专利名称：光学分束器单元和包括这种单元的双目显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学分束器单元和包括这种分束器单元的显示装置。
公布的PCT专利No.WO 85/04961示出了一种解决方法，其中采用了X形立方体棱镜来分离光路，并且来自一个方向的光束由相交的反射面引向两个不同光路。该装置的质量相对较大，这在一定的情况下是不利的，例如显示装置装在头上时。
据了解，在生活的许多领域中需要为观看者扩大目标源的视角，并且具有许多不同类型的实现此目的的技术措施，从简单的小型放大镜，显微镜和腹腔镜，到望远镜。在单目装置中，目标源视角的放大仅能被一只眼看见。然而，仅由一只眼看并不自然，长时间后甚至会令人烦躁，因此具有可以用双眼观看目标源的装置是必不可少的，由此，需要双目装置，不同形式的双目装置已被知道和使用。
已知的双目装置的共同特征是这些装置都包括分束器单元，分束器单元将从诸如安装在头部上的计算机显示器的目标源开始的光束分成两束并引向左眼和右眼。分光装置是反射镜或棱镜的反射面，反射面可以是全反射的或半透明的。
分光基本上可以以两种方式实现。在第一种情况下，例如，因为从目标源到左眼底和从目标源到右眼底的两个光路的第一部分朝向两个以V形相继放置的不透明的反射面传送，该反射面以不同的方向反射光束，因此从目标源到左眼底和从目标源到右眼底的两个光路的第一部分形成夹角。在第二中情况下，光路的第一部分一致，然后具有半透明表面的分束器单元使一部分光束通过而将其余的沿不同的方向反射。
日本专利说明书No.06110013(卢崎等人)；日本专利说明书No.07287185(昭志等人)；及美国专利说明书No.5,682,173(霍洛科夫斯基等人)的主题是代表上述第一种情况的装置。在这些装置中，以V形安排的反射镜用于分离光路。这些方法的共同缺点是因为两个反射镜都不放置在显示屏的对面，而是其中之一稍向左并且另一个稍向右，因此发生梯形扭曲，并且如果显示屏太接近V形反射镜的交叉边缘，则从显示屏的一定点光束甚至不能到达两个反射镜。由于这一原因，显示屏和V形反射镜之间应当保持相当大的距离，根据实际经验该距离应当是显示屏对角线的两倍，由此，一方面导致了装置结构尺寸的增加，另一方面显示屏和在V形反射镜后面的透镜之间的距离将加大，因为为了舒适观看较远的虚像，显示屏距离透镜的距离必须等于其焦距，所以降低了对图像的可行的放大，并且具有较大焦距的透镜放大程度较小。
在双目装置的情况下，为了对称，微型显示器必须放置在两眼之间，并且如果微显示器和V形反射镜之间的距离较大，装置将象鸟嘴一样凸起，在装置戴在头部的情况下，从审美的观点来看并且因为较大的压力施加在鼻梁上，所以是不合适的。美国专利No.5,682,173通过在显示屏和V形反射镜之间的光路中再放置两个反射镜解决了这一问题，由此光路以90°被反射两次。在专利说明书No.07287185的情况下，为了相同的目的，在显示屏和V形反射镜之间的光路中放置了一个单独的反射镜。
上述专利申请No.WO 85/04961(摩斯)研究了上述光学分光的第二种情况，即当光路的第一部分一致，然后具有半透明表面的分束器单元使一部分光束通过并且将其余的沿不同的方向反射时的情况，该专利申请采用了众所周知的光学元件，即X形立方体棱镜，其内表面是半透明的反射面，以便分离来自目标源的光束。在此装置中，显示屏和X形立方体棱镜之间的距离原则上可以减少到零。然而，X形立方体棱镜是实心体，因此它很重，制造四个直角棱镜并将其粘在一起形成X形立方体棱镜是昂贵，复杂和费力的。
根据本发明的分束器单元基于如下认知，即因为彼此以X形相交的两个无限薄的半透明镜能够完美地部分通过传输且部分通过反射而在两个方向上分离并导引与其平分面平行并且与其交线垂直到达的光束，所以彼此以X形相交的两个无限薄半透明镜理论上能够同时解决上面列举的四个任务。然而，实际上没有无限薄的平板，并且过薄的玻璃板会破裂，过薄的塑料板会弯曲，并且如果板制造得越厚，反射镜的相交区域将产生更大的阴影带。此相交区域在光学意义上相当于不透明体并且将一条阴影投射在图像上，并且意味着反射更加减弱。该阴影带对观看图像的人极其令人心烦并且在多数情况下，尤其是在视频图像或计算机屏幕的情况下是不允许的。然而我们注意到，如果我们构造一种由彼此垂直的平行平面板制造的光学分束器单元，两平板沿一个边缘彼此接触，并且它们从该边缘开始的端面是光学表面，而它们从该边开始朝向被分离光束方向的侧面是半透明的反射面，此外，如果这些平行平面板以这种方式围绕一个或两个透明体，即它们的端面落在它，或它们的平面的延续面上，该平面或者是半透明的反射面，或者它们包括半透明的反射面和完全反射面，则上述阴影区可以完全消除，并且可以制造满足所有四个目的要求的光学分束器单元。
根据本发明的分束器单元进一步地基于认知，即对于利用保证防止破裂的满意的安全性的适当的固定架的某种应用，分束器单元可以由具有最小厚度的平行平面板制造，将其组装在一起成为一个投影为X形的单元，这种方式使上述的阴影区可以忽略或几乎是不显著的并且以这种方式它不会不利地影响所给定单元的固有功能，并且同时适当地抵抗破裂或弯曲。
根据本发明的双目显示单元基于认知，即如果满足如下条件，可以构造双目显示装置，使其具有最小的尺寸和质量在微显示器的显示屏开始的光束由具有与显示屏相应尺寸的两个反射面分离，反射面以X形彼此相交，因为这些反射面以相同的体积将光束引向左侧和右侧；具有最小质量的光学分束器单元是根据本专利申请，因为光学平行平面板具有两个连续的反射面；由放置在光路中接近光学分束器单元相对两侧的调焦元件能够实现对微显示器显示屏最大放大倍数并且同时实现最紧凑的布置；如果调焦元件的形状是相应于棱镜或来自于平行六面体形的显示屏的棱锥形光路的横截面的平行六面体，并且眼睛前面的反射镜的形状是相应于棱锥形光路的倾斜的横截面的不等边四边形，调焦元件的尺寸最小；具有最小尺寸的眼睛前面的反射镜应当恰好放置在瞳孔的前面，否则在其中不能看见完整的图像；其水平布置的方向应当是调焦元件的光学轴线；当仅仅微显示单元，X形镜光学分束器单元和调焦元件用外壳围绕，眼睛前面的反射镜用支架连接在该外壳上时，该装置的外部尺寸最小。
当不使用时该装置的尺寸通过折叠被连接的反射镜能够进一步减小；能够用上述措施小型化的该装置可以如此小，以至它可以被交叉地放置在移动电话的外壳中；其重量可以如此小，以至不需要用于将其安装在头部的携带装置(例如，头盔，头巾，或眼睛架或鼻夹)，但它能够用夹子固定在鼻梁上。
当夹在鼻梁上的该装置不使用时最优选的方式是将其作为大奖章戴在类似项链的固定圈上，在这种情况下该装置总是“在手边”，类似于手表我们将总是携带它，并且如果必要它能够在运动中戴着。
通过将固定圈形成为电缆并将其装备上两个固定在相对位置上的耳机，可以以最简单的方式制成一种提供图像和声音的装置，在这种情况下耳机的机械支撑元件是电路连接电缆自身；从重量，体积分布和美感的角度看，当将在控制单元中的该装置戴在颈背时，优选方式是将操作该装置必要的其它电子单元放置得离显示器单元尽可能远；为了与外部声音，数据和视频信号(例如，由移动电话，便携式计算机，游戏控制器，DVD播放器，标号电视发射机产生的)无线连接，优选方式是将微显示器驱动电路，无线电频率收发机回路，标号电视接收回路，微处理器和电源中的任意一个设置在显示单元或控制单元中。
将话筒设置在显示单元的外壳中也是实用的，因为由此该装置可以用作信息技术装置的终端或用作独立的信息技术装置；根据认知以这种方式我们可以获得个人通信装置，该通信装置可以连续地戴着并且可以通过以下方式到达头上的感觉器官a./将耳机之一放入耳朵里，而对着颈部上的话筒讲话(移动电话功能)；b./将两个耳机都放入耳朵里(所听到的声音具有更好的音质；立体声的可能性)，对着颈部上的话筒或举在嘴前的话筒讲话；c./将该显示装置夹在鼻梁上(虚拟监视器功能)；d./将该显示装置夹在鼻梁上，将一个或两个耳机放入耳朵里(视频眼镜功能，具有单声，更多声或立体声)。
我们注意到，如后面具体所述，该显示装置也可以添加微型摄影机，这将进一步拓展其功能。
