ЭЛЕКТРОННАЯ ОФТАЛЬМОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНЗА С БУДИЛЬНИКОМ
ELECTRONIC OPHTHALMOLOGICAL LENSES WITH ALARM SYSTEM

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Область применения изобретения
Настоящее изобретение относится к офтальмологической линзе с электропитанием или к электронной офтальмологической линзе и, более конкретно, к офтальмологической линзе с электропитанием или электронной офтальмологической линзе, обеспечивающей сигнал предупреждения.
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 шаблонов 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 ей. 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 любые возможные шаблоны 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 алгоритмы и/или обработку сигналов.
Соответственно, существует необходимость в средстве и способе обнаружения определенных физиологических функций, таких как протяженность закрытия глаза или моргание, и их использования для активации и/или управления электронной офтальмологической линзой или офтальмологической линзой с электропитанием в соответствии с типом последовательности морганий, обнаруженной датчиком. Используемый датчик должен быть выполнен по форме и размеру с возможностью использования в контактной линзе. Кроме того, существует необходимость в обнаружении положения век пользователя. Датчик положения века может быть использован для обнаружения момента засыпания пользователя, например, чтобы запустить соответствующее уведомление для поддержания пользователя в состоянии бодрствования. Имеются существующие системы для обнаружения положения века; однако они ограничены такими устройствами, как камеры для формирования изображений, средства распознавания изображений и пары излучателя/детектора инфракрасного излучения, в которых используется отражение от глаза и века. Существующие системы обнаружения положения века также полагаются на использование очков или клинических сред, и их непросто встроить в контактную линзу.
Дорожные будильники, стандартные будильники и прочие внешние устройства, используемые для обеспечения функциональных возможностей будильника, являются громоздкими и доставляют беспокойство окружающим, попадающим в зону слышимости будильника за пределами целевого лица, для пробуждения которого этот будильник предназначен. К примерам таких ситуаций относится ситуация, при которой одному из супругов необходимо просыпаться раньше, чем второму, или ситуация, при которой авиапассажиру ночного рейса необходимо во время полета перестроить свой суточный ритм. Задача создания средства предупреждения человека, которое бы не тревожило окружающих, и, таким образом, в меньшей степени доставляло беспокойство прочим лицам, является преимущественной.
ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
По меньшей мере, в одном варианте осуществления предложена система для обеспечения сигнала предупреждения пользователю офтальмологической линзы, содержащая: таймерную цепь, выполненную с возможностью отслеживания течения времени; систему связи, выполненную с возможностью осуществления, по меньшей мере, однонаправленной связи для получения данных; механизм уведомления, выполненный с возможностью обеспечения уведомления; системный контроллер, электрически подключенный к таймерной цепи, системе связи и механизму уведомления, причем системный контроллер выполнен с возможностью управления таймерной цепью, системой связи и механизмом уведомления; и офтальмологическую линзу, выполненную с возможностью герметизации, по меньшей мере, участка таймерной цепи, системы связи, механизма уведомления и системного контроллера.
В дополнительном варианте осуществления система связи включает в себя приемник, выполненный с возможностью беспроводного приема получаемых данных от внешнего устройства и отправки полученных данных в системный контроллер. В еще одном дополнительном варианте осуществления таймерная цепь включает в себя накопитель для отслеживания времени; и системный контроллер дополнительно включает в себя запоминающее устройство, в котором системный контроллер сохраняет данные о времени предупреждения, причем системный контроллер выполнен с возможностью установки времени в накопителе в ответ на полученные данные и времени предупреждения в запоминающем устройстве в ответ на полученные данные. В еще одном дополнительном варианте осуществления системный контроллер выполнен с возможностью отправки сигнала в механизм уведомления, когда данные в накопителе соответствуют данным, хранящимся в запоминающем устройстве, причем механизм уведомления выполнен с возможностью обеспечения уведомления пользователю офтальмологической линзы в ответ на сигнал, полученный от системного контроллера. В дополнительном варианте осуществления к первому варианту осуществления из этого абзаца таймерная цепь включает в себя накопитель для отслеживания времени; системный контроллер дополнительно включает в себя запоминающее устройство, в котором системный контроллер сохраняет данные о времени предупреждения, причем системный контроллер выполнен с возможностью сброса в ноль накопителя в ответ на полученные данные и времени предупреждения в запоминающем устройстве в ответ на полученные данные. Дополнительно к предыдущему варианту осуществления системный контроллер выполнен с возможностью отправки сигнала в механизм уведомления, когда данные в накопителе соответствуют данным, хранящимся в запоминающем устройстве, причем механизм уведомления выполнен с возможностью обеспечения уведомления пользователю офтальмологической линзы в ответ на сигнал, полученный от системного контроллера.
