描繪佩戴者注視方向特徵的成副眼鏡的製作方法

2023-08-06 06:51:01 3

專利名稱：描繪佩戴者注視方向特徵的成副眼鏡的製作方法
描繪佩戴者注視方向特徵的成副眼鏡本發明涉及適於描繪眼鏡佩戴者注視方向特徵的成副眼鏡。現有很多系統用於實時檢測對象的眼睛運動。比如，美國專利US5. 966，197描述了用於雷射消融眼部手術的系統，它檢測和補償患者眼睛的運動。該系統形成眼睛的圖像， 並通過辨認異色邊緣在圖像中的位置來追蹤其位於凹穴內的旋轉位置。該異色邊緣是眼睛鞏膜和虹膜之間的邊界，在波長在900nm(納米)到1200nm之間的近紅外線中，可容易地在眼睛的圖像檢測到它。鞏膜在這個譜域中具有約90%的高光反射係數，而虹膜具有較低的約40%的反射係數。還存在著其他檢測眼睛運動的系統，旨在供患者在有意識的狀態下使用。這些其他系統中的一些由放置在檢測對象頭部上的裝置組成，並形成當對象看著其周圍物體時雙眼的圖像。儘管佩戴著這些裝置之一的檢測對象仍然可以移動，但這些裝置不適用於日常生活，僅限於在採集檢測對象的測量值的時間使用。一些應用要求眼睛運動檢測系統與移動使用兼容。因此需要輕便且美觀大方的眼睛運動檢測系統，且在日常生活的長時間使用期間不會使得檢測對象不舒服。此外，這樣的系統最好成本低，從而能夠配備到大量個體上。目前尚不存在這樣以令人滿意的方式滿足這些需求的眼睛運動檢測系統。本發明的一個目的是提供與日常生活中移動使用相兼容的眼睛運動檢測系統。本發明的另一個目的是提供對由眼睛運動檢測系統的使用者觀察到的物體的方向的實時描繪。本發明的又一個目的是提供對使用者注視方向的描繪，以及確定這個注視方向變動的眼睛運動的描繪。為達此目的，本發明提出了包括框架和固定在框架內的兩塊透鏡的一副眼鏡，這樣它們分別定位在眼鏡佩戴者眼睛前方，且為佩戴者提供透過每一透鏡的分離視線，所述成副的眼鏡對每一透鏡包括有-至少一個輻射源，其可以是紅外輻射，其被選擇為依據分別對應於鞏膜和虹膜的不同反射強度係數，由佩戴者各個眼睛的鞏膜和虹膜反射該輻射；-至少一個檢測儀，其被設置為測量分別在眼部區域中反射的由輻射源產生的輻射部分各自的強度，在每個區域中位於所述透鏡之後的眼睛的鞏膜和虹膜之間的邊界的不同部分在眼睛運動期間來回移動；以及-設置在透鏡中的至少四個輻射輸出或輸入部分，每一輸出部分被設置為把所述輻射源產生的輻射部分引導到所述眼部區域至少一個中，且每個輸出部分被設置為收集在這些眼部區域之一內反射的輻射部分。在本發明的第一特徵中，這些輻射源、檢測儀、以及輻射輸出和輸入部分可附加地設置，從而形成至少兩條輻射路徑，它們各包括在位於透鏡之後的佩戴者眼睛上的反射，其中，在這些眼部區域中所述眼睛鞏膜和虹膜之間邊界部分來回移動。那麼成副的眼鏡包括用於通過各自不同輻射路徑來分開在所述至少一個輻射源和所述至少一個檢測儀之間傳輸的輻射部分的裝置。CN 102458224 A說明書2/10 頁在本發明的第二特徵中，成副眼鏡還包括計算單元，其適於根據針對兩個透鏡同時測量到的強度，描繪向著一觀察點的佩戴者注視方向。在本發明的第三特徵中，所述成副眼鏡包括對於每個鏡片而言數量相同的輻射輸出部分和輻射輸入部分。每一所述輸出部分在透鏡中相鄰於所述輸入部分之一以形成獨立的輻射發射-接收對，每一發射-接收對被放置在眼部區域之一的前方，在這些眼部區域中，在所述透鏡後方的佩戴者眼睛的鞏膜和虹膜之間邊界部分之一在眼睛運動期間來回移動。以這種方式，本發明提供用來檢測受測對象眼睛運動的呈成副眼鏡形式的系統， 其具有與透鏡整合成一體的輻射輸入和輸出部分。由於該系統呈眼鏡形式，因而輕便且很緊湊。它可在日常生活中使用，即便當使用者四下移動的時候也可以使用。特別地，佩帶本發明該副眼鏡的人可以保持完全的行動自由。此外，在輻射輸入和輸出部分融入每一透鏡中的情況下，成副眼鏡不具有任何向著佩戴者眼睛的補充反射體或任何圖像獲取系統，其中除了眼鏡透鏡，它們也可以定位在他的面部前方。因而本發明的眼睛運動檢測系統在佩戴者臉上很美觀，並使他不會具有視覺不適。此外，當使用本發明的成副眼鏡時發生的對眼睛運動的檢測，基於每一眼睛異色邊緣不同部分的位置的檢測。為了這樣做，至少兩束輻射光束從每一透鏡向著在佩戴者相應眼睛的異色邊緣部分內來回移動的區域射出，且這些光束各自的強度在它們於這些區域中每一眼睛上反射之後測量。每一光束具有不同的輻射路徑。它們反射後的強度，當穿回透鏡輸入區域之一時，根據眼睛的旋轉位置進行變化，因為每一光束或多或少進行反射，取決於它是否到達眼睛表面上的鞏膜或虹膜。那麼，在某一時刻，佩戴者其眼睛向著某物體的注視方向根據雙眼的異色邊緣位置的結合而確定。通過這種方式，佩戴者注視方向可針對其眼睛的任意會聚而確定得出，其中該會聚是由靠近或者離開佩戴者觀察著的物體而產生的。最後，在透鏡內輻射輸出部分和輸入部分的分布，位於各由專用於該對的輸出部分和輸入部分形成的發射-接收對中，該分布允許收集由不同路徑傳輸的輻射且不會混入輻射中。那麼佩戴者注視方向能以更高精度進行描繪。