光學(xué)視野轉(zhuǎn)換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明一種光學(xué)視野轉(zhuǎn)換器，包括第一反射鏡和兩個眼前反射鏡：所述兩個眼前反射鏡處在同一個面，分別設(shè)置于使用者的左右眼睛的前方區(qū)域；所述第一反射鏡在所述兩個眼前反射鏡的上方或下方；所述兩個眼前反射鏡和所述第一反射鏡的光學(xué)位置關(guān)系是：所述第一反射鏡反射目標范圍發(fā)出的光線到所述兩個眼前反射鏡，所述兩個眼前反射鏡再分別反射所述光線到所述使用者的左右眼睛。本發(fā)明有益效果是：在鏡像視野內(nèi)提供清晰的虛像，并可以觀看周圍環(huán)境的景象，避免鏡像虛像和周圍環(huán)境景象的相互干擾。
【專利說明】光學(xué)視野轉(zhuǎn)換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光學(xué)視野轉(zhuǎn)換器，尤其是避免使用者頸部前傾的視野轉(zhuǎn)換器。
【背景技術(shù)】
[0002]便攜智能設(shè)備的普及增加了人們的閱讀、玩游戲的時間，頸部疲勞經(jīng)常發(fā)生。為了緩解頸部疲勞，需改變?nèi)梭w頭部的觀看姿勢。
[0003]專利US20130222757 (名稱為:Ergonomic vertical vision redirection)描述了一種人體用的垂直視野轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，讓人閱讀時緩解頸部前傾的角度。它的原理是通過鋸齒狀棱鏡的透射和折射改變光線的方向，但能轉(zhuǎn)換的角度有限。人眼需通過鋸齒狀的透鏡觀看目標，這種透鏡容易干擾視野內(nèi)的清晰度。
[0004]另外一件Google 公司的專利 US20130070338 (名稱為:Lightweight eyepiecefor head mounted display),描述了一種適用于頭戴式顯示器的輕型眼具?？梢员阌谌搜塾^看顯示器的畫面，人體頭部可以在不前傾的狀態(tài)下閱讀到顯示器的內(nèi)容，同時還可觀察周圍環(huán)境的景象。眼睛所能觀察到的兩幅視野:一幅是周圍環(huán)境景象，其光線透過棱鏡達到人眼；另一幅是顯示器在一個反射面所呈的虛像。但兩幅畫面相互重疊，會相互干擾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種光學(xué)視野轉(zhuǎn)換器，改善使用者的視覺效果。
[0006]一種光學(xué)視野轉(zhuǎn)換器實施例，包括第一反射鏡和兩個眼前反射鏡:所述兩個眼前反射鏡處在同一個面，分別設(shè)置于使用者的左右眼睛的前方區(qū)域；所述第一反射鏡在所述兩個眼前反射鏡的上方或下方；所述兩個眼前反射鏡和所述第一反射鏡的光學(xué)位置關(guān)系是:所述第一反射鏡反射目標范圍發(fā)出的光線到所述兩個眼前反射鏡，所述兩個眼前反射鏡再分別反射所述光線到所述使用者的左右眼睛。
[0007]本實施例的有益效果是:在鏡像視野內(nèi)提供清晰的虛像，并可以觀看周圍環(huán)境的景象,避免鏡像虛像和周圍環(huán)境景象的相互干擾。
[0008]如上所述一種光學(xué)視野轉(zhuǎn)換器實施例，所述兩個眼前反射鏡為平面鏡，所述兩個眼前反射鏡位于同一個平面。有益效果是使用者可以看到等大的虛像，符合人的視覺習慣。
[0009]如上所述一種光學(xué)視野轉(zhuǎn)換器實施例，所述兩個眼前反射鏡相互對稱，它們的中心間距小于所述使用者的眼睛瞳距。有益效果是左右眼的鏡像視野更重合。
