CN116736558A - 具有无线充电的眼科镜片的系统、设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种眼科装置包括镜片和嵌入在所述镜片中以增强所述镜片的功能性的电子部件。所述眼科装置包括第一线圈以从诸如无线充电器的外部装置无线地接收能量，并且将接收到的能量无线地发射到耦合到所述电子部件的第二线圈，以便向所述电子部件供电。所述第一线圈可用作中继器的一部分，以便于无线充电。所述中继器可无线地接收电能并且与各种位置、大小和形状的所述电子部件一起工作。使用所述中继器来集中所述第二线圈内的磁通量也可提高无线功率效率。

Description

具有无线充电的眼科镜片的系统、设备和方法
本发明申请是基于申请日为2016年9月16日，申请号为
201680066848.1，发明名称为“具有无线充电的眼科镜片的系统、设备和方法”的专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年9月16日提交的标题为“ELECTRONIC OPTIC SYSTEM CAPABLEOF ACCEPTING WIRELESS ENERGY”的美国申请号62/219,384的优先权，所述申请通过引用以其全文并入本文。
技术背景
包括功能性电子器件(也称为电子护目镜)的护目镜可向用户提供高级功能性。例如，镜片可包括电活性材料以形成电活性镜片。电活性材料通常响应于施加到电活性材料的电压来改变其折射率或透射率。因此，电活性镜片可动态地调节其光焦度或透射率，所述调节由用户控制或自动地由环境条件(诸如环境光强度)触发。
电子护目镜通常在护目镜框架中包括支持电子器件以提供电力和信号以便支持功能电子器件的操作。支持电子器件可包括电源、变压器和滤光片等。实际上，将这些支持电子器件整合到护目镜框架中往往会增加电子护目镜的大小，从而影响电子护目镜的外观。支持电子器件还可在佩戴电子护目镜时降低用户的舒适度水平。另外，可装配到护目镜框架中的支持电子器件可能是昂贵的，并且因此可能增加所得到的电子护目镜的总成本。
发明内容
本文所描述的系统、设备和方法涉及具有无线充电的眼科系统。在一个实例中，一种眼科装置包括镜片和嵌入在所述镜片中或附连到所述镜片的第一线圈，以从外部装置无线地接收电能。所述装置还包括第二线圈，其嵌入在所述镜片中，以从所述第一线圈无线地接收所述电能。储能元件嵌入在所述镜片中并且可操作地耦合到所述第二线圈，以存储由所述第二线圈接收的所述电能。所述装置还包括至少一个电子部件，其嵌入在所述镜片中并且可操作地耦合到所述电池以消耗由储能单元存储的所述电能中的至少一部分。
在另一个实例中，公开一种操作眼科装置的方法。所述眼科装置包括镜片和嵌入在所述镜片中的至少一个电子部件。所述方法包括：使用耦合到所述镜片的第一线圈从外部装置无线地接收电能；以及将所述电能从所述第一线圈无线地发射到嵌入在所述镜片中的第二线圈。所述方法还包括：将由所述第二线圈接收的所述电能存储到储能元件中；以及使用由所述储能元件存储的所述电能的至少一部分来操作所述至少一个电子部件。
在又一个实例中，眼镜包括眼镜框架和设置在所述眼镜框架中的镜片。所述眼镜还包括线圈，其围绕所述镜片的周边设置，以从外部装置无线地接收电能。绝缘体设置在所述线圈与电子部件之间，以使所述线圈与所述电子部件绝缘。第二线圈嵌入在所述镜片中，以从所述第一线圈无线地接收所述电能。所述眼镜还包括电池，其嵌入在所述镜片中并且可操作地耦合到所述第二线圈，以存储由所述第二线圈接收的所述电能。所述眼镜还包括所述电子部件，其嵌入在所述镜片中并且可操作地耦合到所述电池以消耗由电源存储的所述电能中的至少一部分。
应当理解，以下更详细讨论的前述构思和附加构思的所有组合(假设这类构思不相互不一致)被认为是本文公开的发明主题的一部分。特别地，出现在本公开结尾处的要求保护的主题的所有组合被认为是本文公开的发明主题的一部分。还应当理解，也可出现在通过引用并入的任何公开中的本文中明确采用的术语应当被赋予与本文公开的特定构思最一致的含义。
本发明包括：
1.一种眼科装置，其包括：
镜片；
第一线圈，其可操作地耦合到所述镜片，以从外部装置无线地接收电能；
第二线圈，其嵌入在所述镜片中，以从所述第一线圈无线地接收所述电能；以及
至少一个电子部件，其嵌入在所述镜片中以消耗由所述第二线圈接收的所述电能中的至少一部分。
2.如项1所述的眼科装置，其中所述镜片是眼镜镜片并且所述第一线圈围绕所述眼镜镜片的周边设置。
3.如项2所述的眼科装置，其还包括：
框架，其保持所述眼镜镜片，
其中所述第一线圈设置在所述眼镜镜片与所述框架之间。
4.如项1所述的眼科装置，其中所述第一线圈设置在保持所述镜片的镜片框架上。
5.如项1所述的眼科装置，其中所述镜片不具有光焦度。
6.如项1所述的眼科装置，其中所述第一线圈被配置来通过磁谐振从所述外部装置接收所述电能。
7.如项1所述的眼科装置，其中所述第一线圈被配置来通过磁感应从所述外部装置接收所述电能。
