ЭЛЕКТРОННАЯ ОФТАЛЬМОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНЗА С РЕГУЛИРОВАНИЕМ ЧАСТОТЫ ОСЦИЛЛЯТОРА
ELECTRONIC OPHTHALMIC LENS WITH OSCILLATOR FREQUENCY CONTROL

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Область применения изобретения
Настоящее изобретение относится к офтальмологической линзе с электропитанием или электронной офтальмологической линзе, а более конкретно - к офтальмологической линзе с электропитанием или электронной офтальмологической линзе, имеющей аппаратное и программное обеспечение для настройки и/или корректирования частоты осциллятора, расположенного на электронной офтальмологической линзе.
2. Обсуждение предшествующего уровня техники
Поскольку электронные устройства продолжают уменьшаться в размерах, все более вероятным становится создание микроэлектронных устройств, пригодных для ношения или выполненных с возможностью встраивания, для различных областей применения. Такие области применения могут включать в себя контроль биохимических процессов в организме, введение управляемых доз лекарственных средств или лекарственных агентов посредством различных механизмов, включая автоматические, в ответ на измерения или в ответ на внешние сигналы управления и усиление функциональных процессов в органах или тканях. Примеры таких устройств включают в себя инфузионные помпы для введения глюкозы, кардиостимуляторы, дефибрилляторы, вспомогательные желудочковые устройства и нейростимуляторы. Новой особенно используемой областью применения являются пригодные для ношения офтальмологические линзы и контактные линзы. Например, в пригодную для ношения линзу может быть встроен узел линзы, имеющий фокус с возможностью электронного регулирования для увеличения или улучшения функции глаза. В другом примере в пригодную для ношения контактную линзу с фокусом с возможностью регулирования или без него могут быть встроены электронные датчики для обнаружения концентраций отдельных химических веществ в прекорнеальной (слезной) пленке. Применение встроенной электроники в узле линзы предполагает потенциальную потребность в установлении связи с электроникой, способе питания и/или повторной подачи питания в электронику, взаимном соединении электроники, внутреннем и внешнем измерении и/или отслеживании, а также в управлении электроникой и общими функциями линзы.
Человеческий глаз способен различать миллионы цветов, легко приспосабливаться к изменению условий освещения и передавать сигналы или информацию в головной мозг со скоростью, превышающей высокоскоростную передачу данных через Интернет. В настоящее время линзы, такие как контактные линзы и интраокулярные линзы, используют для коррекции таких дефектов зрения, как миопия (близорукость), гиперметропия (дальнозоркость), пресбиопия и астигматизм. Тем не менее линзы правильной конфигурации со встроенными дополнительными компонентами могут использоваться как для улучшения зрения, так и для коррекции дефектов зрения.
Контактные линзы можно использовать для коррекции миопии, гиперметропии, астигматизма, а также других дефектов остроты зрения. Контактные линзы также можно использовать для улучшения природного внешнего вида глаз пользователя линз. Контактные линзы - это просто линзы, которые размещают на передней поверхности глаза. Контактные линзы относятся к медицинским устройствам и могут применяться для коррекции зрения и/или из косметических или иных терапевтических соображений. Контактные линзы используют для продажи с целью улучшения зрения с 1950-х годов. Первые контактные линзы получали или изготавливали из твердых материалов, и они были относительно дорогими и хрупкими. Кроме того, эти первые контактные линзы изготавливали из материалов, которые не обеспечивали достаточного проникновения кислорода через контактную линзу в конъюнктиву и роговицу, что могло потенциально повлечь за собой ряд неблагоприятных клинических эффектов. Хотя такие контактные линзы используют и в настоящее время, они подходят не всем пациентам из-за низкого уровня первоначального комфорта. Дальнейшие разработки в данной области привели к созданию мягких контактных линз на основе гидрогелей, которые сегодня чрезвычайно популярны и широко используются. В частности, силикон-гидрогелевые контактные линзы, доступные в настоящее время, сочетают преимущества силикона, отличающегося исключительно высокой кислородной проницаемостью, с признанным комфортом при ношении и клиническими показателями гидрогелей. Как правило, такие силикон-гидрогелевые контактные линзы обладают более высокой кислородной проницаемостью, и, по существу, их удобнее носить, чем контактные линзы, изготовленные из применявшихся в прошлом твердых материалов.
Стандартные контактные линзы являются полимерными структурами с установленными формами для коррекции различных проблем со зрением, которые были кратко упомянуты выше. Для достижения улучшенной функциональности в эти полимерные структуры встраивают различные схемы и компоненты. Например, управляющие схемы, микропроцессоры, устройства связи, блоки питания, датчики, исполнительные механизмы, светодиоды и миниатюрные антенны могут быть встроены в контактные линзы посредством изготовленных на заказ оптоэлектронных компонентов, предназначенных не только для коррекции зрения, но и для его улучшения и обеспечения дополнительной функциональности, как объясняется в настоящем документе. Электронные офтальмологические линзы и/или офтальмологические линзы с электропитанием могут быть выполнены с возможностью обеспечения улучшения зрения посредством возможностей увеличения и уменьшения или простого изменения рефракционных возможностей линз. Электронные контактные линзы и/или контактные линзы с электропитанием могут быть выполнены с возможностью улучшения цвета и разрешающей способности, отображения текстовой информации, преобразования речи в субтитры в режиме реального времени, передачи визуальных ориентиров от навигационной системы и обеспечения обработки изображений и доступа к сети Интернет. Линзы могут быть выполнены с возможностью позволять пользователю видеть в условиях низкой освещенности. Надлежащим образом сконфигурированные электронные компоненты и/или конструкция электроники на линзах может позволить проецирование изображения на сетчатку, например, без оптической линзы с переменным фокусом и обеспечить новые устройства отображения изображения. Альтернативно или в дополнение к любым из этих функций или схожим функциям, в контактные линзы могут быть встроены компоненты неинвазивного контроля биомаркеров и показателей здоровья пользователя. Например, встроенные в линзы датчики могут позволять пациенту, страдающему сахарным диабетом, принимать таблетки в соответствии с уровнем сахара в крови путем анализа компонентов слезной пленки без необходимости забора крови. Кроме того, в соответствующим образом сконфигурированную линзу могут быть встроены датчики для контроля уровней холестерина, натрия и калия, а также других биологических маркеров. Это, в сочетании с беспроводным передатчиком данных, может позволить врачу иметь практически немедленный доступ к результатам биохимического анализа крови пациента без необходимости для пациента тратить время на посещение лаборатории и проведение забора крови. Кроме того, датчики, встроенные в линзы, можно использовать для обнаружения света, падающего на глаз, для компенсации условий внешнего света или для применения при определении характера моргания.
Надлежащая комбинация устройств может обеспечить потенциально неограниченные функциональные возможности; однако существует ряд трудностей, связанных со встраиванием дополнительных компонентов во фрагмент полимера оптического качества. По существу, получение таких компонентов непосредственно на линзе, а также монтаж и взаимное соединение плоских устройств на неплоской поверхности являются затруднительными по ряду причин. Также затруднительно получить их в масштабе. Компоненты, предназначенные для размещения на линзе или в ней, необходимо уменьшить в размере и встроить в прозрачный полимер размером всего 1,5 квадратного сантиметра, обеспечивая при этом защиту компонентов от жидкой среды глаза. Также затруднительно изготовление контактной линзы с увеличенной толщиной, необходимой для размещения дополнительных компонентов, которая была бы комфортна и безопасна для пользователя.
Учитывая ограничения по площади и объему офтальмологического устройства, такого как контактная линза, и среду, в которой оно должно использоваться, для его физической реализации необходимо преодолеть ряд проблем, включая установку и взаимное соединение множества электронных компонентов на неплоской поверхности, большая часть которой состоит из оптического пластика. Таким образом, существует потребность в создании электронной контактной линзы, которая будет иметь надежную конфигурацию с точки зрения механики и электроники.
Поскольку эти линзы представляют собой линзы с электропитанием, существует проблема потребления энергии или, более конкретно, тока, который приводит в действие электронные компоненты, учитывая технологию батареи в масштабе офтальмологической линзы. В дополнение к обычному потреблению тока, устройства или системы с электропитанием такого типа в целом требуют запасов тока в холостом режиме, точного управления напряжением и возможностей переключения для обеспечения работы в потенциально широком диапазоне рабочих параметров, а также при пиковом потреблении, например до 18 (восемнадцати) часов на одном заряде после потенциального отсутствия активности в течение нескольких лет. Соответственно, существует необходимость в системе, оптимизированной для низкозатратной, продолжительной и надежной работы, обеспечивающей безопасность и размер и сохраняющей при этом требуемую мощность.
Кроме того, учитывая сложную функциональность, связанную с линзой с электропитанием, и высокий уровень взаимодействия между всеми компонентами, содержащимися в линзе с электропитанием, существует потребность в координации всей работы электронных и оптических компонентов, содержащихся в офтальмологической линзе с электропитанием, и управлении ею. Соответственно, существует потребность в безопасной, низкозатратной и надежной системе для управления работой всех остальных компонентов, которая имеет низкий уровень энергопотребления и является масштабируемой для встраивания в офтальмологическую линзу.
Офтальмологические линзы с электропитанием или электронные офтальмологические линзы, возможно, должны учитывать определенные уникальные физиологические функции человека, использующего офтальмологическую линзу с электропитанием или электронную офтальмологическую линзу. Более конкретно, линзы с электропитанием, возможно, должны учитывать моргание, включая количество морганий за определенный период времени, продолжительность моргания, временной интервал между морганиями и любой возможный характер моргания, например, если человек засыпает. Обнаружение моргания может быть также использовано для обеспечения определенных функциональных возможностей, например, моргание может быть использовано как средство управления одним или более аспектами офтальмологической линзы с электропитанием. Кроме того, внешние факторы, такие как изменения в уровнях интенсивности падающего света и объеме видимой части спектра, который блокирует человеческое веко, должны быть учтены при определении морганий. Например, если комната имеет уровень освещенности от 54 (пятидесяти четырех) до 161 (ста шестидесяти одного) люкса, фотодатчик должен быть достаточно чувствительным для обнаружения изменений интенсивности освещенности, которые происходят при моргании человека.
Датчики внешнего света или фотодатчики используют во многих системах и продуктах, например в телевизорах для регулировки яркости в соответствии с освещенностью комнаты, в светильниках для включения в сумерках, а также в телефонах для регулировки яркости экрана. Однако такие использующиеся в настоящее время системы датчиков не являются достаточно миниатюрными и/или не обладают достаточно низким потреблением энергии для включения в контактные линзы.
Также важно отметить, что различные типы детекторов моргания могут быть реализованы с использованием компьютерных видеосистем, направленных на человеческий (-ие) глаз (-а), например цифровой камеры, подключенной к компьютеру. Программное обеспечение, запущенное на компьютере, может распознавать визуальные особенности, такие как открытые и закрытые глаза. Данные системы могут быть использованы в офтальмологических клинических условиях в диагностических целях и для проведения исследований. В отличие от описанных выше детекторов и систем, данные системы предназначены для применения вне глаза и для ракурса, направленного на глаз, а не от него. Хотя данные системы недостаточно миниатюрны для включения в контактные линзы, использующееся программное обеспечение может быть подобным тому, которое будет работать совместно с контактными линзами с электропитанием. Любая система может включать программные реализации искусственных нейронных сетей, которые распознают входные данные и соответствующим образом регулируют свои выходные сигналы. В качестве альтернативы для создания умных систем могут быть использованы небиологические программные реализации, включающие статистические данные, другие адаптивные способы и/или обработку сигналов.
Для уменьшения потребления энергии линзой, она, как правило, не будет осуществлять постоянное наблюдение за работой датчиков, вместо этого будет производиться контроль датчиков с использованием определенной частоты выборки, основанный на тактовой частоте цепи. Цепь синхронизации, изготовленная с ограничениями по размеру, потребляемой мощности, весу и т. д., характерными для офтальмологического устройства, может иметь большее смещение или неточность показаний, чем прибор, размером, например, с часы. Когда линза используется для записи данных с временным представлением или для задания выполнения функции в определенное время в будущем, точность тактовой частоты имеет чрезвычайно важное значение для работы линзы.
Соответственно, существует потребность в средстве и способе для регулировки частоты осциллятора расположенного на электронной офтальмологической линзе, и более конкретно, регулировки частоты осциллятора часов, расположенных на электронной офтальмологической линзе, для более точного отсчета времени для учета производственных допусков.
ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Электронная офтальмологическая линза с регулировкой тактовой частоты в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения, лишена ограничений, связанных с предшествующим уровнем техники, как кратко описано выше. Эти функциональные возможности регулировки тактовой частоты могут быть внедрены в устройство контактных линз. Регулировка тактовой частоты обеспечивает более точный сбор данных, по меньшей мере, в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения.
По меньшей мере, в одном варианте осуществления настоящее изобретение относится к офтальмологической линзе с электропитанием. Офтальмологическая линза с электропитанием включает контактную линзу, системный контроллер, выполненный с возможностью управления работой линзы и замера данных от любых датчиков, расположенных на линзе, цепь синхронизации и цепь связи. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления контактная линза включает в себя оптическую зону и периферийную зону, в которых расположены электрические компоненты. В альтернативном варианте осуществления система датчиков положения века включает в себя датчик в виде полоски вместо множества отдельных датчиков.