В дополнение к любому из вышеуказанных вариантов осуществления механизм уведомления включает в себя электрический компонент, и механизм уведомления выполнен с возможностью включения электрического компонента для уведомления пользователя в ответ на сигнал предупреждения от системного контроллера. В дополнительном варианте осуществления электрический компонент включает в себя, по меньшей мере, один из светодиода (СИД) и преобразователя, находящегося в вибрационном контакте с глазом пользователя.
В дополнение к любому из описанных выше вариантов осуществления механизм уведомления включает в себя, по меньшей мере, одно из следующего: источник света, расположенный на линзе, для обеспечения света, по меньшей мере, на одном из сетчатки пользователя линзы и самой линзы в качестве уведомления, преобразователь для вибрации глаза пользователя линзы в качестве уведомления, электрический симулятор, выполненный с возможностью стимуляции, по меньшей мере, одного из роговичной поверхности, склеральной поверхности, чувствительного нерва роговицы и чувствительного нерва склеры, и преобразователь для обеспечения изменения оптической зоны линзы.
В дополнение к любому из вышеуказанных вариантов осуществления система дополнительно включает в себя систему датчиков положения века, встроенную в линзу, причем система датчиков положения века имеет множество вертикальных точек для обнаружения положения века, причем системный контроллер находится в электрическом соединении с системой датчиков положения века для получения сигнала от системы датчиков положения века, представляющего положение века, причем системный контроллер выполнен с возможностью запуска нарастания уведомлений от механизма уведомления, когда веко остается закрытым, а величина накопителя превышает величину предупреждения.
В дополнение к любому из вышеуказанных вариантов осуществления система дополнительно включает в себя внешнее устройство, выполненное с возможностью передачи в систему связи сигнала контроля времени в качестве полученных данных; и причем система связи включает в себя приемник, выполненный с возможностью беспроводного получения сигнала контроля времени от внешнего устройства и отправки сигнала контроля времени в системный контроллер; таймерная цепь включает в себя накопитель для отслеживания времени; и системный контроллер дополнительно включает в себя запоминающее устройство, в котором системный контроллер сохраняет данные о времени предупреждения, причем системный контроллер выполнен с возможностью установки времени в таймерной цепи в ответ на сигнал контроля времени и времени предупреждения в запоминающем устройстве в ответ на сигнал контроля времени. В еще одном дополнительном варианте осуществления к предыдущему варианту осуществления системный контроллер выполнен с возможностью отправки сигнала в механизм уведомления, когда данные в таймерной цепи соответствуют данным, хранящимся в запоминающем устройстве, причем механизм уведомления выполнен с возможностью обеспечения уведомления пользователю контактной линзы в ответ на сигнал, полученный от системного контроллера.
