ЭЛЕКТРОННЫЕ ОФТАЛЬМОЛОГИЧЕСКИЕ ЛИНЗЫ С МНОГОКАНАЛЬНОЙ СХЕМОЙ ГОЛОСОВАНИЯ
ELECTRONIC OPHTHALMOLOGICAL LENSES WITH MULTI-CHANNEL VOTING SCHEME

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Область применения изобретения
Настоящее изобретение относится к электронным офтальмологическим линзам или офтальмологическим линзам с электропитанием, оборудованным более чем одним датчиком с соответствующим аппаратным и программным обеспечением, для распознавания содержательных изменений состояния глаза, а точнее, к множеству датчиков и соответствующему аппаратному и программному обеспечению, сконфигурированному для реализации схем голосования для определения изменений в требуемом фокусном расстоянии.
2. Обсуждение смежной области
Поскольку электронные устройства продолжают уменьшаться в размерах, все более вероятным становится создание пригодных для ношения или микроэлектронных устройств с возможностью встраивания для различных областей применения. Такие области применения могут включать в себя мониторинг биохимических процессов в организме, контроль приема доз лекарственных препаратов или лекарственных агентов за счет различных механизмов, включая автоматические, в ответ на измерения или в ответ на внешние сигналы управления и усиление обменных процессов в органах или тканях. Примеры таких устройств включают в себя инфузионные насосы для введения глюкозы, кардиостимуляторы, дефибрилляторы, вспомогательные желудочковые системы и нейростимуляторы. Новой особенно выгодной областью применения являются пригодные для ношения офтальмологические линзы и контактные линзы. Например, пригодные для ношения линзы могут включать в себя узел линз, имеющий фокус с возможностью электронного регулирования для увеличения или улучшения функции глаза. В другом примере, с фокусом с возможностью регулирования или без него, пригодная для ношения контактная линза может включать в себя электронные датчики для определения концентраций отдельных химических веществ в прекорнеальной (слезной) пленке. Использование встроенной в линзы электроники предполагает потенциальную необходимость связи с электронными устройствами, разработки метода обеспечения электроники энергией и/или ее подзарядки, соединения электронных устройств между собой, восприятия информации от внешних и внутренних датчиков и/или мониторинга и управления электроникой и общей работой линз.
Человеческий глаз способен различать миллионы цветов, легко приспосабливаться к изменению освещения и передавать сигналы или информацию в головной мозг со скоростью, превышающей высокоскоростную передачу данных через интернет. Линзы, в том числе контактные и интраокулярные, используются в настоящее время для коррекции таких дефектов зрения, как миопическая рефракция глаза (близорукость), гиперметропия (дальнозоркость), пресбиопия и астигматизм. Тем не менее, правильно сконструированные линзы содержат дополнительные компоненты, которые могут использоваться как для усиления зрения, так и для коррекции дефектов зрения.
Контактные линзы можно применять для коррекции миопии, гиперметропии, астигматизма, а также других дефектов остроты зрения. Контактные линзы также могут быть использованы для изменения естественного внешнего вида глаз человека, который их носит. Контактные линзы или "линзы" представляют собой обычные линзы, размещаемые на передней поверхности глаза. Контактные линзы относятся к медицинским устройствами и могут применяться для коррекции зрения и (или) по косметическим или иным терапевтическим причинам. Контактные линзы применяют в коммерческих масштабах для улучшения зрения с 1950-х гг. Первые образцы контактных линз изготавливали или вытачивали из твердых материалов. Такие линзы были относительно дорогими и хрупкими. Кроме того, такие первые контактные линзы изготавливали из материалов, которые не обеспечивали достаточной диффузии кислорода через контактную линзу в конъюнктиву и роговицу, что могло потенциально повлечь за собой ряд неблагоприятных клинических эффектов. Хотя такие контактные линзы используются и в настоящее время, они подходят не всем пациентам из-за низкого уровня первичного 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 удобством при ношении и клиническими показателями гидрогелей. По сути, контактные линзы из силикон-гидрогелей обладают более высокой кислородной проницаемостью и в целом более удобны в ношении, чем контактные линзы, сделанные из твердых материалов, которые применялись ранее.
Стандартные контактные линзы являются полимерными структурами определенной формы для коррекции различных проблем со зрением, которые были кратко упомянуты выше. Для достижения повышенной функциональности в эти полимерные структуры встраиваются различные электросхемы и компоненты. Например, электросхемы управления, микропроцессоры, устройства связи, источники питания, датчики, преобразователи, светодиоды и миниатюрные антенны можно встраивать в контактные линзы посредством изготовленных по спецзаказу оптоэлектронных компонентов с целью не только корректировки зрения, но также и для его усиления, равно как и для обеспечения дополнительной функциональности, как описано в этом документе. Контактные линзы с электропитанием и/или электронные контактные линзы могут разрабатываться для усиления зрения за счет возможности приближения и удаления изображения, или же просто изменения преломляющей способности линз. Контактные линзы с электропитанием и/или электронные контактные линзы могут разрабатываться для усиления цвета и разрешающей способности, для отображения текстур, преобразования речи в субтитры в режиме реального времени, передачи визуальных ориентиров от навигационной системы и для обеспечения обработки изображений и доступа к интернету. Линзы могут разрабатываться для того, чтобы позволять человеку, который их носит, видеть в условиях слабого освещения. Правильно сконструированная электроника и/или ее расположение в линзах может позволить проектировать изображение на сетчатку, например, без использования оптики с изменяемым фокусным расстоянием, создавать видеодисплеи нового поколения и даже реализовать функцию "будильника". С другой стороны, или в дополнение к любым из этих функций или схожим функциям контактные линзы могут включать компоненты неинвазивного наблюдения за биомаркерами пользователя и его показателями здоровья. Например, встроенные в линзу датчики могут позволять пациенту с диабетом принимать таблетки в соответствии с уровнем сахара в крови за счет анализа компонентов слезной пленки без необходимости взятия крови. К тому же, правильно сконструированные линзы могут включать датчики для слежения за уровнем холестерина, натрия и калия, а также других биологических маркеров. Такой датчик в сочетании с беспроводным блоком передачи данных может позволить врачу получить практически немедленный доступ к информации о химии крови пациента и избавит пациента от необходимости тратить время на дорогу в лабораторию для взятия крови. Кроме того, датчики, встроенные в линзы можно использовать для определения света, падающего на поверхность глаза, с целью компенсации условий естественного освещения, или для определения картины моргания.
Правильная комбинация устройств может обладать потенциально неограниченной функциональностью; хотя и существует множество трудностей, связанных с включением дополнительных компонентов в компонент из оптического полимера. В целом, по многим причинам представляется затруднительным производство таких компонентов непосредственно с линзой, как и установка и соединение плоских устройств с неплоской поверхностью. Также существуют трудности в изготовлении компонентов в нужном масштабе. Компоненты, которые должны помещаться на или в линзу, должны быть уменьшены в размере и встроены в 1,5 квадратных сантиметра прозрачного полимера, который защищает эти компоненты от жидкой среды глаза. Также затруднительно изготовление контактной линзы, которая была бы комфортна и безопасна для пользователя при ношении, с учетом дополнительной толщины, необходимой для размещения дополнительных компонентов.
Учитывая область применения и объем изобретения офтальмологического устройства, такого как контактная линза, и условия, в которых оно должно использоваться, для его технической реализации необходимо преодолеть множество проблем, включая установку и соединение многих электронных компонентов на неплоской поверхности, большая часть которой состоит из оптического пластика. Таким образом, существует необходимость для создания электронных контактных линз с надежными механическими и электронными компонентами.
Поскольку это электронные линзы, то потребляемая энергия, а точнее потребляемый ток, для работы электроники требует разработки технологии аккумуляторной батареи, размер которой подходит для использования с офтальмологической линзой. В дополнение к обычному потреблению тока электронные устройства или системы такого рода требуют накопления резервного тока в режиме ожидания, точного управления напряжением и возможностей переключения для обеспечения работы с потенциально широким разнообразием рабочих параметров, а также обеспечения работы при скачках потребления, например, беспрерывной работы на протяжении восемнадцати (18) часов без подзарядки, которая следует за, возможно, годами нахождения прибора в состоянии покоя. Исходя из этого, существует потребность в системе, оптимальной по цене, сроку длительной безотказной работы, параметрам безопасности и размеру при одновременной способности обеспечивать необходимый уровень мощности.
Также, принимая во внимание сложность работы электронных линз и высокий уровень взаимодействия между всеми компонентами, включающими электронные линзы, существует необходимость в координации и управлении работой электроники и оптики, включающих электронные офтальмологические линзы, в целом. Соответственно, возникает потребность в безопасной, недорогой и надежной системе для управления работой всех остальных компонентов, которая отличается низким потреблением энергии, а ее размер подходит для встраивания в офтальмологические линзы.
Электронные офтальмологические линзы или офтальмологические линзы с электропитанием, вероятно, должны принимать в расчет определенные уникальные физиологические функции человека, который их носит. Точнее говоря, линзы с электропитанием должны учитывать процесс моргания, включая количество морганий за определенный промежуток времени, продолжительность моргания, интервала между морганиями и любое количество возможных картин моргания, например, если человек подвергся передозировке какого-либо препарата. Распознавание моргания также можно использовать для определенных функциональных возможностей, к примеру, как средство управления одним или несколькими аспектами работы офтальмологической линзы. К тому же, при определении моргания необходимо принимать в расчет внешние факторы такие как изменение уровня освещенности и количество видимого света, которое блокируется веком. Например, если уровень освещенности в помещении имеет значение в диапазоне от пятидесяти четырех (54) до ста шестидесяти одного (161) люкса, фотодатчик должен быть достаточно чувствительным для определения изменений уровня освещенности, которое происходит во время моргания.
