防止佩帶頭佩式眼鏡顯示器視疲勞的方法及其裝置的製作方法
2023-06-08 14:46:36 4
專利名稱：防止佩帶頭佩式眼鏡顯示器視疲勞的方法及其裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種防止佩帶頭佩式眼鏡顯示器視疲勞的方法，以及實現這種方法的頭佩式眼鏡顯示器，後者尤其是指一種包括前殼和後殼，所述前殼與後殼構成一個殼體，在殼體內置有鏡架、電路板，在鏡架的兩端設有圖像顯示模組，電路板輸出端與圖像顯示模組相接，輸入端外接輸入信號；所述殼體與眼鏡佩帶機構相接的頭佩式眼鏡顯示器。
背景技術：
眾所周知，眼睛由眼球、視神經和視路、眼附屬器三部分組成。眼球包括眼球壁、眼內腔和內容物、神經、血管等組織，由外往裡有角膜、鞏膜、虹膜、睫狀體和脈絡膜、視網膜，虹膜上附有瞳擴肌，中央為瞳孔，睫狀體上有層懸韌帶，又稱睫狀肌，眼內腔和內容物最重要的部件是晶狀體，晶狀體為富有彈性的透明體，形如雙凸透鏡，位於虹膜、瞳孔之後及玻璃體之前，在睫狀肌作用下可以調整焦距，這種特點叫屈光特性。眼附屬器包括眼瞼、結膜、淚器、眼外肌和眼眶。眼瞼就是通常所說的眼皮。眼外肌包括上直肌、下直肌、內直肌和外直肌、上斜肌和下斜肌。眼眶由顱骨構成，呈稍向內，向上傾斜。
綜觀眼睛結構和人體特徵，人眼在長時間視物或觀看位置不適當時都會產生視疲勞，一般來說，眼睛的視疲勞包括如下幾個方面眼睛的屈光度疲勞、肌狀性疲勞、集合性疲勞、融合度疲勞、環境和視物產生的疲勞、以及人體健康因素產生的疲勞，其中屈光度疲勞佔視疲勞的80％以上，資料表明視物距離最小到25cm時人眼會產生屈光度調整，左右眼屈光不一致也會引起大腦中樞不適反應。顯然當人眼觀看近的物體時，眼球晶狀體收縮會引起屈光反應，同時由於物體拉近雙眼的平行度改變，向物體中心方向匯聚集合從而雙眼會產生集合性現象，瞳擴肌、眼外肌、睫狀肌隨大腦中樞電衝動作進行平衡調整會形成肌狀性反應，當物體靠得太近，由於左右眼視像差相差太大時會引起大腦視區圖像融合困難產生不適，還有環境的光線強弱、外界強的反射眩光、酸鹼度、視物的清晰度以及人體健康好壞都會對人眼工作產生關聯的影響，所以人眼視疲勞特徵雖然特徵獨立但彼此有很大的關聯性。
現有的頭佩式顯示器，一般包括前殼和後殼，所述前殼與後殼構成一個腔體，在腔體內置有鏡架、電路板，在鏡架的兩端設有圖像顯示模組，電路板輸出端與圖像顯示模組相接，輸入端外接輸入電源及音頻、視頻信號；所述殼體與眼鏡佩帶機構相接；它是一種光機電緊密結合的顯示裝置，微顯示光學系統生成虛擬圖像，這些圖像成像在鏡體的內部，觀看者可看到與實物顯示屏相同的放大虛像。目前市場上頭佩式顯示器多種多樣，如頭盔式、頭戴式、眼鏡式顯示器等。由於設計上的原因，這些產品都有一個共同的缺陷，就是觀看圖像時間不宜太長，易引起眼睛不適和產生視疲勞；以及佩帶時會產生鼻梁壓迫感的問題。
發明內容
本發明解決的技術問題是克服上述缺點，提供一種防止佩帶頭佩式眼鏡顯示器視疲勞的方法，以及能長時間觀看而不引起眼睛視疲勞的頭佩式眼鏡顯示器。
本發明還有一個發明目的它可減輕鼻梁壓迫感的產生。
本發明的技術方案是一種防止佩帶頭佩式眼鏡顯示器視疲勞的方法，保持系統成像在人眼前方0.7m至2.5m處之間；且左右眼看同樣的物體，雙眼屈光度一致；使系統成像的上邊緣與人眼的水平視線平齊或在水平視線下方；保持水平視線與圖像平面的法線之間的夾角α在-10度至-25度之間；以及避免外界環境強反射眩光並不讓光直射眼睛。只有這樣才能保持長時間觀看圖像，而可避免視疲勞。
