CN1653374A - 具有集成组件的电－光透镜 - Google Patents

Abstract

公开了一种在光学系统(2100)中与控制器(2140)一起使用的测距装置(2170)和(2160)，该测距装置包括设置用于产生非可见辐射的第一光束的发射器(2160)，从而与观察目标相交，以及设置用于检测从该观察目标反射的非可见辐射的第二光束的接收器(2170)，控制器(2140)根据从该发射器(2160)和接收器(2170)获得的信号来确定该观察目标的观察距离。公开了一种控制光学透镜的方法，包括利用测距装置来确定通过电激励透镜(2120)观察到的目标的观察距离。公开了一种光学透镜系统(2100)，包括电激励透镜(2120)和连接到该透镜上的控制器(2140)，该控制器设置用于根据来自测距装置的信号调整该电激励透镜的至少一部分的焦距。

Description

具有集成组件的电-光透镜

[发明领域]

本发明涉及光学领域。更具体地，本发明涉及采用了一种电激励(electro-active)透镜的系统和方法，该透镜至少包含一些集成组件，其中包括测距装置。

发明概述

根据本发明的一个实施例，公开了一种光学透镜系统。例如，该光学透镜系统包括电激励透镜和连接到该电激励透镜上的控制器，设置该控制器以便根据来自测距装置的信号调整电激励透镜的至少一部分的焦距。

根据本发明的另一个实施例，公开了一种与控制器一起用于光学系统中的测距装置。该测距装置包括：发射器，其设置用于产生非可见辐射的第一光束，从而与观察目标相交；和接收器，其设置用于检测从该观察目标反射的非可见辐射的第二光束；以及控制器，其设置用于根据从该发射器和接收器接收到的信号确定该观察目标的观察距离。

根据本发明的又一个实施例，公开了一种控制光学透镜系统的方法。该方法包括利用测距装置来确定通过电激励透镜所观察的目标的观察距离以及根据该观察距离来调整该电激励透镜的第一部分的焦距。

附图简要说明

通过参照相应的附图并阅读下面本发明优选实施例的详细描述能够更彻底地理解本发明，其中使用相同的附图标记来表示相同的元件，并且其中：

图1是电激励综合折屈光检查仪/折光器系统100实施例的透视图。

图2是另一电激励综合屈光检查仪/折光器系统200实施例的示意图。

图3是常规的配镜(dispensing)操作工序300的流程图。

图4是配镜方法400的实施例的流程图。

图5是电激励眼镜500的实施例的透视图。

图6是处方方法600的实施例的流程图。

图7是混合型电激励眼镜透镜700的实施例的前视图。

图8是沿图7的剖面线A-A截取的混合型电激励眼镜透镜700的实施例的截面图。

图9是沿图5的剖面线Z-Z截取的电激励透镜900的实施例的截面图。

图10是电激励透镜系统1000的实施例的透视图。

图11是沿图5的剖面线Z-Z截取的衍射电激励透镜1100的实施例的截面图。

图12是电激励透镜1200的实施例的前视图。

图13是沿图12的剖面线Q-Q截取的电激励透镜1200的实施例的截面图。

图14是跟踪系统1400的实施例的透视图。

图15是电激励透镜系统1500的实施例的透视图。

图16是电激励透镜系统1600的实施例的透视图。

图17是电激励透镜1700的实施例的透视图。

图18是电激励透镜1800的实施例的透视图。

图19是电激励折光基体1900的实施例的透视图。

图20是电激励透镜2000的实施例的透视图。

图21是电激励眼镜2100的实施例的透视图。

图22是电激励透镜2200的实施例的前视图。

图23是电激励透镜2300的实施例的前视图。

图24是电激励透镜2400的实施例的前视图。

图25是沿图5的剖面线Z-Z截取的电激励透镜2500的实施例的截面图。

图26是沿图5的剖面线Z-Z截取的电激励透镜2600的实施例的截面图。

图27是配镜方法2700的实施例的流程图。

图28是电激励透镜2800的实施例的透视图。

图29是根据本发明另一个可选择实施例的光学透镜系统的透视图。

图30是根据本发明另一个可选择实施例的光学透镜系统的透视图。

图31是根据本发明另一个可选择实施例的光学透镜系统的透视图。

图32是根据本发明另一个可选择实施例的光学透镜系统的透视图。

图33是根据本发明另一个可选择实施例的光学透镜系统的分解透视图。

图34是根据本发明另一个可选择实施例的光学透镜系统的分解透视图。

图35a-35e示出了根据本发明另一个可选择实施例可以完成的装配过程。

图36a-36e示出了根据本发明另一个可选择实施例可以完成的装配过程。

图37a-37e示出了根据本发明又一个可选择实施例可以完成的装配过程。

图38是根据本发明另一个可选择实施例的集成芯片测距仪和集成控制器的分解透视图。

图39是根据本发明另一个可选择实施例的集成控制器电池和集成控制器的分解透视图。

图40是根据本发明另一个可选择实施例的集成控制器测距仪的分解透视图。

图41是根据本发明又一个可选择实施例的光学透镜系统的透视图。

图42是根据本发明又一个可选择实施例的光学透镜系统的透视图。

图43是根据本发明又一个可选择实施例的光学透镜系统的透视图。

图44a是根据本发明另一个可选择实施例的集成电源、控制器和测距仪的分解透视图。

图44b是根据本发明一个实施例的图44a中集成电源、控制器和测距仪沿Z-Z′方向的侧面截面图。

图45是根据本发明一个实施例的图44b中测距发射器的侧面截面图。

图46是根据本发明一个实施例的图44b中测距接收器的侧面截面图。

图47a-47c是根据本发明一个实施例的光学透镜系统的戴镜者的侧视图。

图48是根据本发明一个实施例的电激励光学系统的透视图。

图49是根据本发明一个实施例的电激励光学系统的透视图。

图50是根据本发明一个实施例的电激励光学系统的透视图。

图51是根据本发明一个实施例的电激励光学系统的透视图。

图52是根据本发明一个实施例的电激励光学系统的透视图。

优选实施例的详细描述

1998年，仅仅在美国就进行了大约9千2百万次眼部检查。这些检查中大多数包括眼睛内外部病变的全面检查、肌肉平衡和双眼的分析、对角膜的测定以及在多数情况下对瞳孔的测定，最后是折光检查，这种检查既是客观的也是主观的。

进行折光检查是为了了解/诊断患者眼睛的折光异常的程度和类型。当前可以诊断和测定的折光异常的类型有近视、远视、散光和老花眼。目前的折光器(综合屈光检查仪)试图将患者的远近距视力矫正到20/20，并且在某些情况下，能够获得20/15的远距视力；然而，这是非常例外的情况。

应该指出的是，人眼的视网膜所能处理和分辨的视力的理论极限大约是20/10。这远比当前借助现有的折光器(综合屈光检查仪)和常规的眼镜透镜的方法获得的视力水平好。这些常规装置所缺少的是对于非常规折光异常，例如象差、不规则散光或视觉层不规则性的测定、量化和矫正能力。这些象差、不规则散光和/或视觉层不规则性可能是由患者的视觉系统或者常规的眼镜所引起的象差造成的，或两者共同造成的。

因此，如果能够具有对患者视力进行检测、量化并矫正到接近20/10或尽可能更好的方法则将是非常有利的。而且，如果以非常有效和对用户友好的方式来进行上述工作也是有利的。

本发明使用一种新颖的方法来检测、量化并矫正患者的视力。该方法包括多种采用了电激励透镜的创新的实施例。而且，本发明还使用了一种对该电激励眼镜进行选择、配制、激励和程控的新颖方法。

例如，在一个发明实施例中，使用了一种新颖的电激励综合屈光检查仪/折光器。该电激励综合折光检查仪/折光器采用了比现有的综合折光检查仪少很多的透镜组件并且是现有综合折光检查仪整个大小和/或重量的几分之一。实际上，这种示例性的发明实施例仅包括一对装在镜架中的电激励透镜，这种镜架通过其自己的结构设计和/或通过导线网络来提供使该电激励透镜正常工作所需的电功率。

为了有助于理解本发明的某些实施例，现在提供各种术语的解释说明。在某些情况下，这些说明并不意在限制，而是应该根据阅读本文中的实施例、说明书和权利要求书来领会。

“电激励区”可以包括电激励结构、层和/或区域，或被包括在电激励结构、层和/或区域中。“电激励区域”可以是电激励层的一部分和/或全部。一个电激励区域可以与另一个电激励区域相邻。电激励区域可以直接地附着在另一个电激励区域上，或利用诸如各电激励区域之间的绝缘体间接地连接到另一个电激励区域。“电激励折光基体”可以是电激励区和区域，并且可以直接地附着在另一个电激励区域上或利用诸如各电激励层之间的绝缘体间接地连接到另一个电激励层。“附着”可以包含焊接、沉积、粘合和其它公知的附着方法。“控制器”可以包括处理器、微型处理器、集成电路、IC、电脑芯片和/或芯片，或被包括在上述元件中。“折光器”可以包含控制器。“自动折光器”可以包含波前分析仪。“近距离折光异常”可以包含老花眼和为了患者在近距离上看的清楚而需要矫正的任何其它折光异常。“中距离折光异常”可以包含需要在中距离进行矫正的老花眼程度和为了患者在中距离上看的清楚而需要矫正的任何其它折光异常。“远距离折光异常”可以包含为了患者在远距离上看的清楚而需要矫正的任何折光异常。“近距离”可以是从大约6英寸到大约24英寸，以及更优选从大约14英寸到大约18英寸。“中距离”可以是从大约24英寸到大约5英尺。“远距离”可以是在5英尺到无穷之间的任何距离，并且更优选的是无穷。“常规的折光异常”可以包含近视、远视、散光和/或老花眼。“非常规的折光异常”可以包含不规则的散光、视觉系统的象差和任何不包含在常规折光异常内的任何其它折光异常。“光学折光异常”包括任何与透镜镜片有关的任何象差。

在某些实施例中，“眼镜”可包含一个透镜。在其它的实施例中，“眼镜”可以包含不止一个透镜。“多焦点”透镜可以包含双焦点、三焦点、四焦点和/或渐进焦点的透镜。“成品”透镜坯件可以包含在其两面上具有加工好的光学表面的透镜坯件。“半成品”透镜坯件可以包括仅仅在一面上具有加工好的光学表面，而另一面上具有未光学加工表面的透镜坯件，该透镜还需要进一步地改进加工，例如研磨和/或抛光，以使得其成为可使用的透镜。“表面修正”可以包括研磨和/或抛光掉多余的材料以加工该半成透镜坯件的未加工表面。

图1是电激励综合屈光检查仪/折光器系统100的实施例的透视图。镜架110包含电激励透镜120，其通过导线网络130与电激励透镜控制器140和电源150相连接。

在某些实施例中，镜架110的眼镜腿(图1中未示出)包含诸如微型燃料电池之类的电池或电源。在其它发明实施例中，镜架110的一个或多个眼镜腿具有所需的电子元件，以便将电源线直接插入电源插座和/或电源激励折光器的控制器/编码器160中。

在另一些发明实施例中，还将该电激励透镜120安装在一种悬置的框架组件中，由此患者可以简单适当地定位其脸部以便在验光时通过该电激励透镜来观察。

虽然第一个发明实施例只使用一对电激励透镜，但是在其它一些发明实施例中，也可以使用多个电激励透镜。而且在其它一些实施例中，还可以使用常规透镜和电激励透镜的组合。

图2是电激励折光器系统200的示例性实施例的示意图，该系统包括框架组件210，在该框架组件中包含至少一个电激励透镜220和多个常规透镜，具体为衍射透镜230、棱镜透镜240、散光透镜250及球面透镜260。导线网络270将电激励透镜220连接到电源275和控制器280上，该控制器设有处方显示器290。

在使用多个电激励透镜和/或常规透镜与电激励透镜的组合的每个发明实施例中，所述透镜可用于随机和/或非随机地按一次一个的顺序测试患者的视力。在其它发明实施例中，根据需要也可以在每只眼睛前面将两个或多个透镜叠加在一起来产生总的矫正光焦度。

在上述电激励综合折光检查仪和电激励眼镜中所使用的电激励透镜包括混合结构和/或非混合结构。在混合结构中，常规的透镜镜片与电激励区相组合。在非混合结构中，不使用常规的透镜镜片。

如上所述，本发明与图3中流程图所示的目前常规配镜的实际程序300不同。如在步骤310和320中所示的，传统上，在涉及常规折光器的眼睛检查之后，随即获得该患者的处方并将该处方交给配镜师。然后，如步骤330和340所示，在配镜师处选择患者的镜架和镜片。如步骤350和360所示，这些镜片被加工、磨边并装入镜架。最后，在步骤370，配制和接收新处方的眼镜。

如图4的流程图所示，在一种创新的配镜方法400的示例性实施例中，在步骤410由该佩带者选择或为该佩带者选择该电激励眼镜。在步骤420，为佩带者适配镜架。在步骤430，给佩带者带上该电激励眼镜，由电激励综合屈光检查仪/折光器控制系统来对电子设备进行控制，在大多数情况下，该控制系统是由眼科专家和/或技师来操作的。但是，在一些发明实施例中，患者或佩带者实际上也能操作该控制系统，由此能够控制他们自己的电激励透镜处方。在其它发明实施例中，患者/佩带者以及眼科专家和/或技师一起来共同操作该控制器。

在步骤440中，无论是否由眼科专家、技师和/或患者/佩带者来操作，该控制系统都被用于在客观或主观上为患者/佩带者选择最好的矫正处方。在选择的正确处方来将患者/佩带者的视力矫正到其最佳矫正度时，眼科专家或技师为患者/佩带者的电激励眼镜编程。

在一个发明实施例中，在将所选择的电激励眼镜与电激励综合屈光检查仪/折光器的控制器断开前，将所选择的处方编程到电激励眼镜的控制器和/或一个或多个控制器部件中。在另外的发明实施例中，之后才将该处方编程到所选择的电激励眼镜中。

在任一情况下，都要按照与现今的常规眼镜完全不同的顺序来选择、适配该电激励眼镜及对其编程，并在步骤450配镜。这个顺序为改善制造、验光和配镜的效率提供了条件。

通过本发明的方法，患者/佩带者完全能够选择他们的眼镜，在测试他们视力时佩带它们，然后根据正确的处方对其编程。在大多数而不是所有的情况下，这在患者/佩带者离开检查椅之前就完成了，由此就可以确保该患者的最后处方的整个制作和编程的准确性，以及眼睛验光本身的准确性。最后，在本发明的实施例中，当患者从检查椅站起来并走出眼睛专家的办公室时，该患者就完全能够带上他们的电激励眼镜了。

应该指出，另一些发明实施例还能使该电激励综合屈光检查仪/折光器将患者或佩带者的最佳矫正处方简单地显示或打印出来，那么该处方是以与过去几乎相同的方式填写的。当前该过程包括将写好的处方送到出售和配制电激励眼镜(镜架和镜片)的配镜处。

在另一些发明实施例中，还以电子的方式发送该处方，例如通过因特网将该处方发送到出售电激励眼镜(镜架和镜片)的配镜处。

如果进行眼睛验光的地点未填写处方，则在某些发明实施例中，对该电激励眼镜控制器和/或一个或多个控制器部件进行编程并将其安装到该电激励眼镜中，或者在验光之后，将其安装到该电激励眼镜中的同时直接进行编程。如果在该电激励眼镜中不添加其它部件，则该电激励眼镜的控制器和/或一个或多个控制器部件，就是该电激励眼镜的复杂的内装部件，而不需要在随后添加了。

图27是另一具有创造性的配镜方法2700的实施例的流程图。在步骤2710中，采用任意方法对患者的视力进行验光。在步骤2720中，获得该患者的处方。在步骤2730中，选择电激励眼镜。在步骤2740，使用佩带者的处方对该电激励眼镜进行编程。在步骤2750，配制该电激励眼镜。

图5是该电激励眼镜500的另一具有创造性的实施例的透视图。在所述实例中，镜架510包含普通的电激励透镜520和522，这两个透镜通过连接导线530与电激励眼镜控制器540和电源550电连接。剖线Z-Z将该普通的电激励镜片520分开。

控制器540起到该电激励眼镜500的“大脑”的作用，而且可以包含至少一个处理器部件，至少一个用来存储具体处方的指令和/或数据的存储器部件，以及至少一个输入/输出部件(如端口)。控制器540可执行计算任务，例如对存储器进行读取和写入，根据需要的折射率来计算将要施加到各个栅格元件上的电压，和/或充当该患者/用户眼镜与相关的折光器/综合折光检查仪设备之间的本机接口。

在一个发明实施例中，控制器540由眼科专家或技师进行预编程，以满足患者的聚焦和调节的需要。在该实施例中，当控制器540在该患者的眼镜之外时，就在该控制器540上完成这种预编程，然后在检查之后再将控制器540插入该眼镜中。在一个发明实施例中，控制器540是“只读”型的，向栅格元件供电以获得需要的折射率阵列，从而对于特定距离进行视力矫正。当患者的处方变化时，必须对新的控制器540进行编程并由专家将其插入该眼镜。这种控制器具有一种ASIC(或称为专用集成电路)和其存储器以及永久地存储其上的处理命令。

在另一发明实施例中，在第一次配镜时，该电激励眼镜的控制器最初可由眼科专家或技师来编程，而后来当患者的需要发生变化时，则可对同一控制器或其部件进行重新编程以提供不同的矫正。这种电激励眼镜的控制器可以从该眼镜上取下来，在检查过程中将其置于折光器的控制器/编程器(示于图1和图2)中并重新编程，或不从该电激励眼镜上取下来而在原位由折光器进行重新编程。在这种情形下，该电激励眼镜的控制器可能具有例如一种FPGA(或称为场可编程门阵列)的体系结构。在这个发明实施例中，该电激励眼镜控制器可永久构建在该眼镜中，并且只需要与该折光器的接口连接，其中该折光器向该FPGA发布重新编程的指令。这种连接的部件可能包括该电激励眼镜控制器的外部AC电源，该电源由嵌入该折光器/综合折光检查仪中或嵌入在其控制器/编程单元中的AC适配器提供。

