头操作的电子眼镜的制作方法
头操作的电子眼镜的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种眼镜。
【背景技术】
[0002] 电子眼镜是可W显示数字信号的头戴式显示器，包括电子眼镜、虚拟现实眼镜、智 能眼镜等。
[0003]手机和平板电脑是主流的移动通信设备。手机显示区域狭窄，而平板电脑重量较 大。此外，手机和平板电脑只能显示二维图像，它们要求用户改变头姿态，该限制了它们的 应用领域。
[0004]电子眼镜可W用近眼显示器将图像输出至广阔的S维空间中。但是目前的电子眼 镜难W输入文字。语音识别输入法存在识别误差，抗干扰性差。触摸板虽然可W完成文字 输入，但是它需要占用至少1只手的资源。当用户双手处于繁忙状态时，难W用触摸板输入 文字。眼球追踪设备虽然可W用眼球运动操作电子眼镜，但是眼球追踪设备的指针移动精 度较低，而且容易遭受环境光的干扰。
[0005] 本文设计一种电子眼镜，它允许用户通过头来快速、精确地操作指针，并可W将图 像信息输出至广阔的S维空间中。目前尚无文献公开此类产品的制造方法。
【发明内容】
[0006] 本发明旨在提供一种头操作的电子眼镜。它允许用户通过头来快速、精确地操作 指针，并可W将图像信息输出至广阔的S维空间中。
[0007]电子眼镜包括左镜腿、右镜腿、左显示设备、右显示设备、左红外发射器、右红外发 射器、左红外接收器、右红外接收器、头部角速度检测仪、处理器、存储器、电源。
[000引显示设备是视频输出设备，包括液晶面板、投影机等设备。
[0009] 本段落假设用户一直戴着电子眼镜。左显示设备位于用户左眼前方，右显示设备 位于用户右眼前方。左眼中屯、用中屯、投影将左显示设备投影在S维空间的物体上，则左眼 中屯、发射的投影线为左眼投影线。右眼中屯、用中屯、投影将右显示设备投影在S维空间的物 体上，则右眼中屯、发射的投影线为右眼投影线。
[0010] 红外发射器可W持续发射红外线，也可W固定时间间隔为周期发射红外线。当用 户睁眼时，红外发射器发射的红外线照射其眼睛就会反射强红外光。当用户闭眼时，显示设 备发射的光线照射其眼睛就会反射弱红外光。红外接收器可W将反射红外光转换成数字信 号。左红外发射器将红外光发射至用户左眼上，左红外接收器接收用户左眼反射的红外光。 右红外发射器将红外光发射至用户右眼上，右红外接收器接收用户右眼反射的红外光。红 外接收器将接收的红外光强度转换成1个数字信号或1组数字信号发送给处理器。如果红 外接收器是单像素红外相机，其就输出1个数字信号；如果红外接收器是多像素红外相机， 其就输出1组数字信号。在响应范围内，输入红外光强度增大，红外接收器输出的数字信号 就增大；反之，红外接收器输出的数字信号则减少。
[0011] 假设阔值IG(0, + -)用于判断睁眼状态和闭眼状态。如果左红外接收器输出 信号之和小于I，则处理器判断用户左眼关闭；如果左红外接收器输出信号之和大于I，则 处理器判断用户左眼睁开。如果右红外接收器输出信号之和小于I，则处理器判断用户右眼 关闭；如果右红外接收器输出信号之和大于I，则处理器判断用户右眼睁开。
[0012] 角速度检测仪是检测运载器角速度的仪器。常用的角速度检测仪是=轴角速度巧 螺仪，它的支架中屯、充当巧螺仪坐标系原点，它的主轴、水平轴和垂直轴构成巧螺仪坐标系 的坐标轴。于是，=轴角速度巧螺仪能检测出=维角速度向量。
[0013] 头部角速度检测仪戴在头部，它可W检测出头部的S维角速度向量[a。32, 33]。 头部角速度检测仪会检测出躯干的角运动噪声。因此，电子眼镜可W增加一个躯干角速度 检测仪W消除躯干角运动产生的角速度噪声。头部角速度检测仪和躯干角速度检测仪的 坐标轴方向相同。躯干角速度检测仪戴在躯干上，它可W检测出躯干的=维角速度向量 比1，b2,bs]。如果电子眼镜不包括躯干角速度检测仪，则躯干的S维角速度向量为恒定向 量[0, 0, 0]。令Ci=a1-bi、Ci=a1-bi、Ci=a1-bi，则头部相对躯干的旋转角速度向量为
[C。。2,。3]。
[0014] 处理器将头部角速度检测仪的坐标系原点平移至用户的颈椎顶点，用头部角速度 检测仪的坐标轴方向充当头部坐标系的坐标轴方向。于是，处理器便针对用户头部建立了 一个=维头部坐标系。无论用户头部处于何种运动状态，头部坐标系的原点始终位于用户 的颈椎顶点，头部坐标系的坐标轴方向始终与头部角速度检测仪的坐标轴方向一致。
[0015] 电子眼镜的正前方方向与用户眼睛的正前方方向一致。假设用户直立时的头部状 态为初始状态，则用户头部的上下旋转角度a满足
I而用户头部的左右旋 转角度0满足
。
[0016] 操作界面是=维空间中的一个虚拟平面物体，它W电子数据形式存储于存储器 中。它位于用户躯干前方。此处的前方包括正前方、前上方、前下方、前左方和前右方。操 作界面始终相对躯干静止。本文将操作界面平面定义为一个包含操作界面的平面。
[0017] 指针实体是=维空间中的一个虚拟平面物体，它W电子数据形式存储于存储器 中。它位于用户眼镜前方。此处的前方包括正前方、前上方、前下方、前左方和前右方。指 针实体始终相对头部静止。指针实体并不显示在显示设备上，它只用于投影出指针。如果 指针实体垂线与操作界面平面平行，则指针实体不会投影指针；否则，它就沿指针实体垂线 方向在操作界面平面上平行投影出指针。在操作界面平面上，任何与指针临时重合的部分 都会被指针临时替换，只有左眼投影线和右眼投影线当前所覆盖的部分才可W显示在显示 设备上。