По меньшей мере, в одном варианте осуществления предложена система для обеспечения сигнала предупреждения на два зрачка, имеющая первую контактную линзу, включающую в себя таймерную цепь, выполненную с возможностью отслеживания течения времени, систему связи, выполненную с возможностью осуществления, по меньшей мере, однонаправленной связи с внешним устройством, механизм уведомления, выполненный с возможностью обеспечения уведомления, системный контроллер, находящийся в электрическом соединении с таймерной цепью, системой связи и механизмом уведомления, причем системный контроллер выполнен с возможностью управления таймерной цепью, системой связи и механизмом уведомления, и вставку, герметизирующую, по меньшей мере, участок таймерной цепи, системы связи, механизма уведомления и системного контроллера контактной линзы; и вторую контактную линзу, включающую в себя систему связи, выполненную с возможностью осуществления, по меньшей мере, однонаправленной связи с системой связи первой контактной линзы, включающую в себя сигнал предупреждения, механизм уведомления, выполненный с возможностью обеспечения уведомления в ответ на сигнал предупреждения, полученный от системы связи, и вставку, герметизирующую, по меньшей мере, участок системы связи и механизма уведомления.
В дополнение к предыдущему варианту осуществления каждая из первой контактной линзы и второй контактной линзы включает в себя систему датчиков положения века, имеющую множество вертикальных точек для обнаружения положения века, и причем системный контроллер первой контактной линзы находится в электрическом соединении с системами датчиков положения века для получения сигнала от каждой системы датчиков положения века, представляющего положение века, системный контроллер выполнен с возможностью запуска предупреждения, когда величина, представляемая сигналом от таймерной цепи, соответствует величине предупреждения, путем отправки сигнала в механизм уведомления первой контактной линзы и через системы связи в механизм уведомления второй контактной линзы, где сигнал приводит к активации механизмов уведомления для обеспечения предупреждения, и системный контроллер выполнен с возможностью запуска нарастания уведомлений от механизмов уведомления, когда веки остаются закрытыми, а величина накопителя превышает величину нарастания предупреждения, которая больше величины предупреждения.
В дополнение к любому из двух предыдущих вариантов осуществления системный контроллер выполнен с возможностью осуществления выборки с предварительно заданной частотой и, по меньшей мере, временного сохранения собранных данных выборки, определения, когда веки открыты или закрыты, для определения количества, периода времени и ширины импульса морганий на основе собранных данных выборки, вычисления количества морганий и продолжительности морганий за заданный период времени, сравнения количества морганий, продолжительностей морганий за заданный период времени и времени между морганиями за заданный период времени с сохраненным набором данных выборки для определения шаблонов моргания, и определения, соответствуют ли моргания одной или более преднамеренным последовательностям морганий; и причем преднамеренные последовательности морганий управляют работой системного контроллера, запускающего механизмы уведомления, и включают в себя, по меньшей мере, одно из откладывания предупреждения, прерывания предупреждения и задания величины предупреждения.
В дополнение к любому из трех предыдущих вариантов осуществления каждый механизм уведомления включает в себя электрический компонент, и каждый механизм уведомления выполнен с возможностью включения электрического компонента для уведомления пользователя в ответ на сигнал предупреждения от системного контроллера. В дополнительном варианте осуществления электрический компонент включает в себя, по меньшей мере, один из светодиода (СИД) и преобразователя, находящегося в вибрационном контакте с глазом пользователя.
В дополнение к любому из описанных выше пяти вариантов осуществления, по меньшей мере, один механизм уведомления включает в себя, по меньшей мере, одно из следующего: источник света, расположенный в линзе для обеспечения света, по меньшей мере, на одном из сетчатки пользователя линзы и самой линзы в качестве предупреждения, преобразователь для вибрации глаза пользователя линзы в качестве уведомления, электрический симулятор, выполненный с возможностью стимуляции, по меньшей мере, одного из роговичной поверхности, склеральной поверхности, чувствительного нерва роговицы и чувствительного нерва склеры, и преобразователь для обеспечения изменения оптической зоны линзы.
