CN115166980A - 具有光学显示系统的眼镜 - Google Patents

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Abstract

眼镜(1)包括设置有至少一个镜片型光学单元(4)的面(10)，所述面限定用于用户鼻子的通道(13)，用于鼻子的所述通道由面的所谓第一内侧边缘14a和第二内侧边缘14b限定，所述边缘分别朝向面(10)的第一外侧边缘12a和第二外侧边缘12b，眼镜(1)还包括：用于发射视觉信息的模块(2)，其包括用于发射所述视觉信息的元件；以及用于返回转换后的视觉信息的几何元件(3)，其能够将转换后的视觉信息返回到光学单元(4)的目标区域(6)，其特征在于：发射模块(2)被放置在面(10)的第一内侧边缘(14a)的底部或顶部，而几何返回元件(3)放置在第一内侧边缘(14a)的顶部或底部，当发射模块(2)放置在面的第一内侧边缘(14a)的底部时，几何返回元件(3)放置在第一内侧边缘(14a)的顶部，并且当发射模块(2)放置在面的第一内侧边缘(14a)的顶部时，几何返回元件(3)放置在第一内侧边缘(14a)的底部。

Description

具有光学显示系统的眼镜
本申请是2019年6月21日提交、发明名称为“具有光学显示系统的眼镜”、申请号为201780079933.6的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及光学系统领域，更具体地涉及集成在头盔或一副眼镜(称为“连接眼镜”)中的光学显示系统。
背景技术
已知可以观看“虚拟现实”的各种型号的头戴式显示器，例如市场上的OculusRiftTM系统。它们体积庞大，无法同时观看外部环境。具有所谓的抬头显示器的头盔也是已知的，该头盔使得可以同时观看外部现实。所谓的具有光学显示系统的连接眼镜也是已知的。这些装置的光学原理在O.Cakmakci和J.Rolland在2006年出版的Journal of DisplayTechnology 2(3)，第199-216页的文章“Head-Worn Displays：A Review”中有所介绍。大量专利文献提出了不同的构造。
这些眼镜通常相当笨重。它们是不适合常用的特定物体。他们的设计与普通眼镜(无论是配有矫正镜片还是太阳镜的眼镜)的设计明显不同。作为实例，文献WO 2016/135727(Elbit Systems)和US 2009/0231 722(Day&Night Display Systems)提出了将显示系统水平地定位在鼻梁上。这种定位与普通眼镜不相容。在WO 2015/075206(Carl ZeissOptics)中描述了在杆中具有波导的眼镜，他们需要使用一组棱镜来从眼镜镜片中提取光线，这降低了透明视觉。
许多文献描述了集成在眼镜中的显示器，在眼镜中，镜框更类似于用于观察的普通眼镜的镜框。
文献FR 3 017 966(O.Cecconi)提出了在用于将镜框保持在鼻子上的两个鼻托(pad)中的每一个中集成微型屏幕，每个屏幕借助眼镜镜片的内部(后)屈光部(diopter)(其必须具有非常特定的曲线)将图像投射到眼镜佩戴者的眼睛中。
文献US 2003/0184 868(Geist)描述了这样一种系统：布置在一副眼镜的杆上的显示器将图像发送到附接到眼镜的一个鼻托的第一反射镜(mirror)，然后发送到附接到眼镜镜片的第二反射镜，由此图像投射到用户的眼睛中。靠近鼻托的第二反射镜与眼镜镜片的中心相距一定距离，从而需要眼睛的显著移动以便看到来自系统的图像。
文献US 6 394 601(Bettinger)描述了一种包括显示器的系统，该显示器附接到眼镜镜片的顶部，其发射表面垂直于镜片的平面定位，其将图像发送到位于镜片底部处的反射镜，由此图像被反射到用户的眼睛中。没有呈现具体实例，并且可以认为位于眼镜镜片的上边缘处的显示器相当庞大。该系统还具有以下缺点：图像总是在眼镜镜片的周边被感知，从而需要眼睛运动，这阻挡了环境的清晰视野。
本发明要解决的问题是提供这样一种眼镜系统：用于显示的光学系统被设计成减少因确保显示功能光学系统所占据的空间，同时优化一副普通眼镜(特别是一副运动眼镜)的通常特性(尺寸、紧凑、轻盈、镜片的弯曲、镜框、设计)，以免妨碍观察环境。
发明内容
本发明基于“一副眼镜”，其具有至少一个眼镜镜片型光学单元，该光学单元包括限定用于用户鼻子的通道的面和用于附接到用户头部的装置。所述光学单元具有前屈光部(或从前面看的“外部”屈光部)和后屈光部(或指向用户脸部的“内部”屈光部，)。附接装置可以是眼镜杆或任何其他合适的装置。
根据本发明，这些目的通过眼镜实现，该眼镜包括设置有至少一个镜片型光学单元的面，所述面限定用于用户鼻子的通道，所述通道由所述面的所谓第一内侧边缘和第二内侧边缘限定，
