CN114502120A - 用于将图像投射到视网膜上的设备 - Google Patents
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Abstract
一种用于刺激视网膜的设备，包括耦合到一个或更多个光学元件的一个或更多个光源。该一个或更多个光学元件被配置成在远离佩戴者中心凹的位置处用一个或更多个图像照亮视网膜。在一些实施例中，该一个或更多个图像中的每一个图像包括焦深和空间分辨率。该一个或更多个图像可以形成在视网膜前方的一定距离处、在视网膜后方的一定距离处或在视网膜上。在一些实施例中，焦深小于该距离，并且空间分辨率大于该位置处视网膜的空间分辨率。
Description
相关申请
本申请基于35 U.S.C.§119(e)要求以下美国临时专利申请的权益：美国临时专利申请第62/925,948号，于2019年10月25日提交，标题为“DEVICE FOR PROJECTING IMAGESON THE RETINA”；美国临时专利申请第62/907,496号，于2019年9月27日提交，标题为“DEVICE FOR PROJECTING IMAGES ON THE RETINA”；美国临时专利申请第62/885,035号，于2019年8月9日提交，标题为“SPECTACLE LENSES WITH NEAR EYE DISPLAYS FORPREVENTION OF MYOPIA PROGRESSION”；以及美国临时专利申请第62/881,123号，于2019年7月31日提交，标题为“SPECTACLE LENSES WITH NEAR EYE DISPLAYS FOR PREVENTION OFMYOPIA PROGRESSION”；以上美国临时专利申请的全部公开内容通过引用并入本文。
背景
近视，或称近视眼，是一种远的对象聚焦在视网膜前方的屈光不正(refractiveerror)。这可能与眼睛的轴长有关。一般来说，眼睛的轴长增加1.0毫米对应于近视增加2.5屈光度(“D”)。
眼镜镜片、隐形眼镜和屈光手术可以用来治疗眼睛的屈光不正，诸如近视。虽然这些方法可以有效地治疗近视，但眼睛可能会继续轴向生长，这样近视的度数会继续增加。相对较高的近视患病率促使研究以了解轴向生长的潜在机制和开发针对轴向生长的可能治疗方法。
虽然已知近视有遗传原因，但近视发病率的急剧增加不能仅用遗传因素来解释；相反，它们必须简单地解释为视觉系统适应变化的环境条件的非凡能力，特别是视觉习惯从远距离到近距离以及从开放空间到封闭空间的转变。
众所周知，包括人类在内的许多物种的视网膜会对离焦(defocused)图像做出反应，并为了最小化离焦造成的模糊而生长。生长信号的生成机制仍在研究中，但脉络膜厚度的变化是视网膜组织对生长信号做出反应的一个可观察的现象。近视离焦的图像会导致脉络膜生长得更厚，从而有效缩短眼睛的轴长，而远视离焦的图像会导致脉络膜生长得更薄，导致轴长增加。与本公开相关的工作表明，由视网膜对远视模糊或离焦的反应引起的轴长变化可能对近视的发展做出贡献。
虽然图像的离焦可以在脉络膜厚度和眼睛轴长的变化中起作用，但现有的方法和装置不太理想地适合于解决视网膜厚度和眼睛轴长的变化。例如，药物治疗已经被提出来治疗与轴长生长相关的近视，这些治疗至少在某些情况下可能有不理想的结果。虽然阿托品和其他毒蕈碱类药物可以减缓近视发展，但对治疗后反弹效应以及与长期治疗相关联的短期和长期副作用的担忧可能阻碍了这些药物的广泛使用。
尽管动物研究表明，屈光发育和轴向生长可以通过与眼睛的有效屈光状态相关联的视觉反馈来调节，但这些动物研究中使用的方法和装置不太适合治疗人类近视。
与本公开相关的工作表明，随着眼睛变得更加近视，视网膜壳(shell)变得更加非球面。近视眼视网膜上的视壳(image shell)和传统矫正的示例在Cooper,J的“A Reviewof Current Concepts of the Etiology and Treatment of Myopia”(Eye&ContactLens，2018；44:第231页)中进行了描述。使用传统的球面透镜，光聚焦在视网膜中心的同时，近视眼的周边非球面视网膜接收聚焦在视网膜后方的光，这可以触发生长信号，因为周边光聚焦在视网膜后方，这类似于轴长不足的眼睛。传统的球面或曲面透镜(例如，隐形眼镜或眼镜镜片)通常不能生成与屈光矫正所需的最佳形状匹配的视壳，该屈光矫正将停止将使视网膜变得更加近视的生长信号。一种方法是提供一个非球面透镜，该非球面透镜将光聚焦到非球面视网膜的周边区域。
以前用于防止近视发展的屈光矫正设备至少在某些情况下可能产生不太理想的结果。在周边视网膜处提供适当焦点的屈光矫正可能需要一个高度非球面的视壳，该视壳可以由高度非球面光学器件产生。不幸的是，这样的非球面光学器件可能生成一个具有明显像差的中心图像，在至少某些情况下损害远视力并降低佩戴者的视觉质量。一种方法是将非球面度限制在大约2D或更小，以便提供远距离视力而不对中心视力产生明显的像差，但是对非球面度的这种限制也会限制对视网膜周边部分的矫正量，这在某些情况下会导致不太理想的治疗。
一些现有技术设备采用的第二种方法是提供双焦或多焦光学器件，包括仅用于矫正屈光不正的中心光学区，而周边区通常具有更大的正光焦度(power)以在周边视网膜上形成近视离焦图像。光线追踪分析表明，这些双焦光学器件可以在中心凹处产生一个或更多个焦点，从而损害中心凹处的图像质量。
动物模型研究以及临床研究表明，视网膜有可能是通过利用纵向色差作为指导使视网膜可以区分“正模糊”和“负模糊”，或由近视离焦和远视离焦引起的图像模糊，因为纵向色差的符号将取决于图像模糊是远视还是近视而将相反。然而，至少在某些情况下，现有的临床方法可能没有充分解决色差来减少近视发展。
因此，需要新的方法来治疗眼睛的屈光不正，并促进眼睛的轴长和脉络膜厚度的改变，以改善现有方法的至少一些局限性。
概述
在一些实施例中，用于刺激视网膜的设备被配置成将一个或更多个图像投射到视网膜上，该图像落在中心凹之外。刺激可以被配置成促进眼睛的轴长和/或脉络膜厚度的改变。投射的图像可以包括静态图像或动态图像，例如具有在从1Hz到500Hz范围内的刷新速率的动态图像。光可以包括在从400nm到800nm的范围内的单色光或多色光。一个或更多个图像可以以多种方式配置为具有对应于图像的信息或内容的图像结构，该图像的信息或内容与空间频率相关联。在一些实施例中，例如，一个或更多个图像包括在从每度1个周期到每度180个周期，或者从每度1个周期到每度30个周期，或者从每度1个周期到每度10个周期的范围内的空间频率，以及在99.9％到2.5％的范围内的对比度。投射的图像可以以相对于中心凹的偏心度(eccentricity)被投射到视网膜上，并且该偏心度可以在从5度到40度的范围内。投射的图像——例如具有环形图案——可以覆盖在指定的偏心度范围内的整个视网膜，或者投射的图像可以覆盖在偏心度范围内的视网膜的一部分。刺激可以是连续的、周期性的或非周期性的。当刺激为周期性时，刺激可能持续在1秒至24小时范围内的持续时间。刺激可以以多种方式施加，例如当受试者醒着或睡着时及其组合。可以使用光投影系统施加视网膜刺激。该光投影系统可以以多种方式配置，并适合于与多个设备中的一个或更多个设备相结合。本文所述的投影光学器件可以集成到投影仪、眼科设备、TV屏幕、计算机屏幕、诸如智能电话的手持设备、诸如眼镜镜片的可佩戴设备、近眼显示器、头戴显示器、护目镜、隐形眼镜、角膜高嵌体、角膜嵌体、角膜假体或人工晶状体中的一个或更多个。例如，投影光学器件可以与这些设备的组合相结合。
在一些实施例中，用于刺激视网膜的设备包括光源和光学器件，以在视网膜前方、视网膜后方或视网膜上形成具有适当分辨率、焦深或衍射中的一个或更多个的图像。在视网膜的区域上形成的图像可以包括比该区域处的视网膜分辨率(诸如该区域处的视网膜的最高分辨率)更精细的分辨率。光束可以以相对于眼睛光轴的角度被引导至视网膜的区域，以便以比视网膜的相应位置更精细的分辨率照亮远离中心凹的视网膜外部部分。焦深可以被配置为用视网膜上的图像的适当模糊量来照亮视网膜，光斑的衍射尺寸可以被适当的调整以为在视网膜前方形成的图像提供比视网膜的分辨率更精细的分辨率。
根据一些实施例，一种用于刺激视网膜的设备包括远离透镜中心并朝向透镜周边定位的微显示器，其中每个微显示器耦合到定位于微显示器后方的微透镜阵列。微显示器可以包括OLED(有机发光二极管)或微LED阵列。微透镜阵列可以与显示器光学耦合以有效地收集来自微显示器的光，并且在将光投射到入射光瞳(entrance pupil)中之前基本上准直光和/或会聚光。由这些显示器产生的图像可以近视或远视离焦，并对称地放置在视网膜上的多个区域中，诸如四个分区(鼻-下(nasal-inferior)、鼻-上(nasal-superior)、颞-下(temporal-inferior)和颞-上(temporal-superior))中。微显示器可以被定位成远离透镜的光学中心从1.5mm至4.0mm范围内的距离，诸如2.5mm至3.5mm。透镜的中心光学区14可以被配置成为佩戴者提供屈光正常(emmetropia)视力，并且可以具有在3.0mm至5.0mm范围内的直径。每个微显示器可以生成具有适当形状(诸如圆形或弧形)的视网膜图像，并且视网膜图像相对于中心凹呈大约20度至60度的角度。在一些实施例中，在周边视网膜处形成的视网膜图像具有的偏心度在7.5度至大约45度、或者15度至大约45度、或者15度至40度的范围内(例如在15度至30度、20度至30度、或者25度至30度的范围内)。透镜可以包括电子控制系统，该电子控制系统与微显示器一起安装在柔性透明材料片(诸如塑料)和其他部件上。
在一些实施例中，微显示器包括OLED，该OLED具有在从2.0微米(micron)至5.0微米范围内的像素尺寸，具有在3.0微米至10.0微米范围内的间距。在一些实施例中，微显示器包括OLED，该OLED具有在从5.0微米(micron)至50.0微米范围内的像素尺寸，具有在10.0微米至100.0微米范围内的间距。在一些实施例中，嵌入透镜中的微显示器包括照亮对象(诸如放置在微显示器前方并朝向眼睛的薄膜)的微LED。膜可以是透明的或半透明的，包括印刷图案，该印刷图案可以是被设计成要投射到视网膜上的图像的傅立叶变换。微显示器可以包括多色或单色微显示器。多色图像可以由OLED中的RGB像素或不同颜色的微LED形成，不同颜色的微LED以阵列方式组织以便形成RGB显示器。在一些实施例中，用于视网膜刺激的波长在从大约450nm到大约560nm(在一些实施例中，从大约410nm到大约560nm)的范围内，并且可以接近于刺激眼睛中视杆细胞(rod)的峰值波长500nm，尽管也可以使用其他波长。在一些实施例中，光源的色度包括紫光，紫光包括在从400nm至450nm范围内的波长。
在一些实施例中，光学配置包括耦合到一个或更多个投影光学器件的一个或更多个光源，该一个或更多个投影光学器件包括准直透镜、诸如Gabor透镜的复合透镜、棱镜、棱镜阵列、反射镜、光导、波导、多个反射镜或全息反射镜中的一个或更多个。在一些实施例中，波导被配置成保持通过其传输的波前(wavefront)的相位。一个或更多个投影光学器件可以被配置成对一个或更多个光源成像，以便将光源的图像投射到周边视网膜的前方、后方或之上。在一些实施例中，光学配置被放置在透镜的前表面处或附近，并且来自微显示器的光线被透镜聚焦。在一些实施例中，透镜被配置为向佩戴者提供屈光矫正，并且显示光学器件被配置为提供额外的聚焦以在视网膜上提供微显示器的离焦图像。在一些实施例中，离焦量在从大约2.00屈光度(D)到6.00D的范围内，并且可以在从约2.0D到4.0D的范围内。
在一些实施例中，眼镜镜片配置有近眼显示器，该近眼显示器朝向视网膜周边将2.0D至5.0D或2.0D至7.0D的近视离焦图像投射在外部视网膜处，同时保持中心视力。在一些实施例中，包括一副眼镜镜片的设备配置有近眼显示器，该近眼显示器在视网膜周边投射一对2.0D至5.0D或2.0D至7.0D的近视离焦图像，同时保持中心视力。设备的每个光学器件可以耦合到近眼显示器，以在视网膜周边投射一个或更多个近视离焦图像，同时眼镜透镜光学片(spectacle lens optic)的光学中心向佩戴者提供用于远视力所需的屈光矫正。光学器件可以被配置成提供屈光矫正，以便允许在所有对象距离下舒适和清晰地观看真实世界，同时显示器向视网膜的外部部分投射2.0D至5.0D或2.0D至7.0D的近视离焦图像。
在一些实施例中，眼镜镜片被配置成将近视离焦图像投射在视网膜周边，同时在中心视网膜保持良好的聚焦。在一些实施例中，眼镜镜片被配置成提供光场，其中透镜的屈光力随着凝视方向和跨眼镜透镜光学片主体的对象距离而变化。在一些实施例中，眼镜镜片被配置成提供发散度、图像放大率和屈光矫正之间的匹配。在一些实施例中，近视力通常与较低的凝视角度(下凝视)相关联，并且多焦点或渐进增加眼镜透镜光学片的屈光力向下增加。在一些实施例中，眼镜被配置用于可以适应提供较少的正光焦度的眼镜的佩戴者。附加地，双目光学器件的光学设计可被调整以在执行共轭眼动时促进双目求和。在一些实施例中，眼镜透镜光学片的未修改区域设置在眼镜透镜光学片的光学中心周围，区域直径大约为8mm至15mm，优选为10mm至12mm。在一些实施例中，眼镜透镜光学片的未修改区域设置在眼镜透镜光学片的光学中心周围，区域直径优选为10mm至15mm。
在一些实施例中，近眼显示器包括微型光源(诸如有机发光二极管(“OLED”)、透明有机LED(“TOLED”)或i-LED)，以及微透镜阵列，微透镜阵列用于基本上准直从光源发出的光并将光引导到眼睛的瞳孔。替代地或组合地，微反射镜阵列可用于准直从光源发出的光并将其引导到眼睛的瞳孔。在一些实施例中，光源安装在透明衬底(例如，TOLED)上，而在一些实施例中，光源可以安装在不透明衬底(诸如硅)上。光源可以包括有源矩阵或无源矩阵。这些部件可以在一个透明的气密封装件中保持在一起。在一些实施例中，气密封装件可以是适形的，包括总厚度在从5微米至25微米(例如从10微米至15微米)范围内的多层膜。设备还可以包括可以监控眼动的部件，诸如凝视跟踪器。在一些实施例中，凝视跟踪器被配置为在眼镜透镜光学片上定位与关注点相对应的点，在关注点处，当眼睛执行诸如跟踪移动对象的追踪眼动时，眼睛的光轴与针对眼睛的特定位置的光学器件相交。在一些实施例中，眼动可由眼睛跟踪器监视和跟随，眼睛跟踪器可包括嵌入眼镜框架中的线圈，该线圈在眼动期间通过瞬态磁场的发展来感测眼睛的运动，例如通过诸如戴在眼睛上的隐形眼镜内的线圈的运动来感测眼睛的运动。在一些实施例中，由来自显示器的光线形成的视网膜图像在视网膜前方被近视离焦2.0D至5.0D或2.0D至7.0D，并且入射到视网膜的外部部分，从而在视网膜前方形成图像。虽然图像可以以许多方式在视网膜前方形成，但在一些实施例中，图像被形成为相对于中心凹偏心大约15度至40度。在一些实施例中，图像被形成为相对于中心凹偏心大约5度至40度。
