CN102458223A - 描绘佩戴者眼睛会聚特性的成副眼镜 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及描绘佩戴者眼睛(100、200)会聚的眼镜。眼镜的每一透镜提供有用于引导射线向着佩戴者眼睛横向区域(ZD1、ZG1、ZD2、ZG2)的输出部分，在这些区域中，所述眼睛的角膜边缘(L)的左部和右部处于运动状态。该透镜进一步包括输入部分，用以收集反射在眼睛所述横向区域中的所述射线的部分。计算单元也整合到眼镜中，从而基于测量到的同时由两个透镜的输入部分收集到的射线部分的检测信号来确定佩戴着眼睛的会聚。

Description

描绘佩戴者眼睛会聚特性的成副眼镜
本发明涉及适于描绘眼镜佩戴者眼睛会聚特性的成副眼镜。其还涉及这样的成副眼镜的透镜。
现有很多系统用于实时检测对象的眼睛运动。比如，美国专利US5,966,197描述了用于激光消融眼部手术的系统，它检测和补偿患者眼睛的运动。该系统形成眼睛的图像，并通过辨认异色边缘在图像中的位置来追踪其位于凹穴内的旋转位置。异色边缘是眼睛巩膜和虹膜之间的边界，在波长为900nm(纳米)到1200nm之间的近红外光中，可容易地在眼睛的图像中检测到它。巩膜在该谱域中具有约90％的高光反射系数，而虹膜具有较低的约40％的反射系数。
还存在着其他检测眼睛运动的系统，旨在供患者在有意识的状态下使用。这些其他系统中的一些由放置在检测对象头部上的装置组成，并形成当对象看着其周围物体时双眼的图像。尽管佩戴着这些装置之一的检测对象仍然可以移动，但这些装置不适用于日常生活，仅限于在采集检测对象的测量值的时间使用。
一些应用要求眼睛运动检测系统与移动使用兼容。因此需要轻便且美观大方的眼睛运动检测系统，且在日常生活的长时间使用期间不会使得检测对象不舒服。此外，这样的系统最好成本低，从而能够配备到大量个体上。目前尚不存在这样以令人满意的方式满足这些需求的眼睛运动检测系统。
本发明的一个目的是提供与日常生活中移动使用相兼容的眼睛运动检测系统。
本发明的另一个目的是提供对由眼睛运动检测系统的使用者观察到的物体的距离的实时描绘。
本发明的又一个目的是提供对使用者眼睛会聚的描绘，以及确定该会聚变化的眼睛运动的描绘。
为达此目的，本发明提出了包括框架和固定在框架内的两块透镜的成副眼镜，这样它们分别定位在眼镜佩戴者眼睛前方，且为佩戴者提供透过每一透镜的分离视线，该成副眼镜对每一透镜包括有：
-至少一个辐射源，其可以是红外辐射，其被选择为依据分别对应于巩膜和虹膜的不同反射强度系数，由佩戴者各个眼睛的巩膜和虹膜反射该辐射；
-至少一个检测仪，其被设置为测量分别在眼部区域中反射的由辐射源产生的辐射部分各自的强度，在每个区域中位于所述透镜之后的眼睛的巩膜和虹膜之间的边界的右部和左部在眼睛运动期间来回移动；以及
-设置在透镜中的至少四个辐射输出或输入部分，每一输出部分被设置为把所述辐射源产生的辐射部分引导到所述眼部区域至少一个中，其中，在该区域中巩膜和虹膜之间边界的右部和左部来回移动，而每个输入部分被设置为收集在这些眼部区域之一内反射的辐射部分。
在本发明的第一特征中，这些辐射源、检测仪、以及辐射输出和输入部分可附加地设置，从而形成至少四条辐射路径，它们各包括位于透镜之后的佩戴者眼睛上的反射，在这些眼部区域的其中一个区域内，所述眼睛巩膜和虹膜之间边界的右部和左部针对其各自路径来回移动。那么成副的眼镜包括用于通过各自不同辐射路径来分开在所述至少一个辐射源和所述至少一个检测仪之间传输的辐射部分的装置。
在本发明的第二特征中，成副眼镜还包括计算单元，其适于根据针对两个透镜同时测量到的强度，描绘在共同观察点处佩戴者眼睛会聚的特性。
在本发明的第三特征中，所述至少一个辐射源，所述至少一个检测仪，及所述至少四个辐射输出和输入区域设置为形成辐射的至少两对截然不同的路径，使两个第一辐射输出部分以相同的第一仰角设置在每一透镜上，两个第二辐射输出部分以不同于第一仰角的相同第二仰角设置在每一透镜上。此外，它们设置为使眼部区域以与所述路径对相关的相同眼部区域仰角定位，并使两对路径分别与截然不同并归两个透镜共有的眼部区域仰角相关，在所述眼部区域中，位于所述透镜之后的佩戴者眼睛的巩膜和虹膜之间的边界的右部和左部是针对各自每一对路径的。所述计算单元适于根据同时测量到的辐射部分的强度描绘佩戴者眼睛会聚，其中所述辐射通过与相同的眼部区域仰角相关的路径传输，其中，该仰角由所述计算单元针对所述两个透镜进行选择。
以这种方式，本发明提供用来检测受测对象眼睛运动的呈成副眼镜形式的系统，其具有与透镜整合成一体的辐射输入和输出部分。由于该系统呈眼镜形式，因而轻便且很紧凑。它可在日常生活中使用，即便当使用者四下移动的时候也可以使用。特别地，佩带本发明该副眼镜的人可以保持完全的行动自由。