По меньшей мере, в одном варианте осуществления настоящее изобретение относится к офтальмологической линзе с электропитанием. Офтальмологическая линза с электропитанием включает интраокулярную линзу, системный контроллер, выполненный с возможностью управления работой линзы и замера данных от любых датчиков, расположенных на линзе, цепь синхронизации и цепь связи.
По меньшей мере, в одном варианте осуществления предоставлен способ обновления частоты осциллятора, расположенного на контактной линзе, причем указанный способ включает: прием системным контроллером на контактной линзе, по меньшей мере, одного сигнала от внешнего источника, содержащего информацию, позволяющую регулировать частоту осциллятора; расчет регулировки частоты осциллятора при получении сигнала на основе информации, содержащейся в по меньшей мере одном сигнале, регулировку частоты осциллятора, в соответствии с рассчитанной регулировкой. В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения расчет и регулировка включают после определенного периода времени подсчет количества переходов в, по меньшей мере, одном сигнале от внешнего устройства в течение предварительно определенного периода времени; вычисление числа переходов и сравнение его с ожидаемым числом переходов в течение заданного периода; снижение тактовой частоты при малом числе переходов; повышение тактовой частоты при большом числе переходов. В другом варианте осуществления, по меньшей мере, один сигнал включает два сигнала, разнесенные во времени на заранее определенную величину друг от друга; по меньшей мере, один сигнал включает информацию, относящуюся к текущему времени; расчет регулировки тактовой частоты включает определение контрольного числа переходов на основании, по меньшей мере, одного сигнала, который должен быть подан между двумя сигналами системного контроллера, определение числа переходов на выходе осциллятора, произошедших между двумя сигналами системного контроллера, и сравнение числа переходов с контрольным числом переходов.
В еще одном варианте осуществления, в любом из указанных выше вариантов осуществления изобретения способ дополнительно включает: обновление часов на контактной линзе в соответствии с данными о времени, содержащимися в, по меньшей мере, одном сигнале, информация в котором является пилот-сигналом; повышение частоты осциллятора, в случае, если время на часах до обновления было более медленным по сравнению с обновленным времени; и понижение частоты осциллятора, в случае, если время на часах до обновления было более быстрым по сравнению с обновленным времени. В еще одном варианте осуществления способ дополнительно включает запись базового времени в память посредством системного контроллера, при этом базовое время является, по меньшей мере, начальным моментом срабатывания контактной линзы и/или временем, полученным при последнем обновлении времени для контактной линзы, и в котором регулировка частоты осциллятора включает определение разницы времени при обновлении между моментами времени, использованными для регулировки частоты осциллятора, определение разницы идущего времени на часах в линзе до момента обновления и базового времени, определение смещения времени на основе оценки разницы времени при обновлении и идущего времени, а также регулировку частоты осциллятора на основании результатов оценки.
В еще одном варианте первого варианта осуществления прием, по меньшей мере, одного сигнала включает обнаружение с использованием, по меньшей мере, одного приема луча света фотодатчиком; расчет системным контроллером числа переходов света в течение заранее определенного периода времени; расчет системным контроллером числа переходов на выходе осциллятора в течение того же заданного периода времени; и нормализацию, по меньшей мере, одного из числа переходов в соответствии с частотой другого числа переходов до начала сравнения числа переходов, причем число переходов света несет информацию, по меньшей мере, в одном сигнале, и в котором переходами света являются вспышки света.
В еще одном варианте первого варианта осуществления внешний источник является источником освещения с известной частотой, находящимся в помещении, получение, по меньшей мере, одного сигнала включает обнаружение света, по меньшей мере, одним фотодатчиком, определение того, соответствует ли яркость света порогу света; в случае, когда яркость соответствует порогу света, способ дополнительно включает происходящее после получения сигнала обнаружение света, по меньшей мере, одним фотодатчиком, расчет системным контроллером числа переходов света в течение заранее определенного периода времени для определения частоты света, нормализацию частоты света с частотой осциллятора перед проведением сравнения частоты осциллятора с полученной информацией, где информацией является частота света. В еще одном варианте первого варианта осуществления внешний источник является источником освещения с известной частотой, находящимся в помещении, получение, по меньшей мере, одного сигнала включает обнаружение света, по меньшей мере, одним фотодатчиком, способ дополнительно включает происходящий после получения сигнала расчет системным контроллером числа переходов света в течение заранее определенного периода времени для определения частоты света, нормализацию частоты света с частотой осциллятора перед проведением сравнения частоты осциллятора с полученной информацией, где информацией является частота света. В еще одном варианте любого из двух предыдущих вариантов осуществления настоящего изобретения, освещение в помещении представляет собой, по меньшей мере, один источник люминесцентного освещения и/или светодиодного освещения. В еще одном варианте других вариантов осуществления настоящего пункта способ дополнительно включает прием контактной линзой входных данных, идентифицирующих известную частоту люминесцентного освещения. В еще одном варианте осуществления входные данные представляют собой, по меньшей мере, одно обнаружение шаблона характера моргания и передачи от другого внешнего источника, отличного от люминесцентного освещения.
В еще одном варианте первого варианта осуществления внешний источник является источником освещения с известной частотой, находящимся в помещении, получение, по меньшей мере, одного сигнала включает обнаружение света, по меньшей мере, одним фотодатчиком, определение того, соответствует ли яркость света порогу света; в случае, когда яркость соответствует порогу света, способ дополнительно содержит происходящее после получения сигнала обнаружение света, по меньшей мере, одним фотодатчиком, расчет системным контроллером числа переходов света в течение заранее определенного периода времени для определения частоты света, нормализацию частоты осциллятора с частотой света перед проведением сравнения частоты осциллятора с полученной информацией, где информацией является количество циклов света.
В еще одном варианте любого из предыдущих вариантов осуществления способ дополнительно включает передачу синхронизирующего сигнала на вторую контактную линзу с использованием, по меньшей мере, одного закодированного сигнала и/или множества нулей и единиц; и регулировку частоты осциллятора на второй контактной линзе на основании сигнала синхронизации, полученного от первой контактной линзы. В еще одном варианте осуществления способ дополнительно включает: передачу уровня смещения от второй контактной линзы первой контактной линзе, передачу от первой контактной линзы на вторую контактную линзу второго синхронизирующего сигнала, имеющего, по меньшей мере, один закодированный сигнал и множества нулей и единиц, регулировку частоты осциллятора второй контактной линзы на основе второго синхронизирующего сигнала, принятого от первой контактной линзы, передачу обновленного уровня смещения от второй контактной линзы первой контактной линзе, сравнение уровней смещения с уровнем смещения первой контактной линзы, при разнице между уровнями смещения, превышающей пороговое значение смещения, повтор передачи второго синхронизирующего сигнала, регулировку частоту осциллятора в ответ на второй синхронизирующий сигнал и передачу обновленного уровня смещения. В еще одном варианте любого из указанных в предыдущих пунктах вариантов осуществления способ дополнительно включает отправку синхронизирующего пинга с контактной линзы на вторую контактную линзу; сброс сумматора второй контактной линзы до нуля; расчет каждого цикла сумматором на второй контактной линзе; отправку второго синхронизирующего пинга с контактной линзы на вторую контактную линзу, сравнение содержимого сумматора с порогом пинга системным контроллером второй контактной линзы; и регулировку тактовой частоты второй контактной линзы на основе сравнения с системным контроллером второй контактной линзы.
В еще одном варианте любого из предыдущих вариантов осуществления регулировка частоты осциллятора включает регулировку счетного устройства, электрически соединенного с осциллятором. В еще одном варианте любого из предыдущих вариантов осуществления регулировка частоты осциллятора включает регулировку, по меньшей мере, одного переменного резистора и/или переменного конденсатора для изменения частоты осциллятора. В еще одном варианте любого из вариантов осуществления внешний источник является, по меньшей мере, одним из следующих: сотовый телефон, вышка сотовой связи, переданный по беспроводной связи сигнал оповещения, базовая станция Wi-Fi, узел LiFi и специально настроенный узел беспроводной сети. В еще одном варианте любого из указанных выше вариантов осуществления изобретения способ дополнительно включает запрос, по меньшей мере, одного сигнала от внешнего источника.
По меньшей мере, в одном варианте осуществления предоставлен способ обновления часов, постоянно находящихся на контактной линзе, причем указанный способ включает: передачу сигнала времени от системного контроллера от передатчика на контактной линзе к внешнему устройству; прием сигнала времени внешним устройством; сравнение внешним устройством принятого сигнала времени с текущим временем на часах внешнего устройства для определения необходимой корректировки времени; в случае, когда необходимая корректировка времени превышает пороговое значение: передачу сигнала корректировки времени, основанного на корректировке времени, от внешнего устройства на контактную линзу, прием сигнала коррекции времени системным контроллером на контактной линзе, и обновление времени на контактной линзе системным контроллером на основе сигнала коррекции времени; и в случае, когда необходимая коррекция времени меньше или равна пороговому значению, передачу с внешнего устройства на системный контроллер сообщения о том, что время правильно. В дополнительном варианте осуществления сигнал коррекции времени включает коррекцию времени. В альтернативном варианте осуществления сигнал коррекции времени включает регулировку частоты, основанную на повышении частоты осциллятора контактной линзы в случае, если корректировка времени показывает, что время на контактной линзе отстает от времени на внешнем устройстве; или на понижении частоты осциллятора на контактной линзе в случае, если коррекция времени показывает, что время на контактной линзе опережает время на внешнем устройстве.
По меньшей мере, в одном варианте осуществления представлен способ для обновления часов, постоянно находящихся на контактной линзе, причем указанный способ включает: запись базового времени в память с помощью системного контроллера, где базовое время является по меньшей мере начальным моментом срабатывания контактной линзы и/или временем, полученным при последнем обновлении времени для контактных линз; получение системным контроллером на контактной линзе, по меньшей мере, одного сигнала от внешнего источника внешнего текущего времени; определение разницы рабочего времени между базовым временем и текущим временем на часах; определение разницы времени, полученного при последнем обновлении времени между текущим временем на часах и внешним текущим временем; обновление часов в соответствии с внешним текущим временем, полученным контроллером системы; определение временного смещения на основании оценки разницы между временем, полученным при обновлении времени, и разницей текущего времени; и регулировку частоты осциллятора на основании этой оценки.
По меньшей мере, в одном варианте осуществления предоставлен способ синхронизации частот между двумя линзами, при этом указанный способ включает: передачу синхронизирующего сигнала с первой контактной линзы на вторую контактную линзу с использованием, по меньшей мере, одного закодированного сигнала и/или множества нулей и единиц; регулировку частоты осциллятора на второй контактной линзе на основании сигнала синхронизации, полученного от первой контактной линзы; передачу уровня смещения от второй контактной линзы первой контактной линзе, передачу от первой контактной линзы на вторую контактную линзу второго синхронизирующего сигнала, имеющего, по меньшей мере, один закодированный сигнал и/или множество нулей и единиц, регулировку частоты осциллятора второй контактной линзы на основе второго синхронизирующего сигнала, принятого от первой контактной линзы, передачу обновленного уровня смещения от второй контактной линзы первой контактной линзе, сравнение уровней смещения с уровнем смещения первой контактной линзы, при разнице между уровнями смещения, превышающей пороговое значение смещения, повтор передачи второго синхронизирующего сигнала, регулировку частоту осциллятора в ответ на второй синхронизирующий сигнал, передачу обновленного уровня смещения и сравнение уровней смещения.
Управление офтальмологической линзой с электропитанием может осуществляться с помощью внешнего устройства с ручным управлением, которое связывается с линзой беспроводным образом, такого как портативный блок дистанционного управления. Альтернативно, управление офтальмологической линзой с электропитанием может осуществляться посредством сигналов обратной связи или управления, поступающих непосредственно от пользователя. Например, датчики, встроенные в линзу, могут обнаруживать моргания и/или характер моргания. На основе характера или последовательности морганий офтальмологическая линза с электропитанием может изменить рабочее состояние. В альтернативном варианте осуществления датчики могут включать в себя, например, датчик давления, геркон, датчик солесодержания, биодатчик и емкостный датчик для обеспечения сигнала, указывающего на то, что линза была вставлена.
Способ распознавания моргания является компонентом системного контроллера, который распознает характеристики морганий, например, когда веко открыто или закрыто, продолжительность пребывания века в открытом или закрытом состоянии, временные интервалы между морганиями и количество морганий за конкретный период времени. В способе в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения используется получение выборки падающего на глаз света при выполнении измерений с конкретной частотой. Предварительно заданный характер моргания сохраняется и сравнивается с последними данными выборки падающего света. Если шаблоны совпадают, способ обнаружения моргания приводит в действие системный контроллер, например, для переключения в конкретное рабочее состояние.