附图简述
通过参考以下阐述说明性实施例的详细描述及其附图，将获得对本公开的特征、优点和原理的更好理解：
图1示出了根据一些实施例的软隐形眼镜；
图1A和图1B示出了根据一些实施例的适于与本公开结合的眼镜；
图2A示出了根据一些实施例的嵌入到软隐形眼镜中的OLED微显示器，该OLED微显示器与微透镜阵列光学耦合，用于将近视离焦的图像投射到佩戴者的视网膜周边；
图2B示出了根据一些实施例的软隐形眼镜，该软隐形眼镜包括多个光源和光学器件以及相关的电路；
图2C示出了如图2B所示的隐形眼镜部件的功能的系统图；
图3示出了根据一些实施例的光学配置，其中通过使用两个反射镜折回光路来增加光路长度；
图4示出了根据一些实施例的图3所示的光学配置的光线跟踪模拟，其中LiouBrennan眼模型已用于计算视网膜图像；
图5A和图5B示出了由图3的光学配置生成的视网膜图像质量的分析；
图6示出了图3所示光学配置的焦深分析；
图7示出了用于分析图6的MTF；
图8A和图8B示出了根据一些实施例的光学配置，包括将光聚焦到视网膜上的透镜；
图9示出了根据一些实施例的由图8和图8B所示的光学配置生成的视网膜图像质量的分析；
图10示出了对图8A和图8B所示的光学配置的焦深的分析；
图11A和图11B示出了根据一些实施例的用于增加光路长度的光管；
图12示出了根据一些实施例的具有嵌入式光源、光学器件和电子器件的软隐形眼镜；
图13示出了根据一些实施例的由微光源和微光学器件的组合形成的周边视网膜图像的光线跟踪模拟；
图14示出了根据一些实施例的四个对象点，该四个对象点用于对包括四个模拟对象点的光源使用光线跟踪来模拟图像质量；
图15示出了根据一些实施例的由反射光学器件生成的周边图像的质量，其中所有对象点的调制传递函数(MTF)基本上一致；
图16示出了根据一些实施例的由反射光学器件形成的周边图像的焦深；
图17示出了根据一些实施例的近视模糊对由反射光学器件形成的周边视网膜图像的图像分辨率的影响，如通过单个空间频率(20/200或者每mm 10线对“lp/mm”或者10弧分)下MTF幅度的变化来测量的影响，该MTF幅度的变化是反射光学设计的近视离焦幅度的函数；
图18示出了根据一些实施例的由折射光学器件针对图14所示的四个对象点形成的视网膜图像的MTF曲线图；
图19示出了根据一些实施例的由折射光学器件形成的图像的焦深；
图20示出了根据一些实施例的针对单个空间频率(20/200或10lp/mm，或者10弧分)计算的MTF，该MTF作为近视离焦的函数被计算；
图21示出了根据一些实施例的图14中的四个对象点针对包括微型光导的实施例的MTF曲线图，其中在矢状平面和切向平面之间存在图像质量的明显差异，表明非对称像差；
图22示出了根据一些实施例的由光导光学器件投射的周边视网膜图像的焦深；
图23示出了对于具有光导的实施例，相对于视网膜上的周边图像的近视离焦幅度而绘制单个空间频率(20/200)下的MTF曲线图；
图24示出了根据一些实施例的由包括折射光学器件、反射光学器件和光导光学器件的三个投影系统生成的周边图像的焦深的比较；
图25示出了根据一些实施例的由反射光学设计生成的视网膜图像的焦深，以及
图26示出了根据一些实施例的相对于由图25的反射光学设计所创建的周边图像的近视离焦量幅度而绘制的单个空间频率下的MTF值。
详细描述
本发明公开的方法和装置可以采用多种方式配置以提供如本文所述的视网膜刺激。本发明公开的方法和装置非常适合于与许多现有设备组合，这些现有设备诸如眼科设备、TV屏幕、计算机屏幕、手持设备、移动计算设备、平板计算设备、智能电话、可佩戴设备、眼镜镜框、眼镜镜片、近眼显示器、头戴显示器、护目镜、隐形眼镜、可植入设备、角膜高嵌体、角膜嵌体、角膜假体或人工晶状体中的一个或更多个。尽管具体参考了眼镜和隐形眼镜，但本发明公开的方法和装置非常适合于与任何前述设备一起使用，并且本领域普通技术人员将容易理解，基于本文提供的教导，本发明公开的一个或更多个部件如何能够在设备之间互换。例如，尽管具体参考了具有投影光学器件、光源和电路以刺激远离中心凹的视网膜的隐形眼镜，该投影光学器件、光源和电路可以结合到以下中的一个或更多个中：眼科设备、TV屏幕、计算机屏幕、手持设备、移动计算设备、平板计算设备、智能电话、可佩戴设备、眼镜镜框、眼镜镜片、近眼显示器、头戴显示器、护目镜、隐形眼镜、可植入设备、角膜高嵌体、角膜嵌体、角膜假体或人工晶状体，以便提供如本文所公开的视网膜刺激。
如本文所述的用于视网膜刺激的方法和装置可以以多种方式配置，并且可以包括鼓励用户接受治疗的一个或更多个属性。例如，如本文所述的视网膜刺激可以与游戏的显示组合，以鼓励用户佩戴治疗设备。在一些实施例中，视网膜刺激可以与另一种刺激(诸如表情符号)组合，以鼓励用户佩戴设备进行治疗。
视网膜刺激设备可以包括用于确定佩戴者位置的全球定位系统(GPS)电路，以及用于测量身体运动(诸如头部运动)的加速度计。视网膜刺激设备可以包括耦合到GPS或加速度计中的一个或更多个以接收和存储测量数据的处理器。视网膜刺激设备可以包括通信电路，诸如无线通信电路，例如蓝牙或WiFi，或者有线通信电路，例如USB，以便将数据从设备传输到远程服务器(诸如基于云的数据存储系统)。向远程服务器的这种数据传输可以允许远程监控佩戴者的治疗和依从性。在一些实施例中，处理器包括图形处理单元(GPU)。GPU可用于高效且快速地处理来自web的内容，以便在形成如本文所述的刺激时利用该内容。
在一些实施例中，设备包括能够捕获可用于形成刺激信号的真实世界场景的静止图像或视频图像的一个或更多个相机。
在一些实施例中，一个或更多个投影光学器件被配置成将离焦图像投射到视网膜上，远离包括黄斑的中心场，以便刺激脉络膜厚度的增加。在一些实施例中，一个或更多个投影光学器件被配置成将离焦图像投射到视网膜上，远离包括黄斑的中心场，以便刺激脉络膜厚度的瞬时增加。一个或更多个投影光学器件可以被配置为刺激视网膜而不降低中心视力以及在视网膜的中心凹或黄斑区域中的一个或更多个上形成的相应图像的质量。在一些实施例中，一个或更多个投影光学器件不减小用于矫正佩戴者的屈光不正的视力矫正光学器件的图像形成特性。矫正光学器件可以包括隐形眼镜、眼镜镜片、人工晶状体、角膜高嵌体或角膜嵌体中的一个或更多个。一个或更多个投影光学器件可以耦合到一个或更多个光源以用一个或更多个离焦图像照亮视网膜。在一些实施例中，一个或更多个光源包括诸如微光学显示器的光学显示器，并且一个或更多个投影光学器件包括微光学阵列。这些部件可以安装在用于支撑电子和光学部件的柔性印刷电路板(“PCB”)衬底上。在一些实施例中，微显示器光学耦合到微光学阵列，该微光学阵列基本上准直并聚焦从微显示器发出的光。微显示器可以包括每个尺寸在从2微米到100微米范围内的微型化像素。例如，微显示器可以耦合到诸如隐形眼镜或眼镜镜片的矫正光学器件的主体，并由该主体支撑。在一些实施例中，微显示器耦合到人工晶状体、角膜假体、角膜高嵌体或角膜嵌体中的一个或更多个并由其支撑。例如，本文中参考隐形眼镜描述的光学配置可以类似地与人工晶状体、角膜假体、角膜高嵌体或角膜嵌体中的一个或更多个一起使用。
在一些实施例中，一个或更多个投影光学器件耦合到一副眼镜并由其支撑。例如，投影光学器件可以耦合到一副眼镜镜片的外表面或嵌入到该一幅眼镜镜片中。在一些实施例中，投影光学器件包括安装在眼镜框架的镜腿上的微型投影仪。在一些实施例中，投影光学器件与一个或更多个光纤光学耦合，光纤将投射的图像传递到眼镜光学片并例如用部分透射镜将投射的图像引导到眼睛的瞳孔。在这些实施例中，眼睛跟踪器可以被配置成监视眼动，使得微显示器中像素的激活可以被编程以补偿由眼睛跟踪器记录的眼动。在一些实施例中，眼睛跟踪器包括安装在眼镜镜片的框架内表面中的搜索线圈。搜索线圈可以以多种方式配置以检测眼动。在一些实施例中，受试者佩戴有隐形眼镜，该隐形眼镜为受试者的眼睛提供屈光矫正。金属线或磁性材料嵌入隐形眼镜中，当眼动发生时，在搜索线圈中产生磁场。在一些实施例中，用处理器分析磁场以确定眼睛的开始点和停止点，以及执行眼动所花费的时间。在一些实施例中，微显示器和耦合到显示器的电路被配置成响应眼动，并且响应于眼动在适当的时间内选择性地激活不同的多个像素。响应于眼动而选择性地切换到第二多个像素的时间可以少于100毫秒，例如少于20毫秒。
在一些实施例中，微显示器和微光学器件阵列彼此紧邻地安装在相同的矫正光学器件上，隔开固定的距离，以便将一束光线以在视网膜上的期望位置处形成近视离焦图像的取向投射到眼睛的瞳孔，如本文所述。在一些实施例中，一个或更多个投影光学器件安装在一个或更多个矫正光学器件之上或之中，使得来自投影光学器件的光线折射通过矫正光学器件。矫正光学器件将来自投影光学器件的光线折射为会聚或发散，以有助于屈光正常，从而微光学阵列可以提供附加光焦度的期望幅度，该附加光焦度的幅度可以是正或者负，这取决于所期望的离焦的幅度和符号。微显示器例如可以是单色的或多色的。例如，微显示器可以具有在从1尼特至10,000尼特或10尼特至1000尼特，或者在从100勒克斯(lux)至5,000勒克斯范围内的照度。在一些实施例中，微显示器可以具有例如从100尼特到50000尼特，或者从50勒克斯到5000勒克斯范围内的照度。在一些实施例中，微显示器相对于矫正光学器件的光学中心偏心地定位成距离矫正光学器件的中心在1.0mm至4.0mm的范围内。在一些实施例中，微显示器形成扩展的像素阵列，其特征在于像素尺寸和像素间距，其中像素尺寸和像素间距一起对应于微显示器的填充因子。如本文所述，例如，像素尺寸可以在从2微米到100微米的范围内，并且像素间距可以在从10微米到1.0mm的范围内。相应的填充因子可以在从0.1％到10％的范围内。在一些实施例中，像素阵列与微光学器件阵列光学耦合，以便基本上准直和聚焦来自像素的光。在一些实施例中，微显示器的层和微光学器件阵列的层被封装在基本上透明的介质中，该介质被配置成减少光的散射。例如，包括一个或更多个光源和一个或更多个投影光学器件的封装图像传送系统可随后用适形的、气密的透明多层涂层进行涂覆。
在一些实施例中，微显示器可以安装在诸如眼镜镜片的矫正光学器件上，而微光学器件阵列可以安装在诸如隐形眼镜、角膜高嵌体或角膜嵌体的第二矫正光学器件上。替代地或组合地，可使用增强现实(AR)或虚拟现实(VR)显示器来将离焦图像投射到视网膜上。AR或VR设备可以安装在眼镜框架、护目镜或头戴显示器上。屈光矫正可由眼镜镜片或隐形眼镜提供，而耦合到AR或VR设备的微光学器件阵列的光学器件提供离焦。
在一些实施例中，投射的离焦图像可以由屏幕提供，该屏幕包括LCD屏幕、由OLED(有机发光二极管)驱动的屏幕、由TOLED驱动的屏幕、由AMOLED驱动的屏幕、由PMOLED驱动的屏幕或由QLED驱动的屏幕中的一个或更多个。例如，屏幕可以在至少6米或更远的远距离处对受试者显现。
刺激可以以多种方式配置，并且可以包括单目刺激或双目刺激。
微光学器件阵列可以以多种方式配置，并且可以包括小透镜阵列、复合透镜(诸如Gabor透镜)阵列、一个或更多个反射镜、棱镜、光管或光导或波导中的一个或更多个。
在一些实施例中，投射的图像包括图像结构内容，该图像结构内容被配置成提供空间频率的范围，例如在从每度2个周期到每度约60个周期的范围内。在一些实施例中，投射的图像包括图像结构内容，该图像结构内容被配置成提供在每度2个周期和每度约30个周期之间的空间频率范围。与本公开相关的工作表明，周边视网膜检测模糊的能力高于其分辨图像的能力。投射的图像的尺寸和形状可以在从100微米到2.5mm的范围内，例如，朝向相对于中心凹的从15度到360度或从5度到360度的角度范围。图像的位置可以在相对于中心凹偏心5度到30度的范围内，例如在12度到30度的范围内。替代地，投射的图像可以覆盖整个视网膜，用于泛视网膜离焦治疗。
在一些实施例中，投射的图像的亮度在从1Troland到250Troland的范围内。在一些实施例中，图像亮度可基于环境照明的亮度进行调整。投射的图像的对比度范围可以在从99.9％至2.5％的范围内，例如在99.9％至10％的范围内。
如本文所述的离焦图像的投射可以持续任何适当的时间量，例如一天的大部分时间(例如8小时或更长时间)，并且刺激可以每天在大致相同的时间重复，以便不干扰昼夜节律。投射的图像的持续时间可以短至15分钟，例如，以每小时为间隔在一天中重复。可以在每天15分钟到12小时的范围内的一段时间中连续投射图像。可以在1天到3年的时间内提供刺激，或者只要治疗是有益的就可以提供刺激。
根据一些实施例，软隐形眼镜包括周边微显示器，每个周边微显示器通过微透镜阵列面向眼睛侧。微显示器可以包括OLED(有机发光二极管)或微LED阵列。这些显示器发出的光通常是朗伯光(Lambertian)。微透镜阵列与显示器光学耦合，因此它们可以有效地从微显示器中提取光，在将光投射到入射光瞳之前对光进行准直和聚焦。在一些实施例中，由这些显示器创建的虚拟图像将是近视离焦的，并且将对称地放置在四个分区(鼻-下、鼻-上、颞-下和颞-上)中。在一些实施例中，微显示器将位于远离透镜的光学中心1.5mm至4.0mm、优选2.5mm至3.5mm范围内的距离处。隐形眼镜的中心光学器件可以被选择成使佩戴者尽可能接近屈光正常，并且该中心光学器件的直径可以在3.0mm至5.0mm的范围内。在一些实施例中，每个微显示器的形状将是圆形、矩形或弧形，并且每个微显示器的面积将在0.01mm2至8.0mm2的范围内，例如在0.04mm2至8.0mm2的范围内，例如在1mm2至8mm2的范围内，或者优选在1.0mm2至4.0mm2的范围内。在一些实施例中，多个微显示器中的每一个包括具有如本文所述的尺寸和形状的光源、背平面和相关电子器件。隐形眼镜将有一个电子控制系统，以及安装在柔性透明塑料片上的微显示器。该电子系统可包括ASIC或微控制器、可再充电锂离子固态电池、电压斜坡模块(例如降压升压转换器)、闪存和EEPROM、用于提供无线再充电的RFID模块、或优选地沿隐形眼镜边缘径向设置的天线及其任何组合。隐形眼镜包括生物相容性材料，诸如软水凝胶或硅酮水凝胶材料，并且可以包括已证明与作为隐形眼镜在眼睛上的持续佩戴相容的任何材料组合物。
