包含有生物传感器的眼镜的制作方法
本发明涉及包含有生物传感器的眼镜，该眼镜具有主要权利要求——权利要求1的前序部分所述的特征。
背景技术：
本发明属于眼镜的特定技术领域，该眼镜包括成一体地设置在其前镜框中的生物传感器和/或集成在眼镜的侧部件上的生物传感器；术语“生物传感器”是指用于通过在头部表面的特定区域中的局部传感器接触来检测与生命功能(例如脑功能)相关的电信号的传感器。
在眼镜镜框上使用这种类型的传感器正变得普遍，特别是由于可能来源于诊断一般的生命功能(特别是脑功能)的潜在的有利应用。事实上，这种类型的传感器使得例如可以检测脑电波(脑电图)、眼睛位置(眼电图)、眼睛周围肌肉收缩(肌电图)和心脏功能(心电图)的变化。
由于所述传感器和使用者头部之间的局部接触，可以通过被适当地集成在镜框中的传感器容易地检测这些功能的状态的信息，有利地使得可以采取行动以控制和监控人的心理-身体状态，以便在必要时能够改正或警告使人的健康和安全处于危险之中的情况。例如，对在进行工作、运动和娱乐活动时可能会发生的压力状态进行监测，更常见的是对疲劳状态进行监测。
技术实现要素：
在这种背景下，本发明的主要目的是提供具有生物传感器的眼镜，该眼镜的结构和功能被设计成用于改进现有技术中已知的技术方案，特别是与在镜框部件中集成传感器有关的问题相关的技术方案，以便更容易地在眼镜上生产和组装传感器，同时确保在头部上佩戴眼镜时，特别是在传感器与头部有局部接触的情况下，眼镜具有足够的可靠性和有效性以及合理的舒适性。
该目的和其他目的在下文中将变得清楚，该目的和其他目的通过本发明通过根据所附权利要求制造的包括生物传感器的眼镜能够实现。
附图说明
本发明的特征和优点将从以下对本发明的多个优选实施例的详细描述中变得更清楚，这些优选实施例通过参考附图以非限制性示例的方式示出，在附图中：
-图1是根据本发明的眼镜的正视图，
-图1a是图1中的眼镜的透视图，
-图2和图3分别是图1中眼镜的侧视图和平面图，
-图3a是根据图3中的线iii-iii的剖视图，
-图4是前述附图中眼镜的局部剖视透视图和部分被移除的视图，
-图5和图6是前述附图中眼镜细节的透视放大图，
-图7是图5中细节的正视图，
-图8是根据图7中的线viii-viii的剖视的放大图，
-图9和图10是图5中细节的部件的透视图，
-图11和图12是涉及制造图5中细节的步骤的示意性透视图，
-图13和图14是图1中眼镜的一个侧部件的侧视图，
-图14a是图13中的侧部件的平面图，
-图15和图16分别是根据图14中的线xv-xv和线xvi-xvi的剖视图，
-图17是图13中侧部件的细节的侧视图，
-图18是根据图17中的线xviii-xviii的剖视图，
-图19和图20是镜框内侧的细节的局部剖视透视图，
-图21是图19和图20中镜框细节的局部透视的且被部分地组装的放大视图，
-图22是前述附图中的整个眼镜的分解透视图，
-图23是集成在前述附图中的眼镜中的柔性的电学电路的实施例的示意图，
-图24是待被容纳在前面附图中的眼镜镜框中的电子模块的放大视图，
-图25是用于供应电能的电池的放大视图，该电池与印刷电路板相关联，该电池被容纳在前面附图中的眼镜镜框中，并且
-图26是局部透视图，在该局部透视图中，在前述附图中的眼镜的某些部分已经被拆卸。
具体实施方式
参考所附附图，附图标记1表示作为整体的眼镜，该眼镜包括生物传感器并且是根据本发明而制成的。
该眼镜包括前镜框2，该前镜框2具有用于支撑相应的镜片4的成对的相应的边缘3，所述边缘在中央通过在鼻部区域上延伸的桥接件5而彼此连接。附图标记6表示眼镜的两个侧部件，该两个侧部件与设置在镜框2的在侧向上相反的侧部上的相应端部件7铰接。
