УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ НА ЭКРАНЕ Российский патент 2000 года по МПК H04N13/00 

Изобретение относится к устройству отображения видеоинформации, в частности к устройству отображения телевизионного (ТВ) изображения, которое одевается на голову.

Одеваемые на голову устройства отображения ТВ-изображения известны в данной области техники. В одной группе таких устройств используют стереоскопическую систему, посредством которой пользователь видит левым и правым глазом две различные картинки или экран соответственно. Стереоскопические устройства описаны в патентах США 5123726, 5129716, 4897715, 4706117 и патенте Германии 1103961, прежде всего в части, относящейся к описанию фиг. 5. Недостатком одеваемых на голову стереоскопических ТВ-устройств является необходимость иметь два элемента отображения видеоинформации, что практически приводит к удвоению стоимости, увеличению веса, габаритов и частоты отказов. С другой стороны, преимущество состоит в том, что изображение может просматриваться обоими глазами.

Также известны одеваемые на голову ТВ-устройства, имеющие только один элемент отображения видеоинформации. Этот тип устройств, в частности, описан в упомянутом выше патенте Германии 1103961 (фиг. 2) и в каталоге продукции США "Shapper Image" (июнь 1993), посвященном устройству, называемому "игра виртуальное видение" ("Virtual Vision Sport"). Главный недостаток данного типа устройств является следствием того факта, что одним глазом можно видеть только единственный экран, т.е. в то время, когда один глаз сосредоточен на экране, другой наблюдает окружающее пространство в том же самом направлении, что вызывает неприятные ощущения. Если же пользователь устройства закрывает другой глаз во время просмотра ТВ-изображения, он вынужден прищуриваться, что приводит к утомлению.

Из упомянутого выше патента Германии 1103961 (п. 9 и соответствующее описание) также известно, что электронно-лучевая трубка установлена в одной из боковых частей устройства подобного очкам и изображение, создаваемое электронно-лучевой трубкой, передается к обоим глазам пользователя с помощью оптической системы, включающей полупрозрачное зеркало. Недостаток такого устройства является следствием того, что ТВ-изображение и вид окружающего пространства, расположенного позади зеркала, накладываются друг на друга на полупрозрачном зеркале, установленном перед глазом, что является источником раздражения и неприятных ощущений, и помимо этого использование полупрозрачного зеркала приводит к потерям световой энергии приблизительно на 50%.

Общим недостатком упомянутых выше известных одеваемых на голову устройств отображения ТВ-изображения является непривычный внешний вид; по сравнению с обычными очками они громоздки и неудобны и привлекают внимание окружающих.

Таким образом, целью настоящего изобретения является создание малогабаритного, легкого и компактного устройства отображения видеоинформации, одеваемого на голову, в частности создание устройства отображения ТВ-видеоинформации, с помощью которого картинка или экран могут просматриваться обоими глазами без каких-либо потерь в интенсивности света, связанных с применением полупрозрачных зеркал. Предпочтительно, чтобы устройство можно было устанавливать на обычных очках и носить вместе с ними.

Изобретение основано на предположении, что картинка или экран малого размера, располагаемые между глазами перед носом или напротив средней части лба, могут быть видимы обоими глазами, если световой поток, исходящий от картинки или экрана, отражается в двух направлениях посредством разделяющих зеркал, установленных на некотором расстоянии от картинки или экрана, иными словами, пучок света (световой луч), исходящий от экрана, разделяется на два отдельных пучка (ветви), а затем эти отдельные пучки отражаются в направлении глаз последующей системой зеркал. (Разделяющие зеркала - пара зеркал - установлены вплотную друг к другу торцами и образуют между собой угол 90^o±35^o. ) Если разделяющие зеркала, имеющие практически примерно тот же размер, что и картинка или экран, установлены слишком близко к картинке или экрану, то изображение вследствие того, что его видно под очень большим углом, т. е. сбоку, принимает форму трапеции, и эту трапецию даже оба глаза воспринимают не одинаково. Хотя человеческий мозг может в некоторых пределах компенсировать искаженное изображение и, следовательно, воспринимать его как единое изображение, однако это приводит к тому, что глаза в течение длительного времени находятся в напряжении, и приводит к утомлению глаз, и, кроме того, изображения не могут быть совмещены при выходе за определенные пределы. Было установлено, что предпочтительным углом разделения световых пучков является угол, не превышающий 15^o. (Этот угол соответствует углу "расхождения" оптических осей глаз при чтении книги, расположенной на расстоянии около 30 см). Однако данное условие противоречит требованию о том, что изображение или экран должны располагаться по-возможности как можно ближе к оправе, например к оправе очков, на которой закреплены эти воспроизводящее изображение приспособление или экран, что необходимо для получения компактного устройства. Для того чтобы изображение или экран могли быть расположены непосредственно перед оправой (очков), пучок света, исходящий от изображения или экрана - в соответствии с упомянутым условием - должен быть "довернут" в сторону оправы, т.е. должен быть переотражен с помощью одного или более общих зеркал.

