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Die Erfindung bezieht sich auf ein mit einer Anzeige kombiniertes
Sichtsystem. Ein solches System ist in der Lage, gleichzeitig Hintergrund- und Anzeige-
Informationen darzustellen, ohne daß die Sichtlinie wesentlich geändert werden muß.
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Bei der Benutzung einer Videokamera ist es wünschenswert, eine Anzeige
der abgelaufenen Aufnahmedauer, der verbleibenden Batteriekapazität und ähnliches bei
der Betrachtung der zu filmenden Szene zu haben.
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Ferner ist es bei der Durchführung einer Messung mit einem
Meßinstrument wie zum Beispiel einem Oszilloskop, einem Tester oder ähnlichem
wünschenswert, die Meßergebnisse, zum Beispiel die Signalformen, gleichzeitig mit dem Meßort
sehen zu können.
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Die abgelaufene Aufnahmedauer, die verbleibende Batteriekapazität und
ähnliches oder die Meßergebnisse (im folgenden als "Anzeige-Informationen"
bezeichnet) können durch eine Flüssigkristallanzeige oder ähnliches dargestellt werden.
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Eine Videokamera kann zum Beispiel mit einem Videobandlaufwerk-Teil
für den Antrieb des Videobandes, einem Kamera-Teil zum Fotografieren eines Objektes
(Hintergrund) und einem Sucher-Teil zum Anzeigen von Informationen wie der
abgelaufenen Aufnahmedauer, der verbleibenden Batteriekapazität und der Kamera-Parameter
beim Fotografieren ausgerüstet werden.
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In den letzten Jahren sind diese Teile sehr klein und leicht geworden, und
Videokameras mit diesen Teilen finden weitverbreitet Anwendung.
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Wenn eine solche Videokamera benutzt wird, befindet sich der Körper der
Videokamera, der die verschiedenen Teile enthält, in der Nähe des Gesichts des
Benutzers. Der Kamera-Teil ist auf das Objekt gerichtet, und die Sichtlinie des Benutzers ist
auf einen Sucher-Teil gerichtet, so daß der Benutzer das Objekt oder die Szene und die
Anzeige-Informationen sehen kann.
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Die Anzeige-Informationen sind zusammen mit der durch den Kamera-
Teil eingefangenen Szene über den Sucher-Teil zu sehen, wenn der Benutzer seine
Sichtlinie auf den Sucher richtet.
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Wenn ein Meßinstrument benutzt wird, mußte bisher die Sichtlinie des
Benutzers von einer Meßposition zu den Anzeigemitteln bewegt werden, um die
Meßergebnisse zu bestimmen, weil es in der Praxis schwierig ist, die Anzeigemittel (Körper
des Meßinstruments) an einem Ort neben der Meßposition anzuordnen. Wenn die
Meßposition häufig gewechselt wird, wiederholt sich auch die Bewegung der Sichtlinie
häufig.
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Für einen bequeme Bedienung wird eine Anordnung benötigt, die es dem
Benutzer ermöglicht, sich gleichzeitig den Meßort und die angezeigten Meßergebnisse
anzusehen.
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Bei einer Videokamera mit Zoom-Objektiv in Tele-Position zum Filmen
eines sich schnell bewegenden Objektes kann das Motiv leicht den Sucher-Teil
verlassen. Aufgrund des begrenzten Sichtfeldes in der Tele-Position läßt es sich nicht leicht
wieder einfangen. Nun muß das Zoom-Objektiv in die Weitwinkel-Position gebracht
werden, die Augen müssen vom Sucher-Teil weggenommen werden, um das Objekt
direkt durch visuelle Beobachtung zu orten und die Richtung einer Sichtlinie zum Objekt
zu bestimmen. Hierfür muß der Benutzer seine Hände benutzen und es ist keine
freihändige Bedienung möglich. Wenn der Benutzer den Kamerakörper längere Zeit nahe vor
seinen Augen halten muß, ermüden außerdem seine Arme.
