TW201842376A - 具有極端注視角度偵測的電子式眼用裝置 - Google Patents

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羅素 法蘭克林
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Abstract

揭示了供電式或電子式眼用裝置或鏡片，其可具有監測與感測極端注視角度的能力。也揭示了極端注視角度的用途，以控制鏡片的焦點狀態，以及用於增強、控制、或輸入該供電式或電子式眼用鏡片的其他裝置參數。申請人已經研究並判定了相信向上與向下極端注視角度兩者為可接受的範圍，其不僅可明顯地區別於與日常活動相關的正常發生的注視角度，而且如果有意的話，仍可由配戴者達成，因為其等仍在人眼的運動能力之內。

Description

具有極端注視角度偵測的電子式眼用裝置
本發明係關於供電式或電子式眼用裝置，且更具體地，係關於一種供電式或電子式眼用裝置，其具有能力來監測與感測極端注視角度，並使用此資訊來控制裝置的鏡片的焦點狀態，以及控制其他裝置參數或輸入其他裝置參數。
供電式或電子式眼用裝置或鏡片可實現習知靜態鏡片無法實現的各種用途。眼用鏡片可包括眼鏡鏡片、人工水晶體、隱形眼鏡、或者甚至角膜覆蓋物或植入物，用於眼睛上與眼睛內兩者。這些鏡片可合併鏡片總成，該鏡片總成具有電子可調整焦距機構，以提升或強化眼睛的性能。目前，鏡片(諸如隱形眼鏡和人工水晶體)被用來矯正視力缺陷，諸如近視(近視眼)、遠視(遠視眼)、老花眼和散光。然而，合併附加組件、特定供電組件之設計妥適的鏡片可用來增強視力以及矯正視力缺陷。
從1950年代起，隱形眼鏡已商品化使用，用來改善視力。早期的隱形眼鏡係以硬質材料構成或製成，且相對昂貴而脆弱。此外，加工製成這些早期隱形眼鏡的材料不允許足夠的氧氣通過隱形眼鏡傳輸到結膜和角膜，此有可能引起許多不良臨床副作用。雖然這些隱形眼鏡仍被使用，但由於其初始舒適性較差，因此並不適合所有患者。
該領域的後續發展產生了基於水凝膠的軟式隱形眼鏡，該等軟式隱形眼鏡在當今極為流行且被廣泛使用。具體地，當今可用的聚矽氧水凝膠隱形眼鏡結合了具有極高透氧度之聚矽氧的效益、與水凝膠經證實的舒適度和臨床表現。基本上，與由 早期硬性材料製成的隱形眼鏡相比，這些基於聚矽氧水凝膠的隱形眼鏡具有更高的透氧度並且通常具有更高的配戴舒適度。
習用的隱形眼鏡為具有特定形狀的聚合結構，以如上文所簡述地矯正多種視力問題。在併入電子元件至隱形眼鏡中之前，如在US4,702,573中揭示的，早期嘗試解決老花眼患者降低的遠與近視力能力利用了患者的向下注視以及與下眼瞼的鏡片表面的相互作用。'573專利依賴配戴者的向下注視以及與下眼瞼相互作用之鏡片所產生的運動，產生光學區域中增厚的凸起。由於厚度的變化，這導致鏡片的焦度變化。因此，取決於配戴者向下注視時與下眼瞼相互作用的鏡片所導致發生的厚度變化有多少，可實現鏡片中的可變焦度。由於向下注視通常與近距離視力需求相關，所以此解決方案可以是實現鏡片焦度需要改變時的可行解決方案；然而，可能有額外的狀況，當需要焦度改變時，可能不僅僅與向下注視相關。
