DE69433821T2

DE69433821T2 - Am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE69433821T2
Application number: DE69433821T
Authority: DE
Inventors: Syoichi Suwa-shi Ishizawa; Yoko Suwa-shi Miyazawa; Jyoji Suwa-shi Karasawa; Syoichi Suwa-shi Uchiyama
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1993-08-20
Filing date: 1994-07-29
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2014-07-30
Also published as: EP0675382A4; EP0883012A3; EP0902312A2; DE69433650D1; DE69421061D1; EP0675382A1; EP0675382B1; EP0889346B1; WO1995006271A1; DE69421061T2; EP0883012B1; EP0902312A3; DE69433650T2; EP0889346A3; US5739893A; EP0883012A2; DE69433821D1; EP0889346A2

Description

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.
Eine Vorrichtung, die am Kopf getragen wird, um Bilder zu betrachten, ist z. B. im offengelegten japanischen Patent Nr. 1993-100192 beschrieben. Diese Vorrichtung umfasst einen Brillenrahmen, der ähnlich einer Brille am Kopf getragen wird. Wie häufig von Brillenträgern erfahren wird, können eine Ermüdung und eine Unbequemlichkeit auf der Nase und an den Ohren auftreten, wenn die Vorrichtung auf Grund einer leichten Gewichtserhöhung diese berührt, wobei die Funktionalität, die in der Bildanzeigevorrichtung bereitgestellt werden kann, und die Betrachtungsdauer hierdurch eingeschränkt werden. Außerdem kann die Vorrichtung verschoben werden, wenn der Kopf oder Körper bewegt wird, da das Verfahren der Montage am Kopf instabil ist, weshalb es nicht möglich ist, die Bilder unter einer stabilen Bedingung 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 oftengelegten japanischen Patent Nr. 1992-22358 beschrieben ist, ist ein Paar Seitenrahmen, die sich zu den Seiten des Kopfes erstrecken, an der Vorrichtung vorgesehen, wobei die Vorrichtung am Kopf montiert wird, indem die Enden dieser Seitenrahmen mit einem elastischen Band verbunden werden und die Seitenrahmen um den Kopf gewickelt werden. Während jedoch dieses Verfahren die Vorrichtung vor einem Herunterfallen vom Kopf mittels des elastischen Bandes bewahrt, ist ihre Effektivität beim Verhindern des Herunterfallens der Vorrichtung auf Grund der schmalen Breite des elastischen Bandes unzureichend. Selbst wenn ferner die Breite des elastischen Bandes erhöht wird, ergibt sich keine Änderung der Instabilität der Vorrichtung, insofern, als sie nur durch ein elastisches Band gehalten wird, wobei Probleme, wie z. B. eine Bildunschärfe, Ermüdung und Unbequemlichkeit, bestehen bleiben.
Das erste Problem bei dieser herkömmlichen, am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung ist somit der schlechte Benutzerkomfort, der aus dem Teil resultiert, mit dem die Vorrichtung am Kopf montiert wird, welcher sich in Größe und Form von Person zu Person ändert, und die Schwierigkeit der Montage der Vorrichtung in einer stabilen Weise am Kopf.
Da die am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung für den persönlichen Gebrauch bestimmt ist, ist es außerdem möglich, die Bildanzeigebedingungen gemäß der Sehschärfe und dem Pupillenabstand (des Benutzers) bei 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 linker und rechter optischer Einheiten, die jeweils ein Flüssigkristalllichtventil, Reflexionsspiegel und Vergrößerungslinsen umfassen, unter Verwendung eines Hintergrundlichts beleuchten, weshalb die Benutzererfahrung schlecht 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 ändern, wenn die Abbildungsposition entsprechend der Sehschärfe des Benutzers angepasst wird, ändert sich auch die Beleuchtung des Flüssigkristalllichtventils, da divergierendes Licht von der Fluoreszenzröhre abgestrahlt wird, die als Hintergrundlicht verwendet wird, wobei sich die Bildqualität verschlechtert. Genauer unterscheiden sich die rechten und linken virtuellen Bilder (Helligkeit), wenn die Sehschärfe des Benutzers zwischen dem linken und dem rechten Auge verschieden ist, wobei dies eine Asthenopie hervorruft. Wenn außerdem der Abstand zwi schen der Hintergrundlampe und dem Flüssigkristalllichtventil zunimmt, nimmt die Lichteffizienz der Hintergrundlampe ab, wobei eine Erhöhung der Helligkeit des Bildes verhindert wird, und wobei Versuche, dies zu überwinden, ein Hinderungsgrund beim Erreichen eines geringen Stromverbrauchs werden.
Ferner gibt es individuelle Unterschiede im Pupillenabstand, der 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 dieser Typ von Einstellung jedoch 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 Zeitaufwand erforderlich ist. Es ist ferner möglich, dass, obwohl dieser relative Abstand akzeptabel ist, eine der optischen Einheiten zu weit bewegt wird, wobei 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 als Ergebnis der Betrachter die Bilder mit der in horizontaler Richtung fixierten visuellen Achse betrachten muss, müssen die Augenlider zwangsweise offengehalten werden, wobei die Augen und die Augenlider ermüden, und wobei diese Bedingung zu einer Asthenopie führen kann, wenn sie lange andauert.
Das zweite Problem ist daher der schlechte Benutzerkomfort, der aus diesen herkömmlichen Vorrichtungen resultiert, die die Eigenschaften der visuellen Wahrnehmung von Informationen nicht ausreichend berücksichtigen.
WO 93/01683, EP 252200 , 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 einschlägige Merkmale im Stand der Technik.
Eine weitere am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung ist im US-Patent Nr. 5162828 und anderen offenbart; diese Vorrichtung schafft ein Bildanzeigeelement, eine Vergrößerungsoptik für das hierdurch angezeigte Bild, und ein Haltemittel zum Positionieren der Vergrößerungsoptik und des Anzeigeelements vor den Augen des Betrachters. Von diesen Bauteilen hat das Anzeigeelement den größten strukturellen Einfluss auf die anderen Teile, und ist eine wichtige Komponente; da die Kompaktheit, das geringe Gewicht und der geringe Stromverbrauch bei diesem Anzeigeelement im Allgemeinen erforderlich sind, wurden im Stand der Technik Flüssigkristallanzeigeelemente mit einer Größe gleich oder größer als 3 Zoll in Diagonalrichtung verwendet. Ferner gibt es einen Fall, in welchem Flüssigkristallanzeigeelemente, die eine Größe von weniger als 1 Zoll in Diagonalrichtung aufweisen, verwendet wurden. Es können jedoch große Probleme resultieren, 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 auch die Vergrößerungsoptik zum Vergrößern und Anzeigen des Bildes wird größer. Als Ergebnis wird die am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung sehr sperrig und schwer, was den Betrachter stark belastet. Probleme bezüglich der Ansteuerung des Flüssigkristallanzeigeelements treten ebenfalls auf. Genauer, da die Flüssigkristallanzeigeelementmodule in den rechten und linken optischen Einheiten zu groß sind, stoßen sie aneinander, wenn sie vor den Augen platziert werden, wobei die Mitte der Bildanzeigeebene nicht auf der optischen Achse platziert werden kann, die das Auge und die Vergrößerungslinse verbindet. In diesem Fall ist die Position, die vom vergrößerten Bild eingenommen wird, verschieden von den linken und rechten Sichtfeldern des Betrachters, wobei dann, wenn das Gehirn versucht, die rechten und linken Bilder zu verschmelzen, wenn ein Fernseh- oder Videobild betrachtet wird, die Bilder nicht vollständig übereinstimmen. Um außerdem als ein einzelnes Bild erkannt zu werden, ist es notwendig, verschiedene Bilder in den rechten und linken Flüssigkristallanzeigemodulen anzuzeigen, was es notwendig macht, die Schaltung und andere Komponenten, die zum Aufteilen und Anzeigen des Quellenbildes in den linken und rechten Flüssigkristallanzeigemodulen erforderlich sind, hinzuzufügen. Das resultierende Problem besteht darin, dass es nicht möglich ist, eine kompakte, leichte und kostengünstige, am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung zu schaffen.
Andererseits ist es nicht möglich, die Bildqualität zu verbessern, wenn das Flüssigkristallanzeigeelement zu klein ist. Um die Bildqualität im Flüssigkristallanzeigemodul zu verbessern, 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 soll, 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 vergrößertes Anzeigebild erhalten werden soll, obwohl die Bildelementgröße um 1/2 reduziert wird, muss die Auflösung der Vergrößerungsoptik verdoppelt werden. Wenn die am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung kleiner und leichter ausgeführt 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 ändert sich nicht der Raumbedarf des Dünnschichttransistors zum Umschalten der Bildelemente, selbst wenn die Größe der Bildelemente reduziert wird. Als Ergebnis werden die Flüssigkristallanzeigeelemente kleiner, wobei die effektive Apertur der Bildelemente abnimmt und die Helligkeit des Anzeigebildes sinkt. Da außerdem die relative Größe jedes Pixelelements 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 Vergrößerungsoptik zu erhöhen, um einen weiten 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 Vergrößerungsoptik in einer am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung zu verwenden, auf Grund der Notwendigkeit, Größe und Gewicht zu reduzieren, wobei eine Verkürzung der Brenn weite zu einer 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 letztendlich die Bildqualität und erhöhen die Kosten. Da ferner eine sehr kleine Bewegung des Flüssigkristallanzeigeelements eine große Änderung der Position der Ausbildung des virtuellen Bildes hervorruft, wenn eine Linse mit kurzer Brennweite verwendet wird, und das Flüssigkristallanzeigeelement längs der optischen Achse vor und zurück bewegt wird, um es an die Sehschärfe des Benutzers anzupassen, ist diese Anpassung schwierig zu bewerkstelligen, ohne einen Präzisionseinstellmechanismus vorzusehen.
Das dritte Problem sind daher eine schlechte Bildqualität, eine schlechte Bedienbarkeit und eine schlechte Wirtschaftlichkeit, die daraus resultieren, dass die herkömmliche Vorrichtung unter Verwendung einer kleinen Anzeigevorrichtung einfach gestaltet ist, ohne die Beziehung zum Pupillenabstand zu berücksichtigen, und anderweitig der Verbesserung der Bildqualität genügend Aufmerksamkeit zu schenken.
Hinsichtlich der obenerwähnten Probleme ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung zu schaffen, mit der die Benutzererfahrung verbessert werden kann, indem eine Konstruktion verwendet wird, die aus einer Perspektive der menschlichen Anatomie in ausreichender Weise z. B. an die Kopfgröße, den Pupillenabstand, die Sehschärfe und die Empfindlichkeit anpassbar ist.
