CN113727673A - 用于减少近视发展的具有动态光学性质的眼科镜片 - Google Patents

Abstract

一种眼科镜片包括对应于眼科镜片的光学表面的第一区的第一区域以及对应于该眼科镜片的光学表面的不同于第一区的第二区的第二区域。该第二区域具有光学能切换部件，其可在第一光学状态与不同于第一光学状态的第二光学状态之间切换。在第一光学状态下，第二区域部分地散射或散焦入射于该第二区的光。

Description

用于减少近视发展的具有动态光学性质的眼科镜片

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年4月23日提交的临时申请号62/837,688的优先权，其全部内容通过引用的方式并入本文中。

技术领域

本公开涉及具有动态光学性质的眼科镜片，并且更具体地，涉及用于减少近视发展的具有动态光学性质的眼科镜片。

背景技术

眼睛是一种光学传感器，来自外部光源的光通过晶状体聚焦到视网膜的表面，视网膜是波长相关的光电传感器阵列。眼睛晶状体可以采用的各种形状中的每一个都与外部光射线最佳地或接近最佳地聚焦的焦距相关联，以在视网膜表面上产生与眼睛观察到的外部图像相对应的倒置图像。在眼睛晶状体可以采用的各种形状中的每一个中，眼睛晶状体最佳地或接近最佳地聚焦由位于离眼睛一定距离范围内的外部物体发射或反射的光，而不太最佳地聚焦或不能聚焦位于该距离范围之外的物体。

对于正常视力的人，眼睛的轴向长度或从晶状体到视网膜表面的距离，对应于对远处物体的接近最佳聚焦的焦距。正常视力的人的眼睛聚焦远处的物体，而没有对肌肉的神经输入，肌肉施加力来改变眼睛晶状体的形状，这一过程被称作“调节”。更近、附近的物体被正常人聚焦，这是调节的结果。

然而，许多人患有与眼睛长度相关的疾病，诸如近视(“近视眼”)。在近视的人中，眼睛的轴向长度比在没有调节的情况下聚焦远处物体所需的轴向长度长。因此，近视的人可以清楚地观看近处的物体，但远处的物体是模糊的。虽然近视的人通常能够调节，但他们能够聚焦物体的平均距离比正常视力的人短。

通常，婴儿天生远视，眼睛长度比在没有调节的情况下最佳或接近最佳聚焦远处物体所需的要短。在眼睛的正常发育期间，其称作“正视化”，相对于眼睛的其他尺寸，眼睛的轴向长度增加到一个长度，该长度在没有调节的情况下提供了对远处物体的接近最佳聚焦。理想情况下，当眼睛长到最终的成人大小时，生物过程会维持眼睛长度与眼睛大小的接近最佳的相对比例。然而，对于近视的人，眼睛相对于整体眼睛大小的轴向长度在发育期间持续增加，超过了提供对远处物体接近最佳聚焦的长度，从而导致近视越来越明显。

认为近视既受行为因素影响，也受遗传因素影响。因此，近视可以通过解决行为因素的治疗设备来减轻。例如，在美国公开案2011/0313058A1中描述了用于治疗包括近视在内的眼睛长度相关疾病的治疗设备。

发明内容

通常，在第一方面，本发明的特征在于眼科镜片，包括：第一区域，其对应于眼科镜片的光学表面的第一区；以及第二区域，其对应于该眼科镜片的光学表面的不同于第一区的第二区，该第二区域具有可在第一光学状态和不同于该第一光学状态的第二光学状态之间切换的光学能切换部件，其中在第一光学状态下，第二区域部分地散射或散焦入射于该第二区上的光。

眼科镜片的实施例可以包括以下特征和/或其他方面的特征中的一个或多个。例如，在至少一个光学状态下，第一区是基本上透明区。

第一区可以具有从约2mm到约10mm的最大尺寸(例如，直径)。

第一区可以是圆形区。

第一区域可以包括光学能切换部件，并且可在透明光学状态和部分散射光学状态之间切换。

第二区可以围绕第一区。

在第二光学状态下，第二区域可以是基本上透明的(例如，具有类似于CR-39或聚碳酸脂的透明度)。

在第二光学状态下，第二区域可以以不同于第一光学状态的量部分地散射入射于第二区上的光。

光学能切换部件可在多于两个的光学状态之间切换。例如，光学能切换部件可以在不同的光学状态之间连续可调。

第一区可以与眼科镜片的光轴相交。

第一区可以对应于用户的视网膜中央凹(foveal)视野用于远距离观看。

第二区可以可在不同的光焦度之间切换。例如，第二区可在对应于第一区的光焦度的第一光焦度和第二区将近视散焦引入到穿过眼科镜片的光的第二光焦度之间切换。第二区可以对应于一个或多个小透镜。第二区可以对应于一个或多个环形区域。

光学能切换部件可以包括电光材料，诸如包括液晶材料的材料。在一些实施例中，电光材料是聚合物分散液晶(PDLC)材料。电光材料可以布置在两个透明基板之间的层中。至少一个基板可以支撑电极层。电极层可以由透明导电材料(例如，氧化铟锡)形成。基板中的每一个可以支撑电极层，并且电极层中的至少一个可以是包括对应于第一区域的第一电极和对应于第二电极的第二电极的图案化电极层。电极层可以被图案化以提供像素化电极结构。电极可以是被动可寻址电极或主动可寻址电极。