為了達成增強的功能，最近的活動聚焦在電子式或供電式鏡片，其併入整合至這些聚合結構中的各種電路與組件。參見美國專利號：US 9,050,185；US 8,967,488；US 8,857,983；US 8,080,187；US 7,931,832；除此之外，上述指定專利的各者都特此以引用方式併入本文中。例如，這些包括控制電路、微處理器、通訊裝置、電力供應器、感測器、致動器、發光二極體及微型天線，彼等全部可透過訂製的光電組件整合入隱形眼鏡中，不僅用於矯正視力，也能加強視力以及提供如以下說明的額外功能。電子式及/或供電式眼用鏡片也可設計為透過放大(zoom-in)及縮小(zoom-out)功能來提供視力強化。參見美國專利號：US 9,268,155；US 9,180,636；US 9,158,127；US 8,906,088；US 8,767,308；US 8,665,526；及US 8,348,424；上述各專利係以引用方式併入本文中。具有放大與縮小的功能，還需要何時以及如何應該啟用此功能。參見US 9,351,827；與US 8,092,013兩者，其特此以引用方式併入本文中。對一電子式眼用鏡片或一供電式眼用鏡片的控制可透過與鏡片通訊的一手動操作式外部裝置(諸 如一手持式遙控單元、一智慧型手機或智慧手錶、一鏡片儲存容器、或鏡片清潔盒)來完成。例如，錶鏈可基於配戴者的人工輸入與供電式鏡片進行無線通訊。替代地，根據本發明，對供電式眼用鏡片的控制可經由直接來自於配戴者的回饋信號或控制信號來完成。
此外，可利用內建於鏡片中的感測器來偵測入射到眼睛上的光，以補償環境光照狀況或者用於判定眨眼模式。參見美國專利第9,072,465號，其特此以引用方式併入本文中。裝置的適當組合可提供顯著增強的功能；然而，有許多與將額外組件併入到一片具有大約為一片塑膠/SaranTM纏帶的厚度之光學級聚合物中相關聯之困難之處。一般而言，有多種原因致使難以在鏡片上直接製造此類組件，並且難以將平面裝置安裝和互連在非平面表面上。亦難以按此比例製造。待放置在鏡片上或鏡片中的組件需要小型化且整合到僅1.5平方公分的最小厚度的透明聚合物上，同時也保護這些組件不受眼上液體環境的影響。由於額外組件的增加厚度以及組件的材料選擇的影響，也可能難以使隱形眼鏡對於配戴者來說是舒適且安全的。
美國專利號US 6,851,805揭示了附接至電啟用式隱形眼鏡系統之視野偵測器的使用，根據本揭露，其可用於自動判定配戴者在看哪裡，且因此啟用電啟用式元件，以基於配戴者的注視來提供適當的焦距。'805專利中的進一步討論指示出該視野偵測器可以是測距儀或眼動儀，諸如微陀螺儀、微加速度計、或傾斜切換器、或者這些物品中的一或多者的組合。'805專利討論了使用水銀傾斜切換器，以判定配戴者的眼睛是否以給定的角度傾斜向下或向上，高於或低於此角度就表示某人直接往前看向遠處。除了水銀傾斜切換器之外，沒有其他實施例有描述，也沒有描述啟用本揭露中指定的切換器之任何指定角度。唯一提到的是，該角度與直視前方的角度不同。還必須知道供電式鏡片的組件與材料的生物相容性要求，因為透過正常使用或裝置配戴時密封件/封裝的非有意劣化，它們潛在的或可能與組織接觸。另外， 還必須考慮眼用裝置的面積與體積限制。考慮到物品(諸如隱形眼鏡)的最小面積和體積以及其使用環境，該裝置的實體實現必須克服多個問題，包括將多個電子組件安裝和互連在一非平面表面上，這些電子組件大多數包含光學級塑膠。因此，需要提供生物相容的、機械上和電性上皆健全的電子式隱形眼鏡。
此外，供電式或電子式眼用鏡片可能必須考慮個人使用該供電式或電子式眼用鏡片之某些獨特的生理功能。更具體而言，供電式鏡片可能需要考慮眨眼，包括給定時段內的眨眼次數、一次眨眼的持續時間、眨眼間的時間、與任何種可能的眨眼模式(例如，若該個人正在打瞌睡)。眨眼偵測亦可用於提供特定功能，例如，眨眼可用作一控制一供電式眼用鏡片之一個或多個態樣的手段。在美國專利第9,442,310號中，耦接於注視偵測電路系統與邏輯的電容式感測器的使用係用來識別注視方向與焦距。這是藉由先校準裝置並且識別與不同注視方向或焦距相關的不同電容值來實現的。