JP7274723B2 - ワイヤレス充電を用いる眼用レンズのためのシステム、装置、及び方法 - Google Patents

ワイヤレス充電を用いる眼用レンズのためのシステム、装置、及び方法 Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、「ELECTRONIC OPTIC SYSTEM CAPABLE OF ACCEPTING WIRELESS ENERGY」と題された2015年9月16日に出願された米国特許出願第62/219,384号の優先権を主張する。
機能的電子機器を含む眼鏡(電子眼鏡とも称される)は、高度な機能を使用者に提供することができる。例えば、レンズは、電気活性レンズを形成するための電気活性材料を含むことができる。電気活性材料は、通常、電気活性材料に印加する電圧に応じてその屈折率または透過率を変化させる。したがって、電気活性レンズは、その屈折力または透過率を動的に調整することができ、それらは使用者が制御するか、周囲光の強度などの環境条件によって自動的にトリガされる。
電子眼鏡は、機能的電子機器の動作を補助するための電力及び信号を提供するために、眼鏡フレームに補助用電子機器を含む。補助用電子機器は、特に、給電器、トランス、及びフィルタを含むことができる。実際には、これらの補助用電子機器を眼鏡フレームに一体化すると、頻繁に電子眼鏡のサイズが増大し、それによって電子眼鏡の外観に影響を及ぼす。また、補助用電子機器は、電子眼鏡を着用しているときに、使用者に対して快適度を低下させることがある。加えて、眼鏡フレームに適合し得る補助用電子機器は高価な場合があり、そのため、生じる電子眼鏡の総コストを増加させる場合がある。
本明細書に記載のシステム、装置、及び方法は、ワイヤレス充電を用いる眼用システムを対象とする。一例では、眼用装置は、レンズと、レンズに埋め込まれるか取り付けられた、外部装置から電気エネルギーをワイヤレスで受け取る第1のコイルとを含む。本装置はまた、レンズに埋め込まれ、第1のコイルから電気エネルギーをワイヤレスで受け取る第2のコイルを含む。エネルギー貯蔵素子は、レンズに埋め込まれ、第2のコイルに動作可能に連結されて、第2のコイルが受け取った電気エネルギーを貯蔵する。本装置はさらに、レンズに埋め込まれ、バッテリに動作可能に連結され、エネルギー貯蔵ユニットによって貯蔵された電気エネルギーの少なくとも一部を消費する、少なくとも1つの電子要素を含む。
別の例では、眼用装置を動作させる方法が開示されている。眼用装置は、レンズと、レンズに埋め込まれた少なくとも1つの電子要素とを含む。本方法は、レンズに連結された第1のコイルを使用して外部装置から電気エネルギーをワイヤレスで受け取ること、及び第1のコイルから、レンズに埋め込まれた第2のコイルに、ワイヤレスで電気エネルギーを伝送することを含む。また、本方法は、第2のコイルが受け取った電気エネルギーをエネルギー貯蔵素子に貯蔵すること、及びエネルギー貯蔵素子によって貯蔵された電気エネルギーの少なくとも一部を用いて少なくとも1つの電子要素を動作させることを含む。
さらに別の例では、眼鏡が、眼鏡フレームと、眼鏡フレーム内に配置されたレンズとを含む。また、眼鏡は、外部装置から電気エネルギーをワイヤレスで受け取るようにレンズの周囲に配置されたコイルを含む。コイルを電子要素から絶縁するように、コイルと電子要素との間に絶縁体が配置されている。第2のコイルが、第1のコイルから電気エネルギーをワイヤレスで受け取るようにレンズに埋め込まれている。眼鏡はまた、第2のコイルが受け取る電気エネルギーを貯蔵するようにレンズに埋め込まれて第2のコイルに動作可能に連結された、バッテリを含む。さらに、眼鏡は、電源が貯蔵する電気エネルギーの少なくとも一部を消費するようにレンズに埋め込まれてバッテリに動作可能に連結された、電子要素を含む。
前述の概念及び以下により詳細に論じる追加の概念のすべての組み合わせ(提供するそのような諸概念は相互に矛盾しない)が、本明細書に開示している発明の主題の一部であることを企図している旨を理解されたい。特に、本開示の最後に現れる特許請求される主題のすべての組み合わせは、本明細書で開示される発明の主題の一部であるものと企図している。また、参照により組み込まれるいかなる開示にも現れ得る、本明細書で明示的に使用している用語は、本明細書に開示された特定の概念と最も矛盾の生じない意味に一致するようにすべきであるという点を理解されたい。
当業者であれば、図面は主に説明を目的としたものであり、本明細書に記載している発明の主題の範囲を限定することを意図していないことを理解するであろう。図面は必ずしも縮尺通りではない。いくつかの例で、本明細書で開示している発明の主題の様々な態様は、異なる特徴の理解を容易にするために、図面に誇張または拡大して示していることがある。図面において、同様の参照符号は、全般的に、同様の特徴(例えば、機能的に類似及び/または構造的に類似している要素)を示している。
ワイヤレス充電を用いる眼用システムの概略図を示す。 ワイヤレス充電を用い、エネルギー貯蔵用の薄膜電池を備える眼用システムの概略図を示す。 ワイヤレス充電用のリピータコイルを備えた眼用システムの概略図を示す。 ワイヤレス充電用のレゾネータコイルを備えた眼用システムの概略図を示す。 内部コイルとリピータコイルとの間に非共振結合を伴う眼用システムの概略図を示す。 内部コイルとレゾネータコイルとの間に非共振結合を伴う眼用システムの概略図を示す。 ワイヤレス充電を用いる一対の眼鏡レンズの概略図を示す。 レンズの厚み部の周囲でコイルを使用するワイヤレス充電を用いる一対の眼鏡レンズの概略図を示す。 同心構成で配置されたリピータコイルと内部コイルを含むコンタクトレンズの概略図を示す。 リピータコイルと、レンズとレンズフレームとの間に配置されたバッテリとを含む眼用システムを示す。 リピータコイルと、レンズとレンズフレームとの間に配置されたバッテリとを含む眼用システムを示す。 リピータコイルと、レンズとレンズフレームとの間に配置されたバッテリとを含む眼用システムを示す。 リピータコイルと、レンズとレンズフレームとの間に配置されたバッテリとを含む眼用システムを示す。 ワイヤレス充電を用いる眼用装置を動作させる方法を示す。
