 und die Beobachtungspunkte 301, 302 der beobachtenden Person so angeordnet, daß sie in der konjugierten Beziehung in bezug auf den Hauptpunkt stehen, und zwar für den Fall, daß die Fresnel-Sammellinse 31 und die Fresnel-Vergrößerungslinse 34 so betrachtet werden, daß sie ein vereinheitlichtes einzelnes optisches System bilden.
Die Fresnel-Sammellinse 31 kann aus dem Anzeigegerät S7 für ein virtuelles Bild gemäß dieser siebten Ausführungsform entfernt werden, wie dies auch bei der vierten Ausführungsform der Fall ist.
In diesem Fall umfaßt das Anzeigegerät S7 für ein virtuelles Bild folgendes: den einzelnen Satz des optischen Projektionssystems 10 mit der Lichtquelle 12, der Anzeigevorrichtung 11 und der Projektionslinse 13; das Mikrolinsenarray 32; die Fresnel-Vergrößerungslinse 34 mit einer Funktion, das Licht zu sammeln, und mit einer Funktion, das Bild zu vergrößern; und den halbdurchlässigen Spiegel 200.
(Andere abgewandelte Ausführungsformen)
Wenn das Mikrolinsenarray 32 als optische Diffusorvorrichtung verwendet wird, wird die Krümmung des Mikrolinsenarrays 32 in der vertikalen Richtung in bevorzugter Weise kleiner ausgebildet als diejenige in der horizontalen Richtung, wie bei der ersten Ausführungsform. Dies kann auch bei den anderen Ausführungsformen, anders als der ersten Ausführungsform, angewendet werden.
Die optische Diffusorvorrichtung in den Ausführungsformen ist nicht auf das Mikrolinsenarray beschränkt. Beispielsweise kann ein laminierter Körper einer Rasterungslinse (lenticular lens) zum Zerstreuen der Lichtstrahlen in der horizontalen Richtung und eine Rasterungslinse (lenticular lens) zum Streuen der Lichtstrahlen in der vertikalen Richtung verwendet werden.
Ferner kann solch eine Einzellinse als optische Diffusorvorrichtung verwendet werden, bei der eine Rasterlinse (lenticular lens) zum Streuen der Lichtstrahlen in der horizontalen Richtung an einer Frontoberfläche ausgebildet ist, während eine Rasterlinse zum Diffundieren der Lichtstrahlen in der vertikalen Richtung an der rückwärtigen Oberfläche ausgebildet ist.
Selbst in einem Fall, daß die Rasterungslinse (oder -linsen) als optische Diffusorvorrichtung verwendet wird, wird die Krümmung der Linse zum Streuen der Lichtstrahlen in der vertikalen Richtung in bevorzugter Weise kleiner ausgebildet als diejenige in der horizontalen Richtung. Mit dieser Anordnung wird es nahezu nicht mehr erforderlich, die Bewegung der beobachtenden Augen in der vertikalen Richtung zu verfolgenden, wie dies in einem Fall gegeben ist, bei dem das Mikrolinsenarray verwendet ist.
Es ist in Verbindung mit den oben erläuterten Ausführungsformen dargelegt, daß das Prismenblatt 33 dazu verwendet werden kann, um ein klein bemessenes Gerät zu erreichen, indem der optische Pfad umgelenkt oder gebeugt wird, wobei der Austritts winkel der Lichtstrahlen so angeordnet ist, daß dieser kleiner ist als der Eintrittswinkel von den optischen Projektionssystemen 10, 20 her. Dies trifft für alle die oben erläuterten Ausführungsformen zu.
Die Linse zum Umlenken oder Beugen des optischen Pfades ist nicht auf das Prismenblatt 33 gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen begrenzt. Beispielsweise kann eine Fresnel-Linse vom Außer-Achsentyp verwendet werden. In diesem Fall ist der Austrittswinkel der Lichtstrahlen ebenso angeordnet, daß er kleiner ist als der Eintrittswinkel von den optischen Projektionssystemen 10, 20.
Bei einer abgewandelten Ausführungsform, die in 7 gezeigt ist, ist der Spiegel 42 in dem Pfad von der Lichtquelle 12 zu dem halbdurchlässigen Spiegel 200 vorgesehen, um den Lichtpfad umzulenken oder zu beugen, so daß ein klein bemessenes Gerät realisiert werden kann. Dies trifft ebenfalls für alle anderen Ausführungsformen zu.
Ferner ist bei der abgewandelten Ausführungsform, die in 7 gezeigt ist, die Kamera 40 vorgesehen, um die Positionen der Beobachtungspunkte 301, 302 zu detektieren, und es sind der Spiegel 42 und der Motor vorgesehen, um die Lichtstrahlen zu den Beobachtungspunkten zu führen, so daß die Spurverfolgung der Bewegung der Beobachtungspunkte in der horizontalen Richtung in richtiger Weise durchgeführt werden kann.