Дополнительно к любому из шести предыдущих вариантов осуществления система дополнительно содержит внешнее устройство, выполненное с возможностью передачи в систему связи первой контактной линзы сигнала контроля времени; и причем система связи первой контактной линзы содержит приемник, выполненный с возможностью беспроводного получения сигнала контроля времени от внешнего устройства и отправки сигнала контроля времени в системный контроллер; таймерная цепь включает в себя накопитель для отслеживания времени; и системный контроллер дополнительно включает в себя запоминающее устройство, в котором системный контроллер сохраняет данные о времени предупреждения, причем системный контроллер выполнен с возможностью установки времени в таймерной цепи в ответ на сигнал контроля времени и времени предупреждения в запоминающем устройстве в ответ на сигнал контроля времени.
По меньшей мере, в одном варианте осуществления предложен способ обеспечения предупреждения пользователю офтальмологической линзы, содержащий этапы, на которых: с помощью цепи связи и системного контроллера получают данные о времени предупреждения, системным контроллером устанавливают величину предупреждения в запоминающем устройстве на основании полученных данных о времени предупреждения, активируют таймерную цепь системным контроллером, с помощью системного контроллера сравнивают выходной сигнал таймерной цепи с величиной предупреждения в запоминающем устройстве, и если выходной сигнал таймерной цепи превышает сохраненную величину предупреждения, системный контроллер отправляет сигнал в механизм уведомления, запуская предупреждение на офтальмологической линзе.
Дополнительно к предыдущему варианту осуществления способ дополнительно содержит этапы, на которых с помощью, по меньшей мере, одного датчика положения века обнаруживают, остается ли закрытым, по меньшей мере, одно веко, если, по меньшей мере, одно веко остается закрытым, системный контроллер наращивает предупреждение, обеспечиваемое механизмом уведомления, если, по меньшей мере, одно веко открыто, системный контроллер прерывает предупреждение путем отправки сигнала прерывания в механизм уведомления.
Дополнительно к предыдущим вариантам осуществления способа этот способ дополнительно содержит этапы, на которых: с помощью цепи связи получают команду откладывания, и в ответ на команду откладывания системный контроллер осуществляет приращение величины предупреждения на предварительно заданную величину откладывания. В дополнительном варианте осуществления команду откладывания получают из данных о шаблоне моргания, обнаруживаемом датчиком положения века цепи связи и системным контроллером. Дополнительно к любому из двух предыдущих вариантов осуществления команду откладывания получают от внешнего устройства системным контроллером через цепь связи.
Дополнительно к предыдущим вариантам осуществления способа этот способ дополнительно включает в себя прерывание предупреждения в ответ на полученные данные о шаблоне моргания, обнаруживаемом датчиком положения века цепи связи и системным контроллером. Дополнительно к предыдущим вариантам осуществления способа этот способ дополнительно включает в себя прерывание предупреждения в ответ на команду прерывания, полученную от внешнего устройства системным контроллером через цепь связи.
По меньшей мере, в одном варианте осуществления настоящее изобретение относится к офтальмологической линзе с электропитанием. Офтальмологическая линза с электропитанием содержит интраокулярную линзу, таймерную цепь, системный контроллер, выполненный с возможностью определения, достигнуто ли время предупреждения, и обеспечения выходного сигнала управления, и, по меньшей мере, один механизм уведомления, выполненный с возможностью получения выходного сигнала управления и выполнения предварительно заданной функции уведомления пользователя.
По меньшей мере, в одном варианте осуществления офтальмологическая линза с электропитанием включает в себя интраокулярную линзу и систему датчиков положения века, встроенную в линзу и имеющую матрицу датчиков с множеством отдельных датчиков для обнаружения положения века, таймерную цепь, системный контроллер, выполненный с возможностью осуществления выборки данных от каждого отдельного датчика в матрице датчиков для обнаружения положения века для определения, открыто ли веко, и обеспечения выходного сигнала управления, и, по меньшей мере, один механизм уведомления, выполненный с возможностью получения выходного сигнала управления.
