ОЧКИ С ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМОЙ ОТОБРАЖЕНИЯ
GLASSES WITH OPTICAL DISPLAY SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области оптических систем, а более конкретно, к оптическим системам отображения, интегрированным в шлем или пару очков (называемую "соединенными очками").
Описание предшествующего уровня техники
Известны различные модели головных дисплеев, которые делают возможным обзор "виртуальной реальности", такие как система Oculus Rift™ на рынке. Они являются громоздкими и не допускают обзор внешнего окружения в одно и то же время. Также известны шлемы с так называемым головным дисплеем, которые делают возможным обзор внешней реальности в одно и то же время. Так называемые соединенные очки с оптической системой отображения также являются известными. Оптические принципы этих устройств представлены в статье "Head-Worn Displays" A Review" О. Какмачи и Дж. Ролланда, опубликованной в 2006 году в Journal of Display Technology 2 (3), страницы 199-216. Большое число патентных документов предлагают различные конфигурации.
Эти очки, как правило, являются довольно громоздкими и тяжелыми. Они являются специфическими объектами, которые не подходят для широкого применения. Их конструкция значительно отличается от конструкции обычных очков, будь то очки с корректирующими линзами или солнцезащитные очки. В качестве примера, документы WO 2016/135 727 (Elbit Systems) и US 2009/0231 722 (Day & Night Display Systems) предлагают позиционирование системы отображения горизонтально поверх переносицы. Это позиционирование является несовместимым с обычными очками. Очки с волноводами в дужках были описаны в WO 2015/075206 (Carl Zeiss Optics); они требуют использования множества призм для того, чтобы извлекать свет из линз очков, что снижает прозрачность зрения.
Многочисленные документы описывают дисплеи, интегрированные в очки, в которых оправы являются более похожими на оправы обычных очков для зрения.
Документ FR 3 017 966 (O. Cecconi) предлагает объединение микроэкрана в каждой из двух подушечек, предназначенных для удержания оправы на носу; каждый экран проецирует изображение в глаз владельца очков посредством внутреннего (заднего) диоптра линзы очков, которая должна тогда иметь очень характерную кривизну.
Документ US 2003/0184 868 (Geist) описывает систему, в которой дисплей, размещенный на дужке пары очков, отправляет изображение первому зеркалу, присоединенному к одной из подушечек очков, затем второму зеркалу, присоединенному к линзе очков, из которой изображение проецируется в глаз пользователя. Это второе зеркало, близкое к подушечке, находится на расстоянии от центра линзы очков и, тем самым, требует значительного перемещения глаз для того, чтобы видеть изображение, идущее из системы.
Документ US 6 394 601 (Bettinger) описывает систему, включающую в себя дисплей, присоединенный к верхнему фрагменту линзы очков с его излучающей поверхностью, расположенной перпендикулярно плоскости линзы, которая отправляет изображение на зеркало, расположенное в нижнем фрагменте линзы, из которого изображение отражается в глаз пользователя. Конкретный пример не представляется, и можно подумать, что дисплей, расположенный на верхнем крае линз очков, является довольно громоздким. Эта система также имеет недостаток в том, что изображение всегда воспринимается на периферии линзы очков, требуя перемещений глаз, которые препятствуют ясному обзору окружения.
Проблемой, которая должна быть решена посредством настоящего изобретения, является проблема предоставления системы очков, в которой оптическая система, предоставляя возможность проектирования дисплея так, чтобы уменьшать пространство, занимаемое оптической системой, обеспечивающей функцию отображения, в то же время оптимизировала обычные характеристики (размер, компактность, легкость, кривизну линз, оправу, дизайн) пары обычных очков, и, в частности, пары спортивных очков, и так, чтобы не препятствовать обзору окружающей среды.
Задача изобретения
Изобретение основывается на "паре очков", имеющих по меньшей мере один оптический блок линзового типа очков, включающий в себя лицевую сторону, определяющую проход для носа пользователя, и средство для присоединения к голове пользователя. Упомянутый оптический блок имеет передний диоптр (или "внешний" диоптр, видимый спереди) и задний диоптр (или "внутренний" диоптр, направленный к лицу пользователя). Средство присоединения может быть дужками очков или любым другим подходящим средством.
Согласно изобретению, эти задачи решаются с помощью очков, включающих в себя лицевую сторону, снабженную по меньшей мере одним оптическим блоком линзового типа, упомянутая лицевая сторона определяет проход для носа пользователя, упомянутый проход для носа определяется первым и вторым так называемыми внутренними краями лицевой стороны,
упомянутые очки также включают в себя:
- модуль для излучения визуальной информации, включающий в себя элемент для излучения упомянутой визуальной информации дисплейного типа,
- необязательно элемент для оптического преобразования упомянутой излучаемой визуальной информации, в частности, линзового типа,
- элемент зеркального типа для геометрического отражения преобразованной визуальной информации, приспособленный для отражения упомянутой преобразованной визуальной информации в целевую область упомянутого оптического блока линзового типа,
упомянутый излучающий модуль размещается в нижнем или верхнем фрагменте первого внутреннего края лицевой стороны, в то время как элемент геометрического отражения размещается в верхнем или нижнем фрагменте упомянутого первого внутреннего края, с пониманием, что, когда упомянутый излучающий модуль размещается в нижнем фрагменте упомянутого первого внутреннего края лицевой поверхности, то элемент геометрического отражения размещается в верхнем фрагменте упомянутого первого внутреннего края, а когда упомянутый излучающий модуль размещается в верхнем фрагменте первого внутреннего края лицевой стороны, то элемент геометрического отражения размещается в нижнем фрагменте упомянутого первого внутреннего края.
Типично, упомянутый первый и второй внутренние края лицевой стороны повернуты соответственно к первому и второму поперечным краям лицевой стороны.