镜片可以是平镜片、单视镜片或多视镜片。

镜片可以是眼镜镜片或隐形眼镜镜片。

通常，在另一方面，本发明的特征在于一种系统，包括：眼镜装置，其包括一对眼科镜片，每一眼科镜片能够在至少两个不同光学状态之间切换，其中，在两个不同光学状态中的第一光学状态下，眼科镜片中的一个或两个的区域，与通过相应的眼科镜片的第二区域观看的图像相比，该系统降低了通过相应的眼科镜片的第一区域观看的图像的对比度；电源，其被布置为向该对眼科镜片提供电力，以在两个不同光学状态之间切换每一眼科镜片；以及电子控制器，其与电源和眼科镜片通信，并被编程为控制从电源到眼科镜片中的每一个的电力的传递。

该系统的实施例可以包括以下特征和/或其他方面的特征中的一个或多个。例如，该系统可以通过增加在该镜片的对应于第一区域的区上的入射光的散射量来降低眼镜装置的佩戴者所观看的图像的对比度。

系统可以通过向通过镜片的对应于第一区域的区观看的图像添加光来降低图像的对比度。眼镜装置可以包括投影显示模块，该投影显示模块将光导向用户的眼睛，并且该系统使用投影显示模块将光添加到通过该镜片的对应于第一区域的该区观看的图像。

系统可以包括与电子控制器通信的一个或多个传感器，传感器中的至少一个是眼睛跟踪传感器，其向电子控制器提供关于用户眼睛移动的信息。电子控制器被编程为响应于关于用户眼睛的移动的信息来改变至少一个眼科镜片的对应于第二区域的区。电子控制器可以被编程为改变对应于第二区域的该区，使得其与用户的注视轴重合。

系统可以包括与电子控制器通信的一个或多个传感器，传感器中的至少一个是环境传感器，其向电子控制器提供关于用户环境的信息。环境传感器可以是接近传感器(proximity sensor)，并且电子控制器可以被编程为基于来自接近传感器的信息来改变眼科镜片的光学状态。电子控制器可以被编程为基于来自环境传感器的信息来改变眼科镜片的光学状态。电子控制器可以通过改变相应的眼科镜片的对应于第一区域的区的位置来改变光学状态。

眼科镜片能够各自可在多于两个的不同的光学状态之间切换，每一光学状态对应于通过相应的眼科镜片的第一区域观看的图像的不同对比度降低水平。

电源可以包括电池，诸如可充电电池。

眼镜装置可以包括容纳电源和电子控制器的眼镜框架。

系统可以包括包含眼镜装置、电源和电子控制器的头戴式耳机。头戴式耳机可以是增强现实(AR)头戴式耳机。

通常，在另一方面，本发明的特征在于一种用于降低在人的周边视觉中形成的图像的对比度的方法，包括：使用人使用的眼科镜片中的光学能切换材料来改变该镜片的区中的散射量。

该方法的实现方式可以包括以下特征和/或其他方面的特征中的一个或多个。例如，该改变可以包括改变镜片的散射入射光的区以及改变该镜片的透明的区。

改变该区可以包括改变该区的大小。改变该区可以包括改变该区的位置。

散射量可以基于人的视觉任务(例如，阅读、观看屏幕)而改变。

散射量可以基于人的眼睛移动而改变。散射量可以被改变以将镜片的透明区与人的中心视轴对齐，并将散射区域与人的周边视野对齐。

通常，在另一方面，本发明的特征在于一种用于降低在人的周边视觉中形成的图像的对比度的方法，包括：使用头戴式光投影模块，将光导向到人的眼睛，使得光在对应于人的周边视野的位置投射到人的视网膜上，而不在对应于人的中心视野的位置投射到人的视网膜上。

该方法的实现方式可以包括以下特征和/或其他方面的特征中的一个或多个。例如，该方法可以包括基于人的眼睛移动来改变光。

方法可以包括基于环境光水平来改变光。

方法可以包括，通过位于镜片后方的对比度传感器，测量通过镜片和电子电路装置(例如，提供反馈环路)的图像对比度，以保持周边图像对比度大约恒定(例如，改变不超过40％、不超过30％、不超过20％、不超过10％)。

在其他优点中，所公开的实施例可以减轻人(例如儿童)的近视发展，同时提供适应环境和其他刺激的视觉体验。

附图说明

图1A是动态镜片实施例的平面图。

图1B是图1A中所示的动态镜片的剖视图。

图2A是描述了用途的图1A所示动态镜片的剖视图。

图2B是一副眼镜的透视图，该眼镜包含了图1A和1B所示的一对动态镜片。

图3A和3B分别是以处于第一操作状态的像素为特征的动态镜片的实施例的平面图和剖视图。

图3C和3D分别是处于第二操作状态的图3A和3B中所示的动态镜片的平面图和剖视图。

图4A是增强现实(AR)头戴式耳机的透视图。

图4B是用于图4A中所示的AR头戴式耳机中的投影显示器模块的实施例的示意图。

图5是用于佩戴者周边视野的降低的对比度的一副眼镜的透视图。

图6A是动态镜片的另一实施例的平面图。

图6B是图6A中所示的动态镜片的剖视图。

图7是动态镜片的另一示例的平面图。

不同图中的相似附图标记表示相似的元件。

具体实施方式

参考图1A和1B，眼科镜片100包括两个区域，这两个区域可以在彼此独立的不同光学状态之间切换。具体地，镜片100包括轴上区域102(即，镜片100的光轴与区域102相交)和围绕轴上区域102的周边区域104，每一区域可以在该区域部分地散射入射光的状态和该区域透明的另一状态之间切换。镜片100具有多层结构，该多层结构由层叠在具有光焦度的两层110a和110b之间的电光单元构成。电光单元由夹在两个相对的透明基板108a和108b之间的电光材料的层124构成。透明电极层106a和106b分别设置在基板108a和108b的面对表面上，与电光材料相邻。

