眼镜型图像显示装置和带图像显示装置的眼镜 【技术领域】
本发明涉及眼镜型图像显示装置和带图像显示装置的眼镜，特别涉及能够通过分割瞳孔来与透视的外界像重叠地显示电子像的眼镜型图像显示装置和安装了这种图像显示装置的眼镜。
背景技术
本申请人在专利文献1中提出了具有充分确保外部视野(シ一アラウンド)和透视功能、小型轻量、外界视场大、低电能消耗、电子像的亮度高、易于使用的头部佩戴型图像显示装置(HMD)。
该图像显示装置使构成目镜窗保持部的部件在使用者的视轴方向的投影剖面的宽度为4mm以下，使该目镜窗保持部件比人的平均瞳孔直径(4mm)细，由此，通过瞳(瞳孔)分割，即使将装置配置在视野内也不会完全遮挡外界，能够得到透视效果，而且，不使用半透半反镜，没有光量损失，所以，能够观察明亮的电子图像。
图1是该目镜窗保持部2的代表性结构的立体图，图2是其平面图。目镜窗保持部2由剖面为长方形状的中空的筒部件或杆状的透明部件构成，将来自配置在该筒部件或透明部件的后端的显示面板3的显示光以其中心为光路引导至前端，利用配置在前端的反射部件6使光路向目镜窗保持部2的大致直角方向弯曲，经由在目镜窗保持部2的前端侧面的目镜窗4配置的目镜5投影到眼球，由此，观察者能够放大观察显示面板3的虚像即空中像。
图3是示出观察者佩戴这种图像显示装置时的目镜窗保持部2的前端部和眼球E的位置关系的图，通过使配置在眼球E正面的目镜窗保持部2的宽度小于瞳孔直径，由此，对眼球E的瞳孔进行瞳孔分割，以相互重叠的方式，通过目镜窗保持部2未遮挡的瞳孔部分观看外界像，通过目镜窗保持部2的目镜窗4遮挡的瞳孔部分观看显示面板3的显示图像。
另外，也可以代替在目镜窗保持部2的前端侧面的目镜窗4配置目镜5，而如图4所示，在目镜窗保持部2的前端的反射部件6和后端之间，内置发挥目镜5的作用的正折射力的折射率分布型透镜7。
将这种目镜窗保持部2安装在眼镜镜片的外侧或眼镜镜片周围的镜片安装框上，使利用眼镜的人也能够一边透视外界一边进行图像显示。
另一方面，在专利文献2中提出了如下的眼镜型图像显示装置：在眼镜的眼镜镜片中嵌入与视线呈大致45°的半透半反镜等，能够利用该半透半反镜使从眼镜镜片周边部通过眼镜镜片中的光路到达半透半反镜的显示光向视线方向反射，向观察者眼球投影显示面板的放大图像，并且，使透过半透半反镜的外界像重叠在显示面板的显示图像上来进行观察。
[专利文献1]
日本特开2006-3879号公报
[专利文献2]
美国专利第5886822号说明书
在专利文献1所记载的技术中，由于在眼镜镜片的外侧安装目镜窗保持部2会从眼球E额外离开眼镜镜片的厚度部分，所以视野角减小。并且，安装在眼镜镜片周围的镜片安装框上无法与透视的外界像重叠地对显示图像进行显示。
另外，目镜窗保持部2的粗细需要为4mm以下，并且，为了在视场中容易视觉辨认的位置显示电子像，目镜窗保持部2与其长度相比，非常细，物理强度弱，容易破损。并且，从第三方的角度来看，赋予“纤细”的印象，助长了不舒适感。
另外，外界明亮时，难以观看电子像。关于使用了半透半反镜的透视型HMD，通过变更半透半反镜的透射和反射的比率，能够设计在外界明亮度方面擅长的HMD，但是，在专利文献1所记载的技术中，无法进行这种控制。
并且，在专利文献2所记载的技术中，由于使用半透半反镜使外界像和电子像重叠，所以，电子像的光利用效率降低。另外，由于将半透半反镜全部嵌入眼镜镜片中，并且，不像专利文献1所记载的技术那样通过瞳孔分割来透视外界像，所以眼镜镜片比一般的眼镜镜片厚。与此相伴，眼镜的重量增大。进而，由于眼镜镜片的厚度增加，时尚性降低。