8.如项1所述的眼科装置，其中所述镜片是接触镜片，并且所述第一线圈嵌入在所述接触镜片内。
9.如项1所述的眼科装置，其中所述镜片是接触镜片并且所述第一线圈围绕所述接触镜片的周边设置。
10.如项1所述的眼科装置，其中所述第二线圈与所述第一线圈同心。
11.如项1所述的眼科装置，其还包括：
储能元件，其嵌入在所述镜片中并且可操作地耦合到所述第二线圈，以存储由所述第二线圈接收的所述电能，其中所述至少一个电子部件消耗存储在所述储能单元中的所述电能。
12.如项11所述的眼科装置，其中所述储能元件包括可再充电电池、电容器或超级电容器中的至少一个。
13.如项11所述的眼科装置，其中所述储能元件包括设置在所述至少一个电子部件的外周处的薄膜电池。
14.如项1所述的眼科装置，其中所述至少一个电子部件包括：
电活性元件，其具有响应于向所述电活性元件施加电压来改变的透射率。
15.如项1所述的眼科装置，其中所述至少一个电子部件包括：
电活性元件，其具有响应于向所述电活性元件施加电压来改变的折射率。
16.如项15所述的眼科装置，其还包括：
测距仪，其可操作地耦合到所述电活性元件，以测量所述眼科装置的佩戴者与感兴趣对象之间的距离，
其中所述电压至少部分地基于所述距离。
17.一种操作包括镜片和嵌入在所述镜片中的至少一个电子部件的眼科装置的方法，所述方法包括：
使用耦合到所述镜片的第一线圈从外部装置无线地接收电能；
将所述电能从所述第一线圈无线地发射到嵌入在所述镜片中的第二线圈；
将由所述第二线圈接收的所述电能存储到储能元件中；
使用由所述储能元件存储的所述电能的至少一部分来操作所述至少一个电子部件。
18.如项17所述的方法，其中存储所述电能包括将所述电能存储到设置在所述镜片与所述第一线圈之间的薄膜电池中。
19.如项17所述的方法，其中接收所述电能包括通过磁谐振从所述外部装置接收所述电能。
20.如项17所述的方法，其中接收所述电能包括通过磁感应从所述外部装置接收所述电能。
21.如项17所述的方法，其中发射所述电能包括将所述电能从所述第一线圈发射到与所述第一线圈同心的所述第二线圈。
22.如项17所述的方法，其中操作所述至少一个电子部件包括：
向包括电活性元件的所述至少一个电子部件施加电压以改变所述电活性元件的透射率。
23.如项22所述的方法，其还包括：
测量所述眼科装置周围的环境光水平；以及
至少部分地基于所述环境光水平施加所述电压。
24.如项17所述的方法，其中操作所述至少一个电子部件包括：
向包括电活性元件的所述至少一个电子部件施加电压以改变所述电活性元件的折射率。
25.如项24所述的方法，其还包括：
测量所述眼科装置的佩戴者与感兴趣对象之间的距离；以及
至少部分地基于所述距离施加所述电压。
26.一种眼镜，其包括：
眼镜框架；
镜片，其设置在所述眼镜框架中；
第一线圈，其围绕所述镜片的周边设置，以从外部装置无线地接收电能；
绝缘体，其设置在所述第一线圈与电子部件之间，以使所述线圈与所述电子部件绝缘。
第二线圈，其嵌入在所述镜片中，以从所述第一线圈无线地接收所述电能；
电池，其嵌入在所述镜片中并且可操作地耦合到所述第二线圈，以存储由所述第二线圈接收的所述电能；以及
所述电子部件，其嵌入在所述镜片中并且可操作地耦合到所述电池以消耗由电源存储的所述电能中的至少一部分。
附图简述
本领域技术人员将理解，附图主要是用于说明的目的，并非旨在限制本文所描述的发明主题的范围。图纸不一定按比例绘制；在一些实例中，本文公开的发明主题的各个方面可能在附图中被夸大或放大以便于理解不同的特征。在附图中，相同的附图标记通常是指相同的特征(例如功能上相似和/或结构上相似的元件)。
图1示出具有无线充电的眼科系统的示意图。
图2示出具有无线充电和用于能量存储的薄膜电池的眼科系统的示意图。
图3示出具有用于无线充电的中继器线圈的眼科系统的示意图。
图4示出具有用于无线充电的谐振器线圈的眼科系统的示意图。
图5示出在内部线圈与中继器线圈之间具有非谐振耦合的眼科系统的示意图。
图6示出在内部线圈与谐振器线圈之间具有非谐振耦合的眼科系统的示意图。
图7示出具有无线充电的一对眼镜镜片的示意图。
图8示出使用围绕镜片厚度的线圈进行无线充电的一对眼镜镜片的示意图。
图9示出包括呈同心配置的中继器线圈和内部线圈的接触镜片的示意图。
图10A-10D示出包括设置在镜片与镜片框架之间的中继器线圈和电池的眼科系统。
图11示出操作具有无线充电的眼科装置的方法。
具体的实施方式
具有无线充电的眼科装置
为了解决将支持电子器件整合到护目镜框架中的常规电子护目镜中的挑战，本文所描述的系统、设备和方法采用无线能量传递方法来向电子护目镜中的功能电子器件供电。在这种方法中，一种眼科装置包括镜片和设置在所述镜片中或其上以增强镜片的功能性的电子部件。眼科装置包括第一线圈以从外部装置(例如，无线充电器)无线接收能量(或功率)，并且将接收到的能量(或功率)无线地发射到耦合到电子部件的第二线圈，以便向电子部件供电。