[0018] 因为指针实体始终相对头部静止，所W当头部相对躯干旋转时，指针实体围绕原 点旋转并相对操作界面运动。为简化数学模型，该里假设指针实体静止，而操作界面围绕原 点旋转并相对指针实体运动。
[0019] 因为指针实体始终相对头部静止，所W显示设备与指针实体的相对位置是恒定 的。因为显示设备的坐标是常量，所W指针实体的坐标也是常量。同理，左眼中屯、和右眼中 屯、的坐标也是常量。于是当头部相对躯干旋转时，处理器就能够w原点为中屯、用角位移旋 转操作界面平面，并可W计算出当前左眼投影线和右眼投影线在操作界面平面上所覆盖的 区域。
[0020] 用户可W用头部移动指针。假设tG(0, + -)，kG(0, + -)。头部移动指针的 方法包括如下步骤：
[0021] S1.处理器Wt毫秒为时间间隔，循环执行S2-S8。
[0022] S2.处理器计算出头部相对躯干的旋转角速度向量[Cl,C2,C3]，该向量简称相对角 速度向量。
[0023]S3.处理器则将相对角速度向量取反，于是相对角速度向量变成[-C。-C2, -C3]。
[0024]S4.处理器将相对角速度向量乘W缩放因子k，于是相对角速度向量变成
[_k ?01, -k ?02, _k ?03]。
[002引 S5.处理器计算t毫秒内的角位移向量[-k?Cl?t,-k?C2 ?t,-k?C3 ?t]。
[0026] S6.处理器W原点为中心用角位移向量[-k?Cl?t,-k?C2 ?t,-k?Cg?t]旋转 操作界面平面。
[0027]S7.处理器将指针实体投影在操作界面平面上，于是操作界面平面包括操作界面 和存在的指针。
[002引S8.处理器将S维空间中的操作界面平面转换成二维左眼图像和二维右眼图像， 并将二者分别显示在左显示设备和右显示设备上。在操作界面平面上，任何与指针临时重 合的部分都会被指针临时替换，只有左眼投影线和右眼投影线当前所覆盖的部分才显示在 显示设备上。
[0029] 根据数学理论，当头部相对躯干旋转时，处理器也能够W原点为中屯、用角位移旋 转用户眼睛、电子眼镜和指针，并可W计算出当前左眼投影线和右眼投影线在操作界面平 面上所覆盖的区域。该方法与W上方法等同。
[0030] 用户可W用头部单击指针。头部单击指针的方法包括如下步骤：
[0031] S1.处理器Wr毫秒为时间间隔，循环执行S2-S3。
[0032]S2.如果用户巧眼，处理器就单击指针。
[0033]S3.如果指针针尖位于一个按钮上，则该按钮响应单击事件。
[0034] 因此，用户只需转头就可W改变指针与操作界面的相对坐标，用户只需转头和巧 眼就可W单击操作界面上的任意按钮。同理，用户只需转头和巧眼就可W用软键盘输入文 字。
[0035] 电子眼镜的左显示设备、右显示设备、左红外发射器、右红外发射器、左红外接收 器、右红外接收器、头部角速度检测仪、躯干角速度检测仪、处理器、存储器、电源也可集成 在一个头夹上。头夹可W将电子眼镜夹在用户头部。此时电子眼镜就没有左镜腿、右镜腿。
[0036] 显不设备可W是透明显不设备。例如，TOLED透明显不屏就可W充当电子眼镜的 显示屏。透明显示设备可W将操作界面显示在显示设备的下方。该样就避免操作界面遮挡 用户视线，从而允许用户正常行走。透明显示设备的外表面可W覆盖电致变色材料。电致 变色材料允许调节透光率，从而可W屏蔽环境光线，增强虚拟画面的对比度。头操作的电子 眼镜不仅解放了用户的双手，还解放了用户的双脚。
[0037] 电子眼镜可W增加麦克风和扬声器，则女发音频信息。电子眼镜可W增加通信巧 片。
[003引 电子眼镜可W增加眼球追踪设备，W实现眼球控制功能。
[0039] 电子眼镜还可W安装各种软件。比如，电子眼镜可W安装语音识别软件，朗尋识别 文本输出至显示设备上。
[0040] 电源可W是内置电源，也可W是外置电源。
[0041] 综上所述，头操作的电子眼镜可W彻底解放用户的双手和双脚。它允许用户通过 头来快速、精确地操作指针，并可W将图像信息输出至广阔的=维空间中。
【附图说明】
[0042] 图1为显示模块的主视图。
[0043] 图2为链条模块的主视图。
[0044] 图3为操作界面的相对旋转图。
[0045] 具体实施方法
[0046] 下面提供本发明的一个最佳实施例，并结合附图描述本发明。
[0047] 电子眼镜实施例包括2个模块；显示模块和链条模块。如图1所示，显示模块包 括W下组件：鼻梁（1)、处理器（2)、显示设备（3A)、显示设备（3B)、鼻托（4A)、鼻托（4B)、 红外发射器巧A)、红外发射器巧B)、红外接收器化A)、红外接收器化B)、粧头（7A)、粧头 饥）、较链（8A)、较链巧B)、电源巧A)、电源（9B)、镜腿（10A)、镜腿（10B)、头部角速度巧螺 仪（11)、存储器（。）。如图2所示，链条模块包括W下组件備条（13)、躯干角速度巧螺仪 (14)。
[0048] 本段落假设用户一直戴着电子眼镜。显示设备（3A)位于用户左眼前方，显示设备 (3B)位于用户右眼前方。左眼中屯、用中屯、投影将显示设备（3A)投影在S维空间的物体上， 则左眼中屯、发射的投影线为左眼投影线。右眼中屯、用中屯、投影将显示设备（3B)投影在S 维空间的物体上，则右眼中屯、发射的投影线为右眼投影线。
