CN111683629A - 抑制眼睛的屈光不正的进展的方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于延缓或逆转观看者(33,52,83,102)近视进展的方法，还涉及用于这种方法的沉浸式和非沉浸式装置和系统。该方法包括以下步骤：使用沉浸式或非沉浸式装置在观看者(33,52,83,102)的眼睛(210)中创建多个图像平面(234,234’,234”)。当图像平面(234,234’,234”)位于视网膜(22,42,62,92,112,212)上时，至少一个图像平面(234,234’,234”)不在视网膜(22,42,62,92,112,212)上，从而产生近视散焦。

Description

抑制眼睛的屈光不正的进展的方法、装置和系统

技术领域

本发明涉及用于抑制眼睛的屈光不正的发展或进展的方法和系统，其重点是近视和/或远视。

背景技术

近视和远视是人眼常见的屈光不正。超过近视者某距离的对象聚焦在视网膜的前面，超过远视者某距离的对象聚焦在视网膜的后面，因此，这些对象被认为是模糊的图像。

当眼睛的成长大于眼睛的焦距时，近视就会发展。近视通常随着时间的推移在人眼中进展，并且通常通过定期更新的光学镜片(诸如矫正眼镜和隐形眼镜)处方来管理。这些镜片可提供清晰的视力，但不会阻碍近视的进展。不良的、威胁视力的眼部疾病也与高度近视有关。

远视通常是先天性的，这时眼睛的大小还不够长，并且比眼睛的焦距短。没有适当的管理，远视可能与视力模糊、弱视、视疲劳、适应性功能障碍和斜视有关。远视通常通过矫正光学镜片的处方来管理，该镜片暂时提供清晰的视力，但不能永久治愈或消除该疾病。

因此，需要通过同时提供清晰的视觉和延缓功能来减轻由屈光不正(诸如常见的近视和远视)引起的经济和社会负担的新技术。最近的科学出版物指出，发展中的眼睛的尺寸增长受到光学散焦的影响，而光学散焦是当图像从视网膜上投影出来时产生的。眼睛的屈光发展受相反方向的散焦之间的平衡影响。特别是，有文献证明，人工诱发的“近视散焦”(投影在视网膜前的图像)可能会阻碍近视的进一步进展。在本文中，“在视网膜前面”的位置是指在视网膜与眼睛的晶状体之间的任何位置，而不是在视网膜上。

To的2006年4月6日的WO 2006/034652建议使用同心多区域双焦点镜片，其中对于所有观看距离的视觉对象，在轴向和周围都引起近视散焦。这些方法已被证明在动物研究和人类临床试验中均能有效延缓近视进展。但是，这些方法包括处方和专用镜片的使用，可能并不适合所有人。类似的缺点也适用于其他隐形眼镜设计，诸如2010年8月3日公开的Phillips的US 7766478B2；2010年11月16日公开的Phillips的US7832859；2009年3月17日公开的Smith等人的US7503655；以及2006年4月11日公开的Smith等人的US 7025460。

以上US 7503655和US 7025460都提出了通过操纵外围光学器件，在不引起中央视网膜上的近视散焦的情况下，诱导相对外周近视散焦来抵消近视的方法。由于已知散焦的保护作用与暴露于其的视网膜区域的面积直接相关，因此其设计可能无法达到最大的效果，因为不会在中央视网膜上引起散焦。

因此，仍然需要改进的方法、设备、装置和/或系统，用于抑制甚至潜在地减少或甚至治愈观看者或使用者的屈光不正。因此，本发明的目的是利用新颖的观看系统代替专用透镜，以克服或改善现有技术的至少一个缺点，或提供一种有用的替代方案。

发明内容

根据本发明，提供了一种用于延缓或逆转观看者的近视进展的方法。观看者的眼睛具有视网膜，视网膜带有中央区域。该方法包括以下步骤：提供非沉浸式显示单元，其具有显示器，位于显示器近侧的屈光正透镜，位于屈光正透镜的与显示器相反的一侧的全反射镜，以及在远离全反射镜的半透明镜。该方法还包括以下步骤：在显示器上形成主要视觉内容；通过屈光正透镜折射主要视觉内容以形成主要光学通道，用全反射镜将主要光学通道重引导到半透明镜，将次要视觉内容形成至指向半透明镜的次要光学通道，并将主要光学通道和次要光学通道会聚为会聚光学通道。会聚光学通道在眼睛中形成多个图像平面。图像平面之间包括屈光距离，并且多个图像平面之间的屈光距离是主要光学通道和次要光学通道之间的光学聚散度之间的差。

在另一个实施例中，提供了一种用于延缓或逆转观看者的近视进展的方法。观看者的眼睛具有视网膜，视网膜带有中央区域。该方法包括以下步骤：提供沉浸式显示单元，其具有第一显示器，位于第一显示器的近侧的第一屈光正透镜，位于第一屈光正透镜的与第一显示器相反的一侧的第一全反射镜，第二显示器，位于第二显示器近侧的第二屈光正透镜，位于第二屈光正透镜与第二显示器相反的一侧的半透明镜和远离第一全反射镜的第二全反射镜。该方法还包括以下步骤：在第一显示器上形成主要视觉内容，通过第一屈光正透镜折射主要视觉内容以形成主要光学通道，用第一全反射镜将主要光学通道重引导到第二全反射镜，在第二显示器上形成次要视觉内容，通过第二屈光正透镜折射次要视觉内容，以形成指向半透明镜的次要光学通道，将次要光学通道反射离开半透明镜，将主要光学通道和次要光学通道会聚成会聚光学通道，并将会聚光学通道反射离开第二全反射镜。会聚光学通道在眼睛中形成多个图像平面。图像平面之间具有屈光距离，并且多个图像平面之间的屈光距离是多个图像平面之间的最大的差。

