ИНФОРМАЦИОННЫЕ ОЧКИ Российский патент 2012 года по МПК G02C1/00 

Изобретение относится к устройствам формирования оперативной графической и текстовой видеоинформации выводимой на экран цветного малогабаритного графического дисплея в виде бегущей информационной строки. Цветной графический дисплей устанавливается вдоль одной из четырех кромок окуляра очков. Управление информационной бегущей строкой, выводимой на графический дисплей, осуществляется по радиоканалу. Человек, носящий информационные очки, глядя на цветной графический дисплей может оперативно получать необходимую информацию. Это может быть информация для хирурга, проводящего операцию, о пульсе сердца, кровяном давлении, кислородонасыщении крови и т.д. Это может быть информация для аквалангиста и водолаза о глубине погружения под воду, скорости встречного течения воды. Это может быть оперативная информация для водителя транспортного средства о направлении (курсе) движения. Это может быть информация, передаваемая гидом устно туристам с индивидуальным переводом смысла речи с одного языка на другой, понятный туристу язык. Информационные очки могут быть успешно применены в зашумленных кабинах различных машин, самолетов, катеров, а также на территории зашумленных аэродромов, космодромов, испытательных станций и так далее. Информационные очки могут быть успешно применены для распознавания речи глухим человеком путем передачи на дисплей очков текста речи говорящего с ним собеседника.

Ближайшим аналогом предлагаемого изобретения могут быть приведенные в [1] очки для глухих людей. Рассмотренные в патенте [1] очки имеют существенный недостаток. Предложенное в [1] применение обычной корректирующей линзы трудно реализуемо практически, так как на основании законов оптики для того, чтобы получить на сетчатке глаза четкое изображение с экрана графического дисплея необходимо удалить графический дисплей от центра корректирующей линзы на расстояние, превышающее фокусное расстояние корректирующей линзы [2]. Был проведен эксперимент с корректирующей линзой с фокусным расстоянием F=43 мм, взятой от оптического монокля мастера по ремонту наручных часов. Как показали эксперименты с учетом оптических свойств глаза здорового человека, применяя корректирующую линзу с фокусным расстоянием F=42-43 миллиметра и располагая ее на удалении 12-18 миллиметров от зрачка глаза, можно получить на сетчатке глаза четкое изображение с экрана дисплея, только удалив графический дисплей от центра корректирующей линзы на расстояние превышающее 45-48 мм.

При этом удалении графический дисплей будет выдвинут за внешнюю сторону окуляра очков на расстояние 45-48 мм, что исказит конструкцию очков до неузнаваемости, переводя их в разряд громоздких биноклей, которые невозможно носить на переносице. Поэтому конструкция очков, приведенных в патенте [1], реализуема только в будущем при успешной разработке специальных корректирующих линз и нереализуема в практическом плане в настоящее время. Теми же недостатками обладает конструкция очков, приведенных в описании заявки на изобретение [3]. Предлагаемая авторами настоящего изобретения конструкция информационных очков исключает вышеперечисленные недостатки конструкции очков, приведенных в патенте [1], заявке [3], и позволяет реализовать очки, по дизайну близкие к обычным очкам, привычным и удобным в эксплуатации.

Рассмотрим особенности предлагаемых информационных очков.

На Фиг.1 представлена конструкция информационных очков. Данные очки имеют оправу 1 с окулярами 2. Если человек имеет нормальное зрение, то вместо линз окуляров могут быть вставлены обычные или тонированные стекла. Вдоль верхней кромки окуляра 2 очков установлен узкополосный цветной графический дисплей 3 так, что поверхность его излучающего экрана направлена вниз, в сторону отражающего зеркала 4, закрепленного в жестком подвижном ложе 7, которое может вращаться на жесткой оси 8. К нижней кромке оправы 1 подвижно на двух полуосях 9 подсоединен направляющий каркас 10, внутри которого подвижно установлен оптический блок 11 со встроенным в него корректирующим объективом 5. Оптический блок 11 в процессе настройки на резкость изображения, возникающего на экране графического дисплея 3, может передвигаться вдоль продольной оси каркаса 10. Оптический блок 11 фиксируется после настройки на резкость посредством винта 12.