Überblick über die Erfindung
Um das obenerwähnte Problem zu lösen, schafft die vorliegende Erfindung eine am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung zur Betrachtung eines Bildes, dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst: eine Hauptvorrichtung, die versehen ist mit einem Bildanzeigemittel zum Ausbilden eines Bildes mit einem Paar Flüssigkristallanzeigemodulen, wobei jedes Modul ein Flüssigkristallanzeigeelement aufweist; einem Vergrößerungsmittel zum virtuellen Vergrößern des Bildes; einem Vorderbereichunterstützungselement, das am Vorderbereich des Kopfes angeordnet ist, wenn es getragen wird, und einem Hinterkopfbereichunterstützungselement, das im Hinterkopfbereich des Kopfes angeordnet ist, wenn es getragen wird; ein Befestigungsmittel, das das Vorderbereichunterstützungselement und den Vorderbereich des Kopfes in Kontakt hält, wenn die Hauptvorrichtung getragen wird; wobei die Hauptvorrichtung ferner umfasst: eine vordere Abdeckung, die das Bildanzeigemittel, das Vergrößerungsmittel und das Vorderbereichunterstützungselement aufnimmt; eine Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung, die das Hinterkopfbereichunterstützungselement aufnimmt; und Verbindungselemente, die die zwei Abdeckungen an den Seiten des Kopfes verbinden; wobei die Verbindungselemente einen Unterstützungsmechanismus umfassen, der die Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung mit der vorderen Abdeckung verbindet, derart, dass die Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung auf dem Unterstützungsmechanismus bezüglich der vorderen Abdeckung drehbar ist; und wobei das Verbindungselement einen Gleitmechanismus umfasst, wodurch die Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung in Richtung zur vorderen Abdeckung gleiten kann, während die Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung relativ zur vorderen Abdeckung drehbar bleibt.
Mittels dieser Konfiguration kann das Bild unter der besten Bedingung betrachtet werden, da die Beziehung zwischen der Position des Vorderbereichunterstützungselements und des Vorderbereiches direkt und zuverlässig ermittelt werden kann. Außerdem ist die am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung in ausreichender Weise an die Charakteristik anpassbar, dass der Ort, an dem die Hauptvorrichtung montiert ist, der Kopf ist, wobei ein Gefühl der Stabilität während der Verwendung erreicht werden kann.
In diesen Fällen ist ein flexibles Element, und vorzugsweise ein Dämpferpolster, das mittels eines klettverschluss-artigen Materials frei abnehmbar ist, am Vorderbereichunterstützungselement vorgesehen, wo dieses den Vorderbereich berührt.
Das Vergrößerungsmittel kann eine einzelne Vergrößerungslinse enthalten, wobei jedes Flüssigkristallanzeigemodul die Gleichung 30 · 10–3 ≤ P ≤ 0,0021 · W2 erfüllt, wobei W₂ die horizontale Breite der Bildanzeigeoberfläche des Flüssigkristallanzeigeelements (42) in Millimetern ist und P die horizontale Pixelteilung in Millimetern ist; und wobei der horizontale Sichtwinkel des vergrößerten virtuellen Bildes gleich 30° oder größer ist.
Es kann die Gleichung P ≤ 0,0016 · W2 erfüllt sein.
Das Vorderbereichunterstützungselement kann ein flexibles Element an einer Position enthalten, die den Vorderbereich des Kopfes berührt.
Das Befestigungsmittel kann ein Aufblas/Entleerungs-Element (8), das zwischen einem aufgeblasenen Zustand und einem entleerten Zustand wechseln kann, an einem Abschnitt der Innenoberfläche des Hinterkopfbereichunterstützungselements, der den Hinterkopfbereich des Kopfes berührt, enthalten.
Das Aufblas/Entleerungs-Element der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise aus einem Luftsack hergestellt. Dies liegt daran, dass die Vorrichtung hierdurch vereinfacht wird und leichter gemacht werden kann.
Wenn ferner Lautsprecher in das Verbindungselement eingebaut sind, werden die Lautsprecher vorzugsweise als Bauelemente des Unterstützungsmechanismus verwendet. Genauer wird vorzugsweise der Lautsprecherrahmen selbst als Drehachse verwendet, die die Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung in drehbarer Weise mit der vorderen Abdeckung verbindet. Außerdem ist vorzugsweise ein Luftloch, das von innen nach außen reicht, 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; ein Paar optischer Einheiten, die jeweils diese Bildanzeigeeinheit mit einem Vergrößerungsmittel integrieren, welche auf den rechten und linken Seiten in der Hauptvorrichtung aufgenommen sind; und einen Pupillenabstandsrichtung-Positionseinstellmechanismus zum Bewegen des Paares der optischen Einheiten als eine einzige Einheit in Pupillenabstandsrichtung, um den Abstand zwischen den optischen Achsen der optischen Einheiten einzustellen.
In diesem Fall bewegt der Pupillenabstandsrichtung-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 den Führungsstift auf der Seite der Hauptvorrichtung führt. Der Betätigungsknopf des Pupillenabstandsrichtung-Positionseinstellmechanismus ist ferner vorzugsweise an einer vorderen Stelle der Hauptvorrichtung angeordnet.
Ferner ist vorzugsweise als Dioptrieneinstellmechanismus für jede der zwei optischen Einheiten ein Axialpositionseinstellmechanismus vorgesehen, um die Bildanzeigeeinheiten längs der optischen Achse der optischen Einheit separat in jeder optischen Einheit zu bewegen. Ferner ist in diesem Fall der Betätigungsknopf des Axialpositionseinstellmechanismus an einer vorderen Stelle 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 abzugeben.
Die optischen Achsen der optischen Einheiten sind ferner vorzugsweise so eingestellt, dass die Verlängerungslinien der optischen Achsen nach vorne sich mit einem Konvergenzwinkel schneiden. Dies liegt daran, dass dieser Winkel eine natürlichere Sichtlinie darstellt, weshalb sich ein geringeres Ermüdungsgefühl ergibt.
Außerdem ist vorzugsweise ein Reflexionsspiegel an einer Mittelpunktsposition der optischen Achse vorgesehen, um die optische Achse der optischen Einheit abzuknicken. Dies liegt daran, dass die Seite der Bildanzeigeeinheit und das Vergrößerungsmittel besser dreidimensional platziert werden können.
Vorzugsweise wird z. B. 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 Senkwinkel bezüglich der horizontalen Sichtlinie der Augen. Dies liegt daran, dass Bilder in einer natürlicheren Sichtlinie betrachtet werden können, weshalb ein geringeres Ermüdungsgefühl ergibt. Dieser Senkwinkel beträgt 10° oder weniger, und vorzugsweise 6° oder weniger.
Das Bildanzeigemittel der vorliegenden Erfindung kann als ein Paar rechter und linker Flüssigkristallanzeigemodule von auf einer Leiterplatte montierten Flüssigkristallanzeigeelementen hergestellt sein; das Flüssigkristallanzeigemodul ist vorzugsweise so gestaltet, dass es die Gleichung W1 < Gerfüllt, wobei W₁ eine horizontale Breite des Flüssigkristallanzeigemoduls in Millimetern ist, und G der Mittenabstand zwischen den rechten und linken Flüssigkristallanzeigeelementen in Millimetern ist.
Hierbei ist es ausreichend, den Mittenabstand zwischen den rechten und linken Flüssigkristallanzeigeelementen auf etwa 55 mm einzustellen.
Wenn das Vergrößerungsmittel eine einzelne Vergrößerungslinse in der vorliegenden Erfindung umfasst, ist das Flüssigkristallanzeigemodul so gestaltet, dass es die folgende Gleichung erfüllt: 30 · 10–3 ≤ 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 im Bereich an der Oberseite des Kopfes vorzugsweise offen. Außerdem sind in der Hauptvorrichtung vorzugsweise ein Optiksystem-Aufnahmeabschnitt, der das Bildanzeigemittel und das Vergrößerungsmittel enthält, und eine Vorderbereichunterstützungsabdeckung vorgesehen, die sich von diesem Optiksystemaufnahmeabschnitt in einem Winkel, der der Form des Vorderbereiches folgt, erstreckt, wobei die Innenoberfläche dieser Vorderbereichunterstützungsabdeckung vorzugsweise das Vorderbereichunterstützungselement ist. Dies dient dazu, die Hauptvorrichtung an einem Abrutschen zu verhindern.
Wenn ferner ein Optiksystem-Aufnahmeabschnitt vorgesehen ist und eine Trennwand, die diesen Optiksystem-Aufnahmeabschnitt unterteilt, auf der Gesichtsseite der Hauptvorrichtung vorgesehen ist, sind vorzugsweise ausgesparte Elemente, die in Richtung zum Optiksystem-Aufnahmeabschnitt ausgespart sind, in der Trennwand in dem Bereich ausgebildet, indem die Nase angeordnet ist.
Ferner ist vorzugsweise eine halbtransparente Blendenabdeckung vorgesehen, die an der Vorderseite der Hauptvorrichtung nach unten zeigt. In diesem Fall besitzt die Blendenabdeckung vorzugsweise eine Größe, die ein nach unten gerichtetes Sichtfeld sicherstellt. Dies dient dazu, den Benutzer zu ermöglichen, die Bodenfläche zu sehen, und verbessert somit die Sicherheit.
Zum Zweck der Reduzierung des Gewichts der Hauptvorrichtung und der Verbesserung des Freiheitsgrades bei der Gestaltung ist die Ansteuerschaltung für das Bildanzeigemittel vorzugsweise auf einer flexiblen Leiterplatte vorgesehen, wobei diese flexible Leiterplatte vorzugsweise längs dem Inneren der Hauptvorrichtung angeordnet ist.
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 Schnittansicht, während 2(b) eine horizontale Schnittansicht ist, die das Verfahren der Verwendung der in 1 gezeigten, am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung simulieren.
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 Abschirmungsabdeckung zeigt, wenn die am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung, die in 1 gezeigt ist, am Kopf getragen wird, während 4(b) eine erläuternde Zeichnung ist, die die Beziehung zwischen der Position des Gesichts und der Abschirmungsabdeckung in diesem Zustand zeigt.
5 ist eine Explosionsansicht, die die Verbindungsstruktur der vorderen Abdeckung und der Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung in der in der 1 gezeigten, am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung zeigt.
6 ist eine erläuternde Zeichnung, die zeigt, was eintritt, wenn die Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung auf dem in 5 gezeigten Verbindungselement gedreht wird.
7(a) ist eine erläuternde Zeichnung, die den Zustand zeigt, wenn die Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung unter Verwendung der Schwenkwirkung der in 6 gezeigten Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung in der vorderen Abdeckung aufbewahrt wird; 7(b) ist eine erläuternde Zeichnung, die zeigt, wie die Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung in eine Position über dem Kopf vom Hinterkopfbereich gedreht wird; und 7(c) ist eine erläuternde Zeichnung, die zeigt, wie ein Tragriemen dem in 6 gezeigten Verbindungselement hinzugefügt wird.
