專利名稱：雙目鏡觀察系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及雙目鏡觀察系統(tǒng)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
信息存儲(chǔ)和處理、聲音和圖像的電子記錄、電子通信和電子娛樂系統(tǒng)已經(jīng)變得很普遍，這些技術(shù)的便攜式應(yīng)用正在迅速發(fā)展。已經(jīng)有對(duì)單目鏡光學(xué)觀察系統(tǒng)集成到或可連接到眼鏡上的描述。例如，參見美國(guó)專利US 5886822。也已經(jīng)知道將兩個(gè)單目鏡觀察器形成雙目鏡觀察器。例如，在美國(guó)專利US 6349001 B1的圖21中和美國(guó)專利US 6091546的圖21中示出一種雙目鏡眼鏡顯示器。在形成雙目鏡觀察器的方法中，沒有教導(dǎo)連接兩個(gè)目鏡的鼻架的細(xì)節(jié)。
通常，將雙目鏡觀察系統(tǒng)的光學(xué)部件連接到鏡架結(jié)構(gòu)上，該鏡架結(jié)構(gòu)延伸跨過面部并位于用戶的眼睛前面。美國(guó)專利US 5129716是可佩戴的立體顯示設(shè)備的一個(gè)實(shí)例，其利用延伸跨過面部并位于眼睛前面的透明鏡架，但是該鏡架不對(duì)從圖像顯示器到眼睛的透射光執(zhí)行光學(xué)功能。取而代之的是，圖像顯示器的光學(xué)系統(tǒng)中的光學(xué)部件與鏡架分開，鏡架用于安裝和支承這些光學(xué)部件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及雙目鏡觀察系統(tǒng)，其提高對(duì)用戶的舒適性和可用性，特別是對(duì)于諸如DVD和其他視頻觀察的應(yīng)用，在觀察中，用戶佩戴該單元一段時(shí)間。通過提供一種雙目鏡觀察系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)這些目的，其中光學(xué)部件是自承重的，并且不需要連接到面部前面的鏡架上。位于側(cè)面的鏡腿部件在用戶的耳朵上支承該雙目鏡觀察系統(tǒng)。該雙目鏡觀察系統(tǒng)也考慮不同用戶之間的瞳距差。還可以對(duì)小于光學(xué)無窮遠(yuǎn)的舒適距離處的虛像的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)。該雙目鏡觀察系統(tǒng)還可以為具有不完全視力的用戶提供焦點(diǎn)調(diào)節(jié)和視力矯正。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的雙目鏡觀察系統(tǒng)提供通過鼻架連接的左眼和右眼顯示器。例如通過提供可相對(duì)于該鼻架滑動(dòng)的光導(dǎo)管元件來調(diào)節(jié)每個(gè)顯示器，這允許根據(jù)各種瞳距而進(jìn)行調(diào)節(jié)。可以以降低成本和減輕重量的方式來制造該雙目鏡觀察系統(tǒng)。
在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的雙目鏡觀察系統(tǒng)可通過將用戶看到的虛像的位置固定在小于無窮遠(yuǎn)的位置來適應(yīng)具有一定瞳距范圍的用戶。在一個(gè)實(shí)施例中，每只眼睛的顯示器組件的光軸設(shè)置為朝中心移動(dòng)虛像。在另一個(gè)實(shí)施例中，在鼻架元件中提供樞軸點(diǎn)。
在本發(fā)明的另一方面，該雙目鏡觀察系統(tǒng)結(jié)合面部曲率以更舒適地配合用戶的頭部，并接近用戶的眼睛放置電子顯示元件，或者在視線中，或者在該鼻架元件中。


根據(jù)下面結(jié)合附圖所進(jìn)行的詳細(xì)描述將更充分地理解本發(fā)明，在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的雙目鏡觀察系統(tǒng)的示意性俯視圖；圖2示意性地表示供圖1的雙目鏡觀察系統(tǒng)使用的環(huán)視(see-around)光學(xué)部件；
圖3示意性地表示供圖1的雙目鏡觀察系統(tǒng)使用的直視(see-through)光學(xué)部件；圖4A是圖3的雙目鏡觀察系統(tǒng)的側(cè)視圖；圖4B是將彈簧載荷結(jié)合到通道中的圖3所示雙目鏡觀察系統(tǒng)的側(cè)視圖；圖5示意性地表示安裝在外殼中的圖3的雙目鏡觀察系統(tǒng)；圖6A是向圖3的雙目鏡觀察系統(tǒng)增加矯正透鏡的眼鏡架的分解圖；圖6B是圖6A中的眼鏡架和矯正透鏡裝配之后的視圖；圖6C是表示圖3所示雙目鏡觀察系統(tǒng)的底架的眼鏡架和矯正透鏡的側(cè)視圖；圖7表示組合有圖6所示眼鏡架的雙目鏡觀察系統(tǒng)；圖8表示安裝到?jīng)]有附加矯正透鏡的眼鏡架上的雙目鏡觀察系統(tǒng)；圖9示意性地表示供雙目鏡觀察系統(tǒng)使用的焦點(diǎn)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；圖10是圖9的焦點(diǎn)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的橫截面視圖；圖11A表示雙目鏡觀察系統(tǒng)的光導(dǎo)管，其包括整體的安裝軌道；圖11B表示雙目鏡觀察系統(tǒng)的光導(dǎo)管，其包括整體的安裝軌道和電路系統(tǒng)空腔；圖12表示在鼻架上具有電路系統(tǒng)空腔的雙目鏡觀察系統(tǒng)；圖13表示在鏡腿中具有服務(wù)回路空腔的雙目鏡觀察系統(tǒng)；圖14是由具有一定瞳距范圍的人所能看見的雙目鏡觀察系統(tǒng)的示意性俯視圖；圖15是圖14的雙目鏡觀察系統(tǒng)的另一個(gè)頂視圖；圖16A和16B是具有可樞轉(zhuǎn)的瞳距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的雙目鏡觀察系統(tǒng)的另一實(shí)施例的示意圖；圖17是由具有一定瞳距范圍的人所能看見的雙目鏡觀察系統(tǒng)的再一實(shí)施例的示意圖；圖18是圖17所示雙目鏡觀察系統(tǒng)的另一實(shí)施例的示意性正視圖；圖19是圖18的雙目鏡觀察系統(tǒng)的側(cè)視圖；圖20是圖18的雙目鏡觀察系統(tǒng)的俯視圖；圖21是結(jié)合面部曲率的雙目鏡觀察系統(tǒng)的示意圖；圖22是結(jié)合面部曲率的雙目鏡觀察系統(tǒng)的另一實(shí)施例；圖23是結(jié)合面部曲率和寬視場(chǎng)的雙目鏡觀察系統(tǒng)的再一個(gè)視圖；圖24是具有較高放大率的另一個(gè)雙目鏡觀察系統(tǒng)的示意圖；圖25是圖24的雙目鏡觀察系統(tǒng)的光學(xué)部件的示意圖；圖26是圖24的雙目鏡觀察系統(tǒng)的光學(xué)部件的另一個(gè)實(shí)施例的示意圖；圖27是圖24的雙目鏡觀察系統(tǒng)的光學(xué)部件的再一個(gè)實(shí)施例的示意圖；圖28是具有高放大率的雙目鏡觀察系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例的示意圖；圖29是圖28的雙目鏡觀察系統(tǒng)的光學(xué)部件的示意圖；圖30是圖28的雙目鏡觀察系統(tǒng)的光學(xué)部件的另一個(gè)實(shí)施例的示意圖；圖31是根據(jù)本發(fā)明的整個(gè)雙目鏡觀察系統(tǒng)的實(shí)施例的示意圖；圖32是觀察系統(tǒng)的示意圖，其結(jié)合了本發(fā)明雙目鏡觀察系統(tǒng)；以及圖33是圖32的接口控制器的方框圖。
具體實(shí)施例方式
