DE60006535T2

DE60006535T2 - Anzeigevorrichtung mit okular, display und beleuchtungsvorrichtung auf optomechanischem träger

Info

Publication number: DE60006535T2
Application number: DE60006535T
Authority: DE
Inventors: B. Mark SPITZER
Original assignee: Microoptical Corp
Current assignee: Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Priority date: 1999-06-21
Filing date: 2000-06-07
Publication date: 2004-09-23
Anticipated expiration: 2020-06-08
Also published as: JP2003502713A; EP1196810A4; US6618099B1; EP1196809B1; HK1045732B; HK1045732A1; CA2377742A1; WO2000079330A1; JP2003502714A; EP1196810A1; CA2377738A1; DE60006535D1; WO2000079329A1; EP1196809A1; EP1196809A4; ATE254294T1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es gibt zahlreiche Bespiele von Displays bzw. Anzeigen, die auf dem Kopf, Sonnenbrillen, Brillen und dgl. festgelegt sind (beispielsweise Perera, U.S. Patent Nr. 4,867,551). Perera beschreibt ein Display, das auf Brillen festgelegt ist, dessen Grenze bzw. Beschränkung der hohe Grad eines Einengens des Gesichtsfelds des Benutzers hinter der Anzeige bzw. dem Display ist, und die Verwendung von nichtaxialen Optiken, welche eine Verzerrung einbringen bzw. bewirken. Andere Firmen, wie VirtualVision, stellen Displays zur Verfügung, welche durch ein Kabel, eine Doppelbogenfestlegung oder einen anderen mechanischen Support vor einem Auge oder beiden Augen des Benutzers abgehängt sind. In analoger Weise haben Studenten am MIT Media Laboratory Anzeigen von Reflection Technology an Augengläsern festgelegt, um ein Computerdisplay in einer mobilen Weise zur Verfügung zu stellen. Diese Versuche beschränken die Sicht des Benutzers auf die Umgebung auch stark.
Allgemein basieren am Kopf festgelegte oder auf einem Helm festgelegte Display- bzw. Anzeigesysteme auf Miniaturanzeigen bzw. -displays, die eine Diagonalabmessung von 4 cm oder weniger aufweisen. Die Anzeigesysteme, welche derartige Miniaturanzeigen verwenden, müssen eine Linse nahe dem Auge für eine Vergrößerung zur Verfügung stellen, und um ein komfortables Sehen in geringen Abständen möglich zu machen. Es werden hier die Linse und andere zugehörige Optiken, welche nahe dem Auge angeordnet werden müssen, als das "Okular" bezeichnet. Die meisten am Kopf festgelegten Sy steme gemäß dem Stand der Technik ordnen die Anzeige (beispielsweise einen miniaturisierten Flüssigkristallanzeige-Flachschirm) nahe dem Auge an, was sowohl eine Support- bzw. Tragehalterung für das Okular als auch eine Leitung für elektrische Kabel für die Anzeige erfordert. Diese Komponenten (Drähte, Flüssigkristallanzeige, Beleuchtungsquelle und jegliche anderen erforderlichen Schaltungen) sind in einem opaken Gehäuse nahe dem Auge angeordnet. Folglich blockieren derartige Systeme einen Teil des Gesichtsfelds des Benutzers und verdunkeln bzw. verdecken auch das Gesicht des Benutzers. Bei Flüssigkristallanzeigen nimmt die Beleuchtungsquelle einen großen Anteil des Volumens des Okulars ein.
Aus WO 99/23525, US 5,886,822 und WO 99/23524 ist es bekannt, die Anzeige an einer Position entfernt von dem Okular, insbesondere an einem Ort außerhalb des Gesichtsfelds eines Benutzers anzuordnen. Um Strahlen, die von der Anzeige ausgehen, zu richten, ist eine transparente Festlegung zur Verfügung gestellt, welche ein Teil des am Kopf festgelegten Anzeigesystems ist und in dessen Innerem ein optischer Pfad definiert ist, entlang welchem Strahlen, die von der Anzeige ausgehen und die das Bild, das anzuzeigen ist, darstellen, zu dem Okular gerichtet werden.