该眼镜设有生物传感器，所述生物传感器位于镜框的抵靠在鼻部上以及位于耳朵的后部区域的中央区域中，其中所述侧向的侧部件抵靠在使用者的头部上。在本文中，术语“生物传感器”应理解为意指设计用于检测与人的生命功能相关的电信号(例如脑电波，心跳或其他重要参数)的任何传感器。
在下文中将变得更加清楚，传感器因此设计成用作与皮肤接触的电极，以便通过镜框中设置的电信号导体的系统来检测电信号并将被检测到的电信号传递至设置有用于管理被检测到的信号的电路单元的电子模块。
眼镜设置有鼻部支承装置8，该鼻部支承装置8包括托架9，托架9在结构上独立于前镜框2并且可以以可拆卸的方式耦接到所述镜框。
第一鼻部支承元件10和第二鼻部支承元件11设置在托架9上，以便彼此相对，在每个元件中成一体地设置有第一鼻部传感器10a和第二鼻部传感器11a，第一鼻部传感器10a和第二鼻部传感器11a可以与鼻部的相应的侧向相反区域的表面相接触。
由附图标记12表示的第三传感器设置在托架9的中央、且位于传感器10a、11a的上方并与传感器10a、11a间隔开，以便与鼻梁处的面部进行表面接触，当戴上眼镜时，该第三传感器在头部的“眉间”下面。
传感器10a、11a和12有利地由导电的弹性柔韧材料制成，例如导电的弹性体或橡胶，以便一方面确保关于支承接触的舒适性和配合适应性，并且另一方面用于传感器实现电极功能以检测相应的信号。
更详细地，托架9包括一对相对的臂13，它们以相同的取向从中央板形横向件14延伸并通过该中央板形横向件14而相互连接，该中央板形横向件14设有通孔15，以便使用螺钉16将托架9紧紧地紧固到前镜框2的内侧，内侧即是在佩戴眼镜时面向使用者面部的一侧。
在可替代的变型中，用于将托架9固定到前镜框2的螺钉16可以设置在不同的位置，例如在镜框的下部部分，使得螺钉16的纵向轴线平行于图7中的中心线x。在这种情况下，在托架9中制成的用于螺钉16穿过的孔15的纵向轴线也平行于轴线x；用于固定螺钉16的相应孔——该孔在桥接件5中形成——也平行于轴线x。在这种构型中，桥接件5的相应几何形状和厚度和托架9的在相应下部部分中的相应几何形状和厚度相对于优选实施例所示的那些需要进行适当的修改，以便在托架和桥接件中获得足够大的材料体积，从而允许螺钉插入和夹紧。
臂13相对于中间对称平面具有镜像对称性，该中间对称平面由图7中的中心线x表示。由于这种对称性，将仅详细描述臂13中的一个臂。
特定的鼻部支承元件10(11)安装在每个臂13上，传感器12(在文中也适当地被称为“眉间传感器”)以桥的形式在臂13之间延伸并且与横向件14保持间隔(在佩戴眼镜时朝向脸部突出)以确保传感器12与鼻梁的区域保持支承接触，所述传感器12在两个相对的端部12a、12b处也成一体的方式连接到托架的相应的臂13。
如图中清楚所示，每个鼻部支承元件10a、11a——在每个鼻部支承元件中成一体地设置有相应的传感器，被成形为“小的鼻部板”，以便舒适地抵靠在鼻部的侧面，眉间传感器12转而是“马鞍”形状，以确保在鼻梁上得到有效和舒适的接触。
分别由附图标记18、19表示的第一臂部分和第二臂部分分别位于从连接到横向件14的臂13的端部13a开始的每个臂13上，臂区段20介于第一臂部分和第二臂部分之间，该臂区段20比臂部分18、19更大(在与所述部分的纵向延伸方向垂直的方向上所考虑的尺寸)。所述区段20在部分18、19上限定相应的表面肩部20a、20b，表面肩部20a、20b能够分别止挡所述眉间传感器12的相应端部12a(12b)，该端部耦接到部分18，并且相应的鼻部传感器10a(11a)耦接到区域19。
传感器12的每个端部12a、12b保持在肩部20a和由臂的上端部13a处的横向件提供的相对的支承表面20c之间的相应部分18上。