在另一发明实施例中，该电激励眼镜起到折光器的作用，且由眼科专家或技师操作的外部设备仅包括该电激励眼镜控制器的数字和/或模拟接口。这样，该电激励眼镜的控制器也可用作该折光器/综合折光检查仪的控制器。在该实施例中，可利用需要的处理电子设备，从而在根据经验确定了对该用户的最佳矫正后，改变加在该电激励眼镜上的该栅格阵列的电压，并利用这些数据对该电激励眼镜进行重新编程。在这种情况下，该患者在检查过程中可通过他/她自己的电激励眼镜再次观察视力表，而且该患者可能没有察觉到当他/她在选择最佳矫正处方时，他们电激励眼镜中的控制器就同时以电子的方法进行了重新编程。

另一种创新的实施例采用了一种电子自动折光器，该电子自动折光器可用作第一步骤和/或用于与该电激励折光器相结合(图1和图2所示)，这类自动折光器的例子有诸如Humphrey自动折光器和Nikon自动折光器，但并不限于这些，已经对它们进行了开发或改进，以便能提供用于本发明的电激励透镜的可兼容并已编程的反馈。当患者或佩带者戴着他(她)的电激励眼镜时，所述的创新实施例就可用来测量人的折光异常。这种反馈被自动或手动地馈送到控制器和/或编程装置中，然后对用户/佩带者的电激励眼镜进行矫正、编程或重新编程。在所述创新的实施例中，患者的电激励眼镜可按需要来重新矫正而毋需进行全面的眼睛检查或眼睛的折光测定。

在某些其它的发明实施例中，通过患者的电激励透镜，可将其视力矫正到20/20。在大多情形中，这是通过矫正人们的常规的折光异常(近视、远视、散光、和/或老花眼)来实现的。在某些其它的发明实施例中，除了常规的折光异常(近视、远视、散光、和/或老花眼)之外，还要测量和矫正非常规的折光异常，如眼睛的象差、不规则散光、和/或翳障层的不规则性。在该发明实施例中，除了常规的折光异常之外，还借助矫正眼睛的象差、不规则散光、和/或翳障层的不规则性，使患者的视力在大多情形都可矫正到比20/20好，如矫正到20/15，或比20/15更好，达到20/10，和/或比20/10更好。

这种有益的异常矫正是利用该眼镜中的电激励透镜来实现的，该电激励透镜实际上用作一种自适应的光器件。自适应光器件已得到论证，而且多年来一直用于矫正地面天文望远镜中的大气畸变，以及用于矫正通信和军事用途中的通过大气的激光传输。在这些情形下，通常使用分段的镜面(segmented mirror)或“橡胶”镜(“rubber”mirror)来对该图像的波前或激光光波进行小的矫正。在大多情形下，这些反射镜都是由机械传动装置来操作的。

当自适应光器件用于视力时，其是基于利用光束，如对眼无害的激光，对眼睛系统进行主动探测的，并且测量了视网膜的反射或视网膜上产生的图像的波前畸变。这种形式的波前分析假定了一个平面或球面探测波，并测量由眼睛系统在这个波前上产生的畸变。通过比较初始波前与畸变后的波前，技术熟练的检查人员就能确定在该眼睛系统中存在有什么异常，并开出适当的矫正处方。对于波前分析器来说存在几种具有竞争性的设计方案，但是这里所描述的用作透射或反射式空间光调制器以进行该波前分析的电激励透镜的适应性却包含在本发明之内。在下述两篇美国专利中提供了一些波前分析器的例子：美国专利第5,777,719号(Williams)和第5,949,521号(Williams)，在此两篇全部都引入作为参考。

但是，在本发明的某些实施例中，对于该电激励透镜做了些小的矫正和调整，以使得电驱动像素栅格阵列产生图像光波，该阵列的折射率是可改变的，通过该可改变的折射率就可使通过这些栅格的光加速或减慢。以此方式，该电激励透镜就变成一种自适应光器件，它能对眼睛自身的光学方面的一些固有空间缺陷进行补偿，以便在该视网膜上获得几乎无象差的图像。

在某些发明实施例中，因为该电激励透镜完全是二维的，所以通过在患者/用户的总的视力矫正处方需求之上引入小的折射率校正就可以补偿由该眼睛的光学系统所产生的固定空间像差。这样，视力就可以矫正到好于用普通的聚焦和适应性矫正所能达到的水平，而且在大多情形下，可达到比20/20更好的视力。

为了达到比20/20更好的视力矫正，可通过例如一种改进的自动折光器来对患者眼睛的像差进行测量，该折光器采用一种专为测量眼睛像差而设计的波前传感器或分析仪。一旦在幅值和空间上测定了该眼睛的像差和其它类型的非常规的折光异常，就可对该眼镜中的控制器进行编程来引入与二维空间有关的折射率变化，以便补偿这些像差以及除了全部近视、远视、老花眼、和/或散光矫正之外的其它类型的非常规折光异常。这样，本发明的电激励透镜的该实施例就可以电激励矫正患者眼睛系统的像差或由该透镜镜片所产生的像差。

这样，例如，为了矫正佩带者的近视，在某一电激励发散透镜中可能需要某一-3.50屈光度的光焦度矫正。在这种情形下，将不同电压V₁...V_N的阵列施加到该栅格阵列中的M个元件上以产生不同的折射率N₁....N_M的阵列，这使该电激励透镜具有-3.50屈光度的光焦度。但是，在该栅格阵列中的某些元件需要它们的折射率N₁....N_M变化达到±0.50个单位，以便对眼睛的像差和/或非常规的折光异常进行矫正。除了该矫正近视的基础电压外，还将与上述变化相对应的小电压偏差施加到适当的栅格元件上。

为了检测、量化和/或尽可能多地矫正非常规折光异常，如不规则散光、眼睛的折光不规则性，例如角膜前面的泪层(tear layer)、角膜前或后含水量的不规则性，或晶状体(lenticular lens)前或后的透明不均匀性、或由该眼睛折射系统本身引起的其它像差，可按照图6所示的本发明的处方方法600的实施例来使用该电激励折光器/综合屈光检查仪。

在步骤610，无论是常规的折光器、具有常规和电激励透镜的电激励折光器，还是只具有电激励透镜的电激励折光器或自动折光器都可以用来测量患者的折光异常，当需要时还可使用常规透镜的光焦度，如负光焦度(对于近视者来说)、正光焦度(对于远视者来说)、柱面透镜的光焦度和轴的取向(对于散光者来说)，以及棱镜的光焦度等。利用这种方法，患者将通过常规的矫正折光异常了解到目前什么被认为是患者的BVA(最佳视觉分辨能力)。但是，本发明的某些实施例却能将患者的视力提高到超出目前的常规折光器/综合屈光检查仪所能达到的水平。

因此，步骤610以一种非常规的发明手段为患者的处方提供了进一步的改进。在步骤610，将实现所述目的处方编程到该电激励折光器中。适当定位该患者，以便通过该具有多格栅电激励结构的电激励透镜向已改进和相兼容的自动折光器或波前分析器内观察，这样就可自动精确地测量该折光异常。这种折光异常的测量方法尽可能地检测和定量出非常规的折光异常。这种测量是通过每个电激励透镜的一个很小的、大约为4.29mm的对准目标区域来进行的，同时自动计算出所需的处方以便当该患者通过该电激励透镜的目标区域来观看时，沿视线的方向在视网膜中央的小窝(fovea)上获得最佳的聚焦。一旦完成这种测量，这种非常规的矫正就被储存在该控制器/编程装置的存储器中以便将来使用，或者将其编程到控制该电激励透镜的控制器中。当然，这个过程对于两只眼睛是重复的。

在步骤620，患者或佩带者现在都可按他们的意见来选用控制单元，该控制单元可以使他们进一步改善常规的折光异常矫正、非常规的折光异常矫正、或两者的组合，从而改善最后的处方，直到令他们满意为止。可选择地，或此外，眼科专家还可改善这种矫正，直到不能再进行改善为止。在这时，对于该患者来说将获得改进后的BVA，它比任何通过常规技术所能获得的更好。

在步骤630，随后将任何进一步改善的处方编程到该控制器中，该控制器控制着该电激励透镜的处方。在步骤640，配制经编程的电激励眼镜。

虽然前述的步骤610到640介绍了一种本发明方法的实施例，但根据眼科专家的判断或方法，可使用很多不同但却类似的方法来对患者的视力进行检测、定量、和/或矫正，而在这过程中使用的仅仅是电激励折光器/综合屈光检查仪或与波前分析仪的组合。任何使用电激励折光器/综合折光检查仪来对人们的视力进行检测、定量、和/或矫正的方法，不管顺序如何，是否与波前分析仪组合，都被认为是本发明的一部分。例如，在某些发明实施例中，步骤610到640就可以以一种改进的方式或甚至一种不同的顺序来完成。此外，在某些其它的发明方法的实施例中，步骤610中所提到的透镜的对准目标区域的直径是在大约3.0mm到大约8.0mm的范围内。而在其它的一些发明实施例中，该对准目标区域的直径无论何处都是从大约2.0mm到整个透镜的面积。

虽然迄今为止这个讨论一直是集中在仅仅使用各种形式的电激励透镜或与其波前分析仪的组合来进行验光以便完成眼睛的预期检查的问题上，但却存在有另一种可能性，即可能会出现一种新技术，可以简单地提供客观的测量，这样，就潜在地消除了与患者的交流应答或对话的需要。本文中所描述和请求保护的许多发明实施例都希望利用任意类型的测量系统来进行工作，不管是客观、主观、还是既客观又主观的测量系统都可。

现在回到该电激励透镜本身上来，如上所述，本发明的一个实施例涉及一种具有新颖的电激励透镜的电激励折光器/综合屈光检查仪，该折光器/综合折光检查仪可以是混合型结构也可以是非混合型的结构。混合型结构是指常规的单视或多焦点透镜镜片与至少一个电激励区的组合，该电激励区位于前表面上、后表面上、和/或在前后表面之间，该区包括一种电激励材料，该材料具有必要的电激励剂以便用电子方法来改变焦点。在本发明的某些实施例中，该电激励区具体地安置在透镜内或该透镜的后凹表面上，以便使它免受划伤和通常的其它磨损。在包括作为部分前凸表面的电激励区的实施例中，多数情形下都涂敷有防划伤涂层。常规的单视透镜或常规的多焦点透镜与该电激励区的组合就产生出该混合透镜设计的总透镜光焦度。非混合结构是指一种电激励的透镜，因此其折光能力的100％通常仅由其电激励特性来产生。

图7是示例性混合型电激励眼镜透镜的实施例700的前视图，图8是沿A-A线截取的截面图。在这个图例中，透镜700包含透镜镜片(lensoptic)710。附着在透镜镜片710上的是电激励折光基体(electro-active refractive matrix)720，它可以具有一个或多个占据全部或部分电激励折光基体720的电激励区域。同样附着在透镜镜片710上并至少部分地围绕着电激励折光基体720的是边框层730。透镜镜片710包括散光光焦度矫正区域740，该区域具有散光轴A-A，仅在这个具体的实施例中，该轴从水平方向顺时针转动的角度为大约45°。覆盖电激励折光基体720和边框层730的是可选的覆盖层750。

如将要进一步论述的那样，电激励折光基体720可以包括液晶和/或聚合物凝胶。电激励折光基体720还可以包含对准层、金属层、导电层、和/或绝缘层。

在一个可供选择的实施例中，去除了散光矫正区740，因而透镜镜片710仅对球面光焦度进行矫正。在另一个可供选择的实施例中，透镜镜片710可对远距视力、近距视力、和/或两者、以及任意类型的常规折光异常进行矫正，其中包括球面的、柱面的、棱柱的、和/或非球面的折光异常。电激励折光基体720也可对近距视力和/或非常规的折光异常(如像差)进行矫正。在其它实施例中，电激励折光基体720可矫正任意类型的常规的或非常规的折光异常，而透镜镜片710则可对常规的折光异常进行矫正。

已发现，具有混合结构的电激励透镜比起非混合结构的电激励透镜来具有某些明显的优点。这些优点是：较低的电功率需求、较小的电池尺寸、电池寿命的期望值较长、不太复杂的电路、导体较少、绝缘体较少、制造成本较低、光学透光度增大以及结构整体性增强。但是必须指出，非混合型电激励透镜也具有它自身的一些优点，其中包括厚度薄以及可批量生产。

还发现，当例如所用的电激励结构设计是一种多栅格电激励结构时，非混合型以及在一些实施例中的全场混合型及部分场混合型方法都允许很有限数量的SKU(库存单位)的成批生产。在这种情形下，在成批制造时，为了与佩带者的生理结构相适应，仅需要把重点主要放在有限的几个区分特征上，如曲率和尺寸。

为了理解这种改进的重要性，人们必须了解为满足大部分处方所需要的传统透镜坯件的数量。大约95％的矫正处方都包括-6.00到+6.00屈光度范围内的球面光焦度矫正，其屈光度的增加量为0.25。根据这个范围，大约有49种通常规定的球面光焦度。对于那些包括散光矫正的处方，大约95％都在-4.00到+4.00的屈光度范围内，其屈光度的增量为0.25。根据这个范围，大约有33种通常规定的散光(或柱面)光焦度。然而，由于散光具有轴的成分，所以如果典型地规定1°的增量，则具有大约360度的散光轴的取向。这样，就有了360种不同的散光轴处方。

此外，为了矫正老花眼，许多处方都包括双焦点部件。对于那些矫正老花眼的处方，大约95％都在+1.00到+3.00的屈光度范围内，其屈光度的增量为0.25，由此获得大约9种通常规定的老花眼光焦度。

由于本发明的一些实施例能够提供球面、柱面、轴向和老花眼的矫正，因此一种非混合型的电激励透镜可提供5,239,080(＝49×33×360×-9)种不同的处方。这样，一种非混合型电激励透镜就可以不需要批量制造和/或库存很多透镜坯件的SKU，而且可能更为重要的是可不需要按具体患者的处方对每块透镜坯件进行研磨和抛光。

需要考虑到各种的透镜曲率以适应生理学的问题，如脸形，睫毛长度等，可批量生产和/或库存比一个SKU稍多一些的非混合型电激励透镜。然而，SKU的数目却可从几百万个减少至大约5个或更少。

在混合型电激励透镜的情形中，发现通过矫正透镜镜片的常规折光异常并使用大多居中的电激励层，也可以减少所需的SKU数目。参考图7，透镜700可按需要转动，以便将散光轴A-A安放到需要的位置上。这样，所需的混合透镜坯件的数目就可以以360的倍数减少。此外，该混合透镜的电激励区还可提供老花眼矫正，由此又以9的倍数减少所需的透镜坯件数目。这样，混合型电激励透镜的实施例就可使所需的透镜坯件数目从5百多万减少到1619(＝49×33)。由于这样可以合理地批量制造和库存这个数目的混合型透镜坯件SKU，所以就不需要研磨和抛光了。

尽管如此，仍然可能要将半成品混合型透镜坯件研磨和抛光成成品透镜坯件。图28是半成品透镜坯件2800的实施例的透视图。在该实施例中，半成品透镜坯件2800具有透镜镜片2810，该透镜镜片2810具有已加工的表面2820和未加工的表面2830，以及部分场的电激励折光基体2840。在另一实施例中，半成品透镜坯件2800可具有全场电激励层。此外，半成品透镜坯件2800的该电激励结构可以是多栅格或单互连的。另外，半成品透镜坯件2800还可具有折射和/或衍射特性。

在该电激励透镜的混合型或非混合型的实施例中，可通过能被控制器调节和控制的该电激励透镜产生和定制大量所需的矫正处方，而该控制器已经按照患者的具体处方需求来定制和/或编程了。由此，就不再需要几百万个处方和许多的透镜类型、单视透镜坯件，以及许多的多焦点半成品透镜坯件了。实际上，就我们所知的大多数透镜和镜架的制造和销售都将会被彻底变革。

应该指出，本发明包括非混合型电激励透镜，以及全场和部分场的特定混合型电激励透镜两者情形，后者是预先制造的电子眼镜(镜架和/或透镜)或在交给患者或客户时定制的电子眼镜。在该眼镜是预先制造和装配的情形中，镜架和透镜都是预先做好的，该透镜已经磨边并装进该眼镜框中。该可编程和可重新编程的控制器，以及具有必要的电子元件的镜架和透镜的批量生产也可认为是本发明的一部分，该电子元件可预先制造并送到眼科专家处或一些其它场所以便按患者的处方安装例如可编程控制器和/或一个或多个控制器的部件。

在某些情形中，控制器和/或一个或多个控制器部件可以是该预先制造的镜架和电激励透镜组件的一部分，并且随后在眼科专家处或一些其它场所被编程的。该控制器和/或一个或多个控制器部件可以是例如芯片或薄膜的形式，而且可被装进镜架中、装在镜架上、装进眼镜的镜片中或装在眼镜的镜片上。根据将要执行的经营策略，该控制器和/或一个或多个控制器部件可以是可重新编程的或不是重新编程的。在该控制器和/或一个或多个控制器部件是可重新编程的情形中，将允许对患者的处方进行反复调整，直到患者或客户对他或她的眼镜架及装饰外观和该电激励透镜的功能都满意为止。

在后一种情形中，即刚刚论述的该非混合型和混合型电激励透镜的实施例情形中，该透镜在结构上必须非常坚固安全，足以保护眼睛不受外来物体的伤害。在美国，大多数的眼镜镜片都必须通过FDA所要求的冲击试验。为了满足这些要求，在该镜片内部或镜片上建立支撑结构是极为重要的。在混合型的情形中，例如，这是将处方或非处方的单视或多焦点透镜镜片用作结构基础来完成的。例如，该混合型的结构基础可由聚碳酸酯制成。在非混合型透镜情形中，在某些实施例中，所选的电激励材料和厚度都考虑到这种结构的需要。在其它的一些实施例中，将电激励材料安置在其上的该非处方的载体基础或基片也考虑到了这种所需的防护。

当在某些混合结构的眼镜透镜中使用电激励区时，重要的是，在该透镜出现电源中断时，仍可保持正确距离的矫正。在电源或电线出现故障时，在一些情形下，如果佩戴者正在驾驶汽车或驾驶飞机并丧失了它们的距离矫正能力，这可能是灾难性的。为了避免这种情况的出现，当该电激励区处于OFF状态时(不激励或没电状态)，本发明的电激励眼镜透镜设计能够保持提供距离矫正。在本发明的实施例中，这可通过利用常规的固定焦距的镜片来提供该距离矫正而实现，无论它是折射混合型或是衍射混合型都可以。因而，任何额外的添加光焦度都是由该电激励区提供的。由此，就出现了故障自动保险的电激励系统，这是因为常规的透镜镜片将保留该佩戴者的距离矫正。

