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Die Erfindung bezieht sich auf ein Bildanzeigegerät, und genauer
auf ein Bildanzeigegerät, das einen Lichtstrahl mit durch einen
Bilderzeuger auf einem Bild erzeugten Informationen durch ein
optisches System auf die Augen eines Betrachters projiziert und
das Bild für einen Betrachter als ein virtuelles Bild anzeigt.
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Herkömmlich wird ein Präsenz erzeugendes Großschirmbild durch
Verwendung eines großen
CRT-(Kathodenstrahlröhren-)Anzeigesystems, eines Projektions-Fernsehers oder dergleichen
angezeigt.
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Diese Systeme sind jedoch nur beschränkt einsetzbar. Zum
Beispiel benötigen sie mehr Platz und die Bilder sind schwer zu
sehen, wenn ihre Umgebung nicht schwarz ist. Aus diesem Grunde
wurde neuerdings ein Gerät vorgeschlagen, das gestaltet ist,
einen Lichtstrahl von einem auf einer Bildanzeigevorrichtung
angezeigten Bild durch ein einem Gesicht einer Person äußerst
nah angeordnetes optisches System direkt auf die Augen eines
Betrachters zu projizieren, wodurch bewirkt wird, dass der
Betrachter als ein virtuelles Bild ein Bild erkennt, das
entsprechend größer ist.
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Fig. 1 stellt einen Hauptabschnitt eines in JP-A-4-34512
vorgeschlagenen Bildanzeigegeräts dar. Ein Bild wird durch Daten, die
durch eine Signalleitung 116 gesendet werden, auf einer
Flüssigkristallanzeige 101 angezeigt. Die Anzeige 101 wird mit einer
Gegenlichtquelle 104 durchlassend beleuchtet. Licht, das durch
die Anzeige 101 getreten ist, sorgt für einen Lichtstrahl, der
die Informationen des angezeigten Bilds umfasst.
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Nachdem der Lichtstrahl durch eine Vergrößerungslinse 151
getreten ist, wird er durch einen Spiegel 150 reflektiert, um ein
Lichtstrahl 109 zu werden, und erreicht danach eine Pupille 107
eines Betrachters. Der Betrachter erkennt visuell das angezeigte
Bild, indem er den Lichtstrahl 109 betrachtet. Das
Vergrößerungsvermögen der Vergrößerungslinse 151 ist so eingerichtet,
dass ein Bild auf der Flüssigkristallanzeige 101 als ein
virtuelles Bild mit einem vorbestimmten Abstand, z. B. an einem fünf
Meter davor befindlichen Punkt, angezeigt wird.
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Im vorgehenden herkömmlichen Beispiel ist jedoch eine Fläche,
auf der das virtuelle Bild angezeigt wird, eine Ebene; daher
erscheint dem Betrachter das angezeigte Bild flach, weswegen die
Anzeige zum Erzeugen größerer Präsenz scheitert. Wenn die
Bildanzeige des vorgehenden herkömmlichen Beispiels für die Anzeige
eines Bilds eines Virtual-Reality-Systems angewendet wird, gibt
das Bild dem Betrachter überdies einen Eindruck, als ob das Bild
auf einen flachen Schirm projiziert wäre, und daran scheitert,
eine zufriedenstellende Präsenz zu erzeugen.
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Die Druckschrift EP-A-0 582 229, die Stand der Technik nach Art.
54(3) EPC darstellt, offenbart ein Bildanzeigegerät, das
bewirkt, dass beide Augen eines Betrachters ein virtuelles Bild
betrachten. Bildanzeigeeinheiten für das linke und rechte Auge
sind zur Verfügung gestellt, deren Bilder durch entsprechende
optische Systeme auf eine virtuelle Bildfläche projiziert
werden. Die virtuelle Bildfläche kann die Form einer zylindrischen
Fläche annehmen. Für das linke Auge vorgesehene Elemente sind
auf dieselbe Weise für das rechte Auge angeordnet.
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Die Druckschrift EP-A-0 526 067 offenbart ein Bildanzeigegerät
mit einer flachen virtuellen Bildfläche.
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Die Druckschrift US-A-5 130 794 offenbart ein Bildanzeigegerät,
das ein Bild auf eine reelle Fläche in der Form eines sphärischen
Umfangs, d. h. auf verschiedene Abschnitte eines
Gesichtsfelds projiziert, das von der Kopfbewegung des Betrachters
bezüglich eines großen Anzeigenaufbaus abhängt. Zusätzlich
offenbart diese Druckschrift eine am Kopf befestigte Anzeige, ohne
dass sie die durch diese am Kopf befestigte Anzeige erzeugten
virtuellen Bildebenen spezifiziert.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Bildanzeigegerät
vorzusehen, das Bilder anzeigen kann, so dass einem Betrachter ein Bild
zur Verfügung gestellt wird, das räumlicher ist und voller
Präsenz und Realität ist.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des neuen Patentanspruchs
1 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den abhängigen
Patentansprüchen dargelegt.
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Vorzugsweise ist zumindest ein Abschnitt jeder der virtuellen
Bildflächen wechselseitig überlappt.
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Eine bevorzugte Ausführungsart der gekrümmten Fläche ist dadurch
gekennzeichnet, dass sie eine zylindrische Fläche ist.
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Eine bevorzugte Ausführungsart der gekrümmten Fläche ist dadurch
gekennzeichnet, dass sie eine Paraboloidfläche ist.
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Vorzugsweise ist der Krümmungsradius der virtuellen Bildfläche
in einem die Krümmung aufweisenden Querschnitt im Wesentlichen
äquivalent zum Kehrwert der Petzvalschen Summe des optischen
Systems.
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Das optische System kann einen Hologrammvereiniger aufweisen.
Ferner kann das optische System ein optisches Übertragungssystem
und eine Reflexionsfläche aufweisen, die eine hinsichtlich der
optischen Achse des optischen Übertragungssystems eine nicht
rotationssymmetrische Form sowie eine optische Wirkung auf einen
Lichtstrahl aufweisen, der von der Anzeigeeinheit zu den
Pupillen läuft.
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Die Reflexionsfläche kann sich an einer Stelle befinden, an der
sich die Lichter jedes Gesichtsfelds nicht überdecken oder sich
zumindest Hauptstrahlen jedes Felds nicht überdecken.
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Überdies kann sich die Reflexionsfläche nahe einer
Zwischenbilderzeugungsfläche des optischen Übertragungssystems befinden.
Im Folgenden werden mehrere Kennzeichen und spezielle
Ausführungsarten der Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
beschrieben.