In einem neueren Patent (U.S. Patent Nr. 6,023,372) wurde ein Verfahren zum Unterstützen eines Okulars nahe dem Auge an dem Ende einer transparenten opto-mechanischen Struktur (1) beschrieben. Daten oder Bilder werden zu der Vorrichtung durch ein Kabel gebracht, welches Drähte, eine oder mehrere optische Fasern, wie dies im U.S. Patent 5,715,337 beschrieben ist, oder eine Lichtleitung ein kohärenten Faseroptikbündels umfassen kann. Der Vorteil dieses Zugangs gemäß dem Stand der Technik ist die geringe Verdunklung der Sicht des Benutzers, die in der Verwendung eines transparenten opto-mechanischen Supports für das Okular inhärent.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese Erfindung umfaßt einen neuen Zugang für ein leichtgewichtiges, kompaktes, am Kopf festgelegtes Display- bzw. Anzeigesystem, welches ein Bildübertragungssystem und einen mechanischen Support bzw. Träger mit einem einfachen Montagesystem kombiniert, welches auf Brillen oder einer anderen auf den Kopf setzbaren Vorrichtung anwendbar ist. Die Erfindung umfaßt ein Montieren einer Anzeige, wie einer Flüssigkristallanzeige gegen ein Okular an dem Ende einer durchsichtigen Supportstruktur, wobei eine Beleuchtung durch eine transparente, opto-mechanische Tragehalterung zur Verfügung gestellt wird, welche das Okular nahe dem Auge festlegt bzw. aufhängt. Die opto-mechanische Tragehalterung kann ähnlich jener sein, die im U.S. Patent Nr. 6,023,372 beschrieben ist. In einer alternativen Ausbildung umfaßt bzw. beinhaltet die Erfindung die Festlegung einer Flüssigkristallanzeige an einem Okular mit einem visuell minimalen opaken, mechanischen Support, und wobei die Beleuchtung durch einen freien Raum zur Verfügung gestellt wird. Die Vorrichtung ist insbesondere zur Verwendung als ein Interface für Computer, persönliche digitale Assistenten und Mobiltelefone geeignet.
Genauer stellt die Erfindung eine kompakte, am Kopf montierbare bzw. anordenbare Anzeigevorrichtung für ein Übertragen eines Bilds zu einem Benutzerauge zur Verfügung. Die Anzeigevorrichtung beinhaltet einen Support, umfassend ein längliches Glied, das konfiguriert ist, um einen Durchgang von Umgebungslicht entlang einer Längsrichtung des länglichen Elements bzw. Glieds zu einem Benutzerauge zu ermöglichen. Eine Anzeige, wie eine LCD, ist durch den Support abgestützt und ist betätigt, um ein Bild zur Verfügung zu stellen. Eine Okularanordnung ist durch die Tragehalterung in der Nachbarschaft zu der Anzeige abgestützt, um das Bild von der Anzeige zu empfangen und das Bild zu dem Auge des Benutzers zu richten. Der Support definiert auch eine Beleuchtungsstrecke entlang des länglichen Elements und die Anzeige ist angeordnet, um Beleuchtungslicht auf der Beleuchtungsstrecke von einer Lichtquelle zu erhalten.