另外，为了使显示光通过眼镜镜片内，无法对眼镜镜片的前表面、后表面附加曲率。因此，无法根据观察者眼球的屈光度对嵌入了半透半反镜等的眼镜镜片进行近视或远视的调整。并且，即使是没有对前表面、后表面附加曲率的眼镜镜片，也存在越靠近视野周边越产生像散而使像模糊、弯曲观看等的不良情况。
【发明内容】
本发明是鉴于现有技术的这种问题点而完成的，其目的在于，提供如下的眼镜型图像显示装置和安装了这种图像显示装置的眼镜：即使不使用特别的眼镜镜片，也能够通过分割观察者的瞳孔来与透视的外界像重叠地在视野内的任意位置，以适合于观察者的瞳距等的方式显示电子像。
达成上述目的的本发明的眼镜型图像显示装置的特征在于，在至少一方的眼镜镜片的一部分形成有槽，在所述槽中插入显示棒，所述显示棒具有中空的筒部件或杆状的透明部件，所述筒部件或透明部件形成在长度方向上引导从其后端入射的显示光并引导至其前端的光路，在所述筒部件或透明部件的前端附近配置有反射部件，并且，在所述筒部件或透明部件的前端具有目镜窗，该目镜窗将利用所述反射部件使光路弯曲后的显示光投影到观察者眼球，在所述目镜窗附近或者从所述筒部件或透明部件的后端到前端的光路中具有目镜光学系统。
该情况下，优选所述显示棒在使用者的视轴方向上的投影剖面的宽度为4mm以下。
并且，所述显示棒也可以至少由所述眼镜镜片保持，或者，也可以由所述眼镜镜片的框架保持。
并且，优选以所述显示棒的目镜窗所在的一侧的面不从所述眼镜镜片的使用者眼侧的曲面伸出的方式保持所述显示棒。
或者，优选以所述显示棒的目镜窗所在的一侧的相反侧的面不从所述眼镜镜片的使用者眼侧的相反侧的曲面伸出的方式保持所述显示棒。
并且，所述槽可以从所述眼镜镜片的外侧形成到眼镜镜片中央。
本发明的带图像显示装置的眼镜的特征在于，在至少一方的眼镜镜片的一部分形成有槽，在所述槽中插入显示棒，所述显示棒具有中空的筒部件或杆状的透明部件，所述筒部件或透明部件形成在长度方向上引导从其后端入射的显示光并引导至其前端的光路，在所述筒部件或透明部件的前端附近配置有反射部件，并且，所述筒部件或透明部件在其前端具有目镜窗，该目镜窗将利用所述反射部件使光路弯曲后的显示光投影到观察者眼球，在所述目镜窗附近或者从所述筒部件或透明部件的后端到前端的光路中具有目镜光学系统。
另外，本发明包含如下的眼镜：该眼镜具有保持眼镜镜片的框架，在至少一方的眼镜镜片的一部分形成有宽度为4mm程度以下的槽，能够在所述槽中插入显示棒，所述显示棒具有中空的筒部件或杆状的透明部件，所述筒部件或透明部件形成在长度方向上引导从其后端入射的显示光并引导至其前端的光路，在所述筒部件或透明部件的前端附近配置有反射部件，并且，所述筒部件或透明部件在其前端具有目镜窗，该目镜窗将利用所述反射部件使光路弯曲后的显示光投影到观察者眼球，在所述目镜窗附近或者从所述筒部件或透明部件的后端到前端的光路中具有目镜光学系统。
【附图说明】
图1是在本发明中使用的显示棒的代表性结构的立体图。
图2是图1的显示棒的平面图。
图3是示出观察者佩戴图1的显示棒时的显示棒前端部和眼球的位置关系的图。
图4是在本发明中使用的显示棒的变形例的立体图。
图5是本发明的眼镜型图像显示装置的组装前和组装后的立体图。
图6是示出图5的实施例的变形例的与图5同样的图。
图7是用于说明在眼镜镜片中切入的横槽的宽度和在该横槽中插入的显示棒的旋转调节固定的图。
图8是用于说明在眼镜镜片设置的横槽中的显示棒的旋转调节的必要性和调整方法的图。