8(a) ist eine Rückseitenansicht, die ein Verfahren zum Anschließen eines Kabels zeigt, das sich von dem in 1 gezeigten Verfahren unterscheidet; während 8(b) eine Seitenansicht hiervon ist.
9 ist eine erläuternde Zeichnung, die das Verfahren der Befestigung der Hauptvorrichtung am Kopf in der in 1 gezeigten, am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung zeigt.
10(a) ist eine erläuternde Zeichnung, die ein Beispiel der in 9 gezeigten, am Kopf befestigten Hauptvorrichtung zeigt; 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 Reflexionsspiegel 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; während 14(b) eine andere erläuternde Zeichnung ist, 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 simuliert, die in der in 15 gezeigten optischen Einheit vorgesehen ist.
17 ist eine erläuternde Zeichnung, die die Platzierung der in 15 gezeigten optischen Einheiten in der Hauptvorrichtung simuliert.
18 ist eine erläuternde Zeichnung, die den Zustand zeigt, indem der Konvergenzwinkel unter Verwendung der in 15 gezeigten optischen Einheiten gebildet 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 ein Graph, der die Optimierungsbedingungen für die Größe und die Pixelteilung der Bildanzeigeoberfläche in dem optischen System zeigt, das in der in 1 gezeigten, am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung vorgesehen ist.
22 ist ein Graph, die die Beziehung zwischen der Größe der Bildanzeigeoberfläche und der MTF des maximalen horizontalen Sichtwinkels in dem optischen System zeigt, das in der in 1 gezeigten, am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung vorgesehen ist.
23 ist eine erläuternde Zeichnung, die die Struktur zur Befestigung der Hauptvorrichtung, die in der am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, am Kopf simuliert.
24 ist eine erläuternde Zeichnung, die die Struktur zur Befestigung der Hauptvorrichtung, die in der am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, am Kopf simuliert.
25(a) ist eine erläuternde Zeichnung, die die Struktur zur Befestigung der Hauptvorrichtung, die in der am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, am Kopf simuliert.
25(b) zeigt eine Einzelheit eines Abschnitts der Struktur der 25(a).
26 ist eine erläuternde Zeichnung, die die Struktur zur Befestigung der Hauptvorrichtung, die in der am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, am Kopf simuliert.
27(a) bis (e) sind Explosionsansichten, die die in 26 gezeigte Befestigungsstruktur zeigen.
1 ist eine perspektivische Zeichnung, die das Erscheinungsbild einer am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; 2(a) und (b) sind Schnittansichten der Vorrichtung am Kopf; und 3 ist eine Explosionsansicht Vorrichtung.
Gesamtstruktur
Wie in 1 gezeigt ist, ist gemäß einem ersten Beispiel eine am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung 1 eine Bildanzeigevorrichtung zum Betrachten von Bildern mit einer Hauptvorrichtung 10, die am Kopf getragen wird. Die Hauptvorrichtung 10 umfasst eine vordere Abdeckung 2 und eine Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung 3 (das Hinterkopfbereichunterstützungselement); wobei die Oberseite der Hauptvorrichtung 10 offen ist. Selbst wenn die Hauptvorrichtung 10 am Kopf getragen wird, berührt infolgedessen die Hauptvorrichtung 10 nicht die Oberseite des Kopfes, wobei das Haar kaum beeinträchtigt wird. Außerdem ist das Gleichgewicht sowohl in Vorne-Hinten-Richtung als auch in Seite-Seite-Richtung sichergestellt, wenn die Hauptvorrichtung 10 am Kopf getragen wird, da die Hauptvorrichtung 10 in einer den Umfang des Kopfes umschließenden Weise aufgesetzt wird. Da außerdem die Hauptvorrichtung 10 eine abgerundete Gesamtform aufweist, ist sie sicher, wenn der Betrachter allein oder mit jemand anderem kollidiert.
Wie in den 2(a) und (b) gezeigt ist, ist innerhalb der vorderen Abdeckung 2 eine optische Vorrichtung 4 vorgesehen, um den Betrachter Bilder zu zeigen, wenn sich die Hauptvorrichtung 10 auf dem Kopf befindet. Ein mit einer externen Bildvorrichtung verbundenes Kabel 11 führt aus der optischen Vorrichtung 4 an einer Position in der Hauptvorrichtung 10, die einer Seite des Kopfes entspricht, heraus, um ein Videosignal über eine Ansteuerschaltung einzugeben.
Struktur der vorderen Abdeckung und der Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung Wie in 2 und 3 gezeigt ist, umfasst der Hauptabschnitt der vorderen Abdeckung 2 ein oberes Gehäuse 21, das die Vorderseite der Augen und die Seiten des Kopfes mit dem zu einer die Ohren abdeckenden Position verlaufenden Seitenelement abdeckt, wenn die Hauptvorrichtung 10 am Kopf getragen wird; an der Oberseite des oberen Gehäuses 21 erstreckt sich eine Vorderbereichunterstützungsabdeckung 22 (das Vorderbereichunterstützungselement) auf einer Schräge, die der Form des Vorderbereiches nach hinten folgt. Eine Polsterunterstützungsplatte 23 ist auf der Innenseite der Vorderbereichunterstützungsabdeckung 22 vorgesehen, wobei ein Dämpferpolster 221 an der inneren Oberfläche dieser Polsterunterstützungsplatte 23 befestigt ist. Dieses Dämpferpolster 221 wird zum Vorderbereichkontaktelement 220, das den Vorderbereich berührt, wenn die Hauptvorrichtung 10 getragen wird. Es ist zu beachten, dass das Dämpferpolster 221 austauschbar ist, da es an der Polsterunterstützungsplatte 23 mittels eines klettverschluss-artigen Materials befestigt ist. Es ist daher möglich, den den Kopf berührenden Abschnitt hygienisch zu halten.
Ferner kann die Hauptvorrichtung 10 sogar mit einer aufgesetzten Brille leicht getragen werden, da ein Freiraum zwischen dem Gesicht und der Hauptvorrichtung 10 vorhanden ist. Außerdem beschlägt die Brille nicht, wobei der Benutzerkomfort hervorragend ist, da im Inneren keine Luft gestaut wird. Selbst mit einem solchen vorgesehenen Freiraum ist außerdem die Hauptvorrichtung 10 gegen ein Herunterrutschen gesichert, da die Vorderbereichunterstützungsabdeckung 22 nach hinten ansteigt.
Das untere Gehäuse 25 ist an der Innenseite des oberen Gehäuses 21 befestigt, wobei der vom unteren Gehäuse 25 und oberen Gehäuse 21 getrennte Abschnitt einen Optiksystem-Aufnahmeraum 20 bildet, in dem die optische Vorrichtung 4 vorgesehen ist.
Das untere Gehäuse 25 umfasst ein vorderes Element 251, das sich nach vorne erstreckt; eine Trennvorrichtung 252, die senkrecht zu diesem vorderen Element 251 steht; und ein Seitenelement 253, das an der Seite rechtwinklig zu dieser Trennvorrichtung 252 vorgesehen ist; wobei der Optiksystem-Aufnahmeraum 20, der die optische Vorrichtung 4 aufnimmt, vom Äußeren durch das vordere Element 251 und die Trennvorrichtung 252 abgetrennt ist. Ein Paar rechter und linker Fenster 291 sind in der Trennvorrichtung 252 an Positionen ausgebildet, die den Augen entsprechen; eine Aussparung 292, die den Kontakt mit der Nase an der Innenseite vermeidet, ist an der Vorderseite zwischen den Fenstern 291 ausgebildet. Es ist zu beachten, dass das vordere Element 251 die im Folgenden beschriebene Referenzoberfläche für die Positionierung der optischen Einheit 40 wird. Die Innenoberfläche des oberen Gehäuses 21 wird ebenfalls eine Referenzoberfläche zur Positionierung der optischen Einheit 40. Es ist zu beachten, dass eine Feder oder ein anderes Druckmittel in irgend einer der Lücken zwischen der inneren Oberfläche des vorderen Elements 251, der optischen Einheit 40 und dem oberen Gehäuse 21 vorgesehen sein kann, um die optische Einheit 40 gegen die Referenzoberfläche zu drücken und somit die Positionierungsgenauigkeit zu verbessern.
Bei dem vorliegenden Beispiel, wie oben beschrieben worden 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 wird, da z. B. das Gesichts-Make-up nicht beeinträchtigt wird, wenn die Vorrichtung von Frauen getragen wird. Ferner ist im vorderen Element 251 ein Paar lang gestreckter Löcher 485 auf der rechten und der linken Seite ausgebildet.
Eine halbtransparente Abschirmungsabdeckung 26 aus einem Acrylkunst harz ist an der Unterseite des unteren Gehäuses 25 für eine verbesserte Gestaltung vorgesehen. Wie in den 4(a) und (b) gezeigt ist, verhindert diese Abschirmungsabdeckung 26 das Eindringen von Licht von unterhalb der Hauptvorrichtung 10 am Boden des unteren Gehäuses 25. Außerdem ist die Breite der Abschirmungsabdeckung 26 die minimale erforderliche Breite, wodurch der Bereich um die Füße durch den Spalt 260 zwischen dem Gesicht und der Abschirmungsabdeckung 26 mit der am Kopf getragenen Hauptvorrichtung 10 gesehen werden kann.
Wie in 3 gezeigt ist, sind jeweils zwei Löcher 254 im rechten und linken Seitenelement 253 im unteren Gehäuse 25 ausgebildet. Diesen entsprechend 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 der Innenseite durch die Löcher 254 in die Gewindelöcher im oberen Gehäuse 21 geschraubt werden, um das obere Gehäuse 21 und das untere Gehäuse 25 zu befestigen. Ferner sind an den rechten und linken Enden der Abschirmungsabdeckung 26 Löcher 261 ausgebildet. Diesen entsprechend 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 der Innenseite durch die Löcher 261 in die Gewindelöcher im oberen Gehäuse 21 geschraubt werden, um das obere Gehäuse 21 und die Abschirmungsabdeckung 26 zu befestigen.
