CN101167010B - 眼科显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种眼科显示器，其包括：光学成像器(5)，用于对由光束生成系统(4)的微型屏幕(1)发射的光束整形并将其定向到佩带者的眼睛(O)从而能够观看图像(I)，其中所述光束生成系统用于生成经由入射面引入所述成像器的光束，适配器位于相对于所述成像器的参考位置，并且所述光束生成系统包括用于连接到所述适配器的连接装置(4A)，所述系统与所述适配器之间的连接是可拆除的。在本发明中，所述适配器由两个卡钩(11A、11B)构成，所述卡钩用于嵌入所述连接装置(4A)所具有的嵌孔中。

Description

眼科显示器
技术领域
本发明涉及一种眼科显示器，其包括能够投影图像或多媒体类型的信息并且优选地与透镜关联的光学成像器。术语“透镜”在这里用于表示可以特别被置入眼镜框中的光学系统。
背景技术
从美国专利5 886 822可知一种制造具有投影插入物的眼科透镜。所述投影插入物由光学成像器构成，用于对来自微型屏幕、激光二极管或发光二极管类型的电子和光学光束生成系统的光束进行整形，光束生成系统用于从电信号生成光束。光学成像器将光束定向到佩戴者的眼睛，从而能够观看信息内容。
图1详细显示了已知显示器的例子。
作为例子，所述光学成像器与上面提到的美国专利5 886 822中描述的光学成像器的类型相同。
具有信息的电子信号经由电缆7被递送到微型屏幕1。由背光照亮的微型屏幕1从该信号中生成对应于所述信息的像素图像。作为例子，可以使用生成具有320×240像素且大小为4.8毫米(mm)×3.6mm的图像的“KOPIN计算机显示器320色彩”屏幕。屏幕1的位置借助于机械接口而参照于光学成像器5。防护外壳保护装置的全部或一部分。光学部件8与屏幕1关联，该光学部件具体地是反射镜和透镜。
光学成像器5由传播棱镜5a、背衬(backing)棱镜5b、四分之一波片5c和球形曼金(Mangin)镜5d组成。球形曼金镜是其中球面已用铝或等效物处理从而能够反射的平-球透镜。
成像器5还包括偏振分离器处理6，该偏振分离器处理6可以以或者传播棱镜5a或者背衬棱镜5b上的薄镀层的形式、或者借助于粘结在上述两个元件之间的薄膜来提供。
成像器5被嵌入透镜9中，并且外壳在该透镜后面正面地放置，可反射处理5e因此包含于该透镜中。基于同样的原理，外壳可以被放置在透镜9一侧，可反射元件5e因而是不存在的。
词语“透镜”特别涉及用于安装在眼镜框中的光学矫正透镜。眼科镜片透镜具有常规特性：例如视力矫正、防强光保护、防尘、防刮擦。
已知要将光束生成系统固定在透镜上，并且还要使用下面的装置来实现焦距的调整从而调整到看到信息图像的距离，以及因此要设置该距离来为佩戴者提供清晰舒适的视野。透镜联结到适配器上，该适配器由具有两个杆的板组成，其中光束生成系统的外壳接合到两个杆上并且可以滑动。在这种调整期间，外壳被或深或浅地手动接合到滑道上从而调整距离，并且外壳因而被横向螺杆挡住。
该类型的连接和焦距调整设备存在以下技术问题。
按照接合，显示器的总体大小改变。这会造成其生产上的限制。
该类型的设备不可避免地导致杆与滑道之间的相当大的游隙，并且这不利于显示器的准确度。
一般地，外壳由塑料制成，并且板及其杆由金属制成。这导致外壳的快速佩戴，其进一步增加了游隙，并且因此增加显示器的不准确度。
最后，在该现有技术中，手动进行调整，这意味着佩戴者必须握着外壳并且使它沿杆滑动直到获得正确的焦距。不言而喻，这种装置不是非常准确、使用起来不是十分舒服，并且相对于实验使用而言不太适合于日常使用。