Датчики естественного освещения или фотодатчики используются во многих системах и продуктах, например, в телевизорах для настройки яркости в зависимости от освещения в помещении, в светильниках для включения в сумерках, а также в телефонах для настройки яркости дисплея. Однако, используемые в настоящее время сенсорные системы не являются достаточно миниатюрными и/или не обладают достаточно низким потреблением энергии для применения с офтальмологическими линзами.
Также важно заметить, что можно применять различные типы датчиков моргания вместе с системами компьютерной обработки изображения, направленных на человеческий(ие) глаз(а), например, цифровую камеру, подключенную к компьютеру. Программное обеспечение, установленное на компьютер, может распознавать визуальные картины, такие как например, глаз в открытом или закрытом состоянии. Такие системы могут применяться в офтальмологических клиниках в целях диагностики и исследований. В отличие от описанных выше датчиков и систем, такие системы предназначены для использования вне глаза и для ракурса, отличного от обычного ракурса зрения из глаза. И хотя эти системы не достаточно миниатюрны для того, чтобы быть встроенными в контактные линзы, применяемое с ними программное обеспечение может быть подобным тому, которое будет применяться с электронными контактными линзами. Любая из этих систем может использовать программную реализацию искусственной нейронной сети, которая распознает входные данные и подстраивает данные на выходе, соответственно. С другой стороны, для создания умных систем можно применять небиологические программные реализации, учитывающие статистические данные, другие адаптивные алгоритмы и/или обработку сигналов.
Таким образом, существует необходимость в средствах и методах распознавания определенных физиологических функций, таких как моргание, и применение их для приведения в действие и/или управления электронной или офтальмологической линзой с электропитанием в зависимости от типа последовательности морганий, распознанного датчиком. Используемый датчик должен подходить по размеру и конфигурации для использования с контактной линзой. Также могут применяться другие датчики и сенсорные системы. Например, для изменения состояния офтальмологической линзы с электропитанием можно использовать систему распознавания состояния зрачков и их схождения.
Системы, включающие множество датчиков, могут представлять дополнительный уровень сложности, но при этом предоставлять дополнительные функциональные возможности, удобство и другие параметры, которые важны для пользователя. Вместо того чтобы определять выходящий сигнал, основываясь на одном входящем сигнале, многосенсорная система может повысить показатели надежности, функциональности, безопасности и удобства, например, снижая вероятность определения ложно-положительного или ложно-отрицательного значения. Системы, учитывающие данные от нескольких датчиков перед определением необходимости изменить состояние, являются привычными в отрасли, например, сейф, который требует и физический ключ, и цифровой код перед открытием. Также предлагаются системы для изменения состояния электронных или офтальмологических приспособлений с электропитанием, например, использующие целенаправленные картины моргания для изменения состояния линз с переменным фокусным расстоянием между режимами близкого и дальнего зрения. Следует учесть, что безопасность и надежность имеют первостепенное значение для офтальмологических приспособлений с электропитанием, но удобство и функциональность также играют важную роль для таких систем или приспособлений. Соответственно, существует необходимость в системе для электронных и офтальмологических линз с электропитанием, которая учитывала бы входящие сигналы от нескольких датчиков для определения требуемого или желаемого изменения состояния и при этом снижала бы вероятность ложных срабатываний.
ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Электронная офтальмологическая линза с многоканальной схемой голосования в отношении настоящего изобретения преодолевает ограничения, ранее принятые в отрасли, что было кратко описано выше. Настоящее изобретение включает схему голосования, которая учитывает множественные входящие сигналы и может быть включена в конструкцию офтальмологического приспособления, отвечая соответствующим требованиям безопасности, удобства, низкого потребления энергии и малого размера.
Согласно одному аспекту настоящее изобретение направлено на метод управления функциями в офтальмологической линзе с электропитанием. Способ включает последовательность выборки образцов с множеством датчиков, встроенных в офтальмологические линзы, измерением датчиками физиологических, внешних и других изменений, определением результатов от множества датчиков, включая выполнение сравнения с пороговыми значениями и с предопределенными картинами, объединение результатов от множества датчиков для формирования единственного сигнала-решения о выполнении изменения в функции или для сохранения функции офтальмологической линзы с электропитанием.
В соответствии с другим аспектом, настоящее изобретение посвящено офтальмологической линзе с электропитанием. Офтальмологическая линза с электропитанием включает контактную линзу, включающую оптическую и периферическую зоны, а также по меньшей мере одну электронную систему, встроенную в периферическую зону контактной линзы; электронная система включает множество датчиков, системный контроллер и по меньшей мере одно исполнительное устройство; системный контроллер конфигурирован для выполнения процесса управления функциями контактной линзы, при этом процесс содержит этапы выборки образцов от множества датчиков, определение результатов, от множества датчиков, включая выполнение сравнения с пороговыми значениями и с предопределенными картинами, объединение результатов от множества датчиков для формирования единственного сигнала-решения и конфигурирование исполнительного устройства для выполнения изменения в функции или для сохранения функции офтальмологической линзы с электропитанием в зависимости от единственно принятого решения.
В соответствии с еще одним аспектом настоящее изобретение посвящено офтальмологическим линзам с электропитанием. Офтальмологическая линза с электропитанием включает контактную линзу, а также по меньшей мере одну электронную систему, встроенную в контактную линзу; электронная система включает множество датчиков, системный контроллер и по меньшей мере одно исполнительное устройство; системный контроллер конфигурирован для выполнения процесса управления функциями электрической контактной линзы, при этом процесс содержит этапы выборки образцов от множества датчиков, определение результатов от множества датчиков, включая выполнение сравнения с пороговыми значениями и с предопределенными картинами, объединение результатов от множества датчиков для формирования единственного сигнала-решения и конфигурирования исполнительного устройства для выполнения изменения в функции или сохранения функции офтальмологической линзы с электропитанием в зависимости от единственно принятого решения.
В соответствии с еще одним аспектом, настоящее изобретение посвящено офтальмологическим линзам с электропитанием. Офтальмологическая линза с электропитанием включает интраокулярную контактную линзу, а также по меньшей мере одну электронную систему, встроенную в искусственный хрусталик; электронная система включает множество датчиков, системный контроллер и по меньшей мере одно исполнительное устройство; системный контроллер конфигурирован для выполнения процесса управления функциями контактной линзы с электропитанием, при этом процесс содержит этапы выборки образцов от множества датчиков, определение результатов от множества датчиков, включая выполнение сравнения с пороговыми значениями и с предопределенными картинами, объединение результатов от множества датчиков для формирования единственного сигнала-решения и конфигурирования исполнительного устройства для выполнения изменения в функции или сохранения функции офтальмологической линзы с электропитанием в зависимости от единственно принятого решения.
Данное изобретение в более общем смысле относится к контактным линзам с электропитанием, включающим электронную систему, которая выполняет любое количество функций, включая приведение в действие оптики с изменяемым фокусным расстоянием при ее наличии. Электронная система включает в себя одну или несколько аккумуляторных батарей или другие источники питания, электронную схему регулирования мощности, один или более датчик, электросхему главных электрочасов, алгоритмы и электросхемы управления и схему возбуждения линзы.
Управление офтальмологической линзой с электропитанием может производиться с помощью ручного внешнего устройства, связывающегося с линзой по беспроводному каналу связи, например, с помощью ручного пульта управления. С другой стороны управление офтальмологическими линзами с электропитанием может выполняться также сигналами обратной связи или сигналами управления непосредственно от пользователя. Например, датчики, встроенные в линзы, могут распознавать моргания или картины моргания. Основываясь на картине или последовательности моргания, офтальмологическая линза с электропитанием может изменить состояние, например, может быть изменена ее преломляющая способность для фокусировки либо на близко расположенном объекте, либо на удаленном.
Алгоритм распознавания моргания является компонентом системного контроллера, который распознает характеристики моргания, например, закрыто веко или открыто, длительность моргания, интервал между морганиями и количество морганий в заданный промежуток времени. Алгоритм, взятый за образец в отношении данного изобретения, основывается на сравнении падающего света на поверхность глаза с образцом с определенной скоростью выборки. Предопределенные картины моргания сохраняются в памяти и с ними сравниваются последние попадания света на поверхность глаза. Если картины совпадают, алгоритм определения моргания запускает процедуру системного контроллера, например, приведение в действие привода линзы для изменения преломляющей способности линзы.
Алгоритм распознавания моргания настоящего изобретения работает преимущественно в широком диапазоне условий освещения и преимущественно способен отличать последовательность преднамеренных морганий от последовательности непроизвольных морганий. Также предпочтительно пройти минимальное обучение для использования преднамеренных морганий с целью приведения в действие и/или управления офтальмологической линзой с электропитанием. Алгоритм распознавания моргания и связанная с ним электронная схема настоящего изобретения представляет собой безопасное, недорогое и надежное средство для распознавания моргания с помощью контактной линзы с электропитанием или электронной контактной линзы, которое также обладает низким потреблением энергии, а также является достаточно миниатюрным для встраивания в офтальмологическую линзу, по меньшей мере для одной управляющей или приводящей в действие контактной линзы с электропитанием или электронной офтальмологической линзы.
Существующие системы многоканального ввода, называемые в этом документе схемами голосования, не разрабатывались ни специально для учета необходимых входящих сигналов для электронной офтальмологической линзы, ни для учета необходимых исходящих сигналов. Например, схемам голосования для электронных офтальмологических линз, возможно, необходимо будет учитывать набор факторов, таких как электрическое сопротивление глаза, схождение и расширение зрачка, вместо тех входящих сигналов датчиков, которые обычно применяются в других схемах голосования.
В электронных офтальмологических линзах желание изменить режим работы, например, из режима близкого видения в режим дальнего видения, должны определяться предпочтительно без ложно-плюсовых или ложно-минусовых результатов. Ложно-плюсовой результат в электронной линзе или линзе с электропитанием с оптической линзой с электропитанием с изменяемым фокусом может, к примеру, привести к изменению режима работы в режим ближнего фокуса в то время, когда пользователь ведет автомобиль по автостраде и должен использовать дальнее видение. подобно этому, ложно-минусовой результат может привести к тому, что оптика с электропитанием с изменяемым фокусным расстоянием останется в режиме дальнего видения в то время, когда пользователю необходимо прочесть текст, находящийся вблизи. Следует учесть, что ложные триггеры не ограничиваются исключительно изменениями фокусного расстояния и могут повлиять на другие изменения состояния, например, прием сонливости пациента или выбора элемента на лобовом стекле за "одиночный щелчек" мыши в графическом интерфейсе пользователя.