Die Erfindung ist dahingehend vorteilhaft, daß sie es ermöglicht, daß die Anzeige nahe dem Okular angeordnet ist, so daß das Okular eine kürzere Brennweite aufweisen und somit eine größere Vergrößerung zur Verfügung stellen kann, und sie erlaubt es der Beleuchtungsquelle, daß sie von dem Okular und der Anzeige entfernt ist. Wie dies in den Zeichnungen gesehen werden kann, ist die Anzeige selbst relativ klein im Volumen, und in dem Fall einer LCD ist sie großteils aus Glas und kann somit in das Okular ohne einen hohen Grad von Verdunkelung des Gesichtsfelds des Benutzers integriert werden. Obwohl das Okular eine geringfügig größere Verdunkelung als die Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik im U.S. Patent Nr. 6,023,372 aufweist, ist die größere Vergrößerung, die durch die kürzere Brennweite des Okulars erreichbar ist, ein Vorteil, der in zahlreichen Anwendungen bevorzugt sein kann.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird vollständiger aus der folgenden, detaillierten Beschreibung verstanden werden, die gemeinsam mit den beiliegenden Zeichnungen gegeben wird, in welchen:
1 eine opto-mechanische Festlegung gemäß dem Stand der Technik illustriert;
2 eine schematische Draufsicht auf eine opto-mechanische Tragehalterung mit Okular und Anzeige gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
3 eine isometrische Ansicht der opto-mechanischen Tragehalterung bzw. -festlegung von 2 ist;
4 eine schematische Draufsicht auf eine weitere Ausbildung einer opto-mechanischen Tragehalterung mit Okular und Anzeige ist;
5 eine schematische Draufsicht auf noch eine weitere Ausbildung einer opto-mechanischen Tragehalterung mit Okular und Anzeige ist;
6 eine schematische Draufsicht auf noch eine weitere Ausbildung einer opto-mechanischen Tragehalterung mit Okular und Anzeige ist;
7 eine schematische Draufsicht auf noch eine weitere Ausbildung einer opto-mechanischen Tragehalterung mit Okular und Anzeige ist;
8 eine isometrische Ansicht der opto-mechanischen Tragehalterung mit Okular und Anzeige von 7 ist;
9 eine schematische Draufsicht auf die opto-mechanische Tragehalterung und ein Gehäuse ist, enthaltend Schaltungen bzw. Schaltkreise und eine Beleuchtungseinrichtung mit Okular und Anzeige mit einer Montagefestlegung zum Festlegen an einem Brillenrahmen;
10 eine schematische Vorderansicht der opto-mechanischen Tragehalterung mit Okular und Anzeige ist, die an einem Kopfband festgelegt ist;
11A eine Bodenansicht einer opto-mechanischen Tragehalterung mit Okular und Anzeige und Schaltung ist;
11B eine Seitenansicht der opto-mechanischen Tragehalterung von 11A ist; und
12 eine schematische Darstellung einer opto-mechanischen Tragehalterung mit Okular und Anzeige als ein Interface zu einem Mobiltelefon, Computer oder persönlichen, digitalen Assistenten ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
2 erläutert eine erste Ausbildung der Erfindung. Eine transmissive bzw. durchlässige LCD 20, beispielsweise das Kopin Cyber Display P/N KCD-QM02-AA (bestehend in erster Linie aus Glas, wenn das mechanische Kunststoffgehäuse entfernt ist) wird zwischen einem Prisma 30 und einer durchsichtigen, mechanischen Tragehalterung 10 angeordnet, an welcher eine Lichtquelle 12 festgelegt ist. Licht von der Lichtquelle 12, das durch den Strahl 43 angedeutet ist, wird durch die durchsichtige, mechanische Tragehalterung 10 hindurchgeleitet und fällt auf der Rückseite der LCD 20 ein, welche eine aktive Matrix-LCD (AM-LOD) umfassen kann. Die LCD moduliert das Licht, um ein Bild auszubilden, welches zu dem Auge eines Beobachters durch eine Okularanordnung, wie ein Prisma 30 und eine Linse 40 übertragen wird, welche das Bild so vergrößern, daß es geeignet gesehen werden kann. Das Prisma 30 kann mit Metall beschichtet sein oder kann durch einen Spiegel ersetzt sein. Bilder von der Umgebungsszene, die durch Strahl 44 angedeutet sind, gelan gen durch die Halterung bzw. den Support 10 zu dem Auge des Benutzers.
Wenn die Brennweite der Linse 40 gleich dem optischen Abstand zwischen der Linse und der LCD ist, wird das Bild im Unendlichen beobachtet. Andere Brennweiten können angewandt werden, um das Bild in dem gewünschten Abstand anzuordnen, in Übereinstimmung mit der Newton'schen Linsengleichung oder ihre Äquivalente. Die Art eines Leitens von elektrischen Signalen zu der LCD wird hier später beschrieben.
Ein Vorteil dieser Vorrichtung ist jener, daß die Objekt- bzw. Gegenstandsebene (d.h. die LCD) in der Nachbarschaft (innerhalb von 5 bis 20 mm) von dem Okular ist, was die optische Verbindung erleichtert und die Brennweite des Okulars reduziert. Die Reduktion der Brennweite erhöht die Vergrößerung des Systems und erzeugt ein größeres Bild.
