紅外視頻顯示眼鏡的制作方法
【專利說明】紅外視頻顯TF眼鏡
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 本非臨時申請要求于2013年3月22日提交的美國臨時申請第61/804, 458號的 申請日權益。
【背景技術】
[0003] 在沒有輔助的情況下，人眼僅能看見電磁頻譜的有限部分，即可見白光。紅外光對 于人眼不可見，但是通過電子成像傳感器可檢測。
[0004] 頭戴式夜視裝置提供了在低光條件下看見的能力。當前可利用的許多夜視裝置聚 集存在的低等級的環(huán)境光（例如，來自星光的光），然后通過化學處理和電處理對光進行增 強，使用戶能夠看見黑暗中的圖像。通常，這些夜視裝置是僅允許用戶看見增強的圖像的封 閉式（enclosed)系統(tǒng)，因此，妨礙和限制了用戶的自然視力和視場。另外，因為這些夜視系 統(tǒng)是針對低光條件或無光條件而設計的，所以夜視裝置的功能在明亮地照亮或混合照明條 件下受到限制。另外，現有的可穿戴夜視顯示器是昂貴的，以及對于穿戴可能是體積大并且 笨重的。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的實施例提供了一種將紅外照亮的圖像投射在透明顯示器上的裝置。
[0006] 實施例可以包括一種用于觀看采用紅外光照亮的場景和/或對象的視頻圖像的 可穿戴顯示設備，該顯示設備包括：透明顯示器，該透明顯示器被定位在當顯示設備被穿戴 時的用戶的視場中；立體視頻相機裝置，該立體視頻相機裝置包括至少兩個相機，該至少兩 個相機各自捕獲周圍環(huán)境的反射的紅外光圖像；以及投射系統(tǒng)，該投射系統(tǒng)接收來自立體 相機裝置的紅外光圖像，并且（i)將第一紅外照亮的視頻圖像投射在透明顯示器的與用戶 的左眼視場交疊的左眼視口（Viewport)部上，以及（ii)將第二紅外照亮的視頻圖像投射 在透明顯示器的與用戶的右眼視場交疊的右眼視口部上。
[0007] 實施例還可以包括一種用于觀看立體紅外照亮的視頻圖像的可穿戴顯示眼鏡，該 眼鏡包括：透明顯示器，該透明顯示器被定位在當顯示眼鏡被穿戴時的用戶的視場中；左 側框和右側框，該左側框和右側框支承透明顯示器，并且當眼鏡被穿戴時該左側框和右側 框分別地被定位在用戶的左耳上和右耳上；紅外光源，該紅外光源將紅外光照射至周圍環(huán) 境；以及立體相機裝置，該立體相機裝置包括兩個相機，該兩個相機各自捕獲周圍環(huán)境的 反射的紅外照亮的視頻圖像，其中，該兩個相機之間的會聚角/發(fā)散角可調節(jié)，以及投射系 統(tǒng)，該投射系統(tǒng)接收來自兩個相機的紅外照亮的視頻圖像，并且（i)將第一紅外照亮的視 頻圖像投射在透明顯示器的與用戶的左眼視場交疊的左眼視口部上，以及（ii)將第二紅 外照亮的視頻圖像投射在透明顯示器的與用戶的右眼視場交疊的右眼視口部上，其中，所 投射的視頻圖像被配置成被感知為三維圖像。
[0008] 實施例還可以包括立體相機裝置，該立體相機裝置包括：殼體；第一相機和第二 相機，該第一相機和第二相機各自以能夠旋轉的方式被安裝至殼體，以及被布置成捕獲周 圍環(huán)境的交疊的視頻圖像；以及調節(jié)機件，該調節(jié)機件通過同時地繞第一軸旋轉第一相機 并且繞基本上與第一軸平行的第二軸旋轉第二相機來調節(jié)第一相機與第二相機之間的會 聚視線角/發(fā)散視線角。
[0009] 另外，實施例可以包括夾式（clip-on)相機組合件，該夾式相機組合件被配置成 將相機裝置附接至可穿戴顯示眼鏡，該夾式相機組合件包括相機組合件和夾式結構，該相 機組合件包括殼體和安裝至殼體的相機，該夾式結構安裝至殼體并且通過將相機組合件夾 至顯示眼鏡的一部分上來使殼體能夠固定至顯示眼鏡。
