自动对焦眼镜:老视矫正的未来?

文摘   2024-10-21 23:02   浙江  

一般而言,老视前期是指年龄在35-45岁,老视早期是指45-52岁,老视晚期或绝对性老视是指年龄大于52岁,目前全球有超过 18 亿人,近1/4人口受老视的影响。近年来随着我国人口老龄化加速,老视患病人数正呈逐年增长趋势。相关数据显示,2021年中国老视人口超3.9亿。

虽然存在几种类型的眼镜和隐形眼镜来矫正老视,但这些传统的矫正形式在某些方面存在不足。双光镜、渐进多焦点镜片(渐进镜)和其他多焦点镜片会降低深度知觉和边缘对比敏感度,增加跌倒受伤的风险,随着年龄的增长,其他感觉,如前庭和躯体感觉系统会退化,老年人更加依赖视觉。此外,在进行需要左右转头的任务时,渐进镜的表现可能不佳,并且周边存在散光问题。单光眼镜,如阅读镜或电脑镜,可避免这些问题,但人们往往因为携带多副眼镜不方便,或者更糟糕的是忘记另一副眼镜而不选择它们。最后,与双光镜和单光眼镜相比,单眼视和同时视隐形眼镜在视力、立体视和近距离任务表现等指标上存在不足。

显然,大家对现有的解决方案并不是完全满意。笔者曾在仅一款老视滴眼液,获7800万美元融资!一文中提到,仅一款老视适应证的眼药水就获得了高额融资。那么,除了局部用药的解决方案,光学矫正方向的技术发展又如何呢?下面为大家介绍几款分别来自不同国家在智能变焦(自动对焦)方向上探索的光学矫正方案。


01 日本Elcyo

Elcyo,一家大阪大学的衍生公司,目前总部位于京都。Elcyo 正在开发“自动对焦眼镜”,该眼镜采用其独特的菲涅尔液晶镜片技术,可自动调节焦距。Elcyo 自动对焦眼镜的主要特点:自动对焦任何距离的物体、视野宽广、设计轻薄、无视觉失真。

Elcyo自主研发的菲涅尔液晶透镜技术是这款自适应聚焦眼镜的关键。结合了“液晶镜片”和“菲涅尔镜片”的特点。

什么是液晶镜片?

大多数眼镜使用的镜片都是塑料或玻璃。然而,Elcyo 开发的这种眼镜被称为“自动对焦眼镜”,它使用一种称为“液晶镜片”的特殊镜片。这种镜片具有独特的结构,其中大量液晶分子被封装在透明基板内(下图)。

当对液晶透镜施加电压时,某些液晶分子的方向会发生变化,从而改变光线穿过透镜时的弯曲方式。通过调节电压,可以创建与传统凸透镜或凹透镜相同的光波前,从而使透镜能够聚焦或散射光线。此外,可以通过微调电压自由调整焦点。
图 :(中)当不施加电压时,光的波前在穿过液晶透镜时保持不变。(左)当在一个方向上施加电压时,光会聚到一个点,就像穿过凸透镜一样。(右)当在相反方向施加电压时,光会发散,就像穿过凹透镜一样。

 

菲涅尔液晶透镜使可调焦眼镜成为可能

通过这项创新,“薄而大口径”的菲涅尔液晶镜片非常适合用于眼镜,能够大幅减小液晶镜片的厚度并增加其直径,使其在日常眼镜佩戴中更加舒适实用。 凭借这项突破性技术,Elcyo 克服了液晶镜片的传统局限性,例如厚度大、视野狭窄等。

此外,变焦范围与传统液晶镜片相当换句话说,这项技术可以让眼镜“易于使用”并且“无论你看向何处都能提供清晰的焦点”。


图:使用菲涅尔液晶透镜的眼镜(之前的原型)

自动对焦功能让“自动适应你”的眼镜成为可能

Elcyo 正在积极推进自动对焦技术的开发,以打造能够自动精确调整以适应佩戴者视力需求的下一代眼镜,无论佩戴者是老视、散光、弱视还是近视。通过在配备菲涅尔液晶镜片的眼镜上添加自动对焦功能,可以制造出“自动对焦眼镜”。这种眼镜可以根据佩戴者的眼球运动改变对焦,无需手动调整。 该项目目前仍处于相对早期的阶段。