Die vordere Abdeckung 2 und die Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung 3 sind an den Abschnitten verbunden, die neben den Ohren angeordnet sind, wenn die Hauptvorrichtung 10 am Kopf getragen wird, wobei runde Lautsprecher 6 in diesen Verbindungselementen 5 auf der rechten und linken Seite befestigt sind. Belüftungslöcher 281 sind in den Enden 20 der vorderen Abdeckung 2, die außerhalb der Lautsprecher 6 angeordnet sind, ausgebildet, wobei das Innere und das Äußere der Hauptvorrichtung 10 um diese Belüftungslöcher 281 mittels Verbindungselementen 5 verbunden sind. Als Ergebnis ergibt sich kein Gefühl der Unsicherheit, wobei die Sicherheit in Notfällen verbessert wird, da externe Geräusche den Betrachter durch die Belüftungsöffnungen 281 erreichen, selbst 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 Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung 3 ist die Struktur des linksseitigen Verbindungselements 5, von der Rückseite der Vorrichtung gesehen, in 5 gezeigt. In den Lautsprechern 6 ist das ringförmige Rahmenelement 62, das die Lautsprecherebene 61 umschließt, aus steifem Kunststoff gefertigt; das Rahmenelement 62 umfasst ferner ein rundes Flanschelement 63, das nach außen hervorsteht. Ein ringförmiges Passelement 201 ist zur Innenseite der Innenoberfläche des Endes 20 der vorderen Abdeckung 2 hervorstehend vorgesehen. Ein rundes Loch 301 ist im Ende 30 der Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung 3 ausgebildet. Als Ergebnis werden die vordere Abdeckung 2 und die Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung 3 durch Einsetzen der Flanschelemente 63 des Lautsprechers 6 in das Passelement 201 verbunden, wobei das Passelement 201 der vorderen Abdeckung 2 in das Loch 301 der Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung 3 eingesetzt wird. Wie in 6 gezeigt ist, ist es daher unter Verwendung des Flanschelements 63 des Lautsprechers 6 als Drehachse im Verbindungselement 5 möglich, die Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung 3 bezüglich der vorderen Abdeckung 2 nach oben und nach unten zu drehen, wobei die Position der Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung 3 in die Position mit dem größten Benutzerkomfort geändert werden kann. Wie in 7(a) gezeigt ist, ist es ferner möglich, die Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung 3 in Richtung des Pfeils A oder des Pfeils B zu drehen, um die Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung 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 und am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung 1 hinlegt, wird die Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung 3 zu einem Hindernis für den Komfort, wenn sie sich im Hinterkopfbereich befindet; wenn daher die Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung 3 nach oben angehoben wird und in einem Winkel verwendet wird, wie in 7(d) gezeigt ist, wird der Hinterkopfbereich frei und das Betrachten der Bilder kann im Liegen genossen werden. Da ferner die vordere Abdeckung 2 nicht rotiert, im Gegensatz zur Hinderkopfbereichunterstützungsabdeckung 3, ist die Anten ne 111 dann, wenn sie an der Seite der vorderen Abdeckung 2 befestigt ist, während 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 Drehmechanismus der Verbindungselemente 5 für die vordere Abdeckung 2 und die Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung 3 möglich, ein schmales Tragband 39 bereitzustellen, das sich von der vorderen Kante der Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung 3 zu einer Position über der Oberseite des Kopfes dreht, um die Hauptvorrichtung 10 am Abrutschen vom Kopf zu hindern. Selbst in diesem Zustand sind nahezu alle Teile der Oberseite des Kopfes frei, wobei der Benutzerkomfort nicht herabgesetzt wird.
Ferner ist es unter Verwendung des Drehmechanismus der Verbindungselemente 5 für die vordere Abdeckung 2 und die Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung 3 möglich, ein langgestrecktes Loch 115 im Ende 20 der vorderen Abdeckung 2 und ein Zugseil 11 vom langgestreckten Loch 115 auszubilden, wie in den 8(a) und 8(b) gezeigt ist. Mittels dieser Konfiguration ändert sich die Richtung, in der das Seil 11 verläuft, längs des langgestreckten Loches 115, wobei durch Herausziehen des Seils 11 nach hinten die Hauptvorrichtung 10 auf einem Tisch oder einer anderen Oberfläche in einem durch das Seil 11 ungestörten stabilen Zustand abgelegt werden kann.
Mechanismus zum Befestigen der Hauptvorrichtung am Kopf
Da eine am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung 1, die so aufgebaut ist, 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 des Gebrauchs 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, um eine stabile Beziehung zwischen den Positionen der optischen Vorrichtungen 4, die in die Hauptvorrichtung 10 eingebaut sind, und den Positionen der Augen des Betrachters aufrechtzuerhalten.
Daher wird die in 9 gezeigte Struktur als Struktur (Befestigungsmittel) verwendet, die eine Verschiebung relativ zum Kopf in der vorliegenden Ausführungsform verhindert. Es ist zu beachten, dass die 9 eine Antenne 111 zum Eingeben des Videosignals in der vertikalen Position zeigt.
Bei der Positionsverrutschung-Verhinderungsstruktur des vorliegenden Beispiels wird ein Gummiluftsack 8 längs der Innenseitenoberfläche der Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung 3 angebracht, wobei dieser Luftsack im Hinterkopfbereich angeordnet ist, wenn die Hauptvorrichtung 10 am Kopf getragen wird. Ein Luftrohr 81 läuft vom Luftsack 8 durch die Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung 3, wobei ein Ventil 82 am Ende des Luftrohrs 81 angebracht ist. Als Ergebnis wird nach Zuführen von komprimierter Luft durch das Luftrohr 81 zum Luftsack 8 unter Verwendung einer Gummipumpe 83 oder eines anderen Mittels, nachdem der Betrachter die Hauptvorrichtung 10 auf den Kopf aufgesetzt hat, der Vorderbereich relativ gegen die Vorderbereichunterstützungsabdeckung 22 der Hauptvorrichtung 10 gedrückt, wobei die Hauptvorrichtung 10 an den Kopf angesetzt werden kann. In diesem Zustand wird die Oberfläche der Innenseite des Luftsacks 8 zum Hinterkopfbereichkontaktelement 80. In diesem Zustand ergibt sich keine Unbequemlichkeit, da der Vorderbereich gegen das Dämpferpolster 221 der Vorderbereichunterstützungsabdeckung 22 gedrückt wird. Es ist zu beachten, dass zum Abnehmen der Hauptvorrichtung 10 vom Kopf der Luftsack 8 entleert wird, indem einfach Luft aus dem Luftsack 8 abgelassen wird, wobei die Hauptrichtung 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 von der Hauptvorrichtung 10 getrennt ist. In diesem Fall kann das Vorne-Hinten-Gleichgewicht der Hauptvorrichtung 10 verbessert werden, indem die motorbetriebene Pumpe in der Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung 3 an der Seite des Luftsacks 8 vorgesehen wird. Außerdem kann der Weg von der Pumpe zum Luftsack 8 verkürzt werden, was den zusätzlichen Vorteil einer vereinfachten Struktur ergibt.
Da die am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung 1 dieses Beispiels 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 entweder des Pfeils C oder des Pfeils D in 9. Daher ist der Benutzerkomfort hervorragend, da die Hauptvorrichtung 10 immer stabil getragen wird. Da außerdem der Kopf das Dämpferpolster 221 und den Luftsack 8 berührt, wird kein starker Druck auf den Kopf übertragen, selbst wenn die Hauptvorrichtung 10 gegen eine Wand oder einen anderen Gegenstand stößt, während die Hauptvorrichtung 10 am Kopf getragen wird.
Da ferner der Betrachter z. B. den Luftsack 8 aufblasen kann, unabhängig davon, ob der Luftsack 8 direkt hinter dem Hinterkopfbereich, wie in 10(a) gezeigt, oder etwas unterhalb des Hinterkopfbereiches, wie in 10(b) gezeigt ist, angeordnet ist, entsprechend der Größe und der Form des Kopfes, bleibt die Hauptvorrichtung 10 gegen den Kopf in Vorne-Hinten-Richtung gedrückt, wobei die Hauptvorrichtung 10 stabil bleibt, während sie auf dem 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 im Folgenden 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; Hintergrundlampen 43 (Beleuchtungsmittel) zum Beleuchten dieser von hinten; und Vergrößerungslinsen 45 (Vergrößerungsmittel; konvexe Linsen), die zwischen diesen Flüssigkristallanzeigeelementen 42 und den Augen des Betrachters angeordnet 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 Flüssigkristallanzeigelementen 42 angezeigt, wobei diese durch die Hintergrundlampen 43 beleuchtet werden, und wobei die Bilder jeweils mittels der Vergrößerungslinsen 45 für die rechten und linken Augen fokussiert werden und die virtuellen Bilder betrachtet werden können. Hierbei werden die mit den Augen betrachteten Bilder vom Gehirn vereinigt und das Bild wird gesehen. Bezüglich der optischen Vorrichtung 4 dieser Konfiguration umfasst die optische Vorrichtung 4 ein Paar rechter und linker Winkeloptikeinheiten 40, wie in 2 und 3 gezeigt ist, und eine flexible Leiterplatte 41, die sich von diesen Optikeinheiten 40 zu den Seiten erstreckt. Die Ansteuerschaltung zum Ansteuern der Anzeigeoperationen der Flüssigkristallanzeigeelemente 42 ist auf dieser flexiblen Leiterplatte 41 enthalten, wobei Bildsignale über ein Kabel 11 oder eine Antenne 111 in diese Ansteuerschaltung eingegeben werden.
Wie ferner in 12 gezeigt ist, ist ein Reflexionsspiegel 44 zwischen dem Flüssigkristallanzeigeelement 42 und der Vergrößerungslinse 45 auf der optischen Achse L derselben in dieser Ausführungsform vorgesehen, um die optische Achse L abzuknicken. Als Ergebnis sind das Flüssigkristallanzeigeelement 42 und die Vergrößerungslinse 45 dreidimensional angeordnet, wobei das Flüssigkristallanzeigeelement 42 und die Hintergrundlampe 43 über dem Reflexionsspiegel 44 angeordnet sind. Außerdem sind die optischen Einheiten 40 lang gestreckte rechteckige Quader, die jeweils günstig innerhalb der vorderen Abdeckung 2 vorgesehen sind, so dass die vordere Abdeckung 2 sich nicht zu weit nach vorne erstreckt. Es ist zu beachten, dass dann, wenn der Reflexionsspiegel 44 in der Mitte der optischen Achse L der optischen Einheit 40 angeordnet ist, dieser in einer beliebigen solchen Position vorgesehen sein kann; die Richtung, in der die optische Achse L abgeknickt wird, ist ebenfalls nicht eingeschränkt.
Wie in 13 gezeigt ist, ist ferner das Gehäuse 400 der optischen Einheit 40 an seiner Oberseite offen, so dass die von der Hintergrundlampe 43 erzeugte Wärme sich nicht innerhalb der optischen Einheit 40 staut. Außer dem ist die obere Öffnung auf die Belüftungslöcher 282 in der vorderen Abdeckung 2 ausgerichtet, so dass die von der Hintergrundlampe 43 erzeugte Wärme nach außen entweicht. Wenn außerdem die Hauptvorrichtung 10 am Kopf getragen wird, während der Betrachter eine Brille trägt, beschlägt die Brille nicht, da ferner Belüftungslöcher 283 in den Verbindungsabschnitten des oberen Gehäuses 21 und der Vorderbereichunterstützungsabdeckung 2 ausgebildet sind und eine Luftströmung in Richtung des Pfeils F möglich ist.