圖1表示根據(jù)本發(fā)明的雙目鏡觀察系統(tǒng)的第一實(shí)施例。該雙目鏡觀察系統(tǒng)具有一對(duì)顯示器組件5，一個(gè)用于右眼，一個(gè)用于左眼。每個(gè)顯示器組件都包括電子顯示元件30，如本領(lǐng)域已知的LCD或其他器件。每個(gè)顯示元件還包括透明的光導(dǎo)管元件10。一個(gè)光導(dǎo)管元件包括多個(gè)光學(xué)部件，其中包括目鏡組件，將來自顯示元件的圖像傳送到用戶的右眼，另一個(gè)光導(dǎo)管元件包括多個(gè)光學(xué)部件，其中包括目鏡組件，將來自顯示元件的圖像傳送到用戶的左眼。例如，參考圖2，在環(huán)視方法中，轉(zhuǎn)向反射鏡20和目鏡30形成由透明機(jī)械導(dǎo)管10支承的目鏡組件，使光從顯示器30透射到眼睛，如光線35所表示的。如圖3所示的另一個(gè)例子，在直視方法中，來自顯示器30的光線35通過導(dǎo)管10傳遞(relay)到偏振光分束器45，到達(dá)聚焦反射鏡60，并通過該分束器返回。光兩次穿過四分之一波片46，因此由分束器45反射，并傳遞到眼睛。
該雙目鏡觀察系統(tǒng)是可調(diào)節(jié)的，以便適合寬范圍的人。更特別的是，該觀察系統(tǒng)具有用于調(diào)節(jié)瞳距(IPD)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。IPD是用戶瞳孔之間的距離，其必須與該觀察系統(tǒng)的目鏡組件的光瞳之間的距離大致對(duì)準(zhǔn)。
雙目鏡系統(tǒng)需要將圖像傳遞給左眼和右眼的光學(xué)子系統(tǒng)以精密公差對(duì)準(zhǔn)。在物平面中的垂直位移必須小于30微米，左眼和右眼的中心光線的角距應(yīng)小于沿垂直軸的弧的5分。該系統(tǒng)的IPD調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)能夠保持這種對(duì)準(zhǔn)。
本發(fā)明的IPD調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括鼻架元件，其保持在用戶鼻子上方居中的位置。右和左顯示器組件可移動(dòng)地安裝到該鼻架元件上。該右和左顯示器組件以及鼻架元件自承重地跨在用戶的面部上，不需要為此目的而連接到面部前面的鏡架上。在該右和左顯示器組件的相對(duì)端提供鏡腿部件，用以將該雙目鏡觀察系統(tǒng)架在用戶的耳朵上。除了安裝矯正透鏡之外，還可以提供鏡架，這在下面進(jìn)一步描述。
更特別地參考圖1、4A和5，在IPD調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中的優(yōu)選實(shí)施例包括架在鼻子上的連接軌道100。軌道110沿著透明的塑料光導(dǎo)管的頂(或底)面而安裝到該導(dǎo)管上。軌道110包括如鳩尾槽或其他斜面的通道，該通道與連接軌道100互鎖，如圖4中的橫截面視圖所示。因此，光導(dǎo)管能夠自由地水平移動(dòng)但不能轉(zhuǎn)動(dòng)。
在可替換的實(shí)施例中，接頭可以是彈簧加載的或者以其他方式偏置，從而迫使帶倒角的邊緣共同沿著一側(cè)，以將制造公差考慮進(jìn)去。在圖4B所示的實(shí)施例中，彈簧111迫使連接軌道緊靠帶鳩尾槽的通道的一側(cè)，使得在軌道110中的鳩尾槽稍大于連接軌道100時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)最小。圖4B中示出線繞式壓縮彈簧；應(yīng)該理解，可以使用復(fù)式彈簧和其他類型的彈簧，如板簧，以便迫使該連接軌道緊靠通道表面。
要注意，這些軌道的實(shí)施例也可以具有彎曲通道，光導(dǎo)管具有相匹配的彎曲，從而當(dāng)通過沿軌道的運(yùn)動(dòng)而調(diào)節(jié)IPD時(shí)，可略微改變光學(xué)會(huì)聚角(在圖15中的γ)。這具有以下好處，即，使IPD范圍內(nèi)的會(huì)聚距離和焦平面距離更好地匹配，從而使這兩個(gè)距離的差異最小。
鼻墊210連接在軌道100上。(參見圖1和圖5。)這些鼻墊210確保在右和左顯示器組件沿該軌道自由滑動(dòng)時(shí)該軌道保持在用戶鼻子上方的中心，從而調(diào)節(jié)IPD。
導(dǎo)管10和軌道110可以形成為單獨(dú)的部件，通過膠粘或焊接將其接合，或者可以整體地形成；例如，如果光導(dǎo)管是注射模塑而成，那么該軌道可以形成為模塑工藝中的材料的一部分。可替換的是，可以將必需的倒角加工在導(dǎo)管內(nèi)?？梢允褂萌魏芜m當(dāng)?shù)牟牧?，如適合于光學(xué)用途的塑料，如本領(lǐng)域所公知的。
還要注意，滑動(dòng)軸可以不必與光軸對(duì)準(zhǔn)。光軸可以傾斜，使眼睛看到位于固定距離處的立體圖像。但是，光導(dǎo)管10的平移，更特別的是光學(xué)系統(tǒng)的光瞳的平移應(yīng)該垂直于用戶注視遠(yuǎn)距離目標(biāo)時(shí)的視線，并且應(yīng)該在水平面中。對(duì)準(zhǔn)軌道可以置于光學(xué)元件的頂面或底面上，或者置于這兩個(gè)表面上。
本發(fā)明的系統(tǒng)比現(xiàn)有技術(shù)的光學(xué)系統(tǒng)有改進(jìn)，在現(xiàn)有技術(shù)的光學(xué)系統(tǒng)中，光瞳足夠大而不需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，但是光學(xué)系統(tǒng)必須很大并且很重。本發(fā)明的系統(tǒng)通過將較小的更適當(dāng)尺寸的光學(xué)系統(tǒng)與IPD調(diào)節(jié)相結(jié)合來提供更舒適的設(shè)計(jì)。
在上述附圖中所示的系統(tǒng)可以任意地安裝到外殼200中，如圖5中所示。該外殼可以具有軌道或其他結(jié)構(gòu)，用以滑動(dòng)前述光學(xué)系統(tǒng)的座架從而將對(duì)準(zhǔn)和調(diào)節(jié)系統(tǒng)集成在外殼中。鏡腿220可以連接到外殼上。鏡腿可包括音頻轉(zhuǎn)換器。
參考圖6A-C、7和8，提供一種雙目鏡觀察系統(tǒng)，該系統(tǒng)允許對(duì)用戶的不完全視力進(jìn)行額外的矯正。該觀察系統(tǒng)安裝到眼鏡架上，眼鏡架設(shè)計(jì)為可以安裝鏡片來矯正用戶的視力。該鏡架可以設(shè)計(jì)成無論是否安裝矯正鏡片都具有吸引人的外觀。
圖6A示出一種鏡架300，其保持住眼鏡光學(xué)系統(tǒng)，并且由圖1-5中所示的雙目鏡光學(xué)系統(tǒng)來支承。該眼鏡架具有可拆卸的鏡片保持器320，當(dāng)安裝鏡片313時(shí)，該鏡片保持器是套環(huán)的一部分，在不安裝鏡片時(shí)不使用該鏡片保持器。鏡架300制成看上去很有吸引力，甚至在沒有鏡片313和鏡片保持器320時(shí)也如此。通過鉸鏈310和鼻墊處的小螺釘312連接鏡片保持器320(左和右)，該鼻墊配合到鏡片保持器320中的分接頭部分(tapped section)311中。圖6B示出帶有鏡片的眼鏡架，圖6C示出已安裝雙目鏡觀察光學(xué)系統(tǒng)的側(cè)視圖。
圖7示出安裝有矯正鏡片和雙目鏡觀察光學(xué)系統(tǒng)的不同樣式的眼鏡架。鏡片330矯正用戶的視力。這些鏡片安裝在鏡架中，因此位于該觀察光學(xué)系統(tǒng)和用戶的眼睛之間。圖8示出沒有矯正鏡片的該系統(tǒng)。這樣，盡管這些附圖示出了常規(guī)的眼鏡，但是也可以將鏡架設(shè)計(jì)為在帶有或不帶有鏡片時(shí)都是時(shí)髦且吸引人的。鏡架可以由模制塑料、機(jī)加工的金屬制成，或者由眼鏡架領(lǐng)域中已知的其他材料和工藝制成。