[0010] 最后，實施例可以包括一種用于觀看采用紅外光照亮的場景和/或對象的視頻圖 像的顯示系統(tǒng)，該顯示系統(tǒng)包括：可穿戴顯示器，該可穿戴顯示器包括透明顯示器，該透明 顯示器被定位在當可穿戴顯示器被穿戴時的用戶的視場中；紅外光源，紅外光源將紅外光 照射至周圍環(huán)境；立體視頻相機裝置，該立體視頻相機裝置包括至少兩個相機，該至少兩個 相機各自捕獲周圍環(huán)境的反射的紅外照亮的視頻圖像；以及投射系統(tǒng)，該投射系統(tǒng)被安裝 至可穿戴顯示器，該投射系統(tǒng)接收來自立體相機裝置的紅外照亮的視頻圖像，并且（i)將 第一紅外照亮的視頻圖像投射在透明顯示器的與用戶的左眼視場交疊的左眼視口部上，以 及（ii)將第二紅外照亮的視頻圖像投射在透明顯示器的與用戶的右眼視場交疊的右眼視 口部上。
【附圖說明】
[0011] 當結合下面的附圖時，根據下面的詳細描述，本發(fā)明的前述和其他目的、特征、方 面以及優(yōu)點將會變得更明顯。
[0012] 圖1是根據一個實施例的穿戴紅外視頻顯示眼鏡的用戶的前視圖。
[0013] 圖2是根據另一實施例的穿戴紅外視頻顯示眼鏡的用戶的立體圖。
[0014] 圖3是示出了透明視頻顯示眼鏡的實施例的分解圖。
[0015] 圖4是示出了視頻顯示眼鏡的操作的剖視后視圖。
[0016] 圖5A至圖是來自穿戴紅外視頻顯示眼鏡的用戶的視野的視圖。圖5A示出了 當夜視圖像沒有投射在透明顯示器上時由用戶看見的圖像，以及圖5B示出了當夜視圖像 投射在透明顯示器上時由用戶看見的圖像。圖5C和圖f5D示出了演示在白天紅外視頻顯示 眼鏡的操作的類似場景。
[0017] 圖6是相機裝置和照明裝置的分解圖。
[0018] 圖7是圖6的相機裝置和照明裝置的后部的分解圖。
[0019] 圖8是相機裝置的殼體組合件的分解前視圖。
[0020] 圖9是示出了螺絲扣（turnbuckle)調節(jié)機件的相機裝置的頂視圖。
[0021] 圖IOA至圖IOC是示出了使用螺絲扣調節(jié)機件進行的會聚角的調節(jié)的相機裝置的 頂視圖。
[0022] 圖11是后相機殼體中的數據端口的近視圖。
[0023] 圖12是后相機殼體的在圖11中所示的相對側的近視圖。
[0024] 圖13是在拆卸狀態(tài)下的相機裝置和紅外照明部件的側視圖。
[0025] 圖14是示出了將相機裝置緊固至視頻顯示眼鏡的相機裝置夾式結構的近視圖。
[0026] 圖15是示出了在高輸出紅外照明系統(tǒng)被安裝在頭藍（hard hat)上的情況下穿戴 視頻顯示眼鏡的用戶的立體圖。
[0027] 圖16是示出了用于圖15中所示的高輸出紅外照明系統(tǒng)的支承裝置的立體圖。
[0028] 圖17是具有紅外照明系統(tǒng)和紫外LED燈條（light bar)的相機裝置的分解立體 圖。
[0029] 圖18是根據另一實施例的紅外視頻顯示眼鏡的立體圖。
[0030] 圖19是相機支承殼體中的兩個LWIR相機和兩個視頻相機傳感器模塊的前視圖。
[0031] 圖20是示出了螺絲扣調節(jié)機件的相機支承殼體和相機裝置的分解立體圖。
[0032] 圖21是具有機電智能運動控制系統(tǒng)的相機裝置的立體圖。
【具體實施方式】
[0033] 下面參照圖1至圖21來描述本發(fā)明的實施例。
[0034] 本發(fā)明的實施例包括可以將紅外照亮的圖像投射在透明顯示器上的頭戴式視頻 顯示裝置。這可以使用戶能夠在黑暗中或低光條件下看見圖像。在本文中有時使用的術語 "夜視"指的是在較弱的照明環(huán)境中看見場景和/或對象的圖像的增強的能力，而不意為僅 指的是夜間或甚至黑暗條件。實際上，可以由透明視頻顯示眼鏡（eyewear)獲得的一個優(yōu) 點是在各種照明條件下例如從完全沒有光的環(huán)境到僅稍微減少環(huán)境光的類似黃昏的條件 下清楚地看見圖像的能力。
[0035] 本發(fā)明的實施例可以在各種應用中使用。例如，視頻顯示裝置可以在下述職業(yè)中 應用，諸如警察、消防員、軍事人員以及搜索和救援人員。視頻顯示裝置可以使用的行業(yè)可 以包括，例如，制造和檢查、采礦、醫(yī)療、建造、石油和天然氣、建筑、房屋檢查和維護、設備檢 查和維護、海事、安保以及各種戶外活動。