In den meisten der Zeichnungen ist nur ein einziger Strahl für die Klarheit dargestellt, jedoch sollte verstanden werden, daß das Funktionieren der Erfindung eine Mehrzahl von Strahlen und optischen Pfaden bzw. Strecken erfordert. Es sollte auch verstanden werden, daß, wenn einzelne Linsenoberflächen gezeigt sind, diese ein System von mehreren Linsenoberflächen darstellen können. Zusätzlich sind für die Darstellung der optischen Prinzipien nur die wesentlichen optischen Elemente gezeigt, wobei jedoch zu verstehen ist, daß die zugehörigen Gehäuse, Klammern und Schaltungen, die gezeigt oder nicht gezeigt sein können, bei jedem der optischen Designs angewandt werden können.
Ein Merkmal dieser Erfindung ist die durchsichtige, mechanische Tragehalterung 10. Die Tragehalterung ist aus zwei Gründen durchsichtig: damit Beleuchtungsstrahlen zu der Anzeige bzw. dem Display übertragen werden können und damit die Benutzersicht von Strahlen 44 nicht durch die Tragehalterung blockiert ist.
3 illustriert eine perspektivische Zeichnung der Ausbildung der Erfindung, die in 2 gezeigt ist. Die obere Oberfläche 19 und die Bodenoberfläche 17 (11) der Tragehalterung 10 können schwarz bemalt sein und können nicht poliert sein, da diese Oberflächen nicht in dem Sichtbereich des Benutzers liegen (Umgebungsstrahlen treten nicht durch die Oberflächen 17 und 19 zu dem Auge hindurch). Alternativ kann eine dünne Kunststoffschicht auf den Oberflächen 17, 19 für eine zusätzliche, mechanische Festigkeit, oder um Schaltungen zu verstecken, angebracht werden. Umgebungsstrahlen 44 treten durch die Oberfläche 18 und ihre gegenüberliegende Oberfläche (nicht gezeigt) durch und deshalb sollten die Oberfläche 18 und ihre gegenüberliegende Oberfläche durchsichtig, eben und glatt sein.
Ein Durchsichtokular kann auch in dieser Erfindung verwendet werden, wie dies in 4 gezeigt ist, welches auch eine Art einer Kollimation des Beleuchtungslichts zeigt. Eine LED 275 stellt Licht für eine Sammellinse 276 zur Verfügung, welches, wie dies durch einen Strahl 43 angedeutet ist, durch die Tragehalterung 10 zu der LCD 20 fortschreitet. Polarisiertes Licht von der LCD tritt durch den Polarisationsstrahlteiler 300 und eine Viertel-Wellenlängen-Platte 320 durch und wird dann durch einen fokussierenden Spiegel bzw. Einstellspiegel 310 reflektiert. Bei der Reflexion tritt Licht ein zweites mal durch die Viertel-Wellenlängen-Platte bzw. Lambda-Viertel-Platte 320 durch. Nachdem es zweimal durch die Lambda-Viertel-Plättchen hin durchgetreten ist, ist der Polarisationswinkel des Lichts in einem Zustand, daß er an einem Polarisationsstrahlteiler 300 reflektiert wird und entsprechend zu dem Auge hindurchtritt.
In einer weiteren Ausbildung, die in 5 gezeigt ist, wird eine reflektierende LCD 21 verwendet. Die reflektierende Anzeige ist beispielsweise von der Art, die von Microdisplay Corporation, in San Pablo, Kalifornien, hergestellt wird. Das in 2 gezeigte Prisma wird durch einen Polarisationsstrahlteilerwürfel 130 ersetzt, welcher als die Polarisier- und Analysiereinrichtung für die reflektierende LCD dient. Licht von der Beleuchtungseinrichtung 12, das durch Strahlen 43 dargestellt ist, tritt durch den mechanischen Support bzw. die mechanische Halterung 10 zu dem Würfel 130 durch, und eine lineare Polarisation tritt zu der reflektierenden LCD 21 durch. Die LCD 21 reflektiert und dreht die Polarisation des einfallenden Lichts an jedem Pixel bzw. Bildpunkt in Übereinstimmung mit einem Steuer- bzw. Regelsignal, so daß das gewünschte Bild zu dem Auge durch den Würfel 130 und das Augen-Linsensystem 40 übertragen wird.
