CN1856728A - 增强电活性透镜系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种提供增强视力矫正的透镜系统和光学设备。该透镜系统包括提供至少一种高阶像差的矫正的电活性层。高阶像差矫正基于透镜系统用户的需要而动态改变，这种需要除了其他之外，例如用户注视距离、瞳孔大小的改变，或者在眨眼之后泪液膜的改变。还公开了使用这些以及其他透镜系统来提供高阶像差的矫正的光学设备。还描述了一种光学引导，其引导用户的视线，以通过具有高阶像差矫正的透镜区域进行观察。

Description

增强电活性透镜系统

背景技术

许多人，甚至是那些具有良好视力的人，具有些许归入非传统屈光偏差类别的视力缺陷，这阻止了他们获得最佳视觉敏锐度的可能性。与传统的屈光偏差(即，“近视”或“远视”以及视力矫正过的人通常所带有的其他类型问题)不同，非传统屈光偏差(例如，高阶像差)的影响对于个体来说可能非常难以察觉，直至在眼科检查中被识别、测量并矫正，并且伴随着这些偏差的矫正，个体才有机会获得增加的视觉敏锐度。

高阶像差的影响可能随着环境条件而改变，例如，离观察对象的距离或者瞳孔的大小(基于观察距离以及进入瞳孔的环境光变动)。于是，对高阶像差进行固定矫正的透镜除了在特定的条件下，仍然不能向个体提供适当的矫正。

发明内容

因此，可能希望提供这样的透镜系统和光学设备，它们针对这些以及其他允许高阶矫正动态改变的视力矫正需要，和/或可以有助于帮助具有不同高阶矫正需要的人使用相同的光学设备。

根据本发明的示例性方面，一种透镜系统包括提供至少一种高阶像差的矫正的第一电活性层；所提供的高阶矫正响应于用户通过该透镜系统进行观察时的需要动态改变。动态改变例如可以响应于用户注视、用户瞳孔大小或者眨眼后所过去的时间的改变。

根据本发明的另一示例性方面，一种光学设备包括至少一个矫正高阶像差的透镜。该透镜可以与该光学设备集成在一起，或者可以可拆除地附接到该光学设备，并且可以包括使该光学设备尤其适于由多人使用(尤其是在恶劣和/或军事环境中)的额外特性。

当在下面本发明示例性实施例的详细描述的启发下考虑时，本发明的额外方面、特征和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1a是在给定的一组条件下矫正高阶像差的电活性像素模式的图。

图1b是在给定的一组不同条件下矫正高阶像差的电活性像素模式的图。

图2是根据本发明示例性实施例的包含透镜系统的护目镜的图。

图3是根据本发明示例性实施例的透镜系统的图。

图4是根据本发明另一示例性实施例的透镜系统的图。

图5是根据本发明示例性实施例的使用高阶像差矫正透镜系统的光学设备的图。

图6是根据本发明另一示例性实施例的使用高阶像差矫正透镜系统的光学设备的图。

图7a和7b是根据本发明示例性实施例的具有可拆除高阶像差矫正透镜的光学设备的图。

图8是根据本发明另一示例性实施例的具有可拆除高阶像差矫正透镜的光学设备的图。

图9根据本发明示例性实施例的具有可编程高阶像差矫正透镜的光学设备的图。

图10根据本发明示例性实施例的光学设备的图。

图11根据本发明示例性实施例的用于与光学设备一起使用的视线引导的图。

图12根据本发明另一示例性实施例的用于与光学设备一起使用的视线引导的图。

图13根据本发明另一示例性实施例的用于与光学设备一起使用的视线引导的图。

图14是图示典型高阶像差的Zernike模式图。

具体实施方式

本发明的示例性实施例针对透镜系统以及使用透镜系统提供增强视力的光学设备。

如美国专利6,619,799(全文一并在此作为参考)中更详细地描述的那样，已经开发出了能够提供矫正传统屈光偏差(例如，远视和近视)以及非传统屈光偏差(包括高阶像差)这样的视力矫正的电活性透镜。

矫正非传统屈光偏差的优点具体地说可以为个体提供好于20/20的视觉敏锐度。非传统偏差尤其是高阶像差(例如，彗形像差)通常是由于眼睛内部的缺陷造成的，并且甚至经常阻止那些好视力(即，20/20)的人将视觉敏锐度提高到更高水平，例如20/15、20/10甚至接近20/8。

高阶像差对人们视力的影响可能基于瞳孔的大小和/或观察对象的注视距离变动。例如，当环境光为低或者当注视近处的对象时，瞳孔放大，此时人们所经受的像差对他视力的影响可能大于或小于在环境光为高情况下(此时瞳孔较小)或者注视远处对象时的影响。瞳孔大小的改变还可能是由于眨眼以及温度、海拔、环境条件甚至是个体的精神状态的改变造成的。