В соответствии с вышеизложенным объектом настоящего изобретения является одеваемое на голову устройство отображения видеоинформации, в частности устройство отображения ТВ-изображения, включающее ТВ-экран или иное устройство для представления изображения и оптические элементы для направления к глазам пучка света, исходящего от экрана или картинки. Основная идея изобретения заключается в том, что устройство отображения видеоинформации включает оптический элемент (ы), разделяющий (ие) пучок света, исходящий от экрана или картинки, на лучи-ветви и направляющий (ие) эти лучи-ветви к глазам пользователя; оптические элементы, отражающие лучи-ветви в сторону зрачков, и фокусирующие элементы, расположенные между отражающими оптическими элементами и зрачками и/или между разделяющими оптическими элементами и отражающими оптическими элементами.

Целесообразно использовать в устройстве оптический элемент, отражающий пучок света, исходящий от экрана или картинки, вверх или вниз относительно головы, и дополнительный оптический элемент, разделяющий пучок света, отраженный вверх или вниз, на лучи-ветви и отражающий эти лучи-ветви к оптическому элементу (ам), направляющему эти лучи-ветви по направлению к глазам. Необходимо отметить, что используемый в описании термин "экран" включает любое устройство отображения видеоинформации, например жидкокристаллический дисплей (ЖКД), электронно-лучевую трубку (ЭЛТ), кинескоп, плазменный дисплей и т.д. "Изображение" ("картинка") может быть, например, диапозитивной микропленкой, цветным изображением, печатным текстом и т.д.

В другом варианте выполнения изобретения экран или картинка размещаются перед переносицей или средней частью лба человека, использующего устройство, в теоретической (воображаемой) медианной плоскости головы, перпендикулярно этой медианной плоскости.

В предпочтительном варианте выполнения оптический элемент, разделяющий пучок света на два луча-ветви и направляющий эти лучи-ветви в сторону глаз, включает два разделяющих зеркала, установленных под углом (α), равным 90^o±35^o, причем этот угол раскрыт в сторону лица пользователя; в этом случае целесообразно использовать разделяющие зеркала, имеющие форму трапеций или прямоугольников, а внутренние короткие стороны этих разделяющих зеркал размещать в теоретической воображаемой медианной плоскости головы. Необходимо отметить, что разделяющие зеркала могут быть жестко закреплены друг относительно друга либо они могут быть выполнены в виде цельного элемента; в последнем случае они являются единым оптическим элементом.

В другом варианте выполнения устройства оптический элемент, отражающий вверх или вниз пучок света, исходящий от экрана или картинки, состоит из первого общего зеркала, а оптический элемент, подводящий пучок света, приходящий от первого общего зеркала, к оптическому элементу (ам), предпочтительно разделяющим зеркалам, делящим пучок света на лучи-ветви и направляющим эти лучи-ветви в сторону глаз, состоит из второго общего зеркала. В этом случае целесообразно использовать общие зеркала, имеющие форму трапеции; причем эти общие зеркала располагаются в плоскостях, перпендикулярных медианной плоскости головы, и образуют между собой угол (ω), равный 90^o±35^o, и углы (β), предпочтительно равной величины с плоскостью экрана или картинки.

В другом предпочтительном варианте выполнения изобретения оптические элементы, отражающие лучи-ветви в сторону зрачков, состоят из разнесенных зеркал, предпочтительно имеющих форму прямоугольника, при этом плоскости этих разнесенных зеркал образуют относительно друг друга угол (γ), предпочтительно равный примерно 90^o, и каждое из этих разнесенных зеркал находится на расстоянии 3-4 см от соответствующего зрачка. Также целесообразно использовать в качестве фокусирующих элементов линзы, а изображение или экран располагаются выше или ниже оптического элемента (ов) (предпочтительно разделяющих зеркал), разделяющих пучок света на отдельные лучи. В общем случае источник излучения, предпочтительно просвечивающего излучения, и параболическое зеркало устанавливаются позади экрана или картинки во внутреннем корпусе.

Согласно другому признаку изобретения отражающие оптические элементы, кроме оптических элементов, отражающих лучи-ветви в сторону зрачков, фокусирующие элементы, а также экран или картинка, источник света и параболическое зеркало, необязательно установленное во внутреннем корпусе, размещены в общем наружном корпусе, имеющем отверстие или отверстия и/или светопропускающую поверхность или поверхности, а внешний корпус крепится к оправе, предпочтительно к оправе очков, фиксируемой на голове, например, на ушных раковинах.

