TWI705280B - 用於近視控制、強化焦點深度及老花眼矯正之脈衝正透鏡設計 - Google Patents

Abstract

眼用鏡片合併了多焦點特性以用於減緩、延遲、控制或預防近視發展或加深、矯正老花眼視力或允許延長之焦點深度之目的。該鏡片具有電子地控制的可調整焦點，其中焦點之變化快速振盪，以致於人類視力不可感知。

Description

用於近視控制、強化焦點深度及老花眼矯正之脈衝正透鏡設計 【相關申請案之交互參照】

本申請案主張於2016年3月22日申請之美國臨時專利申請案第62/311,485號之優先權。

1.技術領域

本發明係關於眼用鏡片，且具體來說，係關於設計來減緩、延遲或阻止近視加深、提高眼睛之聚焦深度或提供老花眼矯正的隱形眼鏡。本發明之眼用鏡片利用透射高速可調諧光學器件來將經變更之光學度數(optical power)或光學設計的短週期(脈衝)顯示至人眼、以向眼睛生長提供停止信號、或提高眼睛之聚焦深度。這類透射高速可調諧光學器件的實例包括透射空間光調變器(液晶)或可變靜電液體光學器件，諸如油/水封閉鏡片。

2.先前技術

導致視力(visual acuity)減退的常見病狀為近視及遠視(hyperopia)，為此處方以眼鏡、或者硬式或軟式隱形眼鏡之型式的矯正鏡片。此等病狀一般係描述為眼睛的長度(length of the eye)與眼睛之光學元件(optical element)的焦點間的不平衡。患近視的眼睛聚焦於視網膜平面(retinal plane)的前方，而患遠視的眼睛聚焦於視網膜平面的後方。罹患近視一般係因眼睛的軸長增長至比眼睛之光學元件的焦距(focal length)更長，亦即眼睛變得太長。罹患遠視一般係因眼睛的軸長與眼睛之光學元件的焦距相較之下太短，亦即眼睛增長不足。

如所述，近視一般係因眼睛的過度軸向生長或伸長而發生。現在一般接受(主要來自動物研究)眼睛的軸向生長會受視網膜影像之品質及焦點的影響。在多種不同動物物種上利用多種不同實驗範例進行的實驗已說明變更視網膜影像的品質可引起一致且可預期的眼睛生長變化。

此外，已知在雛雞和靈長類動物模式中透過正透鏡(近視散焦(myopic defocus))或負透鏡(遠視散焦(hyperopic defocus))使視網膜影像散焦(defocus)，會引起眼睛生長之(就方向及量值二者而言)可預期的改變，該改變與眼睛為補償所施加之散焦的生長一致。與視力模糊(optical blur)相關聯的眼睛長度改變已顯示是受到鞏膜(scleral)生長及脈絡膜(choroidal)厚度二者的變化之調控。引起近視模糊及降低鞏膜生長速率的正透鏡(positive lens)模糊會導致遠視折射誤差(refractive error)。引起遠視模糊及增加鞏膜生長速率的負透鏡(negative lens)模糊會導致近視折射誤差。眼睛生長回應於視網膜影像散焦的這些改變已展示出係大幅透過局部視網膜機制調節，因為眼睛長度之改變在視神經受損時仍會發生，且已顯示在局部視網膜區域上施加散焦會導致經變更眼睛生長被集中在彼特定視網膜區域。

在人類方面，兼有間接及直接證據支持視網膜影像之品質會影響眼睛生長的看法。多種都會引起視覺形成之破壞的不同眼部病狀(ocular condition)，例如上瞼下垂(ptosis)、先天性白內障(congenital cataract)、角膜斑(corneal opacity)、玻璃體出血(vitreous hemorrhage)及其他眼部疾病，已被發現與年輕人之不正常的眼睛生長相關聯，這意味著視網膜影像品質之相對大幅的變更的確會影響人類主體的眼睛生長。較細微的視網膜影像改變對人類眼睛生長的影響亦經假設，該假設係基於人類聚焦系統在近距離工作(near work)時的光學誤差(此可對人類帶來眼睛生長及近視形成的刺激)。近視在全世界許多地區皆高度普遍。此病狀最大的隱憂就是其可能繼續加深成高度近視，例如比五(5)或六(6)屈光度(diopter)更深，此會嚴重影響一個人在沒有視力輔助時之運作的能力。高度近視亦與視網膜病變(retinal disease)、白內障(cataract)、以及青光眼(glaucoma)之增高風險相關聯。

矯正眼用鏡片用以變更眼睛之整體焦點(gross focus)以在視網膜平面呈現一較清楚的影像，其分別藉由將焦點從視網膜平面前方移動以矯正近視、或從視網膜平面後方移動以矯正遠視。然而，對該等病狀的此矯正方法並不處理病狀的本因，而僅為假體且僅處理症狀。用於減緩近視加深的許多方法依賴於在鏡片的一些區域中引入額外正度數，諸如同心雙焦點及/或多焦點隱形眼鏡。例如，在美國公佈的專利申請US20160054588(由申請人擁有且特此以引用方式併入本文)中，鏡片包含用於近視視力矯正的具有負度數之一中心區，該中心區由一治療區圍繞，該治療區具有從中心區之外邊緣進入治療區中增加達到正5屈光度度數的度數分佈(profile)。在治療區中的這種額外正光學度數提供信號以減緩眼睛生長；而具有負度數的中心區提供近視視力矯正。為了良好視力，鏡片亦必須在鏡片之一些區域中提供針對遠(遠距)視之最佳矯正。在一簡單實例中，兩區同心雙焦點設計可具有一中心遠視屈光矯正及旨在減緩眼睛生長的額外正度數之一外同心區。諸如此種之光學設計確實一定程度地減弱視敏度(visual acuity)及對比敏感度，因為並非所有穿過配戴者入射瞳孔的光皆會聚焦於眼睛內之相同焦距(或焦面)處。

另一種方法考慮了眼睛對光之光譜分佈的反應。在美國專利No.5,838,419中，光學濾光器或色調(tint)經利用在眼部裝置上以便使進入眼睛的光之光譜分佈位移於視網膜上。具體而言，近視之矯正是藉由使用使光譜分佈位移朝向短的可見光波長之藍色濾光器來達成的。同樣，紅色濾光器可用以治療遠視。雖然這種方法可適用於屈光矯正，但它不足以處理近視加深。