В одном варианте осуществления очки включают в себя дужки, установленные на упомянутой лицевой стороне (например, на первом и втором поперечных краях упомянутой лицевой стороны), в частности, поворотным образом. В другом варианте осуществления они интегрируются, неподвижным или поворотным образом, в шлем для защиты головы, в частности в испытанный велосипедный шлем или в испытанный мотоциклетный шлем.
Преимущественно, основная поверхность излучающего элемента дисплейного типа является наклонной (в частности, практически перпендикулярной) по отношению к основной поверхности упомянутой лицевой стороне.
Изобретение использует доступное пространство рядом с соединением носа для того, чтобы позиционировать излучающий модуль и/или элемент геометрического отражения. Более конкретно, одно или другое из этих двух устройств (а именно, излучающий модуль или элемент геометрического отражения) может быть позиционировано под бровью, рядом с носовой костью, а другое может быть позиционировано рядом с нижней слезной точкой. Это позиционирование излучающего модуля и элемента геометрического отражения делает возможным минимизирование больших размеров и загораживания, которое они вызывают для пользователя. Это позиционирование также содействует проецированию высококачественного изображения с достаточно широким полем обзора и предотвращает загораживание прямой видимости излучающим модулем или элементом геометрического отражения.
Упомянутая целевая область располагается на заднем диоптре упомянутого оптического блока. Она предпочтительно располагается в среднем фрагменте упомянутого первого бокового края, тем самым, предохраняя прямую видимость глаза от загораживания дисплеем.
В одном варианте осуществления упомянутая лицевая сторона включает в себя два ободка и перемычку, соединяющую упомянутые ободки, каждый ободок включает в себя средство присоединения, в частности, съемное, для упомянутого оптического блока типа линзы, каждый ободок включает в себя боковой край и внутренний край, соответственно формирующие один из упомянутых боковых краев и один из упомянутых внутренних краев лицевой стороны. Упомянутые ободки, соединенные перемычкой, могут формировать известный тип оправы очков.
В первом альтернативном варианте ("альтернативном варианте 1") упомянутый излучающий модуль и/или упомянутый элемент геометрического отражения устанавливается на ободке.
Во втором альтернативном варианте ("альтернативном варианте 2") упомянутый излучающий модуль и/или элемент геометрического отражения устанавливается (устанавливаются) не на ободке, а присоединяются непосредственно к упомянутой линзе.
В третьем альтернативном варианте ("альтернативном варианте 3"), приспособленном для объединения с альтернативными вариантами 1 или 2, упомянутая оправа проектируется, чтобы принимать в каждый ободок оптический блок линзового типа.
В четвертом альтернативном варианте ("альтернативном варианте 4"), приспособленном для объединения с альтернативными вариантами 1 или 2, упомянутая оправа предназначается, чтобы удерживать единственный оптический блок, который протягивается поверх двух ободков.
В пятом альтернативном варианте ("альтернативном варианте 5"), приспособленном для объединения со всеми из вышеуказанных альтернативных вариантов, дужки и/или перемычка устанавливаются непосредственно на упомянутый оптический блок(и).
В другом варианте осуществления, упомянутая лицевая сторона включает в себя оптический блок, боковые края упомянутого оптического блока формируют упомянутые боковые края лицевой стороны, упомянутые дужки устанавливаются непосредственно на боковые края упомянутого оптического блока.
В частности, излучающий модуль может быть установлен на ободке, в нижнем фрагменте первого края лицевой стороны, или непосредственно на оптическом блоке линзового типа. Аналогично, элемент геометрического отражения может быть установлен на ободке, в нижнем фрагменте первого края лицевой стороны, или непосредственно на оптическом блоке линзового типа. В одном варианте осуществления излучающий модуль и элемент геометрического отражения, оба устанавливаются на ободке, один в нижнем фрагменте, другой в верхнем фрагменте (в первом альтернативном варианте излучающий модуль находится в верхнем фрагменте, во втором альтернативном варианте он находится в нижнем фрагменте). В другом варианте осуществления излучающий модуль и элемент геометрического отражения, оба устанавливаются на оптическом блоке линзового типа (способами сборки, известными как таковыми), один в нижнем фрагменте, другой в верхнем фрагменте (в первом альтернативном варианте излучающий модуль находится в верхнем фрагменте, во втором альтернативном варианте он находится в нижнем фрагменте). В другом варианте осуществления излучающий модуль устанавливается на ободке, в то время как элемент геометрического отражения устанавливается на оптическом блоке линзового типа, один в верхнем фрагменте, другой в нижнем фрагменте (в первом альтернативном варианте излучающий модуль находится в верхнем фрагменте, во втором альтернативном варианте он находится в нижнем фрагменте). В еще одном варианте осуществления излучающий модуль устанавливается на оптическом блоке линзового типа, в то время как элемент геометрического отражения устанавливается на ободке, один в верхнем фрагменте, другой в нижнем фрагменте (в первом альтернативном варианте излучающий модуль находится в верхнем фрагменте, во втором альтернативном варианте он находится в нижнем фрагменте).
Согласно полезному признаку изобретения, упомянутая перемычка формирует часть модуля перемычки, к которому присоединяется упомянутый оптический блок. Упомянутый модуль перемычки преимущественно включает в себя гнездо электрического соединения. Упомянутая оправа может также иметь элемент для оптического преобразования упомянутой излучаемой визуальной информации, в частности, линзового типа; возможно использовать множество таких элементов, например, два.
Согласно полезному признаку изобретения, очки также включают в себя оптический узел, упомянутый узел включает в себя удерживающее средство, в частности, съемное, для излучающего модуля и/или элемента оптического преобразования и/или элемента геометрического отражения, упомянутый оптический узел снабжается средством позиционирования, приспособленным для позиционирования упомянутого оптического узла относительно упомянутого оптического блока.