[0049] 红外发射器可W持续发射红外线，也可W固定时间间隔为周期发射红外线。当用 户睁眼时，红外发射器发射的红外线照射其眼睛就会反射强红外光。当用户闭眼时，显示设 备发射的光线照射其眼睛就会反射弱红外光。红外接收器可W将反射红外光转换成数字信 号。红外发射器巧A)将红外光发射至用户左眼上，红外接收器化A)接收用户左眼反射的 红外光。红外发射器巧B)将红外光发射至用户右眼上，红外接收器化B)接收用户右眼反 射的红外光。红外接收器化A)和红外接收器化B)将接收的红外光强度转换成1个数字信 号发送给处理器（2)。在响应范围内，输入红外光强度增大，红外接收器输出的数字信号就 增大；反之，红外接收器输出的数字信号则减少。
[0050] 假设阔值IG(0, + -)用于判断睁眼状态和闭眼状态。如果红外接收器化A)输 出信号之和小于I，则处理器（2)判断用户左眼关闭；如果红外接收器化A)输出信号之和 大于I，则处理器（2)判断用户左眼睁开。如果红外接收器化B)输出信号之和小于I，则处 理器似判断用户右眼关闭；如果红外接收器化B)输出信号之和大于I，则处理器似判 断用户右眼睁开。
[0化1] 显示模块通过电源线给躯干角速度巧螺仪（14)供电，并通过数据线与躯干角速 度巧螺仪（14)通信。头部角速度巧螺仪（11)和躯干角速度巧螺仪（14)的坐标轴方向 相同。头部角速度巧螺仪（11)是个=轴角速度巧螺仪。它的支架中屯、充当巧螺仪坐标系 原点，它的主轴、水平轴和垂直轴构成巧螺仪坐标系的坐标轴。于是，头部角速度巧螺仪 (11)能检测出S维角速度向量。它固定在电子眼镜上，W检测出头部的S维角速度向量 [a。32, 33]。链条（13)可W套住肩峰和胶部，W保持固定。躯干角速度巧螺仪（14)扣在链 条（蝴上，W检测出躯干的S维角速度向量比。b2，b3]。令Ci=ai-bi、Ci=ai-bi、Ci= ai-bi，则头部相对躯干的旋转角速度向量为[Cl,C2,cj。
[0化2] 处理器（2)将头部角速度巧螺仪（11)的坐标系原点平移至用户的颈椎顶点，用头 部角速度巧螺仪（11)的坐标轴方向充当头部坐标系的坐标轴方向。于是，处理器（2)便 针对用户头部建立了一个=维头部坐标系。无论用户头部处于何种运动状态，头部坐标系 的原点始终位于用户的颈椎顶点，头部坐标系的坐标轴方向始终与头部角速度巧螺仪（11) 的坐标轴方向一致。
[0化3] 电子眼镜的正前方方向与用户眼睛的正前方方向一致。假设用户直立时的头部状 态为初始状态，则用户头部的上下旋转角度a满足
.而用户头部的左右旋 转角度0满足
[0054] 操作界面是=维空间中的一个虚拟矩形平面物体，它W电子数据形式存储于存储 器中。它位于用户躯干前方。此处的前方包括正前方、前上方、前下方、前左方和前右方。操 作界面始终相对躯干静止。本文将操作界面平面定义为一个包含操作界面的平面。过原点 和操作界面中屯、点的直线为1，则1始终垂直于操作界面平面。
[0055] 指针实体是=维空间中的一个虚拟平面物体，它W电子数据形式存储于存储器 中。它位于用户眼镜前方。此处的前方包括正前方、前上方、前下方、前左方和前右方。指 针实体始终相对头部静止。指针实体并不显示在显示设备上，它只用于投影出指针。如果 指针实体垂线与操作界面平面平行，则指针实体不会投影指针；否则，它就沿指针实体垂线 方向在操作界面平面上平行投影出指针。在操作界面平面上，任何与指针临时重合的部分 都会被指针临时替换，只有左眼投影线和右眼投影线当前所覆盖的部分才可W显示 在显示 设备上。
[0化6] 因为指针实体始终相对头部静止，所W当头部相对躯干旋转时，指针实体围绕原 点旋转并相对操作界面运动。为简化数学模型，该里假设指针实体静止，而操作界面围绕原 点旋转并相对指针实体运动。图3展示了操作界面的相对旋转方法。在图3中，对象（16) 代表用户头部，对象（15)代表头部坐标系的原点，对象（17)代表电子眼镜，对象（18)代表 指针实体，对象（19)代表初始状态的操作界面，对象（20)代表相对旋转后的操作界面。如 图3所示，当用户头部（16)相对躯干向下旋转一个角度丫后，操作界面（19)则相对指针 实体（18)向上旋转一个角度丫。因此，头部相对躯干做某种旋转，就等价于操作界面相对 指针实体做该类旋转的逆旋转。
[0057] 因为指针实体始终相对头部静止，所W显示设备与指针实体的相对位置是恒定 的。因为显示设备的坐标是常量，所W指针实体的坐标也是常量。同理，左眼中屯、和右眼中 屯、的坐标也是常量。于是当头部相对躯干旋转时，处理器（2)就能够在头部坐标系中旋转 操作界面平面，并可w计算出左眼投影线和右眼投影线当前在操作界面平面上所覆盖的区 域。
[005引用户可W用头部移动指针。假设tG(0, + °°),kG(0, + °° )。头部移动指针的 方法包括如下步骤：
[0化9] S1.处理器（2)Wt毫秒为时间间隔，循环执行S2-S8。
[0060] S2.处理器（2)计算出头部相对躯干的旋转角速度向量[Cl,C2,C3]，该向量简称相 对角速度向量。
[0061] S3.处理器（2)则将相对角速度向量取反，于是相对角速度向量变成
[-。1，-。2' -。3]。
[0062] S4.处理器（2)将相对角速度向量乘W缩放因子k，于是相对角速度向量变成