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 шаблоны моргания. На основе шаблона или последовательности морганий офтальмологическая линза с электропитанием может менять рабочее состояние, например, между рабочим состоянием бодрствования и рабочим состоянием сна.
Способ обнаружения моргания является компонентом системного контроллера, который обнаруживает 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 заданные шаблоны моргания сохраняются и сравниваются с последними данными выборки падающего света. Если шаблоны совпадают, способ обнаружения моргания приводит в действие системный контроллер, например, для переключения в конкретное рабочее состояние.
Настоящее изобретение также относится к офтальмологической линзе с электропитанием или электронной офтальмологической линзе, которая содержит механизм уведомления.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ РИСУНКОВ
Вышеизложенные и прочие элементы и преимущества изобретения станут понятны после следующего более подробного описания предпочтительных вариантов осуществления изобретения, показанных на прилагаемых рисунках.
На ФИГ. 1A и 1B проиллюстрированы контактные линзы, имеющие компоненты предупреждения в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 2А проиллюстрировано схематическое представление двух датчиков положения века, имеющих канал связи для синхронизации работы между двумя глазами, в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 2B проиллюстрировано схематическое представление контактной линзы, имеющей канал связи для связи с внешним устройством в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 3 проиллюстрирована контактная линза, содержащая систему обнаружения моргания, в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 4 показано графическое представление зависимости падающего на поверхность глаза света от времени, иллюстрирующее зависимость возможного шаблона 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. 5 показана схема перехода между состояниями системы обнаружения моргания в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 6 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. 7 изображена блок-схема цифровой логической схемы нормирования в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 8 изображена блок-схема цифровой логической схемы обнаружения в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 9 изображена схема временной диаграммы в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 10 представлено схематическое изображение цифрового системного контроллера в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 11A-1G проиллюстрированы временные диаграммы для автоматической регулировки усиления в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 12 схематически представлены светоизолирующая и светопропускающая области кристалла интегральной схемы в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 13 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. 14A и 14B проиллюстрированы схематические представления датчиков положения века в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 15A 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. 15B проиллюстрирован увеличенный вид электронной системы, показанной на ФИГ. 15A.
На ФИГ. 16 проиллюстрировано схематическое представление выходных сигналов датчиков положения века в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 17A проиллюстрировано схематическое представление еще одной электронной системы, включенной в контактную линзу, для обнаружения положения века в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 17B проиллюстрирован увеличенный вид электронной системы, показанной на ФИГ. 17A.
На ФИГ. 18A-18C проиллюстрированы схематические представления системы обнаружения положения века в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 18D проиллюстрирован увеличенный вид электронной системы, показанной на ФИГ. 18A-18C.
На ФИГ. 19A проиллюстрировано схематическое представление системы обнаружения положения и конвергенции зрачков, включенной в контактную линзу, в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 19B показан увеличенный вид системы обнаружения положения и конвергенции зрачков, показанной на ФИГ. 19A.
На ФИГ. 19C проиллюстрировано наложение осей X, Y и Z на глаз.
На ФИГ. 20 проиллюстрирована блок-схема коробки для хранения в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
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, управляющие схемы, микросистемные контроллеры, устройства связи, источники питания, датчики, механизмы уведомления, 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 шаблонов 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 может содержать 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 выше. 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 в себя одну или более батарей или других источников питания, схему управления питанием, один или более датчиков, схему генерирования тактовых сигналов, алгоритмы и схему управления, а также схему привода линзы. Сложность данных компонентов может варьироваться в зависимости от необходимых или желательных функциональных возможностей линзы. Альтернативно, контактная линза может просто обеспечивать предупреждение пользователя.
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 шаблона или последовательности морганий офтальмологическая линза с электропитанием может менять рабочее состояние, например, рабочее состояние линзы или свое рабочее состояние для обнаружения того, спит ли пользователь. В соответствии с дополнительным альтернативным вариантом осуществления линза выполнена с возможностью получения входного сигнала от пользователя от внешнего устройства, такого как компьютер или смартфон. Еще одной альтернативой является то, что пользователь не может управлять работой офтальмологической линзы с электропитанием.