ワイヤレス充電を用いる眼用装置
眼鏡フレーム内へ補助用電子機器を一体化するという従来の電子眼鏡における課題に対処するために、本明細書に記載のシステム、装置、及び方法は、電子眼鏡内の機能的電子機器に給電するためのワイヤレスエネルギー伝送手法を使用する。この手法では、眼用装置は、レンズと、レンズの機能性を高めるためにレンズの中または上に配置された電子要素とを含む。眼用装置は、外部装置(例えば、ワイヤレス充電器)からのエネルギー(または電力)をワイヤレスで受け取る第1のコイルを含み、受け取ったエネルギー(または電力)を電子要素に連結された第2のコイルにワイヤレスで伝送して、電子要素に供給する。
第1のコイルは、ワイヤレス充電を容易にするリピータの一部として機能することができる。リピータを備えた眼用装置は、眼用装置の電力を消費する素子の位置、大きさ、形状、及び数に関係なく、ワイヤレスで充電することができる。さらに、リピータを使用して磁束を集中させることによって、ワイヤレス給電の効率を高めることができる。
従来の電子眼鏡と比較して、本明細書に記載の眼用装置は、より少ない構成要素を有するようにでき、また、装置内の構成要素はより小型であってよく、それによって装置全体がよりコンパクトになる。装置内の電子要素は、眼鏡フレームに取り付けられるかさばる電子要素なしに眼鏡フレームから独立して給電され、それによって眼鏡の美的外観を維持する。
図1は、ワイヤレス充電を用いる眼用装置100の概略図を示す。装置100は、レンズフレーム132内に配置されたレンズ130と、レンズ130に配置された電子要素150とを含む。第1のコイル110が、外部装置105からワイヤレスエネルギーまたは電力を受け取るように、レンズ130に取り付けられている。第2のコイル120が、第1のコイル110からワイヤレスエネルギーまたは電力を受け取り、受け取ったエネルギーをエネルギー貯蔵ユニット140(エネルギー貯蔵素子140とも称される)に伝送するように、レンズ130に取り付けられている。エネルギー貯蔵ユニット140は、当該電力の少なくとも一部を電子要素150に供給する。
図1に示すような第1のコイル110は、レンズ130とレンズフレーム132との間に配置される。別の例で、第1のコイル110は、レンズ130に埋め込まれるか、レンズ130に固定されることがある。この場合、第1のコイル110は、透明導電性酸化物(TCO)などの透明導電性の材料で作製することができる。あるいは、第1のコイル110は、着用者の視界への干渉を低減するように、レンズ130の周辺(つまり、レンズフレーム132に実質的に近接する)に配置することができる。さらに別の例では、第1のコイル110は、レンズ130の厚み部の周囲にあってもよい(例えば、図8参照)。さらに別の例で、第1のコイル110は、レンズ130の前面または後面に配置する場合がある。
さらに別の例では、第1のコイル110をレンズフレーム132に一体化することができる。例えば、レンズフレーム132は中空管を含むことができ、第1のコイル110を中空管内に配置することができる。さらに別の例では、第1のコイル110は、レンズフレーム132の前面または後面に配置することができる。
第1のコイル110は、様々な方法で外部装置105と通信することができる。一例では、第1のコイル110が、外部装置105からエネルギーを受け取るが、この装置が、ワイヤレス充電器、またはワイヤレスエネルギーを伝送することができる他の任意の装置である場合である。別の例で、第1のコイル110が、外部装置105から制御信号を受信して、電子要素150の動作を制御することがある。さらに別の例では、第1のコイル110が、外部装置105からデータを受信することがある。この場合、外部装置105は、コントローラ、プロセッサ、スマートフォン、コンピュータ、ラップトップ、タブレット、またはワイヤレス送信機を備えた任意の他の適切な装置を含むことができる。
第1のコイル110は、外部装置105に信号を送信することもできる。例えば、第1のコイル110は、電子要素150の動作データを外部装置105に送信することができ、外部装置105は、動作データを分析し、電子要素150の動作データに基づいて制御信号を与えることができる。別の例では、第1のコイル110は、エネルギー貯蔵ユニット140に関する状態の情報を外部装置105に送信することができる。外部装置105は、エネルギーの貯蔵が少ないという通知に応じて、エネルギー貯蔵ユニット140を充電する充電処理を開始できる。
あるいは、エネルギー貯蔵ユニット140の充電を自動的に行うことができる。例えば、外部装置105と第1のコイル110とが閾値距離内にある限り、充電処理を開始することができる。閾値距離は、約5cm以上(例えば、約5cm、約10cm、約20cm、約50cm、約1m、約2m、約5m、約10m、約20m、約50m以上であり、間の任意の値及びサブレンジを含む)であってよい。充電は、連続的でも周期的でもよい。あるいは、閾値距離は5cm未満であってもよい。例えば、外部装置105は、充電のために第1のコイル110(及びレンズ130)を受け入れて固定するためのドッキングステーション(ドックとも称される)を含むことができる。
第1のコイル110と外部装置105との間の通信は、様々な技術を用いて行うことができる。一例では、第1のコイル110及び外部装置105は、誘導結合することができる。この場合、外部装置105は誘導充電によって第1のコイル110にエネルギーを伝送することができる。
別の例では、外部装置105と第1のコイル110とは共振結合することができる。例えば、外部装置105は、磁気共鳴電力伝送技術を介して第1のコイル110にエネルギーを伝送する共振トランスとして機能する場合がある。磁気共鳴電力伝送は、同じ周波数で共振するように調整した2つのコイル間の電気エネルギーの伝送である。共振ベースの充電器は、動作のモードのいかなる特定の理論にも束縛されることなく、電磁結合の原理に基づいて、高共振コイル(例えば、外部装置105に含まれるコイル)に振動電流を導入して、振動する電磁界を作り出すことができる。同じ共振周波数を有する別のコイル(例えば、第1のコイル110)は、電磁界から電力を受け取り、電力を電流に戻す変換ができる。その電流は、電子要素150に給電し、及び/またはエネルギー貯蔵ユニット140を充電するために使用できる。
