(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
まばたき及びまばたきパターンを検出する方法であって、
個人の眼に装着されているコンタクトレンズに埋め込まれたセンサを用いて、既定の速度で、個人の眼に入射する光をサンプリングし、かつ収集したサンプルをまばたきのサンプル履歴として少なくとも一時的に保存することと、
ビット単位毎に、前記まばたきのサンプル履歴およびまばたきテンプレートの排他的論理和演算を行うことで、前記まばたきのサンプル履歴および前記まばたきテンプレートを比較し、まばたきマスクを用いて、前記まばたきテンプレートの論理値が変化する付近にマスクをして、まばたきに関する誤差のマージンが許可されるように、反転した前記まばたきマスクおよび反転した前記排他的論理和演算の論理和演算を行うことで、まばたきにおけるパターンを決定することと、
を含む方法。
【請求項２】
デバイスを制御するステップを更に含む、請求項１に記載のまばたき及びまばたきパターンを検出する方法。
【請求項３】
前記デバイスを制御するステップが、電子眼科用レンズを起動しかつ制御することを含む、請求項２に記載のまばたき及びまばたきパターンを検出する方法。
【請求項４】
まばたき及びまばたきパターンを検出するためのシステムであって、
個人の眼に装着されるコンタクトレンズに埋め込まれ、眼に入射する光の強度に対応する信号を出力するよう構成された光検出器と、
前記光検出器からの前記信号を受信し、かつ前記眼に入射する前記光に対応する増幅された信号を発生する更なる処理のために、その電力レベルを増強するよう構成された増幅器と、
前記増幅された信号を受信するよう構成された処理装置であって、該処理装置は、既定の速度でサンプリングし、少なくとも一時的に収集されたサンプルをまばたきのサンプル履歴として保存し、ビット単位毎に、前記まばたきのサンプル履歴およびまばたきテンプレートの排他的論理和演算を行うことで、前記まばたきのサンプル履歴および前記まばたきテンプレートを比較し、まばたきマスクを用いて、前記まばたきテンプレートの論理値が変化する付近にマスクをして、まばたきに関する誤差のマージンが許可されるように、反転した前記まばたきマスクおよび反転した前記排他的論理和演算の論理和演算を行うことで、まばたきにおけるパターンを決定する、処理装置と、
を備えるシステム。
【請求項５】
コントローラおよびアクチュエータを更に備える、請求項４に記載のまばたき及びまばたきパターンを検出するためのシステム。
【請求項６】
前記システムが、電子眼科用レンズでの実施のために構成される、請求項５に記載のまばたき及びまばたきパターンを検出するためのシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０１２年４月３日に出願された米国特許仮出願第６１／６１９，６８２号の利益を主張するものである。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、個人がいつまばたきするかを検出するためのセンサ並びに関連するハードウェア及びソフトウェアを有する電動又は電子眼科用レンズに関し、特に、電動又は電子眼科用レンズを作動させかつ制御するために、個人のまばたき及びまばたきパターンを検出するためのセンサ並びに関連するハードウェア及びソフトウェアに関する。
【背景技術】
【０００３】
電子デバイスの小型化が継続するにつれ、多様な用途のための着用可能又は埋め込み可能なマイクロ電子デバイスが形成される可能性が益々高まっている。それらの用途には、身体化学（body chemistry）の局面の監視、自動的に、測定値に応答して、又は外部制御信号に応答して、を含む様々な機構を介した、制御された用量の薬物又は治療薬の投与、及び器官又は組織のパフォーマンスの増強が挙げられる。それらのデバイスの例には、グルコース注入ポンプ、ペースメーカー、除細動器、補助人工心臓及び神経刺激装置が挙げられる。用途の新しい、特に有用な分野は、眼科用の着用可能なレンズ及びコンタクトレンズにある。例えば、着用可能なレンズは、電子的に調整可能な焦点を有して、眼のパフォーマンスを増強し又は向上させるレンズアセンブリを組み込むことができる。別の例では、着用可能なコンタクトレンズは、調整可能な焦点を有し又は有さずに、電子センサを組み込んで、前角膜（涙膜）中の特定の化学物質の濃度を検出することができる。レンズアセンブリ内に埋め込まれた電子機器の使用は、電子機器との通信のための、電子機器に動力供給する及び／又は再励起させる方法のための、電子機器を相互接続するための、内部及び外部感知及び／又は監視、並びに電子機器及びレンズの全体の機能の制御のための潜在的要求を導入する。
【０００４】
ヒトの眼は、数百万の色を識別し、変化する光条件を容易に調整し、及び信号又は情報を、高速インターネット接続を越える速度で脳に伝達する能力を有する。コンタクトレンズ及び眼内レンズ等のレンズは、現在、近視（近眼）、遠視（ｆａｒｓｉｇｈｔｅｄｎｅｓｓ）及び老視及び乱視等の視力障害を補正するように使用されている。しかしながら、追加の構成要素を組み込んだ、適切に設計されたレンズを使用して、視力を向上させ、また視力障害を補正することができる。
【０００５】
コンタクトレンズは、近視、遠視、乱視並びに他の視力障害を補正するように使用され得る。コンタクトレンズは、着用者眼の自然な外観を改良するためにも使用され得る。コンタクトレンズ又は「コンタクト」は、眼の前面上に配置される簡単なレンズである。コンタクトレンズを医療装置と見なし、視力を矯正するために、及び／又は美容上若しくは他の治療上の理由から装着してもよい。コンタクトレンズは、視力を向上させるために、１９５０年以降商業的に利用されている。初期のコンタクトレンズは、硬質材料から作製又は製造され、比較的高価で脆弱であった。加えて、これらの初期のコンタクトレンズは、コンタクトレンズを通して結膜及び角膜に十分な酸素を透過しない材料から作製され、このことは、いくつかの臨床的副作用を引き起こす可能性があった。これらのコンタクトレンズが依然として利用されているが、それらは、初期快適性が低いため、全ての患者に適していない。当分野における最近の開発は、ヒドロゲルに基づいて、現在非常に好評であり、広く利用されているソフトコンタクトレンズを生み出した。具体的には、現在利用可能なシリコーンヒドロゲルのコンタクトレンズは、非常に高い酸素透過率を有するシリコーンの利点を、ヒドロゲルの実証された快適性及び臨床成績と組み合わせている。本質的に、シリコーンヒドロゲルを利用したコンタクトレンズは、より高い酸素透過性を有し、一般に、初期の硬い材料で作成されたコンタクトレンズより着用が快適である。
【０００６】
従来のコンタクトレンズは、特定の形状を有して、上記に簡潔に示した様々な視力問題を補正する高分子構造である。高い機能性を達成するために、様々な回路及び構成要素がこれらの高分子構造に一体化される必要がある。例えば、制御回路、マイクロプロセッサ、通信装置、電力供給装置、センサ、アクチュエータ、発光ダイオード、及び小型アンテナが、特注の光電子構成要素を介してコンタクトレンズ内に一体化されて、視力を補正するだけでなく、視力を向上させかつ本明細書に説明する追加の機能性を提供し得る。電子及び／又は電動コンタクトレンズは、ズームイン及びズームアウト能力を介して、又は単にレンズの屈折能力を変更することを介して、向上された視力を提供するように設計され得る。電子及び／又は電動コンタクトレンズは、色及び分解能を向上させ、テクスチャ情報を表示し、言語をリアルタイムで字幕に翻訳し、ナビゲーションシステムからの視覚的合図を提供し、かつ画像処理及びインターネットアクセスを提供するように設計され得る。レンズは、着用者が、暗い光の状況下で見ることを可能にするよう設計され得る。レンズ上の適切に設計された電子機器及び／又は電子機器の配置により、可変焦点光学レンズを有することなく、例えば画像を網膜上に投影することが可能となり、新奇な画像ディスプレーを提供し、また起床警告さえも提供し得る。代替的に、又はこれら若しくは同様の機能に加えて、コンタクトレンズは、着用者のバイオマーカー及び健康指標を非侵襲的に監視するための構成要素を組み込んでもよい。例えば、レンズ内に構築されたセンサは、糖尿病患者が、血液を抜き取る必要性を有さずに、涙膜の構成成分を分析することによって、血糖値を把握することを可能にし得る。加えて、適切に構成されたレンズは、コレステロール、ナトリウム及びカリウム、並びに他の生物学的マーカーのレベルを監視するためのセンサを組み込み得る。無線データ送信機に結合されたこのセンサは、患者が試験所に到着し、血液を抜き取る無駄な時間を有する必要なく、医師が患者の血液成分をほぼ即時に入手することを可能にし得る。加えて、レンズ内に構築されたセンサは、周辺光条件を補正するために又はまばたきパターンを決定する使用のために眼に入射する光を検出するよう使用され得る。
