DE69433650T2

DE69433650T2 - Am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE69433650T2
Application number: DE69433650T
Authority: DE
Inventors: Jyoji Suwa-shi Karasawa; Syoichi Suwa-shi Ishizawa; Syoichi Suwa-shi Uchiyama; Yoko Suwa-shi Miyazawa
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1993-08-20
Filing date: 1994-07-29
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2014-07-30
Also published as: DE69421061T2; US5739893A; WO1995006271A1; EP0883012A2; EP0883012B1; DE69433650D1; DE69433821D1; DE69433821T2; EP0889346A2; DE69421061D1; EP0675382B1; EP0675382A4; EP0889346B1; EP0883012A3; EP0902312A2; EP0902312A3; EP0675382A1; EP0889346A3

Description

(Gebiet der Erfindung)
Diese Erfindung bezieht sich auf eine Bildanzeigevorrichtung für die virtuelle Vergrößerung und Betrachtung von Bildern, die von einem Bildanzeigemittel angezeigt werden, und bezieht sich insbesondere auf eine am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung zum Betrachten von Bildern, wobei die Anzeigevorrichtung selbst am Kopf getragen wird.
(Beschreibung des Standes der Technik)
Eine Vorrichtung, die am Kopf getragen wird, um Bilder zu betrachten, ist z. B. beschrieben im offengelegten japanischen Patent Nr. 1993-100192. Diese Vorrichtung umfasst einen Brillentyprahmen, der am Kopf ähnlich einer Brille getragen wird. Von den Benutzern von Brillen wird häufig wahrgenommen, dass eine Ermüdung und eine Unbequemlichkeit an der Nase und den Ohren dort auftreten können, wo sie die Vorrichtung berührt, auf Grund einer leichten Erhöhung des Gewichts, weshalb die Funktionalität, die in der Bildanzeigevorrichtung bereitgestellt wird, und die Betrachtungszeit begrenzt werden können. Außerdem kann die Vorrichtung verschoben werden, wenn der Kopf oder der Körper bewegt werden, da das Verfahren der Montage am Kopf instabil ist, weshalb es nicht möglich ist, die Bilder in einem stabilen Zustand zu betrachten. Wenn außerdem der Kopf oder der Körper stark bewegt werden, kann die Vorrichtung vom Kopf herunterfallen und zerbrechen.
Bei der am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung, die im offengelegten japanischen Patent Nr. 1992-22358 beschrieben ist, ist ein Paar von Seitenrahmen, die sich zu den Seiten des Kopfes erstrecken, an der Vorrichtung vorgesehen, wobei die Vorrichtung am Kopf montiert wird durch Verbinden der Enden dieser Seitenrahmen mit einem elastischen Band und Wickeln der Seitenrahmen um den Kopf. Während jedoch dieses Verfahren mittels des elastischen Bandes verhindert, dass die Vorrichtung vom Kopf herabfällt, ist seine Effektivität beim Verhindern des Abfallens der Vorrichtung unzureichend auf Grund der schmalen Breite des elastischen Bandes. Selbst wenn die Breite des elastischen Bandes erhöht wird, ergibt sich ferner immer noch keine Änderung der Instabilität der Vorrichtung insofern, als sie nur durch ein elastisches Band gehalten wird, wobei Probleme, wie z. B. ein Verwischen des Bildes, die Ermüdung und die Unbequemlichkeit, bestehen bleiben.
Das erste Problem bei dieser herkömmlichen, am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung ist daher der geringe Benutzerkomfort, der daraus resultiert, dass der Abschnitt, an dem die Vorrichtung zu montieren ist, der Kopf ist, welcher in Größe und Form von Person zu Person variiert, sowie aus der Schwierigkeit der Montage der Vorrichtung in stabiler Weise am Kopf resultiert.
Da die am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung für den persönlichen Gebrauch bestimmt ist, ist es ferner möglich, die Bildanzeigebedingungen entsprechend der Sehschärfe und des Pupillenabstands (des Benutzers) mit der am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung, die in Nikkei Electronics, Nr.571, S. 119 beschrieben ist, einzustellen. Diese am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung ist jedoch so konstruiert, dass sie ein Paar von linken und rechten optischen Einheiten, die jeweils ein Flüssigkristalllichtventil, einen reflektierenden Spiegel und Vergrößerungslinsen umfassen, unter Verwendung eines Hintergrundlichts beleuchtet, wobei das Erlebnis des Benutzers daher schwach ist. Genauer, wenn nur das Flüssigkristalllichtventil, das separat vom Hintergrundlicht ausgebildet ist, längs der optischen Achse der optischen Einheit bewegt wird, um den Abstand zwischen dem Hintergrundlicht und dem Flüssigkristalllichtventil zu verändern, wenn die Abbildungsposition entsprechend der Sehschärfe des Benutzers eingestellt wird, ändert sich auch die Beleuchtung des Flüssigkristalllichtventils, da divergierendes Licht von der als Hintergrundlicht verwendeten Leuchtstoff röhre abgestrahlt wird, wobei sich die Bildqualität verschlechtert. Genauer unterscheiden sich die rechten und linken virtuellen Bilder (Helligkeit), wenn die Sehschärfe des Benutzers zwischen den rechten und linken Augen verschieden ist, wobei dies eine Asthenopie hervorruft. Da außerdem der Abstand zwischen dem Hintergrundlicht und dem Flüssigkristallventil zunimmt, nimmt die Beleuchtungseffizienz des Hintergrundlichts ab, wobei eine Erhöhung der Helligkeit des Bildes unterbunden wird, und wobei Versuche, dies zu beseitigen, zu einem Hindernis beim Erreichen eines geringen Stromverbrauchs werden.
Ferner gibt es individuelle Unterschiede im Pupillenabstand, von dem angenommen wird, dass er im Allgemeinen im Bereich von etwa 58 mm bis etwa 72 mm liegt. Als Ergebnis ist es notwendig, dass die rechten und linken optischen Einheiten einen relativen Bewegungsbereich von etwa 14 mm aufweisen. Wenn jedoch dieser Typ von Einstellung separat für die rechten und linken optischen Einheiten in der herkömmlichen, am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung durchgeführt wird, muss jedes Auge separat eingestellt werden, wobei mehr Zeit erforderlich ist. Es ist ferner möglich, dass, obwohl dieser relative Abstand annehmbar ist, eine der optischen Einheiten zu weit bewegt worden ist und die Verwendung in diesem Zustand zu einer Asthenopie führen kann.
Bei der am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung, die im offengelegten japanischen Patent Nr. 1993-48991 beschrieben ist, liegt die optische Achse, die von der Bildanzeigevorrichtung, der Vergrößerungsoptik und dem Auge gebildet wird, auf der horizontalen Sehachse des Auges. Da der Betrachter die Bilder mit der in Horizontalrichtung fixierten Sehachse betrachten muss, müssen als Ergebnis die Augenlider zwangsweise geöffnet bleiben, wodurch sich die Augen und Augenlider belastet anfühlen, wobei dieser Zustand zu einer Asthenopie führen kann, wenn er lange andauert.
Das zweite Problem ist daher ein schlechter Benutzerkomfort, der aus diesen herkömmlichen Vorrichtungen resultiert, die die Eigenschaften der visuellen Beurteilung von Informationen nicht genügend berücksichtigen.
WO 93/01683, EP 252290 , US 4081209 , US 5162828 , EP 344881 , US 3761959 , WO 92/03756, US 5175889 , US 4231117 , CA 1116801, US 2970593 , US 5050240 , FR 2679693, EP 438362 , EP 592318 , GB 26265(1911), GB 1264343, WO 91/04508, US 3923370 , US 5005213 , EP 551781 (entsprechend JP 5183838A) und US 4695129 offenbaren alle am Kopf montierte Anzeigeeinheiten, Brillen oder andere entsprechende Merkmale des Standes der Technik.
Eine weitere, am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung ist beschrieben im US-Patent Nr. 5162828 und anderen; diese Vorrichtung sieht ein Bildanzeigeelement, Vergrößerungsoptiken für das hierdurch angezeigte Bild, und ein Haltemittel zum Positionieren der Vergrößerungsoptiken und des Anzeigeelements vor den Augen des Betrachters vor. Von diesen Bauteilen hat das Anzeigeelement den größten strukturellen Einfluss auf die anderen Teile und ist eine wichtige Komponente; da für dieses Anzeigelement im allgemeinen Kompaktheit, geringes Gewicht und geringer Stromverbrauch erforderlich sind, wurden im Stand der Technik Flüssigkristallanzeigeelemente mit einer Größe gleich oder größer als 3 Zoll in der Diagonalen verwendet. Ferner gibt es einen Fall, in dem Flüssigkristallanzeigeelemente mit einer Größe von weniger als einem Zoll in der Diagonalen verwendet wurden. Es können jedoch große Probleme auftreten, wenn das Flüssigkristallanzeigeelement entweder zu groß oder zu klein ist.
Erstens, wenn das Flüssigkristallelement zu groß ist, wird nicht nur das Anzeigeelement selbst groß, sondern es nehmen auch die Vergrößerungsoptiken zum Vergrößern und Anzeigen des Bildes an Größe zu. Als Ergebnis wird die am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung sehr sperrig und schwer, was den Betrachter stark belastet. Ferner treten Probleme bezüglich der Adressierung des Flüssigkristallanzeigeelements auf. Genauer, da die Flüssigkristallanzeigeelement-Module in den rechten und linken optischen Einheiten zu groß sind, berühren sie einander, wenn sie vor den Augen platziert werden, wobei die Mitte der Bildebene nicht auf der optischen Achse platziert werden kann, die das Auge und die Vergrößerungslinse verbindet. In diesem Fall ist die vom vergrößerten Bild belegte Position verschieden von den rechten und linken Sichtfeldern des Betrachters, wobei dann, wenn das Bild versucht, die rechten und linken Bilder beim Betrachten eines Fernsehbildes oder eines Videobildes zu vereinen, die Bilder nicht vollständig übereinstimmen. Um ferner als ein einzelnes Bild erkannt zu werden, ist es notwendig, verschiedene Bilder in den rechten und linken Flüssigkristallanzeigemodulen anzuzeigen, wodurch es notwendig wird, eine Schaltung und andere Komponenten hinzuzufügen, die erforderlich sind, um das Quellenbild in den rechten und linken Flüssigkristallanzeigemodulen aufzuteilen und anzuzeigen. Das resultierende Problem besteht darin, dass es nicht möglich ist, eine kompakte, leichte und kostengünstige, am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung zu erreichen.
Andererseits ist es nicht möglich, die Bildqualität zu verbessern, wenn das Flüssigkristallanzeigeelement zu klein ist. Zum Verbessem der Bildqualität im Flüssigkristallanzeigemodul ist es notwendig, die Anzahl der Bildelemente im Flüssigkristallanzeigeelement zu erhöhen. Diesbezüglich müssen jedoch die Bildelemente kleiner gemacht werden, wenn die gleiche Anzahl von Bildelementen, die in einem großen Flüssigkristallanzeigeelement verwendet werden, verwendet werden sollen, da die Anzeigefläche in einem kompakten Flüssigkristallanzeigeelement klein ist. Genauer, wenn die Größe des Flüssigkristallanzeigeelements gleich 1/2 ist, wird auch die Bildelementgröße gleich 1/2. Wenn somit ein klares Anzeigebild selbst dann erhalten werden soll, wenn die Bildelementgröße um 1/2 reduziert wird, muss die Auflösung der Vergrößerungsoptiken verdoppelt werden. Wenn die am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung kleiner und leichter gemacht werden soll, können jedoch nur einfache Vergrößerungsoptiken vorgesehen werden, wobei es nicht möglich ist, ein qualitativ hochwertiges Bild zu erhalten, wenn das Flüssigkristallanzeigeelement extrem klein ist. Ferner ist der Raumbedarf des Dünnschichttransistors zum Schalten der Bildelemente unverändert, selbst wenn die Größe der Bildelemente reduziert wird. Als Ergebnis nimmt dann, wenn die Flüssigkristallanzeigeelemente kleiner werden, die effektive Apertur der Bildelemente ab, wobei die Helligkeit des Anzeigebildes abnimmt. Da außerdem die relative Größe jedes Bildelements zur Source-Leitung und zur Gate-Leitung abnimmt, wird der abgeschattete Teil des gesamten Anzeigebildes auffällig, wobei die Bildqualität des angezeigten Bildes beeinträchtigt wird.
Außerdem ist es notwendig, die Vergrößerung der Vergrößerungsoptiken zu erhöhen, um einen breiten Betrachtungswinkel zu erhalten, wenn kompakte Flüssigkristallanzeigeelemente verwendet werden, wobei dies die Verwendung einer Linse mit einer kurzen Brennweite erfordert. Es ist jedoch notwendig, eine einzelne Linse für die Vergrößerungsoptiken in einer am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung zu verwenden, auf Grund der Notwendigkeit, die Größe und das Gewicht zu reduzieren, wobei die Verkürzung der Brennweite zur Verwendung einer Kunststofflinse führt, wodurch die Linsendicke dick gemacht werden kann. Auf Grund ihrer geringen Genauigkeit und ihres geringen Durchsatzes während der Massenfertigung reduzieren jedoch dicke Kunststofflinsen schließlich die Bildqualität und erhöhen die Kosten. Da außerdem eine sehr leichte Bewegung des Flüssigkristallanzeigeelements eine große Änderung der Position der virtuellen Bildinformationen hervorruft, wenn eine Linse mit kurzer Brennweite verwendet wird und das Flüssigkristallanzeigeelement vorwärts oder rückwärts längs der optischen Achse bewegt wird, um die Sehschärfe des Benutzers einzustellen, ist diese Einstellung schwierig durchzuführen, ohne einen Präzisionseinstellmechanismus vorzusehen.