共振充電は、空間的自由度において、特有の利点を付与することができ、共振充電器とも称される外部装置105が、第1のコイル110と分離できるようにする。磁気共鳴ワイヤレス伝送は、非放射モードのエネルギー伝送であり、代わりに近傍磁界に依存する。磁界は、ヒトや動物を含む生物との相互作用が通常弱いため、生物学的応用に安全であるとみなされている。
一例では、第1のコイル110と外部装置105とは、近傍界共振結合を利用して結合させる。この場合、外部装置105と第1のコイル110との間の距離は、第1のコイル110の直径の実質的に5倍以下にすることができる。近傍界共振結合は高効率であることができ、それは、第1のコイル110と外部装置105に含まれる伝送コイルとの予め設定された角度及び/または向きに依拠し得る。
別の例では、第1のコイル110と外部装置105とは、準遠方界共振結合を利用して結合させる。この場合、外部装置105と第1のコイル110との間の距離が、第1のコイル110の直径の約5倍~約1000倍であってよい。準遠方界共振結合における電力伝送効率は、第1のコイル110と外部装置105に含まれる伝送コイルとの間の予め設定された相対的な角度方向に依拠し得る。
さらに別の例では、第1のコイル110と外部装置105とは、遠方界共振結合を利用して結合させる。この場合、外部装置105と第1のコイル110との間の距離が、第1のコイル110の直径の1000倍より大きい。第1のコイル110と外部装置105に含まれる伝送コイルとの間の角度の向きに対して、遠方界共振結合は影響を受けにくい。2つのコイル(第1のコイル110及び外部装置105の伝送コイル)をインピーダンス整合させて伝送効率を高めることができる。例えば、2つのコイル110及び120の形状、寸法、及び抵抗は、インピーダンス整合を達成するように構成することができる。
非共振及び共振誘導充電以外に、外部装置105から第1のコイル110にエネルギーを伝送するために、他の技術を使用することもできる。一例では、第1のコイル110は、無線周波数識別装置(RFID)技術を用いてエネルギーを受け取ることができ、これにより外部装置105がRF波を介して第1のコイル110にエネルギーを伝送することが可能になる。また、RFID技術により、外部装置105が第1のコイル110にデータを送信したりそこからデータを読み取ったりすることも可能になる。別の例では、外部装置105は、マイクロ波を介して第1のコイルにエネルギーを伝送することができる。さらに別の例では、外部装置105は、超音波を介して第1のコイルにエネルギーを伝送することができる。
さらに別の例では、外部装置105は、WiFi信号を介して第1のコイル110と通信することができる。さらに別の例では、外部装置105は、ブルートゥース信号を介して第1のコイル110と通信することができる。これらの場合、外部装置105と第1のコイル110との間の通信は双方向であってよい、すなわち第1のコイル110も外部装置105にデータを送信することができる。
第1のコイル110は、外部装置105から電気エネルギーを受け取ったことに応答して、第2のコイル120を励起及び励磁し、第2のコイル120に電気エネルギーを伝送する。この様式では、第1のコイル110は、外部装置105から電気エネルギーを第2のコイル120に中継するリピータまたはリピータの一部として機能し得る。一例では、第1のコイル110と第2のコイル120との間のエネルギー伝送は、非共振誘導充電を利用して達成することができる。第1のコイル110は、通常、第2のコイル120の近傍にあるので、この誘導充電の効率を高くすることができる。別の例では、第1のコイル110と第2のコイル120との間のエネルギー伝送は、上述のような共振充電を利用して達成することができる。第1のコイル110は、エネルギーを伝送する以外に、制御信号またはデータを第2のコイル120に送信するためのアンテナとしても機能することができる。
一例では、第1のコイル110はレンズ130から離れて配置されている。例えば、第1のコイル110は、レンズフレーム132上に配置することができる。別の例では、第1のコイル110は、レンズフレーム132のテンプル部上に配置することができる。さらに別の例では、第1のコイル110は、レンズフレーム132のアイ・ワイヤ部上に配置することができる。これらの場合、第2のコイル120は、レンズ130の中または上に配置でき、電子要素150に給電するために電子要素150に電気的に結合する(例えば、エネルギー貯蔵素子140は、ここでは任意選択であり得る)。第2のコイル120は、電子要素150に送信される電圧を制御するコントローラ(図1には示さず)に接続することもできる。コントローラはまた、電子要素に送られる信号の変調、周波数、電力、及び/または信号の他のパラメータを制御することができる。さらに別の例では、外部装置105は、第1のコイル110に伝送される信号の電圧、電力、周波数、及び/または他のパラメータ(エネルギーを含む)を制御する。この場合、レンズ130またはレンズフレーム132に含まれる構成要素の数を低減することができる。
図1は、第1のコイル110及び第2のコイル120が各々単一のループを含むことを示している。あるいは、第1のコイル110と第2のコイル120との各々は、複数のループを含むことができる。一例では、複数のループは同じ導電性ワイヤによって形成される。別の例では、複数のループは複数のワイヤによって形成され、互いに実質的に同心であり得る。
一例では、レンズ130が屈折力を有することがある。別の例では、レンズ130が屈折力を有さない場合がある。この場合、装置100は、とりわけ、バーチャルリアリティ(VR)、拡張現実感(AR)、複合現実感(MR)及び眼の保護などの用途に使用することができる。