在本发明的另一个实施例中，非沉浸式显示单元包括用于形成主要视觉内容的显示器，位于显示器近侧的屈光正透镜，位于屈光正透镜的与显示器相反的一侧的全反射镜，以及远离全反射镜的半透明镜。主要视觉内容物通过屈光正透镜折射以形成主要光学通道，全反射镜将主要光学通道重引导到半透明镜。次要视觉内容形成至次要光学通道，并且次要光学通道指向半透明镜。半透明镜将主要光学通道和次要光学通道会聚成会聚光学通道，并且会聚光学通道在眼睛中形成多个图像平面。

在本发明的另一个实施例中，沉浸式显示单元包括：用于形成主要视觉内容的第一显示器，位于第一屈光正透镜的与第一显示器相反的一侧的第一全反射镜，用于形成次要视觉内容的第二显示器，位于第二显示器近侧的第二屈光正透镜，位于第二屈光正透镜与第二显示器相反的一侧的半透明镜和远离第一全反射镜的第二全反射镜。主要视觉内容通过第一屈光正透镜折射以形成主要光学通道，并且第一全反射镜将主要光学通道重引导到第二全反射镜，使次要视觉内容通过第二屈光正透镜折射形成次要光学通道。次要光学通道被引导到半透明镜，并且半透明镜反射第二光学通道。半透明镜将主要光学通道和次要光学通道会聚成会聚光学通道，将会聚光学通道反射离开全反射镜。会聚光学通道在眼睛中形成多个图像平面。

附图说明

现在将参考附图描述本发明的示例，其中：

图1A是示出使用传统视觉显示单元的方式的图；

图1B是观看图1A的传统视觉显示单元的眼睛的示意性光学图；

图2A是示出具有透明层的光学系统的图；

图2B是观看图2A的光学系统的透明层的眼睛的示意性光学图，示出了所产生的近视散焦；

图3A是示出具有图2A的光学系统的便携式系统的图；

图3B是观看图3A的便携式系统的眼睛的示意性光学图，示出了所产生的近视散焦；

图4A是示出具有反射层的光学系统的方式的图；

图4B是观看图4A的光学系统的眼睛的示意性光学图，示出了所产生的近视散焦；

图5A是示出具有图4A的光学系统的便携式系统的图；

图5B是观看图5A的便携式系统的眼睛的示意性光学图，示出了所产生的近视散焦；

图6是采用透明层或反射层以及对比度增强技术的便携式视觉显示单元的图。阴影表示透明层或反射层；

图7是观看图2A的光学系统的眼睛的示意性光学图，示出了所产生的远视散焦；

图8是本发明的非沉浸式显示单元的实施例的示意性光学图；

图9是本发明的沉浸式显示单元的实施例的示意性光学图；以及

图10是可用于本文的电子控制系统的实施例的示意图。

本文中的图不一定按比例绘制。

具体实施方式

本领域技术人员理解，如本文中所使用的，诸如“第一”、“第二”、“主要”、“次要”等的名称仅是为了清楚起见并指示相对顺序和分组，而并非旨在以任何方式限制。

如本文所使用的，术语“观看者”和“用户”是同义词，因为使用本发明的装置和/或系统的是观看者。

本发明涉及一种用于预防、延缓和/或逆转任何眼睛的屈光不正(包括人眼的近视或远视在内)的进展的方法。在本文的一个实施例中，本发明涉及一种用于预防屈光不正的进展的方法。在本文的一个实施例中，本发明涉及用于延缓屈光不正的进展的方法。在本文的一个实施例中，本发明涉及一种逆转屈光不正的方法。

提供一种用于预防或延缓近视进展的方法，包括在人眼的视网膜上产生聚焦图像以供观看，同时在视网膜前面产生散焦图像以产生近视散焦，如本文下面描述的。特别地，该方法包括至少在视网膜的中央区域上产生近视散焦，以实现治疗效果。为了预防或减少远视的进展，该方法包括在人眼的视网膜上产生聚焦图像以供观看，并同时在视网膜后面产生散焦图像以产生远视散焦。

传统的观看系统在单个平面上显示视觉信息。在观看时，主要的视觉对象(诸如文本和图形)聚焦在视网膜上，不会引起散焦刺激(或者如果用户表现出适应性滞后的习惯，则会引起少量近视引起的远视散焦)。本发明利用透明或反射光学层，当观看主要视觉对象时，允许分别在该层后面或前面的次要对象同时被看到。将位于不同屈光平面上的次要对象投影到视网膜前面以产生延缓近视的近视散焦刺激，或投影在视网膜后面以产生减少远视的远视散焦刺激。

透明度通常定义为材料允许光通过自身而不会发生散射的能力。在此上下文中，层的透明度是光学物理学中的一个术语，描述了透射穿过层的光的比例，该比例在0％到100％之间是可量化、可调整和可测量的。因此，术语“透明”的含义不限于完全透明的字面含义，还包括“部分透明”或“局部透明或局部部分透明”。在本公开的上下文中，相对于材料层的术语“透明”是指可见光的约100％至约70％，或约100％至80％，或约100％至约85％透过该层。

反射率通常定义为表面反射的光的百分比。在本上下文中，术语“反射的”的含义是指“光反射”。该术语不限于完全反射的字面意思，还包括“部分反射”或“局部反射或局部部分反射”。

本发明实施例中提到的透明层或反射层可以是通过各种技术产生的物理屏幕(用于透明或反射层)或虚拟成像平面(用于透明层)，包括但不限于液晶显示器、有机发光二极管、屏幕投影系统、全息显示器、局部镜、多视场可视化(multiscopic visualization)、体积复用可视化(volume multiplexing visualization)或其组合的技术。

本发明的实施例中所指的系统可以是永久性的家庭、办公室或体育馆的视觉显示环境，包括诸如台式个人计算机、电视、剧院系统或其组合的组件。该系统还可以是紧凑的便携式单元或电子设备，诸如电子书阅读器、平板计算机、便携式显示器、便携式计算机、其他媒体或游戏系统。