因此，可以设想提供一种安装了这样的调整设备的显示器，该调整设备用于通过调整光学元件与成像器之间的光束的长度来调整焦距，其中所述调整设备包括在光束生成系统中，该光束生成系统例如包括固定板，至少一个光学元件经由活动连接而连接到该固定板，该活动连接可借助于致动设备来调整。
因此，光束生成系统与透镜之间的连接不再需要距离调整，但是其在提供准确定位和保持以及易于放置到合适的位置的同时，为了美观而必须在透镜上几乎为不可见。
发明内容
为此，本发明提出了一种眼科显示器，其包括：光学成像器，用于对由光束生成系统的微型屏幕发射的光束整形并且将其定向到佩戴者的眼睛从而能够观看图像，其中所述光束生成系统用于生成经由入射面而引入所述成像器的光束，适配器位于相对于所述成像器的参考位置，并且所述光束生成系统包括用于连接到所述适配器的连接装置，其中所述系统与所述适配器之间的连接是可拆除的，所述显示器的特征在于，所述适配器由至少两个卡钩构成，其中该卡钩用于嵌入所述连接装置所具有的嵌孔(housing)中。
这种解决方案的优点在于其对于将光束生成系统固定在信息透镜或眼镜透镜上的适用性，其中所述信息透镜或眼镜透镜在机械、光学、体积、重量和外观方面受到很大约束。
最小化了所使用的部件数量。使用在不起动任何外部工具的情况下快速、容易地进行。缺乏摩擦部件确保定位准确度受保护。在外观方面，所述信息眼镜透镜上的剩余部件，即两个卡钩，分的很开。所述连接系统的总体积是最小的，这在所述光束生成系统中与在所述透镜上是一样的。假设只用于吊挂的部分是卡钩，则对总重量的影响是最小的。
在优选实施例中，所述卡钩被卡定在所述成像器的入射面中的卡孔中。
优选地，所述光束生成系统所具有的所述连接装置包括两个基本平行的臂，每个臂分别具有卡钩嵌孔中的一个，其中被安排在上臂中的翼片(tab)具有所述嵌孔之一，所述翼片在与连接所述嵌孔的轴的轴基本平行的方向上可弹性变形，并且被定向为基本上垂直于所述轴。
有利地，所述光束生成系统所具有的所述连接装置还包括两个支承定位销，每个定位销由各自的臂所具有，并且被安排在下臂中的杆(prong)具有所述定位销之一，所述杆在与连接所述嵌孔的轴的轴基本垂直的方向上可弹性变形，并且被定向为基本上垂直于所述轴。
有利地，所述支承定位销被置于经过所述轴的所述连接装置的纵向平面的两侧。
优选地，所述连接装置被制造在所述光束生成系统的板(platine)中。
有利地，所述成像器被并入透镜中。
在本发明的改进中，所述卡钩由导电材料制成。
优选地，所述卡钩嵌孔由导电材料制成并且连接到电压源。
本发明还提供了一种构成如上面描述的显示器的透镜，所述透镜的特征在于，它包括两个电极，这两个电极在其至少一部分表面上被相互面对地放置，并且在所述电极之间放置了电激励可变光传输系统。
优选地，所述卡钩之一与所述电极之一电接触，并且所述卡钩中的另一个与所述电极中的另一个电接触。
有利地，所述卡钩中的每一个都通过所述电极。所述光传输系统可以是液晶系统。
本发明提供了一对透镜，这对透镜经由鼻桥(nose bridge)互连并且包括至少一个如上面提到的透镜。
最后，本发明涉及包括如上面描述的透镜的一对透镜，这对透镜的特征在于，另一透镜还包括两个电极，这两个电极在其至少一部分表面上被相互面对地放置，并且在所述电极之间放置了电激励可变光传输系统。
优选地，导体被放置在所述桥中，并且它们为所述透镜的电极提供电连接。
附图说明
下面参考附图详细描述本发明，附图仅示出了本发明的优选实施例。
图1是上面已描述的已知显示器的平面图；
图2是本发明的眼科显示器的不完整的透视图；
图3是图2的分解侧视图；
图4和5是本发明的眼科显示器的不完整透视图；
图6和7是本发明的眼科显示器的透视图；
图8是示出了对本发明的改进的剖视图；
图9是示出了一对镜片的纵向剖视图，其说明了所述改进。
具体实施方式