圖6C示出說明光學(xué)系統(tǒng)325的外殼連接到鏡架300的側(cè)視圖?？梢允褂迷S多方法將鏡架300與光學(xué)系統(tǒng)相連，包括用于可調(diào)性的球窩接合或樞轉(zhuǎn)接合，以及其他連接方法，如機(jī)械、夾緊或磁支架。
鏡架300可以在鼻梁元件處連接到光學(xué)系統(tǒng)325，從而可以調(diào)整IPD，而不會(huì)對(duì)由鏡架300強(qiáng)加的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行任何限制?？商鎿Q的是，該鏡架可具有可滑動(dòng)的鼻架或其他調(diào)節(jié)裝置，從而能夠在鏡腿處由光學(xué)系統(tǒng)325支承鏡架300，而不會(huì)限制該光學(xué)系統(tǒng)的IPD調(diào)節(jié)。鏡架300和相聯(lián)的矯正眼鏡片也可以與將要描述的任何其他實(shí)施例一起使用。
另外，左和右鏡片保持器320可形成為單個(gè)鏡片保持器，其保持住兩個(gè)鏡片，其中，鏡片可以是半持久地固定在套環(huán)保持器中。這種鏡片保持系統(tǒng)能夠以許多方式安裝到鏡架300上，包括使用如前所述的螺釘、使用夾緊裝置、磁鐵或其他連接機(jī)構(gòu)。這一特征允許許多用戶使用鏡架300，每個(gè)用戶都可以在使用該系統(tǒng)時(shí)安裝自己的眼鏡片。
矯正用戶不完全視力的另一實(shí)施例利用了焦點(diǎn)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，在圖9中示出。通過相對(duì)于該光學(xué)系統(tǒng)移動(dòng)顯示器(例如，液晶顯示器和背照明器)來光學(xué)地獲得這種調(diào)節(jié)。這對(duì)于移動(dòng)物平面的距離并因此移動(dòng)虛像面的距離具有直接的影響?？赏ㄟ^在外殼中設(shè)立機(jī)械固定裝置使用戶調(diào)整該距離來獲得焦點(diǎn)調(diào)節(jié)。該機(jī)構(gòu)必須在不改變顯示器彼此對(duì)準(zhǔn)的情況下移動(dòng)該顯示器。為此，有利的是將顯示器組件直接安裝到光導(dǎo)管的端部，而不使用轉(zhuǎn)向反射鏡40(圖2)。圖9示出這種系統(tǒng)。顯示器安裝在特定外殼420中的特定托架410中，該特定外殼安裝到光導(dǎo)管430上。
通過螺桿450使指輪440與托架410相連。旋轉(zhuǎn)指輪來移動(dòng)該顯示器托架。要注意，顯示器托架的僅僅幾毫米的運(yùn)動(dòng)就可獲得全部聚焦范圍，其具有在大約25cm和無窮遠(yuǎn)之間可調(diào)的虛像距。
圖10示出怎樣將顯示器托架410安裝在形成組件420的外殼中的橫截面視圖。形成的鳩尾通道或其他通道將托架410精確定位在組件420中，其剛性地連接到光學(xué)系統(tǒng)上，以便保持在整個(gè)聚焦范圍內(nèi)的對(duì)準(zhǔn)。對(duì)于液晶顯示器的情況，該外殼包括背面光。在最終的對(duì)準(zhǔn)過程中，將該顯示器膠合或以其他方式固定在該外殼中作為組裝的最后一步。
在制造該雙目鏡觀察系統(tǒng)中希望得到最低的可能成本。如果通過注射模塑法并通過將對(duì)準(zhǔn)、焦點(diǎn)調(diào)節(jié)和易于組裝所需的特征嵌入到部件中，那么可獲得低成本。光導(dǎo)管可形成為一個(gè)部件，其包括用于IPD調(diào)節(jié)所需的鳩尾系統(tǒng)或軌道系統(tǒng)，以及整體目鏡和/或場(chǎng)鏡。對(duì)于不利用IPD調(diào)節(jié)的觀察器，可以在一次注射模塑操作中形成左和右光導(dǎo)管作為一個(gè)整體的部件。
圖11A中示出具有整體軌道550和整體目鏡560的光導(dǎo)管。可增加其他特征來簡(jiǎn)化該光導(dǎo)管在所需外殼中的裝配。例如，可以增加配準(zhǔn)特征，該特征能夠使圖10中的組件420以正確的配準(zhǔn)而咬合到光導(dǎo)管上。然后可以將該導(dǎo)管和外殼膠合或超聲波焊接或其他方式彼此固定。
在一些設(shè)計(jì)中，僅僅具有到達(dá)頭部的一根電纜是有利的。這需要通過導(dǎo)線將左和右顯示器相連，這些導(dǎo)線緊靠該光導(dǎo)管的一側(cè)設(shè)置，優(yōu)選是頂側(cè)或底側(cè)。這些導(dǎo)線可包括柔性電路。可以在注射模塑工藝中形成淺的空腔570，其為柔性電路或其他布線提供空間，如圖11B中所示。一旦插入該柔性電路，空腔就填滿相匹配的適當(dāng)厚度的鳩尾形插入物。
該柔性電路或布線580可以延伸到鼻架582中的空腔581中。參見圖12。可以采用彎曲電路中的服務(wù)回路(service loop)允許布線中的必要松弛，從而允許通過利用前面討論的軌道100和110移動(dòng)導(dǎo)管10來調(diào)節(jié)瞳距?？梢詫⒈羌?82中的空腔形成為允許導(dǎo)管10滑入和滑出該鼻架，例如，由距離590所示的。鼻架582本身被粘合到軌道100上以保持對(duì)準(zhǔn)。該導(dǎo)管和鼻架可以通過注射模塑來制成，以獲得緊密公差和低制造成本。
作為可替換的方案，如圖13中所示，可以在容納顯示器組件420的右和左鏡腿外殼595中放置服務(wù)回路585。在這種情況下，電纜580可以固定到軌道100上。該服務(wù)回路允許導(dǎo)管10相對(duì)于鼻架582移動(dòng)。
在鼻架和其他地方使用空腔可以減少該系統(tǒng)的重量。也可以在光導(dǎo)管中采用空腔，只要適當(dāng)?shù)馗淖冞@些鏡片的焦距。
電子設(shè)備可集成到圖5所示的鏡腿220中。這需要使用如KopinCyberdisplay的微液晶顯示器230，和具有視頻驅(qū)動(dòng)電路和音頻電路的小印刷電路板?？梢酝ㄟ^本領(lǐng)域已知的技術(shù)在鏡腿220中嵌入揚(yáng)聲器和麥克風(fēng)。
圖14和15中示出了由具有一定瞳距范圍的人能觀察的另一個(gè)雙目鏡系統(tǒng)。將顯示器630，如透射液晶顯示器連接到透明的光機(jī)械導(dǎo)管610和目鏡組件620，因此使光線670表示的光從背面光640透過顯示器630和光導(dǎo)管610，并通過組件620傳遞到眼鏡。如果顯示器630是自發(fā)射的，如有機(jī)發(fā)光二極管(oLED)顯示器，那么就不需要背面光640。利用轉(zhuǎn)向反射鏡659反射光，使其通過透鏡660然后到達(dá)眼睛。該轉(zhuǎn)向反射鏡可包括金屬涂層，可利用全內(nèi)反射，或可利用本領(lǐng)域已知的用于反射選定波長(zhǎng)的干涉涂層。鏡片660可以是單鏡片(singlet)、雙鏡片(doublet)、衍射的、全息的或具有改變光的聚散度并允許觀察到位于舒適距離處的虛像的其他性質(zhì)。
如果鏡片660的間距691對(duì)應(yīng)于用戶的瞳距(IPD)，那么朝向眼睛觀察到位于無窮遠(yuǎn)的像的注視方向?qū)⑹侵钡?。在這種情況下，與反射鏡相關(guān)聯(lián)的角度α和β都是45°。但是，本發(fā)明通過調(diào)整虛像的位置使該像看上去不是位于無窮遠(yuǎn)來提供對(duì)于該系統(tǒng)的改進(jìn)。這在向用戶提供在25cm和5m之間的舒適視距處的虛像的任何系統(tǒng)中都是重要的。在該范圍中，用戶以幾種方式觀察距離，包括(在其他方式中)通過用戶注視的會(huì)聚來判斷距離(如通過眼睛轉(zhuǎn)動(dòng)所確定的)，以及通過判斷焦平面(通過使眼睛聚焦的肌肉的位置所確定的)來判斷距離。為了產(chǎn)生以一定深度觀察到的舒適的像，眼睛應(yīng)該轉(zhuǎn)動(dòng)到用于觀察位于該距離處的實(shí)物的近似角度。規(guī)定注視的會(huì)聚在用于3-D立體像的顯示器中也是重要的。