[_k ?01, -k ?02, _k ?03]。
[0063] S5.处理器似计算t毫秒内的角位移向量[-k?Cl?t,-k?C2 ?t,-k?C3 ?t]。
[0064] S6.处理器似W原点为中心用角位移向量[-k?Cl? 1:,-k?C2 ? 1:,-k?Cg?t] 旋转操作界面平面。
[00化]S7.处理器（2)将指针实体投影在操作界面平面上，于是操作界面平面包括操作 界面和存在的指针。
[0066] S8.处理器似将S维空间中的操作界面平面转换成二维左眼图像和二维右眼图 像，并将二者分别显示在左显示设备和右显示设备上。在操作界面平面上，任何与指针临时 重合的部分都会被指针临时替换，只有左眼投影线和右眼投影线当前所覆盖的部分才可W 显示在显示设备上。
[0067] 用户可W用头部单击指针。头部单击指针的方法包括如下步骤：
[0068] S1.处理器（2)Wr毫秒为时间间隔，循环执行S2-S3。
[0069] S2.如果用户巧眼，处理器（2)就单击指针。
[0070] S3.如果指针针尖位于一个按钮上，则该按钮响应单击事件。
[0071] 因此，用户只需转头就可W改变指针与操作界面的相对坐标，用户只需转头和巧 眼就可W单击操作界面上的任意按钮。同理，用户只需转头和巧眼就可W用软键盘输入文 字。
[0072] 显示设备可W是透明显示设备。例如，TOL邸透明显示屏就可W充当电子眼镜的 显示屏。透明显示设备可W将操作界面显示在显示设备的下方。该样就避免操作界面遮挡 用户视线，从而允许用户正常行走。头操作的电子眼镜不仅解放了用户的双手，还解放了用 户的双脚。
[0073] 电子眼镜可W增加麦克风和扬声器，则女发音频信息。电子眼镜可W增加通信巧 片。
[0074] 电子眼镜可W增加眼球追踪设备，W实现眼球控制功能。
[0075] 电子眼镜还可W安装各种软件。比如，电子眼镜可W安装语音识别软件，朗尋识别 文本输出至显示设备上。
[0076] 电源可W是内置电源，也可W是外置电源。
[0077] 综上所述，头操作的电子眼镜可W彻底解放用户的双手和双脚。它允许用户通过 头来快速、精确地操作指针，并可W将图像信息输出至广阔的=维空间中。
[007引 W上叙述及图像已揭示本发明的较佳实施例。该实施例应被视为用W说明本发 明，而非用W限制本发明。本发明的保护范围，并不局限于该实施例。
【主权项】
1. 一种电子眼镜，其包括以下组件：左镜腿、右镜腿、左显示设备、右显示设备、左红外 发射器、右红外发射器、左红外接收器、右红外接收器、头部角速度检测仪、躯干角速度检测 仪、处理器、存储器、电源；其特征在于：左红外发射器将红外光发射至用户左眼上，左红外 接收器接收用户左眼反射的红外光，右红外发射器将红外光发射至用户右眼上，右红外接 收器接收用户右眼反射的红外光，左红外接收器和右红外接收器将接收的红外光强度转换 成数字信号发送给处理器，头部角速度检测仪戴在头部，躯干角速度检测仪戴在躯干上，头 部角速度检测仪和躯干角速度检测仪的坐标轴方向相同，头部角速度检测仪和躯干角速度 检测仪将检测的角速度发送给处理器，处理器计算出头部相对于躯干的角速度。2. -种电子眼镜，其包括以下组件：头夹、左显示设备、右显示设备、左红外发射器、右 红外发射器、左红外接收器、右红外接收器、头部角速度检测仪、躯干角速度检测仪、处理 器、存储器、电源；其特征在于：左红外发射器将红外光发射至用户左眼上，左红外接收器 接收用户左眼反射的红外光，右红外发射器将红外光发射至用户右眼上，右红外接收器接 收用户右眼反射的红外光，左红外接收器和右红外接收器将接收的红外光强度转换成数字 信号发送给处理器，头部角速度检测仪戴在头部，躯干角速度检测仪戴在躯干上，头部角速 度检测仪和躯干角速度检测仪的坐标轴方向相同，头部角速度检测仪和躯干角速度检测仪 将检测的角速度发送给处理器，处理器计算出头部相对于躯干的角速度。3. 如权利要求1或2所述的电子眼镜，其特征在于：头部角速度检测仪固定在电子眼 镜上。4. 如权利要求1或2所述的电子眼镜，其特征在于：躯干角速度检测仪可以扣在链条 上，链条可以套住肩峰和腋部。5. 如权利要求1或2所述的电子眼镜，其特征在于：显示设备为透明显示设备。6. 如权利要求6所述的电子眼镜，其特征在于：透明显示设备的外表面覆盖了电致变 色材料。7. 如权利要求1或2所述的电子眼镜，其特征在于：该电子眼镜包括麦克风。8. 如权利要求1或2所述的电子眼镜，其特征在于：该电子眼镜包括扬声器。9. 如权利要求1或2所述的电子眼镜，其特征在于：该电子眼镜包括通信芯片。10. 如权利要求1或2所述的电子眼镜，其特征在于：该电子眼镜包括眼球追踪设备。
【专利摘要】一种电子眼镜，其包括以下组件：左镜腿、右镜腿、左显示设备、右显示设备、左红外发射器、右红外发射器、左红外接收器、右红外接收器、头部角速度检测仪、躯干角速度检测仪、处理器、存储器、电源。它允许用户通过头来快速、精确地操作指针，并可以将图像信息输出至广阔的三维空间中。
【IPC分类】G02B27/01, G02B27/22, G06F3/01
【公开号】CN204695230
【申请号】CN201520417529
【发明人】谢培树
【申请人】谢培树
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年6月14日