Bei der oben angesprochenen Spurverfolgungsvorrichtung zum Detektieren der Positionen der Beobachtungspunkt kann ebenfalls bei den anderen Ausführungsformen verwendet werden.
Der Spiegel 42 kann an einer Position zwischen den optischen Projektionssystemen 10, 20 und der Gruppe 30 der Linsen angeordnet sein oder auch an einer Position zwischen der Gruppe 60 der Spiegel und der Gruppe 30 der Linsen im Fall der Ausführungsform, die in 11 gezeigt ist. Bei der Ausführungsform, die in 12 gezeigt ist, kann der Kombinationshalbspiegel 70 selbst gedreht werden.
Die Einrichtung zum Führen der Lichtstrahlen ist nicht auf den sich drehenden Spiegel 42 bei den oben erläuterten Ausführungsformen beschränkt.
Beispielsweise kann die optische Vorrichtung, die an der Position der Bildstelle von den optischen Projektionssystemen 10, 20 angeordnet ist, oder die optische Vorrichtung zum Vergrößern des Bildes von den optischen Projektionssystemen 10, 20 in einer Verschiebeart bewegt werden. Die optischen Projektionssysteme 10, 20 können gleitend bewegt werden.
Bei der abgewandelten Ausführungsform, die in 7 gezeigt ist, wird das Bild an der Anzeigevorrichtung 11 im voraus deformiert, so daß das virtuelle Bild eingestellt oder korrigiert wird, um das Bild in einem guten Zustand zu erhalten (ohne Deformation).
Dies kann ebenfalls bei den anderen Ausführungsformen angewendet werden.
Das Prismenblatt 33 zum Beugen oder Umlenken der Lichtstrahlen kann nicht nur bei der Anzeigevorrichtung für ein virtuelles Bild bei der Ausführungsform von 8, sondern auch bei den anderen Ausführungsformen angewendet werden. Bei dieser Anordnung kann das optische System des Gerätes noch kleiner ausgeführt werden.
Eine optische Vergrößerungsvorrichtung (Fresnel-Vergrößerungslinse) 34 zum Vergrößern des Bildes, welches durch die optischen Projektionssysteme erstellt wird, kann nicht nur bei der dritten und vierten Ausführungsform vorgesehen werden, sondern auch bei den anderen Ausführungsformen, so daß die Bildformungslänge für die virtuellen Bilder 310, 320 länger ausgebildet werden kann, um die Sichtbarkeit zu verbessern.
Mit anderen Worten, kann die Vergrößerungsvorrichtung an solche einer Position angeordnet werden, die von der Gruppe der Linsen 30 getrennt ist (der Sammellinse 31 und/oder dem Mikrolinsenarray 32) und dichter bei der beobachtenden Person gelegen ist, so daß die Bilder, die von den optischen Projektionssystemen 10, 20 projiziert werden und an der Gruppe der Linsen 30 gebildet werden, vergrößert werden und in dem Abstand dargestellt werden können.
Gemäß dem Anzeigegerät für ein virtuelles Bild der Erfindung kann verhindert werden, daß das optische System in der Größe größer sein muß, da der Sichtabstand zwischen den Beobachtungspunkten und dem sichtbaren Punkt, an welchem das virtuelle Bild durch die beobachtende Person erkannt wird, geändert werden kann, indem die dargestellten Bilder an den Anzeigevorrichtungen 11 der optischen Projektionssysteme 10, 20 bewegt werden. Es braucht nämlich gemäß dieser Konstruktion das optische System physikalisch nicht bewegt zu werden.
Bei irgendeiner der erläuterten Ausführungsformen befinden sich die Austrittspupille der Projektionslinse 13 und die Beobachtungspunkte 301, 302 der beobachtenden Person in der konjugierten Beziehung in bezug auf den Hauptpunkt. Als ein Ergebnis können alle Lichtstrahlen, die durch die Austrittspupille der Projektionslinse 13 hindurch verlaufen, an den Beobachtungspunkten der beobachtenden Person gesammelt werden und es kann dadurch das angezeigte Bild heller gemacht werden.
Ferner kann gemäß den Ausführungsformen, bei denen die optische Diffusorvorrichtung (Mikrolinsenarray) 32 vorgesehen ist, der Durchmesser des Lichtflusses in einem solchen Ausmaß größer ausgebildet werden, daß die Lichtstrahlen zu einem der Beobachtungspunkte hin den anderen Beobachtungspunkt nicht erreichen, ohne daß dabei die Austrittspupille der Projektionslinse 13 vergrößert werden muß.
Es kann somit ein Hiatus des Bildes selbst dort verhindert werden, wo eine Aberration der Linsen vorhanden ist, und es kann dann auch die Verminderung der Sichtbarkeit unterdrückt werden. Darüber hinaus ist es nicht erforderlich, die Bewegungen der Beobachtungspunkte zu verfolgen.