配戴裝置時，配戴者受指示先關閉然後打開他/她的眼瞼，再向前觀看，且然後以不同的焦距與不同的方向觀看。在此過程期間，測量並儲存來自這些情況的各者的電容值。因此，實際上，在使用期間回傳的電容值然後可與來自各測試的使用情況的預定校準值的一者進行比較與匹配，然後藉由將其與預定值相關聯可推斷可能的注視方向。此比較/結果取決於在校準模式期間的測試狀況的數量以及該判定本身的準確性兩者，並且可能在一天的過程中有所改變，因為眼睛疲勞且隱形眼鏡與角膜及眼瞼之間的物理關係改變，因此可能不時需要重新校準。另外，必須考慮外部因素，例如，光強度位準的變化以及人的眼瞼阻擋的可見光量，以判定是否當前的狀況與裝置校準時的狀況相比之下有存在任何差異。
另一考量係考慮因為眨眼所導致的隱形眼鏡移動。此外，非視覺目的以外之非有意的眼睛運動，例如，面部表情或頭部晃動，可能導致假的正讀數。因此，當與電容式感測器方法相關時，存在偵測某些生理功能(例如眼睛閉合或眨眼的長度， 或者需要額外的焦距焦度時)的方式和方法的需求。所使用的感測器必須經定大小且經組態以用於隱形眼鏡。此外，需要偵測使用者眼瞼的位置。可以使用眼瞼位置感測器來判定使用者是否正在入睡，例如，以登錄配戴者入睡之一資料事件。已有存在用於偵測眼瞼位置的系統；然而，其等系統限於像是相機成像器、圖像辨識及紅外線發射器/偵測器對之裝置，其等依靠眼睛與眼瞼的反射。已存在之用來偵測眼瞼位置的系統亦需依靠使用眼鏡或臨床環境且不易包含於隱形眼鏡所提供的空間中。在轉讓給申請人且特此以引用方式併入本文中之美國公開專利申請案US2014/0243971中，具有眼睛注視感測器來偵測與追踪瞳孔位置的電子式眼用鏡片可用於控制眼用鏡片的各個態樣。這包括諸如改變老花眼配戴者的鏡片的焦距等項目，其描述在此公開專利申請案中。此外，如美國公開專利申請案2014/0243971中所討論的，在瞳孔會聚與聚焦在近處物體上之間存在相關性。生理學上，當個人聚焦於近處物體上時，瞳孔朝鼻子向下且向內移動。因此，瞳孔會聚的感測是另一可能的項目，用於發訊觸發供電式鏡片的動作之需求，諸如，當鏡片配戴者的瞳孔會聚時改變焦度。會聚的測量需要測量小角度，並且區分這些值的甚至更小變化。
最後，由於與供電式鏡片相關聯的功能之複雜度、包含一供電式鏡片的所有組件之間的高度互動、多種使用狀況、以及各配戴者的眼睛的解剖結構的差異，需要協調和控制包含供電式眼用鏡片的電子元件和光學元件的整體操作以及考慮其與眼睛本身的相互作用。此外，雖然眨眼偵測、眼睛注視追踪、與瞳孔會聚可能是控制供電式鏡片的可行方法，但還必須考慮並設計一種方法來確定這些事件的一或多者的發生是否應該真的觸發一事件。具體地，這些眼睛動作的各者可能發生在其他情況中，其中不需要觸發會影響供電式鏡片的事件，或者更壞的情況，其中觸發改變可能導致潛在的危害，例如，在公路駕駛期間鏡片的焦度改變。因此，既需要一種系統來控制所有其他組件的操作，也需要該系統是安全的、低成本的、且可靠的。該系統也應該具有 低功耗率、可縮放以併入至眼用鏡片中、並具有可與一般自然發生的事件(如眨眼、注視、與瞳孔會聚)區別的觸發方法，使得所欲的效果既自然又容易實現，但有目的地達到所欲的效果。
根據本發明，極端注視角度(藉由偵測超過正常的注視角度之眼睛位置所判定)可用於觸發供電式或電子式眼用裝置的狀態的改變或其他合適的控制功能。注視的方向可藉由任何數量的合適裝置來判定，例如，利用面向虹膜的光偵測器(最好與眼鏡一起使用來觀察瞳孔)、眼睛注視感測器或加速度計(以追蹤/測量垂直注視位置(即：眼睛角度+頭部角度))、或利用電容式或光型感測器(以監測眼睛相對於眼瞼的位置)。極端注視角度可以是學習的觸發器，例如，向下看是聚焦在近處，且向上看是聚焦在遠處。其等還可與其他有目的的眼睛運動相組合，以提供一系列由供電式鏡片可辨別的不同序列，以基於所提供的序列來觸發多個動作。