根据上面详细描述的认知，用光学分束器单元我们解决了本发明的目的，该光学分束器单元包括在共同的交线开始的具有朝向被分离的光束的方向分叉的光反射面的透明平行平面板，并且光学分束器单元的特征是同样在共同的交线开始并且与包含光反射面的平行平面板的侧面相邻并且彼此垂直的平行平面板的端面，垂直于与其有关的侧面并且这些端面具有平面和光学平面；至少一个由透明材料制成并邻接所述平行平面板的这种体，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组成的表面并且其表面在上述端面的平面内并且从这些端面开始使其继续延长。
一种有利地实现根据本发明的光学分束器单元的方式的特征是该装置还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离的光束的方向分叉的光学反射面的第一和第二平行平面板的延长面上并且作为透明体第二和第三平行平面板与第一和第二平行平面板邻接。
所有平行平面板都由具有相等的厚度和折射率的同样材料制成并且它们是扁平的平行六面体形，并且它们沿着彼此平行的边相互连接并且它们在垂直于连接边的截面中形成X形的单元。
实用的方式是a)该分束器单元下面的部分是半透明的反射面朝向相邻的第二平行平面板的第一平行平面板的侧面和有利地具有如下宽度的其相对侧面的部分；s=.2n2-1]]>该宽度从其与第四平行平面板相连接的边开始测量，并且式中平行平面板的厚度为v，及其材料的折射率为n；朝向第一平行平面板的第二平行平面板的侧面和有利地具有根据上述公式从其与第三平行平面板相邻接的边开始测量的宽度s的其相对侧面的部分，朝向相邻的第二平行平面板的第三平行平面板的侧面，除去其有利地具有根据上述公式从其与第二平行平面板相邻接的边开始测量的宽度s的部分，朝向相邻的第一平行平面板的第四平行平面板的侧面，除去其有利地具有根据上述公式从其与第一平行平面板相邻接的边开始测量的宽度s的部分及b)下面给出的部分是完全反射的朝向相邻的第二平行平面板的第三平行平面板的侧面的部分，有利地具有根据上述公式从其与第二平行平面板相邻接的边开始测量的宽度s，朝向相邻的第一平行平面板的第四平行平面板的侧面的部分，有利地具有根据上述公式从其与第二平行平面板相邻接的边开始测量的宽度s。
c)下面给出的部分是光学平的
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。
这里我们注意到，除此之外所有的平行平面板的所有侧面必然也是光学表面。光学表面应理解为这样的平面，其平面粗糙度小于σ＝10。半透明表面应理解为部分地传输和部分地反射自然光或偏振光的表面。
上面限定的光学分束器单元的结构包括第一，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两个侧面每一个都与同一平面相邻，并且类似地，第二和第四平行平面板的两个侧面每一个都与同一平面相邻，朝向第三平行平面板的第一平行平面板的第一端面与朝向第一平行平面板的第二和第四平行平面板的侧面在同一平面上，并且它是光学表面，朝向第四平行平面板的第二平行平面板的第二端面与朝向第二平行平面板的第三平行平面板的侧面在同一平面上，并且它是光学表面。朝向第二平行平面板的第一平行平面板的侧面，朝向第一平行平面板的第二平行平面板的侧面，朝向第二平行平面板的第三平行平面板的侧面和朝向第一平行平面板的第四平行平面板的侧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为连续的反射面，类似地，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为连续的反射面，因为它们是光学表面，所以它们在完全内反射的极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线并且指向该交线的方向称为接收方向，因为上述X形反射镜光学分束器单元将来自于该方向的光束完美地分离，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边之间的具有垂直于接收方向的平面的长方形区域称为接收侧，因为目标源可以放在此处或离此处更远。
由于向反射镜彼此相交的地方的外面传播的光束遇到两次半透明的反射面(一次光束从反射面被反射而一次光束穿过反射面)，即光束两次失去其光强度的一些，因此就穿过反射镜彼此相交的地方的光束来说需要确保失去相同的光强度，否则，被投射的由仅仅被过滤一次的光束所形成的图像将更亮。实际上它作为穿过图像中部的烦扰的亮线而出现。根据认知，该问题用根据上述的本发明的解决方法能够极佳地被解决。
本发明的主题还包括具有从共同的交线开始具有朝着被分离的光束分叉的光反射面的透明的平行平面板的光学分束器单元，其本质是它具有四个平行平面板，每一个比0,4mm薄，在与交线垂直的横截面中它们形成X形单元，其中相邻的平行平面板彼此之间形成90°±20°的夹角并且平行平面板或传统的半透明的反射镜，或完全传输沿一个方向偏振的光的成分并且部分地传输和部分地反射沿另一个方向偏振的光的成分的起偏振镜。由于相交的区域非常薄，由此其阴影显示得模糊，从而，不令人烦扰，在充分薄的平行平面板的情形阴影甚至不能被看见。
另一个光学分束器单元具有从共同的交线开始具有朝着被分离的光束分叉的光反射面的透明的平行平面板，该单元的特征是它具有三个平行平面板，每一个比0,4mm薄，在与交线垂直的横截面中它们形成X形单元，其中较短的两个平行平面板的端面紧靠到第三平行平面板表面的中部，以便它们在第三平行平面板的每一侧上形成彼此的延长面，并且在单元(22)中在较长的薄平行平面板和较短的薄平行平面板彼此之间的夹角单独地是90°±20°并且反射镜板或传统的半透明的反射镜，或完全传输沿一个方向偏振的光的成分并且部分地传输和部分地反射沿另一个方向偏振的光的成分的起偏振镜。
本发明的进一步的主题是双目图像显示装置，该装置具有光学分束器单元，此外，包括调焦元件和眼睛前面的反射镜，并且该装置的特征是其分束器单元是根据本发明的X形反射镜光学分束器单元并且其特征在于当从到达光学分束器单元的半透明反射面的光束的方向看时，即从接收方向看，两个调焦元件设置在光学分束器单元相对的两侧并且这些调焦单元的公共光轴垂直于接收方向，并且在两侧，眼睛前面的反射镜位于这些调焦元件的外侧，并且这些反射镜的反射面与上述光轴成45°±15°的夹角δ，并且这些反射镜的反射面平面的交线平行于光学分束器单元半透明反射面的交叉反射镜交线的交线。
优选方式是，光学分束器单元，调焦元件和眼睛前面的反射镜设置在罩子中，此罩子包括在眼睛前面的反射镜前面和在光学分束器单元接收侧的进光口。此外，有利的方式是，光学分束器单元和调焦元件安装在壳体中，该壳体具有用于调焦元件的进光口并且该壳体由盖板覆盖，并且眼睛前面的反射镜连接在第一滑板和第二滑板上，伸入壳体的滑板柄是彼此平行的齿条，并且在两齿条中间具有将两齿条连接并能够沿相反方向移动它们的齿轮。
根据进一步的实施例，该装置包括目标源，例如，所述目标源可以是微显示单元的显示屏。在这种情况下，优选方式是，微显示单元的显示屏的平面平行于由交叉反射镜的交线和由光轴所限定的平面，并且放置在光学分束器单元的接收侧，另一个优选方式是，该装置包括至少一个照亮所述微显示单元的显示屏的诸如发光二级管的光源，该光源放置在光学分束器单元的平行平面板的交点和装置外壳之间。另一个实用的方式是，该装置包括从后面照亮微显示单元各处的光源，并且该光源放置在所述微显示单元和装置外壳之间。根据进一步的实施例，在所述光学分束器单元的两侧上，在该光路中，具有垂直于调焦元件的光轴的液晶遮光器。
优选方式是所述装置包括两个与装置外壳一体制成的两个夹板。
另一个该图像显示装置实施例的特征是，在所述装置外壳接近使用者头部的侧面上具有与装置外壳一体制成的钩形轨，它们的母线彼此平行；优选方式是所述装置包括固定在所述钩形轨之间的夹式连接器，所述夹式连接器实际上包括随所述装置外壳中凹部的曲面的弯曲板，两个夹板和翼板，所述翼板的间距宽度等于所述钩形轨之间的距离。