Das dritte Problem ist daher eine schlechte Bildqualität, Bedienbarkeit und Wirtschaftlichkeit, die aus der herkömmlichen Vorrichtung resultieren, die unter Verwendung einer kleinen Anzeigevorrichtung einfach gestaltet ist, ohne die Beziehung zum Pupillenabstand zu berücksichtigen, und anderweitig die Verbesserung der Bildqualität ausreichend zu berücksichtigen.
In Hinblick auf die obenerwähnten Probleme ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung zu schaffen, mit der die Benutzerwahrnehmung verbessert werden kann unter Verwendung einer einfachen Konstruktion, die einfach an z. B. die Kopfgröße, den Pupillenabstand, die Sehschärfe und die Empfindlichkeit hinsichtlich einer menschlichen anatomischen Perspektive angepasst werden kann.
(Zusammenfassung der Erfindung)
Um das obenerwähnte Problem zu lösen, schafft die vorliegende Erfindung eine am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung zum Betrachten eines Bildes, dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst:
eine Hauptvorrichtung, die umfasst: ein Bildanzeigemittel zum Erzeugen eines Bildes; ein Vergrößerungsmittel zum virtuellen Vergrößern des Bildes; ein Vorderbereich-Unterstützungselement, das am vorderen Bereich des Kopfes angeordnet ist, wenn es getragen wird, und ein Hinterkopfbereich-Unterstützungselement, das am Hinterkopfbereich des Kopfes angeordnet ist, wenn es getragen wird;
ein Sicherungsmittel zum Halten des Vorderbereich-Unterstützungselements und des vorderen Bereiches des Kopfes in Kontakt, wenn die Hauptvorrichtung getragen wird, umfassend: ein Aufblas/Entleerungs-Element, das zwischen einem aufgeblasenen Zustand und einem entleerten Zustand umgeschaltet werden kann, an demjenigen Teil der Innenoberfläche des Hinterkopfbereich-Unterstützungselements, der den Hinterkopfbereich des Kopfes berührt; und
eine vordere Abdeckung, die das Bildanzeigemittel, eine Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung, die das Hinterkopfbereich-Unterstützungselement aufnimmt; und Verbindungselemente enthält, die die zwei Abdeckungen an den Seiten des Kopfes verbinden; wobei die Verbindungselemente einen Unterstützungsmechanismus umfassen, der die Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung und die vordere Abdeckung verbindet, derart, dass die Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung auf dem Unterstützungsmechanismus relativ zur vorderen Abdeckung drehbar ist.
Mit dieser Konfiguration kann das Bild unter der besten Bedingung betrachtet werden, da die Beziehung zwischen der Position des Vorderbereich-Unterstützungselements und dem vorderen Bereich direkt und zuverlässig ermittelt werden kann. Außerdem ist die am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung in ausreichender Weise an die Eigenschaften anpassbar, da der Ort, an dem die Vorrichtung montiert wird, der Kopf ist, wobei ein Gefühl der Stabilität während des Gebrauchs erreicht werden kann.
Das Aufblas/Entleerungs-Element der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise aus einem Luftsack gefertigt. Dies liegt daran, dass die Vorrichtung somit vereinfacht wird und leichter gemacht werden kann.
Es wird in der vorliegenden Erfindung ferner bevorzugt, die Hauptvorrichtung zu versehen mit: einer vorderen Abdeckung, die ein Bildanzeigemittel, ein Vergrößerungsmittel und ein Vorderbereich-Unterstützungselement umfasst; eine Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung, die das Hinterkopfbereich-Unterstützungselement umfasst; und Verbindungselemente, die diese Abdeckungen an den Seiten des Kopfes verbinden; wobei in diesem Verbindungselement ein Unterstützungsmechanismus vorgesehen ist, der die Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung mit der vorderen Abdeckung verbindet, derart, dass die Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung auf dem Unterstützungsmechanismus zur vorderen Abdeckung rotiert. In diesem Fall ist vorzugsweise das Verbindungselement mit einem Gleitmechanismus versehen, wodurch die Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung in Richtung zur vorderen Abdeckung gleiten kann, während die Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung zur vorderen Abdeckung drehbar bleibt.
Wenn ferner Lautsprecher in das Verbindungselement eingebaut sind, werden die Lautsprecher vorzugsweise als Bauteile des Unterstützungsmechanismus verwendet. Genauer wird der Lautsprecherrahmen selbst vorzugsweise als Rotationsachse verwendet, die die Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung in rotierender Weise mit der vorderen Abdeckung verbindet. Außerdem ist vorzugsweise ein Luftloch, das von Inneren nach außen führt, im Verbindungselement vorgesehen, so dass externe Geräusche selbst dann gehört werden können, wenn die Lautsprecher in das Verbindungselement eingebaut sind.
Ferner ist vorzugsweise ein Belüftungsloch in der vorderen Abdeckung vorgesehen.
Die vorliegende Erfindung umfasst ferner vorzugsweise das Bildanzeigemittel als eine integrierte Bildanzeigeeinheit, die ein transparentes Bildanzeigeelement und ein Beleuchtungsmittel zum Beleuchten dieses Bildanzeigeelements von hinten umfasst; sie umfasst ein Paar optischer Einheiten, die jeweils diese Bildanzeigeeinheit mit einem Vergrößerungsmittel integrieren, das auf den rechten und linken Seiten in der Hauptvorrichtung aufgenommen ist; und sie umfasst einen Pupillenabstandsrichtungs-Positionseinstellmechanismus zum Bewegen des Paares der optischen Einheiten als einzelne Einheit in Pupillenabstandsrichtung, um den Abstand zwischen den optischen Achsen der optischen Einheiten einzustellen.
In diesem Fall bewegt der Pupillenabstandsrichtungs-Positionseinstellmechanismus vorzugsweise die optischen Einheiten in Pupillenabstandsrichtung durch Führen eines Führungsstiftes, der von jeder optischen Einheit hervorsteht, in einem Führungskanal, der so ausgebildet ist, dass er zum Führungsstift auf der Seite der Hauptvorrichtung passt. Der Betätigungsknopf des Pupillenabstandsrichtung-Positionseinstellmechanismus ist ferner vorzugsweise an einer vorderen Position der Hauptvorrichtung angeordnet.
Ferner ist vorzugsweise ein Dioptrieneinstellmechanismus für jeder der zweit optischen Einheiten an einem Axialpositionseinstellmechanismus vorgesehen, um die Bildanzeigeeinheiten längs der optischen Achse der optischen Einheit getrennt in jeder optischen Einheit zu bewegen. In diesem Fall wird ferner vorzugsweise der Betätigungsknopf des Axialpositionseinstellmechanismus an einer vorderen Position der Hauptvorrichtung angeordnet.
In der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise in der Hauptvorrichtung an einer Position, die der Oberseite der optischen Einheit entspricht, ein Belüftungsloch vorgesehen, um die vom Beleuchtungsmittel erzeugte Wärme abzuführen.
Die optischen Achsen der optischen Einheiten sind vorzugsweise so eingestellt, dass die Linien, die auf den optischen Achsen nach vorne verlaufen, sich in einem Konvergenzwinkel schneiden. Dies liegt daran, dass dieser Winkel eine natürlichere Sichtlinie ist und somit ein geringeres Ermüdungsgefühl hervorruft.
Außerdem ist vorzugsweise ein reflektierender Spiegel an einer Mittelpunktsposition der optischen Achse vorgesehen, um die optische Achse der optischen Einheit abzuknicken. Dies liegt daran, dass die Seite der Bildanzeigeeinheit und des Vergrößerungsmittels eher dreidimensional platziert werden können.
Es wird z. B. vorzugsweise ein Flüssigkristalllichtventil als transparentes Anzeigeelement der vorliegenden Erfindung verwendet.
Außerdem bildet die optische Achse des optischen Systems, das das Bildanzeigemittel und das Vergrößerungsmittel enthält, vorzugsweise einen Depressionswinkel relativ zur horizontalen Sichtlinie des Auges. Dies liegt daran, dass Bilder in einer natürlicheren Sichtlinie betrachtet werden kann und sich ein geringeres Ermüdungsgefühl ergibt. Dieser Depressionswinkel beträgt 10° oder weniger und beträgt vorzugsweise 6° oder weniger.
Das Bildanzeigemittel der vorliegenden Erfindung kann in Form eines Paares rechter und linker Flüssigkristallanzeigemodule von auf einer Leiterplatte montierten Flüssigkristallanzeigeelementen ausgeführt sein; das Flüssigkristallanzeigemodul ist vorzugsweise so gestaltet, dass es die Gleichung W1 < Gerfüllt, wobei W₁ die horizontale Breite des Flüssigkristallanzeigemoduls in Millimetern ist und G der Mittenabstand zwischen den linken und rechten Flüssigkristallanzeigeelementen in Millimetern ist.
Hier ist es ausreichend, den Mittenabstand zwischen den rechten und linken Flüssigkristallanzeigeelementen auf etwa 55 mm einzustellen.
Wenn das Vergrößerungsmittel eine einzige Vergrößerungslinse in der vorliegenden Erfindung umfasst, ist das Flüssigkristallanzeigemodul so gestaltet, dass es die folgende Gleichung erfüllt: 30 × 10–1 ≤ P ≤0,0021 × W2 wobei W₂ die horizontale Breite der Bildanzeigefläche des Flüssigkristallanzeigeelements in Millimetern ist und P die Pixelteilung in Millimetern ist.
In diesem Fall beträgt der horizontale Sichtwinkel des vergrößerten virtuellen Bildes vorzugsweise 30° oder mehr, um die Bildqualität zu verbessern.
Das Flüssigkristallanzeigemodul erfüllt stärker bevorzugt die Gleichung P ≤ 0,0016 × W2.
Zum Zweck der Verbesserung des Benutzerkomforts ist die Hauptvorrichtung der vorliegenden Erfindung vorzugsweise in dem Bereich an der Oberseite des Kopfes offen. Außerdem sind ein Optiksystem-Gehäuseabschnitt, der das Bildanzeigemittel und das Vergrößerungsmittel enthält, und eine Vorderbereich-Unterstützungsabdeckung, die sich von diesem Optiksystem-Gehäuseabschnitt in einem Winkel folgend der Form des vorderen Bereiches erstreckt, vorzugsweise in der Hauptvorrichtung vorgesehen, wobei die Innenfläche dieser Vorderbereich-Unterstützungsabdeckung vorzugsweise das Vorderbereich-Unterstützungselement ist. Dies dient dazu, die Hauptvorrichtung an einem Abrutschen zu hindern.
Wenn ferner ein Optiksystem-Gehäuseabschnitt vorgesehen ist und eine Trennwand, die diesen Optiksystem-Gehäuseabschnitt unterteilt, auf der Stirnseite in der Hauptvorrichtung vorgesehen ist, sind vertiefte Elemente, die in Richtung zum Optiksystem-Gehäuseabschnitt vertieft sind, vorzugsweise in der Trennwand in dem Bereich ausgebildet, indem die Nase angeordnet ist.
Ferner ist eine halbtransparente Blendenabdeckung vorzugsweise an der Vorderseite der Hauptvorrichtung nach unten zeigend vorgesehen. In diesem Fall weist die Blendenabdeckung vorzugsweise eine Größe auf, die ein abwärts gerichtetes Sichtfeld sicherstellt. Dies dient dazu, den Benutzer zu ermöglichen, den Bodenbereich zu sehen, wodurch die Sicherheit erhöht wird.
Zum Zweck der Gewichtsreduktion der Hauptvorrichtung und der Verbesserung des Freiheitsgrades bei der Gestaltung ist die Ansteuerschaltung des Bildanzeigemittels vorzugsweise auf einer flexiblen Leiterplatte vorgesehen, wobei diese flexible Leiterplatte vorzugsweise längs der Innenseite der Hauptvorrichtung angeordnet ist.
(Kurzbeschreibung der Figuren)
1 ist eine perspektivische Zeichnung, die das Erscheinungsbild einer am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2(a) ist eine vertikale Querschnittsansicht, während 2(b) eine horizontale Querschnittsansicht ist, die das Verfahren der Verwendung der in
1 gezeigten, am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung darstellen.
3 ist eine Explosionsansicht der in 1 gezeigten, am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung.
4(a) ist eine erläuternde Zeichnung, die die Beziehung zwischen der Position der Augen des Betrachters und der Blendenabdeckung zeigt, wenn die am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung der 1 am Kopf getragen wird, während 4(b) eine erläuternde Zeichnung ist, die die Beziehung zwischen der Position des Gesichts und der Blendenabdeckung in diesem Zustand zeigt.
5 ist eine Explosionsansicht, die die Verbindungsstruktur der vorderen Abdeckung und der Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung in der in 1 gezeigten, am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung zeigt.
6 ist eine erläuternde Zeichnung, die zeigt, was passiert, wenn die Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung auf dem in 5 gezeigten Verbindungselement gedreht wird.
7(a) ist eine erläuternde Zeichnung, die den Zustand zeigt, wenn die Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung in der vorderen Abdeckung unter Verwendung der Schwenkwirkung der in 6 gezeigten Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung aufbewahrt wird; 7(b) ist eine erläuternde Zeichnung, die zeigt, wann die Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung in eine Position über dem Kopf vom Hinterkopfbereich gedreht wird; und 7(c) ist eine erläuternde Zeichnung, die zeigt, wie ein Tragriemen zu dem in 6 gezeigten Verbindungselement hinzugefügt wird.
