专利名称：眼镜安装式图像显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种眼镜安装式图像显示装置，该眼镜安装式图像显示装置可以容易 地应用于一副传统的眼镜。
背景技术：
在眼镜安装式图像显示装置中，从安装至眼镜的镜腿部的图像显示单元(单元主 体部)发出的图像光通过目镜光学单元(诸如导光单元)入射到观察者的眼球上，从而使 图像光能够被作为图像观察到。作为关于此点的传统技术，JP2005-352024A提出了一种眼 镜式接口装置，在该眼镜式接口装置中，用于获取用户视网膜图像并输出成像信号的照相 机单元、用于通过无线电波从照相机单元发送成像信号的无线通信单元以及用于向照相机 单元和无线通信单元供给电能的发电单元分别安装在一副眼镜上以便一体化。此外，作为其他传统的眼镜安装式图像显示装置，迄今为止已经提出了各种类型 的装置。例如，JP3871188B2提出了一种具有以下结构的眼镜安装式图像显示装置，在该结 构中，外壳组件通过将该外壳组件夹紧至装配部的夹紧组件安装在用户眼镜的镜腿上，该 外壳组件容纳用于接收被传送到显示装置的数据或图像的电路结构。JP2008-22362A提出 了一种结构，在该结构中，形状呈不与眼镜镜片机械干涉的图像形成投射装置保持至镜腿。然而，在这种类型的传统图像显示装置中，光学单元嵌入眼镜的镜片部。因此不能 使用现有的眼镜。此外，即使光学单元具有可折叠结构，光学单元的折叠操作也需要与镜腿 的折叠操作分开进行，这引起了麻烦(诸如对外壳进行不可避免的麻烦操作)，因此这仍有 改进的空间。
发明内容
本发明的目的在于提出一种眼镜安装式图像显示装置，该眼镜安装式图像显示装 置能容易地应用于现有眼镜并且镜腿也能被折叠成紧凑状态。本发明涉及一种眼镜安装式图像显示装置，该眼镜安装式图像显示装置包括目 镜光学单元，该目镜光学单元布置在观察者的一个眼球的视野内；以及图像显示单元，该图 像显示单元具有用于显示图像的显示元件，所述图像显示装置使从图像显示单元发出的图 像光通过目镜光学单元入射到观察者的眼球上，其中，所述图像显示单元和所述目镜光学 单元中的至少一个固定并保持至铰链单元，该铰链单元相对于一副眼镜的镜框可折叠地支 撑所述一副眼镜的镜腿。在具有上述结构的眼镜安装式图像显示装置中，优选所述 图像显示单元和所述目 镜光学单元是分力的。另外，优选所述图像显示单元固定并保持至所述一副眼镜的所述镜腿侧和所述铰链单元，并且所述目镜光学单元固定并保持至所述一副眼镜的所述镜片侧和 所述铰链单元。优选所述图像显示单元和所述目镜光学单元中的至少一个设有定位构件，并且所 述定位构件可以是连接结构，该连接结构可与/从所述图像显示单元和所述目镜光学单元 中的至少一个或从一副眼镜的镜腿相连接/拆下。可以采用导光单元，该导光单元引导来自所述图像显示单元的图像光。另外，代替所述导光单元，可以采用反射构件，该反射构件反射来自所述图像显示单元的所述图像光 以入射到所述观察者的所述眼球上。在采用所述导光单元作为所述目镜光学单元的情况 下，所述导光单元具有入射端，从图像显示板发出的图像光在经过眼镜镜片外侧后入射到 该入射端；以及射出端，已经经过光路的所述图像光通过该射出端穿过眼镜镜片射向观察 者的眼球。所述图像显示单元布置在所述一副眼镜的所述镜腿侧，并且所述目镜光学单元布 置在所述一副眼镜的所述镜片侧。