一般而言，较小的瞳孔提供稍微锐利一些的对焦，并且掩盖眼睛中可能存在的某些像差，这种像差通常位于角膜或晶状体以及眼睛的其他部位中。在瞳孔张开更大以允许进入更多光的条件下，暴露出更多的像差，并且这些像差被引入到在光进入眼睛时所生成的图像中。当瞳孔大小增加时，球面像差影响的增加可能尤其显著。

于是，在瞳孔扩大时(例如，在低光条件下)对视力可能具有重大影响的像差，在明亮光情况下(此时瞳孔大小通常要小得多，并且限制进入眼睛的光量)的影响不同或更小。光穿过眼睛中较小的区域，于是可能不穿过眼睛中具有特定缺陷的部分，而其他缺陷可能被放大。结果，一个人在变化的环境光条件下可能具有基本恒定的基本屈光能力，例如-2.50屈光度(D)，但是取决于观察条件，可能需要两个或多个处方来矫正高阶像差。

同样，注视距离的改变也可能导致眼睛中像差的改变。一般地，当注视近距离范围中(通常距离眼睛小于大约18～24英寸)的对象时瞳孔大小增加。另外，当注视距离改变时，眼睛的晶状体的曲率也改变。当注视距离变化时，瞳孔大小的改变以及晶状体曲率的改变组合在一起，改变了像差的影响。在观察近距离范围中的对象时的会聚效果也可能改变不同注视距离处像差的效果。

根据本发明的示例性实施例，提供了这样一种透镜系统，其动态调节高阶像差矫正，以与通过该透镜系统进行观察的人的瞳孔直径和/或注视距离相互联系起来。以这种方式，在瞳孔扩大时矫正个体的高阶像差以提供改进的视觉敏锐度的相同透镜还在瞳孔收缩时进行调节，以维持该水平的视觉敏锐度。

该透镜系统包括电活性透镜，其具有至少一层电活性材料，例如液晶，如‘799专利中所述。利用透明绝缘体(例如，氧化铟锡或者其他透明绝缘材料)将这层电活性材料分为像素的二维阵列。每个像素可以单独寻址，从而所施加的电压使每个像素中的电活性材料采取特定的分子取向。当光穿过各个像素时，基于根据特定像素中电活性材料的取向所获得的折射率，光在特定角度折射。通过调节施加于每个单独像素的电压，不同的像素的取向角度不同，得到不同的折射率。以这种方式，可以控制透镜系统来折射与特定模式相对应的光，以获得矫正人眼的像差的视力处方，并且当个体通过该透镜系统进行观察时可以在整个眼部获得高阶矫正。

例如，可以使用波前分析仪来测量高阶像差，以确定提供高阶像差矫正所需的屈光模式。波前分析仪测量穿过眼睛的平面光波由于像差引起的失真，并且可以用来感应眼睛中像差的位置的大小。图14所示的Zernike图示出了高阶像差的示例性类型。然后使用所测量的波前来确定视力处方，可以将其电存储为一系列视力矫正，其中眼睛的不同区域可能需要不同的视力矫正。

如前所述，高阶像差通常随着注视距离和瞳孔大小改变。因此，可以在多种照明条件及不同注视长度下测量波前。例如，通常可以在个体注视20英尺的距离(对应于“远距”视力)、2到3英尺的距离(对应于“中距”视力)、以及直至18到24英寸的距离(对应于“近距”视力)时进行测量。可以使用更多和/或不同距离来测量所需要的高阶像差的不同水平的改变。同样，至少在明亮以及黯淡的环境光条件下进行测量，尽管可以使用一定范围的环境光条件来确定高阶像差在从亮到暗时或者相反变化时如何改变。

可以对由于眨眼造成的像差矫正的改变进行类似的调节。在眨眼后，由于泪液在角膜上扩散，高阶像差改变。这种泪液扩散作为眨眼后时间的函数持续改变，并且可以取决于数种因素。影响泪液扩散改变速率的示例性因素包括泪液膜的稠度、蒸发、排出以及重力。

对于特定的个体，在眨眼后随着时间流逝，高阶像差的效果以及因此所希望的矫正将持续改变，直至该人再次眨眼。然后，高阶像差矫正周期将自己重复。

利用波前分析仪，可以在刚要眨眼之前、刚眨眼之后并且在眨眼之间以特定间隔来测量某人的高阶像差，以确定像差如何随着眨眼变动。一旦测量结束，眼科医生可以确定在眨眼之后是否需要一个或多个处方来对正在改变的像差进行矫正；然后可以将这些处方编程到驱动提供矫正的电活性透镜的微控制器芯片中。当光传感器或其他这类设备检测到用户的眼睛眨动时，微控制器可以将矫正在一个或多个存储的处方之间改变，以在眨眼后的时间间隔中最优化用户的视力。