8(a) ist eine Rückseitenansicht, die ein Verfahren zum Verbinden eines Kabel zeigt, das verschieden ist von dem in 1 gezeigten Verfahren; während 8(b) eine Seitenansicht desselben ist.
9 ist eine erläuternde Zeichnung, die das Verfahren des Befestigens der Hauptvorrichtung am Kopf in der in 1 gezeigten, am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung zeigt.
10(a) ist eine erläuternde Zeichnung, die ein Beispiel der am Kopf befestigten Hauptvorrichtung zeigt, die in 9 gezeigt ist; und 10(b) ist eine erläuternde Zeichnung, die die an einem anderen Kopf befestigte Hauptvorrichtung zeigt.
11 ist eine erläuternde Zeichnung, die das Grundprinzip des optischen Systems in der in 1 gezeigten, am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung zeigt.
12 ist eine erläuternde Zeichnung, die einen reflektierenden Spiegel zeigt, der in die optische Achse des in 11 gezeigten optischen Systems eingesetzt ist.
13 ist eine erläuternde Zeichnung, die den Ort der optischen Einheit, die das in 12 gezeigte optische System umfasst, in der Hauptvorrichtung zeigt.
14(a) ist eine erläuternde Zeichnung, die die Beziehung zwischen der horizontalen Sichtlinie und der optischen Achse in der in 1 gezeigten, am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung zeigt; und 14(b) ist eine andere erläuternde Zeichnung, die die Beziehung zwischen einer horizontalen Sichtlinie und der optischen Achse zeigt.
15 ist eine perspektivische Ansicht, die die Konstruktion der optischen Einheiten zeigt, die in der in 1 gezeigten, am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung vorgesehen sind.
16 ist eine Explosionsansicht, die die Konstruktion der Bildanzeigeeinheit zeigt, die in der in 15 gezeigten optischen Einheit vorgesehen ist.
17 ist eine erläuternde Zeichnung, die die Anordnung der in 15 gezeigten optischen Einheiten in der Hauptvorrichtung zeigt.
18 ist eine erläuternde Zeichnung, die den Zustand zeigt, in dem der Konvergenzwinkel unter Verwendung der in 15 gezeigten optischen Einheiten ausgebildet wird.
19 ist eine perspektivische Ansicht, die die Konstruktion der optischen Einheiten zeigt, die verwendet werden, um den in 18 gezeigten Konvergenzwinkel zu bilden.
20 ist eine erläuternde Zeichnung, die die Einschränkungen bezüglich der Breite der in 15 gezeigten optischen Einheiten zeigt.
21 ist eine Graph, der die Optimierungsbedingungen für die Größe und die Pixelteilung der Bildanzeigefläche in dem optischen System zeigt, das in der in 1 gezeigten, am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung vorgesehen ist.
22 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Größe der Bildanzeigefläche und der MTF des maximalen horizontalen Blickwinkels im optischen System zeigt, das in der in 1 gezeigten, am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung vorgesehen ist.
23 ist eine erläuternde Zeichnung, die die Struktur zum Befestigen der Hauptvorrichtung, die in einer am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, am Kopf zeigt.
24 ist eine erläuternde Zeichnung, die die Struktur zum Befestigen der Hauptvorrichtung, die in einer am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, am Kopf zeigt.
25(a) ist eine erläuternde Zeichnung, die die Struktur zum Befestigen der Hauptvorrichtung, die in einer am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, am Kopf zeigt.
25(b) zeigt eine Einzelheit eines Teils der Struktur der 25(a).
26 ist eine erläuternde Zeichnung, die die Struktur zum Befestigen der Hauptvorrichtung, die in einer am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, am Kopf zeigt.
27(a) bis (e) sind Explosionsansichten, die die in 26 gezeigte Befestigungsstruktur zeigen.
(Bevorzugte Ausführungsformen zur Verwirklichung der Erfindung)
1 ist eine perspektivische Zeichnung, die das Erscheinungsbild einer am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; die 2(a) und (b) sind Querschnittsansichten der Vorrichtung am Kopf; während 3 eine Explosionsansicht der Vorrichtung ist.
(Gesamtstruktur)
In 1 ist die am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform eine Bildanzeigevorrichtung zum Betrachten von Bildern mit der am Kopf getragenen Hauptvorrichtung 10. Die Hauptvorrichtung 10 umfasst eine vordere Abdeckung 2 und eine Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung 3 (das Hinterkopfbereich-Unterstützungselement); die Oberseite der Hauptvorrichtung 10 ist offen. Selbst wenn die Hauptvorrichtung 10 am Kopf getragen wird, berührt folglich die Hauptvorrichtung 10 nicht die Oberseite des Kopfes, wobei die Haare nicht so leicht beeinträchtigt werden. Außerdem ist das Gleichgewicht sowohl in Vorwärts-Rückwärts-Richtung als auch in seitlicher Richtung sichergestellt, wenn die Hauptvorrichtung 10 am Kopf getragen wird, da die Hauptvorrichtung 10 in einer Weise aufgesetzt ist, die den Umfang des Kopfes umschließt. Da außerdem die Hauptvorrichtung 10 eine abgerundete Gesamtform aufweist, ist sie sicher, wenn der Betrachter individuell mit jemand anderem kollidiert.
Wie in den 2(a) und (b) gezeigt ist, ist die optische Vorrichtung 4 zum Betrachten von Bildern für den Betrachter, wenn die Hauptvorrichtung 10 sich am Kopf befindet, innerhalb der vorderen Abdeckung 2 vorgesehen. Das Kabel 11, das mit einer externen Bildvorrichtung verbunden ist, ist aus der optischen Vorrichtung 4 an einer Position in der Hauptvorrichtung 10 herausgeführt, die einer Seite des Kopfes entspricht, um über eine Treiberschaltung ein Videosignal einzugeben.
(Struktur der vorderen Abdeckung und der Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung)
Wie in 2 und 3 gezeigt ist, umfasst der Hauptteil der vorderen Abdeckung 2 ein oberes Gehäuse 21, das die Vorderseite der Augen und die Seiten des Kopfes mit dem Seitenelement abdeckt, das sich bis zu einer Position erstreckt, die die Ohren abdeckt, wenn die Hauptvorrichtung 10 am Kopf getragen wird; an der Oberseite des oberen Gehäuses 21 erstreckt sich eine Vorderbereich-Unterstützungsabdeckung 22 (das Vorderbereich-Unterstützungselement) auf einer Neigung, die der Form des vorderen Bereiches nach hinten folgt. Eine Polsterunterstützungsplatte 23 ist an der Innenseite der Vorderbereich-Unterstützungsabdeckung 22 vorgesehen, wobei ein Pufferpolster 221 an der Innenfläche dieser Polsterunterstützungsplatte 23 befestigt ist. Dieses Pufferpolster 221 wird zum Vorderbereich-Kontaktelement 220, das den Vorderbereich berührt, wenn die Hauptvorrichtung 10 getragen wird. Es ist zu beachten, dass das Pufferpolster 221 austauschbar ist, da es durch ein klettverschlussartiges Material an der Polsterunterstützungsplatte 23 befestigt ist. Es ist somit möglich, das den Kopf berührende Teil hygienisch sauber zu halten.
Ferner kann die Hauptvorrichtung 10 selbst mit aufgesetzter Brille leicht getragen werden, bei einem Abstand mit einem Raum zwischen dem Gesicht und der Hauptvorrichtung 10 vorhanden ist. Außerdem beschlägt die Brille nicht und der Benutzerkomfort ist hervorragend, da keine Luft im Inneren gestaut wird. Selbst mit einem solchen vorgesehenen Raum ist außerdem die Hauptvorrichtung 10 vor einem Herabrutschen geschützt, da die Vorderbereich-Unterstützungsabdeckung 22 entlang der Form des vorderen Bereiches nach hinten geneigt ist.
Das untere Gehäuse 25 ist an der Innenseite des oberen Gehäuses 21 angebracht, wobei der durch das untere Gehäuse 25 und das obere Gehäuse 21 getrennte Teil den Optiksystem-Gehäuseraum 20 bildet, indem die optische Vorrichtung 4 angeordnet ist.
Das untere Gehäuse 25 umfasst ein vorderes Element 251, das sich nach vorne erstreckt; eine Trennwand 252, die senkrecht zu diesem vorderen Element 251 steht; und ein Seitenelement 253, das auf der Seite in einem rechten Winkel zu dieser Trennwand 252 vorgesehen ist; der Optiksystem-Gehäuseraum 20, der die optische Vorrichtung 4 aufnimmt, ist vom Äußeren durch das vordere Element 251 und die Trennwand 252 getrennt. Ein Paar rechter und linker Fenster 291 sind in der Trennwand 252 an Positionen ausgebildet, die den Augen entsprechen; eine Aussparung 292 zum Vermeiden eines Kontakts mit der Nase an der Innenseite ist zur Vorderseite zurückgezogen zwischen den Fenstern 291 ausgebildet. Es ist zu beachten, dass das vordere Element 251 die Referenzfläche für die Positionierung der optischen Einheit 40 wird, wie im Folgenden beschrieben wird. Die Innenfläche des oberen Gehäuses 21 wird ebenfalls eine Referenzfläche für die Positionierung der optischen Einheit 40. Es ist zu beachten, dass eine Feder oder ein anderes Druckmittel in irgendeinem der Spalte zwischen der Innenfläche des vorderen Elements 251, der optischen Einheit 40 und dem oberen Gehäuse 21 vorgesehen sein kann, um die optische Einheit 40 gegen die Referenzfläche zu drücken, um somit die Positionierungsgenauigkeit zu verbessern.
Mit der vorliegenden Ausführungsform, wie oben beschrieben ist, ergibt sich kein bedrückendes Gefühl, wenn die Hauptvorrichtung 10 am Kopf getragen wird, da die Nase nicht die Hauptvorrichtung 10 berührt, wobei die Verwendungsfreiheit verbessert ist, da z. B. das Gesichts-Make-up nicht beeinträchtigt wird, wenn die Vorrichtung von Frauen getragen wird. Ferner ist ein Paar langgestreckter Löcher 485 rechts und links im vorderen Element 251 ausgebildet.
Eine halbdurchlässige Blendenabdeckung 26 aus Acrylharz ist an der Unterseite des unteren Gehäuses 25 für eine verbesserte Gestaltung vorgesehen. Wie in den 4(a) und (b) gezeigt ist, verhindert diese Blendenabdeckung 26 den Eintritt von Licht von unterhalb der Hauptvorrichtung 10 an der Unterseite des unteren Gehäuses 25. Außerdem ist die Breite der Blendenabdeckung 26 die minimale erforderliche Breite, wodurch der Bereich um die Füße aus dem Spalt 260 zwischen dem Gesicht und der Blendenabdeckung 26 gesehen werden kann, wenn die Hauptvorrichtung 10 am Kopf getragen wird.
Wie in 3 gezeigt ist, sind wieder jeweils zwei Löcher 254 in den rechten und linken Seitenelementen 253 im unteren Gehäuse 25 ausgebildet. Dementsprechend sind Gewindelöcher (in den Figuren nicht gezeigt) im oberen Gehäuse 21 an Positionen ausgebildet, die den Löchern 254 entsprechen, wobei Schrauben (in den Figuren nicht gezeigt) von innen durch die Löcher 254 in die Gewindelöcher im oberen Gehäuse 21 geschraubt sind, um das obere Gehäuse 21 und das untere Gehäuse 25 zu befestigen. Die Löcher 261 sind ferner in den rechten und linken Enden der Blendenabdeckung 26 ausgebildet. Dementsprechend sind Gewindelöcher (in den Figuren nicht gezeigt) im oberen Gehäuse 21 an Positionen ausgebildet, die den Löchern 261 entsprechen, wobei Schrauben (in den Figuren nicht gezeigt) von innen durch die Löcher 261 in die Gewindelöcher im oberen Gehäuse 21 geschraubt sind, um das obere Gehäuse 21 und die Blendenabdeckung 26 zu befestigen.
Die vordere Abdeckung 2 und die Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung 3 sind an den Abschnitten verbunden, die neben den Ohren positioniert sind, wenn die Hauptvorrichtung 10 am Kopf getragen wird, wobei runde Lautsprecher 6 in diesen Verbindungselementen 5 rechts und links befestigt sind. In den Enden 20 der vorderen Abdeckung 2, die außerhalb der Lautsprecher 6 angeordnet sind, sind Belüftungslöcher 281 ausgebildet, wobei das Innere und das Äußere der Hauptvorrichtung 10 μm diese Belüftungslöcher 281 durch Verbindungselemente 5 verbunden sind. Als Ergebnis ergibt sich kein Gefühl der Unsicherheit, wobei die Sicherheit auch in Notfällen verbessert ist, da externe Geräusche den Betrachter durch die Belüftungslöcher 281 selbst dann erreichen, wenn die Lautsprecher 6 fest an den Ohren des Betrachters anliegen.