In allen vorhergehenden Ausbildungen ist die Länge der durchsichtigen Halterung 10 unabhängig von der Brennweite der abbildenden bzw. Abbildungsoptiken, was bedeutet, daß die Länge der Tragehalterung 10 groß gemacht werden kann. Eine typische Länge der Tragehalterung 10 liegt im Bereich von 1 bis 10 cm. Wenn die Beleuchtung ausreichend hell oder ausreichend gebündelt bzw. kollimiert ist, kann jedoch die Länge erhöht werden und der Träger kann gekrümmt sein, so daß die Beleuchtungsquelle hinter dem Auge angeordnet sein kann, und Licht kann durch die Tragehalterung 10 um den Kopf von dem Ohr zu dem Okular übertragen werden. Wenn die Krümmung geeignet ausgebildet ist, kann das Licht in einer durchsichtigen Tragehalterung 10 durch totale innere Reflexion, ähnlich in der Art den Prinzipien betreffend optische Fasern enthalten sein.
In einer Alternative zu der Erfindung kann eine Emissionsanzeige, wie eine elektrolumineszente Anzeige mit aktiver Matrix der Art, wie sie von Planar Corporation in Beaverton, Oregon, hergestellt wird, für die reflektierende LCD substituiert werden. 6 zeigt, wie eine derartige Anzeige angewandt wird. Die Tragehalterung 10 endet in einem Keil, welcher eine Spiegelbeschichtung 131 aufweist, um Licht von der Anzeige 22 zu dem Linsensystem 40 zu reflektieren. Die durchsichtige, mechanische Tragehalterung erlaubt es dem Benutzer, eine von Behinderungen durch die mechanischen Merkmale der Okulartragehalterung freie Sicht zu haben, wie dies durch einen Strahl 44 angedeutet ist, wobei er jedoch in dieser Ausbildung Licht nicht zu der selbst emittierenden Anzeige überträgt.
Es ist festzuhalten, daß in einer weiteren Ausbildung die mechanische Tragehalterung hohl sein kann oder auf eine dünne Platte oder eine Säule 201, wie dies in 7 und 8 dargestellt ist, reduziert sein kann. In dieser Ausbildung kann, für den Fall der LCD, das Licht 43 von der Beleuchtungsquelle 12 zu der LCD 20 im freien Raum 210 entlang einer geraden Strecke geführt werden. Die Tragestruktur 201 muß jedoch die elektrischen Signale von dem Kabel 60 zu der Anzeige durch ein Miniaturkabel bzw, eine Miniaturverkabelung 16 (8) leiten. Derartige Kabel, welche eine Mehrzahl von Mikrokoaxialkabeln umfassen, sind von Gore erhältlich sind.
Es ist beabsichtigt, daß die in 3 – 8 gezeigten Vorrichtungen vor einem Auge des Benutzers durch Halterungen festgelegt werden, die an Brillenrahmen oder Kopfbändern festgelegt sind. Zwei Einheiten können für ein Sehen mit zwei Augen verwendet werden. 9 zeigt eine vollständige Illustration eines Systems in Übereinstimmung mit dieser Erfindung, das für die Festlegung auf Brillen gedacht bzw. beabsichtigt ist. Signale werden zu der Einheit durch ein Kabel 60 zugeleitet bzw. zugeführt, welches an dem Gehäuse 70 festgelegt ist. Das Gehäuse 70 kann integrierte oder diskrete Schaltungen 50 enthalten, welche mit der Anzeige über eine Schaltung 71 verbunden sind. Eine zweite Schaltung 6 liefert Leistung zu LEDs 5. Eine Beleuchtung von den LEDs 5 fällt auf das Linsensystem 42, welches die Strahlen 43 sammelt bzw. kollimiert, die von der Anzeige 20 durch den Träger 10 übertragen werden. Eine Klammer 73, die an einem Arm 72 festgelegt ist, dient dazu, um die Einheit an Brillen festzulegen. Ein Mikrophon (nicht gezeigt) kann in einer Umhüllenden bzw. Ummantelung 70 für eine Audioeingabe enthalten sein.
Alternativ kann, wie dies in 10 gezeigt ist, die Anzeigeeinheit auf einem Ausleger 440 festgelegt sein, welcher an einem Kopfband bzw. Kopfbügel 410 angelenkt ist. Das Kopfband kann auch mit einem Ohrstück 430 zum Empfangen von Audioausgabesignalen versehen sein. Der Ausleger kann mit einem Mikrophon für die Audioeingabe versehen sein. Ein Kissen 420 kann an dem Kopfband festgelegt sein oder kann durch eine Ohrstück für Stereo-Audio ersetzt sein.