如果用戶兩只眼睛的注視方向平行，那么觀察到位于無窮遠(yuǎn)的虛像。如圖15所示，對(duì)于兩只眼睛的注視方向會(huì)聚的情況下，在離開觀察者的距離105處形成虛像。可以僅僅通過朝中心稍微移動(dòng)每只眼睛中的虛像來改變?cè)撎撓竦奈恢?。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，顯示器630相對(duì)于目鏡組件620的光軸移動(dòng)。如果鏡片660提供可接受的離軸性能，例如，如利用適當(dāng)?shù)姆乔蛎骁R片設(shè)計(jì)所產(chǎn)生的，那么該用戶觀察到位于距離105的像。應(yīng)該例如通過在組裝過程中固定或通過如上所述的機(jī)構(gòu)相應(yīng)地調(diào)節(jié)該焦點(diǎn)，從而焦距和會(huì)聚距離之差最小。鏡片的光學(xué)間隔106設(shè)定為可以小于用戶IPD107的距離。因此，如圖15中所示，眼睛以角度γ轉(zhuǎn)向虛像。鏡片660的直徑允許由具有一定IPD范圍的人觀察到該像。
距離109可以是可調(diào)的，以適應(yīng)用戶的IPD范圍，對(duì)于較大的IPD，該距離較大，對(duì)于較小的IPD，該距離較小。這樣，可以使用將觀察器保持在頭部的鏡架中的可調(diào)固定裝置來改變距離109，允許由不同IPD的人舒適地使用該觀察設(shè)備。例如，如果將虛像距105設(shè)定為1m，并且將鏡片間距106設(shè)定為60mm，那么在25mm范圍內(nèi)調(diào)整距離109將提供從60mm到61.5mm的IPD范圍。
圖16A和16B示出可替換的實(shí)施例，其中，在觀察者的鼻架中安裝樞軸點(diǎn)120。在這種情況下，角γ與該樞軸點(diǎn)處引入的角相加，引起光軸更大的變化，因此引起該虛像的視距105′的大變化?？梢允褂眠@種類型的樞轉(zhuǎn)來使觀察設(shè)備更適合于具有大IPD107′的人。
圖17中示出將圖15、16A和16B所示發(fā)明組合的另一個(gè)實(shí)施例，通過利用光軸朝中心的定量?jī)A斜來形成不位于無窮遠(yuǎn)的固定且會(huì)聚的虛像的系統(tǒng)。在這種情況下，通過相對(duì)于朝無窮遠(yuǎn)的點(diǎn)的注視方向來調(diào)節(jié)反射鏡659的角α，以及目鏡和顯示器的相關(guān)聯(lián)的光軸來得到傾斜。在這種情況下，光軸上的反射全角β可以保持90°，但是角α小于45°。這具有在允許鏡片和顯示器保持幾乎或完全軸向時(shí)使光學(xué)系統(tǒng)傾斜的作用。這種設(shè)計(jì)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，左和右眼虛像很容易會(huì)聚在1m和2m之間的舒適視距處。
無論透明光導(dǎo)管610是否用在光學(xué)設(shè)計(jì)中，都可以應(yīng)用圖15、16A、16B和17中示出的這種類型的光學(xué)傾斜。例如，在圖18和19中，示出了利用目鏡620、顯示器630和背面光640，但不使用光導(dǎo)管的簡(jiǎn)化眼鏡顯示器設(shè)計(jì)。在這種情況下，兩個(gè)目鏡從機(jī)械支架175上懸下，該機(jī)械支架也承載布線和IPD調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)(如果使用的話)。圖20示出俯視圖，其示出依照?qǐng)D16A、16B中的本發(fā)明的光軸傾斜。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，通過適當(dāng)?shù)馗淖冊(cè)摴鈱W(xué)系統(tǒng)可以增加遵循面部的光學(xué)系統(tǒng)的曲率(所謂的“面部曲線”)。圖21示出插入到實(shí)心光導(dǎo)管764中的反射鏡762和鏡片760，從而使光線770沿軸向從顯示器傳遞到眼睛。由于用于面部曲線的反射鏡的位置在用于會(huì)聚的相反方向上，因此，在鏡片760之后引入光楔766是有用的。這保持了光學(xué)系統(tǒng)的軸向性質(zhì)，并且可根據(jù)需要調(diào)整光楔766以保證主光線770和該鏡片之間的軸向光學(xué)對(duì)準(zhǔn)。
要注意，該光導(dǎo)管不需要是實(shí)心的；其也可以是空心的以減少重量。如果將該導(dǎo)管制成空心的，那么會(huì)改變光程長(zhǎng)度?？梢圆捎美貌煌咕嗟目商鎿Q鏡片，或者可以采用可替換的設(shè)計(jì)。圖22示出了可替換的方案，其中目鏡760移動(dòng)到鏡腿772。在這種情況下，在約等于目鏡760的焦距的距離774處放置該顯示器。通過反射鏡776和778觀看該虛像，在這種情況下該虛像是遠(yuǎn)距離的。導(dǎo)管764可以是實(shí)心的或空心的。在這種情況下，角α應(yīng)該設(shè)定為使光線770看來似乎來自無窮遠(yuǎn)，并因此平行于注視方向。如圖22中所示，可以將光楔780充分延伸跨過兩眼之間的空間，或者可以只在每個(gè)反射鏡前面提供該光楔。如果將位于眼睛前面的導(dǎo)管的前表面制成為相對(duì)平坦，那么將存在可忽略的畸變。在該實(shí)施例中，可以通過對(duì)反射鏡776部分地鍍銀來制成直視系統(tǒng)，從而透射所需比例的顯示光和環(huán)境光。圖23示出另一個(gè)實(shí)施例，其中在每只眼睛前面提供多個(gè)反射鏡776。如果給這些反射鏡部分地鍍銀，那么光線770將在第一反射鏡776上部分地反射，并且部分地透射到第二反射鏡776。通過調(diào)整鍍銀，光線770可以從所有反射鏡776均勻地透射，這意味著用戶觀看到顯示器730的寬視場(chǎng)。要注意，可以單獨(dú)或結(jié)合使用可替換的涂層，包括干涉涂層、全息圖、二向色涂層等，以產(chǎn)生具有光線770的均勻直視透射和均勻透射的系統(tǒng)。
圖24示出在雙目鏡觀察設(shè)計(jì)中的又一種改進(jìn)。在本發(fā)明中，LCD830被移動(dòng)到鄰近鏡片系統(tǒng)820。光導(dǎo)管810透射來自LED840的光。通過將LCD移動(dòng)到鄰近該透鏡組件，縮短了焦距，這意味著可以獲得更高的放大率。要注意，未包裝的LCD主要是玻璃；因此，如果使用未包裝的LCD，那么它將不會(huì)特別使用戶分散注意力而在鏡片組件820附近看見它。這樣，保持了用戶的環(huán)境視野?；ミB電路系統(tǒng)800、801可以由Kapton柔性電路系統(tǒng)形成，并且可以疊置在光導(dǎo)管810的頂部，并在視野中看不見。
圖25中示出每個(gè)鏡片系統(tǒng)820的光學(xué)設(shè)計(jì)，該圖示出俯視圖，但沒有示出互連800。中心光線870從背面光840通過光導(dǎo)管810傳遞到LCD830。(要注意，如果使用自發(fā)射顯示器，如oLED，那么顯示器830發(fā)出光線870。)光線870從該顯示器傳遞到反射鏡859，隨之反射到目鏡860。該光線從該目鏡傳遞到眼睛。如果從顯示器830到鏡片860的光程等于該鏡片的焦距，那么將在無窮遠(yuǎn)處觀察到像。對(duì)于反射鏡以相對(duì)于顯示器830成45°角設(shè)定的情況，物理路徑長(zhǎng)度將等于導(dǎo)管的寬度889。那么，光程是折射率n除物理長(zhǎng)度889。例如，如果顯示器和物鏡之間的材料858的折射率是1.5，并且物理長(zhǎng)度889是1cm，那么光程是6.7mm。因此，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)非常低的f數(shù)和高放大率。這種系統(tǒng)得益于使用非球面雙透鏡或三聯(lián)體透鏡作為目鏡860來減小像差。目鏡860也可利用在其表面上的衍射元件來進(jìn)一步校正像差。如果需要更長(zhǎng)的焦距，那么材料858可以是空氣(自由空間)，或者可以通過朝背面光840移動(dòng)顯示器或通過在目鏡860和光學(xué)材料858之間增加一個(gè)隔離物來增大目鏡860和顯示器830之間的距離。光學(xué)材料858可包括與光導(dǎo)管810相同或不同的材料。這些材料可包括但不限于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯樹脂、環(huán)氧樹脂、尿烷、環(huán)烯、玻璃和本領(lǐng)域已知的其他光學(xué)材料。
