JP2009098655A - 電子めがね - Google Patents

Abstract

【課題】重量バランスの良いめがねを実現することで、長時間使用しても使用感の良い電子めがねを提供する。
【解決手段】フレームとこのフレームに接続された電気的に焦点を可変できるレンズ部とから成る電子めがねであって、前記レンズ部の焦点を可変するためのレンズを駆動するための制御回路を収納した中空円筒形状の制御部と、前記制御回路に電力を供給するための電源を収納した中空円筒形状の電源部とを有し、前記制御部及び前記電源部の前記中空部に前記フレームを貫通させて摺動可能に配置した電子めがね。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気的にレンズの屈折率すなわち焦点を変化させて、近視と老眼の両症状の補正をかける遠近両用電子めがねに関する。

人は、加齢に伴い老眼に代表される眼球の焦点距離の調節機能が低下するため、近距離用と遠距離用の２種類の焦点距離の異なる眼鏡が必要になる。そのために、一つの眼鏡で異なる焦点のレンズ機能を持たせた眼鏡がある。これは、レンズ内に焦点距離の異なる領域を持ち、使用の際には近距離または遠距離でそれぞれ適当な焦点距離を持つ部分に眼球を動かして物を見る。しかし、異なる焦点領域の間を眼球が動くため、慣れるまでは眼精疲労を招きやすい。また、白内障、緑内障などの疾病により水晶体を摘出した場合に、従来の焦点距離固定のレンズを用いた眼鏡では、日常生活において数種のレンズを用意して、状況に応じて使い分ける必要があった。

このような不便さの解消のため、電気的な作用で屈折率を可変して焦点距離を変える電子めがねが考案されている（例えば特許文献１参照。）。この構成では、電源構成が乾電池や充電電池で出来ており、容易に電池交換や充電が簡単にできる。また、液晶などの光軸を含む面内に振動方向を持つ異常光線に対する屈折率と、常光線に対する屈折率が異なる一軸性の屈折率異方性を有する物質で、凸レンズまたは凹レンズを形成し、偏光板などにより異常光線と常光線の切り換えを電気的に行ない、レンズの焦点距離を変えるような構成や、あるいは液体などを透明のポリマー材に封入し、電磁ポンプなどによって液量を制御することでレンズ形状を変えることで屈折率を可変して、焦点距離を変えるような構成など、電気的な作用で焦点の変わる電子めがねの提案が広くなされている（例えば、先行文献２参照。）。
特公昭５８−５０３３９号公報 特開昭６１−６１１２８号公報

しかしながら、前記の構成では、太陽電池を前面フレームにおき、充電電池を片側のフレームの接合部近辺に配置しているので、常に片側にめがねの重量が掛かり、長時間使用すると耳が痛くなるという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、電子めがねの前後左右の重量を平衡させて長時間使用しても使用感の良い電子めがねを提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の電子めがねは、フレームとこのフレームに接続された電気的に焦点を可変できるレンズ部とから成る電子めがねであって、前記レンズ部のレンズを駆動するための制御回路を収納した中空円筒形状の制御部と、前記制御回路に電力を供給するための電源を収納した中空円筒形状の電源部とを有し、前記制御部及び前記電源部の前記中空部に前記フレームを貫通させて摺動可能に配置したことを特徴としたものである。

本発明の電子めがねは、制御部と電源を左右に配置する、又は制御部を左（または右）、電源部を右（または左）に自由に動かすことで前後左右のフレームの重量の平衡をとることが出来る。さらには、調整用のおもりやフレームの材質を調整してその重量バランスをとることが出来る。従って、装着感の向上と電池交換の簡便性の確保、前面フレームデザインの自由度の向上を同時に実現する。

（実施の形態１）
電子めがねの基本構成を図１と図２とを利用して説明する。図１は電子めがねの外観図であり、図２は電子めがねのレンズ部の詳細とレンズ部を駆動するための制御ブロック図である。