Предлагаемые сенсорные системы для электронных офтальмологических линз учитывают одиночные сигналы, например, изменение сопротивления на поверхности глаза, которое соответствует деятельности ресничной мышцы, а значит, желанию изменить фокусное расстояние. Каждый из этих датчиков может подвергаться ограничениям, например, по уровню шума, динамическому диапазону и уровню помех, что в свою очередь повышает вероятность ложных срабатываний. Например, система, учитывающая диаметр зрачка, может улавливать его расширение, связанное со снижением уровня естественного освещения, а не желанием изменить фокусное расстояние.
Таким образом, существует необходимость разработки системы для электронных офтальмологических приспособлений, которые учитывали бы данные, получаемые от нескольких датчиков для определения необходимого изменения состояния при одновременном снижении вероятности ложных срабатываний. Устройство, описанное в этом документе, учитывает данные от нескольких устройств ввода и может быть включено в конструкцию офтальмологического приспособления, отвечая при этом соответствующим требованиям безопасности, удобства, низкого потребления энергии и миниатюрности размера.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Вышеизложенные и прочие характеристики и преимущества настоящего изобретения станут понятны после следующего более подробного описания предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, проиллюстрированных с помощью прилагаемых чертежей.
На фиг.1 представлен образец контактной линзы, включающей систему распознавания моргания в отношении нескольких вариантов осуществления настоящего изобретения.
На фиг.2 показан график, отображающий свет, падающий на поверхность глаза, по оси времени; график иллюстрирует картину возможного непроизвольного моргания, отмеченную при различной освещенности, вдоль оси времени и пригодное для использования пороговое значение, основанное на некоторой точке между максимальным и минимальным уровнем интенсивности света, в отношении данного изобретения.
На фиг.3 показана примерная диаграмма состояний системы распознавания моргания, в отношении настоящего изобретения.
На фиг.4 представлена схема тракта фотодетекции, используемого для распознавания и отбора полученных световых сигналов, в отношении настоящего изобретения.
На фиг.5 изображена блок-схема дискретных логических устройств согласования, в отношении настоящего изобретения.
На фиг.6 показана блок-схема дискретных логических устройств распознавания, в отношении настоящего изобретения.
На фиг.7 представлена примерная циклограмма, в отношении настоящего изобретения.
На фиг.8 изображена схема цифрового системного контроллера в отношении данного изобретения.
На фиг.9 приведена примерная циклограмма автоматической регулировки усиления в отношении данного изобретения.
На фиг.10 показана схема, отражающая сектор блокирования и пропускания света образца кристалла интегрированной схемы в отношении настоящего изобретения.
На фиг.11 изображен образец электронной вставки с детектором моргания для контактной линзы с электропитанием в отношении настоящего изобретения.
На фиг.12 показана блок-схема базовой системы с множеством датчиков, системным контроллером и исполнительным устройством, в которой решение принимается на основании выходных данных от двух или более датчиков в отношении данного изобретения.
На фиг.13 представлена графическая схема программы примерного процесса, в ходе которого системный контроллер определяет нужно ли изменять состояние исполнительного устройства, основываясь на входных данных от датчика в отношении данного изобретения.
Фиг.14 графически показывает различные примерные входные данные датчика в электронную офтальмологическую линзу, предназначенные для выявления необходимости изменения состояния фокуса, вдоль оси времени в отношении настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Стандартные контактные линзы являются полимерными структурами определенной формы для коррекции различных проблем со зрением, которые были кратко упомянуты выше. Для достижения повышенной функциональности в эти полимерные структуры могут встраиваться различные электросхемы и компоненты. Например, электросхемы управления, микропроцессоры, устройства связи, источники питания, датчики, исполнительные устройства, светодиоды и миниатюрные антенны можно встраивать в контактные линзы посредством изготовленных по спецзаказу оптоэлектронных компонентов с целью не только корректировки зрения, но также и для его усиления, равно как и для обеспечения дополнительной функциональности, как описано в этом документе. Электронные контактные линзы и/или контактные линзы с электропитанием могут разрабатываться для усиления зрения за счет возможности приближения и удаления изображения, или же просто изменения преломляющей способности линз. Электронные контактные линзы и/или контактные линзы с электропитанием могут разрабатываться для усиления цвета и разрешающей способности, для отображения текстур, преобразования речи в субтитры в режиме реального времени, передачи визуальных ориентиров от навигационной системы и для обеспечения обработки изображений и доступа к интернету. Линзы могут разрабатываться для того, чтобы позволять человеку, который их носит, видеть в условиях слабого освещения. Правильно сконструированная электроника и/или расположение электроники на линзе может позволить проецировать изображение на сетчатку, например, без оптических линз с переменным фокусом, что позволяет отображать новое изображение или даже выдавать предупреждающие сообщения. С другой стороны, или в дополнение к любым из этих функций или схожим функциям контактные линзы могут включать компоненты неинвазивного наблюдения за биомаркерами пользователя и его показателями здоровья. Например, встроенные в линзу датчики могут позволять пациенту с диабетом принимать таблетки в соответствии с уровнем сахара в крови за счет анализа компонентов слезной пленки без необходимости взятия крови. К тому же, правильно сконструированные линзы могут включать датчики для слежения за уровнем холестерина, натрия и калия, а также других биологических маркеров. Они соединены с беспроводным блоком передачи данных, что может позволить врачу иметь почти мгновенный доступ к результатам биохимического анализа крови пациента без траты времени пациента на посещение лаборатории и проведение взятия крови. Кроме того, датчики, встроенные в линзы можно использовать для определения света, падающего на поверхность глаза, с целью компенсации условий естественного освещения, или для определения картины моргания.
Контактные линзы с электропитанием или электронные контактные линзы настоящего изобретения содержат элементы, которые необходимы для коррекции и/или усиления зрения пациентов с одним или несколькими описанными выше дефектами зрения, или другим дефектом, и выполнения полезных офтальмологических функций. К тому же, электронные контактные линзы могут применяться для усиления нормального зрения или для предоставления использования широкого спектра функций, как описано выше. Электронная контактная линза может содержать оптическую линзу с переменным фокусом, которая помещается в переднее оптическое устройство, встроенное в контактную линзу, или электроника встраивается напрямую без линзы для придания любой пригодной функциональности. Электронная линза настоящего изобретения может быть встроена во множество вышеописанных контактных линз. Кроме того, искусственные хрусталики могут также включать различные компоненты и выполнять различные функциональные возможности, описанные здесь. Однако для простоты объяснения описание будет большей частью посвящено одноразовым электронным контактным линзам для коррекции дефектов зрения, которые предназначены для однодневного повседневного ношения.
Настоящее изобретение может найти применение в офтальмологических линзах с электропитанием или в контактных линзах с электропитанием, конструкция которых включает электронную систему, которая приводит в действие оптику с изменяемым фокусным расстоянием или любое другое приспособление или приспособления, разработанные для воплощения любого количества из многочисленных выполняемых функций. Электронная система включает одну или несколько аккумуляторных батарей или другие источники питания, электронную схему регулирования мощности, один или несколько датчиков, электросхему главных электрочасов, алгоритмы и электросхемы управления и схему возбуждения линзы. Сложность этих компонентов может быть различной в зависимости от требуемой или желаемой функциональности линзы.
Управление офтальмологической линзой с электропитанием или электронной офтальмологической линзой может производиться с помощью ручного внешнего устройства, связанного с линзой, например, с помощью ручного пульта дистанционного управления. К примеру, пульт может подключаться к линзе с электропитанием по беспроводному каналу связи, передавая команды, введенные пользователем вручную. С другой стороны управление офтальмологическими линзами с электропитанием может выполняться также сигналами обратной связи или сигналами управления непосредственно от пользователя. Например, датчики, встроенные в линзу, могут распознавать моргания и/или картины моргания. Основываясь на картине или последовательности моргания, офтальмологическая линза с электропитанием может изменить состояние, например, может быть изменена ее преломляющая способность для фокусировки либо на близко расположенном объекте, либо на удаленном.
С другой стороны, распознавание моргания электронной офтальмологической линзой или офтальмологической линзой с электропитанием может использоваться и в различных других целях, когда пользователь взаимодействует с электронной контактной линзой, например, при активации другого электронного приспособления или при передаче команды другому электронному устройству. К примеру, распознавание моргания в офтальмологической линзе может быть использовано в сочетании с камерой компьютера, когда камера отслеживает направление передвижения взгляда и отображает картинку на мониторе, а когда пользователь производит серию морганий, которая распознается системой, это приводит к тому, что курсор мыши выполняет команду, например, двойной щелчок на объекте, подсвечивание объекта, или выбор элемента меню.
Алгоритм распознавания моргания является компонентом системного контроллера, который распознает характеристики моргания, например, закрыто веко или открыто, длительность моргания, интервал между морганиями и количество морганий в заданный промежуток времени. Алгоритм, в соответствии с данным изобретением, основывается на сравнении падающего света на поверхность глаза с образцом с определенной скоростью выборки. Предопределенные картины моргания сохраняются в памяти и с ними сравниваются последние попадания света на поверхность глаза. Если картины совпадают, алгоритм определения моргания запускает процедуру системного контроллера, например, приведение в действие привода линзы для изменения преломляющей способности линзы.