可以被接收并保持在设置在镜框的相应边缘3中的座22中的特定肢部21设置在第二区域19中且靠近臂13的自由端部。
在优选实施例中，形成相应传感器10a、11a和传感器12的托架9、鼻部支承元件10、11通过注塑塑料材料形成，更具体地，所有传感器都是在托架上包覆模制的。
该生产方法有利地提供了第一步骤，在该第一步骤中托架通过注塑模制刚性塑料材料而形成，该托架由于其结构而具有适度的弹性变形度。在随后的第二步骤中，传感器10a、11a和12直接被包覆注塑在托架9上的导电弹性体材料或导电橡胶的相应位置上。
在一个变型中，传感器10a、11a和12可以还是通过注塑模制而以彼此分开的方式形成并且与托架9以分开的方式形成。传感器被形成为具有附接部分，该附接部分具有贯通开口23形式的腔，托架的臂的相应部分18、19以基本形状配合的方式接合在该腔中。
在这种情况下，该方法提供了如上所述的第一步骤，在第一步骤中，托架9通过使用刚性塑料材料借助于注塑模制而形成，该托架由于其结构而具有适度的弹性变形度。
所述第一步骤之后是第二步骤，在第二步骤中，使用导电弹性体将传感器与托架分开地注塑模制。在随后的步骤中，传感器然后安装在托架的相应臂上，并且该传感器通过相对滑动运动进行装配，臂的一些区域接合在附接开口23中，直到臂的这些区域到达相应的耦接位置。图11和图12示意性地示出了上述方法步骤，其中传感器耦合到托架。
在这种情况下，使用选自塑料材料领域现有的热塑性弹性体可能是有利的，这些材料包括例如由芬兰公司premix生产的称为“
事实上，同时“
应当理解，上面引用的材料仅是可用于实施本文提出的本发明的弹性体的一个实例，并且本发明也可以通过使用塑料材料领域中可获得的并具有与“
在另一变型中，传感器可以通过铸造而形成。
附图标记24在相应臂的每个部分19上表示凸出件，该凸出件从所述部分的轮廓凸起并且用作安装在所述区域上的相应鼻部传感器的防旋转元件。
一旦传感器已经形成并组装在托架9上，所述托架就连接到前镜框2。
凹进部2a在桥接件5处设置在镜框中并设置成沿着边缘部分3的在桥接件下方延伸的一部分。所述凹进部2a在相应的镜框区域的表面中形成为凹陷，并且成形为与托架9的臂一起接收托架9，如图4所示。所述托架通过接合镜框的紧固螺钉16、穿过孔15而被固定，并且肢部21也在托架的臂的端部处被接纳并被保持在镜框的座22中。
在进行固定的顺序中，肢部21被预先插入相应的座22中。在这方面，托架9形成为在臂19的下部部分具有标称宽度(相对的两臂21之间的距离)，该标称宽度大于安装宽度，所述安装宽度即是一旦托架已经组装在镜框上所测量到的有效宽度。以这种方式，托架被弹性地“预装载”(通过压缩彼此相向移动的臂)，并且一旦应用到托架上，倾向于将两个端部进行移动，这两个端部低于镜框的边缘的相应部分，由于弹性返回，倾向于将两个端部朝向彼此移动，从而确保肢部21被耦接并被保持在相应的座22中。
一旦将肢部21插入座22中，然后通过应用紧固螺钉16将托架连接到镜框。
关于可用于制造托架9的材料，各种类型的塑料材料是合适的。作为非限制性实例，可以使用聚酰胺基塑料材料(包括商业上称为“grilamidtr90”的材料)或聚丙烯基塑料材料。
另外，关于前部件和侧部件的制造(在下文中描述)，可以有利地使用各种类型的塑料材料来制造，包括可以使用用于制造托架9的所用的材料来制造。
由于传感器需要对信号特别敏感，以便检测某些特定类型的“生物信号”或与生命功能相关的电信号，导电弹性体的导电特性的程度可能不足以达到保证由所述弹性体制成的生物传感器进行正常工作的程度。例如，当检测以特别低强度为特征的生物信号时，特别是当与其他伴随生物信号(即同时存在于使用者头部表面上的生物信号)的典型强度相比时，会出现问题。尽管可以在头部或面部上同时检测到的各种生物信号可通过不同的振荡频率来区分，但是这些生物信号倾向于重叠，因此有时在测定一种类型的背景“噪声”，这些生物信号不能被详细区分。