顶部镜片层110a是平凸层，其平坦表面附接(例如，经由透明粘合剂)到基板108a的顶部表面。底部镜片层是平凹层，其平坦表面附接到基板108b的底部表面。因此，镜片100是弯月形镜片，其中顶部凸表面由顶部镜片层110a的凸表面提供，且底部凹表面由底部镜片层110b的凹表面提供。通常，通过明智地选择这些层的凸表面和凹表面的曲率，可以将镜片100的整体光焦度设置为期望值。例如，镜片100可以具有正球面光焦度或负球面光焦度。散光和/或多焦点(例如渐进)镜片的矫正也是可能的。

电极层106a和106b各自包括对应于区域102和104的两个电隔离区域。这允许将对应于每一区域的电光材料彼此分开地进行电切换。电极连接器突片112a和112b延伸到镜片100的周边之外，提供用于将电极层106a和106b连接到电源的电连接点。电隔离线允许对应于区域102的每一电极层的内部电极区域经由突片112a和112b连接到电源122。电极层106a和106b由透明导电材料形成，例如透明导电氧化物，诸如氧化铟锡、导电聚合物、金属网格、碳纳米管、石墨烯、纳米线网、超薄金属膜。

层124由电光材料构成，诸如聚合物分散液晶(PDLC)，其中液晶材料(例如，向列LC)分散或溶解在液体聚合物中，然后该液体聚合物凝固或固化以在聚合物基质中形成液晶液滴的分散体。通常，选择聚合物的折射率和LC的折射率，使得LC与所施加电场的对齐导致LC液滴和聚合物之间的折射率匹配状态，导致层124是入射到镜片上的基本上透明的光。在没有电场的情况下，LC指向器的定向随机化，并且入射光至少部分散射。散射量可以通过所施加的电场强度来控制。因此，中间散射状态(在透明和最大散射量之间)是可能的。

还可以使用其他电光材料。例如，在一些实施例中，电光材料由电致变色材料构成，诸如氧化钨和/或磷杂萘烷(phosphaphenalene)(例如，取决于所施加的电场改变颜色的材料，从而阻挡和/或吸收光)。

在一些实施例中，层124的电光材料由悬浮粒子设备构成，其通常由悬浮在液体中的棒状纳米粒子形成。悬浮粒子在电极之间自由浮动。在没有电场的情况下，悬浮粒子随机组织，散射光。在电位存在的情况下，悬浮粒子对齐，并让光通过。

电极层106a和106b形成在透明基板108a和108b上，位于基板108a和108b的顶部和底部，可以由玻璃、塑料或其他合适的透明基板材料制成。电极层的材料可以使用各种工艺形成在基板上，包括例如涂覆或物理沉积工艺(例如，溅射)。

其他电极几何形状也是可能的，诸如叉指型电极(例如，在单表面相邻层124上)。

顶部镜片层110a和底部镜片层110b分别附接到基板108a和108b的顶部和底部的外表面，并且也由透明材料形成，诸如玻璃或透明聚合物(例如，聚碳酸酯、Trivex)、或其他合适的透明镜片材料。透明粘合剂可以用于将镜片层粘合到对应的基板表面。

在一些实施例中，顶部镜片层110a和底部镜片层110b的外表面可以包括一层或多层其他材料，可以包括但不限于抗刮涂层镜面涂层、偏光膜、紫外线涂层、抗刮涂层和抗反射涂层。

在一些实施例中，顶部和底部镜片层的平坦表面提供了在其上形成电极的表面，并且不需要单独的基板层。

此外，虽然层124被描绘为均质层，即区域102和区域104中的成分相同，但是其他实现方式也是可能的。例如，层124可以由具有不同成分的区域构成。例如，在区域102，层124可以具有与区域104不同的构成。例如，层124可以由区域102中的透明材料(例如，透明聚合物)和区域104中的光学能切换材料(例如，PDLC)构成。

参考图2A，区域102和104的大小和位置使得当眼科镜片的用户注视轴116基本上与镜片的光轴对齐时(例如，当用户通过包含镜片的眼镜看向正前方时)，区域102与他们的视网膜中央凹视觉一致，而区域104与他们的周边视野116一致。因此，镜片100可以提供周边图像的不同光散射量，控制用户视觉系统的该区域中图像对比度降低的量。

例如，对于使用诸如PDLC的电光材料的镜片，通过在层124上施加适当强度的电场，镜片100在两种或更多种不同的光学状态之间切换。通过在电极层106a和106b之间施加电位差来施加电场。

当处于“关”或未通电状态时(例如，层124上没有电场)，层124的电光材料散射入射光并提供对比度降低的图像。当处于“开”或通电状态时(例如，当施加足够强度的电场时)，层124的电光材料变得透明。在一些实施例中，提供中间散射状态，其中电极被通电，但是电压强度不足以消除来自层124的所有光散射。随着电位强度的增加，层124变得越来越清晰。

因此，轴上区域102和周边区域104两者可以在一个或多个散射状态和彼此独立的透明状态之间切换。在许多应用中，轴上区域维持在透明状态，而区域104提供的散射量是变化的。

轴上区域102的大小和形状可以不同。通常，轴上区域102为用户提供了视锥，对于该视锥，他们的视敏度可以被最佳地校正(例如，校正到20/15或20/20)。在一些实施例中，轴上区域102的最大尺寸在约0.2mm(例如，约0.3mm或更大、0.4mm或更大、0.5mm或更大、0.6mm或更大、0.7mm或更大、0.8mm或更大、0.9mm或更大)至约1.5cm(例如，约1.4cm或更小、约1.3cm或更小、约1.2cm或更小、约1.1cm或更小、约1cm或更小)的范围内。轴上区域102可以是圆形的(如图1A所示)或非圆形的(例如，椭圆形、多边形或不规则的)。

