專(zhuān)利名稱(chēng)：光學(xué)分束器單元和包括這種單元的雙目顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)分束器單元和包括這種分束器單元的顯示裝置。
公布的PCT專(zhuān)利No.WO 85/04961示出了一種解決方法，其中采用了X形立方體棱鏡來(lái)分離光路，并且來(lái)自一個(gè)方向的光束由相交的反射面引向兩個(gè)不同光路。該裝置的質(zhì)量相對(duì)較大，這在一定的情況下是不利的，例如顯示裝置裝在頭上時(shí)。
據(jù)了解，在生活的許多領(lǐng)域中需要為觀(guān)看者擴(kuò)大目標(biāo)源的視角，并且具有許多不同類(lèi)型的實(shí)現(xiàn)此目的的技術(shù)措施，從簡(jiǎn)單的小型放大鏡，顯微鏡和腹腔鏡，到望遠(yuǎn)鏡。在單目裝置中，目標(biāo)源視角的放大僅能被一只眼看見(jiàn)。然而，僅由一只眼看并不自然，長(zhǎng)時(shí)間后甚至?xí)钊藷┰?，因此具有可以用雙眼觀(guān)看目標(biāo)源的裝置是必不可少的，由此，需要雙目裝置，不同形式的雙目裝置已被知道和使用。
已知的雙目裝置的共同特征是這些裝置都包括分束器單元，分束器單元將從諸如安裝在頭部上的計(jì)算機(jī)顯示器的目標(biāo)源開(kāi)始的光束分成兩束并引向左眼和右眼。分光裝置是反射鏡或棱鏡的反射面，反射面可以是全反射的或半透明的。
分光基本上可以以?xún)煞N方式實(shí)現(xiàn)。在第一種情況下，例如，因?yàn)閺哪繕?biāo)源到左眼底和從目標(biāo)源到右眼底的兩個(gè)光路的第一部分朝向兩個(gè)以V形相繼放置的不透明的反射面?zhèn)魉?，該反射面以不同的方向反射光束，因此從目?biāo)源到左眼底和從目標(biāo)源到右眼底的兩個(gè)光路的第一部分形成夾角。在第二中情況下，光路的第一部分一致，然后具有半透明表面的分束器單元使一部分光束通過(guò)而將其余的沿不同的方向反射。
日本專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)No.06110013(盧崎等人)；日本專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)No.07287185(昭志等人)；及美國(guó)專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)No.5,682,173(霍洛科夫斯基等人)的主題是代表上述第一種情況的裝置。在這些裝置中，以V形安排的反射鏡用于分離光路。這些方法的共同缺點(diǎn)是因?yàn)閮蓚€(gè)反射鏡都不放置在顯示屏的對(duì)面，而是其中之一稍向左并且另一個(gè)稍向右，因此發(fā)生梯形扭曲，并且如果顯示屏太接近V形反射鏡的交叉邊緣，則從顯示屏的一定點(diǎn)光束甚至不能到達(dá)兩個(gè)反射鏡。由于這一原因，顯示屏和V形反射鏡之間應(yīng)當(dāng)保持相當(dāng)大的距離，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)該距離應(yīng)當(dāng)是顯示屏對(duì)角線(xiàn)的兩倍，由此，一方面導(dǎo)致了裝置結(jié)構(gòu)尺寸的增加，另一方面顯示屏和在V形反射鏡后面的透鏡之間的距離將加大，因?yàn)闉榱耸孢m觀(guān)看較遠(yuǎn)的虛像，顯示屏距離透鏡的距離必須等于其焦距，所以降低了對(duì)圖像的可行的放大，并且具有較大焦距的透鏡放大程度較小。
在雙目裝置的情況下，為了對(duì)稱(chēng)，微型顯示器必須放置在兩眼之間，并且如果微顯示器和V形反射鏡之間的距離較大，裝置將象鳥(niǎo)嘴一樣凸起，在裝置戴在頭部的情況下，從審美的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看并且因?yàn)檩^大的壓力施加在鼻梁上，所以是不合適的。美國(guó)專(zhuān)利No.5,682,173通過(guò)在顯示屏和V形反射鏡之間的光路中再放置兩個(gè)反射鏡解決了這一問(wèn)題，由此光路以90°被反射兩次。在專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)No.07287185的情況下，為了相同的目的，在顯示屏和V形反射鏡之間的光路中放置了一個(gè)單獨(dú)的反射鏡。
上述專(zhuān)利申請(qǐng)No.WO 85/04961(摩斯)研究了上述光學(xué)分光的第二種情況，即當(dāng)光路的第一部分一致，然后具有半透明表面的分束器單元使一部分光束通過(guò)并且將其余的沿不同的方向反射時(shí)的情況，該專(zhuān)利申請(qǐng)采用了眾所周知的光學(xué)元件，即X形立方體棱鏡，其內(nèi)表面是半透明的反射面，以便分離來(lái)自目標(biāo)源的光束。在此裝置中，顯示屏和X形立方體棱鏡之間的距離原則上可以減少到零。然而，X形立方體棱鏡是實(shí)心體，因此它很重，制造四個(gè)直角棱鏡并將其粘在一起形成X形立方體棱鏡是昂貴，復(fù)雜和費(fèi)力的。
根據(jù)本發(fā)明的分束器單元基于如下認(rèn)知，即因?yàn)楸舜艘訶形相交的兩個(gè)無(wú)限薄的半透明鏡能夠完美地部分通過(guò)傳輸且部分通過(guò)反射而在兩個(gè)方向上分離并導(dǎo)引與其平分面平行并且與其交線(xiàn)垂直到達(dá)的光束，所以彼此以X形相交的兩個(gè)無(wú)限薄半透明鏡理論上能夠同時(shí)解決上面列舉的四個(gè)任務(wù)。然而，實(shí)際上沒(méi)有無(wú)限薄的平板，并且過(guò)薄的玻璃板會(huì)破裂，過(guò)薄的塑料板會(huì)彎曲，并且如果板制造得越厚，反射鏡的相交區(qū)域?qū)a(chǎn)生更大的陰影帶。此相交區(qū)域在光學(xué)意義上相當(dāng)于不透明體并且將一條陰影投射在圖像上，并且意味著反射更加減弱。該陰影帶對(duì)觀(guān)看圖像的人極其令人心煩并且在多數(shù)情況下，尤其是在視頻圖像或計(jì)算機(jī)屏幕的情況下是不允許的。然而我們注意到，如果我們構(gòu)造一種由彼此垂直的平行平面板制造的光學(xué)分束器單元，兩平板沿一個(gè)邊緣彼此接觸，并且它們從該邊緣開(kāi)始的端面是光學(xué)表面，而它們從該邊開(kāi)始朝向被分離光束方向的側(cè)面是半透明的反射面，此外，如果這些平行平面板以這種方式圍繞一個(gè)或兩個(gè)透明體，即它們的端面落在它，或它們的平面的延續(xù)面上，該平面或者是半透明的反射面，或者它們包括半透明的反射面和完全反射面，則上述陰影區(qū)可以完全消除，并且可以制造滿(mǎn)足所有四個(gè)目的要求的光學(xué)分束器單元。
根據(jù)本發(fā)明的分束器單元進(jìn)一步地基于認(rèn)知，即對(duì)于利用保證防止破裂的滿(mǎn)意的安全性的適當(dāng)?shù)墓潭艿哪撤N應(yīng)用，分束器單元可以由具有最小厚度的平行平面板制造，將其組裝在一起成為一個(gè)投影為X形的單元，這種方式使上述的陰影區(qū)可以忽略或幾乎是不顯著的并且以這種方式它不會(huì)不利地影響所給定單元的固有功能，并且同時(shí)適當(dāng)?shù)氐挚蛊屏鸦驈澢?br> 根據(jù)本發(fā)明的雙目顯示單元基于認(rèn)知，即如果滿(mǎn)足如下條件，可以構(gòu)造雙目顯示裝置，使其具有最小的尺寸和質(zhì)量在微顯示器的顯示屏開(kāi)始的光束由具有與顯示屏相應(yīng)尺寸的兩個(gè)反射面分離，反射面以X形彼此相交，因?yàn)檫@些反射面以相同的體積將光束引向左側(cè)和右側(cè)；具有最小質(zhì)量的光學(xué)分束器單元是根據(jù)本專(zhuān)利申請(qǐng)，因?yàn)楣鈱W(xué)平行平面板具有兩個(gè)連續(xù)的反射面；由放置在光路中接近光學(xué)分束器單元相對(duì)兩側(cè)的調(diào)焦元件能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)微顯示器顯示屏最大放大倍數(shù)并且同時(shí)實(shí)現(xiàn)最緊湊的布置；如果調(diào)焦元件的形狀是相應(yīng)于棱鏡或來(lái)自于平行六面體形的顯示屏的棱錐形光路的橫截面的平行六面體，并且眼睛前面的反射鏡的形狀是相應(yīng)于棱錐形光路的傾斜的橫截面的不等邊四邊形，調(diào)焦元件的尺寸最?。痪哂凶钚〕叽绲难劬η懊娴姆瓷溏R應(yīng)當(dāng)恰好放置在瞳孔的前面，否則在其中不能看見(jiàn)完整的圖像；其水平布置的方向應(yīng)當(dāng)是調(diào)焦元件的光學(xué)軸線(xiàn)；當(dāng)僅僅微顯示單元，X形鏡光學(xué)分束器單元和調(diào)焦元件用外殼圍繞，眼睛前面的反射鏡用支架連接在該外殼上時(shí)，該裝置的外部尺寸最小。
當(dāng)不使用時(shí)該裝置的尺寸通過(guò)折疊被連接的反射鏡能夠進(jìn)一步減??；能夠用上述措施小型化的該裝置可以如此小，以至它可以被交叉地放置在移動(dòng)電話(huà)的外殼中；其重量可以如此小，以至不需要用于將其安裝在頭部的攜帶裝置(例如，頭盔，頭巾，或眼睛架或鼻夾)，但它能夠用夾子固定在鼻梁上。
當(dāng)夾在鼻梁上的該裝置不使用時(shí)最優(yōu)選的方式是將其作為大獎(jiǎng)?wù)麓髟陬?lèi)似項(xiàng)鏈的固定圈上，在這種情況下該裝置總是“在手邊”，類(lèi)似于手表我們將總是攜帶它，并且如果必要它能夠在運(yùn)動(dòng)中戴著。
通過(guò)將固定圈形成為電纜并將其裝備上兩個(gè)固定在相對(duì)位置上的耳機(jī)，可以以最簡(jiǎn)單的方式制成一種提供圖像和聲音的裝置，在這種情況下耳機(jī)的機(jī)械支撐元件是電路連接電纜自身；從重量，體積分布和美感的角度看，當(dāng)將在控制單元中的該裝置戴在頸背時(shí)，優(yōu)選方式是將操作該裝置必要的其它電子單元放置得離顯示器單元盡可能遠(yuǎn)；為了與外部聲音，數(shù)據(jù)和視頻信號(hào)(例如，由移動(dòng)電話(huà)，便攜式計(jì)算機(jī)，游戲控制器，DVD播放器，標(biāo)號(hào)電視發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的)無(wú)線(xiàn)連接，優(yōu)選方式是將微顯示器驅(qū)動(dòng)電路，無(wú)線(xiàn)電頻率收發(fā)機(jī)回路，標(biāo)號(hào)電視接收回路，微處理器和電源中的任意一個(gè)設(shè)置在顯示單元或控制單元中。