集成在电子模块中的软件的任务是“区分”所寻求的生物信号，相对于其他伴随信号识别该所寻求的生物信号并将该所寻求的生物信号解译以用于后续处理。然而，在某些情况下，软件可能需要一组数据——形式为检测到的特别高强度和高精度的电信号的数据，因此需要有将生物信号从皮肤到连接到电子模块的电学电路的极其有效的电传输。
由于电被传递到与皮肤的界面的效率取决于弹性体的导电率和皮肤与弹性体传感器之间的接触表面的范围大小两者，当不可能通过增加传感器和皮肤之间的接触表面来提高信号检测质量时，即通过改变所述传感器的形状和/或尺寸来提高信号检测质量时，使用能够显着增加所述传感器的第一表面层的导电率这样的解决方法。
一旦由于生物传感器的电学表面的更大导电率能够以更清晰的方式收集可以在面部或头部的皮肤上检测到的信号，则所述信号可以通过由导电弹性体制成的部件的体积内部的导电性而被传输到镜框内侧上的电学电路，所述体积介于外部更导电的层和传感器内侧的导体之间，该导体被指定为信号到达镜框内侧的电学电路的通路。
用于可能增加由导电弹性体制成的生物传感器的电学表面的电导率的优选解决方案涉及使用导电涂层，例如导电油墨或清漆。
为了在本技术领域中容易获得，这些产品可以由具有各种可能的应用模式的各种替代配方或组合物获得。根据要求，除了涂层类型之外，还可以选择是否用导电涂层覆盖该生物传感器的整个表面，或者是否通过有针对性地覆盖生物传感器表面的与皮肤直接接触并且还需要更高程度的电学表面导电率的那些部分上的方式将所述涂层仅施加到所述传感器的那些部分上。
根据本发明，上述类型的传感器也设置在侧部件6中的一个侧部件或两个侧部件上。
由于这些侧部件的镜像对称性，将仅详细描述其中一个侧部件。
特别参考图13至图16，每个侧部件6包括侧部件本体6a，该侧部件本体6a设置成与前端部件铰接，该侧部件本体6a延伸到侧部件的端部部分6b中，在侧部件的端部部分6b中成一体地设置有传感器25，该传感器25在耳朵的后部区域上与头部接触，其中所述侧部件侧向地抵靠在头部上。
端部部分6b设计成具有一对分支26a、26b，分支26a、26b从连接到侧部件本体的公共端部27开始延伸，所述分支沿所述侧部件的纵向延伸方向延伸，所述分支彼此间隔开。在一构型中，在分支之间限定具有闭合轮廓的狭槽状的贯通开口28，同样地，分支26a、26b在端部部分6b的与端部27相反的自由端部处彼此连接。
在这些分支中一个分支，优选地是上分支26a(当与头部接触时上分支与耳朵的垂直距离更大)，有利地设置有用于容纳该侧部件的芯30的内腔29，芯30由导电金属材料制成或涂覆有导电金属材料。
仅仅作为示例，有利的是，芯30由钢制成，然后涂覆有导电的金层，该导电的金层是通过电镀而被沉积的。
端部部分6b(该端部部分包括有分支26a、26b)同样由导电的弹性柔韧的材料制成，例如由导电的弹性体或橡胶制成。
导电材料对可在皮肤上检测到的电势敏感，并且电信号或电势从导电弹性体材料传递到用作电导体的金属芯。
在该侧部件的端部部分的端部27处，内芯30延伸到用于插入到侧部件本体6a中的肢部31中。通过所述肢部31，芯30同样电连接到模块或电子电路32(在图24中示意性地示出)，该模块或电子电路容纳在设置在侧部件本体6a内侧的容置部33中。
如图14所示，插入的肢部31延伸成突出到容置部33的内部，从而将该肢部电连接到电子模块32。
保持限定在侧部件的尺寸内的所述容置部33在该侧部件的内侧上(面向使用者头部的一侧)有开口，并且设置有可拆卸地耦接的可闭合的盖34。