В другом предпочтительном варианте выполнения устройства в соответствии с изобретением фиксирующий элемент, например винт, крючок, зажим или т.п., обеспечивает разборное соединение внешнего корпуса с оправой. Также целесообразно прикреплять кронштейны, выступающие с обеих сторон в сторону глаз и выполненные предпочтительно из прозрачных пластиковых пластин, к внешнему корпусу или необязательно выполнять в виде цельного элемента с ним, а оптические элементы, предпочтительно разнесенные зеркала, отражающие отдельные лучи к зрачкам, соединять с этими кронштейнами на участке, выступающем вблизи глаз. Обычно эти оптические элементы, предпочтительно разнесенные зеркала, прикрепляют к кронштейнам посредством выдвижных планок. Такой вариант выполнения позволяет регулировать положение разнесенных зеркал в соответствии с межцентровым расстоянием глаз конкретного пользователя.

Если с помощью устройства требуется формировать стереоскопическое изображение, на пути лучей-ветвей между экраном или картинкой и зрачками устанавливаются жидкокристаллические оптические затворы. В предпочтительном варианте выполнения этого устройства жидкокристаллические оптические затворы устанавливаются непосредственно перед оптическим элементом (ами), разделяющим пучок света на лучи-ветви, предпочтительно перед примыкающими друг к другу сторонами разделяющих зеркал, в плоскости, перпендикулярной медианной плоскости головы. Также целесообразно использовать жидкокристаллические оптические затворы, соответствующие левому и правому лучам-ветвям, с общими стеклянными пластинами с жидкими кристаллами между ними, однако жидкокристаллические оптические затворы присоединены таким образом, что они имеют независимое управление по напряжению.

В другом предпочтительном варианте выполнения устройства предусмотрен контрольно-управляющий блок, подключенный к экрану или картинке и необязательно к источнику света посредством электрического кабеля, подводящего питающее напряжение и/или видеосигнал, и/или управляющую информацию. В устройстве предпочтительно использовать головной телефон/акустическую систему, соединенный(ую) с электрической частью устройства. В другом варианте выполнения на пути каждого из лучей-ветвей устанавливаются два оптических элемента, предпочтительно разнесенные зеркала, отражающих лучи-ветви к зрачкам. Также целесообразно неразъемно устанавливать внешний корпус на оправе, предпочтительно на оправе очков, или изготавливать его вместе с этой оправой в виде единого элемента.

Согласно другому признаку изобретения кронштейны снабжены удлиненными изогнутыми дужками, проходящими за ушные раковины, а внешний корпус снабжен опорой для носа. В другом варианте выполнения на оправе, предпочтительно на оправе очков, установлен дополнительный кожух из затемненного прозрачного или непрозрачного материала, причем этот кожух имеет такую пространственную форму, которая закрывает внешний корпус и кронштейны. Целесообразно закреплять дополнительный кожух на оправе, предпочтительно на оправе очков, либо на внешнем корпусе с помощью шарнира.

Целесообразно также применять линзы для очков, изготовленные из затемненного стекла или пластика, однако линзы (в зависимости от типа очков) имеют участки, расположенные между зрачком и оптическим элементом, отражающим луч-ветвь к зрачку, которые изготовлены из материала с малыми световыми потерями либо представляют собой прорези или щели, а остальные участки линз предпочтительно изготовлены из материала, темнеющего под действием света.

Для получения наилучшего изображения отражающие оптические элементы и фокусирующие элементы расположены симметрично относительно теоретической воображаемой медианной плоскости головы пользователя.

Ниже изобретение поясняется на примере выполнения со ссылкой на чертежи, на которых изображено:
на фиг. 1а - вид спереди предпочтительного варианта выполнения устройства в соответствии с изобретением, размещаемого на голове пользователя;
на фиг. 1б - вид сверху устройства, представленного на фиг. 1а, без изображения головы пользователя;
на фиг. 1в - вид сбоку устройства, представленного на фиг. 1а; голова показана схематично;
на фиг. 1г - вид в перспективе, поясняющий пространственное расположение оптических элементов устройства, представленного на фиг. 1а-1в, в увеличенном масштабе;
на фиг. 2а - вид спереди другого варианта выполнения устройства в соответствии с изобретением; голова показана схематически;
на фиг. 2б - вид сверху устройства, представленного на фиг. 2а; голова пользователя не показана;
на фиг. 2в - вид сбоку устройства, представленного на фиг. 2а и 2б; голова показана схематично;
на фиг. 3а - вид спереди другого варианта выполнения устройства в соответствии с изобретением; голова показана схематически;
на фиг. 3б - вид сбоку устройства, представленного на фиг. 3а; голова показана схематично.

Устройство, представленное на фиг. 1а-1г, одевается пользователем на голову 1 наподобие очков. Средняя часть оправы 2 опирается на переносицу, а боковые части 3 опираются на ушные раковины 24 (фиг. 1а, 1в). Экран 4 устройства располагается спереди средней части оправы 2, несколько выше этой средней части оправы 2, в плоскости, перпендикулярной медианной плоскости X головы 1 (фиг. 1а, 1б). Как показано на фиг. 1в, экран 4, источник 5 излучения (просвечивающего излучения), расположенный за экраном 4, и параболическое зеркало 6 все вместе закреплены во внутреннем корпусе 7.