[0010]以上為發(fā)明概要，還有不少其他的
【發(fā)明內(nèi)容】
請參考【具體實施方式】部分。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是光學(xué)視野轉(zhuǎn)換器第一實施例的側(cè)視圖；
[0012]圖2是光學(xué)視野轉(zhuǎn)換器第一實施例的俯視圖；
[0013]圖3是光學(xué)視野轉(zhuǎn)換器第一實施例的正視圖；
[0014]圖4是第一實施例光學(xué)視野轉(zhuǎn)換器的視野效果圖；[0015]圖5是第一實施例光學(xué)視野轉(zhuǎn)換器的使用效果圖；
[0016]圖6是第二實施例的側(cè)視圖；
[0017]圖7是第二實施例的使用效果圖；
[0018]圖8是第三實施例的側(cè)視圖；
[0019]圖9是第三實施例的使用效果圖；
[0020]圖10是一種第一反射鏡設(shè)計圖；
[0021 ]圖11是第四實施例的側(cè)視圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和具體實施例來說明本發(fā)明的實施方法。
[0023]圖1所示是本光學(xué)視野轉(zhuǎn)換器第一實施例的側(cè)視圖。第一實施例至少包括:第一反射鏡101、左眼前反射鏡102、右眼前反射鏡103。圖1中102、103重疊在一起。第一反射鏡101位于左眼前反射鏡102和右眼前反射鏡103的斜上方。圖中帶箭頭的虛線表示來自目標范圍100的光線到達人體眼球的光路的側(cè)視圖投影。來自目標范圍100的光線首先經(jīng)過第一反射鏡101反射到眼前反射鏡102、103，再由眼前反射鏡102、103分別反射到人體雙眼105。經(jīng)過兩次鏡面反射后，眼睛通過眼前反射鏡的方位可以觀察到目標范圍100的正像。
[0024]本視野轉(zhuǎn)換器第一實施例還具有支持部件連接、固定上述反射鏡組，還具有佩戴機構(gòu)用于佩戴于人體的頭部。所述支持部件和佩戴機構(gòu)在附圖中沒有示出，可以采用類似眼鏡架的支持方式、頭戴式的固定方式或者兩者的結(jié)合。使用者佩戴本光學(xué)視野轉(zhuǎn)換器后無需低頭就可以看到下方的目標范圍100，緩解了使用者的頸部前傾。當佩戴有第一實施例視野轉(zhuǎn)換器的頭部主動活動時，例如頭部帶動視野轉(zhuǎn)換器做后仰動作，視野轉(zhuǎn)換器的目標范圍100在圖1中向左轉(zhuǎn)動；當頭部向前俯，視野轉(zhuǎn)換器的目標范圍則向右轉(zhuǎn)動。因為頭的轉(zhuǎn)動方向和目標范圍的移動方向符合人的用眼習慣，使用者容易將被閱讀資料保持在本光學(xué)視野轉(zhuǎn)換器的目標范圍100內(nèi)。所述閱讀材料包括:書本、智能手機、電腦、平板電腦、游戲機、電子墨水設(shè)備、顯示器(如LED顯示器、IXD顯示器)等等。
[0025]圖2為光學(xué)視野轉(zhuǎn)換器第一實施例的俯視圖。圖中第一反射鏡101展示出了它的背面，左眼前反射鏡102、右眼前反射鏡103展示出了它們的鏡面。圖2中帶箭頭的虛線表示圖1中的實線光平面的俯視圖投影，所述實線光平面也來自目標范圍100。當人用雙眼觀察目標物體，雙眼的視線會逐漸匯聚到目標物體上。眼前反射鏡102、103距離眼睛有幾厘米的距離，為使左右眼通過左右眼前反射鏡觀察到的范圍盡量重合，102和103的水平中心間距106 —般小于使用者的眼睛瞳距107，這樣雙眼的目標范圍100在一定距離外會重合。一般102和103的水平中心間距106為眼睛瞳距107的80% -99%。圖2中的目標范圍100表示的是目標視野范圍的橫向?qū)挾龋瑘D1中的目標范圍100表示的是所述目標視野范圍的縱向?qū)挾?。圖2中，所述目標視野范圍的橫向?qū)挾冗_到10多厘米。本發(fā)明第一實施例的眼前反射鏡102、103寬度上可更寬或更窄，可根據(jù)目標范圍確定。