(Struktur der Verbindungselemente)
Von den Verbindungselementen 5 für die vordere Abdeckung 2 und die Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung 3 ist die Struktur des linken Verbindungselements 5 betrachtet von der Rückseite der Vorrichtung in 5 gezeigt. In den Lautsprechern 6 ist das ringförmige Rahmenelement 62, das die Lautsprecherebene 61 umschließt aus einem starren Kunststoff gefertigt; das Rahmenelement 62 umfasst ferner ein rundes Flanschelement 63, das nach außen hervorsteht. Ein ringförmiges Passelement 201 ist so vorgesehen, dass es auf der Innenfläche des Endes 20 der vorderen Abdeckung 2 nach innen ragt. Ein rundes Loch 301 ist im Ende 30 der Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung 3 ausgebildet. Als Ergebnis sind die vordere Abdeckung 2 und die Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung 3 durch das passende Flanschelement 63 des Lautsprechers 6 innerhalb des Passelements 201 verbunden, wobei das Passelement 201 der vorderen Abdeckung 2 in das Loch 301 der Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung 3 eingesetzt ist. Wie in 6 gezeigt ist, ist es somit unter Verwendung des Flanschelements 63 des Lautsprechers 6 als Rotationsachse im Verbindungselement 5 möglich, die Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung 3 relativ zur vorderen Abdeckung 2 nach oben und nach unten zu drehen, wobei die Position der Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung 3 in die Position mit dem größten Benutzerkomfort geändert werden kann. Wie in 7(a) gezeigt ist, ist es außerdem möglich, die Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung 3 in Richtung des Pfeils A oder des Pfeils B zu drehen, um die Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung 3 vollständig in die vordere Abdeckung 2 zu klappen und die Hauptvorrichtung 10 für die Aufbewahrung oder den Transport kompakter zu machen. Wenn außerdem der Betrachter sich mit der am Kopf getragenen, am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung 1 hinlegt, wird die Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung 3 zu einem Hindernis für den Komfort, wenn sie sich im Hinterkopfbereich befindet; wenn daher die Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung 3 nach oben angehoben wird und in einem Winkel verwendet wird, wie in 7(b) gezeigt ist, wird der Hinterkopfbereich frei und das Betrachten der Bilder kann auch im liegenden Zustand genossen werden. Da ferner die vordere Abdeckung 2 nicht rotiert, im Gegensatz zur Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung 3, ist die Antenne 111 dann, wenn die Antenne 111 an der Seite der vorderen Abdeckung 2 fixiert ist, wenn die Videosignale mittels drahtloser Übertragung in die optische Einheit 40 eingegeben werden, nicht im Weg, da sie immer vertikal an der Seite des Kopfes angeordnet ist.
Außerdem ist es unter Verwendung des Rotationsmechanismus der Verbindungselemente 5 für die vordere Abdeckung 2 und die Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung 3 möglich, ein schmales Trägerband 39 vorzusehen, das sich von der oberen Kante der Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung 3 in eine Position oberhalb der Oberseite des Kopfes dreht, um ein Abrutschen der Hauptvorrichtung 10 vom Kopf zu verhindern. Selbst in diesem Zustand sind nahezu alle Teile der Oberseite des Kopfes frei, weshalb sich keine Verringerung des Benutzerkomforts ergibt.
Ferner ist es unter Verwendung des Rotationsmechanismus der Verbindungselemente 5 für die vordere Abdeckung 2 und die Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung 3 möglich, ein langgestrecktes Loch 115 im Ende 20 der vorderen Abdeckung 2 auszubilden und ein Kabel 11 vom lang gestreckten Loch 115 aus zu verlegen, wie in den 8(a) und (b) gezeigt ist. Mittels dieser Konfiguration ändert sich die Richtung, in der das Kabel 11 verläuft, längs des lang gestreckten Loches 115, wobei durch Ziehen des Kabels 11 nach hinten die Hauptvorrichtung 10 auf einem Tisch oder einer anderen Oberfläche in einem stabilen Zustand ungestört vom Kabel 11 abgelegt werden kann.
(Mechanismus zum Sichern der Hauptvorrichtung am Kopf)
Da eine so aufgebaute, am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung 1 mit der am Kopf montierten Hauptvorrichtung 10 verwendet wird, ist es notwendig, zu verhindern, dass die Hauptvorrichtung 10 vom Kopf herunterfällt, wenn der Kopf während der Verwendung der am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung 1 bewegt wird. Da außerdem die optische Vorrichtung 4 in die Hauptvorrichtung 10 integriert ist, ist es notwendig, die Hauptvorrichtung 10 am Kopf in einem stabilen Zustand zu sichern, so dass das Gewicht der optischen Vorrichtung 4 keine Ermüdung oder Unbequemlichkeit für den Betrachter hervorruft. Außerdem ist es notwendig, die Hauptvorrichtung 10 zu sichern, so dass eine stabile Beziehung zwischen den Positionen der optischen Vorrichtungen 4, die in die Hauptvorrichtung 10 eingebaut sind, und den Positionen der Augen des Benutzers erhalten bleibt.
Es wird daher die in 9 gezeigte Struktur als Struktur (Sicherungsmittel) verwendet, die eine Verschiebung relativ zum Kopf in der vorliegenden Ausführungsform verhindert. Es ist zu beachten, dass die 9 die Antenne 111 zum Eingeben des Videosignals in der vertikalen Position zeigt.
Mit der Positionsverschiebung-Verhinderungsstruktur der vorliegenden Ausführungsform wird ein Gummiluftsack 8 längs der Innenfläche der Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung 3 angebracht, wobei dieser Luftsack 8 im Hinterkopfbereich angeordnet ist, wenn die Hauptvorrichtung 10 am Kopf getragen wird. Ein Luftrohr 81 führt vom Luftsack 8 durch die Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung 3, wobei ein Ventil 82 am Ende des Luftrohres 81 angebracht ist. Als Ergebnis wird durch Zuführen von Pressluft durch das Luftrohr 81 zum Luftsack 8 unter Verwendung einer Gummipumpe 83 oder eines anderen Mittels nach dem Aufsetzen der Hauptvorrichtung 10 auf dem Kopf des Betrachters der vordere Bereich relativ in Richtung zur Vorderbereich-Unterstützungsabdeckung 22 der Hauptvorrichtung 10 gedrückt, wobei die Hauptvorrichtung 10 am Kopf angepasst werden kann. In diesem Zustand wird die Oberfläche der Innenseite des Luftsacks 8 das Hinterkopfbereich-Kontaktelement 8. Dies ist in diesem Zustand nicht unbequem, da der Vorderbereich gegen das Pufferpolster 221 der Vorderbereich-Unterstützungsabdeckung 22 gedrückt wird. Es ist zu beachten, dass zum Abnehmen der Hauptvorrichtung 10 vom Kopf der Luftsack 8 entleert wird, indem einfach die Luft aus dem Luftsack 8 abgelassen wird, wobei die Hauptvorrichtung 10 leicht abgenommen werden kann.
Ferner ist zu beachten, dass eine motorbetriebene Pumpe in die Hauptvorrichtung 10 eingebaut sein kann, um den Luftsack 8 Luft zuzuführen, statt eine Gummipumpe 83 zu verwenden, die getrennt von der Hauptvorrichtung 10 vorhanden ist. In diesem Fall kann das Vorne-Hinten-Gleichgewicht der Hauptvorrichtung 10 verbessert werden, indem die motorbetriebene Pumpe in der Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung 3 auf der Seite des Luftsacks 8 vorgesehen wird. Außerdem kann der Weg von der Pumpe zum Luftsack 8 verkürzt werden, was einen zusätzlichen Vorteil einer vereinfachten Struktur bietet.
Da die am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung 1 dieser Ausführungsform so strukturiert ist, dass die Hauptvorrichtung 10 in der Vorne-Hinten-Position gegen den Kopf gedrückt wird, verschiebt sich die Hauptvorrichtung 10 nicht in Richtung des Pfeils C oder des Pfeils D in 9. Der Benutzerkomfort ist somit hervorragend, da die Hauptvorrichtung 10 stabil ist, wenn sie getragen wird. Da außerdem der Kopf das Pufferpolster 21 und den Luftsack 8 berührt, werden keine heftigen Stöße auf den Kopf übertragen, selbst wenn die Hauptvorrichtung 10 gegen eine Wand oder ein anderes Objekt stößt, während die Hauptvorrichtung 10 am Kopf getragen wird.
Da ferner der Benutzer z. B. den Luftsack 8 aufblasen kann, unabhängig davon, ob der Luftsack 8 direkt hinter dem Hinterkopfbereich positioniert ist, wie in 10(a) gezeigt ist, oder leicht unterhalb des Hinterkopfbereiches, wie in 10(b) gezeigt ist, entsprechend der Größe und Form des Kopfes, bleibt die Hauptvorrichtung 10 gegen den Kopf in Vorwärts-Rückwärts-Richtung gedrückt, wobei die Hauptvorrichtung 10 stabil bleibt, wenn sie am Kopf getragen wird, unabhängig von der Form und der Größe des Kopfes des Betrachters.
(Optische Vorrichtung)
Die Grundstruktur der optischen Vorrichtung 4 und das Grundprinzip der am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung 1 werden als nächstes mit Bezug auf 11 beschrieben.
Wie in 11 gezeigt ist, umfasst die optische Vorrichtung 4 ein Paar Flüssigkristallanzeigeelemente 42 (Bildanzeigemittel, Flüssigkristalllichtventile) als rechte und linke Bildanzeigevorrichtungen; Hintergrundlichter 43 (Beleuchtungsmittel) zum Beleuchten dieser von hinten; und Vergrößerungslinsen 45 (Vergrößerungsmittel; konvexe Linsen), die zwischen diesen Flüssigkristallanzeigeelementen 42 und den Augen des Betrachters platziert sind. Es ist zu beachten, dass bezüglich der Vergrößerungslinsen 45 die Flüssigkristallanzeigeelemente 42 auf der Seite in Richtung zu den Vergrößerungslinsen 45 relativ zu den subjektseitigen Brennpunkten 45a vorgesehen sind. Außerdem sind die Augen des Betrachters nahe den bildseitigen Brennpunkten 45b der Vergrößerungslinsen 45 angeordnet. Wenn somit die Hauptvorrichtung 10 am Kopf getragen wird, wird ein Bild in den Flüssigkris tallanzeigeelementen 42 angezeigt, wobei diese durch Hintergrundlichter 43 beleuchtet werden, und wobei die Bilder jeweils für die rechten und linken Augen durch die Vergrößerungslinsen 45 fokussiert werden und virtuelle Bilder betrachtet werden können. Zu diesem Zeitpunkt werden die von den Augen gesehenen Bilder vom Gehirn vereinigt und das Bild wird gesehen. Für die optische Vorrichtung 4 dieser Konfiguration umfasst die optische Vorrichtung 4 ein Paar rechter und linker eckiger optischer Einheiten 40, wie in 2 und 3 gezeigt ist, und eine flexible Leiterplatte 41, die sich zu den Seiten ausgehend von diesen optischen Einheiten 40 erstreckt. Die Ansteuerschaltung zum Ansteuern der Anzeigeoperationen der Flüssigkristallanzeigeelemente 42 ist auf dieser flexiblen Leiterplatte 41 enthalten, wobei Bildsignale in diese Ansteuerschaltung über ein Kabel 11 oder eine Antenne 111 eingegeben werden.
Wie ferner in 12 gezeigt ist, ist in dieser Ausführungsform ein reflektierender Spiegel 44 zwischen dem Flüssigkristallanzeigeelement 42 und der Vergrößerungslinse 45 auf der optischen Achse L derselben vorgesehen, um die optische Achse L abzuknicken. Als Ergebnis sind das Flüssigkristallanzeigeelement 42 und die Vergrößerungslinse 45 dreidimensional angeordnet, wobei das Flüssigkristallanzeigeelement 42 und das Hintergrundlicht 43 oberhalb des reflektierenden Spiegels 44 vorgesehen sind. Außerdem sind die optischen Einheiten 40 langgestreckte rechteckige Quader, die jeweils innerhalb der vorderen Abdeckung 2 vorgesehen sind, so dass sich die vordere Abdeckung 2 nicht zu weit nach vorne erstreckt. Es ist zu beachten, dass dann, wenn der reflektierende Spiegel 44 in der Mitte der optischen Achse L der optischen Einheit 40 angeordnet ist, er an einer beliebigen solchen Position vorgesehen sein kann; die Richtung, in die die optische Achse L abgeknickt wird, ist ebenfalls nicht beschränkt.
Wie in 13 gezeigt ist, ist ferner das Gehäuse 400 der optischen Einheit 40 an seiner Oberseite offen, so dass die vom Hintergrundlicht 43 erzeugte Wärme sich nicht innerhalb der optischen Einheit 40 staut. Außerdem ist die obere Öffnung in Richtung zu den Belüftungslöchern 282 in der vorderen Abdeckung 2 gerichtet, so dass die vom Hintergrundlicht 43 erzeugte Wärme nach außen entweicht. Wenn außerdem die Hauptvorrichtung 10 am Kopf getragen wird und der Betrachter eine Brille trägt, beschlägt die Brille nicht, da ferner die Belüftungsöffnungen 283 in den Verbindungsabschnitten des oberen Gehäuses 21 und der Vorderbereich-Unterstützungsabdeckung 22 ausgebildet sind und eine Luftströmung in Richtung des Pfeils F möglich ist.