Wie oben dargelegt wurde, kann gemäß der vorliegenden Erfindung das optische System kleiner ausgeführt werden, und zwar bei einer vereinfachten Konstruktion, und zur gleichen Zeit kann ein Bild mit hoher Qualität erhalten werden.

Claims

Anzeigegerät für ein virtuelles Bild, mit: einer optischen Einheit (100) zum Projizieren von Bildinformationen; und einer lichtdurchlässigen Reflexionseinrichtung (200), um die Bildinformationen von der optischen Einheit (100) zu reflektieren, so daß die Bildinformationen durch eine beobachtende Person an deren Beobachtungspunkten als ein virtuelles Bild erkannt werden können, wobei die Bildinformationen sich im Abstand überlappen, wobei die optische Einheit (100) folgendes enthält: ein Paar von optischen Projektionssystemen (10, 20), von denen jedes eine Anzeigevorrichtung (11) zur Anzeige oder Darstellung eines Bildes darauf aufweist, eine Lichtquelle (12) zum Beleuchten der Anzeigevorrichtung (11) und eine Projektionslinse (13) zum Projizieren des Bildes der Anzeigevorrichtung (11), wobei das Paar der optischen Projektionssysteme (10, 20) die jeweiligen Bilder entsprechend dem rechten und dem linken Auge der beobachtenden Person projiziert; und ein optisches Bildlokalisiersystem (30), welches an einer Bildfokussierungsstelle angeordnet ist, bei der die jeweiligen Bilder von dem Paar der optischen Projektionssysteme (10, 20) gebildet werden, wobei das optische Bildlokalisiersystem (30) folgendes enthält: eine optische Vorrichtung (31) zum Erzeugen einer konjugierten Relation zwischen einer Austrittspupille der Projektionslinse (13) und den Beobachtungspunkten (301, 302) der beobachtenden Person; und eine optische Diffusorvorrichtung (32) zum Zerstreuen der Lichtstrahlen in einem Ausmaß, so daß die Lichtstrahlen zu einem (301) der Beobachtungspunkte nicht den anderen Beobachtungspunkt (302) erreichen können.
Anzeigevorrichtung für ein virtuelles Bild, mit: einer optischen Einheit (100) zum Projizieren von Bildinformationen; und einer lichtdurchlässigen Reflexionseinrichtung (200), um die Bildinformationen von der optischen Einheit (100) zu reflektieren, so daß die Bildinformationen durch eine beobachtende Person an deren Beobachtungspunkten als ein virtuelles Bild erkannt werden können, wobei die Bildinformationen sich in einem Abstand überlappen, wobei die optische Einheit (100) folgendes aufweist: ein Paar von optischen Projektionssystemen (10, 20), von denen jedes eine Anzeigevorrichtung (11) zur Anzeige oder Darstellung eines Bildes aufweist, eine Lichtquelle (12) zum Beleuchten der Anzeigevorrichtung (11) und eine Projektionslinse (13) zum Projizieren des Bildes der Anzeigevorrichtung (11), wobei das Paar der optischen Projektionssysteme (10, 20) die jeweiligen Bilder entsprechend dem rechten und dem linken Auge der beobachtenden Person projiziert; und ein optisches Bildlokalisiersystem (30), welches an einer Bildfokussierungsstelle angeordnet ist, bei der die jeweiligen Bilder von dem Paar der optischen Projektionssysteme (10, 20) ausgebildet werden; und eine optische Vergrößerungsvorrichtung (34) zum Vergrößern des Bildes, welches durch das Paar der optischen Projektionssysteme (10, 20) erzeugt wird; wobei das optische Bildlokalisiersystem (30) folgendes enthält: eine optische Sammelvorrichtung (31) zum Sammeln von Lichtstrahlen; und eine optische Diffusorvorrichtung (32) zum Zerstreuen von Lichtstrahlen in einem Ausmaß, so daß die Lichtstrahlen zu einem (301) der Beobachtungspunkte nicht den anderen Beobachtungspunkt (3O2) erreichen können, und wobei die Austrittspupille der Projektionslinse (13) und die Beobachtungspunkte (301, 302) der beobachtenden Person in einer konjugierten Beziehung in bezug zu einem Hauptpunkt (principal point) in einem Fall stehen, daß die optische Sammelvorrichtung (31) und die optische Diffusorvorrichtung (32) als ein einzelnes vereinheitlichtes optisches System betrachtet werden.