本文描述了用于延缓或逆转屈光不正的进展的许多非限制性实例，重点是人眼的近视。用于实施此方法的装置会改变眼睛的散焦平衡，以影响屈光正常方向上的三维的眼生长。特别地，在眼睛中引起近视散焦以延缓近视的进展。当可以在整个治疗过程中维持正常的视觉任务时，引入近视散焦很重要。这意味着在治疗期间可以在中央视网膜上保持聚焦图像。视觉显示单元形式的透明层或反射层提供了一个平台，用于投影各种主要的视觉内容，这些内容又将在视网膜上形成聚焦图像。同时，该层的透明度或反射率允许看到次要对象。不提供主要视觉内容的层的区域可以提供透明度或反射率。可替代地，包括文本或图形本身的对象也可以是部分透明或反射的，使得观看者可以将直接在透明对象后面或反射对象前面的任何其他对象视为重叠的散焦图像。无论如何提供透明度或反射率，层上的主要视觉内容(例如文本、图形)都扮演着双重关键角色，成为关注的对象，并为观看者锁定其眼部适应(ocular accommodation)和在透明或反射层的平面上的聚焦提供了必要的视觉线索。单独的透明或反射层将不会充当观看者锁定其适应的有效目标，并且除非在其上显示视觉内容，否则将无法实现所需的功能。根据光学原理，在透明层后面或反射层前面看到的对象将投影在视网膜前面。因此，这是同时提供清晰的视场和近视散焦的有效手段。此外，本文的系统和方法的优点在于它不涉及使用专用镜片，因此可以广泛应用于儿童和年轻人。

图1A示出了传统的视觉显示单元通常被安装并用于观看的方式。与例如图2A中的31或图4A中的81相比，传统的视觉显示单元11不包括透明或反射区域。此外，它可以位于对象12附近，该对象在图2中被示为背景对象，其可能缺少重要的视觉细节。如图1B所示，传统的视觉显示单元20在被观看时在视网膜22上产生聚焦图像21。该单元后面的对象23被遮挡并且在中央视网膜上不提供任何图像。尽管对象23可以朝着外围延伸超过单元20，但是由于对象23离单元20太近和/或缺乏明显的视觉细节，因此它通常不会产生有效的近视散焦。

在本发明的第一实施例中，提供了一种方法，用于在视网膜前面引入次要散焦图像，同时在视网膜上引入聚焦图像作为主要图像，该主要图像通过透明层连续地引起观看者的注意。参考图2A，这是通过在观看者33的前面提供诸如后层32之类的对象，在观看者33与后层32之间提供透明层31以及随后在透明层的主要图像引起观看者的注意来实现的。该对象可以是物理对象和/或对象的图像。优选地，它是某种形式的文本或图形，观看者可以在其上主动调整他/她的眼部适应和焦点。如图所示，透明层31可以是视觉显示单元的形式，诸如透明电视屏幕。透明层31的透明度允许后面的后层32被看作是次要图像，该次要图像被投影在视网膜的中央区域的前面以产生近视散焦。对象还可以朝着外围延伸，使得次要图像也可以将散焦图像投影到外围视网膜上，以进一步增强治疗效果。如本文中所使用的，“在视网膜的中央区域的前面”是指次要图像聚焦在从视网膜到玻璃体侧至少0.25屈光度的平面上。优选地，屈光距离为约2至约3屈光度。本领域技术人员理解，这种屈光度的测量在眼科领域是标准的，在此无需详细讨论。在本文的一个实施例中，透明层的透明度是可调节的，或者可在约70％至约100％的透明度之间调节，以控制要观看的次要图像的量。如图2A所示，借助于一些支撑结构34，透明层31位于后层32和观看者33之间。在本文的一个实施例中，可选的支撑结构34连接至透明层31，从而物理地连接至透明层31，将其固定在适当的位置，并防止其相对于后层明显移动。在本文中，可以单独地或彼此结合地使用许多不同类型的支撑结构，诸如机架、支架、线、臂及其组合。如本文所使用的，支撑结构还可包括将透明层从例如天花板悬挂的结构。

在本文的一种或多种方法中，目标是通过鼓励观看者的眼睛停止朝某个方向生长，鼓励观看者的眼睛朝另一个方向生长和/或使观看者的眼睛生长为某种更好的形状，来停止眼睛屈光不正的进展和/或治愈眼睛屈光不正。因此，为了提高有效性，本文的方法可能需要观看者重复、连续使用一定延长时间，例如超过1周，或约1周到15年；或约1个月至约10年；或约2个月至约7年。在本文的一个实施例中，本文的方法包括在约3个月至约5年的时间内重复观看本文的系统。

在本文的一个实施例中，用于产生次要图像的对象是固定的或可变的墙纸，其示出了诸如森林或山脉的风景或诸如图2A所示的图片。优选的是，这样的图片包含具有足够对比度的视觉内容和一定范围的空间频率，这被证明为眼睛检测到的近视散焦将被校正的前提条件。(Tse，Chan等人2004；Diether和Wildsoet 2005)。特别地，优选地，图片包含视觉内容，其对比度大于10％，或者优选地为约25％至约75％，这是通过使用摄像机的图像捕获然后量化像素亮度级别来测量的。还优选图片中包含的空间频率范围是0.02–50周期/度，该范围是通过使用摄像机的图像捕获测量，然后使用离散傅里叶变换进行的空间频率分析的。提供主要图像的层与提供次要图像的对象之间的优选光学距离为约0.25至约6屈光度，或约0.5至约4屈光度，或约2至约3屈光度。可以通过量化抵消散焦所需的透镜的光焦度，或者通过测量所有光学组件的物理尺寸，然后进行光线跟踪，来测量光学距离。