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Fig. 1 zeigt ein herkömmliches Bildanzeigegerät;
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Fig. 2 zeigt den optischen Aufbau eines nicht erfindungsgemäßen
Vergleichsbeispiels;
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Fig. 3 zeigt den optischen Aufbau des ersten erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiels;
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Fig. 4 zeigt den optischen Aufbau des zweiten erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiels;
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Fig. 5 zeigt eine veranschaulichende Zeichnung eines Verfahrens
zum Herstellen einer für das zweite Ausführungsbeispiel
verwendeten Hologrammvereinigers;
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Fig. 6 zeigt eine Phasenverteilung der Abzugswellenfront des
Hologrammvereinigers;
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Fig. 7 zeigt einen optischen Aufbau des dritten
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels;
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Fig. 8 zeigt einen Fall, in dem ein optischer Aufbau des dritten
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels für beide Augen verwendet
wird;
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Fig. 9 zeigt einen optischen Aufbau des vierten
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels;
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Fig. 10 zeigt einen optischen Aufbau des fünften
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels; und
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Fig. 11 zeigt einen Fall, in dem ein optischer Aufbau des
fünften erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels für beide Augen
verwendet wird.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Fig. 2 zeigt einen Übersichtsplan eines optischen Systems, das
ein Vergleichsbeispiel darstellt. In einem tatsächlichen Gerät
wird ein Bild auf sowohl das rechte als auch das linke Auge
projiziert, wobei der Aufbau des Geräts so gestaltet ist, dass
es seitensymmetrisch zu einer Symmetrieebene des Gesichts eines
Betrachters ist.
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Fig. 2 zeigt das von über dem Kopf nach unten betrachtete Gerät
und stellt einen dem linken Auge entsprechenden Abschnitt dar.
Ein dem rechten Auge entsprechender Abschnitt ist
seitensymmetrisch zum Abschnitt von Fig. 2, ist aber weggelassen, weil er
die Ansicht verkomplizieren würde.
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In Fig. 2 zeigt eine einen Bilderzeuger darstellende
Flüssigkristallanzeigevorrichtung 1 (hierin im Folgenden als "LCD"
bezeichnet) ein Bild in Abhängigkeit eines durch eine nicht
gezeigte Signalleitung gesendeten Bildsignals an. Die LCD 1 ist
von der linken Seite durch eine nicht gezeigte
Beleuchtungseinrichtung beleuchtet.
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Die Signalleitung und die Beleuchtungseinrichtung, die nicht
gezeigt sind, können als mit denen des herkömmlichen Beispiels
in Fig. 1 identisch angesehen werden. Ein durch die LCD 1
getretener Lichtstrahl wird in einen Lichtstrahl mit einer
Bildinformation umgewandelt, um auf ein Linsensystem 2 einfallen gelassen
zu werden. Der durch das Linsensystem 2 getretene Lichtstrahl
erfährt durch das System 2 eine Bilderzeugungsbehandlung, um ein
ausgehender Lichtstrahl 6 zu werden, der durch einen Halbspiegel
3 reflektiert wird und ein linkes Auge 4 des Betrachters als ein
Lichtstrahl 8 erreicht. Das Linsensystem 2 funktioniert derart,
dass ein virtueller Lichtstrahl 7, der den reflektierten
Lichtstrahl 8 in der der Ausbreitungsrichtung des tatsächlichen
Lichtstrahls entgegengesetzten Richtung verlängert, ein Bild auf
einer virtuellen Bildfläche 5 erzeugt.
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Es ist daher beabsichtigt, dass der Betrachter den reflektierten
Lichtstrahl 8 erkennt, als ob es Licht wäre, das von jedem der
Punkte auf der virtuellen Bildfläche 5 emittiert ist. Das Bild
auf der LCD 1 wird auf diese Weise vergrößert und visuell als
ein auf der virtuellen Bildfläche 5 erzeugtes Bild erkannt.
In diesem Vergleichsbeispiel ist die virtuelle Bildfläche 5 eine
sphärische Fläche, die einen voreingerichteten Abstand, z. B.
einen Meter vom linken Auge 4, hat, der als sein Radius
festgelegt ist.
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Die virtuelle Bildfläche 5 auf eine derartige Weise
einzurichten, ermöglicht dem Betrachter, das Bild auf der LCD 1 in einer
vergrößerten Form zu betrachten, wobei erreicht wird, dass der
Betrachter empfindet, als ob das Licht auf einen sphärischen
Schirm mit einem Ein-Meter-Radius um das linke Auge 4 projiziert
wäre. Infolgedessen kann der Betrachter durch das visuell durch
die virtuelle Bildfläche 5 mit dem Ein-Meter-Radius erkannte
Bild ein Bild genießen, das dem Betrachter eine weit größere
Präsenz vermittelt, als wenn die virtuelle Bildfläche eine Ebene
wäre.
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Wie oben erwähnt ist, liegt beim vorliegenden Gerät der
Abschnitt des rechten Auges dem in Fig. 2 gezeigten Abschnitt des
linken Auges entsprechend symmetrisch bezüglich der
Symmetriefläche des Gesichts des Betrachters vor. Die auszubildenden
virtuellen Bildflächen sind zwei sich um das linke Auge und das
rechte Auge als Mitte ausrichtende sphärische Flächen, wobei die
Flächen um den Abstand zwischen den Augen, z. B. 60 mm, versetzt
sind. Die zwei virtuellen Bildflächen sollten im Original sowohl
bezüglich Form als auch Position miteinander zusammenfallen. Mit
anderen Worten sollten die zwei virtuellen Bildflächen in
derselben gekrümmten Fläche vorliegen.
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Gemäss dem numerischen Beispiel dieses Vergleichsbeispiels sind
die virtuellen Flächen für das rechte Auge und das linke Auge
jeweils sphärische Flächen, die jeweils 1000 mm vom
entsprechenden einzelnen Auge weg sind und einen 1000-mm Radius aufweisen.
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Demgemäss verursacht ein Versatz von 60 mm keine merkliche
Störung bei der Bilderkennung durch beide Augen.
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Unter Bezugnahme auf das in Fig. 2 gezeigte System wird hierin
nun im Folgenden eine Einrichtung zum Umwandeln der virtuellen
Bildfläche 5 auf eine sphärische Fläche mit einem 1000-mm Radius
um das linke Auge 4 beschrieben. Das Linsensystem 2 trägt zur
Bilderzeugung bei. Die Linse 2 umfasst drei Linsen, 2-1 bis 2-3.
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Im Folgenden wird nun beschrieben, wie ein Bild mit einem
Mittelpunkt A auf der LCD 1 erzeugt wird. Wenn angenommen wird,
dass der Abstand von einer rechten Fläche der dritten Linse 2-3
des Linsensystems 2 zu einem Halbspiegel 3 60 mm beträgt und der
Abstand vom Halbspiegel 3 zu einem linken Auge 4 50 mm beträgt,
dann liegt das linke Auge um die Summe der zwei Abstände, um
110 mm, von der rechten Fläche von 2-3, d. h. von der dem Augen
näheren Fläche, weg. Das Linsensystem 2 bewirkt, dass das Bild
eines Mittelpunkts A als ein virtuelles Bild an einem Punkt
erzeugt wird, der sich um 890 mm von der rechten Fläche der dem
Auge nächsten Linse 2-3 entfernt befindet, d. h. an einem Punkt,
der sich um den Abstand links befindet, der erhalten wird, indem
man 110 mm von 1000 mm subtrahiert.