通过测量并存储用来矫正不同距离和环境光强度下和/或泪液膜扩散的不同阶段时的高阶像差的处方，可以在与透镜系统相关联的电存储器中存储一组完整的处方。所存储的各种观察条件下的这组处方在与检测这种观察条件的传感器结合使用时，在观察条件持续改变时，透镜系统自动改变，以提供并随后维持一定水平的增强视觉敏锐度。

可以使用的一种这样的传感器是监视瞳孔直径的光检测器。当光检测器感应到瞳孔大小改变时，控制器基于所测量的瞳孔直径，调节施加给透镜系统的像素阵列的电压，以动态修改处方来提供适当的高阶像差矫正，这允许通过透镜系统进行观察的个体维持增强水平的视觉敏锐度。

可以使用的另一种传感器是检测从眼睛的角膜反射的光的光传感器。每当眼睛眨动时，眼睑中断从角膜反射的光。这可以使要提供给用户的处方对应于特定的泪液膜条件。处方可以基于预先测量的用户泪液膜改变的效果，作为时间的函数改变，直至用户再次眨眼，并且光传感器确定应该将处方重置为初始的眨眼后处方。

在本发明的另一实施例中，传感器可以测量环境光而不是瞳孔大小本身的改变。基于预先测量的在不同环境光条件下的瞳孔大小，可以向用户提供在这些环境光条件下的瞳孔大小所需的高阶矫正。

图1a的透镜100中示出了矫正高阶像差的示例性像素模式。透镜100包括基底透镜102以及像素化电活性区域105。基于在特定的一组条件下(例如，明亮的光)眼睛的特定像差，波前分析仪已经预先测量了用户在特定的眼睛区域所需的特定矫正。因此，像素化电活性区域105的第一区域110被编程为补偿与穿过透镜该区域所对应的眼睛的波前部分相对应的缺陷，而在像素化电活性区域105的第二区域120中需要不同的矫正，以补偿与眼睛的不同部分相对应的缺陷。

取决于个体和/或测量该人眼睛时所处的条件，可以获得基于特定个体的需要改变的多种模式。例如，同一个体在瞳孔完全张开时可能需要图1b所示的视力矫正以维持高阶像差的矫正所提供的增强水平的视觉敏锐度，并且可以由控制器基于监视瞳孔大小或可能导致所需的高阶像差矫正改变的其他条件的传感器(未示出)所接收到的信号来进行切换。

应该认识到，在特定的环境中，一个人可能需要具有固定的高阶像差处方的透镜。可以在多种光强度及注视距离下对个体进行测量，以确定平均高阶像差处方，这不能在所有条件下都能向该人提供最佳视觉敏锐度，但是仍然可以表现出满意的解决方案。相反，如果预先确定了条件，则可以为这些特定条件设计固定矫正，以最大化矫正效果。

矫正高阶像差的透镜系统也可以矫正传统的屈光偏差，例如通过额外的电活性材料层，或者通过透镜系统中所包括的提供球形矫正的固定焦距镜片，如‘799专利中进一步描述的那样。有利地，固定焦距镜片可以用来在电活性地提供高阶像差矫正时提供故障保险机制。这可以防止在开车等任务期间电活性视力矫正失败的情形中失去远距离视觉。例如，在断电或者其他故障导致一个或多个电活性层失效时，固定焦距镜片仍然向个体提供充足的视力矫正来观看，直至故障可以修复。通常，固定焦距镜片提供远程视觉。

固定焦距镜片可以用作电活性层所附着到的基底透镜，并且可以不提供屈光能力，即，0D。例如，如果固定焦距镜片用作一层或多层电活性材料所附着到的基础，只需要高阶像差矫正而不需要传统视力矫正的人，或者选择依靠其他视力矫正方法(例如，隐形眼镜或者激光手术)的人，可以使用不带有屈光能力的固定镜片。

根据示例性实施例的透镜系统有利地可以用在需要增强视觉敏锐度的多种应用中，包括眼镜和光学设备。一种特别有利的应用可以是：透镜系统是军人所使用的护目镜设备或者可能尤其需要增强视觉敏锐度的恶劣环境中通常使用的其他设备的一部分。增强视觉敏锐度可以为环境观察、通信和/或目标获取提供增强清晰度。例如，增强的视觉敏锐度可以使士兵能够更迅速地察觉到飞机轮廓，并且使他能够更迅速地确定该轮廓是代表我方飞机还是敌方飞机，以及由此判断是否需要躲避。