Anzeigegerät für ein virtuelles Bild, mit: einer optischen Einheit (100) zum Projizieren von Bildinformationen; und einer lichtdurchlässigen oder lichtübertragenden reflektierenden Einrichtung (200), um die Bildinformationen von der optischen Einheit (100) zu reflektieren, so daß die Bildinformationen durch eine beobachtende Person an deren Beobachtungspunkten als ein virtuelles Bild erkannt werden können, wobei die Bildinformationen sich in einer Entfernung oder Abstand überlappen, wobei die optische Einheit (100) folgendes enthält: ein Paar von optischen Projektionssystemen (10, 20), von denen jedes eine Anzeigevorrichtung (11) zur Darstellung eines Bildes aufweist, ferner eine Lichtquelle (12) zum Beleuchten der Anzeigevorrichtung (11) und eine Projektionslinse (13) zum Projizieren des Bildes der Anzeigevorrichtung (11), wobei das Paar der optischen Projektionssysteme (10, 20) die jeweiligen Bilder entsprechend dem rechten und dem linken Auge der beobachtenden Person projizieren; eine optische Diffusorvorrichtung (32), die an der Bildfokussierungsstelle angeordnet ist, bei der die jeweiligen Bilder von dem Paar der optischen Projektionssysteme (10, 20) gebildet werden, und zum Zerstreuen der Lichtstrahlen in einem Ausmaß, daß die Lichtstrahlen zu einem (301) der Beobachtungspunkte nicht den anderen Beobachtungspunkt (302) erreichen können; und eine optische Vergrößerungsvorrichtung (34) zum Vergrößern des Bildes, welches durch das Paar der optischen Projektionssysteme (10, 20) gebildet wird, wobei eine Austrittspupille der Projektionslinse (13) und die Beobachtungspunkte (301, 302) der beobachtenden Person in einer konjugierten Beziehung in bezug auf einen Hauptpunkt (principal point) der optischen Vergrößerungsvorrichtung (34) stehen.
Anzeigegerät für ein virtuelles Bild, mit: einer optischen Einheit (100) zum Projizieren von Bildinformationen; und einer lichtdurchlässigen oder lichtübertragenden und reflektierenden Einrichtung (200) zum Reflektieren der Bildinformationen von der optischen Einheit (100), so daß die Bildinformationen von einer beobachtenden Person an deren Beobachtungspunkten als ein virtuelles Bild erkannt werden kann, wobei sich die Bildinformationen im Abstand überlappen, wobei die optische Einheit (100) folgendes enthält: ein optisches Projektionssystem (10) mit einer Anzeigevorrichtung (11) zur Darstellung eines Bildes, eine Lichtquelle (12) zum Beleuchten der Anzeigevorrichtung (11) und eine Projektionslinse (13) zum Projizieren des Bildes der Anzeigevorrichtung (11); einen optischen Bildseparator (50) zum Trennen der Bilder von dem optischen Projektionssystem (10) in zwei Bilder; und ein optisches Bildlokalisiersystem (30), welches an einer Bildfokussierungsstelle angeordnet ist, bei der die jeweiligen Bilder, die mit Hilfe des optischen Bildseparators (50) getrennt wurden, gebildet werden, wobei das optische Bildlokalisiersystem (30) folgendes enthält: eine optische Vorrichtung (31) zum Bilden einer konjugierten Beziehung zwischen einer Austrittspupille der Projektionslinse (13) und den Beobachtungspunkten (301, 302) der beobachtenden Person; und eine optische Diffusorvorrichtung (32) zum Zerstreuen der Lichtstrahlen in einem Ausmaß, daß die Lichtstrahlen zu einem (301) der Beobachtungspunkte nicht den anderen Beobachtungspunkt (302) erreichen können.
Anzeigegerät für ein virtuelles Bild, mit: einer optischen Einheit (100) zum Projizieren von Bildinformationen; und einer lichtdurchlässigen reflektierenden Einrichtung (200) zum Reflektieren der Bildinformationen von der optischen Einheit (100), so daß die Bildinformationen von einer beobachtenden Person an deren Beobachtungspunkten als ein virtuelles Bild erkannt werden können, wobei sich die Bildinformationen in der Entfernung oder in einem Abstand überlappen, wobei die optische Einheit (100) folgendes enthält: ein optisches Projektionssystem (10) mit einer Anzeigevorrichtung (11) zur Darstellung eines Bildes, eine Lichtquelle (12) zum Beleuchten der Anzeigevorrichtung (11) und eine Projektionslinse (13) zum Projizieren des Bildes der Anzeigevorrichtung (11); einen optischen Bildseparator (50) zum Auftrennen der Bilder von dem optischen Projektionssystem (10) in zwei Bilder; und ein optisches Bildlokalisiersystem (30), welches an einer Bildfokussierungsstelle angeordnet ist, bei der die jeweiligen Bilder, die mit Hilfe des optischen Bildseparators (50) getrennt wurden, gebildet werden; und eine optische Vergrößerungsvorrichtung (34) zum Vergrößern des Bildes, welches durch die jeweiligen Bilder erzeugt wird, die mit Hilfe des optischen Bildseparators (50) getrennt wurden, wobei das optische Bildlokalisiersystem (30) folgendes enthält: eine optische Vorrichtung (31) zum Bilden einer konjugierten Beziehung zwischen einer Austrittspupille der Projektionslinse (13) und den Beobachtungspunkten (301, 302) der beobachtenden Person; und eine optische Sammelvorrichtung (31) zum Sammeln der Lichtstrahlen; und eine optische Diffusorvorrichtung (32) zum Streuen der Lichtstrahlen in einem Ausmaß, daß die Lichtstrahlen zu einem (301) der Beobachtungspunkte nicht den anderen Beobachtungspunkt (302) erreichen können, und wobei die Austrittspupille der Projektionslinse (13) und die Beobachtungspunkte (301, 302) der beobachtenden Person in einem konjugierten Verhältnis in Bezug auf einen Hauptpunkt (principal point) in einem Fall stehen, daß die optische Sammelvorrichtung (31) und die optische Vergrößerungsvorrichtung (34) als ein einzelnes vereinheitlichtes optisches System betrachtet werden.