圖26示出利用反射液晶顯示器的等效設(shè)計(jì)，如由Displaytech有限公司、III-V公司和Microdisplay公司制造的。光學(xué)設(shè)計(jì)考慮與圖25中的光學(xué)設(shè)計(jì)考慮類型；但是，對(duì)于反射LCD來說，用偏振光分束器863來代替反射鏡859。分束器863使偏振光傳遞到反射顯示器831。顯示器831使入射到一些像素的光的偏振發(fā)生旋轉(zhuǎn)以形成圖像，其將光反射回到分束器863，該分束器作為觀察系統(tǒng)中的分析器并將來自所需像素的光反射到目鏡860。該系統(tǒng)得益于顯示器831和背面光之間的長(zhǎng)距離，其用于準(zhǔn)直光并提高反差比。也可以在導(dǎo)管810中采用任意的準(zhǔn)直透鏡867，從而進(jìn)一步改進(jìn)照明光的準(zhǔn)直。
如圖27中所示，還可以在導(dǎo)管的入口處采用準(zhǔn)直透鏡867。理想的是，通過采用光導(dǎo)管822的另一部分和轉(zhuǎn)向反射鏡868而將光源840放置在與透鏡867相隔一定距離處，從而為了將該系統(tǒng)戴在頭部而對(duì)其進(jìn)行更好地配置。部分823以及部分822可包括光學(xué)材料或自由空間。為另一只眼提供等效系統(tǒng)。
如圖28中所示，可以將顯示器830和背面光840移動(dòng)到靠近透鏡組件820。在這種情況下，朝鼻子而不是朝鏡腿移動(dòng)該顯示器和背面光。圖28示出可將互連800、801疊置到光導(dǎo)管上，如前所述。在這種情況下，該互連也可以包括用于背面光840的電源，該電源可以集成到互連800中，或者可以是單獨(dú)的疊層。在該實(shí)施例中，可以采用前述所有考慮，用以增加面部曲率，或者在正確距離處提供虛像。
圖29示出該光學(xué)設(shè)計(jì)。對(duì)于顯示器830包括透明LCD的情況，提供薄的背面光840。如果顯示器830是自發(fā)射的，那么不需要背面光。該光學(xué)設(shè)計(jì)考慮與圖25中所描述的情況類似，除了朝向鼻子而不是鏡腿放置該LCD，以及使反射鏡859反轉(zhuǎn)。也要注意，也可以如圖29中所示將導(dǎo)管821放置在背面光840和鼻架之間，這提供最大的放大率，或者如圖30中所示將導(dǎo)管821放置在反射鏡859和顯示器830之間，這允許將顯示器和背面光移動(dòng)到不能由眼睛看到的位置，并因此提供最小的視覺障礙。另外，通過將顯示器和背面光放置在不能被看到的鼻子附近(圖30)，該顯示器和背面光可以覆蓋裝飾罩。
在所描述的所有實(shí)施例中，顯示出在光導(dǎo)管元件和其他地方使用光學(xué)材料。本發(fā)明還可以利用導(dǎo)管內(nèi)部的空氣或其他氣體來實(shí)現(xiàn)，只要用戶能夠通過導(dǎo)管的直邊觀察到。在一些情況下，通過除去光學(xué)材料來實(shí)現(xiàn)最小的重量和成本。例如，可以通過利用空心光導(dǎo)管810來使圖28中的顯示系統(tǒng)最輕。
圖31示出完整的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其可用于包括娛樂(觀察游戲、電視、DVD、MP4等)的許多應(yīng)用，用于如觀察立體顯微鏡圖像、計(jì)算機(jī)圖像、來自CAD或其他系統(tǒng)的立體圖像等的工業(yè)應(yīng)用，用于如從內(nèi)窺鏡觀察圖像的醫(yī)療應(yīng)用，以及許多其他應(yīng)用。使用透明導(dǎo)管910允許用戶具有對(duì)周圍環(huán)境的高度認(rèn)識(shí)。注意，圖31也示出符合面部的面部曲率929。引入的曲線可以考慮用戶的自然的眼睛轉(zhuǎn)動(dòng)，如眼鏡領(lǐng)域已知的，從而使該曲率可以在用戶視力中引入最小數(shù)量的像差。導(dǎo)管910可以是空心的以減輕重量。
在圖31的實(shí)施例中，采用導(dǎo)管921來使顯示器遠(yuǎn)離眼睛且朝向鼻子移動(dòng)，罩951用于遮蔽顯示器和背面光。罩951能夠覆蓋鼻架950的所有外表面周圍，防止室內(nèi)光在鼻架處進(jìn)入顯示系統(tǒng)，并防止來自背面光的雜散光從系統(tǒng)射出，且使其變?yōu)榭梢姟?br> 在圖31中采用的光學(xué)系統(tǒng)如前面所述(圖30)。另外，圖31示出使用鉸鏈275來使鏡腿折疊。這通過覆蓋柔性互連(前面描述的，但是在此處為了清楚而未示出)使電路在垂直面折疊而實(shí)現(xiàn)。鏡腿285可以是空心的，并且可以容納用于處理電纜990提供的音頻和視頻信號(hào)的電路系統(tǒng)295。可替換的是，這些電路可以是與信號(hào)源進(jìn)行RF或其他無線通信，電路295可包括給設(shè)備提供電力所需的電池組。為音頻提供變換器290。該變換器290可以是簡(jiǎn)單的揚(yáng)聲器，或者也可以具有噪聲消除或采用麥克風(fēng)的其他改進(jìn)?？梢詫⒂糜谡Z音識(shí)別命令或通信的麥克風(fēng)結(jié)合到這種設(shè)計(jì)中，如我們的在先申請(qǐng)中所述。
圖32和33示出用于觀察圖像的系統(tǒng)。雙目鏡觀察系統(tǒng)990通過電纜991、993和接口控制器992與圖像數(shù)據(jù)源994通信。圖像源994例如可以包括電視、數(shù)字視頻盤(DVD)播放器、MPEG4播放器、攝像機(jī)、數(shù)字照相機(jī)、磁帶放像機(jī)或其他視頻圖像源。圖像源994產(chǎn)生視頻信號(hào)，其可以提供標(biāo)準(zhǔn)形式的視頻信號(hào)，如復(fù)合視頻(NTSC或PAL)、電視信號(hào)分量或通過輸出連接器的其他標(biāo)準(zhǔn)化形式。可替換的是，圖像源994可提供任何其他格式的輸出信號(hào)。圖像源994也可以包括個(gè)人計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理、蜂窩式電話，或者能夠提供計(jì)算機(jī)或其他圖像的其他便攜式電子設(shè)備。電纜993將圖像信號(hào)傳送到控制器992，其可以向用戶提供用于調(diào)整亮度、對(duì)比度或圖像的其他方面的控制。該控制器還可以為結(jié)合電池組提供空間。接口控制器還可以結(jié)合電路，用以改變圖像信號(hào)，從而按照最適合于驅(qū)動(dòng)LCD的形式重新格式化該信息。這種改變的信號(hào)可以通過電路991供給該雙目鏡觀察系統(tǒng)。電纜991也可以提供串行數(shù)據(jù)線，用以將控制指令發(fā)送給安裝在鏡腿中的電路295(參見圖31)。電路991、993可以具有連接器。
在可替換的實(shí)施例中，該接口電路可以完全放置在圖像源994中或者鏡腿中(圖31中的285)。可以使用圖像源、接口控制器或鏡腿之間的位置的任意組合，在全部重新定位所有電路系統(tǒng)和電池組的一些實(shí)施例中，不需要接口控制器992。
也可以通過用將信號(hào)傳送到雙目鏡觀察器990的RF或IR方法來取代電纜991、993從而去掉它們，如美國(guó)專利US6091546中所述。