图:自动对焦眼镜(概念图)


此外,利用 Elcyo 专有的菲涅尔液晶镜片技术,可制造出能让用户无需单独戴镜就能调整度数的 XR 眼镜,有望提供更舒适、更身临其境的体验,还可能解决 “XR 眩晕” 问题。


02 斯坦福大学

2019 年 6 月,斯坦福大学三位工程师 Nitish Padmanaban、Robert Konrad 和 Gordon Wetzstein 的研究发表,部分资金来自英特尔和 Nvidia 等大型科技公司。他们的研究结果提出自动对焦镜片是渐进镜片的有力替代品


为了进行研究,他们发明了一种使用眼球追踪技术的镜片,这种技术可以跟踪瞳孔的精确运动,不断重新确定正在检查的区域以及该区域与眼镜佩戴者的距离。这是由内置软件计算出来的,镜片中充满了一种液体,这种液体会对电流作出反应并处理镜片中的调整。这些液态玻璃镜片的工作原理与解剖晶状体类似:当视野发生变化时,镜片会膨胀或收缩、扩张或缩回,甚至随着聚焦的实时变化而变厚或变薄。

在对 56 名志愿者使用原型进行一系列试验后发现,与使用渐进镜片相比,自动对焦镜片可以让患者更快、更有效地完成各种日常任务。佩戴这种眼镜不仅让他们无论测试距离多远都能享受更清晰的视力,而且他们还称赞其与普通眼镜相比重新聚焦的速度。


5年前,该模型当时仍然只是原型,此外也很笨重,因此无法用于日常佩戴。他们目前研究是缩小镜框的尺寸,使其更舒适、更适合日常使用。虽然研究人员认为,轻巧、环保、时尚的模型还需要几年时间才能投入商业使用,但他们仍然坚信自动对焦镜片是光学矫正的未来。


03 Morrow Optics

来自比利时纳米技术研究机构 Imec 前主任的初创公司 Morrow Optics 创造了一副模仿人眼睛自然调节功能的主动式眼镜。通过专有的利用液晶的薄膜镜片技术,只需按下一个按钮,一个小电流就会激活液晶,瞬间改变光的折射。在短短 0.6 秒内,就可以轻松地将焦点从近处切换到远处。

智能眼镜使用创新型可调液晶镜片,防水等级为IP68,具有防反射和硬涂层,0.75D/24mm 光学增强功能。符合最高光学质量标准。使用随附的 USB 线,充电时间不到 30 分钟,超过 2 天平均续航时间。即使电池耗尽,在紧急情况下仍可完全正常工作。此外已经过 CE 认证在售,厂家为该产品提供 2 年工厂保修。

乍一看,Morrow Optics 眼镜与其他眼镜没什么不同。但仔细观察,会发现它们配备了隐藏在镜腿中的纳米技术,只需轻轻一按即可开启或关闭老视矫正功能。



04 蔡司&图宾根大学

德国图宾根大学眼科研究所和蔡司合作用固态激光雷达相机和可调镜片开发老花眼矫正眼镜。相关研究于2022年发表,主要聚焦于对基于液膜的可调透镜和固态激光雷达相机反馈系统的评估,包括对可调透镜的技术鉴定、视觉演示器的设置以及对人体测量装置的评估等方面,并取得了一系列成果,如验证技术可行性、优化光学性能、提出设计创新思路以及评估了技术潜力等。虽然该研究尚未提及有最终的产品被开发出来,这些成果为老花眼镜的开发提供了重要的理论基础和技术方向。

随着全球老视患者数量的不断增加,传统的老视矫正方法已无法完全满足人们的需求。幸运的是,创新技术的发展为我们提供了新的解决方案。从Elcyo的自动对焦眼镜、斯坦福大学的液态玻璃镜片,到Morrow Optics的智能变焦眼镜,以及蔡司与图宾根大学的激光雷达相机反馈系统,这些突破性的技术不仅提高了老视矫正的效率和舒适度,还为未来光学矫正的发展指明了方向。我们期待这些创新产品能够早日投入市场,为老视患者带来更加清晰和便捷的视觉体验。

青白视角
中国医学装备协会眼科专委会产融结合学组常务副组长,执业医师/美国注册管理会计师(CMA)/项目管理专业人士资格认证(PMP)。青白视角,让眼科创新创业更高效。
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