所述眼镜还包括：
-用于发射视觉信息的发射模块，其包括用于发射所述显示类型视觉信息的元件；
-可选的用于光学变换所述发射的视觉信息的光学变换元件，特别是透镜类型的光学变换元件；
-用于几何反射变换后的视觉信息的反射镜类型的几何反射元件，其能够将所述变换后的视觉信息反射到所述镜片型光学单元的目标区域，
所述发射模块布置在所述面的所述第一内侧边缘的底部或顶部，而所述几何反射元件布置在所述第一内侧边缘的顶部或底部，其中，当所述发射模块布置在所述面的所述第一内侧边缘的底部时，则所述几何反射元件布置在所述第一内侧边缘的顶部，并且当所述发射模块布置在所述面的所述第一内侧边缘的顶部时，则所述几何反射元件布置在所述第一内侧边缘的底部。
通常，所述面的所述第一内侧边缘和第二内侧边缘分别朝向所述面的第一外侧边缘和第二外侧边缘。
在一个实施例中，眼镜包括特别是以枢转方式安装在所述面(例如，安装在所述面的第一外侧边缘和第二外侧边缘上)上的杆。在另一个实施例中，镜片以固定或枢转的方式集成在用于保护头部的头盔中，特别是在经批准的自行车头盔或经批准的摩托车头盔中。
有利地，显示类型的发射元件的主表面与所述面的主表面相倾斜(尤其是基本垂直)。
本发明使用鼻子关节附近的可用空间来定位发射模块和/或几何反射元件。更具体地，这两个装置中的一个或另一个(即发射模块或几何反射元件)可以位于眉毛下方，靠近鼻骨，而另一个可以位于下泪点附近。发射模块和几何反射元件的这种定位使得可以最小化它们对用户造成的笨重和阻挡。这种定位还促进具有足够宽的视场的高质量图像的投影，并防止直视被发射模块或几何反射元件阻挡。
所述目标区域位于所述光学单元的后屈光部上。目标区域优选地位于所述第一外侧边缘的中间部分，从而防止眼睛的直视被显示器阻挡。
在一个实施例中，所述面包括两个镜圈和连接所述两个镜圈的中梁，每个镜圈包括附接装置，所述附接装置尤其可拆卸地用于所述镜片型光学单元，每个镜圈包括分别形成所述面的所述外侧边缘之一和所述内侧边缘之一的外侧边缘和内侧边缘。由中梁连接的所述镜圈可以形成已知类型的镜框。
在第一替代方案(“替代方案1”)中，所述发射模块和/或所述几何反射元件安装在镜圈上。
在第二替代方案(“替代方案2”)中，所述发射模块和/或所述几何反射元件不安装在镜圈上，而是直接附接到所述镜片上。
在能够与替代方案1或2组合的第三替代方案(“替代方案3”)中，所述镜框被设计成在每个镜圈中接纳镜片型光学单元。
在能够与替代方案1或2组合的第四替代方案(“替代方案4”)中，所述镜框被设计成保持在两个镜圈上延伸的单个光学单元。
在能够与所有上述替代方案组合的第五替代方案(“替代方案5”)中，杆和/或中梁直接安装在所述光学单元上。
在另一个实施例中，所述面包括光学单元，所述光学单元的外侧边缘形成所述面的所述外侧边缘，所述杆直接安装在所述光学单元的外侧边缘上。
特别地，发射模块可以安装在镜圈上，安装在面的第一边缘的底部处，或者直接安装在镜片型光学单元上。类似地，几何反射元件可以安装在镜圈上，安装在面的第一边缘的底部处，或者直接安装在镜片型光学单元上。在一个实施例中，发射模块和几何反射元件都安装在镜圈上，一个安装在底部，另一个安装在顶部(在第一替代方案中，发射模块位于顶部，在第二替代方案中，发射模块位于底部)。在另一个实施例中，发射模块和几何反射元件都安装在镜片型光学单元上(通过已知的组装技术)，一个安装在底部，另一个安装在顶部(在第一替代方案中，发射模块位于顶部，在第二替代方案中，发射模块位于底部)。在另一个实施例中，发射模块安装在镜圈上，而几何反射元件安装在镜片型光学单元上，一个安装在顶部，另一个安装在底部(在第一替代方案中，发射模块位于顶部，在第二替代方案中，发射模块位于底部)。在又一个实施例中，发射模块安装在镜片型光学单元上，而几何反射元件安装在镜圈上，一个安装在顶部，另一个安装在底部(在第一替代方案中，发射模块位于顶部，在第二替代方案中，发射模块位于底部)。
根据本发明的有利特征，所述中梁形成中梁模块的一部分，所述光学块附接到所述中梁模块。所述中梁模块有利地包括电连接插座。所述镜框还可以具有用于光学变换所述发射的视觉信息的光学变换元件，特别是透镜类型的光学变换元件，可以使用许多这些元件，例如两个。
根据本发明的有利特征，所述眼镜还包括光学块，所述块包括保持装置，所述保持装置尤其可拆卸地用于所述发射模块和/或所述光学变换元件和/或所述几何反射元件，所述光学单元设置有能够相对于所述光学单元定位所述光学块的定位装置。
在第一实施例中，所述定位装置包括与所述光学单元集成、尤其是一体地模制的至少一个定位元件，所述定位元件尤其是通过榫卯式连接或通过弹性卡扣锁定连接能够与所述光学块配合。
在另一个实施例中，所述光学块与所述光学单元集成，尤其是一体地模制。