图2和3示出了透镜9，该透镜9由用于安装在镜框中的光学矫正透镜构成。如图1所示，光学成像器5被插入透镜9中，仅光束的入射面在图2中可见。光束由图4和5所示的光束生成系统的微型屏幕发射。
适配器在相对于所述成像器的参考位置，即准确地联结到所述成像器或所述透镜，以确保光束以正确且最佳的方式在成像器内被发射并且确保其朝向佩戴者的眼睛O传播，从而使得可以观看图像I。所述适配器由两个卡钩11A、11B构成，其中，所述两个卡钩被卡定在卡孔12A、12B中，所述卡孔被安排在成像器的入射面10中，其中所述成像器例如通过多重注塑(surmoulage)而被插入透镜9中。
可以设想使所述适配器具有不止两个如上所述的卡钩，其中所述卡钩为了美观而在所述透镜上几乎不可见。
卡钩11A、11B可以由金属或塑料材料制成，并且被嵌入连接装置4A所具有的嵌孔中，其中所述连接装置4A联结到光束生成系统4，所述系统与所述适配器之间的连接是可拆除的。图4和5所示的连接装置4A包括两个基本平行的臂13A、13B，每个臂分别具有卡钩嵌孔14A、14B中的一个，被安排在上臂13A中的翼片15具有所述嵌孔之一14A。翼片15在与连接所述嵌孔的轴的轴A基本平行的方向上可弹性变形，并且被定向为基本垂直于轴A。
光束生成系统4所具有的连接装置4A还包括两个支承定位销16A、16B，每个定位销由各自的臂所具有。被安排在下臂13B中的杆17具有其中一个定位销16B。这个杆17在与连接所述嵌孔的轴的轴A基本垂直的方向上可弹性变形，并且被定向为基本垂直于所述轴A。支承定位销16A、16B被置于包含轴A的所述连接装置的纵向平面的两侧。
当所述光束生成系统包括如上面提到的固定板时，连接装置4A有利地被制造在所述板中，
光束生成系统4可以如下面描述且如图6和7中所示的那样被固定到所述透镜上。
下卡钩11B首先插入相应的下嵌孔14B中，该下嵌孔14B的尺寸大于相应卡钩11B的尺寸，以便能够在定位期间移动。上卡钩11A然后夹入相应的上嵌孔14A，该上嵌孔14A的尺寸匹配于所述卡钩的尺寸，并且所述夹入是通过使光束生成系统4向上倾斜并且使所述连接装置的上臂13A的翼片15弹性变形来完成的。翼片15可以通过用手指按压它来使它变形，或者可以借助于光束生成系统4的外壳的可活动部分来使它变形。
相反地，为从透镜9移除光束生成系统4，对翼片15施加压力，并且从其各自的嵌孔中释放所述卡钩。
在所述安装的变型中，通过保持翼片15变形直到两个卡钩都被完全固定，上卡钩14A可以被置于相应的嵌孔14A中并且下卡钩11B可以被置于相应的嵌孔14B中。
可弹性变形翼片15的形状被设计为提供足以实现以下操作的弹性：相应的变形、为将其保持在两个卡钩之间所必需的应力的产生，以及使用户操纵起来容易且不费力。
在安装期间，两个止动定位销16A、16B与透镜9的表面接触。上定位销16A提供刚性按压，而下面的另一定位销16B通过杆17的变形以及挤压透镜9来确保合适的旋转阻塞。
可弹性变形杆17的形状被设计为提供足以实现以下操作的弹性：相应的变形、产生足以阻塞的回弹力，以及使用户操纵起来容易且不费力。
定位销16A、16B的形状可以避免在透镜上形成刮痕。有利地，所述定位销是半球形的。可选地，其还可以具有防刮擦处理或由例如橡胶的软材料制成。
图8和图9示出了对本发明的改进。
当成像器是并入透镜或一对镜片的透镜中的插入物时，它定义了其表面等于该插入物的前表面的体积，并且其中，周围环境的视野被阻断。超出该体积之外，这对镜片的佩戴者可以通过透镜看见周围环境。
应当观察到，由所述系统显示的信息图像I由于来自外部环境的光的叠加而遭受对比度损失。这个现象当在室外使用所述信息透镜时特别显著。