會聚已經討論作為一種啟用方法，但其依賴於測量大約4度的角度，且然後區分角度的小變化，以偵測會聚與聚焦近距離的打算。根據本發明，極端垂直注視角度偵測可比偵測會聚更可靠且更快，因為角度量值的差異較大。例如，根據本發明，測量高於或低於某些臨限(例如，相對於水平線-27度與+12度)的大角度運動應該比評估較小維度或角度變化更容易實現。根據本發明，雖然眨眼控制可與注視角度結合使用，但是極端注視角度可比單獨的眨眼控制更自然、更容易、且更可接受。申請人已經研究並判定了相信向上與向下極端注視角度兩者為可接受的範圍，其不僅可明顯地與日常活動相關的注視角度區別，而且其不會自然發生。此外，重要的是，在滿足前者時，關鍵的也要確保這些注視角度仍可由配戴者有意地達成且仍在人眼運動能力之內。
即使使用其他自然的/生物學發生的啟用方法(諸如，會聚與睫狀肌偵測)來啟用焦度改變，極端注視角度可用於 增強這些更自然的啟用方法，且可在校準過程與定製期間特別有用，例如，接受/拒絕設定、更改模式、或更改值。這可能作用上非常像遙控器上的上/下/左/右十字鍵，上/下用來遞增/遞減參數，且左/右用來切換參數，但不是使用人的手指在各種按鍵上，根據本發明，僅需要以一種極端的方式人為地注視相關的方向。一些潛在的參數可包括焦距臨限、距離滯後、啟用時間、與其他控制參數。重要的是注意到，針對此目的利用極端注視需要在生理上可接受的時框內採取的動作。因此，測量該動作的時間或持續時間並確保該動作在規定的時間時期內完成是另一種區分該動作確實有目的性的方式。在替代的實施例中，結合有目的的極端注視角度運動與眨眼例如顯著增加至鏡片的可用輸入序列的數量。簡單來說，極端注視與其偵測應該較佳地在不干擾其他動作的時間時期中完成。根據本發明，申請人已經判定，此時間時期通常應該不大於幾百毫秒，具體地來說，根據本發明，較佳的是500毫秒或更短的時間時期。
100‧‧‧隱形眼鏡
102‧‧‧軟塑膠部分
104‧‧‧電子插件
106‧‧‧鏡片
108‧‧‧積體電路
110‧‧‧電池或電源
112‧‧‧注視角度感測器
114‧‧‧佈線跡線
200‧‧‧眼睛
201‧‧‧視線
202‧‧‧瞳孔
204‧‧‧角度
206‧‧‧頭部
300‧‧‧眼睛
301‧‧‧視線
302‧‧‧瞳孔
304‧‧‧角度
306‧‧‧頭部
401‧‧‧眼睛
403‧‧‧瞳孔
405‧‧‧視線
406‧‧‧平面
407‧‧‧角度
409‧‧‧角度
501‧‧‧眼睛
503‧‧‧眼睛
505‧‧‧頭部
A,B,C,D,E‧‧‧目標
從以下對本發明較佳實施例之更具體敘述中，如所附圖式所繪示，將更清楚明白本發明之前述及其他特徵與優勢。
圖1是根據本發明之具有電子插入件的例示性隱形眼鏡的示意圖示，電子插件包含注視角度偵測系統。
圖2A是注視一遠物之人眼之示意前透視圖示。
圖2B是圖2A之眼睛之一示意上透視圖示。
圖3A是注視一近物之人眼之示意前透視圖示。
圖3B是圖3A之眼睛之一示意上透視圖示。
圖4A是注視右方之人眼之一示意前透視圖示。
圖4B是圖4A之眼睛之一示意上透視圖示。
圖5是根據本發明之幾何的示意圖示，該幾何形狀係與二維中的各種注視方向/角度關聯。
圖6顯示在會聚時期期間的眼睛運動的圖。
圖7顯示在正常注視期間左與右眼位置兩者的水平與垂直角度的散點圖。
圖8A是散點圖，其顯示在一般的活動期間(諸如行走、看手錶、或看手機)之人類受試者實際的水平與垂直注視角度測量值。
圖8B是根據本發明的散點圖，其顯示在行走的活動期間發生的一般注視角度，並且也指出在此特定的任務期間注視角度的下限。
