眼镜型图像显示装置的制作方法

专利名称：眼镜型图像显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及眼镜型图像显示装置。
背景技术：
通常地，建议将例如包括保持于眼镜的镜腿(temple)侧的图像输出单元和被保 持为邻近眼镜镜片的目镜光学单元的装置作为眼镜型图像显示装置。这种眼镜型图像显 示装置被构造为使得从图像输出单元输出的待显示电子图像的图像光通过目镜光学单元 入射到观看者的眼球上，从而观看者可以看到图像。在这种眼镜型图像显示装置中，该电 子图像和透过眼镜镜片的背景图像通常被叠加并显示在眼球上(这被称作“透视显示(see through display)，，)。作为这种技术，已知的是一种具有阻碍正面视线的凹面镜和多个投影镜的装 置(参见例如JP5303056(A))以及设置有位于各个眼镜镜片上的全息元件的装置(参 见例如JP2006209144(A))。另外，作为这种眼镜型图像显示装置，已知的是被构造为通 过眼镜框架等来保持图像输出单元以允许图像光从眼镜镜片外部进入的装置(参见例 如JP2001522064(T))以及构造光路以允许图像光进入各个眼镜镜片的装置(参见例如 JP200511306(T))。

发明内容
然而，根据JP5303056(A)中描述的技术，为了校正由使用大凹面镜而引起的像 差，使用复杂的投影光学系统。另外，存在诸如由于凹面镜的尺寸而引起的阻挡以及需要增 加透视功能的问题。另外，根据JP2006209144(A)中描述的技术，由于全息光学元件的波长 选择性很强，因此需要高成本的方法(例如，使用诸如激光束的光源或者利用高性能滤光 器而仅使用一部分波长)。另外，对于全息光学元件，难以根据每个观看者的屈光度(曲率) 来增加调节功能。根据以上内容，本发明的目的在于提供一种眼镜型图像显示装置，该眼镜型图像 显示装置使得观看者能同时看到外部视野和电子图像，而不会阻挡他/她的外部视野，并 且该眼镜型图像显示装置可以是体积小、重量轻且成本低的。为了解决上述问题，根据本发明的眼镜型图像显示装置包括图像输出单元，其具 有显示图像并设置在眼镜的框架上的显示元件；以及反射单元，其被设置为邻近至少一个 眼镜镜片并且被构造为当观看者戴上所述眼镜时将从图像输出单元输出的图像光向着观 看者的眼球反射，使得观看者能看到所述图像的虚像，其中所述反射单元是具有正折射力 的反射构件，并且从图像输出单元输出并到达观看者的眼球的有效光通量被构造为使得 对于与反射单元的光轴的入射面平行的光轴截面(包括光轴的截面)，与光轴垂直的有效 光通量的宽度在反射单元处最小。也就是说，在本发明的眼镜型图像显示装置的光学系统 中，反射构件实质上用作起孔径光阑。换言之，对于与入射面平行的光轴截面的出射瞳孔位 置可以是反射构件。
优选的是，与光轴垂直的截面的最小宽度小于4mm，该4mm是人的平均瞳孔直径。另外，优选地，对于反射构件的反射面，平行于入射面的方向上的宽度小于垂直于 入射面的方向上的宽度。另外，优选地，显示元件是矩形形状，并且被设置为使得所述矩形形状的纵向方向 对应于反射构件的反射面的最小宽度方向。换言之，即使反射构件是纵向长的，显示元件也 可以是横向长的。另外，反射构件的反射面被表示为Rx > Ry，其中垂直于入射面的曲率半径为 Ry，平行于入射面的曲率半径为Rx。换言之，反射构件是所谓的超环面反射镜(toroidal mirror)。另外，优选地，反射构件的反射面是自由面(free-form surface)。