本发明涉及一种显示设备，尤其涉及一种头戴式显示设备。
背景技术：
数字眼镜是可以显示数字信号的头戴式显示设备，包括增强现实眼镜、虚拟现实眼镜、智能眼镜等。
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，这限制了它们的应用领域。
数字眼镜可以用近眼显示器将图像输出至广阔的三维空间中。但是目前的数字眼镜难以用眼睛快速输入文字。语音识别输入法存在识别误差，抗干扰性差。触摸板虽然可以完成文字输入，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，难以用触摸板输入文字。专利cn105116544a公开了头操作的电子眼镜，它可以用头快速输入文字。但它需要用户频繁旋转头部，容易导致用户产生疲劳。
本文设计一种数字眼镜，它允许用户通过眼睛来轻松、快速地操作指针，并可以将图像信息输出至广阔的三维空间中。目前尚无文献公开此类产品的制造方法。
技术实现要素：
本发明旨在提供一种眼睛操作的数字眼镜及其操作方法。它允许用户通过眼睛来轻松、快速地操作指针，并可以将图像信息输出至广阔的三维空间中。
数字眼镜包括左镜腿、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、视线追踪设备、处理器、存储器、电源。
显示设备是视频输出设备，包括投影机、液晶面板等设备。
本段落假设用户一直戴着数字眼镜。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。
红外发射器可以持续发射红外线，也可以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。红外接收器可以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。
假设0＜p1＜p2和0＜q1＜q2成立。假设左红外接收器输出信号之和为l，而右红外接收器输出信号之和为r。如果l∈[p2,+∞)，则处理器判断用户左眼睁开；如果l∈[p1,p2)，则处理器判断用户左眼眯眼；如果l∈[0,p1)，则处理器判断用户左眼关闭。如果r∈[q2,+∞)，则处理器判断用户右眼睁开；如果r∈[q1,q2)，则处理器判断用户右眼眯眼；如果r∈[0,q1)，则处理器判断用户右眼关闭。
假设s∈(0,3000)。下面定义一些专有名词。
单眯眨左眼：用户的右眼持续睁开，用户的左眼不能关闭。于此同时该用户的左眼先睁开，再眯眼s毫秒，最后睁开。
单眯眨右眼：用户的左眼持续睁开，用户的右眼不能关闭。于此同时该用户的右眼先睁开，再眯眼s毫秒，最后睁开。
单眯眨：单眯眨左眼或单眯眨右眼。
双眯眨：用户的双眼不能关闭。于此同时用户的双眼先同时睁开，再同时眯眼s毫秒，最后同时睁开。
眯眨：单眯眨或双眯眨。
单眨左眼：用户的右眼持续睁开。于此同时该用户的左眼先睁开，再关闭s毫秒，最后睁开。
单眨右眼：用户的左眼持续睁开。于此同时该用户的右眼先睁开，再关闭s毫秒，最后睁开。
单眨眼：单眨左眼或单眨右眼。
双眨眼：用户的双眼先同时睁开，再同时关闭s毫秒，最后同时睁开。
于是，左红外接收器、右红外接收器和处理器就可以识别出用户眯眨指令和单眨眼指令。参数s的最佳数值是500。该参数产生以下益处：眯眨和单眨眼可以排除人眼无意识的双眨眼，减少误操作；眯眨比眨眼更轻松、更快捷；眯眨不会关闭用户视野。
双眯眨指令、单眯眨左眼指令、单眯眨右眼指令、单眨左眼指令和单眨右眼指令可以触发不同的事件。
操作界面是三维空间中的一个虚拟平面物体，它以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。操作界面始终相对头部静止。
指针位于二维操作界面上，其针尖坐标可以用二维向量表示。视线追踪设备可以捕获用户眼睛在操作界面上的注视点坐标，并输出注视点坐标给处理器。处理器可以将指针移动到用户注视点。
指针可以存在两种可切换状态：“移动禁用”和“移动激活”。当指针处于“移动禁用”状态时，指针无法移动；当指针处于“移动激活”状态时，指针可以移动。“移动禁用”可以排除用户非操作性移动视线的干扰。