轴上区域102可以在用户视野118中对着约20度或更小的立体角(例如，约15度或更小、约12度或更小、约10度或更小、约9度或更小、约8度或更小、约7度或更小、约6度或更小、约5度或更小、约4度或更小、约3度或更小)。水平和垂直视平面中对着的立体角可以相同或不同。

区域104对应于用户的周边视觉。周边区域104可以延伸到镜片的边缘(如图1A所示)，或者可以延伸到小于镜片的周长。通常，在区域104没有延伸到镜片边缘的情况下，它可以具有各种形状，例如圆形、椭圆形、多边形或其他形状。通常，区域104足够大，以即使当不直接通过轴上区域102观看时也在用户视野的大部分上提供用户周边视觉的降低的对比度。周边区域104可以具有30mm或更大的直径(或最大尺寸，对于非圆形区而言)(例如，40mm或更大、50mm或更大、60mm或更大、70mm或更大、80mm或更大，例如，100mm或更小、90mm或更小、80mm或更小、70mm或更小、60mm或更小)。参考图2B，用于减少近视发展的一副眼镜200包括在眼镜框架210中的两个光学能切换镜片100。框架210还容纳传感器142、电子控制器114和电源112。控制器114向镜片的电极提供电信号，使得区域102和/或104在不同的光学状态之间切换。在一些实施例中，眼镜包括用户界面(例如，开/关开关或其他手动控制)，用户可以通过该用户界面手动修改镜片的光学性质。例如，如果佩戴者参加已知在佩戴者的周边视野中引起高对比度视网膜刺激的活动，他们可以打开或增加区域104中的光散射量。相反，如果佩戴者参加对佩戴者的整个视野要求最大视敏度的活动，他们可以关闭区域104中的散射，使得镜片100的整个区都是透明的。

传感器142监控与佩戴者环境相关的一个或多个方面，并向控制器114提供对应的数据，允许控制器取决于关于佩戴者环境的信息来修改一个或两个镜片的光学性质。传感器142可以包括例如环境光传感器、接近传感器和/或图像传感器。

通常，在操作期间，眼镜200检测对应于佩戴者可能在其周边视野中受到高对比度图像的情况的环境条件，并相应地增加或减少每一镜片的区域104中的散射量。例如，使用来自传感器142的图像或接近数据，眼镜200可以检测佩戴者何时正在进行近距离阅读工作(例如，阅读书籍或报纸，或者在移动设备上阅读内容)，并且与例如用户不阅读时相比，可以增加区域104中的散射量。可替代地或附加地，眼镜200可以例如使用环境光传感器来确定弱光环境，并且可以减少区域104中的光散射量。

在一些实施例中，眼镜周边区中的一个或多个传感器测量镜片后方的对比度(即，在光线被镜片透射之后)。控制单元中的反馈环路使用该测量来调整电光单元的光散射。结果，透过周边镜片的周边对比度可以维持在恒定水平，而不管正在观看的图像的对比度。

在实施例中，在散射状态下，光学能切换材料可以提供足够的散射，以降低佩戴者周边视觉中物体图像的对比度，而不会显著降低观看者在该区域的视敏度。此处，周边视觉指的是对应于区域102的视野之外的视野。相对于通过区域102观看的图像对比度，区域104中的图像对比度可以降低40％或更多(例如，45％或更多、50％或更多、60％或更多、70％或更多、80％或更多)。对比度降低可以根据每一单独情况的需要来设置。认为典型的对比度降低将在约50％至55％的范围内。低于50％的对比度降低可以用于非常轻微的情况，而更易患的受试者可能需要高于55％的对比度降低。周边视敏度可以被校正到20/30或更好(例如，20/25或更好，20/20或更好)，如通过主观折射所确定的，同时仍然实现有意义的对比度降低。

此处，对比度指的是同一视野内两个物体之间的亮度差异。因此，对比度降低指的是该差异的变化。

对比度和对比度降低可以用多种方式来测量。在一些实施例中，可以基于标准图案的不同部分之间的亮度差来测量对比度，该标准图案诸如黑色和白色正方形的棋盘，在受控条件下通过镜片的透明状态的区域和散射状态的区域获得。

可替代地或附加地，对比度降低可以基于镜片的光学传递函数(OTF)来确定(参见，例如，http://www.montana.edu/jshaw/documents/18％20EELE582_S15_OTFMTF.pdf)。对于OTF，对比度被指定用于刺激的传输，其中亮区和暗区以不同的“空间频率”正弦调制。这些刺激看起来像交替的亮条和暗条，各条之间的间隔在一定范围内变化。对于所有光学系统，对于具有最高空间频率的正弦变化刺激，对比度的传输最低。描述所有空间频率的对比度传输的关系是OTF。OTF可以通过对点扩展函数进行傅立叶变换来获得。点扩展函数可以通过将点光源通过镜片成像到检测器阵列上并确定来自点的光如何分布在检测器上来获得。

在冲突测量的事件中，优选OTF技术。

在一些实施例中，眼镜200可以从其他来源接收信息，该信息可以用于控制镜片的光学性质。例如，眼镜200可以包括无线收发器(例如，用于Wi-Fi或蓝牙数据传输)，其便于在另一设备(诸如移动电话)和控制器114之间传送数据。举例来说，眼镜可以接收关于用户位置(例如，基于GPS或蜂窝式塔数据)、用户运动(例如，用户是走路还是开车)和/或用户活动(例如，使用设备观看视频内容、阅读或玩视频游戏)的信息，并相应地增加或减少周边光散射。