此外，在辐射输入和输出部分融入每一透镜中的情况下，成副眼镜不具有任何向着佩戴者眼睛的补充反射体或任何图像获取系统，除了眼镜透镜，它们也可以定位在他的面部前方。因而本发明的眼睛运动检测系统在佩戴者脸上很美观，并使他不会具有视觉不适。
此外，当使用本发明的成副眼镜时发生的对眼睛运动的检测，基于每一眼睛异色边缘左右部的位置的检测。为了这样做，至少四束辐射光束从每一透镜向着佩戴者相应眼睛的异色边缘的左部和右部的运动区域射出，且这些光束各自的强度在它们于这些区域中每一眼睛上反射之后测量。每一光束具有不同的辐射路径。它反射后的强度，当穿回透镜输入区域之一时，根据眼睛的旋转位置进行变化，因为每一光束或多或少进行反射，取决于它是否到达眼睛表面上的巩膜或虹膜。那么，在某一时刻，佩戴者其眼睛向着某点的会聚根据双眼的异色边缘位置之间的对比而确定。通过这种方式，就能确定佩戴者眼睛的会聚，而无须考虑佩戴者观察到的物体与水平面内脸部的方向角。然后，成副眼镜佩戴者所观察的物体的距离的描绘，可以从确定的眼睛会聚实时地推导得出。
根据辐射在其内反射的眼部区域的仰角，对每个透镜中辐射输出部分进行配对，使得本发明可以考虑到相对于佩戴者面部在竖直平面，即称为注视高度，对物体的任意方向角度确定佩戴者眼睛的会聚。与相同眼部区域仰角相关的两个透镜的路径用来确定在给定时刻的佩戴者眼睛的会聚。
在本发明的各种实施例中，以下某些改良可单独或者结合使用：
-计算单元适于选择眼部区域的仰角值中的一个，以便根据至少一些测量到的强度中的信噪比的值，描绘佩戴者眼睛的会聚；
-成副透镜可包括对于每一透镜而言与辐射输入部分一样多的辐射输出部分，透镜中每一所述输出部分相邻于所述输入部分之一，以形成独立的辐射发射-接收对，每一发射-接收对被放置在其中一个眼部区域的前方，在这些眼部区域中，定位在所述透镜后方的佩戴者眼睛的巩膜和虹膜之间边界的右部和左部之一在眼睛运动期间来回移动；
-对于每一透镜，所述辐射输出部分成两列设置，分别位于所述透镜的右部和左部，使每一输出部分的列位于属于包含了在眼部区域中佩戴者眼睛上的反射的辐射路径的透镜右部中，其中在该眼部区域中，眼睛的巩膜和虹膜之间边界的右部来回移动，而每一输出部分列位于属于包含了在眼部区域中佩戴者眼睛上的反射的辐射路径的透镜左部中，其中，在该眼部区域中，眼睛的巩膜和虹膜之间的边界的左部来回移动；以及
-与至少一透镜相关的辐射源(多个)、输出部分(多个)、输入部分(多个)、以及检测仪(多个)可被设置为：横穿过不同输出部分的至少两个不同辐射路径进入这些路径共有的相同输入部分，以及根据辐射路径来分开辐射部分的装置，其可适于根据应用到由所述不同路径传输的辐射的不同调制，来同步由所述检测仪进行的测量。
对于本发明的成副眼镜还可以包括用来改变至少一个透镜特性的装置，其根据由计算单元描绘的佩戴者眼睛会聚的结果来改变透镜特性。特别地，该用以改变一透镜特征的装置可包含在该透镜之内。比如，每一透镜可为单视镜片，其所具有的光学强度可调整到从佩戴者眼睛会聚推导出的观测距离。因此远视眼佩戴者可具有为透镜整个表面上每个观测距离而调整的视觉修正，且不具有残余散光。
本发明成副的眼镜还可有利地用于在视觉康复期间进行视轴矫正。这样的眼镜使得佩带眼镜的患者获得更为个性化及可控的康复练习。
本发明还提出了适于组装上述成副眼镜的眼镜透镜。这样的透镜包括：
-至少一个辐射源，其可以是红外源，每一个辐射源融入透镜中并选择为使辐射被透镜佩戴者眼睛的巩膜和虹膜反射，它们分别依据巩膜和虹膜的不同反射强度系数；
-该辐射的至少一个检测仪，每一个检测仪被整合入所述透镜，以测量由一辐射源产生的并在一眼部区域中被眼睛反射的辐射部分的强度，在该区域中所述眼睛的巩膜和虹膜之间边界的右部或左部在眼睛运动期间来回移动；
-透明传导条被整合入所述透镜中并与每一个检测仪和每一个辐射源的终端电连接，并径向地设置在透镜外沿部分上；以及
-至少四个辐射输出或输入部分，其被设置在透镜中以便与上述这个眼镜透镜的佩戴者眼睛形成辐射路径。
在透镜边缘部分中传导条的径向设置提供了在镜框确定位置中的电接触，以建立透镜的传导条和其他框架所搭载的电子元件之间的电连接。此外，这个径向设置使得透镜能被修整成框架边缘的任何形状且保持了提供给与框架进行电接触的可能性。
本发明的其他特征和优点可从下面参考附图对非限定性实例的描述中得以明白，其中：
-图1a和1b为显示根据本发明第一实施例的成副眼镜的应用的透视图和平面图；
-图2a和2b为显示本发明第一实施例的放大正视图和平面图；
-图2c和2d与图2b相对应，示出了佩带眼镜的人其眼镜的两个不同位置；
-图3相应于图2a，示出了本发明的第二实施例；
-图4a和4b为本发明的透镜的平面和横截面图；
-图5和6显示了本发明两个不同类型的实施例；
-图7a至7d为分别相应于图2a至2d，示出了本发明的第三实施例；