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Außerdem ist das Linsensystem 2 so gestaltet, dass die
Petzvalsche Summe 1/1000 mm&supmin;¹ ist. Indem das Linsensystem 2 wie oben
beschrieben eingerichtet wird, ist es möglich, die virtuelle
Bildfläche 5 in eine um das linke Auge 4 als Mitte ausgerichtete
sphärische Fläche mit 1000-mm-Radius umzuwandeln.
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Wie oben erwähnt ist, liegt bei diesem Vergleichsbeispiel ein
dem rechten Auge entsprechender Abschnitt vor, der exakt zu dem
Abschnitt des in Fig. 2 gezeigten Systems symmetrisch ist. Für
diesen Abschnitt kann eine sphärische virtuelle Bildfläche, die
um das rechte Auge ausgerichtet ist und 1000-mm-Radius aufweist,
für das rechte Auge ausgebildet werden, indem das System exakt
auf dieselbe Weise wie das für das linke Auge aufgebaut wird.
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Wenn ein Halbspiegel 3 verwendet wird, wie in Fig. 2 gezeigt
ist, ist es nötig, ein Übersprechen zwischen dem rechten und dem
linken System zu vermeiden. Wenn ein Lichtstrahl 6 vom Bild für
das linke Auge über das Bauteil 3 übertragen wird, um die LCD 1
für das rechte Auge zu beleuchten, dann wandelt sich der
Lichtstrahl in einen Streulichtstrahl um und beeinflusst den Kontrast
des durch das rechte Auge betrachteten Bilds nachteilig.
Dasselbe trifft für einen Lichtstrahl des Bilds für das rechte Auge
zu.
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Aus diesem Grund ist es nötig, ein Lichtabschirmbauteil zwischen
den optischen Systemen für rechte und das linke Auge zur
Verfügung zu stellen, um zu verhindern, dass der Lichtstrahl des auf
der linken Seite angezeigten Bilds das rechte Auge erreicht, und
dass der das rechte Bild anzeigende Strahl das linke Auge
erreicht. Wenn jedoch ein Spiegel für das Bezugszeichen 3 verwendet
wird, dann tritt kein Übersprechen auf und es ist nicht
nötig, das Lichtabschirmbauteil zur Verfügung zu stellen. Als
eine andere Alternative können die optischen Systeme so
aufgebaut sein, dass sie Übersprechen verhindern, wie durch das
herkömmliche Beispiel von Fig. 1 gezeigt ist.
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In diesem Vergleichsbeispiel ist es nicht immer nötig, dasselbe
Bild für das rechte und das linke Auge anzuzeigen; dem
Betrachter kann ermöglicht werden, ein dreidimensionales Bild visuell
zu erkennen, indem es ein rechtes und ein linkes LCD-Anzeigebild
mit jeweils einer Parallaxe aufweist. In diesem Fall umgeben die
sphärische Flächen mit endlichen Abständen darstellenden
virtuellen Bildflächen den Betrachter ebenso, wobei sie erlauben,
dass ein räumliches Bild mit größerer Präsenz angezeigt wird.
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Das Vergleichsbeispiel von Fig. 2 stellt das Beispiel dar, in
dem die virtuellen Bildflächen sphärische Flächen mit dem 1000-
mm-Radius sind, die um das rechte und das linke Auge als Mitte
ausgerichtet sind. Wenn jedoch ein angezeigtes Bild seitlich
länger ist, z. B. ein HD-Format oder Panorama-Format-Bild, dann
sollten die virtuellen Bildflächen vorzugsweise eher den
Betrachter umgebende zylindrische Flächen als diese sphärischen
Flächen sein. Ferner sollten, um die Erfassungswirkung zu
verbessern, die virtuellen Bildflächen vorzugsweise nicht weit weg
vom Betrachter sein.
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In einem Fall, in dem die virtuellen Bildflächen nah sind, ist
es wünschenswert, dass die virtuellen Bildflächen für das rechte
Auge und für das linke Auge nicht voneinander versetzt sind,
sondern hinsichtlich Form und Position miteinander
zusammenfallen. Mit anderen Worten sollten sie sich vorzugsweise auf
derselben gekrümmten Fläche befinden. Sie können sich jedoch
gegenseitig vollständig oder teilweise überdecken.
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Fig. 3 zeigt das erste erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel, das
durch Verwenden von zylindrischen Flächen für die virtuellen
Bildflächen aufgebaut ist, wobei das Obige in Betracht gezogen
ist. In der Zeichnung sind denselben Komponentenbauteilen wie
denen des Vergleichsbeispiels dieselben Bezugszeichen wie die in
Fig. 2 gegeben. Die Erläuterung der Einzelteile, die Wirkungen
zeigen, die denen des ersten Ausführungsbeispiels gemeinsam
sind, wird weggelassen. Die Einzelheiten, die dieses
Ausführungsbeispiel kennzeichnen, werden beschrieben.
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Fig. 3 zeigt das einem linken Auge entsprechende optische System
eines Geräts, das seitensymmetrisch ist. Wie im Fall von Fig. 2
zeigt die Zeichnung die von oberhalb des Kopfs eines Betrachters
betrachtete Ansicht, wobei Bezugszeichen 9 die Symmetrieebene
des Gesichts des Betrachters angibt. Die Symmetrieebene 9 dient
auch als Symmetrieebene, die die rechte Seite des vorliegenden
Geräts zeigt, wobei Punkt B den Mittelpunkt zwischen dem rechten
Auge und dem linken Auge bezeichnet.
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In diesem Ausführungsbeispiel hat eine virtuelle Bildfläche 5
für das linke Auge 4 keine Krümmung in der Richtung senkrecht
zur Papierfläche; sie bildet eine zylindrische Fläche als ein
Ganzes aus, die ein Kreis mit einem Radius BC ist, der um den
Mittelpunkt B in der Papierfläche ausgerichtet ist.
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Im Fall dieses Ausführungsbeispiels ist BC 300 mm. Der nicht
dargestellte Abschnitt für das rechte Auge ist symmetrisch zur
Symmetrieebene 9. Weil der Punkt B ein auf 9 gelegener Punkt
ist, hat die virtuelle Bildfläche für das rechte Auge keine
Krümmung in der Richtung senkrecht zur Papierfläche von Fig. 2
und bildet eine zylindrische Fläche aus, die ein Kreis mit dem
Radius BC ist, der um B in der Papierfläche gerade so
ausgerichtet ist, wie im Fall der virtuellen Bildfläche 5 für das linke
Auge.