Способ распознавания моргания и соответствующая схема в, по меньшей мере, одном варианте осуществления работают в достаточно широком диапазоне условий освещенности и способны отличать последовательность преднамеренных морганий или закрытые веки от непроизвольных морганий. Также предпочтительно, что для использования преднамеренных морганий для активации и/или управления офтальмологической линзой с электропитанием необходимо минимальное обучение. Способ распознавания моргания и соответствующая схема, по меньшей мере, по одному из вариантов настоящего изобретения обеспечивают безопасные, низкозатратные и надежные средства и способ обнаружения морганий с помощью контактной линзы с электропитанием или электронной контактной линзы, которая также имеет низкий уровень потребления энергии и выполнена в масштабах позволяющих ее включение в офтальмологическую линзу, для выполнения, по меньшей мере, одного из следующих действий: активации офтальмологической линзы с электропитанием или электронной офтальмологической линзы или управления ею.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Вышеизложенные и прочие элементы и преимущества настоящего изобретения станут понятны после следующего, более подробного описания предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, показанных на прилагаемых чертежах.
На ФИГ. 1A и 1B проиллюстрирована контактная линза, изображенная в соответствии с, по меньшей мере, двумя вариантами осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 2А проиллюстрировано схематическое представление двух контактных линз, имеющих канал связи для синхронизации работы между двумя контактными линзами в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 2B проиллюстрировано схематическое представление канала связи между контактной линзой и внешним устройством в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
ФИГ. 3A-3C иллюстрируют блок-схему способов обновления частоты осциллятора в часах на контактной линзе в соответствии с, по меньшей мере, тремя вариантами осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 4A проиллюстрирована блок-схема другого способа обновления частоты осциллятора в часах на контактной линзе в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 4B-4D представлены примеры наложения контрольного сигнала на цикл осциллятора.
На ФИГ. 5 представлена блок-схема способ обновления часов на линзе в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 6 изображена система обнаружения моргания соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 7 показано графическое представление зависимости падающего на поверхность глаза света от времени, иллюстрирующее зависимость возможного характера непроизвольных морганий, зарегистрированного при разных уровнях интенсивности освещенности, от времени, и применимое пороговое значение уровня на основе некоторой точки между максимальным и минимальным уровнями интенсивности освещенности в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 8 показана схема перехода между состояниями системы обнаружения моргания в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 9 проиллюстрировано схематическое представление тракта фотодетектирования, использующегося для обнаружения и выборки полученных световых сигналов в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 10 изображена блок-схема цифровой логической схемы нормирования в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 11 изображена блок-схема цифровой логической схемы обнаружения в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 12 изображена схема временной диаграммы в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 13 представлено схематическое изображение цифрового системного контроллера в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 14A-14G проиллюстрированы временные диаграммы для автоматической регулировки усиления в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 15 схематически представлены светоизолирующая и светопропускающая области кристалла интегральной схемы в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 16 проиллюстрировано схематическое представление электронной вставки, включающей в себя детектор морганий, для контактной линзы с электропитанием в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 17A и 17B проиллюстрированы схематические представления датчиков положения века в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 18A проиллюстрировано схематическое представление электронной системы, включенной в контактную линзу, для обнаружения положения века в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 18B проиллюстрирован увеличенный вид электронной системы, показанной на ФИГ. 18A.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Стандартные контактные линзы являются полимерными структурами с установленными формами для коррекции различных проблем со зрением, которые были кратко упомянуты выше. Для достижения улучшенных функциональных возможностей различные схемы и компоненты могут быть встроены в эти полимерные структуры. Например, схемы управления, микропроцессоры, устройства связи, источники питания, датчики, механизмы предупреждения, светодиоды и миниатюрные антенны могут быть включены в контактные линзы посредством изготовленных на заказ оптоэлектронных компонентов, предназначенных не только для коррекции зрения, но и для улучшения зрения, а также обеспечения дополнительных функциональных возможностей, как объясняется в настоящем документе. Электронные контактные линзы и/или контактные линзы с электропитанием могут быть выполнены с возможностью улучшения зрения посредством увеличения или уменьшения фокусного расстояния или простого изменения рефракционных возможностей линз. Электронные контактные линзы и/или контактные линзы с электропитанием могут быть выполнены с возможностью улучшения цвета и разрешающей способности, отображения текстовой информации, преобразования речи в субтитры в режиме реального времени, передачи визуальных ориентиров от навигационной системы и обеспечения обработки изображений и доступа к сети Интернет. Линзы могут быть выполнены с возможностью позволять пользователю видеть в условиях низкой освещенности. Надлежащим образом выполненные электронные компоненты и/или расположение электронных компонентов на линзах могут позволить проецировать изображение на сетчатку, например, без оптической линзы с переменным фокусом, предоставить новые устройства отображения изображения или даже предоставить уведомления для пробуждения. Кроме того, датчики, встроенные в линзы, могут быть использованы для обнаружения падающего на глаз света для компенсации условий внешнего света или для применения при определении характеров моргания и того, спит пользователь или бодрствует.
В соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения контактная линза с электропитанием или электронная контактная линза включает в себя необходимые элементы для коррекции и/или улучшения зрения пациентов с одним или более из описанных выше дефектов зрения или выполнения подходящих офтальмологических функций иным способом. Кроме того, электронная контактная линза может использоваться просто для улучшения нормального зрения или обеспечения широкого спектра функциональных возможностей, как описано в настоящем раскрытии. Электронная контактная линза может иметь оптическую линзу с переменным фокусом, переднее оптическое устройство в сборе, встроенное в контактную линзу, или просто встраиваемые электронные компоненты без линзы для обеспечения любых подходящих функциональных возможностей. Электронная линза может быть встроена в любое количество контактных линз, как описано выше. Кроме того, в интраокулярные линзы могут быть также встроены различные компоненты и функциональные возможности, описанные в настоящем документе. Однако для простоты объяснения описание будет сфокусировано на электронной контактной линзе для коррекции дефектов зрения, предназначенной для однократного ежедневного применения.
Настоящее изобретение может быть использовано в офтальмологической линзе с электропитанием или контактной линзе с электропитанием, имеющей электронную систему, которая приводит в действие оптику с переменным фокусом или любое другое устройство или устройства, выполненные с возможностью реализации любого числа из многочисленных функций, которые могут быть выполнены. Электронная система включает одну или более батарей или других источников питания, схему управления питанием, один или более датчиков, схему генерирования тактовых сигналов, способы и схему управления, а также схему привода линзы. Сложность данных компонентов может варьироваться в зависимости от необходимых или желательных функциональных возможностей линзы.
Управление электронной офтальмологической линзой или офтальмологической линзой с электропитанием может осуществляться с помощью внешнего устройства с ручным управлением, которое связывается с линзой, такого как портативный блок дистанционного управления. Например, брелок может беспроводным образом связываться с линзой с электропитанием на основе ручного ввода данных пользователем. Альтернативно, управление офтальмологической линзой с электропитанием может осуществляться посредством сигналов обратной связи или управления, поступающих непосредственно от пользователя. Например, датчики, встроенные в линзу, могут обнаруживать моргания, шаблоны моргания и/или закрытия века. На основе характера или последовательности морганий офтальмологическая линза с электропитанием может изменить рабочее состояние. Еще одной альтернативой является то, что пользователь не может управлять работой офтальмологической линзы с электропитанием.
На ФИГ. 1А показана система, которая обеспечивает регулировку тактовой частоты цепи синхронизации на контактной линзе в соответствии с, по меньшей мере, одном из вариантов осуществления. Показанная система включает контактную линзу 100, имеющую корпус (или вставку), в которой инкапсулированы части цепи связи 110, цепь синхронизации 120 и системный контроллер 130 в электрической связи с цепью связи 110 и цепью синхронизации 120.
Цепь связи 110 обеспечивает связь между контроллером системы 130 и внешним источником информации о времени. Примеры внешнего источника включают следующие: владелец контактной линзы, брелок, освещение в помещении, например, люминесцентное или светодиодное (LED) освещение, сотовый телефон, смартфон, «умные» часы, компьютер, мобильное вычислительное устройство (включая планшет), вышка сотовой связи, переданный по беспроводной связи сигнал оповещения (например, телевидение, радио, или сигнал наземной подвижной службы), глобальная система определения местоположения (GPS), базовая станция Wi-Fi, узел LiFi и специально настроенная беспроводная сеть. Еще одним примером может служить любой источник способный обеспечивать сигнал времени, который, по меньшей мере, в одном варианте осуществления изобретения является стандартным сигналом времени и/или сигналом времени из надежного источника. Цепь связи 110, по меньшей мере, в одном варианте осуществления включает антенну и приемник. В еще одном альтернативном варианте осуществления цепь связи 110 может включать в себя передатчик в дополнение к приемнику или приемопередатчик.
Цепь синхронизации 120 обеспечивает сигнал синхронизации для работы электронных компонентов на контактной линзе, требующих тактового сигнала. Цепь синхронизации 120 в по меньшей мере одном варианте осуществления включает в себя накопитель 122 для отслеживания течения времени. Примером накопителя является регистр, действующий как счетчик. В альтернативном варианте осуществления накопитель 122 установлен на величину, приблизительно соответствующую времени в будущем, когда пользователь должен быть предупрежден, причем он выполнен с возможностью осуществления обратного отсчета от этой величины, вследствие чего системный контроллер 130 выполняет сравнение показаний с нулем для определения момента, когда требуется отправить сигнал уведомления. В альтернативных вариантах осуществления цепь синхронизации 120, как указано на ФИГ. 1B, может включать в себя осциллятор 124, содержащий кристалл, например, кварц, цепь с резистором и конденсатором (RC), цепь с катушкой индуктивности и конденсатором (LC) и/или релаксационную цепь. В еще одном варианте осуществления частота осциллятора, по меньшей мере, частично определяется переменным конденсатором, включающим выбираемый массив конденсаторов, варакторный диод и/или переменный резистор. По меньшей мере, в одном варианте осуществления счетное устройство в электрическом соединении с осциллятором отрегулировано и содержимое счетного устройства затем декодируется для обеспечения регулировки переменных компонентов, что приводит к регулировке частоты осциллятора.
Контроллер системы 130 обеспечивает работу электронных компонентов, присутствующих на контактной линзе 100, начиная от получения данных с датчиков и вплоть до отправки управляющих сигналов исполнительным механизмам или механизмам предупреждения, которые могут присутствовать на контактной линзе 100 в дополнение к цепи связи 110 и цепи синхронизации 120. По меньшей мере, в одном варианте осуществления системный контроллер 130 также включает запоминающее устройство 132.
На ФИГ. 1А и 1В также показан источник питания 140, который обеспечивает питание для многочисленных электрических компонентов на контактной линзе 100. Питание может подаваться от батареи, устройства сбора энергии или другого приемлемого средства, известного среднему специалисту в данной области. По существу, можно использовать любой тип источника 140 питания для обеспечения надежного питания всех других компонентов системы. В альтернативном варианте осуществления цепь связи 110 отсутствует и функциональные возможности связи обеспечивается с помощью устройства сбора энергии, которое работает в качестве приемника для сигнала времени, например, в альтернативном варианте устройство сбора энергии представляет собой фотоэлемент или радиочастотный (РЧ) приемник, который принимает как электрический сигнал, так и сигнал базового времени (или указание). В еще одном альтернативном варианте осуществления устройство сбора энергии представляет собой индуктивное зарядное устройство, в котором энергия передается в дополнение к данным, например, РЧИД. В одном или нескольких из этих альтернативных вариантов осуществления сигнал точного времени может являться неотъемлемой характеристикой собранной энергии, например, N*60 Гц индуктивного заряда или освещения.
На ФИГ. 2A проиллюстрирована система, в которой два глаза 280, по меньшей мере, частично перекрыты контактными линзами 200. Матрицы датчиков 220 присутствуют в обеих контактных линзах 200 для определения положения век, как было описано ранее в отношении ФИГ. 17A-18B. В этом варианте осуществления каждая из контактных линз 200 включает в себя электронный компонент связи 210, который представляет собой пример цепи связи 110 на ФИГ. 1A. Компонент 210 электросвязи в каждой контактной линзе 200 обеспечивает двустороннюю связь между контактными линзами 200. Электронные компоненты 210 связи могут включать в себя РЧ-приемопередатчики, антенны, интерфейсную схему для фотодатчиков 222 и соответствующие или подобные электронные компоненты. Канал связи, обозначенный линией 260, может включать в себя канал передачи РЧ-сигнала с соответствующей частотой и мощностью с протоколом передачи данных для обеспечения эффективной связи между контактными линзами 200. Посредством передачи данных между двумя контактными линзами 200 можно, например, проверить, что оба века закрыты, для определения того, что моргание является истинным, преднамеренным морганием, а не подмигиванием или непроизвольным морганием. Передача данных также может позволить системе определить, закрыты ли оба века одинаково, как, например, бывает во время чтения вблизи. Также возможна передача данных 272 с внешнего устройства 270 и/или на него, например, при использовании стекол очков или смартфона (а также другой системы на базе процессора), как показано, например, на ФИГ. 2B. По меньшей мере в одном варианте осуществления электронные компоненты связи 210, например, позволяют передачу запроса синхронизации данных (или пинг) на смартфон (или другое внешнее устройство) 270, имеющее компонент связи 274, а также с такого устройства. Таким образом, компоненты 210 электросвязи могут быть представлены только на одной линзе в, по меньшей мере, одном альтернативном варианте осуществления.