于是所述图像显示单元固定并保持至所述铰链单元和所 述一副眼镜的所述镜腿侧，并且所述目镜光学单元固定并保持至所述铰链单元和所述一副 眼镜的所述镜片侧，从而能够应用于现有的一副眼镜，而不会使结构变复杂或增加部件的 数量，并且能够紧凑地收纳，这是因为当折叠镜腿时图像显示装置不会碍事。此外，将所述 图像显示装置安装在所述铰链单元上可以使由于脸宽等个体差异引起的位移(由镜腿偏 转引起的图像显示单元的角度变化)最小。所述目镜光学单元是与所述图像显示单元分立的，因此当折叠所述镜腿时，保持 所述目镜光学单元在所述镜片前面的安装姿势。因此所述目镜光学单元不会从所述眼镜突 出。另外，分立结构允许显示图像光的显示元件可以位于所述铰链单元附近，从而降低光学 “模糊(blur) ”。所述图像显示单元和所述目镜光学单元中的至少一个设有定位构件，从而能够应 用于各种类型的眼镜(取决于用户的瞳孔间距)。具体地讲，所述定位构件具有连接结构， 从而使所述图像显示单元的连接和拆开变得容易。采用反射单元(诸如凹透镜)作为目镜光学单元，从而能够缩小所述图像显示单 元的尺寸并且简化结构。另外，当所述图像光透射过所述眼镜镜片并且进入所述目镜光学单元(导光单 元)的所述入射端时，显示图像的图像质量由于存在多种眼镜镜片而显著下降。另一方面， 当通过导光单元的出射端出射的图像光入射到观察者的眼球上而没有透射过镜片时，由于 观察者不能用矫正视力观看显示图像，所以需要单独的视力调整机构。因此，当所述目镜光 学单元(导光单元)被布置成使从图像显示板发出的图像光从眼镜镜片外部经过而进入入 射端，并且通过出射端出射的图像光透射过眼镜镜片而入射到观察者的眼球上时，可以防 止图像质量下降并且不需要视力调整机构。
图1是示出其中根据本发明的眼镜安装式图像显示装置安装在现有一副眼镜上 的状态的外观立体图；图2是示出图1的背面的图(立体图)；
图3是示出图1的平面的图；图4是示出在镜腿折叠状态下配备有图像显示装置的一副眼镜的图；图5是示出根据本发明的图像显示装置的另一个实施方式的图；图6是说明定位机构的操作的图；图7是说明定位机构的另一个实施例的图；图8是说明定位机构的又一个实施例的图；图9A是说明增设有球窝接头的定位机构的操作的图；图9B是说明增设有球窝接头的定位机构的操作的图；图10是示出定位机构的还一个实施例的图；图11是示出根据本发明的图像显示装置的又一个实施方式的图；图12是示出图11的背面的图；图13是示出图11的平面的图；图14是导光单元的外观立体图；图15是示出镜腿折叠的状态的图；图16是铰链单元的主要部分的放大图；图17是示出根据本发明的图像显示装置的还一个实施方式的图；图18是示出图17的正面的图；图19A是示出布置有显示元件的优选区域的图；图19B是示出布置有显示元件的优选区域的图；图19C是示出布置有显示元件的优选区域的图；图20是说明显示元件的安装位置的位移状态的图；图21是说明显示元件的安装位置的位移状态的图；图22是说明显示元件的安装位置的位移状态的图。
具体实施例方式下面将参照附图具体说明本发明。图1是示例性地示出根据本发明的图像显示装 置的实施方式安装在现有一副眼镜上的状态的外观立体图(右眼式)。图2是示出图1的 背面(立体图)的图，图3是示出图1的平面的图。在图1至3中的附图标记1是一副眼镜。该副眼镜1由镜片Ia和lb、镜框lc、端 件Id和Ie以及镜腿If和Ig构成，镜框Ic保持镜片Ia和lb，端件Id和Ie分别与镜框 Ic的左右宽度方向的端部一体地相联接，镜腿If和Ig经铰链单元Ii1和h2与端件Id和Ie 可折叠地相联接。