図１に示す電子めがね１は、めがね部２と、このめがね部２を構成している左右のレンズ部（４、５）内部の液晶を駆動して屈折率を変化させて焦点距離が切り換えるための制御部（６ａ、６ｂ）と、制御部（６ａ、６ｂ）に電力を供給する電源部（３ａ、３ｂ）とからなる。また、これらレンズ部（４、５）を収納固定して、人体に装着するためフレーム部７とから構成されている。

この左レンズ部４と右レンズ部５とは同じ構造であり、一つのレンズ部の拡大断面図を図２に示す。レンズ部は、ガラス板等で形成された透明板８の両側にスペーサ（９ａ、９ｂ）を挟んで凸面状の透明板（１０ａ、１０ｂ）を接合させた構成であり、透明板８と凸面状の透明板（１０ａ、１０ｂ）との間に同一特性の液晶（１１ａ、１１ｂ）を封入することで、焦点可変レンズ（１２ａ、１２ｂ）となる。これら封入する液晶（１１ａ、１１ｂ）の配向方向は、眼鏡から入射する入射光の方向と直交するように図２の矢印方向Ａとその方向に垂直となる矢印方向Ｂとなるようにｒｕｂｂｉｎｇ処理を行う。

また、透明板８両面にはＳｎＯ₂をコートして透明電極（１３ａ、１３ｂ）が設けてあり、この該透明板８に対向する凸面状の透明板（１０ａ、１０ｂ）の内側にもＳｎＯ₂をコートして透明電極（１４ａ、１４ｂ）が設けてある。この両電極（１４ａ、１４ｂ）はリード線等で互いに接続されると共に接地されている。また透明板８の両側の電極（１３ａ、１３ｂ）も互いに接続されている。このように作製されたレンズ部（４、５）がフレーム７に固定されている。この構成をとることで、以下に述べるように偏光板を用いる必要のない焦点距離可変レンズが実現できる。

レンズ部（４または５）に入る入射光は互いに直交する２つの偏光成分に分解することが出来る。焦点可変レンズ１２ａの矢印Ａの配向方向と平行な偏光成分が焦点可変レンズ１２ａに入射した場合、この光線成分は焦点可変レンズ１２ａに対して、異常光線となる。このとき、焦点可変レンズ１２ａに電圧を印加すると、液晶分子は電圧に応じて徐々に電極面に垂直な方向に配列の向きを変える。そのため、異常光線成分に対して焦点可変レンズ１２ａの「みかけの屈折率」は異常光に対する値から常光に対する値まで連続的に変化し焦点距離が変わる。この焦点可変レンズ１２ａの異常光成分は焦点可変レンズ１２ｂでは常光成分となるため、「みかけの屈折率」は変化せず焦点距離は変化しない。したがって、そのまま直進する。

さて、焦点可変レンズ１２ａに入射する片方の入射光成分、つまり焦点可変レンズ１２ａに対して常光に相当する成分は、焦点可変レンズ１２ａでは「みかけの屈折率」は変化せず、焦点距離は変化しない。しかし、焦点可変レンズ１２ｂでは異常光に相当する成分となるため、前述したレンズ１２ａでの動作と同様に、焦点可変レンズ１２ｂに電圧を印加すると、「みかけの屈折率」が変化し焦点距離が変化する。

焦点可変レンズ（１２ａ、１２ｂ）は、それぞれ同じ電圧を印加されるため、各偏光成分に対し、最適な焦点距離可変の効果を及ぼすことになる。したがって２枚の焦点可変レンズ（１２ａ、１２ｂ）における液晶（１１ａ、１１ｂ）の光軸方向を互いに直交するように配置することで、あらゆる方向の偏光に対しても焦点距離可変のレンズとして動作することになる。従って、偏光板を使用することなく入射光の偏光方向に無関係に焦点距離を可変できるレンズを実現できる。