-图8相应于图3，示出了本发明第四实施例。
为清楚起见，这些图中所示元件的尺寸不与实际尺寸成比例，也不与实际尺寸倍数成比例。此外，不同附图中使用相同的附图标记代表相同元件或具有相同功能的元件。
在图1a和1b中，成副眼镜包括框架3和两个眼科透镜，分别用1和2表示右透镜和左透镜。框架3将透镜1和2固定在相关的固定位置，并以在连续使用阶段期间保持不变的方式使得将它们放置在佩戴者眼睛前方。透镜1和2可利用配镜师公知的任一组装方法永久地组装在框架3中。可选地，透镜1和2可增加到本发明的包括框架3的初始成副眼镜中。原始的成副眼镜可以是提供了太阳光防护和/或眼科矫正的成副眼镜。这种情况下，透镜1和2能以可移动方式放置在原始的成副眼镜中，比如使用夹式设置。
附图标记100和200指佩戴者的眼睛，100指右眼，200指左眼。对于每一佩戴者眼睛100、200，附图标记S、I、P、L和R指巩膜、虹膜、瞳孔、异色边缘以及眼睛旋转中心。据知，虹膜I为具有可变化并可确定瞳孔P尺寸的内直径以及常量外直径的圆形环。异色边缘L是虹膜I的外侧边界，在虹膜和巩膜S之间。因此，它在眼睛绕着其旋转中心R旋转时相对于相应眼睛是固定的常量尺寸的圆。可见的是，异色边缘L为白色巩膜S和彩色虹膜I之间的圆形边界。
对于每一眼100、200，穿过旋转中心R和相应瞳孔P的中心A的轴线D1、D2分别为眼睛的光学轴线。瞳孔P的中心A还是晶状体的顶点。光学轴线D1、D2，相对于各自眼睛100、200是固定的，这样眼睛随着异色边缘L而旋转。眼睛100和200的光学轴线D1和D2会聚于同一点C(图1b)，也称为眼睛会聚点，且这点是在给定时刻佩戴者观察物体的位置。光学轴线D1和D2的平均方向D0为佩戴者在那个时刻的注视方向。通常，注视方向D0把两个眼睛的旋转中心R之间的那段的中点与会聚点C连接起来。观察距离，在图1b中用D表示，为会聚点C相对于旋转中心R的距离。
现在具体实施例中描述的本发明，其可以确定会聚点C相对于佩戴者脸部的位置。在这些实施例中，点C的位置通过检测每一眼睛100、200相对于相应的透镜1、2的旋转位置而确定。因此，本发明的每一透镜1、2允许确定相应眼睛100、200的光学轴线D 1、D2的角位置。然后，会聚点C，以及如果有必要观察距离D，从两个光学轴线D1和D2各自的位置处推导得出。
为了定义每一眼睛的光学轴线的位置，使用两个角度，α和β，分别被称为仰角和偏心角。对于眼睛100和200，仰角α通常是一样的，且该仰角是光学轴线D1或D2与在当佩戴者头部竖直时呈水平的参考平面之间的角度。每一眼睛的光学轴线D1或D2的偏心角β为该轴线与面部子午平面之间的角，其中该子午平面在佩戴者头部竖直时也是竖直的。偏心角β大体上对于在相同时刻的两个眼睛具有不同值，且这两个值之间的差确定了眼睛的会聚，以表示观察距离D。
实践中，每一眼睛100、200的光学轴线D1、D2的偏心角基于那个眼睛的异色边缘L的位置而确定。更特别地，异色边缘L的右边缘和左边缘各自的位置通过在所述眼睛的右和左横向区域内测量眼睛反射的辐射强度而确定。为了这样做，每一透镜提供有辐射发射部分，称为输出部分，其把一束或多束辐射束引导至眼睛的横向区域，在眼睛的横向区域中，当眼睛旋转时异色边缘的右侧和左侧都来回移动。它还安装有收集部分，称为输入部分，用来收集在眼睛的横向区域上反射的该辐射部分。输出部分由至少一个辐射源提供了辐射，且输入部分与至少一个检测仪光学地连接，以测量由这些输入部分收集的各自辐射部分的强度。
在图2a到2d的透镜1中，第一发射-接收对由输出部分10和输入部分11构成。部分10和11相邻，比如在水平方向上相邻，它们之间的间距可以在0.1和3mm(毫米)之间。第二反射接收对由另一输出部分12和另一输入部分13组成。对10/11和12/13可以在组成上相同。它们以相同的用α1表示的仰角α值定位在透镜1中。它们还以不同的偏心角值β定位：发射-接收对10/11面对着眼睛的右横向区域ZD1定位，在该区域中异色边缘L的右部来回移动，发射对12/13面对着眼睛的左横向区域ZG1定位，在该区域中异色边缘L的左部来回移动。因而每一发射-接收对确定出辐射路径，其在图2b到2d中示出，从相应的输出部分10或12到相应的输入部分11或13，且其包括在相应的辐射受到反射的区域ZD1或ZG1中的点。在本发明这样的实施例中，用来确定眼睛旋转位置的不同辐射路径因而以辐射输出和输入部分设置在透镜中的方式被分开。