图9是另一种电激励透镜900的示例性实施例的侧视图，它具有透镜镜片910，该镜片具有与电激励折光基体920相匹配的折射率。在该图示实施例中，该发散透镜镜片910具有折射率n₁，其可提供远距矫正。附着在透镜镜片910上的是可具有未激活状态和许多激活状态的电激励折光基体920。当电激励折光基体920是处于其未激活状态时，其具有近似与透镜镜片910的折射率n₁匹配的折射率n₂。更准确地说，当未激活时，n₂在n₁的0.05个折射率单位之内。围绕电激励折光基体920的是边框层930，其具有折射率n₃，其也与透镜镜片910的折射率n₁相匹配，并在n₁的0.05个折射率单位之内。

图10是另一种电激励透镜系统1000的示例性实施例的透视图。在该图示实施例中，电激励透镜1010包括透镜镜片1040和电激励折光基体1050。测距仪的发射器1020被放置于电激励折光基体1050上。而且，测距仪的检测器/接收器1030也被放置在电激励折光基体1050之上。在一个可供选择的实施例中，发射器1020或接收器1030都可放置在电激励折光基体1050中。在其它可选择的实施例中，发射器1020或接收器1030都可放置在透镜镜片1040之内或之上。在其它实施例中，发射器1020或接收器1030都可放置在外覆盖层1060上。另外，在其它实施例中，1020和1030还可以放置在前述的任何组合上。

图11是衍射电激励透镜1100的一个示例性实施例的侧视图。在该图示实施例中，透镜镜片1110提供远距矫正。在透镜镜片1110的一个表面上蚀刻的是衍射图案1120，具有折射率n.sub.1。附着在透镜镜片1110并覆盖在衍射图案1120上的是电激励折光基体1130，其具有折射率n.s ub.2，当电激励折光基体1130处于其未激活状态时n.sub.2近似于n.sub.1。同样附着在透镜镜片1110上的是边框层1140，其是由基本上与透镜镜片1110相同的材料构成的，而且至少部分环绕电激励折光基体1120。覆盖层1150附着在电激励折光基体1130和边框层1140上。该边框层1140也可以是透镜镜片1110的延伸，其中可以不必添加实际的层，然而透镜镜片1110却被做成能框住或限制电激励折光基体1130。

图12是电激励透镜1200的示例性实施例的前视图，图13是其侧视图，该透镜具有附着在电激励边框层1220上的多焦距镜片1210。在该图示实施例中，多焦距镜片1210具有渐进的透镜结构。此外，在该图示实施例中，多焦距镜片1210包括第一光学折光聚焦区1212和第二渐进的光学折光聚焦区1214。附着在多焦距镜片1210上的是电激励边框层1220，该层具有放置在第二光学折光聚焦区1214上的电激励区1222。覆盖层1230附着在电激励边框层1220上。应该指出，该边框层可以是电激励或非电激励的。当该边框层是电激励的时，就使用绝缘材料来使该激活区与该非激活区绝缘。

在大多数的、而不是所有的发明情形中，为了对电激励眼镜进行编程以便将患者的视力矫正到最佳，于是，要对非常规折光异常进行矫正，就必须通过跟踪患者或佩带者眼睛的运动来跟踪每只眼睛的视线。

图14是跟踪系统1400的示例性实施例的透视图。镜架1410包含电激励透镜1420。附着在电激励透镜1420背面(该面最靠近配镜者的眼睛，也称为最近的侧面)的是跟踪信号源1430，如发光二极管。同样附着在电激励透镜1420背面的是跟踪信号接收器1440，如光反射传感器。接收器1440以及可能的信号源1430都与控制器(未示出)相连，该控制器在其存储器中包含使跟踪进行的指令。利用这种方法就可将眼睛向上、向下、向右、向左的运动，及眼睛运动的任何变化很精确地定位。当需要矫正某些类型、但不是所有类型的非常规折光异常，而且这些非常规折光异常需要被限制于患者的视线内时(例如，对于特殊的角膜不均匀或有突块的情形下，当眼睛移动时该角膜的不均匀或突块就会随着移动)，就需要这样。

在不同的可供选择的实施例中，信号源1430和/或接收器1440都可附着在镜架1410的背面、镶嵌在镜架1410的背面和/或镶嵌在透镜1420的背面。

眼镜透镜的重要部分，包括该电激励眼镜透镜，是用于在用户的视野内产生最清晰的图像质量的部分。尽管一个健康的人能看见其两侧大约90°内的物体，但最清晰的视觉分辨还是局限在很小的视野内的，该视野对应于具有最佳视觉分辨力的视网膜部分。视网膜的这个区域被叫做视网膜中央窝(fovea)，而且它近似为圆形区域，在视网膜上测量的直径为0.40mm。另外，该眼睛通过整个瞳孔直径对场景成像，因此该瞳孔的直径也将影响该眼镜透镜的最关键部分的尺寸。所得到的眼镜透镜的关键区域简单地讲就是眼镜瞳孔的直径与该中央窝视野在该眼镜透镜上的投影的总和。

该眼睛瞳孔直径的典型范围是3.0到5.5mm，最通常的值是4.0mm。平均的中央窝直径大约是0.4mm。

该中央窝在眼镜透镜上的投影尺寸的典型范围受下述参数的影响，如该眼睛的长度、该眼睛到该眼镜透镜的距离等。

因此，这个特殊的发明实施例的跟踪系统就可将该电激励透镜上与眼睛相对于患者视网膜中央窝区域移动相关的该区域定位。当本发明的软件进行编程，从而总是矫正在眼睛移动时可矫正的非常规折光异常时，这是很重要的。这样，在大多数、但不是所有的发明实施例中，必须对非常规的折光异常进行矫正，以便在眼睛注视其目标或凝视时用电激励的方法来改变该视线所通过的该透镜的区域。换句话说，在所述的特殊发明实施例中，绝大多数的电激励透镜都对常规的折光异常进行了矫正，并且当眼睛移动时，该对准目标的电激励区域的焦点通过跟踪系统和软件也发生移动，以便对该非常规折光异常进行矫正，这时应考虑该视线与该透镜的不同部分相交的角度并将其作为影响因素计入该特殊区域的最后处方中。

在大多数、但不是所有的发明实施例中，当观看或凝视远处的目标时，使用该跟踪系统和使能软件来将患者的视力矫正到其最佳状态。当观看近处时，如果使用跟踪系统，则该跟踪系统用于计算近处焦距的范围，以便对人们近范围或中范围聚焦所需的调节能力和会聚性进行矫正。当然，这是作为患者或佩带者处方的一部分被编程到该电激励眼镜的控制器中，和/或一个或多个控制器部件中的。同样，在其它的发明实施例中还将测距仪和/或跟踪系统引入到该透镜和/或镜架中。

应该指出，在其它发明实施例中，例如那些对某些类型的非常规折光异常(如不规则散光)进行矫正的发明实施例中，在大多数、但非所有的情形中，该电激励透镜并不需要跟踪患者或配镜者的眼睛。在这种情形下，为了对这种非常规折光异常以及患者的其它常规折光异常进行矫正，对整个电激励透镜进行编程。

同样，因为象差与视距直接相关，因此已经发现可相对于观察距离来矫正该象差。那就是说，一旦测定了某个象差或一些象差，就可以通过对该电激励区域进行分隔来矫正该电激励层内的这些象差以便对特定距离，如远距视力、中距视力和/或近距视力的象差进行电激励矫正。例如，可将该电激励透镜分隔成远距视力、中距视力、近距视力的矫正区，每个软件控制每个区，使得该区能对影响到相应观察距离的那些象差进行矫正。因而，在这个具体的发明实施例中，按不同的距离来分隔该电激励折光基体，由此，各个分隔的区域可对特定距离的特定象差进行矫正，从而就可以在没有跟踪机构的情形下对非常规的折光异常进行矫正。

最后，应该指出，在另一发明实施例中，也可以在不对该电激励区域进行物理分隔并且不进行跟踪的情形下，实现对诸如由象差所产生的该非常规折光异常的矫正。在该实施例中，当利用视距作为输入时，该软件就会调节所给定的电激励区域的焦点，以实现所需的对象差的矫正，否则该象差就会影响到该给定视距的视力。

此外，还发现混合型或非混合型的电激励透镜都可设计成具有全场或部分场的效应。全场效应是指该电激励折光基体或电激励层覆盖了眼镜框内的绝大部分透镜区域。在全场的情形下，整个电激励区域都可被调节到需要的光焦度。而且，还可以调节全场的电激励透镜以提供部分场。然而，部分场的电激励的具体透镜结构却不能调节成全场，这是由于要使它成为特定部分场需要电路的原因所致。在将全场透镜调节成为部分场透镜的情形中，该电激励透镜的部分区域可以被调节到需要的光焦度。

图15是另一个电激励透镜系统1500的示例性实施例的透视图。镜架1510包含具有部分场1530的电激励透镜1520。

为了比较，图16是再一个电激励透镜系统1600的示例性实施例的透视图。在该图示实施例中，镜框1610包含有具有全场1630的电激励透镜1620。

在某些发明实施例中，该多焦距电激励镜片是预先制作的，而且在一些情况下，由于显著减少了所需的SKU数目，该多焦距电激励镜片甚至是当作成品多焦距电激励透镜坯件而库存在配镜场所的。这个发明实施例允许配镜场所简单地对该库存的多焦距电激励透镜坯件磨边并装配进该能电子使能的镜架中。虽然在多数情形中，本发明可具有特定类型的部分场电激励透镜，但应明白这对于全场的电激励透镜也同样有效。

在本发明的一个混合型实施例中，使用常规单视透镜镜片来提供所需的远距光焦度，其中所述常规单视透镜镜片具有非球面或不是非球面结构，该结构具有用来矫正散光的复曲面和球面。如果需要矫正散光，就应选择适当光焦度的单视透镜镜片并应将其旋转到恰当的散光轴的位置。一旦这样做了，该单视透镜镜片就可按该眼睛的线框类型(eye wire frame style)和尺寸进行磨边。然后将该电激励折光基体施加到该单视透镜镜片上，或在磨边之前就可施加该电激励折光基体，并随后对整个透镜单元进行磨边。应该指出，对于在磨边之前就将该电激励折光基体附着在透镜镜片上的磨边过程来说，不管单视还是多焦距电激励镜片，诸如聚合物凝胶的电激励材料可能比液晶材料要优越。

可通过本领域中公知的一些不同工艺来将该电激励折光基体施加到相兼容的透镜镜片上。从焊接、美学和/或恰当的最终透镜光焦度的方面来看，相兼容的透镜镜片是指弯曲和表面都能恰当接受该电激励折光基体的镜片。例如，可使用粘结剂，将该粘结剂直接施加在该透镜镜片上，然后敷设该电激励层。此外，还可这样来制作该电激励折光基体，即将它附着在脱离膜上，在这种情形下，其可取下并重新粘附在该透镜镜片上。而且，其还可附着在双面薄膜载体(two way filmcarrier)上，该薄膜载体本身是粘附在该透镜镜片上的。此外，还可使用表面铸造技术来施加该脱离膜，在这种情形下，该电激励折光基体是在正确的位置上形成的。

在前述的混合型实施例中，如图12所示，使用静态和非静态的方法的组合来满足患者的中点和近点视力的需要，多焦距渐变透镜1210具有恰当的需要的远距矫正并具有例如+1.00屈光度的全近距增加光焦度(full near add power)，这种多焦距渐变透镜被用来取代单视透镜镜片。在利用这种实施例时，该电激励折光基体1220可安置在该多焦距渐变透镜镜片的任何一侧上，也可埋在该透镜镜片内。这种电激励折光基体被用来提供附加的增加光焦度。

当透镜镜片中使用的增加光焦度比整个多焦距透镜所需的小时，最终的增加光焦度就是由电激励层生成的低多焦距增加光焦度和另外所需的近距光焦度的总附加光焦度。只举一例来说明；如果多焦距渐变附加透镜镜片具有的增加光焦度为+1.00，而电激励折光基体产生的近距光焦度为+1.00，则该混合电激励透镜的总的近距光焦度就将为+2.00D。利用这种方法，可显著地减小来自多焦距透镜、特别是渐进透镜的不想要的视觉畸变。

在某些使用多焦距渐进透镜的混合型电激励实施例中，该电激励折光基体用来除去不希望的散光。这是由下述方法来实现的：仅在存在不想要的散光的透镜区域内通过电激励所产生的抵消光焦度补偿来使不想要的散光抵消或显著地减小。

在某些发明实施例中需要使该部分场的中心偏离几何中心。当施加偏离中心的部分场的电激励折光基体时，需要将该电激励折光基体调整来适应该单视透镜镜片的适当散光轴位置，以便能够矫正患者的散光，如果存在，还应将该电可变光焦度的范围定位在患者眼睛的适当位置上。此外，对于部分场的结构来说需要调整该部分场的位置，以便根据患者瞳孔的需要提供适当偏离中心的位置。还发现，在常规透镜中，静态的双焦距、多焦距或渐变区域总是设置在达不到人们远距离观察凝视要求的地方，与这种常规的透镜不同，电激励透镜的使用提供了一定的制造自由度，这种自由度不是常规的多焦透镜所能提供的。因此，在一些发明实施例中，将该电激励区域设置在人们典型地找到常规的非电激励多焦透镜的远距、中距和近距视力区的地方。例如，该电激励区域可被设置在该透镜镜片的180度子午线以上，因此有时就能在该透镜镜片的180度子午线以上提供多焦距的近距视力区。对于那些在距离其前面或其头部上方的目标很近的位置工作的佩带者来说，如在计算机的显示器前工作，或是在头上方钉有画框的人，在该透镜镜片的180子午线以上提供近距视力区是特别有用的。

在非混合型电激励透镜，或混合型全场透镜与例如35mm直径的混合型部分场透镜的情形中，在按镜架透镜固定的形状对透镜磨边之前，如前所述，就可直接将该电激励层加在该单视透镜镜片上，或加在利用透镜镜片预先制造的形成电激励成品多焦透镜的坯件，或多焦距渐变透镜镜片上。这允许对电激励透镜坯件进行预装配，也能将成品的、但未磨边的电激励透镜坯件库存起来，由此就可为在任何销售渠道即时地制备眼镜做好了准备，这些渠道包括医生或光学仪器商的办公室。这将使所有的配镜处都能提供快速的服务，同时也可将对昂贵的制造设备的需求减至最小。这对制造商，零售商，以及他们的患者、客户都有好处。

考虑该部分场的尺寸，例如在一个发明实施例中所示的，该部分场的特定区域可以是35mm直径的居中的或偏离中心的圆形设计。应该指出，该直径的尺寸可以根据需要来改变。在某些发明实施例中还使用了22mm、28mm、30mm以及36mm的圆周直径。

该部分场的尺寸取决于该电激励折光基体和/或电激励场的结构。至少有两种这样的结构被认为是属于本发明范围的，也就是单互连电激励结构和多栅格电激励结构。

图17是具有单互连电激励结构的电激励透镜1700的实施例的透视图。透镜1700包括透镜镜片1710和电激励折光基体1720。在电激励折光基体1720内的绝缘体1730将激活的部分场1740与框架构造的非激活场(或区域)1750分隔开。单线或导电带互连1760将该激活场连接到电源和/或控制器上。注意，在大多数但不是所有的实施例中，单线互连结构具有单独一对电导体，将该结构连接到电源上。

图18是具有多栅格结构的电激励透镜1800的实施例的透视图。透镜1800包括透镜镜片1810和电激励折光基体1820。在电激励折光基体1820内，绝缘体1830将激活的部分场1840与框架构造的非激活场(或区域)1850分隔开。多个互连线1860将该激活场连接到电源和/或控制器上。

当使用较小直径的部分场时发现，在使用单互连电激励结构时，就可将从该部分场的特定区域的边缘到中心的该电激励层厚度差异减至最小。这对于将对电源的需求以及对电激励层的数目的需求减至最小具有积极的作用，特别是对于该单互连结构来说更是如此。对于使用多栅格电激励结构的部分场的特定区域来说并不总是这样。当使用单互连电激励结构时，在许多、但不是所有的发明实施例中，多个单互连电激励结构在该透镜内或透镜上都是层状的，以便允许多个电激励层产生例如+2.50D的总的组合电激励光焦度。仅在本发明实施例中，才可将5个+0.50D的单互连层彼此叠放，在多数情形中用绝缘层将它们隔开。以这种方式，通过将一个厚的单互连层的电需求减至最小，使得适当的电功率能够对每一层产生所需的折射率变化，在一些情形中，总是不能对该厚度的单互连层进行恰当的激励。

还应指出，在本发明中，具有多个单互连电激励层的某些实施例可按预先编程的序列来激活，以便使患者能在一定距离范围上聚焦。例如，可激活两个+0.50D的单互连电激励层，产生+1.00D的中等聚焦，以使+2.00D的老花眼能在很近的距离上看清东西，然后可将另外两个+0.50D的单互连电激励层激活以使+2.00D的老花眼能在近到16英寸的距离上阅览。应该明白，电激励层的准确数目，以及每层的光焦度可根据光学设计和覆盖具体老花眼的特定近视和中视距离范围所需要的总光焦度而改变。

此外，在某些其它的发明实施例中，一个或多个单互连电激励层的组合与多栅格电激励层结构结合而存在于该透镜中。再次，假定可适当编程，这就使患者能够对中距和近距范围聚焦。最后，在其它的发明实施例中，仅将多栅格电激励结构用在混合或非混合透镜中。无论哪种情况，这种与适当编程的电激励眼镜控制器和/或一个或多个控制器部件相结合的多栅格电激励结构总能提供在很宽的中距和近距范围进行聚焦的能力。

而且，可以进行表面处理的半成品电激励透镜坯件也属于本发明的范围。在这种情形下，无论是偏离中心、居中的部分场电激励折光基体，还是全场电激励折光基体都要与该坯件相结合，然后进行表面处理以满足处方的需要。