エネルギー貯蔵素子140は、第2のコイル120により供給されるエネルギーを貯蔵するために様々な技術を使用することができる。一例では、エネルギー貯蔵装置140は、再充電可能バッテリなどのバッテリを含む。上記のワイヤレスエネルギー伝送技術を用いた簡便な再充電に起因して、装置100に使用するバッテリは小型にすることができる。例えば、バッテリの横方向の寸法(例えば、長さ)は、2.5cm未満(例えば、2.5cm未満、2cm未満、1.5cm未満、1cm未満、8mm未満、または5mm未満であり、間の任意の値及びサブレンジを含む)であってよい。再充電可能バッテリは、薄膜電池(例えば、薄膜リチウムイオン電池)を使用して、装置100の小型の形状因子を達成することができる。
別の例では、エネルギー貯蔵素子140は、コンデンサを含むことができる。さらに別の例では、エネルギー貯蔵ユニット140は、ウルトラキャパシタとも称されるスーパーキャパシタを含むことができる。スーパーキャパシタは、重量のキログラムあたり最大15~35ワット時の電気エネルギーを貯蔵することができる。
図1では、エネルギー貯蔵素子140は、電子要素150から離れて配置されている。別の例では、エネルギー貯蔵素子140は、電子要素150内に配置されてもよい。さらに別の例では、エネルギー貯蔵素子140は、レンズフレーム132上に配置されてもよい。さらに別の例では、エネルギー貯蔵素子140は、レンズ130の周囲に沿って配置され得る。さらに別の例では、エネルギー貯蔵素子140は、電子要素150の周囲に沿って配置され得る。さらに別の例では、エネルギー貯蔵素子140は、第1のコイル110と実質的に平行に配置され得る(例えば、図10A~図10Dを参照)。絶縁層を、第1のコイル110とエネルギー貯蔵ユニット140との間に配置することができる。
装置100内の電子要素150は、レンズ130の機能を向上させることができ、またはレンズ130に追加の機能を加えることができる。例えば、電子要素150は、液晶などの電気活性材料で作られた電気活性素子を含む。当技術分野で理解されているように、特定の液晶材料は、印加電圧に応答して屈折率を変化させる。レンズ130と組み合わせる場合、電気活性素子の屈折率が変化すると、装置100の総屈折力を変えることができ、それによって、装着者による屈折力の動的調整が可能になる。電気活性素子に関するさらなる情報は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第9,155,614号に見出すことができる。
別の例では、電子要素150は、電気活性素子を含むことができる。これは、電気活性素子にわたって印加された電圧に応答してその透過率を変化させる。透過率の変化は広帯域であってよく、この場合、電気活性素子は中性フィルタとして機能することができる。あるいは、透過率の変化を狭帯域とすることができ、それに応じて、電気活性素子は、1つまたは複数の波長では光を透過するが、他の波長では透過させないバンドパスフィルタとして機能することができる。
さらに別の例では、電子要素150は、1つまたは複数のセンサを含むことができる(例えば、以下の図7及び図8を参照)。例えば、電子要素150は、着用者の動きをモニタするための加速度計を含むことができる。別の例では、電子要素150は、周囲光を検出することができる光検出器をさらに含むことができる。加速または周囲光の検出は、電気活性素子の屈折率または透過率を制御するために使用することができる。さらに別の例では、電子要素150は、UV放射のレベルを検出するための紫外線(UV)センサをさらに含むことができる。高レベルのUV光に応答して、装置100は、着用者の目を保護するようにUV光の透過率を減少させることができる。
さらに別の例では、電子要素150は、着用者と対象物との間の距離を測定するレンジファインダをさらに含むことができる。この距離は、装置100の屈折力(焦点距離とも称される)を制御するために使用することができる。さらに別の例では、電子要素150は、着用者の2つの瞳孔の間の距離を測定する瞳孔間距離用センサをさらに含み得る。電子要素150は、装着者の瞳孔間距離に応答して屈折力を増減させることができる。さらに別の例では、電子要素150は、周囲温度などの温度を測定するための熱センサをさらに含むことができる。
電子要素150は、装置100を制御するための特定用途向け集積回路(ASIC)などの1つまたは複数の回路をさらに含むことができる。別の例では、電子要素150は、周波数変調及び復調のための回路を含むことができる。この回路は、第1のコイル110及び/または第2のコイル120が変調信号を送受信することを可能にし得る。さらに別の例では、電子要素150は、信号を送受信するための1つまたは複数の共振回路をさらに含むことができる。電子要素150は、メモリなどのデータ記憶ユニットをさらに含むことができる。また、電子要素150はデータ管理を容易にするためのバッファを含むことができる。
装置100は、様々な用途に使用することができる。一例では、装置100は、眼鏡レンズに使用することができる。別の例では、装置100は、電子コンタクトレンズに使用することができ、その場合、レンズフレーム132は、ヒドロゲルのような軟質材料で作ることができる。さらに別の例では、装置100は、電子機器用レンズに使用することができる。さらに別の例では、装置100は、電子診断用レンズに使用することができる。さらに別の例では、装置100は、電子セキュリティ用レンズに使用することができる。さらに別の例では、装置100は、電子カメラ用レンズに使用することができる。
さらに別の例では、装置100は、健康管理に関連する電子レンズに使用することができる。さらに別の例では、装置100は、製造に関連する電子レンズ(例えば保護ゴーグル)に使用することができる。さらに別の例では、装置100は、バーコード走査に関連する電子レンズに使用することができる(例えば、電子要素150はバーコードリーダを含むことができる)。さらに別の例では、装置100は検査に関連する電子レンズに使用することができる。さらに別の例では、装置100は、通信(例えば、ビデオ通話またはビデオ会議)で使用することができる。さらに別の例では、装置100は、輸送に関連する電子レンズに使用することができる(例えば、電子要素150が運転者に運転の方向を伝えることができる)。