應(yīng)該理解，可以在單目鏡系統(tǒng)中采用本發(fā)明的一些方面，其中僅僅為一只眼睛提供顯示器組件。本發(fā)明不限于特別示出和描述的技術(shù)方案，而是如隨附的權(quán)利要求書中的記載。
權(quán)利要求
1.一種雙目鏡觀察系統(tǒng)，包括鼻架元件，其設(shè)置在用戶的鼻子上方；以及右眼顯示器組件和左眼顯示器組件，每個(gè)顯示器組件都包括電子顯示元件，其用于提供圖像，以及光導(dǎo)管元件，其包括透明導(dǎo)管和目鏡組件，該透明導(dǎo)管設(shè)置為在內(nèi)部將光從該電子顯示元件傳遞到該目鏡組件；以及瞳距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，配置為將右眼顯示器組件和左眼顯示器組件可移動(dòng)地安裝到鼻架組件上，以調(diào)節(jié)右眼顯示器組件的目鏡組件與左眼顯示器組件的目鏡組件之間的間隔，由此可適應(yīng)用戶眼睛之間的瞳距。
2.如權(quán)利要求1的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中該鼻架元件包括軌道元件，該瞳距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括滑動(dòng)構(gòu)件，該滑動(dòng)構(gòu)件置于每個(gè)光導(dǎo)管元件上并配置為沿著該軌道元件滑動(dòng)。
3.如權(quán)利要求2的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中該軌道元件包括在其中延伸的細(xì)長(zhǎng)凹槽，該滑動(dòng)構(gòu)件保持在該凹槽中，以沿著該凹槽滑動(dòng)。
4.如權(quán)利要求3的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中該滑動(dòng)構(gòu)件包括細(xì)長(zhǎng)鳩尾形突出，該細(xì)長(zhǎng)凹槽具有相配合的構(gòu)形以容納該鳩尾形突出。
5.如權(quán)利要求2的雙目鏡觀察系統(tǒng)，進(jìn)一步包括偏壓機(jī)構(gòu)，該偏壓機(jī)構(gòu)置于該滑動(dòng)構(gòu)件和該軌道元件之間。
6.如權(quán)利要求5的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中該偏壓機(jī)構(gòu)包括壓縮彈簧機(jī)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求1的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中該瞳距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)被固定到該光導(dǎo)管元件上。
8.如權(quán)利要求1的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中該瞳距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與該光導(dǎo)管元件集成在一起。
9.如權(quán)利要求1的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中該瞳距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和光導(dǎo)管元件包括單個(gè)注射模塑制品。
10.如權(quán)利要求1的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中該瞳距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和光導(dǎo)管元件包括光學(xué)塑性材料。
11.如權(quán)利要求1的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中安裝的該光導(dǎo)管元件使每個(gè)目鏡組件的光軸都設(shè)置為向用戶提供立體圖像。
12.如權(quán)利要求1的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中該瞳距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)置為當(dāng)用戶注視遠(yuǎn)距離目標(biāo)時(shí)沿著垂直于用戶視線的方向移動(dòng)該光導(dǎo)管元件。
13.如權(quán)利要求1的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中該鼻架元件置于外殼中。
14.如權(quán)利要求1的雙目鏡觀察系統(tǒng)，進(jìn)一步包括連接到右眼和左眼顯示器組件的鏡腿部件。
15.如權(quán)利要求14的雙目鏡觀察系統(tǒng)，進(jìn)一步包括連接到該鏡腿部件的音頻變換器。
16.如權(quán)利要求14的雙目鏡觀察系統(tǒng)，進(jìn)一步包括連接到至少一個(gè)鏡腿部件上的麥克風(fēng)。
17.如權(quán)利要求1的雙目鏡觀察系統(tǒng)，進(jìn)一步包括連接到鼻架元件的一對(duì)鼻構(gòu)件。
18.如權(quán)利要求1的雙目鏡觀察系統(tǒng)，進(jìn)一步包括鏡架和鏡片，其安裝到右眼和左眼顯示構(gòu)件與用戶眼睛之間的鼻架元件上。
19.如權(quán)利要求18的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中鏡片包括矯正用戶視力的矯正鏡片。
20.如權(quán)利要求18的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中該鏡架包括可拆開的透鏡保持元件，其配置為可拆卸地保持其中的鏡片。
21.如權(quán)利要求1的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中該右眼顯示器組件和左眼顯示器組件的每一個(gè)都進(jìn)一步包括聚焦調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。
22.如權(quán)利要求21的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中該聚焦調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括配置為相對(duì)于每個(gè)相聯(lián)的光導(dǎo)管元件可移動(dòng)地安裝每個(gè)電子顯示元件的機(jī)構(gòu)。
23.如權(quán)利要求21的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中該聚焦調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括座架固定裝置，其布置為將每個(gè)電子顯示元件安裝到每個(gè)相聯(lián)的光導(dǎo)管元件的端部。
24.如權(quán)利要求23的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中每個(gè)座架固定裝置包括為外殼內(nèi)的線性運(yùn)動(dòng)而安裝的托架，該電子顯示元件固定在該托架中，可旋轉(zhuǎn)的螺桿經(jīng)傳送元件固定到托架上，從而將螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)橥鈿ぶ型屑艿木€性運(yùn)動(dòng)。
