CN102458224B - 描绘佩戴者注视方向特征的成副眼镜 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及描绘佩戴者注视方向的眼镜。眼镜的每一透镜(1、2)提供有用于把辐射引向佩戴者眼部区域(ZD1、ZG1、ZD2、ZG2)的输出部分，在这些区域中，佩戴者眼部异色边缘(L)的不同部分处于运动状态。该透镜进一步包括输入部分，用以收集在所述眼部区域中反射的所述辐射的部分。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辐射部分的检测信号来确定佩戴者的注视方向。

Description

描绘佩戴者注视方向特征的成副眼镜
本发明涉及适于描绘眼镜佩戴者注视方向特征的成副眼镜。
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。该异色边缘是眼睛巩膜和虹膜之间的边界，在波长在900nm(纳米)到1200nm之间的近红外线中，可容易地在眼睛的图像检测到它。巩膜在这个谱域中具有约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方向的实时描绘。
本发明的又一个目的是提供对使用者注视方向的描绘，以及确定这个注视方向变动的眼睛运动的描绘。
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一副眼镜，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，所述成副的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不同部分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，且每个输出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，从而形成至少两条辐射路径，它们各包括在位于透镜之后的佩戴者眼睛上的反射，其中，在这些眼部区域中所述眼睛巩膜和虹膜之间边界部分来回移动。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，描绘向着一观察点的佩戴者注视方向。
在本发明的第三特征中，所述成副眼镜包括对于每个镜片而言数量相同的辐射输出部分和辐射输入部分。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和虹膜之间边界部分之一在眼睛运动期间来回移动。
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，其中除了眼镜透镜，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不同部分的位置的检测。为了这样做，至少两束辐射光束从每一透镜向着在佩戴者相应眼睛的异色边缘部分内来回移动的区域射出，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。它们反射后的强度，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物体的注视方向根据双眼的异色边缘位置的结合而确定。通过这种方式，佩戴者注视方向可针对其眼睛的任意会聚而确定得出，其中该会聚是由靠近或者离开佩戴者观察着的物体而产生的。
最后，在透镜内辐射输出部分和输入部分的分布，位于各由专用于该对的输出部分和输入部分形成的发射-接收对中，该分布允许收集由不同路径传输的辐射且不会混入辐射中。那么佩戴者注视方向能以更高精度进行描绘。当每一个输出部分在发射的窄圆锥内引导相应辐射部分时，这样的构成特别适合。假定辐射在眼睛上的反射主要是镜面反射，那么每一个输入部分仅收集由属于与输入部分相同的发射-接收对的相应输出部分传输的辐射的反射部分。因此，本发明中，针对不同辐射路径的光学测量是独立的。
当每一透镜的辐射输出或输入部分仅形成两条辐射路径时，注视方向只有一个角坐标可大体上确定，比如注视方向的仰角或其方位角。
在本发明的优选实施例中，每一透镜的所述至少一个来源、所述至少一个检测仪及所述至少四个辐射输出和输入部分被设置为形成用于辐射的至少三条不同的路径，其各自的反射绕着每一眼睛的眼眶的中心方向成角度地分布。那么佩戴者注视方向可在每次测量时间内完全确定，特别是通过两个角度，仰角和方位角来确定。对于这样优选的实施例，每一透镜包括至少四个辐射输出或输入部分。
在本发明的一些实施例中，所述至少一个来源，所述至少一个检测仪，以及所述至少四个辐射输出和输入区域可为每一透镜以形成辐射的至少两对不同路径的方式设置。
在本发明的第一实施例中，每一路径可具有在眼部区域中的反射，在该区域中，定位在相应透镜之后的佩戴者眼睛的巩膜和虹膜之间边界的右部或左部来回移动。每一对路径的这些眼部区域能以与这一对相关的相同眼部区域仰角定位。此外，两对路径与各自仰角关联，这些仰角不同且为两个透镜共用。这种情况下，计算单元可适于根据同时测量由处于相同眼部仰角的相关路径传输的辐射部分的强度，描述佩戴者注视方向。通过该计算单元选择的这个仰角于是对于两个透镜而言是相同的，以用来描绘在给定时刻佩戴者注视方向的方位角。
在本发明的第二实施例中，成对路径的第一对中的每一路径可在眼部区域内具有反射，在该区域中定位在透镜后方的佩戴者眼睛的巩膜和虹膜之间边界的右部或左部来回移动。同时，成对路径的第二对中的每一路径可在眼部区域具有反射，在该区域中佩戴者眼睛的巩膜和虹膜之间边界的上部或下部来回移动。该第二实施例能以类似方式确定佩戴者的注视方向，该类似方式等价于向着佩戴者右或左侧旋转该方向，以及朝向佩戴者视野顶部或底部倾斜注视方向。
在本发明的各种实施例中，以下改良可单独或者结合使用：