另外，附图标记2是安装在该副眼镜1上的图像显示装置。该图像显示装置2由 图像显示单元2a和目镜光学单元2b构成，该图像显示单元2a设有用于显示图像的显示元 件(图像显示板(诸如液晶或有机EL))，该目镜光学单元2b与图像显示单元2a的边缘一 体地相联接。图像显示单元2a布置在镜腿If侧，目镜光学单元2b布置成使其在镜片Ia 前面位于观察者的一个眼球的视野范围内。这里，采用杆形导光单元(利用图像光显示图 像的、曲率取决于虚像位置的目镜透镜布置在出射端2b2)作为目镜光学单元2b的一个实 施例，该杆形导光单元具有位于其一端的入射端2bi和位于其另一端的出射端2b2以及其他部分，该其他部分经表面精加工(涂覆等)处理以防止外部光进入该单元。 附图标记3是设置在图像显示单元2a的壳体的外表面(上壁面)上的联接件(可 一体联接或通过利用诸如螺钉之类的装置联接)。开孔(排屑孔(clearance hole)) 3a形 成在联接件3中，铰链单元Ii1的枢销(螺钉)S穿过该开孔3a (见图2的放大图)，通过使 枢销S穿过开孔3a并用螺母等紧固该枢销S而将图像显示单元2a与目镜光学单元2b — 起可旋转地固定并保持至铰链单元h。另外，附图标记4是设置在图像显示单元2a的壳体的外表面(上壁面)上的夹子。 夹子4防止图像显示单元2a围绕枢销S旋转，并将图像显示单元2a固定且保持至镜腿If。 夹子4由从两侧夹持镜腿If的横截面呈“U”形的保持片构成，由此将图像显示单元2a固 定并保持至铰链单元h和镜腿侧。前述图像显示装置2通过利用夹子4和设置在铰链单元Ii1上的枢销S (对于通常 的一副眼镜来说，直径大约为1. 4mm的螺钉)在两个部位固定并保持，从而使该图像显示装 置易于应用于现有的一副眼镜。用于固定并保持图像显示装置2的联接件3的开孔3a是排屑孔。因此如图4所 示，镜腿If可以没有任何干涉地进行折叠。这时，图像显示单元2a和镜腿If的移动一起 移动，从而以一次操作完成收纳工作。图5是示出根据本发明另一个实施方式的图，该图说明了由联接件(具有长孔3b 的联接件3’)构成的定位构件的一个实施例，在该联接件中形成有长孔3b而不是开孔3a。如在开孔3a的情况下一样，铰链单元Ii1的枢销S穿过长孔3b，并且该部分固定并 保持图像显示单元2a。如图6所示，该结构使得能够通过拧松通过螺纹与枢销S接合的螺 母(通过紧固该螺母而固定的位置)而使图像显示装置2在长孔3b的范围内前后滑动。因 此，即使铰链单元Ii1的位置根据一副眼镜而变化，也可以容易地执行图像显示装置2在水 平面内的定位(可以执行目镜光学单元2b相对于镜片Ia的适当定位)。对于定位构件3’，如图7所示，可以布置多个开孔3a。在这方面，可进行适当的改 变。具体地说，在设置长孔3b或布置多个开孔3a以执行使图像显示装置2沿前后方向定 位的情况下，优选采用-倾角而使得联接件3’的前端相对于轴线L(见图6)以θ = 5至 25度的角向内倾斜，该轴线L在中心沿宽度方向将该副眼镜分成左右两部分。这是因为，对 于该副眼镜的铰链单元Ii1，通常，当该铰链单元Ill位于镜片附近时，它在宽度方向位于该副 眼镜内侧，并且当该铰链单元Ii1和镜片之间的距离变大时，该铰链单元Ii1趋于沿宽度方向 位于该副眼镜外侧。因此通过采用θ = 5至25度的角，应用于现有的一副眼镜将变得更 各易ο在采用如上所述构成的定位构件3’的情况下，夹子4与图像显示单元2a可旋转 地相连接，使得该夹子4的安装角可以根据图像显示单元2a的角度的变化而变化。对于由联接件3构成的定位构件3’来说，可以在定位构件3’上增设球窝接头5。 图8示出了其中图像显示单元2a的壳体的外表面设有球窝接头5，并且联接件3的后端与 球窝接头5的接收构件5a相联接的实施例。在具有这种结构的图像显示装置2中，如图9A和9B所示，除了通过利用长孔5沿 前后方向定位(在水平面内定位)之外，还可以进行竖直角度调整。因而进一步扩大了图 像显示装置2的定位范围的自由度。