[0036] 圖1示出了穿戴透明立體視頻顯示眼鏡101的一個實施例的用戶100。視頻顯示 眼鏡101的立體系統(tǒng)可以包括被安裝在眼鏡上的微型紅外立體相機裝置102和紅外照明系 統(tǒng)103。立體相機裝置102可以安裝在視頻顯示眼鏡101的中心區(qū)域，例如近似地以用戶的 鼻子為中心，使得由相機裝置102的相機拍攝的圖像接近用戶的通常視覺的視野。紅外照 明系統(tǒng)103可以包括繞相機裝置102安裝的中心照明陣列103C、在視頻顯示眼鏡101上安 裝的在用戶左眼上方的左側紅外照明燈條103L以及在視頻顯示眼鏡101上安裝的在用戶 右眼上方的右側紅外照明燈條103R。照明陣列103C、103L、103R中的每個可以包括多個高 強度紅外LED照明器108。
[0037] 視頻顯示眼鏡101可以針對普通成人（average adult)來確定尺寸。兩眼間的間 隔是人的人眼中的每個眼睛的中心之間的距離。已知通常的成人（男性）的兩眼間的間隔 一般為近似65mm?？梢愿鶕?0mm至90mm之間的寬范圍的兩眼間的距離例如根據55mm與 75mm之間的寬范圍的兩眼間的距離針對使用來調整視頻顯示眼鏡101。
[0038] 相機裝置102可以包括兩個中心照明陣列103C，中心照明陣列103C具有五個紅 外照明LED 108。紅外照明燈條103U103R各自可以包括具有六個LED的線性陣列。每個 陣列可以依賴于期望的觀看范圍而包括更多或更少的LED，以及可以依賴于視頻顯示眼鏡 101的形狀、LED的尺寸和形狀等來不同地布置陣列。在可替選的配置中，燈條103R、103L 可以被定位在用戶眼睛上方的視頻顯示眼鏡框的頂部，以及分離的燈條可以被定位在用戶 眼睛下方的視頻顯示眼鏡框的底部。以這種方式，視頻顯示眼鏡101的兩個眼鏡鏡片IOlG 可以部分地由紅外照明LED 108包圍。這樣的配置可以提供更多的紅外照明LED 108,其可 以導致相機裝置102的甚至更高的觀看范圍。
[0039] 圖2示出了穿戴不具有照明燈條103L、103R的視頻顯示眼鏡101的用戶。紅外照 明的量和類型可以依賴于期望的觀看范圍而變化。例如，不具有燈條103L、103R的視頻顯 示眼鏡101的觀看范圍可以依賴于紅外LED的質量和強度而近似例如25英尺至40英尺。 另一方面，具有燈條103L、103R的視頻顯示眼鏡101的觀看范圍可以近似例如75英尺或更 多。在一些方面中，依賴于期望的范圍和LED的強度，紅外照明系統(tǒng)103可以包括在例如2 英尺至20英尺、5英尺至15英尺、10英尺至50英尺、15英尺至30英尺、20英尺至25英尺、 30英尺至100英尺、40英尺至80英尺以及50英尺至60英尺的范圍內的若干個LED。
[0040] 可以使用任何適合的紅外LED 108。可以使用市購的高強度LED。優(yōu)選地，LED可 以具有例如在15mW至500mW范圍內的強度，以及可以發(fā)出例如在730nm至950nm的波長內 的光。
[0041] 圖3示出了透明視頻顯示眼鏡101的分解圖。視頻顯示眼鏡101可以包括兩個透 明眼鏡鏡片101G，其可以包括左透明視頻圖像顯示視口 IOlL和右透明視頻圖像顯示視口 101R，由相機裝置102捕獲的圖像在左透明視頻圖像顯示視口 IOlL和右透明視頻圖像顯示 視口 IOlR處投射在鏡片IOlG上。優(yōu)選地，兩個眼鏡鏡片IOlG是透明的，因此，用戶看見的 投射顯示是透明的?？蛇x地，眼鏡鏡片IOlG可以是透明的醫(yī)學鏡片。視口 101U101R可以 居中地位于被定位成與用戶的雙眼相對的兩個眼鏡鏡片IOlG中的每個眼鏡鏡片內，并且 視口 101L、IOlR可以占據眼鏡鏡片IOlG的例如10%至60%或25%至50%的面積。居中地 位于兩個眼鏡鏡片IOlG中的每個眼鏡鏡片10IG上的視口 101L、10IR有利地使用戶能夠看 見圍繞視口 101U101R的所有位置處的周圍環(huán)境。視口棱鏡101U101R也可以是透明的。
[0042] 視頻顯示眼鏡101可以包括相機裝置102。在一些實施例中，相機裝置102可以被 配置成