レンズ部の液晶（１１ａ、１１ｂ）は、環境温度の変化により屈折率が変化するため、この温度による液晶分子の配向制御を行う必要がある。そのため、印加電圧制御回路１９は、可変電圧出力回路２１と、温度センサ４０からの温度に応じて可変電圧出力回路２１の出力電圧を制御させる特性補正回路２０とから構成される。この可変電圧出力回路２１は、直流電源からの直流を交流に変換するＤＣ／ＡＣコンバータ２２（または発振器）の交流電圧振幅を、特性補正回路２０から入力される制御電圧に応じて出力電圧を可変して透明基板８上の電極（１３ａ、１３ｂ）に印加する。

レンズ部（４、５）の近傍には、サーミスタ等の温度センサ４０が接続されており、その出力は、センサ処理部１７を経由して差動増幅器１８に入力される。差動増幅器１８に入力された温度信号は、工程等で組み立て、調整された時の基準温度のセンサ電圧Ｖｏと比較され、その差分信号が出力される。

差動増幅器１８の出力は、印加電圧制御回路１９に入力され、印加電圧制御回路１９は、その入力された電圧に応じて、可変電圧出力回路２１から出力される液晶を駆動する交流電圧の振幅を切り換え、温度変化による屈折率の変化を補償する。液晶によっては駆動信号のデュ−ティを変えて駆動するＰＷＭ駆動のものもあり、その場合には可変電圧出力回路２１は、ＤＣ／ＡＣコンバータ２２からの出力を印加電圧制御回路１９の信号振幅に応じてＰＷＭ変調して、液晶を駆動する。

以上の構成により、温度センサ４０の検出信号レベルに基づく信号によって、各液晶（１１ａ、１１ｂ）の温度変化による液晶分子の配向制御が出来る。従って、屈折率変化によるレンズの焦点距離が変化するのを補償する（防止する）ことが出来る。

本発明の主旨である電源部（３ａ、３ｂ）、制御部（６ａ、６ｂ）の配置構成について、図１と図３〜図６を用いて実施の形態を説明する。図１で説明した通り、レンズ部（４、５）を制御するための制御部（６ａ、６ｂ）とその電源部（３ａ、３ｂ）とが、それぞれ左右のフレーム部７に配置されている。ここで、フレーム部７とは、レンズや電子回路以外の部材、いわゆる、リム、智、テンプル、モダン等の集合体を示すものとする。

片方の電源部３ａの構成を図３に示す。本発明には、中央に中空部３０を持つ筒状のリチウムイオン充電電池３５を用いる。この中空部３０の内壁には、ラバー性のある半固定部材３３が設けられている。この充電電池３５の周囲を樹脂からなる外装部材３１で覆う。外装部材３１の周囲には、植物繊維などで作られた吸汗性の緩衝材３４で覆われている。リチウムイオン充電電池の表面には、正負の電極（３８、３９）が設けられており、制御部と組み合わせたときに、制御部の受電電極に接続できる。この電極が設けられた電源部３ａ端部には制御部６ａと接続できるようなネジなどの嵌合機構が設けられている。なお、電源部３ｂの構成も電源部３ａと同一である。

電源部３ａに対応する制御部６ａは、電源部３ａと同様の円筒形状をしており（図示せず）、中央部に中空部を持つ。この制御部の中空部の内壁も、電源部３ａと同様にラバー性のある半固定部材が設けられている。また、制御部６ａの円筒側面は、電源部３ａと同様の外装部材で覆われており、その外装部材の表面には電源部３ａと同様の緩衝材で覆われている。制御部６ａの電源部３ａ側には電源部３ａの正負電極（３８、３９）に対応した受電電極が設けられており、その端部には、電源部３ａに対応したネジなどの嵌合機構が設けられている。なお、制御部６ｂの構成も制御部６ａと同一である。

本発明の電源部（３ａ、３ｂ）と制御部（６ａ、６ｂ）とは、以上に説明した構造を有しているので、容易な着脱が出来る。すなわち、制御部側を固定して、電源部（３ａ、３ｂ）を２〜３回左回しすると電源部が外れ、電源部（３ａ、３ｂ）を右回しすると、電源部（３ａ、３ｂ）と制御部（６ａ、６ｂ）とが固く結合し正負電極（３８、３９）が制御部側の受電電極に接続できる。このように着脱が容易なので、電源部（３ａ、３ｂ）ごと専用の充電器で充電可能にできる。