Anzeigegerät für ein virtuelles Bild, mit: einer optischen Einheit (100) zum Projizieren von Bildinformationen; und einer lichtdurchlässigen reflektierenden Einrichtung (200) zum Reflektieren der Bildinformationen von der optischen Einheit (100), so daß die Bildinformationen von einer beobachtenden Person an deren Beobachtungspunkten als ein virtuelles Bild erkannt werden können, wobei sich die Bildinformationen im Abstand überlappen, wobei die optische Einheit (100) folgendes aufweist: ein optisches Projektionssystem (10) mit einer Anzeigevorrichtung (11) zur Darstellung eines Bildes, eine Lichtquelle (12) zum Beleuchten der Anzeigevorrichtung (11) und eine Projektionslinse (13) zum Projizieren des Bildes der Anzeigevorrichtung (11); einen optischen Bildseparator (50) zum Trennen der Bilder von dem optischen Projektionssystem (10) in zwei Bilder; und eine optische Diffusorvorrichtung (32), die an einer Bildfokussierungsstelle angeordnet ist, an der die jeweiligen Bilder gebildet werden, die durch den optischen Bildseparator (50) getrennt wurden, und zum Zerstreuen der Lichtstrahlen in einem Ausmaß, daß die Lichtstrahlen zu einem (301) der Beobachtungspunkte nicht zu dem anderen Beobachtungspunkt (302) gelangen können; ein optisches Vergrößerungssystem (34) zum Vergrößern des Bildes, welches durch die jeweiligen Bilder erzeugt wird, die durch den optischen Bildseparator (50) getrennt wurden, wobei eine Austrittspupille der Projektionslinse (13) und die Beobachtungspunkte (301, 302) der beobachtenden Person in einer konjugierten Beziehung in bezug auf einen Hauptpunkt (principal point) des optischen Vergrößerungssystems (34) stehen.
Anzeigegerät für ein virtuelles Bild, mit: einer optischen Einheit (100) zum Projizieren von Bildinformationen; und einer lichtdurchlässigen oder lichtübertragenden reflektierenden Einrichtung (200) zum Reflektieren der Bildinformationen von der optischen Einheit (100), so daß die Bildinformationen von einer beobachtenden Person an deren Beobachtungspunkten als ein virtuelles Bild erkannt werden können, wobei sich die Bildinformationen im Abstand überlappen, wobei die optische Einheit (100) folgendes aufweist: ein Paar von optischen Projektionssystemen (10, 20), von denen jedes eine Anzeigevorrichtung (11) zur Darstellung eines Bildes, eine Lichtquelle (12) zum Be leuchten der Anzeigevorrichtung (11) und eine Projektionslinse (13) zum Projizieren des Bildes der Anzeigevorrichtung (11) enthält, wobei das Paar der optischen Projektionssysteme (10, 20) die jeweiligen Bilder entsprechend dem rechten und dem linken Auge der beobachtenden Person projizieren; ein optisches Verbindungssystem (70) zum Verbinden der Bilder von dem Paar der optischen Projektionssysteme (10, 20); und ein optisches Bildlokalisiersystem (30, 31), welches an einer Bildfokussierungsstelle angeordnet ist, bei der die jeweiligen Bilder von dem Paar der optischen Projektionssysteme (10, 20) gebildet werden, wobei das optische Bildlokalisiersystem (30, 31) eine konjugierte Beziehung zwischen einer Austrittspupille der Projektionslinse (13) und den Beobachtungspunkten (301, 302) der beobachtenden Person bildet, und ein Durchmesser der Austrittspupille der Projektionslinse (13) größer ist als die Größe des Bildes an den Beobachtungspunkten (301, 302), welches durch das optische Bildlokalisiersystem (30, 31) gebildet wird.