图2b、2c和2d分别代表右眼100的旋转位置，在这些位置上光学轴线D1相应于为0(图2b)、负值或者向着太阳穴侧(图2c)、正值或向着鼻侧(图2d)的偏心角β值。当所用的辐射其波长在900和1200nm之间时，从虹膜发出的低反射强度与从巩膜发出的高反射强度之差使得可以检测到眼睛100的位置。因此，分别通过发射-接收对10/11和12/13在横向区域ZD1和ZG1中探测得到的反射在图2的情况下具有基本相同的强度，而对10/11的强度在图2c的情况下小于对12/13的强度，在图2d情况下大于对12/13的强度。当光学轴线D1的偏心角β连续地改变时，对到达输入部分11和13的辐射部分测量到的强度也在相反方向上持续改变。发射-接收对10/11和12/13因而可以确定当佩戴者头部竖直时的水平平面上的眼睛100的光学轴线D1的角位置。
对于佩戴者而言能够佩戴隐形透镜，其提高了对于每一眼睛而言的位置检测敏感度。这样的隐形透镜可盖住相应眼睛的虹膜且相对于眼睛任意旋转位置保持居中于其光学轴线上。那么它可以设计为适于虹膜表面反射系数值，从而增加虹膜和巩膜之间的反射对比。
计算单元与成副透镜关联。它可以比如，融入镜框3的任一臂中。这样的计算单元适于从测量到的辐射的反射部分的强度来确定光学轴线D1的角位置。这个光学轴线D1的角位置的确定可通过计算完成。可选地，计算单元可根据不同辐射路径测量得到的强度值，通过从表示位置的存储表格读取，从而确定的光学轴线D1的角位置，其中测量得到的强度值作为该表的输入。
可以理解，左透镜2具有与右透镜1相似的构造，它与右透镜关于佩戴者脸部的子午平面对称。在确定佩戴者右眼100的光学轴线D1的位置的同时，计算单元可以确定佩戴者左眼200的光学轴线D2的角位置。随后，就获得了观察距离D，以及可以获得两个眼睛会聚中心C的位置和/或注视方向D0。
如刚刚所描述的那样，该计算单元可适于首先基于针对位于所述眼睛前方的透镜同时测量到的、且在眼部区域中一些反射的辐射部分测量到的强度，确定每一眼睛的光轴线的角位置，在这些眼部区域中所述眼睛巩膜和虹膜之间边界的右部和左部来回移动。所述计算单元还适于然后基于两眼的光轴线各自的角位置确定所述佩戴者眼睛的会聚，其中，所述各自的角位置同时被确定。然而，这样的在两个连续步骤中的计算单元的操作不是必不可少的。佩戴者眼睛的会聚(可能带有方向D0的角位置和观察距离D)可从基于同时测量到的针对两眼横向区域中反射的辐射部分的强度的适当组合在单个步骤中推导得出，其中，相应的异色边缘的左部和右部在该区域中来回移动活动。
每一透镜额外地设置为确定至少两对辐射路径，其包括在横向区域内佩戴者眼睛上的反射，这些区域对于相同第一对的路径而言以相同的第一仰角α1定位，且对于相同第二对的路径而言以相同的第二仰角α2定位。图2a到2d示出了这样的改良实施例：每一路径通过与那些其他路径分开的发射-接收对确定。因此，带有输入部分11的输出部分10，以及带有输入部分13的输出部分12，确定了以仰角值α1定位的第一对辐射路径。同样地，带有输入部分21的输出部分20，以及带有输入部分23的输出部分22，确定了以仰角值α2定位的第二对辐射路径。发射-接收对20/21确定了包括有在眼睛100上反射的点的补充光学路径，眼睛100上反射的点以低于区域ZD1之下的仰角α2定位在眼睛的右横向区域ZD2中。同样地，发射-接收对22/23确定了包括有在眼睛100上反射的点的另一补充光学路径，该眼睛100上反射的点以低于区域ZG1之下的仰角α2定位在左横向区域ZG2中。这种情况下，与两对辐射路径相关的眼部区域仰角值可具有绝对值为10°到45°之间的差值。因此这些仰角值之一，比如α1，可对应于观察基本上位于佩戴者眼睛水平位置的物体。其他仰角值，α2，可对应于观察位于佩戴者视线范围内下部的物体。然后，计算单元可适于为了描绘佩戴者眼睛的会聚而选择一个眼部区域仰角值。这样的选择可特别地，根据测量的至少一些强度的信噪比值来完成。这种情况下，当确定佩戴者眼睛会聚时，会被佩戴者眼皮的下垂而模糊掉的辐射路径不予考虑。
图3示出了本发明的一个改良，在该改良中，相应于仰角值之一的发射-接收对是相对于对应于其他仰角值的发射-接收对横向地偏移。因此，以仰角值α2限定出在眼睛上辐射的发射-接收对20/21和22/23向着鼻侧以间距e相对于以仰角值α1限定出在眼睛上的反射的发射-接收对10/11和12/23。当透镜1和2为具有屈光强度渐变增加的透镜时，其通常称为渐变透镜，仰角值α1和α2可分别相应于每一透镜中近视和远视方向的仰角值。然后，偏移e可大体上等于由近视和远视条件之间眼睛可变会聚而引起的偏移，且通常被称为内移距。这种情况下，偏移e可在4-6.5mm之间。更普通地，其可以在0和7mm之间。
在本发明实施例的第一类型中，每一辐射来源可以是以在900nm和1200nm之间波长工作的发光二级管。这种情况下，每一辐射输出部分相应于这个二极管的发光表面的某一部分。可选地，每一辐射来源可以是VSCEL源(垂直腔面发射体激光器Vertical Cavity SurfaceEmitting Laser)。