【０００７】
デバイスの適切な組み合わせは、潜在的に無制限の機能性を提供し得るが、光学等級のポリマーの一部分上に特別な構成要素を組み込むことに関連した、多数の困難が存在する。一般に、それらの構成要素をレンズ上に直接製造すること、及び、非平面状の表面に平面状のデバイスを装着及び相互接続することは、多数の理由により困難である。一定の縮尺で製造することも困難である。レンズ上又はレンズ内に配置される構成要素は、眼上の液体環境から保護されると共に、小型化され、かつ１．５平方センチメートルのみの透明ポリマー上に一体化される必要がある。追加の構成要素による付加的な厚さを有するコンタクトレンズを、着用者にとって心地よく安全なものにすることも困難である。
【０００８】
コンタクトレンズ等の眼科デバイスの面積及び体積の制約、並びにそのデバイスが使用される環境を考慮すると、デバイスの物理的実現は、その大部分が光学プラスチックを含む非平面状の表面に、多数の電子構成要素を装着し相互接続することを含む、多数の問題を克服しなければならない。したがって、機械的かつ電気的に頑丈な電子コンタクトレンズを提供する必要がある。
【０００９】
これらが電動レンズであるために、電子機器を走行させるためのエネルギー又は特に電流消費が、眼科用レンズのためのスケールでバッテリ技術が提供される上での懸念材料となる。通常の電流消費に加えて、この種の電動デバイス又はシステムは、潜在的に広範囲な動作パラメータを保証するための待機電流蓄積、精密な電圧制御及び交換能力、かつ例えば数年間待機状態であった後に、単回の充電で１８時間までのバースト消費を一般的に必要とする。結果的に、必要とされる電力を提供すると同時に、低コスト、長期間の高信頼サービス、安全性及びサイズを最適化するシステムへの要求が存在する。
【００１０】
加えて、電動レンズに関連する機能性の複雑さ及び電動レンズを含む全ての構成要素間の高レベルの相互作用のために、電子機器及び電動眼科用レンズを含む光学素子の全体の操作を統合かつ制御するための要求がある。結果的に、安全で、低コスト、及び高い信頼性があり、低率の電力消費を有しかつ眼科用レンズへの組み込みのためにスケーラブルであるような、他の構成要素の全ての動作を制御するためのシステムへの要求がある。
【００１１】
電動又は電子眼科用レンズは、電動又は電子眼科用レンズを使用する個人からのある特殊な生理学的機能を考慮しなければならない場合がある。より具体的には、電動レンズは、例えば、個人が装着しない場合の、所定の期間におけるまばたきの回数、まばたきの持続時間、まばたき間の時間及び可能なまばたきパターンの任意の数が挙げられるまばたきを考慮しなければならない場合がある。まばたき検出はまた、例えば、まばたきが電動眼科用レンズの１つ又は２つ以上の状況を制御するための手段として使用され得るなど、特定の機能性をもたらすよう使用されてもよい。更には、光の強度のレベルにおける変化等の外部因子、及びヒトの瞼が遮断する可視光線の量が、まばたきを判定する場合に考慮されなければならない。例えば、部屋が５４〜１６１ルックスの間の照明レベルを有する場合、光センサは、人がまばたきする場合に発生する光の強度の変化を検出するのに十分なほど高感度であるべきである。
【００１２】
周辺光センサ又は光センサは、例えば、テレビで室内灯に応じて輝度を調整するために、照明器具で夕暮れ時にスイッチを入れるために、及び電話でスクリーン輝度を調整するためなど、多くのシステム及び製品で使用されている。しかしながら、現在使用されているセンサシステムは、コンタクトレンズに組み込むために十分に小型ではなく及び／又は十分に低い電力消費量を有さない。
【００１３】
例えば、まばたき検出器の別のタイプは、例えば、コンピュータ上にデジタル化されたカメラなどの人の眼に向けられるコンピュータビジョンシステムで実現され得ることに注目することもまた重要である。コンピュータで走行するソフトウェアは、眼が開閉などの視覚パターンを認識することができる。これらシステムは、診断的目的及び研究のために眼科の臨床現場で使用され得る。上記の検出器及びシステムとは異なり、これらシステムは、オフアイ使用を目的とされ、眼から離れて見るよりはむしろ目を見るためのものである。これらシステムはコンタクトレンズに組み込まれるよう十分に小型ではないが、使用されるソフトウェアは、電動コンタクトレンズと共に稼働するであろうソフトウェアに類似し得る。いずれのシステムも、入力から学んで、それに応じてそれらの出力を調整する人工神経ネットワークのソフトウェア実装を援用することができる。あるいは、統計、他の順応性のアルゴリズム、及び／又は信号処理を援用する非生物学系のソフトウェア実装が、スマートなシステムを生み出すために使用され得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
したがって、まばたきなどの特定の生理学的機能を検出し、センサによって検出されたまばたきシーケンスのタイプに従って、電子又は電動眼科用レンズを作動させ及び／又は制御するためにそれらを使用する手段及び方法に対する要求が存在する。使用されるセンサは、コンタクトレンズでの使用のためにサイズ設定されかつ構成されるべきである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明によるまばたき検出アルゴリズムは、上に簡単に説明したような従来技術に伴う制限を克服する。より具体的には、本発明のまばたき検出アルゴリズムは、電動眼科用レンズにおいて機能性を制御するために、通常のまばたきパターンと特殊な意図的なまばたきパターンとの間を識別することが可能である。本発明のまばたき検出アルゴリズムはまた、コンタクトレンズに一体化されることも可能である。
【００１６】
一態様によると、本発明は、まばたき及びまばたきパターンを検出するための方法に関する。この方法は、既定の速度で、個人の眼に入射する光をサンプリングし、かつ少なくとも一時的に収集したサンプルを保存すること、収集したサンプルからまばたきの回数、期間及びパルス幅を推測するために、いつ瞼が開き又は閉じられるかを決定すること、所定の期間におけるまばたきの回数及びまばたきの持続時間を計算すること、まばたきの回数、所定の期間におけるまばたきの持続時間、及び所定の期間におけるまばたき間の時間を、１つ又は２つ以上の既定の意図的まばたきシーケンスを表す保存されたサンプルのセットと比較して、まばたきにおけるパターンを決定すること、及びそのまばたきが既定の意図的まばたきシーケンスの１つ又は２つ以上に一致するどうかを判定することを含む。
【００１７】
別の態様によると、本発明は、まばたき及びまばたきパターンを検出するためのシステムに関する。このシステムは、眼に入射する光の強度に対応する信号を出力するよう構成された光検出器と、光検出器からの信号を受信し、眼に入射する光に対応する増幅された信号を発生するための更なる処理のためにその電力レベルを増強するよう構成された増幅器と、増幅された信号を受信するよう構成された処理装置とを備え、この処理装置は、既定の速度でサンプリングし、かつ少なくとも一時的に収集したサンプルを保存し、収集したサンプルからまばたきの数、期間及びパルス幅を推測するために、いつ瞼が開き又は閉じられるかを決定し、所定の期間におけるまばたきの回数及びまばたきの持続時間を計算し、まばたきの回数、所与の期間におけるまばたきの持続時間、及び所与の期間におけるまばたき間の時間を、保存されたサンプルのセットと比較して、まばたきにおけるパターンを決定し、かつそのまばたきが１つ又は２つ以上の意図的まばたきシーケンスに一致するかどうかを判定する。
【００１８】
本発明は、内蔵される場合、可変焦点光学素子を作動させることを含む任意の数の機能を実施する電子システムを備える電動コンタクトレンズに関する。この電子システムは、１つ又は２つ以上のバッテリ又は他の電源、電力管理回路、１つ又は２つ以上のセンサ、クロック発生回路機構、制御アルゴリズム及び回路、及びレンズドライバ回路を含む。
【００１９】