Anzeigegerät für ein virtuelles Bild, mit: einer optischen Einheit (100) zum Projizieren von Bildinformationen; und einer lichtdurchlässigen oder lichtübertragenden und reflektierenden Einrichtung (200) zum Reflektieren der Bildinformationen von der optischen Einheit (100), so daß die Bildinformationen von einer beobachtenden Person an deren Beobachtungspunkten als ein virtuelles Bild erkannt werden kann, wobei sich die Bildinformationen im Abstand überlappen, wobei die optische Einheit (100) folgendes enthält: ein Paar von optischen Projektionssystemen (10, 20), von denen jedes eine Anzeigevorrichtung (11) zur Darstellung eines Bildes enthält, eine Lichtquelle (12) zum Beleuchten der Anzeigevorrichtung (11) und eine Projektionslinse (13) zum Projizieren des Bildes der Anzeigevorrichtung (11), wobei das Paar der optischen Projektionssysteme (10, 20) die jeweiligen Bilder entsprechend dem rechten und dem linken Auge der beobachtenden Person projizieren; ein optisches Verbindungssystem (70) zum Verbinden der Bilder von dem Paar der optischen Projektionssysteme (10, 20); eine optische Sammelvorrichtung (31), die an einer Bildfokussierungsstelle angeordnet ist, bei der die jeweiligen Bilder von dem Paar der optischen Projektionssysteme (10, 20) gebildet werden; und ein optisches Vergrößerungssystem (34) zum Vergrößern des Bildes, welches durch die jeweiligen Bilder von dem Paar der optischen Projektionssysteme (10, 20) geformt wird, wobei eine Austrittspupille der Projektionslinse (13) und die Beobachtungspunkte (301, 302) der beobachtenden Person in einer konjugierten Beziehung in bezug auf einen Hauptpunkt in einem Fall stehen, daß die optische Sammelvorrichtung (31) und das optische Vergrößerungssystem (34) als ein einzelnes vereinheitlichtes optisches System betrachtet werden, und ein Durchmesser der Austrittspupille der Projektionslinse (13) größer ist als eine Größe des Bildes an den Beobachtungspunkten (301, 302), das durch die optische Sammelvorrichtung (31) gebildet wird.
Anzeigegerät für ein virtuelles Bild, mit: einer optischen Einheit (100) zum Projizieren von Bildinformationen; und einer lichtdurchlässigen und reflektierenden Einrichtung (200) zum Reflektieren der Bildinformationen von der optischen Einheit (100), so daß die Bildinformationen von einer beobachtenden Person an deren Beobachtungspunkten als ein virtuelles Bild erkannt werden kann, wobei sich die Bildinformationen in einer Entfernung überlappen, bei dem die optische Einheit (100) folgendes aufweist: ein Paar von optischen Projektionssystemen (10, 20), von denen jedes eine Anzeigevorrichtung (11) zur Darstellung eines Bildes, eine Lichtquelle (12) zum Beleuchten der Anzeigevorrichtung (11) und eine Projektionslinse (13) zum Projizieren des Bildes der Anzeigevorrichtung (11) aufweist, wobei das Paar der optischen Projektionssysteme (10, 20) die jeweiligen Bilder entsprechend dem rechten und dem linken Auge der beobachtenden Person projizieren; ein optisches Verbindungssystem (70) zum Verbinden der Bilder von dem Paar der optischen Projektionssysteme (10, 20); und eine optische Vergrößerungsvorrichtung (34), die an einer solchen Position angeordnet ist, die von einer Bildfokussierungsstelle verschieden ist, an welcher die jeweiligen Bilder von dem Paar der optischen Projektionssysteme (10, 20) ausgebildet werden, und zum Vergrößern des Bildes, welches durch die jeweiligen Bilder von dem Paar der optischen Projektionssysteme (10, 20) erzeugt wird, wobei eine Austrittspupille der Projektionslinse (13) und der Beobachtungspunkte (301, 302) der beobachtenden Person in einer konjugierten Beziehung in bezug auf einen Hauptpunkt (principal point) der optischen Vergrößerungsvorrichtung (34) stehen, und ein Durchmesser der Austrittspupille der Projektionslinse (13) größer ist als eine Größe des Bildes an den Beobachtungspunkten (301, 302), das durch die optische Sammelvorrichtung (31) gebildet wird.
Anzeigegerät für ein virtuelles Bild, mit: einer optischen Einheit (100) zum Projizieren von Bildinformationen; und einer lichtdurchlässigen und reflektierenden Einrichtung (200) zum Reflektieren der Bildinformationen von der optischen Einheit (100), so daß die Bildinformationen von einer beobachtenden Person an deren Beobachtungspunkten als ein virtuelles Bild erkannt werden können, wobei sich die Bildinformationen in einem Abstand überlappen, wobei die optische Einheit (100) folgendes aufweist: einen einzelnen Satz des optischen Projektionssystems (10) mit einer Anzeigevorrichtung (11) zur Darstellung eines Bildes, einer Lichtquelle (12) zum Beleuchten der Anzeigevorrichtung (11) und einer Projektionslinse (13) zum Projizieren des Bildes der Anzeigevorrichtung (11); und ein optisches Bildlokalisiersystem (30), welches an einer Bildfokussierungsstelle angeordnet ist, bei der das Bild von dem optischen Projektionssystem (10) gebildet wird, wobei das optische Bildlokalisiersystem (30) folgendes enthält: eine optische Vorrichtung (31) zur Herstellung einer konjugierten Beziehung zwischen einer Austrittspupille der Projektionslinse (13) und den Beobachtungspunkten (301, 302) der beobachtenden Person; und eine optische Diffusorvorrichtung (32) zum Diffundieren oder Streuen der Lichtstrahlen in einen gesamten sichtbaren Bereich.