并行地，每一检测仪可以是光电二极管或光敏晶体管。然后每一辐射输入部分相应于光电二极管或光敏晶体管表面的光敏部分。
在特别有利的组合中，每一辐射源和每一检测仪为基于半导体材料的微光电元件，其融合入每一透镜中。在这种方式下，每一透镜是自主元件，适于实施本发明的生产且框架组件的成本可以非常低。在这种情况下，每一透镜额外地包括与每一个辐射源和每一个检测仪终端电连接的透明传导条。这些条将辐射源和检测仪连接到计算单元，该单元可在眼镜透镜的外部。优选地，传导条径向地设置在透镜的外沿部分。由于条状物这样的设置，透镜可修整成框架3的边缘形状，且可轻易地认出每一传导条显露在修整边缘的哪个位置。比如，传导条占据了在透镜外沿部分中的分开的成角度扇区。如图4a和4b所示，每一透镜1、2可包括一体连接的基座部50和密封部51，且每一个辐射源、每一个检测仪和每一个传导条可放置在两者50和51之间。比如，条40可构成由透镜所有辐射源和检测仪共享的接地端，且条41到48分别连接每一辐射源10、12、20、22和每一检测仪11、13、21、23的另一终端。这些条、辐射源、和检测仪可形成在基座部50上，且涂覆有与密封部51建立机械结合的透明胶层52。辐射源和检测仪有利地具有很小的尺寸，以避免妨碍住佩戴者视野导致不可见。此外，条40到48可由既透明又具有电传导性的任意材料构成，诸如掺锡的氧化铟或者ITO(氧化铟锡)。可选地，每一条40到48可由很薄的传导线替代，其径向地设置在透镜外沿部分。在图4a中，C表示作为示例显示的外形线。该外形线在径向部分上切穿每个条40到48。
在本发明实施例的第二类型中，每一辐射源可相对于透镜设置在其外部，并可通过第一光导比如光纤，与输出部分之一光耦合。同样地，每一辐射检测仪也可位于透镜外部，并可通过第二光导与辐射输入部分之一光耦合，该第二光导可与第一光导之一分开或组合。在具体的透镜制造方法中，每一第一和第二光导可在透镜模制过程中，通过在将构成透镜的材料引入到模具中之前，将其设置在注入模内中而整合到透镜中。对于每一辐射输出和输入部分可以具有与透镜一体的微棱镜，其确定向着眼睛横向区域发射辐射的方向，或者确定所收集的辐射反射部分的方向。换句话说，每一辐射输出或输入部分由位于光导端部的微棱镜的表面形成。在图5中，附图标记50-53和60-63表示分别与输出和输入部分10-13及20-23连接的光纤。如上面涉及传导条的相同原因，光纤50-53和60-63优选地径向设置在透镜1中，这样它们在外形线C上的位置可以轻易确定。
在本发明实施例的第三类型中，成副眼镜可额外地包括每一透镜的光导，其形成了在这个透镜外部的眼睛某部分的图像。在图6中，附图标记70表示这样的光导，其实施方式对本领域技术人员而言是公知的，因而此处不再赘述。在有利的布局中，光导70从透镜的太阳穴边缘穿过透镜1，并位于框架3的臂上，以避免减少实用性和透镜的外观。对于光导也可能还从透镜外部的来源引入辐射，从而为了检测到眼睛图像而产生足够的光强度。然后它从辐射源透过至少四个形成了辐射的输出部分的光导区70传递辐射。有利地，面对眼睛定位的光导70的有效面在输出部分之间是连续的。然后，检测仪分布在通过光导成像的眼睛图像区域中，该区域中在眼镜运动期间眼睛巩膜和虹膜之间的边界的右部和左部来回移动。
图7a到7d示出了本发明透镜的另一实施例，其中多个光路径包括在眼睛的横向区域ZD 1、ZD2、ZG1及ZG2中各自的反射点，并共同具有相同的辐射输入部分。在这些图中，附图标记30和32代表以相同第一仰角定位在透镜中的辐射输出部分，附图标记40和42代表以相同第二仰角定位在透镜中的辐射输出部分，附图标记31代表四个输出部分共用的输入部分。因而第一辐射路径从输出部分30发出，包括在横向眼部区域ZD1中的反射，其中在该区域中异色边缘L的上右部来回移动，然后到达输入部分31。第二辐射路径从输出部分32发出，包括在横向眼部区域ZG1中的反射，其中在该区域中异色边缘L的上左部来回移动，然后也达到输入部分31。同样地，第三辐射路径从输出部分40发出，包括在横向眼部区域ZD2中的反射，其中在该区域中异色边缘L的下右部来回移动，然后也达到输入部分31。最后，第四辐射路径从输出部分42发出，包括在横向眼部区域ZG2中的反射，其中在该区域中异色边缘L的下左部来回移动，然后也到达输入部分31。这种情况下，输出部分30、32、40和42每一可提供有在四个不同的时间调制中的辐射，且与输入部分31光连接的检测仪被控制为实施同步检测。这样的同步检测使得沿着穿过眼部区域之一的四个路径中的一个的辐射部分分开，但四个路径分享相同的输入部分和同样的检测仪。可选地也可使用其他装置来分离循着这些路径之一的辐射部分。比如，不同辐射波长或偏振可用于每一路径，并可利用过滤来分开共同输入部分收集到的源自每一眼部区域的的辐射部分。