所述第一线圈可用作中继器的一部分，以便于无线充电。不管眼科装置中的耗电元件的位置、大小、形状和数量如何，具有中继器的眼科装置都可被无线充电。另外，通过使用中继器来集中磁通量可提高无线功率效率。
与常规电子护目镜相比，本文所描述的眼科装置可具有更少的部件，并且装置中的部件的大小也可以更小，从而使得整个装置更紧凑。装置中的电子部件独立于护目镜框架进行供电，而不具有附接到护目镜框架的笨重的电子部件，从而保持护目镜的美学外观。
图1示出具有无线充电的眼科装置100的示意图。装置100包括设置在镜片框架132中的镜片130和设置在镜片130中的电子部件150。第一线圈110附接到镜片130以从外部装置105接收无线能量或功率。第二线圈120附接到镜片130以从第一线圈110接收无线能量或功率，并且将接收到的能量发射到储能单元140(也称为储能元件140)。储能单元140向电子部件150提供至少一部分功率。
如图1所示的第一线圈110设置在镜片130与镜片框架132之间。在另一个实例中，第一线圈110可嵌入或附连到镜片130。在这种情况下，第一线圈110可由诸如透明导电氧化物(TCO)的透明导电材料制成。可替代地，第一线圈110可围绕镜片130的外周设置(即，基本上靠近镜片框架132)，以便减少对佩戴者视力的干扰。在又一个实例中，第一线圈110可围绕镜片130的厚度(参见例如图8)。在又一个实例中，第一线圈110可设置在镜片130的前表面或后表面上。
在又一个实例中，第一线圈110可被整合到镜片框架132中。例如，镜片框架132可包括中空管，并且第一线圈110可设置在中空管内。在又一个实例中，第一线圈110可设置在镜片框架132的前表面或后表面处。
第一线圈110可以用各种方式与外部装置105通信。在一个实例中，第一线圈110从外部装置105接收能量，所述外部装置105可以是无线充电器或可发射无线能量的任何其他装置。在另一个实例中，第一线圈110可从外部装置105接收控制信号，以便控制电子部件150的操作。在又一个实例中，第一线圈110可从外部装置105接收数据。在这种情况下，外部装置105可包括控制器、处理器、智能电话、计算机、膝上型电脑、平板电脑或具有无线发射器的任何其他适当的装置。
第一线圈110也可将信号发射到外部装置105。例如，第一线圈110可将电子部件150的操作数据发射到外部装置105，所述外部装置105可分析所述操作数据并且基于电子部件150的操作数据提供控制信号。在另一个实例中，第一线圈110可将关于储能单元140的状态信息发射到外部装置105。响应于低能量存储的指示，外部装置105可启动充电过程以便对储能单元140进行充电。
可替代地，储能单元140的充电可以是自动的。例如，只要外部装置105和第一线圈110在阈值距离内，充电过程就可以开始。阈值距离可以是约5cm或更大(例如，约5cm、约10cm、约20cm、约50cm、约1米、约2米、约5米、约10米、约20米、约50米或更大，包括其间的任何值和子范围)。充电也可以是连续的或周期性的。可替代地，阈值距离也可以小于5cm。例如，外部装置105可包括对接站(也被称为坞站)，所述对接站用于接收并固定第一线圈110(和镜片130)以便进行充电。
第一线圈110与外部装置105之间的通信可使用各种技术来实施。在一个实例中，第一线圈110和外部装置105可电感耦合。在这种情况下，外部装置105可通过感应充电将能量发射到第一线圈110。
在另一个实例中，外部装置105和第一线圈110可谐振地耦合。例如，外部装置105可用作谐振变压器以便通过磁谐振功率传递技术向第一线圈110发射能量。磁谐振功率传递是两个线圈之间的电能传输，这两个线圈被调谐为以相同的频率谐振。不受限于任何特定的操作模式理论，基于电磁耦合的原理，基于谐振的充电器可将振荡电流注入高度谐振的线圈(例如，外部装置105中所包括的线圈)以产生振荡电磁场。具有相同谐振频率的另一个线圈(例如，第一线圈110)可从电磁场接收功率并且将功率转换回到可用于给电子部件150供电和/或给储能单元140充电的电流。
谐振充电可在空间自由度方面提供独特的优点，从而允许也被称为谐振充电器的外部装置105与第一线圈110分离。磁谐振无线传递是一种非辐射能量传递模式，其相反取决于附近的磁场。磁场通常与生物有机体(包括人和动物)进行弱相互作用，因此被认为对生物应用是安全的。
在一个实例中，第一线圈110和外部装置105通过使用近场谐振耦合来进行耦合。在这种情况下，外部装置105与第一线圈110之间的距离可基本上等于或小于第一线圈110的直径的5倍。近场谐振耦合可具有高效率，这可取决于第一线圈110和外部装置105中所包括的发射线圈的预设角度和/或取向。
在另一个实例中，第一线圈110和外部装置105通过使用中场谐振耦合来进行耦合，其中外部装置105与第一线圈110之间的距离可以是第一线圈110的直径的约5倍至约1000倍。中场谐振耦合中的功率传输效率可取决于第一线圈110与外部装置105中包括的发射线圈之间的预设相对角度取向。