Anzeigegerät für ein virtuelles Bild, mit: einer optischen Einheit (100) zum Projizieren von Bildinformationen; und einer lichtdurchlässigen und reflektierenden Einrichtung (200) zum Reflektieren der Bildinformationen von der optischen Einheit (100), so daß die Bildinformationen von einer beobachtenden Person an deren Beobachtungspunkten als ein virtuelles Bild erkannt werden kann, wobei sich die Bildinformationen in einem Abstand überlappen, wobei die optische Einheit (100) folgendes enthält: einen einzelnen Satz eines optischen Projektionssystems (10) mit einer Anzeigevorrichtung (11) zur Darstellung eines Bildes, einer Lichtquelle (12) zum Beleuchten der Anzeigevorrichtung (11) und einer Projektionslinse (13) zum Projizieren des Bildes der Anzeigevorrichtung (11); ein optisches Bildlokalisiersystem (30), welches an einer Bildfokussierungsstelle angeordnet ist, bei der das Bild von dem optischen Projektionssystem (10) ausgebildet wird; und eine optische Vergrößerungsvorrichtung (34) zum Vergrößern des Bildes, welches durch das optische Projektionssystem (10) gebildet wird, wobei das optische Bildlokalisiersystem (30) folgendes enthält: eine optische Sammelvorrichtung (31) und eine optische Diffusorvorrichtung (32) zum Streuen der Lichtstrahlen zu einem gesamten sichtbaren Bereich hin; und bei dem eine Austrittspupille der Projektionslinse (13) und die Beobachtungspunkte (301, 302) der beobachtenden Person in einer konjugierten Beziehung in bezug auf einen Hauptpunkt in einem Fall stehen, daß die optische Sammelvorrichtung (31) und die optische Vergrößerungsvorrichtung (34) als ein einzelnes vereinheitlichtes optisches System betrachtet werden.
Anzeigegerät für ein virtuelles Bild, mit: einer optischen Einheit (100) zum Projizieren von Bildinformationen; und einer lichtdurchlässigen oder lichtübertragenden reflektierenden Einrichtung (200) zum Reflektieren der Bildinformationen von der optischen Einheit (100), so daß die Bildinformationen von einer beobachtenden Person an deren Beobachtungspunkten als ein virtuelles Bild erkannt werden können, wobei sich die Bildinformationen in einem Abstand überlappen, wobei die optische Einheit (100) folgendes enthält: einen einzelnen Satz eines optischen Projektionssystems (10) mit einer Anzeigevorrichtung (11) zur Darstellung eines Bildes, einer Lichtquelle (12) zum Beleuchten der Anzeigevorrichtung (11) und einer Projektionslinse (13) zum Projizieren des Bildes der Anzeigevorrichtung (11); eine optische Diffusorvorrichtung (32), die an einer Bildfokussierungsstelle angeordnet ist, bei der das Bild von dem optischen Projektionssystem (10) ausgebildet wird, und um die Lichtstrahlen zu einem gesamten sichtbaren Bereich hin zu streuen oder diffundieren zu lassen; und eine optische Vergrößerungsvorrichtung (34) zum Vergrößern des Bildes, welches durch das optische Projektionssystem (10) gebildet wird, wobei eine Austrittspupille der Projektionslinse (13) und die Beobachtungspunkte (301, 302) der beobachtenden Person in einer konjugierten Beziehung in bezug auf einen Hauptpunkt der optischen Vergrößerungsvorrichtung (34) stehen.
Anzeigegerät für ein virtuelles Bild nach einem der Ansprüche 1 bis 12, ferner mit: einer optischen Vorrichtung (33) zum Beugen der Lichtstrahlen in einen Pfad von dem optischen Projektionssystem zu der lichtdurchlässigen und reflektierenden Einrichtung (200) hin.
Anzeigegerät für ein virtuelles Bild nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und 10 bis 12, bei dem die optische Diffusorvorrichtung (32) ein Mikrolinsenarray umfaßt.
Anzeigegerät für ein virtuelles Bild nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und 10 bis 12, bei dem die optische Diffusorvorrichtung (32) ein Mikrolinsenarray aufweist und eine Krümmung derselben in der vertikalen Richtung kleiner ist als eine Krümmung in der horizontalen Richtung.