虽然镜片100的特征在于对应于镜片的两个不同区域(区域102和104)的分段电极，但是其他实现方式也是可能的。例如，在一些实施例中，镜片可以被分段成多于两个的区域。例如，区域104可以进一步分段成多个区域(例如，同心区域)，这些区域可以在不同的光学状态之间独立变化。

在特定实施例中，动态镜片可以包括可独立寻址的像素阵列。例如，参考图3A，眼科镜片300包括像素阵列310，每一像素可在不同的光学状态(例如，透明和散射)之间独立切换。

参考图3B，镜片300具有与前述镜片100相似的结构，不同之处在于电极层306a和306b被图案化和构建以提供像素阵列310。此外，电极连接突片312提供了适用于所采用的电极驱动方案的电连接端子。

通常，镜片300中的像素可以是主动或被动寻址的像素。例如，主动寻址的像素可以各自包括控制该像素处的电场的集成电路(例如，包括一个或多个晶体管)。被动寻址的像素可以通过在电极层306a/306b之一上形成导体列，在另一者上形成导体行来提供。可以使用常规应用于液晶显示器的主动和被动电极寻址方案。

每一像素310的大小可以根据需要而变化。在某一实施例中，像素可以具有1mm或更小的最大尺寸(例如，0.5mm或更小、0.3mm或更小、0.2mm或更小、0.1mm或更小、0.05mm或更小)。

像素化镜片不仅允许对镜片的散射性质进行精细的空间调整，而且还允许改变镜片清晰区域的位置和/或形状。例如，图3A和图3B展示在镜片中心的区域302a。当用户直接透过该区域观看时，对应于该区域的像素可以被切换到透明状态，如图3B所示。这样，用户的注视轴316a通过区域302a的方向，为用户的视网膜中央凹视觉提供最佳视敏度。对应于镜片的区的剩余部分(区域302a之外)的像素被切换到散射状态。因此，由于层124中的光散射，用户的周边视野经历对比度降低的图像。

参考图3C和图3D，镜片300响应于用户的注视轴远离镜片中心而动态调整镜片的光学性质。此处，用户向下看(例如，当阅读时)，并且镜片通过激活离轴区域302b中的像素来响应，以提供与用户调整后的注视轴316b重合的通光孔径。此外，镜片将区域302b之外的像素切换到散射状态，向用户的周边视野318b提供对比度降低的图像。

包含镜片300的眼镜装置可以包括眼睛跟踪传感器，并且控制器可以被编程为响应于来自眼睛跟踪传感器的数据而调整通光孔径的位置。通常，可以使用各种适当的眼睛跟踪技术。例如，可以通过使用摄像机直接观看瞳孔或者通过观看瞳孔在镜片背面的反射来进行眼睛跟踪。

虽然前述示例都以通过散射入射光来降低用户周边图像场中的图像对比度的镜片为特征，但是其他实现方式也是可能的。例如，有可能通过向环境、图像形成光添加光来降低图像的对比度。因此，在一些实施例中，眼镜装置可以包括光源，该光源被布置成将光传递到用户的周边视野。此类实现方式包括例如增强现实(AR)眼镜装置，其包括例如用于在用户视野中叠加计算机产生图像的投影显示系统。

参考图4A，AR头戴式耳机400的示例包括保持一对镜片420的框架410，其可以是光学供电的或无供电的。头戴式耳机400还包括一对投影显示模块430，每一投影显示模块定位成在佩戴者的视野中显示图像。AR头戴式耳机450包括传感器442、眼睛跟踪传感器444、控制器414和电源422。

传感器442向控制器414提供关于用户环境的数据。传感器442可以包括但不限于环境光传感器、图像传感器(例如，用于监控用户的视野)、接近传感器、加速度计等。眼睛跟踪传感器444监控用户的瞳孔位置，并向控制器414提供眼睛注视数据(例如，眼睛注视方向和持续时间/强度)，诸如用户的眼睛注视轴416和视野418的方向。

控制器414从传感器442和眼睛跟踪传感器444接收数据，并响应于该数据控制投影显示模块430。

还参考图4B，投影显示模块430包括投影显示器434和分束器432。投影显示器434将光426传递到分束器432，分束器432将该光重新定向到用户的视野中。因此，除了由分束器432透射的环境光424之外，用户视野还从投影显示器接收光426。头戴式耳机450调制光426，使得来自投影显示器434的光只限于用户的周边视野418，而不向对应于用户中心视野416的区域402传递光。使用来自眼睛跟踪传感器444的数据，投影显示模块动态调整投影光场的调制，以确保区域402与中心视野416一致。以此方式，来自投影显示器的光426降低了在用户周边视野中形成的图像的对比度，而不影响中心视野中的图像。

此外，对于前面论述的实施例，AR头戴式耳机400可以响应于环境变化和/或用户动作来调适用户周边视野中对比度降低的量。

通常，投影显示器434可以包括光调制器，诸如MEMS镜子阵列或LCD(例如，LCOSLCD)。投影显示器434还可以包括一个或多个光源，诸如为光调制器提供光的一个或多个发光二极管(LED)。投影显示器434可以包括附加部件，诸如成像光学元件和/或光导，其在光调制器调制之前和/或之后对光进行整形，以便将光传递到分束器432。

可以使用替代的投影显示器模块。例如，投影显示模块可以包括将光从投影显示器传递到用户眼睛的光导膜，而不是分束器。

通常，虽然前述示例是具有眼镜形式的AR头戴式耳机，但是更一般地，可以使用各种AR头戴式耳机。例如，可以使用AR护目镜(AR goggles)。此外，虽然电子控制器和电源被描绘为集成到头戴式耳机400中的眼镜中，但是在一些实施例中，控制电子器件和/或电源可以与头戴式耳机分离，并且可以使用电缆和/或无线地与头戴式耳机的部件通信。

