眼镜安装式图像显示装置.pdf

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。

1.  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。

眼镜安装式图像显示装置
相关申请的交叉引用
本申请要求2009年3月25日提交的日本申请No.2009-74429的优先权，该日本申请的内容以引用方式并入本文。
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。
附图说明
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1a和1b、镜框1c、端件1d和1e以及镜腿1f和1g构成，镜框1c保持镜片1a和1b，端件1d和1e分别与镜框1c的左右宽度方向的端部一体地相联接，镜腿1f和1g经铰链单元h₁和h₂与端件1d和1e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1f侧，目镜光学单元2b布置成使其在镜片1a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2b₁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h₁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一起可旋转地固定并保持至铰链单元h₁。
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1f。夹子4由从两侧夹持镜腿1f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h₁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h₁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1f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1f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h₁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h₁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1a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h₁，通常，当该铰链单元h₁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h₁和镜片之间的距离变大时，该铰链单元h₁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容易。
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2b₁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2b₁、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2b₁位于镜片1a的外侧，而出射端2b₂位于眼镜镜片1a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一体设置在主体单元6a处。弹性舌片6b位于在镜片1a的后侧，该镜片1a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1a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h₁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1a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h₁和镜片侧，并且即使在镜腿1f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1a的姿势。从而可进行紧凑的收纳。
图16是铰链单元h₁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1f的上端或下端上(在图中的实施例中，联接件3位于镜腿1f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1d的上端或下端(在本实施例中，锁定片7位于端件1d的下端)。因而图像显示单元2a和目镜光学单元2b一起移动，并且目镜光学单元2b和镜片1a一起移动，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1a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1a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h₁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h₁附近，可以使由镜腿1f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h₁正下方。图像显示单元2a被布置成使显示元件位于铰链h₁正下方，从而减少图像显示装置2的横向突出，即使镜腿1f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2b₁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h₁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h₁以大约±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h₁的正下方，并且在显示元件应该布置在铰链单元h₁的后面的情况下，优选距铰链单元h₁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h₁沿左右方向(头部宽度方向)的位移，显示元件和铰链单元h₁的中心之间的距离变得越大，其影响变得越大。
基于焦深D.O.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，±D.O.F＝{(ω×250000)/(N.A.×M)}+{λ/2(N.A.)²}，其中：ω为眼睛的分辨率0.0014(假设视角是5弧分)，M为总放大率(物镜×目镜透镜放大率)以及λ为光波长(对于可见光，λ＝0.55μm)。因此，±D.O.F＝{350/(N.A.×M)}+{0.275/(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.A.变得越大，焦深变得越浅)，±D.O.F＝791μm。由于佩戴眼镜时镜腿1f的偏转而出现大约4度倾角的情况下，距铰链h₁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±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h₁的中心±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h₁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h₁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。