在本文的一个实施例中，特别地定制近视或远视散焦的水平以对抗观看者的近视或远视的水平，特别是例如将系统提供在诸如平板电脑、个人计算机、智能手机等，通常由单人使用。

参考图2B，观看者通常使用眼部适应来有意地使由透明层40显示的主要图像聚焦。取决于观看者现有的屈光不正，可能需要传统的眼镜矫正(图中未示出)，以使观看者将主要图像聚焦在视网膜上。显示在前层40上的主要图像作为聚焦图像41投影在眼睛上的视网膜42的中央部分。同时，将后层的次要视觉内容43投影到眼睛中，作为在视网膜42的中央区域前面的近视散焦的次要图像44。在中央视网膜前面的散焦的次要图像44用作近视散焦47信号的主要来源，用于延缓近视进展。后层可以可选地进一步向外围45延伸，以将另外的近视散焦图像46投影在视网膜的除中心区域之外的区域上。

可以进一步修改所体现的光学系统，例如，它可以包含具有不止一个透明层的视觉显示单元。主要视觉内容可以被显示在前透明层上作为主要图像，以供用户连续观看。作为近视散焦的视觉提示而形成次要图像的次要视觉内容，不需要用户的注意，可以显示在至少一个用于构造散焦图像的后层上。

图3A示出了具有单个透明层作为视觉显示器的简化光学系统。该系统体现为诸如电子书阅读器单元51的便携式电子设备的紧凑形式。在本文的实施例中，本文的便携式电子设备可以包括电子书阅读器、移动电话、电子平板电脑、计算机、个人数字助理、手表、头饰、眼镜、无线显示器、全息投影仪、全息屏幕、增强现实设备、虚拟现实设备及其组合。通过诸如机架53的机械支撑结构将用作显示屏的透明层定位并控制在垂直于观看者52的位置，其在折叠时变得便携。支撑结构可以永久地或暂时地连接到透明层。随机对象54可以出现在单元51后面的背景环境中。取决于观看者现有的屈光不正，可能需要传统的眼镜矫正(图中未示出)，以使观看者将主要图像聚焦在视网膜上。

参考图3B，观看者运用眼部适应以使透明层显示的主要图像聚焦。结果，诸如透明层60上所示的文本和图形之类的视觉内容在视网膜62上被投影为聚焦的主要图像61。当用户在不同的视觉环境中携带和使用该单元时，随机的视觉对象63和65进入查看器的视场。观看者可以看到透明层60后面的对象63作为次要图像66，并且被投影以在中央视网膜64的前面形成近视散焦图像。这些散焦的次要图像用作近视散焦67信号的主要来源，用于延缓近视的进展。外围视场中距该单元更远的其他对象65也可以将近视散焦的次要图像66投影在视网膜的其他部分上。这些图像还用作近视散焦67的辅助源，用于延缓近视进展。优选地，透明层的透明度是可手动和/或自动调节的，以控制要观看的背景对象的量。

可替代地，在本文的实施例中，光学系统(例如图3A的单元51)可以是电子设备，其在相同或不同的层上产生主要图像和次要图像，例如同时提供聚焦的主要图像和散焦的次要图像在同一显示屏上。

优选地，单元51的显示屏的透明度是可调节的，并且更优选地是可控制的，例如通过诸如透明有机发光二极管之类的电子手段，以在不同环境下根据个人喜好来保持和优化视觉内容的清晰度。

在本发明的另一实施例中，提供了一种方法，该方法通过提供层来引入近视散焦，该层具有面对观看者的反射表面，至少一个面对反射表面的对象，以及随后在层上的具有诸如文本和图形的可视内容的主要图像，观看者可以看到主要图像。同样，对象可以是物理对象和/或对象的图像。反射表面允许观看者将对象的反射视为次要图像，并且次要图像聚焦在观看者的视网膜的中央区域的前面。对象可以位于观看者后面和/或在观看者和反射表面之间。

在本文的一个实施例中，反射层可以是适于提供主视觉内容的主要图像的视觉显示单元。参考图4A，本文的方法包括以下步骤：在观看者83后面提供对象84，诸如后层，并且进一步提供具有反射表面82的层81，诸如镜子或具有反射表面的显示屏，该反射表面82面向观看者83和对象84。然后在层81上提供主要图像以引起观看者的注意。反射表面82的反射率使得观看者后面的后层可以被观看者观看为反射，并且该反射被投影在视网膜的前面以产生近视散焦。用于产生次要图像的对象可以是观看者后方的固定或可变墙纸，这些墙纸显示风景如森林或山脉或任何图片。优选的是，次要图像包含具有足够对比度和空间频率范围的详细图案，这是投影的近视散焦图像被视网膜检测到的前提。例如，在图4A的系统中使用投影的风景照片或墙纸84。

参考图4B，观看者使用眼部调节有意地使由层90显示的主要图像聚焦。取决于观看者现有的屈光不正，可能需要传统的眼镜矫正(图中未示出)，以使观看者正确地将主要图像聚焦在视网膜上。显示在前层90上的主要图像在眼睛中投影为聚焦图像91，位于视网膜92的中央区域。同时，提供视觉内容的观看者后方的对象93被镜95反射并在眼睛中投影为在视网膜92的中央区域前面的近视散焦的次要图像94。在中央视网膜前面的散焦的次要图像94是用于延缓近视进展的近视散焦信号的主要来源。对象93可以可选地进一步朝着外围延伸，以便在外围视网膜上投影另外的近视散焦图像，以进一步增强治疗效果。

优选地，反射表面的光反射率是可调节的，以便控制要观看的主要对象的清晰度。如图4A所示，层81通过安装在壁上而面向观看者83和后层84。可替代地，层81可以连接到支撑结构或由支撑结构支撑。在本文中，可以单独地或彼此结合地使用许多不同的支撑结构，诸如机架、支架、线、臂及其组合。如本文所使用的，支撑结构也可以包括使该层悬挂的结构。