В первом варианте осуществления средство позиционирования включает в себя по меньшей мере один позиционирующий элемент, интегрированный, в частности, отформованный как одно целое, с упомянутым оптическим блоком, упомянутый позиционирующий элемент приспосабливается для взаимодействия с упомянутым оптическим узлом, в частности, посредством соединения типа шип-паз, или посредством соединения упругим защелкивающимся замком.
В другом варианте осуществления упомянутый оптический узел интегрируется, в частности, формуется целиком, с упомянутым оптическим блоком.
Другой задачей изобретения является оправа, принадлежащая очкам согласно изобретению, упомянутая оправа включает в себя два ободка и перемычку, соединяющую упомянутые ободки, каждый ободок включает в себя средство присоединения, в частности, съемное, для оптического блока линзового типа, упомянутая оправа также включает в себя:
- модуль излучения визуальной информации, включающий в себя элемент излучения визуальной информации дисплейного типа, элемент для оптического преобразования упомянутой излучаемой визуальной информации, в частности, линзового типа,
- элемент зеркального типа для геометрического отражения преобразованной визуальной информации, приспособленный для отправки упомянутой преобразованной информации в целевую область упомянутой линзы,
упомянутый излучающий модуль устанавливается в нижнем или верхнем фрагменте первого внутреннего края оправы, в то время как элемент геометрического отражения устанавливается в верхнем или нижнем фрагменте упомянутого первого внутреннего элемента, с пониманием, что, когда упомянутый излучающий модуль устанавливается в нижнем фрагменте упомянутого первого внутреннего края оправы, то элемент геометрического отражения устанавливается в верхнем фрагменте первого внутреннего края, а когда упомянутый излучающий модуль устанавливается в верхнем фрагменте первого внутреннего края оправы, то элемент геометрического отражения устанавливается в нижнем фрагменте упомянутого первого внутреннего края.
Целевая область преимущественно располагается в среднем фрагменте бокового края упомянутого первого ободка. Основная поверхность излучающего элемента дисплейного типа является практически перпендикулярной основной поверхности упомянутого первого ободка.
Преимущественно, итоговое поле обзора экрана (представленного оптическим блоком линзового типа) делает возможным охват множества положений зрачка.
Изображение, предоставленное посредством модуля излучения визуальной информации, может быть монохромным или многоцветным.
В одном варианте осуществления, который может быть объединен со всеми другими вариантами осуществления и альтернативными вариантами, очки включают в себя электронную систему для обнаружения окружающей яркости, сконфигурированную для регулирования яркости отображения в реальном времени согласно яркости окружающей среды.
В другом варианте осуществления, который может быть объединен со всеми другими вариантами осуществления и альтернативными вариантами, элемент геометрического отражения устанавливается на регулируемой опоре посредством регулировочного элемента, делая возможным перемещение зеркала в процессе изменения на несколько микрометров, в то же время предпочтительно поддерживая постоянный угол между дисплеем и поверхностью оптического блока линзового типа.
В качестве альтернативы вышеописанному варианту осуществления (или менее предпочтительно, в качестве дополнения к вышеописанному варианту осуществления), существует дисплей (предпочтительно со своим элементом для оптического преобразования визуальной информации), который устанавливается на регулируемой опоре посредством регулировочного элемента, делающего возможным перемещение дисплея в процессе изменения (предпочтительно с его элементом для оптического преобразования визуальной информации), с тем, чтобы быть приспособленным для регулировки фокусной точки и диоптра; это делает возможным по меньшей мере частичную компенсацию некоторых дефектов зрения пользователя, таких как близорукость или дальнозоркость.
В целом, в контексте настоящего изобретения:
- упомянутый элемент для оптического преобразования визуальной информации преимущественно включает в себя по меньшей мере одну линзу, предпочтительно асферическую, тем самым, уменьшая аберрацию;
- упомянутый элемент геометрического отражения преимущественно включает в себя по меньшей мере одно зеркало, которое может, в частности, быть плоским или выпуклым зеркалом, и которое может иметь круглую, овальную, продолговатую, прямоугольную или квадратную форму (предпочтительно с закругленными краями), с пониманием того, что формы без углов являются предпочтительными, так как они являются менее громоздкими и более легкими для объединения с опорой;
- упомянутый модуль излучения визуальной информации предпочтительно является дисплеем OLED-типа, который может быть монохромным или цветным дисплеем. Возможно использовать, в частности, микродисплей, который продается компанией Microoled™ в Гренобле;
- упомянутый излучающий модуль с его элементом геометрического отражения может быть размещен идентично на левом или правом фрагменте очков, согласно ведущему глазу пользователя.
Следует указать, что, в контексте настоящего изобретения, термин "линза" в выражении "оптический блок линзового типа" должен пониматься как "линза очков", а не как указание конкретного материала: фактически, упомянутая "линза" может быть выполнена из любого подходящего материала, такого как так называемое органическое стекло, например, поликарбонат, такой как аллилдигликолькарбонат (полимер, известный по аббревиатуре "CR-39"), пластмассовая пленка, минеральное стекло, и может предоставлять или может не предоставлять возможность для оптической корректировки, и/или может или не может поглощать по меньшей мере долю спектра видимого излучения (солнцезащитные очки), и/или может или может не быть цветным, с пониманием, что упомянутые функциональности (и другие функции, такие как стойкость к царапинам, противозапотевание, поляризация и полуотражающая поверхность) могут быть свойственны используемым материалам "линзы" и/или могут быть получены, благодаря одному или более подходящим покрытиям поверхности. Фактически, оптический блок линзового типа, используемый в контексте настоящего изобретения, может быть известным типом блока в области оптики очков.
Слово "очки" используется здесь во множественном числе, чтобы обозначать единственный объект (как показано на чертежах) или объект во множественном числе, так как упомянутое слово "очки" получается из выражения "пара очков".
Краткое описание чертежей
Изобретение будет описано ниже со ссылкой на фиг. 1-15, предоставленные исключительно в качестве неограничивающих примеров, при этом:
Фиг. 1 показывает передний вид варианта осуществления очков согласно изобретению, интегрированных в шлем велосипедного типа.