本發明所公開的一種頭佩式眼鏡顯示器，包括前殼和後殼，所述前殼與後殼構成一個鏡體，在鏡體內置有鏡架、電路板，在鏡架內設有圖像顯示晶片、光學透鏡，電路板輸出端與圖像顯示晶片相接，輸入端外接輸入電源及音頻、視頻信號；所述鏡體與眼鏡佩帶機構相接；其特徵在於所述鏡體的視窗平面的法線與水平視線之間的夾角α為-10°至-25°之間。
所述鏡體的視窗平面的法線與水平視線之間的最佳夾角α為-15°。
所述視窗平面的上邊緣位於水平視線之下。
所述鏡架由兩部分組成，兩部分之間通過鋸齒調節瞳距。
在鏡架的相對側各設有兩個幹字形螺杆，所述鏡架的透鏡支架的U形側耳卡在幹字形螺杆調節槽內。
所述眼鏡佩帶機構為鏡腿，所述鏡腿位於所述殼體兩端。
所述電路板的電源及電信號的外接接口位於所述鏡腿前端的一側；所述電路板的音量、亮度調節按鈕位於所述鏡腿前端的另一側。
在所述鏡腿中部還設有頭頂吊帶。
所述鏡體兩端各設一轉軸，在所述鏡腿前端設有軸孔，鏡體上的轉軸套在所述軸孔內，用以調節鏡體的視窗平面的法線與水平視線之間的夾角α。
所述眼鏡佩帶機構為頭盔。
所述眼鏡佩帶機構為頭帶環，所述頭帶環通過聯接鉸鏈與後殼中部相連。
本發明由於採用了所述視窗平面的法線與水平視線之間的夾角α為-10°至-25°之間和所述視窗平面的上邊緣位於水平視線之下的方法及結構，這樣，可以保證眼睛能長時間觀看圖像而不引起眼睛視疲勞；另外由於採用了鏡腿中部還設有頭頂吊帶或頭盔式的結構，這樣，可以消除或減輕鼻梁壓迫感。
圖1、為本實用新型一種實施例眼鏡式顯示器的立體分解示意圖；圖2、為圖1所示實施例組合後立體結構示意圖；圖3、為圖1所示實施例組合後側面結構示意圖；圖4、圖1中鏡體後側面主視示意圖；圖5、圖1中鏡架的分解示意圖；圖6、圖1中鏡架後側面主視示意圖；圖7、另一種鏡體實施例的立體結構示意圖；圖8、本實用新型另一種實施例頭帶式顯示器的立體結構示意圖；圖9A、傳統的頭盔式顯示器的立體結構示意圖；圖9B、本實用新型改進後的盔式顯示器的立體結構示意圖。
具體實施例方式
為了在觀看近物時將眼睛視疲勞減到最小，應保持適當的視物距離(大於50cm)，最好將視物放在人眼前方0.7m至2.5m處，且左右眼看同樣的物體，雙眼所看到的圖像儘可能一致，或相差不大於5％(眼視學認為)，當然對單眼工作情況來說這種屈光不平衡引起的疲勞是很明顯的；人眼工作保持在第一眼位，此時眼外肌處於協同工作狀態，並使視物落在人眼前方水平±26度範圍內，單眼-10度至26度，眼睛在看前方無窮遠處時眼球水平方向視軸各外斜13度，同時使視物或圖像的上緣平齊於人眼的水平視線或下方；保持豎直方向一定的視角，避免外界環境強反射眩光並不讓光直射眼睛，眼睛水平視線與圖像平面的法線之間的夾角最好在10度至25度之間；觀看的物體圖像有足夠清晰，亮度在300Lx至500Lx之間等。只有這樣才能保持長時間觀看圖像，避免視疲勞。
頭佩式顯示器設計原則頭佩式顯示器鏡架變焦(物距)和變瞳距設計光學系統設計好後，為了使圖像成像在0.7m～2.5m之間，通過調節圖像源前後位置即改變一定的物距，可以得到不同大小尺寸及不同成像距離的圖像，從而改善眼睛的屈光度。同時由於東西方人及年齡大小區別，人眼瞳距變化很大，16歲以上或東西方成人通常在59mm至66mm之間。在鏡架設計時應儘可能使瞳距設計的可以改變，以適合不同群體人員佩戴，從而克服雙眼視像融合的疲勞和集合度的不適。