其他实现方式是可能的。例如，在一些实施例中，由安装在眼镜或头戴式耳机的框架上的(例如，一个或多个LED)发射的光可以用于降低用户视觉周边的对比度。参考图5，实现这一点的示例性系统是一副眼镜500，其包括框架510、镜片520(例如，Rx镜片)和安装在面对佩戴者的框架520的边缘上的LED 530。佩戴者可以手动控制LED的亮度，例如使用滑动开关540。可替代地或附加地，LED 530的亮度可以例如使用如上所述的传感器和反馈机制来自动地控制，和/或例如经由无线连接使用移动设备上的应用远程地控制。

LED 530可以包括一个或多个光学部件(例如，一个或多个镜片)，以将发射光导向特定方向，例如，使得只有用户周边图像场中的对比度显著降低，而他们的视网膜中央凹视觉基本不受影响。

此外，虽然LED 530被布置成将光直接照射在佩戴者的视网膜上，但是在一些实施例中，来自LED的光可以间接提供，例如通过从镜片520的背面反射。

尽管前述实施例包括通过散射入射光来降低用户周边视野中图像的图像对比度的实现方式，但认为以要创建的非同轴小透镜阵列为特征将图像的焦点位置从视网膜移开的镜片(例如，通过引入近视散焦)也可以用于防止和/或减缓近视进程。例如，参见美国专利2016/0377884和美国专利2017/0131567。因此，在一些实施例中，眼科镜片可在至少两种状态之间切换，其中在一种状态下，镜片用作常规的平镜片或Rx镜片，不为用户提供光焦度或者单视觉或多焦图像校正(即，它们的基本状态)。在至少一个其他状态下，镜片包括提供非同轴近视散焦的多个区域。例如，参考图6A，眼科镜片600包括轴上区域602(例如，镜片600的光轴和/或用户的远视轴与区域602相交)和围绕轴上区域602的周边区域604，每一区域可以在近视散焦状态和镜片不提供光焦度或充当常规Rx的另一状态之间切换。在近视散焦状态下，区域604以多个小透镜606为特征，每一小透镜具有不同于镜片其余部分的光焦度。例如，每一小透镜606可以在用户视网膜前方传递足以减缓近视发展速率的正焦点光。

通常，由小透镜606提供的光焦度的量可以根据实现方式而变化。在一些实施例中，在近视散焦状态下，小透镜606的光焦度比镜片600的基础光焦度大+0.5D或更大(例如，+1.0D或更大、+2.0D或更大、+3.0D或更大、+4.0D或更大、+5.0D或更大、+6.0D或更大、+7.0D或更大、+8.0D或更大)。在一些实施例中，每一小透镜可以在从0D到最大光焦度的多个不同状态之间切换。

小透镜606的大小和/或形状也可以变化。例如，小透镜可以是直径在0.4mm至5mm范围内的圆形(例如，0.5mm或更大、1mm或更大、1.5mm或更大、2mm或更大、4mm或更小、3mm或更小)。在一些实施例中，小透镜606在形状上是细长的(例如，椭圆形)，其最大尺寸在0.4mm至5mm的范围内(例如，0.5mm或更大、1mm或更大、1.5mm或更大、2mm或更大、4mm或更小、3mm或更小)。

通常，可以使用各种合适的电光技术来提供能切换小透镜阵列。例如，可以使用诸如美国专利7,218,375和美国专利8,558,985中描述的可变焦距LC技术。

举例来说，且参考图6B，在一些实施例中，镜片600具有多层结构，该结构由层压在具有光焦度的两层610a和610b之间的电光单元构成。电光单元由两层液晶(LC)材料624a和624b构成，被透明分隔层625分开。层624a和624b也夹在两个相对的透明基板108a和108b之间。透明基板624a和624b各自支撑邻近对应LC层的透明电极。透明分隔层625的两侧也支撑透明电极层。电极可经由突片612电接触，突片612提供用于将电极层连接到信号产生器的电连接。因此，电光单元由两个独立能切换LC单元构成，每一LC单元由两个透明电极层之间的LC材料层构成。电极层可以是图案化的电极层，诸如上文描述的那些，并且可以包括主动或被动寻址的像素。每一LC单元也可以包括形成在电极层顶部的对齐层(例如，抛光聚合物层)。对齐层确保邻近电极的LC材料的优选对齐方向。层624a中的LC材料的对齐方向可以与层624b中的对齐方向正交，确保通过单元传播的正交偏振态的折射率变化。

顶部镜片层610a是平凸层，其平坦表面附接(例如，经由透明粘合剂)到基板608a的顶部表面。底部镜片层是平凹层，其平坦表面附接到基板608b的底部表面。因此，镜片600是弯月形镜片，其中顶部凸表面由顶部镜片层610a的凸表面提供，且底部凹表面由底部镜片层610b的凹表面提供。通常，通过明智地选择这些层的凸表面和凹表面的曲率，可以将镜片600的基础光焦度设置为期望值。例如，镜片600可以具有正球面光焦度或负球面光焦度。散光和/或多焦点(例如渐进)镜片的矫正也是可能的。

