CN1908729B - 防止佩带头佩式眼镜显示器视疲劳的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防止佩带头佩式眼镜显示器视疲劳的方法及其装置，所述方法为使系统成像的上边缘与人眼的水平视线平齐或在水平视线下方；保持水平视线与图像平面的法线之间的夹角α在-10度至-25度之间；所述装置的结构为包括由镜体前壳11、镜体后壳12组成的镜体1和右镜腿5和左镜腿6，在镜体1中有镜架4、PCB板2、图像显示模组3，固定在眼镜下支架41上；PCB板2的输入端与镜体接口板61相接，镜体接口板61与外接信号源相接，其输出端与图像晶片3相接；在镜后壳12后侧有视窗平面121，在视窗平面121之间布置有鼻梁架7。本发明可以保证眼睛能长时间观看图像而不引起眼睛视疲劳；另外可以消除或减轻鼻梁压迫感。

Description

防止佩带头佩式眼镜显示器视疲劳的方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种防止佩带头佩式眼镜显示器视疲劳的方法，以及实现这种方法的头佩式眼镜显示器，后者尤其是指一种包括前壳和后壳，所述前壳与后壳构成一个壳体，在壳体内置有镜架、电路板，在镜架的两端设有图像显示模组，电路板输出端与图像显示模组相接，输入端外接输入信号；所述壳体与眼镜佩带机构相接的头佩式眼镜显示器。

背景技术

众所周知，眼睛由眼球、视神经和视路、眼附属器三部分组成。眼球包括眼球壁、眼内腔和内容物、神经、血管等组织，由外往里有角膜、巩膜、虹膜、睫状体和脉络膜、视网膜，虹膜上附有瞳扩肌，中央为瞳孔，睫状体上有层悬韧带，又称睫状肌，眼内腔和内容物最重要的部件是晶状体，晶状体为富有弹性的透明体，形如双凸透镜，位于虹膜、瞳孔之后及玻璃体之前，在睫状肌作用下可以调整焦距，这种特点叫屈光特性。眼附属器包括眼睑、结膜、泪器、眼外肌和眼眶。眼睑就是通常所说的眼皮。眼外肌包括上直肌、下直肌、内直肌和外直肌、上斜肌和下斜肌。眼眶由颅骨构成，呈稍向内，向上倾斜。

综观眼睛结构和人体特征，人眼在长时间视物或观看位置不适当时都会产生视疲劳，一般来说，眼睛的视疲劳包括如下几个方面：眼睛的屈光度疲劳、肌状性疲劳、集合性疲劳、融合度疲劳、环境和视物产生的疲劳、以及人体健康因素产生的疲劳，其中屈光度疲劳占视疲劳的80％以上，资料表明：视物距离最小到25cm时人眼会产生屈光度调整，左右眼屈光不一致也会引起大脑中枢不适反应。显然当人眼观看近的物体时，眼球晶状体收缩会引起屈光反应，同时由于物体拉近双眼的平行度改变，向物体中心方向汇聚集合从而双眼会产生集合性现象，瞳扩肌、眼外肌、睫状肌随大脑中枢电冲动作进行平衡调整会形成肌状性反应，当物体靠得太近，由于左右眼视像差相差太大时会引起大脑视区图像融合困难产生不适，还有环境的光线强弱、外界强的反射眩光、酸碱度、视物的清晰度以及人体健康好坏都会对人眼工作产生关联的影响，所以人眼视疲劳特征虽然特征独立但彼此有很大的关联性。

现有的头佩式显示器，一般包括前壳和后壳，所述前壳与后壳构成一个腔体，在腔体内置有镜架、电路板，在镜架的两端设有图像显示模组，电路板输出端与图像显示模组相接，输入端外接输入电源及音频、视频信号；所述壳体与眼镜佩带机构相接；它是一种光机电紧密结合的显示装置，微显示光学系统生成虚拟图像，这些图像成像在镜体的内部，观看者可看到与实物显示屏相同的放大虚像。目前市场上头佩式显示器多种多样，如头盔式、头戴式、眼镜式显示器等。由于设计上的原因，这些产品都有一个共同的缺陷，就是观看图像时间不宜太长，易引起眼睛不适和产生视疲劳；以及佩带时会产生鼻梁压迫感的问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是克服上述缺点，提供一种防止佩带头佩式眼镜显示器视疲劳的方法，以及能长时间观看而不引起眼睛视疲劳的头佩式眼镜显示器。