[0026]當人體的頭部連同本視野轉(zhuǎn)換器向左或右轉(zhuǎn)動，如圖2，視野轉(zhuǎn)換器的目標范圍100則跟著向左或右轉(zhuǎn)動，也符合人體用眼習慣。
[0027]根據(jù)圖2，第一反射鏡101的中間部分并沒有參與光學(xué)視野轉(zhuǎn)換器的光路，中間部分鏡面可以設(shè)計成支撐的機構(gòu)。也可以根據(jù)人體額頭中部的生理曲線使第一反射鏡101與人體額頭形狀更好地吻合。
[0028]圖3為光學(xué)視野轉(zhuǎn)換器第一實施例的正視圖。圖中第一反射鏡101展示出了它的鏡面，左眼前反射鏡102、右眼前反射鏡103展示出了它們的背面。102、103遮擋住了眼睛的部分視野，但還有很多空間沒有被遮擋。使用者可以通過102、103看到目標范圍100的虛像，也可以通過沒有被102、103遮擋的空間看到周圍環(huán)境。如圖4所示是第一實施例光學(xué)視野轉(zhuǎn)換器的視野效果圖，使用者可以在視野中部的鏡像視野110中清晰地看到一個顯示有“NEWS”的智能手機虛像。所述鏡像視野110就是通過第一反射鏡101、眼前反射鏡102、103所呈現(xiàn)的目標范圍100的虛像。在鏡像視野110以外的空間，還可以看到周圍環(huán)境中的云朵、山脈、道路、樹木。
[0029]如圖5所示是第一實施例光學(xué)視野轉(zhuǎn)換器的使用效果圖。圖中人體頭部戴有第一實施例的光學(xué)視野轉(zhuǎn)換器，手持智能手機121通過第一反射鏡呈虛像122，然后再通過眼前反射鏡反射到人體眼睛。人眼可以通過眼前反射鏡看到虛像123。本第一實施例的光學(xué)視野轉(zhuǎn)換器將目標范圍100的景象轉(zhuǎn)換到鏡像視野110的方位，避免了使用者低頭觀看。
[0030]本光學(xué)視野轉(zhuǎn)換器佩戴于人的頭部并保持與頭部的相對固定。當頭部轉(zhuǎn)動，鏡像視野110的方位相對于頭部或者眼睛是相對固定的，但使用者通過改變頭部的朝向或位置可以看到原先被鏡像視野110遮擋的環(huán)境景象，使用比較方便。同樣，隨著頭部轉(zhuǎn)動，目標范圍100的方位相對于頭部或者眼睛是不變的，但可能相對于使用者手的位置變化了，使用者需要移動手中的被閱讀材料將其保持在目標范圍100中。
[0031]以上對第一實施例的描述在其他實施例中也有用到，為了節(jié)省篇幅，其他地方不再累述，以上內(nèi)容可以用于和其他實施方式的結(jié)合構(gòu)成新的實施方式。
[0032]如圖1，第一反射鏡101的鏡面和眼前反射鏡102、103的鏡面夾角A約為42.2。。如圖5，所述鏡像視野110在垂直面上的分布角度為12.5°左右，這一角度等于圖1中眼前反射鏡對于眼球中心的分布角度。鏡像視野110的中心對于人體眼球水平面上傾約1.3°。如圖2，單個眼前反射鏡對于眼球中心在水平面上的分布角度約為12.8°，其實雙眼的鏡像視野110在橫向?qū)挾壬舷拗撇淮?，還可以設(shè)計得更大或者更小。所述兩個眼前反射鏡形狀對稱，高度為14mm (毫米)，寬度為13mm，放置位置距離眼睛表面大概為43mm-48mm左右。所述眼前反射鏡的中心距眼睛約44.5mm。