ФИГ. 3A и 3B иллюстрируют способы обновления частоты осциллятора, находящегося на контактных линзах, альтернативным способом или в дополнение к времени, определяемому часами. Системный контроллер на контактной линзе получает, по меньшей мере, один сигнал от внешнего источника 302. Сигнал содержит информацию, позволяющую провести регулировку частоты осциллятора. Примеры типов информации, которые могут присутствовать в сигнале, включают текущее время, сигнал времени, пилот-сигнал, первый сигнал времени, за которым следует второй сигнал времени в заданный момент времени после первого сигнала времени, периодический сигнал обнаруживаемой частоты, регулировку частоты, серию световых сигналов, основанных на включении/выключении света в течение периода времени, миганий света, серии морганий пользователя, причем время морганий, по меньшей мере, в одном варианте осуществления оценивается с помощью часов или метронома, а также подтверждение того, что время, отмеряемое контактной линзой, является достаточно точным и находится в пределах порогового значения.
Системный контроллер либо после получения сигнала (ФИГ. 3A), либо в процессе получения, либо перед ним (ФИГ. 3B), подсчитывает переходы осциллятор от нуля до единицы и/или от единицы до нуля на счетчике нуля, 304, 304 '. В альтернативном варианте контроллер системы определяет частоту осциллятора путем декодирования значений абсолютного или относительного времени или частоты, полученного с сигнала связи с внешнего устройства.
Системный контроллер после приема, по меньшей мере, одного сигнала рассчитывает регулировку частоты осциллятора на основе информации, содержащейся в, по меньшей мере, одном сигнале, 306. В еще одном варианте осуществления контроллер системы рассчитывает регулировку частоты осциллятора на основе сравнения подсчитанной частоты осциллятора с информацией, полученной от, по меньшей мере, одного сигнала. В другом варианте осуществления контроллер системы рассчитывает регулировку частоты осциллятора на основе числа циклов, которые должны произойти между парой принятых сигналов и сравнения полученных данных с числом циклов, которые на самом деле произошли. С использованием рассчитанной регулировки системный контроллер регулирует частоту осциллятора 308. По меньшей мере, в одном варианте осуществления частота осциллятора увеличивается, когда частота осциллятора меньше частоты, указанной в полученных данных, и частота осциллятора уменьшается, когда счетчик частоты осциллятора больше частоты, указанной в полученных данных. В качестве альтернативы, тактовая частота регулируется на основании сравнения времени на контактной линзе со временем от внешнего источника.
В альтернативном варианте осуществления, по меньшей мере, один сигнал, например пилот-сигнал, содержит данные о времени. По меньшей мере, в одном варианте осуществления разница между временем на контактной линзе и временем, переданным посредством, по меньшей мере, одного сигнала времени, является смещением времени. Частота осциллятора корректируется, если время на часах до обновления было медленным по сравнению с обновленным временем, которое, по меньшей мере, в одном варианте осуществления является временем, переданным посредством, по меньшей мере, одного сигнала. Частота осциллятора понижается в случае, если время на часах до обновления было более быстрым по сравнению с обновленным временем. По меньшей мере, в одном варианте осуществления, величина регулировки определяется на основании разницы (или смещения времени) со временем с момента последнего обновления, которое, по меньшей мере, в одном варианте осуществления хранится в памяти, например, в счетчике, который подключен к системному контроллеру или встроен в него. По меньшей мере, в одном из вариантов осуществления изобретения сравнение времени обеспечивает оценку разницы, на основании которой регулируется частота осциллятора. По меньшей мере, в одном из вариантов осуществления изобретения время на часах на контактной линзе обновляется в соответствии со временем, переданным посредством, по меньшей мере, одного сигнала.
ФИГ. 3C иллюстрирует способ с использованием двух сигналов, которые разнесены во времени на заранее определенное количество времени друг от друга. Контактная линза принимает сигнал от внешнего устройства, 312, в котором, по меньшей мере, в одном из вариантов осуществления сигнал включает информацию о текущем времени. По меньшей мере, в одном из вариантов осуществления изобретения, по меньшей мере, один из сигналов включает контрольное число переходов, которые должны произойти между двумя сигналами, чтобы системный контроллер имел возможность определить контрольное число переходов, 314. Системный контроллер определяет количество переходов выходного сигнала осциллятора, которые происходят между двумя сигналами, 316. Один из примеров того, как определить количество переходов путем подсчета переходов, описан, например, со ссылкой на ФИГ. 3A и 3B. Системный контроллер сравнивает число переходов с контрольным числом переходов, 318, например, чтобы обеспечить величину регулировки частоты осциллятора.
См., например
На основе данного описания и обсуждение относительно обнаружения моргания далее в данном описании, обычному специалисту в данной области техники должно быть понятно, что для определения уровня освещенности и изменения в уровне освещенности могут быть использованы варианты осуществления с использованием фотодатчика/фотоприемника. , ФИГ. 6-18B.
В варианте осуществления с использованием внешнего источника света, например, люминесцентных ламп или светодиодного света, которые имеет известную частоту, прием, по меньшей мере, одного сигнала включает обнаружение наличия освещения с помощью фотодатчика, подобного тем, которые используются в варианте осуществления обнаружения моргания, которые будут обсуждаться далее. Системный контроллер в сочетании с компонентами обнаружения моргания, определяет, соответствует ли яркость света, обнаруженная с помощью фотодатчика, световому порогу, который, по меньшей мере, в одном варианте осуществления хранится в памяти являющейся частью системного контроллера. Если яркость падающего луча соответствует или превышает порог света, способ включает дополнительные шаги для получения информации о частоте от света. В альтернативном варианте контроллер системы не использует порог света для контроля частоты, вместо этого при недостаточной яркости света мигание, скорее всего, не будет обнаружено, если не будет проведена проверка частоты.
Один из примеров способа получения информации о частоте включает обнаружение света, по меньшей мере, одним фотодатчиком, расчет системным контроллером числа переходов света в течение множества переходов, а затем сравнение обнаруженного числа переходов света с предварительно заданным числом ожидаемых переходов света. Другой пример способа включает обнаружение света, по меньшей мере, одним фотодатчиком, расчет системным контроллером количества переходов выключений и/или включений света в течение заранее определенного периода времени, получение значения, представляющего количество переходов осциллятора в течение заданного периода времени, и, по меньшей мере, в одном из вариантов осуществления изобретения нормализации значения осциллятора относительно числа переходов свете или наоборот. Нормализация позволяет сравнивать два источника, которые, вероятно, используют различные частоты, для определения того, является ли в течение определенного периода времени частота осциллятора контактной линзы верной, а также для обеспечения достаточной информацию для корректировки при необходимости. В альтернативном варианте осуществления, где частоты осциллятора контактных линз и освещения по существу совпадают, нормализация подсчетов может быть опущена. По меньшей мере, в одном варианте осуществления обнаружение света позволяет контроллеру системы определить частоту, при которой свет должен работать, и/или заранее определяет величину ожидаемых циклов света. В альтернативном варианте осуществления системный контроллер принимает сигнал, информирующий о его геолокации, который может быть использован для дальнейшего выбора частоты света из памяти с учетом различных частот линий электропередач по всему миру.
ФИГ. 4А иллюстрирует более общий подход к примеру выше для получения информации о частоте от источника света. ФИГ. 4B-4D иллюстрируют три примера замера сигнала с помощью контактных линз на основе различных частот осциллятора: повышенная частота, правильная частота, пониженная частота. Контактная линза принимает свет на, по меньшей мере, один фотодатчик, 402. Сигнал, по меньшей мере, одного фотодатчика замерен на частоте, представленной осциллятором, 404. По меньшей мере, в одном варианте осуществления замеряемые сигналы фотодатчика собираются в течение заранее определенного периода времени, в то время как, по меньшей мере, в одном другом варианте осуществления замер осуществляется до того момента, пока в сигнале фотодатчика не будут обнаружены предварительно заданные переходы. Системный контроллер подсчитывает число переходов на выходе сигнала фотодатчика, 406. По меньшей мере, в одном варианте осуществления мигание света создает переход света, при котором мигание является изменением яркости света, превышающей пороговое значение мигания, и в еще одном варианте осуществления свет переходит из включенного состояния в выключенное состояние и/или из выключенного состояния во включенное состояние. Как правило, минимальная мгновенная яркость люминесцентного света не достигнет нуля во время событий мигания, но будет обнаружено уменьшение мгновенной яркости. После завершения замера световых сигналов системный контроллер сравнивает количество сигналов фотодатчика с количеством циклов осциллятора, 408. Когда эти два значения отличаются на заданное пороговое значение, 410, частота осциллятора регулируется, 412. По меньшей мере, в одном варианте осуществления проволочный проводник прикреплен к обмотке. На ФИГ. 4B-4D вертикальные пунктирные линии представляют собой полученные оцениваемые явления, обработанные системным контроллером, частота которых соответствует частоте осциллятора. ФИГ. 4В иллюстрирует ситуацию, в которой частота осциллятора будет снижена. ФИГ. 4C иллюстрирует ситуацию, в которой частота осциллятора не будет отрегулирована. ФИГ. 4D иллюстрирует ситуацию, в которой частота осциллятора будет повышена.
Примеры того, как контроллер системы может регулировать частоту осциллятора, включают регулировку счетного устройства, электрически соединенного с осциллятором в цепи синхронизации, регулировку переменного резистора в цепи синхронизации, регулировку переменного конденсатора в цепи синхронизации, например, выбор того, какие конденсаторы в массиве используются в качестве части цепи; регулировку напряжения или силы тока, подаваемого на осциллятор, перевод переменного осциллятор в двухтактный режим и изменение параметров цифрового осциллятора.
В еще одном варианте осуществления изобретения контактная линза передает синхронизирующий сигнал на вторую контактную линзу, при этом сигнал синхронизации имеет множество нулей и единиц. Одним из способов обеспечения такого выравнивания частот является использование манчестерского декодирования.
Пример способа с использованием манчестерского декодирования начинается с процесса замера сигналов до получения перехода или границы данных. На второй стадии определяется, можно ли синхронизировать или совместить по фазе входящий сигнал с часами, используемыми для определения времени проведения замеров. Сначала последовательно опрашиваемые значения проверяются на обнаружение перехода от 1 к 0 или от 0 к 1. Если обнаруживается переход, предполагается, что это может быть переход в середине символа. Если это действительно переход в середине символа, дополнительные замеры в течение определенного периода времени затем не проводятся. Иными словами, можно перескочить от перехода в середине символа к тому замеру, который должен находиться в середине следующей «первой половины длительности символа». Данная точка находится на ¾ символа позже или на шесть (6) замеров позже при восьмикратной скорости опроса с запасом. На третьей стадии первые две стадии повторяются дважды, чтобы точно определить символы данных. На четвертой стадии счетчик замеров сбрасывается в ноль, и замеры выполняются до обнаружения перехода или границы в данных. Если значение счетчика замеров меньше целевого количества замеров до перехода, частота часов опросов приемника увеличивается. Если значение счетчика замеров больше целевого количества замеров до перехода, частота часовопросов приемника уменьшается. На пятой стадии повторяется методология второй стадии. На шестой стадии повторяются четвертая и пятая стадии до тех пор, пока не пройдет достаточно времени, чтобы удостовериться, что приемник миновал наиболее длинный допустимый период последовательных символов 1. На седьмой стадии счетчик замеров сбрасывается в ноль, и производятся замеры сигнала до обнаружения перехода или границы в данных. Если значение счетчика замеров меньше целевого количества замеров до перехода, частота часовопросов приемника может необязательно увеличиваться, а если значение счетчика замеров больше целевого количества замеров до перехода, частота часов опросов приемника может уменьшаться. На восьмой стадии повторяется методология второй стадии. На девятой и последней стадии повторяются седьмая и восьмая стадии, пока не будет собрано необходимое количество замеров.
В еще одном варианте осуществления для связи между парой контактных линз вторая контактная линза передает уровень смещения на первую контактную линзу. Первая контактная линза отвечает передачей на вторую контактную линзу второго синхронизирующего сигнала, имеющего множество нулей и единиц. Вторая контактная линза декодирует второй синхронизирующий сигнал для попытки синхронизации своей тактовой частоты с тактовой частотой первой контактной линзы перед передачей обновленного уровня смещения на первую контактную линзу. Как обсуждалось выше, одним из подходов к декодированию второго синхронизирующего сигнала является использование манчестерского декодирования. Первая контактная линза сравнивает уровни смещения, которые, по меньшей мере, в одном из вариантов осуществления хранятся в счетном устройстве или в другом запоминающем устройстве. Когда первая контактная линза находит разницу между уровнем смещения больше порогового значения смещения, способ повторяется.
В еще одном альтернативном варианте осуществления первая контактная линза передает частоту осциллятора на вторую контактную линзу в синхронизации с соответственной частотой осциллятора. Первая контактная линза посылает синхронизирующий пинг на вторую контактную линзу. Вторая контактная линза сбрасывает сумматор на нуль. Второй контактных линз подсчитывает каждый цикл с сумматором. Первая контактная линза посылает второй синхронизирующий пинг на вторую контактную линзу. Системный контроллер на второй контактной линзе сравнивает содержимое сумматора с порогом пинга. Системный контроллер на второй контактной линзе регулирует частоту осциллятора на второй контактной линзе на основании сравнения.