如上所述的光学系统可以被进一步修改。例如，它可以包含具有多于一层的视觉显示单元。主要视觉内容显示在前层作为主要图像，以供用户连续观看。在不需要用户注意的情况下，作为近视散焦的视觉线索形成次要图像的次要视觉内容显示在至少一个用于构造散焦图像的后层上。

图5A示出了具有单个反射层作为视觉显示器的简化光学系统。该系统被实现为诸如电子书阅读器单元101的便携式电子设备的紧凑形式。用作显示屏幕的层通过诸如机架103机械支撑的结构被连接到并位于在靠近观看者102的垂直位置，其在折叠时可以变得便携。随机对象104可以出现在单元101前面的任何地方。取决于观看者现有的屈光不正，可能需要传统的眼镜矫正(图中未示出)，以使观看者将主要图像聚焦在视网膜上。参考图5B，观看者运用眼部适应以使该层显示的主要图像聚焦。结果，诸如单元上所示的诸如文本和图形的视觉内容在视网膜112上被投影为聚焦的主要图像114。当用户在不同的视觉环境中携带和使用该单元时，随机的次要视觉对象113和115进入观看者的视场。观看者可以看到面向层120的反射表面的对象113作为次要图像122，并且将其投影以在中央视网膜前面形成近视散焦图像。这些散焦的次要图像是近视散焦127信号的主要来源，用于延缓近视的进展。外围视场中距该单元更远的其他对象115也可以将近视散焦的次要图像129投影在视网膜的其他部分上。这些图像用作近视散焦127的次要来源，用于延缓近视进展。

优选地，单元101的反射表面的光反射率是可调节的，并且更优选地是可控制的，例如，通过诸如顶部发射OLED技术之类的电子手段，以便在不同环境下根据个人喜好维持和优化视觉内容的清晰度。

图6描述了采用本发明中体现的透明或反射显示层的电子书阅读器单元130的示例。单元130使用对比度增强技术来防止所显示的文本或图形由于来自该层后面的对象的散焦图像的混淆而失去可读性。例如，在一个实施例中，有机发光二极管显示器可以用于显示主要图像。没有文本132或图形133的层的空闲区域131保持透明或反射(如图中阴影部分所示)。显示的文本或图形有意地被具有相对于文本或图形的对比颜色的边缘134围绕，以增强对比度。例如，白色文本可以被黑色边缘包围，或者蓝色文本可以被黄色边缘包围等。在本文的一个实施例中，主要图像(在此包括文本)包含至少一个边缘，并且该边缘被对比颜色包围。

申请人先前使用动物模型的研究(Tse和To，2011)支持了本发明治疗近视和远视的能力，该研究表明，可以通过双层观看系统将近视散焦和远视散焦引入眼睛。在该研究中，使双层系统的前层变成部分透明，使得可以看到后层。如果受到适当控制，则后层可能会产生近视散焦，而前层可能会产生远视散焦。结果表明，眼睛的屈光不正是由近视散焦、远视散焦的量或(更精确地)由双层系统以可控方式产生的两者之间的比率来调节的。因此，通过将透明层或其变体用作反射层，可以将类似的多层观看系统应用于治疗人的屈光不正，这似乎是可行的。

图7示出了本发明的另一实施例，其涉及用于治疗远视的光学系统。主要视觉内容142由后层140显示以供观看，而不需要观看者注意的次要视觉内容由前透明层144显示。当用户使用眼部适应有意识地将注意力集中在后层140上时，在后层140上显示的主要视觉内容的图像在眼睛中被投影为聚焦的主要图像148。在前透明层144上的次要视觉内容在视网膜150后面的眼睛中被投影为远视散焦的次要图像146。散焦图像用作远视散焦152刺激的主要来源，以促进眼睛生长并减少远视。

图8是本发明的非沉浸式显示单元202的实施例的示意性光学图，其例如在增强现实的实施例中有用。在图8中，观看者的眼睛210包含具有中央区域214的视网膜212。提供了显示器216，在显示器216上形成主要视觉内容218。在该实施例中，主要视觉内容218是用户/观看者最感兴趣的。屈光正透镜220被提供在显示器216的近侧，并且通过屈光透镜220折射主要视觉内容218，以形成主要光学通道(optical channel)222。

全反射镜224位于屈光正透镜220的与显示器216相反的一侧。全反射镜224将主要光学通道222重引导至半透明镜226。半透明镜226远离全反射镜224。在本文的一个实施例中，半透明镜是防护膜镜、具有或不具有偏振器的分束器以及它们的组合。

在本文的一个实施例中，半透明镜是可调节的。或可调节以改变反射率和透明度之间的比例；或者是电致变色的，和/或其组合。调整半透明镜的反射率；或反射率和透明度之间的比率，使用户可以更改主要视觉内容和次要视觉内容的相对强度，如眼睛所见。不受理论的限制，相信这样的可调节特征在例如增强现实实施例需要针对室内/室外情况，明亮/暗光情况等进行调节的情况下特别有用。

在图8中，次要视觉内容228，在这种情况下来自观看者远端的对象，被形成为次要光学通道230，并被导向到半透明镜226。半透明镜226将主要光学通道222和次要光学通道230会聚成会聚光学通道232，该会聚光学通道232包含用于主要光学通道222和次要光学通道230的光学信息。

在进入眼睛210后，图8的会聚光学通道232在眼睛中形成多个图像平面234。这里形成了主要图像平面234’和次要图像平面234”(如图9所示)。本领域技术人员可以理解，主要图像平面234'包含主要图像236，该图像直接受到主要视觉内容218的影响，并且是上下颠倒的。类似地，次要图像238位于次要图像平面234”上(见图9)，并且次要图像238直接受到次要视觉内容228的影响，并且是上下颠倒的。此外，在图8中，主要图像236聚焦在视网膜212上。