换言之，反射构 件是所谓的自由面反射镜。另外，对于从图像输出单元输出并到达观看者的眼球的有效光通量，横向方向上 的瞳孔位置位于反射构件附近，纵向方向上的瞳孔位置比横向方向上的瞳孔位置更靠近观 看者的眼球的瞳孔，其中所述横向方向上的瞳孔位置是对于与反射构件的入射面平行的光 轴截面的出射瞳孔位置，所述纵向方向上的瞳孔位置是对于与反射构件的入射面垂直的光 轴截面的出射瞳孔位置。换言之，对于与入射面平行的光轴截面，反射构件用作孔径光阑， 但是对于与入射面垂直的光轴截面，其不用作孔径光阑。另外，优选地，反射构件被嵌入眼镜镜片中。另外，优选地，图像输出单元可绕反射单元的反射面旋转地被保持。另外，优选地，反射单元可旋转地被保持，其旋转轴位于反射构件的反射面中。另外，优选地，在显示元件与反射单元之间设置有偏转棱镜。另外，优选地，所述显示元件被设置为面向观看者的正向，并且从显示元件输出的 光线入射到所述偏转棱镜上，被偏转50°至70°，并向着反射单元射出。另外，优选地，偏转棱镜被眼镜的桩头(endpiece)保持，显示元件被眼镜的镜腿 保持，并且显示元件沿着与显示表面垂直的方向可移动和可调节。另外，优选地，偏转棱镜被眼镜的桩头保持，显示元件被眼镜的镜腿保持，并且显 示元件沿着与显示表面平行的方向可移动和可调节。另外，优选地，在显示元件和反射单元之间设置有纵向像差校正透镜，其用于校正 由反射单元的偏心引起的纵向像差。另外，优选地，纵向像差校正透镜的面为自由面的形状。另外，优选地，纵向像差校正透镜被集成在偏转棱镜中。另外，优选地，显示元件是有机EL。另外，优选地，显示元件被设置在相对于观看者正向的投影截面没有遮盖观看者 的瞳孔的位置上。根据本发明，可提供一种眼镜型图像显示装置，其使得观看者能同时看到外部图 像和电子图像而不会遮挡外部视野，并且可实现体积小、重量轻且成本低的特征。


图1是示意性地示出根据本发明第一实施方式的眼镜型图像显示装置的主要部件的部分框图；图2是示出用于执行本发明的反射单元的实例的示意图；图3是当观看者戴上图1中的眼镜型图像显示装置时观看者的右眼侧的正视图；图4是示出根据本发明第一实施方式的矩形反射单元的短边方向上的宽度的正 视图；图5是示出根据本发明第一实施方式的选取的光学元件的基本框图；图6是根据本发明第一实施方式的光学系统的沿横向方向的光轴截面以及沿纵 向方向的光轴截面的光线图；图7是示出根据本发明第二实施方式的眼镜型图像显示装置的构造和使用状态 的示意图；图8是示出根据本发明第二实施方式的选取的光学元件的基本框图；图9是示出根据本发明第二实施方式的瞳孔间调节的实例的示意图；图10是示出根据本发明第二实施方式的瞳孔间调节的实例的示意图；图11是示意性地示出根据本发明第三实施方式的眼镜型图像显示装置的示意 图；图12是示意性地示出根据本发明第四实施方式的眼镜型图像显示装置的示意 图；图13是根据本发明第四实施方式的光学系统的光线图；图14是用于比较以示出本发明第四实施方式的效果的光线图；图15是示出减小由于本发明的纵向长反射构件而引起的偏心像差的效果的光线 图；图16是当自由面反射镜的反射面为圆形时的像差图；图17是当自由面反射镜的反射面为纵向长矩形时的像差图；图18是当自由面反射镜的反射面为横向长矩形时的像差图；图19是示意性地示出根据本发明第五实施方式的眼镜型图像显示装置的示意 图；图20是示意性地示出根据本发明第六实施方式的眼镜型图像显示装置的示意 图；图21是示意性地示出根据本发明第七实施方式的眼镜型图像显示装置的示意 图；以及图22是示意性地示出根据本发明第八实施方式的眼镜型图像显示装置的示意 图。