また、半固定部材３３を介して、電源部３をフレーム部７に固定するので、本発明の電子めがねを装着した装着者は、フレーム上の最適な位置に制御部（６ａ、６ｂ）と電源部（３ａ、３ｂ）とをそれぞれ独立に摺動させて最適の位置に止めることができる。これは、中空部の内壁に設けた半固定部材のラバー性により、実現できる。

また、制御部（６ａ、６ｂ）と電源部（３ａ、３ｂ）の外側の緩衝材３４は、食物繊維などで作られているので、人体に極めて悪影響を及ぼさない。また、本発明の電子めがねを装着したときのずれ防止と装着時の違和感の防止を同時に実現している。本発明に、この緩衝材３４を使用することにより、装着者刺激されて気持ちのいい部分（たとえばこめかみなど）に位置させることで、簡易的なマッサージ効果を得ることができ、かけ心地も従来のめがねよりも快適となりうる
また、中空のリチウムイオン充電電池に代えて単４あるいは単５の小型乾電池を用いることもできる。この場合は、制御部（６ａ、６ｂ）を中空円筒にして、その内部に乾電池を収納する構成になる。さらにフレームの耳かけ部７１をネジ回し式にして制御部（６ａ、６ｂ）と勘合できるように構成すれば、乾電池と制御部（６ａ、６ｂ）との接続、分離をフレームの耳かけ部７１で行うことが出来る。制御部（６ａ、６ｂ）の配置は、耳掛け部近傍、または前面レンズ接合部の近傍など重量があっても差し支えないところが良い。

本構成の付加的メリットとして、左右専用の制御部と電源を独立に配置することで、レンズ部のある液晶や液圧ポンプへの電圧供給のための配線長を短くでき、鼻パッドを含む前面のフレーム部には配線しなくても良いので、レンズやフレームのデザインや選択の自由度が画期的に向上する。

本実施の形態１の応用として、図５から図７に示す構成がある。以下に、その詳細を説明する。まず、図５に示す構成は、フレーム７の片側のみ制御部６と電源部３とを配置し、反対側のフレーム７にカウンターウェイト２３を配置している。カウンターウェイト２３の構造は、図３に示した電源３ａの構造と同一であり、フレームに摺動可能に作られている。内部の重りになる材料は金属が良い。カウンターウェイト２３の重さを、制御部６と電源部３との重さと同等にすることで、めがね全体の重量バランスを取れ、装着感の向上が得られる。

次に、図６に示す構成は、フレーム７の片側に電源部３を、その反対側のフレーム７に制御部６を配置している。このようにして、電源部３と制御部６との位置調整を行うことで、装着者の個性にあった違和感のない重量バランスの調整をしてもよい。

次に、図７（ａ）に示す構成は、左右のレンズ厚みが異なるめがねにおいて、電源部３と制御部６の配置を工夫して重量バランスの調整を行う。一般に、制御部６の重量は軽く、電池部３の重量は重い。また、厚いレンズは、薄いレンズに比べて、重量が重い。したがって、厚いレンズの側のフレームには制御部６を配置し、薄いレンズの側のフレームには
電源部３を配置するように構成する。このように配置することで、度数の異なるレンズを使用するめがねにおいて、左右の重量バランスの調整を簡単に行うことができる。

図７（ｂ）に示す構成は、左右のフレームの重量を変えてバランス調整する方法である。制御部６が配置されているフレーム７の重量は、電源部３が配置されているフレームの重量よりも重くすることで、左右の重量バランスを調整する。

以上、図５から図７に、本発明が応用できる構成を示したが、調整する際は実重量だけでなく、装着者の感覚でもって重量配分すれば、さらに快適なめがねとなる。本発明では、電源部と制御部とがフレーム上で摺動自在なので、このような調整が簡単にできる。