Фиг. 2 показывает другой вариант осуществления очков согласно изобретению, при просмотре изнутри (фиг. 2a), спереди (фиг. 2b и 2c) и в перспективе изнутри (фиг. 2d).
Фиг. 3 показывает упрощенную схему 2D-геометрической оптики системы отображения очков согласно изобретению, для двух различных наклонов зеркала.
Фиг. 4 показывает два различных вида (фиг. 4a и 4b) упрощенной схемы 3D-геометрической оптики системы отображения очков согласно изобретению.
Фиг. 5 показывает два различных (фиг. 5a и 5b) упрощенных схематичных вида варианта осуществления с двумя линзами.
Фиг. 6 показывает очки на фиг. 2, с тремя различными целевыми областями, перемещенными вертикально (фиг. 6a) или поперечно (фиг. 6b).
Фиг. 7 показывает схематичный вид другого варианта осуществления изобретения, видимый изнутри.
Фиг. 8 показывает проекцию квадратной сетки на зрачке, полученную с помощью очков согласно варианту осуществления изобретения.
Фиг. 9 показывает пример отображения информации для очков, полученного с помощью системы отображения согласно изобретению, снабженному дисплеем OLED-типа, имеющим размеры 300 × 356 пикселов (активная поверхность: 3,1 мм × 3,6 мм).
Фиг. 10 показывает пример оптического блока линзового типа для очков согласно частному варианту осуществления изобретения.
Фиг. 11 показывает зеркало и (в поперечном сечении согласно продольной оси) корпус, который содержит дисплей и линзу, присоединенный к упомянутому оптическому блоку линзового типа для очков, согласно другому частному варианту осуществления изобретения.
Фиг. 12 показывает два вида оптического модуля согласно изобретению: фиг. 12(a) показывает вид в продольном разрезе, а фиг. 12(b) показывает вид в перспективе для козырька.
Фиг. 13 показывает вид в перспективе другого варианта осуществления, в котором модуль перемычки объединяет оптический узел.
Фиг. 14 показывает два вида модуля перемычки, объединяющего оптический модуль: фиг. 14(a) показывает модуль со съемной носовой опорой на соединителе перемычки, а фиг. 14(b) показывает модуль без носовой опоры.
Фиг. 15 показывает модуль перемычки на фиг. 14(b) с присоединенным соединителем кабеля.
Следующие позиционные обозначения используются в настоящем описании:
1
Очки
18
Боковой край ободка 15
2
Дисплей
19
Шлем
3
Зеркало
20
Соединение дисплея 2
4
Оптический блок линзового типа
22
Оптический узел
5
Линза
22
Козырек оптического узла 21
6
Целевая область
23
Разделители
7
Глаз
24
Позиционирующие и защитные элементы
8
Корпус для электроники
9
Соединение зеркала 3
25
Носовая опора
10
Лицевая сторона очков
30,31,32
Механические позиционирующие элементы
11
Средство для присоединения очков 1
12
Боковой край лицевой стороны 10
40
Модуль перемычки
13
Проход для носа
41
Съемная носовая опора
14
Внутренний край лицевой стороны 10
42
Гнездо
15
Ободок
43
Соединитель
16
Перемычка
44
Корпус для электроники
17
Внутренний край ободка 15
Подробное описание
Мы опишем варианты осуществления изобретения более подробно ниже, в частности, относительно чертежей.
Фиг. 1 показывает передний вид варианта осуществления очков 1 согласно изобретению, интегрированных в шлем 19 типа велосипедного шлема. Оптический блок 4 линзового типа очков имеет проход 13 для носа; следовательно, он находится ближе к лицу по сравнению с забралом в шлемах с забралом типа мотоциклетного шлема. Именно эта близость оптического блока 4 относительно глаза 7 создает необходимость компактной системы отображения, которая не является громоздкой или загораживающей. В этом варианте осуществления элемент 3 геометрического отражения является зеркалом, присоединенным посредством точки 9 присоединения к оптическому блоку 4 в верхнем фрагменте оптического блока 4, рядом с бровью и носом владельца. Излучающий модуль 2 присоединяется посредством точки 20 присоединения к оптическому блоку 4, в нижнем фрагменте оптического блока 4 рядом с носом. Элемент 5 оптического преобразования располагается на оптическом пути, который ведет от излучающего модуля 2 к элементу 3 геометрического отражения. Изображение проецируется на внутренний диоптр оптического блока 4 и отражается в глаз пользователя.
В этом варианте осуществления оптический блок 4 присоединяется непосредственно к шлему 19. Средство присоединения может быть канавкой, предусмотренной в нижнем фрагменте шлема, в которую верхний край оптического блока вставляется по всей его длине, или (как в шлеме, показанном в заявке на Европейский промышленный образец № 000 175 955-0001) петлей на каждой стороне, которая поворотно соединяет оптический блок 4 со шлемом 19, так что он может открываться посредством поворота вверх.
Фиг. 2a, 2b, 2c и 2d показывают другой вариант осуществления, который основывается на паре обычных очков. Фиг. 2a - это вид сзади (т.е., с точки зрения пользователя), фиг. 2b - это вид спереди, фиг. 2d - это вид в перспективе сзади, и фиг. 2c является аналогичной фиг. 2a, но со стрелками, представляющими оптический путь изображения, показывающего излучаемую визуальную информацию, а серая область представляет целевую область 6, на которую упомянутая визуальная информация проецируется внутри оптического блока 4a, представленного линзой.
Как показано на фиг. 2b, очки включают в себя два ободка 15a,b, соединенных перемычкой 16, предусматривающей проход 13 для носа владельца. Каждый ободок 15a,b оборудуется средством для присоединения 11a,b очков 1 к голове владельца, в этом случае дужкой очков.