具体实施例方式以下参照附图来说明本发明的实施方式。(第一实施方式)图1是示意性地示出根据本发明第一实施方式的眼镜型图像显示装置的主要部 件的部分框图。在该示意图中，还示出了当观看者带上眼镜型图像显示装置1时他/她右 眼的眼球2。如该示意图中所示出的，本实施方式的眼镜型图像显示装置1具有设置在眼镜的框架单元3上的图像输出单元4和将从图像输出单元4输出的图像光向着观看者的眼球 2反射的反射单元5。图像输出单元4内具有显示元件(图1中未示出)，该显示元件显示二维图像并 发射图像光。可以使用诸如液晶显示元件或有机EL元件的通用显示元件来作为显示元件。 众所周知，这些通用显示元件是成本低的装置。具体来讲，当有机EL元件用作显示元件时， 不需要背光，因此可以实现需要较低功率的体积小且重量轻的装置。反射单元5是邻近眼镜镜片设置的具有正折射力(refractive power)的反射构 件，并且被设置成当观看者戴上眼镜时，将图像输出单元4输出的图像光向着观看者的眼 球2反射，以允许观看者看到二维图像的虚像。如图2中所示，可以使用(a)前表面反射镜、 (b)后表面反射镜、(c)嵌入眼镜镜片中的反射镜以及(d)全反射棱镜等来作为反射单元5。 可以使用前表面和后表面被分别用典型的反射镜涂层(例如，金属沉积或介电多层膜)处 理的反射镜来作为前表面反射镜和后表面反射镜。当使用嵌入眼镜镜片中的反射镜时，通 过眼镜镜片与空气之间的折射可以减小倾斜角。当使用全反射棱镜时，可以在没有反射镜 涂层的情况下实现折射。在图1中，眼镜框架3被固定到眼镜镜片6 (或眼镜镜片6的框架)，并且包括位于 眼镜前表面两端处的桩头7以及通过桩头7和铰链8可折叠地连接的镜腿9。根据本实施 方式的图像输出单元4通过铰链8被镜腿9保持，并且当眼镜框架3被折叠时与镜腿9 一 起被折叠。在上述结构中，从图像输出单元4输出的、被反射单元5反射并且到达观看者眼球 2的图像光透过由眼镜镜片6、眼镜框架3(和观看者的脸)环绕的空间。这种构造可以尽 可能地减少阻挡观看者视野的障碍，并且当眼镜框架3被折叠时不会使任何部件受到干扰 (例如，受图像输出单元4的干扰)。图3是当观看者戴上图1中的眼镜型图像显示装置时观看者的右眼侧的正视图。 如图3中所示，在根据本实施方式的眼镜型图像显示装置中，对于相对于观看者正面方向 的投影截面，反射单元5设置在使得反射单元5没有遮盖观看者的瞳孔10的位置。在本实 施方式中，反射单元5设置在该位置，从而在正常情形下(当与来自眼镜型图像显示装置的 信息相比，观看者更注意他/她周围的信息时)可以充分保证观看者的视野。因此，即使当 观看者戴上根据本实施方式的眼镜型图像显示装置时，观看者也可以安全地到处移动。另外，如图3中所示，在根据本实施方式的眼镜型图像显示装置中，反射单元5是 纵向长矩形的形状。另一方面，图像输出单元4及其内设置的显示元件是横向长矩形的形 状。换言之，该装置被构造为使得显示元件13的纵向方向对应于反射单元5的最小宽度方 向，由此，即使图像是横向长显示，图像光也可以被导向眼镜与脸之间的狭窄空间。另外，在 根据本实施方式的眼镜型图像显示装置中，由于反射单元5是纵向长矩形的形状，所以在 装置被安装的状态下，具有大的纵向滑移方面的允差。另外，如果由纵向长反射单元引起的 纵向滑移的允差被用作图像显示区域，则根据本实施方式的构造可以用于纵向长显示屏幕 (即，纵向长显示元件)。另外，根据本实施方式的纵向长矩形形状的反射单元5在光学性能方面具有优 势。