在某些实施例中，该可变光焦度的电激励范围位于整个透镜之上，并按恒定的球面光焦度变化在该透镜的整个表面上进行调节，以适应人们工作时近距视力聚焦的需要。在其它的实施例中，该可变的光焦度范围可按恒定的球面光焦度变化在整个透镜上进行调节，与此同时还产生非球面的周边光焦度效应，以便减小畸变和象差。在上述的一些实施例中，远距离光焦度是通过单视、多焦距的成品透镜坯件或多焦距渐变透镜镜片来矫正的。该电激励光学层主要是为了工作距离的聚焦需要来进行矫正。应该指出，事情并不总是这样。在一些情形中，可以仅使用单视、多焦距成品透镜镜片或多焦距渐变透镜镜片来获得远距的球面光焦度，并通过电激励折光基体来矫正近距视力工作光焦度和散光，或者仅使用单视或多焦距透镜镜片来矫正散光，并通过该电激励层来矫正球面光焦度和近距视力工作光焦度。而且，还可利用平的、单视、多焦距成品透镜镜片或渐变多焦距透镜镜片，并通过该电激励层来矫正远距球面和散光。

应该指出，按本发明，所需的光焦度矫正，无论是棱柱的、球面的还是非球面的光焦度，以及总的远距光焦度需求、中距离的光焦度需求和近处的光焦度需求都可通过任意数目的附加光焦度的组件来实现。这包括使用单视或成品多焦距透镜镜片，当该单视或成品多焦距透镜镜片与电激励层相结合时，就可满足：所有的远距球面光焦度的需要、一些远距球面光焦度的需要、所有散光光焦度的需要、一些散光光焦度的需要、所有棱柱光焦度的需要、一些棱柱光焦度的需要或上述任意需要的结合，这就会满足人们总的聚焦需要了。

已发现，该电激励折光基体允许使用类似自适应光学矫正的技术，以便在最后制作之前或之后，通过他(她)的电激励透镜就可以将其视力最佳化。这可通过下述方法来实现：让患者或有意佩带者通过该电激励透镜或多个电激励透镜观看并手动调节它们，或者通过特殊设计的自动折光器来实现，该折光器几乎立刻就可测量常规的和/或非常规的折光异常，而且可对任何余下的球面、散光、像差等折光异常进行矫正。在许多情形下，这种技术都能使佩带者获得20/10或更好的视力。

此外，还应该指出，在某些实施例中，菲涅耳光焦度透镜层与该单视或多焦距或多焦距透镜坯件或镜片以及该电激励层一起使用。例如：将该菲涅耳层用于提供球面光焦度，并由此减小透镜的厚度，将该单视透镜镜片用于矫正散光，而该电激励折光基体则用来矫正中距离和近距离的聚焦的需要。

如上所述，在另一个实施例中，衍射镜片与该单视透镜镜片和该电激励层一起使用。在这种方法中，提供了额外的聚焦矫正的衍射镜片，还减少了对电源、电路及电激励层厚度的需求。再者，还可以以附加的方式使用下述任意两个或多个部件的组合来提供患者的眼镜矫正光焦度所需的总的附加光焦度。这些部件是菲涅耳层、常规或非常规的单视或多焦距透镜镜片、衍射镜片层以及电激励折光基体或多层。此外，通过蚀刻方法还可将衍射层或菲涅耳层的形状和/或效应赋予该电激励材料，以便产生具有衍射部件或菲涅耳部件的非混合型或混合型的电激励镜片。而且，使用该电激励透镜不仅可以产生常规的透镜光焦度，而且还可产生棱镜的光焦度。

还发现，使用直径近似为22mm或35mm的圆形居中的混合型部分场的特定电激励透镜设计，或使用直径近似为30mm的可调节偏离中心的混合型电激励部分场的特定设计时，就可将电源电路的需求、电池寿命、电池尺寸减至最小从而减少了制造成本并改善了最终的电激励眼镜透镜的光学透明性。

在一个发明实施例中，如此定位该偏离中心的部分场的特定电激励透镜，使得该场的光学中心位于该单视透镜光学中心下面约5mm的位置上，同时还使近工作距离的电激励部分场向鼻骨或向太阳穴偏离中心，以便满足该患者矫正近到中等工作距离范围时的瞳孔距离。应该注意，这种设计方法并不局限于圆形的设计，实际上可以是能满足患者视觉需要的具有适当的电激励视觉范围面积的任何形状。例如，该设计可以是椭圆形的、矩形的，正方形的，八角形的，部分弯曲的，等等。对于混合型部分场的特定设计或能够实现部分场的混合型全场设计，以及同样能够实现部分场的非混合型全场设计来说，重要的是对其视野范围的恰当设置。

还发现，在许多(但不是所有的)情形中，使用了具有非均匀厚度的电激励折光基体。这就是说，该金属的和导电的环绕层并非平行的，而且凝胶聚合物的厚度也是变化的，以便可形成会聚或发散的透镜形状。可以在非混合型实施例或具有单视或多焦距透镜镜片的混合型实施例中使用这样的非均匀厚度的电激励折光基体。可通过这些固定的和可电调节的透镜的各种组合来呈现出多种可调透镜光焦度。在一些发明实施例中，该单互连电激励折光基体使用了不平行的面来产生该电激励结构的不均匀厚度。但是在多数但不是所有的发明实施例中，该多栅格电激励结构却使用了平行结构，该结构形成了该电激励结构的均匀厚度。

为了说明一些可能性，可将会聚单视透镜镜片粘结到会聚电激励透镜上，以便形成混合型透镜组件。根据所用的电激励透镜材料，该电压可使折射率增加或减小。如关于固定的和电激励的透镜光焦度不同组合的表1的第一行所示的那样，为了减小折射率而将电压调高会改变最终的透镜组件的光焦度从而产生不太大的正光焦度。如将所施加的电压调高而使该电激励透镜镜片的折射率增大，则该最终的混合型透镜组件的光焦度就会改变，如关于固定的和电激励的透镜光焦度不同组合的表2所示的那样。应该注意，在本发明的这个实施例中，仅要求在该电激励层上施加单一的电压差。

表1

S.V或M.F透镜镜片(远距视力)	电激励透镜光焦度	电压变化	折射率变化	最终的混合型透镜组件的光焦度
					+	+	-	-	较小的正光焦度(Less Plus)
+	-	-	-	较大的正光焦度(More Plus)
					-	+	-	-	较大的负光焦度(More Minus)
-	-	-	-	较小的负光焦度(Less Minus)

表2

S.V或M.F透镜镜片(远距视力)	电激励透镜光焦度	电压变化	折射率变化	最终的混合透镜组件的光焦度
					+	+	-	-	较大的正光焦度(More Plus)
+	-	-	-	较小的正光焦度(Less Plus)
					-	+	-	-	较小的负光焦度(Less Minus)
-	-	-	-	较大的负光焦度(More Minus)

这种混合型组件的可行的制造过程如下。在一个实施例中，该电激励的聚合物凝胶层可被喷射塑模、浇铸、压印、机加工、金刚石车削和/或抛光成纯粹的透镜镜片形状。通过例如溅射或真空淀积来将该薄金属层淀积到该喷射塑模或浇铸的聚合物凝胶层的两面上。在另一个示例性实施例中，该淀积的薄金属层既被放置在透镜镜片上又被放置在喷射塑模或浇铸的电激励材料层的另一面上。导电层不是必须的，但如果该导电层是必须的，它同样也是被真空淀积或溅射到该金属层上的。

与常规的双焦距、多焦距或渐变透镜不同，在这些透镜中，近视光焦度部分对于不同的多焦距设计需要不同的定位，本发明可以总是置于一个共同的位置上。与常规方法所用的不同静态光焦度区不同，在该常规方法中，为了利用一个或多个这样的区，需要眼睛移动和头部倾转，本发明允许患者直接向前或略微向上或向下看，而该整个电激励的部分或全场就可以调节以便矫正到所需的近工作距离。这样就减少了眼睛的疲劳和头部与眼睛的运动。此外，当患者需要看远处时，该可调节的电激励折光基体就可以调节以便矫正为了清楚看到远处物体所需的光焦度。在大多数情形下，这样会使得该电激励可调节近工作距离场变成平的光焦度，这样就将该混合型电激励透镜转变或调节回为用于矫正远距光焦度的远距视力矫正透镜或低光焦度多焦距渐变透镜。但并不总是这样的。

在一些情形中，减小单视透镜镜片的厚度可能是有益的。例如，可通过在该电激励可调层中进行一些适当的远距光焦度补偿来减小正透镜的中央厚度或负透镜的边缘厚度。这适用于全场或大多数的全场混合型电激励眼镜透镜，或所有的非混合型电激励眼镜透镜的情形。

再者，应该指出，该可调节电激励折光基体并不一定要定位在有限的区域内而是可以覆盖整个单视或多焦距透镜镜片，不管所要求的单视或多焦距透镜镜片的形状或面积是怎样的都应这样。仅仅是由于性能和美观的原因，才对该电激励折光基体的精确总体尺寸、形状和位置加以限制。

还发现，通过利用单视或多焦距透镜坯件或镜片的适当前凸和后凹的曲面，可进一步减小本发明所需的电子线路的复杂性，这也是本发明的一部分。通过适当选择该单视或多焦距透镜坯件或镜片的前凸的基础曲线可以将激励该电激励层所需要的连接电极数目减至最少。在一些实施例中，当用一组数量的电源调节整个电激励范围区域时，仅仅只需要两个电极。

这是由于该电激励材料的折射率的变化所引起的，其根据该电激励层的放置位置，可产生不同光焦度的前、后或中间的电激励层。因此，每层的前、后曲面的适当曲率关系会影响该电激励混合或非混合型透镜所需要的光焦度调节。在大多数、但非所有的情形中，混合型设计，特别是那些不使用衍射或菲涅耳部件的混合型设计中，重要的是该电激励折光基体并不具有与该单视或多焦距半成品坯件或者单视或多焦距成品坯件的曲面相平行的前、后曲面，上述电激励层附着在该坯件上。这种情形的一个例外就是使用多栅格结构的混合型设计。

应该指出，一种具有混合型电激励透镜的实施例使用了不及全场的方法和最少的两个电极。其它的实施例则使用多栅格电激励折光基体的方法来形成电激励折光基体，在这情形中需要多个电极和电路。当使用多栅格电激励结构时，就会发现对于那些在装饰上可接受(大多是看不见)的由电激励的栅格边界来说，在相邻栅格之间需要产生0-0.02个折射率单位的折射率差。根据装饰上的要求，该折射率差值的范围可从0.01到0.05个折射率单位，但在大多数的发明实施例中，通过控制器将相邻区域之间的差值限制在最大为0.02或0.03个折射率单位。

也可使用一个或多个具有不同电激励结构，如单互连结构和/或多栅格结构的电激励层，一旦将其激活就可按需要起作用，产生需要的最终附加光焦度。仅举一例，患者可通过前面的(远离佩带者眼睛的电激励层)来矫正全场的远距光焦度并利用后面的(即离眼近的)电激励折光基体，来为利用由后面的层产生的部分场特定方法的近距视力范围聚焦。当使这些层保持非常地薄并减小了各个单个层的复杂性时，利用这种多电激励折光基体方法就能提高其灵活性，这一点应是很明显的。此外，这种方法还能将单个层排序起来以便患者可以在同一时间全部激活它们以产生同时可变的附加光焦度效果。这种可变的聚焦效果可按时间推移的顺序产生，以便当患者从远到近观看时，能对中视距离和近视距离的聚焦需求进行矫正，而当人们由近到远观看时则产生相反的效果。

该多电激励折光基体的方法也能提供较快的电激励聚焦光焦度的响应时间。这是由于一些因素的结合所产生的，一个因素是减小了多电激励层透镜中各层所需的电激励材料的厚度。而且，还因为多电激励基体允许将复杂的主电激励折光基体分解成两个或多个不太复杂的单层，对这些单层分别所要求做的事情比对主电激励层所要求的要少。

下面来对该电激励透镜的材料和构造及其电子配线电路、电源、电开关技术、焦距调节所需的软件，以及物距测定等作一介绍。

图19是电激励折光基体1900的示例性实施例的透视图。附着在电激励材料1910的两侧的是金属层1920。附着在各金属层1920的相对侧的是导电层1930。

上述的电激励折光基体是由作为电激励材料的聚合物凝胶或液晶构成的多层构造。然而，在某些发明实例中，在同一透镜中使用了聚合物凝胶和液晶两种电激励折光基体。例如，液晶层可用来产生电子色调或太阳眼镜的效果，而该聚合物凝胶层则可用来增加或减少光焦度。聚合物凝胶和液晶两者都具有以下特性，即光学折射率可随着所施加的电压而改变。该电激励材料在其每个侧面上被两个几乎透明的金属层覆盖，而且在每个金属层上淀积了导电层，以便为这些层提供良好的电连接。当在这两个导电层上施加电压时，在其之间就通过该电激励材料产生了电场，从而使该折射率发生变化。在多数情形中，将液晶，而在一些情形中是将凝胶，装载到密封的封套中，这种封套的材料是由从硅、聚甲基丙烯酸酯、苯乙烯、脯氨酸、陶瓷、玻璃、尼龙、聚酯薄膜等材料中选出制作的。

图20是具有多栅格结构的电激励透镜2000的实施例的透视图。透镜2000包含一种电激励材料2010，这种材料在一些实施例中限定了很多的像素，每个像素可由具有电绝缘特性的材料分隔开。这样，电激励材料2010就可限定很多的相邻的区，每个区包含有一个或多个像素。

附着在电激励材料2010的一侧的是金属层2020，它具有由具有电绝缘特性的材料(未示出)分隔开的金属电极2030的格栅阵列。附着在电激励材料2010的另一侧(未示出)的是对称的相同金属层2020。这样，每个电激励像素与一对电极2030相匹配以限定格栅元件对。

附着在金属层2020上的是导电层2040，在该导电层上具有多个互连通路2050，每条互连通路都用具有电绝缘特性的材料(未示出)分隔开。每条互连通路2050将一个栅格元件对与电源和/或控制器电连接。在另一个实施例中，一些和/或所有的互连通路2050可将不只一个栅格元件对与电源和/或控制器连接起来。

应该注意，在一些实施例中，省去了金属层2020。在其它一些实施例中，用对准层代替了金属层2020。

在某些发明实施例中，该前(远的)表面、中间表面和/或后表面都是由包含常规光致变色成分的材料制成的。这种光致变色成分可以与或可以不与相关的电子产生的色调特征一起用作该电激励透镜的一部分。如果使用它，则它将以补偿的方式提供附加的色调。然而，应该指出，在许多的发明实施例中，该光致变色的材料只被用于没有电子色调成分的电激励透镜。该光致变色材料可作为该层的组成成分包含在电激励透镜层中，或在后来添加到电激励折光基体中，或作为外层的一部分添加到该透镜的前面或后面上。此外，本发明的电激励透镜的前或后涂敷有硬膜，也可在前、后两面都按需要涂覆抗反射膜。

这种构造被叫做子组件，而且能够对其电控来产生对佩带者的棱形光焦度、球面光焦度、散光光焦度的矫正、非球面的矫正，或象差的矫正。此外，可控制该子组件来模仿菲涅耳或衍射表面的效果。在一个实施例中，如果需要不只一种类型的矫正，则可并置由电绝缘层隔开的两个或多个子组件。该绝缘层可由氧化硅构成。在另一实施例中，同一子组件被用来产生多种光焦度的矫正。刚刚描述的两个子组件的实施例都可用两种不同的结构制成。该第一种结构的实施例允许上述的每个层，电激励层、导电层和金属层都是紧接着的，这就是说，这些材料层是连续的，由此形成了单互连结构。第二种结构的实施例(如图20所示)使用了栅格或阵列形式的一些金属层，每个子阵列区都与其相邻的子阵列区之间电绝缘。在该实施例中，示出了多栅格电激励结构，蚀刻该导电层以便为每个子阵列或栅格元件提供分离的电接触或电极。这样，就可将独立且不同的电压施加在该层内的每一对栅格元件上，从而在该电激励材料层中产生不同折射率的区域。设计的细节，包括层的厚度、折射率、电压、候选的电激励材料、层的结构、层或部件的数目、层或部件的排列、每一层或部件的曲率等，都留给光学设计师去决定。

应该指出，多格栅电激励结构或单互连电激励结构都能被用作部分透镜场或全部透镜场。但是，当使用部分场的特定电激励折光基体时，在多数情形中，则使用一种具有严密匹配的折射率的电激励材料来充当部分场的特定电激励而未激励层(边框层)的材料，该层横向邻接该部分场的特定电激励区域并通过绝缘体与该部分场特定的电激励区域分隔开。这样做是为了在处于未激励状态时，通过保持整个电激励折光基体的外观看起来象一个整体，来提高该电激励透镜的装饰性。此外，还应该指出，在某些实施例中，该边框层是由非电激励材料构成的。

该聚合物材料可以是各式各样的聚合物，这些聚合物中的电激励组分按重量至少是30％。这样的电激励聚合物材料是众所周知的并都可在市场上买到。这种材料的实施例包括液晶聚合物，如聚酯、聚醚、聚酰胺、多氯联苯(PCB)(penta cyano biphenyl)等等。聚合物凝胶还可包含一种热固性基体材料来提高凝胶的可加工性能，改善它与封装导电层的附着力，以及提高凝胶的光学清晰度。仅举一些例子来说明，这种基质可以是交联的丙烯酸脂、甲基丙烯酸酯、聚亚安酯，与双功能或多功能的丙烯酸脂、甲基丙烯酸酯或聚乙烯的衍生物交联的乙烯基聚合物(vinyl polymer)等。

例如该凝胶层的厚度可在大约3微米到大约100微米之间，但也可厚达1毫米，或者，如另一个实施例那样，其厚度可在大约4微米到大约20微米之间。例如，该凝胶层可具有大约100磅/英寸到大约800磅/英寸的系数，或者如另一实施例那样，该系数为大约200到600磅/英寸。该金属层可具有的厚度为例如大约10^-4微米到大约10^-2微米，而如另一个实施例那样，也可从大约0.8×10^-3微米到大约1.2×10^-3微米。该导电层可具有的厚度为例如0.05微米到大约0.2微米的数量级，而如另一个实施例那样，也可是从大约0.8微米到大约0.12微米，而如再一个实施例那样，可为约0.1微米。