在又一个实例中，第一线圈110和外部装置105通过使用远场谐振耦合来进行耦合，其中外部装置105与第一线圈110之间的距离大于第一线圈110的直径的1000倍。远场谐振耦合可能对第一线圈110与外部装置105中所包括的发射线圈之间的角度取向较不敏感。两个线圈(第一线圈110和外部装置105中的发射线圈)可被阻抗匹配以提高传输效率。例如，两个线圈110和120的形状、尺寸和电阻可被配置来实现阻抗匹配。
除了非谐振和谐振感应充电之外，还可使用其他技术来将能量从外部装置105传递到第一线圈110。在一个实例中，第一线圈110可使用射频识别(RFID)技术来接收能量，所述技术允许外部装置105通过RF波将能量发射到第一线圈110。RFID技术还允许外部装置105向第一线圈110发射数据和从第一线圈110读取数据。在另一个实例中，外部装置105可通过微波将能量发射到第一线圈。在又一个实例中，外部装置105可通过超声波将能量发射到第一线圈。
在又一个实例中，外部装置105可通过WiFi信号与第一线圈110通信。在又一个实例中，外部装置105可通过蓝牙信号与第一线圈110通信。在这些情况下，外部装置105与第一线圈110之间的通信可以是双向的，即，第一线圈110也可将数据发射到外部装置105。
第一线圈110响应于从外部装置105接收电能来激励第二线圈120并使第二线圈120通电，以便将电能传递到第二线圈120。以这种方式，第一线圈110可用作中继器或中继器的一部分，以将来自外部装置105的电能中继到第二线圈120。在一个实例中，第一线圈110与第二线圈120之间的能量传递可使用非谐振感应充电来实现。由于第一线圈110通常位于第二线圈120的附近，所以所述感应充电的效率可以很高。在另一个实例中，第一线圈110与第二线圈120之间的能量传递可使用如上所述的谐振充电来实现。除了传递能量之外，第一线圈110还可用作天线以将控制信号或数据发射到第二线圈120。
在一个实例中，第一线圈110被设置成远离镜片130。例如，第一线圈110可设置在镜片框架132上。在另一个实例中，第一线圈110可设置在镜片框架132的镜腿部分上。在又一个实例中，第一线圈110可设置在镜片框架132的眼线部分上。在这些情况下，第二线圈120可设置在镜片130中或其上，并且电耦合到电子部件150以便给电子部件150供电(例如，储能元件140在此可以是可选的)。第二线圈120也可连接到控制器(图1中未示出)以控制发射到电子部件150的电压。控制器还可控制被发送到电子部件的信号的调制、频率、功率和/或其他参数。在又一个实例中，外部装置105控制发射到第一线圈110的信号(包括能量)的电压、功率、频率和其他参数。在这种情况下，可减少镜片130或镜片框架132中所包括的部件的数量。
图1示出各自包括单个环路的第一线圈110和第二线圈120。可替代地，第一线圈110和第二线圈120中的每一个可包括多个环路。在一个实例中，多个环路由相同的导电电线形成。在另一个实例中，多个环路由多根电线形成并且可以基本上彼此同心。
在一个实例中，镜片130可具有光焦度。在另一个实例中，镜片130可不具有光焦度。在这种情况下，装置100可在诸如虚拟现实(VR)、增强现实(AR)、混合现实(MR)和眼睛保护等应用中使用。
储能元件140可使用各种技术来存储由第二线圈120提供的能量。在一个实例中，储能单元140包括电池，诸如可再充电电池。由于使用上述无线能量传递技术方便地再充电，所以装置100中所使用的电池可具有小的大小。例如，电池的横向尺寸(例如，长度)可小于2.5cm(例如，小于2.5、小于2cm、小于1.5cm、小于1cm、小于8mm或小于5mm，包括其间的任何值和子范围)。可再充电电池可使用薄膜电池(例如，薄膜锂离子电池)来实现装置100的小形状系数。
在另一个实例中，储能元件140可包括电容器。在又一个实例中，储能单元140可包括也被称为超电容器的超级电容器。超级电容器每千克其重量可存储高达15-35瓦时电能。
在图1中，储能元件140被设置成远离电子部件150。在另一个实例中，储能元件140可设置在电子部件150内。在又一个实例中，储能元件140可设置在镜片框架132上。在又一个实例中，储能元件140可沿着镜片130的外周设置。在又一个实例中，储能元件140可沿着电子部件150的外周设置。在又一个实例中，储能元件140可被设置成基本上平行于第一线圈110(参见例如图10A-10D)。绝缘层可设置在第一线圈110与储能单元140之间。
装置100中的电子部件150可改善镜片130的功能或增加镜片130的附加功能。例如，电子部件150可包括由诸如液晶的电活性材料制成的电活性元件。如本领域所理解的，某些液晶材料响应于所施加的电压来改变其折射率。当与镜片130结合时，电活性元件中的折射率变化可改变装置100的总光焦度，从而允许佩戴者动态地调节光焦度。关于电活性元件的更多信息可在美国专利号9,155,614中找到，所述专利通过引用以其全文并入本文。
