本发明涉及一种图象显示装置，特别是涉及一种能戴在头上的电视图象显示装置。 戴在头上的电视图象显示装置是已有技术。所说装置的一部分具有立体系统，也就是，观察者用左和右眼分别地看两个不同的图象或屏。在美国专利（专利号）：5123726、5129716、4897715、4706117中和在德国专利（专利号）1103961的说明书中特别在涉及图5的部分中，描述了立体装置。戴在头上电视装置的缺点是：必须装入两个图象显示单元，这主要造成了成倍的花费、重量、体积以及故障率。在另一方面，它的优点是可用双眼来看图象。
只有一个屏的戴在头上的电视机也是已知的。例如在上述的德国专利（专利号）1103961的说明书（图2）中，和在美国产品目录“更清晰图象”（1993年6月）中涉及一种称为“虚视觉运动”地装置，描述了这样的装置。所说装置的主要缺点是在于，可以只用一只眼来观看单个屏，也就是，将一只眼固定在屏上的同时另一只眼在相同方向、颇受干扰地看周围环境。如果装置的使用者用上另一只眼同时观看电视图画的话，就会迫使他/她眨眼而觉得很疲倦。
从以上叙述的德国专利（专利号）1103961的说明书（权利要求9及其相应的公开），也可知：装在类似眼镜装置的一个边件内的一个阴极射线管，和将由阴极射线管产生的图画，通过装有半透镜的一种光学系统，反射进使用者的双眼中。上述装置的缺点来自电视图画和镜后的背景叠加在安排在眼前的半透镜上而受到干扰，同时，在另一方面，半透镜引起光损失达50%左右。
所有上述戴在头上的电视图象显示装置的共同缺点，是奇特的外貌;与一付眼镜比较它们显得相对来说体积庞大而笨重，同时会在周围大众中引起注意。
所以，本发明的目的是提供一种小的、轻重量的和紧凑的戴在头上的图象显示装置，特别是一种电视图象显示装置，用该装置可以用双眼来观察图象或屏，而没有由半透镜所产生的任何光强损耗。最好，该装置应该适用于固定在普通眼镜上并一起携带。
本发明基于这样的认识，即，如果用离所说图象或屏足够远所固定的分光镜，将来自图象或屏的光线反射到两个方向的话，那么，放在鼻子之前或前额的中央，在两眼之间的小型图象或屏，可以使双眼都可看到，换句话，来自屏的光束-光径分成两部分光束（分支），然后，所说部分光束再用一些镜反射到双眼中。最好是将分束镜-两个镜子一起放置彼此构成90°±35°角。分束镜方便地具有和图象或屏同样大小，如果将分束镜放得太靠近图象或屏的话，那么该图象因为过度地从侧边看它而变成一个梯形，即使从两侧用双眼看也是如此。尽管人脑能在一定程序上补偿畸变的图象，将它们感觉成单一图象，然而，这种状况，对于长时间来说将使眼睛疲劳和紧张，而且超过一定极限后就再不能使两个图象成为一个。如果分光径的角度不超过15°，那么就发现具有许多优点（该角度相应于当读一本保持在距离30厘米的书时的眼睛光轴的“比较”角度）。然而，这种条件，与需要图象或屏尽可能靠近框架，例如眼镜框架，以固定所说的图象或屏，因为这是得到一个紧凑的单元所必须的，这样的要求相矛盾。为了可以将图象或屏直接放在框架（眼镜架）的前面，由图象或屏起始朝外的光束（按照我们的认识）应该“返回”朝向框架，也就是，用一个或更多的共用镜来反射光束。
基于以上的认识，通过戴在头上的图象显示装置，特别是电视图象显示装置，包括一个电视屏或固定图象的装置，和用于将由屏或图象起始的光束送到眼中的光学元件，来实现本发明的目的。本发明的实质是，图象显示装置包括：将由屏或图象起始的光束分成光束分支，并将所说光束分支指向装置使用者眼中的光学元件;将所说光束分支反射进瞳孔中的光学元件;以及在所说反射元件和瞳孔之间，和/或在所说分束元件和所说反射元件之间安排的聚焦元件。最好该装置包括，将来自屏或图象的向外传播的光束相对于头向上或向下反射的光学元件;和把向上或向下反射的光束分成光束分支的光学元件，并且将所说光束分支反射到光学元件，使所说的光束分支指向眼睛的光学元件。应该注意：此处所用的术语“屏”包括任何图象显示单元，例如，液晶显示（LCD）、阴极射线管（CRT）、图象管、等离子体显示器等等。“图象”可以是例如方形微胶片、彩色图象、印刷物本等。