鏡體觀看窗口平面與人眼水平線之間夾角選擇在眼鏡式顯示器設計時，通常兩個鏡腿佩戴角度與人眼水平線有0度至5度左右的夾角，為β角，觀看窗口的上緣最好與鏡體佩戴的水平線平齊，這樣畫面成像通常可以處在水平視線的下方，欲使視軸與水平線夾角為-10度至～25度，所以視窗平面與水平線夾角為65度至80度，通常可將鏡腿與視窗平面法線的夾角取-10度至-15度，同時可以保證外觀的美感。
佩戴窗口位置中心計算讓人看到最完整的、正面的光學圖像，在選擇正確的視角區同時，應將圖像觀測窗口的垂直法線與人眼視軸重合，處在人眼水平視線前下方-10度至-25度之間的區域，L為瞳距離為15mm～25mm，X為視窗中心軸點至觀看水平線的距離等於L*tanα，3.5mm至11.6mm之間，在具體設計時進行優化。
下面為幾種頭佩式顯示器的實施例為了更清楚地說明本發明的結構，現將附圖中的圖例作統一說明
1、鏡體；11、鏡體前殼；111、前殼立柱；112、前殼卡腳；12、鏡體後殼；121、視窗平面；122、螺孔；123、旋轉座；124旋轉座孔；2、PCB板；3、顯示模組；31、顯示晶片；32、光學透鏡4、鏡架；41、鏡架下支架；42、光學透鏡框；421、側耳；422、側耳U形槽；43、幹字螺絲；幹字螺絲調節槽；44、瞳距調節齒；5、右鏡腿；51、亮度、音量按鈕；52、按鍵板；521、按鍵板固定孔；53、右鏡腿飾蓋；531、右鏡腿飾蓋立柱；54、右耳機卡位；55、右頭頂吊帶孔；56、右鏡腿固定螺絲孔；57、右鏡腿主幹；6、左鏡腿；61、鏡體接口板；611、接口板螺孔；62、左鏡腿飾蓋；63、左鏡腿固定立柱；64、左耳機卡位；65、左頭頂吊帶孔；66、左鏡腿主幹；67、左耳機；7、鼻梁架；8、水平視線；9、窗口平面法線；
10、窗口上緣線；101、頭頂吊帶；102、旋轉鉸鏈；103、頭佩後帶104、頭盔。
請參見圖1和圖2，它是一種頭佩式眼鏡顯示器，包括鏡體1和右鏡腿5和左鏡腿6，所述鏡體1包括鏡體前殼11、鏡體後殼12，鏡體前殼11和鏡體後殼12通過鏡體前殼11上的前殼立柱111和前殼卡腳112，與位於鏡體後殼12上的螺絲孔122與卡槽固定連接，構成一個可以容物的鏡體1；在鏡體1中有鏡架4、PCB板2、由顯示晶片31與位於其前側的光學透鏡32組成的顯示模組3，光學透鏡32和顯示晶片31裝在鏡架4的光學透鏡框42內，光學透鏡框42固定在眼鏡下支架41上；PCB板2的輸入端與鏡體接口板61相接，鏡體接口板61與外接信號源相接，其輸出端與顯示模組3相接；在鏡後殼12後側有視窗平面121，在視窗平面121之間布置有鼻梁架7。左鏡腿6包括鏡腿主幹66、鏡體接口板61、左鏡腿飾蓋62；在鏡體接口板61上接口板螺孔611，用於與左鏡腿主杆66上的左鏡腿固定立柱63固接，在左鏡腿主杆66尾端有左耳機卡位64，用於卡接左耳機67，左鏡腿飾蓋62扣在左鏡腿主幹66前端，在左鏡腿主幹66上有左頭頂吊帶孔65用於連接頭頂吊帶101相接；右鏡腿5包括鏡腿主幹57、按鈕51、按鍵板52、右鏡腿飾蓋53；在右鏡腿飾蓋53上有右鏡腿飾蓋立柱531，在按鍵板52有按鍵板螺孔521，右鏡腿飾蓋立柱531和按鍵板螺孔521通過右鏡腿主幹57上的螺絲孔56將三者固定在一起，在右鏡腿主杆57尾端有右耳機卡位54，用於卡接左耳機；在左右鏡腿主幹57上有右頭頂吊帶孔55，用於與頭頂吊帶101相接，頭頂吊帶101的主要作用是減輕鏡體1對人的鼻梁的壓力。外接電源、視音頻信號經過鏡腿上的接口板61送到PCB板2，驅動顯示晶片31顯示圖像及音頻功放工作，鏡架4上的光學透鏡32對晶片圖像進行放大，從而能看到虛擬大圖像，耳機安裝在兩側的鏡腿末稍，右側鏡腿上的按鍵板51實現對PCB板2的音量、亮度、禁音等控制。
