Системы, способы и аппараты для создания и использования очков с адаптивной линзой на основе определения расстояния наблюдения и отслеживания взгляда в условиях низкого энергопотребления

Системы, способы и аппараты для создания и использования очков с адаптивной линзой на основе определения расстояния наблюдения и отслеживания взгляда в условиях низкого энергопотребления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

[0001] Настоящая заявка заявляет о приоритете предварительной заявки на патент США №61/349830, поданной 29 мая 2010 г., полное раскрытие которой включено здесь в качестве ссылки. Это раскрытие включает каждую ссылку в прилагаемом приложении, содержащем заявку РСТ.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0002] Настоящая заявка в целом относится к области оптики и электроники, а в частности к устройствам и способам контроля адаптивных линз в очках и других оптических приборах.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0003] Современные очки обычно используются для коррекции зрения пациентов или пользователей; при этом близорукость является наиболее распространенным и доминирующим симптомом среди пациентов. Здесь и далее термин «пациент» и «пользователь» используются взаимозаменяемо. Основная причина близорукости - неспособность собственного хрусталика (далее - «хрусталик глаза») вернуться к более низкой оптической мощности (или более тонкой форме), вероятно, из-за слишком продолжительной фокусировки на близких объектах, что может требовать более высокой оптической мощности (утолщенной формы).

[0004] Когда пациенту впервые диагностируют близорукость, как правило, в раннем возрасте, в качестве корректирующей меры часто предписывают относительно низкую оптическую мощность, например -1,5 диоптрии, что означает способность пациента четко видеть объекты на расстоянии до 1/1,5 м=0,667 м=66,7 см. Когда пациент, скажем, студент, носит очки для чтения на доске в классной комнате, он или она может видеть текст без особых усилий. Однако когда пациент пытается читать учебник или записывать заметки в тетрадь и учебник или тетрадь находится на близком расстоянии 30 см от глаз пациента, тогда в соответствии с оптическими уравнениями виртуальное изображение, формируемое очками, может находиться на расстоянии 1/(-1,5, т.е. 20,6 см вместо 30 см. Следовательно, пациент вынужден неоднократно менять фокус между чтением/записью и взглядом на доску, что может быть утомительным, а аккомодация (или изменение фокуса) при ближнем расстоянии может быть сильнее или больше по сравнению со случаем, когда пациент не носит каких-либо очков. Такая постоянная смена фокуса требует от хрусталика глаз(а) пациента функционирование в условиях еще более высокой оптической мощности, чем прежде, и после длительного периода чтения/письма хрусталик глаз(а) может утрачивать способность возвращаться даже к первоначальным диоптриям -1,5, так как во время чтения/письма пациент эффективно фокусируется на расстоянии 20,6 см вместо 66,7 см, и это может приводить к нездоровому износу глаз. Постепенно пациенту потребуются очки с более сильными диоптриями, что, в свою очередь, может приводить к тому, что хрусталик глаз(а) пациента будет работать в условиях неоправданно высокой оптической мощности. В конце концов, механические свойства хрусталика глаз(а) (которые могут отличаться у разных людей) могут ограничивать степень сжатия хрусталика(ов), тем самым стабилизируя предписанный пользователю уровень диоптрий. Однако предписанный уровень диоптрий может быть стабилизирован за счет применения более сильных диоптрий, чем предписанные первоначально.

[0005] Бифокальные, мультифокальные и прогрессивные линзы используют для чтения среди пользователей с пресбиопией (например, неспособностью фокусировать взгляд на близком расстоянии при ношении очков с нормальными диоптриями, что обычно начинает влиять на зрение в зрелом возрасте). Бифокальные, мультифокальные и прогрессивные линзы ограничены тем, что требуют пациентов смотреть вниз для использования линз с меньшими диоптриями, что часто неудобно. Кроме того, офтальмологи, похоже, считают, что эти типы линз предназначены для пациентов с пресбиопией, а не для пациентов с близорукостью.