Более конкретно, каждый ободок 15a,b включает в себя боковой край 18a,b и внутренний край 17a,b, дужка 11a,b устанавливается на упомянутые первый и второй боковые края 18a,b ободка 15a,b. Каждый ободок 15a,b включает в себя оптический блок 4a,b линзового типа. Ободки 15a,b и оптический блок 4a,b линзового типа вместе формируют лицевую сторону 10 очков 1.
Согласно изобретению, очки 1 включают в себя излучающий модуль 2 и элемент для геометрического отражения визуальной информации 3, который может быть зеркалом. Визуальная информация (которая будет далее в данном документе также называться "изображением"), излучаемая посредством излучающего модуля 2, подвергается оптическому преобразованию посредством элемента 5 оптического преобразования, в этом конкретном случае линза, через которую она проходит перед достижением упомянутого элемента 3 геометрического отражения. Изображение проецируется на внутреннюю лицевую поверхность оптического блока 4a типа очков, откуда он отражается в глаз 7 владельца очков. Упомянутый элемент 5 оптического преобразования делает возможным, с одной стороны, увеличение изображения и, с другой стороны, корректировку оптических аберраций после отражения на внутренней поверхности линзы 4a очков. Упомянутый элемент 5 оптического преобразования может быть линзой (или множеством линз, расположенных между излучающим модулем 2 и элементом 3 геометрического отражения), или он может быть объединен в упомянутый элемент 3 геометрического отражения, который может быть асферическим зеркалом.
Элемент 3 геометрического отражения может быть присоединен к оптическому блоку 4a посредством точки 9 присоединения.
Излучающий модуль 2 и элемент 5 оптического преобразования могут быть объединены в одном корпусе или блоке, который будет далее называться "оптическим узлом"; он обозначается ссылкой 21 на фиг. 2c. Фиг. 12 показывает два вида упомянутого оптического узла: продольный разрез (фиг. 12(a)) и вид в перспективе (фиг. 12(b)), с козырьком 22 на месте. В этом варианте осуществления оптический узел 21 включает в себя дисплей 2, две оптические линзы 5, разделенные механическими разделителями 23, и зеркало 3, присоединенное к механическому позиционирующему и защитному элементу 24.
В варианте осуществления на фиг. 2 излучающий модуль 2 устанавливается в нижнем фрагменте первого внутреннего края 14a лицевой стороны 10, в то время как элемент 3 геометрического отражения устанавливается в верхнем фрагменте упомянутого первого внутреннего края 14a.
Если очки имеют оправу с ободком, внутренние края 17a,b ободка могут совпадать с внутренними краями 14a,b лицевой стороны, а боковые края 18a,b ободка могут совпадать с боковыми краями 12a,b лицевой стороны. Дужки 11a,b могут быть установлены на первом и втором боковых краях 12a,b лицевой стороны или на первом или втором боковых краях 18a,b ободка, или могут быть присоединены к другому месту на лицевой стороне 10, в частности, к ободку 15a,b или непосредственно к оптическому блоку 4 линзового типа.
Электронные компоненты и карты для управления модулем 2 излучения визуальной информации и/или элементами аккумулирования электроэнергии (типично одним или более аккумуляторами, не показаны на чертежах), которые питают электронику для управления излучающим модулем 2, и/или упомянутый излучающий модуль могут быть размещены в корпусе 8 для электроники и/или в одной и/или второй из дужек 11a,b очков и соединяются гибким кабелем (обычно называемым "гибким проводом"), не показан на чертежах.
В варианте осуществления, который может быть объединен со всеми другими вариантами осуществления, описанных в данном документе, упомянутая лицевая сторона 10 и/или упомянутый оптический блок 4 линзового типа включают в себя полупрозрачный фотоэлектрический элемент, который питает, непосредственно или посредством аккумуляторов, управляющую электронику и/или упомянутый модуль 2 излучения визуальной информации. Такие полупрозрачные фотоэлектрические элементы известны на предшествующем уровне техники.
Фиг. 3 показывает, упрощенным и схематичным образом, 2D-геометрическую оптику системы отображения очков согласно изобретению, для различных регулировок излучающего модуля 1 (с его элементом 5 оптического преобразования) и элемент 3 геометрического отражения (фиг. 3a и 3b). В этих регулировках расстояние d между точкой падения P1 на элемент 3 геометрического отражения падающего оптического луча, приходящего от элемента 2 излучения визуальной информации, с другой стороны, и начальной точкой P2 оптического луча, отраженного оптическим блоком 4, преимущественно остается постоянным, и угол отражения на оптическом блоке 4 преимущественно остается постоянным. Этот чертеж показывает возможность модификации позиционирования излучающего модуля 2 при проектировании очков или при тонкой настройке позиции точки P2 на оптическом блоке 4. Преимущественно, во время этих регулировок, длина d1 не изменяется значительно, с тем, чтобы не модифицировать фокусировку изображения, приходящего от модуля 2.
Фиг. 4 показывает, упрощенным и схематичным образом, 3D-геометрическую оптику системы отображения очков согласно изобретению, с двумя различными видами (фиг. 4a и 4b). Она показывает роль элемента 5 оптического преобразования, который в этом случае является линзой, но который может, в альтернативном варианте (показанном на фиг. 5), включать в себя две линзы.
Фиг. 5 показывает частичный вид очков согласно изобретению (дужки и ободок были опущены с тем, чтобы не загромождать чертеж), в котором элемент для оптической трансформации визуальной информации, сформированной посредством излучающего модуля 2, включает в себя две линзы 5a,b. Фиг. 5b повернута на 45° относительно фиг. 5a.