図2は、ワイヤレス充電を用い、エネルギー貯蔵用の薄膜電池を備える眼用システム200の概略図を示す。システム200は、レンズフレーム232内に配置されたレンズ230を含む。電子要素250は、装置200の機能を改善するようにレンズ230に連結されている。システム200は、外部装置205から電力を受け取るための第1のコイル210を含む。受け取ったエネルギーは、例えば誘導充電を介して第2のコイル220に伝送される。薄膜電池240(電力帯とも称される)は、第2のコイル220が受け取った電気エネルギーを貯蔵し、電子要素250に給電するために、電子要素250の実質的に周囲に配置される。
薄膜電池240の厚さは、2mm未満(例えば、2mm未満、1.5mm未満、1mm未満、900μm未満、800μm未満、700μm未満、600μm未満、500μm未満、400μm未満、または300μm未満であり、間の任意の値及びサブレンジを含む)であってよい。したがって、装置200は、実質的に滑らかな表面及びほぼ任意の所望の形状因子を有することができる。薄膜電池240は、レンズ230に埋め込むことができる。あるいは、薄膜電池240は、レンズ230の前面または後面上に配置することができる。
図3は、ワイヤレス充電用のリピータを備える眼用システム300の概略図を示す。システム300は、レンズ330を保持するレンズフレーム332を含む。レンズ330とレンズフレーム332との間には、外部装置305からワイヤレスエネルギーを受け取る第1のコイル312が配置される。リピータ要素314は、第1のコイル312と作動可能に連結されて、リピータ310を形成し、第1のコイル310と外部装置305との間でのワイヤレスエネルギーの伝送を容易にする。第2のコイル320がレンズ330に連結され、第1のコイル310によって伝送された電気エネルギーを受け取り、受け取ったエネルギーを内部電子要素345及び導電路342を介して電子要素350(例えば、電気活性素子)に伝送する。
システム300は、着用者のための眼鏡レンズまたは眼鏡として構成することができる。導電路342は、着用者の視覚との潜在的な干渉を低減するために、透明な導電性材料で作ることができる。図3に示す第2のコイル320は、レンズ330の角に配置される。あるいは、第2のコイル320は、電子要素350の周囲に配置でき、第1のコイル312と略同心にして、ワイヤレスでのエネルギー伝送の効率を向上させることができる。この場合、第2のコイル320は、透明な導電性材料で形成することもできる。
システム300は、第2のコイル320が受け取ったエネルギーを貯蔵するための任意選択のエネルギー貯蔵素子(図示せず)をさらに含むことができる。あるいは、システム300はエネルギー貯蔵素子を含まなくてもよく、電子要素350は、第2のコイル320によって直接給電される。この場合、外部装置305は、電子要素350の連続動作を可能にするために、第1のコイル310に連続的な充電を供給することができる。
図4は、ワイヤレス充電用のレゾネータを備えた眼用システム400の概略図を示す。システム400は、レンズ430を保持するレンズフレーム432を含む。第1のコイル412は、レンズ430の周辺に沿って配置され、外部装置405からワイヤレスエネルギーを受け取る。レゾネータ電子部414は、第1のコイル412と動作可能に連結されて、レゾネータ410を形成し、第1のコイル410と外部装置405との間のエネルギー伝送効率を高めることができる。電子要素450は、レンズ430に連結され、内部電子部455を介してレゾネータ410によって給電される。レゾネータ電子部414と内部電子部455とを互いに接近させて配置すると、エネルギー伝送を改善することができる。
図5は、内部コイル520(第2のコイルとも称される)とリピータコイル512(第1のコイル512とも称される)との間で非共振結合する眼用システム500の概略図を示す。システム500は、レンズ530とレンズフレーム532との間に配置された第1のコイル512に電気エネルギーをワイヤレスで伝送するための外部装置505を含む。リピータ電子要素514は、第1のコイル512に連結されてリピータ510を形成することにより、第1のコイル512と外部装置505との間のエネルギー伝送を容易にする。第2のコイル520は、第1のコイル512からエネルギーを受け取るためにリピータ電子要素514に近接して配置される。導電路522は、レンズ530上にまたはその中に配置されて、第2のコイル520から電子要素550に電力を伝導する。
図6は、内部コイル620とレゾネータコイル612との間を非共振結合する眼用システム600の概略図を示す。システム600は、レンズフレーム632内に配置されたレンズ630を含む。第1のコイル612は、レンズ630とレンズフレーム632の間にはさまれ、外部装置605からのワイヤレスエネルギーを受け取る。レゾネータ電子部614は、第1のコイル612に連結されてレゾネータ610を形成し、レゾネータ610は、第1のコイル612が受け取ったエネルギーを第2のコイル620に伝送する。第2のコイル620及びレゾネータ電子部614は、互いに近接して配置され、エネルギー伝送効率を高める。第2のコイル620はさらに、内部電子部622を介して電子要素650に電気エネルギーを伝送する。
図7は、ワイヤレス充電によって給電することができる電子要素を備えた眼鏡700の概略図を示す。眼鏡700は、レンズフレーム732内に配置された一対のレンズ730a及び730bを含む。各レンズ730a及び730bは、上述したような電気活性素子などの電子要素(図7に示していない)を含む。第1のコイル群710aは、第1のレンズ730aに連結しているか、埋め込まれており、第2のコイル群710bは、第2のレンズ730bに連結しているか、埋め込まれている。2つのコイル群710a及び710bは、外部装置705からワイヤレスエネルギーを受け取るように構成されている。眼鏡700はまた、各々がコイル群710a及び710bの各々に連結された2つのエネルギー貯蔵ユニット740を含む。エネルギー貯蔵ユニット740は、コイル710a及び710bからエネルギーを受け取るための内部コイルを含むことができ、その場合、コイル710a及び710bは、リピータ及び/またはレゾネータとして機能することができる。システム700は、コイル710bに動作可能に連結されたセンサ760をさらに含む。センサ760は、加速度計、光検出器、UV検出器、熱センサ、レンジファインダ、またはそれらの組み合わせを含む、上述のセンサのいずれかを含むことができる。