图像平面234'和234”之间存在屈光距离DD，它由主要光学通道222和次要光学通道230之间的光学方差确定。

本领域的技术人员理解，可以例如通过调节屈光镜220本身的屈光度来调节显示器216和屈光正透镜220之间的距离D来调节屈光距离DD。

在图8的实施例中，屈光正透镜216是例如+30D的高屈光度正透镜。距离D为3cm，并且屈光正透镜220形成-3D负光学聚散度的主要光学通道222。在图8的实施例中，两个图像平面234，特别是主要图像平面234'和次要图像平面234”之间的屈光距离约为3D，这是主要光学通道222和次要光学通道230之间的光学聚散度之间的差。

在本文的一个实施例中，屈光正透镜的基线光焦度为约10D至约100D。在本文的一个实施例中，屈光正透镜在约+6D到约-6D之间可调节(相对于基线屈光度)；或从约+3D至约-3D。

来自本文实施例的多个图像平面在观看者的眼睛中产生近视散焦，从而延缓或逆转近视的进展。因此，在本文的一个实施例中，该方法还包括产生近视散焦的步骤。

在本文的一个实施例中，控制器(参见图10的282)；或控制器中的软件(参见图10的282)监视本文的系统，以便将用户的眼睛210的注意力吸引到主要视觉内容218，从而吸引到主要图像236。控制器(图10中的282)跟踪并控制主要视觉内容218和主要图像236，使得用户自然地调整其适应，以将主要图像236聚焦在视网膜212上。然后，控制器(图10的282)确保次要视觉内容228等聚焦为次要图像238等，其分别具有不同屈光聚散度然后聚焦在视网膜的前面，在图像平面234’处。这反过来会导致近视散焦。

在本文的一个实施例中，近视散焦的水平、眼部适应以及它们的组合是为用户或眼睛定制的。在本文的一个实施例中，非沉浸式显示单元是为特定用户的眼睛定制的。在本文的一个实施例中，提供一对具有相同或不同规格的非沉浸式显示单元，以便同时延缓或逆转同一用户的两只眼睛的近视进展。

在本文的一个实施例中，本文的非沉浸式显示单元包括眼镜。在本文的一个实施例中，一副眼镜包括本文的非沉浸式显示单元。

图9是本发明的沉浸式显示单元250的实施例的示意性光学示意图，诸如在例如虚拟现实耳机或眼镜中可能有用。在该实施例中，观看者的眼睛210包含具有中央区域214的视网膜212。提供了第一显示器216'，其形成主要视觉内容218，其为用户/观众主要感兴趣的。在第一显示器216'的近侧设置了屈光正透镜220'，其是高屈光正透镜。屈光正透镜220'与第一显示器216'的距离为D'，并且折射主要视觉内容218，以形成主要光学通道222。

提供第二显示器216”，该第二显示器形成次要视觉内容228，其不是用户/观看者主要感兴趣的。在第二显示器216”的近侧设置了屈光正透镜220”，其是高屈光正透镜。屈光正透镜220”与第二显示器216”的距离为D”，并且折射次要视觉内容228，以形成次要光学通道230。

提供了第三显示器216”’，该第三显示器形成了第三视觉内容252，其不是用户/观看者主要感兴趣的。在第三显示器216”’的近侧设置了屈光正透镜220”’，其是高屈光正透镜。屈光正透镜220”’与第三显示器216”’的距离为D”’，并且折射第三视觉内容252，以形成第三光学通道254。

在图9的实施例中，主要光学通道222、次要光学通道230和第三光学通道254分别通过由半透明镜226'、全反射镜224”和半透明镜226”’形成的系统会聚。具体而言，全反射镜224”将次要光学通道230朝向半透明镜226”’反射。半透明镜216'和全反射镜224”。半透明镜226”’反射第三光学通道254，并将次要光学通道230和第三光学通道254会聚成会聚光学通道232'，该光学通道又指向半透明镜226'。会聚光学通道232'包含次要光学通道230和第三光学通道254的视觉信息。半透明镜226'反射主要光学通道222，并会聚主要光学通道222和会聚光学通道232'，其变为会聚光学通道232”。会聚光学通道232”包含主要光学通道222、次要光学通道230和第三光学通道254的视觉信息。会聚光学通道232”指向全反射镜224”’。

全反射镜224”’将会聚光学通道232”反射到眼睛210中。在进入眼睛210时，图9的会聚光学通道232”形成多个图像平面，具体地，在眼睛中形成主要图像平面234'、次要图像平面234”和第三图像平面234”’。本领域技术人员可以理解，主要图像平面234'包含主要图像236，该图像直接受到主要视觉内容218的影响，并且是上下颠倒的。类似地，次要图像238位于次要图像平面234”上。次要图像238直接受到次要视觉内容228的影响，并且是上下颠倒的。最后，第三图像256位于第三图像平面234”上，第三图像256直接受到第三视觉内容252的影响，并且也是上下颠倒的。此外，在图9中，主要图像236聚焦在视网膜212上，而次要图像238和第三图像256聚焦在视网膜212的前面。

通常，在图像平面234'、234”和234”’之间存在屈光距离DD'，DD”等，并且由主要光学通道222、次要光学通道230和/或主要光学通道222和第三光学通道254之间的光学方差的较大的一个确定。更具体地，屈光距离DD'与主要光学通道222和次要光学通道230之间的光学聚散度差有关。类似地，屈光距离DD”与主要光学通道222和第三光学通道254之间的光学聚散度差有关。