Моргание это быстрое закрытие и открытие век; моргание является важной функцией глаза. Моргание защищает глаз от посторонних объектов, например, человек моргает, когда объект неожиданно появляется вблизи глаза. Посредством моргания обеспечивается смачивание передней поверхности глаза путем распространения слезной жидкости. Моргание также служит для удаления грязи и/или раздражителей из глаза. Обычно, моргание выполняется машинально, но внешние факторы могут также вызвать моргание, как, например, в случае с раздражителями. Однако, моргание может также выполняться намеренно, например, намеренно моргают люди, неспособные к вербальному общению или общению посредством жестикуляции, - такой человек может моргнуть один раз, и этим "сказать" да, или моргнуть дважды, и этим "сказать" нет. Алгоритм и система определения моргания настоящего изобретения использует картины моргания, которые невозможно спутать с нормальной реакцией глаза в виде моргания. Другими словами, если моргание используется как инструмент управления каким-либо действием, то особая выбранная для этого действия картина моргания не может выполняться случайно; иначе, может произойти неумышленное выполнение действия. Поскольку скорость моргания может подвергаться влиянию нескольких факторов, включая усталость, травму глаза, лекарственные препараты и болезни, картины моргания, используемые для управления, разрабатываются с учетом этих и других переменных факторов, влияющих на моргание. Средняя продолжительность непроизвольного моргания составляет от ста (100) до четырехсот (400) милисекунд. Средний взрослый человек моргает со скоростью десять (10) непроизвольных морганий в минуту, а среднее время между непроизвольными морганиями колеблется между 0,3 и семидесятью (70) секундами.
Образец исполнения алгоритма определения моргания может состоять из следующих шагов.
1. Определить намеренную "последовательность моргания", которую будет выполнять пользователь для положительного распознавания моргания.
2. Отобрать образцы уровня падающего света со скоростью, приемлемой для распознавания последовательности моргания и отбросить непроизвольные моргания.
3. Сравнить историю отобранных образцов уровней света с ожидаемой "последовательностью морганий", определенной по эталону значений морганий.
4. Выборочно применить последовательность "маски" моргания, чтобы определить участки эталона, которые необходимо проигнорировать во время сравнения, например близкие переходы. Это может помочь пользователю отклоняться от требуемой "последовательности моргания", так называемое окно ошибки в одно (1) дополнительное или недостающее моргание, при которой происходит одна или несколько активаций линзы, выполнение команды управления или изменение фокуса. Кроме того, это позволит варьировать время в последовательности моргания, выполняемой пользователем.
Примерная последовательность моргания может быть определена следующим образом:
1. моргнуть (закрыть глаз) на 0,5 сек.
2. открыть глаз на 0,5 сек.
3. моргнуть (закрыть глаз) на 0,5 сек.
Для скорости выборки в сто (100) милисекунд, даны двадцать (20) эталонов моргания
blink_template (эталон_моргания)=[1,1,1, 0,0,0,0,0, 1,1,1,1,1, 0,0,0,0,0, 1,1].
Определяется маска моргания для маскировки образцов сразу после перехода (0 для маскировки или игнорирования образца), которая выглядит так
blink_mask (маска_моргания)=[1,1,1, 0,1,1,1,1, 0,1,1,1,1, 0,1,1,1,1, 0,1].
Иногда может маскироваться более широкий переходной диапазон, который допускает менее четкое временное соответствие, например,
blink_mask (маска_моргания)=[1,1,0, 0,1,1,1,0, 0,1,1,1,0, 0,1,1,1,0, 0,1].
Могут применяться альтернативные картины, например, одиночное длительное моргание, в данном случае моргание продолжительностью в 1,5 мс с 24-значным эталоном, который выглядит так
blink_template (эталон_моргания)=[1,1,1,1,0,0, 0,0,0,0,0,0, 0,0,0,0,0,0, 0,1,1,1,1,1].
Стоит отметить, что пример, приведенный выше, дан в показательных целях и не представляет собой определенный набор данных.
Распознавание может выполняться путем логического сравнения выборки с эталоном и маской. Логическая операция состоит в пропускании эталона и последовательности выборки через схему исключающее ИЛИ (XOR) на побитовой основе и последующего подтверждения того, что все незамаскированные биты истории выборки совпадают с эталоном. Например, как показано в маске образцов моргания выше, в каждом месте последовательности маски моргания, где переменная принимает логическое значение 1, моргание должно совпадать с эталоном маски моргания в этом месте последовательности. Однако, в каждом месте последовательности эталона маски моргания, где переменная принимает логическое значение 0, моргание не обязательно должно совпадать с эталоном маски моргания в этом месте последовательности. Например, может выполняться следующее логическое алгоритмическое уравнение, написанное в программе MATLAB.
matched=not (blink_mask)|not (xor (blink_template, test_sample)),
где test_sample - история выборки. Совпавшее (matched) значение является последовательностью с такой же длиной, что и у эталона моргания (blink_template), историей выборки и маской моргания (blink_mask). Если совпавшая 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. Проведение операции исключающее ИЛИ с обращенной маской превращает каждое место в совпавшей последовательности в логическую 1 там, где в маске находится логический 0. А следовательно, чем больше мест в эталоне маски моргания, где переменная определяется значением логического 0, тем допускается большая погрешность моргания пользователя. MATLAB является языком и средой высокого уровня для математических вычислений, симуляций и программирования; производитель - MathWorks, Натик, Массачусетс (MathWorks, Natick, Massachusetts). Также следует отметить, что, чем больше количество логических 0 в эталоне маски моргания, тем выше шанс получения ложного положительного совпадения для ожидаемой или предполагаемой картины моргания. Следует учесть, что разнообразие ожидаемых или предполагаемых картин моргания может быть занесено в программу устройства с одной или более текущей картиной одновременно. Конкретнее говоря, для одной и той же цели или функции или для выполнения разных или противоположных функций можно применить множество ожидаемых или предполагаемых картин моргания. Например, одна картина моргания может применяться для активации линзой приближения или удаления изображения выбранного объекта, в то время как другая картина моргания может использоваться для активации другого устройства, например, насоса, чтобы подать к линзе дозу терапевтического средства.
На фиг.1 показана в виде блок-схемы контактная линза 100, включающая электронную систему распознавания моргания в качестве варианта исполнения настоящего изобретения. В этом варианте исполнения изобретения электронная система распознавания моргания состоит из фотодатчика 102, усилителя 104, преобразователя аналоговых сигналов в цифровые или АЦП 106, процессор цифровых сигналов 108, источник питания 110, исполнительное устройство 112 и системный контроллер 114.
Когда контактная линза 100 размещается на передней поверхности глаза пользователя, можно использовать электросхему системы распознавания моргания для выполнения алгоритма распознавания моргания, представленного в настоящем изобретении. Фотодатчик 102, также как и другие электронные схемы, настроен на распознавание морганий и/или картин моргания, выполняемых глазом пользователя.
В этом варианте исполнения изобретения фотодатчик 102 может быть встроен в контактную линзу 100 и получая свет 101, конвертирует попадающие на него фотоны в электроны и таким образом направляет ток, обозначенный стрелкой 103, к усилителю 104. Фотосенсор или фотодатчик 102 может представлять собой любое подходящее приспособление. В одном варианте исполнения изобретения фотодатчик 102 содержит светодиод. В предпочтительном примере осуществления изобретения светодиод установлен на дополнительной структуре металл-оксид-полупроводник (технология изготовления схем на МОП-структурах) для повышения интегрирующей способности и уменьшения габаритных размеров светодиода 102 и других электронных схем. Ток 103 пропорционален уровню падающего света и существенно снижается, когда фотосенсор 102 закрыт веком. Усилитель 104 пропорционально усиливает входящий ток и может работать как усилитель напряжения, управляемый током, который преобразует ток на входе в напряжение на выходе. Усилитель 104 может усиливать сигнал до приемлемого для использования остальными элементами системы уровня, например, передавая сигналу достаточное напряжение и энергию, чтобы он был принят АЦП 106. Например, усилитель может потребоваться для приведения в действие последующих блоков, если выходная мощность фотосенсора 102 слишком мала или он используется при слабом освещении. Усилитель 104 может применяться в качестве усилителя с регулируемым усилением, усиление которого может регулироваться системным контроллером 114, в порядке обратной связи, для увеличения динамического диапазона системы. В дополнение к усилению усилитель 104 может включать еще одну аналоговую электросхему согласования, например, фильтрующую, а также другие подходящие для выходов фотодатчика 102 и усилителя 104 электронные схемы. Усилитель 104 может включать в себя любое подходящее устройство усиления и согласования сигнала на выходе с помощью фотодатчика 102. Например, усилитель 104 может состоять из отдельного оперативного усилителя или из более сложной электроцепи, включающей в себя один или несколько оперативных усилителей. Как указано выше, фотодатчик 102 и усилитель 104 настраивают для распознавания и изоляции последовательности морганий на основе интенсивности падающего света, полученного глазом, и преобразования тока на входе в цифровой сигнал, который в конечном итоге использует системный контроллер 114. Системный контроллер 114 предпочтительно программируется или настраивается заранее для распознавания различных последовательностей моргания и/или картин моргания в условиях различного уровня освещенности и для обеспечения исполнительного устройства 112 необходимым сигналом на выходе. Системный контроллер 114 также содержит блок памяти.
В этом примере воплощения изобретения можно использовать АЦП 106 для превращения длительного аналогового выходного сигнала от усилителя 104 в калиброванный, цифровой сигнал, подходящий для дальнейшей обработки сигнала. Например, АЦП 106 может преобразовывать аналоговый сигнал на выходе из усилителя 104 в цифровой сигнал, который может использоваться последующими или стоящими дальше в цепи электросхемами, например, системой обработки цифрового сигнала или микропроцессором 108. Система обработки цифровых сигналов или процессор цифровых сигналов 108 может использоваться для обработки цифровых сигналов, включая фильтрацию, обработку, распознавание и/или другие действия с отобранными данными для обеспечения определения падающего света в целях его использования следующими в схеме устройствами. Процессор цифровых сигналов 108 может быть предварительно запрограммирован на распознавание последовательностей или картин моргания, как описано выше. Процессор цифровых сигналов 108 также имеет блок памяти. Процессор цифровых сигналов 108 можно применять с использованием аналоговых, цифровых электронных схем, программного обеспечения или их комбинации. В описанном примере осуществления изобретения применены цифровые электронные схемы. АЦП 106 вместе со связанным с ним усилителем 104 и процессором цифровых сигналов 108 приводится в действие с подходящей скоростью в соответствии с ранее описанной скоростью выборки, например каждые сто (100) мс.