图9是用于说明在设于眼镜镜片的横槽中配置的显示棒不从其后侧、前表面伸出的图。
图10是用于说明使本发明的眼镜型图像显示装置对应于使用者的瞳距差异的方法的图。
图11是示出设于眼镜镜片的横槽以闭合状态设置在眼镜镜片中的情况的实施例的图。
【具体实施方式】
下面，根据实施例说明本发明的眼镜型图像显示装置和带图像显示装置的眼镜。
本发明的眼镜型图像显示装置在眼镜的眼镜镜片上切入槽、并在该槽中插入专利文献1所提出的目镜窗保持部2进行一体化。为了说明本发明的眼镜型图像显示装置，参照图1～图4再次说明该目镜窗保持部2。
图1是该目镜窗保持部2的代表性结构的立体图，图2是其平面图。目镜窗保持部2由剖面为长方形状的中空的筒部件或四角柱状的透明部件构成，将来自配置在该筒部件或透明部件的后端的显示面板3的显示光以其中心为光路引导至前端，利用配置在前端的反射部件6使光路向目镜窗保持部2的大致直角方向弯曲，经由在目镜窗保持部2的前端侧面的目镜窗4配置的目镜5投影到眼球，由此，观察者能够放大观察显示面板3的虚像即空中像。
图3是示出观察者佩戴这种图像显示装置时的目镜窗保持部2的前端部和眼球E的位置关系的图，使配置在眼球E正面的目镜窗保持部2的宽度为小于瞳孔直径的4mm以下，由此，对眼球E的瞳孔进行瞳孔分割，以相互重叠的方式，通过目镜窗保持部2未遮挡的瞳孔部分观看外界像，通过目镜窗保持部2的目镜窗4遮挡的瞳孔部分观看显示面板3的显示图像。
另外，也可以代替在目镜窗保持部2的前端侧面的目镜窗4配置目镜5，而如图4所示，在目镜窗保持部2的前端的反射部件6和后端之间，内置发挥目镜5的作用的正折射力的折射率分布型镜片7。
这里，显示面板3不一定必须配置在筒部件或透明部件的后端，也可以通过反射镜、中继透镜系统、光纤像导(optical fiber image guide)等光学系统，将在与其后端分开的位置配置的显示面板3的显示像作为二次像，传递到筒部件或透明部件的后端位置。
因此，在本发明中，将图1、图4的除了显示面板3以外的目镜窗保持部2的构成、即由目镜窗保持部2、反射部件6和目镜窗4构成并在目镜窗4附近或长度方向光路形成部件中配置有目镜光学系统(目镜5、折射率分布型透镜7)的构成称为显示棒10来进行说明，所述目镜窗保持部2由形成在长度方向上引导来自显示面板3的显示光的光路的中空的筒部件或柱状的透明部件构成，并且该目镜窗保持部2构成在观察者眼球E的投影剖面的宽度为4mm以下的长度方向光路形成部件，所述反射部件6配置在目镜窗保持部2的前端，所述目镜窗4利用反射部件6使光路向大致直角方向弯曲并向观察者眼球E投影显示光。
进而，说明本发明的眼镜型图像显示装置和带图像显示装置的眼镜的实施例。图5(a)是从通常的近视、远视或者太阳镜用眼镜的前方上方观察的立体图，该实施例的情况下，关于左右的眼镜镜片20L、20R，通过鼻梁架21和没有左右边缘的左右框架22L、22R将左右的眼镜镜片20L、20R安装在预定位置，左右的眼镜腿23L、23R以能够折叠的方式从左右的框架22L、22R延伸。根据本发明，在左右的眼镜镜片20L、20R的一方或双方上，在图5(a)的情况下，在右眼镜镜片20R上，从外端到大致中央切入沿前后贯通的横槽30。
而且，根据本发明，如图5(b)所示，在切入该眼镜镜片20R的横槽30中，以使目镜窗4与眼镜的佩戴者的眼球对置的方式，一边对显示棒10进行位置调节一边将其插入，该情况下，使用透明粘接材料等在眼镜镜片20R上一体固定显示棒10。