[0033]圖5中的第一反射鏡一個邊緣靠近使用者的下前額，第一反射鏡和眼前反射鏡在眼球前面構(gòu)建出較大的空間，可以容納眼鏡。另外，參考圖1，如果圖中除眼球105外，所有部件以及它們的相對位置都以眼球中心為中心等比例縮小，目標范圍100的方向和分布角度并沒有變化，眼睛所能觀察的視野范圍變化也不大；相反如果等比例放大，目標范圍100的方向和分布角度也沒有變化，眼睛所能觀察的視野范圍變化也不大。本第一實施例視野轉(zhuǎn)換器的尺寸可以有所調(diào)整，一般眼前反射鏡102、103的中心距眼睛表面為20mm-80mm左右較為合適，不排除還可以更大或更小。但縮小不能導(dǎo)致第一反射鏡壓到眼球或者眼窩，擴大不能導(dǎo)致使用不便。
[0034]為了使鏡像視野110為比較方正的長方形，眼前反射鏡可以做成靠近眼球的地方稍窄，遠離眼球的部位稍寬。在實際的產(chǎn)品設(shè)計中，當所需要觀察的目標范圍分布角度更大，則眼前反射鏡102、103對于眼球中心的分布角度也要更大，對周圍環(huán)境景象的遮擋也更大。
[0035]如圖6所示第二實施例的側(cè)視圖，本實施例眼前反射鏡202、203位于眼球中心水平線的上方，下面給眼睛留出更大的周圍環(huán)境視野空間。如圖7所示是第二實施例的使用效果圖，本實施例鏡像視野210是眼睛通過眼前反射鏡202、203可以看到的視野(參考圖6)，也在眼球中心水平線的上方。人體眼睛須朝上觀看所呈虛像。本實施例更適合于觀看環(huán)境景象的同時看鏡像視野210內(nèi)的虛像。例如，當使用者正在瞻仰歷史古跡，智能手機221顯示該歷史古跡的相關(guān)信息給使用者。Google Glass也有顯示情景環(huán)境信息的功能，但本實施例的成本更低。
[0036]圖6中，本實施例的第一反射鏡201和眼前反射鏡202、203夾角B為45°，夾角B角度還有一定的調(diào)節(jié)空間。所述鏡像視野210在垂直面的分布角度為13.8°左右，鏡像視野210的中心對于眼球水平面上傾約6.9°。所述兩個眼前反射鏡高度為15.2mm左右，放置位置距離眼睛表面大概為40.5mm-46mm左右。所述眼前反射鏡的中心距眼睛約44mm。
[0037]如圖8所示第三實施例的側(cè)視圖，本實施例眼前反射鏡302、303位于眼球中心水平線的下方，則本實施例鏡像視野也在眼球中心水平線的下方。人體眼睛長期習慣于在水平面下方0° -30°傾角范圍內(nèi)閱讀，本實施例更符合人的閱讀習慣。本實施例的目標范圍300設(shè)計得更靠近眼球105的正下方。其實通過對光學(xué)反射鏡的布置，也可以將目標范圍300設(shè)置于眼球105的前下方或其他方位。
[0038]如圖9所示第三實施例的使用效果圖，人體頭部向后仰15°后，本實施例視野轉(zhuǎn)換器的目標范圍300正好落在人體的前方。當人低頭閱讀會造成頸部前傾，通過圖9的后仰動作，能更好釋放頸部的疲勞。本實施例兼顧了眼睛的習慣閱讀姿勢和釋放頸部壓力的需要，更適合用于長時間閱讀、觀看。
[0039]圖8中，本實施例的第一反射鏡301和眼前反射鏡302、303夾角C也為45°。圖9中，所述鏡像視野310在垂直面分布角度為13.8。左右，鏡像視野中心310的位于眼球水平面下傾約6.9°的位置。所述兩個眼前反射鏡高度為15.2mm左右，放置位置距離眼睛表面大概為39.5mm-47mm左右。所述眼前反射鏡的中心距眼睛約43mm。
[0040]本發(fā)明還可以在第一、二、三實施例的基礎(chǔ)上結(jié)合以下方式實施。
[0041]如圖10是一種第一反射鏡設(shè)計圖，第一反射鏡靠近人體額頭的部位E按照額頭的生理曲線進行設(shè)計，使其佩戴舒適。也可以將第一反射鏡替換成兩個獨立的小反射鏡F，一個用于左眼前反射鏡，另一個用于右眼前反射鏡，從而易于制造。