Außerdem sind die rechten und linken optischen Einheiten 40 so angeordnet, dass die optischen Achsen L einen Depressionswinkel Θ₁ relativ zur horizontalen Sichtlinie P der Augen bilden; 14(a) ist ein Konzeptdiagramm für den Fall, indem der reflektierende Spiegel 44 nicht verwendet wird, während 14(b) ein Konzeptdiagramm für den Fall ist, in dem der reflektierende Spiegel 44 verwendet wird. Der Grund hierfür ist, die Belastung der Augenlider zu reduzieren, wenn der Betrachter ein virtuelles Bild V auf den Flüssigkristallanzeigeelementen 42 betrachtet, das durch die Vergrößerungslinsen 45 in der am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform vergrößert wird. Genauer sind die Ergebnisse einer Untersuchung der Beziehung zwischen dem Winkel, der von der Sichtlinie zur Horizontallinie der Sicht P gebildet wird, und die relative Belastung der Augenlider, wenn die Sichtlinie des Betrachters nach vorne gerichtet ist, subjektiv von 50 Männern und Frauen im Altersbereich von 20 Jahren bis 45 Jahren beurteilt worden, wie in Tabelle 1 gezeigt ist.
Tabelle 1
Wie in Tabelle 1 gezeigt ist, ergab sich dann, wenn die Testpersonen virtuelle Bilder an einer Position oberhalb der horizontalen Sichtlinie P betrachteten, ein Gefühl, dass die Augenlider zwangsweise geöffnet werden, wobei die Belastung für die Augenlider als schwer empfunden wurde. Wenn jedoch die virtuellen Bilder V an einer Position unterhalb der horizontalen Sichtlinie P betrachtet wurden, wurde die Öffnung der Augenlider als natürlich empfunden und das Gefühl der Belastung war gering. Außerdem wurde festgestellt, dass dieser Winkel vorzugsweise im Bereich von 0° bis 10° liegt. In der vorliegenden Ausführungsform ist daher die optische Achse L so vorgesehen, dass sie einen Depressionswinkel zur Horizontallinie der Sicht von 10° oder weniger bildet, und insbesondere so ausgerichtet, dass sie einen Winkel von 6° oder weniger bildet. Es ist zu beachten, dass ein Depressionswinkel von bis zu etwa 15° als das Belastungsgefühl der Augenlider reduzierend betrachtet wurde.
Bei der Ausbildung dieses Winkels werden die optischen Einheiten 40 zu einer leicht nach unten verschobenen Position versetzt, wobei die Vergrößerungslinsen 45 in einem Aufwärtswinkel in der vorliegenden Ausführungsform vorgesehen werden.
(Dioptrieneinstellmechanismus und Einstellmechanismus in Pupillenabstandsrichtung der optischen Vorrichtung)
Um die optische Vorrichtung 4 zu vereinheitlichen, ist die optische Einheit so aufgebaut, wie in 15 und 16 in dieser Ausführungsform gezeigt ist.
In der optischen Einheit sind die Bildanzeigeeinheit 46, der Reflexionsspiegel 44 und die Vergrößerungslinse 45 in einem im wesentlichen kastenförmigen Gehäuse 400 vorgesehen, das aus Kunstharz oder dergleichen gefertigt ist. Genauer besitzt das Gehäuse 400 Öffnungen 451 und 452, die an der Oberseite und an der Vorderseite ausgebildet sind, wobei eine Vergrößerungslinse 45 in der Öffnung 452 eingesetzt ist. Etwa in der Mitte des Gehäuses 400 in Höhenrichtung ist eine Bildanzeigeeinheit 46 angeordnet, die der Öffnung 451 zugewandt ist; in dieser Bildanzeigeeinheit 46 sind das Hintergrundlicht 43 und das Flüssigkristallanzeigeelement 42 innerhalb eines quadratischen Rahmens 461 angeordnet, in welchem vertikal die Öffnung 466 ausgebildet ist, wie in 16 gezeigt ist.
Vorsprünge 464 und 465, die im Querschnitt halbkreisförmig sind, sind in einer vertikalen Richtung auf zwei Außenseiten des Rahmens 461 ausgebildet, wobei ein Innengewinde in der Öffnung 466 in einem Vorsprung 464 ausgebildet ist.
Wie in 5 gezeigt ist, sind Vorsprünge 453 und 454 in einer vertikalen Richtung auf zwei Außenseiten des Gehäuses 400 mit jeweils Führungska nälen 456 und 457 ausgebildet, die jeweils eine darin ausgebildete, im Querschnitt halbkreisförmige Öffnung aufweisen. Die Bildanzeigeeinheit 46 ist innerhalb des Gehäuses 400 aufgenommen, wobei die Vorsprünge 464 und 465 des Rahmens 461 in diese Führungskanäle 456 und 457 passen. Hierbei ist zu beachten, dass, da der Innendurchmesser der Führungskanäle 456 und 457 etwas größer ist als der Außendurchmesser des Vorsprungs 464 der Bildanzeigeeinheit 46, sich die Bildanzeigeeinheit 46 vertikal geführt durch die Führungskanäle 456 und 457 bewegen kann.
Außerdem ist ein Sitzelement 455, in dem ein Unterstützungsloch 470 ausgebildet ist, an einer Position oberhalb eines Vorsprungs 453 im Gehäuse 400 ausgebildet. Die Dioptrieneinstellschnecke 458 ist so unterstützt, dass sie im Unterstützungsloch 470 gedreht werden kann; das Ende dieser Dioptrieneinstellschnecke 458 ist mit der Innengewindeöffnung 466 der Bildanzeigeeinheit 46 in Eingriff. Als Ergebnis wird dann, wenn der Dioptrieneinstellknopf 459, der am oberen Ende der Dioptrieneinstellschnecke 458 angebracht ist, gedreht wird, die Bildanzeigeeinheit 46 längs der optischen Achse L angehoben oder abgesenkt, was ermöglicht, die Vertikalposition des Flüssigkristallanzeigeelements 42, d. h. den optischen Abstand zwischen dem Flüssigkristallanzeigeelement 42 und der Vergrößerungslinse 45, entsprechend der Sehschärfe des Betrachters einzustellen. Da außerdem das Flüssigkristallanzeigeelement 42 zusammen mit dem Hintergrundlicht 43 als Bildanzeigeeinheit 46 in dieser Ausführungsform bewegt wird, bleibt der Abstand zwischen dem Flüssigkristallanzeigeelement 42 und dem Hintergrundlicht 43 konstant. Der Dioptrieneinstellmechanismus 47 (der Axialpositionseinstellmechanismus) ist somit in der vorliegenden Ausführungsform enthalten.
Selbst wenn eine Dioptrieneinstellung entsprechend der Sehkraft des Betrachters mittels dieses Dioptrieneinstellmechanismus 47 durchgeführt wird, ergibt sich keine Änderung der Helligkeit, auch wenn der Betrachter wechselt, da der Abstand zwischen dem Flüssigkristallanzeigeelement 42 und dem Hintergrundlicht 43 konstant bleibt. Selbst wenn ferner eine Differenz zwischen der linken und der rechten Sehschärfe vorhanden ist, ergibt sich keine Helligkeitsdifferenz.
Außerdem ragen Zahnstangen 481 von den rechten und linken Gehäusen 400 in wechselseitig entgegengesetzten Richtungen und parallel zueinander zur Seite; ein Ritzel 482 kämmt mit diesen Zahnstangen 481. Wenn somit ein Pupillenabstandspositions-Einstellknopf 483, der an der Oberseite des Ritzels 482 angebracht ist, gedreht wird, kann dessen Rotation das Gehäusepaar 400 gegeneinander annähern oder voneinander entfernen. Während dieser Bewegung bewegt sich auch die mit den optischen Einheiten 40 elektrisch verbundene Ansteuerschaltung, jedoch umfasst diese Ansteuerschaltung eine flexible Leiterplatte 41, wie in 3 gezeigt ist, wobei auf die Ansteuerschaltung keine große Last ausgeübt wird.
Mit dem so aufgebauten Pupillenabstandspositions-Einstellmechanismus 48 ist die Handhabung einfach, da beide Gehäuse 400 durch ein Ritzel 482 bewegt werden. Da außerdem die rechten und linken optischen Einheiten 40 sich symmetrisch um eine gleiche Strecke bewegen, ist die Mittenposition zwischen dem Gehäusepaar 400 auf eine konstante Position fixiert, wobei beide Augen einfach und gleichzeitig eingestellt werden können.
Im Pupillabstandsposition-Einstellmechanismus 48 und im Dioptrieneinstellmechanismus 47, die so aufgebaut sind, sind sowohl der Pupillenabstandspositions-Einstellknopf 483 als auch die Dioptrieneinstellknöpfe 459 an der Oberseite der vorderen Abdeckung 2 angeordnet, wie in 17 gezeigt ist. Von diesen Knöpfen gleiten die Dioptrieneinstellknöpfe 459 horizontal, wenn der Pupillenabstandspositions-Einstellknopf 483 betätigt wird; durch Ausbilden langgestreckten Löcher 484 in der vorderen Abdeckung 2 können sich folglich die Dioptrieneinstellknöpfe 459 und die Dioptrieneinstellschnecken 458 horizontal bewegen. Außerdem sind langgestreckte Löcher 485 auch im Boden der vorderen Abdeckung 2 entsprechend den langgestreckten Löchern 484 ausgebildet; vom Boden des Gehäusepaares 400 ragen Positionierungsstifte 469 nach unten und sind in den langgestreckten Löchern 485 eingesetzt, wodurch ein Führungsmechanismus gebildet wird. Die langgestreckten Löcher 485 und die Positionierungsstifte 469 hindern ferner die optischen Einheiten 40 daran, sich zu drehen, und die optische Achse L, sich zu verschieben. Das gleiche gilt auch für die langgestreckten Löcher 484 und die Dioptrieneinstellschnecken 458.
Da der Pupillenabstandspositions-Einstellknopf 483 und die Dioptrieneinstellknöpfe 459 jeweils auf der Oberseite der vorderen Abdeckung 2 gruppiert sind, wie oben beschrieben worden ist, ist die Bedienung einfach, selbst wenn diese Knöpfe nicht zu sehen sind. Wenn ferner die Hauptvorrichtung 10 zusammengefügt wird, werden die optischen Einheiten 40 und die flexible Leiterplatte 41 zuerst in das obere Gehäuse 21 eingebaut, woraufhin das untere Gehäuse 25 am oberen Gehäuse 21 angebracht wird. Obwohl alle Teile undurchsichtig sind, ermöglicht die Ausbildung der langgestreckten Löcher 485 im unteren Gehäuse 25, die Positionierungsstifte 469 bequemer in die langgestreckten Löcher 485 einzusetzen, während durch diese Löcher geblickt wird.
Es ist zu beachten, dass in 17 die flexible Leiterplatte 41 und ein Schaltungsblock an den Seiten der optischen Einheiten 40 vorgesehen sind, wobei diese die Flüssigkristallanzeigeelement-Ansteuerschaltungen, Hintergrundlicht-Ansteuerschaltungen, die Batterie, den Fernsehempfänger und dergleichen umfassen.
(Eine verbesserte Ausführungsform der optischen Vorrichtung)
Es ist zu beachten, dass bei der in 15 gezeigten optischen Vorrichtung 4 die optischen Einheiten 40 so vorgesehen sind, dass die optischen Achsen L der rechten und linken optischen Einheiten 40 parallel sind, jedoch ist es wie in 18 gezeigt günstiger, wenn konvergierende Linien, die sich auf den optischen Achsen L nach vorne erstrecken, zu bilden, so dass sich diese schneiden und einen Konvergenzwinkel Θ₂ von etwa 3° bilden. Genauer bildet die natürliche Sichtlinie von Menschen während des Wachzustands normalerweise einen Konvergenzwinkel Θ₂ nach innen, weshalb die vorliegende Ausführungsform jede der optischen Einheiten 40 mit 1–5° vorhält, so dass die optischen Achsen L einen Konvergenzwinkel Θ₂ von etwa 3° bilden. Als Ergebnis ergibt sich kein Ermüdungsgefühl, da der Betrachter die durch die linken und rechten Augen erhaltenen Bilder leicht vereinigen kann.
Um eine solche Konstruktion zu erreichen, werden die rechten und linken optischen Einheiten leicht nach außen vorgehalten, wobei die Zahnstangen 481 von den Seiten der Gehäuse 400 in einem Winkel ausgebildet sind, wie in 19 gezeigt ist. Da die Zahnstangen 481 wechselweise entgegengesetzt und parallel sind, kann als Ergebnis der Pupillenabstandspositions-Einstellmechanismus 48 durch ein einzelnes Ritzel 482 betätigt werden. Ferner kann die Einstellung der Position in Pupillenabstandsrichtung und die Sehschärfeeinstellung durchgeführt werden, während ein Konvergenzwinkel von etwa 3° eingehalten wird.
(Konstruktion der Flüssigkristallanzeigevorrichtung)
Da ein Paar rechter und linker Flüssigkristallanzeigemodule 420 als Flüssigkristallanzeigeelement 42 vorgesehen ist, ist es notwendig, diese Flüssigkristallanzeigemodule 420 so vorzusehen, dass sie nicht kollidieren. Die verschiedenen Abmessungen sind daher in der vorliegenden Ausführungsform in 20 so definiert, dass die optischen Achsen L als parallel behandelt werden, obwohl die optischen Achsen L der optischen Einheiten 40 einen Konvergenzwinkel Θ₂ von etwa 3° bilden.
Unter der Annahme, dass die horizontale Breite der Flüssigkristallanzeigemodule 420 die Abmessung W₁(mm) ist und der Mittenabstand der rechten und linken Flüssigkristallanzeigeelemente 42 die Abmessung G (mm) ist, werden zuerst die Abmessungen so festgelegt, dass die folgende Gleichung erfüllt ist: W1 < G.