另外，在图5(b)的显示棒10的后端一体设置框体11，其中收纳有显示面板3和其照明装置、显示面板3的驱动电路基板等的电气部件等。
图6是示出图5的实施例的变形例的与图5同样的图，如图6(a)所示，是如下的眼镜的例子：左右的眼镜镜片20L、20R通过鼻梁架21和分别具有眼镜框(边缘)22L’、22R’的左右的框架22L、22R的眼镜框22L’、22R’安装在预定位置，左右的眼镜腿23L、23R以能够折叠的方式从左右的框架22L、22R延伸。该情况下，在左右的眼镜镜片20L、20R的一方或双方上，在图6(a)的情况下在右眼镜镜片20R上，从外端到大致中央切入沿前后贯通的横槽30，在与该横槽30对应的眼镜框22R’的位置也设有切口30’，如图6(b)所示，在切入该眼镜镜片20R的横槽30中，以使目镜窗4与眼镜的佩戴者的眼球对置的方式，一边对显示棒10进行位置调节一边将其插入，该情况下，对显示棒10的根部或框体11与处于切口30’位置的框架22R的眼镜框22R’之间进行焊接，从而将显示棒10一体固定在眼镜镜片20R的框架22R上。
但是，需要使从眼镜镜片20(20L、20R)的外端切入到大致中央的横槽(不需要一定是横向，也可以是纵向或斜向)30的宽度成为与显示棒10的宽度(图3)大致相等或比其稍宽的宽度。显示棒10的宽度优选为4mm以下，所以，如图7(a)所示，在眼镜镜片20(20L、20R)上设置的横槽30的宽度也优选为4mm以下或稍微超过4mm的程度(4mm程度以下)。而且，在该横槽30中插入的显示棒10如图7(b)所示，能够绕其轴进行旋转调节固定，从显示棒10的目镜窗4出射的显示光进入眼球E的瞳孔。
图8(a)、(b)示出该状况。即，如图8(a)所示，例如将横槽30设置在眼镜镜片20的下方，若只是以沿着眼镜镜片20的镜片表面的方式插入显示棒10，则从显示棒10的目镜窗4出射的显示光不朝向位于眼镜镜片20的大致中心的背后的观察者眼球E的瞳孔，即使转动眼球E，也无法观察来自显示棒10的电子像。因此，眼镜技术人员(オプテツシヤン)在眼镜镜片20上安装固定显示棒10时，如图8(b)所示，将显示棒10插入横槽30内，并绕其轴对显示棒10进行旋转调节，以从目镜窗4出射的显示光朝向佩戴者的眼球E的瞳孔的方式将显示棒10一体固定在眼镜镜片20上(图5)，或者一体固定在眼镜镜片20的框架上(图6)。通过这样调整，能够在眼球E的视野内重叠观看电子像。
另外，为了能够进行这种显示棒10的旋转调节，也可以如图8(c)所示，使在眼镜镜片20上设置的横槽30形成为剖面为圆的槽，所述圆例如大致以显示棒10的剖面的对角线为直径。
另外，在预先得知针对眼镜镜片20的观察者眼球E的情况下，如图8(d)所示，在眼镜镜片20上设置的横槽30也可以是使从插入该横槽30中的显示棒10的目镜窗4出射的显示光朝向该预先得知的眼球E的转动中心的、预定顶角且剖面为平行四边形的槽。
但是，如图9所示，眼镜镜片20(20L、20R)一般由前后曲面31、32构成，但是，通过使插入横槽30中的显示棒10的目镜窗4所在的一侧的面和眼镜镜片20后侧的曲面32大致一致，以使显示棒10不从后侧的曲面32伸出(图9(a))，由此，防止显示棒10的边缘与观察者眼球E冲突而损伤眼球E，并且，显示棒10的目镜窗4更加接近观察者眼球E，所以，电子像显示的视野角更大。相反，通过使插入横槽30中的显示棒10的目镜窗4所在的一侧的相反面和眼镜镜片20前侧的曲面31大致一致，以使显示棒10不从前侧的曲面31伸出(图9(b))，由此，在外观上，不会从眼镜镜片20伸出，不会损害外观形状。