[0042]一般第一反射鏡和眼前反射鏡的夾角范圍在38° -52°左右。因為第一反射鏡需要從眼睛和眼前反射鏡之間接收目標范圍的光線，眼前反射鏡在垂直平面內(nèi)對于眼球中心的分布角度越小，左右眼前反射鏡和第一反射鏡的夾角及位置就有更多的選擇；反之，眼前反射鏡和第一反射鏡的夾角及位置只有小范圍的選擇。眼前反射鏡在垂直平面內(nèi)對于眼球中心的分布角度一般不超過25°。眼前反射鏡在水平面對于眼球中心的分布角度可大可小，比較靈活。如第一實施例圖4所示，鏡像視野110水平寬度余量很大，可以將眼前反射鏡寬度縮小，只要滿足智能手機屏幕大小即可，從而給使用者提供更大的環(huán)境視野。眼前反射鏡對于眼球中心在水平面的分布角度一般在1° -20°的范圍內(nèi)，還可以更大或更小。
[0043]如圖11所示第四實施例的側(cè)視圖，相對于第一、二、三實施例提供了一種新的反射光路及其反射鏡組布局方式。第一反射鏡401位于眼前反射鏡402、403的下方，與眼前反射鏡402、403的夾角為鈍角。目標范圍400內(nèi)的光線首先通過第一反射鏡401反射，再通過眼前反射鏡402、403反射進入人體的雙眼。眼睛通過眼前反射鏡402、403觀看鏡像視野的虛像。402、403為類似于其他實施例的左右眼前反射鏡，減少了對周圍環(huán)境的遮擋。應(yīng)該可以理解到，本實施例也可以采用其他實施例的一些實施方式，構(gòu)成新的實施方式，這里
不再一一累述。
[0044]另外，上述發(fā)明還可以有以下補充實施方式。如前所述本光學(xué)視野轉(zhuǎn)換器的呈像區(qū)域相對于人體眼睛的高低可以通過眼前反射鏡的高低確定。還可以將反射鏡組(包括第一反射鏡和兩個眼前反射鏡)整體可旋轉(zhuǎn)，讓使用者可以調(diào)整鏡像視野和目標范圍對于人眼的俯仰角度。
[0045]以上圖例中左右眼前反射鏡為平面鏡，安裝在同一平面。在實際的產(chǎn)品制造中，眼前反射鏡安裝有一定的容忍誤差。但誤差超過容忍誤差，使用者左右眼看到的鏡像視野范圍的虛像難以重合，長期使用會帶來眼睛疲勞。如果誤差范圍控制得很小，則使用者雙眼看到較好的重合圖像，從而帶來更好的效果。又一種實施方式，所述兩個眼前反射鏡集成在同一塊透明材料上，例如在滿足尺寸的一塊平面透鏡中制作出兩個眼前反射鏡鏡面，則容易保證兩個鏡面在同一平面，帶來更好的視覺效果，其透鏡的剩余透明部分用于人眼觀看環(huán)境景象。
[0046]又一種實施方式，本發(fā)明可以用透鏡對眼前反射鏡和/或第一反射鏡進行連接、固定，眼睛可以通過所述透鏡觀察環(huán)境景象。
[0047]又一種實施方式，本發(fā)明眼前反射鏡可以為平面也可以是曲面，例如球面。如果兩個眼前反射鏡是曲面，則它們也需要處在同一個曲面上。同樣，第一反射鏡可以是曲面或者平面。如果是曲面(例如球面)，并且第一反射鏡由兩個小反射鏡組成，則兩個小反射鏡也需要在一個曲面上。
[0048]又一種實施方式，為了減少光路上的衰減，第一反射鏡和/或眼前反射鏡有增透膜?；蛘叩谝环瓷溏R和/或眼前反射鏡的反射層設(shè)計在外面，以減少通常反射鏡先透射再反射的透射損失，也避免了通常反射鏡的入射表面產(chǎn)生的反射重影。所述設(shè)計在外面的反射層表面具有耐腐蝕、抗氧化的作用。
[0049]又一種實施方式，不管采用上述哪種鏡面設(shè)計，兩次反射都會產(chǎn)生光強的損耗，而眼前反射鏡周圍的透鏡也產(chǎn)生光強的損耗?？梢酝ㄟ^控制材料的光強損耗來突出一個畫面，壓抑另一幅畫面；也可以保持各個部分的光強損耗一致。