在一个实施例中，所述侧部件中的一个侧部件上的容置部33用于容纳电子模块，而形成在另一个侧部件上的容置部用于容纳用于向电子模块和传感器供应电能的电池45。电池45优选地是可再充电的、不可拆卸的电池。可替代地，电池也可以是可拆卸的电池。另外，电池可以是不可充电的电池，在这种情况下电池必须是可拆卸的，以便一旦没电就能更换电池。
如果形成在所述侧部件中的一个侧部件上的容置部用于容纳用于供应电能的电池，则该侧部件的芯30的形状和尺寸与另一侧部件的芯30的形状和尺寸相同，另一侧部件的容置部的目的是容纳电子模块。具体地，对于芯的肢部31也是如此，并且对于两个侧部件的两个芯来说也是如此。
实际上，在所述侧部件中的一个侧部件中用于容纳电池的情况下，芯30的插入的肢部31也延伸成以伸入到容置部33的内部，以便将该肢部电连接到第二电子电路46，与容纳在相应的侧部件中的主电路或电子模块32相比，第二电子电路46的特征在于尺寸更小且功能更少。实际上，第二电子电路46的唯一功能是检测源自在所述侧部件中使用的传感器的电子信号，将该信号传输到镜框内的电学电路(flexpcb)(下面将详细描述)并且允许所述电学电路连接到电池。
在图24中，面向所述侧部件的被铰接一侧的一个端部32a和相反端部32b位于模块或电子电路32中，所述相反端部32b面向所述侧部件的端部部分一侧且能够与插入的肢部31搭接和电接触。
在图25中，示出了用于供应电能的电池45(通过电连接)耦接到电子电路46。附图标记46a表示所述电路的面向所述侧部件的端部部分的一侧的自由端部，该自由端部能够搭接并电接触插入的肢部31。标号45a则表示电池46的面向侧部件的被铰接的一侧的端部(该端部与端部46a是纵向相反的)。
然而，其他配置也是可能的。还可以提供的是，相应的侧部件的一个容置部或另一个容置部容纳除了电子模块或电池之外或者替代电子模块或电池还容纳用于管理或传输由传感器检测的信号的其他装置或部件。
由于预选的金属材料的特征和芯30的整体几何形状，所述芯可塑性变形，因此使侧部件的端部部分6b成为“可调节的”，即可变形的，以使该侧部件的端部部分的形状适应使用者的头部以便舒适且稳定配戴眼镜。
事实上，如果侧部件的端部部分6b能承受适应过程，则芯30发生塑性变形并趋向于保持其新形状，而包围所述芯的弹性体(或橡胶)由于其弹性柔韧性而倾向于弹性变形，因此遵循所述芯的新的折叠形状，弹性体因此受到由芯的刚性所设定的新形状的约束。
由于端部部分6b的狭槽的形状，下分支26b可以比上分支26a更大程度地弹性变形，下分支26b与另一分支间隔开并且不受金属芯的存在的影响。这种可变形程度允许在耳朵上的支承能可以最佳地适应，从而保证安全且可靠的电接触以及眼镜的足够的整体配合舒适性。
侧部件的端部部分6b使用注塑模制技术来制成，上分支26a在模制步骤中包覆模制在金属芯30上。
制造每个侧部件6的优选方法规定，在第一步骤中，侧部件本体6a通过对刚性塑料材料进行注塑模制而制成，在芯30的与插入的肢部31接合的端部上进行包覆注塑。在随后的第二方法步骤中，由导电弹性体材料制成的端部6b被包覆模制在芯30的其余部分上，因此在该步骤中形成侧部件端部的分支26a、26b。
为了将电子模块(或电池)电连接到传感器并且为了电传输由传感器(特别是位于鼻部支承装置8中的传感器)检测的信号，使用形成为印刷电路板的电路，该印刷电路板在本技术领域中也称为“flexpcb”(柔性印刷电路板)。如图中所示，该电路的各个部分由附图标记35表示。
电路35的一部分被容纳在镜框2的前部内，镜框2的前部与沿着眉脊区域延伸的镜片架边缘3的上部部分接合，并且所述电路的一部分容纳在侧部件和端部件之间的铰接区域内，直到所述电路的一部分到达侧部件的相应容置部33的内部。