本发明的另一个目的是一种镜框，其属于根据本发明的眼镜，所述镜框包括两个镜圈和连接所述两个镜圈的中梁，每个镜圈包括附接装置，所述附接装置尤其可拆卸地用于镜片型光学单元，所述镜框还包括：
-视觉信息发射模块，其包括显示类型的视觉信息发射元件；用于光学变换所述发射的视觉信息的光学变换元件，特别是透镜类型的光学变换元件；
-用于几何反射变换后的视觉信息的反射镜类型的几何反射元件，其能够将所述变换后的信息发送到所述镜片的目标区域，
所述发射模块安装在所述面的所述第一内侧边缘的底部或顶部，而所述几何反射元件安装在所述第一内侧边缘的顶部或底部，其中，当所述发射模块安装在所述面的所述第一内侧边缘的底部时，则所述几何反射元件安装在所述第一内侧边缘的顶部，并且当所述发射模块安装在所述面的所述第一内侧边缘的顶部时，则所述几何反射元件安装在所述第一内侧边缘的底部。
目标区域有利地位于所述第一镜圈的外侧边缘的中间部分。显示类型的发射元件的主表面基本垂直于所述第一镜圈的主表面。
有利地，屏幕(由镜片型光学单元表示)的总视野(total field)使得可以覆盖瞳孔的多个位置。
由视觉信息发射模块提供的图像可以是单色或多色的。
在可以与所有其他实施例和替代方案组合的一个实施例中，所述眼镜包括用于检测环境亮度的电子系统，所述电子系统构造为根据环境的环境亮度实时控制显示器的亮度。
在可以与所有其他实施例和替代方案组合的另一实施例中，几何反射元件借助于控制部件安装在可调节支撑件上，使得可以使反射镜平移几微米，同时优选地保持显示器和镜片型光学单元的表面之间的恒定角度。
作为上述实施例的替代方案(或者不太优选地，作为对上述实施例的补充)，显示器(优选地具有用于视觉信息的光学变换的元件)通过控制部件安装在可调节支撑件上，使得可以平移移动显示器(优选地具有用于视觉信息的光学变换的元件)，以便能够调节焦点和屈光度，这使得可以至少部分地补偿用户的某些视觉缺陷，例如近视或远视。
通常，在本发明的上下文中：
-用于视觉信息的光学变换的所述元件有利地包括至少一个透镜，优选地是非球面的，从而减少像差；
-所述几何反射元件有利地包括至少一个反射镜，反射镜可以特别是平面反射镜或凸面反射镜，并且可以具有圆形形状、卵形形状、椭圆形形状、矩形或正方形形状(优选地具有圆角(rounded edge))，应当理解的是，没有拐角的形状是优选的，因为它们不那么笨重并且更容易与支撑件集成；
-所述视觉信息发射模块优选地是OLED型显示器，其可以是单色或彩色显示器。特别是可以使用由格勒诺布尔的MicrooledTM公司出售的微型显示器，
-根据用户的主眼，所述具有几何反射元件的发射模块可以相同地放置在眼镜的左手或右手部分上。
应当指出，在本发明的上下文中，术语“镜片型光学单元”中的术语“镜片”必须被理解为“眼镜镜片”而不是特定材料的指示：事实上所述“镜片”可以由任何合适的材料制成，例如所谓的有机玻璃，例如诸如聚碳酸烯丙基二甘醇酯(缩写为“CR-39”的树脂)等聚碳酸酯、塑料薄膜、矿物玻璃，并且可以或不可以允许光学校正，和/或可以或不可以吸收至少一部分可见光谱(太阳镜)，和/或可以或不可以被着色，应当理解的是，所述功能(和其它功能，例如防划伤功能、防雾功能、偏振功能、半反射表面功能)可以是所使用的“镜片”材料固有的，和/或可以通过一种或多种合适的表面涂层获得。实际上，在本发明的上下文中使用的镜片型光学单元可以是眼镜领域中的已知类型的单元。
这里使用复数形式的词语“眼镜”表示单数形式的物体(如图所示)或复数形式的物体，因为所述词语“眼镜”源自表述“一副眼镜”。
附图说明
下面将参考图1至图15描述本发明，图1至图15仅作为非限制性实例提供，其中：
图1示出了集成在自行车型头盔中的根据本发明的眼镜的实施例的正视图。
图2示出了根据本发明的眼镜的另一个实施例，图2a是从内部看的图，图2b和图2c示出了前部，图2d是从内部看的透视图。
图3示出了针对反射镜的两种不同倾斜度的根据本发明的眼镜的显示系统的2D几何光学系统的简化图。
图4示出了根据本发明的眼镜的显示系统的3D几何光学系统的简化图的两个不同视图(图4a和图4b)。
图5示出了具有两个镜片的实施例的两个不同(图5a和图5b)的简化示意图。
图6显示了图2的眼镜，其具有竖直移动(图6a)或横向移动(图6b)的三个不同目标区域。
图7示出了从内部看到的本发明另一实施例的示意图。
图8示出了根据本发明实施例的用眼镜获得的瞳孔上的二次网格(quadraticgrid)的投影。
图9示出了利用根据本发明的显示系统获得的用于眼镜的信息显示的实例，该显示系统设置有尺寸为300×356像素(有效表面：3.1mm×3.6mm)的OLED型显示器。
图10示出了根据本发明特定实施例的眼镜镜片型光学单元的实例。
图11示出了根据本发明另一特定实施例的附接到所述眼镜镜片型光学单元的反射镜和(在根据纵轴线的横截面中)包含显示器和镜片的壳体。