（実施の形態２）
近年、携帯電話の普及により、携帯電話向けのＷＥＢサービスやメールサービスが増加している。また、携帯ゲーム端末での脳トレーニングや電子ブックなども、普及している。このような個人のＩＴ化が加速しているなかで、老眼鏡が必要な世代でも携帯電話やゲーム端末（以下携帯端末と言う。）をもつようになってきた。このように、高齢者が携帯端末の小さな画面を見る機会が増えてきているが、この小さな画面の文字を見ることや入力することは、老眼の進んだ高齢者には快適とは言えない。そこで、このような高齢者には老眼鏡が必要になる。本実施の形態では、携帯端末を使用する際に、老眼鏡に対してこれらの携帯端末から電源の供給を行うとともに自動的に近視用の度数に切り替えを行うことができる電子めがねの構成を示す。

図８（ａ）は本発明の電子めがねと携帯電話２７とを接続したイメージ図、図８（ｂ）は本発明の電子めがねと携帯ゲーム端末２８とを接続したイメージ図、図８（ｃ）は本発明の電子めがねとＰＣ２９とを接続したイメージ図である。

図９に、本発明の電子めがねインターフェースブロックを示す。電子めがねと携帯端末やＰＣとの接続はＵＳＢインターフェースを用いて接続する。また、電子めがねに対する電源供給も端末側からＵＳＢを介して行う。本発明の電子めがねインターフェースブロックでは、端末側から＋ＤＡＴＡ、―ＤＡＴＡの２本のデータ線が、ＵＳＢ―ＩＦ部３１を介して制御部３５へ接続されている。制御部３５では、＋ＤＡＴＡ、―ＤＡＴＡを検出すると、電子めがねが端末に接続されたと判断する。接続を検出した制御部３５は、開放されているＵＳＢ電源切替ＳＷ３３を閉鎖して端末からの電力をＶｂｕｓを経由して電源部３２に送る。電源部３２は、端末から送られてきた電力をインピーダンス変換してＤＣ−ＡＣ変換部３４へ送る。制御部３５は、ＵＳＢ電源切替ＳＷ３３を閉鎖した後、内部電源切替ＳＷ３６を切り替えて内部電池３７からＤＣ−ＡＣ変換部３４の出力に切り替える。このときのＤＣ−ＡＣ変換部３４の出力は、近視用の電力に設定しておけば、装着者の電子めがねを自動的に近視モードにすることが出来る。

また、内部電源切替ＳＷ３６の切り替えは、ＤＣ−ＡＣ変換部３４の出力が安定してから行うほうが良い。出力が安定したと見なす切り替えタイミングは、周知の技術が使用できる。例えば、制御部３５内部でタイマを設けて時間遅延を行っても良いし、ＤＣ−ＡＣ変換部３４の出力を制御部３５が判断して決定しても良い。

本構成を行うことにより、携帯端末やＰＣからの電力を電子めがねに利用できるので、小容量の電池で良く、大容量の電池を眼鏡本体に内蔵する必要がない。そのため、電子めがねの軽量化を図ることができる。電子めがね本体の軽量化により、装着感の向上が図れる。

また、電子めがね本体の電池残量が少なくなったときは、携帯電話等の携帯端末やＰＣに接続することで急な電池切れに対しても不都合なく対応することができる。さらに、電子めがね内部の電池を端末側の電力を利用して充電する構成にすることも出来るので、おきな利便性がある。

本発明の電子めがねは、前後左右のフレームの重量バランスを簡単に調整できるので、装着感の良い電子眼鏡に好適である。また、近年増加してきた携帯電話や携帯端末に接続して、その電力や情報を利用できるので、さらに性能を向上させた電子めがねに適している。

本発明の電子めがねの構成を示す外観図 本発明の電子めがねの構成を示すブロック図 実施の形態１の電源部の構成を示す図 実施の形態１の乾電池を使用した制御部の構成を示す図 実施の形態１の別な構成を示す模式図 実施の形態１の別な構成を示す模式図 実施の形態１の別な構成を示す模式図 実施の形態２の使用動作を説明するための図 実施の形態２の構成を示すブロック図