Die rechten und linken optischen Einheiten 40 sind außerdem so angeordnet, dass die optischen Achsen L einen Senkwinkel Θ₁ bezüglich der horizontalen Sichtlinie P der Augen bilden; 14(a) ist ein konzeptionelles Diagramm für den Fall, in dem der Reflexionsspiegel 44 nicht verwendet wird, während 14(b) ein konzeptionelles Diagramm für den Fall ist, in dem der Reflexionsspiegel 44 verwendet wird. Der Grund hierfür ist, die Belastung für die Augenlider zu reduzieren, wenn der Betrachter auf den Flüssigkristallanzeigeelementen 42 betrachtet das virtuelle Bild V, das durch die Vergrößerungslinsen 45 in der am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung 1 des vorliegenden Beispiels vergrößert ist. Genauer sind die Ergebnisse einer Studie der Beziehung zwischen dem Winkel, der von der Sichtlinie zur horizontalen Sichtlinie P gebildet wird, und der relativen 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 bewertet, in Tabelle 1 gezeigt.
Tabelle 1
Wenn wie in 1 gezeigt die Testsubjekte virtuelle Bilder an einer Position oberhalb der horizontalen Sichtlinie P betrachtet haben, ergab sich ein Gefühl des zwangsweisen Offenhaltens der Augenlider, 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, wobei die empfundene Belastung gering war. Außerdem lag dieser Winkel vorzugsweise im Bereich von 0° bis 10°. In der vorliegenden Ausführungsform ist daher die optische Achse L so vorgesehen, dass sie einen Senkwinkel zur horizontalen Sichtlinie von 10° oder weniger bildet, und ist insbesondere so angeordnet, dass sie einen Winkel von 6° oder weniger bildet. Es ist zu beachten, dass ein Senkwinkel von bis zu etwa 15° als das Belastungsgefühl der Augenlider reduzierend bestätigt wurde.
Bei der Ausbildung dieses Winkels werden die optischen Einheiten 40 zu einer etwas nach unten verschobenen Position versetzt, wobei die Vergrößerungslinsen 45 in einem nach oben versetzten Winkel im vorliegenden Beispiel vorgesehen sind.
Dioptrieneinstellmechanismus und Einstellmechanismus in Pupillenabstandsrichtung der optischen Vorrichtung Um die optische Vorrichtung 4 zu vereinheitlichen, ist die optische Einheit enthalten, wie in den 15 und 16 in diesem Beispiel gezeigt ist.
In der optischen Einheit 40 sind eine Bildanzeigeeinheit 46, ein Reflexionsspiegel 44 und eine Vergrößerungslinse 45 in einem im Wesentlichen kastenförmigen Gehäuse 400 vorgesehen, das aus Kunstharz oder dergleichen gefertigt ist. Außerdem weist das Gehäuse 400 Öffnungen 451 und 452 auf, die an der Oberseite und der Vorderseite ausgebildet sind, wobei eine Vergrößerungslinse 45 in die Öffnung 452 eingesetzt ist. Etwa in der Mitte des Gehäuses 400 in Höhenrichtung ist die Bildanzeigeeinheit 46 der Öffnung 451 zugewandt angeordnet; in dieser Bildanzeigeeinheit 46 sind die Hintergrundlampe 43 und das Flüssigkristallanzeigeelement 42 innerhalb eines quadratischen Rahmens 461 angeordnet, in dem vertikal eine 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 äußeren Seiten des Rahmens 461 ausgebildet, wobei in der Öffnung 466 in einem Vorsprung 464 ein Innenge winde ausgebildet ist.
Wie in 15 gezeigt ist, sind Vorsprünge 453 und 454 in einer vertikalen Richtung an zwei Außenseiten des Gehäuses 400 mit Führungskanälen 456 und 457 ausgebildet, die jeweils eine darin ausgebildete, im Querschnitt halbkreisförmige Öffnung aufweisen. Die Bildanzeigeeinheit 46 ist im Gehäuse 400 aufgenommen, wobei die Vorsprünge 464 und 465 des Rahmens 461 in diese Führungskanäle 456 und 457 eingesetzt sind. Es ist hierbei zu beachten, dass dadurch, dass der Innendurchmesser der Führungskanäle 456 und 457 etwas größer ist als der Außendurchmesser des Vorsprungs 464 der Bildanzeigeeinheit 46, die Bildanzeigeeinheit 46 sich vertikal durch die Führungskanäle 456 und 457 geführt bewegen kann.
Außerdem ist ein Sitzelement 455, in dem das Unterstützungsloch 470 ausgebildet ist, an einer Position oberhalb eines Vorsprungs 453 im Gehäuse 400 ausgebildet. Eine Dioptrieneinstellungs-Stellschraube 458 ist so unterstützt, dass sie im Unterstützungsloch 470 gedreht werden kann; das Ende dieser Dioptrieneinstellungs-Stellschraube 458 ist mit der Innengewindeöffnung 466 der Bildanzeigeeinheit 46 in Eingriff. Wenn der am oberen Ende der Dioptrieneinstellungs-Stellschraube 458 angebrachte Dioptrieneinstellungsknopf 459 gedreht wird, wird als Ergebnis die Bildanzeigeeinheit 46 längs der optischen Achse L angehoben oder gesenkt, was die Einstellung der vertikalen Position des Flüssigkristallanzeigeelements 42, d. h. des optischen Abstands zwischen den Flüssigkristallanzeigeelement und der Vergrößerungslinse 45, entsprechend der Sehschärfe des Betrachters erlaubt. Da außerdem das Flüssigkristallanzeigeelement 42 zusammen mit der Hintergrundlampe 43 als Bildanzeigeeinheit 46 in diesem Beispiel bewegt wird, bleibt der Abstand zwischen dem Flüssigkristallanzeigeelement 42 und der Hintergrundlampe 43 konstant. Der Dioptrieneinstellmechanismus 47 (der Axialpositionseinstellmechanismus) ist somit im vorliegenden Beispiel enthalten.
Selbst wenn eine Dioptrieneinstellung entsprechend der Sehschärfe des Betrachters mittels dieses Dioptrieneinstellmechanismus 47 durchgeführt wird, ergibt sich keine Änderung der Helligkeit, auch wenn der Betrachter wechselt, da der Abstand zwischen den Flüssigkristallanzeigeelement 42 und der Hintergrundlampe 43 konstant bleibt. Selbst wenn ferner eine Differenz zwischen der linken und der rechten Sehschärfe vorhanden ist, ergibt sich keine Helligkeitsdifferenz.
Außerdem stehen Zahnstangen 481 von den rechten und linken Gehäusen 400 in wechselweise gegenüberliegenden Richtungen und parallel zueinander zur Seite hervor; ein Ritzel 482 kämmt mit diesen Zahnstangen 481. Wenn daher der Pupillenabstandsposition-Einstellknopf 483, der an der Oberseite des Ritzels 482 angebracht ist, gedreht wird, kann dessen Drehung das Paar Gehäuse 400 wechselweise voneinander entfernen oder zusammenführen. Während dieser Bewegung bewegt sich auch die mit den optischen Einheiten 40 elektrisch verbundene Ansteuerschaltung, jedoch wird auf die Ansteuerschaltung keine große Belastung ausgeübt, da diese Ansteuerschaltung eine flexible Leiterplatte 41 umfasst, wie in 3 gezeigt ist.
Mit dem so enthaltenen Pupillenabstandsposition-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 um eine gleiche Strecke symmetrisch bewegen, ist die Mittelposition zwischen dem Paar Gehäuse 400 auf eine konstante Position fixiert, wobei beide Augen einfach und gleichzeitig eingestellt werden können.
Im so aufgebauten Pupillenabstandsposition-Einstellmechanismus 48 und Dioptrieneinstellmechanismus 47 sind der Pupillenabstandsposition-Einstellknopf 483 und die Dioptrieneinstellknöpfe 459 beide an der Oberseite der vorderen Abdeckung 2 angeordnet, wie in 17 gezeigt ist. Von diesen Knöpfen gleiten die Dioptrieneinstellknöpfe 459 horizontal, wenn der Pupillenabstandsposition-Einstellknopf 483 betätigt wird; als Ergebnis können sich durch die Ausbildung der langgestreckten Löcher 484 in der vorderen Abdeckung 2 die Dioptrieneinstellknöpfe 459 und die Dioptrieneinstell-Stellschrauben 458 horizontal bewegen. Außerdem sind langgestreckte Löcher 485 auch im Boden der vorderen Abdeckung 2 entsprechend den langgestreckten Löchern 484 ausgebildet; Positionierungsstifte 469 stehen vom Boden des Paares von Gehäusen 400 nach unten hervor und sind in die langgestreckten Löcher 485 eingesetzt, wodurch ein Führungsmechanismus gebildet wird. Die langgestreckten Löcher 485 und die Positionierungsstifte 469 verhindern ferner, dass sich die optischen Einheiten 40 drehen und die optische Achse L verschoben wird. Das Gleiche gilt auch für die langgestreckten Löcher 484 und die Dioptrieneinstellung-Stellschrauben 458.
Da der Pupillenabstandsposition-Einstellknopf 483 und die Dioptrieneinstellknöpfe 459 beide auf der Oberseite der vorderen Abdeckung 2 angeordnet 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 montiert, woraufhin das untere Gehäuse 25 am oberen Gehäuse 21 angebracht wird. Während alle Teile undurchsichtig sind, macht es die Ausbildung der langgestreckten Löcher 485 im unteren Gehäuse 25 möglich und bequemer, die Positionierungsstifte 469 in die langgestreckten Löcher 485 einzusetzen, während durch diese Löcher geschaut 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, die Hintergrundlampen-Ansteuerschaltungen, die Batterie, den TV-Empfänger und dergleichen umfassen.
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 wird vorgezogen, wie in 18 gezeigt ist, die Verlängerungslinien der optischen Achsen L nach vorne konvergieren zu lassen, so dass sie sich schneiden, um einen Konvergenzwinkel Θ₂ von etwa 3° zu bilden. Genauer bildet die natürliche Sichtlinie für Menschen während der Wachsamkeit normalerweise einen Konvergenzwinkel Θ₂ nach innen, wobei das vorliegende Beispiel deshalb jede der optischen Einheiten 40 mit 1 bis 5° so verdreht, dass die optischen Achsen L einen Konvergenzwinkel Θ₂ von etwa 3° bilden. Als Ergebnis ergibt sich kein Ermüdungsgefühl, da der Betrachter leicht die mittels der rechten und linken Augen erhaltenen Bilder verschmelzen kann.