Фиг. 6 показывает очки на фиг. 2, в которых целевая область 6 сдвинута. На фиг. 6a целевая область 6 сдвинута вверх (целевая область 6') или вниз (целевая область 6''), на фиг. 6b она перемещена поперечно наружу (целевая область 6''') или внутрь (целевая область 6''''). Также возможно представить себе перемещение, которое объединяет эти два типа перемещения. Выбор позиционирования целевой области 6 на поверхности оптического блока 4 выполняется согласно предназначенному использованию очков. Регулировка этой позиции может быть выполнена на фабрике или оптиком, самим пользователем. В одном частном варианте осуществления элемент 3 геометрического отражения устанавливается на регулируемую опору (не показана на чертежах) посредством элемента управления (не показан на чертежах), делающую возможным перемещение упомянутого элемента 3 геометрического отражения в процессе изменения на несколько микрометров, в то же время предпочтительно поддерживая постоянным угол между дисплеем 2 и поверхностью оптического блока 4 линзового типа.
Фиг. 7 показывает очки согласно изобретению, в котором конфигурация дисплея 2 и зеркала 3 инвертирована относительно варианту осуществления на фиг. 2: дисплей 2 располагается в верхнем фрагменте (рядом с бровью), а зеркало 3 располагается в нижнем фрагменте.
Очки согласно изобретению могут быть выполнены с или без ободка, или с частичным ободком (например, только наверху, или только внизу). Если очки не имеют ободка, лицевая поверхность 10 формируется посредством оптического блока 4a,b линзового типа как на фиг. 1. Перемычка 16 может или не может присутствовать, и оптический блок 4 может состоять из единственной части, которая предусматривает проход 13 для носа, как в варианте осуществления, показанном на фиг. 1. Аналогично, оправа может иметь подушечки (не показаны на чертежах) рядом с проходом 13 для носа для того, чтобы стабилизировать очки на носу владельца; эти подушечки затем формируют часть лицевой поверхности 10. Все эти типы очков и оправ известны как таковые, и отличительным признаком (и преимуществом) настоящего изобретения является то, что они могут быть выполнены без обычных оправ или по меньшей мере с оправами, которые эстетически схожи с обычными оправами. Основные ограничения являются следующими: оправа или лицевая сторона должна фактически делать возможным наличие излучающего модуля и элемента геометрического отражения в верхнем или нижнем фрагменте внутреннего края лицевой стороны, и очки должны быть приспособлены так, чтобы принимать, с одной стороны элемент аккумулирования электрической энергии и, с другой стороны, электронное оборудование для управления излучающим модулем. Чтобы добиваться этих целей, может, например, быть необходимо выбирать дужки 11, имеющие конкретную форму и/или размер, делающие возможным предоставление корпуса для приема упомянутого элемента аккумулирования энергии и/или упомянутой управляющей электроники, и/или предусматривать корпус 8 для электроники.
Многочисленные альтернативные варианты возможны в реализации изобретения; эти альтернативные варианты могут быть объединены со всеми вариантами осуществления, описанными в данном документе, и могут быть объединены друг с другом.
Например, оптические слои, нанесенные на поверхности элемента 3 геометрического отражения и/или линзу очков (дихроический или противоотражающий), могут улучшать степень отражения как функцию излучения длин волн дисплея и уменьшать паразитные отражения.
Чтобы увеличивать контрастность системы, оптические слои на внутренней поверхности линзы могут быть реализованы посредством отражающего слоя с дополнительным цветом на внешней лицевой поверхности линзы и/или посредством слоя, поглощающего дополнительный цвет, и/или посредством выбора линзы, поглощающей дополнительный цвет. Это делает возможным уменьшение паразитных отражений в линзе и увеличение контрастности. Аналогично, возможно окрашивать линзу дополнительным цветом для того, чтобы получать тот же результат и/или добавлять функцию солнцезащитных очков.
Кривизна внутренней и внешней поверхности линзы может регулироваться так, чтобы обеспечивать офтальмологическую корректировку для владельца очков. Внутренняя поверхность делает возможным корректировку зрения для виртуального изображения, проецируемого посредством устройства отображения, и сочетание внутренней и внешней поверхности делает возможным корректировку естественного зрения владельца очков.
Зеркало может иметь любую форму, но формы без углов, в частности, круглые или овальные формы, являются предпочтительными, оставляя свободным поле, достаточное для отражения изображения, для того, чтобы уменьшать свой объем и лучше объединяться с опорой.
Возможно предусматривать средство для регулировки фокусной точки между зеркалом и дисплеем с механической опорой для зеркала, регулируемым образом присоединенной к опоре оправы. Таким образом, завинчивая или отвинчивая зеркало, зеркало может перемещаться в процессе изменения на несколько микрометров, в то же время поддерживая идентичный угол между дисплеем и линзой очков.
Также возможно (альтернативно или как дополнение к вышеописанному варианту осуществления) предусматривать средство для регулировки фокусной точки и диоптра с механической опорой дисплея, регулируемым образом присоединенной к опоре оправы. Таким образом, завинчивая или отвинчивая дисплей (и предпочтительно одновременно линзу 5 или линзы, установленные на том же оптическом узле 21 в качестве дисплея 2), дисплей 2 (и его линза(зы)) могут быть перемещены в процессе изменения на несколько микрометров, так, чтобы делать возможным регулировку фокусной точки и диоптра; это делает возможным по меньшей мере частично компенсировать некоторые дефекты зрения пользователя, такие как близорукость или дальнозоркость.
Возможно предоставлять систему, предоставляющую возможность регулировки яркости дисплея 2. Эта система может быть ассоциирована с электронной системой для захвата яркости окружающей среды, сконфигурированной, чтобы регулировать яркость дисплея в реальном времени согласно внешней окружающей обстановке.