При описании конструкции информационных очков особо следует выделить информационный оптический канал. Информационный оптический канал очков включает выставленные вдоль ломаной оптической оси: узкополосный цветной графический дисплей 3, отражающее зеркало 4, корректирующий объектив 5. Ломаная оптическая ось информационного оптического канала очков имеет два прямолинейных участка: входной участок 13 и выходной участок 14. Выходной участок 14 ломаной оптической оси направлен в зрачок глаза 6. Точка излома оптической оси располагается на отражающей поверхности отражающего зеркала 4. Для конкретного человека информационный оптический канал должен настраиваться индивидуально для каждого глаза путем перемещения вдоль каркаса 10 оптического блока 11 с последующей фиксацией оптического блока 11 с помощью стопорного винта 12. На очки могут быть установлены одновременно два информационных оптических канала - на левый и правый окуляры очков.

Для того чтобы настроить выходную оптическую ось 14 информационного оптического канала под конкретного человека, необходимо поворачивать поочередно сначала каркас 10 путем вращения его на полуосях 9, а затем поворачивать ложе 7 вместе с зеркалом 4 на оси 8 до тех пор, пока изображение с экрана дисплея 3 точно попадет в центр «а» зрачка глаза 6. При этом оптическая ось претерпевает на отражающей поверхности зеркала 4 излом на угол Q1=50-60 град. После этого ось 8 вращения ложе зеркала жестко закрепляется посредством стопорной контргайки 19. После точного выставления выходной оптической оси 14 каркас 10 также жестко фиксируется путем затягивания контргаек, расположенных на полуосях 9. На нижней поверхности каркаса 10 приклеена мягкая резиновая подкладка 20. В процессе эксплуатации очков мягкие резиновые подкладки 20 ложатся на поверхность кожи по обеим сторонам носа и смягчают давление информационных очков на кожу. Все электронные элементы схемы управления графическим дисплеем, а также батареи питания располагаются в фигурном контейнере 15, закрепленном на внешнем конце заушника 16. Электрическая связь схемы управления с графическим дисплеем осуществляется по многожильному кабелю 17, проложенному вдоль заушника 16. На конце заушника 16 закреплен электроконтактный барабан 18, ось которого одновременно является осью вращения заушника 16. Электроконтактный барабан 18, включает изолированные друг от друга электроконтактные диски, установленные на оси барабана и вращающиеся вместе с барабаном. На оправе 1 вдоль оси барабана в контакте с скользящими поверхностями электроконтактных дисков неподвижно относительно оправы 1 установлены контактные лепестки, свободные концы которых прижимаются к скользящим поверхностям электроконтактных дисков. Тем самым при вращении заушника очков через скользящие электроконтактные диски барабана и контактные лепестки осуществляется передача сигналов управления на графический дисплей. Передача оперативной информации на вход схемы управления информационных очков осуществляется по радиоканалу связи от радиопередатчика 21 стационарного типа или переносного типа. Антенна радиоприемника информационных очков располагается в заушнике 16. В процессе пользования информационными очками человек направляет зрачок глаза вдоль оптической оси 14 в сторону корректирующего объектива 5 и при этом наблюдает через корректирующий объектив 5 изображение с экрана цветного графического дисплея 3 в виде бегущей информационной (символьной или текстовой) строки.

На верхнем рисунке Фиг.1 пунктирными линиями обозначены боковые границы оптического изображения информационной строки. Стрелками на пунктирных линиях показано как трансформируется изображение боковых границ информационной строки при прохождении его через зеркало 4 и корректирующий объектив 5. Данное изображение сходится в области «а», совпадающей с положением зрачка глаза. Воспринимая с дисплея оперативную текстовую или символьную информацию, человек осмысленно осуществляет необходимые действия. Угол обзора Q2 информационных очков незначительно уменьшается на величину конструктивного угла Q3, появляющегося за счет наличия оптического блока 11. Данный угол Q3 весьма мал (Q3=3-5 град) и практически не влияет на угол обзора Q2.

Таким образом, применение в конструкции предлагаемых информационных очков оптической системы с отражающим зеркалом 4 позволяет реализовать информационные очки в габаритах, не выходящих за внешние габариты обычных оптических очков. Узкий графический дисплей 3, оптический блок 11, каркас 10 и зеркало 4 занимают свободное для обычных оптических очков внутреннее пространство, расположенное между глазом 6 и оправой 1 очков. Поэтому данные внутренние элементы 3, 4, 10, 11 не выходят за внешние габариты информационных очков и, следовательно, не нарушают дизайнерского оформления очков, что немаловажно для человека. Дополнительный вес информационных очков, возникающий за счет наличия дополнительных элементов 3, 4, 10, 11, компенсируется за счет мягких подкладок 20.