Um eine solche Konstruktion zu erreichen, werden die rechten und linken optischen Einheiten 40 leicht nach außen verdreht, wobei die Zahnstangen 481 von den Seiten des Gehäuses 400 in einem Winkel ausgebildet sind, wie in 19 gezeigt ist. Da die Zahnstangen 481 wechselweise gegenüberliegen und parallel sind, kann als Ergebnis der Pupillenabstandsposition-Einstellmechanismus 48 durch ein einziges Ritzel 482 betätigt werden. Ferner können eine Einstellung der Position in Pupillenabstandsrichtung und eine Sehschärfeneinstellung bewerkstelligt 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 im vorliegenden Beispiel in 20 definiert, wobei 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 sie die folgende Gleichung erfüllen: W1 < G.
Während der Pupillenabstand beim Menschen in Abhängigkeit vom Individuum, Alter, Rasse und anderen Faktoren variiert, kann ein minimaler Wert von etwa 55 mm angenommen werden. Dies liegt daran, dass der mittlere Pupillenabstand bei Kindern als Ergebnis verschiedener Vermessungen zu etwa 55 mm ermittelt wurde. Die Abmessung G (mm), der Mittenabstand der Flüssigkristallanzeigeelemente, ist daher zu 55 mm definiert, wobei Flüssigkristallanzeigemodule 420 verwendet werden, die schmaler sind als diese Abmessung. Es ist zu beachten, dass die Flüssigkristallanzeigemodule 420 ein Flüssigkristallanzeigeelement 42 und ein Montagesubstrat für die Montage des Flüssigkristallanzeigeelements 42 umfassen, wobei die horizontale Breite des Montagesubstrats im Allgemeinen um etwa 10 mm bis etwa 15 mm breiter ist als die horizontale Breite der Bildanzeigeoberfläche. Ferner kann eine Trennvorrichtung zwischen den optischen Einheiten 40 für die rechten und linken Augen eingesetzt sein, um eine gegenseitige Störung der Bilder der gegenüberliegenden Seiten zu vermeiden. Wenn daher die horizontale Abmessung der Bildanzeigeoberfläche des Flüssigkristallanzeigeelements 42 40 mm überschreitet, d. h. wenn die diagonale Abmessung der Bildanzeigeoberfläche 2,0 Zoll in einem NTSC-Format-Flüssigkristallanzeigeelement überschreitet, entstehen Probleme, die durch den Kontakt zwischen den Flüssigkristallanzeigemodulen hervorgerufen werden; im vorliegenden Beispiel werden daher Flüssigkristallanzeigemodule 420, bei denen die diagonale Abmessung der Bildanzeigeoberfläche gleich 2,0 Zoll oder weniger ist, in den NTSC-Format-Flüssigkristallanzeigeelementen verwendet, in denen die horizontale Abmessung der Bildanzeigeoberfläche 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 Bewertungsverfahrens vermessen; es wurde bestätigt, dass eine im Wesentlichen befriedigende 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 eine hohe Bildqualität zu empfinden. Um diese Anzahl von Pixeln mit einem NTSC-Format-Flüssigkristallanzeigeelement zu erhalten, müssen die folgenden Gleichungen erfüllt sein, wobei die horizontale Breite der Bildanzeigeoberfläche die Abmessung W₂ (mm) ist und die Pixelteilung 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 Sichtwinkel von 30° oder größer erforderlich ist, um ein ausreichendes Gefühl von Präsenz im Bild zu erhalten, wobei der horizontale Sichtwinkel daher auf 30° oder größer festgelegt wird.
Da außerdem die Vergrößerungslinse 45 eine einzelne asphärische Linse ist, wird die Pixelteilungsabmessung P so festgelegt, 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 im schraffierten Bereich der 21, die die Beziehung zwischen der diagonalen Abmessung der Bildanzeigeoberfläche des Flüssigkristallanzeigeelements (Abszissenachse) und der Pixelteilung (Ordinatenachse) zeigt.
In dieser Figur ist die gestrichelte Linie 101 die Grenze der folgenden Gleichung für 170.000 Pixel.
P ≤ 0,021 · W₂ Außerdem ist die gestrichelte Linie 102 die Grenze der folgenden Gleichung für 300.000 Pixel. P ≤ 0,016 · W2
Die gestrichelte Linie 103 ist die Grenze für die folgende Gleichung. W1 < 55, d. h. W2 < 40
Die gestrichelte Linie 104 ist die Grenze der folgenden Gleichung. P ≥ 30 · 10–3 Die Bedingungen für die Flüssigkristallanzeigeelemente 42, die im vorliegenden Beispiel verwendet werden, sind daher auf die schraffierte Fläche festgelegt, die durch a, b, c und d in der Figur begrenzt ist, wenn die Anzahl der Pixel gleich 170.000 ist, und auf die schraffierte Fläche festgelegt, die durch f, e und c begrenzt ist, wenn die Anzahl der Pixel gleich 300.000 ist. Daher werden Flüssigkristallanzeigeelemente 42 verwendet, bei denen die diagonale Abmessung der Bildanzeigeoberfläche von etwa 1,0 Zoll bis etwa 2,0 Zoll bei 170.000 Pixeln oder mehr reicht.
Die Konfigurationen, die ein vergrößertes virtuelles Bild mit einem horizontalen Sichtwinkel von 30° unter Verwendung von Flüssigkristallanzeigeelementen 42 mit einer Diagonalabmessung von 1,32 Zoll erhalten, sind z. B. folgende.
Mit dieser Konfiguration wird das Flüssigkristallanzeigeelement 42 von hinten mit der Hintergrundlampe 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 vorhanden (640 horizontal × 480 vertikal); die Pixelteilung beträgt 42 μm horizontal × 42 μm vertikal; und das Aperturverhältnis beträgt 29,5 %. Die Vergrößerungslinsen 45 (konvexe Linse mit ashpärischer Oberfläche) besitzt eine Brennweite von 48,46 mm und ein Vergrößerungsverhältnis von 5,16. Die zwei Oberflächen (S₁, S₂) der Vergrößerungslinse 45 sind beides asphärische Oberflächen, deren Form durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird, die die asphärische Oberflächendurchbiegung liefert. Y = \f(CR2, 1 + {1 – (K + 1)C2R2}½2) + AR4 + PR6 ... wobei C die Krümmung des Scheitelpunkts 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.
Im vorliegenden Beispiel wurde die zentrale Dicke der Linse für jede Linse erhalten, wie in Tabelle 2 gezeigt ist. 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 (konvexe Linse mit asphärischer Oberfläche) auf 20,0 mm bis 35,0 mm festgelegt.
Tabelle 2
Hierbei muss der Abstand zwischen dem Auge und dem Scheitelpunkt der Oberfläche S₁ der Vergrößerungslinse 45 (konvexe Linse mit asphärischer Oberfläche) auf Grund individueller Unterschiede unter Verwendung der Breite festgelegt werden. Außerdem muss für eine Person, die eine Brille trägt, ein Abstand von wenigstens 20 mm sichergestellt sein, um eine Verwendung ohne Abnehmen der Brille zu ermöglichen.
In einer am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung 1, die so definiert ist, beträgt das Gewicht 280 g, der Abstand der Projektion vom Gesicht nach vorne 48 mm, wobei die Tragbarkeit in allen Fällen als gut bestätigt wurde. Das eine Gewichtsreduktion erreicht wurde, obwohl ein Flüssigkristallanzeigeelement 42 mit 1,32 Zoll verwendet wurde, liegt hier daran, dass die Vergrößerungsoptiken eine einzelne aus Kunststoff gefertigte Linse umfassen.
Ferner beträgt das Aperturverhältnis des Flüssigkristallanzeigeelements etwa 29,5 %, trotz der Verwendung eines hochauflösenden Anzeigeelements mit 300.000 Pixeln. Es kann somit eine Helligkeit von etwa 24 cd/m² sichergestellt werden, wobei dies ausreichend hell ist für die Betrachtung hochauflösender Bilder.
Zusätzlich dazu, dass die Anzahl der Pixel des Flüssigkristallanzeigeelements 42 hoch ist, ist ferner die Leistungsfähigkeit der Vergrößerungslinse passend gewählt; als Ergebnis ist die Bildqualität des vergrößerten Anzeigebildes frei von Verzerrungen und ist von Ecke zu Ecke klar. Außerdem drückt die verwendete Vergrößerungslinse die Verzerrung auf weniger als ±2 %, da sie asphärische Oberflächen aufweist, so dass es daher keine Bildverzerrung gibt. Außerdem ist die Raumfrequenz, die aus der Pixelteilung des Flüssigkristallanzeigeelements 42 erhalten wird, gleich 12 Linien/mm, jedoch kann eine ausreichende Auflösung erreicht werden, da die Modulation zur Betreibungsfunktion (MTF) der Raumfrequenz von 12 Linien/mm gleich 0,18 im maximalen horizontalen Sichtwinkel ist.
Da ferner die Vergrößerungslinse 45 der vorliegenden Ausführungsform mit guter Genauigkeit mittels Kunststoffspritzguss hergestellt werden kann, trägt dies ebenfalls zu einer höheren Bildqualität bei. Da außerdem der Durchsatz während der Fertigung hoch ist, können die Kosten reduziert werden.
Im Vergleich z. B. mit der Verwendung eines Flüssigkristallanzeigeelements, das diagonal 0,7 Zoll misst (zum Vergleich), wie in Tabelle 3 gezeigt ist, beträgt die Helligkeit dieses Vergleichs-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 kein Zustand, bei dem eine einzelne Vergrößerungslinse eine ausreichende Auflösung beim maximalen horizontalen Sichtwinkel bereitstellen kann.
Um außerdem bei der Dioptrieneinstellung im Bereich von –2,5 D bis 2,5 D einzustellen, ist die Vorne-Hinten-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 0,7-Zoll-Flüssigkristallanzeigeelement beträgt jedoch die Bewegung etwa 4 mm für die gleiche Dioptrieneinstellung, wobei eine Feineinstellung unmöglich ist.
Es ist zu beachten, dass zum Betrachten vergrößerter virtueller Bilder bis zu einem horizontalen Sichtwinkel von 35° unter Verwendung des gleichen Flüssigkristallanzeigeelements mit 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 überlegen, wenn ein Flüssigkristallanzeigeelement 42 in dem schraffierten 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 konstant angenommen, unabhängig von der Größe, wobei der Vergleich auf dem MTF-Wert der konvexen Linse beruhte. Die Anzahl der Pixel des Flüssigkristallanzeigeelements betrug jedoch 300.000; der maximale horizontale Sichtwinkel des vergrößerten Bildes ist 30°; und die Verzerrung der konvexen Linse wurde auf weniger als ±2 % gedrückt, indem asphärische Oberflächen verwendet wurden.