在另一个实例中，电子部件150可包括电活性元件，所述电活性元件响应于施加在电活性元件上的电压来改变其透射率。透射率的变化可以是宽带的，在这种情况下电活性元件可用作中性滤光片。可替代地，透射率的变化可以是窄带的，并且电活性元件因此可用作带通滤光片，所述带通滤光片透射一个或多个波长而不是其他波长的光。
在又一个实例中，电子部件150可包括一个或多个传感器(参见例如下面的图7和图8)。例如，电子部件150可包括用于监测佩戴者的运动的加速度计。在另一个实例中，电子部件150还可包括能够检测环境光的光电检测器。加速度或环境光的检测可用于控制电活性元件的折射率或透射率。在又一个实例中，电子部件150还可包括用于检测UV辐射水平的紫外(UV)传感器。响应于高水平的UV光，装置100可减少UV光的透射，以便保护佩戴者的眼睛。
在又一个实例中，电子部件150还可包括用于测量佩戴者与感兴趣对象之间的距离的测距仪。所述距离可用于控制装置100的光焦度(也称为焦距)。在又一个实例中，电子部件150还可包括用于测量佩戴者的两个瞳孔之间的距离的瞳孔间距离传感器。电子部件150可响应于佩戴者的瞳孔间距离来增大或减小光焦度。在又一个实例中，电子部件150还可包括用于测量温度(诸如环境温度)的热传感器。
电子部件150还可包括用于控制装置100的一个或多个电路，诸如专用集成电路(ASIC)。在另一个实例中，电子部件150可包括用于频率调制和解调制的电路。所述电路可允许第一线圈110和/或第二线圈120接收和发射调制信号。在又一个实例中，电子部件150还可包括用于发射和接收信号的一个或多个谐振电路。电子部件150还可包括数据存储单元，诸如存储器。电子部件150还可包括有助于数据管理的缓冲器。
装置100可在各种应用中使用。在一个实例中，装置100可在眼镜镜片中使用。在另一个实例中，装置100可在电子接触镜片中使用，在这种情况下，镜片框架132可由诸如水凝胶的软材料制成。在又一个实例中，装置100可在电子仪器镜片中使用。在又一个实例中，装置100可在电子诊断镜片中使用。在又一个实例中，装置100可在电子安全镜片中使用。在又一个实例中，装置100可在电子相机镜片中使用。
在又一个实例中，装置100可在与健康护理相关联的电子镜片中使用。在又一个实例中，装置100可在与制造相关联的电子镜片中(例如，防护镜中)使用。在又一个实例中，装置100可在与条形码扫描相关联的电子镜片中使用(例如，电子部件150可包括条形码读取器)。在又一个实例中，装置100可在与检查相关联的电子镜片中使用。在又一个实例中，装置100可用于通信(例如，视频通话或视频会议)。在又一个实例中，装置100可在与运输相关联的电子镜片中使用(例如，电子部件150可向驾驶员提供驾驶指引)。
图2示出具有无线充电和用于能量存储的薄膜电池的眼科系统200的示意图。系统200包括设置在镜片框架232内的镜片230。电子部件250耦合到镜片230以改善装置200的功能性。系统200包括第一线圈210以从外部装置205接收电力。接收到的能量通过例如感应充电来传输到第二线圈220。薄膜电池240(也称为功率带)基本上围绕电子部件250设置以存储由第二线圈220接收的电能并且向电子部件250提供功率。
薄膜电池240的厚度可小于2mm(例如，小于2mm、小于1.5mm、小于1mm、小于900μm、小于800μm、小于700μm、小于600μm、小于500μm、小于400μm、或小于300μm，包括其间的任何值和子范围)。因此，装置200可具有基本上光滑的表面和几乎任何期望的形状系数。薄膜电池240可被嵌入到镜片230中。可替代地，薄膜电池240可设置在镜片230的前表面或后表面上。
图3示出具有用于无线充电的中继器的眼科系统300的示意图。系统300包括用于保持镜片330的镜片框架332。第一线圈312设置在镜片330与镜片框架332之间以从外部装置305接收无线能量。中继器部件314可操作地耦合到第一线圈312以形成中继器310，以便促进第一线圈310与外部装置305之间的无线能量传递。第二线圈320耦合到镜片330以接收由第一线圈310发射的电能并且通过内部电子部件345和导电路径342将接收到的能量发射到电子部件350(例如，电活性元件)。
系统300可被配置为佩戴者的眼镜镜片或一副眼镜。导电路径342可由透明导电材料制成以减少对佩戴者视力的潜在干扰。图3所示的第二线圈320设置在镜片330的拐角处。可替代地，第二线圈320可设置在电子元件350的外周处并且可与第一线圈312基本上同心以便提高无线能量传递的效率。在这种情况下，第二线圈320也可由透明导电材料制成。
系统300还可包括可选的储能元件(未示出)以存储由第二线圈320接收的能量。可替代地，系统300可不包括储能元件，并且电子部件350由第二线圈320直接供电。在这种情况下，外部装置305可向第一线圈310提供连续充电以允许电子部件350的连续操作。