在一些实施例中，虚拟图像聚焦在离周边视网膜的目标距离处，相当于近视离焦。形成这些图像的光线不是来自外部环境，而是来自微显示器本身，因此微透镜阵列的光学器件可以单独设计来处理从微显示器发出的光线。这些微显示器中每一个微显示器的面积和每一个微显示器前面的微透镜阵列的面积都很小，因此对真实图像的遮挡也很小，如图1和图2所示。
如本文所述的设备可以在为单个患者设置和测试这样的参数，然后基于对患者反应的观察来细化治疗的优选参数方面给予每个护理人员相当大的灵活性。
一些实施例包括直径为14.0mm的隐形眼镜，其具有1.0mm的边缘区以及内径为6.0mm和外径为12.0mm的周边区16。透镜的总直径可以在13.0mm和14.5mm的范围内，优选在13.5mm和14.5mm的范围内。中心光学区14被设计成在所有照明条件下覆盖所有佩戴者的瞳孔，因此其直径应在5.0mm和8.0mm的范围内。周边或混合区主要被设计成提供与角膜的良好匹配，包括良好的对中(centration)和最小的偏心。中心光学区14被设计成向佩戴者提供屈光正常矫正，并且可以提供球面和散光矫正两者(图1)。适合于结合到根据本文公开的实施例的隐形眼镜设计在Douthwaite，D.A.，“Contact lens optics and lens design”，第3版，2006；ISBN 978-0-7506-88-79-6；Butterworth-Heinemann中进行了描述。
在一些实施例中，隐形眼镜的内表面嵌入一组四个微显示器，该组四个微显示器在眼睛侧与相同尺寸的微透镜阵列耦合。微透镜阵列的功能是准直微显示器发出的光，准直该光，并将该光聚焦在被设计成在眼睛前面的焦点上，以提供远视离焦。微显示器可以以多种方式确定尺寸，并且这些微显示器中的每一个的面积仅为约0.04mm2至2mm2，例如面积为1mm2至2mm2，从而在一些实施例中这些显示器覆盖隐形眼镜光学片的不到1％。每一个显示器将生成大约30-50cd/m2或更大的照度，足以在这些微显示器的每一个的焦点处形成相对明亮的图像。例如，聚焦图像将出现在周边视网膜前方约1.5mm-2.5mm处，因为它们将被设计成近视约2.0D至5.0D，例如2.0D至4.0D，或者优选2.5D至3.5D。
在一些实施例中，微显示器可以是像素尺寸为2.0微米至5.0微米的OLED，其间距在2.0微米至10.0微米的范围内。在一些实施例中，如本文所述嵌入隐形眼镜中的微显示器将由照亮对象(诸如放置在其眼睛侧的前面的薄膜)的微LED组成。微显示器可以是多色的，或者其可以是单色的。多色图像由OLED中的RGB像素或不同颜色的微LED形成，这些微LED以阵列形式组织以形成RGB显示器。缺乏关于在周边视网膜处投射的远视或近视图像的轴长改变的波长依赖性的数据。用于刺激轴长变化的优选波长是500nm，即刺激眼睛中视杆细胞的峰值波长，尽管也可以使用其他波长。
根据本文公开的教导，本领域普通技术人员无需过度实验即可确定视网膜外部位置上的照明量和照明位置以提供治疗效益。基于动物模型中可用的临床前数据，可以确定(例如优化)周边刺激的长度和持续时间。例如，一些研究表明，动物模型中轴长的变化可以通过离焦刺激的重复施加来获得，而不是通过所施加离焦的等效持续时间的单个持续时间段来获得。适用于根据本文公开的实施例并入的使用轴长中的照明变化的信息的研究示例包括：Wallman,J.等人的“Homeostatis of eye growth and the question of myopia”，发表于Neuron，2004；43：第447页；Benavente-Perez,A等人的“Axial Eye Growth andRefractive Error Development Can Be Modified by Exposing the PeripheralRetina to Relative Myopic or Hyperopic Defocus”，发表于IOVS 2014；55：第6767页；以及Hammond,D.S.等人的“Dynamics of active emmetropisation in young chicks–influence of sign and magnitude of imposed defocus”，发表于Ophthalmic PhysiolOpt.2013；33:第215–222页。
与本公开相关的工作表明，施加周边近视离焦的持续时间和分布将取决于个人生理和视网膜的精确形状。一个实施例包括控制微显示器操作的可重新编程的MCU或ASIC，以及在整个治疗过程中使护理人员能够调整治疗持续时间和周期的实时时钟。该实施例还使护理人员能够测试夜间刺激(持续或重复的短脉冲序列)是否对特定个体具有效力。
在一些实施例中，电子部件填充在柔性薄膜上，互连和电气总线通过气相沉积或3D打印工艺沉积在该薄膜上。在一些实施例中，电子器件和微显示器进一步涂覆有薄阻挡膜的柔性叠层，诸如由位于瑞士纳沙泰尔的公司Coat-X开发的总厚度为5微米-10微米的Paralyne C和SiOx膜的叠层。
该设备的一些实施例部署了一组微显示器,该一组为一至八个微显示器，每个微显示器呈圆形或弧形，并且它们径向地设置在隐形眼镜的内表面上，所有这些微显示器都与透镜的光学中心具有相同的距离。在一个实施例中，它们可以是单色的。在另一实施例中，它们可以被设计成提供白光输出。在第三实施例中，它们可以被设计成输出与视网膜灵敏度匹配的照明。这些微显示器由可重新编程微控制器(MCU)或ASIC操作和控制。
在一些实施例中，在睡眠期间佩戴隐形眼镜，并且微显示器被编程为仅在佩戴者睡着时操作。这种减小轴长的程序化刺激将对日常活动(包括阅读和计算机工作)的干扰降至最低。隐形眼镜甚至可以在白天活动时摘除，同时它正好在睡觉前贴合在角膜上。其他实施例可利用其他编程算法，例如白天和夜间刺激的组合。
在一些实施例中，隐形眼镜可以是日抛型镜片，避免了对镜片进行消毒和清洁或重新充电的需要。另一实施例包括计划更换形式的隐形眼镜。
在一些实施例中，每个微显示器(1mm2至4mm2)将消耗大约10微瓦的电能。在这些实施例中，一组四个微显示器可在2小时的操作中使用约125微瓦时的电，因此用于该设计的总的每日能耗将预期为0.2毫瓦时。在一些实施例中，每个微显示器包括在约0.04mm2至4mm2范围内的横截面积，并消耗约10微瓦的电能。在一些实施例中，电力由可再充电的固态锂离子电池提供。由Cymbet公司销售的裸片固态可再充电锂离子电池，可以与透镜的电子器件安装在相同的柔性衬底上。例如，一个50uAH的可再充电锂离子固体薄膜电池的尺寸为5.7mm x 6.1mm x 0.200mm(Cymbet Corporation CBC050)。在一些实施例中，电池包括足以稳定隐形眼镜的质量。例如，电池可以位于透镜的下方位置，以便用重力稳定透镜。位于下方的电池可以包括足以在佩戴者眨眼时减少转动运动(诸如旋转)的质量。
在一些实施例中，电子隐形眼镜在视网膜周边投射2.0D到5.0D或2.0D到7.0D的近视离焦图像，同时在中心保持良好的视力。
在一些实施例中，电子软隐形眼镜包括嵌入在透镜光学片周边的微型光源和微尺度光学器件。隐形眼镜光学片可以被设计成当外部光源在视网膜的外部部分处投射近视离焦的图像时，在中心视网膜处提供良好的视力。在一些实施例中，光源包括微显示器。在一些实施例中，在视网膜前方形成的外部图像可以刺激视网膜向前移动，减小轴长并加深玻璃体隔室。在一些实施例中，隐形眼镜被配置成减少近视发展、基本上停止近视发展或逆转佩戴该镜片的眼睛中的近视中的一种或更多种。在一些实施例中，隐形眼镜可以被配置用于延长佩戴并且例如每月更换一次。隐形眼镜可以更频繁更换，也可以更不频繁地更换，例如每周更换一次，或者每三个月更换一次。在一些实施例中，隐形眼镜被设计成由青少年和年轻人佩戴，他们可能比其他年龄的人有更大的近视发展风险。
在一些实施例中，周边图像的近视离焦量在从大约2.0D到大约7.0D的范围内，例如从2.0D到大约5.0D或者从大约2.5D到大约5D。基于本文公开的教导，本领域普通技术人员可以进行研究，诸如临床研究，以确定适当的离焦量、照明强度和照明时间。在一些实施例中，离焦量、视网膜照明的视网膜位置或照明时间中的一个或更多个可以根据个人定制，例如响应于个人患者的生理特性。治疗的持续时间可以在从1年到3年的范围内，例如大约2年。在一些实施例中，用从大约10个镜片到大约40个镜片(例如从大约10个镜片到大约30个镜片)范围内的多个镜片进行治疗。在治疗期间，包括中心透镜光学片的光学区14的处方可以随时间变化，并且可以适当地改变隐形眼镜的处方。如本文所公开的隐形眼镜也可以随后根据需要佩戴，例如如果近视的发展恢复。
电子隐形眼镜可以以多种方式配置，以校正佩戴者的屈光不正。在一些实施例中，隐形眼镜包括：多个微显示器，其在隐形眼镜的光学区14的周边附近发光；多个微光学器件，其用于收集、准直和聚焦从光源发出的光线；小型化的可再充电固态电池(例如锂离子固态电池)，其用于向光源提供电力；天线，其用于无线接收电力以对电池进行再充电；以及微控制器，其用于控制致动和控制功能；以及存储器，其用于存储数据或软件指令。
在一些实施例中，外部图像包括位于黄斑外部的周边图像，例如在相对于中心凹偏心约20度至约30度的范围内。
隐形眼镜可以以多种方式配置有多个光学器件，诸如微光学器件，以收集来自多个光源(诸如微型光源)的光，并在视网膜外部部分的前方形成图像，诸如在视网膜周边部分的前方形成图像。在一些实施例中，多个光学器件包括光管和反射部件中的一个或更多个，反射部件诸如是反射镜，例如微型反射镜。
如本文所述的设备可用于治疗屈光不正的发展，诸如近视。在一些实施例中，每个护理人员在设置和测试单个患者的参数，然后基于对患者反应的观察来细化治疗的优选参数方面具有相当大的灵活性。
在一些实施例中，隐形眼镜的折射特性的光学设计基本上没有改变，并且可以以许多方式配置。例如，隐形眼镜的中心光学区14可以被优化来最佳地矫正中心凹处的远图像，同时在隐形眼镜光学片的视壳前方提供在视网膜周边的图像，从而减少屈光不正的发展。在一些实施例中，光源可以包括不超过2mm2的光学表面的表面积，并且用于矫正屈光不正的光学表面的尺寸可以在从约25mm2到约50mm2的范围内，这可以降低光源对视力的影响。可以独立于环境照明水平提供周边图像的强度，并且通过选择适当功率的光源可以在幅度的几个数量级上调节光源的强度。软隐形眼镜可以被配置成响应于来自佩戴者或健康护理提供者的输入提供适当量的照明。
图1示出了嵌入如本文所述的透镜(诸如隐形眼镜10)中的微显示器12。尽管参考了隐形眼镜，但透镜10可以包括投影仪、眼科设备、TV屏幕、计算机屏幕、诸如智能电话的手持设备、诸如眼镜的可穿戴设备、近眼显示器、头戴显示器、护目镜、隐形眼镜、角膜高嵌体、角膜嵌体、角膜假体或人工晶状体中的一个或更多个的透镜。
软隐形眼镜10包括光学区14，光学区14被配置成向佩戴者提供远视力矫正，例如具有20/20或更好的视敏度。光学区14可以包括诸如直径或半径15的跨距，跨距可以包括诸如约3mm的半径的任何合适的尺寸。如本文所述，微显示器12可以被配置成在视网膜的周边部分前面提供图像。如本文所述，这种配置可以允许用户在接收来自聚焦在视网膜前方的图像的治疗时具有良好的视敏度。微显示器12可以位于光学区14的外部，或者位于光学区14的内部。微显示器12中的每一个可以包括诸如直径19的最大跨距，该最大跨距可以是任何合适的尺寸，例如约1mm。
微显示器12可以包括照亮对象的微LED，该对象诸如是在眼睛侧放置在微显示器12前面的薄膜。由这些微显示器12发射的光可以是朗伯光并且被引导到诸如透镜的光学元件以将光束引导到视网膜。隐形眼镜10包括适于放置在眼睛上的直径13。例如，隐形眼镜10可包括在大约10mm至15mm范围内的直径，例如14.0mm。隐形眼镜10可以包括多个嵌入式微显示器12。多个微显示器12中的每一个可光学耦合到光学配置，该光学配置收集由微显示器12发射的光，并以指定的偏心度将图像投射到佩戴者的视网膜上或视网膜前方。显示器12中的每一个可以生成从大约1cd/m2到大约50cd/m2的范围内的照明。在一些实施例中，显示器12中的每一个可以生成从大约50cd/m2到大约50000cd/m2或从大约100cd/m2到大约50000cd/m2的范围内的照明。照明量足以在这些微显示器12中的每一个的焦点处形成相对明亮的图像。
在一些实施例中，照度量介于昼视照明水平和中光照明水平之间，并介于视杆细胞灵敏度水平和视锥细胞灵敏度水平之间。在一些实施例中，照明量在光瞳平面处在从大约10cd/m2到大约50000cd/m2的范围内，诸如从100cd/m2到大约50000cd/m2，优选从10cd/m2到2000cd/m2。在一些实施例中，照明量在光瞳平面处在从大约0.1cd/m2至大约10cd/m2的范围内，例如从0.5cd/m2至5cd/m2。例如，照度量可以对应于月光和室内照明之间的光量。在一些实施例中，照明量对应于中光视觉(mesopic vision)。
在一些实施例中，微显示器12可以包括发射由不同波长的光组成的多色光的光源。在其他实施例中，光源发射单色光。在一些实施例中，单色照明的波长可以在500nm到560nm的范围内，优选从500nm到530nm，更优选从500nm到510nm。
在一些实施例中，多色光源向周边视网膜提供色度线索(chromatic cue)。色度线索可以包括负色差。在一些实施例中，多色光束在视网膜前方聚焦，其中多色光束包括在像平面35或焦平面之前的正色差和在像平面35或焦平面之后的负色差，以便以负色差照亮视网膜。
虽然多色照明可以以许多方式配置，但在一些实施例中，多色照明包括红色照明、蓝色照明和绿色照明，尽管也可以使用其他波长的光。
在一些实施例中，投射的图像出现在周边视网膜前方大约1.5mm到大约2.5mm处，因为它们将被设计成近视大约2.0D至4.0D，例如从2.5D至3.5D。在一些实施例中，投射的图像出现在周边视网膜前方大约1.5mm至大约2.5mm处，因为它们将被设计成近视大约2.0D至7.0D，优选2.5D至5.5D。一般情况下，视网膜前方1mm对应近视大约2.5D，例如近视大约2.7D。