指针可以存在另外两种可切换状态：“指针禁用”和“指针激活”。当指针处于“指针禁用”状态时，指针既无法移动也无法单击；当指针处于“激活”状态时，指针既可以移动也可以单击。“指针禁用”可以排除用户非操作性移动视线的干扰。
用户可以用眼睛切换指针状态。假设t∈[800,+∞)。眼睛切换指针状态的方法有两种：
1.用户眯眨或单眨眼；
2.用户持续眯眼超过t毫秒，或者持续关闭单眼超过t毫秒；
指针在切换状态后，可以立即发出特定的视频提示信号以提示状态改变。
用户可以用眼睛移动指针。假设k1∈(0,+∞)，k2∈(0,+∞)。眼睛移动指针的方法包括如下步骤：
s1.如果指针处于“移动禁用”或“指针禁用”状态，则转至s1；否则，转至s2；
s2.视线追踪设备捕获用户注视点坐标，转至s3；
s3.在操作界面上，处理器将指针移动到用户注视点，转至s1。
用户可以用眼睛单击指针。眼睛单击指针的方法为：用户眯眨或单眨眼。
在指针单击后，处理器可以立即发出特定的视频提示信号以提示单击完成。例如在指针单击后，指针会闪烁一下以提示单击完成。处理器可以发出多种视频提示信号以提示多种指令完成。例如在单眨左眼指令完成后，处理器会在指针上闪烁一下红圈以提示指令完成；在单眨右眼指令完成后，处理器会在指针上闪烁一下篮圈以提示指令完成。
因此，用户只需移动视线和眯眨就可以单击操作界面上的任意按钮。同理，用户只需移动视线和眯眨就可以用软键盘输入文字。
显示设备可以是透明显示设备。透明显示设备可以将操作界面显示在显示设备的下方。这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以覆盖电致变色材料。电致变色材料允许调节透光率，从而可以屏蔽环境光线，增强虚拟画面的对比度。眼睛操作的数字眼镜不仅解放了用户的双手，还解放了用户的双脚。
数字眼镜可以包含昂贵的装饰材料，例如贵金属和珠宝。装饰材料可以装饰用户的头部。
数字眼镜可以增加摄像头，以将采集的现实图像发送至处理器。然后，处理器就可以将现实图像与虚拟图像融合输出给显示设备。摄像头还可以拍照、录像。摄像头可以是红外摄像头，以采集红外图像。
数字眼镜可以增加麦克风和扬声器，以收发音频信息。数字眼镜可以增加通信芯片，以实现远程通信。
数字眼镜还可以安装各种软件。比如，数字眼镜可以安装语音识别软件，以将识别文本输出至显示设备上。
电源可以是内置电源，也可以是外置电源。
综上所述，眼睛操作的数字眼镜可以彻底解放用户的双手和双脚。它允许用户通过眼睛来轻松、快速地操作指针，并可以将图像信息输出至广阔的三维空间中。
附图说明
图1为数字眼镜的主视图。
具体实施方法
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。
如图1所示，数字眼镜包括以下组件：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(5a)、红外发射器(5b)、红外接收器(6a)、红外接收器(6b)、桩头(7a)、桩头(7b)、铰链(8a)、铰链(8b)、电源(9a)、电源(9b)、镜腿(10a)、镜腿(10b)、视线追踪设备(11)、存储器(12)。
本段落假设用户一直戴着数字眼镜。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。
红外发射器可以持续发射红外线，也可以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。红外接收器可以将反射红外光转换成数字信号。红外发射器(5a)将红外光发射至用户左眼上，红外接收器(6a)接收用户左眼反射的红外光。红外发射器(5b)将红外光发射至用户右眼上，红外接收器(6b)接收用户右眼反射的红外光。红外接收器(6a)和红外接收器(6b)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。