Правое 8 и левое 9 разделяющие зеркала устройства установлены под внутренним корпусом 7 на уровне глаз (зрачки глаз обозначены позициями 14 и 15) между глазами перед переносицей. Разделяющие зеркала 8 и 9 образуют между собой угол α (фиг. 1б), предпочтительно составляющий 90^o±35^o. Эти зеркала 8 и 9 имеют форму трапеции или прямоугольника. Разделяющие зеркала 8 и 9 расположены симметрично относительно медианной плоскости X головы 1 (фиг. 1б), а короткие стороны зеркал, находящиеся на большем удалении от головы 1, соприкасаются в медианной плоскости X головы 1 (необходимо отметить, что вследствие более или менее неправильной формы головы человека медианная плоскость X является теоретической плоскостью симметрии).

С внешней стороны экрана 4 (если смотреть со стороны головы 1), т.е. перед экраном 4, расположено первое верхнее общее зеркало 10, а под ним - второе нижнее зеркало 11. Общие зеркала 10 и 11 имеют форму прямоугольников или, учитывая поперечное сечение световых пучков, имеют форму трапеции (с двумя параллельными сторонами). Эти зеркала 10 и 11 расположены перпендикулярно медианной плоскости X головы 1. Первое общее зеркало 10 образует угол β, равный примерно 45^o, с поверхностью экрана 4 (фиг. 1в). Второе нижнее общее зеркало 11 расположено под первым общим зеркалом 10 на уровне зрачков 14 и 15, и его поверхность образует угол ω, равный примерно 90^o, с поверхностью первого общего зеркала 10.

Устройство по фиг. 1а-1г включает два других зеркала - разнесенных зеркала 12 и 13. Левое отдельное зеркало 12 расположено перед левым зрачком 14, а правое отдельное зеркало 13 расположено перед правым зрачком 15, при этом расстояние между зрачком и соответствующим разнесенным зеркалом составляет предпочтительно примерно 3-4 см. Угловое и пространственное положение зеркала 12 связано с положением разделяющего зеркала 8, а угловое и пространственное положение зеркала 13 связано с положением разделяющего зеркала 9; эти пары зеркал могут быть также параллельными. Поверхности разнесенных зеркал 12, 13 образуют между собой угол около 90^o (угол γ на фиг. 1б).

В представленном варианте выполнения устройство также включает линзы 16, 17. Линза 16 расположена рядом с левым разделяющим зеркалом 8 с внешней стороны; линза 17 расположена рядом с правым разделяющим зеркалом 9 также с внешней стороны. Линзы 16, 17 параллельны либо практически параллельны друг другу. Благодаря такой конструкции линза 16 расположена между разделяющим зеркалом 8 и вынесенным зеркалом 12, а линза 17 расположена между разделяющим зеркалом 9 и вынесенным зеркалом 13.

Внутренний корпус 7, первое общее зеркало 10, второе общее зеркало 11, разделяющие зеркала 8 и 9 и линзы 16 и 17 размещены во внешнем корпусе 18. На стенке корпуса 18 между линзой 16 и вынесенным зеркалом 12 и между линзой 17 и вынесенным зеркалом 13 соответственно предусмотрено отверстие или окно для прохождения света. Следовательно, положение и размер отверстия или окна соответствуют траектории светового потока; причем размер отверстия может даже превышать размер поперечного сечения пучка света. Фиксирующие элементы 19 (например, крючки, петли, зажимы и т.п.) прикреплены к стенке корпуса 18, обеспечивая его соединение с оправой 2. С обеих сторон корпуса 18 закреплены либо выполнены в виде единого целого вместе с корпусом 18 кронштейны, несущие разнесенные зеркала 12 и 13 соответственно. Кронштейны расположены перед и выступают вбок за соответствующие разнесенные зеркала. Левый и правый кронштейны, обозначенные соответственно позициями 20 и 21, изготовлены предпочтительно из прозрачного материала с малыми световыми потерями. Вынесенное зеркало 12 закреплено на левом кронштейне 20 посредством выдвижной планки 22 (фиг. 1б), позволяющей перемещать вынесенное зеркало 12 параллельно самому себе вдоль оси траектории светового пучка для установки вынесенного зеркала 12 непосредственно напротив левого зрачка; это необходимо вследствие неодинакового межцентрового расстояния глаз у каждого пользователя. Аналогично этому вынесенное зеркало 13 закреплено на правом кронштейне 21 посредством выдвижной планки 23, что позволяет регулировать положение вынесенного зеркала 13 аналогично вынесенному зеркалу 12.