當每一個輸出部分在發射的窄圓錐內引導相應輻射部分時，這樣的構成特別適合。假定輻射在眼睛上的反射主要是鏡面反射， 那麼每一個輸入部分僅收集由屬於與輸入部分相同的發射-接收對的相應輸出部分傳輸的輻射的反射部分。因此，本發明中，針對不同輻射路徑的光學測量是獨立的。當每一透鏡的輻射輸出或輸入部分僅形成兩條輻射路徑時，注視方向只有一個角坐標可大體上確定，比如注視方向的仰角或其方位角。在本發明的優選實施例中，每一透鏡的所述至少一個來源、所述至少一個檢測儀及所述至少四個輻射輸出和輸入部分被設置為形成用於輻射的至少三條不同的路徑，其各自的反射繞著每一眼睛的眼眶的中心方向成角度地分布。那麼佩戴者注視方向可在每次測量時間內完全確定，特別是通過兩個角度，仰角和方位角來確定。對於這樣優選的實施例， 每一透鏡包括至少四個輻射輸出或輸入部分。在本發明的一些實施例中，所述至少一個來源，所述至少一個檢測儀，以及所述至少四個輻射輸出和輸入區域可為每一透鏡以形成輻射的至少兩對不同路徑的方式設置。
在本發明的第一實施例中，每一路徑可具有在眼部區域中的反射，在該區域中，定位在相應透鏡之後的佩戴者眼睛的鞏膜和虹膜之間邊界的右部或左部來回移動。每一對路徑的這些眼部區域能以與這一對相關的相同眼部區域仰角定位。此外，兩對路徑與各自仰角關聯，這些仰角不同且為兩個透鏡共用。這種情況下，計算單元可適於根據同時測量由處於相同眼部仰角的相關路徑傳輸的輻射部分的強度，描述佩戴者注視方向。通過該計算單元選擇的這個仰角於是對於兩個透鏡而言是相同的，以用來描繪在給定時刻佩戴者注視方向的方位角。在本發明的第二實施例中，成對路徑的第一對中的每一路徑可在眼部區域內具有反射，在該區域中定位在透鏡後方的佩戴者眼睛的鞏膜和虹膜之間邊界的右部或左部來回移動。同時，成對路徑的第二對中的每一路徑可在眼部區域具有反射，在該區域中佩戴者眼睛的鞏膜和虹膜之間邊界的上部或下部來回移動。該第二實施例能以類似方式確定佩戴者的注視方向，該類似方式等價於向著佩戴者右或左側旋轉該方向，以及朝向佩戴者視野頂部或底部傾斜注視方向。在本發明的各種實施例中，以下改良可單獨或者結合使用-在每一透鏡中能以相同第一仰角設置兩個第一輻射輸出部分，且能以不同於第一仰角的相同第二仰角在透鏡中設置兩個第二輻射輸出部分；以及-對於每一透鏡，至少某些輻射輸出部分可成兩列形式設置，它們分別位於所述透鏡的右部和左部，每一輸出部分列位於屬於包含了在眼部區域中佩戴者眼睛上的反射的輻射路徑的透鏡右部中，其中，在該眼部區域中，眼睛的鞏膜和虹膜之間邊界的右部來回移動，每一輸出部分列位於屬於包含了在眼部區域中佩戴者眼睛上的反射的輻射路徑的透鏡左部中，其中，在該眼部區域中，眼睛的鞏膜和虹膜之間的邊界的左部來回移動。對於本發明的成副眼睛還包括根據由計算單元描繪的佩戴者注視方向，用來改變至少一透鏡上的特性的裝置。具體來說，該改變任一透鏡的特徵的裝置被容納在透鏡內。本發明的成副眼睛可有利地用於以下應用之一，這些應用僅作為示例-在視軸矯正法中，視野康復期間，眼鏡使得佩帶眼鏡的患者得到更加良好的定製效果並能控制康復練習；-對於具有黃斑部退化的對象，能根據其注視方向，動態地讓視野一部分模糊，以輔助周邊視網膜區域中的視覺感知；-對於四肢癱瘓的測試對象，本發明成副的眼鏡可用作通信接口，其使得測試對象通過自由改變其注視方向而將數據發送到計算式輸入裝置中；-用於描繪測試對象無意識的眼睛運動，像注視方向上的掃射，從而，比如識別在測試對象上的心理壓力；-用於圖像處理，該處理由成副眼鏡的佩戴者注視方向控制；以及-為眼鏡佩戴者展示可視數據，通過在預定時刻動態地適於其注視方向這樣的方式展示。然後，可視數據的展示對於佩戴者而言隨著該數據疊置在其自然視線上從而是可視的，且可以基於在該自然視線中注視方向上的變化而被控制。本發明還提出了適於組裝上述成副眼鏡的眼鏡透鏡。這樣的透鏡包括-至少一個輻射源，其可以是紅外輻射，每一個輻射源被整合入所述透鏡，並選擇為使所述輻射由透鏡佩戴者眼睛的鞏膜和虹膜根據分別對應於鞏膜和虹膜的不同反射強度係數反射；-所述輻射的至少一個檢測儀，每一個檢測儀被整合入所述透鏡，並布置成測量由一輻射源產生的並在一眼部區域中被眼睛反射的輻射部分的強度，在該區域中所述眼睛的鞏膜和虹膜之間邊界的不同部分在眼睛運動期間來回移動；-透明傳導條被整合入所述透鏡中並與每一個檢測儀和每一個輻射源的終端電連接，並徑向地設置在透鏡外沿部分上；以及-至少四個輻射輸出或輸入部分，其被設置在透鏡中以便與上述這個眼鏡透鏡的佩戴者眼睛形成輻射路徑。在透鏡邊緣部分中傳導條的徑向設置提供了在鏡框給定位置中的電接觸，以建立透鏡的傳導條和其他框架所搭載的電子元件之間的電連接。此外，這個徑向設置使得透鏡能被修整成框架邊緣的任何形狀且保持了提供給與框架進行電接觸的可能性。本發明的其他特徵和優點可從下面參考附圖