令p3为红外接收器(6a)输出信号之和的最大值，代表用户左眼睁开时所反射的最大红外光强度。令q3为红外接收器(6b)输出信号之和的最大值，代表用户右眼睁开时所反射的最大红外光强度。显然，p3＞0和q3＞0恒成立。令p1＝0.3·p3，p2＝0.7·p3，q1＝0.3·q3，q2＝0.7·q3。显然，0＜p1＜p2和0＜q1＜q2都成立。假设红外接收器(6a)输出信号之和为l，而红外接收器(6b)输出信号之和为r。显然，l≥0和r≥0恒成立。如果l∈[p2,+∞)，则处理器(2)判断用户左眼睁开；如果l∈[p1,p2)，则处理器(2)判断用户左眼眯眼；如果l∈[0,p1)，则处理器(2)判断用户左眼关闭。如果r∈[q2,+∞)，则处理器(2)判断用户右眼睁开；如果r∈[q1,q2)，则处理器(2)判断用户右眼眯眼；如果r∈[0,q1)，则处理器(2)判断用户右眼关闭。
令s＝500。下面定义一些专有名词。
单眯眨左眼：用户的右眼持续睁开，用户的左眼不能关闭。于此同时该用户的左眼先睁开，再眯眼s毫秒，最后睁开。
单眯眨右眼：用户的左眼持续睁开，用户的右眼不能关闭。于此同时该用户的右眼先睁开，再眯眼s毫秒，最后睁开。
单眯眨：单眯眨左眼或单眯眨右眼。
双眯眨：用户的双眼不能关闭。于此同时用户的双眼先同时睁开，再同时眯眼s毫秒，最后同时睁开。
眯眨：单眯眨或双眯眨。
单眨左眼：用户的右眼持续睁开。于此同时该用户的左眼先睁开，再关闭s毫秒，最后睁开。
单眨右眼：用户的左眼持续睁开。于此同时该用户的右眼先睁开，再关闭s毫秒，最后睁开。
单眨眼：单眨左眼或单眨右眼。
双眨眼：用户的双眼先同时睁开，再同时关闭s毫秒，最后同时睁开。
于是，红外接收器(6a)、红外接收器(6b)和处理器(2)就可以识别出用户眯眨指令和单眨眼指令。眯眨和单眨眼可以排除人眼无意识的双眨眼，减少误操作。眯眨比眨眼更轻松、更快捷。眯眨不会关闭用户视野。
操作界面是三维空间中的一个虚拟平面物体，它以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。操作界面始终相对头部静止。
指针位于二维操作界面上，其针尖坐标可以用二维向量表示。视线追踪设备可以捕获用户眼睛在操作界面上的注视点坐标，并输出注视点坐标给处理器。处理器可以将指针移动到用户注视点。
指针存在两种可切换状态：“指针禁用”和“指针激活”。当指针处于“指针禁用”状态时，指针既无法移动也无法单击；当指针处于“激活”状态时，指针既可以移动也可以单击。
用户用眼睛切换指针状态。眼睛切换指针状态的方法为：用户单眯眨左眼。
指针在变成“指针禁用”状态后，立即被“叉号”覆盖，以强调状态变化。指针在变成“指针激活”状态后，立即恢复原状，以强调状态变化。
用户可以用眼睛移动指针。假设k1∈(0,+∞)，k2∈(0,+∞)。眼睛移动指针的方法包括如下步骤：
s1.如果指针处于“移动禁用”或“指针禁用”状态，则转至s1；否则，转至s2；
s2.视线追踪设备(11)捕获用户注视点坐标，转至s3；
s3.在操作界面上，处理器(2)将指针移动到用户注视点，转至s1。
用户可以用眼睛单击指针。眼睛单击指针的方法包括如下步骤：
s1.如果指针处于“指针禁用”状态，则转至s1；否则，转至s2；
s2.如果用户眯眨，处理器(2)就单击指针，转至s1；否则，转至s1；
因此，用户只需移动视线和眯眨就可以单击操作界面上的任意按钮。同理，用户只需移动视线和眯眨就可以用软键盘输入文字。
显示设备可以是透明显示设备。透明显示设备可以将操作界面显示在显示设备的下方。这样就避免操作界面遮挡用户视线，从而允许用户正常行走。眼睛操作的数字眼镜不仅解放了用户的双手，还解放了用户的双脚。
数字眼镜可以包含昂贵的装饰材料，例如贵金属和珠宝。装饰材料可以装饰用户的头部。
数字眼镜可以增加摄像头，以将采集的现实图像发送至处理器。然后，处理器就可以将现实图像与虚拟图像融合输出给显示设备。摄像头还可以拍照、录像。摄像头可以是红外摄像头，以采集红外图像。
数字眼镜可以增加麦克风和扬声器，以收发音频信息。数字眼镜可以增加通信芯片，以实现远程通信。
数字眼镜还可以安装各种软件。比如，数字眼镜可以安装语音识别软件，以将识别文本输出至显示设备上。
电源可以是内置电源，也可以是外置电源。
综上所述，眼睛操作的数字眼镜可以彻底解放用户的双手和双脚。它允许用户通过眼睛来轻松、快速地操作指针，并可以将图像信息输出至广阔的三维空间中。
以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以说明本发明，而非用以限制本发明。本发明的保护范围，并不局限于该实施例。