还可以部署其他能切换镜片技术。例如，可以使用运用光学流体和/或电活性聚合物的可变焦距镜片。例如，参见美国专利8,000,022。此外，虽然镜片600以小透镜阵列为特征，但是其他实现方式也是可能的。例如，更一般地，提供近视散焦的区域可以被成形为除了小透镜阵列之外的其他形状。在一些实施例中，整个周边区域的光焦度可以被调整为具有足以提供近视散焦的光焦度，而中心区域为远视提供光焦度。在另一示例中，可以采用围绕孔径的不同光焦度的能切换环形区域(例如，参见美国专利7,506,983中的示例性结构)。此类镜片的示例是图7中所示的镜片700。此处，镜片700包括轴上区域702(例如，包括远视校正)和一系列环形领域705a-705e，每一领域相对于相邻领域具有不同的光焦度。每一领域的光焦度可以与其他区域分开控制，并且可以改变以具有不同的光焦度。至少在某些状态下，一个或多个领域可以具有将近视散焦引入图像的光焦度。

术语“电子控制器”指的是数据处理硬件，且包含用于处理数据的各种装置、设备和机器，包括例如可编程处理器。控制器还可以是或还包括专用逻辑电路装置，例如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)。除了硬件之外，控制器可以任选地包括创建用于计算机程序的执行环境的代码，例如构成处理器固件、协议堆栈、数据库管理系统、操作系统或其中的一个或多个的组合的代码。

计算机程序(还可以称作或描述为程序、软件、软件应用、应用、模块、软件模块、脚本或代码)可以通过任何形式的编程语言来编写，包括编译或解释语言、或声明性或过程式语言；并且其可以任何形式来部署，包括作为独立程序或作为模块、部件、子例程或适于在计算环境中使用的其他单元。程序可以(但无需)对应于文件系统中的文件。程序可以存储在保持其他程序或数据(例如，存储在标记语言文档中的一个或多个脚本)的文件的一部分中，存储在专用于讨论中的程序的单个文件中，或存储在多个协调文件(例如，存储一个或多个模块、子程序或代码的部分的文件)中。计算机程序可以被部署以执行在一个计算机上或多个计算机上，该一个计算机上或多个计算机位于一个站点处或跨越多个站点而分布且通过数据通信网络而互连。

本说明书中描述的过程和逻辑流可以由执行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程计算机来进行，从而通过对输入数据进行操作并产生输出来进行功能。过程和逻辑流还可以通过专用逻辑电路装置(例如，FPGA或ASIC)或者通过专用逻辑电路装置与一个或多个编程计算机的组合来进行。

适于存储计算机程序指令和数据的计算机可读介质包括所有形式的非易失性存储器、介质和存储器设备，例如包括：半导体存储器设备，例如，EPROM、EEPROM和快闪存储器设备；磁盘，例如内部硬盘或可移动磁盘；磁光盘；以及CD ROM和DVD-ROM光盘。

已描述许多实施例。其他实施例在随附权利要求中。

Claims (56)

1.一种眼科镜片，包含：

第一区域，所述第一区域对应于所述眼科镜片的光学表面的第一区；以及

第二区域，所述第二区域对应于所述眼科镜片的所述光学表面的不同于所述第一区的第二区，所述第二区域包含能够在第一光学状态和不同于所述第一光学状态的第二光学状态之间切换的光学能切换部件，其中，在所述第一光学状态下，所述第二区域部分地散射或散焦入射于所述第二区上的光。

2.根据权利要求1所述的眼科镜片，其中，在至少一个光学状态下，所述第一区是基本上透明区。

3.根据权利要求1所述的眼科镜片，其中，所述第一区的最大尺寸在从约2mm至约10mm的范围内。

4.根据权利要求1所述的眼科镜片，其中，所述第一区是圆形区。

5.根据权利要求1所述的眼科镜片，其中，所述第一区域包含所述光学能切换部件，并且能够在透明光学状态和部分散射光学状态之间切换。

6.根据权利要求1所述的眼科镜片，其中，所述第二区围绕所述第一区。

7.根据权利要求1所述的眼科镜片，其中，在所述第二光学状态下，所述第二区域是基本上透明的。

8.根据权利要求1所述的眼科镜片，其中，在所述第二光学状态下，所述第二区域以不同于所述第一光学状态的量部分地散射入射于所述第二区上的光。

9.根据权利要求1所述的眼科镜片，其中，所述光学能切换部件能够在多于两个的光学状态之间切换。

10.根据权利要求9所述的眼科镜片，其中，所述光学能切换部件在不同的光学状态之间连续可调。

11.根据权利要求1所述的眼科镜片，其中，所述第一区与所述眼科镜片的光轴相交。

12.根据权利要求1所述的眼科镜片，其中，所述第一区对应于用户的视网膜中央凹视野用于远距离观看。

13.根据权利要求1所述的眼科镜片，其中，所述第二区能够在不同的光焦度之间切换。

14.根据权利要求13所述的眼科镜片，其中，所述第二区能够在对应于所述第一区的光焦度的第一光焦度和所述第二区将近视散焦引入到穿过所述眼科镜片的光的第二光焦度之间切换。

15.根据权利要求14所述的眼科镜片，其中，所述第二区对应于一个或多个小透镜。

16.根据权利要求14所述的眼科镜片，其中，所述第二区对应于一个或多个环形区域。

17.根据权利要求1所述的眼科镜片，其中，所述光学能切换部件包含电光材料。

18.根据权利要求17所述的眼科镜片，其中，所述电光材料包含液晶材料。

19.根据权利要求18所述的眼科镜片，其中，所述电光材料是聚合物分散液晶(PDLC)材料。

20.根据权利要求17所述的眼科镜片，其中，所述电光材料布置在两个透明基板之间的层中。

21.根据权利要求20所述的眼科镜片，其中，至少一个基板支撑电极层。

22.根据权利要求21所述的眼科镜片，其中，所述电极层由透明导电材料形成。

23.根据权利要求22所述的眼科镜片，其中，所述基板中的每一个支撑电极层，并且所述电极层中的至少一个是包含对应于所述第一区域的第一电极和对应于所述第二电极的第二电极的图案化电极层。