亦已提出帶有光源以提供治療效果之眼部裝置，諸如眼鏡，如見於美國公佈的專利申請第US20090192437號，該專利申請描述了可配戴的眼部光活化裝置。這種裝置由受檢者以類似於配戴眼鏡之方式配戴，且該裝置具有在裝置被配戴時能夠被導向朝向眼睛的光源。光之功率及波長兩者皆可經調節。此通常結合由光源活化之光活化治療劑來完成。(即，該專利申請似乎聚焦於光療法上)。雖然該申請之發明人陳述可單獨施用光以用於治療目的，但未提供額外描述或 治療方法。發明人繼續談及了使眼睛之角膜暴露於特定波長之光達長於方便受檢者保持不動的時間(例如：>10秒、>20秒、...>2分鐘)下的益處。此可能為受檢者在配戴眼鏡且執行其他功能的同時(而非替代地在一台設備處坐著不動同時將光導向眼睛)被治療的原因。他們亦指出光可為「脈衝的(pulsed)」且解釋說此為有利的，因為脈衝峰值功率係高於連續暴露期間的平均功率。未提及近視之治療，調變的焦點為使用人工光源達到之波長，且其申請中使用之術語「功率(power)」係指強度，而非屈光度(diopter)。該等發明人亦未處理光療法之頻率及持續時間，而是聚焦於光活化治療劑上。

在美國專利第8,764,185號中，揭示了帶有一經導向朝向視網膜之光源之一眼睛可安裝裝置，其中與電路耦合的光源經組態成調變的。調變可為顏色、亮度、強度或持續時間之形式，但在這種情況下目的為向配戴者發送訊息。第‘185號專利之發明人揭示，一種調變形式為提供一系列的光脈衝諸如摩爾斯電碼，實際上實現與配戴者溝通的目的，關鍵在於脈衝為裝置之配戴者可理解的及可辨別的。第‘185號專利及作為一組的類似技術之關鍵態樣係在於光源為人工的且被包括作為裝置本身之一部分，此與利用穿過鏡片之入射光且因此不需要人工光源的申請人發明有所不同，但若在申請人發明中希望如此，亦可沿用人工光源。此外，第‘185號專利中的意圖為配戴者完全感知此等脈衝且如發明人所揭示，透過摩爾斯電碼或其他合適手段將潛在訊息理解。這與申請人發明有所不同，且因此沒有教示。根據申請人發明，處於足夠高而不被大腦感知(超過臨界閃光融合率(critical flicker fusion rate))、但適當以被視網膜感知的頻率下且具有適當焦點/功率的光之脈衝對於有效治療而言為極其重要的，且就申請人之知識而言為新穎的且與使用脈衝光作為與配戴者之可感知交流手段係直接相反的。

在美國專利No.9,289,623(由申請人擁有且特此以引用方式併入本文)中，呈隱形眼鏡形式的經賦能眼用裝置利用一光源來治療與季節性情感障礙相關的症狀。揭示了「智能光療法(intelligent light therapy)」之使用，意謂處理器的存在允許進行數據 分析，該數據分析然後可用以調整光療法時程或功能，諸如頻率、持續時間、波長、暴露時間、屈光率(dioptic power)及強度，此處僅舉數個實例。

在美國專利No.4,279,474中，玻璃眼鏡鏡片於兩個玻璃部分之間利用一液晶層以構成眼鏡鏡片(spectacle lens)。第‘474號專利之目的為限制經透射穿過眼鏡鏡片之光位準(light level)超過一指定限度。(即：液晶太陽眼鏡)。第‘474號專利之發明人揭示，一液晶層之使用導致比單獨的光致變色技術更快之回應時間且因此將為優選的，此不僅僅因為其回應時間減少，且亦能夠在人返回至室內時達到更快速地恢復至原始狀態。雖然第‘474號專利之發明人陳述其發明的額外目的為提供具有連續可變受控密度之治療鏡片，但在其說明書中幾乎未提供額外資訊。未提及屈光率之調變，亦沒有關於控制近視加深之任何討論。

併入隱形眼鏡中的液晶之使用為較近的創新。在美國專利No.8,542,325中，一批液晶(在此情況下為熱圖形液晶)經利用以改變隱形眼鏡之顏色，此係藉由溫度之變化來活化。在美國專利No.9,155,614中，一電活性元件經嵌入於可撓折射光學器件內。藉由組合可撓導電材料與液晶，可變折射率成為可能，從而允許矯正眼睛之折射錯誤。

在美國專利No.8,906,088(由申請人擁有且特此以引用方式併入本文)中，使用包括有液晶元件且結合有能量源的一可變焦眼用裝置來以電的方式控制折射特性。液晶鏡片可向入射至其主體上的偏振光提供電氣可變之折射率。其中偏振軸於第二鏡片中相對於第一鏡片旋轉的兩鏡片之組合允許鏡片元件能夠改變對環境非偏振光之折射率。藉由將電活性液晶層與電極組合，可達成可藉由跨電極施加一電場而控制的一物理實體。若液晶層的周邊上存在有一介電層，則跨介電層之場及跨液晶層之場可組合成跨電極之場。在三維形狀中，可基於電力學原理以及介電層及液晶層之幾何，來估計跨該等層之場的該組合的性質。若有效電厚度之電介質層係以非均勻方式製成，則跨電極之場的效應可按照電介質之有效形狀「經定形狀」且在液晶層 中產生維度成形之折射率變化。在一些例示性實施例中，此類成形可產生具有採取可變聚焦特性之能力的鏡片。當含有液晶層的物理鏡片元件使其自身經定形狀以具有不同聚焦特性時，可得到替代例示性實施例。然後，可基於透過使用電極而跨液晶層施加之電場，利用液晶層之電氣可變折射率來引入鏡片之聚焦特性的改變。前容納表面與液晶層形成之形狀及後容納表面與液晶層形成之形狀可判定以首先確定系統之聚焦特性。