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Videokameras mit einem vom Körper der Videokamera getrennten
Sucher-Teil, so daß der Kamerakörper sich nicht neben dem Gesicht des Benutzers
befinden muß, sind unter anderem bekannt aus
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der offengelegten japanischen Patentschrift Nr. HEI 1-276973 (Referenz (1)),
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der offengelegten japanischen Patentschrift Nr. HEI 2-121576 (Referenz (2)),
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der offengelegten japanischen Patentschrift Nr. HEI 2-250567 (Referenz (3)) und
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der US-amerikanischen Patentschrift Nr.4.672.436 (Referenz (4)). In diesen Referenzen
werden Anordnungen beschrieben, in denen der Sucher-Teil ("View finder") an einem
Zusatzelement vorgesehen ist. Das Zusatzelement ähnelt einer Brille oder im
wesentlichen
einem Kopfgestell und muß an dem Kopf des Benutzers befestigt werden. Wenn
das Zusatzelement an dem Kopf befestigt ist, befindet sich der Sucher-Teil vor den
Augen des Benutzers.
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Bei den in den Referenzen (1) bis (4) beschriebenen Anordnungen braucht
sich der Körper der Videokamera nicht mehr neben dem Gesicht des Benutzers zu
befinden, damit dieser in den Sucher blicken kann. Der Körper, an dem ein Kamera-
Teil vorgesehen ist, wird jedoch von Hand gehalten, und die optische Achse der
Kamera muß in Übereinstimmung mit der Bewegung des Motivs geändert werden, so daß
immer noch eine Bewegung des Körpers erforderlich ist. Wenn ein sich schnell
bewegendes Objekt die Szene verlassen hat, ist das erneute Einfangen des Objektes
schwierig.
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Im Bereich der Meßinstrumente wurden Anordnungen realisiert, bei denen
die Meßergebnisse hörbar gemacht werden, so daß die Bedienung fortgesetzt werden
kann, ohne die Sichtlinie vom Meßort wegzubewegen. Die Erzeugung des hörbaren
Signals dauert jedoch einige Zeit, so daß eine rasche oder schnelle Bedienung nicht
möglich ist. Ein weiteres Problem ergibt sich, wenn das Meßinstrument nicht
Signalformdaten oder einfache numerische Daten oder ähnliches liefert.
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Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, ein mit einer Anzeige kom
biniertes Sichtsystem zu schaffen, das gleichzeitig die auf einem Anzeigefeld
angezeigten Sichtinformationen und eine Szene darstellt, wobei die Sichtlinie nicht wesentlich
geändert werden muß.
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Das erfindungsgemäße System ist dadurch gekennzeichnet, daß es
folgendes enthält:
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- ein Informations-Anzeigefeld, das für die Strahlung von einer zu betrachtenden
Szene im wesentlichen transparent ist;
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- ein optisches Teilsystem, das im wesentlichen transparent für die genannte
Strahlung ist und mindestens ein Element enthält, das eine der Szene zugewandte
Frontfläche und eine dem Anzeigefeld zugewandte rückseitige Fläche hat, wobei die
rückseitige Fläche die angezeigten Informationen zu den Augen des Benutzers reflektiert;
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- Haltemittel zum Halten des Anzeigefeldes und der genannten rückseitigen
Fläche
an einem Ort vor den Augen des Benutzers, so daß der Abstand zwischen der
rückseitigen Fläche und dem Anzeigefeld im wesentlichen dem halben Krümmungsradius der
rückseitigen Fläche entspricht
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und dadurch, daß die Brennweite f des Teilsystem folgende Bedingung erfüllt:
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- 0,0005 ≤ 1/f ≤ 00005 mm&supmin;¹
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Dieses System kann weiterhin dadurch gekennzeichnet sein, daß das
optische Teilsystem ein weiteres optisches Element zwischen der rückseitigen Fläche des
Elementes und dem Anzeigefeld enthält.