電動眼科用レンズの制御は、手持ち式の遠隔ユニットなどのレンズと無線で通信する手動で操作される外部デバイスを通して達成され得る。あるいは、電動眼科用レンズの制御は、着用者からの直接的な信号のフィードバック又は制御を介して達成され得る。例えば、レンズ内に構築されたセンサは、まばたき及び／又はまばたきパターンを検出することが可能である。まばたきのパターン又はシーケンスに基づいて、電動眼科用レンズは、近くの物体又は遠方の物体のいずれかに焦点を合わせるために、例えばその屈折力などの状態を変更することができる。
【００２０】
まばたき検出アルゴリズムは、例えば、瞼が開いているか閉じているか、まばたきの開閉持続時間、まばたき間の持続時間、及び所定の期間におけるまばたきの回数などのまばたきの特性を検出するシステムコントローラの構成要素である。本発明による例示のアルゴリズムは、特定のサンプル速度での眼に入射する光をサンプリングすることに基づく。予め定められたまばたきパターンが保存され、入射光サンプルの最新の履歴と比較される。パターンが整合する場合、まばたき検出アルゴリズムは、例えばレンズの屈折力を変更するようレンズドライバを作動させるために、システムコントローラ内の活動を引き起こす。
【００２１】
本発明のまばたき検出アルゴリズム及び関連する回路は、適度に広範囲な照明条件にわたって動作するのが好ましく、意図的まばたきシーケンスを無意図的まばたきと識別することができることが好ましい。電動眼科用レンズを作動させる及び／又は制御するように意図的まばたきを使用するためには最小限の訓練が要求されることも好ましい。本発明のまばたき検出アルゴリズム及び関連する回路は、電動又は電子コンタクトレンズを介してまばたきを検出するために、安全で、低コスト、及び信頼性の高い手段及び方法を提供し、これはまた、電動又は電子眼科用レンズを作動させる又は制御するうちの少なくとも１つのために、低率の電力消費を有しかつ眼科用レンズへの援用のためにスケーラブルである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
本発明の上記に述べた特徴及び利点、並びに他の特徴及び利点は、添付の図面に示されるような以下の本発明の好ましい実施形態のより詳細な説明から明らかとなるであろう。
【図１】本発明のいくつかの実施形態によるまばたき検出システムを備える例示のコンタクトレンズを示す。
【図２】本発明による、時間に対して様々な光の強度レベルで記録された可能な無意図的まばたきパターン及び最大光強度レベルと最小光強度レベルとの間のいくつかの点に基づく使用可能な閾値レベルを示している、時間に対する眼の表面上の光入射のグラフ表現を示す。
【図３】本発明によるまばたき検出システムの例示の状態遷移図。
【図４】本発明による受信した光信号を検出かつサンプリングするために使用される光検波経路の図式の表現。
【図５】本発明によるデジタル状態調節論理のブロック図。
【図６】本発明によるデジタル検出論理のブロック図。
【図７】本発明による例示のタイミング図。
【図８】本発明によるデジタルシステムコントローラを概略的に表現したもの。
【図９】本発明による自動利得制御のための例示のタイミング図。
【図１０】本発明による例示の集積回路ダイ上の光遮断及び光通過領域の図式の表現。
【図１１】本発明による、電動コンタクトレンズのためのまばたき検出器を含む電子インサートの図式の表現。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
従来のコンタクトレンズは、特定の形状を有して、上記に簡潔に示した様々な視力問題を補正する高分子構造である。高い機能性を達成するために、様々な回路及び構成要素がこれらの高分子構造に一体化され得る。例えば、制御回路、マイクロプロセッサ、通信装置、電力供給装置、センサ、アクチュエータ、発光ダイオード、及び小型アンテナが、特注の光電子構成要素を介してコンタクトレンズ内に一体化されて、視力を補正するだけでなく、視力を向上させ、また本明細書に説明する追加の機能性を提供し得る。電子及び／又は電動コンタクトレンズは、ズームイン及びズームアウト能力を介して、又は単にレンズの屈折能力を変更することを介して、向上された視力を提供するように設計され得る。電子及び／又は電動コンタクトレンズは、色及び分解能を向上させ、テクスチャ情報を表示し、言語をリアルタイムで字幕に翻訳し、ナビゲーションシステムからの視覚的合図を提供し、かつ画像処理及びインターネットアクセスを提供するように設計され得る。レンズは、着用者が、暗い光状況下で見ることを可能にするよう設計され得る。レンズ上の適切に設計された電子機器及び／又は電子機器の配置により、可変焦点光学レンズを有することなく、例えば画像を網膜上に投影することが可能となり、新奇な画像ディスプレーを提供し、また起床警告さえも提供し得る。代替的に、又はこれら若しくは同様の機能に加えて、コンタクトレンズは、着用者のバイオマーカー及び健康指標を非侵襲的に監視するための構成要素を組み込んでもよい。例えば、レンズ内に構築されたセンサは、糖尿病患者が、血液を抜き取る必要性を有さずに、涙膜の構成成分を分析することによって、血糖値を把握することを可能にし得る。加えて、適切に構成されたレンズは、コレステロール、ナトリウム及びカリウム、及び他の生物学的マーカーのレベルを監視するためのセンサを組み込み得る。無線データ送信機に結合されたこのセンサは、患者が試験所に到着し、血液を抜き取る無駄な時間を有する必要なく、医師が患者の血液成分をほぼ即時に入手することを可能にし得る。加えて、レンズ内に構築されたセンサは、周辺光条件を補正するために又はまばたきパターンをの判定することでの使用のために眼に入射する光を検出するよう使用され得る。
【００２４】
本発明の電動又は電子コンタクトレンズは、上述した視力障害のうちの１つ又は２つ以上を有する患者の視力を補正し及び／若しくは向上させ、又は他の有用な眼科機能を実行するのに必要な要素を含む。加えて、本発明の電子コンタクトレンズは、単に正常な視力を向上させるよう使用され、又は上述した非常に様々な機能性を提供し得る。電子コンタクトレンズは、可変焦点光学レンズを含んでもよく、組み立てた前方光学がコンタクトレンズ内に埋め込まれ、又は、レンズを有さない電子機器を単に任意の好適な機能性のために埋め込んでいる。本発明の電子レンズは、上述したような任意の数のコンタクトレンズ内に組み込むことができる。加えて、眼内レンズもまた、本明細書に記載された様々な構成要素及び機能性を組み込むことができる。しかしながら、説明を容易にするために、本開示は、単回使用、１日使い捨てを意図する、視力障害の補正のための電子コンタクトレンズに焦点を当てる。
【００２５】
本発明は、可変焦点光学素子又は任意の他のデバイス若しくは実行され得る多数の機能の多くを実現するよう構成されたデバイスを作動させる電子システムを備える、電動眼科用レンズ又は電動コンタクトレンズにおいて使用されることが可能である。この電子システムは、１つ又は２つ以上のバッテリ又は他の電力供給源、電力管理回路、１つ又は２つ以上のセンサ、クロック発生回路、制御アルゴリズム及び回路、及びレンズドライバ回路を有する。これら構成要素の複雑性は、レンズの要求される又は所望の機能性に応じて変化し得る。
【００２６】
電子又は電動眼科用レンズの制御は、手持ち式の遠隔ユニットなどのレンズと通信を行う手動式の外部装置を通して達成され得る。例えば、フォッブは、着用者からの手動入力に基づいて、電動レンズと無線で通信を行う。あるいは、電動眼科用レンズの制御は、着用者からのフィードバック又は制御を直接的に介して達成され得る。例えば、レンズ内に構築されたセンサが、まばたき及び／又はまばたきパターンを検出し得る。まばたきのパターン又はシーケンスに基づいて、電動眼科用レンズは、近い物体又は遠方の物体のいずれかに焦点を合わせるために、例えばその屈折力などの状態を変更することができる。
【００２７】
あるいは、電動又は電子眼科用レンズにおけるまばたき検出は、別の電子デバイスを作動させる、又は別の電子デバイスにコマンドを送信するなど、使用者と電子コンタクトレンズとの間に相互作用が存在するような他の様々な使用に用いられてもよい。例えば、眼科用レンズにおけるまばたき検出は、眼がコンピュータスクリーン上を移動するところの軌道をカメラが維持するような、コンピュータ上のカメラと共に用いられてもよく、そのカメラが検出したまばたきシーケンスを使用者が実行する場合、これが、項目をダブルクリックすること、項目を強調表示すること、あるいはメニュー項目を選ぶことなどのコマンドをマウスポインタに実行させる。
【００２８】