图12示出了根据本发明的光学模块的两个视图：图12(a)示出了纵向剖视图，图12(b)示出了盖件的透视图。
图13示出了另一实施例的透视图，其中中梁模块集成了光学块。
图14示出了集成光学模块的中梁模块的两个视图：图14(a)示出了在中梁连接件上具有可拆卸鼻支撑件的模块，图14(b)示出了没有鼻支撑件的模块。
图15示出了图14(b)的中梁模块，其具有连接的线缆连接器。
在本说明书中使用以下附图标记：
Figure BDA0003762367670000081
Figure BDA0003762367670000091
具体实施方式
我们将在下面更详细地描述本发明的实施例，特别是关于附图进行描述。
图1示出了根据本发明的眼镜1的实施例的正视图，该眼镜1集成在自行车头盔类型的头盔19中。眼镜镜片型光学单元4具有用于鼻子的通道13，因此，它比摩托车头盔类型遮阳头盔中的遮阳板(visor)更接近脸部。光学单元4相对于眼睛7的这种接近性产生了对不笨重或不阻塞的紧凑显示系统的需求。在该实施例中，几何反射元件3是反射镜，其借助于附接点9在光学单元4的靠近佩戴者眉毛和鼻子的顶部处附接到光学单元4。发射模块2借助于附接点20在光学单元4的靠近鼻子的底部处附接到光学单元4。光学变换元件5位于从发射模块2通向几何反射元件3的光路中。图像被投射到光学单元4的内部屈光部上并反射到用户的眼睛中。
在该实施例中，光学单元4直接附接到头盔19。附接装置可以是设置在头盔下部的凹槽，光学单元的上边缘在其整个长度上插入凹槽中，或者(如在社区设计模型no.000 175955-0001中所示的头盔中)附接装置可以是铰链，铰链的每侧将光学单元4可枢转地连接到头盔19，使得光学单元4可以通过向上枢转而打开。
图2a、图2b、图2c和图2d示出了基于一副普通眼镜的另一实施例。图2a是从后面(即用户视角)看到的视图，图2b是正视图，图2d是从后面看到的透视图，图2c类似于图2a，但是图2c示出了：箭头，其表示示出所发射的视觉信息的图像光路；以及表示目标区域6的灰色区域，在所述目标区域6上，所述视觉信息被投射到由镜片表示的光学单元4a的内部。
如图2b所示，眼镜包括通过中梁16连接的两个镜圈15a和15b，从而为佩戴者的鼻子提供通道13。每个镜圈15a和15b配备有用于将眼镜1附接到佩戴者头部的附接装置11a和11b，在这种情况下附接装置11a和11b是眼镜杆。
更具体地，每个镜圈15a和15b包括外侧边缘18a和18b和内侧边缘17a和17b，杆11a和11b安装在镜圈15a和15b的所述第一外侧边缘18a和第二外侧边缘18b上。每个镜圈15a和15b包括镜片型光学单元4a和4b。镜圈15a和15b和镜片型光学单元4a和4b一起形成眼镜1的面10。
根据本发明，眼镜1包括发射模块2和用于视觉信息3的几何反射的元件，其可以是反射镜。由发射模块2发射的视觉信息(下文中也将称为“图像”)通过光学变换元件5进行光学变换，在该特定情况下，光学变换元件5是图像在到达所述几何反射元件3之前经过的透镜。图像被投射到眼镜型光学单元4a的内面上，从内面图像被反射到眼镜佩戴者的眼睛7中。所述光学变换元件5一方面可以放大图像，并且另一方面可以在图像在眼镜镜片4a的内面上反射之后校正光学像差。所述光学变换元件5可以是一个透镜(或位于发射模块2和几何反射元件3之间的多个透镜)，或者所述光学变换元件5可以集成在所述几何反射元件3中，所述几何反射元件3可以是非球面反射镜。
几何反射元件3可以通过附接点9附接到光学单元4a。
发射模块2和光学变换元件5可以集成在同一壳体或块中，下文中将其称为“光学块”，它在图2c中用附图标记21表示。图12示出了所述光学块的两个视图：图12(a)示出了纵向截面，图12(b)示出了透视图(其中盖件22就位)。在该实施例中，光学块21包括显示器2、由机械间隔件23分开的两个光学透镜5、连接到机械定位和保护元件24的反射镜3。
在图2的实施例中，发射模块2安装在面10的第一内侧边缘14a的底部，而几何反射元件3安装在所述第一内侧边缘14a的顶部。
如果眼镜具有带镜圈的镜框，则镜圈的内侧边缘17a和17b可以与面的内侧边缘14a和14b重合，并且镜圈的外侧边缘18a和18b可以与面的外侧边缘12a和12b重合。杆11a和11b可以安装在面的第一外侧边缘12a和第二外侧边缘12b上，或者安装在镜圈的第一外侧边缘18a或第二外侧边缘18b上，或者可以附接至面10上的另一位置，特别是附接至镜圈15a和15b或直接附接至镜片型光学单元4。
用于控制视觉信息发射模块2的电子部件和卡和/或为用于控制发射模块2的电子器件供电的电能存储元件(通常是一个或多个电池，图中未示出)和/或所述发射模块可以容纳在电子壳体8和/或眼镜杆11a和11b中的一个和/或另一个，并且通过柔性线缆(通常称为“电线”，图中未示出)连接。