在本发明的另一个实施例中，将屏或图象设置在戴着该装置的人鼻梁的前面，或者人的前额的中央部分。在理论上头的（假想的）中央平面处并直垂直于所说的中央平面。
在一个最佳实施例中，将光束分成两个光束分支并将所说光束的分支指向眼睛的光学元件，包括以90°±35°角并置的两个分束镜，此处所说角朝向面部张开，在此种情况中，最好分束镜具有象平放的梯形或矩形的形状，并且所说分束镜的内短边，在理论上是在（假想的）头部中央平面中。要指出分束镜可以彼此固定，或者将它们一体地构成，在后者情况中，它们作为单一的光学元件。
在该装置的再一个实施例中，将来自屏或图象的向外传播的光束，向上或向下反射的光学元件，是由第一共用镜组成;而将来自所说的第一共用镜的光束传送到光学元件，最好是分束镜，其将光束分成光束分支并将所说束的分支指向眼睛的光学元件，是由第二共用镜组成。在此种情况中，最好共用镜具有类似于梯形的形状，所说的共用镜是在垂直于头部的中央平面的平面内，并且在彼此之间构成一个90°±35°角度和与屏或图象的平面构成角度并且它们最好大小相等。
在本发明另外一个最佳实施例中，将光束分支反射入瞳孔的光学元件是由分象镜构成，最好具有平放矩形的形状，所说分象镜的平面在彼此之间最好构成约90°的角度（γ），而且每一个所说的分象镜，距离相应的瞳孔大约3到4厘米。最好聚焦元件是透镜，并且将图象或屏放在光学元件，最好是将光束分成两部分光束的分束镜之上或之下。一般来说，将一个光源，最好是一个透射照明光，和一个抛物镜放在内罩内屏或图象之后。
按照本发明的另一特征，将除了把光束分支反射进入到瞳孔的光学元件之外的反射光学元件、聚焦元件，以及尽可能密闭在内罩的屏或图象、光源和抛物镜，都放在一个共同的外罩内，该外罩具有一个或多个开口和/或光透射表面或多个这样的表面，并且所说的外罩固定到一个框架上，最好是固定在头上例如固定到耳朵上的眼镜架上。
在根据本发明作出的该装置的另一个最佳实施例中，提供了一个固定件，例如，螺栓、钩、夹或类似物，用以将外罩，以可拆卸的方式连接到框架上。最好将在两侧突向眼睛并且可取地由透明塑料板制成的托架，固定在外罩上或与外罩整体地构成;并且将光学元件，最好是将两部分光束反射进瞳孔中的分象镜，连接到在突进眼睛周围部分上的所说托架上。一般来说，将后一个光学元件，最好是分象镜用滑动装置连接到托架上。这个实施例能够根据实际使用者的眼镜来调节分象镜。
如果希望用该装置产生立体图象的话，那么将LCD光快门放在屏或图象和瞳孔之间的光束分支的路径内。在这种装置的一个最佳实施例中，将LCD光快门直接放在把光束分成光束分支的光学元件的前面，最好是分束镜的结合边的前面。在垂直于头的中央平面的一个平面内，最好是属于左侧和右侧光束分支的LCD光快门具有在其间含有液晶的共同玻璃板，但是，要以能够单个进行电压控制的方式连接LCD光快门。
在该装置的再一个实施例中，提供了一种可控驱动单元，用一个传输电源电压和/或视频信号和/或控制信息的电缆，将控制驱动单元与屏或图象相连，并且可与光源相连。有利的是提供了连接到该装置电子系统的耳机/扩音器。在另一个实施例中，将光束分支反射进入瞳孔的两个光学元件，最好是分象镜，放在每一个光束分支的光径内。如果以不可拆卸方式将外罩固定到框架上，最好固定到眼镜架上，或者与所说的框架整体地构成，也是有利的。