该金属层被用来在导电层和电激励材料之间形成良好的接触。本领域的技术人员将容易识别出可使用的适当的金属材料。例如，人们可使用金或银来作该金属层。

在一个实施例中，该电激励材料的折射率可在例如大约1.2个单位和大约1.9个单位之间变化，而如另一个实施例那样，也可在大约1.45单位和大约1.75单位之间变化，而折射率的变化至少为0.02单位/伏特。折射率随电压的变化率、该电激励材料的实际折射率及其与该基质材料的相兼容性将决定该电激励聚合物在该基质材料中的百分组成，且在基础电压大约为2.5伏特但不大于25伏特时，则会导致最终组合物的折射率变化为不小于0.02单位/伏特。

如前面讨论的，对于使用混合型设计的发明实施例来说，电激励折光基体组件的各部分都是用适当的粘合剂或胶合技术附着在常规的透镜镜片上的，这种粘合剂或胶合层对可见光都是透明的。这种胶合装配可以通过脱离纸或脱离膜来进行，为了将该电激励折光基体胶合到该常规透镜镜片上，预先已经将该电激励折光基体预装配和附着在该纸或膜上了准备。其可在应有的位置上生成并施加到待用的透镜镜片表面上。而且，还可将其预先施加到透镜薄片的表面上，然后再将该透镜薄片胶粘在该待用的透镜镜片上。还可以将其施加到半成品透镜坯件上，随后再将该坯件进行表面加工或磨边到满足适当的尺寸、形状以及适当的总光焦度的需要。最后，可以利用表面浇铸技术将其浇铸到预制透镜镜片上。这便制造出本发明的可电调节的光焦度。该电激励折光基体可占据整个透镜面积，也可以仅占据其一部分。

该电激励层的折射率仅对需要聚焦的区域才会准确地改变。例如，在前述的混合型部分场设计中，该部分场的区域总是在这个区域内激励和改变。因而，在这个实施例中，该折射率仅在该透镜的特定部分区域内改变。在另一个混合型全场设计的实施例中，折射率是在整个表面上改变的。同样，在该非混合型设计中，该折射率也是在整个区域上改变的。如较早所述，已经发现为了保持可接受的视觉上的装饰外观，电激励镜片的相邻区域之间的折射率差异应限制为最大0.02-0.05个折射率单位，优选为0.02-0.03个单位。

在本发明的范围内可以想像，在一些情形中用户会使用部分场，然后想要将该电激励折光基体转换到全场。在这种情形下，应该按照全场的实施例来结构化设计本实施例；然而，应对该控制器进行编程以便满足将光焦度从全场转换到部分场以及再转换回来的需求，反之亦然。

为了产生激励该电激励透镜所需的电场，将电压施加到该光学组件上。这是由一些小直径的导线束来实现的，这些导线束都包含在眼镜框边上。这些导线从下面所描述的电源引入该电激励眼镜的控制器中，和/或一个或多个控制器部件中，并引到环绕每个眼镜透镜的框边上，这里，使用在半导体制造中所用的现有引线接合技术将这些导线连接到该光学组件中的每个栅格元件上。在单导线互连结构的实施例中，即每个导电层一根导线，每个眼镜透镜只需要一个电压，而且对于每个透镜来说仅需要两条导线。将电压施加在一个导电层上，而在该凝胶层的相对面上的配对导电层维持在接地电位上。在另一实施例中，将交流(AC)电压施加到相对的导电层上。这两个连接在每个眼镜透镜的框边处或其附近是很容易完成的。

如果使用栅格阵列电压，则在该阵列中的每个栅格子区域都以不同的电压来寻址，并且一些导电体将引入框架中的每条导线连接到该透镜上的栅格元件上。光学透明的导电材料，如氧化铟，氧化锡，或氧化铟锡(ITO)都可用来形成该电激励组件的导电层，以用来将框边上的导线连接到电激励透镜中的每个栅格元件上。不管该电激励区域占据了整个透镜区域，还是仅仅占据透镜区域的一部分，这种方法都是可行的。

用于在多栅格阵列设计中实现象素化的技术之一是制作单个的小型容积的电激励材料，每个具有其自己的成对的驱动电极以便在该小型容积材料上建立电场。实现象素化的另一个技术是在导电或金属层中使用图案化电极，该电极光刻形成在基板上。通过这种方法，该电激励材料可以包含在连续的容积内，并且产生该象素化的不同电场区域完全由该图案化的电极来限定。

为了给该光学组件提供电源，在该设计方案中包括电池之类的电源。用于产生该电场的电压是很小的，因此，眼镜架的腿被设计成允许插入和取出提供该电源的微型电池的结构。通过同样包含在镜架腿内的多路连接将这些电池连接到该导线束上。在另一实施例中，利用粘结剂将一些一致的薄膜电池粘附在镜架腿的表面上，这样当电池电量耗尽时可取下和替换它们。另一个可选择的方案是提供AC适配器，连接到固定在镜架上的电池上，以便在不用时能对该块电池或一致的薄膜电池就地充电。

一种可选择的电源还可能是包含在眼镜镜架中的微型燃料电池，来提供比电池大的能量储备。用小的燃料罐将燃料注入眼镜架的储存器中就可对该燃料电池充电。

已发现，通过使用本发明的混合型多栅格结构的方法就可将对电源的需求减至最少，在多数但并非所有的情形中，这种结构包括部分场的特定区域。应该指出，尽管人们可以使用混合型部分场的多栅格结构，但也可使用混合型全场多栅格结构。

在另一个矫正非常规折光异常(如象差)的发明方法中，如上所述，可将跟踪系统构建在该眼镜中，并提供了安装在该电激励眼镜中的恰当的使能软件和程控的电激励眼镜控制器和/或一个或多个控制器部件。这个发明实施例不但通过跟踪人们的眼睛来跟踪人们的视线，而且还将所需的电能施加给视线正通过的该电激励透镜的特定区域。换句话说，当眼睛移动时，与直接穿过该电激励透镜的人们的视线相应，被对准的电激励区也会在透镜上移动。这在多种不同的透镜设计中将得到证明。例如，为了对常规的(球面、柱面、和棱柱)的折光异常进行矫正，使用者可能会有固定光焦度的透镜、电激励透镜或两种类型透镜的混合。在这个例子中，该非常规的折光异常将会通过具有多栅格结构的电激励折光基体得到矫正，借此，当眼睛移动时，相应的电激励透镜的激励区域就会随着眼睛移动。换句话说，眼睛的视线对应于该眼睛的移动，当视线与该透镜相交时就会与该眼睛移动相关地在透镜上移动。

在上述的发明实施例中，应该指出，被引入到该混合型电激励透镜中或该透镜上的该多栅格电激励结构可以具有部分场或全场设计。

应该指出，当使用这种发明实施例时，人们仅仅通过电激励视线直接通过的有限区域就可以将对电的需求减至最少。因而，对于给定处方来说，在任何时刻被激励的面积越小，则消耗的电能就越少。在多数但并非所有的情形中，非直接观察到的区域不会被激活或激励，因而总会对常规的屈光异常，例如近视、远视、散光、老花眼进行矫正，使患者达到20/20的视力矫正。在本发明实施例中，被对准和被跟踪的区域总是尽可能多地矫正非常规的折光异常，它们是不规则的散光、像差和眼睛表面或层的不规则性。在其它发明实施例中，被对准或被跟踪的区域也可对一些常规的异常进行矫正。在前述的几个实施例中，所述的被对准和被跟踪的区域可借助控制器和/或一个或多个控制器部件，并通过安置在该眼镜中跟踪该眼睛移动的测距仪，及安置在眼镜中的眼睛跟踪系统，或者通过跟踪系统和测距仪系统两者来自动定位。

虽然在某些设计中只使用部分电激励区域，但是却用电激励材料将整个表面覆盖，以避免在处于非激励状态中使用者在透镜中看到环形的线。在一些发明实施例中，使用透明的绝缘体来使电激励局限于正被激励的中央区域，而使用未激励的周边电激励材料来使激励区域的边缘不可见。

在另一实施例中，将薄膜太阳能电池组附着在镜架的表面上，并利用太阳光和环境光产生的光电效应将电压施加在导线和光学栅格上。在一个实施例中，使用太阳能电池组来作主电源，并包括前述的微型电池作备用电源。在该实施例中当不需要电源时，在这段时间内该电池就可由太阳电池充电。另一个方案还为这种设计提供了AC适配器并连接到这些电池上。

为了给使用者提供可变的焦距，该电激励透镜是可用开关控制的。至少提供了两个切换位置，但是如果需要则可提供更多的切换位置。在最简单的实施例中，该电激励透镜或者是打开的，或者是关闭的。当在关闭的位置上时，没有电流流过导线，没有电压施加在该栅格组件上，而且只使用了固定的透镜光焦度。在用户需要远距矫正时总是这样，例如，当然假定该混合型电激励透镜使用的是用于矫正远距视力的单视或多焦距透镜坯件或镜片作为它的结构的一部分。为了提供阅读所需的近距视力矫正，开关会是打开的，由此给透镜提供了预定的电压或电压阵列，从而在该电激励组件中产生正的增加光焦度。如果需要中距视力矫正，就可包括第三切换位置。该切换可由微处理器控制，或由用户手动控制。实际上，可包含多个附加的位置。在另一实施例中，该开关是模拟的而非数字的，并且可通过调节旋钮或操纵杆来提供连续变化的透镜焦距，这很象收音机上的音量控制。

可以是这种情况，该结构的部件中没有固定的透镜光焦度，而整个视力矫正都是通过该电激励透镜来完成的。在这个实施例中，如果用户对远距和近距视力矫正都需要，那么在所有的时间里都会给该透镜提供电压或电压阵列。如果用户只需要远距视力矫正或阅读时进行调节，则在需要矫正时该电激励透镜将会打开，而在不需矫正时关闭。但是，并不总是这样的。在某些实施例中，根据透镜的设计，关闭或降低电压会自动地增加远距和或近距视力区的光焦度。

在一个示例性实施例中，该开关本身置于该眼镜透镜的镜架上并与控制器相连，例如，包含在该眼镜架中的专用集成电路。所述控制器通过对该电源供给的电压进行调节来响应该开关的不同位置。由此，这种控制器就构成了上述的多路复用器(multiplexer)，其将不同的电压分配给那些连接导线。该控制器也可以是具有薄膜形式的先进设计，并像电池或太阳能电池一样沿着该镜架的表面安装。

在一个示例性实施例中，所述控制器和/或一个或多个控制器部件，可按已知的患者视力的矫正要求来制作和/或编程，并使用户容易地在不同的预定电压阵列之间切换，而这些电压系列是根据他(她)个人的视力需求来定制的。这种电激励眼镜的控制器和/或一个或多个控制器部件可以容易被眼科专家或技师取出和/或进行编程，并且当用户的视力矫正需求改变时可以根据新的“处方”来对控制器进行替换和/或重新编程。

以控制器为基础的开关的一个方案是它能在不到一微秒的时间内改变施加在电激励透镜上的电压。如果该电激励折光基体是用快速开关材料制作的，则该透镜焦距的迅速转变会破坏佩带者的视力。需要缓和地从一个焦距转变到另一焦距。作为本发明的附加的特征，可以将“延时”程序编入该控制器中来减缓焦距的转变。相反，也可将“超前”程序编入该控制器中来加速该焦距的转变。同样，该转变可以借助预估算法来预计。

总之，可以设定该转变的时间常数，使它与调节佩带者视力所需要的折射率变化成比例和/或响应于这种变化。例如，聚焦光焦度的小变化可被迅速地转变，而聚焦光焦度的大变化，如佩带者将其目光从远处的目标迅速移动到阅读的印刷材料上时，则可设定为发生在较长的时间周期内，比如说10-100毫秒。这个时间常数是可按戴镜者的舒适情况来调节的。

总之，并不需要将开关放在眼镜本身上。在另一个示例性实施例中，该开关是在一个分离的模块中的，可放在用户衣服的口袋中并可以手动激励。这种开关可用细导线或光纤与该眼镜相连。另一种类型的开关包含小的微波或射频短程发射器，它能将关于开关位置的信号传送到一致地设置在眼镜架上的微细接收天线上。在这两种开关结构中，用户在他(她)眼镜的焦距变化范围内都可以进行直接而细心地控制。

在不同的示例性实施例中，该开关由视域检测仪，例如测距装置来自动控制，该测距装置安置在例如眼镜的镜架内、镜架上、透镜内和/或透镜上，并向前指向将要观察的目标。

图21是电激励眼镜2100的另一个发明实施例的透视图。在这个图示实施例中，镜架2110包含电激励透镜2120，该电激励透镜通过连接导线2130连接到控制器2140(集成电路)和电源2150上。将测距仪的发射器2160附着到电激励透镜2120上，并将测距仪的接收器2170附着到另一个电激励透镜2120上。在各种可供选择的实施例中，发射器2160和/或接收器2170可附着在任一电激励透镜2120上，附着在镜架2110上，嵌入透镜2120中，和/或嵌入镜架2110中。而且，测距器的发射器2160和/或接收器2170可由控制器2140和/或分离的控制器(未示出)来控制。同样，由接收器2170接收的信号可由控制器2140和/或分离的控制器(未示出)来处理。

总之，这种测距器是一种有源探测器，它可以使用各种光源：如激光器、发光二极管、射频波、微波或超声脉冲来定位目标并测定该目标的距离。在一个实施例中，将垂直腔表面发射激光器(VCSEL)用作光发射器。这些装置的小尺寸和扁平外形使它们对于本申请来说具有很大的吸引力。在另一个实施例中，将有机发光二极管(OLED)用作该测距仪的光源。这种装置的优点是OLED大多通常可制作成透明的。这样，如果考虑装饰性那么OLED也许就是优选的测距仪设计，因为可将它引入透镜或镜框中而不会被看到。

将用于接收来自目标的反射信号的适当传感器设置在该透镜镜架前面的一个或多个位置上并与微小的控制器相连以便计算距离范围。在另一个实施例中，可以制作单个的装置以起到发射器和检测器的双重作用，并与该距离范围计算器相连接。这个距离范围通过导线或光纤发送到置于该透镜镜架中的开关控制器上或自身上的无线遥控器上，并对其加以分析以便对该目标的距离确定出准确的开关设置。在一些情形中，可将距离范围控制器和开关控制器集成在一起。

应该理解，在某些情况下，当佩带者想从一个物体的焦点移到另一个物体的焦点时，该测距装置很难切换该电激励透镜的焦距。例如，在该透镜从一种视力矫正切换到另一种之前，该测距仪的发射器和接收器需要由该透镜的佩带者来额外地移动头部才能切换。另外，当该透镜从佩带者实际所需的视力矫正切换到不合适的视力矫正时，会产生“错误切换”。例如，当该透镜从远距离视力矫正切换到中距离或近距离视力矫正时，而不是切换到佩带者实际上所需要的远距离矫正。

因此，在另一个示例性实施例中，为了控制由该发射器产生的发射束宽度，以及由该接收器接收的接收光锥，可以将附加透镜有选择地覆盖在该测距仪的发射器和接收器上。

图44a是根据本发明另一个实施例的集成电源、控制器和测距仪的分解截面图。如图44a所示，系统4400包括与控制器4440相连接的测距装置4420，而该控制器接下来与电源4460连接。图44b是根据本发明一个实施例的图44a中系统4400沿Z-Z′方向的侧面截面图。如图44b所示，测距装置4420包括测距仪发射器4424和测距仪接收器4428。在这个示例性实施例中，测距仪发射器4424和测距仪接收器4428分别是发射二极管和接收二极管，例如，可以是IR激光二极管，LED或其它非可见辐射光源的形式。在这个示例性实施例中，发射器4424已经选择性地覆盖了发射透镜4426以便控制由发射器4424产生的发射束宽度。同样，接收器4428可以选择性地覆盖有接收透镜4430以便控制由接收器4428接收的接收光锥。应该理解，接收器4428的接收区域或光锥区包含立体角，超出该立体角，则接近该测距装置的光线一旦穿过接收透镜、孔径或其它覆盖接收器4428的装置就会到达接收器4428上。保护窗可以屏蔽测距装置4420的内部部件，更具体的，可屏蔽发射器和接收器使其免受用户周围环境的影响，同时还不会影响到该内部部件的功能。

图45是根据本发明一个实施例的图44b中该测距仪发射器4424的侧视图。如图45所示，发射透镜4426具有选定的发散光焦度，可以将由发射器4424产生的光束B发散为给定工作距离L上的给定图案宽度D。这样，由发射器4424产生的该光束的宽度对于用于阅读和中距离观看的给定工作距离来说是最佳的，这个宽度将对头部额外移动的需求最小化，同时通过未将该光束过分增大而避免了错误的切换。

图46是根据本发明一个实施例的图44b的测距仪接收器4428的侧视图。如图46所示，该接收器4428选择性地覆盖有接收透镜4430，在该接收透镜4430内形成有缝隙孔4432。使用具有缝隙孔4432的接收透镜4430可以将所接收的图案基本上减小为矩形区域，而不是接收透镜4430未安装在接收器4428上时检测到的全部视野。在该实施例中，接收透镜4430是由例如不透明的材料构成的，这样可以防止接收器4428接收任何除穿过缝隙孔4432之外的反射光。

应该理解，上述具有覆盖发射器4424的发射透镜4426和覆盖接收器4428的接收透镜4430的实施例仅仅是示例性的，也可以采用其它使用发射器4424的发射光束或接收器4428的接收光锥的实施例来进一步地减小错误切换或提高光学系统4400的光学性能。例如，限制接收光锥或接收器的接收图案的其它方法包含使用其它几何形状的孔、可变快门、透镜或装置来限制光线传输到接收器4428上。还应该理解，把透镜放置在发射器和接收器上是可选择的，根据本发明可以提供上述透镜的任意组合。例如，在至少另一个实施例中，用于选择性覆盖接收器4428的接收透镜4430是可选择的。同样，在至少又一个实施例中，用于选择性覆盖发射器4424的发射透镜4426也是可选择的。在上述示例性发明实施例中，对额外的头部移动的需要和错误切换的发生都随着由测距仪发射器产生的发射光束的宽度增长以及可选择地操纵反射光束如何出现在该测距仪接收器上而减至最小。