圖8C是根據本發明的散點圖，其顯示在看手錶或看手機的活動期間發生的一般注視角度，並且也指出在此特定的任務期間注視角度的上限。
圖8D顯示針對不同的事件(涵蓋遠距離、中距離、與近距離任務)之眼距(即：垂直注視角度)的一組八個圖。
圖9A顯示在六個人類受試者的眨眼期間的垂直鏡片運動的平均的圖。
圖9B顯示在六個人類受試者的眨眼期間的水平鏡片運動的平均的圖。
習用的隱形眼鏡為具有特定形狀的聚合結構，以如上文所簡述地矯正多種視力問題。為實現增強功能性，可將各種電路和元件整合至該些聚合物材料結構。例如，可經由訂製的光電組件將控制電路、微處理器、通訊裝置、電力供應器、感測器、發光二極體、及微型天線全部整合入隱形眼鏡中，不僅以矯正視力，也能加強視覺以及提供如本文說明的額外功能。電子式及/或供電式隱形眼鏡可經設計以經由放大和縮小的能力或僅只是單純地修改鏡片的折射能力來提供經增強的視力。
至少一例示性實施例之經供電式或電子式隱形眼鏡包括監測配戴者之必需元件，其具有或不具有矯正及/或加強患有一或多種上述視力缺陷之患者之視力或以其他方式執行有用的眼科功能的元件。電子式隱形眼鏡可具有一可變焦光學鏡片、嵌 入隱形眼鏡中之一經組裝的前部光學元件、或在沒有鏡片的狀況下僅單純嵌入電子元件，以用於任何合適的功能。本發明的電子式鏡片可併入任何數量之上述隱形眼鏡中。此外，人工水晶體(IOL)也可合併本文所述之各種組件和功能。隱形眼鏡與IOL之間有些差異，這必須加以解決，以確保類似的性能。因為相較於隱形眼鏡來說，IOL的絕對運動較少，因此必須增加項目，諸如一些測量的解析度。相對於眼瞼的測量也必須調整，因為相較於隱形眼鏡來說，IOL相對於眼瞼的放置會不同，隱形眼鏡基本上相鄰於眼瞼。雖然隱形眼鏡與IOL都可併入各種組件與功能，但為了便於解釋，本揭露將聚焦在針對一次性每日拋棄的電子式隱形眼鏡。
本發明可用於如圖1所示的具有一電子系統的供電式眼用鏡片或供電式隱形眼鏡中，該電子系統致動一可變焦光學件、或任何其他裝置、或經組態以實施任何數量之多種可執行的功能的裝置。圖1根據本發明繪示具有電子插件的例示性隱形眼鏡100，電子插件具有注視角度偵測系統，隱形眼鏡100包含軟塑膠部分102，軟塑膠部分包括電子插件104。電子插件104包含由電子元件致動的鏡片106，電子元件包括積體電路108與注視角度感測器112。電子系統包括一或多個電池110或其他合適的電源，且該等組件較佳地由佈線跡線114連接。電池或電源110供電給系統中的許多組件。電力可從電池、能量擷取器(energy harvester)、光伏電池、或如所屬技術領域中具有通常知識者已知之其他合適方式來供應。基本上，任何類型的電源110可用以提供可靠電力予該系統的所有電子組件。該電子系統也可包括電力管理電路系統、一或多個感測器、時序產生電路系統、控制演算法和電路系統、以及鏡片驅動器電路系統。這些組件的複雜度可根據鏡片所要求或所欲之功能而變化。可替代地，在至少一實施例中，隱形眼鏡可僅監測配戴者。在一替代性例示性實施例中，通訊功能由作用為該時間信號的該接收器的一能量擷取器提供，例如在一替代性實施例中，該能量擷取器係一太陽能電 池或一射頻(RF)接收器，其接收電力及一時間基礎信號(或指示)兩者。根據本發明，注視角度感測器可包含任何合適的裝置，例如，面向虹膜的光偵測器(以觀察瞳孔)，或替代地，加速計(以追蹤眼睛的運動)。也可利用感測器來監測六個控制眼球運動的眼外肌中的一或多者，因為這些眼外肌都附著在眼球。這六個眼外肌包括：上直肌，其主要功能是抬高、內旋、與內收；外直肌，其主要功能是外展；下直肌，其主要功能是下壓、外旋、與內收；內直肌，其主要功能是內收；上斜肌，其主要功能是內旋、下壓、與外展；與下斜肌，其主要功能是外旋、抬高、與外展。
