CN113341573A - 带有辅助视觉功能的近眼显示眼镜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带有辅助视觉功能的近眼显示眼镜，包括镜架结构、微型摄像系统、控制系统和成像系统；镜架结构包括镜腿、镜框前盖壳、镜框后盖壳；镜框前盖壳与镜框后盖壳嵌合式连接，两条镜腿分别与镜框后盖壳的两端嵌合式连接；控制系统包括按键、触摸板、电池、FPC连接线、调制器和控制电路板；微型摄像系统包括微型摄像头、图像传感器、模数转换器和图像处理模块；成像系统包括OLED芯片组、准直透镜组、耦合棱镜、几何光波导组件和前保护片。本发明能够帮助视功能障碍人群恢复正常的学习、生活和工作，还能极大地提高佩戴的舒适度。
Description
技术领域
本发明涉及视功能障碍辅助技术领域，特别涉及一种带有辅助视觉功能的近眼显示眼镜。
背景技术
目前，双眼视功能异常在临床中越来越常见，形成其主要原因包括弱视、先天性或后天性白内障、无法纠正的屈光不正、糖尿病视网膜病变等，通常表现为视力障碍、色觉异常、夜盲、昼盲、视野缺损、视物变形、闪光视觉、视疲劳、立体视觉异常和对比敏感度异常等，严重影响了视功能障碍者的正常生活。
传统助视器如光学助视器，由于功能单一、视觉图像质量较差、体积大不便于携带等缺点，已无法满足大多数视功能障碍患者正常生活的需求。而封闭式VR设备仅支持“双目视差”和“移动视差”，会造成使用者眼部辐辏调节冲突和视觉与体感的冲突，易引起视疲劳、虚拟现实晕动症等全身不适症状。
发明内容
针对现有光学助视器和封闭式VR设备在视功能障碍辅助时存在的缺点，本发明提出了一种带有辅助视觉功能的近眼显示眼镜。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
一种带有辅助视觉功能的近眼显示眼镜，包括镜架结构、微型摄像系统、控制系统和成像系统；
所述镜架结构包括镜腿、镜框前盖壳、镜框后盖壳；所述镜框前盖壳与所述镜框后盖壳嵌合式连接，两条所述镜腿分别与所述镜框后盖壳的两端嵌合式连接；
所述控制系统包括按键、触摸板、电池、FPC连接线、调制器和控制电路板；所述电池、FPC连接线、调制器和所述控制电路板安装在所述镜框前盖壳和所述镜框后盖壳两端之间；所述电池向所述控制电路板提供电能；所述按键和所述触摸板分别与所述控制电路板连接；所述按键设置在所述镜框前盖壳一端的上部；所述触摸屏安装在所述镜框前盖壳一端的外侧；
所述微型摄像系统包括微型摄像头、图像传感器、模数转换器和图像处理模块；所述微型摄像头设置在所述镜框前盖壳外侧中部位置；所述图像传感器、模数转换器和所述图像处理模块耦合于所述镜框前盖壳和所述镜框后盖壳两端之间；所述微型摄像头与所述图像传感器连接，所述图像传感器与所述模数转换器连接，所述模数转换器与所述图像处理模块连接，所述图像处理模块通过数据线与所述控制电路板连接；
所述成像系统包括OLED芯片组、准直透镜组、耦合棱镜、几何光波导组件和前保护片；所述OLED芯片组、准直透镜组和所述耦合棱镜耦合在所述镜框前盖壳和所述镜框后盖壳两端之间，所述几何光波导组件耦合在所述镜框前盖壳和所述镜框后盖壳主体之间；所述控制电路板通过调制器与所述前保护片连接；所述控制电路板通过所述FPC连接线与所述OLED芯片组连接，所述OLED芯片组发出成像光束经所述准直透镜组准直，准直后的成像光束经耦合棱镜耦合进入所述几何光波导组件内，成像光束经所述几何光波导组件后进入佩戴者眼镜视网膜上。