图4示出具有用于无线充电的谐振器的眼科系统400的示意图。系统400包括用于保持镜片430的镜片框架432。第一线圈412沿着镜片430的外周设置以从外部装置405接收无线能量。谐振器电子器件414可操作地耦合到第一线圈412以形成谐振器410，所述谐振器410可增加第一线圈410与外部装置405之间的能量传递效率。电子部件450耦合到镜片430并且通过内部电子器件455由谐振器410供电。将谐振器电子器件414和内部电子器件455彼此靠近放置可改善能量传递。
图5示出在内部线圈520(也被称为第二线圈)与中继器线圈512(也被称为第一线圈512)之间具有非谐振耦合的眼科系统500的示意图。系统500包括外部装置505，以便将电能无线传输到设置在镜片530与镜片框架532之间的第一线圈512。中继器电子部件314耦合到第一线圈512以形成中继器510，以便促进第一线圈512与外部装置505之间的能量传递。第二线圈520设置在中继器电子部件514附近以从第一线圈512接收能量。导电路径522设置在镜片530上或其中以将功率从第二线圈520传导到电子部件550。
图6示出在内部线圈620与谐振器线圈612之间具有非谐振耦合的眼科系统600的示意图。系统600包括设置在镜片框架632内的镜片630。第一线圈612夹置在镜片630与镜片框架632之间以从外部装置605接收无线能量。谐振器电子器件614耦合到第一线圈612以形成谐振器610，所述谐振器610将由第一线圈612接收的能量发射到第二线圈620。第二线圈620和谐振器电子器件614彼此靠近设置以增大能量传递效率。第二线圈620进一步通过内部电子器件622将电能传输到电子部件650。
图7示出具有可通过无线充电供电的电子部件的一副眼镜700的示意图。眼镜700包括设置在镜片框架732中的一对镜片730a和730b。每个镜片730a和730b包括如上所述的电子部件(图7中未示出)，诸如电活性元件。第一组线圈710a耦合到第一镜片730a或嵌入其中，并且第二组线圈710b耦合到第二镜片730b或嵌入其中。两组线圈710a和710b被配置来从外部装置705接收无线能量。眼镜700还包括两个储能单元740，每个储能单元均耦合到相应的一组线圈710a和710b。储能单元740可包括内部线圈以从线圈710a和710b接收能量，在这种情况下，线圈710a和710b可用作中继器和/或谐振器。系统700还包括可操作地耦合到线圈710b的传感器760。传感器760可包括上述任何传感器，包括加速度计、光电检测器、UV检测器、热传感器、测距仪或其组合。
如图7所示，两组线圈710a和710b中的每一组包括三个环路。三个环路可由一根或多根电线形成。线圈710a和710b中也可以使用其他数量的环路。例如，两组线圈710a和710b中的每一组可包括多于三个环路(例如，多于3个、多于5个、多于10个、多于15个或多于20个，包括其间的任何值和子范围)。在一个实例中，两组线圈710a和710b包括相同数量的环路。在另一个实例中，两组线圈710a和710b包括不同数量的环路，以便向例如每个镜片(730a或730b)中的不同电子装置供电。
图8示出围绕每个镜片的厚度(即，在包含或平行于对应镜片的光轴的平面内)使用线圈810a和810b进行无线充电的一副眼镜800的示意图。眼镜800包括设置在镜片框架832中的一对镜片830a和830b。两个镜片830a和830b中的每一个包括相应的线圈810a和810b以从外部装置805接收能量，以便向相应的电子光学器件850a和850b供电。眼镜800还包括一个或多个储能元件840以存储由线圈810a和810b接收的能量。储能元件840可包括内部线圈(图8中未示出)，以便通过例如非谐振或谐振感应充电从线圈810a和810b接收能量。
眼镜800还包括设置在镜片框架832的镜腿部分上的第一传感器860a和设置在镜片框架832的眼线部分上的第二传感器860b。两个传感器可包括上述任何传感器。另外，眼镜800还可包括附加传感器。附加传感器可设置在任何适当的位置处，包括在眼线上、在镜片上、嵌入到镜片中、以及在镜片框架832的桥接部分上等等。
线圈810a和810b设置在相应的镜片830a和830b的上部部分上。例如，如图7所示，线圈810a和810b围绕镜片830a和830b的厚度形成，而不是沿着镜片的外周形成。
图9示出包括呈同心配置的中继器线圈910和内部线圈920的眼科系统900(例如，接触镜片或眼内镜片)的示意图。系统900包括具有外边缘932的镜片930。第一线圈910(也称为外部线圈或中继器线圈或天线)设置在镜片930的外边缘932上以从外部装置905接收无线能量。第一线圈910也可将信号或数据发射到外部装置905(即，用作天线)。在外边缘932内，第二线圈920(也称为内部线圈)耦合到镜片930以接收由第一线圈910发射的能量。第一线圈910和第二线圈920基本上彼此同心以提高两个线圈910和920之间的能量传递效率。