顯然，組件諸如液晶、電路系統及能量源的複雜性及利用已在近來顯著地擴展了賦能式或供電式眼用產品的潛在應用，這些眼用產品現在可執行多種任務。

美國專利No.6,511,175涉及兒童弱視(amblyopia)之治療，弱視又叫做「懶惰眼(lazy eye)」。在第‘175號專利中，護目鏡或眼鏡經適配有液晶鏡片，這些液晶鏡片對於強眼上的鏡片經選擇性地製成不透明的，以便強迫兒童配戴者鍛煉弱眼。第‘175號專利揭示使用一可變頻率脈衝產生器來為LCD鏡片從透明狀態至不透明狀態的轉變計時。他們還揭示了這些轉變超過閃光融合率(他們通常將其識別為約60H)的頻率。重要的是應注意，閃光融合閾值為統計性而非絕對量，且可隨波長、亮度或照明變化。其亦可取決視網膜內發生照明之位置而有所不同，且受個體疲勞的影響。雖然申請人發明亦依賴於沿用超過閃光融合率之頻率，但申請人發明調變了屈光率，亦即，在超過閃光融合率之頻率下變更經傳輸影像之聚焦及散焦以治療近視加深。第‘175號專利之發明人對整個經傳輸影像從鏡片通過進行了調變，此係藉由在阻礙或阻擋經傳輸影像與將影像傳輸通過鏡片之間交錯以便治療弱視來進行的。申請人發明係不同於且相異於第‘175號專利，因為根據申請人發明，影像被連續傳輸通過鏡片，但影像或影像品質在聚焦狀態與散焦狀態之間交錯，因為正是散焦狀態之存在發送信號以緩和眼睛生長。

在發表於2016年9月15日的最近研究論文(Papadatou等人，「Temporal Multiplexing with Adaptive Optics for Simultaneous Vision」Biomedical Optics Express第7卷，第10期 (2016年10月))中，研究人員指出雖然具有時間多工的同時性視覺(simultaneous vision)可人為地使用高速光電裝置實現，但他們亦繼續談及實際使用係受限的。作者指出由於大小及重量限制以及對電源之需要，此類使用最好限於測試視覺表現。

在美國專利No.7,423,801中，發明人揭示帶有一透明光電焦點調變裝置之一多焦點透鏡，該透鏡包括經封裝於透鏡主體內的液晶單元，其目的為在兩種或更多種焦點狀態(近焦點狀態及遠焦點狀態)之間轉換，這與將近物體及遠物體同時皆聚焦於視網膜上的更多習用多焦點鏡片成對比。雖然第‘801號專利揭示了兩種焦點狀態(即，近焦點狀態及遠焦點狀態)，但其未考慮用於控制近視加深的有意散焦。

雖然許多先前討論之設計皆為極為複雜的，但它們未設想到人為地且有目的地使用控制系統及液晶以暫時地調變經傳輸的視網膜影像，以便有效地治療近視之加深，同時最小化對所觀看影像之影響。因此，對能夠減緩近視加深之鏡片設計存在需要，該鏡片設計與習用光學設計相比，不會明顯減弱視敏度及對比敏感度。

本發明提供用於近視控制、提高聚焦深度及老花眼矯正之脈衝正透鏡設計，該脈衝正透鏡設計克服了如上文簡要敘述的先前技術之限制。根據本發明，藉由暫時地調變(就度數/焦點而言)經傳輸的視網膜影像或其部分，以在對視網膜治療有效之持續時間內實現大腦不可感知的短暫時間散焦，可藉由對眼睛生長產生影響來減緩近視之進一步加深。

根據一種態樣，本發明係關於一種眼用鏡片系統。該眼用鏡片系統包括用於電子地振盪入射光於視網膜上之焦點的構件，其中該焦點被暫時地調變於鏡片配戴者不可感知的位準，同時在近及遠觀看距離處兩者皆提供可接受的視力。該眼用鏡片系統包含一第一鏡片；位於該鏡片內的一可變焦光學器件，該可變焦光學器件能夠被調諧；一控制器，以控制具有可選擇占空比(duty cycle)的該可變焦光學 器件；及一電源，用於該可變焦光學器件及該控制器。可選地，該系統也可含有一人工光源。

本發明之眼用鏡片利用透射高速可調諧光學器件來將經變更之光學度數或光學設計之短週期(脈衝)顯示至人眼，這些短週期或脈衝具有向眼睛生長提供停止信號(近視加深減緩)及/或提高眼睛之聚焦深度之效應。這類透射高速可調諧光學器件的實例包括透射空間光調變器(液晶)或可變靜電液體光學器件，諸如油/水封閉鏡片。

該眼用鏡片在其主要光學區內包括透射高速可調諧光學器件，該透射高速可調諧光學器件為電子定址(electronically addressed)的且可程式化的。在提供最佳遠視矯正(distance correction)之同時，根據本發明之高速可調諧光學器件亦引發不可感知的脈衝正度數，以暫時地在視網膜前方產生近視性散焦。為了在控制近視上有效且同時仍提供令人滿意的視力所要考慮的主要原理包括確保大致上20/25或更好的適當遠距視力，且具有最小程度之不良影像偽影。另外，為控制近視之進一步加深，當以任何距離及任何瞳孔大小觀看物體時，視網膜前方之影像之品質必須始終優於視網膜後方之影像之品質。最終，視網膜上的影像之品質必須始終優於視網膜前方或後方的影像之品質。

為確保治療效果，正度數之週期與最佳遠視矯正之週期的比率係處於約百分之五至百分之九十之範圍內。不同度數之比率亦可由占空比定義，占空比為在單位時間週期內所顯示的正度數之週期之比率。例如，在任何1秒之總週期內顯示正度數總計100ms即為10%之占空比。這適用於該100ms部分為連續且每秒發生一次之情況或在1秒週期期間間歇發生數次之情況，只要在1秒週期期間累積持續時間為100ms。在任一種情況下，兩種情形都具有10%的類似占空比且兩者皆可為治療有效的，然而根據本發明，申請人發現在一給定占空比內，使用間歇脈衝時，可使得對所觀看影像之負面影響最小化。替代地，控制器之存在允許亦以類似方式調變波長及強度。這些方法中之各者皆可具有治療效果。