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种眼镜。
【背景技术】
[0002] 电子眼镜是可W显示数字信号的头戴式显示器，包括电子眼镜、虚拟现实眼镜、智 能眼镜等。
[0003]手机和平板电脑是主流的移动通信设备。手机显示区域狭窄，而平板电脑重量较 大。此外，手机和平板电脑只能显示二维图像，它们要求用户改变头姿态，该限制了它们的 应用领域。
[0004]电子眼镜可W用近眼显示器将图像输出至广阔的S维空间中。但是目前的电子眼 镜难W输入文字。语音识别输入法存在识别误差，抗干扰性差。触摸板虽然可W完成文字 输入，但是它需要占用至少1只手的资源。当用户双手处于繁忙状态时，难W用触摸板输入 文字。眼球追踪设备虽然可W用眼球运动操作电子眼镜，但是眼球追踪设备的指针移动精 度较低，而且容易遭受环境光的干扰。
[0005] 本文设计一种电子眼镜，它允许用户通过头来快速、精确地操作指针，并可W将图 像信息输出至广阔的S维空间中。目前尚无文献公开此类产品的制造方法。
【发明内容】
[0006] 本发明旨在提供一种头操作的电子眼镜。它允许用户通过头来快速、精确地操作 指针，并可W将图像信息输出至广阔的S维空间中。
[0007]电子眼镜包括左镜腿、右镜腿、左显示设备、右显示设备、左红外发射器、右红外发 射器、左红外接收器、右红外接收器、头部角速度检测仪、处理器、存储器、电源。
[000引显示设备是视频输出设备，包括液晶面板、投影机等设备。
[0009] 本段落假设用户一直戴着电子眼镜。左显示设备位于用户左眼前方，右显示设备 位于用户右眼前方。左眼中屯、用中屯、投影将左显示设备投影在S维空间的物体上，则左眼 中屯、发射的投影线为左眼投影线。右眼中屯、用中屯、投影将右显示设备投影在S维空间的物 体上，则右眼中屯、发射的投影线为右眼投影线。
[0010] 红外发射器可W持续发射红外线，也可W固定时间间隔为周期发射红外线。当用 户睁眼时，红外发射器发射的红外线照射其眼睛就会反射强红外光。当用户闭眼时，显示设 备发射的光线照射其眼睛就会反射弱红外光。红外接收器可W将反射红外光转换成数字信 号。左红外发射器将红外光发射至用户左眼上，左红外接收器接收用户左眼反射的红外光。 右红外发射器将红外光发射至用户右眼上，右红外接收器接收用户右眼反射的红外光。红 外接收器将接收的红外光强度转换成1个数字信号或1组数字信号发送给处理器。如果红 外接收器是单像素红外相机，其就输出1个数字信号；如果红外接收器是多像素红外相机， 其就输出1组数字信号。在响应范围内，输入红外光强度增大，红外接收器输出的数字信号 就增大；反之，红外接收器输出的数字信号则减少。
[0011] 假设阔值IG(0, + -)用于判断睁眼状态和闭眼状态。如果左红外接收器输出 信号之和小于I，则处理器判断用户左眼关闭；如果左红外接收器输出信号之和大于I，则 处理器判断用户左眼睁开。如果右红外接收器输出信号之和小于I，则处理器判断用户右眼 关闭；如果右红外接收器输出信号之和大于I，则处理器判断用户右眼睁开。
[0012] 角速度检测仪是检测运载器角速度的仪器。常用的角速度检测仪是=轴角速度巧 螺仪，它的支架中屯、充当巧螺仪坐标系原点，它的主轴、水平轴和垂直轴构成巧螺仪坐标系 的坐标轴。于是，=轴角速度巧螺仪能检测出=维角速度向量。
[0013] 头部角速度检测仪戴在头部，它可W检测出头部的S维角速度向量[a。32, 33]。 头部角速度检测仪会检测出躯干的角运动噪声。因此，电子眼镜可W增加一个躯干角速度 检测仪W消除躯干角运动产生的角速度噪声。头部角速度检测仪和躯干角速度检测仪的 坐标轴方向相同。躯干角速度检测仪戴在躯干上，它可W检测出躯干的=维角速度向量 比1，b2,bs]。如果电子眼镜不包括躯干角速度检测仪，则躯干的S维角速度向量为恒定向 量[0, 0, 0]。令Ci=a1-bi、Ci=a1-bi、Ci=a1-bi，则头部相对躯干的旋转角速度向量为
[C。。2,。3]。
[0014] 处理器将头部角速度检测仪的坐标系原点平移至用户的颈椎顶点，用头部角速度 检测仪的坐标轴方向充当头部坐标系的坐标轴方向。于是，处理器便针对用户头部建立了 一个=维头部坐标系。无论用户头部处于何种运动状态，头部坐标系的原点始终位于用户 的颈椎顶点，头部坐标系的坐标轴方向始终与头部角速度检测仪的坐标轴方向一致。
[0015] 电子眼镜的正前方方向与用户眼睛的正前方方向一致。假设用户直立时的头部状 态为初始状态，则用户头部的上下旋转角度a满足
I而用户头部的左右旋 转角度0满足
。
[0016] 操作界面是=维空间中的一个虚拟平面物体，它W电子数据形式存储于存储器 中。它位于用户躯干前方。此处的前方包括正前方、前上方、前下方、前左方和前右方。操 作界面始终相对躯干静止。本文将操作界面平面定义为一个包含操作界面的平面。
[0017] 指针实体是=维空间中的一个虚拟平面物体，它W电子数据形式存储于存储器 中。它位于用户眼镜前方。此处的前方包括正前方、前上方、前下方、前左方和前右方。指 针实体始终相对头部静止。指针实体并不显示在显示设备上，它只用于投影出指针。如果 指针实体垂线与操作界面平面平行，则指针实体不会投影指针；否则，它就沿指针实体垂线 方向在操作界面平面上平行投影出指针。在操作界面平面上，任何与指针临时重合的部分 都会被指针临时替换，只有左眼投影线和右眼投影线当前所覆盖的部分才可W显示在显示 设备上。
