[发明专利]用于制造和使用具有通过凝视距离和低功率视线跟踪驱动的自适应透镜的眼镜的系统、方法和设备

说明书

优先权要求

本申请要求于2010年5月29日提交的美国临时专利申请No.61/349,830的权益，其全部公开内容通过引用方式并入本文。本公开内容包括所附的PCT申请附录中的每个参考文献。

发明领域

本申请一般地涉及光学和电学领域，特别地，涉及用于控制眼镜和其他光学装置中的自适应透镜的装置和方法。

背景

随着近视成为患者的最常见和普遍的症状，现代的眼镜通常用于矫正患者或使用者的视力。在下文中可交换地使用术语“患者”和“使用者”。近视的主要原因是眼睛自身的晶状体(下文中的“眼睛晶状体”)由于过长时间地注视近处物体(可能需要较高的光功率(较厚的形状))而无法似真地回复到较低的光功率(或较薄的形状)。

当患者最初被确诊为近视时，典型地在年轻时，他的或她的矫正处方经常为相对低的光功率，例如-1.5屈光度，这意味着患者可在1/1.5m＝0.667m＝66.7cm远处看清物体。当患者，例如学生，戴着眼镜在教室环境看黑板时，他或她可不用付出太多努力而看见文字。但是，当患者想要阅读课本或者在笔记本中做笔记，并且课本或笔记本位于距患者的眼睛30cm的近距离处时，则利用光学方程，通过眼镜形成的虚拟图像可能在1/(-1.5距离处即20.6cm处而不是在30cm处。因此，患者必须在阅读/书写和看黑板之间反复地改变他的或她的焦距，这可能是使人疲累的，并且在近距离处的调节(或焦距的改变)可能比患者不戴任何眼镜的情况更强或更大。这种经常的焦距改变迫使患者的眼睛晶状体处于甚至比以前更高的光功率，并且在长时间的阅读/书写后，眼睛晶状体可能丧失回复到甚至最初的-1.5屈光度的能力，因为在阅读/书写中，患者实际上聚焦在20.6cm处而不是66.7cm处，并且这可能呈现眼睛的不健康消耗。逐渐地，患者可能需要一副更高处方的眼镜，这可能反过来迫使患者的眼睛晶状体陷入不必要的高光功率的状态。最后，眼睛晶状体的机械性能(人与人之间可不同)可能给晶状体可被压缩的量强加限制，从而稳定使用者的处方强度。但是，可能是以要求比原始处方高得多的处方的巨大代价来稳定处方强度。

对于有远视眼(例如，戴上正常的处方眼镜时无法聚焦近处，通常在中年开始影响视力)的使用者，已经使用双焦镜、多焦镜和渐变镜用于阅读目的。双焦镜、多焦镜和渐变镜是受限制的，因为它们要求患者向下看以使用透镜的较低处方部分，这经常是不方便的。而且，眼睛护理专家似乎认为这种类型的透镜是用于远视患者而不是近视患者。

Roanoke，Virginia的PixelOptics，Inc.已经发布了一种使用自适应透镜的眼镜，其中自适应透镜根据视距改变焦距，但是，他们的眼镜严格地用于远视使用者和/或年长的患者，而本发明针对所有年龄的近视患者。而且，本发明与PixelOptics的自适应透镜的区别在于，给定患者可以用于看见近处物体的处方，焦距相应地进行调节，而已知PixelOptics的眼镜不能执行这样的调节。而且，PixelOptics的眼镜模糊地执行眼睛跟踪，而不是如本发明公开的明确的眼睛跟踪。授予PixelOptics的美国专利No.7,517,083潜在地启示使用眼睛或视线跟踪来控制自适应透镜的焦距。但是，专利没有提供执行眼睛跟踪的足够细节，并且仅仅提及使用多个LED和图像传感器检测瞳孔的边缘其提出基于瞳孔的眼睛跟踪，但没有提供执行具有小的形状因素的瞳孔跟踪的细节，此外，在该专利中提出使用瞳孔间距离确定视距。但是，当患者向侧面看时，瞳孔间距离不完全准确，而使用“视线”交叉方法来计算距离通常更准确。而且，瞳孔间距离的概念默认地假设与两个眼睛之间存在相同的凝视距离，但是这仅在使用者直视前方(例如向上或向下是可以接受的)时是正确的。例如，当向左侧看时，尤其是看近处物体时，左眼与该物体之间的距离比右眼近。视线交叉方法不会遇到这个问题。

在美国专利No.7,517,083中还讨论了一种测距仪方法，其通常测量最近的直前方物体，与测量凝视距离不同。根据各种PixelOptics的文献和新闻发布，它的最新发布的眼镜能够“知道你在看哪里”。

而且，美国专利No.7,517,083提及使用跟踪系统来“计算近点焦距的范围以便对可调节的和聚焦的近或中间范围聚焦需求进行校正”，这是模糊的描述，且似乎严格地适用于远视使用者的聚焦需求而不是近视使用者的聚焦需求。