400‧‧‧曲面液態彎月形鏡片

401‧‧‧液態彎月形邊界

402‧‧‧位置

403‧‧‧位置/傳導塗層

404‧‧‧前曲面鏡片

405‧‧‧彎月壁

406‧‧‧鹽溶液

407‧‧‧油

408‧‧‧傳導塗層或傳導材料

409‧‧‧腔穴

410‧‧‧後曲面鏡片

500‧‧‧可變光學部分

510‧‧‧頂部基底層

520‧‧‧第二透明電極

525‧‧‧第二透明電極/電極層

530‧‧‧液晶層

540‧‧‧第一鏡片表面

545‧‧‧透明電極/第一透明電極/電極層

550‧‧‧第一透明基材/底部基材層/基材

從以下對本發明較佳實施例之更詳細說明中，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為根據本發明之脈衝正顯示方法之圖示，其中正度數及平面度數(plano power)由透射高速可調諧光學器件交錯地顯示。

圖2為根據本發明之導致10%占空比的脈衝顯示方法之兩個等效但不同占空比之代表圖。

圖3A及圖3B為根據本發明之+3D正度數的脈衝顯示對視覺表現之影響之圖形代表圖，其中圖3A中繪示出以LogMAR計之VA之變化對占空比，而圖3B中繪示出韋伯(Weber)對比度之變化對占空比。

圖4示出根據本發明之弓形液體彎月形鏡片之可變光學器件部分。

圖5示出根據本發明之具有液晶層之可變光學器件部分。

圖6示出眼睛長度之變化相對於一範圍之屈光率。

圖7a示出占空比乘以正度數(即，引起之模糊)的乘積(以百分比*屈光度為單位)相比於視敏度損失之圖。

圖7b示出占空比乘以正度數(即，引起之模糊)的乘積(以百分比*屈光度為單位)相對於對比敏感度之圖。

隨著電子裝置持續小型化，越來越有可能創造用於多種用途的可配戴的或可嵌入的微電子裝置。此類用途可包括監測人體化學的態樣、經由多種機構(包括自動地、回應於測量、或者回應於外部控制信號)施用受控劑量的藥物或治療劑、以及增強器官或組織的性能。此類裝置的實例包括葡萄糖輸液泵、心律調節器、心臟除顫器、心室輔助裝置及神經刺激器。一個新的、特別適用的應用領域係在眼用鏡片中，包括可配戴鏡片諸如眼鏡及隱形眼鏡，以及可植入鏡片諸如覆蓋物(onlay)、植入物(inlay)及人工水晶體(intraocular lens,IOL’S)。例如，可配戴鏡片可合併鏡片總成，該鏡片總成具有電子可調節焦距，以提升或增強眼睛的性能。這類電子可變焦鏡片，例如利用液晶或液體彎月面技術之電子可變焦鏡片，可能需要足夠活化電壓 以影響光學度數之變化。根據設計參數，這類鏡片亦可具有固有電容，必須對其進行充電和放電。因此，為了使快於閃光閾值之焦點交替，電子驅動電路系統必須收發足夠快的電流，以便在給定鏡片電容的情況下使鏡片在與近焦點和遠焦點相關的電壓之間來回切換。可考慮多種技術以滿足這些標準，包括美國專利No.9,351,827(由申請人擁有且特此以引用方式併入本文)中提及的那些技術。

在該實例中，電子組件可囊封/嵌入至鏡片主體中，該鏡片主體經調適以作為隱形眼鏡適配在眼睛角膜之表面上。在一替代實例中，具有經嵌入電子組件之鏡片主體可藉由添加與鏡片主體整合之觸覺件來調適且作為人工水晶體植入。在另一個實例中，無論具有還是不具有可調整焦距，可配戴的隱形眼鏡都可合併電子感測器，以偵測角膜前(淚)膜中特定化學物質的濃度。在鏡片總成中使用嵌入式電子器件引起對如下的潛在需求：需要與該等電子器件通信、需要一種對包括電力控制或電力管理電路系統的電子器件供電及/或重新賦能的方法、需要將該等電子器件互連、需要內部和外部感測及/或監視、以及需要控制該等電子器件和鏡片的整體功能。

習用的隱形眼鏡為具有特定形狀的聚合結構，其經置於眼睛上以如上文所簡述地矯正多種視力問題。習用的眼鏡鏡片通常包括具有特定形狀之聚合結構以便如上所簡述地矯正各種視力問題，且由框架固定就位。習用的人工水晶體為具有經整合觸覺件之聚合結構，以在移除人的水晶體後將鏡片固定在晶體囊內。為了達成增強的功能，必須將多種電路和組件整合到這些聚合結構及/或框架中。例如，可透過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、致動器、發光二極體、及微型天線整合入隱形眼鏡或人工水晶體中，不僅用於矯正視力，也能加強視覺以及提供如本文說明的額外功能。此外，空間光調變器(如隨後更詳細地說明)亦可經併入眼用鏡片中。電子式及/或經供電式隱形眼鏡、人工水晶體或眼鏡可經設計以經由放大目標和縮小目標的能力或僅只是單純地透過修改鏡片的折射能力來提供經增強的視力。電子式及/或供電式隱形眼鏡、人工水晶體及/或眼鏡可經設計以強化顏色和解析度、顯示紋理資訊、將語音 即時轉譯為字幕、提供導航系統的視覺提示、提供影像處理和甚至網路存取。

鏡片可經設計以讓配戴者在低光照狀況下看得見。鏡片上經妥適設計的電子器件及/或電子器件佈置可允許例如在沒有可變焦光學鏡片的情況下將圖像投射到視網膜上、提供新穎圖像顯示、及甚至提供喚醒警示。替代地，或者除了這些功能或類似功能中之任一者外，隱形眼鏡、人工水晶體及/或眼鏡可合併組件而非入侵地監測配戴者的生物標記和健康指標。例如，藉由分析淚膜的組分，內建於鏡片中的感測器可允許糖尿病患者密切注意血糖位準，而不需要抽血。此外，經適當地組態的眼用鏡片可合併用於監測膽固醇、鈉和鉀位準以及其他生物標記的感測器。這與無線資料發送器耦接可允許醫師幾乎立即存取患者的血液化學性質，而不需要患者浪費時間至實驗室進行抽血。此外，可利用內建於眼用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。