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Die Haltemittel sind so an dem Kopf des Benutzers anzubringen, daß die
reflektierende Oberfläche und das Anzeigefeld vor den Augen des Benutzers angeordnet
werden. Dann kann der Benutzer die Information auf dem Anzeigefeld der Szene
überlagert sehen, auf die er seine Augen richtet.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden
näher beschrieben. Es zeigen:
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Figur 1 ein erfindungsgemäßes mit einer Anzeige kombiniertes
Sichtsystem;
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Figur 2 das Funktionsprinzip des Systems;
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Figur 3 ein Beispiel für die einer Szene überlagerten Anzeige-Informationen,
wie sie durch die reflektierende Oberfläche zu sehen sind;
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Figur 4 die zu wählende Brennweite.
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Figur 1 zeigt die Anwendung der vorliegenden Erfindung für eine
Videokamera. Das System 1 ist mit einem Halteelement 2, einem Sucher-Teil 3 und einem
Kamera-Teil 4 ausgestattet, die an dem Halteelement 2 angebracht sind. Das
Halteelement 2 ist zum Beispiel ein Riemen, den der Benutzer wie um den Kopflegen und
wie eine Kappe tragen kann.
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Der Sucher-Teil 3 umfaßt ein gekrümmtes optisches Element 7, das vom
Halteelement 2 nach vorne hervorsteht (Richtung "F"). Dieser Teil enthält ein
Anzeigefeld 6 und ein transparentes Element 7 mit einer rückseitigen Fläche 7a und ist durch
das Befestigungselement 3a am Halteelement 2 befestigt.
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Der Kamera-Teil 4 umfaßt ein CCD, Objektive und ähnliches, die an
einer Seitenfläche des Halteelementes 2 angebracht sind. Dieser Teil hat eine
Eingangsseite 4a, in die ein Bild einer Szene eingegeben wird.
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Das Anzeigefeld 6 ist so an dem Befestigungselement 3a befestigt, daß
eine Oberfläche 6a der Frontrichtung F zugewandt ist und eine rückseitige Fläche 6b
den Augen E des Benutzers zugewandt ist. Das Anzeigefeld 6 ist zum Beispiel eine
Flüssigkristallanzeige oder ähnliches, die transparent ist, so daß sie Licht von der Szene
weiterleitet und auf die Fläche 6a fallen läßt.
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Das gekrümmte optische Element 7 ist an dem Befestigungselement 3a
angebracht, wobei die konkave rückseitige Fläche 7a der Fläche 6a des Anzeigefeldes 6
zugewandt ist und die konvexe vordere Fläche 7b der Frontrichtung zugewandt ist.
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Die rückseitige Fläche 7a ist mit einer Beschichtung versehen, die das auf
der Fläche 6a des Anzeigefeldes 6 dargestellte Bild reflektiert und das einfallende
Szenenlicht über die vordere Fläche 7b weiterleitet.
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Ferner wird der Krümmungsradius der reflektierenden Oberfläche 7A und
der vorderen Fläche 7b im wesentlichen so gewählt, daß das Element 7 im wesentlichen
keine optische Leistung hat. Diese Bedingung wird erfüllt, wenn der Krümmungsradius
r&sub1; der vorderen Fläche 7b, der Krümmungsradius r&sub2; der rückseitigen Fläche 7a, die
Dicke d des Elementes 7 und der Brechungsindex n des Elementes 7 die folgende
Gleichung erfüllen:
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r&sub1; = r&sub2; + (n - 1) d/n (1)
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Diese Gleichung wird folgendermaßen abgeleitet:
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Für die Brennweite f des Elementes 7 gilt allgemein:
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1/f = (n - 1) (1/r&sub1; - 1/r&sub2;) + d(n - 1)2 / (n * r&sub1; * r&sub2;) (2)
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Wenn die Objektivleistung von Element 7 null ist, muß das linke Glied
der Gleichung 2 null sein. Damit ergibt sich:
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r&sub2; = r&sub1; - (n - 1) d/n (3)
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Der Benutzer betrachtet eine Szene oder ein Objekt jedoch nicht nur über
das optische Element 7, sondern auch über das Anzeigefeld 6. Aus diesem Grunde muß
erfindungsgemäß die Brennweite ft des Systems mit dem Element 7 und dem
Anzeigefeld 6 die folgende Bedingung erfüllen:
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- 0,0005 ≤ (1/ft) ≤ 0,0005 mm&supmin;¹ (4)
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Andernfalls liegt das Objekt oder die Szene, wenn es bzw. sie über
System 1 betrachtet wird, außerhalb des Brennpunktes und ist nicht klar zu erkennen.