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Das Linsensystem 2 funktioniert dahingehend, dass die virtuelle
2 Bildfläche 5 für das linke Auge in eine zylindrische Fläche
umgewandelt wird. Das Linsensystem 2 in diesem Ausführungsbeispiel
umfasst vier Linsen, 2-11 bis 2-14. Als die erste Linse,
2-11, ist eine Linse verwendet, die an beiden Flächen sphärisch
ist. Die zweite Linse 2-12, ist eine Linse, bei der die linke
Fläche eine zylindrische Fläche ist, die keine Krümmung in der
Richtung senkrecht zur Papierfläche sondern eine Krümmung in der
Papierfläche hat, während die rechte Fläche sphärisch ist.
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Als die dritte Linse, 2-13, ist eine Linse verwendet, bei der
die linke Fläche sphärisch ist, während die rechte Fläche eine
In zylindrische Fläche ist, die keine Krümmung in der Richtung
senkrecht zur Papierfläche, sondern eine Krümmung in der
Richtung der Papierfläche aufweist. Die vierte Linse, 2-14, ist eine
Linse, die an beiden Flächen sphärisch ist. Das Linsensystem 2
als Ganzes hat keinen Astigmatismus und so eingerichtet, dass
ein Punkt auf der LCD 1 hinsichtlich zweier Richtungen, d. h.
hinsichtlich des Querschnitts senkrecht zur Papierfläche und des
in der Papierfläche vorliegenden Querschnitts, in demselben
Zustand abgebildet wird.
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Um eine zylindrische virtuelle Bildfläche auszubilden, sind die
Glaswerkstoffe und Krümmungen des Linsensystems 2 so
eingerichtet, dass die Petzvalsche Summe für das Bild, das auf dem zur
Papierfläche senkrechten Querschnitt erzeugt ist, im
Wesentlichen Null ist, während die Petzvalsche Summe für das Bild, das
auf dem der Papierfläche entsprechenden Querschnitt erzeugt ist,
ungefähr 1/300 mm&supmin;¹ ist. Außerdem sind die zweite Linse 2-12, die
dritte Linse 2-13 und die vierte Linse 2-14 um verschiedene
Beträge in der vertikalen Richtung in der Papierfläche von Fig.
3 dezentriert angeordnet. Infolgedessen wird die virtuelle
Bildfläche 5 auf einen Kreis auf dem der Papierfläche entsprechenden
Querschnitt mit Punkt B als seinem Mittelpunkt geformt.
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In Fig. 3 kann genau dieselbe Art und Weise angewendet werden,
um den nicht gezeigten rechten Abschnitt in eine zylindrische
Fläche umzuwandeln, die keine Krümmung in der Richtung der
Papierfläche hat, sondern den um Punkt B in der Papierfläche ausgerichteten
Radius BC aufweist. Daher liegen die virtuelle
Bildfläche für das rechte Auge und die virtuelle Bildfläche 5 für
das linke Auge auf derselben gekrümmten Fläche vor und
überlappen sich gegenseitig zumindest teilweise. Ein Einrichten der
virtuellen Bildflächen wie oben beschrieben ermöglicht aufgrund
des umgebenen Effekts, dem Betrachter Bilder mit größerer
Präsenz anzuzeigen.
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In diesem Ausführungsbeispiel sind die virtuellen Bildflächen im
der Papierfläche entsprechenden Querschnitt Kreise, die um einen
Mittelpunkt B zwischen dem rechten Auge und dem linken Auge
ausgerichtet sind. Der Mittelpunkt der Kreise kann jedoch ein
anderer Punkt als B auf der Symmetrieebene 9 des Gesichts des
Betrachters sein, z. B. der Mittelpunkt des Kopfs des Betrachters
oder der Rotationsmittelpunkt des Nackens des Betrachters. In
einem solchen Fall können die Position des Bilderzeugungspunkts
des die zylindrischen Flächen umfassenden Linsensystems 2 und
die Petzvalschen Summen und die Dezentrierbeträge des
Bilderzeugungssystems auf dem der Papierfläche entsprechenden Querschnitt
so eingerichtet werden, dass sie sich an die Bedingung jedes
Falls anpassen.
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Im ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel sind die
virtuellen Bildflächen mit zylindrischen Flächen verwirklicht, indem
ein dezentriertes Linsensystem mit zylindrischen Flächen und ein
Halbspiegel verwendet wird. Das zweite Ausführungsbeispiel
verwendet einen Hologrammvereiniger, um die zylindrischen
virtuellen Bildflächen des zweiten Ausführungsbeispiels zu
verwirklichen.
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Fig. 4 ist ein das zweite Ausführungsbeispiel darstellendes
optisches System, bei dem ausgebildete virtuelle Bildflächen und
ein durch den Betrachter visuell erkanntes Bild dieselben wie
die des zweiten Ausführungsbeispiels sind. In der Zeichnung sind
denselben Teilen wie denen der vorhergehenden Ausführungsbeispiele
dieselben Bezugszeichen gegeben; daher wird die
Erläuterung der gemeinsamen Teile vereinfacht oder weggelassen.
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Wie im ersten Ausführungsbeispiel ist auch in diesem
Ausführungsbeispiel ein Gerät hinsichtlich der Symmetrieebene des
Gesichts seitensymmetrisch. Folglich zeigt die Zeichnung nur den
einem linken Auge entsprechenden Teil, und der Teil für die
rechte Seite ist weggelassen. Zuerst wird eine LCD 1 durch ein
nicht gezeigtes Beleuchtungssystem von der in Fig. 4 linken
Unterseite beleuchtet, wobei ein Lichtstrahl 11 mit den
Informationen des Bilds ausgebildet wird. Der Lichtstrahl 11 wird durch
einen Hologrammvereiniger 10 reflektiert und wird ein
reflektierter Lichtstrahl 8, um auf das linke Auge 4 einzufallen. Die
Linse des Hologrammvereinigers 10 bewirkt auch, dass erreicht
wird, dass der Betrachter den reflektierten Lichtstrahl 8
erkennt, als ob es ein von jedem mehrerer Punkte auf der
virtuellen Bildfläche 5 emittierter Lichtstrahl wäre.
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Infolgedessen wird ein auf der LCD 1 angezeigtes Bild
vergrößert, um durch den Betrachter visuell erkannt zu werden. Wie im
Fall des ersten Ausführungsbeispiels hat die virtuelle
Bildfläche 5 keine Krümmung in der Richtung senkrecht zur Papierfläche,
sondern ist eine in der Richtung innerhalb der Papierfläche
gekrümmte zylindrische Fläche, wobei die zylindrische
Krümmungsfläche ein Kreis ist, der den Radius BC aufweist, der um den
Mittelpunkt B zwischen dem linken Auge und dem nicht gezeigten
rechte Auge ausgerichtet ist. Die virtuelle Bildfläche 5 in Fig.