对比度定义为C＝(Ion-Ioff)/(Ion+Ioff)，其中Ion是眼睛在看位于周围环境前的信息图像时接收的强度，而Ioff是眼睛在看没有信息图像的周围环境时接收的图像。
为解决这个问题，本发明提出了下面的改进，其正好适合上面描述的装置。
参考图8和9，可以看到，两个平面透明电极20a、20b平行于透镜9表面被相互面对地放置。透镜的最终衬底因而包括构成合适的眼科透镜的两个独立的透明材料衬底9a、9b。电极20a、20b被置于衬底9a、9b的相对的内表面上。至少一个电极20a或20b可以基于铟和锡氧化物或掺氟锡氧化物。
它们被由可变光传输系统构成的板20c隔开。所述系统可以是例如电化铬类型的。以优选的方式，它是耗电量少的系统，例如基于液晶的系统或电泳类型的系统。对于所述系统，导致光传输变化的电激励是与施加于所述系统的两个入射端之间的电压相对应的电场。所消耗的电流较低并且与小尺寸电源相容。
板20c优选地是稳压型或双稳态型的液晶系统。稳压系统受大约1.5伏特(V)的电压控制，而双稳态系统需要大约15V的电压脉冲来驱动光开关。
板20c可以被置于所述透镜的一部分表面上，或者被置于所述透镜的整个表面上。
从眼睛观看周围环境，透镜9因而通过对层进行叠加来构成，其中所述层由常规透镜材料的第一衬底9a、第一电极20a、液晶板20c、第二电极20b和常规透镜材料的第二衬底9b构成。
在这个改进中，被卡定在卡孔12A、12B中的两个卡钩11A、11B是导电材料的，优选地为金属，其中所述卡孔12A、12B被安排在成像器的入射面10中，该成像器例如通过多重注塑而被插入透镜9中。
其中一个卡钩11A有电接触地通过第一电极20a，并且借助于绝缘管状元件21a无电接触地通过第二电极20b。另一卡钩11B借助于绝缘管状元件21b无电接触地通过第一电极20a，并且有电接触地通过第二电极20b。
导电材料可选地可以被置于合适的位置，其中，第一卡钩11A与第一电极20a嵌合接触而第二卡钩11B与第二电极20b嵌合接触，从而确保该嵌合的更好的导电性。
卡钩11A、11B因而构成各自的电极20a和20b的延伸部分，并且它们共同构成形成电铬化系统的板20c的开关。
图5至7中可见的连接装置4A的卡钩嵌孔14A、14B也由例如金属的导电材料制成，并且它们连接到电压源。例如，将0V电压施加于嵌孔14A以接收卡钩11A，而将1.5V电压施加于嵌孔14B以接收另一卡钩11B。
当佩戴者想要使用显示器时，光束生成系统通过将连接装置4A嵌合到卡钩11A、11B上而连接到透镜。电压因而被施加到两个电极20a与20b之间，并且液晶板20c变暗，在大约10秒的时间内中非常快速地阻止周围环境发射的光线，使其不再干扰观看由所述光束生成系统发射的图像I。
对于位于对应于黑暗中使用的0堪(candela)每平方米(cd/m2)至对应于室外使用的2000cd/m2的范围中的亮度，本发明具有显著优点。对于大约1000cd/m2的亮度，获得了大约10∶1的感知对比度，而不是利用不具有所述装置的透镜而获得的1.49∶1。这带来了系数为6.7的改进。1.49∶1的对比度使得图片不能被观看并且使得眼科显示器不能被使用。
所述用于改进由显示器看到的图像的对比度的装置，被安排在具有光束生成系统的透镜上。对于双目显示器，其被独立地安排在镜片对的两个透镜上等等。
对于其中仅一个透镜被安装了成像器并且旨在携带光束生成系统的单目显示器，可以设想将两个透镜电耦合到一起以便它们具有相同的亮度。
图9示出了所述电耦合：
透镜9具有卡钩，所述卡钩中的仅一个卡钩11A在该截面图中可见，并且如上所述，透镜通过组装层来构成，其中所述层由常规透镜材料的第一衬底9a、第一电极20a、液晶板20c、第二电极20b和常规透镜材料的第二衬底9b构成。