本发明还有一个发明目的：它可减轻鼻梁压迫感的产生。

本发明的技术方案是：一种防止佩带头佩式眼镜显示器视疲劳的方法，保持系统成像在人眼前方0.7m至2.5m处之间；且左右眼看同样的物体，双眼屈光度一致；使系统成像的上边缘与人眼的水平视线平齐或在水平视线下方；保持水平视线与图像平面的法线之间的夹角α在-10度至-25度之间；以及避免外界环境强反射眩光并不让光直射眼睛。只有这样才能保持长时间观看图像，而可避免视疲劳。

本发明所公开的一种头佩式眼镜显示器，包括前壳和后壳，所述前壳与后壳构成一个镜体，在镜体内置有镜架、电路板，在镜架内设有图像显示晶片、光学透镜，电路板输出端与图像显示晶片相接，输入端外接输入电源及音频、视频信号；所述镜体与眼镜佩带机构相接；其特征在于：所述镜体的视窗平面的法线与水平视线之间的夹角α为-10°至-25°之间。

所述镜体的视窗平面的法线与水平视线之间的最佳夹角α为-15°。

所述视窗平面的上边缘位于水平视线之下。

所述镜架由两部分组成，两部分之间通过锯齿调节瞳距。

在镜架的相对侧各设有两个干字形螺杆，所述镜架的透镜支架的U形侧耳卡在干字形螺杆调节槽内。

所述眼镜佩带机构为镜腿，所述镜腿位于所述壳体两端。

所述电路板的电源及电信号的外接接口位于所述镜腿前端的一侧；所述电路板的音量、亮度调节按钮位于所述镜腿前端的另一侧。

在所述镜腿中部还设有头顶吊带。

所述镜体两端各设一转轴，在所述镜腿前端设有轴孔，镜体上的转轴套在所述轴孔内，用以调节镜体的视窗平面的法线与水平视线之间的夹角α。

所述眼镜佩带机构为头盔。

所述眼镜佩带机构为头带环，所述头带环通过联接铰链与后壳中部相连。

本发明由于采用了所述视窗平面的法线与水平视线之间的夹角α为-10°至-25°之间和所述视窗平面的上边缘位于水平视线之下的方法及结构，这样，可以保证眼睛能长时间观看图像而不引起眼睛视疲劳；另外由于采用了镜腿中部还设有头顶吊带或头盔式的结构，这样，可以消除或减轻鼻梁压迫感。

附图说明

图1、为本实用新型一种实施例眼镜式显示器的立体分解示意图；

图2、为图1所示实施例组合后立体结构示意图；

图3、为图1所示实施例组合后侧面结构示意图；

图4、图1中镜体后侧面主视示意图；

图5、图1中镜架的分解示意图；

图6、图1中镜架后侧面主视示意图；

图7、另一种镜体实施例的立体结构示意图；

图8、本实用新型另一种实施例头带式显示器的立体结构示意图；

图9A、传统的头盔式显示器的立体结构示意图；

图9B、本实用新型改进后的盔式显示器的立体结构示意图。

具体实施方式

为了在观看近物时将眼睛视疲劳减到最小，应保持适当的视物距离(大于50cm)，最好将视物放在人眼前方0.7m至2.5m处，且左右眼看同样的物体，双眼所看到的图像尽可能一致，或相差不大于5％(眼视学认为)，当然对单眼工作情况来说这种屈光不平衡引起的疲劳是很明显的；人眼工作保持在第一眼位，此时眼外肌处于协同工作状态，并使视物落在人眼前方水平±26度范围内，单眼-10度至26度，眼睛在看前方无穷远处时眼球水平方向视轴各外斜13度，同时使视物或图像的上缘平齐于人眼的水平视线或下方；保持竖直方向一定的视角，避免外界环境强反射眩光并不让光直射眼睛，眼睛水平视线与图像平面的法线之间的夹角最好在10度至25度之间；观看的物体图像有足够清晰，亮度在300Lx至500Lx之间等。只有这样才能保持长时间观看图像，避免视疲劳。