在可以与本文所述的所有其他实施例组合的实施例中，所述面10和所述镜片型光学单元4包括半透明光伏电池，该半透明光伏电池直接或通过电池向控制电子器件和/或所述视觉信息发射模块2供电。这种半透明光伏电池在现有技术中是已知的。
图3以简化和示意的方式示出了根据本发明的眼镜的显示系统的2D几何光学系统，其针对发射模块1(具有其光学变换元件5)和几何反射元件3的不同调节(图3a和图3b)。在这些调节中，一方面来自视觉信息发射元件2的入射光束在几何反射元件3上的撞击点P1与由光学单元4反射的光束的起始点P2之间的距离d有利地保持恒定，并且光学单元4上的反射角有利地保持恒定。该图示出了在设计眼镜时或在微调光学单元4上的点P2的位置时修改发射模块2的定位的可能性。有利地，在这些调节期间，长度d1不会显著改变，从而不会改变来自模块2的图像的聚焦。
图4以简化和示意的方式示出了根据本发明的眼镜的显示系统的3D几何光学系统，图4a和图4b示出了两个不同的视图。它示出了光学变换元件5的作用，该光学变换元件在这种情况下是一个透镜，但是在替代方案(图5中示出)中可以包括两个透镜。
图5示出了根据本发明的眼镜的局部视图(省略了杆和镜圈，以便不妨碍该图)，其中由发射模块2产生的视觉信息的光学变换元件包括两个透镜5a和5b。图5b相对于图5a旋转了45°。
图6示出了图2的眼镜，其中目标区域6偏移。在图6a中，目标区域6向上偏移(目标区域6')或向下偏移(目标区域6”)，在图6b中，它横向向外移动(目标区域6”')或向内移动(目标区域6””)。还可以设想组合了这两种类型运动的运动。目标区域6在光学单元4的表面上的定位的选择是根据眼镜的预期用途进行的。该位置的调节可以在工厂或由配镜师或由用户自己进行。在一个特定实施例中，几何反射元件3借助于控制部件(图中未示出)安装在可调支撑件(图中未示出)上，使得可以将所述几何反射元件3平移几个微米，同时优选地保持显示器2和镜片型光学单元4的表面之间的恒定角度。
图7示出了根据本发明的眼镜，其中显示器2和反射镜3的构造相对于图2的实施例反转：显示器2位于顶部(靠近眉毛)和反射镜3位于底部。
根据本发明的眼镜可以制成具有或不具有镜圈，或具有部分镜圈(例如，仅在顶部或仅在底部)。如图1所示，如果眼镜不具有镜圈，则面10由镜片型光学单元4a和4b形成。中梁16可以存在或不存在，并且光学单元4可以由为鼻子提供通道13的单个部件组成，如图1所示的实施例中那样。类似地，镜框可以具有靠近鼻子通道13的鼻托(图中未示出)，以便稳定佩戴者鼻子上的眼镜，于是这些鼻托形成面10的一部分。所有这些类型的眼镜和镜架都是已知的，并且本发明的特征(和优点)是：它可以用普通镜框来实现，或者至少用在美学上类似于普通镜框的镜框来实现。主要限制如下：镜框或面必须实际上使得可以在面内侧边缘的顶部或底部具有发射模块和几何反射元件，并且必须调节眼镜以便一方面接纳电能存储元件和另一方面接纳用于控制发射模块的电子器件。为了实现这些目的，例如可能需要选择具有特定形状和/或尺寸的杆11，使得可以提供用于接纳所述能量存储元件和/或所述控制电子器件的壳体，和/或提供电子壳体8。
在实现本发明时可以有许多替代方案，这些替代方案可以与本文描述的所有实施例组合，并且可以彼此组合。
例如，沉积在几何反射元件3和/或眼镜镜片(二向色或抗反射的)的表面上的光学层可以根据显示器的发射波长改善反射率，并减少寄生反射。
为了增加系统的对比度，镜片内表面上的光学层可以通过在镜片外表面上具有互补色的反射层来补充，和/或通过吸收互补色的层来补充，和/或通过选择吸收互补色的镜片来补充。这使得可以减少镜片中的寄生反射，并增加对比度。类似地，可以用互补色对镜片进行着色以获得相同的效果，和/或增加太阳镜功能。
可以调节镜片的内表面和外表面的曲线，以便为眼镜佩戴者提供眼科矫正。内表面使得可以校正由显示装置投射的虚像的视觉，并且内表面和外表面的组合使得可以校正眼镜佩戴者的自然视觉。
反射镜可以具有任何形状，但是没有拐角的形状(特别是圆形或椭圆形的形状)是优选的，从而留下足以用于图像反射的自由场，以减小其体积并且更好地与支撑件集成。
可以提供用于通过反射镜的机械支撑件调节反射镜和显示器之间的焦点的装置，该装置可调节地附接到镜框的支撑件。因此，通过拧紧或拧松反射镜，反射镜可以平移移动几微米，同时保持显示器和眼镜镜片之间的相同角度。
还可以(替代地或作为对上述实施例的补充)提供用于通过显示器的机械支撑件调节焦点和屈光部的装置，该装置可调节地附接到镜框的支撑件。因此，通过拧紧或拧松显示器(并且优选地同时拧紧或拧松安装在与显示器2相同的光学块21上的透镜5或多个透镜)，显示器2(及其透镜)可以平移移动几微米，以便可以调节焦点和屈光部，这使得可以至少部分地补偿用户的某些视觉缺陷，例如近视或远视。