Жидкокристаллический экран 4, источник 5 излучения (просвечивающее излучение) и акустическая система 25, устанавливаемая в ушную раковину 24, управляются и запитываются через кабель 26 (фиг. 1а). Кабель 26 выходит из блока управления и соединений (не показан), в состав которого входят электронная схема управления жидкокристаллическим экраном 4 и электрические кабельные разъемы для подключения источников видео- и аудиосигналов. Для формирования стереоскопического изображения жидкокристаллические оптические затворы 27 и 28 следует установить соответственно перед левым разделяющим зеркалом 8 и правым разделяющим зеркалом 9 (фиг. 1в). Сигналы управления для оптических затворов подводятся с помощью кабеля 26.

В описанной выше системе предпочтительно использовать зеркала с вакуумным напылением металлического слоя, следует, однако, отметить, что вместо зеркал могут быть применены, например, призмы. Фиксирующие элементы, например петли, защелки, крючки, зажимы и т.д., обеспечивающие фиксацию устройства, могут расшатываться и открепляться. Однако использование таких элементов не является обязательным, корпус 18 может также крепиться к оправе 2 неразъемным соединением. Тем не менее, использование зажимов особенно предпочтительно, так как в этом случае корпус 18 вместе с содержащимися в нем элементами может быть просто и быстро установлен на имеющуюся оправу очков, т. е. люди, носящие очки, могут устанавливать устройство по изобретению на своих собственных очках. С другой стороны, люди, не носящие очки, могут использовать устройство по изобретению совместно с очками, имеющими линзы "без диоптрий" (плоскопараллельные линзы). Очки выполняют три основные функции: во-первых, пара очков представляет собой простейшее приспособление для крепления устройства по изобретению на голове; во-вторых, стеклянные линзы в оправе очков защищают глаза от острых углов разнесенных зеркал 12 и 13 и, наконец, люди, пользующиеся очками, видят экран 4 сквозь свои собственные очки, что обеспечивает соответствующую высокую четкость изображения.

Однако использование очков не является абсолютно обязательным условием для устройства по изобретению. Если кронштейны 20 и 21 изготовлены из соответствующего прочного и упругого материала и имеют изогнутую форму, то они могут быть удлинены в сторону ушей и применяться вместо дужек очков. В этом случае отпадает необходимость использования оправы очков, линз в оправе и дужек очков, однако должны быть предусмотрены носовая опора и фиксирующие элементы для крепления сбоку или сзади головы, например крючкообразные дужки, опирающиеся на ушные раковины, либо лента, позволяющая носить устройство по изобретению с таким же удобством, как и очки.

Следует также отметить, что акустическая система 25 (фиг. 1а) может быть также вмонтирована в дужку (и) 3 (фиг. 1б). Для получения стереофонического эффекта акустическая система 25 должна быть встроена в каждую из дужек 3.

Что касается линз 16, 17, то они могут быть установлены на пути левого или правого световых пучков также и в других местах, не совпадающих с показанными на фиг. 1а-1в, например непосредственно перед разнесенными зеркалами 12, 13, т.е. между зрачками 14, 15 и разнесенными зеркалами 12, 13. Можно также поместить несколько линз на пути каждого из световых лучей. Жидкокристаллические оптические затворы 27 и 28 могут также быть установлены в любом месте на пути соответственно левого и правого световых пучков, а не только в местах, указанных выше и представленных на чертежах.

Устройство, представленное на фиг. 1а-1г, работает следующим образом (на фиг. 1г, в частности, поясняется ход световых лучей).

Оправа 2 (оправа очков) вместе с размещенным на ней устройством одевается на голову 1, как показано на фиг. 1а и 1в, и посредством кабеля 26 устройство подключается к блоку управления и соединений (не показан). Пучок света (световой луч) исходит от экрана 4 (или картинки), т.е. в противоположную сторону относительно лица. Для простоты и наглядности пучок света или траектория светового луча представлен на фиг. 1г в виде простой линии, подобной элементарному световому лучу, исходящему из геометрического центра а экрана 4 и распространяющегося к центрам зрачков 14, 15 (отдельные участки луча света, закрытые зеркалами или линзами, показаны на фиг. 1г пунктиром). Пучок, исходящий от экрана 4, отражается первым верхним общим зеркалом 10, а затем вторым нижним общим зеркалом 11 (см. также фиг. 1в) и последовательно разделяется на два световых луча-ветви f₁ и f₂, которые проходят соответственно к левому разделяющему зеркалу 8 и правому разделяющему зеркалу 9. Левый световой луч-ветвь f₁ после прохождения через линзу 16 фокусируется и затем отражается левым вынесенным зеркалом 12; в итоге этот световой пучок достигает левого зрачка 14. Аналогичным образом правый световой луч-ветвь f₂ фокусируется линзой 17, отражается правым вынесенным зеркалом 13 и достигает правого зрачка 15. Поскольку оба глаза пользователя, использующего устройство, наблюдают изображение, увеличенное соответственно линзами 16 и 17, в одной точке пространства, то оба изображения сливаются в единое изображение. Вследствие того, что разнесенные зеркала 12 и 13 находятся в прозрачном пространстве, для пользователя изображение кажется плоским и окружающее пространство вокруг изображения может просматриваться без труда. На фиг. 1б суммарные световые лучи (пучки) n₁, n₂ соответствуют изображенным световым лучам-ветвям, оси которых обозначены через f₁ и f₂.