Bezugnehmend auf 9 kann die Lichtleitung 10, welche auch als der mechanische Träger dient, als ein effektiver Lichtkollimator dienen. Ein Grad einer Kollimation bzw. Bündelung wird durch eine Sammellinse 42 (9) nahe der Lichtquelle möglich gemacht. Es ist festzuhalten, daß einiges des Lichts über dem Raumwinkel, der durch die Anzeige begrenzt ist, welches normalerweise nicht die Anzeige erreichen würde, durch innere Totalreflexion in der Lichtleitung gesammelt wird, wodurch die Lichtsammeleffizienz der Leitung verbessert wird. Verschiedene Techniken sind möglich, beinhaltend die Benutzung von spiegelnden, metallischen Beschichtungen oder weißen, diffusen Reflektoren nahe der Beleuchtungseinrichtung, oder selbst die vollständige Einbettung der LED 5 in ein Material, welches die Lichtleitung ausbildet, wie dies in 11 gezeigt ist.
Die Anzeige, die an dem Okular angeordnet ist, erfordert Leistungs-, Zeitgeber- und Datensignale. Diese Signale können durch Festlegen einer flexiblen Kapton-Schaltung 16 (3) an der oberen Oberfläche oder an der Bodenoberfläche der Tragehalterung 10 zur Verfügung gestellt werden. Die flexible Schaltung muß nicht durchsichtig sein, da sie dünn ist (weniger als 1 mm) und die Betrachtung der Umgebungsszene nicht signifikant blockiert, und kann direkt an der LCD durch in der Technik bekannte Techniken festgelegt sein. Alternativ können die Signale durch Koaxialkabel zur Verfügung gestellt sein, die an der oberen oder Bodenseitenoberfläche des Trägers 10 festgelegt sind.
Die optische Tragehalterung 10 ist aus Glas mittels in der Technik bekannter Verfahren oder durch Spritzgießen von durchsichtigen Kunststoffen, wie Polymethylmethacrylat (acrylisch) oder Polykarbonat, oder durch Gießen von Kunststoffen, Polykarbonatharz, CR39 oder Epoxyharzen oder alternativ durch Bearbeiten von klaren, festen Kunststoffen ausgebildet. Organische Materialien stellen allgemein ein niedrigeres Gewicht als Glas zur Verfügung. 11 zeigt, wie die Verbindung innerhalb einer festen, optischen Tragehalterung 10 geführt sein kann, die durch Gießen ausgebildet ist. 11a zeigt eine Ansicht von dem Boden, die die Kapton-Schaltung 450, die Signale zu der LCD führt, und die Kapton-Schaltung 451 zeigt, die Leistung zu den LEDs 5 zuführt. Die Kapton-Schaltung ist geringfügig unter der Oberfläche eingebettet. Es ist festzuhalten, daß die Schaltung 451 nicht die Strahlen von der Umgebungsszene 44 blockiert. Die Lichtquelle (LEDs) und die LCD werden bzw. sind in die optische Tragehalterung 10 eingegossen. 11b zeigt eine Seitenansicht, in welcher die verbundenen Schaltungen 450, 451 aus der optischen Tragehalterung 10 nahe der Beleuchtungseinrichtung austreten und somit innerhalb eines Gehäuses 70 aufgenommen sein können (9). Ein Reflektor 390 ist um die optische Tragehalterung 10 in der Nachbarschaft der LEDs 5 angeordnet, um Licht von den LEDs in den optischen Pfad zu der Anzeige 20 zu reflektieren.