在图9的实施例中，关于主要视觉内容218，屈光正透镜220′为+29D，并且距第一显示器216′的距离D′为3cm。屈光正透镜220′将主要视觉内容218折射成形成具有-4D负光学聚散度的主要光学通道222的光线。关于次要视觉内容228，屈光正透镜220”是+30.5D，并且距第二显示器216”的距离D”为3cm。屈光正透镜220”将次要视觉内容228折射成形成具有-2.5D负光学聚散度的次要光学通道222”的光线。关于第三视觉内容252，屈光正透镜220”’为+32D，并且距第三显示器216”’的距离D”’为3cm。屈光正透镜220”’将第三视觉内容252折射成形成具有-1D负光学聚散度的第三光学通道254的光线。

不受理论的限制，认为在显示器216'上呈现的主要视觉内容218被成像在眼睛210的视网膜212上，作为主要图像236，并且该图像是用户最感兴趣的，它引起并确定眼部适应的量。同时，次要视觉内容228和第三视觉内容252作为近视散焦图像(尤其是次要图像238和第三图像256)分别投影到视网膜212前方的眼睛210中。次要图像和第三图像产生近视散焦，认为这可能会延缓甚至逆转近视的进展。

在本文的一个实施例中，近视散焦图像相对于主要图像的相对强度由可调节的半透明镜控制。

在本文的一个实施例中，本发明在眼睛中提供和/或产生多个近视散焦图像。

在本文的一个实施例中，可以例如通过调节距离D、透镜的屈光度等来微调任何光学通道的光学聚散度，例如如图8和图9所示。

在本文的实施例中，沉浸式显示单元中的各种镜、显示器、透镜等以3个维度布置，可以包含多个光学通道等，因此不必一定采用图9中描述的特定布置。

图10是在本文中有用的电子控制系统280的实施例的示意图。控制器282电连接到半透明镜226、显示器216、屈光正透镜220、马达284以及它们的组合(如果有多个半透明镜、显示器和/或屈光正透镜)。控制器通常是或包含微芯片和/或软件，该微芯片和/或软件控制一个或多个因素，例如半透明镜的透明度与反射率之比(尤其是如果它是电致变色薄膜镜)、屈光正镜片的屈光度、屈光正镜片与显示器之间的距离、镜与半透明镜之间的距离、显示器上的图像、显示器的强度、半透明镜、偏振器的方向、偏振器的强度等。

在本文的实施例中，非沉浸式显示单元可操作地连接到播放器，以包含和/或用于观看选自电影、游戏、视频、表演、广播、流视频，图片及其组合的娱乐；或视频、游戏及其组合；或视频游戏。

在图10中，控制器还连接到电源286，该电源可以是例如电源、或电池、电源插座、发电机及其组合。

本领域技术人员理解，为了简洁起见，申请人在本文中使用了术语“近视”及其变体，例如“近视的”。此外，为了简洁起见，申请人在本文中使用术语“屈光正透镜”。然而，本领域的技术人员还理解，本发明将至少等同地适用于观看者。或具有远视/远视状态的使用者或眼睛，在这种情况下，屈光负透镜也可用于本发明。此外，申请人认为，用于治疗远视的类似装置和/或治疗方法也显然在本发明的范围内，并且本文所述的本发明的实施例可以容易地被本领域技术人员调整以治疗例如远视。

本文中的描述、附图、示例等是为了便于理解，而不应被解释为以任何方式限制本发明的范围。预期本领域技术人员将能够基于对说明书和所附权利要求的完全和完整阅读来设想本发明的其他实施例。本文引用或描述的所有参考文献的所有相关部分通过引用并入本文。引入任何参考文献绝不以任何方式解释为承认该参考文献可作为本发明的现有技术。

参考文献：

Diether，S.和C.F.Wildsoet(2005)。“Stimulus requirements for thedecoding of myopic and hyperopic defocus under single and competing defocusconditions in the chicken.”Invest Ophthalmol Vis Sci 46(7)：2242-2252。

Tse，D.Y.和C.H.To(2011)。“Graded competing regional myopic andhyperopic defocus produce summated emmetropization set points in chick.”Investigative ophthalmology&visual science 52(11)：8056-8062。

Tse，Y.，J.Chan等(2004)。Spatial frequency and myopic defocus detection in chick eye in a closed visual environment。ARVO,Fort Lauderdale.

Claims (21)

1.一种用于延缓或逆转观看者的近视进展的方法，所述观看者的眼睛具有视网膜，所述视网膜带有中心区域，所述方法包括以下步骤：

A)提供一种非沉浸式显示单元，其包括：

i)显示器；

ii)位于所述显示器近侧的屈光正透镜；

iii)位于所述屈光正透镜的与所述显示器相反的一侧的全反射镜；以及

iv)远离所述全反射镜的半透明镜；

B)在所述显示器上形成主要视觉内容；

C)通过所述屈光正透镜折射所述主要视觉内容以形成主要光学通道；

D)用所述全反射镜将所述主要光学通道重引导到所述半透明镜；

E)形成次要视觉内容至指向所述半透明镜的次要光学通道；以及

F)将所述主要光学通道和所述次要光学通道会聚为会聚光学通道，

其中，所述会聚光学通道在眼睛中形成多个图像平面，其中，所述图像平面之间具有屈光距离，并且其中，所述多个图像平面之间的屈光距离是所述主要光学通道和所述次要光学通道之间的光学聚散度之间的差。

2.根据权利要求1所述的用于延缓或逆转观看者的近视进展的方法，其中，所述半透明镜是薄膜镜。

3.根据权利要求1所述的用于延缓或逆转观看者的近视进展的方法，其中，所述屈光正透镜的基线屈光度为约10D至约100D。

4.根据权利要求1所述的用于延缓或逆转观看者的近视进展的方法，其中，所述多个图像平面产生近视散焦。

5.根据权利要求1所述的用于延缓或逆转观看者的近视进展的方法，还包括以下步骤：产生近视散焦。

6.根据权利要求1所述的用于延缓或逆转观看者的近视进展的方法，其中，所述多个图像平面包括主要图像平面和次要图像平面，所述主要图像平面包括主要图像，所述次要图像平面包括次要图像，并且其中所述主要图像聚焦于所述视网膜。