25.如權(quán)利要求1的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中該光導(dǎo)管元件包括空腔，用于保持連接該電子顯示元件的電路系統(tǒng)或布線。
26.如權(quán)利要求1的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中該鼻架元件包括空腔，用于保持連接該電子顯示元件的電路系統(tǒng)或布線。
27.如權(quán)利要求1的雙目鏡觀察系統(tǒng)，進(jìn)一步包括置于右眼和左眼顯示器組件端部的鏡腿外殼，在該鏡腿外殼中形成的空腔保持該電子顯示元件以及電路系統(tǒng)或布線的服務(wù)回路。
28.如權(quán)利要求1的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中該光導(dǎo)管元件的透明導(dǎo)管進(jìn)一步包括兩個(gè)光學(xué)表面，其設(shè)置為允許環(huán)境光通過這兩個(gè)光學(xué)表面到達(dá)用戶的眼睛。
29.如權(quán)利要求1的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中每個(gè)光導(dǎo)管元件的目鏡組件包括設(shè)置為將光朝眼睛引導(dǎo)的轉(zhuǎn)向反射鏡和目鏡。
30.如權(quán)利要求1的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中每個(gè)光導(dǎo)管元件的目鏡組件包括偏振光分束器涂層、四分之一波片和聚焦反射鏡，其設(shè)置為使來自該顯示器組件的偏振光通過該分束器涂層和四分之一波片，并將其從該聚焦反射鏡反射，從而沿相反方向穿過四分之一波片，并從該分束器涂層朝眼睛反射。
31.如權(quán)利要求1的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中該右眼顯示器組件和左眼顯示器組件以適合用戶面部曲率的彎曲構(gòu)形來設(shè)置。
32.一種用于適應(yīng)一定瞳距范圍的雙目鏡觀察系統(tǒng)，包括右眼顯示器組件和左眼顯示器組件，其通過鼻架元件連接，每個(gè)顯示器組件包括電子顯示元件，用于提供圖像，以及目鏡組件，其包括光導(dǎo)管元件和表面，其設(shè)置為使光從該電子顯示元件朝用戶的眼睛傳遞；其中該右眼顯示器組件和左眼顯示器組件相對(duì)于彼此布置，以便將來自用戶每只眼睛的光線會(huì)聚為小于光學(xué)無窮遠(yuǎn)的距離處提供的虛像。
33.如權(quán)利要求32的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中右眼和左眼顯示器組件的每個(gè)電子顯示元件都從其光軸橫向移動(dòng)，由此在小于無窮遠(yuǎn)的會(huì)聚距離處提供左和右虛像。
34.如權(quán)利要求32的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中通過該雙目鏡觀察系統(tǒng)可移動(dòng)地安裝每個(gè)電子顯示元件。
35.如權(quán)利要求32的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中通過該雙目鏡觀察系統(tǒng)可移動(dòng)地安裝每個(gè)目鏡組件。
36.如權(quán)利要求32的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中每個(gè)目鏡組件包括為使離軸像差最小而選擇的目鏡。
37.如權(quán)利要求36的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中該目鏡包括非球面透鏡。
38.如權(quán)利要求36的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中將該目鏡的直徑選擇為適合一定范圍的瞳距。
39.如權(quán)利要求32的雙目鏡觀察系統(tǒng)，進(jìn)一步包括焦點(diǎn)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。
40.如權(quán)利要求32的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中該右眼和左眼顯示器組件相對(duì)于彼此可調(diào)地安裝，以調(diào)節(jié)在用戶眼睛與右眼和左眼顯示器組件之間的距離。
41.如權(quán)利要求32的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中該右眼顯示器組件和左眼顯示器組件通過在鼻架元件處的樞轉(zhuǎn)連接件而連接，該樞轉(zhuǎn)連接件用于調(diào)節(jié)每個(gè)顯示器組件的光軸相對(duì)于用戶眼睛的角定向。
42.如權(quán)利要求32的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中每個(gè)目鏡組件的表面相對(duì)于彼此設(shè)置，以便將來自用戶每只眼睛的光線會(huì)聚為小于光學(xué)無窮遠(yuǎn)的距離處提供的虛像。
43.如權(quán)利要求32的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中該鼻架元件包括光導(dǎo)管元件，其連接右眼顯示器組件和左眼顯示器組件。
44.如權(quán)利要求32的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中每個(gè)目鏡組件從支架上懸下，該電子顯示元件直接固定到該支架處的目鏡組件上。
45.如權(quán)利要求44的雙目鏡觀察系統(tǒng)，進(jìn)一步包括與置于該支架上的電子顯示元件通信的電路系統(tǒng)或布線。
46.如權(quán)利要求32的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中右眼顯示器組件和左眼顯示器組件的每一個(gè)都包括光導(dǎo)管元件，其布置為將光從該電子顯示元件透射到該目鏡組件。
47.如權(quán)利要求32的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中該鼻架元件包括與右眼顯示器組件和左眼顯示器組件的光導(dǎo)管對(duì)準(zhǔn)的光導(dǎo)管。
48.如權(quán)利要求47的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中將右眼顯示器組件和左眼顯示器組件的光導(dǎo)管彎曲以適應(yīng)用戶面部的曲率。
49.如權(quán)利要求32的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中右眼和左眼顯示器組件安裝在鏡架上，該鏡架配置為由用戶的頭部支承。
50.一種雙目鏡觀察系統(tǒng)，包括光導(dǎo)管元件，其曲率適應(yīng)用戶面部的曲率，光導(dǎo)管元件的中間部分形成鼻架元件；右眼顯示器組件和左眼顯示器組件，每個(gè)顯示器組件都包括電子顯示元件，用于提供圖像，其布置為將光透射到該光導(dǎo)管元件的一端；一部分光導(dǎo)管元件，其布置為接收來自該電子顯示元件的光，以及目鏡組件，包括目鏡和至少一個(gè)反射面，該反射面布置在該光導(dǎo)管元件中，用以將該部分光導(dǎo)管元件中的光朝用戶的眼睛傳遞。
51.如權(quán)利要求50的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中該光導(dǎo)管元件是實(shí)心和透明的。