图2示出了矫正高阶像差的护目镜的示例性实施例。护目镜200包括框架210和矫正高阶像差的透镜系统220，并且该透镜系统220可选地还可以矫正传统屈光偏差。护目镜200还可以包括电源，例如电池230。电池230可以是轻巧的薄带电池，并且附着到护目镜200的框架210。太阳能条240可以用作主或副电源，过多的电力存储在电池230中，以在太阳能不足以提供全部必需电力时提供电力。传感器295测量瞳孔大小，以动态提供高阶像差矫正。

可以对用在护目镜或其他应用中的透镜系统进行染色或偏振，以减小眼睛疲劳，并提供对太阳光的保护。例如，可以通过使用光致变色层或者电致变色层(可以电调节，以基于光强提供希望水平的染色)来完成染色。

再参考图2，其中护目镜200要用于军事应用，护目镜200还可以包括麦克风260和扬声器270，它们与收发机280组合在一起提供免持通信系统。护目镜200还可以包括头戴微显示器285，其帮助佩戴者进行定位和定向或者其他可能有用的视觉控制。透镜系统200与通信系统和头戴微显示器285一起可以由微芯片290控制，该微芯片290产生用于高阶像差矫正的像素模式。护目镜200还可以适于通过有线或无线信号与便携式计算机(未示出)通信，这提供对其他应用程序的接入，例如显示到头戴微显示器285的目标获取。

当用在军事应用中时，尤其还希望保护士兵的眼睛不受激光照射的影响，这可能是敌方攻击的一种形式。为了提供这种保护，根据本发明示例性实施例的透镜系统可以包括激光保护层。

激光保护层可以包括折痕滤波器(rugate filter)。折痕滤波器通常在特定频率处提供激光保护。激光保护层也可以是透镜系统中所添加的具有高非线性磁化率的电活性材料层。这种电活性材料不提供视力矫正，但是当通过施加电势被激活时，具有吸收和/或反射特性，这提供比折痕滤波器更广频率范围的激光保护。这些类型的材料的示例包括高“chi-2”或“chi-3”非线性光学材料，例如铌酸锂。

图3中的侧视图示出了包括激光保护的透镜系统的示例性实施例。透镜系统300包括固定距离镜片310以及提供高阶像差矫正的电活性层320。透镜系统还包括激光保护层330以及电致变色层340。如图3的透镜系统300所示，可以在电活性层320或者任何中间层上涂敷硬膜350作为保护层。此外，可选地涂敷抗反膜360，其可以减小由于反射而引起的光损失量，这可以改进透镜系统300的整体性能。

矫正高阶像差的透镜系统有利地可以包括夜视模块。夜视模块可以与提供动态高阶像差矫正的电活性透镜系统一起使用，或者可以与提供固定高阶像差矫正的透镜系统一起使用。加入夜视模块以在晚间提供增强的视觉敏锐度，这可以为军事人员或者希望或需要在极低光或无光条件下进行查看的其他人员提供战略上的优点。例如，消防员的面罩可以包括高阶像差矫正以及夜视或长波红外(IR)成像模块。这可以使消防员能够在黑暗、烟雾弥漫的建筑物中比单独使用夜视或热成像时更迅速地察觉到需要营救的人员，这增加了反应时间以及成功营救的可能性。

根据本发明示例性实施例与透镜系统一起使用的夜视模块通常使用可见光光电倍增管或IR检测系统。基于IR的夜视系统检测来自各种发射源的红外能量，发射源例如活的有机体(通常在8～12微米的范围中)。IR能量被转换为将其显示在屏幕上的形式，基于每个对象发射的IR能量的数量表现出不同对象之间的可视对比。

可以使用的一种红外系统包括像素行和列的2维布局的焦平面阵列，这与提供电活性高阶像差矫正的像素阵列类似。夜视模块的像素包括红外敏感的材料。每个像素中的材料吸收红外能量，并且基于所接收到的红外信号的强度，以在屏幕上测量并复制的形式发射能量。用在夜视模块中的合适红外敏感材料可以包括铁电材料、硅化铂、锑化铟、砷化镓量子阱、掺杂砷的硅、微辐射热计、以及其他在暴露于红外能量时表现出可以计量的能量改变的材料。

可以作为根据本发明示例性实施例的夜视模块一部分的与高阶像差矫正结合的低光状况下提供视觉的其他方法包括使用图像增强设备。当使用这些增强设备时，红外或可见能量形式的光撞击光电发射体板块。板块发射与光信号强度相对应的电子，即，光越强，从光电发射体板块发射的电子越多。电子以束的形式穿过图像增强器，图像增强器通常是放大电子束的微通道板。一旦被放大，电子撞击荧光屏上的荧光物质，并且它们的能量被转换为可见光子。

图4示出了包括夜视模块的透镜系统的示例性实施例。透镜系统400类似于图3所述的透镜系统，但是在抗反膜450与硬膜440之间添加了夜视模块460。应该认识到，夜视模块可以处于透镜系统400中的任意位置处，只要高阶像差矫正层420位于夜视模块460与通过透镜系统400进行观察的人的眼睛之间。