請參見圖3，圖3為圖1所示實施例組合後側面結構示意圖；對於本實用新型來說，要想達到長時間佩帶而不產生視疲勞，最好要將水平視線8與鏡體後殼12的圖像窗口121的法線9之間的夾角α設計為在-10度至-25度；所謂法線9是指圖像窗口121的平面垂直的直線；另外，鏡體後殼12的圖像窗121的上緣延長線10最好位於水平視線8的下方，此點請參見圖4。
請參見圖5，圖5為圖1中鏡架4的分解示意圖；從圖可知，鏡架4設有調焦結構，所述調焦結構包括幹字形螺絲43，在幹字形螺絲43上有幹字螺絲調節槽431，在所述光學透鏡框42的相對兩外側各有一個側耳421，在側耳421上有側耳U形槽422，幹字螺絲調節槽431與側耳U形槽422卡接，幹字形螺絲43的螺杆與鏡架下支架41前側的螺孔411絲接，旋轉幹字形螺絲43，就可調節位於光學透鏡框42內的光學透鏡32與顯示晶片31的相對距離，而達到調焦的目的。
請參見圖6，圖6為圖1中鏡架後側面主視示意圖；從圖可知，在鏡架下支架41上有用於調節瞳距的瞳距調節齒44，用於調節鏡架的瞳距，以適合東方或西方人的瞳距要求，或者適合個體的瞳距要求。
請參見圖7，圖7為另一種鏡體實施例的立體結構示意圖，與圖1所示實施例相比，其大體結構相同，所不同的是，鏡體1與鏡腿之間的連接採用旋轉方式，即包括一個旋轉連接塊123，在旋轉連接塊123上有一旋轉軸孔124，用於與鏡上的相應軸活動連接，從而使圖像窗口121的法線9與水平視線8之間的角度α在-10度至-25度之間。
請參見圖8，圖8為本實用新型另一種實施例頭帶式顯示器的立體結構示意圖；本實施例與圖1所示實施例相比，其大體結構相同，所不同的是，在鏡腿5、6尾端接有頭佩後帶103，以方便眼鏡佩帶；另外，所述鏡體1處於鏡腿下方，通過旋轉鉸鏈102連接，以達到使水平視線8與法線9的夾角α在-10度至-25度之間；並保證鏡體後殼12的圖像窗口121的上緣延長線10最好位於水平視線8的下方。
請參見圖9，其中圖9A為傳統的頭盔104式顯示器的立體結構示意圖；圖9B為本實用新型改進後的盔式104顯示器的立體結構示意圖；改進前，視窗位置圖像窗口中心線齊平於水平視線；圖像窗口法線9與水平視線8夾角α為0度；改進後，視窗下移，使圖像窗口上緣低於水平視線8，圖像窗口法線9與水平視線8的夾角α在-10度與-25度之間。
驗證結果為了驗證以上設計的準確性，我們在市場上找到了一款有代表性的眼鏡式顯示器與本發明的產品作了佩戴測試；測試對象40歲以上敏感人群(眼球晶狀體彈性減弱一半，易屈光度疲勞)，人數15人；現有產品(樣機1，下同)型號EMG-01，23萬象素，眼鏡式顯示器特徵，圖像清晰，但鏡腿與觀測窗口垂直，視軸與窗口法線夾角0度，左右圖像窗口上邊緣高於水平線，正常佩戴時觀看窗口圖像畫面不全，佩戴時需矯正；本發明產品(樣機2，下同)鏡腿水平方向與觀測窗口法線夾角15度，即水平視線與窗口法線夾角15度，左右圖像窗口上邊緣平齊於水平線，內設有瞳距調整結構。
播放圖像山水畫面及輕音樂；佩戴方式為了作上述測試，佩戴時分別根據要求特殊佩戴處理，調整鏡腿在頭部位置，從而使滿足下視角相應度數並使圖像顯示窗口垂直中心軸線與人眼視線保持一致，觀看中可以眨眼以防眼睛乾澀等。