本發明係關於一種包含一電子系統之供電式眼用鏡片，該電子系統可致動實施一可變焦鏡片或任何其他經組態以實施任何數量的多種可執行之功能之裝置或多個裝置，例如待用於減緩近視加深之一空間光調變器。該電子系統包括一或多個電池或其他電源、電源管理電路系統、一或多個感測器、時脈產生電路系統、實施適當控制演算法之控制電路系統、及鏡片驅動器電路系統。這些組件的複雜度可根據眼用鏡片所要求或所欲之功能而變化。重要的是請注意，本發明之鏡片設計可併入於以任何數量之材料形成的任何數量之不同眼用鏡片。確切而言，本發明之鏡片設計可經利用於本文所述之任何隱形眼鏡中，包括日戴型軟式隱形眼鏡、剛性透氣式隱形眼鏡、雙焦距隱形眼鏡、複曲面隱形眼鏡及混合型隱形眼鏡。此外，雖然本發明主要係就隱形眼鏡來敘述，但重要的是請注意，本發明之概念可利用於眼鏡鏡片、人工水晶體、角膜植入物及覆蓋物。

閃光融合閾值(或閃光融合率)為視覺心理物理學中之概念。在1800年代晚期及1900年代早期，Ferry和Porter發現，高達可觀察到閃光的頻率隨亮度之對數線性地增加。這被稱為費-波二氏 定律(Feery-Porter law)。該頻率叫做臨界閃光頻率(critical flicker frequency)。它被定義為間歇(閃爍的)光刺激對普通人類觀察者而言看起來完全穩定時之頻率。例如，該原理存在於選擇72Hz的幀速率用於計算機顯示時的情況，這足以完全避免閃光。只要調變頻率保持高於閃光融合閾值，就可藉由改變光和暗的相對週期來改變所感知之強度。舉例而言，若暗週期延長，就將會使影像變暗(塔-普二氏定律(Talbot-Plateau law))。

根據本發明，同樣的閃光融合原理亦可應用於光學度數。藉由使用透射高速可調諧光學器件，鏡片之光學度數可在高於閃光融合閾值之頻率下快速地改變。眼用鏡片之有效光學特性可藉由改變各種光學度數或設計之顯示之相對週期來改變。例如，透射高速可調諧光學器件可藉由使度數在平面與+3D之間快速轉換來顯示兩個簡單度數(平面及+3屈光度「D」)，如圖1所示。前提是調變頻率保持高於閃光融合閾值，則兩個度數對視敏度之影響例如由平面與+3D顯示時間之比率(即，占空比)決定。因此，透射高速可調諧光學器件可產生具有將光同時聚焦於眼睛中的二或更多個光學度數/設計之等同物(類似於雙焦點或多焦點隱形眼鏡)。這將等同於一個用於視力矯正而另一個用於近視加深減緩，但結果是不具有感知任何視覺品質犧牲之能力，因為根據本發明，用於近視加深減緩的後者在高於閃光融合閾值之頻率下具有有限之持續時間或占空比。

該眼用鏡片在其主要光學區內包括透射高速可調諧光學器件，該透射高速可調諧光學器件為電子定址(electronically addressed)的且可程式化的。在提供最佳遠視矯正的同時，高速可調諧光學器件亦引起非常短的間歇正度數，以在視網膜前方產生近視性散焦。此係以根據本發明之脈衝方法完成的。正度數之週期與最佳遠視矯正之週期的比率處於約5%至90%之範圍內。不同度數之比率亦可由占空比定義，占空比為在單位時間週期內顯示的正度數之週期之比率。舉例而言，在任何1秒之總週期內顯示正度數持續100ms為10%的占空比，無論此係在每秒持續時間內以100ms之單次發生完成、在每秒持續時間內以各為25ms之四次發生完成，還是在每秒持續時 間內以各為10ms之十次發生完成。不管所利用的情境為何，這些情境中的各一者皆表示10%之占空比。雖然占空比可保持恆定或在一些情境中可隨著療法要求而變化，但在配戴週期之過程內所使用的情境係重要的，因為在治療上有效的同時，一些變化亦可在視覺上感知到。具有適當占空比以用於有效治療及足夠短的正度數週期以保持不可感知，對於最佳地矯正視力且同時提供用於控制近視加深的療法為極其重要的。雖然優選為大約5%或更高之占空比，但因為此為對視敏度和對比敏感度具有最少干擾之情況，所以亦可利用5%與90%之間的其他值。

由可調諧光學器件引起的用於近視控制之正度數可從+1.0D至+20D變化。另一方面，由可調諧光學器件引起的用於老花眼矯正之度數可從-4D至+4D變化。然而，所引起的光學設計並不限於單個球面度數。亦可應用包括多焦點鏡片、漸進式鏡片及其他光學設計的光學設計。所顯示之光學設計亦可隨時間變化，或者取決於受檢者瞳孔處之光位準或受檢者之瞳孔大小。所引起之度數圖案並非必需覆蓋整個光學區且可限制於瞳孔內之若干區/部分。一般對近視而言，在中間視覺(mesopic)的情況下，瞳孔大小的範圍從4mm至8mm。此外，對最佳視力而言，鏡片光學區的中心2mm可無經引起之脈衝近視散焦，而剩下一固定的主要遠視矯正。重要的是請注意，由於眼睛之入射瞳孔大小在各亞群(subpopulation)間有所不同，因此在某些例示性實施例中，鏡片設計可客製化，以基於患者的平均瞳孔大小兼而達成良好的眼窩視力矯正及近視治療效能。此外，由於對小兒患者而言瞳孔大小與折射及年齡相關聯，因此在某些例示性實施例中，可基於小兒亞族群之各子群(subgroup)的瞳孔大小，進一步針對特定年齡及/或折射進行鏡片之最佳化。