24.根据权利要求23所述的眼科镜片，其中，所述电极层被图案化以提供像素化电极结构。

25.根据权利要求24所述的眼科镜片，其中，所述电极是被动可寻址电极。

26.根据权利要求24所述的眼科镜片，其中，所述电极是主动可寻址电极。

27.根据权利要求1所述的眼科镜片，其中，所述镜片是平镜片、单视镜片或多视镜片。

28.根据权利要求1所述的眼科镜片，其中，所述镜片是眼镜镜片或隐形眼镜镜片。

29.一种系统，包含：

眼镜装置，所述眼镜装置包含一对眼科镜片，每一个眼科镜片能够在至少两个不同光学状态之间切换，其中，在所述两个不同光学状态中的第一光学状态下，所述眼科镜片中的一个或两个的区域，与通过相应的所述眼科镜片的第二区域观看的图像相比，所述系统降低了通过相应的所述眼科镜片的第一区域观看的图像的对比度；

电源，所述电源被布置为向所述一对眼科镜片提供电力，以在所述两个不同光学状态之间切换每一个眼科镜片；以及

电子控制器，所述电子控制器与所述电源和所述眼科镜片通信，并且被编程为控制从所述电源到所述眼科镜片中的每一个眼科镜片的所述电力的传递。

30.根据权利要求29所述的系统，其中，所述系统通过增加在所述镜片的对应于所述第一区域的区上的入射光的散射量，来降低所述眼镜装置的佩戴者观看的图像的对比度。

31.根据权利要求29所述的系统，其中，所述系统通过向通过所述镜片的对应于所述第一区域的区观看的图像添加光，来降低图像的对比度。

32.根据权利要求31所述的系统，其中，所述眼镜装置包含投影显示模块，所述投影显示模块将光导向所述用户的眼睛，并且所述系统使用所述投影显示模块将光添加到通过所述镜片的对应于所述第一区域的所述区观看的图像。

33.根据权利要求29所述的系统，还包含与所述电子控制器通信的一个或多个传感器，所述传感器中的至少一个是眼睛跟踪传感器，所述眼睛跟踪传感器向所述电子控制器提供关于用户眼睛的移动的信息。

34.根据权利要求33所述的系统，其中，所述电子控制器被编程为响应于关于所述用户眼睛的所述移动的所述信息，来改变所述至少一个眼科镜片的对应于所述第二区域的区。

35.根据权利要求34所述的系统，其中，所述电子控制器被编程为改变对应于所述第二区域的所述区，使得其与所述用户的注视轴重合。

36.根据权利要求29所述的系统，还包含与所述电子控制器通信的一个或多个传感器，所述传感器中的至少一个是环境传感器，所述环境传感器向所述电子控制器提供关于所述用户环境的信息。

37.根据权利要求36所述的系统，其中，所述环境传感器是接近传感器，并且所述电子控制器被编程为基于来自所述接近传感器的所述信息，来改变所述眼科镜片的光学状态。

38.根据权利要求37所述的系统，其中，所述电子控制器被编程为基于来自所述环境传感器的所述信息，来改变所述眼科镜片的光学状态。

39.根据权利要求38所述的系统，其中，所述电子控制器通过改变相应的所述眼科镜片的对应于所述第一区域的区的位置，来改变所述光学状态。

40.根据权利要求29所述的系统，其中，所述眼科镜片各自能够在多于两个的不同的光学状态之间切换，每一个光学状态对应于通过相应的所述眼科镜片的所述第一区域观看的图像的不同对比度降低的水平。

41.根据权利要求29所述的系统，其中，所述电源包含电池。

42.根据权利要求40所述的系统，其中，所述电池是能够充电的。

43.根据权利要求29所述的系统，其中，所述眼镜装置包含容纳所述电源和所述电子控制器的眼镜框架。

44.根据权利要求29所述的系统，还包含头戴式耳机，所述头戴式耳机包含所述眼镜装置、电源和所述电子控制器。

45.根据权利要求44所述的系统，其中，所述头戴式耳机是增强现实(AR)头戴式耳机。

46.一种用于降低在人的周边视觉中形成的图像的对比度的方法，包含：

使用由所述人使用的眼科镜片中的光学能切换材料，来改变所述镜片的区中的散射量。

47.根据权利要求46所述的方法，其中，所述改变包含改变所述镜片的散射入射光的区以及改变所述镜片的透明的区。

48.根据权利要求47所述的方法，其中，所述改变所述区包含改变所述区的大小。

49.根据权利要求47所述的方法，其中，所述改变所述区包含改变所述区的位置。

50.根据权利要求46所述的方法，其中，所述散射量基于所述人的视觉任务而改变。

51.根据权利要求46所述的方法，其中，所述散射量基于所述人的眼睛移动而改变。

52.根据权利要求51所述的方法，其中，所述散射量被改变以将所述镜片的透明区与所述人的中心视轴对齐，并且将散射区域与所述人的周边视野对齐。

53.一种用于降低在人的周边视觉中形成的图像的对比度的方法，包含：

使用头戴式光投影模块，将光导向到所述人的眼睛，使得光在对应于所述人的周边视野的位置处投射到所述人的视网膜上，而不在对应于所述人的中心视野的位置处投射到所述人的视网膜上。

54.根据权利要求53所述的方法，还包含基于所述人的眼睛移动来改变所述光。

55.根据权利要求53所述的方法，还包含基于环境光水平来改变所述光。

56.根据权利要求53所述的方法，包含位于所述镜片后方的对比度传感器测量通过所述镜片和电子电路装置的图像对比度，以保持所述周边的图像对比度大约恒定。

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