按照本发明的进一步特征，托架具有达到耳后的一条细长的虚线表示部分，并且提供给外罩一个鼻子托架。在又一个实施例中，将暗的透明的或非透明的附加罩放在框架上，最好放在眼镜架上，所说的附加罩具有一种特殊的结构可以露出外罩和托架。最好用一个铰接件将附加罩结合到框架上，最好结合到眼镜架上，或者结合到外罩上。
最好在眼镜框架中的透镜是由深色的玻璃或塑料制成，但是关于戴的眼镜其透镜具有在瞳孔和反射光束分支进入瞳孔的光学元件之间的一部分，该部分是由透明如水的材料制成或者切掉该部分;而透镜的另一部分，最好是由当暴露在光线中时变暗材料制成。
为了保证最好的图象，将反射光学元件和聚焦元件，安排成对称于使用者头部的理论上的（假想的）中央平面。
以下通过实例并参照附图对本发明予以描述，其中：
图1a是放在使用者头上的按照本发明装置的最佳实施例的前正视图。
图1b是表示在图1a中，没有使用者头部时装置的顶平面视图。
图1c是图1a中装置的侧视图，示意地表示头部。
图1d是较大比例的图1a～1c的装置中的光学元件的特定安排的透视图。
图2a是按照本发明装置的另一个实施例的前正视图，示意地表示头部。
图2b是去掉头部时的图2a中装置的顶平面视图。
图2c是图2a和2b的装置的侧视图，示意地表示头部。
图3a是按照本发明装置的又一实施例的前正视图，示意地表示头部。
图3b是图3a装置的侧视图，示意地表示头部。
表示在图1a～1d的装置是由使用者作为眼镜戴在头1上。框架2的中央部分架在鼻梁上，而边件3架在耳朵24上（图1a、1c）。将装置的屏4在垂直于头1（图1a、1b）的中央平面X的平面内安置在框架2的中央部分的前面，稍微在所说的中央部分靠上。如图1c所示，把屏4、在屏4后面的光源5（透射照明光）以及抛物镜6都被一起固定在内罩7中。
在鼻梁的前面、两眼之间及眼睛的高度上（用标号14和15表示眼睛的瞳孔）将装置的左右两侧的分束镜8和9固定在内罩7下面。分束镜8和9之间夹角α（图1b）最好是90°±35°。所说的镜8和9是四边形或具有类似于平放的矩形的形状。分束镜8和9的位置是对称于头部1的中央平面X（图1b），而离头部更远的镜的短边相交在头部1的中央平面X内（注意：因为人头部多多少少不规则的形状，所以中央平面是一个理论的对称平面）。
在屏4外侧（由头部1处看），也就是屏4的前面，该装置具有一个上第一共用镜片10，并且在它之下有一个下第二镜片11。共用镜片10和11具有平放的矩形的形状，或者相应于光束截面的一个梯形（具有两个平行边）。将所说的镜片10和11安排成垂直于头部1的中央平面X。第一共用镜片10与屏4平面形成一个约45°的角度β（图1c）。将下第二共用镜片11安排在第一共用镜片10之下、瞳孔14、15的高度上，而且它的平面与第一共用镜片10的平面成约90°的角ω。
按照图1a～1d的装置还具有两个镜片：这些是分象镜12、13。左侧分象镜12位于左瞳孔14的前面，而右侧分象镜13位于右瞳孔15的前面，两个瞳孔之间的距离和相应的分象镜之间的距离最好是约3～4cm。分象镜12的倾斜和特定位置是相应于分束镜8，而分象镜13的倾斜和特定位置是相应于分束镜9，这两对镜片也可以是平行的。分象镜12、13的两个平面形成一个约90°的角（图1b中的角γ）。
在该装置的上述实施例中，还包括透镜16、17。将透镜16设置在分束镜8的左侧外边;将透镜17设置在分束镜9的右侧外边。透镜16、17最好是平行的或基本平行的。根据以上所描述的设置，透镜16是在分束镜8和分象镜12之间;而透镜17是在分束镜9和分象镜13之间。