镜片对的第二透镜9’或其等价物在其构成方面是相同的，即其由常规透镜材料的第一衬底9’a、第一电极20’a、液晶板20’c、第二电极20’b和常规透镜材料的第二衬底9’b构成。
第一电极20a与20’a和第二电极20b与20’b的电连接经由鼻桥22、借助于导体22a和22b来确保，其中导体22a和22b可以以类似于卡钩连接的方式连接到电极，即，通过经由每个电极、以及提供合适的电接触和合适的电隔离。
因此，当所述光束生成系统固定在透镜9上时，由于每对电极之间的电压是相同的，因此两个透镜以相同的方式变暗。

Claims (12)

1.一种眼科显示器，其包括具有传播棱镜的光学成像器(5)，该光学成像器用于对由光束生成系统(4)的微型屏幕(1)发射的光束整形并且将其定向到佩戴者的眼睛(O)从而能够观看图像(I)，其中所述光束生成系统用于生成经由入射面引入所述成像器的光束，其特征在于，所述光束生成系统包括用于与被卡定在所述成像器的入射面的卡孔(12A、12B)中且位于相对于该成像器的参考位置的至少两个卡钩(11A、11B)可拆除地连接的连接装置(4A)，所述卡钩嵌入所述连接装置(4A)所具有的嵌孔中，所述成像器被并入透镜中。
2.根据权利要求1所述的显示器，其特征在于，所述光束生成系统(4)所具有的所述连接装置(4A)包括两个基本平行的臂(13A、13B)，每个臂分别具有所述嵌孔中的一个，其中被安排在上臂(13A)中的翼片(15)具有所述嵌孔之一(14A)，所述翼片在与连接所述嵌孔的轴的轴(A)平行的方向上可弹性变形并且被定向为垂直于连接所述嵌孔的轴的轴。
3.根据权利要求2所述的显示器，其特征在于，所述光束生成系统所具有的所述连接装置还包括两个支承定位销(16A、16B)，每个定位销由各自的臂所具有，并且被安排在下臂中的杆(17)具有所述定位销之一(16B)，所述杆在与连接所述嵌孔的轴的轴(A)垂直的方向上有弹性并且被定向为垂直于所述连接所述嵌孔的轴的轴。
4.根据权利要求3所述的显示器，其特征在于，所述支承定位销(16A、16B)被置于包含所述连接所述嵌孔的轴的轴(A)的所述连接装置的纵向平面的两侧。
5.根据权利要求4所述的显示器，其特征在于，所述连接装置被制造在所述光束生成系统(4)的板中。
6.根据权利要求1所述的显示器，其特征在于，所述卡钩(11A、11B)由导电材料制成，所述嵌孔(14A、14B)由导电材料制成并且连接到电压源，并且所述透镜包括两个电极(20a、20b)，所述电极在其至少一部分表面上被相互面对地放置，并且在所述电极之间放置了电激励可变光传输系统(20c)。
7.根据权利要求6所述的显示器，其特征在于，所述卡钩之一(11A)与所述电极之一(20a)电接触，而所述卡钩中的另一个(11B)与所述电极中的另一个(20b)电接触。
8.根据权利要求7所述的显示器，其特征在于，所述卡钩中的每一个(11A、11B)都经过所述电极(20a、20b)。
9.根据权利要求6到8中任一个所述的显示器，其特征在于，所述光传输系统(20c)是液晶系统。
10.透镜对，其经由鼻桥(22)互连并且包括至少一个根据权利要求6到9中任一项的透镜(9)。
11.透镜对，其包括根据权利要求6到9中任一项的透镜(9)，所述透镜对的特征在于，另一透镜(9’)也包括两个电极(20’a、20’b)，所述电极在其至少一部分表面上被相互面对地放置，并且在所述电极之间放置了电激励可变光传输系统(20’c)。
12.根据权利要求11所述的透镜对，其特征在于，导体(22a、22b)被放置在桥(22)中，并且所述导体为所述透镜(9、9’)的电极(20a、20b、20’a、20’b)提供电连接。
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