在另一个示例性实施例中，该开关可由用户头部小而快速的移动来控制。这将由包含在该透镜镜架的腿中的另一个视野检测器，例如微型陀螺仪或微型加速计来完成。头部的微小、快速晃动或扭转将会触发该微型陀螺仪或微型加速计，并使得开关转动通过它的一些容许的位置设定，从而将该电激励透镜的焦点改变到希望的矫正位置上。例如，根据由微型陀螺仪或微型加速计的移动检测，可以对该控制器进行编程以便为测距装置提供光焦度，这样所观察到的区域可以受到该测距装置询问以便确定是否需要视力矫正的改变。同样，在预定时间间隔或时间周期之后，其中没有检测到头部移动，则可以关闭该测距装置。此外，在至少一个实施例中，在移动检测和使用该测距装置之后，则还可以开启该测距装置。

在另一个示例性实施例中，可以使用另一种视野检测仪，例如斜度开关，来确定该用户的头部是否以高于或低于表示某人目光直视远方的姿势的给定角度低下或抬起。例如，一种示例性的斜度开关可以包含设置在控制器上的水银开关，仅仅当患者以距离水平线预定角度向上看或向下看时，该水银开关才会关闭为测距仪和/或控制器提供电源的电路。由于透镜可以被设计成在没有电源的状态下进行远距离矫正，在至少一个实施例中，当用户的头部以距离水平线预定角度向下或向上倾斜时，该测距装置可以配置为将该电激励透镜从远距离矫正操纵并切换到另一种状态(例如近距离或中距离矫正)。另外，该透镜可以采用附加的需求，即在切换开始前在近或中距离内的目标被感应一段预定的时间周期。该斜度开关也可以用于设置逻辑高电平，然后和测距仪设定的、表示目标位于近距离还是中间距离的逻辑电平一起经过与门(在正逻辑中)。

图47a-47c是根据本发明一个实施例的光学透镜系统佩带者的侧视图。如图47a所示，光学透镜系统的佩带者可以将他的头部从水平调整到头部向上倾斜角度(θ_up)，及从水平调整到头部向下倾斜角度(θ_down)。图47b表示佩带者以头部向下倾斜角度(θ_down)向下倾斜其头部。图47c表示佩带者以头部向上倾斜角度(θ_up)向上倾斜其头部。在一个示例性实施例中，当佩带者的头部从水平位置向上或向下移动大约5到15度，且优选从水平位置移动大约10度时，可以关闭该斜度开关(并为该测距装置或控制器，或这两者提供电源)。在另一个实施例中，当佩带者的头部从水平位置向上或向下移动大约15到30度，且优选从水平位置移动大约20度时，可以关闭该斜度开关。

应该理解，上述采用了斜度开关的实施例可以根据佩带者的愿望和要求来进行优化。例如，该佩带者可以选择而使从水平位置偏离的、为关闭开关所需的角度在向上或向下的方向上有所不同。这样，用于关闭开关的向上倾斜角度可以与向下倾斜的角度相等，或者它们也可以彼此相差几度。此外，当佩带者向下倾斜其头部时，或者可选择地，仅仅当佩带者向上倾斜其头部时，该斜度开关还可以通过仅激励测距仪(或为测距装置或控制器，或者这两者提供电源)来进行优化。由于每个人略微向下倾斜头部来阅读，因此后一种情况是不太可能的。

在另一个发明实施例中，该系统使用斜度开关来确定佩带者头部的倾斜角度。该倾斜的角度，无论是向上的或者向下的，都可以发送到控制器中来确定是否该倾斜是否大于预定的角度。因此，该控制器可以根据越过与该斜度开关相关的斜度阈值的倾斜度来选择性地向该测距仪供电。同样，在又一个实施例中，可以以类似的方式使用微型陀螺仪或微型加速器。例如，微型陀螺仪或微型加速器可以产生输出，控制器根据该输出确定佩带者头部的位置，并相应调整对该测距装置的供电。

再一个示例性实施例使用了微型陀螺仪与手动开关的组合。在该实施例中，该微型陀螺仪通常为180度以下的阅读和视觉功能使用，以便响应于人们头部的倾斜。因此，当人们的头部倾斜时，该微型陀螺仪就发送信号到控制器中，该信号表示头部的倾斜度，随后根据倾斜的需求，将该倾斜度转换为增长的聚焦光焦度。对于某些在或高于180度的视觉功能，例如在计算机前工作的情况下，可遥控的手动开关用于代替微型陀螺仪。

在另一个实施例中，使用了测距仪和微型陀螺仪的组合。该微型陀螺仪用于近视以及低于180度的其它视觉功能，而该测距仪用于180度以上的观察距离和例如四英寸或更少的观察距离。在又一个实施例中，测距装置可以与斜度开关、微型陀螺仪或微型加速器结合使用，来确定是否应切换该电激励透镜。在这些实施例中，控制器可以对每个集成部件，例如斜度开关、陀螺仪或加速器，按照附加要求使用逻辑电平，该要求例如在切换开始前该测距装置必须获得新的观察距离。

作为手动开关或测距仪设计的可选方案，用于调整电激励组件聚焦光焦度的另一个示例性实施例使用了眼睛跟踪仪来测量瞳孔之间的距离及检测该观察距离。当眼睛聚焦在远处或近处的目标时，所述距离就会随着瞳孔的收缩和发散而变化。至少两个发光二极管和至少两个相邻的光电传感器设置在接近鼻梁的镜架中，该光电传感器用于检测从眼睛反射的该二极管发出的光。该系统能够检测每只眼睛瞳孔边缘的位置，并将该位置转变为瞳孔之间的距离，以便计算该用户眼睛平面到目标的距离。在某些实施例中，三个或甚至于四个发光二极管和光电传感器可以用于跟踪眼睛的移动。

应该理解，在又一个实施例中，这里描述的各种装置的组合，都可以按照需要以任何方式组合起来以满足技术人员和该光学透镜系统的佩带者的需要，其中所述的各种装置的组合可以将错误的切换和佩带者过大的移动减小至初始的切换。这样，可以定制逻辑电平或开关装置中的任何一个来满足给定使用者的具体需求。

除了视力矫正外，该电激励折光基体还可以用于使眼镜透镜产生一种电子色调。通过在适当的凝胶聚合物或液晶层上施加适当的电压就可使透镜产生色调或太阳镜的效果，这在某种程度上改变了光通过透镜的透射率。这种减小了的光强度就使透镜产生一种“太阳镜”的效果，使用户在光亮的户外环境中感到舒适。对于所施加的电场具有高偏振能力的液晶成分和凝胶聚合物对于这种应用极具吸引力。

在一些发明实施例中，本发明可以用在温度变化大到足以影响该电激励层的折射率的位置上。然后，必须对所有供给该栅格组件的电压施加校正因子来补偿这种影响。安装在透镜和/或镜架里面或上面，并与电源相连接的微型热敏电阻、热电偶或其它的温度传感器可以检测温度的变化。该控制器将这些读数转变成补偿该电激励材料折射率变化所需的电压变化。

然而，在某些实施例中，为了增加该电激励折光基体或层的温度，实际上是将电子电路嵌入透镜之中或置于透镜的表面之上的。这样做进一步减小了这些电激励层的折射率，由此使透镜光焦度的变化达到最大。在加大或不加大电压时都可利用温度的增高，这样就可在通过折射率变化来控制和改变该透镜光焦度方面产生的额外的灵活性。当使用温度时，最好能对有意施加的温度进行测量、获得反馈和加以控制。

在部分场或全场的独立寻址的电激励区域的栅格阵列中，可能会需要许多的导线将来自控制器的特定电压多路传输到每个栅格元件上。为了易于布置这些互连线，本发明将该控制器安置在该眼镜镜架的前面部分，例如，在鼻梁区。这样，放置在眼镜腿中的电源只用两根通过眼镜腿前面的镜架铰链的导线就可与该控制器连接。将控制器连接到透镜上的那些导线可全部包含在该镜架的前面部分内。

在本发明的一些实施例中，该眼镜可具有一个或两个眼镜镜架腿，其零件是很容易拆卸下来的。每条眼镜腿都包括两部分：保持与该铰链和前镜架部分连接的短的部分和插入这部分的较长的部分。每个可从眼镜腿上拔下来的部分都包含电源电池(电池、燃料电池等)，而且很容易地从该腿的固定部分拆卸下来并重新与它连接上。这些可拆卸的腿是可充电的，例如，将它放入便携式的A.C.充电器中，该充电器是用直流电流、磁感应或任何其它的一般充电方法来进行充电的。这样，可将充完电的替换腿连接到该眼镜上，以提供连续、长时间的透镜和测距系统的激励。实际上，为此目的用户可在其衣服口袋或小包中携带多个替换腿。

在很多情形下，佩带者需要对远、近、和/或中距视力进行球面矫正。这就允许了全互连栅格阵列透镜发生变化，其中该变化利用了要求矫正的镜片的球对称性的优点。在这情形中，由电激励区域的同心环构成的特殊几何形状的栅格可包括部分区域或全场透镜。这些环可以是圆形或非圆形，如椭圆。这种构形可用来显著地减小所需的必须用带有不同电压的导线分别寻址的电激励区域的数目，从而大大地简化了该互连电路。这种设计为使用混合型透镜设计来进行散光矫正提供了条件。在这种情形中，常规的镜片可以提供柱面和/或散光矫正，而同心环的电激励折光基体可提供球面的远距和/或近距视力矫正。

这种同心环或环形区的实施例在使电激励聚焦适应佩带者需要的方面提供了很大的灵活性。由于该环形区的对称性，因此可以制备很多较薄的区而不会增加布线和互连的复杂性。例如，由4000个方格像素构成的电激励透镜将需要对这所有的4000个区寻址的线路；覆盖直径为35毫米的圆形部分区域面积的需要会产生大约0.5毫米的像素间距。另一方面，由同样的0.5毫米间距(或环的厚度)的同心环图案构成的自适应镜片将只需要35个环形区，由此大大地减小了布线的复杂性。相反，该像素的间距(和分辨率)可以减小到仅0.1毫米，而且只将该区(和互连线)的数目增加到175个。对佩带者来说，该区较大的分辨率就可转变成较大的舒适性，这是因为从一个区到另一个区的折射率的径向变化是较平滑和较缓和的。当然，这种设计将人们限制在本质上只是球面的视力矫正上。

还发现，该同心环设计可定制环形环的厚度，以便将最大的分辨率安放在需要它的半径位置上。例如，如果该设计需要包相，即当利用光波的周期性的优点来以具有有限折射率变化的材料实现较大的聚焦光焦度时，人们可以设计一种阵列，在该阵列的电激励面积的圆形部分区域的周边具有较窄的环，而在该区域的中心具有较宽的环。对每个环形像素的这种明智的使用可以对于所用的区数产生可获得的最大聚焦光焦度，同时可将存在于使用包相的低分辨率系统中的混迭效应减到最小。

在本发明的另一个实施例中，在采用部分电激励区的混合型透镜内，需要将从远场聚焦区域到近距视力聚焦区域的急剧过渡变得平滑。这当然发生在该电激励区域的圆形边界上。为了实现这一点，本发明将编程来使得在该电激励区域周边的区域具有用于近视的较小光焦度。例如，考虑到一种具有35mm直径的电激励区域的混合型同心环设计，其中固定焦距的透镜提供了远距矫正，而该电激励区域提供了+2.50的附加光焦度老花眼矫正。对几个环形区域或“带”进行编程以便在较大的直径处具有减小的光焦度，而不是一直到该电激励区域周边都保持这种光焦度不变，其中上述的每个环形区或“带”都包含着几个可寻址的电激励同心环形区。例如，在激励过程中，一个实施例可以具有：中心的26mm直径的圆，其附加光焦度为+2.50，直径从26mm扩展到29mm的环带，其附加光焦度为+2.00，另一个环带直径从29mm扩展到32mm，其附加光焦度为+1.50，周围环绕有直径从32mm扩展到35mm的环带，其附加光焦度为+1.0。这种设计在为某些用户提供较为舒适的佩带感受方面是有利的。

当使用眼科眼镜透镜时，对于远距离观察来说，人们一般使用该透镜上部的大约一半。对于中距离观察来说，人们一般使用中线以上大约2-3mm和中线以下大约6-7mm的部分，而在中线以下7-10mm的部分用于近距观察。

眼睛产生的像差对于离眼睛的距离来说是不同的，因而需要进行不同的矫正。正在观察的目标的距离与所需要矫正的具体像差直接相关。因此，由眼睛的光学系统所产生的像差对于所有的远距离来说将需要近似相同的矫正，对于所有的中距离来说将需要近似相同的矫正，而对于所有的近点距离来说也将需要近似相同的矫正。因此，本发明允许在该透镜的三或四个部分(远距离部分、中距离部分和近距离部分)内对该透镜进行电激励调节，以便矫正该眼的某些像差，这与在该眼睛和眼睛的视线在透镜上移动时尽力一个栅格接着一个栅格地调节该电激励透镜相反。

图22是电激励透镜2200的实施例的前视图。在透镜2200内定义了各种区域来提供不同的折光矫正。在中线B-B以下，单个的中距离矫正区域2230包围着几个近距离矫正区域2210和2220，每个近距离矫正区域都具有不同的矫正光焦度。尽管只示出了两个近距离矫正区域2210和2220，但可以提供任意数目的近距离矫正区域。同样，也可提供任意数目的中距离矫正区域。在中线B-B之上，提供了远距离的矫正区域2240。区域2210、2220、和2230可按已编程的顺序来激励，以便例如节约电能，或者也可以按与常规的三焦距(tri-focal)类似的静态开关方式来激励。当由远到近，或由近到远观看时，透镜2200可以通过使各区域的各焦距之间的过渡平滑来帮助佩带者的眼睛聚焦。由此，就免除或大大地减小了“图像跳跃”的现象。这种改进还提供在下面的图23和24所示的实施例中。

图23是另一种电激励透镜2300的实施例的前视图。在透镜2300内定义了各种区域来提供不同的折光矫正。在中线C-C之下，单个的中距离矫正区域2320包围着单个的近距离矫正区域2310。在中线C-C之上，设置有单个的远距离矫正区域2330。

图24是另一种电激励透镜2400的实施例的前视图。在透镜2400内定义了各种区域来提供不同的折光矫正。单个的中距离矫正区域2420包围着单个的近距离矫正区域2410，前者又被单个的远距离矫正区域2430所包围。

图25是另一种电激励透镜2500的实施例的侧视图。透镜2500包括常规的透镜镜片2510，其上附着有多个全场电激励区域2520、2530、2540和2550，每个区域与其相邻区域之间用绝缘层2525、2535、2545隔开。

图26是另一种电激励透镜2600的实施例的侧视图。透镜2600包括常规的透镜镜片2610，其上附着有多个部分场的电激励区域2620、2630、2640和2650，每个区域与其相邻区域之间用绝缘层2625、2635和2645隔开。镜架区域2660将电激励区域2620、2630、2640和2650包围。

现在回来讨论衍射电激励透镜，用于矫正折光异常的电激励透镜可使用与玻璃、聚合物或塑料基片透镜邻接的电激励折光基体来制备，上述的基片透镜印有或蚀刻有衍射图案。该具有衍射印痕的基片透镜表面直接与该电激励材料接触。这样，该电激励层的一个表面也会具有衍射图案，该图案是该透镜基片表面上的衍射图案的镜象。

该组件用作混合型透镜，以便该基片透镜总提供固定的矫正光焦度，典型地用于远距矫正。处于未激励状态的该电激励折光基体的折射率几乎与该基片透镜的折射率相同；其差异应为0.05个折射率单位或更小。这样当该电激励透镜未被激励时，该基片透镜和电激励折光基体具有相同的折射率，而该衍射图案不起作用，因而不提供矫正(0.00屈光度)。在这种状态下，基片透镜的光焦度是唯一的矫正光焦度。

当该电激励折光基体被激活时，其折射率变化，并且该衍射图案的折光光焦度会添加到该基片透镜上。例如，如果基片透镜具有-3.50屈光度的光焦度，而当电激励衍射层被激活时其具有+2.00屈光度的光焦度，则该电激励透镜组件的总光焦度就是-1.50屈光度。这样，该电激励透镜便可近距观察或阅读。在其它的实施例中，处于激励状态的该电激励折光基体的折射率可与该透镜镜片相匹配。

使用液晶的电激励层是双折射的。这就是说，当其暴露在非偏振光下时，在非激活状态它们会显示出两个不同的焦距。这种双折射在视网膜上就会产生双影或模糊图像。解决这个问题有两种方法。第一种要求使用至少两个电激励层。一层是在该层中使电激励分子沿纵向排列，而另一层则是在该层中使分子沿横向取向；由此，在这两层中分子的排列是相互正交的。这样，光的两种偏振都可被两个液晶层同样聚焦，且所有的光都以相同的焦距聚焦。

这可通过将该两正交排列的电激励层简单地堆叠起来实现，或者用可选方案来实现，其中该透镜的中心层是双面板的，即在其两侧上蚀刻有相同的衍射图案。随后，将电激励材料放置在该中心板两侧上的层中，确保两侧的层中的分子排列是正交的。然后将覆盖物安放在每个电激励折光基体的上面，以便将它包含起来。这就提供了一种比将两种不同的电激励/衍射层相互叠置更简单的设计。

不同的可选方案要求人们将胆甾型液晶添加到该电激励材料中，以便赋予其很大的手性成分。已经发现，一定浓度的手性材料可以消除该板内的偏振感光度，因而不需要由作为电激励材料成分的纯向列型液晶的两个电激励层。

现转到用于该电激励层的材料上来，将可用于本发明的电激励折光基体和透镜的一些材料种类和具体的电激励材料的实施例列举如下。除了列在下面的类I中的液晶材料外，通常我们将这类材料都叫做聚合物凝胶。

液晶

这类包括形成向列型、近晶型或胆甾型相位的任何液晶薄膜，该薄膜都具有可由电场控制的长程取向次序。向列型液晶的实施例有：戊基氰基联苯(pentyl-cyano-biphenyl)(5CB)、n-辛基氧基-4-氰基联苯((n-octyloxy)-4-cyanobiphenyl)(80CB)。液晶的其它实施例是4-氰基-4-n-烷基联苯(4-cyano-4-n-alkylbiphenyls)、4-n-戊基氧基联苯(4-n-pentyloxy-biphenyl)、4-氰基-4”-n-烷基-p-三联苯(4-cyano-4”-n-alkyl-p-terphenyls)的化合物，其中的n＝3，4，5，6，7，8，9以及市售的由BDH(British Drug House)-Merck制造的，如E7、E36、E46和ZLI-系列的混合物。