为了提供具有与正常视觉相似水平的敏锐度的增强夜视，检测器和屏幕应该具有与高阶透镜相当的分辨率，尤其是在高阶矫正透镜是电活性的情形中。例如，提供高阶相差矫正的像素阵列优选地比透镜系统中任何其他像素阵列(例如，夜视模块)具有相同或更少的行数和列数。如果夜视模块和任何其他层的分辨率小于高阶矫正层所提供的分辨率，则夜视模块变为限制因素，并且不能实现高阶像差矫正可能达到的改进视觉敏锐度的整个范围。在其中夜视模块使用光电倍增管的实施例中，可以由光电倍增管来直接提供高阶像差矫正。

本发明的示例性实施例还针对包括矫正高阶像差的透镜系统的光学设备。这些光学设备的透镜系统与用户的眼睛分离，并且用户在使用时通常还佩戴任何其他矫正设备，例如眼镜、隐形眼镜等。分离的光学设备通常提供有限的视场，局限于一个小的立体角(通常以眼睛的光轴为中心)。分离的光学设备包括望远镜、检眼镜、双目镜、单目镜、步枪瞄准镜、护目镜、照相机、遮光镜、面罩、炮瞄准器、显微镜、生物显微镜，这些仅仅用作示例。

如图5所示，一种这样的分离光学设备是望远镜500。高阶矫正透镜510位于目镜520之前，从而通过望远镜500进行观察的用户首先通过矫正高阶像差的透镜510观察。换句话说，向望远镜用户的眼睛传播的光首先通过物镜530，然后通过目镜520，并且最终通过高阶矫正透镜510。

可以以与该望远镜类似的方式来设计其他单目镜光学设备(即，具有单个目镜)，而对于具有两个目镜的光学设备(即，双目镜)，高阶像差矫正透镜610可以位于每个目镜605之前，如图6的双目镜600所示。也可以使用其他具有以与上面针对望远镜和双目镜所述相似的方式工作的校准高阶像差的透镜系统的分离光学设备。

应该认识到，在任何光学设备中，在该光学设备的物镜和目镜之间可以存在额外的透镜、镜子及其他光学设备。

对于许多人而言，每只眼睛的像差是不同的。于是，在双目镜光学设备中(例如，望远镜)，高阶像差矫正透镜通常被设计为矫正个体将主要用来通过该设备进行观察的那只眼睛。如果高阶像差矫正透镜是电活性透镜，可以对光学设备进行如此编程，从而用户可以指示将使用哪只眼睛来通过该设备进行观察，并且可以应用适当的处方。例如，如果个体通常利用右眼来通过望远镜进行观察，电活性高阶矫正透镜的默认设置可以利用提供用来矫正与右眼相一致的像差的像素模式的视力处方来编程。然而，如果此个体希望用左眼来观察，则他可以简单翻转开关，或者改变透镜模式，来提供左眼的高阶像差矫正。

当光学设备包括矫正高阶像差的透镜系统时，透镜系统可以直接集成到光学设备中，或者可以是与光学设备分离的可拆除附件的一部分。应该认识到，无论透镜系统是否与光学设备集成在一起，高阶像差矫正透镜都可以用作目镜本身的透镜，而不是在分离的目镜透镜与眼睛之间额外使用。

如果集成了透镜并且电活性地提供高阶像差矫正，则各个个体的视力处方可以存储在电存储设备上，例如与光学设备相关联的存储器芯片。存储器设备可以与控制器相关联，该控制器将特定用户的适当视力处方转发给光学设备，从而多个个体可以使用该设备。

如果高阶矫正透镜不是电活性的，而是具有固定处方，则优选地不集成透镜。不然的话，该光学设备将包括具有专门为一个个体创建的高阶矫正处方的透镜，并且将不能被具有不同高阶像差而需要不同处方的其他人使用。为了减轻这种潜在的顾虑，高阶矫正透镜可以是与光学设备相分离的可拆除附件的一部分。

可拆除透镜可以允许某人携带其自己的高阶矫正透镜。例如，在实验室中，一组科学家都可以可交换地使用数个不同的显微镜。科学家可以具有允许其将设计来矫正其自身的特定高阶像差的透镜附着到实验室中其正在使用的显微镜的可拆除透镜。以这种方式，她在通过实验室中任一显微镜进行观察时总是具有其视觉敏锐度的理想水平。可拆除透镜附件在制造光学设备时也可以是有利的。可以以相同的方式来装配基本的光学设备，而专门制造具有高阶矫正透镜系统的附件，从而每个不同用户将他或她自己的处方制造或者电编程到高阶像差矫正透镜中。