眼睛追蹤是判定個人在看哪裡的程序；這包括注視點與眼睛相對於頭部的運動兩者。圖2A與圖2B顯示正在觀看遠處物體的個人的兩隻眼睛200的理想前視圖與俯視圖兩者。當觀看遠處的物體時，諸如當人在駕駛汽車或行走時，眼睛200聚焦在遠處的物體上(即，遠焦距)。在遠焦距時，對於正常健康眼睛(無肌肉或神經問題)來說，瞳孔202居中且通常將一起追蹤。也就是說，從瞳孔202至物體(未圖示)的視線201將是平行的。這也由相對於頭部206的冠狀或正面平面都等於九十(90)度的角度204來表示。當觀看遠處物體時，即使物體在運動中，當眼睛200與對應的瞳孔202在物體移動時追蹤著物體時，角度204將保持接近九十(90)度，因為眼睛200之間的距離相較於從眼睛200至物體(未圖示)的距離來說遠遠較小。
當觀看靠近或很接近眼睛的物體時，諸如看書或看手錶，會有不同的情況，如圖3A與圖3B所示。在此情況中，眼睛300的瞳孔302會聚(即，其等不再平行，而是具有鼻的與稍微向下的偏移)，以觀察並聚焦在現在非常接近的物體上(即，近焦距)。視線301不再平行，且角度304現在相對於頭部306的冠狀或正面平面小於九十(90)度。另外，雖然未圖示，但視線301也相對於頭部的水平面或橫向面稍微向下或往下傾斜。
圖4A與圖4B類似於圖2A與圖2B以及圖3A與圖3B，其等顯示當觀看者觀看側面(在此情況中，右側)的物體(未圖示)時，眼睛401與瞳孔403以及視線405。雖然視線405仍然平行，但角度407與409相對於頭部的冠狀或正面平面406不再是90度。但是角度407小於90度，而角度409大於90度。這些角度可用於判定注視位置。雖然在此實例中使用了右邊的位置，但是應該理解到，可使用物體的任何合適的可見位置，諸如左邊、或向下、或向上、或其任何組合。無論物體出現在可見的三維空間中的何處，都可判定注視角度的對應測量值。
如圖5所示，注視方向或角度是眼睛501與503相對於頭部505的定向以及頭部505本身的定向兩者之結果。雖然頭部的定向決定了整個注視方向與可用的視野(其相對於人的位置通常在150與170度之間)，但個人的眼睛的定向絕大部分與頭部位置無關並且決定了精確的注視方向。申請人已經發現，在自然的近距離任務期間的總注視角度(眼距+頭距)可不同於在自然的遠距離任務期間的總注視角度。根據本發明，可使用加速計來測量垂直注視角度，以偵測眼睛執行這些任務的意圖。重要的是注意到，根據本發明之眼睛追蹤可設定為進行粗略或精細追蹤監測。眼睛501與503可注視各種目標，在圖5中標記為A至E。藉由將從每隻眼睛至代表性目標的視線連接，且連接眼睛至彼此，形成三角形。如圖5所示，形成的五個三角形的各者的各種夾角將取決於物體的位置。這些角度可直接由感測器系統來測量，或從感測器測量值來間接地判定。
根據本發明，眼睛注視方向可用作至控制器或處理單元的直接輸入，以控制動作；然而，要解決的重要與關鍵問題是如何辨別與因為想要觀看該物體而僅注視該物體相關之注視角度以及與觀看該物體時的注視角度剛好一致之注視方向/角度之間的差異。為了判定這一點，申請人研究了在各種任務期間，諸如在室內與室外走動，看手錶或看手機之人類受試者的注視角度。選擇老花眼患者為受試者，因為他們會從具有依所需改變焦距能 力的鏡片獲得最大的益處，因為他們失去了調節的能力。由一群老花眼患者配戴Tobii眼睛追蹤器，同時進行正常日常活動(包括遠與近的任務兩者)。視覺任務包括的活動諸如是室內與室外散步、看手錶、做電腦工作、與檢查手持裝置上的電子郵件。這些任務係利用自然的注視與頭部定向來執行。