まばたき検出アルゴリズムは、例えば、瞼が開いているか閉じられているか、まばたきの持続時間、まばたき間の持続時間、及び所定の期間におけるまばたきの回数などのまばたきの特性を検出する、システムコントローラの構成要素である。本発明によるアルゴリズムは、あるサンプル速度で眼に入射する光をサンプリングすることに基づく。予め定められたまばたきパターンが保存され、入射光サンプルの最新の履歴と比較される。パターンが整合する場合、まばたき検出アルゴリズムは、例えばレンズの屈折力を変更するようレンズドライバを作動させるように、システムコントローラ内の活動を引き起こす。
【００２９】
まばたきは、瞼の迅速な開閉であり、眼の本質的な機能である。まばたきは、眼を異物から保護し、例えば、眼に近接して物体が予期せずに現れる場合、人はまばたきする。まばたきは、涙を広げることによって眼の前面全体に潤滑をもたらす。まばたきはまた、眼から異物及び／又は刺激物を除去するよう働く。通常、まばたきは自動的に行われるが、刺激物による場合には、外部刺激が関与し得る。しかしながら、まばたきは意図的である場合もあり、例えば、言語により又はジェスチャーにより情報交換できない個人は、「はい」では１回まばたきし、「いいえ」では２回まばたきすることができる。本発明のまばたき検出アルゴリズム及びシステムは、通常のまばたき応答と混同され得ないまばたきパターンを使用する。換言すれば、まばたきがある作用を制御するための手段として使用される場合、所定の作用に対して選択された特定のパターンはランダムに起こる可能性はなく、それ以外は、偶発的な作用が起こる場合もある。まばたき速度は、疲労、眼の損傷、薬物治療及び疾患が挙げられる多くの因子によって影響され得るために、制御目的のまばたきは、まばたきに影響を及ぼすこれら因子及び任意の他の変数を考慮することが好ましい。無意図的まばたきの平均長さは、約１００〜４００ミリ秒の範囲である。平均的な成人男性及び女性は、毎分１０回の無意図的まばたきの速度でまばたきし、無意図的まばたき間の平均時間は、約０．３〜７０秒である。
【００３０】
まばたき検出アルゴリズムの例示の実施形態は、以下のステップで要約され得る。
１．使用者が積極的なまばたき検出を実行するような、意図的「まばたきシーケンス」を定義する。
２．まばたきシーケンスを検出しかつ無意図的まばたきを棄却するのと同等の速度で入射する光レベルをサンプリングする。
３．サンプリングされた光レベルの履歴を、数値のまばたきテンプレートによって定義されるような、予測された「まばたきシーケンス」と比較する。
４．比較中に無視されるテンプレートの部分、例えば遷移近辺を示すまばたき「マスク」シーケンスを必要に応じて実行する。これは、レンズ起動、制御、及び焦点変更の１つ又は２つ以上が発生し得るようなプラス又はマイナスの１つのエラーウィンドウなどの所望の「まばたきシーケンス」から使用者が逸れることを可能にすることができる。加えて、これは、まばたきシーケンスの使用者のタイミングにおける変動を許可し得る。
【００３１】
例示のまばたきシーケンスは、以下のように定義され得る。
１．０．５秒間まばたきする（閉じられる）
２．０．５秒間開く
３．０．５秒間まばたきする（閉じられる）
【００３２】
１００ミリ秒のサンプル速度で、２０のサンプルまばたきテンプレートが、
ｂｌｉｎｋ＿ｔｅｍｐｌａｔｅ＝［１，１，１，０，０，０，０，０，１，１，１，１，１，０，０，０，０，０，１，１］によって与えられる。
【００３３】
まばたきマスクは、遷移（０からサンプルのマスクアウト又は無視まで）直後にサンプルをマスクアウトするよう定義され、
ｂｌｉｎｋ＿ｍａｓｋ＝［１，１，１，０，１，１，１，１，０，１，１，１，１，０，１，１，１，１，０，１］によって与えられる。
【００３４】
必要に応じて、より多くのタイミング不確実性を許可するために、より広い遷移範囲がマスクアウトされてもよく、これは
ｂｌｉｎｋ＿ｍａｓｋ＝［１，１，０，０，１，１，１，０，０，１，１，１，０，０，１，１，１，０，０，１］によって与えられる。
【００３５】
例えば単回の長いまばたきなどの代替のパターンが実行されてもよく、この場合、２４のサンプルテンプレートを有する１．５秒のまばたきが、
ｂｌｉｎｋ＿ｔｅｍｐｌａｔｅ＝［１，１，１，１，０，０，０，０，０，０，０，０，０，０，０，０，０，０，０，１，１，１，１，１］によって与えられる。
【００３６】
上記の例は例示の目的であり、データの特定のセットを表現してはいないことに留意することが重要である。
【００３７】
サンプルの履歴をテンプレート及びマスクに対して理論的に比較することによって、検出が実行可能である。この理論的動作は、ビット単位毎にテンプレート及びサンプル履歴シーケンスに排他的理論和（ＸＯＲ）を行うためのものであり、次いで全てのマスクされていない履歴ビットがテンプレートに整合することを実証する。例えば、上記のまばたきマスクサンプルにおいて例示されたように、値が論理１であるまばたきマスクのシーケンスのそれぞれの場所において、まばたきはシーケンスのその場所におけるまばたきマスクテンプレートに整合しなければならない。しかしながら、値が論理０であるまばたきマスクのシーケンスのそれぞれの場所においては、まばたきは、シーケンスのその場所におけるまばたきマスクテンプレートに必ずしも整合しなくてもよい。例えば、ＭＡＴＬＡＢ（登録商標）においてコード化されたような以下のＢｏｏｌｅａｎアルゴリズム方程式が使用され得る。
整合値＝ｎｏｔ（ｂｌｉｎｋ＿ｍａｓｋ）｜ｎｏｔ（ｘｏｒ（ｂｌｉｎｋ＿ｔｅｍｐｌａｔｅ、ｔｅｓｔ＿ｓａｍｐｌｅ））であり、
式中ｔｅｓｔ＿ｓａｍｐｌｅは、サンプル履歴である。この整合した数値は、まばたきテンプレート、サンプル履歴及びｂｌｉｎｋ＿ｍａｓｋと同じ長さを有するシーケンスである。整合したシーケンスが、全て論理１のものであれば、良好な整合が生じたことになる。これを分解すると、ｎｏｔ（ｘｏｒ（ｂｌｉｎｋ＿ｔｅｍｐｌａｔｅ、ｔｅｓｔ＿ｓａｍｐｌｅ））は、それぞれのミスマッチに論理０をもたらし、それぞれの整合に論理１をもたらす。反転したマスクを有する論理和は、整合したシーケンスにおけるそれぞれの場所を、マスクが論理０であるような論理１に押し込む。結果的に、数値が論理０として特定化されるようなまばたきマスクテンプレートにおける場所が多くなるにつれて、人のまばたきに関するより大きな誤差のマージンが許可される。ＭＡＴＬＡＢ（登録商標）は、数値計算、可視化及びプログラミングのための高水準言語処理系であり、ＭａｔｈＷｏｒｋｓ、Ｎａｔｉｃｋ，Ｍａｓｓａｃｕｓｅｔｔｓの製品である。まばたきマスクテンプレートにおいて論理０の数が大きくなるにつれて、予期された又は意図されたまばたきパターンに整合する偽陽性への可能性が大きくなることに留意することも重要である。多様な予期された又は意図されたまばたきパターンが、１つ又は２つ以上の活動で一度にデバイスにプログラムされ得ることが理解されるべきである。より具体的には、同じ目的又は機能性のために、若しくは異なる又は代替の機能性を実行するために複数の予期された又は意図されたまばたきパターンが使用され得る。例えば、１つのまばたきパターンが、レンズを目的の物体にズームイン又はズームアウトさせるために使用され得、同時に別のまばたきパターンが、例えばレンズ上のポンプなどの別のデバイスに治療薬の投与量を送達させるために使用され得る。
【００３８】
図１は、本発明の例示の実施形態による、まばたき検出システムを備えるコンタクトレンズ１００を、ブロック図の形で示す。この例示の実施形態において、電子まばたき検出システムは、光センサ１０２、増幅器１０４、アナログデジタル変換器又はＡＤＣ  １０６、デジタル信号処理装置１０８、電源１１０、アクチュエータ１１２、及びシステムコントローラ１１４を備えることができる。
【００３９】
コンタクトレンズが使用者の眼の前側表面上に配置される場合、まばたき検出システムの電子回路が、本発明のまばたき検出アルゴリズムを実行するために使用され得る。光センサ１０２、及び他の回路は、使用者の眼によって作成されるまばたき及び／又は様々なまばたきパターンを検出するよう構成されている。
【００４０】