На ФИГ. 1A проиллюстрирована располагаемая в контактной линзе 100 система для обеспечения сигнала предупреждения для, по меньшей мере, одного зрачка. Проиллюстрированная система включает в себя системный контроллер 110, таймерную цепь 112, модуль (или систему) 114 связи и механизм 116 уведомления, которые в, по меньшей мере, одном варианте осуществления, по меньшей мере, частично герметизированы в контактной линзе. Системный контроллер 110 находится в электрическом соединении с таймерной цепью 112, модулем 114 связи и механизмом 116 уведомления.
Таймерная цепь 112 в, по меньшей мере, одном варианте осуществления включает в себя накопитель 113 для отслеживания течения времени. Примером накопителя является регистр, действующий как счетчик. В альтернативном варианте осуществления накопитель 113 установлен на величину, приблизительно соответствующую времени в будущем, когда пользователю должно быть обеспечено предупреждение, и выполнен с возможностью осуществления обратного отсчета от этой величины, вследствие чего системный контроллер выполняет сравнение показаний с нулем для определения момента, когда требуется отправить сигнал уведомления. В альтернативных вариантах осуществления таймерная цепь 112 может включать в себя генератор колебаний, содержащий кристалл, например кварц, цепь с резистором и конденсатором (RC), цепь с катушкой индуктивности и конденсатором (LC) и/или релаксационную цепь.
Модуль 114 связи в, по меньшей мере, одном варианте осуществления содержит компоненты для облегчения передачи данных от внешнего источника в линзу. К примерам внешнего источника относятся моргающий пользователь контактной линзы, брелок и компьютер или смартфон. К примерам компонентов для облегчения этой связи относятся компоненты для обнаружения моргания, компоненты для обнаружения света, радиочастотные (РЧ) компоненты и антенна. В вариантах осуществления с обнаружением света или обнаружением моргания структура данных включает в себя единицу часа и единицу минуты в формате абсолютного времени или относительного времени в будущем после исходной команды синхронизации от внешнего источника или пользователя в зависимости от обстоятельств. По меньшей мере, в одном варианте осуществления компоненты для обнаружения моргания и компоненты для обнаружения света представляют собой одни и те же компоненты, как описано ниже в настоящем документе. По меньшей мере, в одном варианте осуществления модуль 114 связи содержит компоненты для обнаружения моргания.
По меньшей мере, в одном варианте осуществления системный контроллер 110 включает в себя запоминающее устройство 111, выполненное с возможностью хранения данных о времени с целью сравнения с таймерной цепью 112 для определения момента, когда требуется активировать механизм 116 уведомления для обеспечения, по меньшей мере, одного предупреждения. Системный контроллер 110 в, по меньшей мере, одном варианте осуществления выполнен с возможностью управления полученными данными о времени предупреждения, предназначенными для хранения в запоминающем устройстве 111, для обеспечения сравнения с сигналом от таймерной цепи 112 или установки накопителя 113. Хранящееся представление времени является, по меньшей мере, одним из величины, представляющей количество циклов в будущем, когда требуется запустить предупреждение, времени, установленного для предупреждения, и количества времени в будущем, когда требуется запустить предупреждение. В альтернативном варианте осуществления время представляет собой величину относительного времени или абсолютного времени. Хранящееся представление времени будет зависеть от конфигурации таймерной цепи и конфигурации модуля связи относительно формы полученных данных, представляющих установленное время для предупреждения.
По меньшей мере, в одном варианте осуществления контактная линза 100 содержит электронную вставку, в которой, по меньшей мере, частично герметизированы другие компоненты. Контактная линза в, по меньшей мере, одном варианте осуществления включает в себя оптическую зону и периферийную зону, причем периферийная зона расположена вокруг периферии оптической зоны.