2
2
В примерном варианте осуществления была использована оправа спортивных очков с базовой кривизной 8, как показано на фиг. 2. Излучающий модуль (яркий монохромный OLED микродисплей со спектром, центрированном на 530 нм) был установлен в нижнем фрагменте первого внутреннего края, зеркало в верхнем фрагменте упомянутого первого внутреннего края. Изображение дисплея 2 проходит через корректирующую линзу 5, затем отражается плоским зеркалом на линзу 4 очков, которая отражает до 20% падающего света согласно нанесенному покрытию поверхности. Яркий (до 20000 кд/м) и высококонтрастный (1:970000) микродисплей делает возможным сохранение яркого отображения, достаточного, чтобы быть видимым пользователем даже в окружении вне помещения. Высокий контраст делает возможным поддержание очень темного фона (0,003 кд/м) снаружи элементов, отображенных на линзе очков.
Также возможно использовать другие кривизны очков, например, базовую кривизну 6, базовую кривизну 7, базовую кривизну 9 и базовую кривизну 13 или другие кривизны и формы.
Также возможно использовать цветной OLED-дисплей. В одном варианте осуществления цветной OLED-дисплей с поверхностью 3,1 мм × 3,6 мм с 256 × 300 пикселов и круглым зеркалом с диаметром 10 мм был использован со спортивными очками типа, показанного на фиг. 2 и 6. В качестве элемента 5 оптического преобразования были использованы две асферические оптические из полиэфирной смолы линзы OKP4 (оптический индекс n=1,607 с длиной волны 546,1 нм). Фиг. 8 показывает проекцию квадратной сетки с общим полем обзора 10°, отображаемой посредством дисплея в номинальной точке зрачка (фиг. 8b), при поперечном расстоянии, равном -2 мм (фиг. 8a) и при поперечном расстоянии +2 мм (фиг. 8c). Отметим, что изображение показывает очень низкое искажение в номинальной позиции, и едва ухудшается, когда позиция перемещается на ±2 мм. Такая система отображения имеет очень удовлетворительное качество для отображения буквенно-цифровых знаков (текста, последовательностей цифр, представляющих время, и т.д.) и изображений. В этом варианте осуществления позиция центра дисплея находится около 16° для сведения по горизонтали и около 6° для поднятия над линией горизонта. В этой позиции пользователь имеет хорошую прямую видимость окружения без загораживания обзора дисплеем и может также легко распознавать буквенно-цифровые последовательности и пиктограммы, которые предоставляют информацию о скорости, изменении высоты, GPS-координатах и т.д. (см. фиг. 9 для примера отображения, воспроизведенного в черно-белом цвете).
Заявитель понял, что в очках согласно изобретению качество воспроизведения изображения оптической системы довольно сильно зависит от точности позиционирования оптических линз 5, дисплея 2, зеркала 3 и линзы 4 очков, на которую проецируется изображение. Поворот, смещение центра или механические напряжения и деформации в несколько десятков микрометров на оптическом узле могут создавать оптические аберрации, влияющие, в первую очередь, на четкость изображения: эти аберрации вызывают отклонение лучей и, следовательно, фокусных точек в зрачке.
Чтобы преодолевать эту проблему, были предложены три частных варианта осуществления, которые предоставляют средство для позиционирования оптического узла 21 относительно линзы без внешних механических напряжений, которые могут изменять качество воспроизведения изображения. Механическая функция, таким образом, была добавлена к линзе очков для того, чтобы уменьшать допуск при сборке.
В первом варианте осуществления, показанном на фиг. 10, вышеупомянутое средство позиционирования включает в себя по меньшей мере один механический позиционирующий элемент 30, 31, 32 (такой как стопор или ребро), сформированный непосредственно на линзе 4 очков, тем самым, облегчая позиционирование и регулировку оптического узла 21 (и необязательно также зеркала 3) относительно линзы 4 в оптимальной позиции.
Эти позиционирующие элементы 30, 31 могут быть объединены, в частности, отформованы как одно целое, с линзой 4 очков, например, в форме гиперстатических стопоров, отформованных на линзе, чтобы удерживать оптический узел 21 в номинальной позиции. В этом случае, оптический узел 21 имеет выдавленные профили "гнездового" типа, приспособленные для взаимодействия с такими позиционирующими элементами. Взаимодействие этих позиционирующих элементов и этих гнездовых выдавленных профилей может, в частности, иметь тип шип-паз или тип упругого защелкивающегося замка. Это взаимодействие делает возможным удержание всего оптического узла 21 с достаточной точностью относительно линзы 4. Аналогично, возможно предусматривать механический позиционирующий элемент 32, сформированный непосредственно на линзе очков, для того, чтобы удерживать зеркало 3 в номинальной позиции.
Во втором варианте осуществления, не показанном на чертежах по меньшей мере одно основание объединяется в оптический блок линзового типа очков (типично посредством формования), на который оптический узел (и возможно также зеркало) может быть точно присоединен (например, посредством защелкивания).
В третьем варианте осуществления, показанном на фиг. 11, оптический узел 21 непосредственно объединяется с оптическим блоком 4 линзового типа. Это может быть выполнено посредством формования. В альтернативном варианте возможно объединять крепление 9 зеркала в оптическом блоке 4 линзового типа. Это может быть выполнено посредством формования.
В частности, возможно создавать оптический узел 21, в который затем вставляются дисплей 2 и элемент 5 оптического преобразования (включающий в себя, например, одну или более линз). Этот оптический узел 21 может включать в себя основание (не показан на чертеже) для присоединения элемента 3 геометрического отражения. Этот оптический узел преимущественно включает в себя удерживающее средство, в частности, съемное, которое делает возможным удержание оптических линз 5 и/или дисплея 2 и/или зеркала 3 относительно стенок этого узла. Это удерживающее средство может быть любого подходящего типа, в частности шипом-пазом, или упругим защелкивающимся замком.
Эти три варианта осуществления, описанные непосредственно выше, делают возможным преодоление ограничений по регулировке и удержанию механических частей, так как позиционирование оптических элементов (дисплея, линз и зеркала) выполняется непосредственно на линзе зеркала. Таким образом, точность позиционирования элементов обеспечивается, и качество воспроизведения изображения является оптимальным.