这种通过脉络膜增厚或变薄来对轴长变化进行周边刺激的方法可以基于对于应用局部远视或近视离焦刺激眼睛11的轴长变化的有效性的重复和确认的观察。周边刺激的长度和持续时间可以如基于本领域普通技术人员已知的动物模型中可用的临床前数据。例如，轴长的变化速率可以基于离焦刺激的重复施加获得，而不是基于所施加离焦的等效持续时间的单个持续时间段。
在一些实施例中，周边近视离焦施加的持续时间和分布取决于个体生理和视网膜的形状。在一些实施例中，隐形眼镜10包括用于控制微显示器12的操作的可编程处理器，诸如微控制器单元(MCU)或专用集成电路(ASIC)。隐形眼镜10可包括实时时钟以由护理人员调整治疗持续时间和周期，并且可以在整个治疗过程中提供治疗持续时间和周期。在一些实施例中，护理人员测试夜间刺激(持续或重复的短脉冲序列)是否对特定个体具有效力。
用于视网膜刺激的眼镜
图1A和图1B描绘了适于根据本公开进行结合的用于治疗眼睛屈光不正的眼镜70。尽管参考了眼镜，但是可以在本文所述的任何视觉设备(诸如增强现实(“AR”)设备)上提供光源，以治疗眼睛的屈光不正并减少近视发展或逆转近视。布置了多个光源用于治疗近视。例如，该多个光源可以包括如本文所述的任何合适的光源，诸如微显示器或投影单元。在一些实施例中，如本文所述，光源被配置成在周边视网膜处提供照明，以便促进脉络膜和巩膜组织中的变化，这些变化对应于轴长的不同变化。透镜可以包括具有光学特性(例如屈光特性)的光学区，光学区被配置为治疗眼睛的屈光不正并减少近视发展或逆转近视。这种屈光治疗可以与本文描述的视网膜刺激相结合。
眼镜70可以包括市售增强现实眼镜的一个或更多个部件，诸如从Optinvent市售的ORA-2(其在互联网上的Optinvent.com进行了展示)。眼镜70可包括用于视网膜刺激的一个或更多个显示器72。近眼显示器72可以安装到透镜74。透镜74可以是由眼镜框架76支撑的眼镜镜片。透镜74可以是矫正透镜或非矫正透镜。透镜74可以是平透镜、球面矫正透镜、散光矫正透镜或棱镜矫正透镜。在一些实施例中，近眼显示器被定位成远离光学区，以提供清晰的中心视力，诸如在+/-2.0度至+/-15.0度或+/-2.0度至+/-12.5度范围内的视场上的真实世界。光轴可以沿着视线从患者关注的对象经过透镜74延伸到眼睛的中心凹。在一些实施例中，眼镜70包括适合于根据本公开进行结合的眼睛跟踪器。近眼显示器72可以被编程为选择性地激活像素94，以便向视网膜提供周边刺激，如本文所述。在一些实施例中，承载微透镜的塑料衬底层被附接到微显示器，以便在视网膜处生成期望水平的离焦和刺激。可选择性激活的像素可被布置成提供相对于患者视线的适当偏心度，以便提供如本文所述的周边视网膜刺激。
在一些实施例中，近眼显示器72包括微显示器和微光学器件的组合。微显示器可以放置在足够靠近眼睛的地方，使得眼睛不会调节来聚焦从近眼显示器发出的光线，即使人眼可以使用全范围的自然调节。在一些实施例中，微光学器件被配置成收集、基本上准直和聚焦从微显示器发出的光线。在一些实施例中，如本文所述，微光学器件被配置成在视网膜前方或后方形成显示器的图像。在一些实施例中，近眼显示器距眼睛的入射光瞳的距离在任何合适的范围内，诸如从大约10mm到大约30mm的范围，或者从大约18mm到25mm的范围，例如在大约15mm的距离处。微显示器可以放置在透明衬底上，诸如在眼镜70的透镜74的前表面或后表面上。当微显示器被放置在透镜94的前表面上时，则微显示器的焦点可能受到透镜94后表面上的屈光矫正的影响。
在一些实施例中，微显示器中的像素的焦点可以基于它们在透镜74上的位置和由透镜在该区域中提供的屈光矫正而改变。在一些实施例中，像素的焦点可以是固定的。在一些实施例中，像素的焦点可以基于角膜的感测位置而变化，以考虑眼睛的角膜和晶状体的屈光(refraction)。在一些实施例中，像素被离焦以在视网膜上产生直径约1mm的离焦光斑。
由近眼显示器的微显示器中的像素94发射的光在被引导到眼睛的瞳孔之前可以是基本准直的或聚焦的光中的一种或更多种。在一些实施例中，微透镜阵列与近眼显示器的像素对齐，使得来自近眼显示器的光线可以进入瞳孔并在视网膜前方或后方形成图像。在一些实施例中，近眼显示器的宽度对应于患者的视场。在一些实施例中，近眼显示器的范围可以基本上类似于眼镜70的透镜74的范围。在一些实施例中，近眼显示器可以弯曲，使得在显示器的整个宽度上来自像素的光线可以相对于瞳孔平面垂直。在一些实施例中，设置棱镜倾斜以提供给微透镜阵列中的透镜，以便补偿微显示器的平面远离瞳孔平面的倾斜。
与本公开有关的工作表明，与当中心凹和/或黄斑图像也近视离焦时相比，当在周边施加近视离焦视网膜刺激时，在防止近视发展方面可能更有效。设备可以被配置为佩戴任何合适的时间量以提供近视治疗。近视治疗设备可以在适当的时间佩戴，用于两年或更长时间的治疗，以维持佩戴者的屈光正常或者例如，如果佩戴者的眼睛有转变为近视光学配置的倾向，则引导眼睛向屈光正常生长。在一些实施例中，视力矫正设备被配置为在相对长的时间段内佩戴，例如，在1个月和至多2年的时间内每天佩戴几个小时，这取决于例如近视逆转的速率。中心光学区的屈光处方可以响应治疗而改变。例如，如果近视度数下降，可以减少中心光学的近视矫正。经治疗的眼睛的屈光度可以在任何适当的时间段测量，诸如每月，并且在适当时改变中心光学区的处方。
在一些实施例中，该设备提供未受损的中心视力，使得佩戴者的生活质量和视觉质量不会受到不利影响。在一些实施例中，中心视力包括覆盖黄斑的+/-12.5度的视场，而用于固定的中心凹视力具有+/-2.0度的视场。在一些实施例中，中心视力包括覆盖黄斑的+/-4.5度的视场，而用于固定的中心凹视力具有+/-2.0度的视场。在一些实施例中，朝向视网膜的周边将离焦图像投射在视网膜的外部部分处，例如在相对于中心凹偏心15度到40度的范围内，并且可以在从20度到30度的范围内。在一些实施例中，微显示器72不阻碍中心视力视场。在一些实施例中，像素94不阻碍中心视力视场。
替代地或与近视离焦图像的偏心度相结合，设备可以被配置成照亮视网膜视壳上的图像或图像占用面积的适当大小的区域。与本公开相关的工作表明，照亮视网膜四个象限中的每一个象限的至少一部分可能是有帮助的。在一些实施例中，视网膜象限上的每个图像沿圆周向占据大约45度的弧度。在一些实施例中，视网膜象限上的每个图像沿圆周向占据大约30度的弧度。在适当的位置进行适当量的照射可以提供对眼睛的刺激，使脉络膜并最终使巩膜重塑，并使眼睛的轴长缩短，并且从而减少近视。
微型显示器和光学器件可以以许多方式配置，以向视网膜的朝向周边的外部区域提供适当的刺激。在一些实施例中，微显示器和光学器件被配置成将光投射到离中心凹足够远的视网膜外部区域上，使得即使存在眼动，照明也保持基本固定。在一些实施例中，关注点被监视并且(例如，通过使用处理器进行计算)确定要在微显示器上激活的像素的期望位置，从而将图像投射到视网膜上的期望位置，来允许在同一视网膜位置进行持续刺激。在一些实施例中，通过监视眼睛相对于主位置的水平、竖直和扭转位移来计算眼镜平面或微显示器平面上的关注点。
可以通过许多方式，例如通过眼睛位置传感器(诸如磁传感器或光学传感器)来确定关注点。在一些实施例中，嵌入眼镜框架中的搜索线圈被用于跟踪眼动。嵌入眼镜框架中的线圈可以耦合到放置在眼睛上的磁性结构，诸如隐形眼镜上的线圈、植入眼睛中的线圈、隐形眼镜上的磁性材料或植入眼睛中的磁性材料中的一个或更多个。在一些实施例中，传感器包括光学传感器，诸如位置敏感检测器或阵列传感器，以光学测量眼睛的位置。光学传感器可以被配置为以许多方式测量眼睛的位置，例如被配置为测量来自光源、瞳孔、角膜缘或巩膜的角膜反射中的一个或更多个的位置。眼镜框架可以支持额外的光源以照亮眼睛，例如以生成角膜反射。来自传感器的数据可以提供同轴视力角膜光反射(“CSCLR”)的位置，从而提供视轴的方向和中心凹的位置。关注点、视轴、光轴、眼节点和CSCLR在以下文章中被描述：“Ocular axes and Angels：time for better understanding”，Srinivasan，S.，载于J CATARACT REFRACT SURG，第42卷，2016年3月。
在一些实施例中，近眼显示器包括与由用户佩戴的眼镜的曲率匹配的透明柔性衬底。近眼显示器可以安装在光学器件的外侧和眼镜的框架上。框架和镜腿可制成中空或适当形状，以便容纳电子器件，包括显示器的电子驱动器、用于向系统提供电力的可再充电电池、用于存储控制近眼显示器操作的算法的存储器。设备可以以多种方式再充电，例如通过使用micro-USB端口，或通过使用再充电模块进行无线再充电。
在一些实施例中，使用眼睛位置传感器的处理器可以被配置成调整光学器件，诸如微显示器中的像素，以减少视网膜的受刺激位置响应于眼动的运动。在一些实施例中，基于来自眼睛位置传感器的信息从中心凹的位置计算周边图像的目标位置，并且实时光线跟踪计算提供微显示器中要激活的像素的位置。响应于眼动而选择性地切换到第二多个像素的时间可以小于100毫秒，例如小于20毫秒。
在一些实施例中，微显示器中要被激活以形成朝向视网膜周边的外部图像的像素的位置以眼镜光学片的光学中心为基准，因为该光学中心是主凝视时的关注点。在一些实施例中，通过考虑相对于眼睛在主凝视时的位置的眼动来计算关注点的位置，并参考新的关注点计算要激活的像素的位置。例如，图1A示出了当患者平视且直视前方(即所谓的主凝视)时的有源像素94，而图1B示出了当患者向上和向左看时的有源像素94。在这种情况下，像素阵列的形状可以是相同的，但是向上和向左平移，或者阵列的形状可以改变。在一些实施例中，多个光源，例如有源像素74，被配置为改变以保持眼睛的光轴对准。该对准可以由处理器指令提供，处理器指令被配置成根据眼动和眼睛的光轴选择性地激活像素。
在一些实施例中，近眼显示模块安装在眼镜镜片的外侧。替代地，近眼显示器可以安装在眼镜镜片的内侧。在一些实施例中，该设备是双目的，并且包括用于佩戴者的每只眼睛的微显示器和光学器件。微显示器可以与一个或更多个微光学部件光学耦合，该微光学部件被设计成在由微显示器的像素生成的照明进入瞳孔之前使其基本上准直并使其呈现会聚。
在一些实施例中，显示器72，例如显示器模块，安装在眼镜镜片的外侧并与眼镜透镜光学片对齐，使得近眼显示器可以提供+/-40度或更大的视场，从而微显示器可以继续为正常范围的眼动提供周边视网膜刺激，该正常范围通常是横向+/-15度，诸如横向+/-5度，以及竖直+10度到-20度，诸如竖直+/-7度，或竖直+/-20度，包括阅读或观看附近对象时的向下凝视。在一些实施例中，来自微显示器的光透射通过眼镜透镜光学片并提供佩戴者的屈光矫正。
在实施例中，屈光矫正包括球面矫正或散光矫正中的一个或更多个。在一些实施例中，该矫正包括用于斜视矫正的棱镜矫正和用于调节不足的矫正，这种校正可以在眼镜透镜光学片上变化，诸如渐进多焦点镜片(“PAL”)。在一些实施例中，如本文所述，近眼显示器的微光学器件被配置成提供生成周边视网膜刺激(例如，通过在视网膜前方形成图像对视网膜外部区域的刺激)所需的近视离焦，以防止近视发展。
在一些实施例中，光学系统被配置成在视网膜前方形成图像，并且其包括单个微透镜(小透镜)、多个微透镜(小透镜阵列)、复合透镜(诸如Gabor透镜)、微棱镜或微反射镜或其组合中的一个或更多个。在一些实施例中，挡光板和微反射镜被布置成确保未被微光学器件捕获的光的量显著减少，例如最小化，以便减少杂散光和从显示器前侧逸出的光。
在一些实施例中，小于10％(0.1)的像素填充因子足够稀疏，以提供中心凹和黄斑图像的清晰视图。在一些实施例中，填充因子在0.01至0.3的范围内，并且可以在从0.05至0.20的范围内。例如，像素尺寸为5微米且像素间距为20微米的像素阵列导致填充因子为0.06。低填充因子还可以降低制造工艺的复杂性并降低这种微光学显示器的成本。
在一些实施例中，微光学器件阵列被设计成与显示器光学对准，使得来自单个或多个像素94的光可以被收集、准直和聚焦，以在主凝视时被引导至佩戴者的瞳孔。这些微光学元件的密度可以控制近眼显示器的整体可见性。在一些实施例中，微光学器件具有低填充因子(优选等于或小于0.1)，使得通过近眼显示器的总的光透射对于佩戴者是可接受的，并允许患者观看对象。
在一些实施例中，设备包括可切换微光学器件阵列，该可切换微光学器件阵列可以通过电光部件在平(无光焦度)状态和激活状态之间切换，例如利用液晶或基于LC的材料来切换，该液晶或基于LC的材料可以例如从一种折射率切换到另一种折射率，或者从一种偏振切换到另一种偏振。在一些实施例中，当微光学器件阵列未被激活时，它们不会散射光或使真实世界的图像畸变。
在一些实施例中，微显示器中要被激活以形成朝向视网膜周边的外部图像的像素的位置以眼镜光学片的光学中心为基准，因为该光学中心是主凝视时的关注点。在一些实施例中，通过考虑相对于眼睛在主凝视时的位置的眼动来计算关注点的位置，并参考新的关注点计算要激活的像素的位置。
在一些实施例中，激活多个像素以形成由微光学器件成像的光源。微光学器件的光学设计及其与微显示器的分离可以被配置成提供图像传送系统的焦距、投射在视网膜上的图像的图像放大率和由衍射引起的模糊，如光学传送系统的艾里斑直径(Airy discdiameter)所测量的。
根据一些实施例，技术规范在表1中给出。
表1.用于防止近视发展的增强现实近眼显示器的光学规范
周边投射图像的光学分辨率或质量与三个因素有关：焦深、图像放大率和艾里斑直径。近眼显示器的焦深取决于近眼显示器的焦距和光圈以及图像放大率(公式1)。
焦深＝2N*c*(1+m) (公式1)
当N为f数(f/D，其中f为焦距，并且D为直径)时，c为最小弥散圆，而m为图像放大率。
在典型的眼睛中，1.0D的近视离焦导致最佳焦点处的图像向前移动约0.35mm。
视网膜的分辨率随着偏心度而降低，因此当偏心度在20-40度范围内时，期望偏心度范围内的视网膜分辨率下降到20线对/mm。已经发现，即使在这些偏心处，视网膜也能够检测到较高空间频率水平的刺激的存在。因此，在一些实施例中，被设计成形成和投射周边图像的微光学器件阵列针对光学像差进行矫正，并且能够以50lp/mm或更大的空间频率形成OTF模量等于或优于0.3的图像。
与本公开有关的工作表明，视网膜感知由离焦图像(除球面离焦之外)中存在的较高阶像差引起的图像模糊的变化，包括对离焦的符号敏感的纵向色差(LCA)、高阶球面像差、散光等。基于本文中提供的教导，本领域普通技术人员可以进行实验，以确定当设备的焦深大于或几乎等于离焦幅度时，视网膜是否能够识别近视模糊和远视模糊。如本文所述的设备可适当地配置成例如在适当位置提供适当的离焦量。