反射单元5的反射构件具有正折射力，并且如图1所示，从图形输出单元4输出的图像 光偏心地入射在反射单元5上，并向着眼睛瞳孔10被反射。换言之，对于根据本实施方式的反射单元5，产生了平行于入射面的偏心像差。然而，由于根据本实施方式的反射单元5 是纵向长矩形形状(与入射面平行的方向上的宽度较小)，所以可减小反射单元5处产生的 偏心像差。至于像差的校正，参照第四实施方式中的像差图会给出详细解释。图4是示出根据本实施方式的沿着矩形反射单元的短边方向的宽度的示意图。如 上文所述，在本实施方式中，从图像输出单元4输出的图像光被反射单元5反射并且被导向 眼球2的眼睛瞳孔10。因此，反射单元5相对于眼球2的视线(或者从图像输出单元4输 出的图像光的光轴)被倾斜地设置。换言之，对于观看者的视野而言，反射单元5的尺寸与 其实际尺寸不同。在本实施方式中，该装置被构造为使得反射单元5的垂直于光轴的截面 (沿着视线方向的投影截面)的宽度是4mm或更小。该数值4mm基于人的瞳孔的平均直径， 并且当反射单元5的垂直于光轴的截面的宽度小于4mm时，实现了被称作瞳孔分割透视的 现象，通过此现象，没有被反射单元5阻挡的背景光透过眼睛瞳孔10并在视网膜上形成图 像，从而从图像输出单元4输出的图像光被叠加在背景光上。图5是示出用于更详细说明根据本实施方式的光学系统的根据本实施方式的选 取出的光学元件的基本框图。在根据本实施方式的光学系统中，如图5中所示，从光源11 输出的照明光被照明透镜12转换成大致平行的光，并且被施加到显示元件13(例如，液晶 显示元件)。此后，显示元件13输出包含图像信息的图像光，具有正折射力的反射单元5将 该图像光向着眼球反射，从而观看者可看到显示元件13的虚像。如图5中所示，在根据本实施方式的光学系统的沿着纸面方向的光轴截面中，反 射单元5的孔径是最小的。换言之，对于与反射单元5的反射面的入射面平行的光轴截面， 反射单元5用作根据本实施方式的光学系统中的实质孔径光阑，或者可以说在反射单元5 中存在出射瞳孔位置。以此方式，在根据本实施方式的光学系统中，由于反射单元5是出射 瞳孔位置，因此可以不考虑图像形状(即，显示元件的形状)而确定反射单元5的形状。因 此，在本实施方式中，如上文所描述的，即使显示元件13是横向长矩形形状，反射单元5也 可以是纵向长矩形形状。另外，优选的是，该装置被构造为使得光源11的图像将位于反射单元5附近。根 据该构造，由于从光源11的图像漫射的光以会聚状态被反射单元5反射，所以可获得提高 的照明效率。图6是示出根据本实施方式的光学系统的(a)横向方向的光轴截面(即，与反射 单元的入射面平行的光轴截面)和(b)纵向方向的光轴截面(即，与反射单元的入射面垂 直的光轴截面)之间的差异的示意图。应该注意的是，在图6中，为了针对纸面进行描述， 反射单元5反射的光被表示为直线。在图6A和图6B中，分别用双点划线、实线、单点划线和虚线表示光轴上的主光线、 光轴上的边缘光线、光轴外部的主光线、光轴外部的边缘光线。如图6A中所示，在根据本实 施方式的光学系统中，由反射单元5限定横向光通量(换言之，反射单元5用作孔径光阑)。 因此，光轴外部的边缘光线与光轴交叉。另一方面，如图6B中所示，由于反射单元5对于纵 向方向具有足够大的孔径，所以反射单元5没有用作实质上的孔径光阑，因此眼睛瞳孔10 用作孔径光阑。应该注意的是，虽然本实施方式示出的眼镜型图像显示装置1被构造成向右眼显 示电子图像，但是其也可以被构造为向左眼显示电子图像。