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Im Idealfall erfüllt Element 7 des Anzeigesystems 1 die Gleichung 1,
wenn die Elemente vor und hinter Element 7, zum Beispiel das Anzeigefeld 6, keine
optische Leistung haben. Um den Toleranzen in der Praxis Rechnung zu tragen, muß
jedoch Gleichung (4) erfüllt werden.
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Obwohl es im Prinzip keine Beschränkung für den Krümmungsradius r&sub2;
gibt, ist dieser Radius vorzugsweise begrenzt auf
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20 mm ≤ r&sub2; ≤ 100 mm (5)
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Wenn der Krümmungsradius r&sub2; kleiner als 20 mm ist, kann der Abstand
zwischen der rückseitigen Fläche 7a des Elementes 7 und der Anzeigefläche 6a des
Anzeigefeldes 6 so klein werden, daß das System nicht realisierbar ist. Wenn der
Krümmungsradius r&sub2; 100 mm überschreitet, kann der Abstand zwischen der rückseitigen
Fläche 7a und der Anzeigefläche 6a so groß werden, daß keine Miniaturisierung
möglich ist.
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Beim Entwurf von Element 7 wird zuerst der Krümmungsradius r&sub2;
gewählt und anschließend der Krümmungsradius r&sub1; bestimmt, für den die Gleichung 4
gilt. Die auf dem Anzeigefeld 6 angezeigte und durch die reflektierende Oberfläche 7a
reflektierte Information wird als ein Bild vor (in Richtung "F") der reflektierenden
Oberfläche 7a erkannt. Zu diesem Zweck wird der Abstand (Brennweite) "f" zwischen
dem Anzeigefeld 6 (Fläche 6a) und dem optischen Element 7 (reflektierende Fläche 7a)
vorzugsweise so gewählt, daß die folgende Gleichung gilt:
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f = r&sub2;/2 (7)
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Die Brennweite f wird für einen Benutzer mit Symptomen wie Myopie,
Hypermetropie oder ähnlichem entsprechend geändert (Dioptrien-Einstellung), so daß
die von der reflektierenden Oberfläche 7a reflektierten Anzeige-Informationen deutlich
zu erkennen sind. Die Dioptrien-Einstellung wird mit Hilfe eines am
Befestigungselement 3a angebrachten Mechanismus realisiert, mit dem das optische Element 7 in bezug
auf das Anzeigefeld 6 vorgeschoben oder zurückgezogen wird.
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Die offengelegte japanische Patentschrift Nr. HEI 1/295577 (Referenz (5))
und die US-amerikanische Patentschrift 4.874.214 (Referenz (6)) beschreiben das
Konzept eines Suchers, der vor den Augen angeordnet wird, um die zu fotografierende
Szene zu betrachten. In der Vorrichtung von Referenz (5) wird ein farbiges
Flüssigkristall-Anzeigefeld auf den konkaven Spiegel vor den Augen abgebildet und an einem
von diesem Ort im vorliegenden System entfernten Ort erneut abgebildet. In der
Vorrichtung von Referenz (6) wird ein auf ein Anzeigefeld vor den Augen projiziertes Bild
durch eine konkave Linse vergrößert.