符号の説明

１ 電子めがね
２ めがね部
３、３ａ、３ｂ 電源部
４、５ レンズ部
６、６ａ、６ｂ 制御部
７ フレーム部
８ 透明板
９ スペーサ
１０ａ、１０ｂ 凸面状透明板
１１ａ、１０ｂ 液晶
１２ａ、１２ｂ 焦点可変レンズ
１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ 透明電極
１７ センサ処理部
１８ 差動増幅器
１９ 印加電圧制御回路
２０ 特性補正回路
２１ 可変電圧出力回路
２２ ＤＣ／ＡＣコンバータ
２３ カウンターウェイト
２４ 乾電池
２７ 携帯電話
２８ 携帯ゲーム端末
２９ ＰＣ
３０ 中空部
３１ ＵＳＢ−ＩＦ部
３２ 電源部
３３ ＵＳＢ電源切替ＳＷ
３４ ＤＣ−ＡＣ変換部
３５ 制御部
３６ 内部電源切替ＳＷ
４０ 温度センサ

Claims (11)

1. フレームとこのフレームに接続された電気的に焦点を可変できるレンズ部とから成る電子めがねであって、
   前記レンズ部のレンズを駆動するための制御回路を収納した中空円筒形状の制御部と、
   前記制御回路に電力を供給するための電源を収納した中空円筒形状の電源部とを有し、
   前記制御部及び前記電源部の前記中空部に前記フレームを貫通させて摺動可能に配置した電子めがね。
2. 前記電源部と前記制御部の中空部の内壁に前記フレームと接触固定するための弾性部材を貼り付けた請求項１に記載の電子めがね。
3. 前記電源部は前記制御部に結合するための嵌合機構を有し前記制御部に結合した際に電力の授受が出来る供給電極を持ち、前記制御部は前記嵌合機構と対になる嵌合機構を有し前記電源部と結合した際に前記供給電極に接続する受電電極を持つ請求項１に記載の電子めがね。
4. 前記電源部と前記制御部の円筒側面には樹脂で構成された外装部材が設けられており、その外装部材の表面に自然物繊維で作られた緩衝材で覆われている請求項１から３に記載の電子めがね。
5. 前記嵌合機構により結合した前記制御部と前記電源部との結合体を前記フレームの片側のみに配置する請求項３に記載の電子めがね。
6. 前記結合体を配置しないフレームに前記結合体の重量を平衡するためのカウンターウェイトを配置する請求項５に記載の電子めがね。
7. 前記カウンターウェイトは、前記結合体と同じ形状でありその中空部に前記フレームを貫通させ、この中空部内壁に設けた弾性部材により前記フレームと接触固定する請求項６に記載の電子めがね。
8. 前記フレームの片方に前記電源部を配置し、前記電源部を配置していないフレームに前記制御部を配置する請求項１記載の電子めがね。
9. 前記レンズ部は左右２つのレンズ部から成り、前記左右のレンズ部の重量が異なるときは、前記レンズ部の重量が軽い側の位置にあるフレームに前記電源部を配置し、前記電源部と反対の位置にあるフレームに前記制御部を配置する請求項１に記載の電子めがね。
10. フレームと、
    前記フレームに接続された電気的に焦点を可変できるレンズ部と、
    前記レンズ部のレンズを駆動するための制御回路とその制御回路に接続された電池収納部を開口端に配置した円筒形状の制御部と、
    前記開口端を勘合する耳掛け部とから成る電子めがねであって、
    前記制御部を前記フレームの片側に配置した電子めがね。
11. 前記電子めがねは、ＵＳＢ機器と接続したことを判断して接続した時には前記電源部からの電力を遮断し前記ＵＳＢ機器からの電力を前記制御部に供給するＵＳＢ判断ブロックを備えた請求項１及び１０に記載の電子めがね。

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