根据进一步的实施例，该装置包括支撑架，支撑架由下列元件组成两个金属眼镜的侧臂，用铰接结构连接它们并被附到它们上的鼻梁架，连接到鼻梁架上的鼻梁支撑臂及装置固定单元；有利的方式是，鼻梁架是窄板，其上表面与位于眼镜的侧臂上的平面重合或平行，并且其最大厚度是1.7mm，并且另一种优选方式是上述的鼻梁支撑包括两个指向朝下，彼此平行并且被设置在与鼻梁架的中心相同距离的位置的鼻梁支撑臂，及两个连接在鼻梁支撑臂端部上的鼻梁支撑垫，并且装置固定单元由两个指向朝下，在底部闭合，彼此平行并且被设置在与鼻梁架的中心相同距离的位置的U形固定横杆组成。
另一个该图像显示装置实施例的特征是，所述装置至少包括一个微显示器驱动回路，和/或无线电频率接收器—传输器回路，和/或电源和/或微处理器。
根据进一步的优选实施例，在所述装置外壳的一端上具有在红外线范围内感光的CCD图像记录芯片，并且在其另一端之上前透镜如此设置，即前透镜的第三光轴与所述CCD图像记录芯片的探测表面成直角。在右眼前面的目镜之上，在红外线范围内反射，在可见光波长范围内透明的反射元件放置在右眼和探测表面之间的光路中。有利地方式是，在所述前透镜上具有红外发光二级管，并且其光被引导到所述反射元件。
另一个实用的方式是，在所述装置外壳的顶部上，在所述装置外壳中形成用于鼻子的所述凹部上，设置有具有探测表面的CCD图像记录芯片，探测表面所在的平面平行与由调焦元件的光轴和交叉反射镜的交线所限定的平面，并且在CCD图像记录芯片的前面，在所述微显示单元上设置有具有与所述探测表面垂直的光轴的第二前透镜。
在下述实施例中，我们采用反射式微显示器，该显示器需要垂直于显示屏平面照明。在此情况下优选方式是，由极薄的(0.1-0.2mm厚)平行平面板形成X形镜光学分束器单元，并通过这些平行平面板为显示屏照明。为了均匀照明我们在离显示屏较远的两个平行平面反射镜之间的空间(或在由三个平行平面板形成的分束器单元的情形，在较远的平行平面板和半平行平面板之间)放置反射元件或调焦元件，它将光源的光，优选方式为三原色发光二极管光，投射到显示屏。为了使为显示屏照明的光源的光，或由X形镜直接反射的光不照射进眼睛中，在光源和光学分束器单元之间我们放入沿一个方向偏振的偏振板，并且在光路中我们在光学分束器单元的两侧放入沿另一个方向(垂直于前一个方向)的偏振板，由此仅仅从显示屏反射的，其极性已经改变的光束通过后面的两个偏振板。
如果X形镜光学分束器单元的光学反射面是部分地反射和部分地传输偏振光的光学层，在这种情况下，引起较大程度光强度损失的光学表面或元件减少，并且由此与前面实施例相比，到达眼睛的光强度增加几倍，或用消耗极少电能的非常小容量的光源我们就能够获得同样的光强度。
在进一步的实施例中，柔性固定圈的两端固定在控制器的相对两端，控制器包括具有微显示器的显示器单元的目镜，光学分束器单元，调焦元件，目镜，显示器外壳和鼻梁夹，在固定圈中有电缆，并且具有经分支由机械方式连接在固定圈上和电连接在固定圈上的耳机。所述固定圈的长度在鼻子的平面处比使用者头部的直径长。在固定圈离显示器单元最远的部分具有控制单元，所述控制单元包括用于微显示器驱动的电子单元，电源，微处理器，无线电频率收发机回路和标号电视接收回路，其中固定圈的一个分支永久固定，另一个分支如此固定，即可以分开。
从
图1可以看出，当光束a到达板1的半透明的反射面时，光束以直角被部分地以一半的强度反射回来，并且部分地以一半的强度进入板1中。以直角反射回来的光束到达板2的半透明反射面，并且部分地以四分之一的强度朝向目标源的方向反射回来，这里未示出，经折射后光束部分地以四分之一的强度进入板2，然后经再一次的折射后光束以与接收方向5，即箭头所示的接收方向成直角向左离开(考虑图示的情况)。光束b，c和d具有相同的光路。
光束e首先到达板2的半透明反射面，且光束部分地以直角朝向板1并且由此朝向目标源的方向反射回来，及经折射后光束部分地进入板2，且在板2的端面2a的不平和粗糙的表面，即不是光学表面的表面上分散。光束f和g具有相同的光束路径。当光束h，i，j和k到达板2的半透明反射面时，它们以一半的强度部分地朝向板1并且从此处朝向目标源反射回来，及经折射光束以一半的强度进入板2，然后经再次折射它们离开那里并且到达板1的半透明反射面，在这里它们以四分之一的强度部分地反射回来并且离开，及经再次折射它们以四分之一的强度进入板1。如图1清楚地所示，到达光束d和h之间范围的光束g，f，e不出现在左侧的图像显示器中，这意味在图像中放映宽度为t的阴影区。
图2中的标号和标记使用根据它们在图1中的含义。如上针对图1所述，光束a-e和i-l显示在右侧的图像显示器中，但到达光束e和i之间范围的光束f，g和h在板3端面3a的不平和粗糙的，不是光学表面的表面上分散，由此在这种情况下，同样，宽度为t的区域不反射光束。
图3示出了根据本发明的光学分束器单元实施例的结构，该装置包括第一平面平行板6和第二平面平行板7，且该装置还具有也由透明材料制造的透明体10，并且根据此实施例，板6和板7的厚度彼此不同。板6和板7在它们的边9a，9b处彼此连接，并且它们在边9a，9b开始和彼此相对并且使半透明反射面的侧面6a，7a彼此成α＝90°的角度。(在图3中示出了与构成光学分束器单元的部件的相交区域的连接边9a和9b相垂直的截面。)端面6b，7b在侧面6a，7a开始并与这些侧面垂直，即图3所示的角β是直角，端面6b，7b是光学表面，这意味着它们被磨到完全光滑并且磨光到透明。由于所描述的几何条件，表面7a，6b在同一平面内，透明体10的表面10a也在表面7a，6b的共同的平面和延长面中，表面7a，6b以及透明体10的表面10a，10b都是半透明反射面。这里我们注意到，因为如果透明体是透明的，与端面6b，7b邻接的透明体10的表面不起任何作用，正如我们在后面将会清楚地看见的一样，所以透明体10不必填充端面6b，7b之间的空间，该处也可以是空的。
根据图3当从箭头所示的接收方向5到达的光束到达平行平面板6的半透明反射面时，光束部分地进入板6的里面并且在其端面8上被反射然后在其相对的侧面离开，部分地反射回来，及到达另一个平行平面板7的反射面，在这里，光束部分地反射回来(图中未示出)并且部分地进入板7，经另一次反射在其相对的侧面离开。光束a分成光束a’和a”。两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离开。
图4所示的根据本发明的光学分束器单元的实施例由四个具有相等厚度v的透明平行平面板构造，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构造。为了强调在其边9a’，9b’彼此相交的板11和12的侧表面的半透明反射面，由点表示它们。根据这些元件的定义板11相应于上述的第一平行平面板，板12相应于上述的第二平行平面板，板13相应于上述的第三平行平面板，及板14相应于上述的第四平行平面板。在此例中夹角α和β也是直角，并且较薄的端面11b，12b是光学平面。图4中所示的光学分束器单元不同于图3所示的光学分束器单元，在于代替透明体10在这里上述的平行平面板13，14沿其边15c，15e连接到第一平行平面板11的边15d，或第三平行平面板13的边15f上。第二平行平面板和第三平行平面板13，14沿其边15g，15h彼此邻接，并且其端面13b，14b没有磨光，它们不能是光学平的，但其落入与侧面12a和端面12b相同平面的侧面13a，13b具有半透明反射面，在图中由点表示。空间8是空的，例如充满空气。图4示出了平行平面板11-14的相交区域的垂直于边15a，15b，及上述其它边的截面。
光束同样从箭头5的方向即从目标源到达根据图4的单元，表面11a，12a朝向目标源。下面我们将描述光路a-l。光束a-d从板12的侧面12a的半透明反射面以90°的角被反射回来，并且光束以一半的强度沿其路径继续直到板11的表面11a。光束被折射后以四分之一的强度进入板11，并且光束被再次折射后以垂直于接收方向5的方向离开。