對非限定性的實例的描述中得以明白，其中-圖Ia和Ib為顯示根據本發明第一實施例的成副透鏡的應用的透視圖和平面圖；-圖加和2b為顯示本發明第一實施例的放大正視圖和平面圖；-圖2c和2d與圖2b相對應，示出了佩帶眼鏡的人其眼鏡的兩個不同位置；-圖3相應於圖2a，示出了本發明的第二實施例；-圖如和4b為本發明的透鏡的平面和橫截面圖；-圖5顯示了本發明一個不同類型的實施例；-圖6a至6d分別相應於圖加至2d，示出了本發明的第三實施例；-圖7相應於圖3，示出了本發明第四實施例。為清楚起見，這些圖中所表示的元件的尺寸不與實際尺寸成比例，也不與實際尺寸倍數成比例。此外，不同附圖中相同的附圖標記代表相同元件或具有相同功能的元件。在圖Ia和Ib中，成副眼鏡包括框架3和兩個眼科透鏡，分別用1和2表示右透鏡和左透鏡。框架3將透鏡1和2固定在相關的固定位置，並以在連續使用階段期間保持不變的方式使得將它們放置在佩戴者眼睛前方。透鏡1和2可利用對配鏡師公知的任一組裝方法永久地組裝在框架3中。可選地，透鏡1和2可增加到本發明的包括框架3的初始成副眼鏡中。原始的成副眼鏡可以是提供了太陽光防護和/或眼科矯正的成副眼鏡。這種情況下，透鏡1和2能以可移動方式放置在原始的成副眼鏡中，比如使用夾式設置。附圖標記100和200指佩戴者的眼睛，100指右眼，200指左眼。對於每一佩戴者眼睛100、200，附圖標記S、I、P、L和R指鞏膜、虹膜、瞳孔、異色邊緣以及眼睛旋轉中心。據知，虹膜I為具有可變化並可確定瞳孔P尺寸的內直徑以及常量外直徑的圓形環。異色邊緣L是虹膜I的外側邊界，在虹膜和鞏膜S之間。因此，它在眼睛繞著其旋轉中心R旋轉時相對於相應眼睛是固定的常量尺寸的圓。可見的是，異色邊緣L為白色鞏膜S和彩色虹膜 I之間的圓形邊界。對於每一眼100、200，穿過旋轉中心R和相應瞳孔P的中心A的軸線D1、D2分別為眼睛的光學軸線。瞳孔P的中心A還是晶狀體的頂點。光學軸線D1、D2，相對於各自眼睛 100,200是固定的，這樣眼睛隨著異色邊緣L而旋轉。眼睛100和200的光學軸線Dl和D2會聚於同一點c(圖lb)，也稱為眼睛會聚點，且這點是在給定時刻佩戴者觀察物體的位置。 光學軸線Dl和D2的平均方向DO為佩戴者在那個時刻的注視方向。通常，注視方向DO把兩個眼睛的旋轉中心R之間的那段的中點與會聚點C連接起來。觀察距離，在圖Ib中用D 表示，為會聚點C相對於旋轉中心R的距離。在現通過具體實施例進行描述的本發明中，注視方向DO可相對於佩戴者的臉部位置來確定。在這些實施例中，該注視方向DO通過檢測每一眼睛100、200相對於相應的透鏡1、2的旋轉位置而確定。因此，本發明的每一透鏡1、2允許確定相應眼睛100、200的光學軸線D1、D2的角位置。然後，佩戴者的注視方向DO從兩個光學軸線Dl和D2各自的位置推導得出。為了定義每一眼睛的光學軸線的位置，使用兩個角度，α和β，分別被稱為仰角和偏心角。對於眼睛100和200，仰角α通常是一樣的，且該仰角是各光學軸線Dl或D2與在佩戴者頭部豎直時呈水平的參考平面之間的角度。則注視方向DO的仰角值也等於該共同值。每一眼睛的光學軸線Dl或D2的偏心角β為該軸線與面部子午平面之間的角， 其中該子午平面在佩戴者頭部豎直時也是豎直的。偏心角β對於每隻眼睛而言其在佩戴者鼻子方向為正且大體上對於在相同時刻的兩個眼睛具有不同的絕對值，且這兩個絕對值之差確定了眼睛的會聚，以表示觀察距離D。注視方向DO的方位角值等於兩眼各自偏心值 (採用剛指出的偏心角的常規定向)差值的一半。實踐中，每一眼睛100、200的光學軸線Dl、D2的仰角和偏心角基於那個眼睛的異色邊緣L的位置而確定。更具體地說，異色邊緣L的幾個部分各自的位置通過在所述眼睛的不同區域測量眼睛反射的輻射強度而確定。為了這樣做，每一透鏡配備有輻射發射部分， 稱為輸出部分，其把一束或多束輻射束引導至被稱為眼部區域的眼睛區域，在這些區域中， 當眼睛旋轉時異色邊緣的部分來回移動。它還安裝有收集部分，稱為輸入部分，用來收集在眼部區域上反射的該輻射部分。輸出部分由至少一個輻射源提供了輻射，且輸入部分與至少一個檢測儀光學地連接，以測量由這些輸入部分收集的各自輻射部分的強度。在圖加到2d的透鏡1中，第一發射-接收對由輸出部分10和輸入部分11構成。 部分10和11並列，比如在水平方向上並列，它們之間的間距可以在0. 1和3mm(毫米)之間。第二反射接收對由另一輸出部分12和另一輸入部分13組成。對10/11和12/13可以在組成上相同。它們能以相同的用α 表示的仰角α值定位在透鏡1中。它們還能以不同的偏心角值β定位發射-接收對10/11面對著眼睛的右橫向區域ZDl定位，在該區域中異色邊緣L的右部來回移動，發射對12/13面對著眼睛的左橫向區域ZGl定位，在該區域中異色邊緣L的左部來回移動。因而每一發射-接收對確定出輻射路徑，其在圖2b到2d 中示出，從相應的輸出部分10或12到相應的輸入部分11或13，且其包括在相應的輻射受到反射的區域ZDl或ZGl中的點。在本發明這樣的實施例中，用來確定眼睛旋轉位置的不同輻射路徑因而以輻射輸出和輸入部分設置在透鏡中的方式被分開。圖2b、2c和2d分別代表右眼100的旋轉位置，在這些位置上光學軸線Dl相應於為0(圖2b)、負值或者向著太陽穴側(圖2c)、正值或向著鼻側(圖2d)的偏心角β值。 