电-光聚合物

这类包括任何透明的光学聚合物材料，如在1996年由纽约Woodburry的美国物理研究所出版，J.E.Mark所著的“PhysicalProperties of Polymers Handbook”中所公开的那些聚合物，这些聚合物包含一些在施主与受主群(叫做色基(chromophore))之间具有非对称极化的共轭的p电子的分子，如1995年由Amsterdam的Gordon and Breach Publishers出版，Ch.Bosshard等人所著的“Organic Nonlinear Optical Materials”中所公开的那些。一些聚合物的实施例如下：聚苯乙烯(polystyrene)、聚碳酸脂(polycarbonate)、聚甲基丙烯酸甲脂(polymethylmethacrylate)、聚乙烯咔唑(polyvinylcarbazole)、聚酰亚胺(polyimide)、聚硅烷(polysilane)。色基的实施例是：对硝基苯氨(paranitroaniline)(PNA)、分散红1(disperse red 1)(DR1)、3-甲基-4-甲氧基-4-硝基均二苯代乙烯(3-methyl-4-methoxy-4′-nitrostilbene)、二乙基氨基硝基均二苯代乙烯(diethylaminonitrostilbene)(DANS)、二乙基硫代巴比土酸(diethyl-thio-barbituric acid)。

电光聚合物可用下述方法生产：a)仿效宾/主的方法(guest/hostapproach)，b)将色基共价引入聚合物(悬挂和主链(pendant andmain-chain))，和/或c)晶格硬化(lattice hardening)的方法，如交联(cross-linking)。

聚合物液晶

这类包括有时也被称为液晶化聚合物(liquid crystallinepolymer)、低分子量的液晶、自增强聚合物、原位复合材料(insitu-composite)和/或分子复合材料的聚合物液晶(PLC)。PLC是共聚物，其同时包含比较坚固和柔软的分子排列，如在1992年由New-York-London的Elsevier出版，A.A.Collyer编辑的“LiquidCrystalline Polymers：From Structures to Applications”的第一章所公开的那些。PLC的一些实施例有：包含4-氰基苯基苯甲酸酯(4-cyanophenyl benzoate)侧基的聚甲基丙烯酸酯和其它的类似化合物。

聚合物色散型(dispersed)液晶

这类包括由在聚合物基质中的分散液晶微滴组成的聚合物分散性液晶(PDLC)。这些材料可以用几种方法制作：(i)向列型曲线对准相位(nematic curvilinear aligned phases)(NCAP)，热诱发相位分离(thermally induced phases eparation)(TIPS)，溶剂诱发相位分离(SIPS)，和聚合作用诱发相位分离(PIPS)。PDLC的实施例有：液晶E7(BDH-Merck)和NOA65(Norland products，Inc.NJ)的混合物；E44(BDH-Merck)和聚甲基丙烯酸甲脂(polymethylmethacrylate)(PMMA)的混合物；E49(BDH-Merck)和PMMA的混合物；单体二季戊四醇羟基五丙烯酸酯(monomerdipentaerythrol hydroxy penta acrylate)、液晶E7、N-乙烯基砒咯烷酮(N-vinylpyrrolidone)、N-苯基甘氨酸(N-phenylglycine)和玫瑰红染料(Rose Bengal)的混合物。

聚合物稳定型液晶

这类包括聚合物稳定型液晶(PSLC)，它是由聚合物网状结构中的液晶构成的材料，在该网络结构中，聚合物不到液晶的10wt％。将可光聚合的单体与液晶和UV聚合引发剂(polymerizationinitiator)混合在一起。在将液晶对准后，通常由UV曝光来使该单体的聚合作用开始，这样所得的聚合物就产生使液晶稳定的网络。PSLC的实施例可参照例如下列文献：C.M.Hudson等著的“OpticalStudies of Anisotropic Networks in Polymer-Stabilized LiquidCrystals”，信息显示学会杂志“Journal of the Society forInformation Display”，卷5/3，第1-5页，(1997)；G.P.Wiederrecht等人著的，“Photorefractivity in Polymer-Stabilized NematicLiquid Crystals”，美国化学学会杂志(J.of Am.Chem.Sco.)，卷120，第3231-3236页(1998年)。

自组合型(self-assembled)非线性超分子结构

这类包括可利用下列方法制作的电光非对称有机薄膜，这些方法是：Langmuir-Blodgett薄膜法、从水溶液中进行交替的聚合高分子电解质沉积(聚阴离子/聚阳离子(polyanion/polycation))的方法、分子束外延法、用共价耦合反应连续合成法(例如，以有机三氯硅烷(organotrichlorosilane)为基础的自组合多层沉积)。这些技术常常导致具有小于1mm厚度的薄膜。

图29是根据本发明另一个可选择实施例的光学透镜系统的透视图。图29中示出的该光学透镜系统，包括：具有外周边2910的光学透镜2900、透镜表面2920、电源2930、电池总线2940、透明导线总线2950、控制器2960、发光二极管2970、辐射或光检测器2980和电激励折光基体或区域2990。在该实施例中，电激励折光基体2990被包含在光学透镜2900的空腔或凹槽2999内。

如所看到的，该光学透镜系统是自包含型的并且可以放置在包括眼镜镜架和综合屈光检查仪在内的多种载体上。在使用时，该透镜2900的电激励折光基体2990可以由控制器2960来聚焦和控制，由此达到提高使用者视力的目的。该控制器2960可以通过透明导线总线2950从电源2930接收电能并可以通过透明导线总线2950从辐射检测器2980接收数据信号。该控制器2950可以通过这些总线控制这些和其它的部件。

当工作正常时，该电激励折光基体2990可以折射通过它的光，这样透镜2900的佩带者就可以通过该电激励折光基体2900看到聚焦的图像。由于图29的光学透镜系统是自包含的，因此即使各种镜架和其它载体没有包含用于该透镜系统的特殊载体部件，该光学透镜2900也可以被放置在这些镜架和载体中。

如所述地，该发光二极管2970、辐射检测器2980、控制器2960和电源2930彼此相互连接，并且通过各种导线总线与电激励折光基体2990连接。如所看到的，电源2930通过透明导线总线2950直接连接到控制器2960上。该透明导线总线主要用于将电能传送到该控制器，它也可选择性地对发光二极管2970和辐射检测器2980两者供电，并且在需要时对再生(retroactive)折光基体2990供电。虽然在本实施例中透明导线总线2950优选是透明的，但是在可选择的实施例中其还可以是半透明的或不透明的。

为了有助于该电激励折光基体2990的聚焦，发光二极管2970和辐射检测器2980可以彼此共同作为测距仪工作，来帮助该电激励折光基体2990的聚焦。例如，可以从发光二极管2970发出可见光和非可见光。然后可由辐射检测器2980来检测该发射光的反射，并产生识别其已经检测到反射光束的信号。根据接收的这个信号，控制这两个动作的控制器2960就可以确定该具体目标的距离。知道了这些距离，那么根据用户适当的光学补偿已经预编程的该控制器2960，就可以产生出激励该电激励折光基体2990的信号以使得用户通过该光学透镜2900看时可以看到更加清晰的目标或图像。

在该实施例中，所示出的电激励折光基体2990是具有35mm直径的圆形，并且所示出的该光学透镜2900也是圆形，这时具有70mm的直径并且透镜中心的厚度大约是2mm。然而，在可选择的实施例中，该光学透镜2900和该电激励折光基体2990也可以构造成其它标准和非标准的形状和大小。在每一个可选择的大小和定位中，仍然优选使电激励折光基体2990的位置和大小是这样的，即该系统的用户可以通过该透镜的电激励折光基体2990的部分轻易地看到图像和目标。

该光学透镜2900中的其它部件可以定位在该光学透镜2900的其它位置上。然而，优选的是，为这些单个部件所选择的任何位置对于用户来说都应该尽可能的不引人注意。换句话说，这些其它的部件应该优选位于远离用户主要视线的位置上。而且，这些部件最好还尽可能的小和透明以便进一步减小对用户视线的影响。

在优选实施例中，电激励折光基体2990的表面可以与该光学透镜2920的平面相齐平或基本上齐平。而且，这些总线可以沿从透镜中心向外发射的半径方向定位在透镜中。通过以这种方式定位这些总线，这些透镜可以在其载体上旋转以将这些总线定位在其最不突出的位置上。然而，如在图29中所看到的，不必总遵循这个优选的总线设计。在图29中，除了使所有沿着单一总线的部件沿着透镜2900的半径定位以外，辐射检测器2980和发光二极管2970已经被定位在非径向总线2950上。不过，如果优选将各种部件中的多个，而不是全部沿着透镜的径向设置就可以使其妨碍最小化。而且，以下也是优选的，即该总线或其它的导电材料从该透镜的外边缘容易被接触到，这样按照需要该透镜的单个部件从该透镜的边缘也可以被接触到、被控制或编程，即使该透镜为了适合特定的镜架已经被蚀刻或磨边。

图30是根据本发明另一个可选择实施例中透镜系统的透视图。与图29的实施例相似，该实施例也示出了可用于矫正或改进用户的折光异常的透镜系统。该图30的透镜系统包括镜架3010、透明导线总线3050、发光二极管/测距仪3070、鼻垫3080、电源3030、半透明控制器3060、电激励折光基体3090和光学透镜3000。如在图30中所看到的，该控制器3060沿着电激励折光基体3090和电源3030之间的透明导线总线3050定位。如还可以看出的，测距仪3070沿着不同的导线总线与控制器3060相连接。

在该实施例中，光学透镜3000由镜架3010来装配和支撑。而且，不将电源3030装配到光学透镜3000上或光学透镜3000内，而是将电源3030装配在鼻垫3080上，该电源依次通过鼻垫连接器3020与控制器3060相连接。这种构造的优点是，当需要时，该电源3030可以轻易地替换或者充电。

图31是根据本发明另一个实施例的可选择的透镜系统的透视图。图31中已经标出了控制器3160、带子3170、镜架3110、导电总线3150、电激励折光基体3190、光学透镜3100、镜架柄或中空腔3130和信号导线3180。除了如以前的实施例中示出的将控制器310装配在光学透镜3100上或内以外，该控制器3160还可以装配在带子3170上。该控制器3160通过信号导线310与电激励折光基体3190相连接，其中该信号导线位于镜架3110的镜架柄中空腔3130内，并通过带子3170传送到控制器3160上。通过将控制器3160设置在带子3170上，并通过简单地摘下带子3170然后将其安装到用户将要佩带的可选镜架上，就可以利用带子将用户的处方从一个透镜系统携带到另一个透镜系统上。

图32是根据本发明另一个可选择实施例中透镜系统的透视图。镜架3210和电激励折光基体3290、光学透镜3200和内部镜架信号导线3280全部都能在图32中看到。在该实施例中，镜架3210包含内部镜架信号导线3280，该信号导线可在沿着其长度的任何点被触及到，这样不管它在镜架3210中如何定向，信息和电能都可以被轻易地提供给光学透镜3200的各部件中。换句话说，不管光学透镜3200的径向总线的位置如何，该径向总线都可以连接到该内部镜架信号导线3280上并提供电能和信息来控制电激励折光基体3290。图32中的截面A-A清楚地示出了这些内部镜架信号导线3280。在另一个可选择实施例中，除了具有两个内部镜架信号导线3280以外，在镜架内还可以只提供一个内部信号导线，而使镜架本身用作导线，以起到为各个部件传输电能和其它信息的作用。更进一步地，在本发明的另一个可选择实施例中，还可以使用多于两个的内部镜架导线。

此外，在另一个可选择实施例中，除了使单个径向总线连接折光基体与镜架信号导线以外，还可以使用导电层来替代该径向总线。在该可选择实施例中，该导线层可以覆盖透镜的全部或着仅仅覆盖该透镜的一部分。在一个优选的实施例中，该导电层是透明的并覆盖了整个透镜以便将与该层的边缘有关的畸变最小化。当使用该层时，通过将该层延伸到外周边的不止一个位置上来增加沿该透镜外周边的接触点的数量。此外，还可以将该层划分为单个的子区域以便在该透镜的边缘和其内的部件之间提供多条路径。

图33是根据本发明另一个可选择实施例的光学透镜系统的分解透视图。在图33中，可以看到光学透镜3330具有电激励折光基体3390和光学环形面3320。在该实施例中，已经将该折光基体3390定位在该光学环形面3320中，并随后将其固定在该光学透镜3330的背面。这样做，光学环形面3320在该光学透镜3330的背面就形成凹腔来支持、保持及容纳该电激励折光基体3390。一旦所述光学透镜系统已经被组装好，那么该光学透镜3330的前面就可以被模制、表面铸造、碾压或处理以便进一步地构造该光学透镜系统来满足用户具体的折光和光学需求。和上述实施例一致，随后对该电激励折光基体3390进行激励和控制来改善用户的视力。

图34是本发明另一个可选择实施例的分解视图。在图34中可以看到光学透镜3400、电激励折光基体340和载体3480。不同于以前的实施例中使用环形面来帮助将该电激励折光定位在该光学透镜上，在本实施例中电激励折光基体3490通过载体3480与光学透镜3400相连接。同样，用于支撑该电激励折光基体3490所需的其它部件3470也可以连接到载体3480上。这样做，这些部件3470和电激励折光基体3490就可以很容易地固定到各种光学透镜了。而且，所述载体3480、其部件3470和电激励折光基体3490中的每一个都被另一种材料或物质覆盖以防止它们在与该透镜连接前或后遭受损伤。

该载体3480可以用多种可能的材料制成，包括：聚合物网膜、柔性塑料、陶瓷、玻璃和任意这些材料的混合物。因此，所述载体3480是柔性的还是刚性的取决于其材料的组成。在每种情况下，尽管在可选择实施例中该载体3480是色调的或半透明的且还为该透镜3400提供其它所需的特性，但是优选的是该载体是透明的。根据该载体3480包括的材料的类型，可以采用多种制造方法，包括透镜的微型机加工及湿和干蚀刻来形成其内装配有载体的凹槽或腔体。这些技术也可以用于生产载体本身，包括蚀刻该载体的一个侧面或两个侧面来产生衍射图案以便对由该载体产生的任何光学象差进行矫正。

图35a-35e示出了根据本发明可选择实施例所使用的组装次序。在图35a中可以清楚地看到佩带者的镜架3500和眼睛3570。在图35b中还可以看到光学透镜3505的电激励折光基体3580、径向总线3540和各种旋转和位置的箭头3510、3520和3530。图35c示出在9点位置上具有径向总线3540的光学透镜系统。图35d示出与图35c中相同的光学透镜系统，该光学透镜系统在被磨边和被去掉外周边的一部分或区域后，准备装配到该镜架3500内。图35e示出了完成的透镜系统，该透镜系统具有将中心定在用户眼睛的第一区域上的电激励折光基体以及在透镜的外周边区域上位于用户的眼睛和镜架腿3500之间的径向总线3540和电源3590。在该实施例中，外周边和第一区域的组合包括整个透镜坯件。然而，在其它实施例中，它们可以只包括全部透镜坯件的一部分。

下面进行根据本发明一个实施例的透镜系统的专业组装。在图35a中所示的第一个步骤中，将要与该电激励透镜安装在一起的镜架3500放置在用户的面前以便关于该镜架定位用户眼睛3570的中心。在关于该镜架定位了用户眼睛的中心以后，接着对该电激励透镜进行旋转、定位、磨边和切削，这样当用户配带该镜架时该电激励折光基体3580的中心就被置于用户眼睛3570的中心上了。图35b，35c和35d示出了所述的旋转和切削。在对该透镜磨边和切削以便将电激励折光基体3580正确地定位在用户的眼睛上后，可以将电源或其它部件贴覆在透镜的总线3540上，且该透镜可以如图35e中所示固定在镜架中。所述的贴覆过程可以包括将每个部件的导线通过透镜的表面插入到总线中以便将该部件固定在该透镜上并为它们提供相互的连接和与其它部件的连接。

当所描述的电激励透镜系统和电激励基体位于使用者的眼睛前面或上面的中心时，该透镜和该电激励基体还可以设置在使用者视野的其它位置中，包括偏移使用者眼睛中心的位置。此外，由于可获得无数形状和大小的眼镜镜架，这是因为可以对该透镜磨边，由此使得其大小是变化的，该透镜可以由技师最后进行装配来满足单个使用者和镜架的多样性。

除了简单地使用该电激励折光基体来矫正使用者的视力外，也可以对该透镜的一个或两个表面进行表面铸造或碾磨来进一步对使用者的折光异常进行补偿。同样，还可以碾压该透镜的表面来补偿该使用者的光学象差。

在该实施例和在其它的实施例中，技师可以使用标准的透镜坯件来装配该系统。这些透镜坯件可以是30mm到80mm大小，最普通的大小是60mm、65mm、70mm、72mm和75mm。在装配过程前或者装配过程的某个时刻，这些透镜坯件可以与安装在载体上的电激励基体相连接。

图36a-36e说明了本发明的一个可选择实施例，其中描述了另一种装配次序，除了使该测距仪和电源定位在该透镜上以外，这些部件实际上与镜架本身相连接。图36a-36e示出了镜架3600、使用者的眼睛3670、定位和旋转箭头3610、3620和3630，光学透镜3605的电激励折光基体3680和透明的部件总线3640。与上述实施例一样，首先将使用者的眼睛定位在该镜架中。然后关于该使用者的眼睛旋转该透镜，使得该电激励折光基体3680恰好位于该使用者的面前。接着，按照需要对该透镜塑型和碾磨并插入到该镜架中。在插入的同时，将这个测距仪、电池和其它部件3690也连接到该透镜上。

图37a-37f还提供了本发明的另一个可选择实施例。这些图中表示了透明总线3740、电激励折光基体3780、使用者的眼睛3770、旋转箭头3710、测距仪或控制器和电源3730以及多触点导线3720。在所述的可选择实施例中，除了完成在其它的两个装配实施例中已经描述的步骤外，还要完成图37e所示的另一个步骤。图37e中所示的这个步骤，需要利用多触点垫圈或导线系统3720包裹该透镜的外部圆周。该导线系统3720可以用于将信号和电能传输到该电激励折光基体3780和其它部件以及从该电激励折光基体3780和其它部件传输信号和电能。该多触点垫圈3720中的实际信号线可以包含ITO[氧化铟锡]材料和金、银、铜或者其它合适的导体。