52.如權(quán)利要求50的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中該光導(dǎo)管元件是空心的。
53.如權(quán)利要求50的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中每個(gè)顯示器組件進(jìn)一步包括光楔，其置于從該反射面到該目鏡的光路上且位于該目鏡和該光導(dǎo)管元件之間，該光楔配置為提供從該電子顯示元件到該目鏡的軸向光學(xué)系統(tǒng)。
54.如權(quán)利要求50的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中每個(gè)顯示器組件的目鏡都位于該光導(dǎo)管元件的鏡腿一端。
55.如權(quán)利要求50的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中該電子顯示元件與該目鏡隔開的距離近似等于該目鏡的焦距。
56.如權(quán)利要求50的雙目鏡觀察系統(tǒng)，每個(gè)顯示器組件進(jìn)一步包括光楔，該光楔位于從反射面到眼睛的光路上的光導(dǎo)管元件的外表面上，該光楔配置為提供在電子顯示元件和眼睛之間的軸向光學(xué)系統(tǒng)。
57.如權(quán)利要求56的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中每個(gè)顯示器組件的光楔整體地連接，從而延伸跨過該光導(dǎo)管元件的一部分。
58.如權(quán)利要求50的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中每個(gè)目鏡組件包括置于該光導(dǎo)管元件中的多個(gè)反射面，從而將該部分光導(dǎo)管元件中的光朝用戶的眼睛傳遞，由此提供寬視場(chǎng)。
59.如權(quán)利要求50的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中將該光導(dǎo)管元件、右眼顯示器組件和左眼顯示器組件連接到鏡腿部件上，該鏡腿部件配置為由用戶頭部支承。
60.一種雙目鏡觀察系統(tǒng)，包括光導(dǎo)管元件，該光導(dǎo)管元件的中間部分形成鼻架元件；以及右眼顯示器組件和左眼顯示器組件，每個(gè)顯示器組件包括電子顯示元件，用于提供圖像，該電子顯示元件置于光導(dǎo)管元件的一部分中，與該電子顯示元件相連的電路系統(tǒng)或布線沿該光導(dǎo)管元件的上表面或下表面通過，或者在該光導(dǎo)管元件的空腔中通過，以及目鏡組件，包括目鏡和至少一個(gè)至少部分反射的表面，該反射面置于該光導(dǎo)管元件中，用以將光從該電子顯示元件朝用戶的眼睛傳遞。
61.如權(quán)利要求60的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中該至少部分反射的表面包括反射鏡。
62.如權(quán)利要求60的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中該至少部分反射的表面包括偏振光分束器，其布置為從照明源沿著該光導(dǎo)管元件將照明傳遞到該電子顯示元件，該電子顯示元件是反射的，以便使光返回到該表面，該表面用于將光反射到目鏡。
63.如權(quán)利要求60的雙目鏡觀察系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于電子顯示元件的照明源，其布置為從該光導(dǎo)管元件的一端提供照明。
64.如權(quán)利要求63的雙目鏡觀察系統(tǒng)，進(jìn)一步包括準(zhǔn)直透鏡，其布置在光導(dǎo)管元件中或其端面上，用以準(zhǔn)直從照明源到電子顯示元件的光。
65.如權(quán)利要求60的雙目鏡觀察系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于電子顯示元件的照明源，其鄰近該電子顯示元件布置。
66.如權(quán)利要求60的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中該目鏡使像差最小。
67.如權(quán)利要求60的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中該光導(dǎo)管元件由聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯樹脂、環(huán)氧樹脂、尿烷、環(huán)烯或玻璃形成。
68.如權(quán)利要求60的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中將光導(dǎo)管元件、右眼顯示器組件和左眼顯示器組件連接到鏡腿部件上，該鏡腿部件配置為由用戶頭部支承。
69.如權(quán)利要求60的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中每個(gè)顯示器組件的電子顯示元件都與光導(dǎo)管元件的鼻架元件布置在一起。
70.如權(quán)利要求69的雙目鏡觀察系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于電子顯示元件的照明源，其置于光導(dǎo)管元件的鼻架元件中。
71.如權(quán)利要求1、32、50或60的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中該電子顯示元件與圖像數(shù)據(jù)源通信。
72.如權(quán)利要求71的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中該圖像數(shù)據(jù)源包括電視、數(shù)字視頻盤播放器、MPEG4播放器、攝像機(jī)、數(shù)字照相機(jī)、磁帶放像機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理或蜂窩式電話。
73.如權(quán)利要求32、50或60的雙目鏡觀察系統(tǒng)，進(jìn)一步包括鏡架和鏡片，其安裝到右眼和左眼顯示器組件與用戶眼睛之間的鼻架元件上。
74.如權(quán)利要求73的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中鏡片包括用于矯正用戶視力的矯正鏡片。
75.如權(quán)利要求73的雙目鏡觀察系統(tǒng)，其中該鏡架包括可拆開的鏡片保持元件，其配置為可拆卸地保持其中的鏡片。
全文摘要
一種雙目鏡觀察系統(tǒng)將來自電子顯示元件的圖像經(jīng)右眼和左眼顯示器組件而透射到用戶的左眼和右眼，該右眼和左眼顯示器組件由鼻架元件連接。該雙目鏡觀察系統(tǒng)包括瞳距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)以適應(yīng)多個(gè)用戶。還可以提供對(duì)視力矯正和焦點(diǎn)機(jī)構(gòu)的適應(yīng)性調(diào)節(jié)。該雙目鏡觀察系統(tǒng)還在一種布置中提供位于小于無窮遠(yuǎn)的距離處的虛像，其也適應(yīng)一定的瞳距范圍。在另一方面，雙目鏡觀察系統(tǒng)結(jié)合面部曲率以更舒適地配合用戶的頭部，并鄰近用戶的眼睛放置該電子顯示元件，或者在視線中，或者在鼻架元件中。
文檔編號(hào)G02C1/00GK1813213SQ200480017776
公開日2006年8月2日 申請(qǐng)日期2004年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月25日
發(fā)明者馬克·B·斯皮策, 格雷戈里·H·亨特, 保羅·M·扎夫拉茨基 申請(qǐng)人:微型光學(xué)公司