接着，说明使本发明的眼镜型图像显示装置对应于使用者的瞳距差异的方法。图10(a)、(b)、(c)是安装显示棒10的右眼镜镜片20R部分的平面图，图10(a)示出观察者(使用者)的瞳距为标准情况时的右眼球E0的位置，图10(b)示出观察者(使用者)的瞳距比标准瞳距窄时的右眼球E1的位置，图10(c)示出观察者(使用者)的瞳距比标准瞳距宽时的右眼球E2的位置，在图10(b)、(c)中，用虚线示出标准的眼球位置。在眼球位置在水平方向不同的情况下，为了使从插入横槽30中的显示棒10的目镜窗4出射的显示光朝向该不同位置的眼球E0、E1、E2的转动中心，如图10(a)、(b)、(c)那样对显示棒10在横槽30内的水平面内的安装角度进行调节，将显示棒10固定在眼镜镜片20R或框架22R上。该情况下，通过使插入横槽30中的显示棒10的目镜窗4所在的一侧的整个面不从眼镜镜片20后侧的曲面32向外伸出，由此，防止显示棒10的边缘与观察者眼球E冲突而损伤眼球E。与此相反，通过使显示棒10的目镜窗4所在的一侧的相反侧的整个面不从眼镜镜片20前侧的曲面31向外伸出，由此，在外观上，不会从眼镜镜片20伸出，不会损害外观形状。
但是，在以上的实施例中，从眼镜镜片20(20L、20R)的外端到大致中央切入横槽(如上所述不需要一定是横向，也可以是纵向或斜向)30，但是，不需要一定连通到眼镜镜片20的外端。图11是示出沿前后贯通的横槽30以闭合状态设置在眼镜镜片中的情况的实施例的图。图11(a)是从使用者的眼侧观察右眼镜镜片20R的图，在右眼镜镜片20R的中央稍微靠近右下方的位置形成横槽30。如图11(b)所示，在该闭合的横槽30中插入显示棒10的靠近前端的部分，利用粘接剂等的适当手段进行固定。而且，如图11(c)所示，框体11通过显示棒10固定在眼镜镜片20R的端部。在太阳镜这种眼镜中，有时重视时尚性而不具有使用者的屈光度校正功能，在这种情况下，镜片形状的自由度大，所以有时使用大幅弯曲的镜片。在眼镜镜片20R的弯曲大的情况下，有时不延伸到眼镜镜片20R的外侧来形成横槽30更好。
另外，在以上的说明中，眼镜镜片20、20L、20R的前表面31和后表面32不限于平面，可以是具有曲面的任意形状，也可以是近视用镜片、远视用镜片、累进眼镜镜片、太阳镜等的某一个。并且，眼镜镜片20、20L、20R的折射力也可以为零(无折射力)。并且，横槽30不需要一定从前表面31贯通到后表面32，特别地，在眼镜镜片20厚的情况下，不需要从前表面31贯通到后表面32。
以上，根据实施例说明了本发明的眼镜型图像显示装置和带图像显示装置的眼镜，但是，本发明不限于这些实施例，能够进行各种变形。
产业上的可利用性
根据本发明，能够提供如下的眼镜型图像显示装置和安装了这种图像显示装置的眼镜：即使不使用特别的眼镜镜片，也能够通过分割观察者的瞳孔来与透视的外界像重叠地在视野内的任意位置，以适合于观察者的瞳距等的方式显示电子像。
例如，能够缩短显示棒和瞳孔的距离，增大视野角。而且，利用眼镜镜片来保持该显示棒整体，显示棒的物理强度提高。并且，显示棒整体与眼镜镜片成为一体，所以减少不舒适感。并且，如太阳镜那样，通过降低眼镜镜片的透射率，能够仅使外界像变暗，而电子影像不变暗。因此，能够自由设计即使在明亮的环境下也能够提高视觉辨认性的眼镜型图像显示装置。并且，眼镜镜片能够使用与一般眼镜镜片相同的厚度和形状的眼镜镜片。