[0006] Корпорация «ПиксельОптикс» (PixelOptics, Inc.) г. Роанок, штат Вирджиния, выпустила тип очков с использованием адаптивных линз, которые изменяют фокусное расстояние в зависимости от расстояния наблюдения, однако указанные очки предназначены исключительно для пользователей с пресбиопией и/или пожилых пациентов, в то время как настоящее изобретение предназначено для лечения близорукости у пациентов всех возрастных групп. Кроме того, настоящее изобретение отличается от адаптивной линзы «ПиксельОптикс» тем, что если пациент не испытывает проблем с использованием выписанных очков при рассмотрении объектов на близком расстоянии, фокусное расстояние адаптируется соответственно, в то время как неизвестно, способны ли очки «ПиксельОптикс» производить такую адаптацию. Кроме того, очки «ПиксельОптикс» выполняют отслеживание взгляда неопределенно, а не конкретизировано, как описано в настоящем изобретении. Патент США №7517083, переданный «ПиксельОптикс», потенциально предполагает отслеживания движения глаза или взгляда для контроля фокусного расстояния адаптивной линзы. Однако данный патент не содержит достаточно подробные сведения об отслеживании направления взгляда, а лишь упоминает об использовании светодиодов и датчиков изображения для обнаружения краев зрачков, что предполагает отслеживание взгляда по зрачку, но не содержит подробных сведений для осуществления отслеживания направления зрачка с помощью малого форм-фактора, и, помимо этого, в патенте рекомендуется использовать межзрачковые расстояния для определения расстояния наблюдения. Тем не менее, межзрачковые расстояния являются не вполне точными, когда пациент смотрит в сторону, в то время как использование подхода на основе пересечения «линии видимости» для вычисления расстояния, в целом, представляется более точным. Кроме того, концепция межзрачкового расстояния по умолчанию предполагает одно расстояние наблюдения от обоих глаз, но это верно только в том случае, когда пользователь смотрит прямо перед собой (например, допустимо вверх или вниз). Например, при взгляде в левую сторону, особенно на близкие объекты, левый глаз будет находиться ближе к объекту, чем правый глаз. Подход на основе пересечения линии видимости избегает этой проблемы.

[0007] Способ измерения дальности также обсуждается в патенте США №7517083, который в целом позволяет найти ближайший расположенный по прямой линии объект, что не является эквивалентом нахождения расстояния наблюдения. В соответствии с различными опубликованными материалами и пресс-релизами «ПиксельОптикс» недавно выпущенные этой корпорацией очки могут «знать, на что вы смотрите».

[0008] Кроме того, в патенте США №7517083 упоминается использование системы слежения для «расчета спектра фокусировки на ближайшей точке с целью коррекции потребностей аккомодационной и конвергентной фокусировки на ближайших и промежуточных объектах», что представляет собой расплывчатое описание, которое, скорее, относится исключительно к необходимости фокусировки у пользователей с пресбиопией, а не к необходимости фокусировки у пользователей с близорукостью.

[0009] Помимо этого, тип способа отслеживания взгляда, который обсуждается в патенте США №7517083, чаще всего используется для корректирования нетрадиционных нарушений зрения, например, астигматизма, вместо более распространенных нарушений, например, близорукости. На практике отслеживание движения глаза или взгляда является сложным и представляет собой концепцию, которая требует более четкого и полного описания, особенно в контексте малого форм-фактора.

[0010] Отслеживание движения глаз или взгляда само по себе является сложным вопросом, который активно изучали в течение десятилетий и который до сих пор является нетривиальной задачей для реализации. В технологиях, окружающих проблему отслеживания движения глаз или взгляда, достигнут значительный прогресс, что позволяет производителям оптики инвестировать большие суммы средств в создание и производство коммерческих устройств слежения (или устанавливаемых на голове устройств слежения за движением глаз), которые можно реализовывать за тысячи долларов. Проведенные исследования показывают, что устанавливаемые на голове устройства слежения за движением глаз относительно громоздкие и потребляют значительное количество энергии, возможно, сотни мВт (милливатт).