當所使用的輻射其波長在900和1200nm之間時，從虹膜發出的低反射強度與從鞏膜發出的高反射強度之差使得可以檢測到眼睛100的位置。因此，分別通過發射-接收對10/11和12/13在橫向區域ZDl和ZGl中探測得到的反射在圖2的情況下具有基本相同的強度，而對10/11強度在圖2c的情況下小於對12/13的強度，在圖2d情況下大於對12/13的強度。 當光學軸線Dl的偏心角β連續地改變時，對到達輸入部分11和13的輻射部分測量到的強度也在相反方向上持續改變。發射-接收對10/11和12/13因而可以確定當佩戴者頭部豎直時的水平平面上的眼睛100的光學軸線Dl的角位置。對於佩戴者而言能夠佩戴隱形透鏡，其提高了對於每一眼睛而言的位置檢測敏感度。這樣的隱形透鏡可蓋住相應眼睛的虹膜且相對於眼睛任意旋轉位置保持居中於其光學軸線上。那麼它可以設計為適於虹膜表面反射係數值，從而增加虹膜和鞏膜之間的反射對比。為了這樣做，計算單元與成副透鏡關聯。它可以比如，融入鏡框3的任一臂中。這樣的計算單元適於從測量到的輻射的反射部分的強度來確定光學軸線Dl的角位置。這個光學軸線Dl的角位置的確定可通過計算完成。可選地，計算單元可根據強度值，通過從表示該位置的存儲表格讀取，從而確定光學軸線Dl的角位置，其中該強度值對不同輻射路徑測量得到，且作為該表的輸入。可以理解，左透鏡2具有與右透鏡1相似的構造，它與右透鏡關於佩戴者臉部的子午平面對稱。在確定佩戴者右眼100的光學軸線Dl的位置的同時，計算單元可以確定佩戴者左眼200的光學軸線D2的角位置。隨後，就獲得了注視方向D0，以及可以獲得兩個眼睛會聚中心C的位置和/或觀察距離D。如剛剛所描述的那樣，該計算單元可適於首先基於針對位於所述眼睛前方的透鏡同時測量到的、且在眼部區域中一些反射的輻射部分測量到的強度，確定每一眼睛的光軸線的角位置，在這些眼部區域中所述眼睛鞏膜和虹膜之間邊界的部分來回移動。所述計算單元然後還適於基於兩眼的光軸線各自的角位置確定所述佩戴者注視方向，其中，所述各自的角位置同時被確定。然而，這樣的在兩個連續步驟中的計算單元的操作不是必不可少的。佩戴者注視方向DO (可能帶有他的眼睛會聚和觀察距離D)可從基於同時測量到的針對眼部區域中反射的輻射部分的強度的適當組合在單個步驟中推導得出，其中相應的異色邊緣L部分在該區域中來回移動。在本發明一些第一實施例中，每一透鏡可設置為確定至少兩對輻射路徑，其包括在橫向區域內佩戴者眼睛上的反射，這些區域對於相同第一對的路徑而言以相同的第一仰角Q1定位，且對於相同第二對的路徑而言以相同的第二仰角Q2定位。圖加到2(1示出了這樣的實施例每一路徑通過與那些其他路徑分開的發射-接收對確定。因此，帶有輸入部分11的輸出部分10，以及帶有輸入部分13的輸出部分12，確定了以仰角值α工定位的第一對輻射路徑。同樣地，帶有輸入部分21的輸出部分20，以及帶有輸入部分23的輸出部分22，確定了以仰角值Ci2定位的第二對輻射路徑。發射-接收對20/21確定了包括有在眼睛100上反射的點的補充光學路徑，眼睛100上反射的點以低於區域ZDl之下的仰角α 2 定位在眼睛右橫向區域ZD2中。同樣地，發射-接收對22/23確定了包括有在眼睛100上反射的點的另一補充光學路徑，該眼睛100上反射的點以低於區域ZGl之下的仰角α 2定位在眼睛左橫向區域ZG2中。這種情況下，與兩對輻射路徑相關的眼部區域仰角值可具有絕對值為10°到45°之間的差值。因此這些仰角值之一，比如Q1，可對應於觀察位於佩戴者眼睛水平位置的物體。其他仰角值，α 2，可對應於觀察位於佩戴者視線範圍內的下部的物體。當只需佩戴者注視方向DO的方位角值時，計算單元可適於選擇任一眼部區域仰角值 、或^2。這樣的選擇可特別地，根據測量的至少一些強度的信噪比值來完成。這種情況下，當確定佩戴者注視方向時，會被佩戴者眼皮的下垂而模糊掉的輻射路徑不予考慮。根據圖加到2d的實施例的成副眼鏡，還可以確定佩戴者注視方向DO的仰角α。 每一眼睛100、200的光軸線Dl、D2的仰角可針對每一定位在相應眼睛前方的透鏡，通過針對每一仰角值α 」 Ci2檢測到的反射輻射強度的對比推導得出。注視方向DO越向下傾斜， 異色邊緣L的右和左橫向部分在水平方向上仰角值Ci2越大，顯得越靠近仰角值αι。因此， 注視方向DO的仰角值α可從由輸入部分21和23收集到的反射輻射強度之和與由輸入部分11和13收集到的反射輻射強度之和的對比推導得出。圖3示出了剛描述的第一實施例中一個的改良，在該改良中，相應於仰角值之一的發射-接收對相對於相應於其他仰角值的發射-接收對橫向地偏移。因此，以仰角值α2 限定出在眼睛上的反射的發射-接收對20/21和22/23向著鼻側偏移間距e，其相對於以仰角值α工限定出在眼睛上的反射的發射-接收對10/11*12/^23。當透鏡1和2為具有屈光強度漸變增加的透鏡時，其通常稱為漸變透鏡，仰角值、和α 2可分別相應於每一透鏡中近視和遠視方向的仰角值。