优选的，所述成像系统包括变焦透镜模组；所述变焦透镜模组安装在所述镜框后盖壳主体内侧，与所述几何光波导组件的位置相对应。
优选的，所述控制系统包括蓝牙模块和WIFI模块；所述控制电路板通过所述蓝牙模块与移动设备连接；所述控制电路板通过所述WIFI模块联入互联网。
优选的，所述前保护片为电致变色器件。
优选的，所述几何光波导组件包括平面波导衬底和光波耦合输出面；所述光波耦合输出面位于所述平面波导衬底远离所述准直透镜组一侧。
优选的，所述平面波导衬底厚度小于3mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明结构简单，外部结构主要由镜框前盖壳、镜框后盖壳和镜腿拼装而成，而其他部件则主要内置于所述镜框前盖壳和镜框后盖壳之间，生产和组装均很方便；本发明可以通过控制系统的按键和触摸板进行操作，可以进行蓝牙连接，可以连接WIFI，设计非常人性化，科技感十足；采用本发明的成像系统可以使得近眼显示眼镜设计成类似普通的眼镜，轻便且隐蔽性好，不会压迫鼻梁和头部，提高了佩戴舒适度，减少不必要的关注，在提供视觉辅助的同时不会影响佩戴者正常观看周围环境，能够帮助许多视功能障碍人群恢复日常的学习、生活和工作；采用微型摄像系统的目的在于加强佩戴者对周围环境的感知，视功能障碍人群视功能存在缺失，而微型摄像系统可以将周围环境拍摄下来，经过特征加强后通过成像系统输出AR图像，帮助佩戴者感知周围环境。
附图说明
图1为本发明一实施例中带有辅助视觉功能的近眼显示眼镜的分解图；
图2为本发明一实施例中带有辅助视觉功能的近眼显示眼镜的组装图；
图中，1-微型摄像头；2-右几何光波导组件；3-右变焦透镜模组；4-右准直透镜组；5-OLED芯片组；6-按键；7-控制电路板；8-右镜腿；9-左镜腿；10-电池；11-左准直透镜组；12-左几何光波导组件；13-左变焦透镜模组；14-镜框后盖壳；15-前保护片；16-镜框前盖壳。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
以下请参考图1和图2，一种带有辅助视觉功能的近眼显示眼镜，包括镜架结构、微型摄像系统、控制系统和成像系统；镜架结构包括镜腿、镜框前盖壳16、镜框后盖壳14；镜框前盖壳16与镜框后盖壳14嵌合式连接，两条镜腿左镜腿9和右镜腿8分别与镜框后盖壳14的两端嵌合式连接。
在一个实施例中，控制系统包括按键6、触摸板、电池10、FPC连接线、调制器和控制电路板7；电池10、FPC连接线、调制器和控制电路板7安装在镜框前盖壳16和镜框后盖壳14两端之间；电池10向控制电路板7提供电能；按键6和触摸板分别与控制电路板7连接；按键6设置在镜框前盖壳16一端的上部(按键6实际安装在镜框后盖壳14一端，将镜框前盖壳16拼装到镜框后盖壳14后，则按键6位于镜框前盖壳16一端的上部)；触摸屏安装在镜框前盖壳16一端的外侧。
本实施例中，用户通过按键6和触摸板来操控控制电路板7，通过控制电路板7来操控微型摄像系统和成像系统。
在一个实施例中，微型摄像系统包括微型摄像头1、图像传感器、模数转换器和图像处理模块；微型摄像头1设置在镜框前盖壳16外侧中部位置(微型摄像头1实际安装在镜框后盖壳14内测中部位置，当镜框前盖壳16拼装到镜框后盖壳14后，则微型摄像头1位于镜框前盖壳16外部中部位置)；图像传感器、模数转换器和图像处理模块耦合于镜框前盖壳16和镜框后盖壳14两端之间；微型摄像头1与图像传感器连接，图像传感器与模数转换器连接，模数转换器与图像处理模块连接，图像处理模块通过数据线与控制电路板7连接。