对于构成前述定位构件3’的球窝接头5，尽管图中未示出，该球窝接头5可以是偶 尔连接至图像显示单元2a等或从该图像显示单元2a等拆下的连接结构。为了在采用球窝 接头5时以预定角度固定图像显示单元2a，通过紧固设置在球窝接头5的接收构件5a处的 螺钉可以将球5b固定至该接收构件5a。另外，如图10所示，定位构件3’具有形成在联接件3的后端中的长孔3c，并且通 过利用长孔3c可以用螺钉将联接件3固定至球窝接头5的接收构件5a。在这种情况下，通 过利用长孔3c可以沿前后方向调整图像显示单元2a的位置，并且联接件3的前端设有供 枢销S穿过的开孔3a。图11至13示出了根据本发明的另一个实施方式，在该实施方式中，图像显示单元 2a和目镜光学单元2b是分立的(分开结构)并且安装在现有的一副眼镜上。本实施例采用的目镜光学单元2b具有与图像显示单元2a分立地构成的分开结 构，并且被显示为杆形导光单元(利用图像光显示图像的、曲率取决于虚像位置的目镜透 镜布置在出射端2b2上，这与图1至5所示的基本相同)，如图14所示，该目镜光学单元2b 具有形成在其一端上的入射端2bi和形成在其另一端上的出射端2b2以及其他部分，该其他 部分经表面精加工处理(涂覆等)以防止外部光进入该单元。从图像显示单元2a的显示 元件通过窗孔发出的图像光在通过目镜光学单元2b的入射端2bi、导光路径以及出射端2b2 之后(导光单元2b布置成使得入射端2bi位于镜片Ia的外侧，而出射端2b2位于眼镜镜片 Ia的前面)，射向观察者的眼球。如图11至13所示，这种目镜光学单元2b由保持件6保持。保持件6由盒形主体 单元6a和悬臂支撑式弹性舌片6b构成，该盒形主体单元6a围绕目镜光学单元2b，悬臂支 撑式弹性舌片6b—体设置在主体单元6a处。弹性舌片6b位于在镜片Ia的后侧，该镜片 Ia夹(夹紧)在弹性舌片6b和由保持件6保持的目镜光学单元2b之间，从而将目镜光学 单元2b定位在镜片Ia前面。另外，图11至13中的附图标记7是锁定片，该锁定片7的一端与保持件6相连接。 该锁定片7的主要部分的放大立体图在图12中示出，该锁定片7具有形成在其另一端上的 开孔(排屑孔)7a，并经由开孔7a与铰链单元Ii1的枢销S可旋转地相联接，从而通过锁定 片7将目镜光学单元2b固定并保持至铰链单元h1;并且稳定地保持目镜光学单元2b相对 于镜片Ia的姿势。在具有前述结构的图像显示装置2中，目镜光学单元2b通过保持件6的弹性舌片 6a和联接件7固定并保持至铰链单元Ii1和镜片侧，并且即使在镜腿If被折叠的收纳状态 下，如图15所示，也可以保持目镜光学单元相对于镜片Ia的姿势。从而可进行紧凑的收纳。图16是铰链单元Ii1的主要部分的放大图。具体地说，当具有如图11至13所示的 分开结构(分立式)的图像显示装置安装在现有的一副眼镜上时，优选的是，用于固定并保 持图像显示单元2a的联接件3位于镜腿If的上端或下端上(在图中的实施例中，联接件 3位于镜腿If的上端)，并且用于固定并保持目镜光学单元2b的锁定片7位于端件Id的 上端或下端(在本实施例中，锁定片7位于端件Id的下端)。因而图像显示单元2a和目镜 光学单元2b —起移动，并且目镜光学单元2b和镜片Ia —起移动，从而允许顺畅地折叠。图17和18示出了本发明的又一个实施方式，其中图像 显示单元2a和目镜光学单 元2b是分立的并且安装在现有的一副眼镜上。