(第二实施方式)图7是示意性地示出根据本发明第二实施方式的眼镜型图像显示装置的框图。在 该示意图中，还示出了当观看者戴上眼镜型图像显示装置1时他/她的右眼的眼球2。如示 意图中所示，根据本实施方式的眼镜型图像显示装置1设置有图像输出单元4，其设置在 眼镜的镜腿9上；偏转棱镜15，用于偏转从图像输出单元4输出的图像光的角度；以及反射 单元5，其被设置为邻近眼镜镜片6，并将从偏转棱镜15射出的图像光向着观看者的眼球2 反射。图像输出单元4在其内具有用于显示二维图像的显示元件13，并且输出图像光。 如第一实施方式的情况中一样，可以使用诸如液晶显示元件和有机EL元件的通用显示元 件来作为显示元件13。此后，从显示元件13 (例如，图像输出单元4)输出的图像光入射在 偏转棱镜15上，被偏转50° -70°，并且向着反射单元射出。作为具有正折射力的反射构 件，反射单元5放大显示元件13的图像，并且观看者看到显示元件13的虚像。在图7所示 的实施方式中，眼镜型图像显示装置具有纵向像差校正透镜14，该纵向像差校正透镜14被 集成在偏转棱镜15中，并校正由反射单元5的偏心所引起的像差。另外，作为偏转棱镜15的实例，可以使用顶角为30°、60°和90°的棱镜(被称 为30°棱镜)。当使用30°棱镜时，可以如下实现60°的偏转使图像光垂直于与90°顶 角相对的表面而进入，通过与60°顶角相对的表面来反射图像光，通过与90°顶角相对的 表面来全反射图像光，然后从与30°顶角相对的表面射出图像光。反射单元5是具有正折射力的反射构件，并且被设置成使得当观看者戴上眼镜 时，其将从图像输出单元4输出的图像光向着观看者的眼球2反射，从而观看者可以看到二 维图像的虚像。如第一实施方式的情况一样，可以使用(a)前表面反射镜、(b)后表面反射 镜、(c)嵌入眼镜镜片中的反射镜以及(d)全反射棱镜等来作为反射单元5 (参见图2)。应 该注意的是，如第一实施方式中的情况一样，相对于观看者的正面方向的投影截面，反射单 元5设置在使得反射单元5没有遮盖观看者的眼睛瞳孔10的位置(见图3)。另外，在本实 施方式中，通常将反射单元5设置在该位置，这允许观看者充分保证他/她的视野，从而即 使当观看者戴上根据本实施方式的眼镜型图像显示装置时他/她也可以安全地到处移动。 具体来讲，在本实施方式中，偏转棱镜15允许光线以比第一实施方式更尖的角度入射到反 射单元5上，从而反射单元5可以设置在较少阻挡视野的位置上。在图7中所示的本实施方式中，偏转棱镜15由眼镜的桩头7保持。另外，图像输出 单元4由眼镜的镜腿9保持，并且在与显示元件13的显示表面垂直的方向上可移动和可调 节。利用该构造，可以通过改变显示元件13与偏转棱镜15之间的距离来调节屈光度。另 外，如果显示元件13平行于显示表面可移动和可调节，则可以执行瞳孔间的调节。图8是示出用于更详细说明根据本实施方式的光学系统的本实施方式的选取出 的光学元件的基本框图。如图8中所示，在根据本实施方式的光学系统中，含有图像信息的 图像光从显示元件13输出，被偏转棱镜15偏转，并被导向反射单元5。反射单元5将入射 的图像光向着观看者的眼睛瞳孔10反射。在这种情况下，反射单元5的入射面的方向与纸 面的方向相同，当从观看者来看时该方向基本上是水平的。另外，集成在偏转棱镜15中的 纵向像差校正透镜14对由反射单元5的偏心所引起的像差进行校正。如可以看到的，同 样在本实施方式中，如第一实施方式中的情况一样，在纸面方向上的光轴截面的光通量直径在反射单元5处是最小的。换言之，同样在本实施方式中，对于在入射面方向上的光轴截 面，反射单元5实质上用作孔径光阑。