图38是本发明可采用的集成控制器和测距仪的剖面立体图。与其它实施例所示的使控制器和测距仪通过总线彼此连接不同，在本实施例中，包括辐射检测器3810和红外发光二极管3820的测距仪直接连接到控制器3830上。如以上实施例所述，该整个单元随后被连接到镜架或透镜上。尽管图38中示出的尺寸是1.5mm和5mm，但是也可以采用其它的尺寸和结构。

图39是根据本发明又一个可选择实施例的集成控制器和电源的剖面透视图。在该实施例中，控制器3930直接连接到电源3940上。

图40是根据本发明另一个可选择实施例的集成电源4040、控制器4030和测距仪的剖面透视图。如图40中可看到的，辐射检测器4010和发光二极管4020(测距仪)连接到控制器4030上，而该控制器4030连接到电源4040上。如上述实施例一样，在该情况下所示的尺寸(3.5mm和6.5mm)是示例性的，也可以采用可选择的尺寸。

图41-43是根据本发明各种可选择实施例的透镜系统的各个透视图。图41是采用了控制器和测距仪的组合4130的透镜系统，且该组合依次通过电源导电总线连接到该电激励折光基体4140和电源4110上。相比较地，图42示出了组合的控制器和电源4240，其通过透明导线总线4250连接到发光二极管4220和辐射检测器4210(测距仪)以及电激励折光基体4230上。图43示出了组合的电源、控制器和测距仪4320的位置，其沿着径向透明导电总线4330定位，透明导电总线4330连接到电激励折光区域4310上。在这三幅图中，每幅图示出的是不同的尺寸和直径。应该明白，这些尺寸和直径仅仅是示例性的，也可以采用各种其它的尺寸和直径。

还应该了解，本发明的各种实施例在光子学和通信领域具有广泛的用途。例如，本文中所述的电激励系统可以用于调整和/或聚焦光束或激光束，这些光束在光通信和光学计算中具有使用价值，例如光开关和数据存储。此外，可以将本文中所述的电激励系统用于复杂的图像系统以便在三维空间中定位光学图像。

图48是根据本发明一个实施例的电激励光学系统的透视图。如图48所示，电激励光学系统4800包含第一电激励元件4820、第二电激励元件4830、第三电激励元件4840和测距装置4850。还是如图48所示，图像4810由三维空间内的第一位置处的箭头表示。该图像可以是例如，光束、激光束、或实像或者虚像。因此，该电激励光学系统4800可以用于将图像4810聚焦到三维空间中的预定位置上。该第一电激励元件4820可以用于沿着x轴移动或改变图像4810。这可以通过将合适的信号阵列施加到第一电激励元件4820上以在该第一电激励元件4820中生成水平的棱镜来实现的。第二电激励元件4830可以采用与第一电激励元件4820相似的方式来使用，以便沿着该y轴产生垂直的棱镜并改变图像4810。根据所需的最终图像的位置，第三电激励元件4840用于通过将该系统4800的光焦度调整到更正或更负的光焦度值，来沿着z轴聚焦图像4810。此外，测距装置4850可以用于检测目标的位置，例如在使用者想要聚焦最终图像的图像范围内的传感器。然后，测距装置4850确定该第三电激励元件中所需的聚焦程度以便在三维空间中的预定位置处获得用户需要的最终图像4860。应该了解，测距装置4850可以是上述测距仪实施例的形式，包含集成的电源、控制器和测距系统。

图49是根据本发明一个实施例的电激励光学系统的透视图。如图49所示，电激励光学系统4900包含第一电激励元件4920、第二电激励元件4930和测距装置4950。还是如图49所示，图像4910由三维空间中的第一位置处的箭头表示。该图像还可以是例如光束、激光束或实像或者虚像。因此，该电激励光学系统4900可以用于将图像4910聚焦到三维空间中的预定位置上。该第一电激励元件4920可以用于沿着该x轴和y轴移动或改变该图像4910。这可以通过将合适的信号阵列施加到第一电激励元件4920上以便在该第一电激励元件4920上生成水平的或垂直的棱镜来实现。在本实施例中，该所生成的棱镜与仅仅具有水平的或仅仅具有垂直的棱镜相对，可以具有水平和垂直两部分。根据所需的最终图像位置，该第二电激励元件4930可以用于通过将该系统4900的光焦度调整到更正或更负的光焦度，来沿着z轴聚焦图像4910。此外，测距装置4950可以用于检测目标的位置，例如在使用者想要聚焦最终图像的图像范围内的检测器。然后，测距装置4950可以确定该第二电激励元件中所需的聚焦程度以便在三维空间中的预定位置处获得用户需要的最终图像4960。应该了解，测距装置4950可以是上述测距装置实施例的形式，包含集成的电源、控制器和测距系统。

图50是根据本发明一个实施例的电激励光学系统的透视图。如图50所示，电激励光学系统5000包含第一电激励元件5020和测距装置5050。还是如图50所示，图像5010由三维空间中的第一位置处的箭头表示。该图像可以是例如光束、激光束或实像或者虚像。因此，该电激励光学系统5000可以用于将图像5010聚焦到三维空间中的预定位置上。该第一电激励元件5020可以用于沿着x-轴和y-轴移动或改变该图像5010。这可以通过将合适的信号阵列施加到第一电激励元件5020上以便在该第一电激励元件5020上生成水平的或垂直的棱镜来实现。在本实施例中，该所生成的棱柱与仅仅具有水平的或仅仅具有垂直的棱柱相对，可以具有水平和垂直两部分。此外，根据所需的最终图像的位置，该第一电激励元件5020可以用于通过将该系统5000的光焦度调整到更正或更负的光焦度，来沿着z轴聚焦图像5010。测距装置5050可以用于检测目标的位置，例如在使用者想要聚焦最终图像的图像范围内的检测器。然后，测距装置5050可以确定该第一电激励元件5020中所需的聚焦程度以便在三维空间中的预定位置处获得用户需要的最终图像5060。因此，该光学系统5000可以产生具有与带有棱镜的光学透镜相同光学特性的阵列，该透镜具有固定角度和需要的球面光焦度。应该了解，测距装置5050可以是上述测距仪实施例中的形式，包含集成的电源、控制器和测距系统。

图51是根据本发明一个实施例的电激励光学系统的透视图。如图51所示，电激励光学系统5100包含第一元件5120、第二电激励元件5130和测距装置5150。还是如图51所示，图像5110由三维空间中的第一位置处的箭头表示。该图像可以是例如光束、激光束或实像或虚像。因此，该电激励光学系统5100可以用于将图像5110聚焦到三维空间中的预定点上。该第一元件5120可以用于选择来自图像或光束5110的特定光波长。这可以利用静态单色滤波器或者机械或电子切换的彩色滤波器来实现。该第二电激励元件5130可以用于沿着x轴和y轴移动或改变图像5110。这可以通过将合适的信号阵列施加到第二电激励元件5130上以便在该第二电激励元件5130上生成水平的或垂直的棱镜来实现。在该实施例中，该所生成的棱镜与仅仅具有水平的或仅仅具有垂直的棱镜相对，可以具有水平和垂直两部分。根据所需的最终图像的位置，该第二电激励元件5130也可以用于通过将该系统5100的光焦度调整到更正或更负的光焦度，来沿着z轴聚焦图像5110。此外，测距装置5150可以用于检测目标的位置，例如，在使用者想要聚焦最终图像的图像范围内的检测器。然后，测距装置5150可以确定该第二电激励元件5130中所需的聚焦程度以便在三维空间中的预定位置处获得用户需要的最终图像5160。因此，该光学系统5100可以产生具有与带有棱镜的光学透镜相同光学特性的阵列，该透镜具有固定角度和需要的球面光焦度。应该了解，测距装置5150可以是上述测距装置实施例中的形式，包含集成的电源、控制器和测距系统。

图52是根据本发明一个实施例的电激励光学系统的透视图。如图52所示，电激励光学系统5200包含第一电激励元件5220、第二电激励元件5230和测距装置5250。还是如图52所示，图像5210由三维空间中的第一位置处的箭头表示。该图像可以是例如光束、激光束或实像或虚像。因此，该电激励光学系统5200可以用于将图像5210聚焦到三维空间中的预定位置上。该第一元件5220可以是固定的透镜，用于沿着z轴提供大的或总的最终图像位置的调整。该第二电激励元件5230可以用于沿着该x轴和y轴移动或改变该图像5210。这可以通过将合适的信号阵列施加到第二电激励元件5230上以便在该第二电激励元件5230上生成水平的或垂直的棱镜来实现。在该实施例中，该所生成的棱镜与仅仅具有水平的或仅仅具有垂直的棱镜相对，可以具有水平和垂直两部分。根据所需的最终图像的位置，该第二电激励元件5230还可以用于结合第一元件5220，通过将该系统5200的光焦度调整到更正或更负的光焦度，来沿着z-轴聚焦图像5210。此外，测距装置5250可以用于检测目标的位置，例如，在使用者想要聚焦最终图像的图像范围内的检测器。然后，测距装置5250可以与第一元件5220相结合，确定该第二电激励元件5230所需的聚焦程度以便在三维空间中的预定位置处获得用户需要的最终图像5260。因此，该光学系统5200可以产生具有与带有棱镜的光学透镜相同光学特性的阵列，该透镜具有固定角度和需要的球面光焦度。应该了解，测距装置5250可以是上述测距仪实施例中的形式，包含集成的电源、控制器和测距系统。应该进一步了解，尽管上述仅仅参照图52描述了用于调整最终图像的焦距的固定透镜，但是固定透镜还可以与上述用于在三维空间中调整或聚焦光学图像的任意电激励光学系统一起使用。例如，上述的各种实施例可以用于为记录光学图像而设计的任何成像系统中，例如数字或传统相机、录像机和其它用于记录光学图像的装置。

尽管上面已经描述了本发明的各种实施例，同样其它包含在本发明精神和范围内的实施例也是可行的。例如，除了上述的每个部件外，还可以将眼睛跟踪仪添加到透镜上，从而在聚焦电激励折光基体和为用户进行各种其它功能和服务时，跟踪用户眼睛的移动。而且，尽管已经描述了将组合的LED和辐射检测器用做测距仪，但是其它组件也可以用于完成该项功能。

Claims (63)

1.一种光学透镜系统，包括：

电激励透镜；和

控制器，该控制器连接到该电激励透镜上，设置用于根据来自视野检测器的信号调整该电激励透镜的至少一部分的焦距。

2.如权利要求1所述的光学透镜系统，其中该视野检测器还包括：

测距装置。

3.如权利要求2所述的光学透镜系统，其中该测距装置还包括：

发射器，设置用于产生非可见辐射的第一光束，从而与观察目标相交；和

接收器，设置用于检测从该观察目标反射的非可见辐射的第二光束。

4.如权利要求3所述的光学透镜系统，其中该控制器设置用于根据从该发射器和接收器接收到的信号来确定该观察目标的观察距离。

5.如权利要求3所述的光学透镜系统，其中该测距装置还包括：

第一装置，该第一装置操纵由该发射器产生的第一光束。

6.如权利要求3所述的光学透镜系统，其中该测距装置还包括：

选择性覆盖该发射器的发散透镜。

7.如权利要求3所述的光学透镜系统，其中该测距装置还包括：

第二装置，该第二装置操纵由该接收器接收到的接收光锥。

8.如权利要求3所述的光学透镜系统，其中该测距装置还包括：

选择性覆盖该接收器的接收透镜，该接收透镜设置用于调整由该接收器接收到的接收光锥。

9.如权利要求8所述的光学透镜系统，其中该接收透镜由不透明的材料构成。

10.如权利要求8所述的光学透镜系统，其中该接收透镜还包括缝隙孔。

11.如权利要求10所述的光学透镜系统，其中该缝隙孔基本上是矩形的。

12.如权利要求3所述的光学透镜系统，其中该发射器是激光二极管。

13.如权利要求3所述的光学透镜系统，其中该发射器是LED。

14.如权利要求3所述的光学透镜系统，其中该发射器和该接收器都与电源相连接。

15.如权利要求2所述的光学透镜系统，其中该视野检测器还包括：

斜度开关，用于与该测距装置结合使用。

16.如权利要求1所述的光学透镜系统，还包括：

电源，其与该控制器和视野检测器相连接。

17.如权利要求1所述的光学透镜系统，其中该控制器设置用于根据由视野检测器确定的观察距离，通过调整施加到电激励透镜的至少一部分上的电压，来调整该电激励透镜该部分的焦距。

18.如权利要求1所述的光学透镜系统，其中该视野检测器还包括：

斜度开关。

19.一种在光学系统中与控制器一起使用的测距装置，包括：

发射器，设置用于产生非可见辐射的第一光束，从而与观察目标相交；和

接收器，设置用于检测从该观察目标反射的非可见辐射的第二光束，该控制器设置用于根据从该发射器和接收器接收到的信号来确定该观察目标的观察距离。

20.如权利要求19所述的测距装置，还包括：

选择性覆盖该发射器的发散透镜。

21.如权利要求19所述的测距装置，还包括：

选择性覆盖该接收器的接收透镜，该接收透镜设置用于调整由该接收器接收到的接收光锥。

22.如权利要求19所述的测距装置，其中该接收透镜是由不透明材料构成的。

23.如权利要求19所述的测距装置，其中该接收透镜包含缝隙孔。

24.如权利要求23所述的测距装置，其中该缝隙孔基本上是矩形。

25.如权利要求19所述的测距装置，其中该发射器是激光二极管。

26.如权利要求19所述的测距装置，其中该发射器是LED。

27.如权利要求19所述的测距装置，其中该发射器和该接收器都与电源相连接。

28.一种电激励眼镜，包括：

电激励透镜；和

连接到该电激励透镜上的控制器，该控制器设置用于调整施加到该电激励透镜的至少一部分上的电压，该电压与根据由视野检测器确定的该眼镜的观察距离而为该电激励透镜调整的焦距相关联。

29.如权利要求28所述的眼镜，其中该视野检测器还包括：

测距装置。

30.如权利要求29所述的眼镜，其中该测距装置还包括：

发射器，设置用于产生非可见辐射的第一光束，从而与观察目标相交；和

接收器，设置用于检测从该观察目标反射的非可见辐射的第二光束。

31.如权利要求30所述的眼镜，其中该控制器设置用于根据从该发射器和接收器接收到的信号来确定该观察目标的观察距离。

32.如权利要求30所述的眼镜，其中该测距装置还包括：

第一装置，该第一装置操纵由该发射器产生的第一光束。

33.如权利要求30所述的眼镜，其中该测距装置还包括：

选择性覆盖该发射器的发散透镜。

34.如权利要求30所述的眼镜，其中该测距装置还包括：

第二装置，该第二装置操纵由该接收器接收到的接收光锥。

35.如权利要求30所述的眼镜，其中该测距装置还包括：

选择性覆盖该接收器的接收透镜，该接收透镜配置用于调整由该接收器接收到的接收光锥。

36.如权利要求35所述的眼镜，其中该接收透镜由不透明的材料构成。

37.如权利要求35所述的眼镜，其中该接收透镜包含缝隙孔。

38.如权利要求37所述的眼镜，其中该缝隙孔基本上是矩形。

39.如权利要求30所述的眼镜，其中该发射器是激光二极管。

40.如权利要求30所述的眼镜，其中该发射器是LED。

41.如权利要求29所述的眼镜，其中该视野检测器还包括：

斜度开关，用于与该测距装置结合使用。

42.如权利要求28所述的眼镜，还包括：

电源，其与该控制器和视野检测器相连接。

43.如权利要求28所述的眼镜，其中该控制器设置用于根据由视野检测器确定的观察距离，通过调整施加到该电激励透镜的至少一部分上的电压，来调整电激励透镜该部分的焦距。

44.如权利要求28所述的系统，其中该视野检测器还包括：

斜度开关。

45.一种控制光学透镜系统的方法，包括：

使用视野检测器来测定通过电激励透镜观察到的目标的观察距离；和

根据该观察距离来调整该电激励透镜第一部分的焦距。

46.如权利要求45所述的方法，其中调整该焦距还包括：

将电压施加到该电激励透镜的第一部分上，该电压与所希望的和该观察距离有关的光焦度相关联。

47.如权利要求45所述的方法，其中该视野检测器还包括：

测距装置。

48.如权利要求47所述的方法，其中该测距装置还包括：

发射器，设置用于产生非可见辐射的第一光束，从而与观察目标相交；和

接收器，设置用于检测从该观察目标反射的非可见辐射的第二光束。

49.如权利要求48所述的方法，其中该控制器设置用于根据从该发射器和接收器接收的信号来确定该观察目标的观察距离。

50.如权利要求48所述的方法，其中该测距装置还包括：

第一装置，该第一装置操纵由该发射器产生的第一光束。

51.如权利要求48所述的方法，其中该测距装置还包括：

选择性覆盖该发射器的发散透镜。

52.如权利要求48所述的方法，其中该测距装置还包括：

第二装置，该第二装置操纵由该接收器接收到的接收光锥。

53.如权利要求48所述的方法，其中该测距装置还包括：

选择性覆盖该接收器的接收透镜，该接收透镜设置用于调整由该接收器接收到的接收光锥。

54.如权利要求53所述的方法，其中该接收透镜由不透明的材料构成。

55.如权利要求53所述的方法，其中该接收透镜包含缝隙孔。

56.如权利要求55所述的方法，其中该缝隙孔基本上是矩形的。

57.如权利要求48所述的方法，其中该发射器是激光二极管。

58.如权利要求48所述的方法，其中该发射器是LED。

59.如权利要求47所述的方法，其中该视野检测器还包括：

斜度开关，用于与该测距装置结合使用。

60.如权利要求45所述的方法，还包括：

电源，其与该控制器和视野检测器相连接。

61.如权利要求45所述的方法，其中该控制器设置用于根据由视野检测器确定的观察距离，通过调整施加到该电激励透镜的至少一部分上的电压，来调整电激励透镜该部分的焦距。

62.如权利要求45所述的系统，其中该视野检测器还包括：

斜度开关。

63.一种使用电激励光学系统在三维空间中沿着光轴定位光学图像的方法，包括：

使用第一电激励元件在垂直于光轴的第一平面内水平地改变光学图像；

使用第二电激励元件在垂直于光轴的第一平面内垂直地改变光学图像；

使用视野检测器确定该光学图像沿着该光轴的第一距离；

分析该第一距离以便为聚焦该光学图像确定光焦度的调整；和

通过该光焦度的调整来调整第三元件的光焦度，从而聚焦该光学图像。

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