Obwohl sich der Pupillenabstand beim Menschen entsprechend dem Individuum, dem Alter, der Rasse und anderen Faktoren ändert, kann der minimale Wert als etwa gleich 55 mm betrachtet werden. Dies liegt daran, dass der mittlere Pupillenabstand bei Kindern als Ergebnis von verschiedenen Messungen gleich etwa 55 mm ermittelt wurde. Die Abmessung G (mm), der Mittenabstand der Flüssigkristallanzeigeelemente, ist daher gleich 55 mm definiert, wobei Flüssigkristallanzeigemodule 420 verwendet werden, die schmaler als diese Abmessung sind. Es ist zu beachten, dass die Flüssigkristallanzeigemodule 420 ein Flüssigkristallanzeigeelement 42 und ein Montagesubstrat zum Montieren des Flüssigkristallanzeigeelements 42 umfassen, wobei die horizontale Breite des Montagesubstrats im allgemei nen um etwa 10 mm bis etwa 15 mm größer ist als die horizontale Breite der Bildanzeigefläche. Ferner kann auch eine Trennwand zwischen die optischen Einheiten 40 für die rechten und linken Augen eingesetzt sein, um eine Überlagerung zwischen den Bildern auf den gegenüberliegenden Seiten zu vermeiden. Wenn somit die horizontale Abmessung der Bildanzeigefläche des Flüssigkristallanzeigeelements 42 etwa 40 mm überschreitet, d. h. wenn die diagonale Abmessung der Bildanzeigefläche 2,0 Zoll in einem NTSC-Format-Flüssigkristallanzeigeelement überschreitet, treten Adressierungsprobleme auf, die durch den Kontakt zwischen den Flüssigkristallanzeigemodulen hervorgerufen werden; in der vorliegenden Ausführungsform werden daher Flüssigkristallanzeigemodule 420, in denen die diagonale Abmessung der Bildanzeigefläche gleich 2,0 Zoll oder kleiner ist, in den NTSC-Format-Flüssigkristallanzeigeelementen verwendet, in denen die horizontale Abmessung der Bildanzeigefläche des Flüssigkristallanzeigeelements 42 gleich 40 mm ist.
Da die Beziehung zwischen der Bildqualität und der Anzahl der Pixel subjektiv ist, wurde die Beziehung zwischen der Anzahl der Pixel und der Bildqualität unter Verwendung eines subjektiven Bewertungsvertahrens vermessen; es wurde bestätigt, dass eine im wesentlichen zufriedenstellende Bildqualität erhalten werden kann, wenn die Anzahl der Pixel gleich 170.000 oder größer ist, und dass etwa 300.000 oder mehr Pixel erforderlich sind, um das Gefühl zu haben, dass die Bildqualität hoch ist. Um diese Anzahl von Pixeln mit einem NTSC-Format-Flüssigkristallanzeigeelement zu erhalten, müssen die folgenden Gleichungen erfüllt werden, wobei die horizontale Breite der Bildanzeigefläche die Abmessung W₂(mm) und die Pixelteilung gleich P (mm) ist:
Wenn die Anzahl der Pixel gleich 170.000 oder mehr ist: P ≤ 0,0021 × W2,
wenn die Anzahl der Pixel gleich 300.000 oder mehr ist: P ≤ 0,0016 × W2.
Bei der obenerwähnten Vermessung wurde ferner bestätigt, dass ein horizontaler Blickwinkel von 30° oder größer erforderlich ist, um ein ausreichendes Gefühl der Präsenz im Bild zu erhalten, wobei ein horizontaler Blickwinkel deshalb auf 30° oder größer gesetzt wird.
Da außerdem die Vergrößerungslinse 45 in der vorliegenden Ausführungsform eine einzelne asphärische Linse ist, ist die Pixelteilungsabmessung P so gesetzt, dass sie die folgende Gleichung erfüllt: P ≥ 30 × 10–3.
Genauer wird eine Verzerrung auf weniger als ±2% gedrückt, um zu verhindern, dass eine Verzerrung mit einer einzelnen asphärischen Linse vom Betrachter wahrgenommen wird; um eine MTF von 0,1 oder größer sicherzustellen, um ein klares Anzeigebild von Ecke zu Ecke zu erhalten, muss die Raumfrequenz des Flüssigkristallanzeigeelements 42 auf 17 Linien/mm gehalten werden, wobei die Pixelteilung des Flüssigkristallanzeigeelements 42 gleich 30 μm oder größer ist.
Die Bedingungen für die gleichzeitige Lösung der Probleme der Adressierung und der Bildqualität, die oben beschrieben worden sind, liegen in dem schattierten Bereich der 21, die die Beziehung zwischen der diagonalen Abmessung der Bildanzeigefläche des Flüssigkristallanzeigeelements (Abszissenachse) und der Pixelteilung (Ordinatenachse) zeigt.
In dieser Figur ist die gestrichelte Linie 101 die Grenze der folgenden Gleichung für 170000 Pixel. P ≤ 0,021 × W2
Außerdem ist die gestrichelte Linie 102 die Grenze der folgenden Gleichung für 300000 Pixel. P ≤ 0,016 × W2
Die gestrichelte Linie 103 ist die Grenze der folgenden Gleichung. W1 < 55, d. h. W2 < 40
Die gestrichelte Linie 104 ist die Grenze der folgenden Gleichung. P ≥ 30 × 10–3.
Die Bedingungen der in der vorliegenden Ausführungsform verwendeten Flüssigkristallanzeigeelemente 42 sind daher auf den schattierten Bereich gesetzt, der durch a, b, c und d in der Figur begrenzt ist, wenn die Anzahl der Pixel gleich 170.000 ist, und auf den schattierten Bereich gesetzt, der durch f, e und c begrenzt wird, wenn die Anzahl der Pixel gleich 300.000 ist. Somit werden Flüssigkristallanzeigeelemente 42 verwendet, bei denen die diagonale Abmessung der Bildanzeigefläche von etwa 1,0 Zoll bis etwa 2,0 Zoll reicht, bei 170.000 oder mehr Pixeln.
Es gibt z. B. folgende Konfigurationen, die ein vergrößertes virtuelles Bild mit einem horizontalen Blickwinkel von 30° unter Verwendung von Flüssigkristallanzeigeelementen 42 mit einer Diagonalabmessung von 1,32 Zoll erhalten.
Bei dieser Konfiguration wird das Flüssigkristallanzeigeelement 42 von hinten durch das Hintergrundlicht 43 beleuchtet, wobei das angezeigte Bild durch eine einzelne asphärische Linse für die Betrachtung vergrößert wird. Im Flüssigkristallanzeigeelement 42 beträgt die diagonale Abmessung 1,32 Zoll bei einem Seitenverhältnis von 4 : 3; es sind 300.000 Pixel (640 horizontal × 480 vertikal) vorhanden; die Pixelteilung ist 42 μm horizontal × 42 μm vertikal; und das Aperturverhältnis ist 29,5%. Die Vergrößerungslinse 45 (asphärische konvexe Linse) weist eine Brennweite von 48,46 mm und ein Vergrößerungsverhältnis von 5,16-fach auf. Die zwei Oberflächen (S₁, S₂) der Vergrößerungslinse 45 sind beides asphärische Oberflächen, wobei deren Form durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird, die die asphärische Oberflächendurchbiegung liefert. Y = \f(CR2, 1 + {1 – (K + 1)C2R2)1/2) + AR4 + BR6 wobei C die Krümmung des Scheitels jeder Oberfläche ist; R die Höhe von der optischen Achse L ist; K ein Parameter des konischen Abschnitts ist; und A und B asphärische Oberflächenkoeffizienten sind.
In der vorliegenden Ausführungsform wurde die Zentrumsdicke der Linse für jede in Tabelle 2 gezeigte Linse erhalten. Es ist zu beachten, dass in jedem Fall der Brechungsindex n_d der Linse gleich 1,49154 ist. Außerdem ist der Abstand zwischen dem Auge des Betrachters und dem Scheitelpunkt der Oberfläche S₁ der Vergrößerungslinse (asphärische konvexe Linse) auf 20,0 mm bis 35,0 mm gesetzt.
Tabelle 2
Hierbei muss der Abstand zwischen dem Auge und dem Scheitelpunkt der Oberfläche S₁ der Vergrößerungslinse 45 (asphärische konvexe Linse) aufgrund von individuellen Unterschieden unter Verwendung der Breite festgelegt werden. Außerdem muss für eine Person, die eine Brille trägt, ein Abstand von wenigstens 20 mm sichergestellt werden, um die Verwendung ohne Abnehmen der Brille zu ermöglichen.
Bei einer so definierten, am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung 1 beträgt das Gewicht 280 g, während der Abstand der Projektion vom Gesicht nach vorne gleich 48 mm ist und die Tragbarkeit in allen Fällen als gut bestätigt wurde. Dass eine Gewichtsreduktion erreicht wurde, während ein Flüssigkristallanzeigeelement 42 mit 1,32 Zoll verwendet wurde, liegt hier daran, dass die Vergrößerungsoptiken eine einzelne aus Kunststoff gefertigte Linse umfassten.
Außerdem beträgt das Aperturverhältnis des Flüssigkristallanzeigeelements 42 etwa 29,5%, trotz der Verwendung eines hochauflösenden Anzeigeelements mit 300.000 Pixeln. Somit kann eine Helligkeit von etwa 25 cd/m² sichergestellt werden, was ausreichend hell für die Betrachtung hochauflösender Bilder ist.
Zusätzlich dazu, dass die Anzahl der Pixel des Flüssigkristallanzeigeelements 42 hoch ist, ist ferner die Leistungsfähigkeit der Vergrößerungslinse angepasst; als Ergebnis ist die Bildqualität des vergrößerten Anzeigebildes frei von Verzerrungen und von Ecke zu Ecke klar. Außerdem unterdrückt die verwendete Vergrößerungslinse die Verzerrung auf weniger als ±2%, da sie asphärische Oberflächen aufweist, weshalb keine Bildverzerrung vorhanden ist. Außerdem beträgt die Raumfrequenz, die aus der Pixelteilung des Flüssigkristallanzeigeelements 42 erhalten wird, 12 Linien/mm, jedoch kann eine ausreichende Auflösung erhalten werden, da die Modulationsübertragungsfunktion (MTF) der Raumfrequenz von 12 Linien/mm gleich 0,18 im maximalen horizontalen Betrachtungswinkel ist.
Da ferner die Vergrößerungslinse 45 der vorliegenden Ausführungsform mit guter Genauigkeit mittels Kunststoffspritzguss gefertigt werden kann, trägt dies ebenfalls zu einer höheren Bildqualität bei. Außerdem ist der Durchsatz während der Fertigung hoch, wodurch die Kosten reduziert werden können.
Im Vergleich zur Verwendung eines Flüssigkristallanzeigeelements, das diagonal 0,7 Zoll misst (zum Vergleich), wie in Tabelle 3 gezeigt ist, beträgt die Helligkeit dieses Vergleich-Flüssigkristallanzeigeelements etwa 4 cd/m², da nur ein Aperturverhältnis von 5% sichergestellt werden kann, weshalb keine hochauflösenden Bilder betrachtet werden können.
Tabelle 3
Ferner wird im Vergleichs-Flüssigkristallanzeigeelement die Pixelteilung gleich 23 μm, was eine Auflösung von 22 Linien/mm in der Vergrößerungslinse erfordert. Dies ist daher keine Bedingung, mit der eine einzelne Vergrö ßerungslinse eine ausreichende Auflösung beim maximalen horizontalen Blickwinkel schaffen kann.
Um außerdem in der Dioptrieneinstellung einen Bereich von –2,5 D bis 2,5 D einzustellen, ist die Vorwärts-Rückwärts-Bewegung des Flüssigkristallanzeigeelements etwa gleich 10 mm, wenn ein Flüssigkristallanzeigeelement mit 1,32 Zoll verwendet wird, wobei die Einstellung auf die beste Position einfach ist. Bei einem Flüssigkristallanzeigeelement mit 0,7 Zoll beträgt durch die Bewegung etwa 4 mm für die gleiche Dioptrieneinstellung, wobei eine Feineinstellung unmöglich ist.
Es ist zu beachten, dass zum Betrachten vergrößerter virtueller Bilder bei einem horizontalen Blickwinkel von 35° unter Verwendung des gleichen Flüssigkristallanzeigeelements von 1,32 Zoll Vergrößerungslinsen verwendet werden können, die wie in Tabelle 4 gezeigt konfiguriert sind.
Tabelle 4
Auch in diesen Fällen sind die Bildqualität und die Einfachheit der Dioptrieneinstellung und dergleichen besser, wenn ein Flüssigkristallanzeigeelement 42 in dem schattierten Bereich verwendet wird, der durch a, b, c und d in 21 begrenzt ist, wie oben beschrieben worden ist, im Vergleich zur Verwendung von Flüssigkristallanzeigeelementen in den anderen Bereichen.
Die Beziehung zwischen der Größe des Flüssigkristallanzeigeelements 42 und der Qualität des vergrößerten Bildes, wenn die Vergrößerungsoptiken eine einzelne konvexe Linse umfassen, wurde ebenfalls untersucht. Für eine objektive Bewertung des vergrößerten Bildes wurde die angezeigte Bildqualität des Flüssigkristallanzeigeelements 42 als unabhängig von einer Größe konstant angenommen, wobei der Vergleich auf dem MTF-Wert der konvexen Linse beruhte. Die Anzahl der Pixel des Flüssigkristallanzeigeelements betrug jedoch 300.000; der maximale horizontale Betrachtungswinkel des vergrößerten Bildes ist 30°; und die Verzerrung der konvexen Linse wurde unter Verwendung asphärischer Oberflächen auf weniger als ±2% gedrückt.