Источник питания 110 подает энергию к множеству компонентов, входящих в систему распознавания моргания. Энергия может поступать от аккумуляторной батареи, устройства сбора энергии или других подходящих устройств, которые известны среднему специалисту в отрасли. Важно, что любой тип источника энергии 110 можно использовать для надежной подачи энергии ко всем остальным компонентам системы. Для изменения состояния системы и/или системного контроллера можно использовать последовательность морганий. Более того, системный контроллер 114 может управлять и другими аспектами работы контактной линзы с электропитанием в зависимости от входящего сигнала от процессора цифровых сигналов 108, например, изменением фокуса или преломляющей способности линзы, управляемой электроникой, с помощью исполнительного устройства 112.
Системный контроллер 114 использует сигнал от цепи фотодатчика, а именно, фотодатчика 102, усилителя 104, АЦП 106 и системы обработки цифрового сигнала 108, для сравнения уровней света выборки с картинами активации морганий. На фиг.2 графически показаны записанные выборки картин моргания при различных уровнях освещенности вдоль оси времени, а также изображено используемое пороговое значение. Соответственно, учет различных факторов, таких как изменение уровня интенсивности света в различных местах и/или при выполнении различных действий, может уменьшить и/или предотвратить погрешность при распознавании морганий при попадании образцов света на поверхность глаза. К тому же, когда на поверхность глаза падает образец света, учет эффектов изменения интенсивности естественного освещения на глаз и веко может также сократить и/или предотвратить погрешность в распознавании морганий, например того, сколько видимого света задерживается веком, когда оно закрыто в условиях высокой и низкой интенсивности освещения. Другими словами, для предотвращения использования ошибочных картин моргания для управления, предпочтительно учитывать уровень естественного освещения, как более подробно объяснено ниже.
Например, в процессе исследований было определено, что в среднем веко блокирует приблизительно девяносто девять (99) процентов видимого света, но при меньшей длине волны еще меньше света проникает через веко, 99,6 процентов света блокируется. При более длинной длине волны, приближающейся к инфракрасному сектору спектра, веко блокирует лишь тридцать (30) процентов падающего на него света. Следует отметить, что свет различной частоты, длины волны и интенсивности проникает сквозь веко с различной эффективностью. Например, глядя на источник яркого света, человек может видеть красный свет, закрыв глаза. Также количество видимого света, блокируемое веком, варьируется в зависимости от индивидуальных параметров, например от пигментации кожи. Как показано на фиг.2, образцы данных картин моргания при различных уровнях освещения моделируются с интервалом в семьдесят (секунд), при этом уровни интенсивности видимого света, передаваемого через глаз, записаны в ходе моделирования, также отмечено используемое пороговое значение. Пороговое значение устанавливается в пределах двойной амплитуды интенсивности видимого света, отмеченного для образцов картин моргания в ходе моделирования при различных уровнях интенсивности света. Возможность предварительно программировать картины моргания, пропуская свет среднего уровня на протяжении какого-то времени, и настраивать пороговое значение может стать критической для распознавания события, когда человек моргает, в противоположность событию, когда человек не моргает, и/или события, представляющего собой лишь изменение интенсивности света в какой-либо зоне.
Возвращаясь снова к фиг.1, в последующих альтернативных примерах осуществления изобретения, системный контроллер 114 может получать входящий сигнал от источников, включающих один или несколько датчиков, датчик глазной мышцы и ручной пульт управления. В общем, специалисту в данной отрасли понятно, что способ активации и/или управления системным контроллером 114 может потребовать использования одного или нескольких способов активации. Например, контактные линзы с электропитанием или электронные контактные линзы могут быть специально запрограммированы для использования конкретным человеком; линзу можно запрограммировать на одновременное распознавание картины моргания и сигналов ресничной мышцы пользователя при выполнении различных действий, таких как фокусировка на близко расположенном или удаленном объекте. В некоторых вариантах исполнения изобретения, использующих более одного способа активации электронной контактной линзы, например, распознавание моргания или сигнала от ресничной мышцы позволяют провести перекрестную проверку каждого способа до активации линзы. Преимуществом перекрестной проверки является снижение количества ложных совпадений, например, уменьшение возможности непроизвольной активации линзы. В одном варианте исполнения изобретения, перекрестная проверка может включать схему голосования, при этом до производства любого действия должно быть выполнено определенное количество условий.
Исполнительное устройство 112 может представлять собой любое приспособление для выполнения определенного действия на основе полученного командного сигнала. Например, если сравнение с образцом уровня света распознает активирующую картину моргания, как это описано выше, системный контроллер 114 приводит в действие исполнительное устройство 112, представленное электроникой или оптикой с электропитанием с изменяемым фокусным расстоянием. Исполнительное устройство 112 может состоять из устройства с электропитанием, механического устройства, магнитного устройства или любой комбинации перечисленных устройств. Исполнительное устройство 112 получает сигнал от системного контроллера 114 в дополнение к энергии от источника питания 110 и выполняет какое-либо действие, основанное на сигнале от системного контроллера 114. Например, если сигнал системного контроллера 114 свидетельствует о том, что носящий линзу пытается сфокусироваться на близко расположенном объекте, исполнительное устройство 112 может использоваться для изменения преломляющей способности электронной офтальмологической линзы, например, с помощью динамической многожидкостной оптической зоны. В альтернативном варианте исполнения изобретения, системный контроллер 114 посылает сигнал о том, что медицинское средство должно быть подано в глаз(а). В данном варианте исполнения приспособления исполнительное устройство 112 может содержать насос и резервуар, например, систему микроэлектромеханического (СМЭМ) насоса. Как указано выше, линза с электропитанием настоящего изобретения может выполнять различные функции; соответственно, одно или несколько исполнительных устройств могут быть настроены по-разному для выполнения своих функций.
На фиг.3 изображена диаграмма состояний 300 для образца системы распознавания моргания на базе алгоритма распознавания моргания, разработанного в данном изобретении. Система начинает работу в состоянии незанятости (IDLE) 302 и ждет сигнала активации bl_go. Если поступающий сигнал активации bl_go, к примеру, от осциллятора и электронной схемы управления, которые выдают импульсы bl_go со скоростью 100 мс, сопоставим с образцом скорости моргания, то конечная машина переходит в состояние WAIT_ADC 304, в котором АЦП активирован для превращения полученного уровня света в цифровой вид. АЦП подает сигнал adc_done для того, чтобы обозначить завершение своей работы, а система или конечная машина переходит в состояние SHIFT 306. В состоянии SHIFT 306 система передает последнее исходящее от АЦП значение на регистратор сдвига, который сохраняет историю выборки морганий. В некоторых вариантах исполнения изобретения значение на выходе из АЦП сначала сравнивается с пороговым значением для получения единичного бита (1 или 0) для значения выборки, чтобы уменьшить требования по хранению. Система или конечная машина переходит в этом случае в режим COMPARE 308, в котором значения, хранимые в истории выборки регистратора сдвига, сравниваются с одним или несколькими эталонами последовательностей моргания и масками, как описано выше. При обнаружении совпадения посылается один или несколько сигналов, например, об изменении состояния привода линзы bl_cp_toggle или о выполнении офтальмологической линзой с электропитанием любой другой функции. Система или конечная машина после этого переходит в состояние DONE 310 и подает сигнал bl_done для обозначения того, что она завершила свою работу.
На фиг.4 изображен тракт сигнала pd_rx_top образца фотосенсора или фотодатчика, который можно использовать для определения уровня света и выборки его образцов. Тракт сигнала path pd_rx_top может состоять из светодиода 402, усилителя напряжения, управляемого током, 404, группы автоматического усиления и фильтрации нижних частот 406 и АЦП 408. Сигнал adc_vref передается АЦП 408 от источника питания 110 (см. фиг.1) или, в качестве альтернативы, он может поступать от специальной электросхемы в АЦП 408. Исходящий от АЦП 408 сигнал, adc_data, передается в блок обработки цифровых сигналов и системного контроллера 108/114 (см. фиг.1). Не смотря на то, что на фиг.1 система обработки цифровых сигналов 108 и системный контроллер 114 изображены как отдельные блоки, предпочтительно изготавливать их в виде одного блока 410. Сигнал активации adc_en, сигнал запуска adc_start и сигнал перезагрузки adc_rst_n исходят от блока обработки цифровых сигналов и системного контроллера 410, в то время как сигнал о завершении выполнения задачи adc_complete передается к нему. 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 410. Важно заметить, что сигнал adc_clk и системные часы могут работать на разной частоте. Также важно то, что в данном изобретении может использоваться любое количество АЦП, которые могут иметь разный интерфейс и использовать различные сигналы управления, но при этом выполнять похожие функции предоставления на выходе калибрированного цифрового вида аналоговой части сигнального тракта фотодатчика. Сигналы активации фотодатчика pd_en и усиления фотодатчика pd_gain исходят от блока обработки цифровых данных и системного контроллера 410.