系统900还包括在镜片930的中心处包含电活性材料的电活性元件950。电活性元件950通过内部电子器件922由第二线圈920供电，所述内部电子器件922可包括例如电压控制器、调频器和/或解调器或任何其他电子器件。
在一个实例中，电活性元件950被嵌入在镜片930内。在另一个实例中，电活性元件950设置在镜片930的前表面和/或后表面上。在又一个实例中，电活性元件950的一部分可设置在镜片930的一个表面上，而电活性元件950的另一部分可设置在镜片930的另一个表面上。例如，电活性元件可包括设置在两个透明电极之间的液晶层。液晶可被嵌入在镜片930内，并且两个电极中的每一个可设置在镜片930的相应表面上(即，一个电极在前表面上并且另一个电极在后表面上)。
图10A-10D示出包括设置在镜片与镜片框架之间的线圈(例如，图1中的第一线圈110)和电池的眼科系统1000。图10A示出包括设置在镜片框架1032内的镜片1030的系统1000的前视图。图10B示出系统1000的侧视图。图10C示出系统1000的一部分的放大视图。放大视图示出设置在镜片1030与镜片框架1032之间作为中继器的一部分的第一线圈1010(也称为天线)。
图10D示出进一步的放大视图。在这个视图中，镜片1030包括具有楔形形状的斜面部分1035。电池1040(或任何其他储能元件)设置在镜片斜面1035的楔形表面上。绝缘层1015设置在电池1040上。第一线圈1010基本上设置在镜片斜面1035的楔形表面的尖端处和绝缘层1015上方，所述绝缘层1015使第一线圈1010与电池1040绝缘。
系统1000将第一线圈1010和电池1040整合到镜片1030与镜片框架1032之间的空间中。这可将第一线圈1010和电池1040牢固地固定到系统1000中，而不使用镜片1030上的任何区域，从而减少对佩戴者视力的干扰。
操作具有无线充电的眼科装置的方法
图11示出操作具有无线充电的眼科装置的方法1100。眼科装置可包括上述任何眼科装置和系统(参见例如图1-10D)。
在方法1100的步骤1110处，眼科装置中的第一线圈用于从外部装置接收无线电能。这种能量传递可使用例如感应充电、磁谐振充电、超声能量传递、微波能量传递、WiFi、蓝牙或本领域已知的任何其他无线能量传递技术来实现。在方法1100的步骤1120处，第一线圈将接收到的能量发射到眼科装置中的第二线圈。如上所述，可使用感应充电和/或谐振充电来实现第一线圈与第二线圈之间的能量传递。在一个实例中，第一线圈可用作中继器以将来自外部装置的电能中继到第二线圈。在另一个实例中，第一线圈可用作谐振器以将能量传递到第二线圈。
在方法1100的步骤1130处，将由第二线圈接收的电能存储在储能元件中。储能元件的实例包括但不限于可再充电电池、薄膜电池、电容器和超级电容器等等。可替代地，储能元件可以是可选的并且眼科装置可由第二线圈直接供电。
在方法1100中的步骤1140处，电子部件消耗存储在储能元件中的或直接来自第二线圈的电能。在一个实例中，电子部件可响应于施加到电子部件的电压来改变其透射率。在这种情况下，眼科装置可包括用于监测环境光水平的光电检测器，以便控制施加到电子部件的电压。在另一个实例中，电子部件可响应于施加到电子部件的电压来改变其折射率(和光焦度)。在这种情况下，眼科装置可包括用于测量眼科装置与感兴趣对象(即，佩戴者感兴趣观看的对象)之间的距离的测距仪，以便控制施加到电子部件的电压。
结论
虽然各发明实施方案已经在本文中加以描述和说明，本领域普通技术人员将容易地预想多种其他手段和/或结构以用于执行功能和/或获得本文所描述的结果和/或一个或多个优点，并且这类变化和/或修改中的每一者被视为在本文所描述的发明实施方案的范围之内。更一般而言，本领域的普通技术人员应容易地理解，本文描述的所有参数、尺寸、材料，以及配置意在是实例性的并且实际参数、尺寸、材料，和/或配置将取决于特定应用或本发明的教义所用于的应用。本领域技术人员将认识到，或仅仅使用常规实验即能够确定本文所描述的特定发明实施方案的许多等同形式。因此，应理解的是，前述实施方案仅以举例的方式提出，并且在所附权利要求及其等同物的范围内，本发明实施方案可按不同于具体描述和要求的方式来实施。本公开的发明实施方案涉及本文所描述的各个独立特征、系统、物品、材料、套件和/或方法。另外，如果这类特征、系统、物品、材料、套件和/或方法互相不一致，则两个或更多个这类特征、系统、物品、材料、套件和/或方法的任意组合包括在本公开的发明范围之内。
另外，各种发明构思可体现为已经提供了实例的一种或多种方法。作为所述方法的一部分执行的动作可以用任何合适的方式进行排序。因此，可构造以不同于所示的顺序执行动作的实施方案，所述实施方案可包括同时执行某些动作，即使在说明性实施方案中示出为顺序动作。
所有的定义，如本文所定义和使用，应理解为控制所定义的术语的字典定义、在通过引用并入的文件中的定义和/或普通含义。
除非有明确的相反指示，否则本文在说明书和权利要求书中使用的不定冠词“一”和“一个”应理解为意指“至少一个”。