將話(huà)筒設(shè)置在顯示單元的外殼中也是實(shí)用的，因?yàn)橛纱嗽撗b置可以用作信息技術(shù)裝置的終端或用作獨(dú)立的信息技術(shù)裝置；根據(jù)認(rèn)知以這種方式我們可以獲得個(gè)人通信裝置，該通信裝置可以連續(xù)地戴著并且可以通過(guò)以下方式到達(dá)頭上的感覺(jué)器官a./將耳機(jī)之一放入耳朵里，而對(duì)著頸部上的話(huà)筒講話(huà)(移動(dòng)電話(huà)功能)；b./將兩個(gè)耳機(jī)都放入耳朵里(所聽(tīng)到的聲音具有更好的音質(zhì)；立體聲的可能性)，對(duì)著頸部上的話(huà)筒或舉在嘴前的話(huà)筒講話(huà)；c./將該顯示裝置夾在鼻梁上(虛擬監(jiān)視器功能)；d./將該顯示裝置夾在鼻梁上，將一個(gè)或兩個(gè)耳機(jī)放入耳朵里(視頻眼鏡功能，具有單聲，更多聲或立體聲)。
我們注意到，如后面具體所述，該顯示裝置也可以添加微型攝影機(jī)，這將進(jìn)一步拓展其功能。
根據(jù)上面詳細(xì)描述的認(rèn)知，用光學(xué)分束器單元我們解決了本發(fā)明的目的，該光學(xué)分束器單元包括在共同的交線(xiàn)開(kāi)始的具有朝向被分離的光束的方向分叉的光反射面的透明平行平面板，并且光學(xué)分束器單元的特征是同樣在共同的交線(xiàn)開(kāi)始并且與包含光反射面的平行平面板的側(cè)面相鄰并且彼此垂直的平行平面板的端面，垂直于與其有關(guān)的側(cè)面并且這些端面具有平面和光學(xué)平面；至少一個(gè)由透明材料制成并鄰接所述平行平面板的這種體，其包含半透明反射面，或由半透明反射部分和完全反射部分組成的表面并且其表面在上述端面的平面內(nèi)并且從這些端面開(kāi)始使其繼續(xù)延長(zhǎng)。
一種有利地實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)分束器單元的方式的特征是該裝置還具有第二和第三平行平面板，第二和第三平行平面板位于具有朝向被分離的光束的方向分叉的光學(xué)反射面的第一和第二平行平面板的延長(zhǎng)面上并且作為透明體第二和第三平行平面板與第一和第二平行平面板鄰接。
所有平行平面板都由具有相等的厚度和折射率的同樣材料制成并且它們是扁平的平行六面體形，并且它們沿著彼此平行的邊相互連接并且它們?cè)诖怪庇谶B接邊的截面中形成X形的單元。
實(shí)用的方式是a)該分束器單元下面的部分是半透明的反射面朝向相鄰的第二平行平面板的第一平行平面板的側(cè)面和有利地具有如下寬度的其相對(duì)側(cè)面的部分；s=.2n2-1]]>該寬度從其與第四平行平面板相連接的邊開(kāi)始測(cè)量，并且式中平行平面板的厚度為v，及其材料的折射率為n；朝向第一平行平面板的第二平行平面板的側(cè)面和有利地具有根據(jù)上述公式從其與第三平行平面板相鄰接的邊開(kāi)始測(cè)量的寬度s的其相對(duì)側(cè)面的部分，朝向相鄰的第二平行平面板的第三平行平面板的側(cè)面，除去其有利地具有根據(jù)上述公式從其與第二平行平面板相鄰接的邊開(kāi)始測(cè)量的寬度s的部分，朝向相鄰的第一平行平面板的第四平行平面板的側(cè)面，除去其有利地具有根據(jù)上述公式從其與第一平行平面板相鄰接的邊開(kāi)始測(cè)量的寬度s的部分及b)下面給出的部分是完全反射的朝向相鄰的第二平行平面板的第三平行平面板的側(cè)面的部分，有利地具有根據(jù)上述公式從其與第二平行平面板相鄰接的邊開(kāi)始測(cè)量的寬度s，朝向相鄰的第一平行平面板的第四平行平面板的側(cè)面的部分，有利地具有根據(jù)上述公式從其與第二平行平面板相鄰接的邊開(kāi)始測(cè)量的寬度s。
c)下面給出的部分是光學(xué)平的
朝向第三平行平面板的第一平行平面板的第一端面，及朝向第四平行平面板的第二平行平面板的第二端面。
這里我們注意到，除此之外所有的平行平面板的所有側(cè)面必然也是光學(xué)表面。光學(xué)表面應(yīng)理解為這樣的平面，其平面粗糙度小于σ＝10。半透明表面應(yīng)理解為部分地傳輸和部分地反射自然光或偏振光的表面。
上面限定的光學(xué)分束器單元的結(jié)構(gòu)包括第一，第二，第三和第四平行平面板，其厚度是v并且折射率是n，以X形如此布置，即第一和第三平行平面板的兩個(gè)側(cè)面每一個(gè)都與同一平面相鄰，并且類(lèi)似地，第二和第四平行平面板的兩個(gè)側(cè)面每一個(gè)都與同一平面相鄰，朝向第三平行平面板的第一平行平面板的第一端面與朝向第一平行平面板的第二和第四平行平面板的側(cè)面在同一平面上，并且它是光學(xué)表面，朝向第四平行平面板的第二平行平面板的第二端面與朝向第二平行平面板的第三平行平面板的側(cè)面在同一平面上，并且它是光學(xué)表面。朝向第二平行平面板的第一平行平面板的側(cè)面，朝向第一平行平面板的第二平行平面板的側(cè)面，朝向第二平行平面板的第三平行平面板的側(cè)面和朝向第一平行平面板的第四平行平面板的側(cè)面都是半透明反射面。第一端面使第二平行平面板和第四平行平面板的半透明反射面成為連續(xù)的反射面，類(lèi)似地，第二端面使第一平行平面板和第三平行平面板的半透明反射面成為連續(xù)的反射面，因?yàn)樗鼈兪枪鈱W(xué)表面，所以它們?cè)谕耆珒?nèi)反射的極限角下反射射在其上的光束。
落入第一平行平面板和第二平行平面板的半透明反射面的平分面并且垂直于上述半透明反射面的交線(xiàn)并且指向該交線(xiàn)的方向稱(chēng)為接收方向，因?yàn)樯鲜鯴形反射鏡光學(xué)分束器單元將來(lái)自于該方向的光束完美地分離，并且在第一平行平面板和第二平行平面板的半透明反射面的外部平行的邊之間的具有垂直于接收方向的平面的長(zhǎng)方形區(qū)域稱(chēng)為接收側(cè)，因?yàn)槟繕?biāo)源可以放在此處或離此處更遠(yuǎn)。
由于向反射鏡彼此相交的地方的外面?zhèn)鞑サ墓馐龅絻纱伟胪该鞯姆瓷涿?一次光束從反射面被反射而一次光束穿過(guò)反射面)，即光束兩次失去其光強(qiáng)度的一些，因此就穿過(guò)反射鏡彼此相交的地方的光束來(lái)說(shuō)需要確保失去相同的光強(qiáng)度，否則，被投射的由僅僅被過(guò)濾一次的光束所形成的圖像將更亮。實(shí)際上它作為穿過(guò)圖像中部的煩擾的亮線(xiàn)而出現(xiàn)。根據(jù)認(rèn)知，該問(wèn)題用根據(jù)上述的本發(fā)明的解決方法能夠極佳地被解決。
本發(fā)明的主題還包括具有從共同的交線(xiàn)開(kāi)始具有朝著被分離的光束分叉的光反射面的透明的平行平面板的光學(xué)分束器單元，其本質(zhì)是它具有四個(gè)平行平面板，每一個(gè)比0,4mm薄，在與交線(xiàn)垂直的橫截面中它們形成X形單元，其中相鄰的平行平面板彼此之間形成90°±20°的夾角并且平行平面板或傳統(tǒng)的半透明的反射鏡，或完全傳輸沿一個(gè)方向偏振的光的成分并且部分地傳輸和部分地反射沿另一個(gè)方向偏振的光的成分的起偏振鏡。由于相交的區(qū)域非常薄，由此其陰影顯示得模糊，從而，不令人煩擾，在充分薄的平行平面板的情形陰影甚至不能被看見(jiàn)。
另一個(gè)光學(xué)分束器單元具有從共同的交線(xiàn)開(kāi)始具有朝著被分離的光束分叉的光反射面的透明的平行平面板，該單元的特征是它具有三個(gè)平行平面板，每一個(gè)比0,4mm薄，在與交線(xiàn)垂直的橫截面中它們形成X形單元，其中較短的兩個(gè)平行平面板的端面緊靠到第三平行平面板表面的中部，以便它們?cè)诘谌叫衅矫姘宓拿恳粋?cè)上形成彼此的延長(zhǎng)面，并且在單元(22)中在較長(zhǎng)的薄平行平面板和較短的薄平行平面板彼此之間的夾角單獨(dú)地是90°±20°并且反射鏡板或傳統(tǒng)的半透明的反射鏡，或完全傳輸沿一個(gè)方向偏振的光的成分并且部分地傳輸和部分地反射沿另一個(gè)方向偏振的光的成分的起偏振鏡。
本發(fā)明的進(jìn)一步的主題是雙目圖像顯示裝置，該裝置具有光學(xué)分束器單元，此外，包括調(diào)焦元件和眼睛前面的反射鏡，并且該裝置的特征是其分束器單元是根據(jù)本發(fā)明的X形反射鏡光學(xué)分束器單元并且其特征在于當(dāng)從到達(dá)光學(xué)分束器單元的半透明反射面的光束的方向看時(shí)，即從接收方向看，兩個(gè)調(diào)焦元件設(shè)置在光學(xué)分束器單元相對(duì)的兩側(cè)并且這些調(diào)焦單元的公共光軸垂直于接收方向，并且在兩側(cè)，眼睛前面的反射鏡位于這些調(diào)焦元件的外側(cè)，并且這些反射鏡的反射面與上述光軸成45°±15°的夾角δ，并且這些反射鏡的反射面平面的交線(xiàn)平行于光學(xué)分束器單元半透明反射面的交叉反射鏡交線(xiàn)的交線(xiàn)。
優(yōu)選方式是，光學(xué)分束器單元，調(diào)焦元件和眼睛前面的反射鏡設(shè)置在罩子中，此罩子包括在眼睛前面的反射鏡前面和在光學(xué)分束器單元接收側(cè)的進(jìn)光口。此外，有利的方式是，光學(xué)分束器單元和調(diào)焦元件安裝在殼體中，該殼體具有用于調(diào)焦元件的進(jìn)光口并且該殼體由蓋板覆蓋，并且眼睛前面的反射鏡連接在第一滑板和第二滑板上，伸入殼體的滑板柄是彼此平行的齒條，并且在兩齒條中間具有將兩齒條連接并能夠沿相反方向移動(dòng)它們的齒輪。
根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施例，該裝置包括目標(biāo)源，例如，所述目標(biāo)源可以是微顯示單元的顯示屏。在這種情況下，優(yōu)選方式是，微顯示單元的顯示屏的平面平行于由交叉反射鏡的交線(xiàn)和由光軸所限定的平面，并且放置在光學(xué)分束器單元的接收側(cè)，另一個(gè)優(yōu)選方式是，該裝置包括至少一個(gè)照亮所述微顯示單元的顯示屏的諸如發(fā)光二級(jí)管的光源，該光源放置在光學(xué)分束器單元的平行平面板的交點(diǎn)和裝置外殼之間。另一個(gè)實(shí)用的方式是，該裝置包括從后面照亮微顯示單元各處的光源，并且該光源放置在所述微顯示單元和裝置外殼之間。根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施例，在所述光學(xué)分束器單元的兩側(cè)上，在該光路中，具有垂直于調(diào)焦元件的光軸的液晶遮光器。
優(yōu)選方式是所述裝置包括兩個(gè)與裝置外殼一體制成的兩個(gè)夾板。