На фиг.5 изображена блок-схема цифровой логической схемы согласования 500, которая может использоваться для сокращения значения сигнала АЦП adc_data до значения однобитного сигнала pd_data. Цифровая логическая схема согласования 500 может включать цифровой регистратор 502 для получения данных adc_data из тракта сигнала фотодетектора pd_rx_top и передачи полученной величины на сигнал adc_data_held. Цифровой регистратор 502 сконструирован для получения новой величины для сигнала adc_data при получении сигнала adc_complete и, иначе, для удержания последней полученной величины при получении сигнала adc_complete. Таким образом, система может отключить тракт сигнала фотодетектора, если данные защелкнуты, для снижения потребления тока системой. Полученная величина данных может усредняться, например, способом усреднения интеграцией со сбросом или другим способом усреднения, который может быть выполнен с цифровой логикой, в электронной схеме генерации порогового значения 504 для производства одного или нескольких порогов сигнала pd_th. Полученная величина данных после этого может подвергнуться сравнению, с помощью блока сравнения 506, с одним или несколькими пороговыми значениями для получения однобитной величины данных сигнала pd_data. Следует понимать, что операция сравнения может использовать неоднозначную зависимость или сравнение с одним или несколькими пороговыми значениями при проведении операции сравнения для снижения помех исходящего сигнала pd_data. Цифровая логическая схема согласования может в будущем включать блок настройки усиления pd_gain_adj 508 для установки усиления группы автоматического усиления и фильтрации нижних частот 406 в тракте сигнала фотодетектора посредством сигнала pd_gain, как показано на фиг.4, в соответствии с рассчитанными пороговыми значениями и/или в соответствии с полученной величиной данных. Важно отметить, что в данном варианте исполнения изобретения шести-битные слова обеспечивают приемлемое разрешение по динамическому диапазону для распознавания моргания при снижении сложности конструкции.
В одном варианте исполнения изобретения электронная схема генерации порогового значения 504 включает пиковый детектор, детектор "долин" и электронную схему расчета порогового значения. В этом варианте исполнения изобретения контрольные значения порога и усиления могут формироваться следующим образом. Пиковый детектор и детектор "долин" настроены на получение удерживаемого значения сигнала adc_data_held. В дальнейшем пиковый детектор настраивается на передачу исходящей величины pd_pk, которая быстро отслеживает увеличения величины adc_data_held и медленно затухает, если величина adc_data_held снижается. Действие аналогично работе классического диодного амплитудного детектора, широко применяемого в электронных технологиях. Детектор "долин" в дальнейшем настраивается для передачи исходящей величины pd_vl, которая быстро отслеживает снижения величины adc_data_held и медленно поднимается до наивысшего значения, если величина adc_data_held увеличивается. Работа детектора "долин" также похожа на работу диодного амплитудного детектора с разрядным резистором, связанным с положительным входом напряжения источника питания. Электронная схема расчета порогового значения настраивается для получения величин pd_pl и pd_vl, а в дальнейшем будет настраиваться на расчет среднего показателя порогового значения pd_th_mid на основании среднего значения величин pd_pk и pd_vl. Электронная схема генерации порогового значения 504 предоставляет пороговую величину pd_th на основании среднего показателя порогового значения pd_th_mid.
Электронная схема генерации порогового значения 504 может в последствии адаптироваться для обновления величин уровней pd_pk и pd_vl в ответ на изменения величины pd_gain. Если величина pd_gain увеличивается на один шаг, то значения pd_pk и pd_vl увеличиваются на коэффициент, равный ожидаемому усилению в тракте сигнала фотодетектора. Если величина pd_gain уменьшается на один шаг, то значения pd_pk и pd_vl уменьшаются на коэффициент, равный ожидаемому усилению в тракте сигнала фотодетектора. Таким образом, состояния пикового детектора и детектора "долин", сохраняемые в виде величин pd_pk и pd_vl, соответственно, и величина порогового значения pd_th, рассчитанная из величин pd_pk и pd_vl, обновляются для соответствия изменениям усиления в тракте сигнала, а значит, избегая неоднородностей или других изменений в состоянии или величине, возникающей только в результате намеренного изменения усиления тракта сигнала фотодетектора.
В последующем варианте исполнения электронной схемы генерации порогового значения 504, электросхема расчета порогового значения может быть в дальнейшем настроена для расчета величины порогового значения pd_th_pk пропорционально величине или в процентном выражении от величины pd_pk value. В предпочтительном варианте исполнения изобретения pd_th_pk может быть успешно настроено, чтобы составлять семь восьмых от значения pd_pk, путем простого широко известного в данной отрасли расчета, который состоит в сдвиге вправо на три бита и вычитании. Электронная схема расчета порогового значения может выбирать значение величины pd_th как меньшее из pd_th_mid и pd_th_pk. Таким образом, величина pd_th никогда не будет равной величине pd_pk, даже после длительного времени постоянного воздействия света на светодиод, что может стать причиной того, что значения pd_pk и pd_vl будут равны. Следует понимать, что величина pd_th_pk обеспечивает распознавание моргания после длительных интервалов. Поведение электросхемы генерации порогового значения изображено далее графически на фиг.9, как отмечено дальше.
На фиг.6 показана блок-схема цифровой логической схемы распознавания 600, которая может использоваться для выполнения образца алгоритма распознавания цифрового моргания в отношении данного изобретения. Цифровая логическая схема распознавания 600 может включать цифровой регистр сдвига 602 для получения данных из тракта сигнала фотоопределения pd_rx_top, фиг.4, или от цифровой логической схемы регулирования, фиг.5, как показано здесь, для сигнала pd_data, который имеет величину одного бита. Регистр сдвига 602 сохраняет историю полученных образцов величин в данном случае в виде 24-битного регистра. Цифровая логическая схема распознавания 600 далее включает блок сравнения 604, предназначенный для получения истории выборки и одного или нескольких эталонов морганий bl_tpl и масок моргания bl_mask, и настроена на определение совпадения одного или нескольких эталонов и масок с одним или несколькими исходящими сигналами, которые могут сохраняться для дальнейшего использования. Исходящий сигнал блока сравнения 604 защелкивается посредством D-триггера 606. Цифровая логическая схема 600 может далее включать счетчик 608 или другое логическое устройство для блокирования последующих сравнений, которые могут быть из одной истории выборки и отличаться небольшими сдвигами из-за операций маскировки. В предпочтительном варианте исполнения изобретения история выборки очищается или перезагружается после определения положительного совпадения, хотя и требует выборки полной новой совпадающей последовательности морганий прежде, чем снова определять последующее совпадение. Цифровая логическая схема распознавания 600 все еще может в далее включать конечную машину или подобную электросхему управления для подачи сигналов управления в тракт сигналов фотодетектора и АЦП. В некоторых вариантах исполнения изобретения сигналы управления могут формироваться конечной машиной управления, отделенной от цифровой логической схемы распознавания 600. Такая конечная машина управления может быть частью блока обработки цифровых сигналов и системного контроллера 410.
На фиг.7 показана циклограмма сигналов управления, посылаемых подсистемой распознавания моргания АЦП 408 (фиг.4), которая используется в тракте сигнала фотодатчика. Сигналы активации и синхронизирующие сигналы adc_en, adc_rst_n и adc_clk активизируются при запуске последовательности выборки и продолжаются до завершения преобразования аналоговых сигналов в цифровые. В одном варианте исполнения изобретения процесс преобразования АЦП начинается тогда, когда импульс подается к сигналу adc_start. Значение на выходе АЦП удерживается в виде сигнала adc_data, а завершение процесса обозначается логическим устройством преобразования аналоговых сигналов цифровым сигналом adc_complete. Также на фиг.7 показан сигнал pd_gain, который используется для настройки усиления усилителей перед АЦП. Сигнал показан так, как будто он установлен до начала времени подготовки к работе, чтобы ток смещения аналоговой цепи и уровни сигнала стабилизировались до преобразования.
На фиг.8 показан цифровой системный контроллер 800, включающий подсистему распознавания моргания dig_blink 802. Цифровая подсистема распознавания dig_blink 802 может управляться основной конечной машиной dig_master 804 и может быть настроена для получения синхронизирующих сигналов от главных электрочасов clkgen 806, внешних по отношению к цифровому системному контроллеру 800. Цифровая подсистема распознавания моргания dig_blink 802 может быть настроена для подачи сигналов к подсистеме фотодетекции и получения сигналов от нее, как описано выше. Цифровая подсистема распознавания dig_blink 802T может включать цифровое логическое устройство согласования и цифровое логическое устройство распознавания, как описано выше, в дополнение к конечной машине для управления последовательностью операций в алгоритме распознавания моргания. Цифровая подсистема распознавания моргания dig_blink 802 может быть настроена на получение сигнала об активации от главной конечной машины 804 и для обеспечения обозначения завершения или окончания и обратного оповещения главной конечной машины 804 о распознавании морганий.
