离轴HUD系统以及基于离轴HUD系统的眼镜和应用的制作方法

本发明属于平视显示器技术领域，具体来说涉及一种离轴hud系统以及基于离轴hud系统的眼镜和应用。

背景技术：

随着社会的进步，越来越多的人们需要在运动过程中进行监测。目前，运动手环可以实时查看运动中的时长、里程和心率速度等关键因素，使得运动手环的市场极为乐观。但是运动手环存在如下的弊端，例如：运动手环虽然能实时监测运动中的时长、里程和心率速度等关键因素，但是在人们运动的过程中，需要停下来观看；虽然耳机能实时听到实时数据的监测，但是在户外的运动过程中，声音听得并不是很清楚。为了解决上述问题，提出如下方案：将实时监测到的关键数据显示在眼镜上。

目前国外已经实现了这个功能。主要依靠的是ar技术，比如微软的hololens、爱普生等。这些ar眼镜价格都很高，通常都在几千元到上万元。而国内ar产品尚不成熟，大多是一些制造光学模组的厂商，还未到达商品化的阶段，相关产品的价格也均在3000以上，价格昂贵。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种离轴hud系统。

本发明的另一目的是提供基于离轴hud系统的眼镜。

本发明的另一目的是提供上述眼镜在运动监测中的应用。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。

一种离轴hud系统，包括：位于眼睛±15°视角范围外的光学元件和光源，所述光学元件处于±35°的视角范围内，所述光学元件为半反半透镜或者特定波段反射镜，所述光源发射的光束被所述光学元件反射后从±35°的视角范围射入眼睛。

在上述技术方案中，所述眼睛为单眼。

在上述技术方案中，视角为垂直视角，所述光学元件处于±30°的视角范围内，所述光源发射的光束被所述光学元件反射后从±25°的视角范围射入眼睛。

在上述技术方案中，视角为水平视角，所述光学元件和光源位于眼睛±30°视角范围外。

在上述技术方案中，还包括：用于放大光源在所述光学元件上反射图像的光学系统组和/或用于增大光源与光学元件之间光程的反射镜。

在上述技术方案中，所述反射镜的数量为1个或大于1个。

在上述技术方案中，所述光学系统组为1个或数量大于1个的透镜，所述透镜为球面或非球面，所述透镜的材质为玻璃或塑料。

在上述技术方案中，所述反射镜为平面反射镜或反射棱镜。

一种基于离轴hud系统的眼镜，所述光源为屏幕，所述光源和光学元件均与眼镜的镜架固装。

在上述技术方案中，所述光源和光学元件通过支架与眼镜的镜架固装。

上述眼镜在运动监测中的应用。

本发明的有益效果如下：

1、本发明离轴hud系统具有小型化和质量轻的特点，离轴hud系统内部光学器件均在眼睛舒适视域外；光源在光学元件上所成的像不在人眼的静态垂直视角范围内，也就是光源完全不会遮挡视线，人眼稍微往上看就能看到光源。但由于光学元件采用的为半反半透镜或者特殊波段反射镜，所以光学元件后面的物体同样可以看清；

2、本发明离轴hud系统中的反射镜能够从一定程度上增加光程，保证小型化；

3、本发明离轴hud系统中的光学系统组能够将光源成像在远处并且放大，使人眼得以很舒服地观察到光源；

4、本发明离轴hud系统中反射镜与光学系统结合后能够进一步的缩小离轴hud系统的空间；

5、将离轴hud系统与眼镜结合，无论从视线上、体积上、质量上都不会影响佩戴者进行运动，而人眼稍微看向光学元件就能看到屏幕上的内容，方便实用；

6、将眼镜应用到运动监测上，通过佩戴本发明的眼镜，可以使人们通过看向光学元件获取运动时的心率、速度、里程以及导航，本发明能够取代市场上价格昂贵的ar眼镜。

附图说明

图1为本发明的离轴hud系统的结构示意图(实施例1)；

图2为本发明的离轴hud系统的结构示意图(实施例2)；

图3为本发明的离轴hud系统的结构示意图(实施例3)；

图4为本发明的离轴hud系统的结构示意图(实施例4)；

图5为本发明的眼镜的结构示意图(实施例5)；

图6为本发明的眼镜的结构示意图(实施例6)；

图7为本发明的眼镜的结构示意图(实施例7)。

其中，1为眼睛，2为镜架，3为光学元件，4为光源，5为光学系统组，6为反射镜，7为镜片。

具体实施方式

一种离轴hud系统，包括：位于眼睛1(单眼)±15°视角范围外的光学元件3和光源4，光源可位于不遮挡眼睛1可视范围的任意位置，光学元件为半反半透镜或者特定波段反射镜，光源发射的光束被光学元件3反射后从±35°以内的视角范围射入眼睛。上述视角可以为垂直视角、水平视角或其他方向视角，当视角为垂直视角时，光学元件处于±30°的视角范围内，所述光源发射的光束被所述光学元件反射后从±25°的视角范围射入眼睛；当视角为水平视角时，光学元件处于±35°的视角范围内，所述光学元件和光源位于眼睛±30°视角范围外。