光束e在板11的侧面的半透明反射面11a上被折射后以一半的强度进入板11，并且光束从板11的端面11b的光学平的内表面没有损失地被反射回来，并且在被再次折射后在相对的侧面11a’离开。在任何值的折射率n该离开方向(光路的方向由画在线a-l上的箭头清楚地示出)与光束a-d的离开方向恰好一致，由于由平行平面板11的侧面11a，11a’与端面11b所夹的角γ等于90°，光束e以与其从侧面11a进入板11相同的角到达侧面11a’。由于这种事实光束d，e，f，g和h也参加图像显示，并且由于该结果参照图1和图2所述的在图像中部的烦扰的阴影线被消除。
为了使光强度均匀我们也必须确保在图4中所示的在光束d和h之间的范围(即，光束e，f，g)到达的光束也遇到半透明反射面两次，并且由此以四分之一的强度离开第一平面平行板的相对的侧面11a。这可以通过给所述的侧面11a’提供所述的光束d，e，f，g在此处离开的具有半透明反射涂层的宽度s；在侧面11a上的该区域11a”用点标出。在光束h和k之间的范围到达的光束i，j以及光束k自身穿过第一平面平行板11的半透明反射面11a，它们被折射，它们以二分之一的强度进入第一平面平行板11，然后它们在侧面11a’的半透明反射区11a”被再次折射后以四分之一的强度离开。为了使光束的强度不会被其它的半透明反射面进一步减小任何值，朝向第一平面平行板11的第四平面平行板14的侧面14a的宽度为s的部分11a’(由粗黑线被强调)设置有完全反射涂层，以便上述的光束i，j和k从此反射面14a’几乎没有任何损失地被反射，它们以四分之一的强度离开并且它们参加图像显示。最后，从光束a到光束l，所有在光束k之后的光束，甚至光束l，当它们到达第一平面平行板的侧面11a的半透明反射面时，它们被折射，以一半的强度进入第一平面平行板，然后在第一平面平行板的相对的侧面11a’上再次被折射后它们以相同的光强度离开，并且从第四平面平行板14的侧面14a的半透明反射面被反射它们以以四分之一的强度离开并且参加图像显示。
由于图4所示的光学分束器单元是对称的，因此从由箭头5所标出的接收方向到达的光束和朝向图4中的右手侧离开的光束(图中未示出)的光路，即在右手侧的图像显示，将象镜像一样类似于在左手侧的图像显示；在侧面12a和13a上的12a”和13a’区被相应地标出(部分12a”具有半透明反射面，而部分13a’的表面是完全反射面)。
图5示出了夹角和距离条件，根据这些条件宽度s可以用板11的厚度v及其材料的折射率n表示。在图5中，光束h以到达角ε到达第一平行平面板11的侧面11a的半透明反射面，它以折射角ε′沿其路径继续其路径，并且由于这些是错角，因此它以同样的角到达第一平行平面板11的相对的侧面11a’和第一端面15的交点。在由边s，v和c形成的直角三角形中sinϵ,=sc]]>s＝csinε’因为n=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]]>实际上，在目标源开始的光束不仅从接收方向5到达，而且从在一定角度范围的许多不同方向到达。光学平的端面11b和12b能够被证明在图像产生中起了全部的作用，但其表面不得不是镀水银的，因为如果不镀水银，则存在以小于全反射临界角的角度到达的光束，并且它们简单地离开。对于不平行于接收方向的光束关系s=v2n2-1]]>无效，不同的入射角涉及稍不同的宽度，不过其平均值等于s，由此无论如何使用此宽度是合乎实际的。
图6示出了如在图4中所构造的根据本发明的完整的光学分束器单元的透视图，但以较小的比例示出；标号根据其前面的意义被使用。平面平行板11，12，13和14是在方形的棱镜BCDA′B′C′D′的侧面上凸起的长方体。两个以X形彼此相交的连续反射面的第一个(这里为了清晰图6没有由绘图的方法强调并且没有标标号，但在图4中清楚地示出并且在在文中进行了足够的解释)由由角点JAA′K所限定的第一平行平面板11的半透明反射侧面，由角点ABB′A所限定的第二平行平面板12的棱镜反射的第二端面，由角点HNOH′所限定的第三平行平面板13的侧面的半透明反射面部分，及由角点BHH′B′所限定的第三平行平面板13的侧面的完全反射面部分BHH′B′所形成，而第二个由由角点ALMA′所限定的第二平行平面板12的半透明反射侧面，
由角点ADD′A′所限定的第一平行平面板11的棱镜反射的第一端面，由角点DFF′D′所限定的第四平行平面板14的侧面的完全反射面部分DFF′D′，及由角点FPOF′所限定的第四平行平面板14的侧面的半透明反射面部分所形成。
同样，为了均匀的光强度，由角点EDD′E′所限定的第一平行平面板11的后侧面的表面部分和由角点BGG′B′所限定的第二平行平面板12的表面部分设置有半透明反射涂层。
图7示出了将光学分束器单元22的平行平面板11-14彼此连接的可能实际方式，平板11-14根据图4-6所示的结构，从上面俯视呈X形连接，平板11-14由透明材料，即玻璃，制成。由此，X形的单元装配在X形的狭槽18中，狭槽18刻入支撑板17和19中，厚度v’＞v(仅仅形成在支撑板17上的槽18在图中示出了)。支撑板17和19彼此平行，并且槽彼此相对地刻入其表面。槽的宽度几乎与板11-14的宽度v相同，并且其深度也适合装配在其中的板的尺寸。支撑板17和19的平面垂直于平行平面板的平面。
在上述结构实施例的情况下，两个正方形的支撑板17，19中的下面的一个用作底板，而上面的一个用作盖板。板11-14能够沿其垂直于其反射面的端面的表面固定在槽18中，并落入支撑板的几何对角线，在这种结构中，板11-14沿边9连接，四个平行平面板沿各自的一条边彼此接触，并且其端面围成空的方形的棱镜形的区域8，即穿透棱镜。
图8示出了光学分束器单元进一步的实用的结构的可能实施方式。根据该图板11和13以及平行平面板12和14以下述方式一体制造，即它们在其两端的一端由宽度为v，长度为v，深度为v的部分20连接，部分20由与板自身相同的材料制造。这种结构导致在板12和14之间横截面尺寸为v·v·v的向下开着的缺口20a，而在板11和13之间造成向上开着的缺口20b.(当然，缺口20a和20b也可以开在侧面)。换句话说，一体制成的两对板的侧面成对地在一个平面中，并且它们彼此相距v，由尺寸为v·v·v的部分20连接。具有缺口20a的一对板11，13和具有缺口20b的一对板12，14被引导入彼此之中并且由紧配合固定到彼此上或以已知的方式在它们的接触面上彼此粘在一起。以这种方式制造的光学分束器单元的部分在图8的下部中示出，它从垂直于交叉反射镜的交线4的边缘表面测量具有宽度v，该部分不参加图像显示，因为在板被导入彼此中之后保持自由的第二平行平面板12的棱镜反射的第二端面16和第一平行平面板11的棱镜反射的第一端面15的部分的长度仅仅是m-v。
根据图中没有示出的另一个结构，由透明材料制成的正方形的平行平面板是注模塑料板，并且在其与反射面的交线成直角的边缘表面上具有锁定销，锁定销的轴线平行于上述交线，由此板11-14能够装配在接收光学装置上的孔中。
具有许多其它的将根据本发明的光学分束器单元的平行平面板彼此连接的方法。如果平行平面板的厚度远小于瞳孔的直径，则平行平面板的具有宽度为s的边缘不必被制成反射的或设置半透明的反射涂成，因为在图像中将出现仅仅稍亮的线，而不是上述的亮线，并且在某些应用中这并不烦扰到该装置的适用性受到怀疑。如果平行平面板的厚度接近“无限薄”的理论的情形，则甚至没有上述的光学平的端面X形镜光学分束器单元的半透明反射面形成连续的表面，并且在图像中交叉区域的阴影不能被注意到。因为平行平面板如此薄，最大十分之一或二毫米厚，它们非常易碎，例如它们可以被固定在如图7中所示的具有狭槽的刚性的支撑板和盖板之间。在图9a中是出了这种结构。这里支撑板17，19由肋板或背板21在一侧被保持在一起，以此种方式，即0.1mm厚的平行平面板放置在U形轭中。固定在此U形轭中的平行平面板当俯视时形成X形单元。图9a示出了装配，保持在彼此相对的板17，19的侧面中的X形狭槽中的板11′，12′和13′。在图9b中，根据图9a的平行平面板11′，12′和13′的交叉区的垂直于交叉反射镜的交线的横截面已经被放大示出。如图所示，根据本发明的分束器单元由三个板以这种方式组成，即平行平面板11′和13′的端面紧靠较薄的平行平面板12′的中部，板12′是其它板的两倍长，以便它们在相对的两侧并且是彼此的延长面。