В альтернативном варианте осуществления изобретения контактная линза работает в соединении с внешним устройством, которое, по меньшей мере, в одном варианте осуществления изобретения выбирается из устройств, имеющих процессор или иных устройств, имеющего вычислительных возможности, которые имеют возможность осуществлять двустороннюю связь с внешними источниками, определенных ранее. Способ обновления частоты осциллятора и/или времени на часах (например, цепь синхронизации), расположенных на контактной линзе, показан на ФИГ. 5. Системный контроллер через передатчик на контактной линзе передает сигнал времени на внешнее устройство, 502. По меньшей мере, в одном варианте осуществления сигнал точного времени является текущим временем на контактных линзах. Внешнее устройство принимает сигнал времени, 504, и сравнивает его с текущим временем на часах на внешнем устройстве, чтобы определить коррекцию времени, 506. Если внешнее устройство обнаруживает, что коррекция времени больше порогового значения, 508, внешнее устройство передает сигнал коррекции времени, основываясь на коррекции для контактной линзы, 510, системный контроллер на контактной линзе получает коррекцию времени, 512 и обновляет время на контактной линзе, 514. По меньшей мере, в одном из вариантов осуществления в случае, если коррекция времени меньше порогового значения или равна ему, внешнее устройство передает сигнал в контроллер системы, что время на контактной линзе является правильным, 516. В дополнительном варианте осуществления сигнал коррекции времени включает коррекцию времени. В еще одном альтернативном варианте осуществления сигнал коррекции времени включает регулировку частоты, рассчитанную на основании повышения тактовой частоты, когда коррекция времени показывает, что время на контактной линзе меньше, чем время на внешнем устройстве, и снижения тактовой частоты, когда коррекция времени показывает, что время на контактной линзе опережает время на внешнем устройстве.
По меньшей мере, в одном варианте осуществления способ распознавания моргания является аспектом системного контроллера, который распознает характеристики морганий, например, закрыто веко или открыто, длительность моргания, временные интервалы между морганиями и количество морганий за конкретный период времени, а также протяженность закрытия века. Как упоминалось ранее, система обнаружения моргания на основании фотодетектора также может быть использована для обнаружения мигания света, и по меньшей мере, в одном варианте осуществления мигание света используется для обнаружения частоты. Способ в соответствии с настоящим изобретением основывается на выборке падающего света на глаз с определенной частотой выборки. Предварительно заданный характер моргания сохраняется и сравнивается с последними данными выборки падающего света. Если особенности совпадают, способ распознавания моргания может привести в действие системный контроллер, например, для активации привода линзы для изменения преломляющей способности линзы или для изменения рабочего состояния линзы.
Моргание - это быстрое закрывание и открывание век, а также важная функция глаза. Моргание защищает глаз от чужеродных объектов; например, человек моргает, когда объекты неожиданно появляются вблизи глаза. Моргание обеспечивает смазку передней поверхности глаза путем распределения по ней слезной жидкости. Моргание также служит для удаления загрязнений и/или раздражителей из глаза. Как правило, моргание происходит автоматически, но внешние факторы могут способствовать морганию, как и в случае с раздражителями. Однако моргание также может быть целенаправленным, например, люди, не способные к вербальному общению или общению с помощью жестов, могут моргнуть один раз, чтобы сказать «да», и два раза, чтобы сказать «нет». Способ обнаружения моргания и система настоящего изобретения используют шаблоны моргания, которые невозможно спутать с нормальной реакцией глаза в виде моргания. Другими словами, если моргание должно использоваться в качестве средства управления действием, то конкретный характер, выбранный для определенного действия, не может осуществляться случайно; в противном случае могут происходить непреднамеренные действия. Поскольку на скорость и/или частоту моргания может влиять множество факторов, включая усталость, сосредоточенность, скуку, повреждение глаза, прием препаратов и заболевание, характеры моргания, которые используются в целях управления, предпочтительно учитывают эти и любые другие переменные факторы, влияющие на моргание. Средняя продолжительность непроизвольных морганий находится в диапазоне от приблизительно 100 (ста) до 400 (четырехсот) миллисекунд. В среднем взрослые мужчины и женщины моргают с частотой 10 (десять) непроизвольных морганий в минуту, а среднее время между непроизвольными морганиями составляет приблизительно от 0,3 до 70 (семидесяти) секунд. Движения век могут также указывать на другие состояния, такие как сонливость, поскольку веки имеют общую тенденцию к закрытию через определенный период времени или закрываются на определенный период времени, что указывает на сон пользователя.
Вариант осуществления способа обнаружения моргания может состоять из следующих этапов.
1. Определение преднамеренной «последовательности морганий», которую пользователь выполнит для положительного обнаружения моргания или которая является представлением наступления сна.
2. Выборка уровня падающего света со скоростью, соответствующей обнаружению последовательности морганий и исключению непроизвольных морганий.
3. Сравнение истории отобранных уровней освещенности с ожидаемой «последовательностью морганий», как определено шаблоном значений моргания.
4. Факультативная реализация последовательности «маски» моргания для указания частей шаблона, которые должны быть проигнорированы во время сравнения, например, у границ переходов. Это может предоставить пользователю возможность отклониться от желаемой «последовательности морганий», например, плюс или минус 1 (одно) окно об ошибке, при этом может произойти одно или несколько из следующих действий: активация линзы, управление ею и изменение ее фокуса. Кроме того, это может позволить изменить пользовательскую синхронизацию последовательности морганий.
Последовательность морганий может быть определена следующим образом.
1. Моргание (закрытие век) на 0,5 секунды.
2. Открытие век на 0,5 секунды.
3. Моргание (закрытие век) на 0,5 секунды.
При частоте выборки, равной 100 (ста) миллисекундам, шаблон моргания (blink_template) из 20 (двадцати) образцов задается следующим образом:
blink_template=[1,1,1, 0,0,0,0,0, 1,1,1,1,1, 0,0,0,0,0, 1,1].
Маска моргания (blink_mask) определяется для маскировки образцов сразу после перехода (0 - маскировка или игнорирование образцов), и она задается следующим образом:
blink_mask=[1,1,1, 0,1,1,1,1, 0,1,1,1,1, 0,1,1,1,1, 0,1].
Факультативно, более широкая переходная область может быть замаскирована для обеспечения большей погрешности синхронизации и она задается следующим образом:
blink_mask=[1,1,0, 0,1,1,1,0, 0,1,1,1,0, 0,1,1,1,0, 0,1].
Могут быть реализованы альтернативные шаблоны, например, одиночное длительное моргание, в данном случае моргание продолжительностью 1,5 сек с шаблоном из 24 образцов, задается следующим образом:
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].
В альтернативном варианте осуществления данный blink_template используется без blink_mask.
Важно отметить, что приведенный выше пример представлен в целях иллюстрации и не представляет определенного набора данных.

Обнаружение может быть реализовано путем логического сравнения истории выборок с шаблоном и маской. Логическая операция состоит в пропускании шаблона и последовательности истории выборок через схему «исключающее ИЛИ (XOR)» на побитовой основе и последующего подтверждения того, что все незамаскированные биты истории выборок совпадают с шаблоном. Например, как проиллюстрировано в приведенных выше образцах маски моргания, в каждом месте последовательности маски моргания, где значение является логической 1, моргание должно совпадать с шаблоном маски моргания в данном месте последовательности. Однако в каждом месте последовательности маски моргания, где значение является логическим 0, моргание необязательно должно совпадать с шаблоном маски моргания в данном месте последовательности. Например, может быть использовано способ с использованием следующего булевого уравнения, написанный в программе MATLAB (компания MathWorks, г. Нэтик, штат Массачусетс, США).
matched=not (blink_mask) | not (xor (blink_template, test_sample)),
где test_sample - история выборок. Совпавшее (matched) значение является последовательностью с такой же длиной, что и у шаблона моргания (blink_template), истории выборок и маски моргания (blink_mask). Если совпавшая (matched) последовательность состоит из одних логических 1, то произошло качественное совпадение. Нарушение последовательности not (xor (blink_template, test_sample)) дает в результате логический 0 в месте каждого несовпадения и логическую 1 в месте каждого совпадения. Выполнение операции логического ИЛИ с обращенной маской превращает каждое место в совпавшей последовательности в логическую 1 там, где в маске находится логический 0. Соответственно, чем больше позиций в шаблоне маски морганий занимают логические 0, тем выше допустимая погрешность моргания пользователя. Также важно отметить, что, чем больше количество логических 0 в шаблоне маски морганий, тем выше вероятность ложноположительных результатов в отношении шаблонов ожидаемых или преднамеренных морганий. Следует понимать, что ряд ожидаемых или предполагаемых характеров моргания может быть запрограммирован в устройство с одним или несколькими действиями за раз и, по меньшей мере, в одном варианте осуществления управлением использования конкретных характеров моргания, которые должны быть использованы в конкретном рабочем состоянии. Более конкретно, множество ожидаемых или предполагаемых характеров моргания может быть использовано для одной и той же цели или функциональной возможности или для реализации различных или альтернативных функциональных возможностей. Например, один характер моргания может быть использован для изменения линзой рабочего состояния между, по меньшей мере, рабочим состоянием сна и рабочим состоянием бодрствования. Обнаружение моргания в, по меньшей мере, одном варианте осуществления может также обнаружить, когда веки остаются закрытыми, что будет обнаружено в качестве непрерывного моргания; веки имеют траекторию движения для закрытия на время сна, что будет обнаружено в качестве частичного моргания или последовательности частичных морганий, например, если часть датчиков перекрывается веком после моргания; и опускание век, которое будет распознано в качестве изменения положения стабильного состояния верхнего и/или нижнего века с его нормального положения стабильного состояния с или без подтверждения положения взгляда и/или опускания головы.
На ФИГ. 6 изображены в виде блок-схемы контактная линза 600, имеющая фотодатчик 612, усилитель 614, аналого-цифровой преобразователь (или АЦП) 616, процессор обработки цифровых сигналов 618, цепь синхронизации 620, контроллер системы 630 и источник питания 640. Как обсуждалось выше, компоненты 612-618 могут быть также частью цепи связи или, альтернативно, цепь связи может быть расположено отдельно и включать антенну и, в других вариантах осуществления изобретения, приемопередатчик. В еще одном альтернативном варианте осуществления цепь связи включает связанные с фотодатчиком компоненты и компоненты беспроводной передачи электрического сигнала.
При расположении контактной линзы 600 на передней поверхности глаза пользователя электронная схема детектора моргания может быть использована для внедрения способа обнаружения моргания в, по меньшей мере, один вариант осуществления. Фотодатчик 612, а также другие схемы, выполнены с возможностью обнаружения морганий, различных характеров морганий, выполняемых глазом пользователя, уровня закрытия века и/или уровней освещенности окружающей среды.
В данном варианте осуществления фотодатчик 612 может быть встроен в контактную линзу 600 и принимает внешний свет 681, преобразовывая попадающие на него фотоны в электроны и таким образом направляя ток, обозначенный стрелкой 613, к усилителю 614. Фотодатчик или фотодетектор 612 может включать в себя любое подходящее устройство. В одном варианте осуществления фотодатчик 612 включает в себя, по меньшей мере, один фотодиод. По меньшей мере, в одном варианте осуществления фотодиод реализован в виде комплементарного металлооксидного полупроводника (технология, основанная на процессе КМОП) для повышения возможности интеграции и снижения общего размера фотодатчика 612 и других схем. Ток 613 пропорционален уровню падающего света, и он по существу уменьшается, когда веко закрывает фотодетектор 612. Усилитель 614 создает выходной сигнал, пропорциональный входному сигналу с коэффициентом усиления, и может функционировать как трансимпедансный усилитель, который преобразует входной ток в выходное напряжение. Усилитель 614 может усиливать сигнал до уровня, подходящего для применения в остальной системе, например придавая сигналу достаточное напряжение и мощность, чтобы его можно было направлять на АЦП 616. Например, усилитель может быть необходим для работы последующих блоков, так как выходной сигнал фотодатчика 612 может быть достаточно небольшим и может применяться в условиях низкой освещенности. Усилитель 614 может быть реализован в качестве усилителя с переменным усилением, усиление которого может регулироваться системным контроллером 630 по обратной связи, для максимизации динамического диапазона системы. Помимо системы усиления, усилитель 614 может включать в себя другую схему нормирования аналогового сигнала, такую как схема фильтрации и иные схемы, подходящие для выходных сигналов фотодатчика 612 и усилителя 614. Усилитель 614 может включать в себя любое подходящее устройство для усиления и нормирования выходного сигнала фотодатчика 612. Например, усилитель 614 может иметь один операционный усилитель или более сложную схему, содержащую один или несколько операционных усилителей. Как было указано выше, фотодатчик 612 и усилитель 614 выполнены с возможностью обнаружения и выделения последовательностей морганий на основе интенсивности падающего на глаз света и преобразования входного тока в цифровой сигнал, который в итоге подходит для использования системным контроллером 630. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления системный контроллер 630 предварительно запрограммирован или выполнен с возможностью распознавания различных последовательностей моргания, характеров моргания и/или изменения уровня освещенности в различных условиях уровня интенсивности освещенности и направления соответствующего выходного сигнала на цепь синхронизации 620. Контроллер 630 системы, по меньшей мере, в одном варианте осуществления также имеет связанное с ним устройство хранения данных.