这样，同样在本实施方式中，由于反射单元5是瞳孔 位置，因此，即使显示元件13是横向长矩形形状，反射单元5也可以是纵向长矩形形状。如图8所示的基本框图中可以看到的，在本实施方式中，通过改变显示元件13和 偏转棱镜15之间的距离来改变显示元件13和反射单元5之间的距离，由此可以执行屈光 度调节。另外，如果显示元件13平行于显示表面而可移动和可调节，则显示元件13对于眼 睛瞳孔10的投影位置平行移位，因此，可以得到能够执行瞳孔间调节的构造。图9示出根据本实施方式的瞳孔间调节的另一个实例。图9A仅示出光学元件，图 9B示出瞳孔间调节机构。在图9A中，如图8中所示的光学元件的情况一样，含有图像信息的图像光从显示 元件13输出，被偏转棱镜15偏转，并被导向反射单元5。此后，反射单元5将入射的图像光 向着观看者的眼睛瞳孔10反射。此时，图像输出单元(在图9A中，包括显示元件13、偏转 棱镜15和纵向像差校正透镜14)围绕反射单元5旋转。结果，由于观看者的眼睛瞳孔10 上的可视位置发生移位，所以可以实现瞳孔间调节。根据瞳孔间调节结构的实例，在图9B中，图像输出单元4具有以反射单元5为圆 心的弧形导向件21，并且图像输出单元4通过该导向件21被眼镜框架3保持，从而实现允 许图像输出单元4围绕反射单元5可旋转地被保持的构造，并且实现能够执行瞳孔间调节 的眼镜型图像显示装置。图10是示出根据本实施方式的瞳孔间调节的另一个实例的示意图。图IOA仅示 出光学元件，图IOB示出瞳孔间调节机构。如图8中所示的光学元件的情况一样，在图IOA中，含有图像信息的图像光从显示 元件13输出，被偏转棱镜15偏转，并被导向反射单元5。此后，反射单元5将入射的图像光 向着观看者的眼睛瞳孔10反射。此时，反射单元5围绕位于反射单元的反射面中的轴线旋 转。结果，观看者的眼睛瞳孔10上的可视位置发生移位，从而可以实现瞳孔间调节。根据图IOB所示的瞳孔间调节机构的实例，在眼镜镜片中形成具有凹面16的凹 槽，并且进一步地，在凹槽的一部分上设置穿过眼镜镜片的通孔17。对于反射单元5，将凸 面19设置为反射面18的后表面，并且形成穿过通孔17的柄(knob) 20。凹面16和凸面19 彼此可滑动地配合，并且反射面18被穿过通孔17的柄20所偏转。利用这种构造，凹面16 和凸面19的曲率中心将成为反射面18的旋转中心，从而实现围绕位于反射面中的轴线的 旋转。也就是说，可以实现能够执行瞳孔间调节的眼镜型图像显示装置。应该注意的是，虽然使用第二实施方式示出了参照图9和图10的瞳孔间调节的实 例，但是还可以通过第一实施方式来适当地执行这些实例。(第三实施方式)图11是示出根据本实施方式的选取的光学元件的基本框图，用于示出采用超环 面反射镜(toroidal mirror)作为反射单元5的反射构件的第三实施方式的光学系统。采 用根据本实施方式的光学系统的眼镜型图像显示装置的构造可以与例如第二实施方式的 构造相同。换言之，根据第三实施方式的眼镜型图像显示装置设置有图像输出单元4，其 内具有显示元件13并被设置在眼镜的镜腿9上；偏转棱镜15，用于偏转从图像输出单元4 输出的图像光的角度；以及反射单元5，其设置为邻近眼镜镜片6并将从偏转棱镜15射出的图像光向着观看者的眼球2反射。如图IlA中所示，在根据本实施方式的光学系统中，含有图像信息的光从显示元 件13输出，被偏转棱镜15偏转，并被导向反射单元5。反射单元5将入射的图像光向着观 看者的眼睛瞳孔10反射。如第一实施方式中的情况一样，同样在本实施方式中，沿纸面方 向的光轴截面的光通量直径在反射单元5处是最小的。