图10和图11示出了光学分束器单元22，该单元俯视时呈X形，由四个透明的平行平面板构成，例如，从图4和6可以看出，并且这里由单个标号表示。在光学分束器单元的两侧上设置有两个第一调焦元件24。单元22的半透明反射面用点划线标记。第一调焦元件24的公共轴线23穿过平行平面板的交叉反射镜的交线4并且落入半透明反射面的平分面。第一调焦元件24是多单元组合的消色差透镜系统，在此特例中第一调焦元件24具有四个元件，从其光轴23的方向看，它们是长方形的，即其边界是平面，并且这些平面与平行于第一调焦元件24的光轴23的X形镜光学分束器单元22的总体平面重合。两个眼睛前面的反射镜25位于第一调焦元件24的两侧，并且两个反射镜的反射面与其光轴23的夹角为45°±15°。这些反射镜反射面的平面的交线(图中没有示出，交线位于图外)平行于交叉反射镜的交线4。在图10中，我们将入射光束的路径标为a，该光束由X形镜光学分束器单元22(同时参见图4)的半透明的表面部分通过传输而部分通过反射被引向应用该装置的人的左眼和右眼。形成四单元消色差透镜系统的第一调焦元件24的透镜可以通过将他们粘在一起而彼此相连。如前面所述，第一调焦元件24从其光学轴线23的方向观看是长方形的，即他们的边界是平面，并且这些平面与最接近接收侧的光学分束器单元22的两边重合并且与离接收侧最远的光学分束器单元22的两边重合，及还与垂直于交叉反射镜交线4的上下边界面重合。眼睛前面的反射镜25是平面玻璃镜，其朝向第一调焦元件24的镜面用水银处理过。其形状是不规则四边形，以便适合光路的形状，其两边平行于交叉反射镜的交线4，其他两边沿接近眼睛的边的方向会集于一点。
根据图10和图11的双目显示装置，由于其占据空间小，重量轻并且结构紧凑，所以可以满意地用作诸如内诊镜，腹腔镜，显微镜和望远镜的基于放大的仪器和光学装置的双目显示装置。该装置的元件实际上彼此连接，或者用其自身的框架或盒子，或者用上述仪器和光学装置的框架或盒子。
根据图12和图13的图像显示工具同样具有X形镜光学分束器单元22(图4和图6)，其中两个第一调焦元件24在其两侧，并且该装置的两边还具有眼睛前面的反射镜25，类似于在图10和图11中所示的结构。这些装置装在外壳28中，外壳28具有相应于光路尺寸的进光口28a，28b，进光口28a，28b位于眼睛25前面的反射镜的前面及位于X形镜光学分束器单元22的侧面朝向接收方向5。在进光口28a中设有调焦元件29。如图13所示，外壳28以紧凑的方式包住装置的光学元件；在图13中也可以清楚地看见开口28a和28b的位置。根据其特征在图12和图13中所示的装置是双目小型放大镜，当在进光口28a，28b观看时，用户能够用双目看见目标源的放大图像，目标源在光束路径的接收方向的焦距或更近的位置上。恰好位于焦距的目标源似乎在无限远处，并且减小离目标源的距离虚像的虚距离也减小并且可以设置任何期望的虚像距离，例如，通常设置半米用于观看手中的物体。为了避免失真及能够看见整个图像，两个眼睛前面的反射镜的中心应大约等于使用者的瞳孔距离，并且为了同样的目的，根据人的瞳孔距离的变化，人们需要具有不同目镜距离的装置，在大多数情况下瞳孔距离在55和70mm之间。实际上，制造具有3mm增量的双目小型放大镜就可以了，即具有六个不同的距离(具有55，58，61，64，67和70mm的目镜中心距离)，使用者可以使用最适合自己瞳孔距离的。这种结构的优点是它不包括任何移动部件，它不需要调整，缺点是它不得不以六个不同的尺寸制造并且同一装置不能由具有不同瞳孔距离的人使用。
根据图14-16的装置是双目小型放大镜，其中两侧具有一对第一调焦元件24的X形镜光学分束器单元22，例如如图4和6所示，设置在壳体30中，壳体的两端和壳体较长侧中的一侧的中部具有进光口，并且在其通过壁修磨制造的内部的侧壁上设有凸耳31，在侧壁的端部设有螺纹固定孔32。X形镜光学分束器单元22和第一调焦元件24由插板33从顶部被封闭，插板33由其突出被支撑在凸耳上，并且在插板33的中部中具有孔34，及在其相对的两侧上具有两个销子35。在上面的突出上具有凸缘36，凸缘36从外侧为在插板33上运动的第一滑板37和第二滑板38的滑板柄形成约束路径。在彼此相对的第一滑板37和第二滑板38的内侧上约束路径由齿轮39和插板33的销子35构成。当齿轮39转动时，它与形成在第一滑板37和第二滑板38的滑板柄上的齿条40啮合，并且它使第一滑板37沿一个方向运动并且使第二滑板38沿相反的方向运动。齿轮39具有一个轴，并且它与开有槽的轮子41一体形成，其轴42向下装配在插板33的孔34中，并且向上装配在位于盖板43中部的盲孔中，未标出。盖板43与壳体30尺寸相同，在其四角的四个通孔44与壳体30的四个孔32具有相同的轴，并且由螺钉45盖板43可以固定在壳体30上。
根据图15，当开有槽的轮子41沿第一方向46被转动时，与其一体制造的齿轮39沿第二方向47移动第一滑板37并且沿第三方向48移动第二滑板38。一个方向的运动由在齿条40端部上的凸起挡住，并且另一个方向的运动由在第一滑板37和第二滑板38的逐渐减小的端部上的短柱34挡住。
根据图16组装的装置的盖板43使开有槽的轮子41的边缘在一定的部分上露出，并且如果用指尖转动，安装在第一滑板37和第二滑板38上的眼睛前面的反射镜25同时或者朝向壳体30，或者沿相反的方向运动。
由于在根据前面描述的结构中，眼睛前面的反射镜安装在壳体里面的滑板上，这使得能够根据瞳孔距离沿着平行于调焦元件光轴的方向调节眼睛前面的反射镜的距离，由此每一个人都能够使用同一装置。滑板可以是轴线彼此平行的齿轮，由约束路径强制作直线运动，并且由轴固定在壳体上的一个齿轮彼此连接，并且位于两个齿轮有齿的一侧之间，以便形成系统，并且由此，通过转动与齿轮在同一轴上的开有槽的调节轮子，两个滑板和与它们在一起的两个目镜彼此平行但沿相反方向运动，使调节眼睛前面的两个反射镜较便利。因为光学分束器单元的半透明反射面将光强度降低到初始的四分之一，因此为了补偿光强度的降低并且确保更好的照明照亮目标源是合乎实际的，优选方式是，装置包括射向目标源的光源，例如，白色的发光二极管，和结构较小的电源。使用双目小型放大镜比使用单筒的更有利，因为双目小型放大镜更适合人类利用双眼观看的方式，人们不必闭上一只眼，或用其斜视，从而当进行长时间或经常重复的医药，化妆品研究和精密机械工作时能够用此双目装置舒适地工作。尤其是用于工作的双目小型放大镜，借助于头饰带，眼睛框架或鼻梁夹戴在使用者的头部使用最方便。如果将双目小型放大镜用铰接机构连接在头饰带或眼睛框架上是较有利的，由此在暂停使用此装置时，可以将其推起到额头的上面。
在下面将描述包括目标源的结构。目标源位于根据本发明的X形镜光学分束器单元的接收侧的前面，在与接收方向成直角的平面中。目标源可以是不透明的，半透明的或透明的，由外部环境的光被照亮或完全照亮，由光源或自身发光被照亮或完全照亮。根据其具体有效的方式，它可以是缩影胶片画面，幻灯片画面，纸质图片，图画或打印文本，电子屏幕或其它目标源。