7.根据权利要求1所述的用于延缓或逆转观看者的近视进展的方法，其中，所述半透明镜包括可调节的反射率。

8.根据权利要求1所述的用于延缓或逆转观看者的近视进展的方法，其中，所述次要视觉内容由所述观看者远侧的对象形成。

9.根据权利要求1所述的用于延缓或逆转观看者的近视进展的方法，其中，所述多个图像平面产生近视散焦。

10.一种用于延缓或逆转观看者的近视进展的方法，所述观看者的眼睛具有视网膜，所述视网膜带有中央区域，所述方法包括以下步骤：

A)提供一种沉浸式显示单元，包括：

i)第一显示器；

ii)位于所述第一显示器近侧的第一屈光正透镜；

iii)位于所述第一屈光正透镜的与所述第一显示器相反的一侧的第一全反射镜；

iv)第二显示器；

v)位于所述第二显示器近侧的第二屈光正透镜；

vi)位于所述第二屈光正透镜与所述第二显示器相反的一侧的半透明镜；以及

vii)远离所述第一全反射镜的第二全反射镜；

B)在所述第一显示器上形成主要视觉内容；

C)通过所述第一屈光正透镜折射所述主要视觉内容以形成主要光学通道；

D)用所述第一全反射镜将所述主要光学通道重引导到所述第二全反射镜；

E)在所述第二显示器上形成次要视觉内容；

F)通过所述第二屈光正透镜折射所述次要视觉内容，以形成指向所述半透明镜的次要光学通道；

G)将所述次要光学通道反射离开所述半透明镜；

H)将所述主要光学通道和所述次要光学通道会聚为会聚光学通道；以及

I)将所述会聚光学通道反射离开所述第二全反射镜，

其中，所述会聚光学通道在眼睛中形成多个图像平面，其中，所述图像平面之间具有屈光距离，并且其中，所述多个图像平面之间的屈光距离是所述多个图像平面之间的最大的差。

11.根据权利要求10所述的延缓或逆转观看者的近视进展的方法，还包括：

第三显示器；

位于所述第三显示器近侧的第三屈光正透镜；以及

位于所述第二屈光正透镜的与所述第二显示器相反的一侧的第二半透明反射镜，以及

还包括以下步骤：

在所述第三显示器上形成第三视觉内容；

通过所述第三屈光正透镜折射所述第三视觉内容，以形成指向所述第二半透明镜的第三光学通道；

将所述第三光学通道反射离开所述第二半透明镜；以及

将所述主要光学通道、所述次要光学通道和所述第三光学通道会聚成会聚光学通道。

12.根据权利要求10所述的用于延缓或逆转观看者的近视进展的方法，其中，所述屈光距离是所述主要光学通道和所述次要光学通道之间的光学方差之间的最大的差。

13.根据权利要求10所述的用于延缓或逆转观看者的近视进展的方法，其中，所述半透明镜是薄膜镜。

14.根据权利要求10所述的用于延缓或逆转观看者的近视进展的方法，其中，所述多个图像平面产生近视散焦。

15.根据权利要求10所述的用于延缓或逆转观看者的近视进展的方法，还包括产生近视散焦的步骤。

16.根据权利要求10所述的用于延缓或逆转观看者的近视进展的方法，其中，所述多个图像平面包括主要图像平面和次要图像平面，所述主要图像平面包括主要图像，所述次要图像平面包括次要图像，并且其中所述主要图像聚焦于所述视网膜。

17.根据权利要求10所述的用于延缓或逆转观看者的近视进展的方法，其中，所述多个图像平面产生近视散焦。

18.一种非沉浸式显示单元，包括：

A)用于形成主要视觉内容的显示器；

B)位于所述显示器近侧的屈光正透镜；

C)位于所述屈光正透镜的与所述显示器相反的一侧的全反射镜；以及

D)远离所述全反射镜的半透明镜；

其中所述主要视觉内容通过所述屈光正透镜折射以形成主要光学通道，其中所述全反射镜将所述主要光学通道重引导到所述半透明镜，其中次要视觉内容形成至次要光学通道，其中，所述次要光学通道指向所述半透明镜，其中，所述半透明镜将所述主要光学通道和所述次要光学通道会聚成会聚光学通道，并且其中所述会聚光学通道在眼睛中形成多个图像平面。

19.一种沉浸式显示单元，包括：

A)用于形成主要视觉内容的第一显示器；

B)位于所述第一显示器近侧的第一屈光正透镜；

C)位于所述第一屈光正透镜的与所述第一显示器相反的一侧的第一全反射镜；

D)用于形成次要视觉内容的第二显示器；

E)位于所述第二显示器近侧的第二屈光正透镜；

F)位于所述第二屈光正透镜与所述第二显示器相反的一侧的半透明镜；以及

G)远离所述第一全反射镜的第二全反射镜，

其中所述主要视觉内容通过所述第一屈光正透镜折射以形成主要光学通道，其中所述第一全反射镜将所述主要光学通道重引导到所述第二全反射镜，使所述次要视觉内容通过所述第二屈光正透镜折射形成次要光学通道，其中所述次要光学通道指向所述半透明镜，其中所述半透明镜反射所述次要光学通道，其中所述半透明镜会聚所述主要光学通道和所述次要光学通道以形成会聚光学通道，将所述会聚光学通道反射离开所述全反射镜，并且其中所述会聚光学通道在眼睛中形成多个图像平面。

20.一种显示系统，包括根据权利要求18所述的非沉浸式显示单元。

21.一种显示系统，包括根据权利要求19所述的沉浸式显示单元。

Images