В дополнительном варианте осуществления, как показано на ФИГ. 1А, система включает в себя источник 120 питания. Источник 120 питания обеспечивает питанием множество компонентов, включающих в себя механизм 116 уведомления. 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 120 питания для обеспечения надежного питания для всех других компонентов системы.
Механизм 116 уведомления может включать в себя любое приемлемое устройство для реализации конкретного уведомления в отношении пользователя на основе полученного командного (или уведомляющего) сигнала от системного контроллера 110. Например, если системный контроллер 110 активируется предупреждением, как описано выше, системный контроллер 110 может активировать механизм 116 уведомления, такой как световой источник (или световая матрица), для импульсного испускания света или формирования физической волны для колебания роговицы или склеры пользователя (или, в качестве альтернативы, всей линзы). Дополнительные примеры механизма 116 уведомления включают электрическое устройство; механическое устройство, включающее в себя, например, пьезоэлектрические устройства, преобразователи, колебательные устройства, устройства выброса химических веществ с примерами, включающими высвобождение химических веществ, чтобы вызвать зуд, раздражение или чувство жжения, и акустические устройства; преобразователи, обеспечивающие изменение оптической зоны контактной линзы, такое как изменение фокуса и/или процентной доли прохождения света через линзу; магнитное устройство; электромагнитное устройство; тепловое устройство; оптический механизм окраски с наличием или отсутствием жидкого кристалла, светодиода (СИД), призм, оптических волокон и/или световых трубок, например, для обеспечения оптического изменения и/или направления света на сетчатку, или окрашивания оптической зоны; жидкокристаллический дисплей (ЖКД) и/или светодиод (СИД) для отображения сообщения, содержащего, например, текущее время; электрическое устройство, такое как электрический стимулятор, для обеспечения слабой стимуляции или для стимуляции, по меньшей мере, одной корнеальной или склеральной поверхности и одного или более чувствительных нервов роговицы или склеры; или любое их сочетание. По меньшей мере, в одном варианте осуществления механизм 116 уведомления получает сигнал от системного контроллера 110, а также питание от источника 120 питания, и производит некоторое действие на основании сигнала от системного контроллера 110. В альтернативном варианте осуществления сигнал от системного контроллера 110 представляет собой электрическое соединение между механизмом 116 уведомления и источником 120 питания, при котором механизм 116 уведомления активируется доступной энергией.
На ФИГ. 1B проиллюстрирован альтернативный вариант осуществления, в соответствии с которым в систему, показанную на ФИГ. 1A, добавлена система 130 датчиков положения века. Системный контроллер 110 находится в электрическом соединении с системой 130 датчиков положения века. По меньшей мере, в одном варианте осуществления системный контроллер 110 выполнен с возможностью осуществления выборки данных системы 130 датчиков положения века при приближении момента определения того, что планируется отправка сигнала уведомления в механизм 116 уведомления для того, чтобы определить, закрыто или открыто веко. По меньшей мере, в одном варианте осуществления, когда определяют, что веко открыто, сигнал уведомления отменяют и не отправляют, так как считается, что пользователь продолжает бодрствовать, и ему не требуется предупреждение. В альтернативном варианте осуществления выборку осуществляют в предварительно заданное время после отправки сигнала уведомления для обеспечения возможности получения уведомления пользователем. В дополнительном альтернативном варианте осуществления, когда обнаруживают, что в предварительно заданное время веки закрыты, системный контроллер 110 отправляет второй сигнал уведомления в механизм 116 уведомления для обеспечения нарастающего уведомления пользователю.