高阶像差矫正透镜如何可以可拆除地附接到图7a和7b(图示了步枪瞄准镜)所示的光学器件的一个示例性实施例。包含高阶像差矫正透镜715的附件710可拆除地附接到步枪瞄准镜700。附件710可以在目镜720上滑动，从而光穿过物镜750、穿过目镜725、并且最终穿过高阶像差矫正透镜715，之后进入用户的眼睛。如图7b所示，附件710包括槽717，其穿在从步枪瞄准镜700的目镜720上突出的舌片722上。虽然图7a和7b示出了装配在目镜720上的附件710，但是应该认识到，这种布置可以反过来，例如，附件装配在目镜之内。例如，如图8所示，附件810可以具有螺纹811，其旋进光学设备800的目镜820的沉孔821中。

高阶矫正通常是非对称矫正，于是高阶矫正透镜应该不能旋转。实际上，透镜应该具有指定的顶部和底部，从而用户可以容易地将包含高阶像差矫正透镜的产品附接到光学设备，并且透镜的视力矫正区域与眼睛的像差位置正确对准。例如，这可以通过图7b所示的单个舌片和槽系统来实现，从而只有在透镜正确对准时，高阶像差矫正透镜才能附接到光学设备。在附件装配在目镜内部的情形中，如图8所示，目镜820和附件810每一个都可以具有刻痕840或者某些其他形式的标记，当刻痕840对准时，表明高阶像差矫正透镜815的取向正确。

在某些示例性实施例中，可能希望使用集成在光学设备中的高阶像差矫正透镜，尤其是在光学设备被设计来提供电活性的高阶矫正时。这可以具有这样的优点：允许多个个体使用同一光学设备，因为电活性处方可以编程，并且除了提供针对用户的动态改变之外，还可以基于使用光学设备的人来修改透镜所产生的处方。在这种情形中，每个用户不需要单独的透镜附件，只需要将视力处方电存储在光学设备可访问的位置。多个个体的视力处方可以存储在与光学设备相关联的电存储器中，例如与光学设备通信的存储器芯片上。

使用光学设备的人可以以某些方式来将自己标识为用户，例如，在键盘上输入代码，或者由光学设备进行视网膜扫描，这仅仅作为示例。基于传送到光学设备的身份，可获得该用户的适当处方或者处方组，以便通过电活性透镜进行显示。图9图示了具有集成的高阶矫正透镜920的显微镜910，其中高阶矫正透镜920连接到计算机930，用户通过计算机930可以输入用户id或者其他信息，以将其自己标识为显微镜的用户，从而指示显微镜910的电活性高阶矫正透镜920显示该用户的高阶视力处方的适当像素模式。基于该人的身份，显示适当的像素模式，以向设备的用户提供其自己的视力处方。视力处方可以存储在光学设备自身上的存储器芯片上，或者可以单独存储在与该光学设备相关联的计算机或其他设备上。

计算机可以通过图9所示的硬布线传送信息，或者可以是来自图10所示的便携式设备的无线传输。在图10中，带有电活性高阶视力矫正透镜1015的夜视镜1010包括接收机1070，以接收来自便携式计算机1060的无线数据传输，例如通过蓝牙或RFD技术。

以这种方式，个人可以带着小型计算机(例如，PDA或蜂窝电话)上存储的可以发送到任何兼容的电活性设备的视力处方旅行。当这个人想使用带有提供高阶像差矫正的电活性透镜的光学设备时，无论这个人以前是否使用过该光学设备，可以从PDA将视力处方发送到光学设备。然后这个人可以使用光学设备来通过它进行观察，同时获得视觉敏锐度的指定改进。

与隐形眼镜或眼内眼镜不同，与眼睛分离的透镜，例如根据本发明某些示例性实施例使用的那些透镜，不会随着眼睛移动。当个体观察不同对象时，人的视线可能改变，从而眼睛的像差不再与透镜所提供的高阶矫正相匹配，这导致增强视觉敏锐度的某些损失，类似于上面所述的附件在光学设备上没有正确对准的情形。于是，可能希望提供一种周期性辅助用户来容易且迅速返回适当视线的方法。因此，当高阶像差矫正透镜用在光学设备中时，可使用临时或永久的引导，其帮助用户发现并维持通过透镜的适当视线，以维持高阶像差矫正透镜所提供的增强视觉敏锐度的好处。

为了发现并维持适当的视线，高阶矫正透镜可以包括帮助个体看到透镜的“最有效点”的标记，从而当视线穿过透镜的该区域时，获得透镜可能的最佳视觉敏锐度。通常，当视线穿过透镜中心时维持最佳视觉敏锐度，但是并不总是这样的。当最有效点偏离中心时，对用户维持适当视线的帮助可能是尤其有利的。