图7c和7d显示了眼睛100的异色边缘L相对于含有四个辐射路径反射的横向眼部区域的不同位置。沿着四个路径之一的辐射反射部分的强度以与上述图2c和2d相同的方式变化。
在本发明透镜的另一实施例中，在眼睛横向区域中分别包括反射点的多条路径可共同具有相同的辐射输出部分，以及相同的辐射源。那么它们到达的辐射输出部分不同。这样的实施例可简单地从上述内容中推导出，因而在此不再说明。
上述最后两个实施例简化了眼睛透镜的制作，因为它们包括减少了组件数量。
最后，图8示出了本发明另一实施例，其从图2a到2d中之一推导得出。两个辐射输出部分和两个辐射输入部分在每一透镜眼镜的右部和左部，被分别替换为输出部分列和输入部分列。因此，透镜1的右部包含了输出部分列101，…，10n，以及输入部分列111，…，11n，其中n是大于2的自然数。这两列相对于佩戴者透镜1的使用位置是竖直的，平行的，并优选地相互靠近，输出和输入部分以相同仰角递减逐渐向着透镜底部偏移。然而，相同列中的这些部分不必相邻，这样它们可以成对间隔。透镜1的左部包含与相同的透镜1的右部相似的输出部分列121，…，12n和输入部分列131，…，13n。透镜2具有与透镜1对称的结构。输出和输入列可以由辐射源列直接形成，如红外发光二级管，或由检测仪列构成，如光敏二极管或光敏晶体管。
使用这样的辐射源列或检测仪列特别有利于描绘佩戴者眼睛的会聚，且不需要使用太大功率。然后，驱动辐射源、检测仪和计算单元的能源可具有降低的容量。实际上，相应于具有以相同眼部区域仰角在眼睛上反射的辐射路径的辐射源和检测仪可根据以下策略之一进行选择，而其它来源和检测仪不予启动：
/i/辐射源和检测仪可顺序地，按预定的扫描顺序激活；
/ii/根据在在先测量序列期间获得的至少一个信噪比值，选择为新一轮从眼睛反射的辐射强度的测量顺序而启动的辐射源和检测仪；
/iii/它们根据预测运算进行选择，其中该运算涉及从眼睛反射仰角，其中，根据早前描绘期间已经选择的仰角，该反射仰角最适于描绘佩戴者注视的会聚。这个策略可以将注视方向的早前已定仰角考虑在内；以及
/iv/组合了以上策略/i/到/iii/的选择标准的综合策略。
根据本发明，这些策略特别地适于防止佩戴者眼皮的运动影响其注视会聚的描绘。
本领域技术人员可以理解，本发明不限于附图中所描述的特别实施例。特别地，已列出的本发明不同类型的实施例可按多种方式结合辐射路径的不同位置和途径，这些路径在眼睛横向区域中分别包括反射点，在这些区域中异色边缘的右部和左部来回移动。此外，透镜之中辐射输出部分和输入部分的位置可自由修改，以形成包含了位于眼睛可变区域内的反射点的辐射路径。在辐射穿过透镜的相同部分，其既可以是辐射输出部分也是辐射输入部分。在这种情况下，这个部分基本上定位在垂直于相应眼部区域中眼睛表面的方向上。
特别地，在一个实施例中，其中，作为相同发射-接收对的一个部分的输入和输出部分是相邻的，输出部分和输入部分的相关位置可进行修改，同时保留了在眼睛上保持相同位置的相应辐射路径的反射点。特别地，输出部分和输入部分的位置可以交换。
现在说明本发明的各种改进，其增加了眼睛会聚的确定的可靠性，和/或提高佩带成副眼镜的人的舒适和/或安全性。
在第一个改进中，成副的眼镜可以额外地包括调制每一个辐射源产生的辐射的装置，以及用来处理每一个检测仪产生的检测信号的装置。这些装置适于基于辐射源的调制，执行从佩戴着眼睛反射出的辐射每一部分的同步检测。特别地，这样的同步检测使得可以从任何背景环境辐射中分清本发明产生的辐射。特别地，可这样选择调制，使同步检测有效地消除了来自频率为50Hz(赫兹)倍数的环境辐射带来的影响。这样的影响通常由放电照明系统造成。
在第二改进中，成副眼镜可额外地包括用来过滤由每一检测仪产生的测量信号。这个装置可适于删除相应于佩戴者眼睛会聚中无意识变化的测量。佩戴者眼睛会聚中无意识变化大体上比从佩戴者持续关注的物体之间有意识变化造成的变化更为快速。在这种方式下，佩戴者眼睛会聚的确定可限于佩戴者注意到的视觉关注的变化。因此，当本发明用来控制透镜的变化特性时，该特性仅在相对于佩戴者视觉关注来说有用的期间进行修改。
最后，在第三改进中，成副眼镜还可以包括用来控制每一辐射源的装置，其适于根据2％到50％之间，并优选地小于10％的工作周期，激活这个辐射源的间歇操作。这个工作周期的值可基于多个不同的标准进行选择，其包括向着眼睛射出的辐射量的限额以及本发明眼睛透镜消耗的电能的限额。实际上，这样的透镜优选地提供有从容纳在框架中的电池中获取的电能。同样，辐射源可被激活为执行被固定周期分开的两个连续的佩戴者眼睛会聚的确定。这样的等候周期大体上独立于辐射源操作的工作周期。特别地，其可以根据计算单元基于检测仪产生的测量信号确定眼睛会聚所需的时间来予以确定。

Claims (17)