На фиг.9 показаны циклограммы прохождения сигналов, фиг.9A-9G, которые описывают работу электронной схемы генерации порогового значения и автоматического управления усилением (фиг.5). На фиг.9A показан образец протекания фототока вдоль оси времени, что должно обеспечиваться светодиодом в качестве реакции на различные уровни освещения. В первой части графика уровень освещенности и полученный в результате фототок сравнительно низки по сравнению со второй частью графика. И на первом, и на втором участке видно двойное моргание для понижения света и фототока. Заметьте, что закрытие света веком может и не быть полным (на 100%), а свет меньшей интенсивности в зависимости от пропускной способности века для различных длин волн света все же попадает на поверхность глаза. Фиг.9B показывает величину adc_data_held, которая получена в результате прохождения сигнала фототока на фиг.9A. Для упрощения величина adc_data_held изображена в виде длительного аналогового сигнала, а не серией дискретных цифровых образцов сигналов. Следует понимать, что цифровые образцовые величины будут соответствовать уровню, изображенному на фиг.9В в соответствующее время выборки. Пунктирные линии вверху и внизу графика обозначают максимальное и минимальное значение сигналов adc_data и adc_data_held. Диапазон значений между минимальным и максимальным значением также известны как динамический диапазон сигнала adc_data. Как оговорено далее, усиление тракта сигнала фотодетекции отлично (ниже) от второй части графика. В общем величина adc_data_held прямопропорциональна фототоку, а изменения усиления влияют только на коэффициент или константу пропорциональности. На фиг.9С показаны величины pd_pk, pd_vl и pd_th_mid, расчитанные как результат значения adc_data_held, сформированного электронной схемой генерации порогового значения. На фиг.9D показаны значения pd_pk, pd_vl и pd_th_pk, расчитанные как результат значения величины adc_data_held, сформированной электронной схемой генерации порогового значения в некоторых примерах исполнения изобретения. Заметим, что величина pd_th_pk всегда каким-то образом пропорциональна величине pd_pk. На фиг.9E показана величина adc_data_held с величинами pd_th_mid и pd_th_pk. Заметим, что на протяжении длительных промежутков времени, когда величина adc_data_held сравнительно постоянна, величина pd_th_mid становится равной величине adc_data_held, поскольку величина pd_vl value снижается до того же уровня. Величина pd_th_pk всегда остается немного ниже величины adc_data_held. Также на фиг.9Е изображен выбор pd_th, когда значение величины pd_th выбирается равным меньшим из pd_th_pk и pd_th_mid. Таким образом пороговое значение всегда устанавливается на некотором удалении от значения величины pd_pk, не допуская ложных переходов на pd_data из-за шума фототока и сигналов adc_data held. На фиг.9F показана величина pd_data, сформированная сравнением величины adc_data_held с величиной pd_th. Заметим, что сигнал pd_data является двухзначным сигналом, который становится низким при наступлении моргания. На фиг.9G показано поведение величины tia_gain вдоль оси времени для данных образцов волн. Значение величины tia_gain устанавливается ниже, когда pd_th начинает превышать высшее пороговое значение, показанное как agc_pk_th на фиг.9E. Следует понимать, что подобное поведение имеет место и для поднятия tia_gain, когда pd_th начинает падать ниже нижнего порогового значения. Если еще раз взглянуть на вторую часть каждого графика на фиг.9A-9E эффект снижения tia_gain становится понятным. В частности, отметим, что величина adc_data_held поддерживается вблизи середины динамического диапазона сигналов adc_data и adc_data_held. Далее следует отметить, что величины pd_pk и pd_vl обновляются в соответствии с изменением усиления, как описано выше, таким образом, чтобы избежать неоднородности в состояниях и значениях пикового детектора и детектора "долин" благодаря только лишь изменениям усиления тракта сигнала фотодетектора.
На фиг.10 показаны примерные характеристики блокировки и пропускания света на кристалл интегральной схемы 1000. Кристалл интегральной схемы 1000 включает сектор пропускания света 1002, сектор блокирования света 1004, контактные площадки 1006, отверстия пассивации 1008 и отверстия слоя, блокирующего свет 1010. Сектор пропускания света 1002 расположен над фотосенсорами (не показаны на фигуре), например, массив светодиодов, внедренных в полупроводниковый процесс. В предпочтительном варианте исполнения изобретения сектор пропускания света 1002 пропускает столько света, сколько позволяют фотосенсоры, таким образом, увеличивая до максимума чувствительность. Это достигается путем удаления слоев полисиликона, металла, оксида, нитрида, полимида и других слоев над фотоэлементами, что допускается в полупроводниковом процессе, применяемом для изготовления интегральных схем или после изготовления. Сектор пропускания света 1002 может также подвергаться другой специальной обработке для оптимизации распознавания света, например нанесению антибликового покрытия, фильтра и/или диффузора. Сектор блокирования света 1004 может занимать другие участки электронной схемы, которые не требуют попадания на них света. Рабочие характеристики других электронных схем могут нарушаться фототоками, например, напряжением тока смещения и частотами осциллятора в цепях подачи сверхнизкого тока, требуемыми для использования с контактными линзами, как указывалось ранее. Сектор блокирования света 1004 предпочтительно формируется из тонкого, непрозрачного отражающего материала, например, алюминия или меди, которые уже используются в производстве полупроводниковых пластин и последующей их обработки. При использовании с металлом, материал формирующий сектор блокирования света 1004 должен быть изолированным от электронной схемы снизу и от контактных площадок 1006 для предотвращения короткого замыкания. Такая изоляция обеспечивается пассивацией, уже присутствующей на кристалле в составе обычной пассивации пластины, например, слои оксида, нитрида и/или полиамида или другого диэлектрика, наносимого после изготовления. Маскировка позволяет располагать отверстия слоя блокировки света 1010 так, чтобы проводящий блокирующий свет металл не накладывался на контактные площадки или кристалл. Сектор блокирования света 1004 покрывают дополнительным слоем диэлектрика или пассивации для защиты кристалла и предотвращения коротких замыканий в процессе установки кристалла. Эта заключительная пассивация имеет отверстия 1008 для обеспечения подключения к контактным площадкам 1006.
На фиг.11 показан образец контактной линзы с электронной вставкой, включающей систему распознавания моргания в соответствии с настоящими исполнениями (изобретением). Контактная линза 1100 состоит из мягкой части 1102, которая содержит электронную вставку 1104. Вставка 1104 включает линзу 1106, которая приводится в действие электроникой, например, фокусируясь близко или далеко, в зависимости от способа активации. Интегральная схема 1108 крепится к вставке 1104 и подключается к аккумуляторам 1110, линзе 1106 и другим компонентам, как того требует система. Интегральная схема 1108 включает фотодатчик 1112 и соответствующую электронную схему тракта сигнала фотодетектора. Фотодатчик 1112 направлен наружу из глаза через вставку линзы и таким образом способен получать свет естественного освещения. Фотосенсор 1112 может быть выполнен на интегральной схеме 1108 (как показано на фигуре), например, в виде одиночного светодиода или массива светодиодов. Фотосенсор 1112 также может быть выполнен в виде отдельного устройства, располагаемого на вставке 1104 и подключаемого к контактным дорожкам 1114. Когда веко закрывается, вставка линзы 1104, включая фотосенсор 1112, закрывается, таким образом, снижая уровень света, попадающий на фотодетектор 1112. Фотосенсор 1112 может измерять интенсивность естественного освещения для определения моргает пользователь в данный момент или нет.
Дополнительные варианты исполнения алгоритма распознавания моргания допускают большую вариацию продолжительности морганий и интервала между ними, например, отсчитывая время начала следующего моргания, основываясь на измеренном времени окончания первого моргания, а не с помощью эталона или расширения маски интервалов "не важно" (значения 0).
Следует понимать, что алгоритм распознавания моргания может реализовываться в цифровом логическом устройстве или с программным обеспечением, работающим на компьютере. Логическое устройство алгоритма или микроконтроллер могут использоваться в специализированной интегральной схеме (технология ASIC) с электронной схемой тракта сигнала фотодетекции или системным контроллером, или может быть разделена на несколько интегральных схем.
Важно и то, что система распознавания морганий настоящего изобретения имеет более широкое применение, нежели простая диагностика, коррекция и усиление остроты зрения. Эти применения включают распознавание моргания для управления широким разнообразием функций, разработанных для людей с физическими патологиями. Система распознавания моргания может размещаться на поверхности глаза или вне его.
В сложных системах, которые могут включать множество датчиков, таких как офтальмологические линзы с электропитанием, включающие набор электронных компонентов, предпочтительным является снижение вероятности выполнения ложных действий или ложно-плюсовых запусков при выполнении действия. В соответствии с другим вариантом исполнения изобретения, настоящее изобретение направлено на процесс принятия решения и/или схему голосования, которая использует входящие данные от множества датчиков, чтобы существенно снизить вероятность изменения состояния офтальмологической линзы с электропитанием на основании неточной, неполной или ошибочной информации, изменений физиологических состояний, а также шума и/или помех от внутренних и внешних источников. Например, при распознавании моргания, система управления не должна изменять состояние оптики с изменяемым фокусным расстоянием, встроенной в офтальмологическую линзу, на основании случайной картины моргания, вызванной раздражением глаза и подобными причинами. В офтальмологической линзе с электропитанием с датчиком схождения зрачка, схождение зрачка может использоваться для запуска действий таких, как например, изменение мощности оптики переменной мощности, чтобы позволить человеку, страдающему старческой дальнозоркостью, сфокусировать зрение на близко расположенных объектах. Как бы то ни было, используя входные данные от одного датчика или ошибочную информацию от одного датчика или других датчиков, системный контроллер может принять неправильное решение. Например, не зная положение обоих зрачков, простое направление взгляда вниз и влево может быть распознано как схождение правого глаза в одной точке, поскольку зрачок для обоих действий выполняет одно и то же движение. В офтальмологической линзе с электропитанием с датчиком положения века, движение века также может быть использовано для запуска определенных действий. Например, когда человек смотрит вниз, пытаясь сфокусировать зрение на близко расположенном объекте, веко опускается, а значит, такое действие может быть использовано для изменения состояния офтальмологической линзы. И снова, если используется только один канал ввода данных, может иметь место выполнение неправильной функции из-за того, что человек сонный и его веки смыкаются. Такое же обоснование применяется для датчиков определения наличия и расположения объектов; а именно, пары излучателя-индикатора и датчики расширения зрачка. Все эти датчики могут использоваться в качестве триггеров выполнения действий различными системами, включенными в конструкцию электронной линзы или офтальмологической линзы с электропитанием, и все они по отдельности или в ограниченной комбинации потенциально подвержены ошибкам. В дополнение к уже упомянутым датчикам, которые предназначены для определения определенных аспектов, прямо относящихся к запуску изменения состояния электронного офтальмологического приспособления, для улучшения работы датчиков, изменяющих состояние, могут использоваться и другие датчики, отслеживающие условия окружающей среды, шум и помехи. Например, можно отслеживать уровень естественного освещения для повышения точности датчиков распознавания моргания, положения века и датчиков определения диаметра зрачка. Такие датчики могут использоваться для установления шага других датчиков, к примеру, отнимая шум и помехи обычного режима работы. Входные данные могут использоваться для записи истории показаний, которые затем учитываются алгоритмом принятия сложных решений, например, алгоритмом, который для определения положения зрачка. Использование схемы голосования в соответствии с настоящим изобретением может снизить вероятность появления ошибки при определении изменений состояний, а также может позволить проводить более точные измерения. Другими словами, для любого заданного действия, которое подлежит выполнению, существуют датчики, которые можно использовать для проверки дополнительного подтверждения или для увеличения входящего сигнала для данного действия, определенного основным датчиком. Также важно отметить, что полученные датчиком дополнительные или альтернативные данные могут использоваться как часть процесса сбора, а не как событие-триггер. Например, полученные от датчика данные могут подлежать сбору, записи в журнале и использовании в медицинских условиях лечения. Другими словами, следует также понимать, что приспособление с таким датчиком может не изменять состояние способом, который может заметить пользователь; а устройство может просто записывать данные в журнал. Например, такой датчик может использовать для определения имеет ли пользователь надлежащую реакцию радужной оболочки на протяжении дня или, возможно, существует проблема медицинского характера.