根据图17和图18所示的实施例，在用作虚拟显示器的图片显示装置的X形镜光学分束器单元的接收侧的前面，在对着表明接收方向的箭头5的一侧具有用作目标源的具有发光显示屏49a的微显示单元49，并且单元22由在每一侧上的两个调焦元件从两侧封闭，并且在调焦元件的外面在每一只眼睛的前面具有一个反射镜，与图10和图11，图12和图13，以及图14-16中所示的实施例的布置相同。显示屏49a的平面平行于交叉反射镜交线4。通过电缆50从电源和视频信号源供给显示屏49a必要的电压和电信号，未示出。X形镜光学分束器单元22，第一调焦元件24和微显示单元49设置在装置外壳51中，装置外壳51包括进光口51a，在反射镜25之间的51b和一对第一调焦元件24，并且在单元22的平行平面板之间与微显示单元49相对的一侧上，具有利用了没有落入光路的空间的凹部52，以便适合鼻梁。在凹部52的两侧具有钩形轨53，其母线平行于X形镜光学分束器单元22的交叉反射镜交线4，并且由于这些钩形轨53，该装置能够放在支撑板上，未示出，其宽度适合于钩形轨53的间距。例如，如果所述的支撑板位于眼睛框架的中部，该装置能够装在其上，并且如果它恰好适合，装置可以沿支撑板上下移动并且可以停在任何地方，例如，恰好在瞳孔的前面。
每一个眼睛前面的反射镜25都连接在反射镜架单元54上，反射镜架单元54借助于其轴线平行于单元22的交叉反射镜交线4的关节连接在滑板56上，如果装置的用户用指尖转动开有沟槽的轮子57，关节由齿轮齿条机构移动，齿轮齿条机构在图14和15中可以详细研究并且也在上面详细解释了(这里未示出)。具有在眼睛前面延伸的支架的反射镜架单元54连接在关节55，反射镜架单元54能够与在其上的反射镜25一起朝向第一调焦元件24折叠起来，由此极大地减小了双目显示装置的体积。双目显示装置在反射镜折叠起来时的实际尺寸可以如此小(例如，1.5×2.5×3.5cm)，以至用后它可以放在任何视频信号源(未示出)的外壳中制造的用于此目的的凹部，或者与在外壳51上面形成的连接器连接。
图18所示的夹式连接器由标号58标为一个单元，它包括随根据图12的装置外壳51中的凹部52的曲面的弯曲板59，沿此曲面延续的夹板60，及从两侧面上朝向钩形轨53凸起的弹性翼板61。夹式连接器58连接在装置外壳51上，以便翼板61的端部被引导在钩形轨53之间。在图中夹板60相对于使用者鼻梁的位置用虚线表示，夹式连接器可以通过强制打开弹性板固定。在由点线所示位置的夹板60由于其象夹鼻眼镜一样的弹性从两侧紧紧戴在鼻梁上。夹板60也可以与装置外壳51一体制造，在这种情况下不需要夹式连接器58和钩形轨53。
发光目标源可以作为虚拟显示单元设置在根据图17的装置中，位于X形镜光学分束器单元接收侧的前面，如AMEL(有源矩阵电致发光的)，OLED(有机发光二极管)，FED(场发射显示器)，AMOLEP(有源矩阵有机发光聚合体)，OEL(有机电致发光的)或VFOS(基于硅的真空荧光)微型显示单元，如前面所述，发光目标源通过电缆50从使用者所携带的视频信号源(移动电话，通信装置，掌上型计算机，DVD播放器，视频游戏，摄像机记录器，标号相机等)供给其操作所需要的电压和电信号。根据本发明的装置也可以设置在上述视频信号源中，在这种情况下，使用者必须将视频信号源举到其眼睛处并且观看双目显示装置的目镜。采用联合的方式会有利的，此时固定在视频信号源上的双目显示装置也能够观看，并且当从其中取出时，也可以戴在头上，尤其是在移动电话，摄影机和标号相机的情况下。图19和图20示出了这种结构，根据图10和图11所示的本发明的装置用作探视镜或用作监视器，设置在磁带回线自动记录器62，即摄像机的端部中与物镜63相对的一侧，以便第一调焦元件24(图20)的光轴23，这里未示出，垂直于物镜63的第二光轴64。当不操作时，眼睛前面的反射镜25折叠起来，双目显示装置放在形成在摄像机外壳中的凹部中，并且此凹部由盖子65覆盖。当滑钮66拉回时，与其机械连接的装置从凹部在由摄像机外壳形成的约束轨道上滑出，向下打开其前面的盖子65，并且眼睛前面的反射镜25借助于弹簧关节55(见图17)完全展开。代替这种机械驱动机构，可以构造其它的方式，其中通过按按钮由电机将装置拉出和拉回。
由此根据本发明的图像显示装置可以在摄像机和其同样包括图像纪录装置(可携式摄像机)的变体中用作探视镜/监视器。
传统上，使用两种类型的探视镜其中的一种是通常的单目监视器，其中设置在摄像机中的微型显示器的屏幕通过前透镜用一个眼睛观看，这是不自然的，令人疲倦的以及使得另一只眼斜视。在另一种情况下，在摄像机的外壳上具有可折叠的扁平的显示板监视器，但为了适合于便携式摄像机的尺寸比较小，最大时他可以与手掌的一半一样大，并且其观看效果不是很好，图像的细节几乎不能看见。
在图19和图20所示的实施例中，装置的图像可以通过打开眼睛前面的反射镜在本地观看，或者该装置也可以从摄像机中取出并且固定在头部。因为现代的手掌大小的摄像机(掌上磁带回线自动记录器)比瞳孔距离要薄，当这种摄像机被举起，位于两眼之间时，因为人们会斜眼观看，所以不能用两眼同时观看，仅仅其支撑元件在双眼前打开的目镜才可以用于双目观看。这产生一种光学效果，即在围绕不透明，明亮的，具有对比度的眼睛前面的反射镜中看见的虚像的所有方向中具有至少对两眼中的一只是清楚的图像，即摄像机实际上从视野消失。对于从事录像的人尤其有利，因为当他们用双眼观看探视镜的图像时，他们可以看见围绕图像的所有区域，并且不使任何东西与视线屏蔽。
根据图21，根据本发明的装置作为探视镜安装在移动电话67的端部，换句话说，该装置用作移动电话的探视镜。眼睛前面的反射镜25被完全机械地或由电机打开后显示虚像。
因为移动电话自身较小的屏幕仅适合于显示较小的图片和文字信息，例如因特网网址或整个电子邮件页不能在该尺寸上阅读。由于这种原因将根据本发明的装置安装在移动电话的外壳中，或将其作为外部适配器连接在移动电话的电池充电连接端，这是有利的。根据图21，在该实施例中装置设置在移动电话的端部，眼睛前面的反射镜折叠起来，并且通过展开眼睛前面的反射镜并通过将其举起放在眼前，可以在本地观看，或者可以将其从移动电话的外壳中取出并且戴在头部。
根据本发明的图22所示的图像显示装置的结构包括放射形的，例如，OLED微型显示器49。该结构类似于图17所示的结构，因此用在图12中的标号也用在图22中。在X形镜光学分束器单元22和第一调焦元件24之间的光路中，具有液晶遮光器69，遮光器69伴随微型显示器49的交变相位的图像频率，受电压影响变黑或透明。
根据在图23中所示图像显示装置的结构，优选方式是根据图17所示的装置借助于支撑架70连接到用户的头部，支撑架70由下列元件组成两个金属眼镜的侧臂71，用铰接结构72连接它们并被附在它们上的金属鼻梁架73，焊接到鼻梁架73上的两个鼻梁支撑臂74，连接在鼻梁支撑臂74的端部上的两个鼻梁支撑垫75，及焊接到鼻梁架73上的两个在底部闭合的U形夹紧横杆76，在其中与微显示单元49相对的装置外壳51的侧面的两个外伸端能够被导向并且上下滑动。鼻梁架73是与眼镜的侧臂71具有类似材料和外形的窄金属板，其上表面与位于眼镜的侧臂71上的平面重合或平行，并且由于这种原因，当用户戴着它时，它可以从旁边被看见，该板最大是1.7mm，由于它比瞳孔的直径小，因此它仅仅引起半透明的阴影线，该阴影线不妨碍观看。在另一个实施方式中，鼻梁支撑臂74是可调节长度的管形轴，这里未示出，并且借助于它们，鼻梁支撑垫75和鼻梁架73的距离能够被调整，由这种机构连接在鼻梁架73上的装置和其眼睛前面的反射镜25能够被垂直地放置在眼睛的前面。
根据图24，在根据本发明(图4和图6)的X形镜光学分束器单元22或一对第一调焦元件24和装置外壳51之间具有微显示器驱动回路77，无线电频率接收器-传输器回路78，电源79和微处理器80。利用这种布置装置可以尽可能紧凑，不需要电线将其与控制信号，视频信号和电源连接并且必要的计算，图像处理和其他任务可以在本地解决。
根据图25所示实施例的装有眼睛移动探测系统的装置基本上与图17中的装置一致，除了这里在装置外壳51的一端上具有在红外线范围内感光的CCD图像记录芯片81，并且在其另一端上前透镜82如此设置，即前透镜82的第三光轴83与CCD图像记录芯片81的探测表面84成直角。在位于右眼27前面的目镜25上放置在红外线范围内反射，在可见光波长范围内接纳光的反射元件85，反射元件85与眼睛前面的反射镜25以一个单元制造，其尺寸和角度如此确定，即它通过前透镜82将从右眼27的瞳孔86，虹膜87和巩膜88开始的光束反射到探测表面84上。为了右眼27均匀照明，在前透镜82上具有红外发光二级管89，红外发光二级管89以一个角度放置以便从其开始的红外光束投射到反射元件85上，并且在其从反射元件85反射回来后，红外光束被投射到右眼27上。CCD图像记录芯片81，前透镜82和红外发光二级管89设置在外壳中，这里未示出，外壳包括位于前透镜82的进光口，并且外壳与装置外壳51合并。