Другой вариант осуществления показан, с множеством альтернативных вариантов, на чертежах 13-15. В этом варианте осуществления перемычка очков объединяет оптический узел 21; этот сборочный узел называется здесь модулем 40 перемычки. Он включает в себя корпус 8 для электроники. Фиг. 13 показывает зеркало 3, которое находится в верхней позиции; в альтернативном варианте (непоказанном на чертежах) оптический узел переворачивается так, что зеркало находится внизу, а дисплей - наверху. Фиг. 14 показывает два вида снизу модуля 40 перемычки; нижний фрагмент козырька оптического узла 21 не показан, так что позиция OLED-дисплея 2 может быть показана.
В очень полезном альтернативном варианте модуль перемычки включает в себя гнездо 42 электрического соединения; оно видно на фиг. 14(b). Оно может быть защищено съемной носовой опорой 41, видимой на фиг. 14(a). Как показано на фиг. 15, упомянутое соединительное гнездо 42 может принимать штепсельный соединитель 43 для того, чтобы передавать данные дисплею, и/или для того, чтобы перезаряжать аккумулятор. Оно может связываться с электронным модулем, который может быть расположен в корпусе 44 на перемычке и/или в боковом корпусе 8 для электроники (фиг. 13 показывает оба одновременно).
Упомянутый электронный модуль может включать в себя по меньшей мере один микропроцессор, сконфигурированный, чтобы удовлетворять по меньшей мере одну из следующих функций: управление подачей электрической мощности и/или перезарядом аккумулятора, или функцию модуля беспроводной связи (такого как Bluetooth). Электронный модуль может включать в себя датчик приближения и/или окружающего освещения (и может тогда быть сконфигурирован, чтобы автоматически приспосабливать яркость микродисплея к уровню окружающего света), один или более управляющих элементов (таких как нажимная кнопка), один или более сигнальных элементов (таких как светоизлучающий диод) и элемент освещения. Нажимная кнопка или датчик приближения могут быть сконфигурированы, чтобы активировать функцию запуска/остановки микродисплея или другую его функцию.
Во всех описанных вариантах осуществления опора 25 для носа может быть съемной, так что опора, подгоняемая под форму пользователя, может быть выбрана. В альтернативном варианте (не показан на чертежах), съемная носовая опора 41 является частью опоры 40 перемычки.
Очки согласно изобретению имеют множество применений и использований, в частности, в профессиональной области, спортивной области и городской и повседневной жизни. Эти различные применения могут требовать адаптации оправы очков, формы линз, точного местоположения излучающего модуля 2 и элемента 3 геометрического отражения (в верхней или нижней позиции относительно внутреннего края, в частности), местоположения целевой области 6 и оптической регулировки (видимого расстояния проекции). Они могут также требовать взаимодействия очков с внешним микропроцессором, например, посредством беспроводной связи (например, согласно стандарту Bluetooth™).
В профессиональной области очки 1 согласно изобретению могут быть использованы людьми, выполняющими различные задачи на производственном оборудовании, на упаковочном предприятии, на складе, в логистической среде: в этом случае, это затрагивает излучение информации пользователю и/или направление пользователя в выполнении его или ее задач со свободными обеими руками. Например, когда пользователь перемещается по складу с тележкой для того, чтобы собирать пакеты в разных местах хранения, очки согласно изобретению могут отображать код пакета и/или местоположение следующего места. Для оператора производства очки могут отображать для владельца процедуру, которой необходимо следовать для того, чтобы выполнять операции, или инструкции или предупреждающие сообщения, которые необходимо принимать во внимание.
Очки 1 согласно изобретению могут быть использованы медицинским или парамедицинским персоналом в медико-санитарном учреждении для того, чтобы отображать полезную информацию для владельца (списки продуктов, информацию о пациенте, результаты анализов, химические или физикохимические параметры, инструкции) без необходимости персоналу использовать их руки для того, чтобы обрабатывать бумажные документы или экраны отображения.
Очки 1 согласно изобретению могут быть использованы авиационным персоналом для того, чтобы отображать важную информацию для управления летательным аппаратом. В качестве примера, эта информация может приходить из системы сигнализации и предотвращения столкновений самолетов в воздухе (TCAS). Они могут быть использованы персоналом экстренной помощи (пожарными, полицейскими, технической поддержкой) для того, чтобы визуально уведомлять их об информации.
Очки 1 согласно изобретению могут носиться атлетами (например, во время бега, езды на велосипеде, ходьбы на лыжах или езды на сноуборде) для того, чтобы отображать полезную информацию для владельца во время активности, например, сердечный ритм, скорость, пройденное расстояние или оставшееся расстояние, хронометраж, высотную отметку, географическую, топографическую информацию и т.д., включающую в себя указания направления и GPS-данные, также как туристическую информацию (например, касающуюся лыжной станции: время закрытия подъемника, время ожидания и т.д.). Для масок для подводного плавания, помимо информации о сердечном ритме и информации о хронометраже, глубина погружения и информация, касающаяся декомпрессионной остановки, может полезно быть отображена.
Другим применением очков 1 согласно изобретению в атлетическом контексте является применение судьями, например, между центральным судьей и помощником судьи.
В городской и повседневной жизни очки 1 согласно изобретению могут, в частности, быть применены для отражения хронометража и географической информации, GPS-информации, метеорологической информации, информации о загрязнении воздуха (показатель загрязненности), о туристических достопримечательностях (памятники, пункты водоснабжения, доступность ванной комнаты). Очки согласно изобретению могут также быть применены в контексте игр, в частности, в дополненной реальности (типа Pokemon™ GO, например), и чтобы отображать информацию в социальных сетях (таких как: Twitter™, Facebook™, Instagram™, Snapchat™, WeChat™, WhatsApp™, Line™) или уведомление или содержимое сообщений электронной почты и SMS-типа).