另一個(gè)該圖像顯示裝置實(shí)施例的特征是，在所述裝置外殼接近使用者頭部的側(cè)面上具有與裝置外殼一體制成的鉤形軌，它們的母線(xiàn)彼此平行；優(yōu)選方式是所述裝置包括固定在所述鉤形軌之間的夾式連接器，所述夾式連接器實(shí)際上包括隨所述裝置外殼中凹部的曲面的彎曲板，兩個(gè)夾板和翼板，所述翼板的間距寬度等于所述鉤形軌之間的距離。
根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施例，該裝置包括支撐架，支撐架由下列元件組成兩個(gè)金屬眼鏡的側(cè)臂，用鉸接結(jié)構(gòu)連接它們并被附到它們上的鼻梁架，連接到鼻梁架上的鼻梁支撐臂及裝置固定單元；有利的方式是，鼻梁架是窄板，其上表面與位于眼鏡的側(cè)臂上的平面重合或平行，并且其最大厚度是1.7mm，并且另一種優(yōu)選方式是上述的鼻梁支撐包括兩個(gè)指向朝下，彼此平行并且被設(shè)置在與鼻梁架的中心相同距離的位置的鼻梁支撐臂，及兩個(gè)連接在鼻梁支撐臂端部上的鼻梁支撐墊，并且裝置固定單元由兩個(gè)指向朝下，在底部閉合，彼此平行并且被設(shè)置在與鼻梁架的中心相同距離的位置的U形固定橫桿組成。
另一個(gè)該圖像顯示裝置實(shí)施例的特征是，所述裝置至少包括一個(gè)微顯示器驅(qū)動(dòng)回路，和/或無(wú)線(xiàn)電頻率接收器—傳輸器回路，和/或電源和/或微處理器。
根據(jù)進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例，在所述裝置外殼的一端上具有在紅外線(xiàn)范圍內(nèi)感光的CCD圖像記錄芯片，并且在其另一端之上前透鏡如此設(shè)置，即前透鏡的第三光軸與所述CCD圖像記錄芯片的探測(cè)表面成直角。在右眼前面的目鏡之上，在紅外線(xiàn)范圍內(nèi)反射，在可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍內(nèi)透明的反射元件放置在右眼和探測(cè)表面之間的光路中。有利地方式是，在所述前透鏡上具有紅外發(fā)光二級(jí)管，并且其光被引導(dǎo)到所述反射元件。
另一個(gè)實(shí)用的方式是，在所述裝置外殼的頂部上，在所述裝置外殼中形成用于鼻子的所述凹部上，設(shè)置有具有探測(cè)表面的CCD圖像記錄芯片，探測(cè)表面所在的平面平行與由調(diào)焦元件的光軸和交叉反射鏡的交線(xiàn)所限定的平面，并且在CCD圖像記錄芯片的前面，在所述微顯示單元上設(shè)置有具有與所述探測(cè)表面垂直的光軸的第二前透鏡。
在下述實(shí)施例中，我們采用反射式微顯示器，該顯示器需要垂直于顯示屏平面照明。在此情況下優(yōu)選方式是，由極薄的(0.1-0.2mm厚)平行平面板形成X形鏡光學(xué)分束器單元，并通過(guò)這些平行平面板為顯示屏照明。為了均勻照明我們?cè)陔x顯示屏較遠(yuǎn)的兩個(gè)平行平面反射鏡之間的空間(或在由三個(gè)平行平面板形成的分束器單元的情形，在較遠(yuǎn)的平行平面板和半平行平面板之間)放置反射元件或調(diào)焦元件，它將光源的光，優(yōu)選方式為三原色發(fā)光二極管光，投射到顯示屏。為了使為顯示屏照明的光源的光，或由X形鏡直接反射的光不照射進(jìn)眼睛中，在光源和光學(xué)分束器單元之間我們放入沿一個(gè)方向偏振的偏振板，并且在光路中我們?cè)诠鈱W(xué)分束器單元的兩側(cè)放入沿另一個(gè)方向(垂直于前一個(gè)方向)的偏振板，由此僅僅從顯示屏反射的，其極性已經(jīng)改變的光束通過(guò)后面的兩個(gè)偏振板。
如果X形鏡光學(xué)分束器單元的光學(xué)反射面是部分地反射和部分地傳輸偏振光的光學(xué)層，在這種情況下，引起較大程度光強(qiáng)度損失的光學(xué)表面或元件減少，并且由此與前面實(shí)施例相比，到達(dá)眼睛的光強(qiáng)度增加幾倍，或用消耗極少電能的非常小容量的光源我們就能夠獲得同樣的光強(qiáng)度。
在進(jìn)一步的實(shí)施例中，柔性固定圈的兩端固定在控制器的相對(duì)兩端，控制器包括具有微顯示器的顯示器單元的目鏡，光學(xué)分束器單元，調(diào)焦元件，目鏡，顯示器外殼和鼻梁夾，在固定圈中有電纜，并且具有經(jīng)分支由機(jī)械方式連接在固定圈上和電連接在固定圈上的耳機(jī)。所述固定圈的長(zhǎng)度在鼻子的平面處比使用者頭部的直徑長(zhǎng)。在固定圈離顯示器單元最遠(yuǎn)的部分具有控制單元，所述控制單元包括用于微顯示器驅(qū)動(dòng)的電子單元，電源，微處理器，無(wú)線(xiàn)電頻率收發(fā)機(jī)回路和標(biāo)號(hào)電視接收回路，其中固定圈的一個(gè)分支永久固定，另一個(gè)分支如此固定，即可以分開(kāi)。
從

圖1可以看出，當(dāng)光束a到達(dá)板1的半透明的反射面時(shí)，光束以直角被部分地以一半的強(qiáng)度反射回來(lái)，并且部分地以一半的強(qiáng)度進(jìn)入板1中。以直角反射回來(lái)的光束到達(dá)板2的半透明反射面，并且部分地以四分之一的強(qiáng)度朝向目標(biāo)源的方向反射回來(lái)，這里未示出，經(jīng)折射后光束部分地以四分之一的強(qiáng)度進(jìn)入板2，然后經(jīng)再一次的折射后光束以與接收方向5，即箭頭所示的接收方向成直角向左離開(kāi)(考慮圖示的情況)。光束b，c和d具有相同的光路。
光束e首先到達(dá)板2的半透明反射面，且光束部分地以直角朝向板1并且由此朝向目標(biāo)源的方向反射回來(lái)，及經(jīng)折射后光束部分地進(jìn)入板2，且在板2的端面2a的不平和粗糙的表面，即不是光學(xué)表面的表面上分散。光束f和g具有相同的光束路徑。當(dāng)光束h，i，j和k到達(dá)板2的半透明反射面時(shí)，它們以一半的強(qiáng)度部分地朝向板1并且從此處朝向目標(biāo)源反射回來(lái)，及經(jīng)折射光束以一半的強(qiáng)度進(jìn)入板2，然后經(jīng)再次折射它們離開(kāi)那里并且到達(dá)板1的半透明反射面，在這里它們以四分之一的強(qiáng)度部分地反射回來(lái)并且離開(kāi)，及經(jīng)再次折射它們以四分之一的強(qiáng)度進(jìn)入板1。如圖1清楚地所示，到達(dá)光束d和h之間范圍的光束g，f，e不出現(xiàn)在左側(cè)的圖像顯示器中，這意味在圖像中放映寬度為t的陰影區(qū)。
圖2中的標(biāo)號(hào)和標(biāo)記使用根據(jù)它們?cè)趫D1中的含義。如上針對(duì)圖1所述，光束a-e和i-l顯示在右側(cè)的圖像顯示器中，但到達(dá)光束e和i之間范圍的光束f，g和h在板3端面3a的不平和粗糙的，不是光學(xué)表面的表面上分散，由此在這種情況下，同樣，寬度為t的區(qū)域不反射光束。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)分束器單元實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，該裝置包括第一平面平行板6和第二平面平行板7，且該裝置還具有也由透明材料制造的透明體10，并且根據(jù)此實(shí)施例，板6和板7的厚度彼此不同。板6和板7在它們的邊9a，9b處彼此連接，并且它們?cè)谶?a，9b開(kāi)始和彼此相對(duì)并且使半透明反射面的側(cè)面6a，7a彼此成α＝90°的角度。(在圖3中示出了與構(gòu)成光學(xué)分束器單元的部件的相交區(qū)域的連接邊9a和9b相垂直的截面。)端面6b，7b在側(cè)面6a，7a開(kāi)始并與這些側(cè)面垂直，即圖3所示的角β是直角，端面6b，7b是光學(xué)表面，這意味著它們被磨到完全光滑并且磨光到透明。由于所描述的幾何條件，表面7a，6b在同一平面內(nèi)，透明體10的表面10a也在表面7a，6b的共同的平面和延長(zhǎng)面中，表面7a，6b以及透明體10的表面10a，10b都是半透明反射面。這里我們注意到，因?yàn)槿绻该黧w是透明的，與端面6b，7b鄰接的透明體10的表面不起任何作用，正如我們?cè)诤竺鎸?huì)清楚地看見(jiàn)的一樣，所以透明體10不必填充端面6b，7b之間的空間，該處也可以是空的。
根據(jù)圖3當(dāng)從箭頭所示的接收方向5到達(dá)的光束到達(dá)平行平面板6的半透明反射面時(shí)，光束部分地進(jìn)入板6的里面并且在其端面8上被反射然后在其相對(duì)的側(cè)面離開(kāi)，部分地反射回來(lái)，及到達(dá)另一個(gè)平行平面板7的反射面，在這里，光束部分地反射回來(lái)(圖中未示出)并且部分地進(jìn)入板7，經(jīng)另一次反射在其相對(duì)的側(cè)面離開(kāi)。光束a分成光束a’和a”。兩束光束垂直于接收方向5，并且沿相反的方向朝向左眼和右眼離開(kāi)。
圖4所示的根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)分束器單元的實(shí)施例由四個(gè)具有相等厚度v的透明平行平面板構(gòu)造，即由第一平行平面板，第二平行平面板，第三平行平面板和第四平行平面板11，12，13和14構(gòu)造。為了強(qiáng)調(diào)在其邊9a’，9b’彼此相交的板11和12的側(cè)表面的半透明反射面，由點(diǎn)表示它們。根據(jù)這些元件的定義板11相應(yīng)于上述的第一平行平面板，板12相應(yīng)于上述的第二平行平面板，板13相應(yīng)于上述的第三平行平面板，及板14相應(yīng)于上述的第四平行平面板。在此例中夾角α和β也是直角，并且較薄的端面11b，12b是光學(xué)平面。圖4中所示的光學(xué)分束器單元不同于圖3所示的光學(xué)分束器單元，在于代替透明體10在這里上述的平行平面板13，14沿其邊15c，15e連接到第一平行平面板11的邊15d，或第三平行平面板13的邊15f上。第二平行平面板和第三平行平面板13，14沿其邊15g，15h彼此鄰接，并且其端面13b，14b沒(méi)有磨光，它們不能是光學(xué)平的，但其落入與側(cè)面12a和端面12b相同平面的側(cè)面13a，13b具有半透明反射面，在圖中由點(diǎn)表示?？臻g8是空的，例如充滿(mǎn)空氣。圖4示出了平行平面板11-14的相交區(qū)域的垂直于邊15a，15b，及上述其它邊的截面。