然後，偏移e可大體上等於由近視和遠視條件之間眼睛可變會聚而引起的偏移，且通常被稱為內移距。這種情況下，偏移e可在4-6. 5mm之間。更普通地，其可以在0和7mm之間。這種偏移能在佩戴者朝著越來越接近的物體而降低其注視方向的時候補償佩戴者眼睛的會聚中的變化，並可簡化注視方向DO的確定。在本發明實施例的第一類型中，每一輻射來源可以是以在900nm和1200nm之間波長工作的發光二級管。這種情況下，每一輻射輸出部分相應於這個二極體的發光表面的某部分。可選地，每一輻射來源可以是VSCEL源(垂直腔面發射體雷射器Vertical Cavity Surface Emitting Laser) 0這樣的輻射源中每一個可在發射窄錐體中產生輻射。換句話說，由每一個輻射源產生的射線束的錐形角度很小，通常小於10° (度)或甚至是5°。與輸出部分之一相同的發射-接收對部分的輻射輸入部分被定向為，其可以選擇性地收集由這個輸出部分傳輸的輻射的反射部分。之所以得到這個選擇性，是因為由輸出部分傳輸的輻射束的束寬度小，和輸入部分的朝向。並行地，每一檢測儀可以是光電二極體或光敏電晶體。然後每一輻射輸入部分相應於光電二極體或光敏電晶體表面的光敏部分。在特別有利的組合中，每一輻射源和每一檢測儀為基於半導體材料的微光電元件，其融合入每一透鏡中。在這種方式下，每一透鏡是自主元件，適於實施本發明的生產且框架組件的成本可以非常低。在這種情況下，每一透鏡額外地包括與每一個輻射源和每一個檢測儀終端電連接的透明傳導條。這些條將輻射源和檢測儀連接到計算單元，該單元可在眼鏡透鏡的外部。優選地，傳導條徑向地設置在透鏡的外沿部分。由於條狀物這樣的設置，透鏡可修整成框架3的邊緣形狀，且可輕易地認出每一傳導條顯露在修整邊緣的哪個位置。比如，傳導條佔據了在透鏡外沿部分中的分開的成角度扇區。如圖如和仙所示，每一透鏡1、2可包括一體連接的基座部50和密封部51，且每一個輻射源、每一個檢測儀和每一個傳導條可放置在兩者50和51之間。比如，條40可構成由透鏡所有輻射源和檢測儀共享的接地端，且條41到48分別連接每一輻射源10、12、20、22和每一檢測儀11、13、21、23 的另一終端。這些條、輻射源、和檢測儀可形成在基座部50內，且塗覆有與密封部51建立機械結合的透明膠層52。輻射源和檢測儀有利地具有很小的尺寸，以避免妨礙住佩戴者視野導致不可見。此外，條40到48可由既透明又具有電傳導性的任意材料構成，諸如摻錫的氧化銦或者ITO (氧化銦錫)。可選地，每一條40到48可由很薄的傳導線替代，其徑向地設置在透鏡外沿部分。在圖如中，C表示作為示例顯示的外形線。該外形線在徑向部分上切穿每個條40到48。在本發明實施例的第二類型中，每一輻射源可相對於透鏡設置在其外部，並可通過第一光導比如光纖，與輸出部分之一光耦合。同樣地，每一輻射檢測儀也可位於透鏡外部，並可通過第二光導與輻射輸入部分之一光耦合，該第二光導可與第一光導之一分開或組合。在具體的透鏡製造方法中，每一第一和第二光導可在透鏡模製過程中，通過在將構成透鏡的材料引入到模具中之前，將其設置在注入模內中而整合到透鏡中。對於每一輻射輸出和輸入部分可以具有與透鏡一體的微稜鏡，其確定向著任一眼部區域發射輻射的方向， 或者確定所收集的輻射反射部分的方向。換句話說，每一輻射輸出或輸入部分由位於光導端部的微稜鏡的表面形成。在圖5中，附圖標記50-53和60-63表示分別與輸出和輸入部分10-13及20-23連接的光纖。如上面涉及傳導條的相同原因，光纖50-53和60-63優選地徑向設置在透鏡1中，這樣它們在外形線C上的位置可以輕易確定得出。圖6a到6d示出了本發明透鏡的第二實施例，其中，對於眼鏡中每一透鏡來說，輻射輸出和輸入部分確定第一對光路徑，其在眼睛上的反射點以偏心角偏移，以及第二對光路徑，其在眼睛上的反射點以仰角偏移。這樣的第二實施例可從圖加到2d的第一實施例中通過在豎直方向上，重新設置相應於0偏心角值β輻射輸出部分20和22而推導得出。 輻射輸入部分21和23同時重新設置，以分別保持與輻射輸出部分20和22相鄰。因此，輸出部分10和輸入部分11形成第一發射-接收對，其輻射反射點位於區域ZD中，在該區域中異色邊緣L的右部來回移動。輸出部分12和輸入部分13形成第二發射-接收對，其輻射反射點位於區域ZG中，在該區域中異色邊緣L的左部來回移動。輻射輸出和輸入部分10 到13可設置為，相應輻射路徑的反射點具有為0的仰角值α。這些第一和第二發射-接收對的反射點的偏心角值β例如可以為+/-25°。同時，輸出部分20和輸入部分21形成第三發射-接收對，其輻射反射點定位在區域Sl中，在該區域中，異色邊緣L的上部來回移動。輸出部分22和輸入部分23形成第四發射-接收對，其輻射反射點定位在區域觀中， 在該區域中，異色邊緣的下部來回移動。圖6b為相應於圖2b的平面圖，顯示了透鏡每一側上的眼部區域ZD和ZG，以及垂直於透鏡中心疊置的眼部區域Sl和觀。圖6c和6d為定位於透鏡1後方、在穿過旋轉中心R的豎直平面上的眼睛100分別向上和向下轉動時的視圖。 