При практической реализации конструкции очков в зависимости от индивидуальных особенностей черепа человека, расположения глазниц на черепе, геометрии и расположения носа возможны четыре варианта конструкции информационных очков и, соответственно, возможны четыре варианта построения и расположения элементов 3, 4, 5 информационной оптической системы относительно окуляра 2 и оправы 1 очков:

1. Конструкция информационных очков с размещением отражающего зеркала вдоль нижней кромки окуляра очков. Данная конструкция очков приведена на Фиг.1 и ранее подробно описана.

2. Конструкция информационных очков, информационная оптическая система которых выполнена с размещением отражающего зеркала вдоль верхней кромки окуляра очков. Данная конструкция очков приведена на Фиг.2. Информационная оптическая система данных очков включает: цветной графический дисплей 3, размещенный вдоль нижней кромки окуляра 2 очков; отражающее зеркало 4, размещенное вдоль верхней кромки окуляра 2 очков, корректирующий объектив 5 размещенный на выходном участке оптической оси 14. Выходной участок оптической оси 14 направлен в зрачок глаза 6.

3. Конструкция информационных очков, информационная оптическая система которых выполнена с размещением отражающего зеркала в непосредственной близости к переносице очков параллельно носовой кромке окуляра очков. Данная конструкция очков приведена на Фиг.3 Информационная оптическая система данных очков включает: цветной графический дисплей 3, размещенный в непосредственной близости к продольной оси вращения электроконтактного барабана 18 очков параллельно оси вращения электроконтактного барабана 18; отражающее зеркало 4, размещенное параллельно носовой кромке окуляра очков; корректирующий объектив 5, размещенный на выходном участке оптической оси 14. Выходной участок оптической оси 14 направлен в зрачок глаза 6. На Фиг.3 условно обозначен контур носа 22 человека.

4. Конструкция информационных очков, информационная оптическая система которых выполнена с размещением отражающего зеркала 4 в непосредственной близости к продольной оси вращения электроконтактного барабана 18 параллельно оси вращения электроконтактного барабана и размещением графического дисплея параллельно носовой кромке окуляра очков. Данная конструкция очков приведена на Фиг.4. Информационная оптическая система данных очков включает: цветной графический дисплей 3, размещенный параллельно носовой кромке окуляра 2 очков; отражающее зеркало 4, размещенное в непосредственной близости к продольной оси вращения электроконтактного барабана 18 параллельно оси вращения электроконтактного барабана очков; корректирующий объектив 5, размещенный на выходном участке оптической оси 14. Выходной участок оптической оси 14 направлен в зрачок глаза 6. На Фиг.4 условно обозначен контур носа 22 человека.

Ввиду того что для конструкции информационных очков, приведенных на Фиг.3 и Фиг.4, предлагается устанавливать графический дисплей 3 и отражающее зеркало 4 вертикально или почти вертикально, что существенно затруднит считывание графического текста в режиме «бегущей строки», то в данном случае необходимо использовать для формирования смысловой информации цветографический алфавит, описание которого приведено в патенте [1].

Перечень чертежей

Фиг.1 - Конструкция информационных очков с размещением отражающего зеркала вдоль нижней кромки окуляра очков.

Фиг.2 - Информационная оптическая система очков с размещением отражающего зеркала вдоль верхней кромки окуляра очков.

Фиг.3 - Информационная оптическая система очков с размещением отражающего зеркала в непосредственной близости к переносице очков параллельно носовой кромке окуляра очков.

Фиг.4 - Информационная оптическая система очков с размещением отражающего зеркала в непосредственной близости к продольной оси вращения электроконтактного барабана очков параллельно оси вращения электроконтактного барабана и размещением графического дисплея параллельно носовой кромке окуляра очков.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Предлагаемое изобретение может быть реализовано с помощью конструкции информационных очков, приведенной на Фиг.1. Радиоэлементы очков могут быть выполнены с помощью аналоговых и цифровых микросхем, малогабаритных типовых радиоприемников и радиопередатчиков, типовых узкополосных цветных графических дисплеев и цифровых контроллеров. Все радиоэлементы выпускаются промышленностью и доступны для приобретения. Информационный оптический канал очков был изготовлен авторами настоящего изобретения и успешно опробован на экспериментальном макете информационных очков. При реализации информационного оптического канала применен корректирующий объектив с сферическими линзами, причем сферические линзы имеют продолговатую по внешнему контуру форму. Продольная ось продолговатых линз располагается параллельно продольной оси отражающего зеркала. В качестве узкополосного графического дисплея во время эксперимента был применен дисплей модели «BL12832B».