如圖6所示，在受試者將其眼睛聚焦在感興趣的點上時之會聚時期期間，右與左眼位置/注視角度兩者(雖然對於兩隻眼睛來說有所不同)在物體在焦點時保持相當一致。也可注意到當眼睛不需要固定在空間中的特定點上時這些事件之間的眼睛位置的變化性或雜訊的範圍。如果想要使用眼睛注視角度作為命令代理物來控制根據本發明之供電式或電子式眼用裝置中的功能，對這兩種情況有更好的理解是重要的。在聚焦在物體上的時期期間或者當眼睛放鬆並飛快掃視時(眼睛的定置發生改變時兩眼不自主的、突然的、微小的移動)可能發生特定的注視角度，且此特定的注視角度可能導致假的正或負讀數。如圖7所示，可創建散點圖，其顯示兩眼位置的多個角度(水平與垂直兩者)。然後可使用此資訊來識別在解剖學上可達到但在正常活動下不會發生之獨特的注視角度/位置。
圖8A顯示了個人子集在各種活動期間(走路、看手錶、看手機)以及區分遠與近任務時之這些獨特的注視角度，並分別重繪資料，如圖8B與圖8C所示，可以看到，遠(圖8B)與近(圖8C)活動兩者的注視角度/位置的聚集。如這些圖所示，這些遠與近活動之間的注視角度的聚集不同。基於此臨床發現，可定義何時打開與何時關閉特定功能(即：觸發事件)之位準或臨限值。藉由選擇沒有在步行、遠距離任務期間遇到的各種注視角度所位於的點之下但仍在解剖學可接受的限制內之位準/注視角度，可避免任何假的正信號，如圖8B所示。在此情況中，申請人的研究指出，此位準或觸發事件係在離水平線負25與30度之間的某處，且根據本發明，較佳地係離水平線負27度。指定此作為「開啟信號」，如圖8B所示，並且使配戴者故意移動其眼睛向下，當眼睛的向下注視經過預先指定的臨限值時，極端量將 觸發「開啟信號」。類似地，如圖8C所示，可定義何時關閉特定功能的位準或臨限值。藉由選擇沒有在看手錶或手機(近距離任務)期間遇到的各種注視角度所位於的點之上但仍在解剖學可接受的限制內之位準/注視角度，可避免任何假的正信號，如圖8C所示。在此情況中，申請人的研究指出，此位準或觸發事件係在離水平線正10至15度之間的某處，且根據本發明，較佳地係離水平線正12度。指定此作為「關閉信號」，如圖8C所示，並且使配戴者故意移動其眼睛向上，當眼睛的向上注視經過預先指定的臨限值時，極端量將觸發「關閉信號」，使鏡片回到其預設設定。下表1總結了垂直注視的平均角度以及上限與下限，其基於95%的機率限制內之50個老花眼受試者針對遠距離與近距離任務之第二更全面的研究所判定。
如圖8D所示，此額外調查(其中五十(50)個老花眼患者群組執行更多樣的任務，包括中距離任務以及遠距離與近距離任務)確認並進一步支持在這些個別事件期間絕對眼距(即：垂直注視角度)的不同分佈。針對八個圖中的各者也顯示各狀況的平均角度以及各狀況的注視角度的上限與下限(在95%的信賴界限內)。
在本發明的較佳實施例中，可存在兩種狀態，預設或未供電狀態以及啟用或供電狀態。藉由向下看一極端量所開啟的「開啟信號」可用於啟用鏡片的焦距焦度聚焦在近物品上。類似地，根據本發明，向上看一極端量可用來關閉或使系統返回其預設設定，允許鏡片聚焦在遠/遠處物品上。對於配戴者來說，以這種方式啟用焦度改變應該比需要一系列眨眼或遵循複雜與廣泛的校準程序更自然且可接受。相較於仰賴複雜的電路系統與感測器來測量與會聚或睫狀肌動作有關的狀況來評估何時可能有要求焦距焦度改變的需要，其也遠遠較簡單且可能更快。關於眨眼，也重要的是，了解眼瞼的眨眼與眨眼之後產生的鏡片運動之相互作用。圖9A與圖9B分別顯示了隨著時間之眼瞼關閉且然後打開之後鏡片的相對垂直與水平運動，如圖所示，鏡片會顯著移動，但不會重新定位自身至眼瞼打開之後的其起始位置。雖然大多數(如果不是所有的)隱形眼鏡都會在眼睛上移動，但取決於鏡片的幾何形狀與使用的材料，這些移動(雖然在宏觀尺度上整體會有些相似)在較細的微觀尺度上也會隨著鏡片設計的不同而有所不同。藉由併入眨眼偵測感測器結合眼睛注視感測器，可顯著增加輸入序列的數量，以觸發供電式鏡片的不同功能態樣。下表2顯示了一些選擇的輸入序列，其僅使用向下或向上注視，其中注視之間眨眼兩次。