因此圖6c和6d顯示了光軸線Dl的仰角α的兩個異號值。然後，發射-接收對20/21和 22/23得以確定光軸線Dl的仰角α的值，該確定方式和已經描述過的發射-接收對10/11 和12/13確定相同的光軸線Dl的偏心角值β的方式相同。因而，根據圖6a到6d的本發明的一個實施例得以分別並對稱地確定每一光軸線D1、D2的仰角α和偏心角β的值，且因而對稱地確定注視方向DO的仰角和方位角值。最後，圖7示出了本發明另一實施例，其從圖6a到6d中的實施例推導得出。輻射輸出部分和輻射輸入部分在每一透鏡眼鏡的右部和左部，被分別替換為輸出部分列和輸入部分列。因此，透鏡1的右部包含了輸出部分列IO1,…，IOn，以及輸入部分列Il1, -,Iln, 其中η是大於2的自然數。這兩列相對於佩戴者透鏡1的使用位置是豎直的，平行的，並優選地相互靠近，輸出和輸入部分以相同仰角遞減逐漸向著透鏡底部偏移。然而，相同列中的這些部分不必相鄰，這樣它們可以成對間隔。透鏡1的左部包含與相同的透鏡1的右部相似的輸出部分列121;…，1 和輸入部分列131;…，i;3n。透鏡2具有與透鏡1結構對稱的結構。輸出或輸入部分的這些列可以由輻射源列直接形成，如紅外發光二級管，或由檢測儀列構成，如光敏二極體或光敏電晶體。使用這樣的輻射源列或檢測儀列特別有利於描繪佩戴者眼睛的注視方向，且不需要使用太多功率。然後，驅動輻射源、檢測儀和計算單元的能源可具有降低的容量。實際上，相應於具有以相同眼部區域仰角在眼睛上反射的輻射路徑的輻射源和檢測儀可根據以下策略之一進行選擇，而其它來源和檢測儀不予啟動/i/輻射源和檢測儀可順序地，按預定的掃描順序激活；/ii/根據在在先測量序列期間獲得的至少一個信噪比值，選擇為新一輪從眼睛反射的輻射強度的測量順序而啟動的輻射源和檢測儀；/iii/它們根據預測運算進行選擇，其中該運算涉及從眼睛反射仰角，其中，根據早前描繪期間已經選擇的仰角，該反射仰角最適於描繪佩戴者注視方向。這個策略可以將注視方向的早前已定仰角考慮在內；以及/iv/組合了以上策略/i/到/iii/的選擇標準的綜合策略。根據本發明，這些策略特別地適於防止佩戴者眼皮的運動影響其注視會聚的描
繪 ο在圖7所示實施例中，由輻射輸出部分20和輻射輸入部分21以及由輻射輸出部分22和輻射輸入部分23形成的發射-接收對，是可選的。同時，位於透鏡上部或下部的每一發射-接收對可被多個對取代，該多個對相對於透鏡的應用位置水平地對齊。因而成行的輻射源和成行的檢測儀在透鏡上部可水平地放置，形成單獨發射-接收對的成行輻射源中的每一輻射源具有與該輻射源相鄰的成行檢測儀中的檢測儀。成行輻射源和成行檢測儀的相同布置還可以用在每一透鏡1、2的下部，而不是輸出部分22和輸入部分23的下部。本領域技術人員可以理解，本發明不限於附圖中所描述的特別實施例。特別地，已列出的本發明不同類型的實施例可按多種方式結合輻射路徑的不同位置和途徑，這些路徑在眼睛區域中分別包括反射點，在這些區域中異色邊緣的不同部分來回移動。此外，透鏡之中輻射輸出部分和輸入部分的位置可自由修改，以形成包含了位於眼睛可變區域內的反射點的輻射路徑。特別地，作為相同發射-接收對的一個部分且彼此相鄰的輸入和輸出部分的相對位置可進行修改，同時保留了在眼睛上保持相同位置的相應輻射路徑的反射點。特別地，輸出部分和輸入部分的位置可以交換。現在說明本發明的各種改進，其增加了注視方向的確定的可靠性，和/或提高佩帶成副眼鏡的人的舒適和/或安全性。在第一個改進中，成副的眼鏡可以額外地包括調製每一個輻射源產生的輻射的裝置，以及用來處理每一個檢測儀產生的檢測信號的裝置。這些裝置適於基於輻射源的調製， 執行從佩戴著眼睛反射出的輻射每一部分的同步檢測。特別地，這樣的同步檢測使得可以從任何背景環境輻射中分清本發明產生的輻射。特別地，可這樣選擇調製，使同步檢測有效地消除了來自頻率為50Hz (赫茲)倍數的環境輻射帶來的影響。這樣的影響通常由放電照明系統造成。在第二改進中，成副眼鏡可額外地包括用來過濾由每一檢測儀產生的測量信號。 這個裝置可適於刪除相應於佩戴者注視方向中無意識變化的測量。佩戴者注視方向的無意識變化大體上比從佩戴者持續關注的物體之間有意識變化造成的變化更為快速。在這種方式下，佩戴者注視方向的確定可限於佩戴者注意到的視覺關注的變化。因此，當本發明用來控制透鏡的變化特性時，該特性僅在相對於佩戴者視覺關注來說有用的期間進行修改。相反，在本發明第三改進中，過濾裝置可適於選擇相應於在佩戴者注視方向上無意識變化的測量。為此，該過濾裝置可選擇眼睛光軸線中的快速變化，其相應於大於固定極限值的變化頻率。最後，在第三改進中，成副眼鏡還可以包括用來控制每一輻射源的裝置，其適於根據2%到50%之間，並優選地小於10%的工作周期，激活這個輻射源的間歇操作。這個工作周期的值可基於多個不同的標準進行選擇，其包括向著眼睛射出的輻射量的限額以及本發明眼睛透鏡消耗的電能的限額。實際上，這樣的透鏡優選地提供有從容納在框架中的電池中獲取的電能。同樣，輻射源可被激活為執行被固定周期分開的兩個連續的佩戴者注視方向的確定。這樣的等候周期大體上獨立於輻射源操作的工作周期。特別地，其可以根據計算單元基於檢測儀產生的測量信號確定注視方向所需的時間來予以確定。