标记可以蚀刻到透镜中，例如图11所示的蚀刻叉丝，其中叉丝1120代表高阶矫正透镜中应该维持视线通过的点。另外，如果透镜是电活性的，可以发射出色调或色彩，以标识出个体应该将其视线指向的对比区域，如图12所示，其中视线被标识为高阶像差矫正透镜1210中央的靶心1220。通过向电活性材料施加电流，给出色彩变化，来创建靶心。给出色彩变化的示例性材料包括液晶、导电聚合物或者其他公知的电致变色材料。

用于发现并维持适当视线的另一示例性标记形式是使用除了针孔之外基本上不透明的模板，该针孔限制视线，从而只有在用户通过如图13所示的最有效点进行观察时用户才能通过透镜看到东西。针孔开口1320可以由在透镜1305上滑动或者附接到透镜1305的物理模板1310露出。开口1320还可以是电活性创建的，例如通过在两层电活性材料之间产生交叉极化，从而每个电活性层除了一个小的圆形部分之外都被激活。未激活的区域实质上彼此对准，从而当电活性层处于交叉极化状态时，交叉极化过滤出穿过形成针孔的未激活、未极化区域的光之外的所有光。

如果标记是临时性的，则标记可以去除。例如，对于由极化创建的针孔，一旦个体确定了适当的视线，则可以去除极化，以允许透镜的整个区域用于观察。如果此个体后来担心其视线可能已经偏离最有效点，则此个体可以使标记重新出现，并且重新将其视线调整回到最有效点。

在电活性的高阶矫正透镜中，可以与标记一起或者替代标记使用眼球跟踪器。眼球跟踪器测量人正在观察何处，并且可以检测到视线位于何处。通过确定视线位于何处，控制器，例如显示特定用户的适当像素模式的计算机，还调节该模式，以保持眼睛通过最有效点。例如，如果一个人最初向前直视，但是调整其视线以向上看，眼球跟踪器将检测到这种改变，并且转发信号，从而控制器向上调整视力矫正像素模式，以使模式相对于眼睛保持在相同位置。

本发明不限于这里所述的具体实施例的范围。实际上，本领域的普通技术人员根据前面的描述和附图，将清楚除了这里所描述的之外的本发明的各种修改。于是，这种修改应该落在所附权利要求的范围之内。另外，虽然这里在为了特定目的在特定环境中的特定实施方式的语境中描述了本发明，但是本领域的普通技术人员应该认识到，本发明的效用不限于此，并且本发明可以为了多种目的而有利地实现在多种环境中。

Claims (53)