设备可以被配置为提供适当的图像放大率、衍射，其限制图像分辨率和焦深，该图像分辨率和焦深与所施加的近视离焦的幅度、以及作为离焦幅度的函数的图像模糊的变化率或图像锐度梯度相关。人眼可能有一个较低的模糊感知阈值。由于对视网膜和脉络膜的生长信号的强度依赖于根据图像离焦感知的近视离焦的幅度，因此在估计由特定光学配置相对于近视离焦的幅度而生成的生长信号的预期强度时，可以考虑离焦和模糊感知的程度，该近视离焦由近眼显示器施加到视网膜图像。
在一些实施例中，近眼显示器被配置为提供中心凹和黄斑图像的清晰、基本不失真的视场以获得舒适的视觉。在一些实施例中，中心图像的视场至少为+/-12度或至少为+/-5度，并且可以更大，以便考虑不同佩戴者瞳孔间距离(IPD)的差异。真实图像的图像质量和视场可以使用实质上透明的近眼显示器来提供，并且可以通过降低微显示器中发光像素的填充因子来提供。在一些实施例中，小于10％(0.1)的填充因子足够稀疏，以提供中心凹和黄斑图像的清晰视图。在一些实施例中，填充因子在0.01至0.3的范围内，并且可以在0.05至0.20的范围内。例如，像素尺寸为5微米、并且像素间距为20微米的像素阵列将导致0.06的填充因子。低填充因子还可以降低制造工艺的复杂性并降低这种微光学显示器的成本。
在一些实施例中，微光学器件阵列被设计成与显示器光学对准，使得来自单个或多个像素的光可以被收集、准直和聚焦，以在主凝视时被引导向佩戴者的瞳孔。这些微光学元件的排布密度可以控制近眼显示器的整体可见度。在一些实施例中，微光学器件具有低填充因子(优选等于或小于0.1)，使得通过近眼显示器的总的光透射对于佩戴者是可接受的。
在一些实施例中，设备包括可切换微光学器件阵列，该可切换微光学器件阵列可以通过电光部件在平(无光焦度)状态和激活状态之间切换，例如利用液晶或基于LC的材料来切换，该液晶或基于LC的材料可以例如从一种折射率切换到另一种折射率，或者从一种偏振切换到另一种偏振。在一些实施例中，当微光学器件阵列未被激活时，微光学器件阵列不会散射光或使真实世界的图像失真。
视网膜刺激光源与电路
图2A示出了安装在诸如软隐形眼镜10的透镜的内表面上的OLED微显示器12，该OLED微显示器12与微透镜阵列光学耦合，用于在佩戴者的视网膜周边投射具有离焦值的图像。
图2B示出了根据一些实施例的诸如软隐形眼镜10的透镜，该透镜包括多个光源和光学器件以及相关的电路。
尽管图2A和图2B参考了隐形眼镜，但透镜可以包括投影仪、眼科设备、TV屏幕、计算机屏幕、诸如智能电话的手持设备、诸如眼镜的可佩戴设备、近眼显示器、头戴显示器、护目镜、隐形眼镜、角膜高嵌体、角膜嵌体、角膜假体或人工晶状体中的一个或更多个的透镜。
隐形眼镜10包括多个投影单元18。多个投影单元18中的每一个包括光源和一个或更多个光学器件，以将光聚焦在视网膜前方，如本文所述。每个光学器件可以包括反射镜、多个反射镜、透镜、多个透镜、衍射光学器件、菲涅耳透镜、光管或波导中的一个或更多个。隐形眼镜10可以包括电池20和传感器22。隐形眼镜10可以包括挠性印刷电路板(PCB)24，并且处理器可以安装在PCB 24上。处理器可以安装在PCB 24上并耦合到传感器22和多个光源30。软隐形眼镜10还可以包括无线通信电路和用于对隐形眼镜10感应充电的天线。尽管参考了电池20，但隐形眼镜10可以包括任何合适的能量存储设备。软隐形眼镜10可以包括由任何合适的材料诸如水凝胶组成的透镜主体。水凝胶可以封装软隐形眼镜10的部件。
处理器可以配置有指令以用多个光源30照亮视网膜。处理器可以以多种方式编程，例如通过利用无线通信电路接收的指令来编程。处理器可以接收用于用户移动设备的指令。
传感器22可以耦合到处理器以允许用户控制隐形眼镜10。例如，传感器22可以被配置成响应压力，诸如来自眼睑的压力。处理器可以耦合到传感器22以检测用户命令。
电子控制系统可以包括诸如ASIC或微控制器的处理器、可再充电锂离子固态电池、电压斜坡模块(例如降压升压转换器)、闪存和EEPROM、用于提供无线再充电的RFID模块、或优选地径向设置在隐形眼镜10的边缘附近的天线及它们的任何组合。隐形眼镜10可以包括生物相容性材料，诸如软水凝胶或硅酮水凝胶材料，并且可以包括已经证明与作为隐形眼镜10在眼睛11上的持续佩戴相容的任何材料组合物。
图2C示出了诸如图2B所示的隐形眼镜10的透镜的部件的功能的机械集成。这些部件可以用PCB 24来支撑。例如，诸如电池20的电源可以安装在PCB 24上并耦合到其他部件以提供电源功能21。传感器22可配置成提供激活功能23。传感器22可以耦合到安装在PCB24上的处理器，以提供隐形眼镜10的控制功能25。控制功能25可以包括光强度设置27和光开关29。处理器可以被配置成检测来自传感器22的信号，该信号对应于来自传感器22的强度增大、强度减小或开/关信号，例如，来自传感器22的编码信号序列。处理器耦合到光投影单元18，光投影单元18可以包括光源30和光学器件32，以提供投影功能31。例如，处理器可以耦合到多个光源30以响应于对传感器22的用户输入来控制每个光源30。
光学配置与投影光学器件
在一些实施例中，光学配置32包括多个反射镜，这些反射镜被配置为收集由微显示器12发射的光，然后将光束引导到眼睛11的瞳孔，以便形成偏心的视网膜图像，如图3和图4所示。反射镜可以准直光束，或者以适当的发散度将光束导向视网膜33，以便将光束聚焦到视网膜33上。
尽管图3和图4所示的光学配置是指诸如隐形眼镜的透镜，但类似的光学配置可以与投影仪、眼科设备、TV屏幕、计算机屏幕、诸如智能电话的手持设备、诸如眼镜的可佩戴设备、近眼显示器、头戴显示器、护目镜、隐形眼镜、角膜高嵌体、角膜嵌体、角膜假体或人工晶状体中的一个或更多个的透镜一起使用。此外，尽管参考了近视离焦，但该离焦可以包括远视离焦，或者例如聚焦到视网膜上的图像。
示例性光学配置的规范如表2所示。
表2.图3所示光学配置的基本光学参数
图3所示光学配置的模拟图像尺寸与偏心度为27度时的视网膜分辨率的比较表明，在该偏心度处周边视网膜33将能够感知该图像。
在一些实施例中，光学配置的三个性能属性包括以下中的一个或更多个：
1.图像放大率，控制图像分辨率；
2.焦深，由光学配置的光路长度控制；和
3.衍射，用艾里直径测量。
图3所示的反射镜组件实现了小于1D的焦深，使得所施加的2.0D至4.0D或2.0D至7.0D的离焦能够在指定的偏心度(20度至30度或10度至40度)处被周边视网膜33清楚地感知。
在一些实施例中，聚焦在视网膜33前方的图像的光斑尺寸包括比视网膜33的分辨率更精细的分辨率。视网膜分辨率通常作为随偏心度而降低的函数。例如，在偏心角为0度时，视网膜分辨率约为10微米。在偏心度为5度时，视网膜分辨率约为30微米。在偏心度为20度时，分辨率约为100微米，并且在偏心度为30度时，视网膜分辨率约为150微米。
图5A和图5B示出了对由图3的光学配置生成的视网膜图像质量的分析。已经模拟了由四个光源30中的三个光源形成的图像。颞点被省略，因为它与鼻点对称。分析表明，在偏心度为27度时，图像质量超过了视网膜33的分辨能力。根据本实施例，由图3的反射镜组件产生的视网膜图像的调制传递函数是衍射受限的，这表明所部署的光学元件的像差不会导致图像质量的显著恶化。此外，光学器件的空间分辨率在优选图像位置处超过视网膜33的分辨率。
图6示出了对图3所示光学配置的焦深分析。距视网膜33的每毫米距离表示2.7D的离焦。该分析表明，焦深足够小，使得在图像的入射点(偏心度为27度)处视网膜33可以感知0.5mm(1.35D)的离焦。焦深取决于刺激光束的有效路径长度。
图7示出了MTF值对离焦的曲线图，示出了由光源中的每一个(对象)创建的图像的焦深。
第二实施例包括光学器件32，该光学器件32包括与光源30光学耦合的会聚或准直透镜，如图8A和图8B所示。在该配置中，可以包括单个透镜的透镜34用于准直从刺激源输出的光，并通过诸如隐形眼镜10的透镜将光引导到角膜37。尽管参考了隐形眼镜，但透镜10可以包括投影仪、眼科设备、TV屏幕、计算机屏幕、诸如智能电话的手持设备、诸如眼镜的可佩戴设备、近眼显示器、头戴显示器、护目镜、隐形眼镜、角膜高嵌体、角膜嵌体、角膜假体或人工晶状体中的一个或更多个的透镜。
准直透镜34的有效性取决于其折射率，并且其折射率应该足够高，以便在透镜材料和用作衬底的隐形眼镜10材料之间产生显著的折射率差异。在该示例中，假定嵌入的透镜34的折射率为2.02(例如，氟硅酸镧玻璃LaSF5的折射率)，尽管可以使用其他材料。
图8A和图8B的实施例的光学性能在图9和图10中示出。已经模拟了由四个光源30中的三个光源形成的图像。颞点被省略，因为它与鼻点对称。距视网膜33的每毫米距离表示2.7D的离焦。该分析表明，焦深基本上高于1D，因此在图像的入射点(偏心度为27度)处，视网膜33可能无法感知由0.5mm(1.35D)的离焦引起的图像模糊。
分析表明，在偏心度为27度时，图像质量超过了视网膜33的分辨能力。在这种情况下，单透镜设计的光路长度短得多，因此，图像放大率明显更高(110X，相反，反射式设计为8X或20X)。在50％对比度(OTF模量)下的空间频率分辨率与反射式设计相比较低，约为每毫米15个线对(“lp/mm”)，而反射式设计为50lp/mm。对于该实施例，已经估计了焦深，再次使用Liou Brennan眼睛模型来模拟眼睛光学，包括眼睛像差，如图10所示。焦深大于1.0D，这表明作为离焦的函数的图像分辨率的变化可能不容易被周边视网膜33感知，特别是因为视网膜33在该偏心度(20至30度或10至30度)处的分辨率能力——主要来自视杆细胞——相对较差，如本文所述。
第三实施例包括光管36，以增加光路长度，如图11A和图11B所示。光管36可以提供增加的光路长度以降低图像放大率并减小视网膜图像尺寸。然而，焦深相对较大，并且分辨率相对较粗(在50％MTF时为15lp/mm)。
尽管参考了角膜37上的光管36，如使用隐形眼镜将发生的那样，与光管36组合的透镜可以包括投影仪、眼科设备、TV屏幕、计算机屏幕、诸如智能电话的手持设备、诸如眼镜的可佩戴设备、近眼显示器、头戴显示器、护目镜、隐形眼镜、角膜高嵌体、角膜嵌体、角膜假体或人工晶状体中的一个或更多个的透镜。
可以使用许多其他光学配置，包括使用具有点源的微透镜阵列、使用衍射光学器件以便使用更薄的透镜、使用单个点源和光学处理单元生成多个视网膜图像。在所有情况下，上面列出的三个特性可以用作度量，以便评估特定设计的适用性。
本文中公开的每个实施例可以与本文中公开的其他实施例中的任何一个或更多个组合，并且本领域普通技术人员将认识到许多这样的组合都在本公开的范围内。
示例性透镜实施例
本文公开的方法和装置非常适合与很多类型的透镜组合，该透镜类型诸如是以下中的一个或更多个：智能隐形眼镜、具有天线和传感器的隐形眼镜、具有集成脉冲血氧计的隐形眼镜、具有相位图显示器的隐形眼镜、电光隐形眼镜、具有柔性导体的隐形眼镜、自主眼睛跟踪隐形眼镜、电致变色隐形眼镜、动态衍射液晶透镜、自动调节透镜、具有可编程相位图的图像显示透镜、具有泪液激活的微型电池的透镜、泪膜感测隐形眼镜、具有多色LED阵列的透镜、使用电容式感测的隐形眼镜、用于检测眼睑对眼科设备的覆盖的透镜、具有主动调节的透镜、具有电化学传感器的透镜、具有酶和传感器的透镜、包括动态视场调节的透镜、用于测量丙酮酸盐的透镜、用于测量尿素的透镜、用于测量葡萄糖的透镜、具有泪液电导率传感器的透镜、具有带有相位图的近眼显示器的透镜、或具有电化学传感器芯片的透镜。
诸如软隐形眼镜10的透镜在图12中示出。尽管参考了隐形眼镜，但透镜10可以包括投影仪、眼科设备、TV屏幕、计算机屏幕、诸如智能电话的手持设备、诸如眼镜的可佩戴设备、近眼显示器、头戴显示器、护目镜、隐形眼镜、角膜高嵌体、角膜嵌体、角膜假体或人工晶状体中的一个或更多个的透镜。
该隐形眼镜10包括基座或载体隐形眼镜，该基座或载体隐形眼镜包括嵌入的电子器件和光学器件。基座软隐形眼镜10由诸如水凝胶或硅酮水凝胶聚合物的生物相容性材料制成，该材料被设计成适于持续佩戴。在一些实施例中，隐形眼镜10具有直径在6mm至9mm范围内、例如在7.0mm至8.0mm范围内的中心光学区14。中心光学区14被外部环形区(诸如宽度在2.5mm至3.0mm范围内的周边区16)所限定。外部环形区由宽度在0.5mm至1.0mm范围内的最外部边缘区18包围。光学区14被配置成提供屈光矫正，并且例如在设计上可以是球形、曲面或多焦的。在光学区14周边的外部环形区被配置成适合角膜曲率，并且可以包括旋转稳定区，用于平移和旋转稳定，同时允许隐形眼镜10随着眨眼在眼睛11上移动。边缘区18可以包括在0.05mm至0.15mm范围内的厚度，并且可以以楔形结束。软隐形眼镜10的总直径可以在12.5mm至15.0mm的范围内，例如在13.5mm至14.8mm的范围内。
如图12所示，嵌入式光源30和电子器件优选地位于隐形眼镜10的外部环形区中。根据一些实施例，中心光学区14优选地没有电子器件和光源30，以不损害中心凹或黄斑的视觉质量。在一些实施例中，边缘区18不包括电路，以便保持与角膜表面的接触并提供舒适度。
光源可以以多种方式布置在隐形眼镜上。例如，光源可以围绕中心光学区布置成基本连续的环。在一些实施例中，多个光源和多个光学器件(例如，透镜、反射镜或光导)耦合在一起以形成连续的照明环。
图12的隐形眼镜10包括由具有高透氧性的柔软生物相容性聚合物组成的主体，主体中嵌入填充有所有电子和光学部件的透明膜。该透明膜可包括透明印刷电路板(“PCB”)衬底。PCB的厚度可以在大约5微米到50微米的范围内，并且可以包括多层膜，以便利用PCB衬底的两个表面来排布电子器件。PCB衬底可以弯曲以符合基座隐形眼镜10的几何形状，例如，PCB衬底的曲率在约7.5mm至约10.0mm的范围内，例如在约8.0mm至约9.5mm的范围内。PCB衬底可配置为具有适合的氧渗透率。在一些实施例中，PCB被穿孔以改善氧气、泪液、营养物和二氧化碳通过它的渗透性。在一些实施例中，PCB具有低拉伸模量，例如在约1MPa至约50MPa的范围内，尽管例如也可以使用较硬的膜。在一些实施例中，用于透明挠性PCB衬底的优选材料包括由液体或溶液浇铸的聚酰亚胺，并且当旋转浇铸在平坦衬底上时，聚酰亚胺可以是聚酰胺酸的形式，随后热固化以形成聚酰亚胺诸如KaptonTM。