[0011] Одна работа 2009 г. под названием «Интеллектуальный датчик изображения со скоростью обработки 200 мкс для устройства слежения за движением глаз на основе аналоговой обработки изображения по уровню пикселей» (А 200 us Processing Time Smart Image Sensor for an Eye Tracker Using Pixel-Level Analog Image Processing) описывает смарт-датчик изображения на основе КМОП, который непосредственно осуществляет отслеживание движения глаза при максимальном потреблении 100 мВт. См. Dongsoo Kim, Gunhee Han (Dept. of Electrical Engineering, Yonsei University, Seoul, Korea), A 200 jus Processing Time Smart Image Sensor for an Eye Tracker Using Pixel-Level Analog Image Processing, 44 IEEE Journal of Solid-State Circuits 2581-90 (Sept. 2009) (Volume 44, Issue 9). В этой работе рассматривается современное состояние разработки маломощных устройств отслеживания движения глаз и показано, что попытка разработки устройств с энергопотреблением ниже мВт остается одной из основных целей проектирования. Однако авторам не удалось достичь энергопотребления ниже мВт. Проект, который обсуждается в приведенной выше работе, обеспечивает 5000 слежений в секунду. Таким образом, если число слежений сократить всего до 50 слежений в секунду, общее энергопотребление можно сократить до 1 мВт.

[0012] Одна работа 2004 г. под названием «Гасящая естественное освещение камера с использованием способа вычитания рамок» (Ambient-Light-Canceling Camera Using Subtraction of Frames) предусматривает применение двойной экспозиции при контролируемом освещении в условиях временной модуляции (включено/выключено), а затем проведение вычитаний для погашения помех естественного (фонового) освещения. См. NASA's Jet Propulsion Laboratory (Pasadena, California), Ambient-Light-Canceling Camera Using Subtraction of Frames, NASA Tech Briefs, NPO-30875 (May 2004), адрес в сети Интернет:

http://findarticles.com/p/articles/mi_qa3957/is_200405/ai_n9457885/?tag-content;coll. Вычитание может проводиться средствами программного, а не аппаратного обеспечения.

[0013] Помимо этого, в патенте США №2008/0203277 компании Zamir Recognition Systems, расположенной в г.Ноксвилл, штат Теннесси, и в г.Иерусалим, Израиль, описан подход, аналогичный вышеупомянутому подходу, представленному в вышеуказанном источнике NASA Tech Brief 2004, но на уровне аппаратного обеспечения. Два подхода изложены в вышеупомянутой публикации патента: (i) один подход - с использованием контролируемого света в условиях временной модуляции (включено/выключено), подобно описанному в вышеуказанном источнике NASA Tech Brief 2004, и (ii) другой подход с использованием частотной модуляции (аналогичной настройке радиочастот AM/FM) для обеспечения большей восприимчивости к некоторым контролируемым частотам. Подход на основе частотной модуляции может быть более сложным с точки зрения его реализации по сравнению с подходом на основе временной модуляции. Каждый пиксель в камере имеет конденсатор. Подход на основе временной модуляции может предполагать использование зарядки и разрядки конденсатора каждого пикселя в одном массиве пикселей или зарядку двух массивов пикселей, а затем проведение вычитаний.

[0014] Фигура 3, приведенная в патенте США №2008/0203277, вероятно, представляет риск статического электричества, что логически несовместимо с общей конструкцией подхода на основе зарядки и разрядки. Кроме того, для подхода на основе временной модуляции с двумя массивами пикселей предлагается проводить вычитание сигналов средствами аппаратного или программного обеспечения. Даже при проведении вычитания средствами аппаратного обеспечения патент США №2008/0203277 указывает на использование известных в этой области техники способов, например, дифференциальный операционный усилитель обычно используется как модуль вычитания в аналоговой среде, а арифметическое устройство после оцифровки обычно используется как модуль вычитания в цифровой области.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0015] Иногда пациент на ранней стадии близорукости может временно восстанавливать способность видеть объекты на далеком расстоянии, если действительно будет смотреть на удаленные объекты в течение длительного периода времени. Предположительно такой результат можно достичь за счет расслабления мышц, давая хрусталику глаза возможность самостоятельно восстановить более тонкую форму. Поэтому, если очки спроектированы таким образом, который обеспечивает максимальное расслабление мышц, сохраняя при этом остроту зрения и достаточную коррекцию зрения, пользователь потенциально сможет снизить симптомы близорукости и/или избежать в дальнейшем использование более сильных диоптрий. Такой результат может быть достигнут с помощью линзы с адаптивным фокусным расстоянием. Если известен предписанный уровень диоптрий пациента для дали, тогда при максимальном уровне релаксации глаз такие очки могут обеспечивать коррекцию исключительно в объеме, необходимом для обеспечения достаточной коррекции зрения или коррекции зрения при адекватных и удовлетворительных уровнях. Таким образом, пациент сможет использовать первоначально предписанный уровень диоптрий, не прибегая к более сильным диоптриям без необходимости. Также можно немного сократить корректирующую мощность набора линз, что даст глазу импульс к фокусировке (на дальнем расстоянии), что, возможно, обеспечит обратимость эффекта близорукости.