[0018] 因为指针实体始终相对头部静止，所W当头部相对躯干旋转时，指针实体围绕原 点旋转并相对操作界面运动。为简化数学模型，该里假设指针实体静止，而操作界面围绕原 点旋转并相对指针实体运动。
[0019] 因为指针实体始终相对头部静止，所W显示设备与指针实体的相对位置是恒定 的。因为显示设备的坐标是常量，所W指针实体的坐标也是常量。同理，左眼中屯、和右眼中 屯、的坐标也是常量。于是当头部相对躯干旋转时，处理器就能够w原点为中屯、用角位移旋 转操作界面平面，并可W计算出当前左眼投影线和右眼投影线在操作界面平面上所覆盖的 区域。
[0020] 用户可W用头部移动指针。假设tG(0, + -)，kG(0, + -)。头部移动指针的 方法包括如下步骤：
[0021] S1.处理器Wt毫秒为时间间隔，循环执行S2-S8。
[0022] S2.处理器计算出头部相对躯干的旋转角速度向量[Cl,C2,C3]，该向量简称相对角 速度向量。
[0023]S3.处理器则将相对角速度向量取反，于是相对角速度向量变成[-C。-C2, -C3]。
[0024]S4.处理器将相对角速度向量乘W缩放因子k，于是相对角速度向量变成
[_k ?01, -k ?02, _k ?03]。
[002引 S5.处理器计算t毫秒内的角位移向量[-k?Cl?t,-k?C2 ?t,-k?C3 ?t]。
[0026] S6.处理器W原点为中心用角位移向量[-k?Cl?t,-k?C2 ?t,-k?Cg?t]旋转 操作界面平面。
[0027]S7.处理器将指针实体投影在操作界面平面上，于是操作界面平面包括操作界面 和存在的指针。
[002引S8.处理器将S维空间中的操作界面平面转换成二维左眼图像和二维右眼图像， 并将二者分别显示在左显示设备和右显示设备上。在操作界面平面上，任何与指针临时重 合的部分都会被指针临时替换，只有左眼投影线和右眼投影线当前所覆盖的部分才显示在 显示设备上。
[0029] 根据数学理论，当头部相对躯干旋转时，处理器也能够W原点为中屯、用角位移旋 转用户眼睛、电子眼镜和指针，并可W计算出当前左眼投影线和右眼投影线在操作界面平 面上所覆盖的区域。该方法与W上方法等同。
[0030] 用户可W用头部单击指针。头部单击指针的方法包括如下步骤：
[0031] S1.处理器Wr毫秒为时间间隔，循环执行S2-S3。
[0032]S2.如果用户巧眼，处理器就单击指针。
[0033]S3.如果指针针尖位于一个按钮上，则该按钮响应单击事件。
[0034] 因此，用户只需转头就可W改变指针与操作界面的相对坐标，用户只需转头和巧 眼就可W单击操作界面上的任意按钮。同理，用户只需转头和巧眼就可W用软键盘输入文 字。
[0035] 电子眼镜的左显示设备、右显示设备、左红外发射器、右红外发射器、左红外接收 器、右红外接收器、头部角速度检测仪、躯干角速度检测仪、处理器、存储器、电源也可集成 在一个头夹上。头夹可W将电子眼镜夹在用户头部。此时电子眼镜就没有左镜腿、右镜腿。
[0036] 显不设备可W是透明显不设备。例如，TOLED透明显不屏就可W充当电子眼镜的 显示屏。透明显示设备可W将操作界面显示在显示设备的下方。该样就避免操作界面遮挡 用户视线，从而允许用户正常行走。透明显示设备的外表面可W覆盖电致变色材料。电致 变色材料允许调节透光率，从而可W屏蔽环境光线，增强虚拟画面的对比度。头操作的电子 眼镜不仅解放了用户的双手，还解放了用户的双脚。
[0037] 电子眼镜可W增加麦克风和扬声器，则女发音频信息。电子眼镜可W增加通信巧 片。
[003引 电子眼镜可W增加眼球追踪设备，W实现眼球控制功能。
[0039] 电子眼镜还可W安装各种软件。比如，电子眼镜可W安装语音识别软件，朗尋识别 文本输出至显示设备上。
[0040] 电源可W是内置电源，也可W是外置电源。
[0041] 综上所述，头操作的电子眼镜可W彻底解放用户的双手和双脚。它允许用户通过 头来快速、精确地操作指针，并可W将图像信息输出至广阔的=维空间中。
【附图说明】
[0042] 图1为显示模块的主视图。
[0043] 图2为链条模块的主视图。
[0044] 图3为操作界面的相对旋转图。
[0045] 具体实施方法
[0046] 下面提供本发明的一个最佳实施例，并结合附图描述本发明。
[0047] 电子眼镜实施例包括2个模块；显示模块和链条模块。如图1所示，显示模块包 括W下组件：鼻梁（1)、处理器（2)、显示设备（3A)、显示设备（3B)、鼻托（4A)、鼻托（4B)、 红外发射器巧A)、红外发射器巧B)、红外接收器化A)、红外接收器化B)、粧头（7A)、粧头 饥）、较链（8A)、较链巧B)、电源巧A)、电源（9B)、镜腿（10A)、镜腿（10B)、头部角速度巧螺 仪（11)、存储器（。）。如图2所示，链条模块包括W下组件備条（13)、躯干角速度巧螺仪 (14)。
[0048] 本段落假设用户一直戴着电子眼镜。显示设备（3A)位于用户左眼前方，显示设备 (3B)位于用户右眼前方。左眼中屯、用中屯、投影将显示设备（3A)投影在S维空间的物体上， 则左眼中屯、发射的投影线为左眼投影线。右眼中屯、用中屯、投影将显示设备（3B)投影在S 维空间的物体上，则右眼中屯、发射的投影线为右眼投影线。