为了将电路35容纳在镜框上，所述镜框的内侧设置有在边缘3和端部件7中形成的相应的座36，所述座耦接到相应的可封闭的嵌体37以便将沿镜框部分延伸的电路35隐藏。
值得注意的是，一旦每个嵌体37以其侧面朝向镜框的前部而被应用到前部本身，这有助于形成用于保持镜片的“小通道”或内部凹入部37a，在所述嵌体的整个长度上，其从邻接鼻部支承装置的边缘延伸到邻接铰接件的边缘。
在图3a中可以看到，用于镜片的“小通道”部分——其通常以“u”形轮廓为特征——可以在所述前部的内侧容纳和保持镜片的外边缘。
图19和图20示意性地示出了容纳在桥接件5和侧部件的容置部33之间的镜框中的电路35(由虚线示出)，该电路在从前镜框到侧部件的通道中延伸而没有中断。图22和图26是其整个优选实施例中的柔性电路35的详细视图，而图23示出了所述电路的局部的和示意性的示图。
在侧部件的铰接区域中还设置有凹进部或凹入部38，所述凹进部或凹入部用于允许电路35通过直到该电路插入所述侧部件的容置部33中。
附图标记39和40还分别表示从嵌体37的端部和盖34的端部伸出的突片，这些突片彼此面对，并且通过搭接电路35，所述突片还用于在铰接区域中进一步隐藏所述电路(图21和22)。如图21中详细所示，在该区域中，电路35在端部件和侧部件之间的通道中相对于铰接件螺钉处于内部位置，因此在配戴眼镜的时候电路35位于铰接件螺钉和使用者的面部之间。
为了在电路35与成一体地设置在鼻部支承装置8中的传感器10a、11a和12之间建立电接触，由导电材料制成的相应盖设置在适于建立传感器和电路的相应导电迹线之间的电接触的相应位置，同时还确保传感器和彼此接触的相应导电迹线能够彼此电绝缘。
图23是柔性pcb电路35的实施例的示意图，所述柔性pcb电路包括中心区域41和两个相应的导线42和43，该中央区域将鼻部支承装置的传感器10a、11a和12进行电连接，所述传感器从中心区域41在相反侧上延伸，线42引导向容纳在一个侧部件中的用于供应电能的电池，而线43引导向容纳在另一个侧部件中的电子模块32。
电路的中心区域41设置成介于镜框中的凹进部2a和托架9本身之间，该凹进部可容纳托架9。为了确保电接触，提供用导电材料(例如金)覆盖的相应区域分别与传感器10a、11a和12直接接触，该相应区域由附图标记10a'、11a'和12'表示并且通过阴影示意性地示出。仅在图23中部分示出的导电部分被集成在电路中以便传导电信号并且适当地彼此绝缘。
通过将托架9固定到镜框2，因此在鼻部传感器和电路35之间建立电接触，以便正确地传导信号。
附图标记44表示并且仅示意性地示出了形成在电路的导线43的端部处的电学接触部，这些电学接触部可以电连接到电子模块32。
为了使安装和生产更容易，图23所示的电路35可以优选地形成为两个单独的部件，一旦这两个单独的部件被应用于前镜框，它们彼此电连接(由图23中所示的中心轴表示的前部的中间平面处)。
附图标记50表示设置在电子模块32上的电学接触部，并且所述电学接触部可通过盖34中形成的相应通孔51进行电连接，所述电学接触部与外部电子设备(例如外部电源或其他附加电子设备)形成电连接。
附图标记52表示连接销或定心销，所述连接销或定心销在容置部33内部处于直立位置并且设置成用于接合在电子模块32中形成的相应开口中，以便更容易将所述电子模块安装在容置部内。
本发明满足了目标的集合，从而相对于已知解决方案实现了所述优点。
一个主要优点是本发明的眼镜使得可以使成一体地设置在镜框中的生物传感器在与面部的局部电接触方面更有效和可靠，从而确保合理的舒适性并且在眼镜和头部之间物理接触方面有配合适应性。
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