Das Anzeige- und Beleuchtungssystem kann mit einem Ohrstück bzw. Ohrhörer und einem Mikrophon versehen sein, um als ein Interface zu einem Mobiltelefon, Computer oder persönlichen, digitalen Assistenten zu dienen. 12 zeigt ein derartiges System. Das Gehäuse 70 ist mit einer Öffnung 620 versehen, hinter welcher ein Audiomikrophon in Verbindung mit einer RF-Schaltung 600 über ein Kabel 60 vorgesehen ist. Ein Ohrhörer bzw. -stück 630, welcher(s) es dem Benutzer ermöglicht, eine Audio- bzw. Tonausgabe zu hören, ist vorgesehen und ist in Verbindung mit der Radiofrequenz(RF)-Schaltung 600 über das Kabel 60. Die RF-Schaltung und eine Versorgungs- bzw. Leistungsquelle (Batterien) sind innerhalb eines Gehäuses angeordnet, umfassend eine aus einer beliebigen Anzahl von kommerziellen, digitalen oder analogen RF-Vorrichtungen, beinhaltend beispielweise das Bluetooth-Interface, das durch Ericsson und seine Partner vertrieben wird. Die RF-Schaltung stellt eine Kommunikation bzw. Verbindung mit einem Mobiltelefon, Computer, persönlichen, digitalen Assistenten oder einer anderen elektronischen Vorrichtung zur Verfügung. Eine Einheit 600 wird hinter dem Kopf getragen und das Kabel 60 wird ebenso verwendet, um die Brillenrahmen 610 auf dem Kopf des Benutzers zurückzuhalten. Es ist festzuhalten, daß in einigen Anwendungen das Mobiltelefon in der Einheit 600 selbst oder selbst innerhalb des Gehäuses 70 inkorporiert bzw. aufgenommen sein kann. Obwohl dieses Diagramm zeigt, daß die Einheit an Brillenrahmen 610 mittels einer Klammer bzw. Klemme 73 festgelegt ist, kann eine ähnliche Einrichtung für das Kopfset konstruiert sein, das in 10 gezeigt ist.
Die Erfindung ist durch die beiliegenden Ansprüche definiert.

Claims

Kompakte, auf den Kopf setzbare Anzeigevorrichtung zum Übertragen eines Bildes zum Auge eines Benutzers, wenn die Vorrichtung auf den Kopf des Benutzers aufgesetzt ist, wobei die Anzeigevorrichtung umfasst: eine opto-mechanische Tragehalterung (10), welche ein längliches Element mit ersten und zweiten Enden umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie einen Durchgang von Licht in einer Längsrichtung des länglichen Elements zum Auge eines Benutzers gestattet, wobei die Tragehalterung zwischen dem ersten und zweiten Ende entlang des länglichen Elements eine Beleuchtungsstrecke definiert; eine Anzeige (20, 21, 22), die an dem ersten Ende des länglichen Elements gehalten wird und zum Liefern eines Bildes dient, wobei die Anzeige so angeordnet ist, dass sie auf der Beleuchtungsstrecke Beleuchtungslicht empfängt; und eine Okularanordnung (30, 40), die an dem ersten Ende der Tragehalterung gehalten wird, um das Bild von der Anzeige zu empfangen und das Bild zu dem Auge des Benutzers zu leiten; und eine Lichtquelle (12), die von der Okularanordnung und der Anzeige entfernt an dem zweiten Ende des länglichen Elements gehalten wird, um auf der Beleuchtungsstrecke Beleuchtungslicht zu der Anzeige hin zu liefern.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Anzeige eine durchlässige Flüssigkristallanzeige oder eine reflektierende Flüssigkristallanzeige umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Anzeige eine Flüssigkristallanzeige mit aktiver Matrix umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Lichtquelle (12) ein Array von LEDs umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die desweiteren eine von der Tragehaltung gehaltene bündelnde Linsenanordnung (276) umfasst, um Licht aus der Lichtquelle auf der Beleuchtungsstrecke zu bündeln.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Lichtquelle in die Tragehalterung eingebettet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Tragehalterung (10) so aufgebaut ist, dass sie Licht durch totale interne Reflexion entlang des länglichen Elements weiterleitet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Beleuchtungsstrecke durch freien Raum hindurch vorgegeben ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Okularanordnung eine Polarisationsstrahlteilerbeschichtung (300), ein Lambda-Viertel-Plättchen (320) und einen Fokussierspiegel (310) umfasst, die so angeordnet sind, dass polarisiertes Licht von der Anzeige die Strahlteilerbeschichtung und das Lambda-Viertel-Plättchen durchläuft und von dem Fokussierspiegel reflektiert wird, um das-Lambda-Viertel-Plättchen in der entgegengesetzten Richtung zu durchlaufen, und von der Strahlteilerbeschichtung zum Auge hin reflektiert zu werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Anzeige und die Okularanordnung so angeordnet sind, dass Licht auf der Beleuchtungsstrecke zuerst die Anzeige und dann die Okularanordnung durchläuft.