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Der Körper 5 der Videokamera ist elektrisch über ein Kabel 5a mit der
Haltevorrichtung 2 verbunden. Der Körper 5 besitzt einen Bandlaufwerk-Bereich, in
dem das Videoband untergebracht ist und der für die Aufzeichnung auf dem Band sorgt.
Das Kabel 5a überträgt die Bildinformationen und die Anzeige-Informationen zwischen
dem Sucher-Teil 3 und dem Kamera-Teil 4 und dem Körper 5.
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In Figur 2 ist das Funktionsprinzip des erfindungsgemäßen
Anzeigesystems 1 dargestellt.
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Im Anzeigesystem verläuft die Sichtlinie des Auges "E" in der Richtung
F1 und das Anzeigefeld 6 und die optische Vorrichtung 7 sind in dieser Richtung
hintereinander angeordnet. Die Normale der Eingangsseite 4a des Kamera-Teils 4 verläuft in
Richtung F2 parallel zu Richtung F1. Die fotografierte Szene wird im Kamera-Teil 4 in
Bildinformationen umgewandelt und über das Kabel 5a an den Körper 5 übertragen. Der
Körper 5 sorgt für die Aufnahme der Bildinformationen und überträgt gleichzeitig die
Anzeige-Informationen, zum Beispiel die abgelaufene Aufnahmedauer, die verbleibende
Batteriekapazität und ähnliches über das Kabel 5a an den Sucher-Teil 3. Das
Anzeigefeld 6 des Sucher-Teils 3 sorgt für die Anzeige dieser Informationen.
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Die angezeigten Informationen werden durch die reflektierende Oberfläche
7a des optischen Elementes 7 reflektiert und dem Auge E zugeführt.
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Bei den angezeigten Informationen handelt es sich zum Beispiel um die
abgelaufene Aufnahmedauer, die verbleibende Batteriekapazität und Informationen vom
Videobandlaufwerk-Teil, beispielsweise, ob es sich in Aufnahmezustand befindet oder in
Wiedergabezustand und so weiter, und außerdem um Bildinformationen wie Zeichen,
Markierungen und ähnliches, die den Aufnahmerahmen oder ähnliches angeben und das
durch die Kamera 4 eingefangene Motiv (Bildausschnitt) spezifizieren.
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Im Auge E werden die durch die reflektierende Oberfläche 7a reflektierten
Anzeige-Informationen als ein Bild an einer Position erkannt, die sich weiter vom Auge
entfernt befindet als die reflektierende Oberfläche 7a. Das Anzeigefeld 6 und das
optische Element 7 übertragen die Strahlung vom Objekt oder von der Szene, das bzw. die
ebenfalls von der Kamera 4 eingefangen wird, an das Auge E. Wenn die Informationen
auf dem Anzeigefeld 6 angezeigt werden, wird die Brennweite des Auges E so geändert,
daß sowohl die Szene als auch die angezeigten Informationen richtig wahrgenommen
werden können.
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Figur 3 zeigt ein Beispiel der von den Augen durch die reflektierende
Oberfläche 7a wahrgenommenen Informationen. Die Szene enthält eine Person P, die
vor einem Gebäude H steht. Die Anzeige-Informationen umfassen einen Flächenrahmen
9 (9a), der den Bildausschnitt angibt, die Anzeige 10 der verbleibenden
Batteriekapazität, die Anzeige 11 für den Zustand des Videobandlaufwerks und die Anzeige 12 für die
abgelaufene Aufnahmedauer.
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Der Flächenrahmen 9 gibt den Fall an, in dem ein Zoom-Objektiv auf
Weitwinkel-Position gestellt ist, während der Flächenrahmen 9a einen Fall angibt, in
dem das Zoom-Objektiv auf Tele-Position gestellt ist.