隐形眼镜10可以包括图12所示的一个或更多个部件。电子系统的架构，如图12所示，包括安装在总线上的多个光源30、包括功率和数据管理系统的微控制器38、板载存储器和RFID模块、被设计成检测物理或生理触发并发出打开或关闭光源30的信号的传感器、用于无线交换数据的天线41(该天线还用作无线功率接收器，在单个或多个频带上工作以用于传输数据和功率)、以及可再充电固态锂离子电池20。在一些实施例中，微控制器38包括专用集成电路(“ASIC”)。多个光源30可以包括如本文所述的微型光源30。
光源30可以相对于中心沿着直径在1.5mm至5.0mm范围内的圆周来定位。
图13示出了光源30形成在视网膜33的外部区域(诸如周边视网膜33)上的图像的光线跟踪分析。在该模拟中，前房深度假定为4.1mm，对于人类受试者通常在2.9mm和5.0mm之间，轴长假定为25.0mm，并且隐形眼镜10定位在角膜上。微型光源30被放置在距隐形眼镜10的中心1.9mm的地方，留下直径为3.8mm的干净的中心光学区14。
再次参考图12和图13，光源30和透镜(诸如微透镜)的组合可用于将光引导到视网膜33的外部区域。微透镜可以被配置成收集由光源30发射的光。所收集的光可以是被准直或聚焦的光中的一个或更多个，并被引导至眼睛11的瞳孔。在一些实施例中，投影系统包括微光源30和成像光学器件32的组合。
光源30可以包括有机发光二极管(OLED)、量子点发光二极管(QLED)、透明发光二极管(TOLED)、无机发光二极管(i-LED)、CRT显示器或垂直腔面发射激光器(VCSEL)中的一个或更多个。光源30可以包括排布在透明或不透明衬底上的一个或更多个像素。例如，光源30可以包括一个或更多个显示部件，诸如无源矩阵或有源矩阵。在一些实施例中，单个像素的尺寸在从1至10微米的范围内，例如在从2至5微米的范围内。多个像素中的每一个在开启时的亮度可以大于500尼特(cd/m2)、大于5000尼特或在从10,000至25,000尼特的范围内。
视网膜33的分辨能力在中心——中心凹处最高。健康年轻人的角分辨率为0.6弧分，相当于Snellen术语中的20/12。在偏心度为25度时，分辨率能力通常降低到20/200(10弧分)。在这种偏心度下几乎没有视锥细胞，而且视杆细胞的数量也大大减少。
在一些实施例中，图像传送系统提供等于或超过视网膜图像分辨率水平的图像分辨率。在一些实施例中，如果投射的图像分辨率超过视网膜33在图像位置处的分辨率能力，则可以预期不存在附加益处。在一些实施例中，视网膜周边处的图像的光斑尺寸因此为150微米或更小。
由光源30发射的光的波长可以以多种方式配置。根据本公开，光源30发射的光的波长可以通过临床研究来确定。在一些实施例中，光源30的波长包括在期望偏心度处对应于视网膜感光器的峰值灵敏度的光，例如基本上匹配峰值灵敏度。在一些实施例中，光以10度至30度、诸如20度至30度的偏心度投射，其中视杆细胞起主导作用，并且来自光源的光包括在从大约410nm至600nm(诸如420nm至600nm，例如从大约490nm至530nm)范围内的波长，例如在从大约500nm至520nm(例如，从大约502nm至512nm)范围内的波长。在本文公开的一些波长模拟中，507nm光被用作输入波长参数。本文公开的光学设计适用于所有波长，即使由于包括投影单元的材料的色散，优化设计参数的精确结果可能随波长而改变。
与本公开有关的工作表明，在下面的一些实施例中，两个设计约束可以影响设计输入参数的选择。这些是：
1.投影单元18的尺寸，使得它们可以嵌入到隐形眼镜10中而不会使镜片厚度过高。在一些实施例中，外部环形区中的最大透镜厚度为400微米，这与用于屈光矫正的当前软隐形眼镜一致。
2.微型光源30和成像系统之间的光路长度。这与图像放大率和由衍射引起的图像模糊的幅度的控制有关，由衍射引起的图像模糊的幅度可以量化为艾里斑直径。图像放大率由图像投影单元的焦距与眼睛11的焦距的比值给出，对于一阶估计，眼睛11的焦距通常被假定为17mm。在一些实施例中，这是特定于个人眼睛的。在一些实施例中，艾里斑直径(2.44Xλ(以微米计)xf/≠)不大于图像位置处的视网膜分辨率极限。例如，偏心度为25度时的最小光斑尺寸为150微米，因此艾里斑直径不应超过150微米，并且也可以小于150微米。由于眼睛11的焦距是固定的，所以投影光学器件的光圈控制任意波长的艾里斑直径。
在一些实施例中，如本文所述，收集光学器件的艾里斑尺寸和光源30的艾里斑尺寸以及相关联图像的尺寸与视网膜图像分辨率有关。例如，在30度、25度、20度、15度和10度下，艾里斑尺寸可以分别不超过大约150微米(“microns”、“um”)、大约125μm、大约100μm、大约75μm和大约60μm。
成像系统可以以许多方式配置，包括但不限于衍射光学元件、菲涅耳透镜、折射光学器件或反射光学器件。
以下模拟提供根据本文公开的一些实施例的光学结果。
表3.第二光学模拟的输入参数
在一些实施例中，由整体图像覆盖的区域面积优选地为5度-10度乘以30度-45度的弧形段，或者对于每个光源为150度2-450度2，或者面积大约3.0mm2-6.0mm2。在一些实施例中，在隐形眼镜10的每个象限处的四个这样的光源30将四个这样的周边图像传送到视网膜33以用于最佳神经刺激。图3中示出了根据图像传送系统的第二模拟的实施例。在该实施例中，凸面微反射镜26和凹面微反射镜28的系统用于增加光路长度，从而增加周边视网膜图像的图像放大率。图4示出了用于本实施例的通过眼睛11的周边图像的光路。示例性光源30可以定义为：假设光源30的直径为10μm，并且厚度为100μm。可以指定四个对象点40来模拟图像质量，如图14所示。参考图14，模拟的光源30以10μm的虚线圆圈示出，并且模拟对象点40包括较小圆圈和每个较小圆圈的中心点。表3示出了模拟的输入参数。
模拟的输出是图像放大率和尺寸、图像质量、和焦深。使用相同的输入参数和输出参数来模拟所有优选实施例。发现第一优选实施例的图像尺寸为200微米，图像放大率为20倍。图像质量的模拟结果如图15所示。所有MTF曲线图实际上是一致的。MTF曲线图表明，在这种偏心度下，周边图像的分辨率明显优于视网膜分辨率的极限。
在第二模拟中，还模拟了反射光学器件的周边图像的焦深，并且如图16所示。在一些实施例中，图像最佳地形成在视网膜33前方2.0mm的距离处，使其在视网膜33上近视离焦。在一些实施例中，由该近视离焦引起的模糊克服了焦深的影响，使得视网膜33感知模糊的图像以使其感知神经刺激来向前移动，从而减小了眼睛11的轴长。在一些实施例中，神经刺激足以减少眼睛11的轴向生长。
图17示出了由近视离焦引起的图像模糊的影响，其形式是对比度损失或第二模拟在特定空间频率(20/200或10弧分)下示出的模拟的MTF曲线图的模量。图16所示的光斑尺寸的增加反映在MTF曲线图的幅度的损失中，并且与作为近视离焦幅度的函数的MTF曲线图的幅度损失一致。第二模拟表明，投影单元焦距为0.85mm，图像尺寸为200微米，并且图像放大率为20X。艾里斑直径被计算为8.9微米，而瑞利标准(Raleigh criterion)为10.9微米。
再次参考图8A和图8B，其分别示出了用于收集来自光源30的光并将光导向视网膜33的透镜，以及沿着眼睛11的光路。在一些实施例中，光源30面对折射透镜，折射透镜大致准直最终投射到周边视网膜33前方的光，来产生周边图像的近视离焦。尽管参考了折射透镜，但也可以使用其他透镜，诸如衍射光学器件和梯度指数(GRIN)透镜。表4示出了用于周边图像的第三模拟的折射透镜的设计参数。
表4.第三模拟的设计输入参数
| 透镜参数 | 值 |
| 光源直径 | 10微米 |
| 用于模拟的波长 | 507nm |
| 光学器件直径 | 292微米 |
| 光学器件厚度 | 250微米 |
| 微透镜的折射率 | 2.2 |
| 视网膜上的图像位置 | 27度偏心 |
| 投影光学器件厚度 | 350微米 |
| 光源距隐形眼镜中心的距离 | 1.75mm |
| 准直透镜设计 | 14阶非球面 |
这些模拟的结果表明，图像尺寸为1100微米，图像放大率为110。图18中示出了图14中所示的四个对象点40的MTF曲线图。在高空间频率下MTF曲线图的幅度明显低于基于反射光学器件的幅度。MTF曲线图表明，对于偏心度为27度的图像，图像分辨率是足够的。第二优选实施例的光学设计导致更大的焦深，如图19所示。这意味着，根据第一模拟和第二模拟，在一些实施例中，相对于反射光学器件，对于2D至5D范围内的近视离焦，有效图像模糊要小得多。增加的焦深反映在图20所示的MTF曲线图中，相对于图3和图4所示的反射光学配置，该MTF曲线图对近视离焦幅度的依赖性可能较小。
第三光学模拟表明，折射光学器件可以成功地投射出具有可接受的图像尺寸、图像放大率和焦深的周边视网膜图像。尽管图像尺寸、放大率和焦深与第二模拟的反射配置中相比，可能稍大。
尽管对于这种折射光学设计，在高空间频率(50lp/mm及以上)下的MTF值与反射设计相比较低，但由于视敏度降低，在视网膜图像的周边位置处，高空间频率下的图像质量可能不那么相关。第三模拟示出，投影单元的焦距为0.15mm，图像尺寸为1100微米，并且图像放大率为110倍。艾里斑直径被计算为36.7微米，而瑞利标准为44.8微米。
再次参考示出光导的图11A和图11B，对包括光导、反射镜和透镜的该配置进行了第四模拟。在该模拟实施例中，聚焦透镜位于光管的端部(出射孔)。在一些实施例中，光管在端部包括弯曲的透镜表面以聚焦光。在该光导实施例中，投影光学器件包括光导，该光导包括反射镜和透镜。
在一些实施例中，光源30被放置在隐形眼镜10的外部部分中，例如靠近周边，并且来自光源的光被引导到反射镜，该反射镜收集光并将光偏向眼睛11，以在周边视网膜33前方生成具有近视离焦的图像，如本文所述。在一些实施例中，光导的功能是增加光路的长度，从而减小图像放大率并提高在视网膜33前方形成的图像的分辨率。
表5.用作第四模拟的输入的透镜参数
表5给出了在由光导实施例形成的周边视网膜图像质量的第四模拟中使用的投影系统的特性。图像放大率为14，图像尺寸为140微米。这些模拟表明，图像放大率是可以接受的，焦深不像折射光学器件那样大，但是比反射光学器件大。第四模拟示出了，投影单元的焦距为1.21mm，图像尺寸为140微米，并且放大率为14倍。艾里斑直径被计算为34.8微米，而瑞利标准为42.6微米。
对于三种相应配置的第二模拟、第三模拟和第四模拟的三个结果，在它们的尺寸、焦深和光束直径方面相互比较，焦深通过各自将离焦图像的锐度梯度定义为近视离焦幅度的函数而产生。结果表明，包括反射光学器件的第二模拟具有最佳的锐度梯度，而包括折射光学器件的实施例具有最小的锐度梯度，其中基于光导的投影单元提供有限的锐度梯度，如图24所示。根据本文中公开的教导，这些方法中的每一个可以被配置用于减少轴长生长。
如表6所示，三个实施例在光学器件的直径方面也有相当大的不同。
表6.三个模拟中使用的光学器件直径
| 配置 | 光学器件直径 |
| 反射光学器件 | 1.1mm |
| 折射光学器件 | 0.3mm |
| 光导光学器件 | 0.4mm |
反射光学器件和光源30可以以多种方式配置，并且可以进行其他模拟以根据本文公开的教导确定适当的配置。例如，图14所示的中心对象点的清晰度可以被忽略，因为它对神经刺激的贡献可能是有限的。这种模拟和优化可以允许减小投影单元的直径及其厚度，这在系统嵌入到如本文所述的给佩戴者提供高舒适度水平的隐形眼镜10中时是有帮助的。第五模拟的设计输入参数如表7所示。
表7.第五模拟的输入参数
| 透镜参数 | 值 |
| 光源直径 | 10微米 |
| 波长 | 507nm |
| 反射透镜光学器件直径 | 900微米 |
| 光源距隐形眼镜中心的偏心 | 1.85mm |
| 光学器件厚度 | 200微米 |
| 包括光源的投影单元厚度 | 200微米 |
| 周边视网膜图像的位置 | 相对于中心凹偏心27度 |
| 光学器件设计 | 非球面10阶，Zernike多项式4阶 |
结果示出，图像放大率可以增加到25，为10微米源提供250微米的图像尺寸，根据本文公开的实施例，这对于视网膜33前方的周边图像是可接受的。这些第四图像模拟的输出在图25和图26中示出。锐度梯度——即作为近视眼离焦幅度的函数的、在单个空间频率下的图像光斑尺寸变化或MTF的变化——在提供减小的投影系统尺寸的同时仍然是相当可接受的。
如在本文中详述的，在本文中描述和/或示出的计算设备和系统广泛地表示能够执行计算机可读指令的任何类型或形式的计算设备或系统，诸如在本文中描述的模块中包含的那些。在它们的最基本配置中，这些计算设备(一个或更多个)可以各自包括至少一个存储器设备和至少一个物理处理器。
如本文中使用的术语“存储器”或“存储器设备”通常表示能够存储数据和/或计算机可读指令的任何类型或形式的易失性或非易失性存储设备或介质。在一个示例中，存储器设备可以存储、加载和/或维护本文中描述的一个或更多个模块。存储器设备的示例包括但不限于随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存、硬盘驱动器(HDD)、固态驱动器(SSD)、光盘驱动器、缓存、一个或更多个等同物的变体或组合、或任何其他合适的存储存储器。
此外，如本文中使用的术语“处理器”或“物理处理器”通常指能够解释和/或执行计算机可读指令的任何类型或形式的硬件实现的处理单元。在一个示例中，物理处理器可以访问和/或修改存储在上述存储器设备中的一个或更多个模块。物理处理器的示例包括但不限于微处理器、微控制器、中央处理单元(CPU)、实现软核处理器的现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、一个或更多个等同物的部分、一个或更多个等同物的变体或组合、或任何其他合适的物理处理器。
尽管作为分立的元件示出，但本文描述和/或示出的方法步骤可以表示单个应用的部分。此外，在一些实施例中，这些步骤中的一个或更多个可以表示或对应于一个或更多个软件应用或程序，当由计算设备执行时，这些软件应用或程序可以使计算设备执行一个或更多个任务，诸如方法步骤。
此外，本文中描述的一个或更多个设备可以将数据、物理设备和/或物理设备的表示从一种形式转换为另一种形式。例如，本文中所述的一个或更多个设备可以接收待变换的样本的图像数据，变换图像数据，输出变换的结果以确定3D处理，使用变换的结果来执行3D处理，以及存储变换的结果以产生样本的输出图像。附加地或替代地，本文中所述的一个或更多个模块可通过在计算设备上执行、在计算设备上存储数据和/或以其他方式与计算设备交互，将处理器、易失性存储器、非易失性存储器和/或物理计算设备的任何其他部分从一种形式的计算设备变换为另一种形式的计算设备。