[0016] Описанный выше подход может быть реализован с использованием технологий адаптивных линз (например, электросмачивание, жидкокристаллическая технология, жидкостная линза с нагнетанием жидкости и т.п.) в сочетании со средствами определения «расстояния наблюдения» или точного определения того, как далеко фокусируется пациент, рассматривая объект на расстоянии. Расстояние наблюдения не обязательно представляет собой прямолинейное расстояние до ближайшего расположенного впереди объекта, поскольку пациент может смотреть в сторону, например, бросая взгляд на какой-либо объект.

[0017] Нововведение в отношении расстояния наблюдения заключается в том, что это расстояние зависит от линии видимости каждого глаза и может равняться расстоянию пересечения этих двух линий видимости, исходя из того, как глаз человека воспринимает стереоизображение.

[0018] В одном варианте воплощения вышеописанного подхода используются способы, в которых выгодно применяется отслеживание блика. Один из вариантов воплощения предусматривает способ, преимущество которого заключается в отсутствии необходимости калибровки при его использовании в сочетании со способами, известными в данной области техники. Один из вариантов воплощения предусматривает способ отслеживания блика в условиях очень низкого энергопотребления с использованием смарт-датчиков изображения КМОП путем модификации элемента датчика активных пикселей (ДАП).

[0019] В одном варианте воплощения настоящего изобретения может использоваться один массив пикселей, но два конденсатора, которые надлежащим образом размещены у источника и у затвора МОП-транзистора, который тем самым способствует обнаружению блика. Этот подход отличается от подхода на основе временной модуляции, описанного выше в патенте США №2008/0203277, и может использовать меньшее количество пикселей. Кроме того, подходы на основе временной и частотной модуляции, описанные выше в Патенте США №2008/0203277, предназначены в большей степени для общего захвата изображения, а не для обнаружения блика. В целях сравнения следует отметить, что конструкция настоящего изобретения на основе двух конденсаторов представляет собой новый способ выполнения, по сути, вычитания, но с распознаванием блика и в условиях малой мощности вместо обнаружения пикселей при любой интенсивности света в условиях высокой мощности.

[0020] В одном варианте воплощения настоящее изобретение предусматривает простой в реализации видоискатель с низким энергопотреблением (ниже мВт), который можно экономично изготовить.

[0021] В одном варианте воплощения настоящего изобретения предусмотрен новый тип очков, который уменьшает степень аккомодации, необходимой пользователям с близорукостью на всех диапазонах расстояния наблюдения, снижая тем самым нагрузку на глаза и, возможно, замедляя, стабилизируя или даже обеспечивая обратимость прогрессии близорукости. Указанные очки могут адаптировать оптическую мощность установленных на них линз так, что пользователям с близорукостью будет необходима меньшая аккомодация по сравнению с использованием очков, предписанных для восстановления полного зрения. Снижение степени аккомодации может быть меньше полной, но по-прежнему положительной по сравнению с очками, предписанными для восстановления полного зрения. Это может способствовать сохранению неявной взаимосвязи между конвергенцией и аккомодацией, которую воспринимает головной мозг, так чтобы, снимая очки, пациент мог продолжать видеть естественно, поскольку головной мозг осознает необходимость повторной фокусировки хрусталика при различных расстояниях. Кроме того, сниженная степень аккомодации может быть немного больше, чем полная аккомодация, если пользователь не видит на 100% четко и склонен фокусироваться на удаленном объекте, помогая тем самым хрусталику глаз(а) вернуться к более тонкой форме (и меньшей мощности) и, возможно, обеспечить обратимость прогрессии близорукости. Возможно, для очков потребуются данные о расстоянии просмотра, которое определяется по расстоянию наблюдения. Устройство отслеживания движения глаз или взгляда, предусмотренное настоящим изобретением, основано на отслеживании бликов глаза от инфракрасной светодиодной подсветки. Устройство отслеживания движения глаз или взгляда может быть простым в реализации, что делает его пригодным для встроенного использования (в очках) и содействует его использованию без калибровки в сочетании со способами, известными в данной области техники.