この例示の実施形態において、光センサ１０２がコンタクトレンズ１００内に埋め込まれ得、周辺光１０１を受け取り、入射光子を電子へと変換し、これによって、矢印１０３で示される、増幅器１０４へと流れる電流を生じる。光センサ又は光検出器１０２は、任意の好適なデバイスを備えてもよい。１つの例示の実施形態では、光センサ１０２は、フォトダイオードを備える。好ましい例示の実施形態において、フォトダイオードは、集積化能力を増加させかつ光センサ１０２及び他の回路の外形寸法を減少させるために、相補形金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ処理技術）で実現される。電流１０３は、入射光レベルに比例し、光検出器１０２がまぶたによって覆われる場合に実質的に減少する。増幅器１０４は、利得で入力に比例する出力を生成し、入力電流を出力電圧に変換するインピーダンス変換増幅器として機能し得る。増幅器１０４は、ＡＤＣ  １０６によって獲得されるために十分な電圧及び電力を信号に供与するなど、システムの残部に使用可能なレベルまで信号を増幅し得る。例えば、光センサ１０２の出力が非常に小さく、それが暗い光環境で使用される可能性があるので、増幅器は後続のブロックを駆動するために必要であり得る。この増幅器１０４は、可変利得増幅器として実現されることができ、その利得は、システムの動作範囲を最大化するように、フィードバック構成内のシステムコントローラ１１４によって調整され得る。利得の提供に加えて、増幅器１０４は、フィルタリング及び光センサ１０２並びに増幅器１０４出力に適した他の回路などの他のアナログ信号調整回路を有してもよい。増幅器１０４は、光センサ１０２による信号出力を増幅かつ調整するための任意の好適なデバイスを備えてよい。例えば、増幅器１０４は、単一の演算増幅器を単に備えてもよく、１つ又は２つ以上の演算増幅器を含むより複雑化した回路を備えてもよい。上述したように、光センサ１０２及び増幅器１０４は、眼を通して受け取られた入射光の強度に基づいて、まばたきシーケンスを検出かつ分離し、出力電流を最終的にシステムコントローラ１１４によって使用可能なデジタル信号へと変換するよう構成される。システムコントローラ１１４は、多様な光の強度レベル条件において様々なまばたきシーケンス及び／又はまばたきパターンを認識し、かつ適切な出力信号をアクチュエータ１１２にもたらすように予めプログラムされるか又は事前構成されることが好ましい。システムコントローラ１１４はまた、関連するメモリも備える。
【００４１】
この例示の実施形態において、ＡＤＣ  １０６は、増幅器１０４からの連続するアナログ信号出力を、更なる信号処理に適した抽出したデジタル信号へと変換するために用いられ得る。例えば、ＡＤＣ  １０６は、増幅器１０４からのアナログ信号出力を、デジタル信号処理システム又はマイクロプロセッサ１０８などの後続の又は下流の回路によって使用可能であるデジタル信号へと変換することができる。デジタル信号処理システム又はデジタル信号処理装置１０８は、入射光検出を下流での使用で可能にするように、抽出データをフィルタリングし、処理し、検出し、及び他の方法で操作する／処理することの１つ又は２つ以上を含むデジタル信号処理のために使用され得る。デジタル信号処理装置１０８は、上記のまばたきシーケンス及び／又はまばたきパターンで予めプログラムされ得る。デジタル処理装置１０８はまた、関連するメモリも備える。デジタル処理装置１０８は、アナログ回路、デジタル回路、ソフトウェア、又はこれらの組み合わせによって実現され得る。図示された例示の実施形態では、これはデジタル回路で実現されている。関連する増幅器１０４及び信号処理装置１０８を伴うＡＤＣ  １０６は、例えば、１００ミリ秒毎の、前述されたサンプリング速度と一致した好適な速度で作動される。
【００４２】
電源１１０は、まばたき検出システムを含む様々な構成要素に電力を供給する。電力は、バッテリ、エネルギーハーベスタ、又は当業者に既知であるような他の好適な手段から供給され得る。本質的に、このシステムの全ての他の構成要素に信頼性ある電力をもたらすように、電源１１０のいずれのタイプが使用されてもよい。まばたきシーケンスは、システム及び／又はシステムコントローラの状態を変更するよう使用されることができる。更には、システムコントローラ１１４は、例えば、アクチュエータ１１２を通して電子的に制御されたレンズの焦点又は屈折力を変更するなど、デジタル信号処理装置１０８からの出力に応じて電動コンタクトレンズの他の態様を制御することができる。
【００４３】
システムコントローラ１１４は、抽出した光レベルをまばたき起動パターンと比較するために、光センサチェーン、即ち、光センサ１０２、増幅器１０４、ＡＤＣ  １０６及びデジタル信号処理システム１０８からの信号を用いる。図２を参照すると、時間に対して多様な光の強度レベルで記録されたまばたきパターンサンプルのグラフ表現及び閾値レベルが示されている。結果的に、異なる場所における及び／又は様々な活動を実行中での光の強度レベルでの変化を考慮するなど、様々な因子を考慮することは、眼に入射する光をサンプリングする場合のまばたきを検出する上での誤差を回避及び／又は防止することができる。更に、眼に入射する光をサンプリングする場合、周辺光の強度の変化が眼及び瞼がに及ぼし得る影響を考慮することは、例えば、瞼が低強度光レベル及び高強度光レベルにおいて閉じられる場合、瞼がどれほどの可視光を遮断するかなどのまばたきを検出する上での誤差を回避及び／又は防止することができる。換言すれば、間違ったまばたきパターンが制御するために用いられるのを防止するために、周辺光のレベルが以下により詳細に説明されるように考慮されることが好ましい。
【００４４】
例えば、研究では、瞼は概して可視光のおよそ９９％を遮断するが、より短い波長では、ほとんどの光は瞼を通して伝達しない傾向にあり、およそ可視光の９９．６％を遮断することが見出されている。スペクトルの赤外部分に向かうより長い波長では、瞼は、入射光線の３０％のみを遮断することができるだけである。しかしながら、留意すべき重要なことは、異なる周波数、波長及び強度での光は、異なる効率で瞼を通して伝達され得ることである。例えば、明るい光源を見る場合、個人は、彼又は彼女の瞼が閉じられた状態で赤色光を見ることができる。個人の皮膚色素沈着など、個人を前提としての瞼がどれくらいの可視光を遮断するかにも変化があり得る。図２に示されるように、様々な照明レベルにわたるまばたきパターンのデータサンプルが、眼を通して伝達された可視光の強度がシミュレーションのコース中に記録されている７０秒の時間間隔のコースにわたってシミュレートされ、使用可能な閾値が図示されている。この閾値は、変化する光の強度レベルでのシミュレーションのコース全体のサンプルまばたきパターンに関して記録された可視光の強度のピークピーク値の間における数値で設定される。平均光レベルを経時的に追跡しかつ閾値を調整すると同時にまばたきパターンをプログラムする能力を持つことは、個人がまばたきしない場合及び／又はある領域において光の強度レベルにちょうど変化がある場合に対して、個人がまばたきする場合を検出することができるために重要であり得る。
【００４５】
ここで図１を再び参照すると、更に別の例示の実施形態において、システムコントローラ１１４は、まばたき検出器、眼筋センサ、及びフォッブ制御のうちの１つ又は２つ以上を含むソースから入力を受信することができる。一般化として、システムコントローラ１１４を起動し及び／又は制御する方法は、１つ又は２つ以上の起動方法の使用を必要とすることは、当業者には明白であり得る。例えば、電子又は電動コンタクトレンズは、例えば、遠くの物体に焦点を合わせる、又は近くにある物体に焦点を合わせるなどの様々な動作を実施する場合に、個人のまばたきパターン及び個人の毛様体筋信号の双方を認識するようレンズをプログラムするなど、個々の使用者に特異的であるようプログラムされることができる。いくつかの例示の実施形態では、電子コンタクトレンズを起動するために、まばたき検出及び毛様体筋信号検出などの複数の方法を用いることは、コンタクトレンズの起動が生じる前に、それぞれの方法が互いにクロスチェックされるための能力を供与することができる。クロスチェックすることの利点としては、レンズを意図せずに起動させる可能性を最小化するなど、偽陽性の軽減を挙げることができる。１つの例示の実施形態において、クロスチェックすることは、任意の動作が起こる前に特定の数の条件が満たされるような採決方式を伴うことができる。
【００４６】