1.成副眼镜，其包括框架(3)和两个固定在所述框架中的透镜(1、2)，这样所述透镜分别位于所述眼镜的佩戴者眼睛(100、200)前方，且为所述佩戴者提供透过每一透镜的分离视线，所述成副眼镜的每一透镜包括：
-至少一个辐射源，其被选择成所述辐射由所述佩戴者每一眼睛的巩膜(S)和虹膜(I)依据分别对应于巩膜和虹膜的不同反射强度系数反射；
-至少一个检测仪，其被设置为测量分别在眼部区域(ZD1、ZG1、ZD2、ZG2)中所反射的由辐射源产生的辐射部分各自的强度，在每个区域中位于所述透镜之后的眼睛的巩膜和虹膜之间的边界(L)的左部和右部在眼睛运动期间来回移动；以及
-设置在所述透镜中的至少四个辐射输出部分或输入部分，每个输出部分(10、12、20、22)被设置为把所述辐射源产生的辐射部分引导到所述眼部区域至少一个，且每个输入部分(11、13、21、23)被设置为收集在所述眼部区域之一反射的辐射部分；
从而在一个眼部区域中形成至少四个辐射路径，其中每个辐射路径包括在位于所述透镜后方的佩戴者眼睛上在眼部区域中的反射，其中，在这些眼部区域中所述眼睛巩膜和虹膜之间边界的针对其各自路径的左部和右部来回移动；
所述成副眼镜额外地包括用于通过各自不同辐射路径来分开在所述至少一个辐射源和所述至少一个检测仪之间传输的辐射部分的装置；以及
所述成副透镜额外地包括计算单元，其适于根据针对两个透镜同时测量到的强度，在共同观察点(C)处描绘佩戴者眼睛的会聚；
对于每一透镜(1、2)，所述至少一个辐射源、所述至少一个检测仪，以及所述至少四个辐射输出区域(10、12、20、22)或输入区域(11、13、21、23)被设置为形成辐射的至少两对截然不同的路径，使两个第一辐射输出部分(10、12)以相同的第一仰角(α1)设置在每一透镜上，两个第二辐射输出部分(20、22)以不同于所述第一仰角的第二仰角(α2)设置在每一透镜上；
这样，眼部区域(ZD1、ZG1、ZD2、ZG2)以与所述路径对相关的相同眼部区域仰角(α1、α2)定位，其中，两对路径分别与截然不同并归两个透镜共有的眼部区域仰角相关，且所述部区域具有位于所述透镜之后的佩戴者眼睛的巩膜和虹膜之间的边界(L)的针对各自每一对路径的左部和右部；
且所述计算单元适于根据同时测量到的辐射部分的强度描绘佩戴者眼睛会聚，其中所述辐射通过与相同的眼部区域仰角相关的路径传输，其中，该仰角由所述计算单元针对所述两个透镜进行选择。
2.根据权利要求1所述的成副眼镜，其特征在于，所述计算单元适于选择眼部区域(ZD1、ZG1、ZD2、ZG2)的仰角值(α1，α2)中的一个，以便于根据至少一些测量到的强度中的信噪比的值，描绘佩戴者眼睛的会聚。
3.根据权利要求1或2所述的成副眼镜，其特征在于，所述计算单元适于首先基于针对位于所述眼睛前方的透镜(1、2)同时测量到的、且在眼部区域(ZD1、ZG1、ZD2、ZG2)中一些反射的辐射部分测量到的强度，确定每一眼睛(100、200)的光轴线(D1，D2)的角位置，在这些眼部区域中所述眼睛巩膜和虹膜之间边界(L)的右部和左部来回移动，
以及，所述计算单元还适于基于两眼的光轴线各自的角位置确定所述佩戴者眼睛的会聚，其中，所述各自的角位置同时被确定。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的成副眼镜，其包括对于每一透镜而言相同数量的辐射输出部分(10、12、20、22)和辐射输入部分(11、13、21、23)，每一所述输出部分在透镜中相邻于所述输入部分之一以形成独立的辐射发射-接收对，每一发射-接收对被放置在眼部区域(ZD1、ZG1、ZD2、ZG2)之一的前方，在这些眼部区域中，在所述透镜后方的佩戴者眼睛的巩膜(S)和虹膜(I)之间边界(L)的右部和左部在眼睛运动期间来回移动。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的成副眼镜，其特征在于，对于每一透镜(1、2)，所述辐射输出部分成列设置，分别位于所述透镜的右部和左部，每一输出部分列(101，…，10n)位于属于包含了在眼部区域中佩戴者眼睛(100)上反射的辐射路径的透镜右部中，其中，在该眼部区域中，所述眼睛的巩膜(S)和虹膜(I)之间边界(L)的右部来回移动，每一输出部分列(121，…，12n)位于属于包含了在眼部区域中佩戴者眼睛(100)上反射的辐射路径的透镜左部中，其中，在该眼部区域中，眼睛的巩膜和虹膜之间的边界(L)的左部来回移动。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的成副眼镜，其特征在于，与至少一透镜相关的所述至少一个辐射源、输出部分、至少一个输入部分、以及所述至少一个检测仪，被设置为至少两个横穿过不同输出部分(30、32、40、42)的不同辐射路径到达所述路径共有的相同输入部分(31)，以及根据辐射路径来分开辐射部分的装置适于根据应用到由所述不同路径传输的辐射的不同调制，来同步由所述至少一个检测仪进行的测量。