2つのコイル群710a及び710bは各々、図7に示すように、3つのループを含む。3つのループは、1本または複数のワイヤによって形成することができる。他のループ数をコイル710a及び710bに使用することもできる。例えば、2つのコイル群710a及び710bの各々は、3つより多い(例えば、3より多い、5より多い、10より多い、15より多い、または20より多い場合があり、間にある任意の値やサブレンジを含む)ループを含み得る。一例では、2つのコイル群710a及び710bは、同じ数のループを含む。別の例では、2つのコイル群710a及び710bは、例えば各レンズ(730aまたは730b)内の異なる電子装置に給電するために、異なる数のループを含む。
図8は、各レンズの厚み部(すなわち、対応するレンズの光軸を含むかそれに平行な面)の周りにコイル810a及び810bを使用する、ワイヤレス充電を用いる眼鏡800の概略図を示す。眼鏡800は、レンズフレーム832に配置された一対のレンズ830a及び830bを含む。2つのレンズ830a及び830bの各々は、各々の電子光学部850a及び850bに給電するために、外部装置805からエネルギーを受け取る各々のコイル810a及び810bを含む。眼鏡800はまた、コイル810a及び810bが受け取るエネルギーを貯蔵するための1つまたは複数のエネルギー貯蔵素子840を含む。エネルギー貯蔵素子840は、例えば非共振または共振誘導充電を介してコイル810a及び810bからエネルギーを受け取るための内部コイル(図8には示さず)を含むことができる。
眼鏡800は、レンズフレーム832のテンプル部上に配置された第1のセンサ860aと、レンズフレーム832のアイ・ワイヤ部上に配置された第2のセンサ860bとをさらに含む。2つのセンサは、上述のいずれかのセンサを含み得る。さらに、追加のセンサを眼鏡800に含めることもできる。追加のセンサは、特に、アイ・ワイヤ上の場合、レンズ上の場合、レンズ内に埋め込まれる場合、レンズフレーム832のブリッジ部の場合を含む任意の適切な位置に配置することができる。
コイル810aと810bとは、各々のレンズ830aと830bの上部上に配置されている。コイル810aと810bとは、例えば図7でわかるように、レンズの周囲に沿って形成されるのではなく、レンズ830aと830bとの厚み部の周囲に形成される。
図9は、リピータコイル910及び内部コイル920を同心構成で含む眼用システム900(例えば、コンタクトレンズまたは眼内レンズ)の概略図を示す。システム900は、外縁932を有するレンズ930を含む。第1のコイル910(外部コイル、またはリピータコイル、またはアンテナとも称される)が、ワイヤレスエネルギーを外部装置905から受け取るようにレンズ930の外縁932上に配置されている。第1のコイル910は、外部装置905に信号またはデータを送信することもできる(すなわち、アンテナとして機能する)。外縁932の内側で、第2のコイル920(内部コイルとも称される)が、第1のコイル910によって伝送されたエネルギーを受け取るようにレンズ930に連結されている。第1のコイル910及び第2のコイル920は、互いに実質的に同心であることにより、2つのコイル910と920との間のエネルギー伝送効率を高める。
また、システム900はレンズ930の中央に、電気活性材料を含む電気活性素子950を含む。電気活性素子950は、内部電子部922を介して第2のコイル920によって給電され、例えば、電圧コントローラ、周波数変調器、及び/または復調器、または任意の他の電子機器を含むことができる。
一例では、電気活性素子950は、レンズ930内に埋め込まれている。別の例では、電気活性素子950は、レンズ930の前面及び/または後面上に配置されている。さらなる別の例では、電気活性素子950の一部がレンズ930の一方の面上に配置されるのに対し、電気活性素子950の別の部分は、レンズ930の他方の面上に配置され得る。例えば、電気活性素子は、2つの透明電極の間に配置された液晶層を含むことができる。液晶は、レンズ930内に埋め込むことができ、2つの電極の各々は、レンズ930の各々の面上に配置することができる(すなわち、前面上に一方の電極、及び後ろ面上に他方の電極)。
図10A~図10Dは、コイル(例えば、図1の第1のコイル110)、及びレンズとレンズフレームとの間に配置されたバッテリを含む眼用システム1000を示す。図10Aは、レンズフレーム1032内に配置されたレンズ1030を含むシステム1000の正面図を示す。図10Bは、システム1000の側面図を示す。図10Cは、システム1000の一部分の拡大図を示す。拡大図は、第1のコイル1010(アンテナとも称される)を示す。これは、レンズ1030とレンズフレーム1032との間に配置されたリピータの一部である。
図10Dは、さらなる拡大図を示す。この図面において、レンズ1030はウエッジの形状を有するベベル部1035を有する。バッテリ1040(または任意の他のエネルギー貯蔵素子)がレンズのベベル1035のウエッジ面上に配置されている。絶縁層1015がバッテリ1040上に配置されている。第1のコイル1010は、実質的にレンズのベベル1035のウエッジ面の先端かつ絶縁層1015の上方に配置されており、第1のコイル1010をバッテリ1040から絶縁する。
システム1000は、レンズ1030とレンズフレーム1032との間の空間に、第1のコイル1010とバッテリ1040とを一体化している。これにより、レンズ1030上の任意の領域を用いずに第1のコイル1010とバッテリ1040をシステム1000にしっかりと固定することができ、これにより、着用者の視界への干渉が低減される。
ワイヤレス充電を用いる眼用装置を動作させる方法
図11は、ワイヤレス充電を用いる眼用装置を動作させる方法1100を示す。眼用装置は、上述した眼用装置やシステムのいずれかを含むことができる(例えば、図1~図10D参照)。