光束同樣從箭頭5的方向即從目標(biāo)源到達(dá)根據(jù)圖4的單元，表面11a，12a朝向目標(biāo)源。下面我們將描述光路a-l。光束a-d從板12的側(cè)面12a的半透明反射面以90°的角被反射回來(lái)，并且光束以一半的強(qiáng)度沿其路徑繼續(xù)直到板11的表面11a。光束被折射后以四分之一的強(qiáng)度進(jìn)入板11，并且光束被再次折射后以垂直于接收方向5的方向離開(kāi)。
光束e在板11的側(cè)面的半透明反射面11a上被折射后以一半的強(qiáng)度進(jìn)入板11，并且光束從板11的端面11b的光學(xué)平的內(nèi)表面沒(méi)有損失地被反射回來(lái)，并且在被再次折射后在相對(duì)的側(cè)面11a’離開(kāi)。在任何值的折射率n該離開(kāi)方向(光路的方向由畫(huà)在線(xiàn)a-l上的箭頭清楚地示出)與光束a-d的離開(kāi)方向恰好一致，由于由平行平面板11的側(cè)面11a，11a’與端面11b所夾的角γ等于90°，光束e以與其從側(cè)面11a進(jìn)入板11相同的角到達(dá)側(cè)面11a’。由于這種事實(shí)光束d，e，f，g和h也參加圖像顯示，并且由于該結(jié)果參照?qǐng)D1和圖2所述的在圖像中部的煩擾的陰影線(xiàn)被消除。
為了使光強(qiáng)度均勻我們也必須確保在圖4中所示的在光束d和h之間的范圍(即，光束e，f，g)到達(dá)的光束也遇到半透明反射面兩次，并且由此以四分之一的強(qiáng)度離開(kāi)第一平面平行板的相對(duì)的側(cè)面11a。這可以通過(guò)給所述的側(cè)面11a’提供所述的光束d，e，f，g在此處離開(kāi)的具有半透明反射涂層的寬度s；在側(cè)面11a上的該區(qū)域11a”用點(diǎn)標(biāo)出。在光束h和k之間的范圍到達(dá)的光束i，j以及光束k自身穿過(guò)第一平面平行板11的半透明反射面11a，它們被折射，它們以二分之一的強(qiáng)度進(jìn)入第一平面平行板11，然后它們?cè)趥?cè)面11a’的半透明反射區(qū)11a”被再次折射后以四分之一的強(qiáng)度離開(kāi)。為了使光束的強(qiáng)度不會(huì)被其它的半透明反射面進(jìn)一步減小任何值，朝向第一平面平行板11的第四平面平行板14的側(cè)面14a的寬度為s的部分11a’(由粗黑線(xiàn)被強(qiáng)調(diào))設(shè)置有完全反射涂層，以便上述的光束i，j和k從此反射面14a’幾乎沒(méi)有任何損失地被反射，它們以四分之一的強(qiáng)度離開(kāi)并且它們參加圖像顯示。最后，從光束a到光束l，所有在光束k之后的光束，甚至光束l，當(dāng)它們到達(dá)第一平面平行板的側(cè)面11a的半透明反射面時(shí)，它們被折射，以一半的強(qiáng)度進(jìn)入第一平面平行板，然后在第一平面平行板的相對(duì)的側(cè)面11a’上再次被折射后它們以相同的光強(qiáng)度離開(kāi)，并且從第四平面平行板14的側(cè)面14a的半透明反射面被反射它們以以四分之一的強(qiáng)度離開(kāi)并且參加圖像顯示。
由于圖4所示的光學(xué)分束器單元是對(duì)稱(chēng)的，因此從由箭頭5所標(biāo)出的接收方向到達(dá)的光束和朝向圖4中的右手側(cè)離開(kāi)的光束(圖中未示出)的光路，即在右手側(cè)的圖像顯示，將象鏡像一樣類(lèi)似于在左手側(cè)的圖像顯示；在側(cè)面12a和13a上的12a”和13a’區(qū)被相應(yīng)地標(biāo)出(部分12a”具有半透明反射面，而部分13a’的表面是完全反射面)。
圖5示出了夾角和距離條件，根據(jù)這些條件寬度s可以用板11的厚度v及其材料的折射率n表示。在圖5中，光束h以到達(dá)角ε到達(dá)第一平行平面板11的側(cè)面11a的半透明反射面，它以折射角ε′沿其路徑繼續(xù)其路徑，并且由于這些是錯(cuò)角，因此它以同樣的角到達(dá)第一平行平面板11的相對(duì)的側(cè)面11a’和第一端面15的交點(diǎn)。在由邊s，v和c形成的直角三角形中sinϵ,=sc]]>s＝csinε’因?yàn)閚=sinϵsinϵ,,]]>sinϵ,=sinϵn]]> c=s2+v2]]>s=s2+v222n=2(s2+v2)2n]]>2sn=2(s2+v2)]]>
4s2n2＝2(s2+v2)4s2n2-2s2＝2v2s2(4n2-2)＝2v2s2=2v24n2-2=v22n2-1]]>s=v2n2-1]]>實(shí)際上，在目標(biāo)源開(kāi)始的光束不僅從接收方向5到達(dá)，而且從在一定角度范圍的許多不同方向到達(dá)。光學(xué)平的端面11b和12b能夠被證明在圖像產(chǎn)生中起了全部的作用，但其表面不得不是鍍水銀的，因?yàn)槿绻诲兯y，則存在以小于全反射臨界角的角度到達(dá)的光束，并且它們簡(jiǎn)單地離開(kāi)。對(duì)于不平行于接收方向的光束關(guān)系s=v2n2-1]]>無(wú)效，不同的入射角涉及稍不同的寬度，不過(guò)其平均值等于s，由此無(wú)論如何使用此寬度是合乎實(shí)際的。
圖6示出了如在圖4中所構(gòu)造的根據(jù)本發(fā)明的完整的光學(xué)分束器單元的透視圖，但以較小的比例示出；標(biāo)號(hào)根據(jù)其前面的意義被使用。平面平行板11，12，13和14是在方形的棱鏡BCDA′B′C′D′的側(cè)面上凸起的長(zhǎng)方體。兩個(gè)以X形彼此相交的連續(xù)反射面的第一個(gè)(這里為了清晰圖6沒(méi)有由繪圖的方法強(qiáng)調(diào)并且沒(méi)有標(biāo)標(biāo)號(hào)，但在圖4中清楚地示出并且在在文中進(jìn)行了足夠的解釋)由由角點(diǎn)JAA′K所限定的第一平行平面板11的半透明反射側(cè)面，由角點(diǎn)ABB′A所限定的第二平行平面板12的棱鏡反射的第二端面，由角點(diǎn)HNOH′所限定的第三平行平面板13的側(cè)面的半透明反射面部分，及由角點(diǎn)BHH′B′所限定的第三平行平面板13的側(cè)面的完全反射面部分BHH′B′所形成，而第二個(gè)由由角點(diǎn)ALMA′所限定的第二平行平面板12的半透明反射側(cè)面，
由角點(diǎn)ADD′A′所限定的第一平行平面板11的棱鏡反射的第一端面，由角點(diǎn)DFF′D′所限定的第四平行平面板14的側(cè)面的完全反射面部分DFF′D′，及由角點(diǎn)FPOF′所限定的第四平行平面板14的側(cè)面的半透明反射面部分所形成。
同樣，為了均勻的光強(qiáng)度，由角點(diǎn)EDD′E′所限定的第一平行平面板11的后側(cè)面的表面部分和由角點(diǎn)BGG′B′所限定的第二平行平面板12的表面部分設(shè)置有半透明反射涂層。
圖7示出了將光學(xué)分束器單元22的平行平面板11-14彼此連接的可能實(shí)際方式，平板11-14根據(jù)圖4-6所示的結(jié)構(gòu)，從上面俯視呈X形連接，平板11-14由透明材料，即玻璃，制成。由此，X形的單元裝配在X形的狹槽18中，狹槽18刻入支撐板17和19中，厚度v’＞v(僅僅形成在支撐板17上的槽18在圖中示出了)。支撐板17和19彼此平行，并且槽彼此相對(duì)地刻入其表面。槽的寬度幾乎與板11-14的寬度v相同，并且其深度也適合裝配在其中的板的尺寸。支撐板17和19的平面垂直于平行平面板的平面。
在上述結(jié)構(gòu)實(shí)施例的情況下，兩個(gè)正方形的支撐板17，19中的下面的一個(gè)用作底板，而上面的一個(gè)用作蓋板。板11-14能夠沿其垂直于其反射面的端面的表面固定在槽18中，并落入支撐板的幾何對(duì)角線(xiàn)，在這種結(jié)構(gòu)中，板11-14沿邊9連接，四個(gè)平行平面板沿各自的一條邊彼此接觸，并且其端面圍成空的方形的棱鏡形的區(qū)域8，即穿透棱鏡。
圖8示出了光學(xué)分束器單元進(jìn)一步的實(shí)用的結(jié)構(gòu)的可能實(shí)施方式。根據(jù)該圖板11和13以及平行平面板12和14以下述方式一體制造，即它們?cè)谄鋬啥说囊欢擞蓪挾葹関，長(zhǎng)度為v，深度為v的部分20連接，部分20由與板自身相同的材料制造。這種結(jié)構(gòu)導(dǎo)致在板12和14之間橫截面尺寸為v·v·v的向下開(kāi)著的缺口20a，而在板11和13之間造成向上開(kāi)著的缺口20b.(當(dāng)然，缺口20a和20b也可以開(kāi)在側(cè)面)。換句話(huà)說(shuō)，一體制成的兩對(duì)板的側(cè)面成對(duì)地在一個(gè)平面中，并且它們彼此相距v，由尺寸為v·v·v的部分20連接。具有缺口20a的一對(duì)板11，13和具有缺口20b的一對(duì)板12，14被引導(dǎo)入彼此之中并且由緊配合固定到彼此上或以已知的方式在它們的接觸面上彼此粘在一起。以這種方式制造的光學(xué)分束器單元的部分在圖8的下部中示出，它從垂直于交叉反射鏡的交線(xiàn)4的邊緣表面測(cè)量具有寬度v，該部分不參加圖像顯示，因?yàn)樵诎灞粚?dǎo)入彼此中之后保持自由的第二平行平面板12的棱鏡反射的第二端面16和第一平行平面板11的棱鏡反射的第一端面15的部分的長(zhǎng)度僅僅是m-v。
根據(jù)圖中沒(méi)有示出的另一個(gè)結(jié)構(gòu)，由透明材料制成的正方形的平行平面板是注模塑料板，并且在其與反射面的交線(xiàn)成直角的邊緣表面上具有鎖定銷(xiāo)，鎖定銷(xiāo)的軸線(xiàn)平行于上述交線(xiàn)，由此板11-14能夠裝配在接收光學(xué)裝置上的孔中。
具有許多其它的將根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)分束器單元的平行平面板彼此連接的方法。如果平行平面板的厚度遠(yuǎn)小于瞳孔的直徑，則平行平面板的具有寬度為s的邊緣不必被制成反射的或設(shè)置半透明的反射涂成，因?yàn)樵趫D像中將出現(xiàn)僅僅稍亮的線(xiàn)，而不是上述的亮線(xiàn)，并且在某些應(yīng)用中這并不煩擾到該裝置的適用性受到懷疑。如果平行平面板的厚度接近“無(wú)限薄”的理論的情形，則甚至沒(méi)有上述的光學(xué)平的端面X形鏡光學(xué)分束器單元的半透明反射面形成連續(xù)的表面，并且在圖像中交叉區(qū)域的陰影不能被注意到。因?yàn)槠叫衅矫姘迦绱吮?，最大十分之一或二毫米厚，它們非常易碎，例如它們可以被固定在如圖7中所示的具有狹槽的剛性的支撐板和蓋板之間。在圖9a中是出了這種結(jié)構(gòu)。這里支撐板17，19由肋板或背板21在一側(cè)被保持在一起，以此種方式，即0.1mm厚的平行平面板放置在U形軛中。固定在此U形軛中的平行平面板當(dāng)俯視時(shí)形成X形單元。圖9a示出了裝配，保持在彼此相對(duì)的板17，19的側(cè)面中的X形狹槽中的板11′，12′和13′。在圖9b中，根據(jù)圖9a的平行平面板11′，12′和13′的交叉區(qū)的垂直于交叉反射鏡的交線(xiàn)的橫截面已經(jīng)被放大示出。如圖所示，根據(jù)本發(fā)明的分束器單元由三個(gè)板以這種方式組成，即平行平面板11′和13′的端面緊靠較薄的平行平面板12′的中部，板12′是其它板的兩倍長(zhǎng)，以便它們?cè)谙鄬?duì)的兩側(cè)并且是彼此的延長(zhǎng)面。