[0022] В одном варианте воплощения настоящего изобретения устройство отслеживания взгляда для использования в очках не только должно быть легкореализуемым, но также может иметь очень низкое энергопотребление. Цель конструкции - обеспечить энергопотребление на уровне ниже мВт, предпочтительно, во время активных периодов слежения. Фактическая конструкция в соответствии с настоящим изобретением может использоваться для изменения датчика активных пикселей (ДАП) в смарт-датчике изображения КМОП, потребляемая мощность может быть заметна только при включении пикселя, и пиксель может быть включен только в условиях достаточно сильного падающего света (например, блик улавливается на пикселе). Такой подход поддерживает очень низкое энергопотребление, возможно, менее 0,1 мВт во время активных периодов. Описаны два способа, один из которых предусматривает более простую реализацию, а другой - более сложную реализацию с более высокой устойчивостью к фоновой интерференции света. В отличие от предшествующих подходов, в частности, вышеописанного подхода Kim & Han, раскрываемые в настоящем изобретении системы и способы предусматривают конструкцию, которая может поддерживать энергопотребление ниже мВт даже во время активных периодов. Например, если в качестве нагрузки использовать транзистор-ограничитель тока 1 мкА и применять мощность 3В, тогда схема обнаружения блика (как элемент устройства отслеживания взгляда по блику) в конструкции настоящего изобретения может потреблять только порядка 30 мкВт во время активных периодов, если, например, ожидается 10 пикселей блика на изображении, фиксируемом камерой устройства отслеживания взгляда. Кроме того, устройство отслеживания движения глаза, рассматриваемое выше в работе 3В09 г., отслеживает только центр зрачка, в то время как настоящее изобретение отслеживает блик, который может представлять собой только один пиксель или небольшую группу пикселей, делая тем самым схему намного более простой и надежной.

[0023] В одном варианте воплощения настоящего изобретения представлены инновационные варианты воплощения очков, которые могут корректировать свою оптическую мощность на основе расстояния наблюдения с целью снижения степени аккомодации, необходимой пользователям с близорукостью, когда такие пользователи смотрят, например, на близком расстоянии. Очки позволяют пользователю максимально расслабить глаза, независимо от того, смотрит ли пользователь на удаленные или близлежащие объекты, что может способствовать замедлению и, возможно, обеспечит обратимость прогрессии близорукости. Выполняемая очками оптическая корректировка может достигаться с помощью, например, адаптивной линзы, а адаптивна линза, в свою очередь, может быть реализована несколькими путями, например путем жидкостного электросмачивания, жидкокристаллической технологии и жидкостной линзы с нагнетанием жидкости.

[0024] В одном варианте воплощения настоящего изобретения предусмотрен способ отслеживания направления взгляда для расчета расстояния наблюдения. Указанный способ может требовать только отслеживание блика, что может быть проще в реализации. Способ также может быть реализован без калибровки путем объединения этого способа или его составляющих со способами, известными в данной области техники, или путем объединения составляющих таких способов, известных в данной области техники, с автоматической калибровкой. Указанный способ также может способствовать реализации изобретения с низкой степенью сложности с помощью, например, использования одной светодиодной подсветки и двух или нескольких камер.

[0025] В одном варианте воплощения настоящего изобретения предусмотрен способ со сверхнизким энергопотреблением (например, ниже мВт или милливатта) для отслеживания блика в камерах с помощью, например, смарт-датчиков изображения на основе КМОП (комплементарного металлооксидного полупроводника), которые также могут быть оснащены датчиками активных пикселей (ДАП). Модифицированный ДАП может иметь очень низкое энергопотребление, поскольку пиксель включается (и потребляет заметную мощность) только в том случае, если он потенциально является бликовым пикселем (например, при достаточно сильной интенсивности света). Узкополосной фильтр ближнего инфракрасного диапазона может использоваться в качестве предпочтительного подхода для повышения устойчивости к помехам фонового освещения. Время экспозиции также может быть снижено по сравнению со скоростью нормального захвата изображения, что может способствовать и обнаружению только блика и низкому энергопотреблению светодиодной подсветкой. Другими словами, светодиод не обязательно должен быть «включен» все время. В одном из вариантов воплощения настоящего изобретения также может быть предусмотрен вариант вышеописанного способа, который может обеспечивать более сильную устойчивость к помехам фонового освещения с помощью двух конденсаторов в ДАП для двух экспозиций, а также модифицированное обеспечение подачи напряжения для сопряжения выходного сигнала ДАП. В одном варианте воплощения настоящего изобретения может также предусматриваться вариант вышеописанного способа, который может достичь подобной цели вышеописанного способа (например, более сильной устойчивости к фоновому освещению), однако, без использования одного из двух конденсаторов и/или модифицированной подачи напряжения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0026] Варианты воплощения настоящего изобретения проиллюстрированы на примере и не ограничиваются фигурами на прилагаемых чертежах, на которых одинаковые ссылки указывают на аналогичные элементы.