Diese Beziehung ist in 22 als die Beziehung zwischen der diagonalen Abmessung der Bildanzeigefläche des Flüssigkristallanzeigeelements und der MTF beim maximalen horizontalen Blickwinkel der konvexen Vergrößerungslinse gezeigt. Es ist zu beachten, dass die Raumfrequenz M des Flüssigkristallanzeigeelements ein geometrischer Wert ist, der anhand der Pixelteilung P des Flüssigkristallanzeigeelements erhalten wird, und aus der folgenden Gleichung erhalten wird: M = 1/2P(Linien/mm).
Daher existiert keine Raumfrequenz, die äquivalent zur maximalen Raumfrequenz des Flüssigkristallanzeigeelements 42 ist und größer ist als diese im vergrößerten Bild.
Wie aus dieser Figur deutlich wird, ist dann, wenn die diagonale Abmessung der Bildanzeigefläche des Flüssigkristallanzeigeelements 42 kleiner als 1,0 Zoll ist, die MTF kleiner als 0,1. Genauer, es wird nicht mehr jedes Pixel aufgelöst, wobei eine deutliche Bildverschlechterung eintritt. Wenn außerdem die diagonale Abmessung des Flüssigkristallanzeigeelements kleiner als 1,0 Zoll ist, und das matrixförmige Blendenelement hervorsteht, ergibt sich die kombinierte Wirkung der reduzierten MTF, wobei der Betrachter eine signifikante Verschlechterung der Bildqualität wahrnimmt.
Wenn jedoch die diagonale Abmessung gleich 1,6 Zoll oder größer ist, überschreitet die MTF 0,3. Wenn jedoch die MTF 0,3 überschreitet, ist vom menschlichen Auge virtuell kein Unterschied wahrnehmbar, wenn sie noch größer wird. Daher kann bei 1,6 Zoll oder mehr gesagt werden, dass sich kein Unterschied in der Bildqualität ergibt. Wenn im Gegensatz hierzu die diagonale Abmessung 2,0 Zoll überschreitet, entstehen Probleme, dass die Gesamtgröße und das Gewicht der im Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung zunehmen und die Tragbarkeit beeinträchtigt wird.
Da somit die diagonale Abmessung der Bildanzeigefläche auf den Bereich von 1,0 Zoll bis 2,0 Zoll festgelegt wird, während die Vergrößerungsoptiken aus einer einzigen konvexen Linse bestehen, um die Größe und die Gewichte der Gesamtvorrichtung zu reduzieren, und die Flüssigkristallanzeigeelemente mit einer Pixelteilung von 30 um oder größer und 170.000 Pixeln oder mehr verwendet werden, bietet die am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung der vorliegenden Ausführungsform eine hervorragende Bildqualität, sowie hervorragende optische Eigenschaften und eine hervorragende Tragbarkeit.
Ausführungsform 2
23 ist eine erläuternde Zeichnung, die den Positionsverschiebungs-Verhinderungsmechanismus (Sicherungsmittel) zeigt, der in der Hauptvorrichtung einer am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist. In einer am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform und gemäß der im Folgenden beschriebenen fünften Ausführungsform unterscheidet sich nur die Konstruktion der Hauptvorrichtung, wobei die Konstruktion der optischen Vorrichtung und der anderen Komponenten gleich ist; es werden daher die gleichen Bezugszeichen für Teile verwendet, die eine entsprechende Funktion aufweisen, wobei ferner deren Beschreibung weggelassen wird.
In 23 wird ein Luftsack 8a innerhalb der Hauptvorrichtung 10 aufgeblasen, um die Hauptvorrichtung am Kopf zu sichern, wie in der am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung der vorliegenden Ausführungsform. Der Luftsack 8a ist jedoch in dieser Ausführungsform über der gesamten Innenfläche der Hauptvorrichtung vorgesehen. Wie in der ersten Ausführungsform sind ein Luftrohr 81 und ein Ventil 82 für diesen Luftsack 8a vorgesehen. Wenn somit Luft vom Luftrohr 81 dem Luftsack 8a zugeführt wird, während die Hauptvorrichtung 10 am Kopf getragen wird, wird der Luftsack 8a am gesamten Umfang des Kopfes aufgeblasen, wobei die Hauptvorrichtung 10 in einem stabilen Zustand am Kopf gehalten wird. Als Ergebnis ergibt sich ein schwaches Gefühl der Umbequemlichkeit für den Betrachter, wenn die Hauptvorrichtung 10 am Kopf getragen wird. Da ferner kein Schütteln der Hauptvorrichtung 10 möglich ist, wird der Vorteil erhalten, dass es möglich ist, Bilder mit hoher Bildqualität zu genießen. Es ist zu beachten, dass die Lautsprecher 6 in der Hauptvorrichtung 10 vorgesehen sind und der Luftsack 8a so vorgesehen ist, dass er die Stellen der Lautsprecher 6 meidet.
Außerdem wird in dieser Ausführungsform der Teil 80a des Luftsacks 8a, der den Hinterkopfbereich berührt, stärker aufgeblasen, so dass die Position der Hauptvorrichtung 10 sich nicht in Vorwärts-Rückwärts-Richtung des Kopfes verschiebt. Die relativen Positionen der Augen und der optischen Einheiten 40 können somit zuverlässig definiert werden, wobei die gleichen Wirkungen erzielt werden können wie in der ersten Ausführungsform.
Es ist zu beachten, dass die Position des Luftsacks 8a nicht auf den gesamten Umfang des Kopfes beschränkt sein soll, wobei die Vorwärts-Rückwärts-Position des Kopfes und der Hauptvorrichtung 10 zuverlässig kontrolliert werden können, selbst wenn der Luftsack 8a nur an den Positionen vorgesehen ist, die dem Vorderbereich und dem Hinterkopfbereich entsprechen. Ferner ist zu beachten, dass der Luftsack 8a nur an den Positionen vorgesehen sein kann, der den Seiten des Kopfes entsprechen.
Ausführungsform 3
24 ist eine erläuternde Zeichnung, die den Positionsverschiebung-Verhinderungsmechanismus(Sicherungsmittel) zeigt, der in der Hauptvorrichtung einer am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist.
In der am Kopf montierten Anzeigevorrichtung der vorliegenden Ausführungsform, wie in 24 gezeigt ist, ist die Hauptvorrichtung 10 mechanisch am Kopf gesichert. Genauer ist ein Gewindeloch 85 in der Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung 3 (dem Hinterkopfbereich-Unterstützungselement) ausgebildet, wobei ein Gewindeschaft 86 in das Gewindeloch 85 eingesetzt ist. Ein Knopf 861 ist am Basisende des Gewindeschafts 86 angebracht, wobei ein Hinterkopfbereichpolster 862 am vorderen Ende vorgesehen ist. Das Hinterkopfbereichpolster 862 umfasst eine Rückseitenplatte 863, die mit einer Biegung entsprechend dem Kopf versehen ist, und einen flexiblen Körper 864 (das Hinterkopfbereich-Kontaktelement) aus Gummi und dergleichen, der auf der Oberfläche (der Rückseitenplatte 863) angebracht ist.
Wenn somit der Knopf 861 in Richtung des Einschraubens des Gewindeschafts 86 nach dem Platzieren der Hauptvorrichtung 10 am Kopf gedreht wird, wobei das Pufferpolster 221 der Hauptvorrichtung 10 den Vorderbereich berührt, drückt der Gewindeschaft 86 das Hinterkopfbereichpolster 862 gegen den Kopf. Als Ergebnis wird der Kopf zwischen dem Pufferpolster 221 und dem Hinterkopfbereichpolster 862 gehalten, wobei die Hauptvorrichtung 10 fest am Kopf gesichert wird. Da ferner der flexible Körper 864 den Hinterkopfbereich berührt, können individuelle Unterschiede in Form und Größe des Hinterkopfbereiches ausgeglichen werden und es wird eine feste Unterstützung erreicht. Da somit die Hauptvorrichtung selbst dann stabil getragen werden kann, wenn der Kopf und der Körper bewegt werden, ergibt sich kein Gefühl der Ermüdung und der Unbequemlichkeit. Außerdem können Bilder mit hoher Bildqualität genossen werden.
Es ist zu beachten, dass die Befestigungsposition und die Unterstützungsposition des Verschiebungsmechanismus des Hinterkopfbereich-Unterstützungselements, das eine Einstellschraube verwendet, wie oben beschrieben worden ist, nicht beschränkt sein sollen.
Ausführungsform 4
Die 25(a) und (b) sind erläuternde Zeichnungen, die den Positionsverschiebung-Verhinderungsmechanismus (Sichetrungsmittel) zeigen, der in der Hauptvorrichtung einer am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist.
Die Hauptvorrichtung 10 ist ebenfalls mechanisch am Kopf in der am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung der vorliegenden Ausführungsform gesichert, wie in 25(a) gezeigt ist. Genauer ist ein Unterstützungsarm 87 von der vorderen Abdeckung 2 zur Oberseite des Kopfes ausgebildet, wobei ein Gewindeloch 871 im Unterstützungsarm 87 ausgebildet ist. In der Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung 3 ist ein langgestrecktes Loch 872 ausgebildet, wie in 25(b) gezeigt ist, wobei eine Schraube 873 mit einem Knopf durch das lang gestreckte Loch 872 im Gewindeloch 871 befestigt ist. Grundsätzlich wird ferner die gleiche Verbindungsstruktur wie in 5 in den Verbindungselementen 5 der vorderen Abdeckung 2 und der Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung 3 verwendet, jedoch ist das langgestreckte Loch 874, wie in 25(a) gezeigt ist, anstelle der runden Löcher 301 in den Enden 30 der Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung 3 ausgebildet.
Die Hauptvorrichtung 10 wird daher zuerst mit dem Pufferpolster 221 der Hauptvorrichtung 10 den Vorderbereich berührend getragen, wobei die Sichtlinienposition eingestellt wird. Wenn anschließend der Spielraum der Überlappung des Unterstützungsarms 87 und der Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung 3 eingestellt wird, während die Schraube 873 in das Gewindeloch geschraubt wird, ändert sich die Position der Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung 3 innerhalb des Bereiches der Länge des lang gestreckten Loches 872. Da somit die Innendurchmesserabmessung in Vorwärts-Rückwärts-Richtung der Hauptvorrichtung 10 eingestellt wird, kann die Hauptvorrichtung 10 stabil am Kopf getragen werden. Außerdem ergibt sich kein Gefühl der Unbequemlichkeit oder Instabilität, wobei Bilder mit hoher Bildqualität genossen werden können.
Es ist zu beachten, dass, da das Hinterkopfbereichpolster 875, das Gummi, eine Feder oder einen anderen flexiblen Körper umfasst, auf der Innenfläche der Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung 3 ausgebildet ist, die Unbequemlichkeit gering ist, da der Hinterkopfbereich in Vorwärts-Rückwärts-Richtung mittels des Hinterkopfbereichpolsters 875 gehalten wird.
Ausführungsform 5
In einer Verbindungsstruktur, bei der Passelemente 201, die zum Inneren in den Enden 20 der vorderen Abdeckung 2 ragen, in Löcher 301 eingesetzt sind, die in den Enden 30 der Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung 3 ausgebildet sind, und Flanschelemente 63 der Lautsprecher 6 in Passelemente 201 eingesetzt sind, die in die Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung 3 ragen, wie in 5 gezeigt und in der ersten Ausführungsform beschrieben worden ist, kann ein Gleitmechanismus, wie in 27(a) bis (e) gezeigt ist, verwendet werden, um eine Verschiebung aus diesem Zustand zu ermöglichen, bis die Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung 3 innerhalb der vorderen Abdeckung 2 aufgenommen ist, wie durch die gestrichelte Linie in 26 gezeigt ist.
Genauer, wie in 27(a) gezeigt ist, ist ein Gleitelement 50, das ein Passelement 201 umfasst, im Ende 20 der vorderen Abdeckung 2 vorgesehen. Dieses Gleitelement 50 umfasst ein Paar L-förmiger Klauen 52 auf der Rückseite des Passelements 201, wie in den 27(b)und (c) gezeigt ist. Diese Klauen 52 sind in wechselweise entgegengesetzten vertikalen Richtungen ausgebildet und sind fähig, sich vertikal zu biegen. Ein kleiner Vorsprung 53 ist ebenfalls auf jeder der Klauen 52 ausgebildet. Am Ende 20 der vorderen Abdeckung 2 ist ein Schlitz 65 ausgebildet, der sich in Vorwärts-Rückwärts-Richtung erstreckt, wobei Führungselemente 66, die sich auf beiden Seiten des Schlitzes 65 erstrecken, zur Außenseite des Endes 20 der vorderen Abdeckung 2 hervorstehen. Durch Einsetzen der Klauen 52 in den Schlitz 65 kann somit das Gleitelement 50 am Ende 20 der vorderen Abdeckung 2 installiert werden. Da außerdem die Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung 3 sich von der in 27(a) gezeigten Position zu der in 27(g) gezeigten Position bewegen kann, wobei das Ende 30 durch das Ende 20 der vorderen Abdeckung 2 und den Lautsprecher 6 gehalten wird, kann die Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung 3 aus der durch die durchgezogene Linie in 26 gezeigten Position zu der durch die gestrichelte Linie gezeigten Position gezogen werden, wobei die Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung 3 in der vorderen Abdeckung 2 aufgenommen werden kann.