本文中使用的术语“计算机可读介质”通常指能够存储或携带计算机可读指令的任何形式的设备、载体或介质。计算机可读介质的示例包括但不限于，传输型介质：诸如载波，以及非瞬时型介质：诸如磁存储介质(例如，硬盘驱动器、磁带驱动器和软盘)、光存储介质(例如，光盘(CD)、数字视频盘(DVD)和蓝光盘)、电子存储介质(例如，固态驱动器和闪存介质)和其他分发系统。
本领域普通技术人员将认识到，本文公开的任何过程或方法可以以多种方式修改。本文中描述和/或说明的步骤的工艺参数和顺序仅作为示例给出，并且可以根据需要改变。例如，虽然本文所示和/或描述的步骤可以以特定顺序示出或讨论，但这些步骤不一定需要以所示或讨论的顺序执行。
本文中描述和/或示出的各种示例性方法还可以省略在本文中描述或示出的步骤中的一个或更多个，或者包括除了所公开的步骤之外的附加步骤。此外，如本文所公开的任何方法的步骤可以与如本文所公开的任何其他方法的任何一个或更多个步骤组合。
除非另有说明，在说明书和权利要求中使用的术语“连接到”和“耦合到”(及其派生词)应被解释为允许直接连接和间接(即，通过其他元素或部件)连接两者。此外，在说明书和权利要求书中使用的术语“一”或“一个”应解释为含义为“…中的至少一个”。最后，为了便于使用，在说明书和权利要求书中使用的术语“包括(including)”和“具有(having)”(及其派生词)可与“包含(comprising)”一词互换，并应具有与“包含”一词相同的含义。
如本文所公开的处理器可以配置有指令以执行如本文所公开的任何方法的任何一个或更多个步骤。
将理解，尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等在本文中可以用于描述各种层、元素、部件、区域或部分，而不涉及任何特定的事件顺序或序列。这些术语仅用于将一层、元素、部件、区域或部分与另一层、元素、部件、区域或部分区分开来。如本文所描述的第一层、第一元素、第一部件、第一区域或第一部分可以被称为第二层、第二元素、第二部件、第二区域或第二部分，而不脱离本公开的教导。
如本文所用，术语“或”被包含地用于指代替代和组合中的项目。
本文中公开的每个实施例可以与本文中公开的其他实施例中的任何一个或更多个实施例组合，并且本领域普通技术人员将认识到许多这样的组合在本公开的范围内。
本公开包括以下条目。
第1条.一种用于向眼睛的视网膜提供刺激的设备，包括：
一个或更多个光学器件，用于将一个或更多个图像投射到中心凹之外的视网膜上，以促进眼睛的轴长变化或眼睛的脉络膜厚度变化中的一个或更多个。
第2条.根据第1条的设备，其中所述一个或更多个图像包括静止图像或动态图像中的一个或更多个。
第3条.根据第2条的设备，其中图像包括刷新速率在从1Hz至200Hz范围内的动态图像。
第4条.根据第1条的设备，其中一个或更多个图像包括单色光或多色光中的一个或更多个，该单色光或多色光包括在从400nm到800nm的范围内的波长。
第5条.根据第1条的设备，其中所述图像具有在每度1个周期到每度60个周期的空间频率范围内的信息或内容，并且可选地，该空间频率范围从每度1个周期到每度10个周期。
第6条.根据第1条的设备，其中所述图像包括在从99.9％至2.5％的范围内的对比度。
第7条.根据第1条的设备，其中所述图像包括相对于中心凹在从5度到40度的范围内的偏心度。
第8条.根据第7条的设备，其中所述图像以围绕中心凹基本上连续延伸360度的图案在该范围内照亮视网膜。
第9条.根据第7条的设备，其中所述图像在该范围内照亮视网膜的一部分。
第10条.根据第1条的设备，还包括电路，以用于使用一个或更多个图像来刺激视网膜，该一个或更多个图像使用时间照明，该时间照明包括连续照明、不连续照明、周期性照明或非周期性照明中的一个或更多个。
第11条.根据第10条的设备，其中时间照明包括持续时间在从1秒到24小时的范围内的周期性照明。
第12条.根据第10条的设备，其中时间照明包括持续时间在从1秒到24小时的范围内的不连续照明。
第13条.根据第10条的设备，其中所述电路被配置为当受试者处于清醒、睡眠、或时睡时醒中的一个或更多状态个时照亮视网膜。
第14条.根据第1条的设备，还包括电路，以用于使用具有空间照明图案的一个或更多个图像来刺激视网膜，该空间照明图案包括连续空间照明图案、不连续空间照明图案、周期性照明图案或非周期性空间照明图案中的一个或更多个。
第15条.根据第1条的设备，其中所述一个或更多个图像包括在1Troland到1000Troland的范围内的亮度。
第16条.根据第1条的设备，其中所述一个或更多个光学器件被配置成投射所述一个或更多个图像，该一个或更多个图像具有在从100尼特至50,000尼特的范围内或在从1尼特至10,000尼特的范围内的照度。
第17条.根据第1条的设备，其中所述一个或更多个图像针对眼睛的屈光不正进行矫正。
第18条.根据第1条的设备，其中所述一个或更多个图像相对于视网膜的一个或更多个位置离焦，在该一个或更多个位置处，该一个或更多个图像照亮视网膜。
第19条.根据第18条的设备，其中所述一个或更多个图像在从2.0D至7.0D的范围内以及可选地在从2.0D至5.0D的范围内近视离焦。
第20条.根据第18条的设备，其中所述一个或更多个图像以在从2.0D至7.0D的范围内和可选地在从2.0D至5.0D的范围内的量来远视离焦。
第21条.根据第1条的设备，其中所述一个或更多个光学器件包括光投影系统的部件。
第22条.根据第21条的设备，其中光投影系统包括投影仪、眼科设备、TV屏幕、计算机屏幕、手持设备、移动计算设备、平板计算设备、智能电话、可佩戴设备、眼镜镜片、近眼显示器、头戴显示器、护目镜、隐形眼镜、可植入设备、角膜高嵌体、角膜嵌体、角膜假体或人工晶状体中的一个或更多个的部件。
第23条.根据第21条的设备，还包括耦合到投影系统的支撑件，该支撑件包括眼科设备、TV屏幕、计算机屏幕、手持设备、移动计算设备、平板计算设备、智能电话、可佩戴设备、眼镜镜框、眼镜镜片、近眼显示器、头戴显示器、护目镜、隐形眼镜、可植入设备、角膜高嵌体、角膜嵌体、角膜假体或人工晶状体中的一个或更多个。
第24条.根据第1条的设备，包括：多个光源；其中一个或更多个光学器件包括多个投影光学器件，该多个投影光学器件耦合到该多个光源以将多个图像投射到视网膜前方。
第25条.根据第24条的设备，其中所述多个投影光学器件被布置成：以相对于眼睛中心凹在从5度至30度范围内以及可选地在从15度至30度范围内的偏心度，将多个光源的多个图像投射到眼睛视网膜的多个外部区域。
第26条.根据第24条的设备，其中所述多个投影光学器件中的每一个被布置成投射相对于视网膜表面近视离焦的图像，其中所述离焦的量在从2.0D至7.0D的范围内，并且可选地在从2.0D至5.0D的范围内。
第27条.根据第24条的设备，其中所述多个投影光学器件中的每一个位于距隐形眼镜中心1.5mm至5.0mm处，并且可选地，其中所述多个投影光学器件沿着圆的圆周定位。
第28条.根据第24条的设备，其中所述多个投影光学器件包括多个成像光学器件，该多个成像光学器件光学耦合到所述多个光源以将该多个图像投射到视网膜表面的前方。
第29条.根据第28条的设备，其中所述多个光源中的每一个具有不超过26微米并且可选地不超过10微米的最大跨距，并且可选地其中所述最大跨距包括直径。
第30条.根据第28条的设备，其中多个投影光学器件中的每一个包括反射镜、透镜或光导中的一个或更多个。
第31条.根据第30条的设备，其中多个成像光学器件中的每一个包括衍射元件、菲涅耳透镜或复合Gabor透镜中的一个或更多个。
第32条.根据第30条的设备，其中多个成像光学器件中的每一个具有在从200微米到1.5mm的范围内的最大跨距，并且可选地，其中所述最大跨距包括直径。
第33条.根据第30条的设备，其中多个成像光学器件中的每一个是非球面的，并且针对图像像差进行矫正。
第34条.根据第30条的设备，其中多个成像光学器件中的每一个包括凸面镜和凹面镜的组合。
第35条.根据第33条的设备，其中多个成像光学器件中的所述每一个在视网膜外部部分的前方以偏心度形成图像，该偏心度在距中心凹从1度至30度的范围内，可选地在距中心凹从10度至30度的范围内，可选地在从15度至30度的范围内，以及还可选地在从25度至30度的范围内。
第36条.根据第33条的设备，其中多个成像光学器件中的所述每一个在视网膜前方产生图像，该图像具有在从5至20的范围内或者在从25至100的范围内的图像放大率。
第37条.根据第24条的设备，其中视网膜外部部分前方的图像包括调制传递函数的幅度，该调制传递函数的幅度在10lp/mm的空间频率下不小于0.75，并且在30lp/mm的空间频率下不小于0.40，以及可选地该调制传递函数的幅度在10lp/mm的空间频率下不小于0.75，并且在50lp/mm的空间频率下不小于0.40。
第38条.根据第30条的设备，其中多个投影光学器件中的每一个包括成像光学器件，该成像光学器件包括准直光学器件，该成像光学器件被配置成在视网膜前方形成图像。
第39条.根据第30条的设备，其中所述投影光学器件包括单个透镜，该单个透镜同时起到准直光学器件和成像光学器件的作用。
第40条.根据第30条的设备，其中所述投影光学器件包括成像光学器件，用于在视网膜外部部分的前方产生偏心度不超过30度并且焦深不超过1.0D的图像。
第41条.根据第39条的设备，其中所述光学器件在视网膜外部部分的前方创建具有不超过30度的偏心度的图像，其中对于1.0D的离焦，所述图像的调制传递函数减小最小0.1个单位，并且可选地，其中1.0D的离焦包括增量离焦。
第42条.根据第24条的设备，其中，多个光源包括多个微显示器。
第43条.根据第24条的设备，其中，多个光源包括多个发光二极管(LED)。
第44条.根据第24条的设备，其中所述多个光学元件中的每一个包括反射镜组件，该反射镜组件准直由相应的微显示器发射的光并将所得光束引导到眼睛的瞳孔中，其中所述光束被聚焦以在视网膜前方形成周边图像。
第45条.根据第24条的设备，其中所述多个光学元件中的每一个包括透镜，该透镜接收由相应的微显示器发射的光并将所得光束引导到眼睛的瞳孔中，其中所述光束被聚焦以在视网膜前方形成图像。
第46条.根据第24条的设备，其中多个光源生成多色照明，并且可选地，其中，多个光源包括生成多色照明的多个微显示器。
第47条.根据第24条的设备，其中所述图像在视网膜前方大约0.5mm至2.0mm处。
第48条.根据第24条的设备，其中所述图像具有至少10lp/mm和可选地至少30lp/mm的分辨率。
第49条.根据第24条的设备，其中所述图像具有不超过200倍并且可选地不超过100倍的放大率。
第50条.根据第24条的设备，其中所述图像具有不超过2.5屈光度的焦深，并且可选地，其中所述焦深不超过约0.9mm。
第51条.根据第24条的设备，其中所述图像以在从大约7.5度到大约45度的范围内并且可选地在从大约15度到大约45度的范围内的偏心度投射。
第52条.根据第51条的设备，其中所述范围从大约15度到大约30度。
第53条.根据第24条的设备，其中所述微显示器以在从大约100cd/m2到50,000cd/m2的范围内，或者在从大约0.1cd/m2至10cd/m2范围内的照度照亮瞳孔。
第54条.根据第24条的设备，其中图像在周边视网膜前方一定距离处的位置处聚焦，并且图像包括焦深和空间分辨率，该焦深小于该距离，该空间分辨率大于该位置处周边视网膜的空间分辨率。
第55条.根据第24条的设备，还包括传感器，用于当隐形眼镜已经放置在佩戴者的眼睛上时，接收来自该佩戴者的输入。
第56条.一种眼镜镜片，包括显示器，其中所述显示器将图像投射在视网膜周边，以减少近视的发展。
第57条.根据第56条的眼镜镜片，其中所述显示器包括微显示器。
第58条.根据第56条的眼镜镜片，其中所述显示器包括微投影仪，该微投影仪在对应于佩戴者太阳穴的位置处耦合到眼镜框架。
第59条.根据第56条的眼镜镜片，其中所述显示器包括近眼显示器。
第60条.根据第56条的眼镜镜片，其中所述显示器被配置成刺激视网膜向内生长。
第61条.根据第56条的眼镜镜片，其中所述显示器包括微显示器和微光学器件阵列。
第62条.根据第56条的眼镜镜片，其中所述显示器使得能够在+/-2.0度至+/-15度的范围内以及可选地在从大约+/-2.0度至+/-12.5度的范围内的视场上清楚地观看真实世界。
第63条.根据第61条的眼镜镜片，其中所述显示器投射所述微显示器的光源的图像，该图像的近视离焦量在从2.0D至7.0D的范围内，并且可选地在从2.0D至5.0D的范围内。
第64条.根据第56条的眼镜镜片，其中所述显示器在视网膜的外部区域以相对于中心凹在从15度至40度的范围内，并且可选地在从20度至30度的范围内的偏心度来投射图像。
第65条.根据第56条的眼镜镜片，其中所述镜片包括多个近眼显示器，以便能够对外部视网膜进行双目刺激。
第66条.根据第56条的眼镜镜片，其中所述显示器在横向不小于+/-5度并且竖直不小于+/-7度的视场上，以及可选地在横向不小于+/-12度并且竖直不小于+/-20度的视场上，透射入射到其上的光的80％以上。
第67条.根据任一前述条款的眼镜镜片或设备，其中投射的图像移动以补偿眼动，并且可选地，其中，投射的图像移动以响应于眼动向视网膜周边的重叠区域提供刺激。
第68条.根据任一前述条款的眼镜镜片或设备，其中视网膜周边包括远离黄斑的视网膜外部位置。
第69条.根据任一前述条款的设备，还包括处理器，该处理器耦合到多个光源以控制多个光源的照明。
第70条.根据任一前述条款的设备，还包括无线通信电路，该无线通信电路可操作地耦合到多个光源以控制多个光源的照明。
第71条.根据任一前述条款的设备，还包括无线通信电路，该无线通信电路可操作地耦合到移动设备，用于使佩戴者控制多个光源的照明。
第72条.根据任一前述条款的设备，还包括无线通信电路，该无线通信电路可操作地耦合到处理器，用于使健康护理提供者对多个光源的照明周期和强度进行编程。
第73条.根据任一前述条款的设备，其中该设备不包括隐形眼镜。