[0027] Фигура 1 демонстрирует пример аппаратного устройства, используемого в сочетании с очками, оснащенными адаптивными линзами на основе определения расстояния наблюдения и отслеживания взгляда при низком энергопотреблении в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения.

[0028] Фигура 2 демонстрирует график различных режимов снижения аккомодации в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения.

[0029] Фигура 3 представляет собой иллюстрацию пары углов вращения (азимут α и высота (3) при отслеживании движения глаз или взгляда в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения.

[0030] Фигура 4 демонстрирует традиционный 3-транзисторный датчик активных пикселей (3Т-ДАП).

[0031] Фигура 5 демонстрирует модифицированный 3Т-ДАП с ограничителем тока в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения.

[0032] Фигура 6 демонстрирует модифицированный 3Т-ДАП с общим транзистором в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения.

[0033] Фигура 7 демонстрирует традиционный 4-транзисторный ДАП (4Т-ДАП).

[0034] Фигура 8 демонстрирует модифицированный 4Т-ДАП с ограничителем тока и общим транзистором в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения.

[0035] Фигура 9 демонстрирует модифицированный 3Т-ДАП, в котором реализовано маломощное обнаружение блика с фотодиодом с подложкой n-типа в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения.

[0036] Фигура 10 демонстрирует ДАП с двумя конденсаторами на основе разности потенциалов между двумя экспозициями в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения.

[0037] Фигура 11 демонстрирует обтекаемую схему, где фотодиод полностью интегрирован с другими МОП-транзисторами в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения.

[0038] Фигура 12 демонстрирует пример пары очков с адаптивными линзами и возможностью отслеживания направления взгляда в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ И ФИГУР

[0039] Ссылка в настоящем описании на «один вариант воплощения настоящего изобретения» или «вариант воплощения настоящего изобретения» означает, что определенная особенность, структура или характеристика, описанная в связи с вариантом воплощения настоящего изобретения, включает по меньшей мере один вариант настоящего изобретения. Появление фразы «в одном варианте воплощения настоящего изобретения» в тексте настоящего описания не обязательно указывает на один и то же вариант воплощения настоящего изобретения, равно как и отдельные или альтернативные варианты воплощения настоящего изобретения не являются взаимоисключающими. Кроме того, описаны различные функции, которые могут быть реализованы некоторыми вариантами воплощения настоящего изобретения и не могут быть реализованы другими. Аналогично, описаны различные требования, которые могут представлять собой требования для одних вариантов воплощения настоящего изобретения и не составлять такие требования для других.

[0040] Фигура 1 демонстрирует аппаратное устройство, используемое вместе с очками, оснащенными адаптивной линзой на основе определения расстояния наблюдения и маломощного устройства отслеживания взгляда в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения. Хотя Фигура 1 демонстрирует различные компоненты встроенного устройства, она не предназначена для представления какой-либо конкретной архитектуры или способа взаимосвязи компонентов. Некоторые варианты воплощения настоящего изобретения могут использовать другие системы, оснащенные меньшим или большим количеством компонентов, чем продемонстрировано на Фигуре 1.

[0041] На Фигуре 1 система обработки данных 100 включает интерконнектор 102 (например, шину и логическую схему системы на сердечниках), которая соединяет микропроцессор(ы) 103 и память 108. В примере, представленном на Фигуре 1, микропроцессор 103 соединен с кэш-памятью 104.

[0042] Интерконнектор 102 соединяет микропроцессор(ы) 103 и память 108 вместе, а также соединяет их с контроллером дисплея, устройством дисплея 107, датчиком 109 и периферийными устройствами, такими как устройство ввода/вывода (1/0) 105 через контроллер(ы) ввода/вывода 106.