アクチュエータ１１２は、受信したコマンド信号に基づいて特定の動作を実現するための任意の好適なデバイスを備えてもよい。例えば、まばたき起動パターンが、上述の抽出光レベルと比較して整合される場合、システムコントローラ１１４は、可変光学電子又は電動レンズなどのアクチュエータ１１２をイネーブルすることができる。アクチュエータ１１２は、電子デバイス、機械的なデバイス、磁気のデバイス、又はこれらの組み合わせを備えてもよい。アクチュエータ１１２は、電源１１０からの電力に加えて、システムコントローラ１１４からの信号を受信し、システムコントローラ１１４からの信号に基づいて、いくつかのの動作を作り出す。例えば、システムコントローラ１１４の信号が、着用者が近くの物体に焦点を合わせようと試みることを指示する場合、アクチュエータ１１２は、例えば動的多液体光学領域を介して、電子眼科用レンズの屈折力を変更するよう使用され得る。別の例示の実施形態において、システムコントローラ１１４は、治療薬が眼に送達されるべきであることを指示する信号を出力することができる。この例示の実施形態では、アクチュエータ１１２は、例えば、マイクロ電気化学装置（ＭＥＭＳ）ポンプなどのポンプ及びリザーバを備えてもよい。上述したように、本発明の電動レンズは、様々な機能性を提供することが可能であり、結果的に、１つ又は２つ以上のアクチュエータは、この機能性を実現するよう多様に構成され得る。
【００４７】
図３は、本発明のまばたき検出アルゴリズムによる、例示のまばたき検出システムに関する状態遷移図３００を示す。このシステムは、イネーブル信号ｂｌ＿ｇｏがアサートとされることを待つＩＤＬＥ（待機）状態３０２で開始する。例えば、まばたきサンプリング速度に見合う１００ミリ秒速度でｂｌ＿ｇｏをパルス化するオシレータ及び制御回路によって、イネーブルｂｌ＿ｇｏ信号がアサートされる場合、次いで、そこでＡＤＣが受信した光レベルをデジタル値へと変換することができるＷＡＩＴ＿ＡＤＣ状態３０４に状態マシーンが遷移する。ＡＤＣは、その操作が完了したことを指示するａｄｃ＿ｄｏｎｅ信号をアサートし、システム又は状態マシーンが、ＳＨＩＦＴ（シフト）状態３０６に遷移する。ＳＨＩＦＴ状態３０６では、システムが直近で受信したＡＤＣ出力値をシフトレジスタに押して、まばたきサンプルの履歴を保持する。いくつかの例示の実施形態において、記憶要求を最小化するために、ＡＤＣ出力値が先ず初めに閾値と比較され、サンプル値に単一ビット（１又は０）を提供する。次いで、システム又は状態マシーンは、そこでサンプル履歴シフトレジスタ内の数値が、上述されたような１つ又は２つ以上のまばたきシーケンステンプレート及びマスクと比較される、ＣＯＭＰＡＲＥ（比較）状態３０８へと遷移する。整合が検出される場合、レンズドライバの状態をトグルするための信号、ｂｌ＿ｃｐ＿ｔｏｇｇｌｅ、又は電動眼科用レンズによって実施される任意の他の機能性などをトグルする１つ又は２つ以上の出力信号がアサートされ得る。次いで、システム又は状態マシーンが、ＤＯＮＥ（終了）状態３１０に遷移し、その動作が完了したことを示すようｂｌ＿ｄｏｎｅ信号をアサートする。
【００４８】
図４は、受信した光レベルを検出かつ抽出するために用いられ得る例示の光センサ又は光検出器信号経路ｐｄ＿ｒｘ＿ｔｏｐを示す。信号経路ｐｄ＿ｒｘ＿ｔｏｐは、フォトダイオード４０２、インピーダンス変換増幅器４０４、自動利得及び低域通過フィルタ処理ステージ４０６（ＡＧＣ／ＬＰＦ）、及びＡＤＣ  ４０８を備えてもよい。ａｄｃ＿ｖｒｅｆ信号は、電源１１０（図１参照）からのＡＤＣ  ４０８への入力であるか、あるいはこれは、アナログデジタル変換器内部の専用回路４０８からもたらされ得る。ＡＤＣ  ４０８からの出力、ａｄｃ＿ｄａｔａが、デジタル信号処理及びシステムコントローラブロック１０８／１１４（図１参照）に伝達される。説明を容易にするために、個々のブロック１０８及び１１４として図１に示されてはいるが、デジタル信号処理及びシステムコントローラは、単一ブロック４１０上に実装されることが好ましい。イネーブル信号、ａｄｃ＿ｅｎ、スタート信号、ａｄｃ＿ｓｔａｒｔ、及びリセット信号、ａｄｃ＿ｒｓｔ＿ｎが、デジタル信号処理及びシステムコントローラ４１０から受信され、同時に完了信号ａｄｃ＿ｃｏｍｐｌｅｔｅがそこに伝達される。クロック信号、ａｄｃ＿ｃｌｋは、信号経路の外側の刻時機構ソース、ｐｄ＿ｒｘ＿ｔｏｐから、又はデジタル信号処理及びシステムコントローラ４１０から受信され得る。ａｄｃ＿ｃｌｋ信号及びシステムクロックは、異なる周波数で走行し得ることに留意することが重要である。異なるインターフェース及び制御信号を有するが、光センサ信号経路のアナログ部分の出力の抽出したデジタル表現を提供する同様な機能を実行する、任意の数の異なるＡＤＣｓが、本発明により使用され得ることに留意することも重要である。光検出イネーブル、ｐｄ＿ｅｎ、及び光検出利得、ｐｄ＿ｇａｉｎは、デジタル信号処理及びシステムコントローラ４１０から受信される。
【００４９】
図５は、受信されたＡＤＣ信号値、ａｄｃ＿ｄａｔａを単一ビット値ｐｄ＿ｄａｔａへと低減するために用いられ得るデジタル状態調節論理５００のブロック図を示す。デジタル状態調節論理５００は、光検波信号経路ｐｄ＿ｒｘ＿ｔｏｐからデータ、ａｄｃ＿ｄａｔａを受信し、信号ａｄｃ＿ｄａｔａ＿ｈｅｌｄ上の保持値をもたらすためのデジタルレジスタ５０２を備えることができる。このデジタルレジスタ５０２は、ａｄｃ＿ｃｏｍｐｌｅｔｅ信号がアサートされる場合にａｄｃ＿ｄａｔａ信号上の新しい値を受理するよう、かつａｄｃ＿ｃｏｍｐｌｅｔｅ信号が受信される場合に、最後に受理された値を別様で保持するよう構成される。このようにして、システム電流消費を低減するように一旦データがラッチされると、システムは光検波信号経路を無効にすることができる。次いで、閾値発生回路５０４内において、例えば積分及び減衰平均法又はデジタル論理において実現される他の平均法によって、保持されたデータ値が平均化され得、信号ｐｄ＿ｔｈ上で１つ又は２つ以上の閾値を作成する。次いで、保持されたデータ値が、コンパレーター５０６を介して、１つ又は２つ以上の閾値と比較され得、１ビットデータ値を信号ｐｄ＿ｄａｔａ上に作成する。この比較動作は、出力信号ｐｄ＿ｄａｔａへのノイズを最小限にとどめるために、１つ又は２つ以上の閾値へのヒステリシス又は比較を使用することを理解されたい。デジタル状態調節論理は、計算された閾値に従って及び／又は保持されたデータ値に従って、図４に示される信号ｐｄ＿ｇａｉｎを介して光検波信号経路内の自動利得及び利得調整及び低域通過フィルタ処理ステージ４０６の利得をセットするために、利得調整ブロックｐｄ＿ｇａｉｎ＿ａｄｊ  ５０８を更に含んでもよい。この例示の実施形態では、６ビットのワードが、複雑性を最小限にすると同時にまばたき検出のための動作範囲にわたる十分な解像度をもたらすことに留意することが重要である。
【００５０】
１つの例示の実施形態において、閾値発生回路５０４は、ピーク検出器、バレー検出器及び閾値計算回路を備える。この例示の実施形態では、閾値及び利得制御値は、以下のように発生され得る。ピーク検出器及びバレー検出器は、信号ａｄｃ＿ｄａｔａ＿ｈｅｌｄ上に保持された値を受信するよう構成される。ピーク検出器は、出力値ｐｄ＿ｐｋをもたらすよう更に構成され、これは、ａｄｃ＿ｄａｔａ＿ｈｅｌｄ値における増加を迅速に追跡し、かつａｄｃ＿ｄａｔａ＿ｈｅｌｄ値が減少する場合にゆっくりと減衰する。この動作は、電気技術で周知のようなダイオード包絡線検波器のものに類似している。バレー検出器は、ａｄｃ＿ｄａｔａ＿ｈｅｌｄ値における減少を迅速に追跡し、かつａｄｃ＿ｄａｔａ＿ｈｅｌｄ値が増加する場合にゆっくりと減衰する、出力値ｐｄ＿ｖｌをもたらすよう更に構成される。バレー検出器の動作もまた、正電源電圧に拘束される放電レジスタを伴い、包絡線検波器に類似する。閾値計算回路は、ｐｄ＿ｐｌ及びｐｄ＿ｖｌ値を受信するよう構成され、ｐｄ＿ｐｋ及びｐｄ＿ｖｌ値の平均値に基づいて、中点閾値ｐｄ＿ｔｈ＿ｍｉｄを計算するよう更に構成される。閾値発生回路５０４は、中点閾値ｐｄ＿ｔｈ＿ｍｉｄに基づいて閾値ｐｄ＿ｔｈをもたらす。
【００５１】
閾値発生回路５０４は、ｐｄ＿ｇａｉｎ値における変化に応答して、ｐｄ＿ｐｋ及びｐｄ＿ｖｌの値のレベルを更新するよう更に適応されてもよい。ｐｄ＿ｇａｉｎ値が一段階増加する場合、次いでｐｄ＿ｐｋ及びｐｄ＿ｖｌ値が、ある因子によって、予想される光検波信号経路における予想された利得増加に等しく増加される。ｐｄ＿ｇａｉｎ値が一段階減退する場合、次いでｐｄ＿ｐｋ及びｐｄ＿ｖａｌ値が、ある因子によって、予想される光検波信号経路における予想された利得減退に等しく増加される。このように、それぞれｐｄ＿ｐｋ及びｐｄ＿ｖｌ値に保持されたようなピーク検出器及びバレー検出器の状態、並びにｐｄ＿ｐｋ及びｐｄ＿ｖｌ値から計算されるような閾値ｐｄ＿ｔｈは、信号経路利得内の変化に整合するよう更新され、これによって、光検波信号経路利得における意図的変更からのみ生じる状態又は値での不連続性又は他の変化を回避する。
【００５２】