-在每一透镜中能以相同第一仰角设置两个第一辐射输出部分，且能以不同于第一仰角的相同第二仰角在透镜中设置两个第二辐射输出部分；以及
-对于每一透镜，至少某些辐射输出部分可成两列形式设置，它们分别位于所述透镜的右部和左部，位于透镜的右部的列的每一输出部分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，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，位于透镜的左部的列的每一输出部分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，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。
对于本发明的成副眼睛还包括根据由计算单元描绘的佩戴者注视方向，用来改变至少一透镜上的特性的装置。具体来说，该改变任一透镜的特征的装置被容纳在透镜内。
本发明的成副眼睛可有利地用于以下应用之一，这些应用仅作为示例：
-在视轴矫正法中，视野康复期间，眼镜使得佩带眼镜的患者得到更加良好的定制效果并能控制康复练习；
-对于具有黄斑部退化的对象，能根据其注视方向，动态地让视野一部分模糊，以辅助周边视网膜区域中的视觉感知；
-对于四肢瘫痪的测试对象，本发明成副的眼镜可用作通信接口，其使得测试对象通过自由改变其注视方向而将数据发送到计算式输入装置中；
-用于描绘测试对象无意识的眼睛运动，像注视方向上的扫射，从而，比如识别在测试对象上的心理压力；
-用于图像处理，该处理由成副眼镜的佩戴者注视方向控制；以及
-为眼镜佩戴者展示可视数据，通过在预定时刻动态地适于其注视方向这样的方式展示。然后，可视数据的展示对于佩戴者而言随着该数据叠置在其自然视线上从而是可视的，且可以基于在该自然视线中注视方向上的变化而被控制。
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，其可以是红外辐射，每一个辐射源被整合入所述透镜，并选择为使所述辐射由透镜佩戴者眼睛的巩膜和虹膜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不同部分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给定位置中的电接触，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的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透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显示了本发明一个不同类型的实施例；
-图6a至6d分别相应于图2a至2d，示出了本发明的第三实施例；
-图7相应于图3，示出了本发明第四实施例。
为清楚起见，这些图中所表示的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可利用对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。
在现通过具体实施例进行描述的本发明中，注视方向D0可相对于佩戴者的脸部位置来确定。在这些实施例中，该注视方向D0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D1、D2的角位置。然后，佩戴者的注视方向D0从两个光学轴线D1和D2各自的位置推导得出。
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，且该仰角是各光学轴线D1或D2与在佩戴者头部竖直时呈水平的参考平面之间的角度。则注视方向D0的仰角值也等于该共同值。
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对于每只眼睛而言其在佩戴者鼻子方向为正且大体上对于在相同时刻的两个眼睛具有不同的绝对值，且这两个绝对值之差确定了眼睛的会聚，以表示观察距离D。注视方向D0的方位角值等于两眼各自偏心值(采用刚指出的偏心角的常规定向)差值的一半。
实践中，每一眼睛100、200的光学轴线D1、D2的仰角和偏心角基于那个眼睛的异色边缘L的位置而确定。更具体地说，异色边缘L的几个部分各自的位置通过在所述眼睛的不同区域测量眼睛反射的辐射强度而确定。为了这样做，每一透镜配备有辐射发射部分，称为输出部分，其把一束或多束辐射束引导至被称为眼部区域的眼睛区域，在这些区域中，当眼睛旋转时异色边缘的部分来回移动。它还安装有收集部分，称为输入部分，用来收集在眼部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并列，比如在水平方向上并列，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。它们能以相同的用α1表示的仰角α值定位在透镜1中。它们还能以不同的偏心角值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。当所使用的辐射其波长在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。
为了这样做，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，计算单元可根据强度值，通过从表示该位置的存储表格读取，从而确定光学轴线D1的角位置，其中该强度值对不同辐射路径测量得到，且作为该表的输入。
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，就获得了注视方向D0，以及可以获得两个眼睛会聚中心C的位置和/或观察距离D。