[0043] Датчик 109 может включать КМОП- или ПЗС-датчик изображения. Датчик 109 может дополнительно включать, например, акселерометр для определения ориентации устройства и/или выявления сотрясений устройства, или, в качестве другого примера, аудиозаписывающее оборудование для записи звука рядом с пользователем или, в качестве еще одного примера, оптические приборы для измерения, наблюдения или записи визуальных данных.

[0044] Типичные устройства ввода/вывода включают мыши, клавиатуры, модемы, сетевые интерфейсы, принтеры, сканеры, видеокамеры, сенсорные панели, микрофоны и другие устройства, которые хорошо известны в данной области техники. В некоторых вариантах воплощения настоящего изобретения, когда система обработки данных представляет собой серверную систему, некоторые устройства ввода/вывода, такие как принтер, сканер, мышь и/или клавиатуры, являются необязательными.

[0045] Интерконнектор 102 может включать один или несколько шин, соединенных друг с другом с помощью различных мостов, контроллеров и/или адаптеров. В одном варианте воплощения настоящего изобретения контроллер ввода/вывода 106 включает адаптер USB (универсальная последовательная шина) для контроля периферийных устройств USB и/или адаптер шины IEEE-1394 для контроля периферийных устройств IEEE-1394.

[0046] Память 108 может включать ПЗУ (постоянное запоминающее устройство), энергозависимую память ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) и энергонезависимую память, например жесткий диск, флэш-память и т.д.

ТЕХНОЛОГИЯ АДАПТИВНОЙ ЛИНЗЫ

[0047] Как отмечалось выше, пациенты с близорукостью страдают от того, что при взгляде на близкие объекты хрусталику(ам) их глаз(а) необходимо приспосабливаться намного больше при ношении очков с полными диоптриями по сравнению с отсутствием очков, тем самым вынуждая хрусталик(и) глаз(а) сохранять оптическую мощность, которая значительно выше прежней. При длительном ношении очков хрусталик(и) глаз(а), вероятно, не сможет (не смогут) вернуться к своей первоначальной форме, усиливая тем самым близорукость пациента. Даже чтение без очков на близком расстоянии слишком продолжительный период, вероятно, не очень хорошая привычка глаз. При использовании очков эта проблема еще больше усугубляется.

[0048] Следовательно, предусмотрен новый тип очков, который корректирует фокусное расстояние или оптическую мощность, для снижения степени аккомодации, необходимой пациенту с близорукостью, когда он смотрит на объекты, расположенные на наиболее практичных расстояниях. Основным требованием такой адаптивной линзы для использования в очках является компактность, и это требование обычно исключает мультифокальную(ые) комбинированную(ые) линзу(ы), используемую(ые) в большинстве камер, которые обычно являются слишком большими и требуют движущихся элементов. Однако недавние достижения в области оптических технологий позволили реализовать адаптивные линзы на практике. Существуют несколько типов конструкций адаптивных линз, таких как, например, жидкостные линзы на основе технологии электросмачивания, жидкокристаллические линзы и линзы с нагнетанием жидкости. Что касается электросмачивания см. работу Liquid Lens Technology: Principle of Electrowetting based Lenses and Applications to Imaging, B. Berge, Varioptic, Proceedings of the MEMS 3В05 conference, Jan 30-Feb 3 3В05-02-05, раскрытие которой включено здесь в качестве ссылки. Что касается жидкокристаллических линз, см. патент США №7517083, раскрытие которого включено здесь в качестве ссылки. Что касается линз с нагнетанием жидкости, см. Liquid Lens Innovations: Takes Initial Form in Camera Phones, K.J.Kabza, February 9, 3В06, раскрытие которой включено здесь в качестве ссылки. При условии, что определенная технология адаптивных линз отвечает определенным требованиям для таких показателей, как форм-фактор, диапазон фокусных расстояний и энергопотребление, они будут пригодными для использования с очками, предусмотренными настоящим изобретением. Кроме того, адаптивная линза может быть объединена с фиксированной мощной линзой (например, за счет склеивания двух линз вместе) для достижения желаемого оптического диапазона и/или повышения рентабельности.