方法1100のステップ1110において、眼用装置内の第1のコイルを使用して、外部装置からワイヤレスで電気エネルギーを受け取る。このエネルギー伝送は、例えば、誘導充電、磁気共鳴充電、超音波エネルギー伝送、マイクロ波エネルギー伝送、WiFi、ブルートゥース、または当技術分野で知られている任意の他のワイヤレスエネルギー伝送技術を使用して達成することができる。方法1100のステップ1120において、第1のコイルは、受け取ったエネルギーを眼用装置の第2のコイルに伝送する。第1のコイルと第2のコイルとの間のエネルギー伝送は、上記の誘導充電及び/または共振充電を利用して達成することができる。一例では、第1のコイルは、外部装置から電気エネルギーを第2のコイルに中継するリピータとして機能することができる。別の例では、第1のコイルは、エネルギーを第2のコイルに伝送するためのレゾネータとして機能することができる。
方法1100のステップ1130において、第2のコイルが受け取った電気エネルギーは、エネルギー貯蔵素子に貯蔵される。エネルギー貯蔵素子の例としては、特に、再充電可能バッテリ、薄膜電池、コンデンサ、及びスーパーキャパシタなどが挙げられるが、これらに限定されない。あるいは、エネルギー貯蔵素子は任意選択であり、眼用装置は第2のコイルによって直接給電され得る。
方法1100のステップ1140において、電子要素は、エネルギー貯蔵素子に貯蔵された電気エネルギーを消費するか、第2のコイルから直接消費する。一例では、電子要素は、電子要素に印加された電圧に応答して、その伝送を変更することができる。この場合、眼用装置は、光検出器を含むことができる。それは、周囲光レベルをモニタして電子要素に印加される電圧を制御する。別の例では、電子要素は、電子要素に印加される電圧に応答して、その屈折率(及び屈折力)を変化させることができる。この場合、眼用装置はレンジファインダを含むことができ、眼用装置と対象物(すなわち、着用者が見たい対象)との間の距離を測定して、電子要素に印加される電圧を制御する。
結論
様々な本発明の実施形態を本明細書に記載し説明してきたが、当業者は、機能を実行し、及び/または結果を得るための様々な他の手段及び/または構造、及び/または本明細書に記載された1つまたは複数の利点、及びそのような変形及び/または改変の各々は、本明細書に記載された本発明の実施形態の範囲内にあるとみなされる旨を容易く思い浮かべるであろう。より一般的には、当業者は、本明細書に記載されるすべてのパラメータ、寸法、材料、及び構成が例示であることを意図し、実際のパラメータ、寸法、材料及び/または構成は、本発明の教示が使用される特定の適用または複数の適用に依拠することを容易に認識するであろう。当業者は、定常的な実験のみを用いて、本明細書に記載の特定の本発明の実施形態に対する多くの均等物を認識するか、確認することができる。したがって、前述の実施形態は単なる例示として提示されていること、及び添付の特許請求の範囲及びそれとの均等物の範囲内で、本発明の実施形態は、具体的に記載され、特許請求される以外の方法で実施され得ることが理解されるべきである。本開示の本発明の実施形態は、本明細書に記載される各々の個々の特徴、システム、物品、材料、キット、及び/または方法を対象とする。さらに、そのような特徴、システム、物品、材料、キット、及び/または方法が相互に矛盾しない場合、2つ以上のそのような特徴、システム、物品、材料、キット及び/または方法の任意の組み合わせが、本開示の本発明の範囲内に含まれる。
また、様々な発明概念を、1つまたは複数の方法として具体化することができ、その例を提供している。方法の一部として実行される行為は、任意の適切な方法で順序付けることができる。したがって、図示しているものと異なる順序で行為が行われる実施形態を構築してもよく、例示的な実施形態では連続的な行為として示されているのであっても、いくつかの行為を同時に実行することを含んでもよい。
本明細書において定義され、使用されているすべての定義は、辞書の定義、参照により組み込まれた文献の定義、及び/または定義された用語の通常の意味を調整するものと理解すべきである。
本明細書及び特許請求の範囲で使用される不定冠詞「a」及び「an」は、明確にそうでないと示していない限り、「少なくとも1つ」ということを意味する点を理解すべきである。
本明細書及び特許請求の範囲で使用される「and/or(及び/または)」という語句は、そのように結合された要素の「どちらかまたは両方」、すなわち、結合して存在する場合も、分離して存在する場合もある要素を意味すると理解するべきである。「and/or(及び/または)」と列挙された複数の要素は、同じように、すなわちそのように結合された要素の「1つまたは複数」と解釈されるべきである。具体的に特定された要素と関連するか関連しないかにかかわらず、「and/or(及び/または)」という句によって具体的に特定される要素以外の他の要素が、任意選択に存在してもよい。したがって、非限定的な例として、「comprising(含む)」などのオープンエンドの言葉と併せて使用される場合、「A and/or B(A及び/またはB)」への言及は、一実施形態では、Aのみ(任意選択でB以外の要素を含む)、別の実施形態では、Bのみ(任意選択で、A以外の要素を含む)、さらに別の実施形態では、AとBの両方(任意選択で他の元素を含む)などを示し得る。
本明細書及び特許請求の範囲で使用されるとき、「or(または)」は、上で定義した「and/or(及び/または)」と同じ意味を有すると理解すべきである。例えば、列挙する事柄を分ける場合、「or(または)」及び/または「and/or(及び/または)」は包括的であると解釈されるものとし、すなわち、要素の数または列挙の少なくとも1つである場合だけでなく、1つより多い場合を含み、任意選択で列挙されていない追加の事柄を含む。「only one of(の1つだけ)」または「exactly one of(のまさに1つ)」などの、逆であることを明確に示す用語、または特許請求の範囲において使用しているときの「consisting of(からなる)」のみが、複数の要素または要素の列挙のまさに1つの要素を含むことを示す。一般に、本明細書で使用される「or(または)」という用語は、「either(どちらか)」、「one of(の1つ)」、「only one of(の1つだけ)」や、「exactly one of(のまさに1つ)」などの排他的な語が先行する場合、排他的な代用物(すなわち、「一方または他方であるが両方ではない」)を示していると専ら解釈するものとする。「Consisting essentially of(本質的に~からなる)」は、特許請求の範囲で使用するとき、特許法の分野で使用されている通常の意味を有するものとする。