權利要求
1.成副眼鏡，其包括框架C3)和兩個固定在所述框架中的透鏡(1、2)，這樣所述透鏡分別位於所述眼鏡的佩戴者眼睛(100、200)前方，且為所述佩戴者提供透過每一透鏡的分離視線，所述成副眼鏡的每一透鏡包括-至少一個輻射源，其被選擇成所述輻射由所述佩戴者每一眼睛的鞏膜( 和虹膜(I) 依據分別對應於鞏膜和虹膜的不同反射強度係數反射；-至少一個檢測儀，其被設置為測量分別在眼部區域中所反射的由輻射源產生的輻射部分各自的強度，在每個區域中位於所述透鏡之後的眼睛的鞏膜和虹膜之間的邊界(L)的不同部分在眼睛運動期間來回移動；以及-設置在所述透鏡中的至少四個輻射輸出部分或輸入部分，每個輸出部分(10、12、20、 22)被設置為把所述輻射源產生的輻射部分引導到所述眼部區域至少一個，且每個輸入部分(11、13、21、2；3)被設置為收集在所述眼部區域之一反射的輻射部分；從而在一個眼部區域中形成至少兩個輻射路徑，其中每個輻射路徑包括在位於所述透鏡後方佩戴者眼睛上在眼部區域中的反射，其中，在這些眼部區域中所述眼睛鞏膜和虹膜之間邊界的部分來回移動；所述成副眼鏡額外地包括用於通過各自不同輻射路徑來分開在所述至少一個輻射源和所述至少一個檢測儀之間傳輸的輻射部分的裝置；以及所述成副透鏡額外地包括計算單元，其適於根據針對兩個透鏡同時測量到的強度，描繪佩戴者朝著觀察點(C)的注視方向；所述成副眼鏡包括對於每一透鏡而言相同數量的輻射輸出部分(10、12、20、22)和輻射輸入部分(11、13、21、23)，每一所述輸出部分在透鏡中相鄰於所述輸入部分之一以形成對應於所述輻射路徑之一的獨立的輻射發射-接收對，每一發射-接收對被放置在眼部區域之一的前方，在這些眼部區域中，在所述透鏡後方的佩戴者眼睛的鞏膜( 和虹膜(I)之間邊界(L)部分之一在眼睛運動期間來回移動。
2.根據權利要求1所述的成副眼鏡，其特徵在於，對於每一透鏡(1、2)，所述至少一個輻射源、所述至少一個檢測儀，以及所述至少四個輻射輸出區域(10、12、20、2幻或輸入區域(11、13、21、2；3)被設置為形成輻射的至少三個截然不同的路徑，其各自的反射繞著每一眼睛眼眶的中央方向成角度地分布。
3.根據權利要求2所述的成副眼鏡，其特徵在於，對於每一透鏡(1、2)，所述至少一個輻射源、所述至少一個檢測儀，以及所述至少四個輻射輸出區域(10、12、20、2幻或輸入區域(11、13、21、2；3)被設置為形成輻射的至少兩對截然不同的路徑，每一路徑在眼部區域 (ZDUZGUZD2.ZG2)上具有反射，在這些區域中，定位在所述透鏡後方的佩戴者眼睛的鞏膜和虹膜之間邊界(L)的右部或左部來回移動，以便於每一對的路徑的所述眼部區域(ZD1、ZGU ZD2、ZG2)以與每一對相配的相同的眼部區域仰角(α」 α2)定位，且兩對路徑分別與不同的且被兩個透鏡公用的仰角相配。
4.根據權利要求2或3所述的成副眼鏡，其特徵在於，兩個第一輻射輸出部分(10、12) 以相同的第一仰角(Ci1)設置在每一透鏡上，兩個第二輻射輸出部分O0、22)以不同於所述第一仰角的相同第二仰角(α2)設置在每一透鏡上。
5.根據權利要求2-4中任一項所述的成副眼鏡，其特徵在於，對於每一透鏡(1、2)，至少一些所述輻射輸出部分成兩列形式設置，分別位於所述透鏡的右部和左部，每一輸出部分列(IO1, -,IOn)位於屬於包含了在眼部區域中佩戴者眼睛(100)上的反射的輻射路徑的透鏡右部中，其中在該眼部區域中，所述眼睛的鞏膜( 和虹膜(I)之間邊界(L)的右部來回移動，每一輸出部分列(121;…，12n)位於屬於包含了在眼部區域中佩戴者眼睛(100) 上的反射的輻射路徑的透鏡左部中，其中，在該眼部區域中，眼睛的鞏膜和虹膜之間的所述邊界的左部來回移動。
6.根據權利要求2-5中任一項所述的成副眼鏡，其特徵在於，對於每一透鏡(1、2)，所述至少一個輻射源、所述至少一個檢測儀，以及所述至少四條輻射輸出區域(10、12、20、22) 或輻射輸入區域(11、13、21、23)以這樣的方式設置形成至少兩對不同的輻射路徑，所述成對路徑的第一對的每一路徑在眼部區域(ZD、ZG)中具有反射，在該區域中，定位在所述透鏡後方的佩戴者眼睛的鞏膜和虹膜之間邊界(L)的右部或左部來回移動，且所述成對路徑的第二對的每一路徑在眼部區域(ZH，ZB)中具有反射，在該區域中，佩戴者眼睛的鞏膜和虹膜之間所述邊界(L)的上部或下部來回移動。
7.根據前述任一項權利要求所述的成副眼鏡，其特徵在於，所述計算單元適於首先基於針對位於所述眼睛前方的透鏡(1、2)同時測量到的、且在眼部區域中一些反射的輻射部分測量到的強度，確定每一眼睛(100、200)的光軸線(D1，D2)的角位置，在這些眼部區域中所述眼睛鞏膜( 和虹膜(I)之間邊界(L)的部分來回移動，以及，所述計算單元還適於基於兩眼的光軸線各自的角位置確定所述佩戴者注視方向，其中，所述各自的角位置同時被確定。