在本实施例中，该副眼镜的镜片Ia设有由凹透镜等构成的作为目镜光学单元2b 的反射构件，从图像显示单元2a的显示元件通过窗孔2c发出的图像光经由该反射构件入 射在观察者的眼球上。 在具有这种结构的图像显示装置2中，用作反射构件的目镜光学单元2b可以布置 在该副眼镜的镜片Ia处(该目镜光学单元2b可以布置在镜片的前侧或后侧，然而，也可以 直接安装在镜片上)或镜框等处。因而，目镜光学单元2b的安装范围相对自由(宽的调整 范围)，并且目镜光学单元2b可以被粘贴，从而能够简化结构。图像显示单元2a的安装位置被确定成使得发出图像光的显示元件位于铰链单元 Ii1附近。这是因为，考虑眼镜的佩戴状态，不同观察者的头部宽度等不同，因而镜腿的偏转 量根据观察者的头部宽度等而变化。然而，由于镜腿从作为起点的铰链单元开始发生偏转， 所以通过将显示元件放置在铰链单元Ii1附近，可以使由镜腿If的偏转引起的光轴的偏移 最小化。由于显示元件无论是一体式还是分立式(分开结构)均嵌入图像显示单元2a内， 所以如图19A至C所示，该显示元件的最优选的安装位置是位于铰链Ill正下方。图像显示 单元2a被布置成使显示元件位于铰链Ii1正下方，从而减少图像显示装置2的横向突出，即 使镜腿If弯曲而使显示元件倾斜，如图20所示，这也能够避免阻碍前侧上的视野而且能够 避免显示元件的中心与出射端2bi未对准。一般认为成年男性的头部宽度尺寸在142到169mm的范围内。现在假设铰链单元 Ii1与镜腿的耳钩部之间的长度是90mm。当镜腿弯曲时，如图21所示，角θ从作为起点的 铰链单元、以大约士 4度向内和向外变化。这里，假设显示元件的宽度尺寸是大约4mm，允 许光轴的偏移可以是至多大约10%，0. 4mm/tan (4deg) = 5. 7mm。因而显示元件不能布置在 铰链单元Ii1的正下方，并且在显示元件应该布置在铰链单元Ii1的后面的情况下，优选距铰 链单元Ii1的距离在大约5. 7mm内。此外，如图22所示，对于显示元件从作为起点的铰链单元Ii1沿左右方向(头部宽 度方向)的位移，显示元件和铰链单元Ii1的中心之间的距离变得越大，其影响变得越大。基于焦深D. 0. F(与包括在景深中的物体距离的前后范围相对应的图像距离的范 围，即，在聚焦物体的容许锐度范围内薄膜与镜片之间的距离公差)来计算沿左右方向的 容许位移，士 D. 0.F = {(ω X 250000)/(N. Α. ΧΜ)} + { λ/2 (N. Α. )2}，其中ω 为眼睛的分辨 率0.0014(假设视角是5弧分)，Μ为总放大率(物镜X目镜透镜放大率)以及λ为光波 长(对于可见光，λ = 0. 55 μ m) ο 因此，士 D.0· F = {350/(N. Α· ΧΜ)}+ {O. 275/(N. A·)2}。 这种情况下，基于M = 250/f(f =大约32mm)，M = 7. 8，并且假设N. A.=瞳孔直径/2/f = 0. 0625 (N. Α.变得越大，焦深变得越浅)，士0.01 = 7914!11。由于佩戴眼镜时镜腿If的偏 转而出现大约4度倾角的情况下，距铰链Ii1最远但位于焦深内的范围是791/tan(4deg)= 11. 