可以提供一种能够调节显示器2的亮度的系统。该系统可以与用于捕获环境亮度的电子系统相关联，并被构造为根据外部环境实时调节显示器的亮度。
在示例性实施例中，使用如图2所示的基弧(base)8运动眼镜镜框。发射模块(具有以530nm为中心的光谱的明亮单色OLED微显示器)安装在第一内侧边缘的底部，反射镜位于所述第一内侧边缘的顶部。显示器2的图像经过校正透镜5，然后由平面镜反射到眼镜镜片4，根据所施加的表面沉积物，镜片4反射高达20％的入射光。具有亮度(高达20,000Cd/m2)和高对比度(1:970,000)的微显示器使得即使在室外环境中也能够使显示器保持足够亮以使用户可见。高对比度使得可以在眼镜镜片上显示的元素之外保持非常暗的背景(0.003Cd/m2)。
还可以使用其他眼镜曲线，例如基弧6、基弧7、基弧9和基弧13或其他曲线和形状。
也可以使用彩色OLED显示器。在一个实施例中，具有带有256×300像素的3.1mm×3.6mm表面的彩色OLED显示器和直径为10mm的圆形反射镜与图2和图6所示类型的运动眼镜一起使用。作为光学变换元件5，使用两个非球面光学聚酯树脂透镜OKP4(波长546.1nm下的光学指数n＝1.607)。图8显示了二次网格的投影，其在瞳孔的标称点处(图8b)、-2mm的横向距离处(图8a)、+2mm的横向距离处(图8c)具有由显示器显示的10°的总视野。应注意的是，图像在标称位置显示出非常低的失真，并且当位置移动±2mm时几乎不会恶化。这种显示系统对显示字母数字符号(文本、表示时间的数字序列等)和图像具有非常令人满意的质量。在该实施例中，显示中心的位置是水平会聚的大约16°和高于水平线大约6°的高度。在这个位置，用户可以很好地直观地看到环境，而不会使视觉受到显示器的阻挡，并且还可以轻松识别提供与速度、高度变化、GPS坐标等有关的信息的字母数字序列和象形图(参见以黑白再现且用于显示器的实例的图9)。
申请人意识到，在根据本发明的眼镜中，光学系统的图像渲染质量在很大程度上取决于光学透镜5、显示器2、反射镜3和投影有图像的眼镜镜片4的定位精度。光学块上的几十微米的转动、偏心或应力和变形可能产生主要影响图像清晰度的光学像差：这些像差引起光束的偏转(deflection)并因此导致瞳孔中的焦点偏转。
为了克服这个问题，已经提出了三个特定实施例，它们提供了用于相对于镜片定位光学块21而没有可能改变图像渲染质量的外部应力的装置。因此，在眼镜镜片上增加了机械功能，以降低组装公差。
在图10所示的第一实施例中，上述定位装置包括直接形成在眼镜镜片4上的至少一个机械定位元件30、31、32(例如止挡件或肋)，从而便于将光学块21(以及可选地还有反射镜3)相对于镜片4定位和调节在最佳位置。
这些定位元件30、31可以与眼镜镜片4集成，特别是一体地模制，例如以在镜片上模制的超静定止挡件的形式，来将光学块21保持在标称位置。在这种情况下，光学块21具有能够与这些定位元件配合的“凹(female)”型挤压件。这些定位元件和这些凹型挤压件的配合尤其可以是榫卯类型，或弹性卡扣锁定类型。这种配合使得可以相对于镜片4以足够的精度保持整个光学块21。类似地，可以提供直接形成在眼镜镜片上的机械定位元件32，以便将反射镜3保持在标称位置。
在图中未示出的第二实施例中，至少一个基座集成在眼镜镜片型光学单元中(通常通过模制)，光学块(以及可能还有反射镜)可以精确地附接(例如通过卡扣锁定)在该基座上。
在图11所示的第三实施例中，光学块21与镜片型光学单元4直接集成。这可以通过模制执行。在替代方案中，可以将反射镜的附件9集成在镜片型光学单元4中。这可以通过模制执行。
特别地，可以制造光学块21，然后将显示器2和光学变换元件5(包括例如一个或多个透镜)插入光学块21中。该光学块21可包括用于附接几何反射元件3的基座(图中未示出)。该光学块有利地包括保持装置，特别是可拆卸的保持装置，使得可以相对于该块的壁部保持光学透镜5和/或显示器2和/或反射镜3。这些保持装置可以是任何合适的类型，特别是榫卯类型或弹性卡扣锁定类型。
上面刚刚描述的这三个实施例使得可以克服对机械部件的调节和保持的限制，因为光学元件(显示器、透镜和反射镜)的定位直接在眼镜镜片上进行。这样，确保了元件定位的精度，并且图像渲染质量最佳。
在图13至图15中示出了具有许多替代方案的另一实施例。在该实施例中，眼镜的中梁集成了光学块21，这个组件在这里称为中梁模块40。它包括电子壳体8。图13示出了处于顶部位置的反射镜3，在一个替代方案(图中未示出)中，光学块被反转，使得反射镜位于底部，而显示器位于顶部。图14示出了中梁模块40的两个仰视图，未示出光学块21的盖件的下部，从而可以示出OLED显示器2的位置。