閾値発生回路５０４の他の例示の実施形態において、閾値計算回路は、ｐｄ＿ｐｋ値の比率又は百分率に基づいて、閾値ｐｄ＿ｔｈ＿ｐｋを計算するよう更に構成されてもよい。好ましい例示の実施形態において、ｐｄ＿ｔｈ＿ｐｋは、ｐｄ＿ｐｋ値の７／８であるよう好都合に構成され得、その計算は、関連技術で周知のような、３ビットによる単純な右シフト及び減法で実行され得る。閾値計算回路は、閾値ｐｄ＿ｔｈを、ｐｄ＿ｔｈ＿ｍｉｄ及びｐｄ＿ｔｈ＿ｐｋの小さい方であるように選択することができる。このように、ｐｄ＿ｐｋ及びｐｄ＿ｖｌ値が等しくなることをもたらし得るフォトダイオードへの長期間の一定の光入射後でも、ｐｄ＿ｔｈ値は、ｐｄ＿ｐｋ値と等しくなることはない。ｐｄ＿ｔｈ＿ｐｋ値が、長い間隔の後のまばたきの検出を保証することを理解されたい。後述されるように、閾値発生回路の挙動は、図９に更に示される。
【００５３】
図６は、本発明の一実施形態による、例示のまばたき検出アルゴリズムを実行するために用いられるデジタル検出論理６００のブロック図を示す。デジタル検出論理６００は、図４の光検波信号経路ｐｄ＿ｒｘ＿ｔｏｐからのデータ、又は１ビット値を有する信号ｐｄ＿ｄａｔａ上でここでは示されるような、図５のデジタル状態調節論理のデータを受信するよう適応されたシフトレジスタ６０２を備えることができる。シフトレジスタ６０２は、ここでは２４ビットのレジスタ内で、受信したサンプル値の履歴を保持する。デジタル検出論理６００は、サンプル履歴及び１つ又は２つ以上のまばたきテンプレートｂｌ＿ｔｐｌ並びにまばたきマスクｂｌ＿ｍａｓｋを受信するよう適応された比較ブロック６０４を更に備え、後の使用のために保持され得る１つ又は２つ以上の出力信号上の１つ又は２つ以上のテンプレート及びマスクへの整合を指示するよう構成されている。比較ブロック６０４の出力は、Ｄフリップフロップ６０６を介してラッチされる。デジタル検出論理６００は、動作をマスキングするために、小さいシフトでの同一のサンプル履歴セットであり得る連続する比較を抑制する計数器６０８又は他の論理を更に備えることができる。好ましい例示の実施形態では、サンプル履歴は、正の整合が認められた後にクリアー又はリセットされ、したがって、後続の整合を確認できる前に、完全な新しい整合まばたきシーケンスが抽出されることが必要である。デジタル検出論理６００は、光検波信号経路及びＡＤＣに制御信号をもたらすために、状態マシーン又は同様な制御回路も更に備えることができる。いくつかの例示の実施形態において、制御信号は、デジタル検出論理６００から分離する制御状態マシーンによって発生され得る。この制御状態マシーンは、デジタル信号処理及びシステムコントローラ４１０の一部であってもよい。
【００５４】
図７は、光検波信号経路で用いられるＡＤＣ  ４０８（図４）に、まばたき検出サブシステムから提供される制御信号のタイミング図を示す。イネーブル及びクロック信号ａｄｃ＿ｅｎ、ａｄｃ＿ｒｓｔ＿ｎ及びａｄｃ＿ｃｌｋは、サンプルシーケンスの始動で起動され、アナログデジタル変換処理が完了するまで継続する。１つの例示の実施形態では、ＡＤＣ変換処理は、パルスがａｄｃ＿ｓｔａｒｔ信号にもたらされる場合に始動される。このＡＤＣ出力値が、ａｄｃ＿ｄａｔａ信号内に保持され、ａｄｃ＿ｃｏｍｐｌｅｔｅ信号上のアナログデジタル変換器論理処理によって、処理の完了が指示される。更に図７に示されるものは、ＡＤＣの前に、増幅器の利得をセットするために使用されるｐｄ＿ｇａｉｎ信号である。この信号は、アナログ電子回路偏倚及び信号レベルを変換前に安定化させるために、暖機時間の前にセットされるものとして示されている。
【００５５】
図８は、デジタルまばたき検出サブシステムｄｉｇ＿ｂｌｉｎｋ  ８０２を備えるデジタルシステムコントローラ８００を示す。デジタルまばたき検出サブシステムｄｉｇ＿ｂｌｉｎｋ  ８０２は、マスター状態マシーンｄｉｇ＿ｍａｓｔｅｒ  ８０４によって制御され得、かつデジタルシステムコントローラ８００の外部のクロック発生器ｃｌｋｇｅｎ  ８０６からのクロック信号を受信するよう適応され得る。デジタルまばたき検出サブシステムｄｉｇ＿ｂｌｉｎｋ  ８０２は、制御信号をもたらしかつ上述の光検波サブシステムからの信号を受信するよう適応され得る。デジタルまばたき検出サブシステムｄｉｇ＿ｂｌｉｎｋ  ８０２は、まばたき検出アルゴリズムにおける動作のシーケンスを制御するような状態マシーンに加えて、上述したようなデジタル状態調節論理及びデジタル検出論理を備えることができる。デジタルまばたき検出サブシステムｄｉｇ＿ｂｌｉｎｋ  ８０２は、マスター状態マシーン８０４からのイネーブル信号を受信し、かつ完了又は終了表示及びマスター状態マシーン８０４に戻るまばたき検出表示をもたらすよう適応され得る。
【００５６】
図９は波形を提供し、図９Ａ〜９Ｇは、閾値発生回路及び自動利得制御（図５）の動作を図示する。図９Ａは、様々な光レベルに応答してフォトダイオードによって提供され得るような時間に対する光電流の例を示す。プロットの第１の部分において、光レベル及び結果として生じる光電流は、プロットの第３２の部分に比べて比較的低い。プロットの第１の部分及び第２の部分の双方において、光及び光電流を低減するための二重のまばたきが見られる。瞼による光の減衰は１００％ではないが、眼に入射する光の波長に関する瞼の透過特性に応じて低い値であることに留意されたい。図９Ｂは、図９Ａの光電流波形に応答して捕捉されたａｄｃ＿ｄａｔａ＿ｈｅｌｄ値を示す。簡略化のために、ａｄｃ＿ｄａｔａ＿ｈｅｌｄ値は、一連の別個のデジタルサンプルとしてよりはむしろ連続するアナログ信号として示されている。このデジタル信号値は、対応のサンプル項目で図９Ｂに示されるレベルに対応することを理解されたい。プロットの最上部及び底部での点線は、ａｄｃ＿ｄａｔａ及びａｄｃ＿ｄａｔａ＿ｈｅｌｄ信号の最大値及び最小値を表示する。最小値と最大値との間の値はまた、ａｄｃ＿ｄａｔａ信号の動作範囲としても知られている。以下に説明されるように、光検波信号経路利得は、プロットの第２の部分で異なる（低い）。広くは、ａｄｃ＿ｄａｔａ＿ｈｅｌｄ値は光電流に正比例し、利得変化は比例関係の比率又は定数にのみ影響を及ぼす。図９Ｃは、閾値発生回路によって、ａｄｃ＿ｄａｔａ＿ｈｅｌｄ値に応答して計算されたｐｄ＿ｐｋ、ｐｄ＿ｖｌ及びｐｄ＿ｔｈ＿ｍｉｄ値を示す。図９Ｄは、閾値発生回路のいくつかの例示の実施形態において、ａｄｃ＿ｄａｔａ＿ｈｅｌｄ値に応答して計算されたｐｄ＿ｐｋ、ｐｄ＿ｖｌ及びｐｄ＿ｔｈ＿ｐｋ値を示す。ｐｄ＿ｔｈ＿ｐｋ値は、常にｐｄ＿ｐｋ値のいくつかの比率であることに留意すべきである。図９Ｅは、ｐｄ＿ｔｈ＿ｍｉｄ及びｐｄ＿ｔｈ＿ｐｋ値を伴うａｄｃ＿ｄａｔａ＿ｈｅｌｄ値を示す。ａｄｃ＿ｄａｔａ＿ｈｅｌｄ値が比較的一定である長い期間中に、ｐｄ＿ｖｌ値が同一レベルに減衰すると共に、ｐｄ＿ｔｈ＿ｍｉｄ値はａｄｃ＿ｄａｔａ＿ｈｅｌｄ値と等しくなることに留意すべきである。ｐｄ＿ｔｈ＿ｐｋ値は常に、ａｄｃ＿ｄａｔａ＿ｈｅｌｄ値以下のある量のままである。る。更に図９Ｅに示されるものは、ｐｄ＿ｔｈ値がｐｄ＿ｔｈ＿ｐｋ及びｐｄ＿ｔｈ＿ｍｉｄの値よりも低くなるように選択されるｐｄ＿ｔｈの選択である。このように、閾値はｐｄ＿ｐｋ値から離れて若干の距離をセットされ、これは光電流及びａｄｃ＿ｄａｔａ＿ｈｅｌｄ信号へのノイズによるｐｄ＿ｄａｔａへの偽遷移を回避する。図９Ｆは、ａｄｃ＿ｄａｔａ＿ｈｅｌｄ値のｐｄ＿ｔｈ値への比較によって発生したｐｄ＿ｄａｔａ値を示す。ｐｄ＿ｄａｔａ信号は、まばたきが生じる場合に低い二値信号であることに留意すべきである。図９Ｇは、これら例示的波形に関する時間に対するｔｉａ＿ｇａｉｎの値を示す。ｔｉａ＿ｇａｉｎの値は、ｐｄ＿ｔｈが始動し図９Ｅにａｇｃ＿ｐｋ＿ｔｈとして示される高閾値を超える場合に、より低くセットされる。同様な挙動は、ｐｄ＿ｔｈが始動し低閾値以下に下降する場合に、ｔｉａ＿ｇａｉｎを上昇させるために生じる。図９Ａ〜９Ｅのそれぞれの第２の部分を再度見ると、より低いｔｉａ＿ｇａｉｎの効果は明白である。特に、ａｄｃ＿ｄａｔａ＿ｈｅｌｄ値はａｄｃ＿ｄａｔａ及びａｄｃ＿ｄａｔａ＿ｈｅｌｄ信号の動作範囲の中間近くで維持されることに留意するべきである。更には、ｐｄ＿ｐｋ及びｐｄ＿ｖｌ値は、上記のような利得変化により更新されることで、ただ単に光検波信号経路利得での変化によるものである、不連続性がピーク及びバレー検出器状態及び数値において回避される。
【００５７】