借助于图像处理程序由微处理器分析由CCD图像记录芯片81探测到的图像，微处理器安装在该装置中或由电缆连接在其上，并且从虹膜和/或瞳孔的轮廓的运动和位置它可以计算出眼睛所观看的在微显示单元屏幕上的点，并在该点显示光标，并且它还可以探测到由眼皮(眨眼)瞬间隐藏虹膜和/或瞳孔的轮廓，并且它发出卡嗒声象命令一样表示它。为了独立于外部光的条件和避免眼睛的干扰的闪光而增加暗色的瞳孔和浅色的虹膜，或虹膜和眼白(巩膜)的对比度，优选方式是虹膜和其直接的环境应当用红外光照明，因为用户看不见它，所以用户不被其打扰。
在图26所示的实施例是助视和夜视装置并且基本上是根据图17的装置，但这里在装置外壳51的顶部上，在形成用于鼻子的凹部52上，具有CCD图像记录芯片90，在微显示单元49上具有前透镜91，前透镜91如此放置，即前透镜91的光轴92与CCD图像记录芯片90的探测表面93垂直。CCD图像记录芯片90和前透镜91用罩子包住，这里未示出，罩子包括位于前透镜91的进光口并且与装置外壳51合并。CCD图像记录芯片90的探测表面落入此平面，该平面平行与由第一调焦元件24的光轴和分束器单元22的交叉反射镜交线(见图17中的交线4)所限定的平面。由CCD图像记录芯片90所记录的图像出现在微显示单元49的显示屏49a上(在图26中未示出)，其光强度，取决于实际设置，是原始强度的多倍，低视力的人在较弱的照明条件下，例如在晚上或半亮的情况下不能适当地确定方向，在此例中对于该低视力的人利用此装置是有利的。如果CCD图像记录芯片在近红外范围是感光的，假设该区域有红外线光源辐射，在微显示单元的显示屏上显示该红外图像使利用该装置的人即使在完全黑暗中可以辨别方向。
如图27和图28所示，放置在由极薄的半透明的反射镜(还参见图9a-9c)制成的单元22的接收侧的微显示单元49是反射式的，其显示屏幕49a从前面由位于单元22的另一侧的菲涅耳透镜94照明，其较大部分或全部位于平行平面板13和14之间的空间中并且此菲涅耳透镜94使发光二极管95的光束平行并通过第一起偏振镜96和单元22的半透明的表面将其投射到显示屏幕49a。光束从显示屏幕49a通过X形镜单元22，第二起偏振镜97a或第三起偏振镜97b，第一调焦元件24和目镜25到达眼睛。
根据图29所示的实施例，双目显示单元包括目镜25a，放置在目镜25a之间的微显示器49b，分束器单元22a，调焦元件24a，显示器外壳56a，话筒108，鼻夹60a和柔性固定圈105，圈105比其所围绕的使用者头部在鼻子的平面处的直径长。固定圈105部分作为电缆形成，包括两个耳机106，控制单元107，并且控制单元107或显示器外壳56a包括下述的任意一个微显示器驱动单元，无线电频率收发机回路，标号电视接收回路，微处理器和电源。
根据本发明的光学分束器单元的优点是它占据最小的空间并且质量最小，它能够按期望与目标源近的距离放置，并且该装置的图像具有非凡的质量。类似地双目显示装置的优点是占据空间小并且质量轻，它制造简单并且其优点正是其非常多的应用可能性。
本发明不限于该装置，或这里引用的装置的实施例，在权力要求所限定的被保护的解决办法的范围能够实施不同的结构，例如，为了放大图像，可以再放置调焦元件和半透明的或完全透明的反射镜。
权利要求
1.光学分束器单元，它包括在共同的交线4开始具有朝着被分离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线4开始并且邻接包含所述光反射面的平面平行板6，7；11，12的侧面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′，垂直于与其有关的侧面6a，7a；AJKA′，ALMA′并且这些端面6b，7b；ADD′A′，ABB′A′具有平面和光学平面；至少一个由透明材料制成的透明体10；13，14邻接所述平行平面板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′组成的表面并且此表面在所述端面6b，7b；ADDA′，ABBA′的平面中并且从这些端面6b，7b；ADD′A′，ABB′A′开始，使其继续。
2.根据权力要求1所述的光学分束器单元，其特征在于它还具有位于具有朝着被分离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的延长面中并且邻接第一平面平行板和第二平面平行板11，12的作为透明体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们是扁平行六面体形并且它们沿彼此平行的边15a-15b；AA’，BB’，CC’，DD’彼此连接并且它们在垂直于所述连接边的横截面中形成X形单元。
3.根据权力要求2所述的光学分束器单元，其特征在于a)其下述部分是透明的反射面朝向相邻的第二平行平面板12的第一平行平面板11的侧面11a；AA′KJ和有利地具有如下宽度的其相对侧面11a’的部分11a”；DEE′D′s=.2n2-1]]>该宽度从其与第四平行平面板14相连接的边15c，15d开始测量，并且式中平行平面板的厚度为v，及其材料的折射率为n；及朝向第一平行平面板11的第二平行平面板12的侧面12a；ALMA′和有利地具有根据上述公式从其与第三平行平面板13相邻接的边15e，15f；BB′开始测量的宽度s的其相对侧面12a’的部分12a”；BGG′B′；朝向相邻的第二平行平面板12的第三平行平面板13的侧面13a；BNOB′，除去其有利地具有根据上述公式从其与第二平行平面板12相邻接的边15e，15f；BB′开始测量的宽度s的部分13a”；BHH′B′；朝向相邻的第一平行平面板11的第四平行平面板14的侧面14a；DPQD′，除去其有利地具有根据上述公式从其与第一平行平面板11相邻接的边15c，15d；DD”开始测量的宽度s的部分14a’；DFF′D′；及b)其下面的部分是完全反射面朝向相邻的第二平行平面板12的第三平行平面板13的侧面13a；BNOB′的部分13a’；BHH′B′，有利地具有根据上述公式从其与第二平行平面板12相邻接的边15a，15b开始测量的宽度s；朝向相邻的第一平行平面板11的第四平行平面板14的侧面14a；DPQD′的部分14a’；DFF′D′，有利地具有根据上述公式从其与第二平行平面板12相邻接的边15c，15d；DD′开始测量的宽度s；及c)其下面的部分是光学平面与第三平行平面板13的端面13b；CBB′C′相对的第一平行平面板11的端面11b；ADD′A′；及与第四平行平面板14的端面14b；CDD′C相对的第二平行平面板12的端面12b；ABB′A′。
4.根据权力要求1所述的光学分束器单元，其特征在于所述端面6b，7b；ADD′A′，ABB′A′的外表面上是镀水银的。
5.光学分束器单元，它包括在共同的交线4开始具有朝着被分离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个平行平面板11，12，13，14，每一个比0,4mm薄，在与交线4垂直的横截面中它们形成X形单元，其中相邻的所述平行平面板11，12，13，14彼此之间形成90°±20°的夹角并且所述光反射面是部分地反射和部分地传输自然光或偏振光的光学层。
6.光学分束器单元，它包括在共同的交线开始具有朝着被分离的光束分叉的光反射面的透明的平行平面板，其特征在于该单元具有三个平行平面板(11′，12′，13′)，每一个比0,4mm薄，在与所述交线(4)垂直的横截面中它们形成X形单元(22)，其中较短的两个所述平行平面板(11′；13′)的端面紧靠到所述第三平行平面板表面的中部，以便它们在所述第三平行平面板的每一侧上形成彼此的延长面，并且在所述单元(22)中在较长的所述平行平面板(12′)和较短的所述平行平面板(11′和13′)彼此之间的夹角单独地是90°±20°并且所述平行平面板(11′，12′，13′)或是半透明的反射镜，或完全传输沿一个方向偏振的光的成分并且部分地传输和部分地反射沿另一个方向偏振的光的成分的起偏振镜。