4 ist identisch mit der virtuellen Bildfläche des ersten
Ausführungsbeispiels; daher ermöglicht der Umgebungseffekt, dem
Betrachter Bilder mit größerer Präsenz anzuzeigen.
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In diesem Ausführungsbeispiel verwendet der Hologrammvereiniger
die zylindrische Fläche für die virtuelle Bildfläche 5. Dies
bedeutet, dass der vom Punkt A1 auf der LCD 1 emittierte
Lichtstrahl auf einen Punkt A2 des Hologrammvereinigers 10 einfällt,
um infolge des Beugungsvorgangs bei A2 ein Bild als ein virtuelles
Bild an Punkt A3 auf der virtuellen Bildfläche 5 zu
erzeugen.
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Ebenso fällt ein Lichtstrahl, der von einem sich von Punkt A1
unterscheidenden Punkt B1 ausgeht, auf einen Punkt B2 des
Hologrammvereinigers 10 ein, um infolge des Beugungsvorgangs bei B2
ein Bild als ein virtuelles Bild an Punkt B3 auf der virtuellen
Bildfläche 5 zu erzeugen. Folglich ist erforderlich, dass der
Hologrammvereiniger 10 ein in den Positionen verteiltes
Beugungsgitter aufweist, an denen der Lichtstrahl von jedem der
verschiedenen Punkte auf der LCD 1 auf den Vereiniger 10
einfällt, so dass virtuelle Bilder an den entsprechenden Punkten
auf der zylindrischen virtuellen Fläche 5 erzeugt werden.
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Der Hologrammvereiniger 10 mit einer derartigen Funktion kann
hergestellt werden, indem ein Interferenzabzug von Wellenfronten
zweier Lichtstrahlen ausgeführt wird, die Phasenverteilungen
haben, die gemäss der Verteilung des erforderlichen
Beugungsvorgangs eingerichtet sind.
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Fig. 5 ist eine veranschaulichende Zeichnung, die zeigt, wie ein
für dieses Ausführungsbeispiel verwendeter Hologrammvereiniger
anzufertigen ist. Ein photoempfindlicher Hologramm-Werkstoff
18 ist auf eine Grundmaterial 17 aus Glas, Plastik oder
dergleichen aufgeklebt oder aufgebracht, in das ein Objektlichtstrahl
14 und ein Referenzlichtstrahl 15 einfallen.
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Der Objektlichtstrahl 14 und der Referenzlichtstrahl 15 werden
durch nicht gezeigte Laserstrahlen erzeugt, und die
Interferenzstreifen der beiden werden auf dem photoempfindlichen Werkstoff
18 aufgezeichnet. Es ist verbreitet, als photoempfindlichen
Werkstoff Photopolymer zu verwenden. Als typischer Laser gilt
ein Argon-Ionenlaser mit einer Wellenlänge von 514,5 nm. Es muss
natürlich nicht gesagt werden, dass andere photoempfindliche
Werkstoffe einschließlich den allgemeinen bekannten photoempfindlichen
Gelatine-Dichromat-, Polyvinyl-Carbazol- und
Natriumanthrachinon-2-Sulfonatwerkstoffen verwendet werden können.
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Im Fig. 5 gezeigtem System ist der Referenzlichtstrahl 15 ein
Parallelstrahl, während der Objektlichtstrahl 14 ein durch das
Abzugslinsensystem 16 gebrochener Lichtstrahl ist. Das
Linsensystem 16 weist zwei anamorphotische Linsen 12, 13 auf. Die Linse
13 ist eine zylindrische Linse, die keine Krümmung in der
Richtung senkrecht zur Papierfläche, sondern ausschließlich eine
Krümmung in der Richtung in der Papierfläche aufweist, während
die Linse 12 die anamorphotische Linse ist, die eine gekrümmte
Fläche aufweist, die symmetrisch zur Papierfläche ist. Das
Abzugslinsensystem 16 ist so eingerichtet, dass der
Hologrammvereiniger 10 einen Objektlichtstrahl 14 erzeugt, der die Phasen-
Verteilung zum Verwirklichen eines erforderlichen
Beugungsvorgangs vorsieht.
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Der Hologrammvereiniger 10 angefertigt, indem der
photoempfindliche Werkstoff 18, der durch das wie in Fig. 5 aufgebaute
optische System belichtet wurde, einem vorbestimmten
Entwicklungsprozess unterzogen wird. Die Konturlinien in Fig. 6 geben die
Phasenverteilung der nicht-sphärischen Komponenten des in Fig. 5
ausgebildeten Objektlichtstrahls 14 an, von dem die Komponenten
der sphärischen Wellenfronten entfernt wurden. Es ist zu sehen,
dass die Wellenfrontverteilung wie ein Pferdesattel geformt ist,
was für das anamorphotische System besonders ist.
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Die angesprochenen zylindrischen virtuellen Bildflächen können
durch Verwenden des auf die oben beschriebene Weise
angefertigten Hologrammvereinigers ausgebildet werden. Dieses
Ausführungsbeispiel erlaubt, Abwandlungen einschließlich einer virtuellen
Bildfläche, die aus einer zylindrischen Fläche mit einem anderem
Kreismittelpunkt als dem Punkt B im der Papierfläche
entsprechenden Querschnitt besteht, und einer sich von der
zylindrischen Fläche unterscheidenden gekrümmten Fläche, z. B. einer
sphärischen oder elliptischen Fläche, leicht zu verwirklichen.
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In diesem Fall kann die Phasenverteilung der den
Hologrammvereiniger 10 erzeugenden Abzugswellenfront zurückgesetzt werden, um
sich den Bedingungen jedes Falls anzupassen.
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Ein in diesem Ausführungsbeispiel erzeugter Hologrammvereiniger
ist ein durch zwei in Fig. 5 gezeigte entgegengesetzte
Lichtstrahlen Abzugs-Lippmann-Hologramm. Folglich resultiert ein
Vergrößern der Dicke des photoempfindlichen Werkstoffs 18 in
einer höheren Wellenlängen-Selektivität, die für das
dreidimensionale Gitter kennzeichnend ist, wobei aufgrund des in Fig. 4
verwendeten Hologrammvereinigers 10 ermöglicht wird, die
Wellenlängespanne mit hohem Beugungswirkungsgrad äußerst schmal zu
machen.
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Infolgedessen kann die in dem Vereiniger 10 auftretende
chromatische Abberation auf einen im Wesentlichen vernachlässigbaren
Wert gesteuert werden. Wenn die chromatische Abberation ein
wichtiger Faktor ist, dann kann außerdem ein Interferenzfilter
zwischen einem die LCD 1 beleuchtenden (nicht gezeigten)
Beleuchtungssystem und der LCD 1 in Fig. 4 angeordnet werden, um
die Wellenlängenspanne des Beleuchtungslichts schmal zu machen,
wodurch die in dem Vereiniger 10 auftretende chromatische
Abberation verringert wird.