圖10和圖11示出了光學(xué)分束器單元22，該單元俯視時(shí)呈X形，由四個(gè)透明的平行平面板構(gòu)成，例如，從圖4和6可以看出，并且這里由單個(gè)標(biāo)號(hào)表示。在光學(xué)分束器單元的兩側(cè)上設(shè)置有兩個(gè)第一調(diào)焦元件24。單元22的半透明反射面用點(diǎn)劃線(xiàn)標(biāo)記。第一調(diào)焦元件24的公共軸線(xiàn)23穿過(guò)平行平面板的交叉反射鏡的交線(xiàn)4并且落入半透明反射面的平分面。第一調(diào)焦元件24是多單元組合的消色差透鏡系統(tǒng)，在此特例中第一調(diào)焦元件24具有四個(gè)元件，從其光軸23的方向看，它們是長(zhǎng)方形的，即其邊界是平面，并且這些平面與平行于第一調(diào)焦元件24的光軸23的X形鏡光學(xué)分束器單元22的總體平面重合。兩個(gè)眼睛前面的反射鏡25位于第一調(diào)焦元件24的兩側(cè)，并且兩個(gè)反射鏡的反射面與其光軸23的夾角為45°±15°。這些反射鏡反射面的平面的交線(xiàn)(圖中沒(méi)有示出，交線(xiàn)位于圖外)平行于交叉反射鏡的交線(xiàn)4。在圖10中，我們將入射光束的路徑標(biāo)為a，該光束由X形鏡光學(xué)分束器單元22(同時(shí)參見(jiàn)圖4)的半透明的表面部分通過(guò)傳輸而部分通過(guò)反射被引向應(yīng)用該裝置的人的左眼和右眼。形成四單元消色差透鏡系統(tǒng)的第一調(diào)焦元件24的透鏡可以通過(guò)將他們粘在一起而彼此相連。如前面所述，第一調(diào)焦元件24從其光學(xué)軸線(xiàn)23的方向觀(guān)看是長(zhǎng)方形的，即他們的邊界是平面，并且這些平面與最接近接收側(cè)的光學(xué)分束器單元22的兩邊重合并且與離接收側(cè)最遠(yuǎn)的光學(xué)分束器單元22的兩邊重合，及還與垂直于交叉反射鏡交線(xiàn)4的上下邊界面重合。眼睛前面的反射鏡25是平面玻璃鏡，其朝向第一調(diào)焦元件24的鏡面用水銀處理過(guò)。其形狀是不規(guī)則四邊形，以便適合光路的形狀，其兩邊平行于交叉反射鏡的交線(xiàn)4，其他兩邊沿接近眼睛的邊的方向會(huì)集于一點(diǎn)。
根據(jù)圖10和圖11的雙目顯示裝置，由于其占據(jù)空間小，重量輕并且結(jié)構(gòu)緊湊，所以可以滿(mǎn)意地用作諸如內(nèi)診鏡，腹腔鏡，顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡的基于放大的儀器和光學(xué)裝置的雙目顯示裝置。該裝置的元件實(shí)際上彼此連接，或者用其自身的框架或盒子，或者用上述儀器和光學(xué)裝置的框架或盒子。
根據(jù)圖12和圖13的圖像顯示工具同樣具有X形鏡光學(xué)分束器單元22(圖4和圖6)，其中兩個(gè)第一調(diào)焦元件24在其兩側(cè)，并且該裝置的兩邊還具有眼睛前面的反射鏡25，類(lèi)似于在圖10和圖11中所示的結(jié)構(gòu)。這些裝置裝在外殼28中，外殼28具有相應(yīng)于光路尺寸的進(jìn)光口28a，28b，進(jìn)光口28a，28b位于眼睛25前面的反射鏡的前面及位于X形鏡光學(xué)分束器單元22的側(cè)面朝向接收方向5。在進(jìn)光口28a中設(shè)有調(diào)焦元件29。如圖13所示，外殼28以緊湊的方式包住裝置的光學(xué)元件；在圖13中也可以清楚地看見(jiàn)開(kāi)口28a和28b的位置。根據(jù)其特征在圖12和圖13中所示的裝置是雙目小型放大鏡，當(dāng)在進(jìn)光口28a，28b觀(guān)看時(shí)，用戶(hù)能夠用雙目看見(jiàn)目標(biāo)源的放大圖像，目標(biāo)源在光束路徑的接收方向的焦距或更近的位置上。恰好位于焦距的目標(biāo)源似乎在無(wú)限遠(yuǎn)處，并且減小離目標(biāo)源的距離虛像的虛距離也減小并且可以設(shè)置任何期望的虛像距離，例如，通常設(shè)置半米用于觀(guān)看手中的物體。為了避免失真及能夠看見(jiàn)整個(gè)圖像，兩個(gè)眼睛前面的反射鏡的中心應(yīng)大約等于使用者的瞳孔距離，并且為了同樣的目的，根據(jù)人的瞳孔距離的變化，人們需要具有不同目鏡距離的裝置，在大多數(shù)情況下瞳孔距離在55和70mm之間。實(shí)際上，制造具有3mm增量的雙目小型放大鏡就可以了，即具有六個(gè)不同的距離(具有55，58，61，64，67和70mm的目鏡中心距離)，使用者可以使用最適合自己瞳孔距離的。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是它不包括任何移動(dòng)部件，它不需要調(diào)整，缺點(diǎn)是它不得不以六個(gè)不同的尺寸制造并且同一裝置不能由具有不同瞳孔距離的人使用。
根據(jù)圖14-16的裝置是雙目小型放大鏡，其中兩側(cè)具有一對(duì)第一調(diào)焦元件24的X形鏡光學(xué)分束器單元22，例如如圖4和6所示，設(shè)置在殼體30中，殼體的兩端和殼體較長(zhǎng)側(cè)中的一側(cè)的中部具有進(jìn)光口，并且在其通過(guò)壁修磨制造的內(nèi)部的側(cè)壁上設(shè)有凸耳31，在側(cè)壁的端部設(shè)有螺紋固定孔32。X形鏡光學(xué)分束器單元22和第一調(diào)焦元件24由插板33從頂部被封閉，插板33由其突出被支撐在凸耳上，并且在插板33的中部中具有孔34，及在其相對(duì)的兩側(cè)上具有兩個(gè)銷(xiāo)子35。在上面的突出上具有凸緣36，凸緣36從外側(cè)為在插板33上運(yùn)動(dòng)的第一滑板37和第二滑板38的滑板柄形成約束路徑。在彼此相對(duì)的第一滑板37和第二滑板38的內(nèi)側(cè)上約束路徑由齒輪39和插板33的銷(xiāo)子35構(gòu)成。當(dāng)齒輪39轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它與形成在第一滑板37和第二滑板38的滑板柄上的齒條40嚙合，并且它使第一滑板37沿一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)并且使第二滑板38沿相反的方向運(yùn)動(dòng)。齒輪39具有一個(gè)軸，并且它與開(kāi)有槽的輪子41一體形成，其軸42向下裝配在插板33的孔34中，并且向上裝配在位于蓋板43中部的盲孔中，未標(biāo)出。蓋板43與殼體30尺寸相同，在其四角的四個(gè)通孔44與殼體30的四個(gè)孔32具有相同的軸，并且由螺釘45蓋板43可以固定在殼體30上。
根據(jù)圖15，當(dāng)開(kāi)有槽的輪子41沿第一方向46被轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，與其一體制造的齒輪39沿第二方向47移動(dòng)第一滑板37并且沿第三方向48移動(dòng)第二滑板38。一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)由在齒條40端部上的凸起擋住，并且另一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)由在第一滑板37和第二滑板38的逐漸減小的端部上的短柱34擋住。
根據(jù)圖16組裝的裝置的蓋板43使開(kāi)有槽的輪子41的邊緣在一定的部分上露出，并且如果用指尖轉(zhuǎn)動(dòng)，安裝在第一滑板37和第二滑板38上的眼睛前面的反射鏡25同時(shí)或者朝向殼體30，或者沿相反的方向運(yùn)動(dòng)。
由于在根據(jù)前面描述的結(jié)構(gòu)中，眼睛前面的反射鏡安裝在殼體里面的滑板上，這使得能夠根據(jù)瞳孔距離沿著平行于調(diào)焦元件光軸的方向調(diào)節(jié)眼睛前面的反射鏡的距離，由此每一個(gè)人都能夠使用同一裝置?；蹇梢允禽S線(xiàn)彼此平行的齒輪，由約束路徑強(qiáng)制作直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，并且由軸固定在殼體上的一個(gè)齒輪彼此連接，并且位于兩個(gè)齒輪有齒的一側(cè)之間，以便形成系統(tǒng)，并且由此，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)與齒輪在同一軸上的開(kāi)有槽的調(diào)節(jié)輪子，兩個(gè)滑板和與它們?cè)谝黄鸬膬蓚€(gè)目鏡彼此平行但沿相反方向運(yùn)動(dòng)，使調(diào)節(jié)眼睛前面的兩個(gè)反射鏡較便利。因?yàn)楣鈱W(xué)分束器單元的半透明反射面將光強(qiáng)度降低到初始的四分之一，因此為了補(bǔ)償光強(qiáng)度的降低并且確保更好的照明照亮目標(biāo)源是合乎實(shí)際的，優(yōu)選方式是，裝置包括射向目標(biāo)源的光源，例如，白色的發(fā)光二極管，和結(jié)構(gòu)較小的電源。使用雙目小型放大鏡比使用單筒的更有利，因?yàn)殡p目小型放大鏡更適合人類(lèi)利用雙眼觀(guān)看的方式，人們不必閉上一只眼，或用其斜視，從而當(dāng)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間或經(jīng)常重復(fù)的醫(yī)藥，化妝品研究和精密機(jī)械工作時(shí)能夠用此雙目裝置舒適地工作。尤其是用于工作的雙目小型放大鏡，借助于頭飾帶，眼睛框架或鼻梁夾戴在使用者的頭部使用最方便。如果將雙目小型放大鏡用鉸接機(jī)構(gòu)連接在頭飾帶或眼睛框架上是較有利的，由此在暫停使用此裝置時(shí)，可以將其推起到額頭的上面。