Anzeigegerät für ein virtuelles Bild nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und 10 bis 12, bei dem die optische Diffusorvorrichtung (32) einen laminierten Körper in Form einer Rasterlinse (lenticular lens), um die Lichtstrahlen in der horizontalen Richtung zu streuen, und in Form einer Rasterlinse aufweist, um die Lichtstrahlen in der vertikalen Richtung zu streuen.
Anzeigegerät für ein virtuelles Bild nach Anspruch 16, bei dem die Krümmung der Rasterlinse (lenticular lens) zum Streuen der Lichtstrahlen in der vertikalen Richtung kleiner ist als diejenige der Rasterlinse zum Diffundieren oder Streuen der Lichtstrahlen in der horizontalen Richtung.
Anzeigegerät für ein virtuelles Bild nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und 10 12, bei dem die optische Diffusorvorrichtung (32) folgendes enthält: eine Rasterlinse (lenticular lens), die an einer Frontfläche ausgebildet ist, um die Lichtstrahlen in der horizontalen Richtung zu streuen; und eine Rasterlinse an einer rückwärtigen Oberfläche ausgebildet ist, um die Lichtstrahlen in der vertikalen Richtung zu streuen.
Anzeigegerät für ein virtuelles Bild nach Anspruch 18, bei dem die Krümmung der Rasterlinse zum Streuen der Lichtstrahlen in der vertikalen Richtung kleiner ist als diejenige der Rasterlinse zum Streuen der Lichtstrahlen in der horizontalen Richtung.
Anzeigegerät für ein virtuelles Bild nach einem der Ansprüche 1 bis 12, ferner mit: einer optischen Vorrichtung (33) in Form eines Prismenblattes zum Beugen oder Umlenken der Lichtstrahlen in einen Pfad von dem optischen Projektionssystem zu der lichtdurchlässigen reflektierenden Einrichtung (200) hin.
Anzeigegerät für ein virtuelles Bild nach einem der Ansprüche 1 bis 12, ferner mit: einer optischen Vorrichtung (33) in Form einer Fresnel-Linse von einem Außer-Achsentyp (off-axis type) zum Beugen oder umlenken von Lichtstrahlen in einen Pfad von dem optischen Projektionssystem zu der lichtdurchlässigen reflektierenden Einrichtung (200) hin.
Anzeigegerät für ein virtuelles Bild nach einem der Ansprüche 1 bis 12, ferner mit: einer optischen Vorrichtung (33) zum Beugen oder Umlenken von Lichtstrahlen in einen Pfad von dem optischen Projektionssystem zu der lichtdurchlässigen reflektierenden Einrichtung (200) hin, wobei ein Einfallswinkel der Lichtstrahlen von dem optischen Projektionssystem (10, 20) größer ist als ein Austrittswinkel der umgelenkten oder gebeugten Lichtstrahlen.
Anzeigegerät für ein virtuelles Bild nach einem der Ansprüche 1 bis 12, ferner mit: einem Spiegel (42) für die umgelenkten oder gebeugten Lichtstrahlen in einem Pfad von dem optischen Projektionssystem (10, 20) zu der lichtdurchlässigen reflektierenden Einrichtung (200) hin.
Anzeigegerät für ein virtuelles Bild nach einem der Ansprüche 1 bis 12, ferner mit: einer Kamera (40) zum Detektieren der Positionen der Beobachtungspunkte (301, 302); und einer Führungseinrichtung (42, 44) zum Führen der Lichtstrahlen in Einklang mit den detektierten Positionen, so daß die Lichtstrahlen die Beobachtungspunkte erreichen.
Anzeigegerät für ein virtuelles Bild nach Anspruch 24, bei dem die Führungseinrichtung einen Spiegel (42) aufweist, der drehbar ist, um die Lichtstrahlen zu führen.
Anzeigegerät für ein virtuelles Bild nach Anspruch 24, bei dem die Führungseinrichtung wenigstens eine der folgenden Komponenten in einer gleitenden Weise bewegt: die vorhandenen oder verwenden Komponenten; das optische Projektionssystem (10, 20); das optische Bildlokalisiersystem (30); die Lichtsammelvorrichtung (31); die optische Diffusorvorrichtung (32); und die optische Vergrößerungsvorrichtung (34):
Anzeigegerät für ein virtuelles Bild nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem das Bild der Anzeigevorrichtung (11) im voraus deformiert ist, so daß das Bild, welches von dem optischen Projektionssystem (10, 20) projiziert wird, ohne Deformation erhalten werden kann.
Anzeigegerät für ein virtuelles Bild nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem das Bild der Anzeigevorrichtung (11) im voraus deformiert ist, so daß das virtuelle Bild auf der lichtdurchlässigen und reflektierenden Einrichtung (200) ohne Deformation erhalten werden kann.