微型摄像系统的工作原理：
光线照在景物上发生漫反射，漫反射的光线通过微型摄像头1聚集到图像传感器上，图像传感器感知光线并获得相应的电信号，经过模数转换器转换后变为数字信号，数字信号再经过图像处理模块进行加工处理，再通过数据线传输到控制电路板7，通过成像系统就可以看到图像了。
微型摄像头1可以采用高清1080P镜头，并具有自动对焦功能和OIS(光学防抖)功能，由于其设置再镜架结构的前方，即位于佩戴者两只眼镜之间前面的位置，随着佩戴者头部的移动，微型摄像头被动跟踪佩戴者的观察目标，准确定位后进行拍摄，可以获得实时、稳定、清晰的数字图像。
在一个实施例中，成像系统包括OLED芯片组5、准直透镜组、耦合棱镜、几何光波导组件和前保护片15；OLED芯片组5、准直透镜组和耦合棱镜耦合在镜框前盖壳16和镜框后盖壳14两端之间，几何光波导组件耦合在镜框前盖壳和镜框后盖壳主体之间；控制电路板7通过调制器与前保护片15连接；控制电路板7通过FPC连接线与OLED芯片组5连接，OLED芯片组5发出成像光束经准直透镜组准直，准直后的成像光束经耦合棱镜耦合进入几何光波导组件内，成像光束经几何光波导组件后进入佩戴者眼镜视网膜上。
本实施例中，OLED芯片组即为微显示器，采用OLED芯片设计的成像光路系统结构更简单更轻、对比度更高、色彩饱和度高、出光均匀性更好；限制于镜架结构或者又是为了缩小体积，通过耦合棱镜将准直后的成像光束导入几何光波导中；准直透镜组包括左准直透镜组11和右准透镜组4，几何光波导组件包括左几何光波导组件12和右光波导组件2，OLED芯片组、耦合棱镜和前保护片均包括两个。
在一个实施例中，成像系统包括变焦透镜模组；变焦透镜模组安装在镜框后盖壳主体内侧，与几何光波导组件的位置相对应。
本实施例中，变焦透镜模组包括左变焦透镜模组13和右变焦透镜模组3，分别与左几何光波导组件12和右几何光波导组件2的位置相对应。变焦透镜模组可以是两个具有不同屈光度的镜片，通过叠合程度不同来变焦，也可以是采用可变形材料制成的镜片来调焦，从而适应眼睛具有度数的人群使用。
在一个实施例中，控制系统包括蓝牙模块和WIFI模块；控制电路板通过蓝牙模块与移动设备连接；控制电路板通过WIFI模块联入互联网。
在其他实施例中，控制系统包括无线通信模块；控制电路板与无线通信模块连接；无线通信模块可以连接移动、电信或者联通数据，数据可以是4G或者5G数据。
在一个实施例中，前保护片15为电致变色器件。
本实施例中，前保护片15外形跟普通镜片类似，但在其他实施例中，前保护片15可以为电致变色膜，它可以直接贴在几何光波导组件的外表面，也可以贴在基片的一侧或者两侧，然后具有电致变色膜的基片安装在镜框前盖壳主体外侧，可以对几何光波导组件起到密封作用。
本实施例中，控制电路板7通过调制器控制电致变色器件变色，变色程度是可以调节的，根据外部太阳能光照强度而进行适应性调节。比如，当外界光照过强时，用户可能无法看清成像系统输出的画面，则失去了近眼显示眼镜助视的作用，强光刺激下还会伤害人眼。同时，不同人群的人眼对于外界光强的适应能力不同，用户可以根据自己的需求和外界光强得变化而调节前保护片15的遮挡效果。
在一个实施例中，几何光波导组件包括平面波导衬底和光波耦合输出面；光波耦合输出面位于平面波导衬底远离准直透镜组一侧。