在起始之後且在後續的極端注視之前簡單地眨眼兩次的加入增加可實現的序列的額外排列(參見表2中的輸入序列4、6、7、11、13、與14)。增加眨眼的數量或序列中的事件的總數或增加中間與側面極端注視角度進一步增加可用的選項。藉由組合這些有目的的運動至不可能自然發生的指定序列中，可避免假的正信號觸發一事件，例如，向後傾斜頭部相對於轉動眼睛向上)。與定時的或指定的眨眼模式耦合之突然有意的上下運動組合有意的眼睛運動/注視可用來區分觸發事件與自然發生的組合。如果需要進一步檢查，眼瞼運動與肌肉感測也可用來補充上述內容。
儘管所顯示與所描繪者是被認為最實用且最佳的實施例，但對所屬技術領域中具有通常知識者來說，仍可輕易思及偏離所描述且所顯示的特定設計與方法，且可加以運用而不脫離本發明的精神與範疇。本發明並不限於所敘述及繪示的具體構造，而是應建構為符合可落在所附申請專利範圍之範疇內的所有修改形式。

Claims (13)

  1. 一種供電式眼用裝置，該供電式眼用裝置包含：一可變的光學鏡片；用於產生焦度的構件，及一極端注視角度偵測系統，其結合至該鏡片中，該極端注視角度偵測系統具有一感測器以偵測極端注視的上與下垂直角度中之至少一者、極端注視的中間與側面角度；一鏡片致動器；一控制器與該感測器及該致動器協同關聯，且該控制器經組態以接收與評估來自感測器的輸入並且發送輸出至該致動器，以根據定義的參數來實施一鏡片功能。
  2. 如請求項1所述之供電式眼用裝置，其中該感測器是一加速度計。
  3. 如請求項1所述之供電式眼用裝置，其中該感測器是一眼睛注視感測器。
  4. 如請求項1所述之供電式眼用裝置，其中該鏡片功能是一焦距焦度變化。
  5. 如請求項1所述之供電式眼用裝置，其中該等定義的參數包括作為該觸發事件之離水平線介於負25度與負30度之間的一極端注視角度。
  6. 如請求項1所述之供電式眼用裝置，其中該等定義的參數包括作為該觸發事件之離水平線介於10度至15度之間的一極端注視角度。
  7. 如請求項1所述之供電式眼用裝置，其中該眼用鏡片進一步包含一眨眼偵測感測器。
  8. 如請求項7所述之供電式眼用裝置，其中極端注視的角度係與由該眨眼偵測感測器所判定的一特定數量的眨眼組合使用，以實施一鏡片功能。
  9. 如請求項8所述之供電式眼用裝置，其中該鏡片功能是一焦距焦度變化。
  10. 如請求項1所述之供電式眼用裝置，其中該鏡片係一隱形眼鏡。
  11. 如請求項1所述之供電式眼用裝置，其中該鏡片係選自由IOL、隱形眼鏡、覆蓋物與植入物所組成之群組。
  12. 如請求項8所述之供電式眼用裝置，其中來自該感測器的該輸入係在500毫秒或更短的一時期內接收與評估。
  13. 一種供電式眼用裝置，該供電式眼用裝置包含：一鏡片；一電源，其結合至該鏡片中；一極端注視角度偵測系統，其結合至該鏡片中，該極端注視角度偵測系統具有一感測器以偵測極端注視的上與下垂直角度中之至少一者、極端注視的中間與側面角度；一鏡片致動器與該感測器協同關聯且經組態以接收與評估來自感測器的輸入，並且根據定義的參數來實施一鏡片功能，其中該電源供電給該極端注視角度偵測系統與該鏡片致動器。
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