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部分来回移动。所述计算单元然后还适于基于两眼的光轴线各自的角位置确定所述佩戴者注视方向，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。佩戴者注视方向D0(可能带有他的眼睛会聚和观察距离D)可从基于同时测量到的针对眼部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L部分在该区域中来回移动。
在本发明一些第一实施例中，每一透镜可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定位在眼睛左横向区域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的下部的物体。当只需佩戴者注视方向D0的方位角值时，计算单元可适于选择任一眼部区域仰角值α1或α2。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，当确定佩戴者注视方向时，会被佩戴者眼皮的下垂而模糊掉的辐射路径不予考虑。
根据图2a到2d的实施例的成副眼镜，还可以确定佩戴者注视方向D0的仰角α。每一眼睛100、200的光轴线D1、D2的仰角可针对每一定位在相应眼睛前方的透镜，通过针对每一仰角值α1，α2检测到的反射辐射强度的对比推导得出。注视方向D0越向下倾斜，异色边缘L的右和左横向部分在水平方向上仰角值α2越大，显得越靠近仰角值α1。因此，注视方向D0的仰角值α可从由输入部分21和23收集到的反射辐射强度之和与由输入部分11和13收集到的反射辐射强度之和的对比推导得出。
图3示出了刚描述的第一实施例中一个的改良，在该改良中，相应于仰角值之一的发射-接收对相对于相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限定出在眼睛上的反射的发射-接收对20/21和22/23向着鼻侧偏移间距e，其相对于以仰角值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。这种偏移能在佩戴者朝着越来越接近的物体而降低其注视方向的时候补偿佩戴者眼睛的会聚中的变化，并可简化注视方向D0的确定。
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)。这样的辐射源中每一个可在发射窄锥体中产生辐射。换句话说，由每一个辐射源产生的射线束的锥形角度很小，通常小于10°(度)或甚至是5°。与输出部分之一相同的发射-接收对部分的辐射输入部分被定向为，其可以选择性地收集由这个输出部分传输的辐射的反射部分。之所以得到这个选择性，是因为由输出部分传输的辐射束的束宽度小，和输入部分的朝向。
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内，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，其确定向着任一眼部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得出。
图6a到6d示出了本发明透镜的第二实施例，其中，对于眼镜中每一透镜来说，辐射输出和输入部分确定第一对光路径，其在眼睛上的反射点以偏心角偏移，以及第二对光路径，其在眼睛上的反射点以仰角偏移。这样的第二实施例可从图2a到2d的第一实施例中通过在竖直方向上，重新设置相应于0偏心角值β辐射输出部分20和22而推导得出。辐射输入部分21和23同时重新设置，以分别保持与辐射输出部分20和22相邻。因此，输出部分10和输入部分11形成第一发射-接收对，其辐射反射点位于区域ZD中，在该区域中异色边缘L的右部来回移动。输出部分12和输入部分13形成第二发射-接收对，其辐射反射点位于区域ZG中，在该区域中异色边缘L的左部来回移动。辐射输出和输入部分10到13可设置为，相应辐射路径的反射点具有为0的仰角值α。这些第一和第二发射-接收对的反射点的偏心角值β例如可以为+/-25°。同时，输出部分20和输入部分21形成第三发射-接收对，其辐射反射点定位在区域ZH中，在该区域中，异色边缘L的上部来回移动。输出部分22和输入部分23形成第四发射-接收对，其辐射反射点定位在区域ZB中，在该区域中，异色边缘的下部来回移动。图6b为相应于图2b的平面图，显示了透镜每一侧上的眼部区域ZD和ZG，以及垂直于透镜中心叠置的眼部区域ZH和ZB。图6c和6d为定位于透镜1后方、在穿过旋转中心R的竖直平面上的眼睛100分别向上和向下转动时的视图。因此图6c和6d显示了光轴线D1的仰角α的两个异号值。然后，发射-接收对20/21和22/23得以确定光轴线D1的仰角α的值，该确定方式和已经描述过的发射-接收对10/11和12/13确定相同的光轴线D1的偏心角值β的方式相同。因而，根据图6a到6d的本发明的一个实施例得以分别并对称地确定每一光轴线D1、D2的仰角α和偏心角β的值，且因而对称地确定注视方向D0的仰角和方位角值。
最后，图7示出了本发明另一实施例，其从图6a到6d中的实施例推导得出。辐射输出部分和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结构对称的结构。输出或输入部分的这些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注视方向，且不需要使用太多功率。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方向。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。