头佩式显示器设计原则：

头佩式显示器镜架变焦(物距)和变瞳距设计

光学系统设计好后，为了使图像成像在0.7m～2.5m之间，通过调节图像源前后位置即改变一定的物距，可以得到不同大小尺寸及不同成像距离的图像，从而改善眼睛的屈光度。同时由于东西方人及年龄大小区别，人眼瞳距变化很大，16岁以上或东西方成人通常在59mm至66mm之间。在镜架设计时应尽可能使瞳距设计的可以改变，以适合不同群体人员佩戴，从而克服双眼视像融合的疲劳和集合度的不适。

镜体观看窗口平面与人眼水平线之间夹角选择

在眼镜式显示器设计时，通常两个镜腿佩戴角度与人眼水平线有0度至5度左右的夹角，为β角，观看窗口的上缘最好与镜体佩戴的水平线平齐，这样画面成像通常可以处在水平视线的下方，欲使视轴与水平线夹角为-10度至～25度，所以视窗平面与水平线夹角为65度至80度，通常可将镜腿与视窗平面法线的夹角取-10度至-15度，同时可以保证外观的美感。

佩戴窗口位置中心计算

让人看到最完整的、正面的光学图像，在选择正确的视角区同时，应将图像观测窗口的垂直法线与人眼视轴重合，处在人眼水平视线前下方-10度至-25度之间的区域，L：为瞳距离为15mm～25mm，X：为视窗中心轴点至观看水平线的距离等于L*tanα，3.5mm至11.6mm之间，在具体设计时进行优化。