内罩7、第一共用镜10、第二共用镜11、分束镜8和9，以及透镜16和17是在罩18的里边。在罩18壁中，在透镜16和分象镜12之间，以及在透镜17和分象镜13之间，分别地有一个通过光的开口或窗。因此，开口或窗的位置和大小是相应于光的路径;开口甚至可以大于光束的截面。将固定元件19（例如钩子、螺栓、夹子等）固接在邻近框架2的罩18的壁上。将一个托架固定到分别面对着分象镜12和13的罩18的每一个侧边，或与之构成一整体。托架突出在各自的分象镜之前并且在侧向超出。分别以标号20和21表示的左侧托架和右侧托架，最好是由透明如水的透明材料制成。用一个能使分象镜12沿着平行于本身的光径轴移动的滑块22（图1b），将分象镜12固定到托架20的左侧，以便将分象镜12置于左侧瞳孔之前，由于各个瞳孔的距离不同，所以这是需要的。同样的，用滑块23将分象镜13固定到托架21的右侧，象在分象镜12的情况一样，以同样的方式调节分象镜13。
通过电缆26控制并供给液晶屏4、光源5（透射照明光）以及放入耳朵24内的扬声器25。电缆26由一控制-连接单元（未示出）导出，该单元包括液晶屏4的驱动电路，和视频与声频信号源的电缆连接器。为了产生立体图象，将LCD光快门27和28分别放置于分束镜8的左侧和分束镜9的右侧的前面（图1c）。通过电缆26光快门接收控制脉冲。
在以上所描述的系统中，最好使用真空镀金属镜。然而，值得注意例如棱镜可以代替平面镜。固定元件例如螺栓、按扣、钩子、夹子等，保证能可拆卸地连接。但并非总是必须如此，也可用最终连接（不可拆卸的）方式，将罩18固定到框架2上。尽管如此，可以认为夹子是有特殊优点的固定器，因为可以将罩18与包在其内的元件一起，以最简单和最快的方式夹到已有的眼镜框架上，也就是说，戴眼镜的人可以将本发明的装置，夹到他们自己的眼镜上。另外，不戴眼镜的人可以将本发明的装置与具有零屈光度（平面平行透镜）透镜的眼镜结合起来使用。眼镜具有三种基本功能：首先，一副眼镜是一种简单工具可将按照本发明的装置戴在头上;其次，眼镜框架中的玻璃透镜，保护眼睛免遭分象镜12和13的尖角的伤害;最后，戴眼镜的人通过自己的眼镜看屏4，保证了图象的适当的清晰度。
然而，对于本发明的装置并不是绝对需要使用眼镜。如果托架是由适度坚硬的材料制成并具有虚线所示的形状的话，那么托架20和21可以延伸到耳朵上，以代替眼镜的边件。在此种情况中，可以忽略眼镜框架、框架中的玻璃透镜以及边件，但是，应该提供一个鼻子支承件和在头1的侧边或头后上的固定装置，例如，用挂在耳朵上的钩子或用可连在头后的撕扯搭扣固定件条带，使得本发明的装置能象眼镜一样戴上。
关于扬声器25（图1a），应该注意，它也可以造在边件3（图1b）中。为了产生立体效果，扬声器25造在每一个边件3中。至于透镜16、17，它们可造在左侧或右侧光径之中，甚至在除了图1a～1c所描画的其它地方，例如，直接在分象镜12和13的前面，也就是在瞳孔14、15和分象镜12、13之间。也有可能把几个透镜放在每一条光径中。也可将LCD光快门27、28，分别放在左侧和右侧光径内的任何地方，而不只是放在以上所描述的和在图中所示的地方。
如图1a～1d所示的装置的使用如下，在图1d中很清楚地表示了光径。
如图1a和1c中所示，将框架2（眼镜框架）与该装置一起放在头部1上;并通过在控制-连接单元（未示出）上的开关，通过电缆将装置置于工作状态。一条光束（光径）由屏4（或图象）起始向外，也就是离开面。为了简单和明了起见，在图1d中用单一条线表示一束光的路径，而单一条线表示一条由屏4的几何中心K起始并传播到瞳孔14、15的中心的基本光线（在图1d中，以虚线表示被镜或透镜所覆盖的光径的部分）。用上第一共用镜10，将来自屏4的光束予以反射，然后用下第二共用镜11再予以反射（也参看图1c），并且逐渐地分成两个光径分支f1和f2，其分别到达左侧分束镜8和右侧分束镜9。当通过透镜16时，将左侧光径分支f1予以聚焦，而后通过左侧分象镜12予以反射，最后，光束到达左瞳孔14。同样地，用透镜17将右侧光径分支f2予以聚焦，用右侧分象镜13予以反射，并由右瞳孔15接收。由于本装置使用人两个眼看到分别由透镜16和17放大的图象，因此在空间中的同一地方两个图象合并成一个单一的图象。因为分象镜12和13周围是透明的介质，所以图象似乎是浮动的，并且可以没有困难地观察围绕图象的周围状况。在图1b中，表示了相应于光径分支的整个光束（光径）n1、n2，将其中心线称为f1和f2。