虽然本文已经显示和描述了本发明的优选实施例，但对于本领域技术人员将明显的是，此类实施例仅通过示例的方式被提供。并非意图将本发明限制于本说明书中提供的具体示例。虽然已参考以上提及的说明书描述了本发明，但本文实施方案的描述和说明并不意图以限制性的意义来解释。本领域技术人员现在将想到许多变化、改变和替换，而不偏离本发明。此外，应当理解，本发明的所有方面并不限于本文阐述的取决于多种条件和变量的具体描写、配置或相对比例。应当理解，在实践本发明时可以采用本文描述的本发明的实施例的各种替代方案。因此可以预期，本发明还应涵盖任何此类的替代选择、修改、变化或等同物。随附权利要求旨在界定本发明的范围，并且从而涵盖在这些权利要求范围内的方法和结构及其等同物。
Claims (73)
1.一种用于向眼睛的视网膜提供刺激的设备，包括：
一个或更多个光学器件，所述一个或更多个光学器件用于将一个或更多个图像投射到中心凹之外的所述视网膜上，以促进眼睛的轴长变化或眼睛的脉络膜厚度变化中的一个或更多个。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述一个或更多个图像包括静止图像或动态图像中的一个或更多个。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述图像包括具有在从1Hz到200Hz的范围内的刷新速率的动态图像。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述一个或更多个图像包括单色光或多色光中的一个或更多个，所述单色光或多色光包括在从400nm到800nm的范围内的波长。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述图像具有在每度1个周期到每度60个周期的空间频率范围内的信息或内容，并且可选地，所述空间频率范围从每度1个周期到每度10个周期。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述图像包括在从99.9％至2.5％的范围内的对比度。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述图像包括相对于中心凹在从5度到40度的范围内的偏心度。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述图像以围绕所述中心凹基本上连续延伸360度的图案在所述范围内照亮所述视网膜。
9.根据权利要求7所述的设备，其中，所述图像在所述范围内照亮所述视网膜的一部分。
10.根据权利要求1所述的设备，还包括电路，所述电路用于使用所述一个或更多个图像来刺激所述视网膜，所述一个或更多个图像使用时间照明，所述时间照明包括连续照明、不连续照明、周期性照明或非周期性照明中的一个或更多个。
11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述时间照明包括持续时间在从1秒至24小时的范围内的周期性照明。
12.根据权利要求10所述的设备，其中，所述时间照明包括持续时间在从1秒至24小时的范围内的不连续照明。
13.根据权利要求10所述的设备，其中，所述电路被配置为当受试者处于清醒、睡眠、或者时睡时醒中的一个或更多个状态时照亮所述视网膜。
14.根据权利要求1所述的设备，还包括电路，所述电路用于使用所述一个或更多个图像刺激视网膜，所述一个或更多个图像具有空间照明图案，所述空间照明图案包括连续空间照明图案、不连续空间照明图案、周期性照明图案或非周期性空间照明图案中的一个或更多个。
15.根据权利要求1所述的设备，其中，所述一个或更多个图像包括在1Troland到1000Troland的范围内的亮度。
16.根据权利要求1所述的设备，其中，所述一个或更多个光学器件被配置成投射所述一个或更多个图像，所述一个或更多个图像具有在从100尼特至50,000尼特的范围内或在从1尼特至10,000尼特的范围内的亮度。
17.根据权利要求1所述的设备，其中，所述一个或更多个图像针对所述眼睛的屈光不正进行矫正。
18.根据权利要求1所述的设备，其中，所述一个或更多个图像相对于所述视网膜的一个或更多个位置离焦，所述一个或更多个图像在该一个或更多个位置处照亮所述视网膜。
19.根据权利要求18所述的设备，其中，所述一个或更多个图像在从2.0D至7.0D的范围内和可选地在从2.0D至5.0D的范围内近视离焦。
20.根据权利要求18所述的设备，其中，所述一个或更多个图像以在从2.0D至7.0D的范围内和可选地在从2.0D至5.0D的范围内的量来远视离焦。
21.根据权利要求1所述的设备，其中，所述一个或更多个光学器件包括光投影系统的部件。
22.根据权利要求21所述的设备，其中，所述光投影系统包括以下中的一个或更多个的部件：投影仪、眼科设备、TV屏幕、计算机屏幕、手持设备、移动计算设备、平板计算设备、智能电话、可佩戴设备、眼镜镜片、近眼显示器、头戴式显示器、护目镜、隐形眼镜、可植入设备、角膜高嵌体、角膜嵌体、角膜假体或人工晶状体。
23.根据权利要求21所述的设备，还包括耦合到所述投影系统的支撑件，所述支撑件包括以下中的一个或更多个：眼科设备、TV屏幕、计算机屏幕、手持设备、移动计算设备、平板计算设备、智能电话、可佩戴设备、眼镜镜框、眼镜镜片、近眼显示器、头戴显示器、护目镜、隐形眼镜、可植入设备、角膜高嵌体、角膜嵌体、角膜假体或人工晶状体。
24.根据权利要求1所述的设备，包括：
多个光源；
其中所述一个或更多个光学器件包括多个投影光学器件，所述多个投影光学器件耦合到所述多个光源以将多个图像投射到所述视网膜的前方。
25.根据权利要求24所述的设备，其中，所述多个投影光学器件被布置成：以相对于眼睛中心凹在从5度到30度的范围内以及可选地在从15度到30度的范围内的偏心度，将所述多个光源的所述多个图像投射到眼睛的所述视网膜的多个外部区域。
26.根据权利要求24所述的设备，其中，所述多个投影光学器件中的每一个投影光学器件被布置成投射相对于视网膜表面近视离焦的图像，其中所述离焦的量在从2.0D至7.0D的范围内，并且可选地在从2.0D至5.0D的范围内。
27.根据权利要求24所述的设备，其中，所述多个投影光学器件中的每一个投影光学器件位于距隐形眼镜中心1.5mm至5.0mm处，并且可选地，其中所述多个投影光学器件沿着圆的圆周定位。
28.根据权利要求24所述的设备，其中，所述多个投影光学器件包括多个成像光学器件，所述多个成像光学器件光学耦合到所述多个光源以将所述多个图像投射到所述视网膜的表面的前方。
29.根据权利要求28所述的设备，其中，所述多个光源中的每一个光源具有不超过26微米并且可选地不超过10微米的最大跨距，并且可选地其中所述最大跨距包括直径。
30.根据权利要求28所述的设备，其中，所述多个投影光学器件中的每一个投影光学器件包括反射镜、透镜或光导中的一个或更多个。
31.根据权利要求30所述的设备，其中，所述多个成像光学器件中的每一个成像光学器件包括衍射元件、菲涅耳透镜或复合Gabor透镜中的一个或更多个。
32.根据权利要求30所述的设备，其中，所述多个成像光学器件中的每一个成像光学器件具有在从200微米到1.5mm的范围内的最大跨距，并且可选地，其中所述最大跨距包括直径。
33.根据权利要求30所述的设备，其中，所述多个成像光学器件中的每一个成像光学器件是非球面的，并且针对图像像差进行矫正。
34.根据权利要求30所述的设备，其中，所述多个成像光学器件中的每一个成像光学器件包括凸面镜和凹面镜的组合。
35.根据权利要求33所述的设备，其中，所述多个成像光学器件中的所述每一个成像光学器件在所述视网膜的外部部分的前方以一定偏心度形成图像，所述偏心度在距中心凹从1度至30度的范围内，可选地在距中心凹从10度至30度的范围内，可选地在从15度至30度的范围内，以及还可选地在从25度至30度的范围内。
36.根据权利要求33所述的设备，其中，所述多个成像光学器件中的所述每一个成像光学器件在所述视网膜的前方产生图像，该图像具有在从5到20的范围内或者在从25到100的范围内的图像放大率。
37.根据权利要求24所述的设备，其中，所述视网膜的外部部分前方的图像包括调制传递函数的幅度，所述调制传递函数的幅度在10lp/mm的空间频率下不小于0.75，并且在30lp/mm的空间频率下不小于0.40，以及可选地所述调制传递函数的幅度在10lp/mm的空间频率下不小于0.75，并且在50lp/mm的空间频率下不小于0.40。
38.根据权利要求30所述的设备，其中，所述多个投影光学器件中的每一个投影光学器件包括成像光学器件，所述成像光学器件包括准直光学器件，所述成像光学器件被配置成在所述视网膜的前方形成图像。
39.根据权利要求30所述的设备，其中，所述投影光学器件包括单个透镜，所述单个透镜同时起到准直光学器件和成像光学器件的作用。
40.根据权利要求30所述的设备，其中，所述投影光学器件包括成像光学器件，所述成像光学器件用于在所述视网膜的外部部分的前方创建偏心度不超过30度且焦深不超过1.0D的图像。
41.根据权利要求39所述的设备，其中，所述光学元件在所述视网膜的外部部分的前方创建具有不超过30度的偏心度的图像，其中，对于1.0D的离焦，所述图像的调制传递函数减小最小0.1个单位，并且可选地，其中所述1.0D的离焦包括增量离焦。
42.根据权利要求24所述的设备，其中，所述多个光源包括多个微显示器。
43.根据权利要求24所述的设备，其中，所述多个光源包括多个发光二极管(LED)。
44.根据权利要求24所述的设备，其中，所述多个光学元件中的每一个光学元件包括反射镜组件，所述反射镜组件准直由对应的微显示器发射的光并将所得光束引导到眼睛的瞳孔中，其中所述光束被聚焦以在所述视网膜的前方形成周边图像。
45.根据权利要求24所述的设备，其中，所述多个光学元件中的每一个光学元件包括透镜，所述透镜接收由相应的微显示器发射的光并将所得光束引导到眼睛的瞳孔中，其中所述光束被聚焦以在所述视网膜的前方形成图像。
46.根据权利要求24所述的设备，其中，所述多个光源生成多色照明，并且可选地，其中所述多个光源包括生成多色照明的多个微显示器。
47.根据权利要求24所述的设备，其中，所述图像在所述视网膜的前方大约0.5mm至2.0mm处。
48.根据权利要求24所述的设备，其中，所述图像具有至少10lp/mm和可选地至少30lp/mm的分辨率。
49.根据权利要求24所述的设备，其中，所述图像具有不超过200倍并且可选地不超过100倍的放大率。
50.根据权利要求24所述的设备，其中，所述图像具有不超过2.5屈光度的焦深，并且可选地，其中所述焦深不超过大约0.9mm。
51.根据权利要求24所述的设备，其中，所述图像以在从大约7.5度到大约45度的范围内并且可选地在从大约15度到大约45度的范围内的偏心度投射。
52.根据权利要求51所述的设备，其中，所述范围从大约15度到大约30度。
53.根据权利要求24所述的设备，其中，所述微显示器以在从大约100cd/m2到50,000cd/m2的范围内，或者在从大约0.1cd/m2到10cd/m2的范围内的照度照亮瞳孔。
54.根据权利要求24所述的设备，其中，所述图像在周边视网膜前方一定距离处的位置处聚焦，并且所述图像包括焦深和空间分辨率，所述焦深小于所述距离，所述空间分辨率大于所述位置处的周边视网膜的空间分辨率。
55.根据权利要求24所述的设备，还包括传感器，所述传感器用于当隐形眼镜已经放置在佩戴者的眼睛上时接收来自所述佩戴者的输入。
56.一种眼镜镜片，包括显示器，其中所述显示器将图像投射在视网膜的周边，以减少近视的发展。
57.根据权利要求56所述的眼镜镜片，其中，所述显示器包括微显示器。
58.根据权利要求56所述的眼镜镜片，其中，所述显示器包括微型投影仪，所述微型投影仪在对应于佩戴者太阳穴的位置处耦合到眼镜框架。
59.根据权利要求56所述的眼镜镜片，其中，所述显示器包括近眼显示器。
60.根据权利要求56所述的眼镜镜片，其中，所述显示器被配置成刺激所述视网膜向内生长。
61.根据权利要求56所述的眼镜镜片，其中，所述显示器包括微显示器和微光学器件阵列。
62.根据权利要求56所述的眼镜镜片，其中，所述显示器使得能够在+/-2.0度到+/-15度的范围内以及可选地在从大约+/-2.0度到+/-12.5度的范围内的视场上清楚地观看真实世界。
63.根据权利要求61所述的眼镜镜片，其中，所述显示器投射所述微显示器的光源的图像，所述图像的近视离焦量在从2.0D至7.0D的范围内，并且可选地在从2.0D至5.0D的范围内。
64.根据权利要求56所述的眼镜镜片，其中，所述显示器在所述视网膜的外部区域以相对于中心凹在从15度至40度的范围内并且可选地在从20度至30度的范围内的偏心度来投射图像。
65.根据权利要求56所述的眼镜镜片，其中，所述镜片包括多个近眼显示器，以便能够对外部视网膜进行双目刺激。
66.根据权利要求56所述的眼镜镜片，其中，所述显示器在横向不小于+/-5度并且竖直不小于+/-7度的视场上，以及可选地在横向不小于+/-12度并且竖直不小于+/-20度的视场上，透射入射到其上的光的80％以上。
67.根据前述权利要求中任一项所述的眼镜镜片或设备，其中，所投射的图像移动以补偿眼动，并且可选地，所投射的图像移动以响应于眼动向所述视网膜的周边的重叠区域提供刺激。
68.根据前述权利要求中任一项所述的眼镜镜片或设备，其中，所述视网膜的周边包括所述视网膜的远离黄斑的外部位置。
69.根据前述权利要求中任一项所述的设备，还包括处理器，所述处理器耦合到所述多个光源以控制所述多个光源的照明。
70.根据前述权利要求中任一项所述的设备，还包括无线通信电路，所述无线通信电路能够操作地耦合到所述多个光源以控制所述多个光源的照明。
71.根据前述权利要求中任一项所述的设备，还包括无线通信电路，所述无线通信电路能够操作地耦合到移动设备，用于使佩戴者控制所述多个光源的照明。
72.根据前述权利要求中任一项所述的设备，还包括无线通信电路，所述无线通信电路能够操作地耦合到处理器，用于使健康护理提供者对多个光源的照明周期和强度进行编程。
73.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述设备不包括隐形眼镜。
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