本文在说明书和权利要求书中使用的短语“和/或”应理解为意指所结合的元素，即在一些情况下结合存在以及在其他情况下分离存在的元素的“任一者或两者”。用“和/或”列出的多个元素应当以相同的方式解释，即如此结合的元素中的“一个或多个”。不同于由“和/或”字句所具体定义的元素的其他元素可任选地存在，无论与具体定义的那些元素相关还是不相关。因此，作为非限制性实例，当与开放式语言(诸如“包括”)结合使用时，对“A和/或B”的引用在一个实施方案中可仅指代A(可选地包括除B之外的元素)；在另一个实施方案中，仅指代B(可选地包括除A之外的元素)；在又一个实施方案中，指代A和B(可选地包括其他元素)；等。
如在本说明书和权利要求书中所使用的，“或”应被理解为具有与如上所定义的“和/或”相同的含义。例如，当分离列表中的项目时，“或”或“和/或”应被解释为包含性的，即包含多个元素或元素列表中的至少一个元素，但也包括多于一个元素，以及可选的附加的未列出项目。只有清楚地表明相反的术语，诸如“仅一个”或“恰好一个”，或者当在权利要求书中使用时，“由...组成”将指代包括多个元素或元素列表中的恰好一个元素。一般而言，本文所使用的术语“或”应当仅被解释为在排他性条款之前指示排他性替代(即“一个或另一个，但不是两个”)，诸如“任一个”、“之一”、“仅一个”或“恰好一个”。当在权利要求书中使用时，“基本上由......组成”应具有其在专利法领域中使用的普通含义。
如本文在说明书和权利要求书中所使用的，关于一个或多个元素的列表的短语“至少一个”应理解为意指选自元素列表中的任何一个或多个元素的至少一个元素，但不一定包括在元素列表内具体列出的每个元素中的至少一个，并且不排除元素列表中元素的任何组合。除了短语“至少一个”所指的元素列表内具体定义的元素之外，所述定义还允许元素可任选地存在，不管与具体定义的那些元素相关还是不相关。因此，作为非限制性实例，“A和B中的至少一个”(或等同地“A或B中的至少一个”、或等同地“A和/或B中的至少一个”)在一个实施方案中可指代至少一个，任选地包括多于一个A，不存在B(并且任选地包括除B之外的元素)；在另一个实施方案中，指代至少一个，任选地包括多于一个B，不存在A(并且任选地包括除A之外的元素)；在又一个实施方案中，指代至少一个，任选地包括多于一个A以及至少一个，任选地包括多于一个B(并且任选地包括其他元素)；等。
在权利要求书和以上说明书中，所有过渡性短语，诸如“包括(comprising)”、“包括(including)”、“携带”、“具有”、“含有”、“涉及”、“保持”、“由...构成”等应被理解为是开放式的，即意味着包括但不限于。如美国专利局专利审查程序手册第2111.03节所陈述，只有过渡性短语“由......组成”和“基本上由...组成”应分别是封闭式或半封闭式过渡性短语。

Claims (10)

1.一种眼科装置，其包括：
镜片；
第一线圈，其可操作地耦合到所述镜片，以从外部装置无线地接收电能；
第二线圈，其嵌入在所述镜片中，以从所述第一线圈无线地接收所述电能；以及
至少一个电子部件，其嵌入在所述镜片中以消耗由所述第二线圈接收的所述电能中的至少一部分。
2.如权利要求1所述的眼科装置，其中所述镜片是眼镜镜片并且所述第一线圈围绕所述眼镜镜片的周边设置。
3.如权利要求2所述的眼科装置，其还包括：
框架，其保持所述眼镜镜片，
其中所述第一线圈设置在所述眼镜镜片与所述框架之间。
4.如权利要求1所述的眼科装置，其中所述第一线圈设置在保持所述镜片的镜片框架上。
5.如权利要求1所述的眼科装置，其中所述镜片不具有光焦度。
6.如权利要求1所述的眼科装置，其中所述第一线圈被配置来通过磁谐振从所述外部装置接收所述电能。
7.如权利要求1所述的眼科装置，其中所述第一线圈被配置来通过磁感应从所述外部装置接收所述电能。
8.如权利要求1所述的眼科装置，其中所述镜片是接触镜片，并且所述第一线圈嵌入在所述接触镜片内。
9.一种操作包括镜片和嵌入在所述镜片中的至少一个电子部件的眼科装置的方法，所述方法包括：
使用耦合到所述镜片的第一线圈从外部装置无线地接收电能；
将所述电能从所述第一线圈无线地发射到嵌入在所述镜片中的第二线圈；
将由所述第二线圈接收的所述电能存储到储能元件中；
使用由所述储能元件存储的所述电能的至少一部分来操作所述至少一个电子部件。
10.一种眼镜，其包括：
眼镜框架；
镜片，其设置在所述眼镜框架中；
第一线圈，其围绕所述镜片的周边设置，以从外部装置无线地接收电能；
绝缘体，其设置在所述第一线圈与电子部件之间，以使所述线圈与所述电子部件绝缘。
第二线圈，其嵌入在所述镜片中，以从所述第一线圈无线地接收所述电能；
电池，其嵌入在所述镜片中并且可操作地耦合到所述第二线圈，以存储由所述第二线圈接收的所述电能；以及
所述电子部件，其嵌入在所述镜片中并且可操作地耦合到所述电池以消耗由电源存储的所述电能中的至少一部分。
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