Вариант выполнения устройства, представленный на фиг. 2а-2в, имеет в основном такую же конструкцию, что и в варианте выполнения, представленном на фиг. 1а-1г, поэтому описанные выше элементы обозначены теми же позициями. Отличие заключается в том, что экран 4 (или картинка) располагается ниже разделяющих зеркал 8 и 9 (а не выше них). В этом случае улучшается распределение массы устройства, однако корпус 18 (фиг. 2в), оказываясь перед переносицей, в еще большей степени попадает в поле зрения. Данное устройство используется так же, как описано выше; пучок света, исходящий от поверхности экрана, разделяется на два световых луча- ветви таким же образом, как и в варианте выполнения устройства, представленном на фиг. 1а-1г.

В варианте выполнения, представленном на фиг. 3а и 3б, элементы, выполняющие аналогичные функции, обозначены теми же позициями, что и в описанных выше вариантах выполнения. Отличие данного варианта выполнения устройства от варианта, представленного на фиг. 1а-1г, заключается в том, что корпус 18 вынесен из поля зрения еще выше вверх. Первые левое и правое разнесенные зеркала 29 и 30 устройства располагаются выше уровня глаз пользователя, в то время как вторые левое и правое разнесенные зеркала 31 и 32 находятся ниже уровня глаз. При работе устройства первые разнесенные зеркала 29 и 30 направляют вниз световые лучи-ветви f₁ и f₂, фокусируемые линзами 16, 17, а затем вторые разнесенные зеркала 31 и 32 отражают световые лучи-ветви в направлении зрачков 14, 15 немного снизу, а не спереди. Если пользователь устройства направляет взгляд немного вниз, то изображение видно под углом, который образуется при чтении.

Как было отмечено ранее, вместо любого из зеркал может использоваться призма. В качестве разнесенных зеркал 12, 13, показанных на фиг. 2а-2в, и вторых разнесенных зеркал 31, 32, показанных на фиг. 3а, 3б, могут быть использованы полупрозрачные зеркала.

Если необходимо, чтобы свет из внешнего пространства не попадал в поле зрения, устройство может быть дополнено непрозрачным или темнеющим на свету прозрачным кожухом или крышкой, которые могут быть закреплены, например, на оправе 2 (оправе очков), закрывая корпус 18 и кронштейны 20, 21. В предпочтительном варианте выполнения эти кожух или крышка могут отворачиваться вверх.

Возвращаясь к фиг. 1а-1г, следует отметить, что стеклянные линзы 33, 34, установленные в оправе 2 (оправе очков), могут быть выполнены из затемненного стекла (для защиты глаз от яркого солнечного света), однако в этом случае экран 4 (картинка) также затемняется, что нежелательно. Поэтому предпочтительно применять стеклянные линзы 33, 34 с вырезанными или совершенно прозрачными частями поверхности между левым зрачком 14 и вынесенным зеркалом 12, а также правым зрачком 15 и вынесенным зеркалом 13 соответственно, а другую часть линз выполняют затемненной, т.е. чтобы они выполняли функцию солнцезащитных стекол. Для достижения наилучших результатов используются специальные - хлорофилловые - солнцезащитные линзы, темнеющие в зависимости от интенсивности внешнего освещения; в этом случае контраст между яркостью экрана 4 или изображения и освещенностью внешнего окружающего пространства практически постоянен, т.е. при перемещении человека с устройством из темной комнаты на солнечный свет ТВ-изображение или любое другое изображение остается отчетливо видимым.

Преимущества, связанные с использованием изобретения, могут быть сформулированы в обобщенном виде следующим образом.

Пользователь устройства может видеть экран или картинку, располагающиеся, например, в средней части оправы очков, удобно и отчетливо обоими глазами. Причиной этого является то, что экран или картинка располагаются в плоскости, перпендикулярной медианной плоскости головы, а симметричная оптическая система в соответствии с изобретением передает это изображение к обоим глазам. Пользователь, носящий устройство, элементы системы которого точно установлены, наблюдает изображение, например ТВ-картинку, одновременно левым и правым глазом постоянно в одном и том же месте, расположенном перед ним как бы на расстоянии 2-3 метров. Устройство согласно изобретению является легким и малогабаритным, может иметь эстетичный внешний вид, и, следовательно, область его применения достаточно широка: его можно использовать в общественных местах, например на улицах и площадях во время ожидания или поездок на различных транспортных средствах, во время работы по дому или в саду, в учебном процессе и т.д. На экране может быть отображен любой видеосигнал, что позволяет соединять устройство с портативным приемником для просмотра ТВ-передач или с видеомагнитофоном, видеокамерой или компьютером. При замене экрана диапозитивом устройством может отображаться неподвижное изображение, например таблица или страница текста из словаря для запоминания. Также возможно заменить экран уменьшенной копией документа на непрозрачной бумаге, которая в достаточной степени может освещаться естественным внешним светом; в этом случае можно не использовать источник света (просвечивающее излучение) и параболическое зеркало.