下面为几种头佩式显示器的实施例：

为了更清楚地说明本发明的结构，现将附图中的图例作统一说明：

1、镜体；

11、镜体前壳；

111、前壳立柱；112、前壳卡脚；

12、镜体后壳；

121、视窗平面；122、螺孔；123、旋转座；

124旋转座孔；

2、PCB板；

3、显示模组；

31、显示晶片；32、光学透镜

4、镜架；

41、镜架下支架；

42、光学透镜框；

421、侧耳；422、侧耳U形槽；

43、干字螺丝；

干字螺丝调节槽；

44、瞳距调节齿；

5、右镜腿；

51、亮度、音量按钮；

52、按键板；

521、按键板固定孔；

53、右镜腿饰盖；

531、右镜腿饰盖立柱；

54、右耳机卡位；55、右头顶吊带孔；56、右镜腿固定螺丝孔；57、右镜腿主干；

6、左镜腿；

61、镜体接口板；

611、接口板螺孔；

62、左镜腿饰盖；

63、左镜腿固定立柱；

64、左耳机卡位；65、左头顶吊带孔；66、左镜腿主干；

67、左耳机；

7、鼻梁架；

8、水平视线；

9、窗口平面法线；

10、窗口上缘线；

101、头顶吊带；

102、旋转铰链；

103、头佩后带

104、头盔。

请参见图1和图2，它是一种头佩式眼镜显示器，包括镜体1和右镜腿5和左镜腿6，所述镜体1包括镜体前壳11、镜体后壳12，镜体前壳11和镜体后壳12通过镜体前壳11上的前壳立柱111和前壳卡脚112，与位于镜体后壳12上的螺丝孔122与卡槽固定连接，构成一个可以容物的镜体1；在镜体1中有镜架4、PCB板2、由显示晶片31与位于其前侧的光学透镜32组成的显示模组3，光学透镜32和显示晶片31装在镜架4的光学透镜框42内，光学透镜框42固定在眼镜下支架41上；PCB板2的输入端与镜体接口板61相接，镜体接口板61与外接信号源相接，其输出端与显示模组3相接；在镜后壳12后侧有视窗平面121，在视窗平面121之间布置有鼻梁架7。左镜腿6包括镜腿主干66、镜体接口板61、左镜腿饰盖62；在镜体接口板61上接口板螺孔611，用于与左镜腿主杆66上的左镜腿固定立柱63固接，在左镜腿主杆66尾端有左耳机卡位64，用于卡接左耳机67，左镜腿饰盖62扣在左镜腿主干66前端，在左镜腿主干66上有左头顶吊带孔65用于连接头顶吊带101相接；右镜腿5包括镜腿主干57、按钮51、按键板52、右镜腿饰盖53；在右镜腿饰盖53上有右镜腿饰盖立柱531，在按键板52有按键板螺孔521，右镜腿饰盖立柱531和按键板螺孔521通过右镜腿主干57上的螺丝孔56将三者固定在一起，在右镜腿主杆57尾端有右耳机卡位54，用于卡接左耳机；在左右镜腿主干57上有右头顶吊带孔55，用于与头顶吊带101相接，头顶吊带101的主要作用是减轻镜体1对人的鼻梁的压力。外接电源、视音频信号经过镜腿上的接口板61送到PCB板2，驱动显示晶片31显示图像及音频功放工作，镜架4上的光学透镜32对晶片图像进行放大，从而能看到虚拟大图像，耳机安装在两侧的镜腿末稍，右侧镜腿上的按键板51实现对PCB板2的音量、亮度、禁音等控制。

请参见图3，图3为图1所示实施例组合后侧面结构示意图；对于本实用新型来说，要想达到长时间佩带而不产生视疲劳，最好要将水平视线8与镜体后壳12的图像窗口121的法线9之间的夹角α设计为在-10度至-25度；所谓法线9是指图像窗口121的平面垂直的直线；另外，镜体后壳12的图像窗121的上缘延长线10最好位于水平视线8的下方，此点请参见图4。

请参见图5，图5为图1中镜架4的分解示意图；从图可知，镜架4设有调焦结构，所述调焦结构包括干字形螺丝43，在干字形螺丝43上有干字螺丝调节槽431，在所述光学透镜框42的相对两外侧各有一个侧耳421，在侧耳421上有侧耳U形槽422，干字螺丝调节槽431与侧耳U形槽422卡接，干字形螺丝43的螺杆与镜架下支架41前侧的螺孔411丝接，旋转干字形螺丝43，就可调节位于光学透镜框42内的光学透镜32与显示晶片31的相对距离，而达到调焦的目的。

请参见图6，图6为图1中镜架后侧面主视示意图；从图可知，在镜架下支架41上有用于调节瞳距的瞳距调节齿44，用于调节镜架的瞳距，以适合东方或西方人的瞳距要求，或者适合个体的瞳距要求。

请参见图7，图7为另一种镜体实施例的立体结构示意图，与图1所示实施例相比，其大体结构相同，所不同的是，镜体1与镜腿之间的连接采用旋转方式，即包括一个旋转连接块123，在旋转连接块123上有一旋转轴孔124，用于与镜上的相应轴活动连接，从而使图像窗口121的法线9与水平视线8之间的角度α在-10度至-25度之间。

请参见图8，图8为本实用新型另一种实施例头带式显示器的立体结构示意图；本实施例与图1所示实施例相比，其大体结构相同，所不同的是，在镜腿5、6尾端接有头佩后带103，以方便眼镜佩带；另外，所述镜体1处于镜腿下方，通过旋转铰链102连接，以达到使水平视线8与法线9的夹角α在-10度至-25度之间；并保证镜体后壳12的图像窗口121的上缘延长线10最好位于水平视线8的下方。