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的成副眼镜，其特征在于，每一个辐射源和每一个检测仪为基于半导体材料的微光电子元件，与相应的透镜整合成一体，且所述透镜还包括透明传导条(40-48)，所述透明传导条将每一个检测仪和每一个辐射源的终端电连接到计算单元，并径向地设置在透镜外沿部分。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的成副眼镜，其特征在于，每一个辐射源位于相应透镜的外部，并通过第一光导(50、52、60、62)与输出部分(10、12、20、22)之一光耦合，且每一个检测仪位于相应透镜外部，并通过第二光导(51、53、61、63)与输入部分(11、13、21、23)之一光耦合。
9.根据权利要求1-6中任一项所述的成副眼镜，还包括用于每一透镜(1、2)的光导(70)，其在所述透镜外部形成眼睛(100、200)一部分的图像，且其中检测仪分布在所述图像的区域中，在所述区域中所述眼睛的巩膜(S)和虹膜(I)之间边界(L)的成像的右部和左部在眼睛运动期间来回移动。
10.根据上述权利要求中任一项所述的成副眼镜，还包括根据由计算单元描绘的佩戴者眼睛会聚的结果，来改变至少一透镜上的特性的装置。
11.眼镜透镜(1、2)包括：
-至少一个辐射源(10、12、20、22)，每一个辐射源被整合入所述透镜，并选择为所述辐射能被所述透镜佩戴者眼睛(100、200)的巩膜(S)和虹膜(I)根据分别对应于巩膜和虹膜的不同反射强度系数反射；
-所述辐射(11、13、21、23)的至少一个检测仪，每一个检测仪被整合入所述透镜，并布置成测量由辐射源之一产生的并在一眼部区域(ZD1、ZG1、ZD2、ZG2)中被眼睛反射的辐射部分的强度，在该区域中所述眼睛的巩膜和虹膜之间边界(L)的右部和左部在眼睛运动期间来回移动；
-透明传导条(40-48)，被整合入所述透镜中，与每一个检测仪和每一个辐射源的终端电连接，并径向地设置在透镜外沿上；且
-设置在透镜中的至少4个辐射输出或输入部分，每一输出部分(10、12、20、22)被设置为把辐射源产生的辐射部分引导到所述眼部区域至少之一处，且每一个输入部分(11、13、21、23)被设置为收集在所述眼部区域之一反射的辐射部分；
从而形成至少两个辐射路径，其中每个路径包括在所述透镜之后佩戴者眼睛上在眼部区域之一中的反射，其中，在眼部区域中所述眼睛的巩膜和虹膜之间边界的针对其各自路径的右部和左部来回移动，
两个第一辐射输出部分(10、12)以相同第一仰角(α1)设置在透镜上，以及两个第二辐射输出部分(20、22)以不同于第一仰角的相同第二仰角(α2)设置在所述透镜上。
12.根据权利要求11所述的眼镜透镜，包括数量一样多的辐射来源(10、12、20、22)和检测仪(11、13、21、23)，每一个辐射源相邻于透镜中一个检测仪以形成独立的辐射发射-接收对，每一发射-接收对被设置在眼部区域(ZD1、ZG1、ZD2、ZG2)之一的前方，在该眼部区域中所述佩戴者眼睛的巩膜(S)和虹膜(I)之间边界(L)的右部和左部之一在眼睛运动期间来回移动。
13.根据权利要求11或12所述的眼镜透镜，其特征在于，辐射源呈两列设置，分别位于所述透镜的右部和左部上，每一辐射源列(101，…，10n)位于属于包含了在眼部区域中佩戴者眼睛(100)上的反射的辐射路径的透镜(1)右部中，其中在该眼部区域中，所述眼睛的巩膜(S)和虹膜(I)之间边界(L)的右部来回移动，且每一辐射源列(121，…，12n)位于属于包含了在眼部区域中佩戴者眼睛上的反射的辐射路径的透镜的左部中，其中，在该眼部区域中，所述眼睛的巩膜和虹膜之间所述边界的左部来回移地。
14.根据权利要求11-13中任一项所述的眼镜透镜，其特征在于，每一辐射源(10、12、20、22)为在900nm到1200nm波长之间工作的发光二级管。
15.根据权利要求11-14中任一项所述的眼镜透镜，其特征在于，每一检测仪(11、13、21、23)为光敏二极管或光敏晶体管。
16.根据权利要求11-15中任一项所述的眼镜透镜，还包括透镜的基座部(50)和透镜的密封部(51)，所述基座部和密封部呈一整体连接，且所述透镜的每一个辐射源(10、12、20、22)、每一个检测仪(11、13、21、23)、以及每一传导条(40-48)被设置在所述基座部和密封部之间。
17.根据权利要求11-16中任一项所述的眼镜透镜，还包括用来改变所述透镜特性的装置。
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