Diese Beziehung ist in 22 als die Beziehung zwischen der diagonalen Abmessung der Bildanzeigeoberfläche des Flüssigkristallanzeigeelements und der MTF beim maximalen horizontalen Sichtwinkel der konvexen Vergrößerungslinse gezeigt. Es ist zu beachten, dass die Raumfrequenz M des Flüssigkristallanzeigeelements ein geometrischer Wert ist, der aus der Pixelteilung P des Flüssigkristallanzeigeelements erhalten wird, und aus der folgenden Gleichung erhalten wird: M = 1/2 P (Linien/mm).
Es existiert daher keine Raumfrequenz, die äquivalent zur maximalen Raumfrequenz des Flüssigkristallanzeigeelements 42 ist und größer als diese im vergrößerten Bild ist.
Wie aus dieser Figur deutlich wird, ist dann, wenn die diagonale Abmessung der Bildanzeigeoberfläche 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 signifikante Bildverschlechterung auftritt. Wenn außerdem die diagonale Abmessung des Flüssigkristallanzeigeelements kleiner als 1,0 Zoll ist, steht das matrixförmige Abschirmungselement heraus, wobei sich der kombinierte Effekt der reduzierten MTF ergibt, und wobei der Betrachter eine signifikante Verschlechterung der Bildqualität beobachtet.
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 erkennbar, wenn sie noch größer wird. Daher kann bei 1,6 Zoll oder größer gesagt werden, dass sich kein Unterschied der Bildqualität ergibt. Wenn im Gegensatz hierzu die diagonale Abmessung 2,0 Zoll überschreitet, entwickeln sich Adressierungsprobleme, wobei die Gesamtgröße und das Gewicht der am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung zunehmen und die Tragbarkeit beeinträchtigt wird.
Da somit die diagonale Abmessung der Bildanzeigeoberfläche im Bereich von 1,0 Zoll bis 2,0 Zoll festgelegt wird, während die Vergrößerungsoptiken eine einzelne konvexe Linse umfassen, um die Größe und das Gewicht der Gesamtvorrichtung zu reduzieren, und Flüssigkristallanzeigeelemente mit einer Pixelteilung von 30 μm oder größer und 170.000 Pixeln oder mehr verwendet werden, bietet die am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung der vorliegenden Ausführungsform eine hervorragende Bildqualität, hervorragende Bedienungseigenschaften und eine hervorragende Tragbarkeit.
23 ist eine erläuternde Zeichnung, die den Positionsverschiebung- Verhinderungsmechanismus (Sicherungsmittel) zeigt, der in der Hauptvorrichtung einer am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung vorgesehen ist. In einer am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung, die einen solchen Mechanismus enthält und die der im Folgenden beschriebenen ersten Ausführungsform entspricht, 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 mit entsprechender Funktion verwendet, wobei eine weitere Beschreibung derselben weggelassen wird.
In 33 wird ein Luftsack 8a innerhalb der Hauptvorrichtung 10 aufgeblasen, um die Hauptvorrichtung am Kopf zu befestigen, auch in der am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung der vorliegenden Ausführungsform. Der Luftsack 8a ist jedoch über der gesamten inneren Oberfläche der Hauptvorrichtung 10 in diesem Beispiel vorgesehen. Wie im ersten Beispiel sind ein Luftrohr 81 und ein Ventil 82 für diesen Luftsack 8a vorgesehen. Wenn daher Luft vom Luftrohr 81 dem Luftsack 8a zugeführt wird, wenn 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 geringes Gefühl der Unbequemlichkeit für den Betrachter, wenn die Hauptvorrichtung 10 am Kopf getragen wird. Da ferner die Hauptvorrichtung 10 nicht wackelt, ergibt sich der zusätzliche Vorteil, dass Bilder mit hoher Bildqualität genossen werden können. Es ist zu beachten, dass Lautsprecher 6 in der Hauptvorrichtung 10 vorgesehen sind und der Luftsack 8a so vorgesehen ist, dass er die Stellen der Lautsprecher ausspart.
Außerdem wird in diesem Beispiel 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 daher zuverlässig definiert werden, wobei die gleichen Wirkungen erzielt werden können wie im ersten Beispiel.
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 kann, selbst wenn der Luftsack 8a nur an den Positionen vorgesehen ist, die den Vorderbereich und dem Hinterkopfbereich entsprechen. Ferner ist zu beachten, dass der Luftsack 8a auch nur an den Positionen, die den Seiten des Kopfes entsprechen, vorgesehen sein kann.
24 ist eine erläuternde Zeichnung, die den Positionsverschiebung-Verhinderungsmechanismus (Sicherungsmittel) zeigt, der in der Hauptvorrichtung einer am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung vorgesehen ist.
Wie in 24 gezeigt ist, ist in der am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung des vorliegenden Beispiels die Hauptvorrichtung 10 mechanisch am Kopf befestigt. Genauer ist ein Gewindeloch 85 in der Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung 3 (dem Hinterkopfbereichunterstützungselement) ausgebildet, wobei ein Gewindeschaft 86 in das Gewindeloch 85 eingesetzt wird. 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 Krümmung entsprechend dem Kopf geformt ist, und einen flexiblen Körper 864 (Hinterkopfbereichkontaktelement) aus Gummi und dergleichen, das auf die Oberfläche (der Rückseitenplatte 863) aufgebracht ist.
Wenn somit der Knopf 861 in Richtung des Einschraubens des Gewindeschafts 86 gedreht wird, nachdem die Hauptvorrichtung 10 auf dem Kopf platziert worden ist und das Dämpferpolster 221 der Hauptvorrichtung 10 den Vorderbereich berührt, drückt der Gewindeschaft 86 das Hinterkopfbereichpolster 862 gegen den Kopf. Als Ergebnis wird der Kopf zwischen dem Dämpferpolster 221 und dem Hinterkopfbereichpolster 822 gehalten, wobei die Hauptvorrichtung 10 fest am Kopf angebracht ist. Da ferner der flexible Körper 864 den Hinterkopfbereich berührt, können individuelle Unterschiede in Form und Größe des Hinterkopfbereiches ausgeglichen werden, wobei eine feste Unterstützung erreicht wird. Da somit die Hauptvorrichtung selbst dann stabil getragen werden kann, wenn der Kopf und der Körper bewegt werden, entsteht 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 Hinterkopfbereichunterstützungselements, das eine Stellschraube verwendet, wie oben beschrieben worden ist, nicht beschränkt sein sollen.
Die 25(a) und (b) sind erläuternde Zeichnungen, die den Positionsverschiebung-Verhinderungsmechanismus (Sicherungsmittel) zeigen, der in der Hauptvorrichtung einer am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist.
Die Hauptvorrichtung 10 ist auch bei der am Kopf montierten Bildanzeigevorrichtung der vorliegenden Ausführungsform, wie in 25(a) gezeigt ist, mechanisch am Kopf befestigt. Genauer ist ein Unterstützungsarm 87 an der vorderen Abdeckung 2 bis zur Oberseite des Kopfes ausgebildet, wobei ein Gewindeloch 871 im Unterstützungsarm 87 ausgebildet ist. In der Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung 3 ist ein lang gestrecktes 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. Ferner wird grundsätzlich die gleiche in 5 gezeigte Verbindungsstruktur in den Verbindungselementen 5 der vorderen Abdeckung 2 und der Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung 3 verwendet, jedoch ist das lang gestreckte Loch 874, wie in 25(a) gezeigt, anstelle der runden Löcher 301 in den Enden der Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung 3 ausgebildet.
Die Hauptvorrichtung 10 wird daher zuerst mit dem Dämpferpolster 221 der Hauptvorrichtung 10 am Vorderbereich anliegend getragen, wobei die Sichtlinienposition eingestellt wird. Wenn anschließend der Spielraum der Überlappung des Unterstützungsarms 87 und der Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung 3 eingestellt wird, wenn die Schraube 873 in das Gewindeloch geschraubt wird, ändert sich die Position der Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung 3 innerhalb des Längenbereiches des langgestreckten Loches 872. Da somit der Innendurchmesser in Vorne-Hinten-Richtung der Hauptvorrichtung 10 eingestellt wird, kann die Hauptvorrichtung 10 stabil auf dem Kopf getragen werden. Außerdem ergibt sich kein Gefühl der Unbequemlichkeit oder Instabilität, wobei Bilder mit hoher Bild qualität genossen werden können.
Es ist zu beachten, dass auf Grund des Hinterkopfbereichpolsters 875, das Gummi, eine Feder oder einen anderen flexiblen Körper umfasst, und dass an der inneren Oberfläche der Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung 3 ausgebildet ist, die Unbequemlichkeit gering ist, da der Hinterkopfbereich durch das Hinterkopfbereichpolster 875 in Vorne-Hinten-Richtung gehalten wird.
In einer Verbindungsstruktur, bei der Passelemente 201, die zur Innenseite in die Enden 20 der vorderen Abdeckung 2 hervorstehen, in Löcher 301 eingesetzt sind, die in den Enden 30 der Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung 3 ausgebildet sind, und Flanschelemente 63 der Lautsprecher 6 in Passelemente 201 eingesetzt sind, die nach innen in die Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung 3 hervorstehen, wie in 5 gezeigt und in der ersten Ausführungsform beschrieben worden ist, kann ein Gleitmechanismus, wie in den 27(a) bis (e) gezeigt ist, verwendet werden, entsprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, um von diesem Zustand ausgehend zu gleiten, bis die Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung 3 innerhalb der vorderen Abdeckung 2 aufgenommen ist, wie mit der gestrichelten Linie in 26 gezeigt ist.
Genauer ist in 27(a) ein Gleitelement 50, das das Passelement 201 umfasst, im Ende 20 der vorderen Abdeckung 2 vorgesehen. Dieses Gleitelement 50 umfasst ein Paar L-förmiger Klauen 52 an der Rückseite des Passelements 201, wie in den 27(b) und (c) gezeigt ist. Diese Klauen 52 sind in wechselweise gegenüberliegenden 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 nach vorne und hinten 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 Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung 3 sich von der in 27(a) gezeigten Position zu der in 27(d) gezeigten Position bewegen kann, wobei das Ende 30 vom Ende 20 der vorderen Abdeckung 2 und dem Lautsprecher 6 gehalten wird, kann die Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung 3 aus der Position, die mit der durchgezogenen Linie in 26 gezeigt ist, zu der mit der gestrichelten Linie gezeigten Position zurückgezogen werden, wobei die Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung 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 beim Tragen vorteilhaft, da die Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung 3 in der vorderen Abdeckung 2 mit dem in die Löcher 67 eingesetzten Vorsprung 53 gesichert werden kann. Wie in 27(c) gezeigt ist, kann außerdem, da die Scheitelpunkte der Projektion 53 auf der inneren Oberfläche der Führungselemente 66 gleiten, die Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung 3 leicht relativ zur vorderen Abdeckung 2 gleiten.