本实施例中，光波耦合输出面为阵列结构，阵列结构的每个单元对光线在特定角度均具有半反半透的性质；准直后的成像光束经耦合棱镜耦合后进入几何光波导组件后，平行光束在平面波导衬底内进行全反射，全反射的光线经过光波耦合输出面半反半透后垂直输出平面波导衬底，形成眼动范围内可见的完整图像。
在一个实施例中，平面波导衬底厚度小于3mm。
在实际生产工艺中，平面波导衬底的厚度低于2mm，因此本近眼显示眼镜可以做成接近于普通眼镜那样轻便，佩戴起来也舒适。
本发明一实施例中近眼显示眼镜的设计和实际效果为：视场角为25°，焦距小于16mm，亮度大于350堪德拉每平米，对比度大于10000：1，畸变小于1.3％，MTF(@30lp/mm)大于0.5，轴向色差小于3μm，重量小于18g，平面波导衬底的厚度为1.45mm。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种带有辅助视觉功能的近眼显示眼镜，其特征在于：包括镜架结构、微型摄像系统、控制系统和成像系统；
所述镜架结构包括镜腿、镜框前盖壳、镜框后盖壳；所述镜框前盖壳与所述镜框后盖壳嵌合式连接，两条所述镜腿分别与所述镜框后盖壳的两端嵌合式连接；
所述控制系统包括按键、触摸板、电池、FPC连接线、调制器和控制电路板；所述电池、FPC连接线、调制器和所述控制电路板安装在所述镜框前盖壳和所述镜框后盖壳两端之间；所述电池向所述控制电路板提供电能；所述按键和所述触摸板分别与所述控制电路板连接；所述按键设置在所述镜框前盖壳一端的上部；所述触摸屏安装在所述镜框前盖壳一端的外侧；
所述微型摄像系统包括微型摄像头、图像传感器、模数转换器和图像处理模块；所述微型摄像头设置在所述镜框前盖壳外侧中部位置；所述图像传感器、模数转换器和所述图像处理模块耦合于所述镜框前盖壳和所述镜框后盖壳两端之间；所述微型摄像头与所述图像传感器连接，所述图像传感器与所述模数转换器连接，所述模数转换器与所述图像处理模块连接，所述图像处理模块通过数据线与所述控制电路板连接；
所述成像系统包括OLED芯片组、准直透镜组、耦合棱镜、几何光波导组件和前保护片；所述OLED芯片组、准直透镜组和所述耦合棱镜耦合在所述镜框前盖壳和所述镜框后盖壳两端之间，所述几何光波导组件耦合在所述镜框前盖壳和所述镜框后盖壳主体之间；所述控制电路板通过调制器与所述前保护片连接；所述控制电路板通过所述FPC连接线与所述OLED芯片组连接，所述OLED芯片组发出成像光束经所述准直透镜组准直，准直后的成像光束经耦合棱镜耦合进入所述几何光波导组件内，成像光束经所述几何光波导组件后进入佩戴者眼镜视网膜上。
2.根据权利要求1所述的一种带有辅助视觉功能的近眼显示眼镜，其特征在于：所述成像系统包括变焦透镜模组；所述变焦透镜模组安装在所述镜框后盖壳主体内侧，与所述几何光波导组件的位置相对应。
3.根据权利要求1所述的一种带有辅助视觉功能的近眼显示眼镜，其特征在于：所述控制系统包括蓝牙模块和WIFI模块；所述控制电路板通过所述蓝牙模块与移动设备连接；所述控制电路板通过所述WIFI模块联入互联网。
4.根据权利要求1所述的一种带有辅助视觉功能的近眼显示眼镜，其特征在于：所述前保护片为电致变色器件。
5.根据权利要求1所述的一种带有辅助视觉功能的近眼显示眼镜，其特征在于：所述几何光波导组件包括平面波导衬底和光波耦合输出面；所述光波耦合输出面位于所述平面波导衬底远离所述准直透镜组一侧。
6.根据权利要求5所述的一种带有辅助视觉功能的近眼显示眼镜，其特征在于：所述平面波导衬底厚度小于3mm。
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