[0050]本發(fā)明光學(xué)視野轉(zhuǎn)換器比專利US20130222757所呈虛像的清晰度更高，又便于觀看周圍環(huán)境。本發(fā)明光學(xué)視野轉(zhuǎn)換器比專利US20130070338所呈虛像視野的清晰度也更高，周圍環(huán)境的光線對鏡像虛像基本上沒有影響，同時還可以清晰地觀察周圍環(huán)境景象，兩幅景象在光路上互不干擾。另外本發(fā)明成本較低。本發(fā)明的視野轉(zhuǎn)換角度一般在90°左右，甚至可達到120°，可滿足避免頸部前傾的視場轉(zhuǎn)換需要。
[0051]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)落在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種光學(xué)視野轉(zhuǎn)換器，包括第一反射鏡和兩個眼前反射鏡: 所述兩個眼前反射鏡處在同一個面，分別設(shè)置于使用者的左右眼睛的前方區(qū)域； 所述第一反射鏡在所述兩個眼前反射鏡的上方或下方； 所述兩個眼前反射鏡和所述第一反射鏡的光學(xué)位置關(guān)系是:所述第一反射鏡反射目標范圍發(fā)出的光線到所述兩個眼前反射鏡，所述兩個眼前反射鏡再分別反射所述光線到所述使用者的左右眼睛。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)視野轉(zhuǎn)換器，所述兩個眼前反射鏡為平面鏡，所述兩個眼前反射鏡位于同一個平面。
3.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)視野轉(zhuǎn)換器，所述兩個眼前反射鏡相互對稱，它們的中心間距小于所述使用者的眼睛瞳距。
4.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)視野轉(zhuǎn)換器，所述眼前反射鏡對于眼球中心在垂直平面展開的角度范圍為25°以下。
5.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)視野轉(zhuǎn)換器，所述眼前反射鏡視野在水平面的角度范圍為20°以下。
6.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)視野轉(zhuǎn)換器，所述眼前反射鏡中心距人眼的距離范圍為20mm-80mmo
7.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)視野轉(zhuǎn)換器，所述兩個眼前反射鏡集成在同一塊透鏡上，所述透鏡的透明部分用于觀察周圍環(huán)境；或者，所述兩個眼前反射鏡通過透鏡連接，所述透鏡用于觀察周圍環(huán)境。
8.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)視野轉(zhuǎn)換器，所述第一反射鏡由兩個小反射鏡組成，分別反射所述目標范圍的光線到所述兩個眼前反射鏡，所述兩個小反射鏡處于同一個面。
9.如權(quán)利要求8所述的光學(xué)視野轉(zhuǎn)換器，所述第一反射鏡的兩個小反射鏡集成在同一塊透鏡上，或者通過透鏡進行固定。
10.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)視野轉(zhuǎn)換器，所述眼前反射鏡在所述第一反射鏡下前方，兩者的鏡面夾角在38° -52°之間。
【文檔編號】G02B17/06GK103728716SQ201410039862
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月27日
【發(fā)明者】劉焱 申請人:劉焱