3mm。假设显示元件的宽度尺寸是4mm，则11. 3-4/2 = 9. 3mm。因此宽度方向位移的容 许范围是士9. 3mm。因此，在显示元件沿宽度方向的位移不可避免或显示元件应该被预先移 动的情况下，优选将显示元件放置在距铰链单元Ii1的中心士9. 3mm的范围内。另外，对于分立式图像显示装置2，定位构件通过设置利用长孔3b固定并保持至 铰链单元h的联接件3并且也通过采用诸如球窝接头5之类的装置而构成，从而在水平面 内进行定位和角度调整。在这点上，没有提供具体限制。此外，对于未示出的在水平面内进行角度调整的功能，保持器(retainer)可以具有这种功能，或者图像显示单元2a可以直接 与铰链单元h的枢销S可旋转地相联接。工业应用性可以提供一种眼镜安装式图像显示装置，该眼镜式图像显示装置能够容易地应用于现有的一副眼镜，并且能够紧凑地收纳。
权利要求
一种眼镜安装式图像显示装置，该眼镜安装式图像显示装置包括目镜光学单元，该目镜光学单元布置在观察者的一个眼球的视野内；以及图像显示单元，该图像显示单元具有用于显示图像的显示元件，所述图像显示装置使从所述图像显示单元发出的图像光通过所述目镜光学单元入射到所述观察者的所述眼球上，其中所述图像显示单元和所述目镜光学单元中的至少一个固定并保持至铰链单元，该铰链单元相对于一副眼镜的镜框可折叠地支撑所述一副眼镜的镜腿。
2.根据权利要求1所述的眼镜安装式图像显示装置，其中，所述图像显示单元和所述 目镜光学单元分别具有分立结构。
3.根据权利要求1所述的眼镜安装式图像显示装置，其中，所述图像显示单元固定并 保持至所述一副眼镜的镜腿侧和所述铰链单元。
4.根据权利要求1所述的眼镜安装式图像显示装置，其中，所述目镜光学单元固定并 保持至所述一副眼镜的镜片侧和所述铰链单元。
5.根据权利要求1所述的眼镜安装式图像显示装置，其中，所述图像显示单元和所述 目镜光学单元中的至少一个具有定位构件。
6.根据权利要求5所述的眼镜安装式图像显示装置，其中，所述定位构件具有连接结 构，该连接结构能与/从所述图像显示单元和所述目镜光学单元中的至少一个或一副眼镜 的镜腿相连接/拆下。
7 .根据权利要求1所述的眼镜安装式图像显示装置，其中，所述目镜光学单元由引导 来自所述图像显示单元的图像光的导光单元构成。
8.根据权利要求7所述的眼镜安装式图像显示装置，其中，所述导光单元具有入射端，从图像显示板发出并从眼镜镜片外部经过的所述图像光入射到该入射端；以及射出端，已经经过光路的所述图像光通过该射出端穿过眼镜镜片射向观察者的眼球。
9.根据权利要求1所述的眼镜安装式图像显示装置，其中，所述目镜光学单元由反射 构件构成，所述反射构件反射来自所述图像显示单元的所述图像光。
全文摘要
本发明提供一种眼镜安装式图像显示装置，该眼镜安装式图像显示装置可应用于现有的一副眼镜，并且包括目镜光学单元，该目镜光学单元布置在观察者的一个眼球的视野内；以及图像显示单元，该图像显示单元具有用于显示图像的显示元件，其中从所述图像显示单元发出的图像光通过所述目镜光学单元入射到眼球上，并且所述图像显示单元和所述目镜光学单元中的至少一个固定并保持至铰链单元，该铰链单元相对于镜框可折叠地支撑镜腿。
文档编号G02B27/01GK101846801SQ20101014520
公开日2010年9月29日 申请日期2010年3月22日 优先权日2009年3月25日
发明者井场阳一, 杉原良平, 龙田成示 申请人:奥林巴斯株式会社