図１０は、集積回路ダイ１０００上の例示の光遮断及び光通過特性を示す。集積回路ダイ１０００は、光通過領域１００２、光遮断領域１００４、接着剤パッド１００６、パシベーション開口１００８、及び光遮断層開口１０１０を備える。光通過領域１００２は、例えば半導体処理過程で実装されるフォトダイオードのアレイなどの光センサ（図示せず）の上に位置している。好ましい例示の実施形態では、光通過領域１００２は、できるだけ多くの光を光センサに到達させることが可能であり、これによって感度を最大化する。このことは、製造に使用される半導体処理又は処理後において許容されるような、光レセプタの上のポリシリコン、金属、酸化物、窒化物、ポリイミド、及び他の層を除去することを通して実行され得る。光通過領域１００２は、抗反射コート、フィルタ、及び／又は拡散体などの光検出を最適化するための他の特殊の処理もまた受容することができる。光遮断領域１００４は、露光を必要としないダイ上の他の回路を被覆してもよい。他の回路の性能は、例えば、前述したようなコンタクトレンズに組み込まれることが要求される超低電流回路におけるシフチング偏倚電圧及びオシレータ周波数などの光電流によって劣化される場合がある。光遮断領域１００４は、例えば、既に半導体ウェーハ処理及び後処理で使用されるアルミニウム又は銅などの薄い、不透明な反射材料で形成されることが好ましい。金属で実装される場合、光遮断領域１００４を形成する材料は、短絡状態を防止するために、下方の回路及び接着剤パッド１００６から絶縁されねばならない。このような絶縁は、例えば、酸化物、窒化物、及び／又はポリイミドなどの通常のウェーハパッシベーションの部品としてダイ上に既に存在するパッシベーションによって、又は後処理中に添加される他の絶縁体によってもたらされ得る。マスキングは、導電性光遮断金属がダイ上の接着剤パッドに重なり合わないように光遮断層開口１０１０を可能にする。光遮断領域１００４は、ダイの取り付け中にダイを保護しかつ短絡を回避するために、追加的な絶縁体又はパッシベーションで被覆される。この最終的パッシベーションは、接着剤パッド１００６への接続を可能にするパッシベーション開口１００８を有する。
【００５８】
図１１は、本実施形態（発明）によるまばたき検出システムを備える電子インサートを有する例示のコンタクトレンズを示す。コンタクトレンズ１１００は、電子インサート１１０４を備えるソフトプラスチック部分１１０２を含む。このインサート１１０４は、例えば起動に応じて近くに又は遠くに焦点合わせする電子機器によって起動されるレンズ１１０６を有する。集積回路１１０８はインサート１１０４に装着され、バッテリ１１１０、レンズ１１０６、及びシステムに必要であるような他の構成要素を接続する。集積回路１１０８は、光センサ１１１２及び関連する光検波信号経路回路を有する。光センサ１１１２は、レンズインサートを通してかつ眼から離れて外側を向き、したがって、周辺光を受容することができる。光センサ１１１２は、例えば、単一のフォトダイオード又はフォトダイオードのアレイとして、集積回路１１０８上に実装され得る（図示されるように）。光センサ１１１２はまた、インサート１１０４上に固定され、かつ配線トレース１１１４と接続された分離デバイスとしても実装され得る。瞼が閉じる場合、光検出器１１１２を内蔵するレンズインサート１１０４が覆われ、これによって、光検出器１１１２への光レベル入射を低減する。光検出器１１１２は、周辺光を測定し、使用者がまばたきするかしないかを判定する。
【００５９】
まばたき検出アルゴリズムの追加的実施形態は、固定されたテンプレートを使用することによって又はマスクの「ドントケア」間隔（０値）を広げることによってよりはむしろ、測定された第１のまばたきの終了時間に基づいて第２のまばたきの始動を時間調整することによって、まばたきシーケンスの持続時間及び間隔においてより多くの変化を可能にすることができる。
【００６０】
このまばたき検出アルゴリズムは、デジタル論理又はマイクロコントローラ上で走行するソフトウェアで実現され得ることを理解されたい。このアルゴリズム論理又はマイクロコントローラは、光検波信号経路回路及びシステムコントローラを備える単一の特定用途向け集積回路、ＡＳＩＣで実現され得るか、又はこれは集積回路全体にわたって分割化されてもよい。
【００６１】
本発明のまばたき検出システムは、視覚診断、視覚補正及び視覚向上のためよりも広い範囲の用途を有することに留意することが重要である。これらのより広範な用途として、身体的障害を有する個人用に多種多様な機能性を制御するためのまばたき検出を使用することが挙げられる。このまばたき検出は、オンアイ又はオフアイで設定され得る。
【００６２】
本明細書に図示及び説明した実施形態は、最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるが、当業者であれば、本明細書に説明及び図示した特定の設計及び方法からの変更はそれ自体当業者にとって自明であり、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく使用できることは明らかであろう。本発明は、記載及び例示した特定の構成に限定されないものであるが、添付の特許請求の範囲内に含まれ得る全ての変更例と整合するように構成されるべきである。
【００６３】
〔実施の態様〕
（１）  まばたき及びまばたきパターンを検出する方法であって、
既定の速度で、個人の眼に入射する光をサンプリングし、かつ収集したサンプルを少なくとも一時的に保存することと、
前記収集したサンプルから前記まばたきの回数、期間及びパルス幅を推測するために、いつ瞼が開かれ又は閉じられるかを決定することと、
所定の期間における前記まばたきの回数及び前記まばたきの持続時間を計算することと、
前記まばたきの回数、前記所定の期間における前記まばたきの前記持続時間、及び前記所定の期間でのまばたき間の時間を、１つ又は２つ以上の既定の意図的まばたきシーケンスを表示する保存されたサンプルのセットと比較して、まばたきにおけるパターンを決定することと、
前記まばたきが、前記既定の意図的まばたきシーケンスの１つ又は２つ以上に一致するかどうかを判定することと、
を含む方法。
（２）  前記１つ又は２つ以上の意図的まばたきシーケンスに基づいて、デバイスを制御するステップを更に含む、実施態様１に記載のまばたき及びまばたきパターンを検出する方法。
（３）  前記デバイスを制御するステップが、電子眼科用レンズを起動しかつ制御することを含む、実施態様２に記載のまばたき及びまばたきパターンを検出する方法。
（４）  まばたき及びまばたきパターンを検出するためのシステムであって、
眼に入射する光の強度に対応する信号を出力するよう構成された光検出器と、
前記光検出器からの前記信号を受信し、かつ前記眼に入射する前記光に対応する増幅された信号を発生する更なる処理のために、その電力レベルを増強するよう構成された増幅器と、
前記増幅された信号を受信するよう構成された処理装置であって、該処理装置は、既定の速度でサンプリングし、少なくとも一時的に収集されたサンプルを保存し、前記収集されたサンプルから前記まばたきの回数、期間及びパルス幅を推測するために、いつ瞼が開かれ又は閉じられるかを決定し、所定の期間における前記まばたきの回数及び前記まばたきの持続時間を計算し、前記まばたきの回数、前記所定の期間における前記まばたきの前記持続時間、及び前記所定の期間におけるまばたき間の時間を、保存されたサンプルのセットと比較して、まばたきにおけるパターンを決定し、かつ、前記まばたきが１つ又は２つ以上の意図的まばたきシーケンスに一致するかどうかを判定する、処理装置と、
を備えるシステム。
（５）  コントローラおよびアクチュエータを更に備え、前記コントローラ及びアクチュエータが、前記１つ又は２つ以上の意図的まばたきシーケンスを受信しかつ対応する出力を発生するよう構成されている、実施態様４に記載のまばたき及びまばたきパターンを検出するためのシステム。
（６）  前記システムの前記構成要素が、電子眼科用レンズでの実施のために構成される、実施態様５に記載のまばたき及びまばたきパターンを検出するためのシステム。
【図１】
0006584739.tif 000002
【図２】
0006584739.tif 000003
【図３】
0006584739.tif 000004
【図４】
0006584739.tif 000005
【図５】
0006584739.tif 000006
【図６】
0006584739.tif 000007
【図７】
0006584739.tif 000008
【図８】
0006584739.tif 000009
【図９】
0006584739.tif 000010
【図１０】
0006584739.tif 000011
【図１１】
0006584739.tif 000012