СПОСОБЫ СОКРАЩЕНИЯ АККОМОДАЦИИ

[0049] Фигура 2 демонстрирует график различных режимов снижения аккомодации в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения. График 3В0 включает график 3В2 режима частичного сокращения, график 3В4 режима полного сокращения, график 3В6 режима ускоренного сокращения и график 3В8 использования обычной линзы, где ось у - оптическая мощность корректирующей линзы в диоптриях, а ось х - фактическое расстояние до объекта в метрах, представленное переменной «и».

[0050] Уровень сокращения степени необходимой аккомодации может иметь несколько режимов. В первом режиме - режиме полного сокращения, который представлен графиком 3В4 режима полного сокращения, предусмотрено полное сокращение, например, хрусталик(и) глаз(а) пациента полностью расслаблен(ы) и никогда не должен(ы) приспосабливаться, глядя на удаленные или близкие объекты. Например, если пациенту с близорукостью предписаны диоптрии -1,5, при режиме полного сокращения адаптивная(ые) линза(ы) в очках всегда может(могут) формировать виртуальное изображение интересующего объекта на расстоянии 1/1,5=0,667 м=66,7 см. Заметим, что если интересующий объект в действительности находится на расстоянии ближе 66,7 см, адаптивная(ые) линза(ы) должна(ы) менять свою форму с вогнутой на выпуклую таким образом, чтобы виртуальное расстояние до изображения по-прежнему составляло 66,7 см. Таким образом, в режиме полного сокращения хрусталик(и) глаз(а) всегда поддерживается в его тончайшей форме и при самой низкой оптической мощности (когда речь идет о назначении очков в настоящий момент при близорукости), что может помочь пациенту замедлить или предотвратить дальнейшую прогрессию близорукости. И снова, режим полного сокращения проиллюстрирован графиком 3В4 режима полного сокращения. Заметим, что для графика 3В4 режима полного сокращения, где фактическое расстояние до объекта u=66,7 см (ось х), адаптивная линза в режиме полного сокращения будет иметь оптическую мощность на уровне нуля (ось y), поскольку пользователь, которому предписаны диоптрии -1,5, может четко видеть без очков на расстоянии до 66,7 см. При дальнейшем сокращении и отрицательная оптическая мощность адаптивной линзы должна будет измениться на положительную.

[0051] Во втором режиме - режиме частичного сокращения, который представлен графиком 3В2 режима частичного сокращения, сокращение происходит в менее чем полном режиме, но степень сокращения по-прежнему положительна по сравнению с ношением очков, предписанных для полного восстановления зрения. Можно установить более низкий предел виртуального расстояния до изображения. Например, если пользователю предписаны диоптрии -1,5 и мы установим указанный нижний предел до 30 см, тогда адаптивная(ые) линза(ы) обеспечит - независимо от того, насколько близко расположен интересующий объект - формирование виртуального изображения на расстоянии 30 см или дальше. Точное соответствие между реальным расстоянием до объекта и расстоянием до виртуального изображения (которое контролирует оптическую мощность адаптивной линзы) может принимать любую форму функции, пока расстояние до виртуального изображения представляет собой невозрастающую функцию реального расстояния до объекта и начинается при |f₀|, где f₀ - фокусное расстояние адаптивной линзы при диоптриях, необходимых для полного восстановления зрения, например, инверсия предписанных при близорукости диоптрий. На практике мы также можем определить нижний предел, когда реальное расстояние до объекта составляет не меньше чем заданный практический нижний порог, например, 10 см. Кроме того, мы можем непосредственно определить оптическую силу адаптивной линзы по отношению к реальному расстоянию до объекта, и такая функция в режиме частичного сокращения, как правило, будет представлять собой невозрастающую функцию между плоской линией 1/f0 и кривой 1/f=1/u+1/f0, где u - реальное расстояние до объекта (ось x). Заметим, что хотя эта функция предпочтительно должна быть невозрастающей по отношению к реальному расстоянию до объекта, и функция виртуального расстояния до изображения должна быть неубывающей по отношению к реальному расстоянию до объекта, незначительные модификации этих функций для преодоления их невозрастающих или неубывающих свойств должны рассматриваться как обычное моделирование. График 3В2 режима частичного сокращения иллюстрирует режим частичного сокращения, где расстояние до виртуального изображения v определяется как функция