В этом варианте осуществления АЦП 616 может применяться для преобразования непрерывного аналогового выходного сигнала от усилителя 614 в дискретизированный сигнал, подходящий для дополнительной обработки сигнала. Например, АЦП 616 может преобразовывать аналоговый выходной сигнал от усилителя 614 в цифровой сигнал, который может быть использован последующими или расположенными далее схемами, такими как система обработки цифровых сигналов или микропроцессор 618. Система обработки цифровых сигналов, или процессор 618 обработки цифровых сигналов, может быть использован для обработки цифровых сигналов, включая одно или несколько из следующего: фильтрации, обработки, обнаружения и прочих способов управления выборочными данными/обработки выборочных данных для обеспечения обнаружения падающего света при последующих операциях. Процессор обработки цифровых сигналов 618 может быть предварительно запрограммирован на распознавание последовательностей или картин моргания, как описано выше. Процессор обработки цифровых сигналов 618 также включает соответствующую память, которая, по меньшей мере, в одном варианте осуществления содержит набор шаблонов и масок для распознавания, например, особенностей моргания для каждого рабочего состояния, которое выбирается системным контроллером 630. Процессор 618 обработки цифровых сигналов может быть реализован с использованием аналоговых схем, цифровых схем, программного обеспечения или их комбинации. В проиллюстрированном варианте осуществления он реализован в цифровой схеме. АЦП 616 вместе с соответствующим усилителем 614 и процессором 618 обработки цифровых сигналов активируются с подходящим периодом в соответствии с ранее описанной частотой выборки, например каждые 100 (сто) мс, что подлежит регулировке в, по меньшей мере, одном варианте осуществления.
Последовательность морганий, по меньшей мере, в одном варианте осуществления может быть использована для изменения рабочего состояния системы и/или системного контроллера. В дополнительных вариантах осуществления системный контроллер 630 может управлять другими аспектами контактной линзы с электропитанием в зависимости от входного сигнала от процессора 618 обработки цифровых сигналов, например, путем изменения фокусировки или оптической силы линзы с электронным управлением через исполнительное устройство.
По меньшей мере, в одном варианте осуществления системный контроллер 630 будет определять рабочее состояние линзы на основании полученного шаблона моргания для установки рабочего состояния. Дополнительно к этому варианту осуществления рабочее состояние будет определять набор шаблонов и масок, который подлежит использованию процессором обработки цифровых сигналов 618.
По меньшей мере, в одном варианте осуществления системный контроллер 630 использует сигнал от цепи фотодатчика, а именно, фотодатчика 612, усилителя 614, АЦП 616 и системы 618 обработки цифровых сигналов, для сравнения выборочных уровней освещенности с особенностями активации моргания.
На ФИГ. 7 проиллюстрировано графическое представление образцов характера моргания, записанных при различных уровнях интенсивности освещенности в зависимости от времени, а также используемый пороговый уровень. Соответственно, учет различных факторов может уменьшить и/или предотвратить погрешность при обнаружении морганий при выборке падающего света на глаз, например учет изменений уровней интенсивности освещенности в различных местах и/или при выполнении различных действий. Кроме того, при выборке падающего на глаз света учет эффектов, которые изменяются с интенсивностью внешнего света, воздействующих на глаз и веко, может также уменьшить и/или предотвратить погрешность при обнаружении морганий, например того, какой диапазон видимого спектра блокируется веком, когда оно закрыто, в условиях низкой интенсивности освещенности и высокой интенсивности освещенности. Другими словами, для предотвращения использования ошибочных характеров моргания для управления предпочтительно учитывается уровень внешнего света, по меньшей мере, в одном из вариантов осуществления изобретения, как более подробно объяснено далее.
Например, в процессе исследований было определено, что в среднем веко блокирует приблизительно 99 (девяносто девять) процентов диапазона видимого спектра, но при меньших длинах волн через веко проникает еще меньше света, так что блокируется приблизительно 99,6 процента видимого спектра. При больших длинах волн, приближающихся к инфракрасной части спектра, веко может блокировать лишь 30 (тридцать) процентов падающего света. Однако важно отметить, что свет с разной частотой, длиной волны и интенсивностью может проходить через веки с разной эффективностью. Например, глядя на источник яркого света, человек может видеть красный свет, закрыв глаза. Диапазон видимого спектра, блокируемого веком, может также изменяться у каждого человека, в зависимости, например, от пигментации его кожи. Как проиллюстрировано на ФИГ. 7, образцы данных характеров моргания при различных уровнях освещенности моделируются с временным интервалом в 70 (семьдесят) секунд, при этом уровни интенсивности видимого спектра, проходящего через глаз, записываются во время моделирования, на фигуре также проиллюстрировано использующееся пороговое значение. Пороговое значение устанавливается в пределах двойной амплитуды интенсивности видимого спектра, записанного для образцов характеров моргания во время моделирования при различных уровнях интенсивности освещенности. Возможность предварительного программирования характеров моргания при отслеживании среднего уровня освещенности с течением времени и регулировке порогового значения может являться критической для возможности обнаружения события, когда человек моргает, в противоположность событию, когда человек не моргает, и/или события, представляющего собой лишь изменение уровня интенсивности освещенности в определенной зоне.
Ссылаясь далее снова на фиг. 6, в дополнительных альтернативных вариантах осуществления системный контроллер 630 может принимать входящий сигнал от источников, включающих одно или несколько из следующего: детектор моргания, датчики давления, акселерометр (акселерометры), фотодатчики и брелок управления. Например, электронная контактная линза или контактная линза с электропитанием может быть специально запрограммированы для использования конкретным человеком; линзу можно запрограммировать на одновременное распознавание картины моргания.
На ФИГ. 8-18B приведены примеры системы датчиков положения века, которое, по меньшей мере, в одном из вариантов осуществления изобретения используется для выявления уровня естественного освещения.
На ФИГ. 8 показана диаграмма переключения состояний системы обнаружения моргания в соответствии со способом определения моргания. Система начинает работу с состояния IDLE 802, ожидая сигнала включения bl_go. Если разрешающий сигнал bl_go подтверждается, например, осциллятором и управляющей схемой, которые выдают импульсы bl_go с частотой 100 (сто) мс, соизмеримой с частотой выборки моргания, тогда машина состояний переходит в состояние WAIT_ADC 804, в котором АЦП приводится в действие для преобразования полученного уровня освещенности в цифровое значение. АЦП подтверждает сигнал adc_done для указания того, что его операции завершены, и система или машина состояний переходит в состояние СДВИГ 806. В состоянии СДВИГ 806 система передает последнее полученное выходное значение АЦП на сдвиговый регистр для сохранения истории образцов моргания. В некоторых вариантах осуществления выходное значение АЦП сначала сравнивается с пороговым значением для получения одиночного бита (1 или 0) для значения выборки, чтобы минимизировать требования по хранению. Система или машина состояний затем переходит в состояние СРАВНЕНИЕ 808, в котором значения в сдвиговом регистре истории выборок сравниваются с одним или более шаблонами и масками последовательности моргания, как описано выше. Если совпадение обнаружено, может быть сгенерирован один или более выходных сигналов, например, один для переключения состояния линзы. Система или машина состояний затем переходит в состояние ГОТОВО 810 и подтверждает сигнал bl_done для указания того, что ее операции завершены.
см., например,
см.
На ФИГ. 9 проиллюстрирован тракт pd_rx_top сигнала фотодатчика или фотодетектора, который может быть использован для обнаружения и выборки полученных уровней освещенности. Тракт path pd_rx_top сигнала может включать в себя светодиод 902, трансимпедансный усилитель 904, звено 906 автоматической регулировки усиления и низкочастотной фильтрации (AGC/LPF) и АЦП 908. Сигнал adc_vref передается на АЦП 908 от источника 140 питания ( ФИГ. 1A) или в качестве альтернативы он может поступать от специальной схемы внутри аналого-цифрового преобразователя 908. Выходной сигнал adc_data от АЦП 908 передается на блок 618/630 обработки цифровых сигналов и системного контроллера ( ФИГ. 6). Несмотря на то, что на фиг. 6 они проиллюстрированы в качестве отдельных блоков 618 и 630, для простоты объяснения обработка цифровых сигналов и системный контроллер предпочтительно реализованы в одном блоке 910. Сигнал включения adc_en, сигнал пуска adc_start и сигнал сброса adc_rst_n принимаются от блока системы обработки цифровых сигналов и системного контроллера 910, а на него передается сигнал завершения adc_complete. Синхронизирующий сигнал adc_clk может исходить от источника временных данных за пределами тракта сигнала pd_rx-_top или из блока обработки цифровых сигналов и системного контроллера 910. Важно отметить, что сигнал adc_clk и системные тактовые сигналы могут быть запущены на разных частотах. Также важно отметить, что в соответствии с настоящим изобретением может быть использовано любое количество различных АЦП, которые могут иметь разные интерфейсы и сигналы управления, но которые выполняют аналогичную функцию по обеспечению измеренного цифрового представления выходного сигнала аналоговой части сигнального пути фотодатчика. Разрешение фотодетектирования, pd_en, и усиление фотодетектирования, pd_gain, принимаются от блока 910 обработки цифровых сигналов и системного контроллера.
На ФИГ. 10 проиллюстрирована блок-схема цифровой логической схемы 1000 нормирования, которая может быть использована для уменьшения полученного значения сигнала АЦП, adc_data, до значения одиночного бита pd_data. Цифровая логическая схема 1000 нормирования может включать в себя цифровой регистр 1002 для получения данных, adc_data, из тракта pd_rx_top сигнала фотодетектирования для формирования сохраненного значения сигнала adc_data_held. Цифровой регистр 1002 выполнен с возможностью приема нового значения сигнала adc_data при получении сигнала adc_complete, а в противном случае - сохранения последнего принятого значения при получении сигнала adc_complete. Таким образом, система может отключить тракт сигнала фотодетектирования после фиксации данных для снижения потребления тока системой. Затем сохраненное значение данных может быть усреднено, например, посредством усреднения интеграцией со сбросом или других способов усреднения, реализованных в цифровой логической схеме, в схеме 1004 генерирования порогового значения для получения одного или нескольких пороговых значений сигнала pd_th. Затем сохраненное значение данных может быть с использованием компаратора 1006 сравнено с одним или несколькими пороговыми значениями для получения однобитного значения данных сигнала pd_data. Следует понимать, что операция сравнения может использовать гистерезис или сравнение с одним или несколькими пороговыми значениями при минимизации шума выходного сигнала pd_data. Цифровая логическая схема нормирования может дополнительно включать в себя блок pd_gain_adj 1008 регулировки усиления для установки усиления звена 906 автоматической регулировки усиления и низкочастотной фильтрации в тракте сигнала фотодетектирования посредством сигнала pd_gain, как проиллюстрировано на ФИГ. 9, в соответствии с рассчитанными пороговыми значениями и/или в соответствии с сохраненным значением данных. Важно отметить, что в данном варианте осуществления шестибитные слова обеспечивают достаточное разрешение по динамическому диапазону для обнаружения моргания при минимизации сложности. На ФИГ. 10 проиллюстрирован альтернативный вариант осуществления, который включает в себя предоставление сигнала pd_gain_sdi управления, например, от последовательного интерфейса данных, который позволяет игнорировать автоматическое управление усилением, определенное блоком pd_gain_adj 1008 регулировки усиления.
В одном варианте осуществления схема 1004 генерирования порогового значения включает в себя пиковый детектор, детектор «долин» и схему вычисления порогового значения. В данном варианте осуществления пороговые значения и значения управления усилением могут быть сгенерированы следующим образом. Пиковый детектор и детектор «долин» выполнены с возможностью получения сохраненного значения сигнала adc_data_held. Пиковый детектор дополнительно выполнен с возможность предоставления выходного значения, pd_pk, которое быстро отслеживает увеличения значения adc_data_held и медленно снижается, если значение adc_data_held уменьшается. Действие аналогично работе классического диодного амплитудного детектора, хорошо известного в сфере электротехники. Детектор «долин» дополнительно выполнен с возможностью предоставления выходного значения pd_vl, которое быстро отслеживает уменьшения значения adc_data_held и медленно снижается до более высокого значения, если значение adc_data_held увеличивается. Действие детектора «долин» также аналогично работе диодного амплитудного детектора с разрядным резистором, связанным с положительным напряжением источника питания. Схема вычисления порогового значения выполнена с возможностью получения значений pd_pl и pd_vl, а также дополнительно выполнена с возможностью вычисления среднего показателя порогового значения pd_th_mid на основании среднего значения pd_pk и pd_vl. Схема 1004 генерирования порогового значения предоставляет пороговое значение pd_th на основании среднего показателя порогового значения pd_th_mid.