在图7所示实施例中，由辐射输出部分20和辐射输入部分21以及由辐射输出部分22和辐射输入部分23形成的发射-接收对，是可选的。同时，位于透镜上部或下部的每一发射-接收对可被多个对取代，该多个对相对于透镜的应用位置水平地对齐。因而成行的辐射源和成行的检测仪在透镜上部可水平地放置，形成单独发射-接收对的成行辐射源中的每一辐射源具有与该辐射源相邻的成行检测仪中的检测仪。成行辐射源和成行检测仪的相同布置还可以用在每一透镜1、2的下部，而不是输出部分22和输入部分23的下部。
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，这些路径在眼睛区域中分别包括反射点，在这些区域中异色边缘的不同部分来回移动。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。
特别地，作为相同发射-接收对的一个部分且彼此相邻的输入和输出部分的相对位置可进行修改，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，其增加了注视方向的确定的可靠性，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注视方向中无意识变化的测量。佩戴者注视方向的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，佩戴者注视方向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。
相反，在本发明第三改进中，过滤装置可适于选择相应于在佩戴者注视方向上无意识变化的测量。为此，该过滤装置可选择眼睛光轴线中的快速变化，其相应于大于固定极限值的变化频率。
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注视方向的确定。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注视方向所需的时间来予以确定。

Claims (15)

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，其被整合入所述透镜中并且被选择成所述辐射源的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，其被整合入所述透镜中并且被设置为测量分别在多个眼部区域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)的不同部分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；以及
-设置在所述透镜中的至少一个辐射输出部分和至少一个辐射输入部分，以形成总共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)被设置为把所述至少一个辐射源其中之一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，以便收集到的每一个辐射部分由所述至少一个检测仪其中之一测量；
从而在一个眼部区域中形成至少两个辐射路径，其中每个辐射路径包括在位于所述透镜后方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多个部分来回移动；
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
所述成副眼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，描绘佩戴者朝着观察点(C)的注视方向；
所述成副眼镜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对应于所述辐射路径之一的独立的辐射发射-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)的多个部分之一在眼睛运动期间来回移动。
2.根据权利要求1所述的成副眼镜，其特征在于，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部分(10、12、20、22)或输入部分(11、13、21、23)被设置为形成辐射的至少三个截然不同的路径，所述每个辐射路径各自的反射绕着每一眼睛眼眶的中央方向成角度地分布。
3.根据权利要求2所述的成副眼镜，其特征在于，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部分(10、12、20、22)或输入部分(11、13、21、23)被设置为形成辐射的至少两对截然不同的路径，每一路径在眼部区域(ZD1、ZG1、ZD2、ZG2)上具有反射，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(L)的右部或左部来回移动，
以便于每一对的路径的所述眼部区域(ZD1、ZG1、ZD2、ZG2)以与每一对相配的相同的眼部区域仰角(α1、α2)定位，且两对路径分别与不同的且被两个透镜公用的仰角相配。
4.根据权利要求2所述的成副眼镜，其特征在于，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相同第二仰角(α2)设置在每一透镜上。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的成副眼镜，其特征在于，对于每一透镜(1、2)，至少一些所述辐射输出部分成两列形式设置，分别位于所述透镜的右部和左部，位于透镜的右部的列(101，…，10n)的每一输出部分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，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，位于透镜的左部的列(121，…，12n)的每一输出部分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，其中，在该眼部区域中，眼睛的巩膜和虹膜之间的所述边界的左部来回移动。