1.一种透镜系统，包括至少一个电活性层，其提供至少一种高阶像差的矫正，其中所提供的高阶矫正响应于用户在通过该透镜系统进行观察时的需要动态地改变。

2.如权利要求1所述的透镜系统，其中高阶矫正动态改变，以维持用户的最佳视觉敏锐度。

3.如权利要求1所述的透镜系统，其中所提供的高阶矫正响应于通过所述透镜系统进行观察的用户的注视距离的改变而动态地改变。

4.如权利要求1所述的透镜系统，其中所提供的高阶矫正响应于通过所述透镜系统进行观察的用户的瞳孔大小的改变而动态地改变。

5.如权利要求1所述的透镜系统，其中所提供的高阶矫正响应于用户眼睛的泪液膜的改变而动态地改变。

6.如权利要求1所述的透镜系统，还包括第二层电活性材料，所述第二层电活性材料在激活时提供至少一种对激光的吸收或反射保护。

7.如权利要求1所述的透镜系统，还包括夜视模块。

8.如权利要求7所述的透镜系统，其中所述夜视模块包括红外成像设备和显示屏幕。

9.如权利要求7所述的透镜系统，其中所述夜视模块包括图像增强器。

10.如权利要求1所述的透镜系统，还包括光检测器，其中所述光检测器被配置为检测通过所述透镜系统进行观察的用户的瞳孔直径。

11.一种透镜系统，包括：

提供至少一种高阶像差的矫正的透镜；和

用于与所述透镜结合使用的夜视模块，所述夜视模块能够位于用户眼睛之前。

12.如权利要求11所述的透镜系统，其中所述透镜提供高阶像差的电活性矫正。

13.如权利要求11所述的透镜系统，还包括头戴显示器。

14.如权利要求11所述的透镜系统，还包括通信系统。

15.如权利要求11所述的透镜系统，其中所述透镜还包括彩色层(chromic layer)。

16.如权利要求11所述的透镜系统，其中所述透镜还包括激光保护层。

17.如权利要求11所述的透镜系统，其中所述透镜系统还包括太阳能电池。

18.如权利要求11所述的透镜系统，其中所述透镜系统还包括收发机，其被配置为接收高阶视力矫正处方的无线传输。

19.一种光学设备，包括矫正用户视力的至少一种高阶像差的透镜。

20.如权利要求19所述的光学设备，其中高阶矫正被配置为基于检测到的所述光学设备的用户的瞳孔大小动态地改变。

21.如权利要求19所述的光学设备，是从由望远镜、显微镜、生物显微镜、检眼镜、照相机、步枪瞄准镜、双目镜以及夜视镜组成的组中选出的。

22.如权利要求19所述的光学设备，其中矫正至少一种高阶像差的所述透镜可拆除地附接到所述光学设备。

23.如权利要求22所述的光学设备，其中可拆除地附接到所述光学设备的所述透镜附接在所述光学设备的目镜之上。

24.如权利要求22所述的光学设备，其中可拆除地附接到所述光学设备的所述透镜附接在所述光学设备的目镜之内。

25.如权利要求22所述的光学设备，其中所述光学设备包括用于将所述透镜对准在适当取向的装置。

26.如权利要求19所述的光学设备，其中所述透镜包括可见标记，以帮助个体通过所述透镜的适当位置进行观察。

27.如权利要求26所述的光学设备，其中所述标记是永久可见的。

28.如权利要求26所述的光学设备，其中所述标记是临时可见的。

29.如权利要求19所述的光学设备，其中所述透镜的高阶矫正是可编程的。

30.如权利要求29所述的光学设备，其中电存储介质与所述光学设备相关联，所述电存储介质能够存储高阶像差矫正的处方。

31.如权利要求30所述的光学设备，其中所述电存储介质适于存储不同的高阶像差矫正的多个处方。

32.如权利要求31所述的光学设备，其中不同的高阶像差矫正的多个处方与多种不同的观察条件相关联。

33.如权利要求31所述的光学设备，其中不同的高阶像差矫正的多个处方与多个不同的用户相关联。

34.如权利要求33所述的光学设备，其中所述光学设备适于接收标识所述透镜的用户的通信，改变所述高阶矫正，以对应于所标识的用户。

35.如权利要求34所述的光学设备，其中通过无线通信获得用户的标识。

36.如权利要求35所述的光学设备，其中所述无线通信通过RFD技术实现。

37.如权利要求29所述的光学设备，其中多个高阶像差矫正存储在与所述光学设备相关联并且所述光学设备可访问的电存储设备中。

38.如权利要求37所述的光学设备，其中所存储的高阶像差矫正被发送到与所述透镜相关联的控制器，以修改所述光学设备的高阶处方，以便与使用所述光学设备的个体相对应。

39.如权利要求38所述的光学设备或设备，其中处方的传输是无线传输。

40.一种用于获得个体的高阶像差的矫正处方的方法，包括：

测量此个体的高阶像差，其中在包括由如下各项组成的组中至少一项的条件下来测量此个体的高阶像差：测量多个注视距离处的高阶像差，测量在多种水平的环境光强度的条件下此个体的高阶像差，以及测量多个眨眼周期中此个体的高阶像差。

41.如权利要求1所述的透镜系统，还包括固定焦距镜片。

42.如权利要求1所述的透镜系统，其中所述透镜系统向通过所述透镜系统进行观察的用户提供传统的屈光视力矫正。

43.如权利要求26所述的光学设备，其中所述标记是由两个正交极化的层产生的针孔，所述极化层具有彼此实质上对准的孔径，以创建所述针孔。

44.如权利要求43所述的光学设备，还包括眼球跟踪器，以测量个体的视线，其中高阶像差矫正基于个体的视线改变而改变。

45.如权利要求26所述的光学设备，其中所述标记是电激活的，并且当激活时，在所述透镜上产生色彩对比区域。

46.如权利要求19所述的光学设备，其中所述透镜是电活性的。

47.如权利要求19所述的光学设备，其中所述透镜系统与光学设备集成在一起。

48.如权利要求30所述的光学设备，其中所述电存储介质附接到所述光学设备。

49.一种光学设备，包括如权利要求1所述的透镜系统。

50.一种用于改变高阶像差矫正的方法，包括：

响应于通过电活性透镜进行观察的用户的注视的改变、环境光的改变、或者所述用户的泪液膜的改变中的至少一个，动态改变由所述电活性透镜所提供的高阶像差矫正。

51.一种光学设备，包括：

电活性透镜系统，以提供可变的高阶像差矫正，其中所述高阶像差矫正响应于通过所述透镜进行观察的用户的注视的改变、环境光的改变、或者所述用户的泪液膜的改变而改变。

52.一种提供高阶像差矫正的透镜系统，所述透镜系统包括用于引导用户的眼睛通过所述透镜系统中提供高阶像差矫正的区域进行观察的标记。

53.如权利要求52所述的透镜系统，其中所述标记是从由叉丝图像、圆形图像、针孔或外接区域组成的组中选出的。

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