在非常有利的替代方案中，中梁模块包括电连接插座42，它在图14(b)中可见。它可以由可拆卸的鼻支撑件41(其在图14(a)中可见)保护。如图15所示，所述连接插座42可以接纳连接器43，以便将数据传输到显示器，和/或以便为电池再充电。它可以与电子模块通信，该电子模块可以位于中梁上的壳体44中，和/或位于横向电子壳体8中(壳体44和电子壳体8在图13中同时示出)。
所述电子模块可以包括至少一个微处理器，该微处理器构造为满足以下功能中的至少一个：电源供电和/或电池再充电的管理或无线通信模块功能(诸如蓝牙)。电子模块可以包括接近传感器和/或环境光传感器(并且然后可以构造为自动地将微显示器的亮度调节到环境光的水平)、一个或多个控制元件(诸如按钮)、一个或多个信号元件(例如发光二极管)以及发光元件。按钮或接近传感器可以构造为致动微显示器的启动/停止功能或其另一功能。
在所描述的所有实施例中，用于鼻子的支撑件25可以是可拆卸的，使得可以选择适合用户形状的支撑件。在替代方案(图中未示出)中，可拆卸鼻支撑件41是中梁支撑件40的一部分。
根据本发明的眼镜具有许多应用和用途，特别是在专业领域、运动领域以及城市和日常生活中。这些各种应用可能需要改进镜架、镜片的形状、发射模块2和几何反射元件3的精确位置(特别是相对于内侧边缘位于顶部或底部位置)、目标区域6的位置和光学调整(投影的视距)。它们还可能需要例如通过无线通信(例如根据BluetoothTM标准)将眼镜与外部微处理器相接。
在专业领域中，根据本发明的眼镜1可以由在生产设施、包装厂、仓库、物流环境中执行各种任务的人使用，在这种情况下，它涉及向用户发送信息和/或指导用户执行他或她的任务使得用户的双手得到解放。例如，当用户使用手推车在仓库中移动以便在不同的储存站收集包裹时，根据本发明的眼镜可以显示包裹的代码和/或下一个站点的位置。对于生产操作者，眼镜可以为佩戴者显示为了执行操作而要遵循的程序，或者要考虑的指令或警报消息。
根据本发明的眼镜1可以由健康机构中的医疗或辅助医疗人员使用，以便为佩戴者显示有用信息(产品列表、患者信息、分析结果、物理参数、化学参数或物理化学参数、指令)而无需人员需要用手来处理纸质文件或显示屏幕。
根据本发明的眼镜1可以由航空人员使用，以便显示用于控制飞行器的重要信息。作为实例，此信息可能来自交通警报和防撞系统(TCAS)。它也可以由紧急干预人员(消防员、警察、技术支持人员)使用，以便在视觉上通知他们信息。
根据本发明的眼镜1可以由运动员佩戴(例如，在跑步、骑自行车、滑雪或单板滑雪时)，以便在活动期间为佩戴者显示有用信息，例如心率、速度、所走距离或剩余距离、计时、海拔、地理、地形信息等，包括方向指示和GPS数据，以及旅游信息(例如，关于滑雪站：电梯的关闭时间、等待时间等)。对于潜水面罩，除了心率信息和计时信息之外，可以有利地显示潜水深度以及与减压停留有关的信息。
在运动环境中根据本发明的眼镜1的另一种用途是由裁判使用，例如在中央裁判和助理裁判之间使用。
在城市或日常生活中，根据本发明的眼镜1可以特别用于显示计时和地理信息、GPS信息、气象信息、空气污染信息(污染指数)、旅游景点(纪念碑、供水点、浴室可用性)。根据本发明的眼镜还可以用于游戏环境中，特别是在增强现实(例如PokemonTM GO型)中，并且用于显示社交网络信息(例如：TwitterTM，FacebookTM，InstagramTM，SnapchatTM，WeChatTM，WhatsAppTM，LineTM)或电子邮件和短信类型消息的通知或内容。

Claims (18)

1.一种眼镜(1)，其包括设置有至少一个镜片型光学单元(4)的面(10)，所述面限定用于用户鼻子的通道(13)，所述通道由所述面的所谓第一内侧边缘14a和第二内侧边缘14b限定，所述面的所述第一内侧边缘14a和所述第二内侧边缘14b分别面向所述面(10)的第一外侧边缘12a和第二外侧边缘12b，
所述眼镜(1)还包括：
-用于发射视觉信息的发射模块(2)，其包括用于发射所述显示类型视觉信息的元件；
-可选的用于光学变换所述发射的视觉信息的光学变换元件(5)，特别是透镜类型的光学变换元件；
-用于几何反射变换后的视觉信息的反射镜类型的几何反射元件(3)，其能够将所述变换后的视觉信息反射到所述镜片型光学单元(4)的目标区域(6)，
其特征在于，
-所述发射模块(2)布置在所述面(10)的所述第一内侧边缘(14a)的底部或顶部，而所述几何反射元件(3)布置在所述第一内侧边缘(14a)的顶部或底部，其中，当所述发射模块(2)布置在所述面的所述第一内侧边缘(14a)的底部时，则所述几何反射元件(3)布置在所述第一内侧边缘(14a)的顶部，并且当所述发射模块(2)布置在所述面的所述第一内侧边缘(14a)的顶部时，则所述几何反射元件(3)布置在所述第一内侧边缘(14a)的底部。