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Fig. 7 stellt das dritte erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel
dar. Das Bezugszeichen 51 bezeichnet einen Bilderzeuger, wie zum
Beispiel eine CRT (Katodenstrahlröhre) und eine LCD; das
Bezugszeichen 52 bezeichnet optische Übertragungssysteme zum
Konvergieren von Lichtstrahlen von einem Bildschirm des Bilderzeugers
51, um ein Bild an einem Mittelpunkt zu erzeugen; das
Bezugszeichen 53 gibt einen den Lichtstrahl von Bezugszeichen 52
beugenden ebenen Halbspiegel an, Bezugszeichen 54 bezeichnet einen
konkaven Spiegel, der ein okulares (Ablese-) Optiksystem
darstellt, das den Lichtstrahl von dem ebenen Halbspiegel 53 in die
Pupille eines Betrachters einführt; und das Bezugszeichen 55
gibt einen Augenpunkt an, an dem die Pupille des Betrachters
positioniert ist.
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Die Lichtstrahlen 57a, 57b, 57c, die jeweils von einem der drei
Punkte a, b, c auf dem Bilderzeuger 51 kommen, treten jeweils
durch jedes Teil des optischen Übertragungssystems 52 und werden
durch den ebenen Halbspiegel 53 reflektiert, um dann zum
konkaven Spiegel 54 vorzueilen, der sie reflektiert. Die
reflektierten Lichtstrahlen werden wieder zum ebenen Halbspiegel 53
gelenkt und treten diesmal durch den ebenen Halbspiegel 53 durch,
wodurch sie auf den Augenpunkt 55 einfallen.
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Das Bezugszeichen 56 bezeichnet eine durch das optische
Übertragungssystem 52, den ebenen Halbspiegel 53 und den konkaven
Spiegel 54 ausgebildete virtuelle Bildfläche des Bilderzeugers 51,
wobei a', b, c' den Punkten a, b bzw. c auf dem Bilderzeuger 51
entsprechen. In Fig. 7 ist ein sich vom konkaven Spiegel 54 nach
oben erstreckender Lichtstrahl 58 ein virtueller Lichtstrahl; er
wird durch Verlängern eines Lichtstrahls erzeugt, der durch den
konkaven Spiegel 54 reflektiert wird, um in der der
Lichtstrahlvorwärtsrichtung entgegengesetzten Richtung auf den Augenpunkt
gelenkt zu werden.
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Dies ermöglicht, dass der Betrachter das Bild auf dem
Bilderzeuger 51 visuell erkennt, als ob es so vergrößert wäre, dass es
sich auf der virtuellen Bildfläche 56 befindet.
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Im Folgenden wird nun ein Verfahren zum Ausbilden der virtuellen
Bildfläche 56 auf eine gekrümmte Fläche beschrieben.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist die virtuelle Bildfläche 56
eine zylindrische Fläche, die um eine Achse ausgerichtet ist,
die senkrecht zur Papierebene von Fig. 1 ist, und einen Punkt m
umfasst, der vom Mittelpunkt des Augenpunkts 55 um ungefähr die
Hälfte des Abstands zwischen den beiden Augen des Betrachters,
z. B. 35 mm, verschoben ist.
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Die Lichtstrahlen von jedem der Punkte (z. B. a, b und c) auf dem
Bilderzeuger 51 sind im Wesentlichen identischen
Bilderzeugungseffekten unterworfen, die durch das rotationssymmetrische Linsen
aufweisende koaxiale optische Übertragungssystem 52 gegeben
sind. Der ebene Halbspiegel 53 trägt nicht direkt zur Erzeugung
des Bilds bei, weil er keine optische Wirkung hat. In diesem
Ausführungsbeispiel ist der konkave Spiegel 54 bezüglich der
optischen Achse des optischen Übertragungssystems nicht
rotationssymmetrisch, um die virtuelle Bildfläche 56 auszubilden, die
bezüglich der optischen Achse des optischen Übertragungssystems
lateral verschoben und nicht rotationssymmetrisch ist.
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Die Brennweite der Übertragungslinse 52 und die Position des
konkaven Spiegels 54 sind so eingerichtet, dass die
Lichtstrahlen einzelner Sichtwinkel auf den konkaven Spiegel 54 ohne
Überdeckung einfallen. Der konkave Spiegel 54 ist in der Nähe der
Zwischenbilderzeugungsfläche des optischen Übertragungssystems
52 angeordnet, um zumindest die Überdeckung des Hauptstrahls
jedes Sichtwinkels auf dem konkaven Spiegel 54 zu verhindern.
Die optische Brennpunktleistung und die Reflexionsrichtungen um
die Punkte (a", b" und c", wenn die Punkte a, b bzw. c
entsprechen sollen), an denen sich die Hauptstrahlen der Sichtwinkel
mit den konkaven Spiegel 54 schneiden, sind so eingerichtet,
dass die virtuelle Bildfläche 56 ausgebildet wird. Wenn sich die
jedem der Sichtwinkel des konkaven Spiegels 54 entsprechenden
örtlichen Bereiche in hohem Maße überdecken, ist es schwierig,
über die Form des konkaven Spiegels 54 zu entscheiden, während
die Erfordernisse für die virtuelle Bildposition für jeden
Sichtwinkel erfüllt werden.
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Daher ist es eins der effizienten Verfahren, einen nicht
rotationssymmetrischen Spiegel in der Nähe der
Zwischenbilderzeugungsfläche des optischen Übertragungssystems mit geringer
Überdeckung der Lichtstrahlen der Sichtwinkel zur Verfügung zu stellen,
um durch einen zur optischen Achse des optischen Übertragungssystems
nicht rotationssymmetrischen Spiegel virtuelle Bilder zu
erhalten, deren Formen bezüglich der optischen Achse des
optischen Übertragungssystems nicht rotationssymmetrisch sind.
Überdies ist in diesem Ausführungsbeispiel die virtuelle Bildfläche
56 eine zylindrische Fläche; daher ist sie bezüglich der
Papierfläche von Fig. 7 als der Symmetriefläche vertikal symmetrisch,
und der konkave Spiegel 54 ist ebenfalls so gestaltet, dass er.
symmetrisch zu derselben Papierfläche ist.