Схема 1004 генерирования порогового значения может быть дополнительно выполнена с возможностью обновления значений уровней pd_pk и pd_vl в ответ на изменения значения pd_gain. Если значение pd_gain увеличивается на один шаг, тогда значения pd_pk и pd_vl увеличиваются на коэффициент, равный ожидаемому увеличению усиления в тракте сигнала фотодетектирования. Если значение pd_gain уменьшается на один шаг, тогда значения pd_pk и pd_vl уменьшаются на коэффициент, равный ожидаемому снижению усиления в тракте сигнала фотодетектирования. Таким образом, состояния пикового детектора и детектора «долин», сохраненные в виде значений pd_pk и pd_vl, соответственно, и пороговое значение pd_th, рассчитанное из значений pd_pk и pd_vl, обновляются для соответствия изменениям усиления в тракте сигнала, следовательно, избегая неоднородностей или других изменений в состоянии или значении, возникающих только в результате намеренного изменения усиления в тракте сигнала фотодетектирования.
В дополнительном варианте осуществления схемы 1004 генерирования порогового значения схема вычисления порогового значения может быть дополнительно выполнена с возможностью вычисления порогового значения pd_th_pk на основании пропорциональной или процентной доли значения pd_pk. По меньшей мере, в одном варианте осуществления пороговое значение pd_th_pk может быть преимущественно выполнено таким образом, чтобы составлять семь восьмых от значения pd_pk, вычисление которого может быть реализовано путем простого сдвига вправо на три бита и вычитания, как хорошо известно в данной области техники. Схема вычисления порогового значения может выбирать пороговое значение pd_th как меньшее из pd_th_mid и pd_th_pk. Таким образом, значение pd_th никогда не будет равняться значению pd_pk, даже после длительных периодов постоянного падения света на фотодиод, что может стать причиной того, что значения pd_pk и pd_vl будут равны. Следует понимать, что значение pd_th_pk обеспечивает обнаружение моргания после продолжительных интервалов. Работа схемы генерирования порогового значения дополнительно проиллюстрирована на ФИГ. 14, как обсуждается далее.
На ФИГ. 11 проиллюстрирована блок-схема цифровой логической схемы 1100 обнаружения, которая может быть использована для реализации способа цифрового обнаружения моргания. Цифровая логическая схема 1100 обнаружения может включать сдвиговый регистр 1102, выполненный с возможностью получения данных из тракта pd_rx_top сигнала фотодетектирования, как показано на ФИГ. 9, или от цифровой логической схемы нормирования, как показано на ФИГ. 10, как проиллюстрировано в данном случае в отношении сигнала pd_data, который имеет однобитовое значение. Сдвиговый регистр 1102 сохраняет историю полученных значений выборки в данном случае в виде 24-битного регистра. Цифровая логическая схема 1100 распознавания дополнительно включает блок 1104 сравнения, выполненный с возможностью приема истории выборок и одного или нескольких шаблонов bl_tpl моргания и масок bl_mask моргания на основе рабочего состояния (при необходимости) и выполненный с возможностью указания совпадения с одним или несколькими шаблонами и масками в отношении одного или нескольких выходных сигналов, которые могут быть сохранены для дальнейшего использования. По меньшей мере в одном варианте осуществления рабочее состояние определяет набор шаблонов bl_tpl и масок bl_mask моргания, который должен быть использован блоком 1104 сравнения.
Выходной сигнал блока 1104 сравнения фиксируется посредством D-триггера 1106. Цифровая логическая схема 1100 обнаружения может дополнительно включать в себя счетчик 1108 или другой логический элемент для предотвращения последовательных сравнений одного и того же набора истории выборок с небольшими сдвигами вследствие операций маскирования. В предпочтительном варианте осуществления история выборок очищается или сбрасывается после определения положительного совпадения, таким образом, для определения последующего совпадения необходима выборка полной новой совпадающей последовательности морганий. Цифровая логическая схема 1100 обнаружения все еще может дополнительно включать в себя машину состояний или подобную управляющую схему для подачи сигналов управления в тракт сигналов фотодетектирования и АЦП. В некоторых вариантах осуществления сигналы управления могут генерироваться машиной управления состояниями, отделенной от цифровой логической схемы 1100 обнаружения. Данная машина управления состояниями может являться частью блока 910 обработки цифровых сигналов и системного контроллера (см. ФИГ. 9).
На фиг. 12 проиллюстрирована временная диаграмма сигналов управления, подаваемых подсистемой распознавания моргания на АЦП 908 (фиг. 9), который используется в тракте сигнала фотодетектирования. Сигналы активации и тактовые сигналы adc_en, adc_rst_n и adc_clk активируются в начале последовательности измерений и продолжаются до завершения процесса аналого-цифрового преобразования. В одном варианте осуществления процесс преобразования АЦП начинается тогда, когда импульс подается к сигналу adc_start. Выходное значение АЦП сохраняется в сигнале adc_data, и завершение процесса указывается логическим аналого-цифровым преобразователем сигнала adc_complete. Также на ФИГ. 12 проиллюстрирован сигнал pd_gain, который используется для установки усиления усилителей перед АЦП. Данный сигнал показан как устанавливаемый до начала времени подготовки к работе, чтобы стабилизировать смещение аналоговой схемы и уровни сигнала до преобразования.
На ФИГ. 13 проиллюстрирован цифровой системный контроллер 1300, имеющий подсистему dig_blink 1302 обнаружения моргания. Цифровая подсистема dig_blink1302обнаружения моргания может управляться ведущей машиной dig_master 1304 состояний и может быть выполнена с возможностью получения тактовых сигналов от генератора clkgen 1306 тактовых сигналов за пределами цифрового системного контроллера 1300. Цифровая подсистема dig_blink 1302обнаружения моргания может быть выполнена с возможностью подачи сигналов управления на подсистему фотодетектирования и получения сигналов от нее, как описано выше. Цифровая подсистема dig_blink 1302обнаружения моргания может включать в себя цифровую логическую схему нормирования и цифровую логическую схему обнаружения, как описано выше, в дополнение к машине состояний для управления последовательностью операций в способе обнаружения моргания. Цифровая подсистема dig_blink 1302 обнаружения моргания может быть выполнена с возможностью получения сигнала включения от ведущей машины 1304 состояний и передачи указания о завершении или выполнении и обратного указания об обнаружении моргания на ведущую машину 1304 состояний.
В альтернативном варианте осуществления в варианте, показанном на ФИГ. 13, часы реального времени подключены к генератору тактовых сигналов 1306 для отслеживания времени, поскольку линза начала функционировать и теперь обеспечивает сигнал временной метки для любых компонентов регистрации данных. Часы реального времени и тактовый осциллятор 1306 являются примером схемы синхронизации.
На фиг. 14A-14G показаны формы сигнала для иллюстрации работы схемы генерирования порогового значения и автоматического управления усилением (фиг. 10). На ФИГ. 14A проиллюстрирован пример зависимости фототока от времени, что должно обеспечиваться фотодиодом в ответ на различные уровни освещенности. В первой части графика уровень освещенности и полученный в результате фототок являются относительно низкими по сравнению со второй частью графика. Как на первой, так и на второй частях графика показано, что двойное моргание снижает освещенность и фототок. Следует отметить, что ослабление света веком может не быть равным 100 (ста) процентам, а может иметь меньшее значение, которое зависит от пропускающих свойств века в отношении длин волны падающего на глаз света. На ФИГ. 14B проиллюстрировано значение adc_data_held, которое захватывается в ответ на форму сигнала фототока, как показано на ФИГ. 14A. Для упрощения значение adc_data_held проиллюстрировано в виде непрерывного аналогового сигнала, а не последовательностей дискретных цифровых значений выборки. Следует понимать, что цифровые значения выборки будут соответствовать уровню, проиллюстрированному на ФИГ. 14B, в соответствующие моменты времени выборки. Пунктирные линии в верхней и нижней частях графика отображают максимальное и минимальное значения сигналов adc_data и adc_data_held. Диапазон значений между минимальным и максимальным значениями также известен как динамический диапазон сигнала adc_data. Как описано далее, усиление в тракте сигнала фотодетектирования является отличным (более низким) во второй части графика. В целом значение adc_data_held прямо пропорционально фототоку, а изменения усиления влияют только на коэффициент или константу пропорциональности. На ФИГ. 14C проиллюстрированы значения pd_pk, pd_vl и pd_th_mid, рассчитанные схемой генерирования порогового значения в ответ на значение adc_data_held. На ФИГ. 14D проиллюстрированы значения pd_pk, pd_vl и pd_th_pk, рассчитанные схемой генерирования порогового значения в ответ на значение adc_data_held в некоторых вариантах осуществления. Следует отметить, что значение pd_th_pk всегда составляет некоторую часть значения pd_pk. На ФИГ. 14E проиллюстрировано значение adc_data_held со значениями pd_th_mid и pd_th_pk. Следует отметить, что в течение продолжительных периодов времени, при которых значение adc_data_held является относительно постоянным, значение pd_th_mid становится равным значению adc_data_held, поскольку значение pd_vl снижается до того же уровня. Значение pd_th_pk всегда остается немного ниже значения adc_data_held. Также на ФИГ. 14E проиллюстрирован выбор pd_th, при этом значение pd_th выбирается таким образом, чтобы быть меньше значений pd_th_pk и pd_th_mid. Таким образом, пороговое значение всегда будет несколько отличаться от значения pd_pk, что позволяет избежать ложных переходов состояния pd_data вследствие шума в сигналах фототока и adc_data. На ФИГ. 14F проиллюстрировано значение pd_data, сгенерированное посредством сравнения значения adc_data_held со значением pd_th. Следует отметить, что сигнал pd_data является двухзначным сигналом, который является низким во время моргания. На ФИГ. 14G проиллюстрирована зависимость значения tia_gain от времени для данных приведенных в качестве примера форм сигналов. Значение tia_gain устанавливается более низким, когда pd_th начинает превышать верхнее пороговое значение, показанное как agc_pk_th на ФИГ. 14E. Следует отметить, что подобная ситуация возникает для повышения tia_gain, когда pd_th начинает падать ниже нижнего порогового значения. Если посмотреть на вторую часть каждого из графиков на ФИГ. 14A-14E, то воздействие более низкого tia_gain станет очевидным. В частности, следует обратить внимание на то, что значение adc_data_held поддерживается на уровне середины динамического диапазона сигналов adc_data и adc_data_held. Далее важно отметить, что значения pd_pk и pd_vl обновляются в соответствии с изменением усиления, как описано выше, таким образом, чтобы избежать неоднородностей в состояниях и значениях пикового детектора и детектора «долин» благодаря только лишь изменениям усиления в тракте сигнала фотодетектирования.
На ФИГ. 15 проиллюстрированы светонепроницаемые и светопропускающие признаки на кристалле 1500 интегральной схемы. Кристалл 1500 интегральной схемы включает в себя светопропускающую область 1502, светоизолирующую область 1504, контактные площадки 1506, отверстия 1508 пассивации и отверстия 1510 в светоизолирующем слое. Светопропускающая область 1502 находится над фотодатчиками (не показаны), например матрицей фотодатчиков, реализованной по технологии производства полупроводниковых устройств. По меньшей мере, в одном варианте осуществления светопропускающая область 1502 пропускает максимально возможное количество света к фотодатчикам, таким образом максимизируя чувствительность. Это может быть выполнено путем удаления поликремниевого, металлического, оксидного, нитридного, полиимидного и других слоев над фоторецепторами в соответствии с тем, как допустимо по технологии производства полупроводниковых устройств, используемой для изготовления или последующей обработки. Светопропускающая область 1502 также может быть подвергнута другой специальной обработке для оптимизации светового обнаружения, например, нанесению противоотражающих, фильтрующих и/или светорассеивающих покрытий. Светонепроницаемая область 1504 может закрывать на кристалле прочие схемы, не требующие воздействия света. Рабочие характеристики других схем могут нарушаться фототоками, например, в результате изменения напряжений смещения и частот осциллятора в схемах со сверхнизкими токами, которые необходимы для включения в контактные линзы, как было указано ранее. Светоизолирующая область 1504 предпочтительно образована из тонкого непрозрачного отражающего материала, например, алюминия или меди, который уже применяется в производстве и последующей обработке полупроводниковых пластин. Если материал, образующий светонепроницаемую область 1504, является металлом, его необходимо изолировать от ранее расположенных схем и контактных площадок 1506 для предотвращения коротких замыканий. Такая изоляция может быть предоставлена пассивацией, уже присутствующей на кристалле в качестве части обычной пассивации пластины, например, оксида, нитрида и/или полиимида, или с другими диэлектрическими добавлениями во время последующей обработки. Маскировка предоставляет отверстия 1510 в светоизолирующем слое, так что проводящий светоизолирующий металл не перекрывает контактные площадки на кристалле. Светонепроницаемая область 1504 покрыта дополнительным диэлектриком или пассивацией для защиты кристалла и предотвращения коротких замыканий во время прикрепления кристалла. Данная заключительная пассивация имеет отверстия 1508 пассивации для обеспечения подключения к контактным площадкам 1506.