7.双目图像显示单元，它包括光学分束器单元，此外包括第一调焦元件24和眼睛前面的反射镜25，其特征在于其光学分束器单元与根据权力要求1到6所述的光学分束器单元中的任一个一样并且当从到达所述光学分束器单元的半透明反射面的光束的方向看时，即从接收方向5看，两个所述第一调焦元件24设置在所述光学分束器单元相对的两侧并且所述第一调焦单元24的公共光轴23垂直于所述接收方向5，并且在两侧，在所述第一调焦元件24的外侧，反射镜25位于眼睛的前面，并且这些反射镜的反射面与上述光轴23形成45°±15°的夹角(δ)，并且这些反射镜25的反射面的平面的交线平行或垂直于所述光学分束器单元22的半透明反射面的交叉反射镜交线4的交线。
8.根据权力要求7所述的装置，其特征在于所述光学分束器单元22，所述第一调焦元件24和所述眼睛前面的反射镜25安装在罩子28中，罩子28包括位于眼睛前面的所述反射镜25前面并在所述光学分束器单元22接收侧的进光口28a，28b。
9.根据权力要求7所述的图像显示单元，其特征在于所述光学分束器单元22和所述第一调焦元件24固定在壳体30中，壳体30具有在所述第一调焦元件24处的进光口，并且壳体30由盖板43覆盖，而所述眼睛前面的反射镜25连接在第一滑板37和第二滑板38上，伸入壳体30的滑板柄是彼此平行的齿条40，并且在两齿条40中间具有将两齿条40连接并能够沿相反的方向移动它们的齿轮39。
10.根据权力要求7到9所述的图像显示单元中的任一项，其特征在于它包括目标源。
11.根据权力要求10所述的图像显示单元，其特征在于所述目标源是微显示单元49的显示屏49a。
12.根据权力要求11所述的图像显示单元，其特征在于所述微显示单元49显示屏49a的平面平行于由交叉反射镜的交线4和由光轴23所限定的平面，并且它放置在光学分束器单元22的接收侧。
13.根据权力要求12所述的图像显示单元，其特征在于该单元包括至少一个照亮所述微显示单元49显示屏49a的诸如发光二级管95的光源。
14.根据权力要求12或13所述的图像显示单元，其特征在于在所述微显示单元49的显示屏49a的前面具有放置在所述元件22另一侧的反射或调焦元件94，所述反射或调焦元件94将所述光源的光束投射到所述显示屏49a上，优选实施方式是光源是发光二级管95。
15.根据权力要求12所述的图像显示单元，其特征在于该单元包括从后面照亮微显示单元49各处的光源，并且它放置在所述微显示单元49和装置外壳51之间。
16.根据权力要求12到15所述的图像显示单元中的任一项，其特征在于在所述光学分束器单元22的两侧，在光路中，具有垂直于第一调焦元件24光轴的液晶遮光器69。
17.根据权力要求12到16所述的图像显示单元中的任一项，其特征在于所述单元包括两个与装置外壳51一体制成的夹板60。
18.根据权力要求12到16所述的图像显示单元中的任一项，其特征在于在所述装置外壳51接近使用者头部的侧面上具有与装置外壳51一体制成的钩形轨53，它们的母线彼此平行。
19.根据权力要求18所述的图像显示单元，其特征在于所述装置包括固定在所述钩形轨53之间的夹式连接器58。
20.根据权力要求19所述的图像显示单元，其特征在于所述夹式连接器58包括随着所述装置外壳51中的凹部52的曲线的弯曲板59，两个夹板60和翼板61，所述翼板61的间距宽度等于所述钩形轨53之间的距离。
21.根据权力要求18到20所述的图像显示单元中的任一项，其特征在于所述单元包括支撑架70，所述支撑架70由两个眼镜的侧臂71，用铰接结构连接它们并被附到它们上的鼻梁架73，连接到所述鼻梁架73上的鼻梁支撑臂74及装置固定单元。
22.根据权力要求21所述的图像显示单元，其特征在于所述鼻梁架73是窄板，其上表面与位于所述眼镜的侧臂71上的平面重合或平行，并且其最大厚度s是1.7mm。
23.根据权力要求21或22所述的图像显示单元，其特征在于所述鼻梁支撑包括两个指向朝下，彼此平行并且被设置在与鼻梁架73的中心相同距离的位置的鼻梁支撑臂74，及两个连接到所述鼻梁支撑臂74端部上的鼻梁支撑垫75，并且装置固定单元由两个指向朝下，在底部闭合，彼此平行并且被设置在与鼻梁架73的中心相同距离的位置的U形固定横杆76组成。
24.根据权力要求7到23所述的图像显示单元中的任一项，其特征在于所述单元至少包括一个微显示器驱动回路77，和/或无线电频率接收器—传输器回路78，和/或电源79和/或微处理器80。
25.根据权力要求7到24所述的图像显示单元中的任一项，其特征在于在所述装置外壳51一端的上面具有在红外线范围内感光的CCD图像记录芯片81，并且在其另一端的上前透镜82这样设置，即前透镜82的第三光轴83与所述CCD图像记录芯片81的探测表面84成直角，在红外线外线范围内反射的，在可见光波长范围内透明的并位于右眼27前面的目镜25上面的反射元件85放置在右眼27和探测表面84之间的光路中。
26.根据权力要求25所述的图像显示单元，其特征在于在所述前透镜82的上面具有红外发光二级管89，并且其光线被引导到所述反射元件85。
27.根据权力要求7到24所述的图像显示单元中的任一项，其特征在于在所述装置外壳51中形成用于鼻子的凹部52之上，在所述装置外壳51的顶部上设置有具有探测表面93的CCD图像记录芯片90，探测表面93所在的平面平行与由第一调焦元件24的光轴23和交叉反射镜的交线4所限定的平面，并且在CCD图像记录芯片90的前面，在所述微显示单元49之上设置有具有垂直于所述探测表面93的第四光轴92的第二前透镜91。
28.双目显示单元，该双目显示单元包括目镜25a，放置在所述目镜25a之间的微显示器49b，分束器单元22a，调焦元件24a，显示器外壳56a和鼻夹的鼻梁架，其特征在于它括柔性固定圈105，在鼻子所处的平面处，所述固定圈105的长度比使用者头部的直径长。
29.根据权力要求28所述的图像显示单元，其特征在于所述固定圈105部分形成作为电缆。
30.根据权力要求29所述的图像显示单元，其特征在于所述固定圈105包括两个耳机106。
31.根据权力要求30所述的图像显示单元，其特征在于显示器外壳56a包括话筒108。
32.根据权力要求29到31所述的图像显示单元中的任一项，其特征在于所述固定圈105包括控制单元107。
33.根据权力要求32所述的图像显示单元，其特征在于控制单元107或显示器外壳56a包括下述元件中的任意元件微显示器驱动单元，无线电频率收发机回路，数字电视接收回路，微处理器和电源。
全文摘要
本发明涉及一种光学分束器单元，该光学分束器单元包括交叉的透明平行平面板(6，7)，平板(6，7)具有反射面，并从共同的交线(4)开始并且朝向被分离的光束分叉。本发明双目图像显示装置包括光学分束器单元并且它具有第一调焦元件(24)和眼睛前面的反射镜(25)。该双目图像显示装置的特征是其光学分束器单元是所述的单元，从到达光学分束器单元(22)的半透明反射面的光束方向看，即从接收方向(5)看，第一调焦元件(24)放置在相对的两侧，并且第一调焦元件(24)的共同光轴(23)垂直于接收方向；在位于两侧的第一调焦元件(24)的外面反射镜放置在每一只眼睛的前面，并且这些反射镜的半透明反射面与所述共同的光轴(23)围成夹角δ45°±15°，并且这些反射面的交线平行于半透明反射面的交叉反射镜交线(4)。
文档编号G02B5/00GK1452725SQ0081941
公开日2003年10月29日 申请日期2000年11月22日 优先权日2000年2月11日
发明者拉斯洛·霍洛科夫斯基, 安德烈·纳吉长尔瑙伊, 拉斯洛·凯齐, 卡罗伊·安德烈 申请人:Emd有限公司, 伯瑞麦克斯有限公司