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Fig. 8 zeigt einen Fall, in dem das im dritten
Ausführungsbeispiel erläuterte Bildanzeigegerät so verwendet wird, dass je
eines der Geräte für ein rechtes Auge und ein linkes Auge
verwendet wird, um dem rechten und dem linken Auge gleichzeitig ein
Bild anzuzeigen, und die durch die rechte und linke
Bildanzeigeeinheit ausgebildeten virtuellen Bildflächen verbunden sind, um
eine durchgehende gekrümmte Fläche zu bilden. Dies bedeutet,
dass beide virtuellen Bildflächen in einer gekrümmten Fläche in
derselben Position gelegen sind. Denselben Bauteilen wie denen
in Fig. 7 sind dieselben Bezugszeichen gegeben, wobei R für das
rechte Auge und L für das linke Auge steht. Die rechte und die
linke virtuelle Bildfläche bilden eine den Kopf des Betrachters
umgebende zylindrische Fläche aus, die um die Achse ausgerichtet
ist, die durch näherungsweisen Mittelpunkt m zwischen den beiden
Augen des Betrachters tritt und die senkrecht zur Papierfläche
von Fig. 8 ist. Der Umgebungseffekt des virtuellen Bilds
ermöglicht, dem Betrachter ein Bild mit einer größeren Präsenz
anzuzeigen.
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Bei einem optischem System, das im Wesentlichen mit dem bereits
beschriebenen dritten Ausführungsbeispiel identisch ist, kann
durch Ändern der Form des konkaven Spiegels die virtuelle
Bildfläche 56, die die zwei durch die rechte und linke
Bildanzeigeeinheit ausgebildeten virtuellen Bildflächen vereinigt, in eine
rotationssymmetrische Fläche umgewandelt werden, die als die
Rotationssymmetrie-Achse im Wesentlichen eine
Vertikalhalbierende eines die beiden Augen des Betrachters verbindenden Linienabschnitts
55L-55R
verwendet, die eine Achse in der Papierfläche
ist. Dies ist durch das in der Zeichnung von Fig. 9 gezeigte
vierte Ausführungsbeispiel verwirklicht; denselben Bauteilen wie
denen in Fig. 8 sind dieselben Bezugszeichen und Referenzzeichen
gegeben. Das vierte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom
dritten Ausführungsbeispiel darin, dass die virtuelle Bildfläche
56 eine parabolische Fläche ist, und deren rotationssymmetrische
Achse die Vertikalhalbierende eines die Augen des Betrachters
verbindenden Linienabschnitts 55R-55L und eine gerade Linie
m-m' ist, die parallel zur Richtung des Sichtlichts ist, wenn
der Betrachter den im Unendlichen vor ihm liegenden Punkt
fokussiert, und darin, dass der konkave Spiegel 54 wegen dieser
Unterschiede eine andere Form aufweist. Ein durch Verwenden der
virtuellen Bildfläche mit einer derartigen Form erzeugtes
Anzeigen von Bildern, die den Betrachter empfinden lassen, als ob
sich die Bilder zum Betrachter bewegen oder sich der Betrachter
selbst zu den Bildern hin bewegt, ermöglichen, dem Betrachter
eine größere Präsenz zu geben.
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Fig. 10 stellt das fünfte Ausführungsbeispiel dar, bei dem eine
Übertragungslinse und drei Spiegel verwendet werden. Den denen
in Fig. 7 gleichen Bauteilen sind dieselben Bezugszeichen und
Referenzzeichen gegeben. Die Lichtstrahlen vom Bilderzeuger 51
treten durch das koaxiale System, Übertragungslinsen 52, um auf
einen ersten (konkaven) Spiegel 54-1 einzufallen, um dadurch
reflektiert zu werden, so dass sie auf einen zweiten (konvexen)
Spiegel 54-2 gelenkt werden, werden dann zu Zwischenbildern in
der Nähe des zweiten Spiegels 54-2 ausgebildet. Die
Lichtstrahlen werden außerdem vom zweiten Spiegel 54-2 weg reflektiert, um
zu einem dritten (konkaven) Spiegel 54-3 gelenkt zu werden, um
durch diesen weiter reflektiert zu werden, so dass sie auf einen
Augenpunkt 55 einfallen, wobei erreicht wird, dass der
Beobachter die Lichtstrahlen als ein Bild auf einer virtuellen
Bildfläche 56 visuell erkennt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die
virtuelle Bildfläche 56, wie im dritten erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiel, eine zylindrische Fläche, die um eine Achse
ausgerichtet ist, die durch den Punkt m tritt, der von der Mitte
des Augenpunkts 55 um ungefähr die Hälfte des Abstands zwischen
den beiden Augen des Betrachters, z. B. um 35 mm, nach links
verschoben ist, und die senkrecht zur Papierfläche von Fig. 10
ist.
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In diesem Ausführungsbeispiel haben der erste Spiegel 54-1, der
zweite Spiegel 54-2 und der dritte Spiegel 54-3 Formen, die
nicht rotationssymmetrisch zur optischen Achse des optischen
Übertragungssystems sind, wobei die örtliche optische Wirkung
und die Reflexionen an den Punkten, an denen sich der
Hauptstrahl jedes der Sichtwinkel mit dem ersten, zweiten und dritten
Spiegel schneidet, so eingerichtet sind, dass die virtuelle
Bildfläche 56 auf eine zylindrische Fläche ausgebildet wird, die
um eine Achse ausgerichtet ist, die durch den Punkt m tritt, der
um ungefähr die Hälfte des Abstands zwischen den beiden Augen
des Betrachters, z. B. 35 mm, vom Mittelpunkt des Augenpunkts 55
nach links verschoben ist, und die senkrecht zur Papierfläche
von Fig. 10 ist.
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Überdies ist in diesem Ausführungsbeispiel das gesamte optische
System so aufgebaut, die Überdeckung der einfallenden
Lichtstrahlen der Sichtwinkel beim ersten, zweiten und dritten
Spiegel zu minimieren, wobei die Freiheit einer Korrektur der
Abberation bezüglich der Lichtstrahlen der jeweiligen Sichtwinkel
belassen wird. Um genauer zu sein, befindet sich der
Zwischenbilderzeugungspunkt nahe dem zweiten Spiegel 54-2; daher trägt
die Form des zweiten Spiegel 54-2 geringer zur auf eine
Bilderzeugung und ein Bilderzeugungsvermögen bezogenen Abberation bei,
wodurch ermöglicht wird, die Richtungen der Hauptstrahlen jedes
der Sichtwinkel unabhängig von der Bilderzeugung und dem
Bilderzeugungsvermögen einzustellen, Dies bedeutet, dass der zweite
Spiegel 54-2 erlaubt, Verzerrung unabhängig von den Faktoren zu
korrigieren, die sich auf die Bilderzeugung und die sich von
Verzerrung unterscheidende Abberation beziehen. Außerdem
ermöglichen in diesem Ausführungsbeispiel der erste Spiegel 54-1 und
der dritte Spiegel 54-3, Astigmagtismus und Koma-Abberation zu
korrigieren, die häufig durch Dezentrieren verursacht werden,
und gleichzeitig auch die virtuelle Bildfläche 56 auszubilden,
die die gekrümmte Fläche mit der oben beschriebenen Form ist.