作为优选，还包括：用于放大光源4在光学元件3上反射图像的光学系统组5和/或用于增大光源与光学元件之间光程的反射镜6，其中，反射镜的数量为1个或大于1个。

一种基于离轴hud系统的眼镜，光源4为屏幕，光源4和光学元件3均通过支架(图中未示出)与眼镜的镜架2固装。

下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

实施例1

如图1所示，包括：位于眼睛1(单眼)±15°垂直视角范围外的光学元件3和光源4，光学元件3处于±30°的垂直视角范围内，光学元件3为半反半透镜或者特定波段反射镜，光源4发射的光束被光学元件3反射后从±25°垂直视角范围射入眼睛1。

人眼的静态垂直视角为正负15°，光源4在光学元件3上所成的像不在人眼的静态垂直视角范围内，也就是在正常运动的过程中，光源4完全不会遮挡视线，人眼稍微往上看就能看到光学元件3上反射的光源4。由于光学元件3采用的为半反半透镜或者特殊波段反射镜，所以光学元件3后面的物体同样可以看清。

实施例2

如图2所示，包括：反射镜6、位于眼睛1(单眼)±15°垂直视角范围外的光学元件3和光源4，光学元件3处于±30°的垂直视角范围内，光学元件3为半反半透镜或者特定波段反射镜，光源4发射的光束先后依次被反射镜6和光学元件3反射后从±25°垂直视角范围射入眼睛1。反射镜6可以为普通的平面反射镜或与平面反射镜功能类似的反射棱镜，反射镜6起到的作用如下：由于本发明离轴hud系统“小型化”的需求，因此光源4到人眼(单眼)的光程(数值上等于介质折射率乘以光在介质中传播的路程，这里可以简单地理解为光线走的路程)很小，也就在几厘米左右。然而人眼看这么近的物体是很不舒服的，人眼看物体最舒服的距离为25厘米(称为明视距离)，为了增大其光程，这里加入反射镜即可实现，同时还可以保证小型化。

实施例3

如图3所示，包括：光学系统组5、位于眼睛1(单眼)±15°垂直视角范围外的光学元件3和光源4，光学元件3处于±30°的垂直视角范围内，光学元件3为半反半透镜或者特定波段反射镜，光源4发射的光束在先经过光学系统组5、再被光学元件3反射后从±25°垂直视角范围射入眼睛1。

光学系统组5可以为1片透镜或多片透镜，透镜的类型包括球面/非球面的玻璃/塑料片，光学系统组5起到的作用如下：考虑到小型化，光源的尺寸可能会很小，而且光源离人眼的光程很短，所以利用光学系统组5，将光源成像在远处并且放大，使人眼得以很舒服地观察到屏幕。

实施例4

如图4所示，包括：光学系统组5、反射镜6、位于眼睛1(单眼)±15°垂直视角范围外的光学元件3和光源4，光学元件3处于±30°的垂直视角范围内，光学元件3为半反半透镜或者特定波段反射镜，光源4发射的光束先后依次被反射镜6的反射、透过光学系统组5和被光学元件3反射，再从±25°垂直视角范围射入眼睛1。光学系统组5中的透镜和反射镜6均不限于1片。透镜包括球面、非球面的玻璃或塑料透镜。

本实施例同时使用了光学系统组5和反射镜6，进一步地缩小离轴hud系统所占的空间，图4示例为1片反射镜6，光学系统组5为一片透镜。

实施例5

一种基于实施例3中离轴hud系统的眼镜，光源为屏幕(屏幕能够显示图像)，光源4和光学元件3均与眼镜的镜架2固装，眼镜可包含镜片或者无镜片。如图5所示，屏幕与人眼位于眼镜镜架的同一侧，光学系统组5包括但不限于球面非球面的透镜、柱面镜或菲涅尔透镜。

实施例6

如图6所示，一种基于离轴hud系统的眼镜，基于离轴hud系统包括：光学系统组5、反射镜6、位于眼睛1(单眼)±30°水平视角、±15°垂直视角范围外的光源4以及位于眼睛±15°垂直视角范围外的光学元件3，光学元件3处于±30°的垂直视角范围内，光学元件3为半反半透镜或者特定波段反射镜，光源4发射的光束先后依次透过光学系统组5、被反射镜6的反射和被光学元件3反射，再从±25°垂直视角范围射入眼睛1。光源为屏幕，光源4和光学元件3均与眼镜的镜架2固装(图中未示出)。本实施例通过精确计算屏幕(光源4)、人眼(眼睛1)、半反半透镜(光学元件3)、光学系统组5和反射镜6的位置，将光路做成空间光路，即光源4、光学系统组5和反射镜6沿眼镜两个镜片排列方向设置，所有元件并不在同一个平面内，从而进一步做到节省空间，也更容易实现不遮挡人眼的功能。

实施例7

如图7所示，一种基于实施例1中离轴hud系统的眼镜，光源和光学元件均与眼镜的镜架固装，光源为屏幕。屏幕显示人们所关注的参数和信息。屏幕在本发明技术方案中的必要作用仅仅为显示作用。

屏幕位于视线外，由于离轴的原因，正常运动的情况下是不遮挡人的视线的，只要人眼稍作俯仰就能看到光学元件反射的屏幕图像。通过佩戴本发明的眼镜，可以使人们通过观察光学元件3获取运动时的心率、速度、里程以及导航。本发明能够取代市场上价格昂贵的ar眼镜。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。