[0049] 红外发射器可W持续发射红外线，也可W固定时间间隔为周期发射红外线。当用 户睁眼时，红外发射器发射的红外线照射其眼睛就会反射强红外光。当用户闭眼时，显示设 备发射的光线照射其眼睛就会反射弱红外光。红外接收器可W将反射红外光转换成数字信 号。红外发射器巧A)将红外光发射至用户左眼上，红外接收器化A)接收用户左眼反射的 红外光。红外发射器巧B)将红外光发射至用户右眼上，红外接收器化B)接收用户右眼反 射的红外光。红外接收器化A)和红外接收器化B)将接收的红外光强度转换成1个数字信 号发送给处理器（2)。在响应范围内，输入红外光强度增大，红外接收器输出的数字信号就 增大；反之，红外接收器输出的数字信号则减少。
[0050] 假设阔值IG(0, + -)用于判断睁眼状态和闭眼状态。如果红外接收器化A)输 出信号之和小于I，则处理器（2)判断用户左眼关闭；如果红外接收器化A)输出信号之和 大于I，则处理器（2)判断用户左眼睁开。如果红外接收器化B)输出信号之和小于I，则处 理器似判断用户右眼关闭；如果红外接收器化B)输出信号之和大于I，则处理器似判 断用户右眼睁开。
[0化1] 显示模块通过电源线给躯干角速度巧螺仪（14)供电，并通过数据线与躯干角速 度巧螺仪（14)通信。头部角速度巧螺仪（11)和躯干角速度巧螺仪（14)的坐标轴方向 相同。头部角速度巧螺仪（11)是个=轴角速度巧螺仪。它的支架中屯、充当巧螺仪坐标系 原点，它的主轴、水平轴和垂直轴构成巧螺仪坐标系的坐标轴。于是，头部角速度巧螺仪 (11)能检测出S维角速度向量。它固定在电子眼镜上，W检测出头部的S维角速度向量 [a。32, 33]。链条（13)可W套住肩峰和胶部，W保持固定。躯干角速度巧螺仪（14)扣在链 条（蝴上，W检测出躯干的S维角速度向量比。b2，b3]。令Ci=ai-bi、Ci=ai-bi、Ci= ai-bi，则头部相对躯干的旋转角速度向量为[Cl,C2,cj。
[0化2] 处理器（2)将头部角速度巧螺仪（11)的坐标系原点平移至用户的颈椎顶点，用头 部角速度巧螺仪（11)的坐标轴方向充当头部坐标系的坐标轴方向。于是，处理器（2)便 针对用户头部建立了一个=维头部坐标系。无论用户头部处于何种运动状态，头部坐标系 的原点始终位于用户的颈椎顶点，头部坐标系的坐标轴方向始终与头部角速度巧螺仪（11) 的坐标轴方向一致。
[0化3] 电子眼镜的正前方方向与用户眼睛的正前方方向一致。假设用户直立时的头部状 态为初始状态，则用户头部的上下旋转角度a满足
.而用户头部的左右旋 转角度0满足
[0054] 操作界面是=维空间中的一个虚拟矩形平面物体，它W电子数据形式存储于存储 器中。它位于用户躯干前方。此处的前方包括正前方、前上方、前下方、前左方和前右方。操 作界面始终相对躯干静止。本文将操作界面平面定义为一个包含操作界面的平面。过原点 和操作界面中屯、点的直线为1，则1始终垂直于操作界面平面。
[0055] 指针实体是=维空间中的一个虚拟平面物体，它W电子数据形式存储于存储器 中。它位于用户眼镜前方。此处的前方包括正前方、前上方、前下方、前左方和前右方。指 针实体始终相对头部静止。指针实体并不显示在显示设备上，它只用于投影出指针。如果 指针实体垂线与操作界面平面平行，则指针实体不会投影指针；否则，它就沿指针实体垂线 方向在操作界面平面上平行投影出指针。在操作界面平面上，任何与指针临时重合的部分 都会被指针临时替换，只有左眼投影线和右眼投影线当前所覆盖的部分才可W显示 在显示 设备上。
[0化6] 因为指针实体始终相对头部静止，所W当头部相对躯干旋转时，指针实体围绕原 点旋转并相对操作界面运动。为简化数学模型，该里假设指针实体静止，而操作界面围绕原 点旋转并相对指针实体运动。图3展示了操作界面的相对旋转方法。在图3中，对象（16) 代表用户头部，对象（15)代表头部坐标系的原点，对象（17)代表电子眼镜，对象（18)代表 指针实体，对象（19)代表初始状态的操作界面，对象（20)代表相对旋转后的操作界面。如 图3所示，当用户头部（16)相对躯干向下旋转一个角度丫后，操作界面（19)则相对指针 实体（18)向上旋转一个角度丫。因此，头部相对躯干做某种旋转，就等价于操作界面相对 指针实体做该类旋转的逆旋转。
[0057] 因为指针实体始终相对头部静止，所W显示设备与指针实体的相对位置是恒定 的。因为显示设备的坐标是常量，所W指针实体的坐标也是常量。同理，左眼中屯、和右眼中 屯、的坐标也是常量。于是当头部相对躯干旋转时，处理器（2)就能够在头部坐标系中旋转 操作界面平面，并可w计算出左眼投影线和右眼投影线当前在操作界面平面上所覆盖的区 域。
[005引用户可W用头部移动指针。假设tG(0, + °°),kG(0, + °° )。头部移动指针的 方法包括如下步骤：
[0化9] S1.处理器（2)Wt毫秒为时间间隔，循环执行S2-S8。
[0060] S2.处理器（2)计算出头部相对躯干的旋转角速度向量[Cl,C2,C3]，该向量简称相 对角速度向量。
[0061] S3.处理器（2)则将相对角速度向量取反，于是相对角速度向量变成
[-。1，-。2' -。3]。
[0062] S4.处理器（2)将相对角速度向量乘W缩放因子k，于是相对角速度向量变成
[_k ?01, -k ?02, _k ?03]。