2.根据权利要求1所述的眼镜(1)，其特征在于，所述眼镜包括尤其可枢转地安装在所述面上的杆(11a,11b)。
3.根据权利要求1或2所述的眼镜(1)，其特征在于，所述面(10)包括两个镜圈(15a,15b)和连接所述两个镜圈的中梁(16)，每个镜圈(15a,15b)包括附接装置，所述附接装置尤其可拆卸地用于所述镜片型光学单元(4)，每个镜圈(15a,15b)包括分别形成所述面(10)的所述外侧边缘之一和所述内侧边缘之一的外侧边缘和内侧边缘。
4.根据权利要求1所述的眼镜(1)，其特征在于，所述面(10)包括单个光学单元(4)，所述光学单元的外侧边缘形成所述面(10)的所述外侧边缘，所述杆(11a,11b)直接安装在所述光学单元(4)的外侧边缘上。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的眼镜(1)，其特征在于，所述目标区域(6)优选地位于所述第一外侧边缘(12a)的中间部分处。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的眼镜(1)，其特征在于，显示类型的发射元件(2)的主表面与所述面(10)的主表面相倾斜(例如，基本垂直)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的眼镜(1)，其特征在于，所述视觉信息发射元件是OLED型显示器。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的眼镜(1)，其特征在于，所述眼镜以固定或可枢转的方式集成在用于保护头部的头盔(19)中。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的眼镜(1)，其特征在于，所述光学变换元件(5)是所述几何反射元件(3)的一部分。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的眼镜(1)，其特征在于，所述几何反射元件(3)是具有平坦表面或非球面表面的反射镜。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的眼镜(1)，其特征在于，所述眼镜包括用于检测环境亮度的电子系统，所述电子系统构造为根据环境的环境亮度实时控制显示器的亮度。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的眼镜(1)，其特征在于，所述眼镜还包括光学块(21)，所述光学块包括保持装置，所述保持装置尤其可拆卸地用于所述发射模块(2)和/或所述光学变换元件和/或所述几何反射元件，所述光学单元(4)设置有能够相对于所述光学单元定位所述光学块的定位装置(30,31)。
13.根据权利要求12所述的眼镜(1)，其特征在于，所述定位装置包括与所述光学单元(4)集成、尤其是一体地模制的至少一个定位元件(30,31)，所述定位元件尤其是通过榫卯式连接或通过弹性卡扣锁定连接能够与所述光学块(21)配合。
14.根据权利要求12所述的眼镜(1)，其特征在于，所述光学块(21)与所述光学单元(4)集成，尤其是一体地模制。
15.一种镜框，其属于根据权利要求3至14中任一项所述的眼镜，所述镜框包括两个镜圈(15)和连接所述两个镜圈的中梁(16)，每个镜圈包括附接装置，所述附接装置尤其可拆卸地用于镜片型光学单元，
所述镜框还包括：
-视觉信息发射模块(2)，其包括显示类型的视觉信息发射元件；
-用于光学变换所述发射的视觉信息的光学变换元件(5)，特别是透镜类型的光学变换元件；
-用于几何反射变换后的视觉信息的反射镜类型的几何反射元件(3)，其能够将所述变换后的信息发送到所述镜片的目标区域，
所述发射模块安装在第一镜圈的内侧边缘的底部，而所述反射元件安装在所述第一镜圈的所述内侧边缘的顶部，
所述目标区域位于所述第一镜圈的外侧边缘的中间部分，
显示类型的发射元件的主表面基本垂直于所述第一镜圈的主表面。
16.根据权利要求15所述的镜框，其特征在于，所述中梁(16)形成中梁模块(40)的一部分，所述光学块(21)附接到所述中梁模块。
17.根据权利要求16所述的镜框，其特征在于，所述中梁模块(40)包括电连接插座(42)。
18.一种根据权利要求1至14中任一项所述的眼镜的用途，所述用途是向用户发射视觉信息和/或引导用户执行他或她的任务或活动，尤其是在仓库、生产设施或包装厂、实验室、医院、地面车辆(尤其是货物运输车辆或紧急干预车辆)的驾驶室、船只或飞机中，或在体育活动(尤其是跑步、骑自行车、滑雪或单板滑雪或水肺潜水)期间。
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