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Okularanordnung einen Polarisationsstrahlteilerwürfel (130) und eine Linse (40) umfasst, und die bei der Okularanordnung sowie die Anzeige (21) so angeordnet sind, dass auf der Beleuchtungsstrecke eine lineare Polarisation von Licht durch den Strahlteilerwürfel zu der Anzeige erfolgt, und die Anzeige die Polarisation des Lichts reflektiert und dreht, und das Licht an dem Strahlteilerwürfel durch die Linse zum Auge des Benutzers hin reflektiert wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die desweiteren ein Gehäuse (70) umfasst, welches in elektrischer Verbindung mit der Anzeige und mit der Lichtquelle stehende Schaltungen enthält, wobei die Tragehalterung an dem Gehäuse befestigt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Anzeige (20) weniger als 20 mm von der Okularanordnung (30, 40) entfernt angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das längliche Element der Tragehalterung (10) ein durchlässiges Element mit klaren Seitenflächen (18) umfasst, welches vor dem Auge des Benutzers angeordnet ist, um den Durchgang von Umgebungslicht durch die klaren Seitenflächen zu dem Auge des Benutzers hin zu gestatten.
Vorrichtung nach Anspruch 14, bei der das transparente Element obere und untere Oberflächen (19, 17) umfasst, welche an die Seitenflächen angrenzen.
Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der mindestens eine der oberen und unteren Oberflächen (19, 17) beschichtet, bedeckt oder nicht poliert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, bei der das durchlässige Element zwischen den Seitenflächen hohl ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Tragehalterung (10) aus Glas, Polymethylmethacrylat, Polykarbonat, CR39, oder Epoxid-Harzen gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das längliche Element der Tragehalterung eine dünne Platte oder eine Säule (201) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die desweiteren eine Miniaturverkabelung (16) umfasst, die von der Tragehalterung gehalten wird und in elektrischer Verbindung mit der Anzeige steht.
Vorrichtung nach Anspruch 20, bei der die Miniaturverkabelung eine flexible Verschaltung oder Koaxialkabel umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, bei der die Miniaturverkabelung an einer oberen oder unteren Oberfläche der Tragehalterung befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, bei der die Miniaturverkabelung in die Tragehalterung eingebettet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Okularanordnung mindestens eine reflektierende Oberfläche (30), die so angeordnet ist, dass sie das Bild zum Auge des Benutzers zurückleitet, und eine Linse (40), die vor dem Auge des Benutzers angeordnet ist, umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 24, bei der die reflektierende Oberfläche (30) ein metallbeschichtetes Prisma oder einen Spiegel umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Okularanordnung das Bild vergrößert.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die desweiteren eine Befestigungsvorrichtung (72, 73, 440) umfasst, welche so ausgelegt ist, dass sie den Träger an einem Brillenrahmen oder einem Kopfbügel befestigt hält.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die desweiteren ein Gehäuse (70) umfasst, das in elektrischer Verbindung mit der Anzeige stehende Schaltungen (50, 71) trägt, wobei die Tragehalterung an dem Gehäuse angebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 28, die desweiteren innerhalb des Gehäuses ein Mikrofon umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 29, die desweiteren einen Ohrhörer (430) umfasst, der dazu dient, Audio-Ausgangssignale zu empfangen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die desweiteren einen Arm (440) umfasst, der an einem Kopfbügel (410) angebracht ist, wobei der Träger an dem Arm befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 31, die desweiteren ein an dem Arm befestigtes Mikrophon umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 31, bei der der Kopfbügel einen Ohrhörer (430) umfasst, der dazu dient, Audio-Ausgajngssignale zu empfangen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Tragehalterung so ausgelegt ist, dass sie Licht intern weiterleitet.
Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die desweiteren ein Mobiltelefon umfasst, das mit der Anzeigevorrichtung in Verbindung steht.
Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 34, die desweiteren einen Computer umfasst, der mit der Anzeigevorrichtung in Verbindung steht.
Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 34, die desweiteren einen persönlichen digitalen Assistenten umfasst, der mit der Anzeigevorrichtung in Verbindung steht.