透射高速可調諧光學器件之脈衝正顯示

使用覆蓋眼用鏡片之光學區之高速可調諧光學器件來對眼睛引起不可感知的正度數短脈衝以及最佳遠視矯正的週期。在圖1所示之實例中，高速可調諧光學器件向眼睛顯示一系列正度數(+3D) 波前圖案和平面波前圖案。在該實例中，根據本發明，正度數波前圖案按指定在位置1、4和7中傳輸(由用語「正3D開」(Plus 3D on)指示)，而平面波前圖案按指定在位置2、3、5、6、8和9中傳輸(由術語「正3D關」(Plus 3D off)指示)。只要使用高於閃光融合率之調變頻率執行脈衝顯示，眼睛就觀察到一穩定影像。因此，它與只透過+3D的靜態度數觀看相比為更不模糊的，同時仍提供近視控制或加深減緩之治療效果，該治療效果係因為存在間歇但不可感知的正度數影像而實現的。

脈衝顯示方法之占空比

目標影像對眼睛看起來為如何係取決於所引起之正度數的量，且亦取決於脈衝顯示之占空比。占空比經定義為在一個週期內信號為有效之百分比。圖2中所示的兩個占空比實例(情況)為兩個脈衝正顯示情況，當活化+3D度數時兩者皆具有10%之占空比。第一個利用所引起之正度數之四個(4)不同的25ms週期。在兩種情況下，使眼睛在每一秒週期內暴露於相同的100ms總週期之正度數。在情況1中，調變頻率為40Hz，高於人眼中的平均閃光融合閾值，且因此將不存在閃光或影像不穩定。眼睛將觀察到一稍微模糊但穩定之影像。在情況2中，(每秒單個100ms週期)調變頻率為10Hz，低於人眼中的閃光融合閾值。在該第二種情況中，當所顯示之波前圖案從+3D轉換到平面時，眼睛將觀察到明顯之抖動。因此，雖然兩種情形皆可有效地治療近視加深，但對一些個體而言，情況1在視覺上的舒適度可能高於情況2。存在各具有10%占空比之多種其他組合，一些額外實例顯示於下表中：

視敏度和對比敏感度兩者皆隨著所引起之正度數和占空比的增加而降低。相對於最佳球面矯正且與習用+3D球面鏡片比較，針對上文脈衝正情況之視敏度和韋伯對比敏感度經總結於下表2中。圖3A及圖3B以圖形之方式示出表2之結果。表2中之值和圖3A與圖3B中之圖表之值皆明顯指示，增大占空比或增大屈光率均導致視敏度損失和對比敏感度損失且與視敏度損失和對比敏感度損失成比例。還應當指出的是，增大占空比或增大屈光率與治療效果成比例。因此，需要將占空比或屈光率增大到治療有效的點，但不到視敏度或對比敏感度損失過度的點。根據本發明，申請人已確定了占空比、屈光率及調變頻率與近視加深效果的適當平衡，從而達成藉由視敏度和對比敏感度所測量之可接受之視覺表現。這兩個視覺表現的指標在患者之中具有一定程度之主觀性且因而對於不同患者有所不同。

如先前所陳述，近視通常係因為眼睛之軸向長度生長得過長而發生，同樣可將軸向長度變化之減少用作治療近視加深之治療效果之測量。圖3c示出在10位受檢者之研究中，於配戴具有變化度數之鏡片40分鐘後，度數對軸向長度變化的影響。在該情形中，可見到負度數及正度數之影響。負度數導致遠視性散焦視網膜影像(聚焦像面(focal image plane)處於視網膜後方)且因此眼睛接收到生長之訊息且隨後的軸向長度變化為正性的。此與正度數形成對比，該正度數導致近視性散焦視網膜影像(聚焦像面處於視網膜前方)，且因此眼睛之軸向長度變化為負性的。如圖3C所示，增大正度數與眼睛軸向長度之擴大的減少(即，負變化)成正比例。同樣，度數存在的持續時間(即，占空比)亦與軸向長度之變化成比例。

如上陳述之控制電路可包括演算法，此等演算法控制空間光調變器以產生閃爍的脈衝。在一個例示性實施例中，演算法可利用影像陣列，影像陣列包括4、5或10幀的空間光調變器文件，對應於100、125及250ms的空間光調變器顯示時間。這些影像陣列可定義一般的占空比，例如，如上表2中所述之10%、20%、50%和100%。在另一個例示性實施例中，演算法可利用影像陣列，影像陣列包括100幀的空間光調變器文件，可用來產生任何比率之占空比，例如20%、21%、22%等。可在顯示前將影像陣列預先加載至系統記憶體中。

現請參照圖4，一曲面液態彎月形鏡片400繪示為具有位於鹽溶液406與油407之間的一液態彎月形邊界401。根據一些較佳實施例，一彎月壁405係藉由延伸於402與403間之拱形牆中的一第一角度轉折而被界定於前曲面鏡片404中。當電荷沿著一或多個傳導塗層或傳導材料408而被施加與移除時，該液態彎月形邊界401將於該彎月壁405上下移動。在一些較佳實施例中，一傳導塗層403從保存鹽溶液406與油407之腔穴409之內部的區域延伸至含有該鹽溶液406與油407之腔穴409外部的區域。在此一實施例中，該傳導塗層403可為施加於該腔穴409外部之一點的傳導塗層403至該腔穴內且與鹽溶液406相接觸的傳導塗層之區域的電荷之一管道。一般而言，液態彎月形鏡片可視為電容器，其具有下列一或多者：傳導塗層、絕緣體塗層、路徑以及材料，存在於前曲面鏡片404及後曲面鏡片410之上或穿透於前曲面鏡片501及後曲面鏡片502之中。根據本發明，回應於電荷施加於前曲面鏡片404及後曲面鏡片410之一者或兩者的至少一部分表面，液態彎月形邊界401形狀改變，而因此介於液態彎月形邊界401和前曲面鏡片404之間的接觸角改變。根據本發明，經由傳導塗層或材料而被施加於鹽溶液的電流之變化會改變沿彎月壁405的液態彎月形邊界401之位置。