在下面將描述包括目標(biāo)源的結(jié)構(gòu)。目標(biāo)源位于根據(jù)本發(fā)明的X形鏡光學(xué)分束器單元的接收側(cè)的前面，在與接收方向成直角的平面中。目標(biāo)源可以是不透明的，半透明的或透明的，由外部環(huán)境的光被照亮或完全照亮，由光源或自身發(fā)光被照亮或完全照亮。根據(jù)其具體有效的方式，它可以是縮影膠片畫(huà)面，幻燈片畫(huà)面，紙質(zhì)圖片，圖畫(huà)或打印文本，電子屏幕或其它目標(biāo)源。
根據(jù)圖17和圖18所示的實(shí)施例，在用作虛擬顯示器的圖片顯示裝置的X形鏡光學(xué)分束器單元的接收側(cè)的前面，在對(duì)著表明接收方向的箭頭5的一側(cè)具有用作目標(biāo)源的具有發(fā)光顯示屏49a的微顯示單元49，并且單元22由在每一側(cè)上的兩個(gè)調(diào)焦元件從兩側(cè)封閉，并且在調(diào)焦元件的外面在每一只眼睛的前面具有一個(gè)反射鏡，與圖10和圖11，圖12和圖13，以及圖14-16中所示的實(shí)施例的布置相同。顯示屏49a的平面平行于交叉反射鏡交線(xiàn)4。通過(guò)電纜50從電源和視頻信號(hào)源供給顯示屏49a必要的電壓和電信號(hào)，未示出。X形鏡光學(xué)分束器單元22，第一調(diào)焦元件24和微顯示單元49設(shè)置在裝置外殼51中，裝置外殼51包括進(jìn)光口51a，在反射鏡25之間的51b和一對(duì)第一調(diào)焦元件24，并且在單元22的平行平面板之間與微顯示單元49相對(duì)的一側(cè)上，具有利用了沒(méi)有落入光路的空間的凹部52，以便適合鼻梁。在凹部52的兩側(cè)具有鉤形軌53，其母線(xiàn)平行于X形鏡光學(xué)分束器單元22的交叉反射鏡交線(xiàn)4，并且由于這些鉤形軌53，該裝置能夠放在支撐板上，未示出，其寬度適合于鉤形軌53的間距。例如，如果所述的支撐板位于眼睛框架的中部，該裝置能夠裝在其上，并且如果它恰好適合，裝置可以沿支撐板上下移動(dòng)并且可以停在任何地方，例如，恰好在瞳孔的前面。
每一個(gè)眼睛前面的反射鏡25都連接在反射鏡架單元54上，反射鏡架單元54借助于其軸線(xiàn)平行于單元22的交叉反射鏡交線(xiàn)4的關(guān)節(jié)連接在滑板56上，如果裝置的用戶(hù)用指尖轉(zhuǎn)動(dòng)開(kāi)有溝槽的輪子57，關(guān)節(jié)由齒輪齒條機(jī)構(gòu)移動(dòng)，齒輪齒條機(jī)構(gòu)在圖14和15中可以詳細(xì)研究并且也在上面詳細(xì)解釋了(這里未示出)。具有在眼睛前面延伸的支架的反射鏡架單元54連接在關(guān)節(jié)55，反射鏡架單元54能夠與在其上的反射鏡25一起朝向第一調(diào)焦元件24折疊起來(lái)，由此極大地減小了雙目顯示裝置的體積。雙目顯示裝置在反射鏡折疊起來(lái)時(shí)的實(shí)際尺寸可以如此小(例如，1.5×2.5×3.5cm)，以至用后它可以放在任何視頻信號(hào)源(未示出)的外殼中制造的用于此目的的凹部，或者與在外殼51上面形成的連接器連接。
圖18所示的夾式連接器由標(biāo)號(hào)58標(biāo)為一個(gè)單元，它包括隨根據(jù)圖12的裝置外殼51中的凹部52的曲面的彎曲板59，沿此曲面延續(xù)的夾板60，及從兩側(cè)面上朝向鉤形軌53凸起的彈性翼板61。夾式連接器58連接在裝置外殼51上，以便翼板61的端部被引導(dǎo)在鉤形軌53之間。在圖中夾板60相對(duì)于使用者鼻梁的位置用虛線(xiàn)表示，夾式連接器可以通過(guò)強(qiáng)制打開(kāi)彈性板固定。在由點(diǎn)線(xiàn)所示位置的夾板60由于其象夾鼻眼鏡一樣的彈性從兩側(cè)緊緊戴在鼻梁上。夾板60也可以與裝置外殼51一體制造，在這種情況下不需要夾式連接器58和鉤形軌53。
發(fā)光目標(biāo)源可以作為虛擬顯示單元設(shè)置在根據(jù)圖17的裝置中，位于X形鏡光學(xué)分束器單元接收側(cè)的前面，如AMEL(有源矩陣電致發(fā)光的)，OLED(有機(jī)發(fā)光二極管)，F(xiàn)ED(場(chǎng)發(fā)射顯示器)，AMOLEP(有源矩陣有機(jī)發(fā)光聚合體)，OEL(有機(jī)電致發(fā)光的)或VFOS(基于硅的真空熒光)微型顯示單元，如前面所述，發(fā)光目標(biāo)源通過(guò)電纜50從使用者所攜帶的視頻信號(hào)源(移動(dòng)電話(huà)，通信裝置，掌上型計(jì)算機(jī)，DVD播放器，視頻游戲，攝像機(jī)記錄器，標(biāo)號(hào)相機(jī)等)供給其操作所需要的電壓和電信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明的裝置也可以設(shè)置在上述視頻信號(hào)源中，在這種情況下，使用者必須將視頻信號(hào)源舉到其眼睛處并且觀(guān)看雙目顯示裝置的目鏡。采用聯(lián)合的方式會(huì)有利的，此時(shí)固定在視頻信號(hào)源上的雙目顯示裝置也能夠觀(guān)看，并且當(dāng)從其中取出時(shí)，也可以戴在頭上，尤其是在移動(dòng)電話(huà)，攝影機(jī)和標(biāo)號(hào)相機(jī)的情況下。圖19和圖20示出了這種結(jié)構(gòu)，根據(jù)圖10和圖11所示的本發(fā)明的裝置用作探視鏡或用作監(jiān)視器，設(shè)置在磁帶回線(xiàn)自動(dòng)記錄器62，即攝像機(jī)的端部中與物鏡63相對(duì)的一側(cè)，以便第一調(diào)焦元件24(圖20)的光軸23，這里未示出，垂直于物鏡63的第二光軸64。當(dāng)不操作時(shí)，眼睛前面的反射鏡25折疊起來(lái)，雙目顯示裝置放在形成在攝像機(jī)外殼中的凹部中，并且此凹部由蓋子65覆蓋。當(dāng)滑鈕66拉回時(shí)，與其機(jī)械連接的裝置從凹部在由攝像機(jī)外殼形成的約束軌道上滑出，向下打開(kāi)其前面的蓋子65，并且眼睛前面的反射鏡25借助于彈簧關(guān)節(jié)55(見(jiàn)圖17)完全展開(kāi)。代替這種機(jī)械驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，可以構(gòu)造其它的方式，其中通過(guò)按按鈕由電機(jī)將裝置拉出和拉回。
由此根據(jù)本發(fā)明的圖像顯示裝置可以在攝像機(jī)和其同樣包括圖像紀(jì)錄裝置(可攜式攝像機(jī))的變體中用作探視鏡/監(jiān)視器。
傳統(tǒng)上，使用兩種類(lèi)型的探視鏡其中的一種是通常的單目監(jiān)視器，其中設(shè)置在攝像機(jī)中的微型顯示器的屏幕通過(guò)前透鏡用一個(gè)眼睛觀(guān)看，這是不自然的，令人疲倦的以及使得另一只眼斜視。在另一種情況下，在攝像機(jī)的外殼上具有可折疊的扁平的顯示板監(jiān)視器，但為了適合于便攜式攝像機(jī)的尺寸比較小，最大時(shí)他可以與手掌的一半一樣大，并且其觀(guān)看效果不是很好，圖像的細(xì)節(jié)幾乎不能看見(jiàn)。
在圖19和圖20所示的實(shí)施例中，裝置的圖像可以通過(guò)打開(kāi)眼睛前面的反射鏡在本地觀(guān)看，或者該裝置也可以從攝像機(jī)中取出并且固定在頭部。因?yàn)楝F(xiàn)代的手掌大小的攝像機(jī)(掌上磁帶回線(xiàn)自動(dòng)記錄器)比瞳孔距離要薄，當(dāng)這種攝像機(jī)被舉起，位于兩眼之間時(shí)，因?yàn)槿藗儠?huì)斜眼觀(guān)看，所以不能用兩眼同時(shí)觀(guān)看，僅僅其支撐元件在雙眼前打開(kāi)的目鏡才可以用于雙目觀(guān)看。這產(chǎn)生一種光學(xué)效果，即在圍繞不透明，明亮的，具有對(duì)比度的眼睛前面的反射鏡中看見(jiàn)的虛像的所有方向中具有至少對(duì)兩眼中的一只是清楚的圖像，即攝像機(jī)實(shí)際上從視野消失。對(duì)于從事錄像的人尤其有利，因?yàn)楫?dāng)他們用雙眼觀(guān)看探視鏡的圖像時(shí)，他們可以看見(jiàn)圍繞圖像的所有區(qū)域，并且不使任何東西與視線(xiàn)屏蔽。
根據(jù)圖21，根據(jù)本發(fā)明的裝置作為探視鏡安裝在移動(dòng)電話(huà)67的端部，換句話(huà)說(shuō)，該裝置用作移動(dòng)電話(huà)的探視鏡。眼睛前面的反射鏡25被完全機(jī)械地或由電機(jī)打開(kāi)后顯示虛像。
因?yàn)橐苿?dòng)電話(huà)自身較小的屏幕僅適合于顯示較小的圖片和文字信息，例如因特網(wǎng)網(wǎng)址或整個(gè)電子郵件頁(yè)不能在該尺寸上閱讀。由于這種原因?qū)⒏鶕?jù)本發(fā)明的裝置安裝在移動(dòng)電話(huà)的外殼中，或?qū)⑵渥鳛橥獠窟m配器連接在移動(dòng)電話(huà)的電池充電連接端，這是有利的。根據(jù)圖21，在該實(shí)施例中裝置設(shè)置在移動(dòng)電話(huà)的端部，眼睛前面的反射鏡折疊起來(lái)，并且通過(guò)展開(kāi)眼睛前面的反射鏡并通過(guò)將其舉起放在眼前，可以在本地觀(guān)看，或者可以將其從移動(dòng)電話(huà)的外殼中取出并且戴在頭部。
根據(jù)本發(fā)明的圖22所示的圖像顯示裝置的結(jié)構(gòu)包括放射形的，例如，OLED微型顯示器49。該結(jié)構(gòu)類(lèi)似于圖17所示的結(jié)構(gòu)，因此用在圖12中的標(biāo)號(hào)也用在圖22中。在X形鏡光學(xué)分束器單元22和第一調(diào)焦元件24之間的光路中，具有液晶遮光器69，遮光器69伴隨微型顯示器49的交變相位的圖像頻率，受電壓影響變黑或透明。
根據(jù)在圖23中所示圖像顯示裝置的結(jié)構(gòu)，優(yōu)選方式是根據(jù)圖17所示的裝置借助于支撐架70連接到用戶(hù)的頭部，支撐架70由下列元件組成兩個(gè)金屬眼鏡的側(cè)臂71，用鉸接結(jié)構(gòu)72連接它們并被附在它們上的金屬鼻梁架73，焊接到鼻梁架73上的兩個(gè)鼻梁支撐臂74，連接在鼻梁支撐臂74的端部上的兩個(gè)鼻梁支撐墊75，及焊接到鼻梁架73上的兩個(gè)在底部閉合的U形夾緊橫桿76，在其中與微顯示單元49相對(duì)的裝置外殼51的側(cè)面的兩個(gè)外伸端能夠被導(dǎo)向并且上下滑動(dòng)。鼻梁架73是與眼鏡的側(cè)臂71具有類(lèi)似材料和外形的窄金屬板，其上表面與位于眼鏡的側(cè)臂71上的平面重合或平行，并且由于這種原因，當(dāng)用戶(hù)戴著它時(shí)，它可以從旁邊被看見(jiàn)，該板最大是1.7mm，由于它比瞳孔的直徑小，因此它僅僅引起半透明的陰影線(xiàn)，該陰影線(xiàn)不妨礙觀(guān)看。在另一個(gè)實(shí)施方式中，鼻梁支撐臂74是可調(diào)節(jié)長(zhǎng)度的管形軸，這里未示出，并且借助于它們，鼻梁支撐墊75和鼻梁架73的距離能夠被調(diào)整，由這種機(jī)構(gòu)連接在鼻梁架73上的裝置和其眼睛前面的反射鏡25能夠被垂直地放置在眼睛的前面。