按照图2a～2c装置的实施例，实质上具有和图1a～1d所示实施例同样的结构。所以，以前描述的元件标以同样的标号。其差别在于屏4（或图象）是在分束镜8、9的下面（而不是在它们的上面）。在这种情况中，该装置的重量分布较好，但是架在鼻子前面的罩18（图2c），更突入视场内。像以前描述的一样使用上述装置，以按照图1a～1d的装置的实施例中的同样方式，将由屏4起始的光径分成两个光径分支。
在表示在图3a和3b的实施例中，像以前的实施例中一样，同样的标号表示同样的元件。这个实施例不同于图1a～1d的实施例在于：罩18在视场外更向上。该装置的左侧和右侧第一分象镜29和30是在使用者眼睛之上，同时，左侧和右侧第二分象镜31和32是在眼睛之下。使用时，第一分象镜29和30将透镜16、17聚焦的光径分支f1、f2导向下，然后，第二分象镜31和32将光径分支从下面反射入瞳孔14、15中，而不是从前面的方式反射入瞳孔中。如果该装置使用者向下看一点的话，就可以以习惯的阅读角度看到图象。
像以前叙述的一样，可以用棱镜来替代上述任何一个平面镜。表示在图2a～2c中的分象镜12、13和表示在图3a、3b的第二分象镜31和32可以是半透镜。
如果希望消除来自视场周围环境的外部光，那么该装置可以通过非透明的或弄暗的透明覆盖物或盖来完成，该盖可以放在，例如框架2上（眼镜架），露出罩18和托架20、21。在最佳实施例中，所说的附加覆盖物或盖可以折起。
回到图1a～1d，应该注意：在框架2中（眼镜框架）玻璃透镜33、34能够用暗色玻璃制成，保护眼睛免遭明亮的阳光照射，但是这样屏4（图象）也被致暗，就不太有利了。所以，最好使用玻璃透镜，其在左侧瞳孔14和分象镜12之间，和右侧瞳孔15和分象镜13之间的部分，分别切掉或由透明如水的材料制成。而透镜的其余部分是暗色的，也就是起太阳镜的功能。最有优越性的是使用特别的叶绿素的太阳镜镜片，其暗度正比于外部光的强度，在这种情况中，在屏4或图象和周围环境的外部空间之间的对照基本上是恒定的，也就是说，当从黑暗的房间走出到太阳光下时，电视图象或任何其它的图象保持清楚可视。
将本发明的优点总结如下：
装置的使用者可以舒适而清楚地用双眼观看固定到例如眼镜框架的中央部分的屏或图象。原因在于：屏或图象是在垂直于头部的中央平面的平面内，并且按照本发明的对称光学系统将此图象传送到双眼中。对于该装置的使用者，如果装置中系统的元件是精确地放置的，可以用左眼和右眼两个眼观看在他本人的前面2到3米远的同一地方的图象，例如，电视图象，按照本发明的装置是轻的、小型化的，可以设计得美观，而且其适用范围是很广的：人们可以在公共场所戴它并观看，例如在街上或广场上，当等什么时或在各种车辆上旅行时，当在家中或花园中工作时，当学习时等等。在屏上可以显示任何视频信号，所以，可将该装置连接到一个便携式调谐器上，以接收电视播送，或接到录相机上、摄像机上或计算机上。可用一个方形胶片来代替该屏，用该装置可以显示静态图象，例如，用来记忆一个表或字典的一页。也有可能在非透明纸上缩小打印来代替屏，而外部环境的光线可以充分地照明非透明纸。在此种情况中，可以省去光源（透射照明光）和抛物镜。
应该清楚，在此只是描述并图解说明了本发明特定的最佳实施例，在没有脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可以作出许多种变化和改型。