На ФИГ. 16 проиллюстрирована контактная линза с электронной вставкой, имеющей систему обнаружения моргания. Контактная линза 1600 включает мягкий пластиковый участок 1602, который имеет электронную вставку 1604. Данная вставка 1604 содержит линзу 1606, которая активируется электроникой, например, фокусируясь при активации на близкорасположенных или удаленных объектах. Интегральная цепь 1608 крепится к вставке 1604 и подключается к батареям 1610, линзе 1606 и другим компонентам, необходимым для системы. По меньшей мере, в одном варианте осуществления интегральная схема 1608 включает в себя фотодатчик 1612 и соответствующие схемы тракта сигнала фотодетектора. Фотодатчик 1612 направлен наружу через вставку линзы и в сторону от глаза и, следовательно, может принимать внешний свет. Фотодатчик 1612 может быть реализован на интегральной схеме 1608 (как показано), например, в виде одного фотодиода или ряда фотодиодов. Фотодатчик 1612 также может быть реализован в виде отдельного устройства, установленного на вставке 1604 и подключенного с помощью проводящих дорожек 1614. Когда веко закрывается, вставка 1604 для линзы, включая фотодетектор 1612, перекрывается, таким образом снижая уровень света, падающего на фотодетектор 1612. Фотодетектор 1612 может измерять внешний свет для определения того, моргает пользователь или нет. На основании данного изобретения специалисту в данной области техники будет понятно, что фотодетектор 1612 может быть заменен или дополнен другими датчиками, обсужденными в данном изобретении.
Дополнительные варианты осуществления обнаружения моргания могут предусматривать больше вариаций продолжительности и интервалов последовательности морганий, например, путем синхронизации начала второго моргания на основании измеренного времени окончания первого моргания, а не использования фиксированного шаблона или расширения интервалов (0 значений) маски «безразличное состояние».
Следует понимать, что обнаружение моргания и/или регулировка тактовой частоты могут быть реализованы в цифровой логической схеме или с использованием программного обеспечения, запускаемого на микропроцессоре. Логическая схема способа или микроконтроллер может быть реализован в одной специализированной интегральной схеме (ASIC) с использованием схемы тракта сигнала фотодетектирования и системного контроллера или может быть разделен на несколько интегральных схем.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления офтальмологическая линза с электропитанием или электронная офтальмологическая линза может включать датчик положения века. Известно, что веки защищают глазное яблоко множеством способов, в том числе посредством рефлекса моргания и распределения слезной жидкости по его поверхности. Рефлекс моргания предотвращает травмы глазного яблока посредством быстрого закрытия век в ответ на ощутимую угрозу глазу. Моргание также распределяет слезную жидкость по поверхности глазного яблока, поддерживая его влажность и смывая бактерии и другие чужеродные объекты. Но движение век может также указывать на другие действия или функции в процессе работы, кроме использования для получения инструкций от человека (или пользователя), носящего электронную офтальмологическую линзу. Также важно отметить, что данные, полученные с датчиков, в дополнение или в качестве альтернативы могут быть использованы просто в качестве части процесса сбора информации, а не в качестве инициирующего события. Например, данные, полученные с датчиков, могут быть собраны, зарегистрированы и использованы в медицинских условиях лечения или для записи количества часов сна. Другими словами, следует также понимать, что устройство, использующее такой датчик, может не менять состояние заметным для пользователя образом; вместо этого устройство может просто регистрировать данные в журнале. Например, такой датчик может быть использован для определения того, что пользователь заснул во время рабочей смены.
Ссылаясь далее на фиг. 17A, на ней проиллюстрирована система датчиков положения века, установленная на глазу 1700. Система встроена в контактную линзу 1702. Показаны верхнее и нижнее веки, при этом верхнее веко может находиться в положениях 1701, 1703 и 1705 в порядке увеличения степени закрытия. Нижнее веко также проиллюстрировано с уровнями закрытия, соответствующими верхнему веку; а именно в положениях 1707, 1709 и 1705. Когда веки закрыты, они занимают одно положение; а именно положение 1705. Контактная линза 1702 в соответствии с вариантом осуществления включает в себя матрицу 1704 датчиков. Матрица 1704 датчиков включает в себя один или более фотодатчиков. В данном варианте осуществления матрица 1704 датчиков включает 12 (двенадцать) фотодатчиков 1706a - 1706l. Когда верхнее веко находится в положении 1701, а нижнее веко - в положении 1707, все фотодатчики 1706a - 1706l открыты и принимают внешний свет, создающий фототок, который может быть обнаружен описанной в настоящем документе электронной схемой. Когда веки частично закрыты и находятся в положениях 1703 и 1709, верхний и нижний фотодатчики 1706a и 1706b перекрыты, принимают меньше света, чем другие фотодатчики 1706c - 1706l, и выводят, соответственно, более низкий ток, который можно распознать с помощью электронной схемы. Когда веки полностью закрыты и находятся в положении 1705, все датчики 1706a - 1706l перекрыты с соответствующим уменьшением тока. Данная система может быть использована для обнаружения положения века посредством получения данных от каждого фотодатчика в матрице датчиков и использования выходного фототока в зависимости от положения датчика для определения положения века, например, если верхнее и нижнее веки не полностью открываются после морганий, это указывает на то, что человек прищурился, или на потенциальное наступление сна или усталость. Следует понимать, что фотодатчики должны быть размещены в соответствующих местах на контактной линзе, например, обеспечивая достаточное количество местоположений выборки для надежного определения положения века, не нарушая при этом прозрачности оптической зоны (грубо говоря, области, которую занимает расширенный зрачок). Данная система может быть также использована для обнаружения морганий путем регулярного получения данных от датчиков и сравнения измерений, проведенных с течением времени. В альтернативном варианте осуществления фотодатчики 1706a'-1706l' матрицы 1704ʹ датчиков образуют дугообразный узор вокруг зрачка, при этом они вертикально расположены на расстоянии друг от друга, как проиллюстрировано, например, на ФИГ. 17B. В соответствии с любым проиллюстрированным вариантом осуществления специалисту в данной области техники будет понятно, что в матрице датчиков может быть использовано любое количество, отличное от 12. Дополнительные примеры включают в себя количество в диапазоне от 3 до 15 (включая конечные точки, по меньшей мере, в одном варианте осуществления) и, в частности, количество в диапазоне от 4 до 8 (включая конечные точки, по меньшей мере, в одном варианте осуществления).
На ФИГ. 18A и 18B проиллюстрирована электронная система 1800, в которой фотодатчики положения века, как описано выше, используются для приведения в действие контактной линзы 1802 или, более конкретно, офтальмологической линзы с электропитанием или электронной офтальмологической линзы. На ФИГ. 18A показана электронная система 1800, расположенная на линзе 1802, а на ФИГ. 18B показан вид системы 1800 с пространственным разделением компонентов. Свет 1801 падает на один или несколько фотодатчиков 1804, как было описано ранее в отношении ФИГ. 16A и 16B. Такие фотодатчики 1804 могут быть выполнены с фотодиодами, датчиками на основе сульфида кадмия (CdS) или другими технологиями, применимыми для преобразования света окружающей среды в ток. В зависимости от выбора фотодатчиков 1804 могут быть необходимы усилители 1806 или другие подходящие схемы для нормирования входных сигналов для использования последующими или расположенными далее схемами. Мультиплексор 1808 позволяет одному аналого-цифровому преобразователю (или АЦП) 1810 принимать входные сигналы от множества фотодатчиков 1804. Мультиплексор 1808 может быть расположен непосредственно после фотодатчиков 1804, перед усилителями 1806 или может вовсе не использоваться в зависимости от соображений потребления тока, размера кристалла и сложности конструкции. Поскольку для определения положения века в разных местах глаза требуется разместить множество фотодатчиков 1804, совместное использование этими датчиками одних и тех же расположенных ниже по схеме компонентов обработки (например, усилителей, аналого-цифрового преобразователя и процессоров обработки цифровых сигналов) позволит значительно уменьшить размеры электронной схемы. Усилители 1806 создают выходной сигнал, пропорциональный входному сигналу с коэффициентом усиления, и могут выполнять функцию трансимпедансных усилителей, преобразующих входной ток в выходное напряжение. Усилители 1806 могут усиливать сигнал до уровня, подходящего для применения в остальной системе, например, придавая сигналу достаточное напряжение и мощность, чтобы его можно было направлять на АЦП 1810. Например, усилители 1806 могут быть необходимы для управления последующими блоками, поскольку выходной сигнал фотодатчиков 1804 может быть достаточно низким, и могут быть использованы в условиях низкой освещенности. Усилители 1806 также могут быть реализованы в виде усилителей с переменным усилением, усиление которых может регулироваться системным контроллером 1812 для максимизации динамического диапазона системы 1800. Помимо усиления, усилители 1806 могут содержать другую схему нормирования аналогового сигнала, такую как схема фильтрации и иные схемы, подходящие для выходных сигналов фотодатчика 1804 и усилителя 1806. Усилители 1806 могут быть любым подходящим устройством для усиления и нормирования выходного сигнала фотодатчика 1804. Например, усилители 1806 могут быть одним операционным усилителем или более сложной схемой, содержащей один или несколько операционных усилителей.
Как указано выше, фотодатчики 1804 и усилители 1806 выполнены с возможностью обнаружения падающего света 1801 в разных местах глаза и преобразования входного тока в цифровой сигнал, который в конечном итоге используется системным контроллером 1812. По меньшей мере, в одном варианте осуществления системный контроллер 1812 предварительно запрограммирован на получение данных от каждого фотодатчика 1804, расположенного на глазу, для обнаружения частоты контрольного света и подачи соответствующего выходного сигнала на цепь синхронизации 1814. По меньшей мере, в одном варианте осуществления системный контроллер 1812 также включает в себя специальное запоминающее устройство. Системный контроллер 1812 может комбинировать данные последних измерений от датчиков 1804 с заранее запрограммированными шаблонами морганий, соответствующими открытому и прищуренному положениям век. Для надежного обнаружения может быть необходима запись характеров положения век пользователя в разных условиях внешней освещенности и при разных фокусных расстояниях для программирования системного контроллера 1812. Системе 1800 может потребоваться дифференцировать различные положения века, естественные изменения внешнего света, тени и другие явления. Данное дифференцирование можно обеспечить путем надлежащего подбора частоты выборки, коэффициента усиления и других параметров системы, путем оптимизации размещения датчиков в контактной линзе, определения шаблона положения века, регистрации внешнего света, сравнения показаний каждого фотодатчика с соседними и всеми остальными фотодатчиками и другими способами, позволяющими добиться однозначного обнаружения положения века.
По меньшей мере, в одном варианте осуществления АЦП 1810 может применяться для преобразования непрерывного аналогового выходного сигнала усилителей 1806, прошедшего через мультиплексор, в измеренный цифровой сигнал, подходящий для дополнительной обработки. Например, АЦП 1810 может преобразовывать аналоговый выходной сигнал от усилителей 1806 в цифровой сигнал, который может быть использован последующими или расположенными далее схемами, такими как система обработки цифровых сигналов, или микропроцессор 1816. Система обработки цифровых сигналов, или процессор 1816 обработки цифровых сигналов, может быть использован для обработки цифровых сигналов, включая одно или несколько из следующего: фильтрации, обработки, обнаружения и прочих способов управления выборочными данными/обработки выборочных данных для обеспечения обнаружения падающего света при последующих операциях. Процессор 1816 обработки цифровых сигналов может быть предварительно запрограммирован с использованием различных особенностей века. Процессор 1816 обработки цифровых сигналов также включает в себя соответствующую память, по меньшей мере, в одном варианте осуществления. Процессор 1816 обработки цифровых сигналов может быть реализован с использованием аналоговых схем, цифровых схем, программного обеспечения и/или предпочтительно их комбинации. АЦП 1810 вместе с соответствующими усилителями 1806 и процессором 1816 обработки цифровых сигналов активируются с подходящей скоростью в соответствии с ранее описанной частотой выборки, например каждые сто (100) мс.
Источник 1818 питания подает питание на многочисленные компоненты, включенные в систему 1800 датчиков положения века. Источник 1818 питания может быть также использован для подачи питания на другие компоненты на контактной линзе. Данные о шаблоне моргания, полученные матрицей датчиков положения века и преобразованные из аналоговой в цифровую форму, могут активировать системный контроллер 1812 или часть системного контроллера 1812. Более того, системный контроллер 1812 может управлять другими аспектами контактной линзы с электропитанием в зависимости от входного сигнала от процессора обработки цифровых сигналов 1808.
Интраокулярная линза, или ИОЛ, является линзой, которая имплантируется в глаз и заменяет хрусталик глаза. Она может применяться у людей, страдающих катарактой, или просто для лечения различных рефракционных аномалий. Как правило, ИОЛ содержит небольшую пластиковую линзу с пластиковым боковым подкосом, называемым гаптическим элементом, для удержания линзы на своем месте внутри капсулярного мешка глаза. Любые электронные элементы и/или компоненты, описанные в настоящем документе, могут быть встроены в ИОЛ таким же способом, как и в контактные линзы.
Несмотря на то, что настоящее изобретение было показано и описано в виде вариантов осуществления, считающихся наиболее практически важными, очевидно, что специалисты в данной области техники смогут предложить отклонения от конкретных описанных и показанных конструкций и способов, которые могут быть использованы без отступления от сущности и объема изобретения. Настоящее изобретение не ограничивается конкретными конструкциями, описанными и проиллюстрированными в настоящем документе, но все образцы изобретения должны быть сконструированы так, чтобы согласовываться со всеми модификациями в пределах объема, определенного прилагаемой формулой изобретения.