Также следует отметить, что хотя были представлены и проиллюстрированы только предпочтительные варианты выполнения изобретения, могут быть внесены различные модификации и изменения, не затрагивающие существа и объема изобретения, определяемых формулой изобретения.

Изобретение относится к устройствам отображения информации. Надеваемое на голову устройство отображения видеоинформации, в частности устройство отображения ТВ-изображения, включает ТВ-экран или держатель диапозитива и оптические элементы для передачи пучка света от экрана или картинки к глазам. Устройство содержит оптические элементы, разделяющие пучок, исходящий от экрана (4) или картинки, на лучи-ветви и подводящие эти лучи-ветви к глазам пользователя устройства, оптические элементы, отражающие эти лучи-ветви к зрачкам (14, 15), и фокусирующие элементы, установленные между отражающими элементами и зрачками (14, 15) и/или между разделяющими оптическими элементами и отражающими оптическими элементами. Техническим результатом изобретения является создание устройства отображения видеоинформации, позволяющее просматривать изображение без потери в интенсивности света. 26 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Надеваемое на голову устройство отображения видеоинформации, в частности для отображения ТВ-изображения, включающее экран (4) или держатель диапозитива, который можно устанавливать перед переносицей или напротив средней части лба пользователя в теоретической воображаемой медианной плоскости головы (1) перпендикулярно этой медианной плоскости, а также разделяющие пучок света оптические элементы (8, 9), имеющие отражающие поверхности, симметричные относительно медианной плоскости (Х) головы (1) пользователя и разделяющие пучок света на лучи-ветви (f₁, f₂) и направляющие их к глазам пользователя, оптические элементы (12, 13), отражающие лучи-ветви (f₁, f₂) в зрачки (14, 15) глаз пользователя и фокусирующие элементы (16, 17), отличающееся наличием оптического элемента (10) для отражения пучка света, исходящего от экрана (4) или изображения, вверх или вниз и оптического элемента (11) для подвода пучка света, приходящего от оптического элемента (10), который отражает исходящий от экрана (4) или изображения пучок света, вверх или вниз, к разделяющим пучок света оптическим элементам (8, 9). 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фокусирующие элементы (16, 17) расположены между разделяющими пучок света оптическими элементами (8, 9) и оптическими элементами (12, 13), отражающими лучи-ветви (f₁, f₂) в зрачки (14, 15). 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что первый оптический элемент, отражающий пучок света, состоит из первого общего зеркала (10), а второй оптический элемент, отражающий пучок света, состоит из второго общего зеркала (11). 4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что общие зеркала (10, 11) предпочтительно имеют форму прямоугольника и/или трапеции, причем эти общие зеркала расположены в плоскостях, перпендикулярных медианной плоскости (Х) головы (1), и образуют между собой угол (ω), равный 90^o±35^o, и углы (β) предпочтительно равной величины с плоскостью экрана (4) или изображения. 5. Устройство по любому из пп.1 - 3, отличающееся тем, что оптический элемент, соответственно оптические элементы, разделяющий, соответственно разделяющие пучок света, включает, соответственно включают два разделяющих зеркала (8, 9), образующих между собой угол (α), равный 90^o±35^o, причем этом угол раскрыт в сторону лица. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что разделяющие зеркала (8, 9) имеют форму трапеции либо прямоугольника, а внутренние короткие стороны этих разделяющих зеркал лежат в теоретической воображаемой медианной плоскости (Х) головы (1). 7. Устройство по любому из пп.1 - 6, отличающееся тем, что оптические элементы, отражающие лучи-ветви к зрачкам (14, 15), состоят из разнесенных зеркал (12, 13; 29, 30), предпочтительно имеющих форму трапеции, причем плоскости этих разнесенных зеркал образуют между собой угол (γ), предпочтительно равный примерно 90^o, и каждое из этих разнесенных зеркал находится на расстоянии примерно 3 - 4 см от соответствующего зрачка (14, 15). 8. Устройство по любому из пп.1 - 7, отличающееся тем, что фокусирующие элементы представляют собой линзы (16, 17). 9. Устройство по любому из пп.1 - 8, отличающееся тем, что изображение или экран расположены выше либо ниже разделяющего пучок света оптического элемента, соответственно разделяющих пучок света оптических элементов, предпочтительно разделяющих зеркал (8, 9). 10. Устройство по любому из пп.1 - 9, отличающееся тем, что источник (5) света, предпочтительно просвечивающего излучения, и параболическое зеркало (6) установлены позади экрана (4) или экрана во внутреннем корпусе (7). 