换言之，同样在本实施方式中，对于 入射面方向的光轴截面，反射单元5用作实质上的孔径光阑。因此，同样在本实施方式中， 由于反射单元5处于瞳孔位置，因此即使显示元件13是横向长矩形形状，反射单元5也可 以是纵向长矩形形状。应当注意的是，图IlA还示出保护图像输出单元4中的显示元件13 的覆盖玻璃22。图IlB是示出反射单元5的反射面18的形状的示意图。如上所述，根据本实施方 式的反射面18为纵向长矩形形状。应当注意的是，纵向长的矩形指的是在与图像光的入射 面平行的方向上的宽度窄于在与图像光的入射面垂直的方向上的宽度的形状。根据本实施 方式的反射面18为超环面，并且具有由Rx > Ry表示的关系，其中Ry是垂直于入射面的曲 率半径，Rx是平行于入射面的曲率半径。换言之，对于根据本实施方式的反射面18，在较窄 宽度方向上的曲率半径大于在较宽宽度方向上的曲率半径。以这样的方式，利用反射面18 的超环面反射镜来校正由偏心引起的象散差。在图IlB所示的实例中，在平行于入射面的 方向上的宽度为2. 5mm，在垂直于入射面的方向上的宽度为6. 0mm。另外，平行于入射面的 曲率半径为86. 7mm，而垂直于入射面的曲率半径为59. 1mm。(第四实施方式)图12是示意性地示出根据本发明第四实施方式的眼镜型图像显示装置的框图。 该示意图还示出了当观看者戴上该眼镜型图像显示装置1时他/她的眼球2。如图所示，根 据本实施方式的眼镜型图像显示装置1具有显示元件13，其设置在眼镜的镜腿9上；以及 反射单元5，其设置为邻近眼镜镜片6并将从显示元件13输出的图像光向着观看者的眼球 2反射。在本实施方式中，自由面反射镜用作反射单元5的反射构件。另外，显示元件13相 对于光轴倾斜设置，从而可减小由反射单元5的偏心引起的偏心像差。另外，在本实施方式 的构造中，通过倾斜地设置显示元件13，可以使显示元件13被设置为近似平行于眼镜框架 3，从而可实现体积更小的构造。应当注意的是，在图12所示的根据本实施方式的构造中， 优选的是使用不需要背光的有机EL面板来作为显示元件13。以下参照图13和图14来示出通过倾斜设置显示元件13而得到的校正偏心像差 的效果。图13是基于以下所示的透镜数据的、根据本实施方式的光学系统的光线图。图13 是从虚像面(未示出)SO反向追踪的光线图，其示出从瞳孔Sl按次序追踪到显示元件的显 示表面S6。(用于第四实施方式的透镜数据对应于图13)
面号曲率半径面距离偏心折射率阿贝数
权利要求
1.一种眼镜型图像显示装置，其包括图像输出单元，所述图像输出单元包括显示图像并被设置在眼镜的框架上的显示元 件；以及反射单元，所述反射单元被设置为邻近至少一个眼镜镜片，并且被构造为当观看者戴 上所述眼镜时将从所述图像输出单元输出的图像光向着所述观看者的眼球反射，使得所述 观看者能看到所述图像的虚像，其中，所述反射单元是具有正折射力的反射构件，并且从所述图像输出单元输出并到达所述观看者的眼球的有效光通量被构造为使得对于 与所述反射单元上的光轴的入射面平行的光轴截面，与光轴垂直的有效光通量的宽度在所 述反射单元处最小。
2.根据权利要求1所述的眼镜型图像显示装置，其中与所述光轴垂直的截面的最小宽 度小于4mm，该4mm是人的平均瞳孔直径。
3.根据权利要求1所述的眼镜型图像显示装置，其中，对于所述反射构件的反射面，平 行于所述入射面的方向上的宽度小于垂直于所述入射面的方向上的宽度。