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Die verbleibende Batteriekapazität, der Laufwerkzustand und die
abgelaufene Aufnahmedauer werden kontinuierlich an konstanten Positionen angezeigt. Wenn
das Zoom-Objektiv von Weitwinkel-Position auf Tele-Position geändert wird, wird der
Flächenrahmen vom Flächenrahmen 9 auf den Flächenrahmen 9a reduziert. Im
umgekehrten Fall wird der Flächenrahmen vergrößert.
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Der Kamerakörper 5 kann am Rücken des Benutzers zum Beispiel mit
einem Riemen oder ähnlichem befestigt werden. Dadurch ist eine freihändige Bedienung
problemlos möglich.
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Außerdem können die Ansteuerung des Körpers 5, das Zoomen des
Kamera-Teils 4 und ähnliches durch eine Fernsteuerungs-Vorrichtung 5b (Figur 1)
ferngesteuert werden. Die Fernsteuerungs-Vorrichtung kann am Körper des Benutzers
befestigt werden und nur benutzt werden, wenn die Bedienung des Körpers 5 erforderlich
ist, so daß die Bewegungsfreiheit der Hände nur während einer minimalen Zeit
eingeschränkt wird.
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Wenn die vorliegende Erfindung auf ein Meßinstrument angewendet wird,
entspricht der in Figur 1 dargestellte Körper 5 einem Körper des Meßinstruments und
der Kamera-Teil 4 entspricht einer Meßspitze. Selbstverständlich ist die Meßspitze nicht
am Halteelement 2 befestigt, sondern läßt sich getrennt von Element 2 frei bewegen.
Die auf das Anzeigefeld 6 projizierten Anzeige-Informationen (Meßergebnisse) können
betrachtet werden, während die Sichtlinie des Benutzers unverändert auf den Meßort
gerichtet bleibt.
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Im folgenden wird die Änderung der Brennweite in einer
Ausführungsform in bezug auf die Figuren 4a und 4b beschrieben, bei der ein optisches System,
zum Beispiel bestehend aus Linsen oder ähnlichem, zwischen der reflektierenden
Oberfläche 7a und der Anzeigefläche 6a des Feldes 6 angeordnet ist.
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Figur 4a zeigt die Ausführungsform, bei der das Anzeigefeld 6 direkt vor
der reflektierenden Oberfläche 7a angeordnet ist, wie dies in Figur 1 und Figur 2 der
Fall ist. Der Zwischenraum zwischen der reflektierenden Oberfläche 7a und der
Anzeigefläche 6a ist auf den Abstand "f", den halben Krümmungsradius r&sub2; der reflektierenden
Oberfläche 7a, eingestellt.
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Figur 4b zeigt eine Ausführungsform, in der ein optisches System 8, zum
Beispiel eine Glasplatte oder ähnliches, zwischen der reflektierenden Oberfläche 7a und
der Anzeigefläche 6a angeordnet ist. Die Brennweite ft des Gesamtsystems wird durch
die Brennweite der reflektierenden Oberfläche 7a und die Brennweite des optischen
Systems 8 bestimmt, und der Abstand zwischen der reflektierenden Oberfläche 7a und
der Anzeigefläche 6a muß an ft angepaßt werden. In Gleichung 2 muß f durch ft ersetzt
werden.
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In der oben beschriebenen Ausführungsform wurde die reflektierende
Oberfläche 7a als im wesentlichen transparent für die Strahlung von der Szene
geschildert.
Die reflektierende Oberfläche 7a kann jedoch auch eine vollkommen reflektierende
Oberfläche sein. In diesem Fall müssen die Szenen-Informationen auf dem Feld 6
angezeigt werden. Die Oberfläche 7a kann auch eine konvexe Fläche anstelle einer konkaven
Fläche sein.
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Wenn die Anzeige-Informationen, zum Beispiel Zeichen, Markierungen
und ähnliches, der entlang der Sichtlinie des Benutzers eingegebenen Szene überlagert
angezeigt werden, gibt es keine besonderen Einschränkungen für das Anwendungsgebiet
und die Anordnung der Vorrichtung.