11. Устройство по любому из пп.1 - 10, отличающееся тем, что отражающие оптические элементы, за исключением оптических элементов, отражающих лучи-ветви к зрачкам (14, 15), фокусирующие элементы, а также экран (4) или изображение, источник (5) света и параболическое зеркало (6), необязательно установленное во внутреннем корпусе (7), размещены в общем внешнем корпусе (18), имеющем отверстие или отверстия и/или светопропускающую поверхность или поверхности, причем этот внешний корпус (18) крепится к оправе (2), предпочтительно к оправе очков, фиксируемой на голове (1), например, на ушных раковинах (24). 12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что фиксирующий элемент (19), например винт, крючок, зажим, обеспечивает разъемное соединение корпуса (18) с оправой. 13. Устройство по п. 11 или 12, отличающееся тем, что кронштейны (20, 21), выступающие с обеих сторон в сторону глаз и выполненные предпочтительно из прозрачных пластиковых пластин, выполнены с возможностью крепления к внешнему корпусу (18) или необязательно выполнены за одно целое с ним, а оптические элементы, предпочтительно разнесенные зеркала (12, 13), отражающие отдельные лучи к зрачкам (14, 15), соединены с этими кронштейнами на участке, выступающем вблизи глаз. 14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что оптические элементы, предпочтительно разнесенные зеркала (12, 13), прикреплены к кронштейнам (20, 21) посредством выдвижных планок (22, 23). 15. Устройство по любому из пп.1 - 14, отличающееся тем, что на пути лучей-ветвей между экраном (4) или изображением и зрачками (14, 15) установлены жидкокристаллические оптические затворы (27, 28). 16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что жидкокристаллические оптические затворы (27, 28) установлены непосредственно перед оптическим элементом, соответственно оптическими элементами, разделяющим, соответственно разделяющими пучок света на лучи-ветви, предпочтительно перед примыкающими друг к другу сторонами разделяющих зеркал (8, 9), в плоскости, перпендикулярной медианной плоскости (Х) головы (1). 17. Устройство по п. 15 или 16, отличающееся тем, что жидкокристаллические оптические затворы (27, 28), соответствующие левому и правому лучам-ветвям, имеют общие стеклянные пластины с жидкими кристаллами между ними, но эти жидкокристаллические оптические затворы (27, 28) присоединены таким образом, что они имеют независимое управление по напряжению. 18. Устройство по любому из пп. 1 - 17, отличающееся тем, что в нем предусмотрен контрольно-управляющий блок, подключенный к экрану (4) или к источнику изображения и необязательно к источнику (5) света посредством электрического кабеля (26), подводящего питающее напряжение и/или видеосигнал и/или управляющую информацию. 19. Устройство по любому из пп.1 - 18, отличающееся тем, что в нем предусмотрен головной телефон/акустическая система, соединенный, соответственно соединенная с электронной частью устройства. 20. Устройство по любому из пп.1 - 19, отличающееся тем, что на пути каждого из лучей-ветвей установлены два оптических элемента, предпочтительно разнесенных зеркала (31, 29; 32, 30), отражающие лучи-ветви к зрачкам (14, 15). 21. Устройство по любому из пп.11 - 20, отличающееся тем, что внешний корпус (18) неразъемно установлен на оправе, предпочтительно на оправе очков, или изготовлен вместе с этой оправой за одно целое. 22. Устройство по любому из пп.13 - 21, отличающееся тем, что кронштейны (20, 21) снабжены удлиненными изогнутыми дужками, проходящими за ушные раковины (24), а внешний корпус (18) снабжен опорой для носа. 23. Устройство по любому из пп.11 - 22, отличающееся тем, что на оправе (2), предпочтительно на оправе очков, установлен дополнительный кожух из затемненного прозрачного или непрозрачного материала, причем этот кожух имеет такую пространственную форму, которая закрывает внешний корпус (18) и кронштейны (20, 21). 24. Устройство по п. 23, отличающееся тем, что дополнительный кожух закреплен на оправе (2), предпочтительно на оправе очков, либо на внешнем корпусе (18) с помощью шарнира. 25. Устройство по любому из пп.11 - 24, отличающееся тем, что линзы (33, 34), установленные в оправе очков, изготовлены из затемненного стекла либо пластика. 26. Устройство по любому из пп.11 - 24, отличающееся тем, что линзы (33, 34) в зависимости от типа очков имеют участки, которые расположены между зрачком (14, 15) и оптическим элементом, отражающим луч-ветвь к зрачку, и которые изготовлены из материала с малыми световыми потерями либо представляют собой прорези, а остальные участки линз предпочтительно изготовлены из материала, темнеющего под действием света. 27. Устройство по любому из пп.1 - 26, отличающееся тем, что отражающие оптические элементы и фокусирующие элементы расположены симметрично относительно теоретической воображаемой медианной плоскости головы (1) пользователя.