參見圖5，示出了可插入眼用鏡片內的具有一液晶層530的一可變光學部分500。可變光學部分500可具有如已在本說明書之其他部分中所討論的相似材料多樣性及結構關聯性。在一些例示性實施例中，可將一透明電極545置於第一透明基材550上。第一鏡片表面540可包含介電膜，且在一些例示性實施例中，可包括可經置於第一透明電極545上的定向層(alignment layer)。在此類例示性實施例中，第一鏡片表面540之介電層之形狀可在如所示的介電厚度中形成區域變化之形狀。此類區域變化形狀可引入鏡片元件之額外聚焦能力。在一些實施例中，例如，經定形狀之層可藉由在第一透明電極545基材550組合之上射出成型而形成。在一些例示性實施例中，第一透明電極545和第二透明電極520可按各種方式定形狀。在一些實例中，該定形狀可導致可經分開賦能之分開的不同區域形成。在其他 實例中，電極可經形成為圖案，諸如從鏡片中心至周邊的螺旋，該螺旋可跨液晶層530施加一可變電場。在任一種情況下，可除了電極上之介電層的定形狀之外或代替此類定形狀而執行此類電極定形狀。這些方式之電極定形狀還可在操作下引入鏡片元件之額外聚焦能力。一液晶層530可位於第一透明電極545與一第二透明電極525之間。第二透明電極525可經附接至頂部基材層510，其中從頂部基材層510至底部基材層550所形成之裝置可包含眼用鏡片之可變光學部分500。兩個定向層亦可定位於電介質層之上的540和525處且可圍繞液晶層525。在540和525處之定向層可起作用以決定眼用鏡片之靜止定向。在一些例示性實施例中，電極層525和545可與液晶層530電氣連通，且導致定向從靜止定向轉變為至少一種賦能定向。

不管可變光學器件部分係利用液態彎月形方法或液晶方法，任一種方法都將需要係快速回應的，以便產生非常簡短之間歇脈衝。

藉由根據本發明之脈衝顯示方法產生將光聚焦到眼睛中的二或更多個光學度數/設計的透射高速可調諧光學器件包括多種優點。整個透射鏡片可改變度數以產生二或更多個焦平面。若脈衝顯示為球面度數，則這消除對於使多焦點隱形眼鏡相對於瞳孔精確居中之需要。在眼鏡鏡片中，此克服了視線根據眼鏡鏡片多焦點光學設計而變化的問題。在近視控制應用中，用於減緩眼睛生長之額外正度數被呈現到視網膜之全場且不侷限於鏡片之一或多個區域(投射至視網膜之限定區域)。在針對老花眼的延長聚焦深度應用中，提供中距和近距視力之額外正度數被呈現到視網膜之全場且不侷限於鏡片之一或多個區域。藉由使用透射高速可調諧光學器件，可基於主觀反饋容易地「調諧」占空比以產生可接受的視覺品質。藉由使用透射高速可調諧光學器件，可基於生物標記物反饋「調諧」占空比，該生物標記物反饋指示所承擔之視覺任務(例如，近距離工作充當用於近視控制或老花眼矯正之觸發器)。透射高速可調諧光學器件可呈簡單散焦之形式(例如平面和+3DS)或者可為更複雜之形式，諸如散光、球面像差、多焦點或任何其他光學像差之組合。可變焦光學器件可提供跨鏡片不同程度之焦 點變化。舉例而言，為了最小化對視敏度之影響，鏡片之中心部分可經調諧成與鏡片之更多周邊部分相比，不歷經或歷經較少的占空比*度數因子之變化。鏡片之更多周邊部分可經歷更大的占空比*度數因子之變化，此係因為周邊視網膜相對於視敏度而言對模糊較不敏感且亦已提出周邊視網膜中之散焦對於影響眼睛之屈光發展可能造成衝擊。對光學設計之限制源自於透射高速可調諧光學器件之類型。舉例而言，具有多個單個可調諧像素之透射空間光調變器可基於該等像素的大小和分佈產生任何複雜設計。另一方面，靜電可調諧液體鏡片光學器件將限制於更低複雜度之光學設計(例如，球體、散光、球面像差)。此外，對於大部分個體而言，屈光管理涉及兩隻起作用的眼睛，其等可能或可能不允許全雙目視覺。根據本發明之屈光發育的管理可根據兩隻眼睛之相對狀態而改變。在一個實施例中，被呈現至近視程度更高的一隻眼睛之可變光學器件可經調諧成具有更大的占空比*度數因子，以在該眼睛中達成比對側眼睛中更大的屈光控制，對側眼睛隨後可更多依賴於視敏度。在另一個實施例中，正度數之呈現可在眼睛之前及時地變化，允許在至少一隻眼睛中在任何給定時間不中斷的清晰視力，允許最佳視敏度和最大近視治療效果。

前瞻性臨床試驗已顯示，人類中近視加深之速率可受到軟性隱形眼鏡之光學設計之影響。這些臨床試驗已確定，在兒童的視網膜影像中引入正散焦會減緩近視之加深。與散焦相關的眼睛長度之變化係由鞏膜生長及脈絡膜厚度兩者之變化而調變的，其淨效應為導致視網膜朝向像平面之前方或後方移動。散焦視網膜影像，即近視性散焦影像(即，焦平面處於視網膜前方)或遠視性散焦影像(即，焦平面處於視網膜後方)，可減緩近視或遠視之加深。申請人已獲知，所引起之近視性散焦導致脈絡膜變厚及鞏膜生長速率下降(導致視網膜之前方移動)，且所引起之遠視性散焦導致脈絡膜變薄及鞏膜生長速率上升(導致視網膜之後方移動)。回應於所強加散焦之脈絡膜厚度變化已在禽類和靈長類動物模型中觀察到，且證明發生得很快且先於較長期的鞏膜介導之眼睛大小變化。研究已顯示，在年輕的成年人類受檢者中，脈絡膜厚度和軸向長度之短期變化回應於光學散焦以類似於其 他動物物種中所觀察到之方式發生。探討回應於散焦的脈絡膜厚度變化之時程的研究已說明，這些變化發生於暴露的數分鐘內。當散焦經強加持續一天時，會顯著干擾脈絡膜厚度和軸向長度之正常晝夜節律，且取決於散焦之跡象而具有可預測的變化模式。根據本發明之鏡片設計以類似方式進行了評價且發現其正面地影響脈絡膜厚度變化，如圖6所示，該圖示出了相對於以屈光度計之度數的軸向長度之變化。可見，軸向長度之變化與從-3.0到平面(「pl」)最多至+10.0屈光度之增加之正度數係成反比例。