根據(jù)圖24，在根據(jù)本發(fā)明(圖4和圖6)的X形鏡光學(xué)分束器單元22或一對(duì)第一調(diào)焦元件24和裝置外殼51之間具有微顯示器驅(qū)動(dòng)回路77，無(wú)線(xiàn)電頻率接收器-傳輸器回路78，電源79和微處理器80。利用這種布置裝置可以盡可能緊湊，不需要電線(xiàn)將其與控制信號(hào)，視頻信號(hào)和電源連接并且必要的計(jì)算，圖像處理和其他任務(wù)可以在本地解決。
根據(jù)圖25所示實(shí)施例的裝有眼睛移動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)的裝置基本上與圖17中的裝置一致，除了這里在裝置外殼51的一端上具有在紅外線(xiàn)范圍內(nèi)感光的CCD圖像記錄芯片81，并且在其另一端上前透鏡82如此設(shè)置，即前透鏡82的第三光軸83與CCD圖像記錄芯片81的探測(cè)表面84成直角。在位于右眼27前面的目鏡25上放置在紅外線(xiàn)范圍內(nèi)反射，在可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍內(nèi)接納光的反射元件85，反射元件85與眼睛前面的反射鏡25以一個(gè)單元制造，其尺寸和角度如此確定，即它通過(guò)前透鏡82將從右眼27的瞳孔86，虹膜87和鞏膜88開(kāi)始的光束反射到探測(cè)表面84上。為了右眼27均勻照明，在前透鏡82上具有紅外發(fā)光二級(jí)管89，紅外發(fā)光二級(jí)管89以一個(gè)角度放置以便從其開(kāi)始的紅外光束投射到反射元件85上，并且在其從反射元件85反射回來(lái)后，紅外光束被投射到右眼27上。CCD圖像記錄芯片81，前透鏡82和紅外發(fā)光二級(jí)管89設(shè)置在外殼中，這里未示出，外殼包括位于前透鏡82的進(jìn)光口，并且外殼與裝置外殼51合并。
借助于圖像處理程序由微處理器分析由CCD圖像記錄芯片81探測(cè)到的圖像，微處理器安裝在該裝置中或由電纜連接在其上，并且從虹膜和/或瞳孔的輪廓的運(yùn)動(dòng)和位置它可以計(jì)算出眼睛所觀(guān)看的在微顯示單元屏幕上的點(diǎn)，并在該點(diǎn)顯示光標(biāo)，并且它還可以探測(cè)到由眼皮(眨眼)瞬間隱藏虹膜和/或瞳孔的輪廓，并且它發(fā)出卡嗒聲象命令一樣表示它。為了獨(dú)立于外部光的條件和避免眼睛的干擾的閃光而增加暗色的瞳孔和淺色的虹膜，或虹膜和眼白(鞏膜)的對(duì)比度，優(yōu)選方式是虹膜和其直接的環(huán)境應(yīng)當(dāng)用紅外光照明，因?yàn)橛脩?hù)看不見(jiàn)它，所以用戶(hù)不被其打擾。
在圖26所示的實(shí)施例是助視和夜視裝置并且基本上是根據(jù)圖17的裝置，但這里在裝置外殼51的頂部上，在形成用于鼻子的凹部52上，具有CCD圖像記錄芯片90，在微顯示單元49上具有前透鏡91，前透鏡91如此放置，即前透鏡91的光軸92與CCD圖像記錄芯片90的探測(cè)表面93垂直。CCD圖像記錄芯片90和前透鏡91用罩子包住，這里未示出，罩子包括位于前透鏡91的進(jìn)光口并且與裝置外殼51合并。CCD圖像記錄芯片90的探測(cè)表面落入此平面，該平面平行與由第一調(diào)焦元件24的光軸和分束器單元22的交叉反射鏡交線(xiàn)(見(jiàn)圖17中的交線(xiàn)4)所限定的平面。由CCD圖像記錄芯片90所記錄的圖像出現(xiàn)在微顯示單元49的顯示屏49a上(在圖26中未示出)，其光強(qiáng)度，取決于實(shí)際設(shè)置，是原始強(qiáng)度的多倍，低視力的人在較弱的照明條件下，例如在晚上或半亮的情況下不能適當(dāng)?shù)卮_定方向，在此例中對(duì)于該低視力的人利用此裝置是有利的。如果CCD圖像記錄芯片在近紅外范圍是感光的，假設(shè)該區(qū)域有紅外線(xiàn)光源輻射，在微顯示單元的顯示屏上顯示該紅外圖像使利用該裝置的人即使在完全黑暗中可以辨別方向。
如圖27和圖28所示，放置在由極薄的半透明的反射鏡(還參見(jiàn)圖9a-9c)制成的單元22的接收側(cè)的微顯示單元49是反射式的，其顯示屏幕49a從前面由位于單元22的另一側(cè)的菲涅耳透鏡94照明，其較大部分或全部位于平行平面板13和14之間的空間中并且此菲涅耳透鏡94使發(fā)光二極管95的光束平行并通過(guò)第一起偏振鏡96和單元22的半透明的表面將其投射到顯示屏幕49a。光束從顯示屏幕49a通過(guò)X形鏡單元22，第二起偏振鏡97a或第三起偏振鏡97b，第一調(diào)焦元件24和目鏡25到達(dá)眼睛。
根據(jù)圖29所示的實(shí)施例，雙目顯示單元包括目鏡25a，放置在目鏡25a之間的微顯示器49b，分束器單元22a，調(diào)焦元件24a，顯示器外殼56a，話(huà)筒108，鼻夾60a和柔性固定圈105，圈105比其所圍繞的使用者頭部在鼻子的平面處的直徑長(zhǎng)。固定圈105部分作為電纜形成，包括兩個(gè)耳機(jī)106，控制單元107，并且控制單元107或顯示器外殼56a包括下述的任意一個(gè)微顯示器驅(qū)動(dòng)單元，無(wú)線(xiàn)電頻率收發(fā)機(jī)回路，標(biāo)號(hào)電視接收回路，微處理器和電源。
根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)分束器單元的優(yōu)點(diǎn)是它占據(jù)最小的空間并且質(zhì)量最小，它能夠按期望與目標(biāo)源近的距離放置，并且該裝置的圖像具有非凡的質(zhì)量。類(lèi)似地雙目顯示裝置的優(yōu)點(diǎn)是占據(jù)空間小并且質(zhì)量輕，它制造簡(jiǎn)單并且其優(yōu)點(diǎn)正是其非常多的應(yīng)用可能性。
本發(fā)明不限于該裝置，或這里引用的裝置的實(shí)施例，在權(quán)力要求所限定的被保護(hù)的解決辦法的范圍能夠?qū)嵤┎煌慕Y(jié)構(gòu)，例如，為了放大圖像，可以再放置調(diào)焦元件和半透明的或完全透明的反射鏡。
權(quán)利要求
1.光學(xué)分束器單元，它包括在共同的交線(xiàn)4開(kāi)始具有朝著被分離的光束分叉的光反射面的透明的平面平行板6，7；11，12，其特征是也在共同的交線(xiàn)4開(kāi)始并且鄰接包含所述光反射面的平面平行板6，7；11，12的側(cè)面6a，7a；AJKA′，ALMA′并且彼此垂直的平面平行板6，7；11，12的端面6b，7b；ADD′A′，ABB′A′，垂直于與其有關(guān)的側(cè)面6a，7a；AJKA′，ALMA′并且這些端面6b，7b；ADD′A′，ABB′A′具有平面和光學(xué)平面；至少一個(gè)由透明材料制成的透明體10；13，14鄰接所述平行平面板6，7；11，12，其包含半透明反射面，或由半透明反射部分和完全反射部分10a，10b；DPOD′，BNOB′組成的表面并且此表面在所述端面6b，7b；ADDA′，ABBA′的平面中并且從這些端面6b，7b；ADD′A′，ABB′A′開(kāi)始，使其繼續(xù)。
2.根據(jù)權(quán)力要求1所述的光學(xué)分束器單元，其特征在于它還具有位于具有朝著被分離的光束分叉的光反射面AJKA’；ALMA’的第一平面平行板和第二平面平行板11，12的延長(zhǎng)面中并且鄰接第一平面平行板和第二平面平行板11，12的作為透明體的第三平面平行板和第四平面平行板13，14；所有的所述的平行平面板11，12，13，14由具有相等厚度v和折射率n的相同材料制造并且它們是扁平行六面體形并且它們沿彼此平行的邊15a-15b；AA’，BB’，CC’，DD’彼此連接并且它們?cè)诖怪庇谒鲞B接邊的橫截面中形成X形單元。
3.根據(jù)權(quán)力要求2所述的光學(xué)分束器單元，其特征在于a)其下述部分是透明的反射面朝向相鄰的第二平行平面板12的第一平行平面板11的側(cè)面11a；AA′KJ和有利地具有如下寬度的其相對(duì)側(cè)面11a’的部分11a”；DEE′D′s=.2n2-1]]>該寬度從其與第四平行平面板14相連接的邊15c，15d開(kāi)始測(cè)量，并且式中平行平面板的厚度為v，及其材料的折射率為n；及朝向第一平行平面板11的第二平行平面板12的側(cè)面12a；ALMA′和有利地具有根據(jù)上述公式從其與第三平行平面板13相鄰接的邊15e，15f；BB′開(kāi)始測(cè)量的寬度s的其相對(duì)側(cè)面12a’的部分12a”；BGG′B′；朝向相鄰的第二平行平面板12的第三平行平面板13的側(cè)面13a；BNOB′，除去其有利地具有根據(jù)上述公式從其與第二平行平面板12相鄰接的邊15e，15f；BB′開(kāi)始測(cè)量的寬度s的部分13a”；BHH′B′；朝向相鄰的第一平行平面板11的第四平行平面板14的側(cè)面14a；DPQD′，除去其有利地具有根據(jù)上述公式從其與第一平行平面板11相鄰接的邊15c，15d；DD”開(kāi)始測(cè)量的寬度s的部分14a’；DFF′D′；及b)其下面的部分是完全反射面朝向相鄰的第二平行平面板12的第三平行平面板13的側(cè)面13a；BNOB′的部分13a’；BHH′B′，有利地具有根據(jù)上述公式從其與第二平行平面板12相鄰接的邊15a，15b開(kāi)始測(cè)量的寬度s；朝向相鄰的第一平行平面板11的第四平行平面板14的側(cè)面14a；DPQD′的部分14a’；DFF′D′，有利地具有根據(jù)上述公式從其與第二平行平面板12相鄰接的邊15c，15d；DD′開(kāi)始測(cè)量的寬度s；及c)其下面的部分是光學(xué)平面與第三平行平面板13的端面13b；CBB′C′相對(duì)的第一平行平面板11的端面11b；ADD′A′；及與第四平行平面板14的端面14b；CDD′C相對(duì)的第二平行平面板12的端面12b；ABB′A′。
4.根據(jù)權(quán)力要求1所述的光學(xué)分束器單元，其特征在于所述端面6b，7b；ADD′A′，ABB′A′的外表面上是鍍水銀的。
5.光學(xué)分束器單元，它包括在共同的交線(xiàn)4開(kāi)始具有朝著被分離的光束分叉的光反射面的透明的平行平面板，其特征在于它具有四個(gè)平行平面板11，12，13，14，每一個(gè)比0,4mm薄，在與交線(xiàn)4垂直的橫截面中它們形成X形單元，其中相鄰的所述平行平面板11，12，13，14彼此之間形成90°±20°的夾角并且所述光反射面是部分地反射和部分地傳輸自然光或偏振光的光學(xué)層。