[0063] S5.处理器似计算t毫秒内的角位移向量[-k?Cl?t,-k?C2 ?t,-k?C3 ?t]。
[0064] S6.处理器似W原点为中心用角位移向量[-k?Cl? 1:,-k?C2 ? 1:,-k?Cg?t] 旋转操作界面平面。
[00化]S7.处理器（2)将指针实体投影在操作界面平面上，于是操作界面平面包括操作 界面和存在的指针。
[0066] S8.处理器似将S维空间中的操作界面平面转换成二维左眼图像和二维右眼图 像，并将二者分别显示在左显示设备和右显示设备上。在操作界面平面上，任何与指针临时 重合的部分都会被指针临时替换，只有左眼投影线和右眼投影线当前所覆盖的部分才可W 显示在显示设备上。
[0067] 用户可W用头部单击指针。头部单击指针的方法包括如下步骤：
[0068] S1.处理器（2)Wr毫秒为时间间隔，循环执行S2-S3。
[0069] S2.如果用户巧眼，处理器（2)就单击指针。
[0070] S3.如果指针针尖位于一个按钮上，则该按钮响应单击事件。
[0071] 因此，用户只需转头就可W改变指针与操作界面的相对坐标，用户只需转头和巧 眼就可W单击操作界面上的任意按钮。同理，用户只需转头和巧眼就可W用软键盘输入文 字。
[0072] 显示设备可W是透明显示设备。例如，TOL邸透明显示屏就可W充当电子眼镜的 显示屏。透明显示设备可W将操作界面显示在显示设备的下方。该样就避免操作界面遮挡 用户视线，从而允许用户正常行走。头操作的电子眼镜不仅解放了用户的双手，还解放了用 户的双脚。
[0073] 电子眼镜可W增加麦克风和扬声器，则女发音频信息。电子眼镜可W增加通信巧 片。
[0074] 电子眼镜可W增加眼球追踪设备，W实现眼球控制功能。
[0075] 电子眼镜还可W安装各种软件。比如，电子眼镜可W安装语音识别软件，朗尋识别 文本输出至显示设备上。
[0076] 电源可W是内置电源，也可W是外置电源。
[0077] 综上所述，头操作的电子眼镜可W彻底解放用户的双手和双脚。它允许用户通过 头来快速、精确地操作指针，并可W将图像信息输出至广阔的=维空间中。
[007引 W上叙述及图像已揭示本发明的较佳实施例。该实施例应被视为用W说明本发 明，而非用W限制本发明。本发明的保护范围，并不局限于该实施例。
【主权项】
1. 一种电子眼镜，其包括以下组件：左镜腿、右镜腿、左显示设备、右显示设备、左红外 发射器、右红外发射器、左红外接收器、右红外接收器、头部角速度检测仪、躯干角速度检测 仪、处理器、存储器、电源；其特征在于：左红外发射器将红外光发射至用户左眼上，左红外 接收器接收用户左眼反射的红外光，右红外发射器将红外光发射至用户右眼上，右红外接 收器接收用户右眼反射的红外光，左红外接收器和右红外接收器将接收的红外光强度转换 成数字信号发送给处理器，头部角速度检测仪戴在头部，躯干角速度检测仪戴在躯干上，头 部角速度检测仪和躯干角速度检测仪的坐标轴方向相同，头部角速度检测仪和躯干角速度 检测仪将检测的角速度发送给处理器，处理器计算出头部相对于躯干的角速度。2. -种电子眼镜，其包括以下组件：头夹、左显示设备、右显示设备、左红外发射器、右 红外发射器、左红外接收器、右红外接收器、头部角速度检测仪、躯干角速度检测仪、处理 器、存储器、电源；其特征在于：左红外发射器将红外光发射至用户左眼上，左红外接收器 接收用户左眼反射的红外光，右红外发射器将红外光发射至用户右眼上，右红外接收器接 收用户右眼反射的红外光，左红外接收器和右红外接收器将接收的红外光强度转换成数字 信号发送给处理器，头部角速度检测仪戴在头部，躯干角速度检测仪戴在躯干上，头部角速 度检测仪和躯干角速度检测仪的坐标轴方向相同，头部角速度检测仪和躯干角速度检测仪 将检测的角速度发送给处理器，处理器计算出头部相对于躯干的角速度。3. 如权利要求1或2所述的电子眼镜，其特征在于：头部角速度检测仪固定在电子眼 镜上。4. 如权利要求1或2所述的电子眼镜，其特征在于：躯干角速度检测仪可以扣在链条 上，链条可以套住肩峰和腋部。5. 如权利要求1或2所述的电子眼镜，其特征在于：显示设备为透明显示设备。6. 如权利要求6所述的电子眼镜，其特征在于：透明显示设备的外表面覆盖了电致变 色材料。7. 如权利要求1或2所述的电子眼镜，其特征在于：该电子眼镜包括麦克风。8. 如权利要求1或2所述的电子眼镜，其特征在于：该电子眼镜包括扬声器。9. 如权利要求1或2所述的电子眼镜，其特征在于：该电子眼镜包括通信芯片。10. 如权利要求1或2所述的电子眼镜，其特征在于：该电子眼镜包括眼球追踪设备。
【专利摘要】一种电子眼镜，其包括以下组件：左镜腿、右镜腿、左显示设备、右显示设备、左红外发射器、右红外发射器、左红外接收器、右红外接收器、头部角速度检测仪、躯干角速度检测仪、处理器、存储器、电源。它允许用户通过头来快速、精确地操作指针，并可以将图像信息输出至广阔的三维空间中。
【IPC分类】G02B27/01, G02B27/22, G06F3/01
【公开号】CN204695230
【申请号】CN201520417529
【发明人】谢培树
【申请人】谢培树
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年6月14日
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