本明細書及び特許請求の範囲において使用される場合、1つまたは複数の要素の列挙を参照した、「at least one(少なくとも1つ)」という語句は、要素の列挙のいずれか1つまたは複数の要素から選択される少なくとも1つの要素を意味し、必ずしも、要素の列挙内で特に挙げられているすべての要素の少なくとも1つを含むのではなく、要素の列挙の任意の組合せの要素を除外しないと理解すべきである。この定義はまた、具体的に特定されているその要素に関連していても関連していなくても、「at least one(少なくとも1つ)」という語句が指し示す要素の列挙内で具体的に特定されている要素以外に、要素が任意選択で存在し得ることを可能にする。したがって、非限定的な例として、「at least one of A and B(AとBの少なくとも1つ)」(または同等に「at least one of A or B(AまたはBの少なくとも1つ)」または同等に「at least one of A and/or B(A及び/またはBの少なくとも1つ)」)は、一実施形態で、Bが存在せずに少なくとも1つの、任意選択で2つ以上のAを含む(及び任意選択でB以外の要素を含む)ことを示している場合があり、別の実施形態では、Aが存在せずに少なくとも1つの、任意選択で2つ以上のBを含む(及び任意選択でA以外の要素を含む)ことを示している場合があり、さらに別の実施形態では、少なくとも1つの、任意選択で2つ以上のAを含み、かつ少なくとも1つの、任意選択で2つ以上のBを含む(及び任意選択で他の要素を含む)ことを示している場合などがある。
上述の明細書のみならず、特許請求の範囲においても、「comprising(含む)」、「including(含む)」、「carrying(担持する)」、「having(有する)」、「containing(含有する)」、「involving(関与する)」、「holding(保持する)」、「composed of(構成される)」などのすべての移行句は、オープンエンド、すなわち、含むがそれに限定されないことを意味している旨を理解すべきである。「consisting of(からなる)」、「consisting essentially of(から本質的になる)」という移行句のみが、各々米国特許商標庁の特許審査便覧2111.03に記載されているように、クローズドまたはセミクローズドな移行句であるものとする。

Claims (12)

  1. 眼鏡レンズと、
    外部装置から電気エネルギーをワイヤレスで受け取るように前記眼鏡レンズに埋め込まれたエネルギー受取りコイルと、
    前記エネルギー受取りコイルによって受け取られる前記電気エネルギーの少なくとも一部を消費するように前記眼鏡レンズに埋め込まれた少なくとも1つの電子要素と、
    前記エネルギー受取りコイルが受け取る電気エネルギーを貯蔵するように、前記眼鏡レンズに埋め込まれているとともに前記エネルギー受取りコイルに動作可能に連結された、エネルギー貯蔵素子と
    を含む、眼用装置であって、
    前記少なくとも1つの電子要素が、前記エネルギー貯蔵素子に貯蔵された前記電気エネルギーを消費する、前記眼用装置。
  2. エネルギー貯蔵素子が、再充電可能バッテリ、コンデンサ、又はスーパーキャパシタの少なくとも1つを含む、請求項1に記載の眼用装置。
  3. エネルギー貯蔵素子が、少なくとも1つの電子要素の周囲に配置された薄膜電池を含む、請求項1に記載の眼用装置。
  4. エネルギー受取りコイルに連結された、外部装置からエネルギー受取りコイルへの電気エネルギー伝送効率を高めるレゾネータ電子部をさらに含む、請求項1に記載の眼用装置
  5. エネルギー受取りコイルが、眼鏡レンズに埋め込まれている、請求項4に記載の眼用装置。
  6. エネルギー受取りコイルが、磁気共鳴又は磁気誘導を介して外部装置から電気エネルギーを受け取るように構成されている、請求項1に記載の眼用装置。
  7. 眼鏡レンズを保持するフレームをさらに含む、請求項1~6のいずれかに記載の眼用装置。
  8. 眼鏡レンズが屈折力を有していない、請求項1~のいずれかに記載の眼用装置。
  9. 少なくとも1つの電子要素が、
    電気活性素子への電圧の印加に応答して変化する透過率を有する前記電気活性素子を含む、請求項1に記載の眼用装置。
  10. 少なくとも1つの電子要素が、
    電気活性素子への電圧の印加に応答して変化する屈折率を有する前記電気活性素子を含む、請求項1に記載の眼用装置。
  11. 眼用装置の着用者と対象物との間の距離を測定するように、電気活性素子に動作可能に連結されたレンジファインダをさらに含み、
    電圧が前記距離に少なくとも部分的に基づいている、
    請求項10に記載の眼用装置。
  12. 眼鏡フレームと、
    前記眼鏡フレームに配置されたレンズと、
    外部装置から電気エネルギーをワイヤレスで受け取るように前記レンズに埋め込まれたエネルギー受取りコイルと、
    記エネルギー受取りコイルが受け取る前記電気エネルギーを貯蔵するように、前記レンズに埋め込まれているとともに、前記エネルギー受取りコイルに動作可能に連結された、エネルギー貯蔵素子と、
    前記エネルギー貯蔵素子が貯蔵する前記電気エネルギーの少なくとも一部を消費するように、前記レンズに埋め込まれているとともに前記エネルギー貯蔵素子に動作可能に連結された、電子要素と
    を含む、眼鏡。
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