8.根據前述任一項權利要求所述的成副眼鏡，其特徵在於，每一個輻射源和每一個檢測儀為基於半導體材料的微光電子元件，與相應的透鏡整合成一體，且所述透鏡還包括透明傳導條G0-48)，所述透明傳導條將每一個檢測儀和每一個輻射源的終端電連接到計算單元，並徑向地設置在透鏡外沿部分。
9.根據前述任一項權利要求所述的成副眼鏡，還包括根據由計算單元描繪的佩戴者注視方向的結果，用來改變至少一透鏡的特性的裝置。
10.根據前述任一項權利要求所述的成副眼睛的應用，其應用可從下列清單中選擇-根據對象注視方向，動態地模糊受黃斑部退化影響的對象的一部分視野；-對四肢癱瘓對象形成通信接口，以使得對象通過自由改變其注視方向而將數據發送至計算式輸入裝置；-描繪測試對象無意識的眼睛運動；-執行圖像處理，該處理由成副眼鏡佩戴者的注視方向進行控制；且-將可視數據展示給眼鏡佩戴者，展示方式動態地適於佩戴者的注視方向。
11.眼鏡透鏡(1、幻包括-至少一個輻射源(10、12、20、22)，每一個輻射源被整合入所述透鏡，並選擇為使所述輻射能被透鏡佩戴者的眼睛(100、200)的鞏膜( 和虹膜(I)根據分別對應於鞏膜和虹膜的不同反射強度係數反射；-所述輻射(11、13、21、2；3)的至少一個檢測儀，每一個檢測儀被整合入所述透鏡，並布置成測量由一個輻射源產生的並在一眼部區域中被眼睛反射的輻射部分的強度，在該區域中所述眼睛的鞏膜和虹膜之間邊界(L)的不同部分在眼睛運動期間來回移動；-透明傳導條(40-48)，被整合入所述透鏡中，與每一個檢測儀和每一個輻射源的終端電連接，並徑向地設置在透鏡外沿上；且-設置在透鏡中的至少4個輻射輸出或輸入部分，每一輸出部分(10、12、20、2幻被設置為把輻射源產生的輻射部分引導到所述眼部區域至少之一處，且每一個輸入部分(11、13、 21,23)被設置為收集在所述眼部區域之一反射的輻射部分；從而形成至少兩個輻射路徑，其中每個路徑包括在所述透鏡之後佩戴者眼睛上在眼部區域之一中的反射，其中，在眼部區域中所述眼睛的鞏膜和虹膜之間邊界的部分來回移動，所述眼鏡透鏡包括數量一樣多的輻射輸出(10、12、20、2幻和輻射輸入部分(11、13、 21、23)，每一個輸出部分相鄰於透鏡中每一個輸入部分以形成與所述輻射路徑相應的獨立的輻射發射-接收對，每一發射-接收對被設置在眼部區域之一的前方，在該眼部區域中所述佩戴者眼睛的鞏膜( 和虹膜(I)之間邊界(L)的部分之一在眼睛運動期間來回移動。
12.根據權利要求11所述的眼鏡透鏡，其特徵在於，所述至少一個輻射源、所述至少一個檢測儀，以及所述至少四個輻射輸出區域(10、12、20、22)或輸入區域(11、13、21、23)被設置為形成至少三條不同的輻射路徑，其各自的反射繞著每一眼睛眼眶的中央方向成角度地分布。
13.根據權利要求12所述的眼鏡透鏡，其特徵在於，對於每個透鏡(1、2)，至少一些輻射輸出部分呈兩列設置，分別位於所述透鏡的右部和左部上，每一輻射輸出部分列 (IO1, -,IOn)位於屬於包含了在眼部區域中佩戴者眼睛(100)上的反射的輻射路徑的透鏡的右部中，其中在該眼部區域中，所述眼睛的鞏膜( 和虹膜(I)之間邊界(L)的右部來回移動，且每一輸出部分列(121;…，12n)位於屬於包含了在眼部區域中佩戴者眼睛上的反射的輻射路徑的透鏡透的左部中，其中，在該眼部區域中，所述眼睛的鞏膜和虹膜之間所述邊界的左部來回移動。
14.根據權利要求12或13所述的眼鏡透鏡，其特徵在於，所述至少一個輻射源、所述至少一個檢測儀，及所述至少四個輻射輸出區域(10、12、20、22)或輸入區域(11、13、21、23) 設置為形成至少兩對不同的輻射路徑，所述成對路徑的第一對的每一路徑在眼部區域(ZD， ZG)中具有反射，在該區域中，位於所述透鏡後方佩戴者眼睛的鞏膜和虹膜之間邊界(L)的右部或左部來回移動，且，所述成對路徑的第二對其每一路徑在眼部區域(ZH，ZB)中具有反射，在該區域中，位於所述透鏡後方佩戴者眼睛的鞏膜和虹膜之間所述邊界(L)的上部或下部來回移動。
15.根據權利要求11-14中任一項所述的眼鏡透鏡，還包括用來改變所述透鏡特性的直ο
全文摘要
本發明涉及描繪佩戴者注視方向的眼鏡。眼鏡的每一透鏡(1、2)提供有用於把輻射引向佩戴者眼部區域(ZD1、ZG1、ZD2、ZG2)的輸出部分，在這些區域中，佩戴者眼部異色邊緣(L)的不同部分處於運動狀態。該透鏡進一步包括輸入部分，用以收集在所述眼部區域中反射的所述輻射的部分。計算單元也整合到眼鏡中，從而基於測量到的同時由兩個透鏡的輸入部分收集到的輻射部分的檢測信號來確定佩戴者的注視方向。
文檔編號A61B3/113GK102458224SQ201080032196
公開日2012年5月16日 申請日期2010年5月7日 優先權日2009年5月12日
發明者班傑明·盧梭, 西埃裡·博寧, 西鮑爾特·布羅西厄 申請人:依視路國際集團(光學總公司)