4.根据权利要求3所述的眼镜型图像显示装置，其中，所述显示元件是纵向长度和横 向长度彼此不同的矩形形状，并且所述显示元件被设置为使得所述矩形形状的纵向方向对 应于所述反射构件的反射面的最小宽度方向。
5.根据权利要求4所述的眼镜型图像显示装置，其中，所述反射构件的反射面被表示 为Rx > Ry，其中垂直于所述入射面的曲率半径为Ry，而平行于所述入射面的曲率半径为 Rx。
6.根据权利要求4所述的眼镜型图像显示装置，其中，所述反射构件的反射面是自由
7.根据权利要求1所述的眼镜型图像显示装置，其中，对于从所述图像输出单元输出 并到达所述观看者的眼球的有效光通量，横向方向上的瞳孔位置位于所述反射构件附近， 纵向方向上的瞳孔位置比横向方向上的瞳孔位置更靠近所述观看者的眼球的瞳孔，其中所 述横向方向上的瞳孔位置是对于与所述反射构件的入射面平行的光轴截面的出射瞳孔位 置，所述纵向方向上的瞳孔位置是对于与所述反射构件的入射面垂直的光轴截面的出射瞳 孔位置。
8.根据权利要求1所述的眼镜型图像显示装置，其中，所述反射构件被嵌入所述眼镜 镜片中。
9.根据权利要求1所述的眼镜型图像显示装置，其中，所述图像输出单元可绕所述反 射单元的反射面旋转地被保持。
10.根据权利要求1所述的眼镜型图像显示装置，其中，所述反射单元可旋转地被保 持，其旋转轴位于所述反射构件的反射面中。
11.根据权利要求1所述的眼镜型图像显示装置，其中，在所述显示元件与反射单元之 间设置有偏转棱镜。
12.根据权利要求11所述的眼镜型图像显示装置，其中，所述显示元件被设置为面 向观看者的正向，并且从所述显示元件输出的光线入射到所述偏转棱镜上，被偏转50°至 70°，并向着所述反射单元射出。
13.根据权利要求11所述的眼镜型图像显示装置，其中，所述偏转棱镜被所述眼镜的 桩头保持，所述显示元件被所述眼镜的镜腿保持，并且所述显示元件沿着与显示表面垂直 的方向可移动和可调节。
14.根据权利要求11所述的眼镜型图像显示装置，其中，所述偏转棱镜被所述眼镜的 桩头保持，所述显示元件被所述眼镜的镜腿保持，并且所述显示元件沿着与显示表面平行 的方向可移动和可调节。
15.根据权利要求11所述的眼镜型图像显示装置，其中，在所述显示元件和反射单元 之间设置有纵向像差校正透镜，所述纵向像差校正透镜用于校正由所述反射单元的偏心引 起的纵向像差。
16.根据权利要求15所述的眼镜型图像显示装置，其中，所述纵向像差校正透镜的面 为自由面的形状。
17.根据权利要求15所述的眼镜型图像显示装置，其中，所述纵向像差校正透镜被集 成在偏转棱镜中。
18.根据权利要求1所述的眼镜型图像显示装置，其中，所述显示元件是有机EL。
19.根据权利要求1所述的眼镜型图像显示装置，其中，对于反射单元，相对于观看者 正向的投影截面被设置在所述投影截面没有遮盖观看者的瞳孔的位置上。
全文摘要
一种眼镜型图像显示装置，其具有图像输出单元，其包括显示图像并设置在眼镜框架上的显示元件；以及反射单元，其被设置为邻近至少一个眼镜镜片并且将从图像输出单元输出的图像光向着眼球反射，使得观看者能看到图像的虚像。反射单元是具有正折射力的反射构件，并且从图像输出单元输出并到达观看者的眼球的有效光通量被构造为使得对于与反射单元的光轴的入射面平行的光轴截面，与光轴垂直的光通量的宽度在反射单元处是最小的。
文档编号G02B27/00GK102004316SQ201010268479
公开日2011年4月6日 申请日期2010年8月30日 优先权日2009年8月31日
发明者井场阳一, 杉原良平, 高桥浩一, 龙田成示 申请人:奥林巴斯株式会社