Теперь обратимся к фиг.12, где показан образец базовой системы, в которой датчики 1202, 1204, 1206 и 1208 используются для определения необходимости состояния исполнительного устройства 1212. Датчики 1202, 1204, 1206 и 1208 могут учитывать любое количество потенциальных входящих сигналов, включая моргательную деятельность, положение века, положение зрачка, деятельность ресничной мышцы и т.п. Количество и тип датчиков определяется целью применения и пользователем. Каждый датчик 1202, 1204, 1206 и 1208 может иметь свой собственный блок согласования сигнала, который размещен внутри блока датчика, выделенного для него блока или внутри системного контроллера 1210. Системный контроллер 1210 принимает входящие данные от каждого датчика 1202, 1204, 1206 и 1208. Затем он выполняет обычные действия для обработки и сравнения введенных данных. На основании этих входных данных системный контроллер 1210 определяет нужно ли изменять состояние исполнительного устройства 1212. Например, сочетание схождения зрачка, опускания века и сигнал от пары излучателя-индикатора о наличии близкого отражения сигнала может вынудить системный контроллер 1210 настроить исполнительное устройство 1212 на изменение состояния оптики переменной мощности офтальмологической линзы на использование режима близкого фокуса. Подобно этому, сочетание расхождения зрачка, открытия века и сигнала от пары излучателя-индикатора об отсутствии отраженных сигналов может вынудить системный контроллер 1210 настроить исполнительное устройство 1212 на изменение состояния оптики переменной мощности офтальмологической линзы на использование режима дальнего фокуса. Входные данные от различных датчиков также могут использоваться для изменения конфигурации системного контроллера с целью повышения эффективности процесса принятия решения, например, если интенсивность естественного освещения снижается, контроллер может увеличить усиление фотодатчика. Системный контроллер также может включать и отключать датчики, увеличивать и снижать скорость выборки образцов и производить другие изменения для оптимизации работы системы.
На фиг.13 показан пример процедуры, с помощью которой системный контроллер, например, системный контроллер 1210, изображенный на фиг.12, выполняет выборку образцов датчиками и изменяет статус исполнительного устройства и, в конце концов, состояние офтальмологической линзы с электропитанием. Первым шагом в процессе, представленным блоком 1302, является выборка образцов датчиками. Этот шаг может потребовать запуска активации, подготовки работы, калибровки, считывания, согласования и выдачи данных другими элементами. Системный контроллер может также предоставлять информацию для конфигурации каждому датчику на основании запрограммированных значений и текущих данных, например, усиление усилителя фотодатчика на основании истории попадания света, или же эти настройки могут определяться другими элементами системы. Следующий шаг процесса, представленный блоком 1304, включает фильтрацию и дополнительное согласование, например, цифровую фильтрацию в противоположность аналоговой на ряду со сравнением с базовыми или ссылочными результатами. Целью этого шага является надлежащее согласование входных данных для следующего шага, чтобы принятие точного, повторяющегося решения стало возможным. Следующий шаг процесса, представленный блоком 1306, состоит в определении результатов от каждого датчика, например, от датчика положения зрачка или реакции пары излучателя-индикатора. Это определение может включать сравнение с предварительно внесенными в программу или переменными предельными значениями, сравнение с определенной картиной или любое другое определение. Следующий шаг в процессе, представленный блоком 1308, включает объединение результатов предыдущего шага, взвешивание результатов и принятие решения. Этот шаг может включать обучение и предпочтения отдельных пользователей, гарантируя, что образцы отобраны всеми датчиками перед принятием решения и что к результатам каждого датчика применены различные методы анализа. Предпочтительно, чтобы в этом шаге принималось решение, которое можно предвидеть и повторить в условиях шума и помех реального мира. Если принято решение изменить статус исполнительного устройства, как описано выше, следующий шаг процесса, представленный блоком 1310, будет состоять в выполнении изменения этого состояния в исполнительном устройстве. Независимо от решения, касательно изменения состояния, последний шаг процесса, представленный блоком 1312, состоит в возврате системы к выборке образцов, чтобы могло иметь место другое определение и набор измерений. Общее время, необходимое для выполнения процесса, изображенного на фиг.13, достаточно коротко чтобы сделать систему чувствительной к командам пользователя подобно тому, как человек взаимодействует с окружающим миром в естественных условиях. Например, при активации линзы с изменяемым фокусным расстоянием система должна изменить состояние фокуса за промежуток времени, равный приблизительно 1 (одной) секунде, что соответствует поведению естественной системы.
На фиг.14 по оси Y показаны входные данные множества датчиков вдоль оси времени X. Важно отметить, что любые данные датчика могут использоваться в зависимости от требуемого применения. Например, обычно существует минимальный набор факторов, которые могут быть использованы для независимого определения другого фактора. В этом примере исполнения изобретения система предназначена для определения требуемого фокусного расстояния офтальмологической линзы, как показано на графике 1400. Требуемое фокусное расстояние колеблется от дальнего фокуса 1402 до ближнего фокуса 1404, например, в то время, когда пользователь переключает фокусное расстояние из режима дальнего фокуса, используемого для передвижения в толпе, в режим ближнего фокуса для ориентирования по карте.
Дополнительные графики, превышающие требуемое фокусное расстояние 1400, предназначены для входных данных различных датчиков, соотнесенных с требуемым фокусным расстоянием. И снова заметим, что для принятия решения может использоваться любое количество входящих сигналов. График 1406 представляет сопротивление, измеренное на поверхности глаза, которое колеблется между от высокого 1408 до низкого 1410, как известно в данной отрасли. Как показано на фигуре, график сопротивления 1406 не точно совпадает с требуемым графиком фокусного расстояния 1400. Входные данные от датчика могут включать шум, задержку и другие отличия от требуемого фокусного расстояния из-за присутствия таких явлений, как время реакции, задержка распространения и шум, производимый близлежащими мускулами. Схождение зрачка 1412 также показано вдоль оси времени. Как хорошо известно в данной отрасли, схождение зрачков к одной точке ассоциируется с желанием сфокусировать взгляд на близко расположенном объекте. Когда требуемое фокусное расстояние велико 1402, схождение низкое 1414, поскольку зрачки располагаются близко друг к другу по сравнению с расстоянием до объекта наблюдения. Когда требуемое фокусное расстояние мало 1404, схождение высокое 1416, поскольку объект располагается близко к глазам, что сводит взгляд в направлении носа для сохранения внимания на интересующем объекте. Также показан диаметр зрачка 1418. Как хорошо известно в данной отрасли, человеческие зрачки обычно расширяются при фокусировке на близком объекте. Таким образом, расширение низкое 1420, когда фокусное расстояние велико 1402. Расширение высокое 1422, когда требуемое фокусное расстояние мало 1404.
Следует учесть, что входные данные каждого датчика могут изменяться не только по причине изменения требуемого фокусного расстояния. Например, сопротивление глаза может со временем изменяться из-за изменений в содержании жидкости ли соли в теле, уровне физического напряжения и т.д. Подобно этому диаметр зрачка может изменяться в ответ на изменение интенсивности окружающего освещения. Таким образом, становится очевидным, что совмещение входных данных множества датчиков снижает вероятность ложно-плюсовых включений за счет того, что требует более одного входящего сигнала для сопоставления с желаемым изменением фокусного расстояния или использованием определенных входных данных датчика для повышения правдоподобности сигналов других датчиков.
Также очевидно, что предельные значения для каждого датчика и комбинации датчиков, которые используются для изменения состояния, зависят от многих переменных таких, как безопасность, время реакции и предпочтения пользователя. Особое программирование схемы голосования может быть основано на клинических наблюдениях многих аспектов, а также на индивидуальных параметрах, созданных для определенного пользователя. Параметры схемы голосования могут зависеть от входящих данных от датчиков, например, настройки предельного значения и усиления для распознавания моргания могут отличаться при естественном освещении.
В одном из вариантов исполнения изобретения электроника и электрические подключения выполнены в периферийной зоне контактной линзы, а не в оптической. В соответствии с другим альтернативным примером исполнения изобретения, важно отметить, что расположение электроники не должно ограничиваться периферийной зоной контактной линзы. Все электронные компоненты, описанные в этом документе, могут изготавливаться с применением технологий тонких пленок и/или прозрачных материалов. Применяя эти технологии, электронные компоненты можно располагать в любом удобном месте до тех пор, пока они совместимы с оптикой.
Искусственный хрусталик это линза имплантированная в глаз, которая заменяет природный хрусталик. Они применяются у пациентов, страдающих катарактой, или просто для лечения каких-либо рефракционных аномалий. Искусственный хрусталик обычно представляет собой маленькую пластичную линзу с боковым подкосом, называемым гаптическим элементом, для удержания линзы на своем месте внутри капсулярного мешка глаза. Любая электроника и/или другие компоненты, описанные в данном документе, могут быть применены с искусственным хрусталиком таким же образом, как и с контактной линзой.
Хотя показанное и описанное считается наиболее практическими и предпочтительными вариантами исполнения изобретения, очевидно, что отклонения от специфических описанных и показанных конструкций и способов могут быть использованы специалистами в данной сфере без отклонения от сущности и объема изобретения.
Настоящее изобретение не ограничивается отдельными конструкциями, описанными и показанными в настоящем документе, но все его конструкции должны быть согласованы со всеми модификациями, которые могут входить в объем приложенной формулы изобретения.