Wie in 27(e) gezeigt ist, ist ein Loch 67, in das der Vorsprung 53 eindringt, an einer vorgegebenen Position in den Führungselementen 66 ausgebildet. Dies ist bequem beim Tragen, da die Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung 3 in der vorderen Abdeckung 2 gesichert werden kann, wobei der Vorsprung 53 in die Löcher 67 eingesetzt ist. Da außerdem, wie in 27(c) gezeigt ist, die Spitzen des Vorsprungs 53 auf der Innenfläche der Führungselemente 66 gleiten, kann die Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung 3 leicht relativ zur vorderen Abdeckung 2 verschoben werden.
(Anwendungen in der Industrie)
Wie oben beschrieben worden ist, umfasst die vorliegende Erfindung ein Vorderbereich-Unterstützungselement und ein Hinterkopfbereich-Unterstützungselement, die in der Hauptvorrichtung vorgesehen sind, und ist gekennzeichnet durch einen Luftsack oder ein anderes Mittel, das in diesem Hinterkopfbereich-Unterstützungselement verwendet wird, um den Vorderbereich relativ nach vorne zu drücken, und somit den Vorderbereich gegen das Vorderbereich-Unterstützungselement zu drücken. Es wird somit ein Gefühl der Stabilität erhalten, wenn die Erfindung getragen wird, da der Kopf auf der Grundlage des Vorderbereich-Unterstützungselements der Hauptvorrichtung mittels der vorliegenden Erfindung positioniert werden kann. Da sich ferner die Hauptvorrichtung selbst dann nicht verschiebt, wenn der Körper oder der Kopf bewegt werden, wird das Gewicht der Hauptvorrichtung nicht wahrgenommen. Es ergibt sich somit kein Empfinden einer Ermüdung oder einer Unbequemlichkeit. Da außerdem die Beziehung zwischen den Positionen des optischen Systems und der Augen kontrolliert werden kann, ergibt sich kein Verwischen des Bildes und die Bildqualität kann verbessert werden.
Wenn ferner die Bildanzeigevorrichtung und das Beleuchtungsmittel als eine einzelne Einheit kombiniert sind und die Einheit längs der optischen Achse in der vorliegenden Erfindung beweglich gemacht wird, ergibt sich keine Änderung der relativen Positionen der Bildanzeigevorrichtung und des Beleuchtungsmittels, selbst wenn diese für eine Dioptrieneinstellung bewegt werden, weshalb die Bildqualität nicht beeinträchtigt wird. Da ferner die Dioptrieneinstellung durch eine Einheit möglich ist, kann eine konsistente Bildqualität genossen werden, selbst wenn die Sehschärfe in den rechten und linken Augen verschieden ist. Da außerdem die Bildanzeigevorrichtung und das Beleuchtungsmittel in unmittelbarer Nähe angeordnet sein können, indem diese als eine einzelne Einheit kombiniert werden, ist die Beleuchtungseffizienz hoch. Als Ergebnis wird die Bildqualität durch eine Gestaltung mit geringem Stromverbrauch nicht beeinträchtigt.
Da ferner die rechten und linken optischen Einheiten gemeinsam bewegt werden, wenn die Position in Pupillenabstandsrichtung eingestellt wird, bewegt sich die Zentralposition zwischen den optischen Einheiten nicht. Als Ergebnis ist die Betrachtung aus einer auf den Pupillenabstand eingestellten Position möglich, da sowohl der relative Abstand zwischen den optischen Einheiten als auch der absoluten Positionen der optischen Einheiten eingestellt werden können.
Wenn außerdem die optische Achse von der horizontalen Sichtlinie nach unten gewandt ist, kann die Bildbetrachtung mit einer natürlichen Sichtlinie ohne Belastung der Augenlider und dergleichen genossen werden. Da sich somit eine geringe Ermüdung ergibt, kann der Betrachter ein starkes Präsenzgefühl erreichen, da der Betrachter in die Bilder eintauchen kann.
Ferner können die Größe und das Gewicht reduziert werden, und es kann eine höhere Bildqualität erhalten werden, indem als Anzeigevorrichtung ein Flüssigkristallanzeigeelement verwendet wird, bei dem die diagonale Abmessung der Anzeigefläche gleich 1,0 bis 2,0 Zoll ist und die Pixelteilung gleich 30 μm oder größer ist, während die Anzahl der Pixel gleich 170.000 oder größer ist. Die Helligkeit, die Bedienbarkeit und die Wirtschaftlichkeit werden somit verbessert. Genauer kann eine hohe Bildqualität erreicht werden, während eine kompakte, leichte Vorrichtung erhalten wird, indem das Vergrößerungsmittel aus einer einzelnen Vergrößerungslinse gebildet wird.

Claims

Am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung (1) zum Betrachten eines Bildes, umfassend: eine Hauptvorrichtung (10), die umfaßt: ein Bildanzeigemittel zum Erzeugen eines Bildes; ein Vergrößerungsmittel (45) zum virtuellen Vergrößern des Bildes; ein Vorderbereich-Unterstützungselement (23), das am vorderen Bereich des Kopfes angeordnet ist, wenn es getragen wird, eine Hinterkopfbereich-Unterstützungselement, das am Hinterkopfbereich des Kopfes angeordnet ist, wenn es getragen wird; eine vordere Abdeckung (2), die das Bildanzeigemittel enthält, eine Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung (3), die das Hinterkopfbereich-Unterstützungselement abdeckt; Verbindungselemente (5), die die zwei Abdeckungen (2, 3) an den Seiten des Kopfes verbinden; wobei die Verbindungselemente (5) einen Unterstützungsmechanismus umfassen, der die Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung (3) und die vordere Abdeckung (2) verbindet, derart, daß die Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung (3) auf dem Unterstützungsmechanismus relativ zur vorderen Abdeckung (2) drehbar ist; und ein Sicherungsmittel zum Halten des Vorderbereich-Unterstützungselements (23) und des vorderen Bereiches des Kopfes in Kontakt, wenn die Hauptvorrichtung getragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherungsmittelumfaßt: ein Aufblas/Entleerungs-Element (8), das zwischen einem aufgeblasenen Zustand und einem entleerten Zustand umgeschaltet werden kann, an demjenigen Teil der Innenoberfläche des Hinterkopfbereich-Unterstützungselements, der den Hinterkopfbereich des Kopfes berührt.
Am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Vorderbereich-Unterstützungselement ein flexibles Element an einer Position umfaßt, die den vorderen Bereich des Kopfes berührt.
Am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Aufblas/Entleerungs-Element (8) ein Luftsack ist.
Am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, bei der das Verbindungselement (5) einen Gleitmechanismus umfaßt, wobei die Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung (3) in Richtung zur vorderen Abdeckung (2) gleiten kann, während die Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung (3) relativ zur vorderen Abdeckung (2) drehbar bleibt.
Am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 4, die ferner in die Verbindungselemente (5) eingebaute Lautsprecher (6) umfaßt, wobei der Unterstützungsmechanismus die Rahmen der Lautsprecher (6) als Drehachsen verwendet, die die Hinterkopfbereich-Unterstützungsabdeckung (3) in drehbarer Weise mit der vorderen Abdeckung verbinden.
Am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, die ferner in das Verbindungselement (5) eingebaute Lautsprecher (6) umfaßt und ein Luftloch an der Position eines Lautsprechers (6) umfaßt, das vom Inneren der Hauptvorrichtung (10) nach außen führt.
Am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 4 bis 6, bei der ein Belüftungsloch in der vorderen Abdeckung ausgebildet ist.
Am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, bei der das Bildanzeigemittel ein Paar integrierter Bildanzeigeeinheiten (46) enthält, die jeweils ein transparentes Bildanzeigeelement (42) und ein Beleuchtungsmittel zum Beleuchten des Bildanzeigeelements (42) von hinten umfassen; wobei jede Anzeigeeinheit (46) mit einem Vergrößerungsmittel (45) in einer optischen Einheit integriert ist, von der ein Paar auf den linken und rechten Seiten in der Hauptvorrichtung (10) aufgenommen ist; und die Hauptvorrichtung (10) ferner einen Pupillenabstand-Einstellmechanismus (48) umfaßt, um das Paar der optischen Einheiten (40) gleichzeitig in entgegengesetzten Richtungen zu bewegen, um den Abstand zwischen den optischen Achsen (L) der optischen Einheiten (40) einzustellen.
Am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 8, bei der der Pupillenabstand-Einstellmechanismus (48) die optischen Einheiten (40) in Pupillenabstandsrichtung bewegt, indem Führungsstifte (469), die von den optischen Einheiten (40) hervorstehen, in jeweiligen Führungskanälen (485), die in der Hauptvorrichtung (10) ausgebildet sind, um mit den Führungsstiften (469) zusammenzuwirken, geführt werden.
Am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, bei der der Pupillenabstand-Einstellmechanismus (48) einen Betätigungsknopf (483) enthält, der an einer vorderen Position der Hauptvorrichtung (10) angeordnet ist.
Am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, bei der das Bildanzeigemittel ein Paar integrierter Bildanzeigeeinheiten (46) enthält, die jeweils ein transparentes Bildanzeigeelement (42) und ein Beleuchtungsmittel (43) zum Beleuchten des Bildanzeigeelements (42) von hinten umfassen; wobei jede Anzeigeeinheit (46) mit einem Vergrößerungsmittel (45) in einer optischen Einheit (40) integriert ist, von der ein Paar auf den linken und rechten Seiten in der Hauptvorrichtung aufgenommen ist; und die Hauptvorrichtung (10) ferner ein Axialposition-Einstellmittel umfaßt, um die Bildanzeigeeinheiten (46) längs der optischen Achse (L) der optischen Einheit (40) unabhängig in jeder optischen Einheit (40) zu bewegen.
Am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 11, bei der das Axialposition-Einstellmittel Betätigungsknöpfe (459) enthält, die an einer vorderen Position der Hauptvorrichtung (10) angeordnet sind.
Am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 8 bis 12, bei der ein Belüftungsloch (282) in der Hauptvorrichtung (10) an einer Position ausgebildet ist, die der Oberseite der optischen Einheit (40) entspricht.
Am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 8 bis 13, bei der die optischen Achsen (L) der optischen Einheiten (40) so eingestellt sind, daß sie sich auf den Verlängerungen der optischen Achsen (L) nach vorne schneiden.
Am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 8 bis 14, bei der jede optische Einheit (40) einen reflektierenden Spiegel (44) enthält, der auf der optischen Achse (L) vorgesehen ist, wobei die optische Achse (L) der optischen Einheit (40) durch den reflektierenden Spiegel (44) abgelenkt wird.
Am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 8 bis 15, bei der das transparente Anzeigeelement (42) eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung ist.
Am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, bei der das Bildanzeigemittel und das Vergrößerungsmittel (45) ein optisches System bilden, das eine optische Achse (L) aufweist, die einen Depressionswinkel (θ₁) relativ zur horizontalen Sichtlinie (P) des Auges bildet.
Am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 17, bei der der Depressionswinkel (θ₁) gleich 10° oder kleiner ist.
Am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 17, bei der der Depressionswinkel (θ₁) gleich 6° oder kleiner ist.
Am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, bei der das Bildanzeigemittel ein Paar rechter und linker Flüssigkristallanzeigemodule der auf einer Leiterplatte (41) montierten Flüssigkristallanzeigeelemente (42) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichung W1 < Gerfüllt ist, wobei W₁ die horizontale Breite des Flüssigkristallanzeigemoduls ist und G der Mittenabstand zwischen den rechten und linken Flüssigkristallanzeigeelementen (42) ist.
Am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 20, bei der der Mittenabstand zwischen den rechten und linken Flüssigkristallanzeigeelementen (42) etwa gleich 55 mm ist.
Am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Hauptvorrichtung (10) einen offenen Bereich aufweist, der dem oberen Abschnitt des Kopfes entspricht.
Am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Hauptvorrichtung (10) umfaßt: einen Optiksystem-Gehäuseabschnitt (20) der das Bildanzeigemittel und das Vergrößerungsmittel (45) enthält; wobei das Vorderbereich-Unterstützungselement 23 eine Vorderbereich-Unterstützungsabdeckung (22) enthält, die sich vom Optiksystem-Gehäuseabschnitt (20) in einem Winkel erstreckt, der der Form des Vorderbereiches des Kopfes folgt.
Am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Hauptvorrichtung umfaßt: einen Optiksystem-Gehäuseabschnitt (20) der das Bildanzeigemittel und das Vergrößerungsmittel (45) enthält; und eine Trennwand (252), die den Optiksystem-Gehäuseabschnitt (20) von der Gesichtsseite trennt; wobei die Trennwand (252) ein zurückgesetztes Element (292) enthält, das in dem Bereich, indem die Nase angeordnet ist, in Richtung zum Optiksystem-Gehäuseabschnitt (20) zurückgesetzt ist.
Am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, bei der eine halbtransparente Blendenabdeckung (26) an der unteren Vorderseite der Hauptvorrichtung (10) vorgesehen ist, um das von der Unterseite kommende Licht zu reduzieren.
Am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 25, bei der die Blendenabdeckung (26) eine Größe aufweist, die ein nach unten gerichtetes Sichtfeld außerhalb der Hauptvorrichtung (10) sicherstellt.
Am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, bei der eine Ansteuerschaltung für das Bildanzeigemittel auf einer flexiblen Leiterplatte (41) vorgesehen ist, die innerhalb der Hauptvorrichtung (10) angeordnet ist.