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Fig. 11 zeigt einen Fall, in dem das im fünften
Ausführungsbeispiel erläuterte Bildanzeigegerät verwendet ist, ein Gerät für
ein rechtes sowie eins für ein linkes Auge, um dem rechten und
dem linken Auge gleichzeitig ein Bild anzuzeigen, wobei die
durch das rechte und das linke Bildanzeigegerät ausgebildeten
virtuellen Bildflächen so eingerichtet sind, dass sie vor dem
Betrachter verbunden werden.
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Den gleichen Bauteilen wie denen in Fig. 4 sind die gleichen
Bezugszeichen gegeben, wobei R für das rechte Auge und L für das
linke Auge steht. Die rechte und die linke virtuelle Bildfläche
bilden eine zylindrische Fläche aus, die den Kopf des
Betrachters umgibt, um die Achse ausgerichtet ist, die durch den
näherungsweise Mittelpunkt m zwischen den beiden Augen des
Betrachters tritt und senkrecht zur Papierfläche ist. Der
Umgebungseffekt des virtuellen Bilds ermöglicht, dass dem Betrachter ein
Bild mit größerer Präsenz angezeigt wird.
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Im Folgenden werden die Formen und Aufbaudaten des dritten bis
fünften erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels gezeigt.
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Die Koordinaten der Position des Ursprungs des die i-te
Brechungsfläche und Reflexionsfläche begleitenden örtlichen
Koordinatensystems sind relativ zum globalen Koordinatensystem durch
Absolutkoordinaten (Yi, Zi) in der Richtung der Lichtstrahlen
von der Anzeigefläche zu den Pupillen des Betrachters
dargestellt, wobei der Augenpunkt, an dem die Pupillen des
Betrachters positioniert sind, (der Punkt, an dem sich die
Hauptstrahlen jedes der Sichtwinkel miteinander schneiden) als der
Ursprung des globalen Koordinatensystems eingerichtet ist. In
diesem Absolutkoordinatensystem wird die optische Achse der
Pupillen des Betrachters auf die Z-Achse aufgetragen, die Achse
die in den Fig. 1, 3 und 4 mit Z-Achse einen 900-Winkel in
der Papierfläche ausbildet, wird auf die Y-Achse aufgetragen und
die zur Papierfläche senkrechte Achse wird auf die X-Achse
aufgetragen. Außerdem wird der Neigungswinkel der i-ten
Brechungsfläche und der Reflexionsfläche in der YZ-Fläche durch einen
Winkel θi (Einheit: Grad) dargestellt, der die Richtung gegen den
Uhrzeigersinn in der YZ-Fläche relativ zur Z-Achse als die
positive Richtung setzt. Es wird angenommen, dass sich der Ursprung
des jedes der optischen Elemente begleitenden örtlichen
Koordinatensystems auf der YZ-Ebene befindet und keine Neigung der
optischen Elemente in der XZ- und XY-Fläche vorliegt. Das
Bezugszeichen R1 bezeichnet den Krümmungsradius des i-ten
optischen Elements in der Richtung des Lichtstrahls von der
Anzeigefläche zu dem Ende der Pupillen des Betrachters, di bezeichnet
die Linsendicke oder den Luftabstand der i-ten Linse und Ni und
sind der Brechungsindex und die Abbesche Zahl des i-ten
optischen Elements. Das Vorzeichen von Ri ist negativ, wenn der
Krümmungsmittelpunkt entlang der von der Anzeigefläche zu den
Pupillen des Betrachters verlaufenden optischen Achse auf der
Anzeigeflächenseite liegt, während es positiv ist, wenn er auf
der Seite der Pupille des Betrachters liegt.
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Das erfindungsgemäße Bildanzeigegerät hat zumindest eine
Reflexionsfläche, die nicht rotationssymmetrisch zur optischen Achse
des optischen Übertragungssystems ist, wobei ihre Fläche durch
die unten gegebene mathematische Formel definiert ist:
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Die Koordinate (x, y, z) in der obigen Formel für die gekrümmte
Fläche ist das örtliche Koordinatensystem mit
Scheitelkoordinaten (Yi, Zi) jeder Reflexionsfläche als dem Ursprung, wobei jede
Achse wie folgt definiert ist:
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z: Koordinate, die den Scheitel der Reflexionsfläche als deren
Ursprung definiert und den Neigungswinkel θi der Reflexionsfläche
in der Richtung gegen den Uhrzeigersinn in der YZ-Fläche relativ
Z-Richtung ausbildet, die die Richtung der optischen Achse der
Pupille ist.
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y: Koordinate, die den Scheitel der Reflexionsfläche als deren
Ursprung definiert und mit der Z-Richtung einen 90º-Winkel in
der Richtung gegen den Uhrzeigersinn in der YZ-Fläche ausbildet.
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x: Koordinate, die den Scheitel der Reflexionsfläche als deren
Ursprung definiert und senkrecht YZ-Fläche ist.
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In der oben gezeigten Formel für die gekrümmte Fläche sind Terme
von x nur geradzahligen Grades; daher nimmt der
z-Koordinatenwert ungeachtet des Vorzeichens des x-Koordinatenwerts denselben
Wert an, wenn der Absolutwert der x-Koordinate gleich dem y-
Koordinatenwert ist. Demgemäss hat die durch die obige Formel
für die gekrümmte Fläche definierte gekrümmte Fläche eine
flächensymmetrische Form, die die YZ-Fläche als ihre
Symmetriefläche verwendet.
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Die obige Formel für die gekrümmte Fläche erweitert ein Polynom
bis zum sechsten Grad nach Zernike durch Verwendung von x- und
y-Termen.
Drittes Ausführungsbeispiel:
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Daten über die Form des konkaven Spiegels
Viertes Ausführungsbeispiel
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Daten über die Form des konkaven Spiegels
Fünftes Ausführungsbeispiel
Sechstes Ausführungsbeispiel
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Daten über die Form des ersten Spiegels
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Daten über die Form des zweiten Spiegels
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Daten über die Form des dritten Spiegels
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Die vorliegenden Ausführungsbeispiele werden als anschaulich
betrachtet. Der Schutzumfang der Erfindung wird durch die
beigefügten Patentansprüche angegeben.
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Ein Bildanzeigegerät, das einem Betrachter ein räumlicheres Bild
mit verbesserter Präsenz und Realität anzeigen kann.
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Das Gerät hat eine einen Strahl aussendende Anzeigeeinheit und
ein optisches System, das einen Lichtstrahl von der Anzeige auf
eine Pupille eines Betrachters lenkt, wobei eine durch das
optische System ausgebildete virtuelle Bildfläche eine gekrümmte
Fläche ist.