給定正度數之持續時間(即，占空比)和正度數之位準兩者皆與治療近視加深之治療效果成正比例，可重新產生如圖3A和3B中所示的圖。此係藉由將視敏度(見圖7A)和對比敏感度(見圖7B)與占空比乘以正度數位準(即，模糊)之乘積相比較來完成的。如在圖7A和圖7B中可見，兩者之乘積與視敏度損失和對比敏感度損失之間存在數據之良好線性擬合。雖然占空比乘以正度數之乘積之增大的值使得治療效果增加，但必須也將增大之視敏度損失考慮在內。因而，重要的是將視敏度損失限制到三條線或更少(0.3 log MAR敏度)且優選地兩條線或更少(即，0.2 log MAR敏度)。如圖7A所示，藉由使用三條線或更少的損失，可隨後確定占空比乘以正度數之乘積之上限。在此情況下，3條線之損失之上限係大約等同於100百分比*屈光度(占空比乘以正度數)之值。由於視覺表現可受到視敏度和對比敏感度兩者之影響，返回到圖7B且使用100百分比*屈光度(占空比乘以正度數)的此值，亦可判定對應的對比敏感度值。在此情況下，使用100百分比*屈光度之占空比乘以正度數的值，等同於大約0.15的對比敏感度值，此為很大一部分之眼睛護理專家可接受的。假定正度數低至0.5屈光度且占空比低至10%之鏡片顯示為治療有效的，亦可決定大約5百分比*屈光度的占空比乘以正度數之較佳下限。下表3顯示了滿足占空比乘以正度數之上限和下限兩者情況的較佳正度數和占空比之一些例示性組合，可理解落在這些上限與下限之間的值之組合亦將滿足具有根據本發明之可接受視覺表現之治療效果之情況。

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及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 (21)

1. 一種眼用鏡片系統，包含：一第一鏡片；在該第一鏡片內的一可變焦光學器件，其中該可變焦光學器件經組態被調諧以達成至少一聚焦狀態和至少一散焦狀態，於該至少一聚焦狀態中，入射光係聚焦於一使用者之一視網膜上以矯正該使用者之近視或遠視，於該至少一散焦狀態中，入射光係聚焦於該視網膜前方以對該使用者暫時地產生近視性散焦，以減緩、延遲、逆轉或預防近視發展或加深；一控制器，經組態以控制該可變焦光學器件並且具有一可選擇占空比，該控制器能夠導致該可變焦光學器件於該至少一聚焦狀態與該至少一散焦狀態之間以一速率交錯，該速率係足夠高以使該使用者不可感知；及一電源，用於該可變焦光學器件及該控制器。
2. 如請求項1所述之眼用鏡片系統，其中該至少一聚焦狀態達成延長之焦點深度。
3. 如請求項1所述之眼用鏡片系統，其進一步包含一第一聚焦狀態及一第二聚焦狀態，該第一聚焦狀態矯正近視且該第二聚焦狀態矯正遠視。
4. 如請求項1所述之眼用鏡片系統，其中焦點之變化可從0.50屈光度至20屈光度變化。
5. 如請求項1所述之眼用鏡片系統，其中焦點之振盪速率係高於人類臨界閃光融合頻率。
6. 如請求項1所述之眼用鏡片系統，其中該至少一散焦狀態被呈現到該使用者之時間比例為從1百分比至75百分比。
7. 如請求項1所述之眼用鏡片系統，其中該可變焦光學器件包含一液晶插入件。
8. 如請求項1所述之眼用鏡片系統，其中該可變焦光學器件包含一液態彎月形插入件。
9. 如請求項1所述之眼用鏡片系統，其中該第一鏡片內之焦點變化之90百分比發生於少於20ms內。
10. 如請求項1所述之眼用鏡片系統，其中焦點之變化程度可跨(across)該第一鏡片而不同。
11. 如請求項1所述之眼用鏡片系統，其中該第一鏡片係一電子隱形眼鏡。
12. 如請求項1所述之眼用鏡片系統，其中該第一鏡片係一電子眼鏡鏡片。
13. 如請求項1所述之眼用鏡片系統，其中該第一鏡片係一電子人工水晶體。
14. 如請求項1所述之眼用鏡片系統，其進一步包含具有一獨立的可變焦光學器件的一第二鏡片，該第二鏡片經組態以相對於該第一鏡片而獨立地、同步地或協同地中的至少一者來操作。
15. 一種用於治療近視加深之眼用鏡片系統，該眼用鏡片系統包含：一第一鏡片，其待配戴於一使用者之一眼睛前方、一眼睛上或植入一眼睛中；在該第一鏡片內的一可變焦光學器件，其中該可變焦光學器件經組態被調諧以達成至少一聚焦狀態和至少一散焦狀態，於該至少一聚焦狀態中，入射光係聚焦於該使用者之一視網膜上以矯正該使用者之近視或遠視，於該至少一散焦狀態中，入射光係聚焦於該視網膜前方以對該使用者暫時地產生近視性散焦，以減緩、延遲、逆轉或預防近視發展或加深；一控制器，其與該可變焦光學器件電氣連通，能夠導致該可變焦光學器件於該至少一聚焦狀態與該至少一散焦狀態之間以一速率交錯，該速率係足夠高以使該使用者不可感知，其中該控制器具有一可選擇占空比，其中該可選擇占空比包括具有範圍從5百分比至90百分比的占空比的不可感知的散焦脈衝；及一電源，用於該可變焦光學器件及該控制器。
16. 如請求項15所述之眼用鏡片系統，其中該可選擇占空比範圍從10百分比至30百分比。
17. 如請求項15所述之眼用鏡片系統，其中視敏度之變化以logMAR單位計為0.4或更小。
18. 如請求項15所述之眼用鏡片系統，其中韋伯(Weber)對比敏感度之變化為0.15或更小。
19. 如請求項15所述之眼用鏡片系統，其中視敏度之變化以logMAR單位計為0.4或更小且韋伯對比敏感度之變化為0.15或更小。
20. 如請求項15所述之眼用鏡片系統，其中該可選擇占空比的百分比乘以一散焦正度數之值之範圍從5至100百分比*屈光度。
21. 如請求項15所述之眼用鏡片系統，其中該第一鏡片內之焦點變化之90百分比發生於少於10ms內。

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