Источники информации

1. Патент RU №2298837, опубликован 10.05.2007, БИ №13.

2. Л.С.Урмахер «Основы офтальмологической оптики», М., Машиностроение, 1971 г.

3. Заявка на изобретение US 2002/0158816 A1, опубликована 31.10.2002.

Информационные очки относятся к области офтальмологии и предназначены для передачи оперативной информации (речи), например, для глухих людей, для водолазов и аквалангистов, для хирургов непосредственно во время проведения операции, для туристов, слушающих гида, говорящего на иностранном языке, для работников зашумленных аэродромов и космодромов, для водителей шумных транспортных средств и т.д. Изобретение направлено на обеспечение оперативного представления текстовой и символьной информации в режиме «бегущей строки» на экране цветного графического дисплея, которым снабжены информационные очки, что обеспечивается за счет того, что информационные очки включают электронную схему управления, оправу с двумя заушниками и с двумя окулярами, для каждого из которых установлено отражающее зеркало, размещенное непосредственно в точке излома ломаной оптической оси. При этом согласно изобретению информационные очки имеют для каждого из двух заушников электроконтактный барабан, включающий набор нескольких изолированных друг от друга электроконтактных дисков, причем продольные оси электроконтактных барабанов одновременно являются осями вращения заушников информационных очков, которые имеют также для каждого из двух окуляров информационную оптическую систему, для которой цветной графический дисплей установлен вдоль верхней кромки окуляра информационных очков на начальном участке ломаной оптической оси, а отражающее зеркало установлено вдоль нижней кромки окуляра информационных очков, причем продольные геометрические оси цветного графического дисплея и отражающего зеркала параллельны между собой. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Информационные очки, включающие электронную схему управления, оправу с двумя заушниками и с двумя окулярами, для каждого из которых установлено отражающее зеркало, размещенное непосредственно в точке излома ломаной оптической оси, отличающиеся тем, что имеют для каждого из двух заушников электроконтактный барабан, включающий набор нескольких изолированных друг от друга электроконтактных дисков, причем продольная ось электроконтактного барабана одновременно является осью вращения заушника информационных очков, и имеют для каждого из двух окуляров информационную оптическую систему, для которой цветной графический дисплей установлен вдоль верхней кромки окуляра информационных очков на начальном участке ломаной оптической оси, а отражающее зеркало установлено вдоль нижней кромки окуляра информационных очков, причем продольные геометрические оси цветного графического дисплея и отражающего зеркала параллельны между собой.

2. Информационные очки по п.1, отличающиеся тем, что для каждой из двух информационных оптических систем двух окуляров очков отражающее зеркало установлено вдоль верхней кромки окуляра, а цветной графический дисплей установлен вдоль нижней кромки окуляра очков на начальном участке ломаной оптической оси, причем продольные геометрические оси отражающего зеркала и графического дисплея параллельны между собой.

3. Информационные очки по п.1, отличающиеся тем, что для одного из двух окуляров отражающее зеркало размещено в непосредственной близости к переносице очков параллельно носовой кромки окуляра очков, а цветной графический дисплей установлен в непосредственной близости к продольной оси вращения электроконтактного барабана очков параллельно оси вращения электроконтактного барабана очков.

4. Информационные очки по п.1, отличающиеся тем, что для одного из двух окуляров отражающее зеркало установлено в непосредственной близости к продольной оси вращения электроконтактного барабана очков параллельно оси вращения электроконтактного барабана, а цветной графический дисплей установлен в непосредственной близости к переносице очков параллельно носовой кромке окуляра очков.

5. Информационные очки по п.1, отличающиеся тем, что информационная оптическая система имеет вращающийся на двух полуосях каркас, единая продольная ось вращения которого перпендикулярна выходному участку ломаной оптической оси.

6. Информационные очки по п.1, отличающиеся тем, что информационная оптическая система имеет подвижный оптический блок, перемещающийся вдоль направления выходного участка ломаной оптической оси в пределах продольного осевого размера вращающегося каркаса, причем внутри подвижного оптического блока установлен корректирующий оптический объектив, имеющий линзы с продолговатым внешним контуром.

7. Информационные очки по п.1, отличающиеся тем, что отражающее зеркало установлено в ложе, вращающейся на жесткой оси, концы которой подвижно закреплены в стенках вращающегося каркаса, причем жесткая продольная ось вращения ложа отражающего зеркала ориентирована перпендикулярно выходному участку ломаной оптической оси.