请参见图9，其中图9A为传统的头盔104式显示器的立体结构示意图；图9B为本实用新型改进后的盔式104显示器的立体结构示意图；改进前，视窗位置图像窗口中心线齐平于水平视线；图像窗口法线9与水平视线8夹角α为0度；改进后，视窗下移，使图像窗口上缘低于水平视线8，图像窗口法线9与水平视线8的夹角α在-10度与-25度之间。

验证结果：

为了验证以上设计的准确性，我们在市场上找到了一款有代表性的眼镜式显示器与本发明的产品作了佩戴测试；

测试对象：40岁以上敏感人群(眼球晶状体弹性减弱一半，易屈光度疲劳)，人数：15人；

现有产品(样机1，下同)：型号EMG-01，23万象素，眼镜式显示器特征，图像清晰，但镜腿与观测窗口垂直，视轴与窗口法线夹角0度，左右图像窗口上边缘高于水平线，正常佩戴时观看窗口图像画面不全，佩戴时需矫正；

本发明产品(样机2，下同)：镜腿水平方向与观测窗口法线夹角15度，即水平视线与窗口法线夹角15度，左右图像窗口上边缘平齐于水平线，内设有瞳距调整结构。

播放图像：山水画面及轻音乐；

佩戴方式：为了作上述测试，佩戴时分别根据要求特殊佩戴处理，调整镜腿在头部位置，从而使满足下视角相应度数并使图像显示窗口垂直中心轴线与人眼视线保持一致，观看中可以眨眼以防眼睛干涩等。

测试对比结果见下表：

表1：将15人分成5组进行抗疲劳测试，时间每组每项目限定3小时，

结论：从上述测试数据中我们不难发现样机1(现有产品)佩戴装置在设计位佩戴视疲劳严重不正常，样机2(本发明产品)的佩戴方式测试数据表明，视疲劳有明显的改善。

所以，头佩式显示器佩戴装置设计的优劣对人眼影响很大，当采用正确设计方法后，视疲劳现象有很大改进，将头佩显示器系统成像在0.7m至2,5m之间，保持双目屈光的平衡，眼睛视轴与眼镜显示器观看窗口法线轴竖直方向夹角设计为-10度至25度之间，同时将观看窗口的上缘平齐或低于人眼的水平视线，以及配合人眼瞳距不同采用可变瞳距镜架等，这种防止视疲劳的综合处理方法及依此方法所生产的产品是值得信赖和推荐的。

Claims (5)

1.一种头佩式眼镜显示器，包括前壳和后壳，所述前壳与后壳构成一个镜体，在镜体内置有镜架、电路板，在眼镜架内设有图像显示晶片、光学透镜，电路板输出端与图像显示晶片相接，输入端外接输入电源及音频、视频信号；所述镜体与眼镜佩带机构相接；其特征在于：所述镜体的视窗平面的法线与水平视线之间的夹角α为-10°至-25°之间，所述镜架由两部分组成，两部分之间通过锯齿调节瞳距，在镜架的相对侧各设有两个干字形螺杆，所述镜架的透镜支架的U形侧耳卡在干字形螺杆调节槽内，所述电路板的电源及电信号的外接接口位于所述镜腿前端的一侧；所述电路板的音量、亮度调节按钮位于所述镜腿前端的另一侧，所述镜体两端各设一转轴，在所述镜腿前端设有轴孔，镜体上的转轴套在所述轴孔内，用以调节之间图像观察器的视窗平面的法线与水平视线之间的夹角α。

2.根据权利要求1所述的头佩式眼镜显示器，其特征在于：所述视窗平面的上边缘位于水平视线之下。

3.根据权利要求1所述的头佩式眼镜显示器，其特征在于：在所述镜腿中部还设有头顶吊带。

4.根据权利要求1所述的头佩式眼镜显示器，其特征在于：所述眼镜佩带机构为头盔。

5.根据权利要求1所述的头佩式眼镜显示器，其特征在于：所述眼镜佩带机构为头带环，所述头带环通过联接铰链与后壳中部相连。

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