6.根据权利要求2-4中任一项所述的成副眼镜，其特征在于，对于每一透镜(1、2)，所述至少一个辐射源、所述至少一个检测仪，以及所述至少四条辐射输出部分(10、12、20、22)或辐射输入部分(11、13、21、23)以这样的方式设置：形成至少两对不同的辐射路径，所述至少两对不同的辐射路径的第一对的每一路径在眼部区域(ZD、ZG)中具有反射，在该眼部区域中，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(L)的右部或左部来回移动，且所述至少两对不同的辐射路径的第二对的每一路径在另一眼部区域(ZH，ZB)中具有反射，在该另一眼部区域中，佩戴者眼睛的巩膜和虹膜之间所述边界(L)的上部或下部来回移动。
7.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(S)和虹膜(I)之间边界(L)的多个部分来回移动，
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注视方向，其中，所述各自的角位置同时被确定。
8.根据权利要求1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，且所述透明传导条(40-48)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。
9.根据权利要求1所述的成副眼镜，还包括根据由计算单元描绘的佩戴者注视方向的结果，用来改变至少一透镜的特性的装置。
10.使用根据权利要求1所述的成副眼镜的方法，其应用可从下列清单中选择：
-根据对象注视方向，动态地模糊受黄斑部退化影响的对象的一部分视野；
-对四肢瘫痪对象形成通信接口，以使得对象通过自由改变其注视方向而将数据发送至计算式输入装置；
-描绘测试对象无意识的眼睛运动；
-执行图像处理，该处理由成副眼镜佩戴者的注视方向进行控制；且
-将可视数据展示给眼镜佩戴者，展示方式动态地适于佩戴者的注视方向。
11.眼镜透镜(1、2)包括：
-至少一个辐射源，每一个辐射源被整合入所述透镜，并选择为使所述辐射源的辐射能被透镜佩戴者的眼睛(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，并布置成测量由一个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(L)的不同部分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一个辐射输出部分和至少一个辐射输入部分，以形成总共至少四个辐射输出或输入部分，每一输出部分(10、12、20、22)被设置为把所述至少一个辐射源其中之一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，以便收集到的每一个辐射部分由所述至少一个检测仪其中之一测量；
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多个部分来回移动，
所述眼镜透镜包括数量一样多的辐射输出(10、12、20、22)和辐射输入部分(11、13、21、23)，每一个输出部分相邻于透镜中每一个输入部分以形成与所述辐射路径相应的独立的辐射发射-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)的多个部分之一在眼睛运动期间来回移动。
12.根据权利要求11所述的眼镜透镜，其特征在于，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部分(10、12、20、22)或输入部分(11、13、21、23)被设置为形成至少三条不同的辐射路径，所述每个路径各自的反射绕着每一眼睛眼眶的中央方向成角度地分布。
13.根据权利要求12所述的眼镜透镜，其特征在于，对于每个透镜(1、2)，至少一些辐射输出部分呈两列设置，分别位于所述透镜的右部和左部上，位于透镜的右部的列(101，…，10n)的每一输出部分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，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，且位于透镜的左部的列(121，…，12n)的每一输出部分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，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动。
14.根据权利要求12或13所述的眼镜透镜，其特征在于，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部分(10、12、20、22)或输入部分(11、13、21、23)设置为形成至少两对不同的辐射路径，所述至少两对不同的辐射路径的第一对的每一路径在眼部区域(ZD，ZG)中具有反射，在该眼部区域中，位于所述透镜后方佩戴者眼睛的巩膜和虹膜之间边界(L)的右部或左部来回移动，且，所述至少两对不同的辐射路径的第二对其每一路径在另一眼部区域(ZH，ZB)中具有反射，在该另一眼部区域中，位于所述透镜后方佩戴者眼睛的巩膜和虹膜之间所述边界(L)的上部或下部来回移动。
15.根据权利要求11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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