Anwendungen in der Industrie
Wie oben beschrieben worden ist, umfasst die vorliegende Erfindung ein Vorderbereichunterstützungselement und ein Hinterkopfbereichunterstützungselement, die in der Hauptvorrichtung vorgesehen sind, und ist durch einen Luftsack oder ein anderes Mittel gekennzeichnet, das in diesem Hinterkopfbereichunterstützungselement verwendet wird, um den vorderen Bereich relativ nach vorne zu drücken, um somit den vorderen Bereich und das Vorderbereichunterstützungselement zusammenzupressen. Es wird daher ein Gefühl der Stabilität erhalten, wenn die Erfindung getragen wird, da der Kopf auf der Grundlage des Vorderbereichunterstützungselements der Hauptvorrichtung 10 mittels der vorliegenden Erfindung positioniert werden kann. Da sich ferner die Hauptvorrichtung selbst dann nicht verschiebt, wenn der Körper oder der Kopf bewegt werden, ist das Gewicht der Hauptvorrichtung nicht zu spüren. Es ergibt sich somit kein Gefühl der Ermüdung oder der Unbequemlichkeit. Da außerdem die Beziehung zwischen den Positionen des optischen Systems und der Augen kontrolliert werden kann, ergibt sich keine Bildunschärfe, wobei die Bildqualität verbessert werden kann.
Wenn ferner die Bildanzeigevorrichtung und das Beleuchtungsmittel als eine einzige 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 die Dioptrieneinstellung bewegt werden, weshalb die Bildqualität nicht beeinträchtigt wird. Da ferner die Dioptrieneinstellung durch eine Einheit möglich ist, kann selbst dann eine konsistente Bildqualität genossen werden, wenn die Sehschärfe für die linken und rechten Augen unterschiedlich ist. Da außerdem die Bildanzeigevorrichtung und das Beleuchtungsmittel in unmittelbarer Nähe angeordnet sein können, indem diese als eine einzige Einheit kombiniert werden, ist die Beleuchtungseffizienz hoch. Als Ergebnis wird die Bildqualität nicht durch einen Entwurf mit geringem Stromverbrauch beeinträchtigt.
Da ferner die rechten und linken optischen Einheiten sich als Einheit bewegen, wenn die Position im Pupillenabstandsrichtung eingestellt wird, bewegt sich die Zentralposition zwischen den optischen Einheiten nicht. Als Ergebnis ist eine Betrachtung von einer auf den Pupillenabstand eingestellten Position möglich, da sowohl der relative Abstand zwischen den optischen Einheiten als auch die absoluten Positionen derselben eingestellt werden können.
Wenn außerdem die optische Achse aus der horizontalen Sichtlinie nach unten geneigt ist, kann die Bildbetrachtung mit einer natürlichen Sichtlinie ohne Ermüdung der Augenlider und dergleichen genossen werden. Da sich eine geringe Ermüdung ergibt, kann der Betrachter ein starkes Gefühl der Präsenz erhalten, da der Betrachter in die Bilder eintauchen kann.
Ferner können die Größe und das Gewicht reduziert werden, wobei eine hohe Bildqualität erhalten werden kann, indem als Anzeigevorrichtung ein Flüssigkristallanzeigeelement verwendet wird, bei dem die diagonale Abmessung der Bildanzeigeoberfläche gleich 1,0 bis 2,0 Zoll ist, die Pixelteilung gleich 30 μm oder größer ist, und die Anzahl der Pixel gleich 170.000 oder größer ist. Ferner können die Helligkeit, die Bedienbarkeit und die Wirtschaftlichkeit verbessert werden. Insbesondere kann eine hohe Bildqualität erhalten werden, während eine kompakte und leichte Vorrichtung erreicht wird, indem das Vergrößerungsmittel aus einer einzelnen Vergrößerungslinse hergestellt wird.

Claims

Am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung (1) zum Betrachten eines Bildes, umfassend: eine Hauptvorrichtung (10), die versehen ist mit einem Bildanzeigemittel zum Ausbilden eines Bildes mit einem Paar Flüssigkristallanzeigemodulen, wobei jedes Modul ein Flüssigkristallanzeigeelement (42) aufweist; einem Vergrößerungsmittel (45) zum virtuellen Vergrößern des Bildes; einem Vorderbereichunterstützungselement (23), das am Vorderbereich des Kopfes angeordnet ist, wenn es getragen wird, und einem Hinterkopfbereichunterstützungselement, das im Hinterkopfbereich des Kopfes angeordnet ist, wenn es getragen wird; ein Befestigungsmittel, das das Vorderbereichunterstützungselement (23) und den Vorderbereich des Kopfes in Kontakt hält, wenn die Hauptvorrichtung getragen wird; wobei die Hauptvorrichtung ferner umfasst: eine vordere Abdeckung (2), die das Bildanzeigemittel (42), das Vergrößerungsmittel (45) und das Vorderbereichunterstützungselement (23) aufnimmt; eine Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung (3), die das Hinterkopfbereichunterstützungselement aufnimmt; und Verbindungselemente (5), die die zwei Abdeckungen (2, 3) an den Seiten des Kopfes verbinden; wobei die Verbindungselemente (5) einen Unterstützungsmechanismus umfassen, der die Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung (3) mit der vorderen Abdeckung (2) verbindet, derart, dass die Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung (3) auf dem Unterstützungsmechanismus bezüglich der vorderen Abdeckung (2) drehbar ist; dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (5) einen Gleitmechanismus umfasst, wodurch die Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung (3) in Richtung zur vorderen Abdeckung (2) gleiten kann, während die Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung (3) relativ zur vorderen Abdeckung (2) drehbar bleibt.
Am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Vergrößerungsmittel (5) eine einzelne Vergrößerungslinse umfasst, wobei jedes Flüssigkristallanzeigemodul die Gleichung 30 · 10–3 ≤ P ≤ 0,0021 · W2 erfüllt, wobei W₂ die horizontale Breite der Bildanzeigeoberfläche des Flüssigkristallanzeigeelements (42) in Millimetern ist und P die horizontale Pixelteilung in Millimetern ist; und wobei der horizontale Sichtwinkel des vergrößerten virtuellen Bildes gleich 30° oder größer ist.
Am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Gleichung P ≤ 0,0016 · W2.erfüllt ist.
Am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Vorderbereichunterstützungselement (23) ein flexibles Element an einer Position umfasst, die den Vorderbereich des Kopfes berührt.
Am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Befestigungsmittel ein Aufblas/Entleerungs-Element (8), das zwischen einem aufgeblasenen Zustand und einem entleerten Zustand wechseln kann, an denjenigen Abschnitt der Innenfläche des Hinterkopfbereichunterstützungselements, der den Hinterkopfbereich des Kopfes berührt, umfasst.
Am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 5, bei der das Aufblas/Entleerungs-Element (8) ein Luftsack ist.
Am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, die ferner Lautsprecher (6) umfasst, die in die Verbindungselemente (5) eingebaut sind; wobei der Unterstützungsmechanismus die Rahmen der Lautsprecher (6) als Drehachse verwendet, die die Hinterkopfbereichunterstützungsabdeckung (3) in drehbarer Weise mit der vorderen Abdeckung (2) verbindet.
Am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 oder 7, die ferner in das Verbindungselement (5) eingebaute Lautsprecher (6) umfasst, und ein Luftloch an der Position eines Lautsprechers (6) aufweist, das vom Inneren der Hauptvorrichtung (10) nach außen führt.
Am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 oder 7 bis 8, 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 das Flüssigkristallanzeigemodul (42) und das Beleuchtungsmittel (43) zum Beleuchten des Flüssigkristallanzeigemoduls (42) von hinten umfassen; jede Anzeigeeinheit (46) mit einem Vergrößerungsmittel (45) in einer optischen Einheit integriert ist, von der ein Paar auf den rechten und linken Seiten der Hauptvorrichtung (10) aufgenommen ist; und die Hauptvorrichtung (10) ferner einen Zwischenpupillenabstand-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 10, bei der der Zwischenpupillenabstand-Einstellmechanismus (48) die optischen Einheiten (40) in Zwischenpupillenabstandsrichtung mittels Führung durch die Führungsstifte (469) bewegt, die von den optischen Einheiten (40) in entsprechende Führungskanäle (485) ragen, die in der Hauptvorrichtung (10) für eine Kooperation mit den Führungsstiften (469) ausgebildet sind.
Am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, bei der der Zwischenpupillenabstand-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 Bildanzeigmittel ein Paar integrierter Bildanzeigeeinheiten (46) enthält, die jeweils das Flüssigkristallanzeigemodul (42) und das Beleuchtungsmittel (43) zum Beleuchten des Flüssigkristallanzeigemoduls (42) von hinten umfassen; jede Bildanzeigeeinheit (46) mit einem Vergrößerungsmittel (45) in einer optischen Einheit (40) integriert, ist, von der ein Paar auf den rechten und linken Seiten in der Hauptvorrichtung (10) angeordnet ist; und die Hauptvorrichtung (10) ferner ein Axialpositionseinstellmittel 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 13, bei der das Axialpositionseinstellmittel Betätigungsknöpfe (459) enthält, die an einer vorderen Position der Hauptvorrichtung (10) angeordnet sind.
Am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 10 bis 14, 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 10 bis 15, bei der die optischen Achsen (L) der optischen Einheiten (40) so festgelegt sind, dass sie sich auf den nach vorne laufenden Verlängerungen der optischen Achsen (L) schneiden.
Am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 10 bis 16, bei der jede optische Einheit (40) einen Reflexionsspiegel (44) enthält, der auf der optischen Achsen (L) vorgesehen ist, wobei die optische Achse (L) der optischen Einheit (40) durch den Reflexionsspiegel (44) abgeknickt wird.
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 bezüglich der horizontalen Sichtlinie (P) der Augen einen Senkwinkel (Θ₁) bildet.
Am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 18, bei der der Senkwinkel (Θ₁) gleich 10° oder kleiner ist.
Am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 18, bei der der Senkwinkel (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 aus auf einer Leiterplatte (41) montierten Flüssigkristallanzeigeelementen (42) enthält, und dadurch gekennzeichnet ist, dass die Gleichung W₁ < G erfüllt 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 21, 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 einen offenen Bereich aufweist, der der Oberseite 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 Vorderbereichunterstützungselement (23) eine Vorderbereichunterstützungsabdeckung (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 diesen Optiksystem-Gehäuseabschnitt (20) von der Stirnseite trennt; wobei die Trennwand (252) ein ausgespartes Element (292) enthält, das in Richtung zum Optiksystem-Gehäuseabschnitt (20) in dem Bereich, in dem die Nase angeordnet ist, ausgespart ist.
Am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, bei der eine halbdurchlässige Abschirmungsabdeckung (26) an der unteren vorderen Seite der Hauptvorrichtung (10) vorgesehen ist, um das von der Unterseite kommende Licht zu reduzieren.
Am Kopf montierte Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 26, bei der die Abschirmungsabdeckung (26) eine Größe aufweist, die ein abwärts 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.