6.光學(xué)分束器單元，它包括在共同的交線(xiàn)開(kāi)始具有朝著被分離的光束分叉的光反射面的透明的平行平面板，其特征在于該單元具有三個(gè)平行平面板(11′，12′，13′)，每一個(gè)比0,4mm薄，在與所述交線(xiàn)(4)垂直的橫截面中它們形成X形單元(22)，其中較短的兩個(gè)所述平行平面板(11′；13′)的端面緊靠到所述第三平行平面板表面的中部，以便它們?cè)谒龅谌叫衅矫姘宓拿恳粋?cè)上形成彼此的延長(zhǎng)面，并且在所述單元(22)中在較長(zhǎng)的所述平行平面板(12′)和較短的所述平行平面板(11′和13′)彼此之間的夾角單獨(dú)地是90°±20°并且所述平行平面板(11′，12′，13′)或是半透明的反射鏡，或完全傳輸沿一個(gè)方向偏振的光的成分并且部分地傳輸和部分地反射沿另一個(gè)方向偏振的光的成分的起偏振鏡。
7.雙目圖像顯示單元，它包括光學(xué)分束器單元，此外包括第一調(diào)焦元件24和眼睛前面的反射鏡25，其特征在于其光學(xué)分束器單元與根據(jù)權(quán)力要求1到6所述的光學(xué)分束器單元中的任一個(gè)一樣并且當(dāng)從到達(dá)所述光學(xué)分束器單元的半透明反射面的光束的方向看時(shí)，即從接收方向5看，兩個(gè)所述第一調(diào)焦元件24設(shè)置在所述光學(xué)分束器單元相對(duì)的兩側(cè)并且所述第一調(diào)焦單元24的公共光軸23垂直于所述接收方向5，并且在兩側(cè)，在所述第一調(diào)焦元件24的外側(cè)，反射鏡25位于眼睛的前面，并且這些反射鏡的反射面與上述光軸23形成45°±15°的夾角(δ)，并且這些反射鏡25的反射面的平面的交線(xiàn)平行或垂直于所述光學(xué)分束器單元22的半透明反射面的交叉反射鏡交線(xiàn)4的交線(xiàn)。
8.根據(jù)權(quán)力要求7所述的裝置，其特征在于所述光學(xué)分束器單元22，所述第一調(diào)焦元件24和所述眼睛前面的反射鏡25安裝在罩子28中，罩子28包括位于眼睛前面的所述反射鏡25前面并在所述光學(xué)分束器單元22接收側(cè)的進(jìn)光口28a，28b。
9.根據(jù)權(quán)力要求7所述的圖像顯示單元，其特征在于所述光學(xué)分束器單元22和所述第一調(diào)焦元件24固定在殼體30中，殼體30具有在所述第一調(diào)焦元件24處的進(jìn)光口，并且殼體30由蓋板43覆蓋，而所述眼睛前面的反射鏡25連接在第一滑板37和第二滑板38上，伸入殼體30的滑板柄是彼此平行的齒條40，并且在兩齒條40中間具有將兩齒條40連接并能夠沿相反的方向移動(dòng)它們的齒輪39。
10.根據(jù)權(quán)力要求7到9所述的圖像顯示單元中的任一項(xiàng)，其特征在于它包括目標(biāo)源。
11.根據(jù)權(quán)力要求10所述的圖像顯示單元，其特征在于所述目標(biāo)源是微顯示單元49的顯示屏49a。
12.根據(jù)權(quán)力要求11所述的圖像顯示單元，其特征在于所述微顯示單元49顯示屏49a的平面平行于由交叉反射鏡的交線(xiàn)4和由光軸23所限定的平面，并且它放置在光學(xué)分束器單元22的接收側(cè)。
13.根據(jù)權(quán)力要求12所述的圖像顯示單元，其特征在于該單元包括至少一個(gè)照亮所述微顯示單元49顯示屏49a的諸如發(fā)光二級(jí)管95的光源。
14.根據(jù)權(quán)力要求12或13所述的圖像顯示單元，其特征在于在所述微顯示單元49的顯示屏49a的前面具有放置在所述元件22另一側(cè)的反射或調(diào)焦元件94，所述反射或調(diào)焦元件94將所述光源的光束投射到所述顯示屏49a上，優(yōu)選實(shí)施方式是光源是發(fā)光二級(jí)管95。
15.根據(jù)權(quán)力要求12所述的圖像顯示單元，其特征在于該單元包括從后面照亮微顯示單元49各處的光源，并且它放置在所述微顯示單元49和裝置外殼51之間。
16.根據(jù)權(quán)力要求12到15所述的圖像顯示單元中的任一項(xiàng)，其特征在于在所述光學(xué)分束器單元22的兩側(cè)，在光路中，具有垂直于第一調(diào)焦元件24光軸的液晶遮光器69。
17.根據(jù)權(quán)力要求12到16所述的圖像顯示單元中的任一項(xiàng)，其特征在于所述單元包括兩個(gè)與裝置外殼51一體制成的夾板60。
18.根據(jù)權(quán)力要求12到16所述的圖像顯示單元中的任一項(xiàng)，其特征在于在所述裝置外殼51接近使用者頭部的側(cè)面上具有與裝置外殼51一體制成的鉤形軌53，它們的母線(xiàn)彼此平行。
19.根據(jù)權(quán)力要求18所述的圖像顯示單元，其特征在于所述裝置包括固定在所述鉤形軌53之間的夾式連接器58。
20.根據(jù)權(quán)力要求19所述的圖像顯示單元，其特征在于所述夾式連接器58包括隨著所述裝置外殼51中的凹部52的曲線(xiàn)的彎曲板59，兩個(gè)夾板60和翼板61，所述翼板61的間距寬度等于所述鉤形軌53之間的距離。
21.根據(jù)權(quán)力要求18到20所述的圖像顯示單元中的任一項(xiàng)，其特征在于所述單元包括支撐架70，所述支撐架70由兩個(gè)眼鏡的側(cè)臂71，用鉸接結(jié)構(gòu)連接它們并被附到它們上的鼻梁架73，連接到所述鼻梁架73上的鼻梁支撐臂74及裝置固定單元。
22.根據(jù)權(quán)力要求21所述的圖像顯示單元，其特征在于所述鼻梁架73是窄板，其上表面與位于所述眼鏡的側(cè)臂71上的平面重合或平行，并且其最大厚度s是1.7mm。
23.根據(jù)權(quán)力要求21或22所述的圖像顯示單元，其特征在于所述鼻梁支撐包括兩個(gè)指向朝下，彼此平行并且被設(shè)置在與鼻梁架73的中心相同距離的位置的鼻梁支撐臂74，及兩個(gè)連接到所述鼻梁支撐臂74端部上的鼻梁支撐墊75，并且裝置固定單元由兩個(gè)指向朝下，在底部閉合，彼此平行并且被設(shè)置在與鼻梁架73的中心相同距離的位置的U形固定橫桿76組成。
24.根據(jù)權(quán)力要求7到23所述的圖像顯示單元中的任一項(xiàng)，其特征在于所述單元至少包括一個(gè)微顯示器驅(qū)動(dòng)回路77，和/或無(wú)線(xiàn)電頻率接收器—傳輸器回路78，和/或電源79和/或微處理器80。
25.根據(jù)權(quán)力要求7到24所述的圖像顯示單元中的任一項(xiàng)，其特征在于在所述裝置外殼51一端的上面具有在紅外線(xiàn)范圍內(nèi)感光的CCD圖像記錄芯片81，并且在其另一端的上前透鏡82這樣設(shè)置，即前透鏡82的第三光軸83與所述CCD圖像記錄芯片81的探測(cè)表面84成直角，在紅外線(xiàn)外線(xiàn)范圍內(nèi)反射的，在可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍內(nèi)透明的并位于右眼27前面的目鏡25上面的反射元件85放置在右眼27和探測(cè)表面84之間的光路中。
26.根據(jù)權(quán)力要求25所述的圖像顯示單元，其特征在于在所述前透鏡82的上面具有紅外發(fā)光二級(jí)管89，并且其光線(xiàn)被引導(dǎo)到所述反射元件85。
27.根據(jù)權(quán)力要求7到24所述的圖像顯示單元中的任一項(xiàng)，其特征在于在所述裝置外殼51中形成用于鼻子的凹部52之上，在所述裝置外殼51的頂部上設(shè)置有具有探測(cè)表面93的CCD圖像記錄芯片90，探測(cè)表面93所在的平面平行與由第一調(diào)焦元件24的光軸23和交叉反射鏡的交線(xiàn)4所限定的平面，并且在CCD圖像記錄芯片90的前面，在所述微顯示單元49之上設(shè)置有具有垂直于所述探測(cè)表面93的第四光軸92的第二前透鏡91。
28.雙目顯示單元，該雙目顯示單元包括目鏡25a，放置在所述目鏡25a之間的微顯示器49b，分束器單元22a，調(diào)焦元件24a，顯示器外殼56a和鼻夾的鼻梁架，其特征在于它括柔性固定圈105，在鼻子所處的平面處，所述固定圈105的長(zhǎng)度比使用者頭部的直徑長(zhǎng)。
29.根據(jù)權(quán)力要求28所述的圖像顯示單元，其特征在于所述固定圈105部分形成作為電纜。
30.根據(jù)權(quán)力要求29所述的圖像顯示單元，其特征在于所述固定圈105包括兩個(gè)耳機(jī)106。
31.根據(jù)權(quán)力要求30所述的圖像顯示單元，其特征在于顯示器外殼56a包括話(huà)筒108。
32.根據(jù)權(quán)力要求29到31所述的圖像顯示單元中的任一項(xiàng)，其特征在于所述固定圈105包括控制單元107。
33.根據(jù)權(quán)力要求32所述的圖像顯示單元，其特征在于控制單元107或顯示器外殼56a包括下述元件中的任意元件微顯示器驅(qū)動(dòng)單元，無(wú)線(xiàn)電頻率收發(fā)機(jī)回路，數(shù)字電視接收回路，微處理器和電源。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光學(xué)分束器單元，該光學(xué)分束器單元包括交叉的透明平行平面板(6，7)，平板(6，7)具有反射面，并從共同的交線(xiàn)(4)開(kāi)始并且朝向被分離的光束分叉。本發(fā)明雙目圖像顯示裝置包括光學(xué)分束器單元并且它具有第一調(diào)焦元件(24)和眼睛前面的反射鏡(25)。該雙目圖像顯示裝置的特征是其光學(xué)分束器單元是所述的單元，從到達(dá)光學(xué)分束器單元(22)的半透明反射面的光束方向看，即從接收方向(5)看，第一調(diào)焦元件(24)放置在相對(duì)的兩側(cè)，并且第一調(diào)焦元件(24)的共同光軸(23)垂直于接收方向；在位于兩側(cè)的第一調(diào)焦元件(24)的外面反射鏡放置在每一只眼睛的前面，并且這些反射鏡的半透明反射面與所述共同的光軸(23)圍成夾角δ45°±15°，并且這些反射面的交線(xiàn)平行于半透明反射面的交叉反射鏡交線(xiàn)(4)。
文檔編號(hào)G02B5/00GK1452725SQ0081941
公開(kāi)日2003年10月29日 申請(qǐng)日期2000年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月11日
發(fā)明者拉斯洛·霍洛科夫斯基, 安德烈·納吉長(zhǎng)爾瑙伊, 拉斯洛·凱齊, 卡羅伊·安德烈 申請(qǐng)人:Emd有限公司, 伯瑞麥克斯有限公司