測試對比結果見下表表1將15人分成5組進行抗疲勞測試，時間每組每項目限定3小時，
結論從上述測試數據中我們不難發現樣機1(現有產品)佩戴裝置在設計位佩戴視疲勞嚴重不正常，樣機2(本發明產品)的佩戴方式測試數據表明，視疲勞有明顯的改善。
所以，頭佩式顯示器佩戴裝置設計的優劣對人眼影響很大，當採用正確設計方法後，視疲勞現象有很大改進，將頭佩顯示器系統成像在0.7m至2,5m之間，保持雙目屈光的平衡，眼睛視軸與眼鏡顯示器觀看窗口法線軸豎直方向夾角設計為-10度至25度之間，同時將觀看窗口的上緣平齊或低於人眼的水平視線，以及配合人眼瞳距不同採用可變瞳距鏡架等，這種防止視疲勞的綜合處理方法及依此方法所生產的產品是值得信賴和推薦的。
權利要求
1.一種防止佩帶頭佩式眼鏡顯示器視疲勞的方法，其特徵在於保持系統成像在人眼前方0.7m至2.5m處之間；使系統成像的上邊緣與人眼的水平視線平齊或在水平視線下方；保持水平視線與圖像平面的法線之間的夾角在-10度至-25度之間。
2.一種實現上述方法的頭佩式眼鏡顯示器，包括前殼和後殼，所述前殼與後殼構成一個鏡體，在鏡體內置有鏡架、電路板，在鏡架內設有圖像顯示晶片、光學透鏡，電路板輸出端與圖像顯示晶片相接，輸入端外接輸入電源及音頻、視頻信號；所述鏡體與眼鏡佩帶機構相接；其特徵在於所述鏡體的視窗平面的法線與水平視線之間的夾角α為-10°至-25°之間。
3.根據權利要求2所述的頭佩式眼鏡顯示器，其特徵在於所述視窗平面的上邊緣位於水平視線之下。
4.根據權利要求3所述的頭佩式眼鏡顯示器，其特徵在於所述鏡架由兩部分組成，兩部分之間通過鋸齒調節瞳距。
5.根據權利要求2或4所述的頭佩式眼鏡顯示器，其特徵在於在鏡架的相對側各設有兩個幹字形螺杆，所述鏡架的透鏡支架的U形側耳卡在幹字形螺杆調節槽內。
6.根據權利要求5所述的頭佩式眼鏡顯示器，其特徵在於所述電路板的電源及電信號的外接接口位於所述鏡腿前端的一側；所述電路板的音量、亮度調節按鈕位於所述鏡腿前端的另一側。
7.根據權利要求6所述的頭佩式眼鏡顯示器，其特徵在於在所述鏡腿中部還設有頭頂吊帶。
8.根據權利要求7所述的頭佩式眼鏡顯示器，其特徵在於所述鏡體兩端各設一轉軸，在所述鏡腿前端設有軸孔，鏡體上的轉軸套在所述軸孔內，用以調節之間圖像觀察器的視窗平面的法線與水平視線之間的夾角α。
9.根據權利要求2所述的頭佩式眼鏡顯示器，其特徵在於所述眼鏡佩帶機構為頭盔。
10.根據權利要求2所述的頭佩式眼鏡顯示器，其特徵在於所述眼鏡佩帶機構為頭帶環，所述頭帶環通過聯接鉸鏈與後殼中部相連。
全文摘要
本發明公開了一種防止佩帶頭佩式眼鏡顯示器視疲勞的方法及其裝置，所述方法為使系統成像的上邊緣與人眼的水平視線平齊或在水平視線下方；保持水平視線與圖像平面的法線之間的夾角α在－10度至－25度之間；所述裝置的結構為包括由鏡體前殼11、鏡體後殼12組成的鏡體1和右鏡腿5和左鏡腿6，在鏡體1中有鏡架4、PCB板2、圖像顯示模組3，固定在眼鏡下支架41上；PCB板2的輸入端與鏡體接口板61相接，鏡體接口板61與外接信號源相接，其輸出端與圖像晶片3相接；在鏡後殼12後側有視窗平面121，在視窗平面121之間布置有鼻梁架7。本發明可以保證眼睛能長時間觀看圖像而不引起眼睛視疲勞；另外可以消除或減輕鼻梁壓迫感。
文檔編號G02B27/01GK1908729SQ20061006218
公開日2007年2月7日 申請日期2006年8月17日 優先權日2006年8月17日
發明者歐以良 申請人:歐以良