В таком проиллюстрированном варианте осуществления механизм 116 уведомления выполнен с возможностью получения сигнала от системного контроллера 110 для нарастания уведомления, выдаваемого пользователю, в таком варианте осуществления механизм 116 уведомления будет иметь, по меньшей мере, два уровня и/или типа уведомлений, которые могут быть выданы пользователю, для обеспечения нарастания уведомления, например, когда веки пользователя остаются закрытыми, несмотря на исходное уведомление, причем положение века в, по меньшей мере, одном варианте осуществления обнаруживают с помощью системы 130 датчиков положения века. В дополнительном варианте осуществления доступно множество уровней нарастания.
На ФИГ. 2A проиллюстрирована система, в которой два глаза 280, по меньшей мере, частично перекрыты контактными линзами 200. Матрицы 230 датчиков присутствуют в обеих контактных линзах 200 для определения положения век, как будет описано далее в отношении ФИГ. 14A и 14B. В данном варианте осуществления каждая контактная линза 200 включает в себя электронный компонент 214 связи. Компонент 214 электросвязи в каждой контактной линзе 200 обеспечивает двустороннюю связь между контактными линзами 200. Электронные компоненты 214 связи могут включать в себя РЧ-приемопередатчики, антенны, интерфейсную схему для фотодатчиков 232 и соответствующие или подобные электронные компоненты. Канал связи, обозначенный линией 215, 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 обнаружения истинного состояния сна пользователя. Эта передача данных также может давать возможность отправки сигнала предупреждения от одной линзы во вторую линзу для запуска механизма уведомления во второй линзе. Передача данных также может происходить от внешнего устройства 270, например смартфона (или другой процессорной системы), имеющего электронные компоненты 272 связи, с целью установки времени для предупреждения, как проиллюстрировано, например, на ФИГ. 2B. Таким образом, электронные компоненты 214 связи могут присутствовать только на одной линзе, по меньшей мере, в одном альтернативном варианте осуществления, и в дополнительном альтернативном варианте осуществления имеется всего одна линза.
На ФИГ. 3 в виде блок-схемы проиллюстрирована контактная линза 300, имеющая электронную систему 330 обнаружения положения века, в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления. В этом варианте осуществления электронная система 330 обнаружения положения века может содержать фотодатчик 332, усилитель 334, аналогово-цифровой преобразователь (или АЦП) 336, процессор 338 обработки цифровых сигналов. Контактная линза 300 также сдержит источник 320 питания, системный контроллер 310 и механизм 316 уведомления.
При размещении контактной линзы 300 на передней поверхности глаза пользователя электронная цепь системы 330 обнаружения положения века может быть использована для того, чтобы обнаружить, открыто веко или закрыто. Фотодатчик 332, а также другие схемы выполнены с возможностью обнаружения морганий, различных шаблонов морганий, выполняемых глазом пользователя, и/или уровня закрытия века.
В данном варианте осуществления фотодатчик 332 может быть встроен в контактную линзу 330 и принимает внешний свет 331, преобразовывая попадающие на него фотоны в электроны и таким образом направляя ток, обозначенный стрелкой 333, к усилителю 334. Фотодатчик или фотодетектор 332 может включать в себя любое подходящее устройство. В одном варианте осуществления фотодатчик 332 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 332 и других схем. Ток 333 пропорционален уровню падающего света, и он по существу уменьшается, когда веко закрывает фотодетектор 332. Усилитель 334 создает выходной сигнал, пропорциональный входному сигналу с коэффициентом усиления, и может функционировать как трансимпедансный усилитель, который преобразует входной ток в выходное напряжение. Усилитель 334 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 336. Например, усилитель может быть необходим для работы последующих блоков, так как выходной сигнал фотодатчика 332 может быть достаточно небольшим и может применяться в условиях низкой освещенности. Усилитель 334 может быть реализован в качестве усилителя с переменным усилением, усиление которого может регулироваться системным контроллером 310 по обратной связи, для максимизации динамического диапазона системы. Помимо системы усиления, усилитель 334 может включать в себя другую схему нормирования аналогового сигнала, такую как схема фильтрации и иные схемы, подходящие для выходных сигналов фотодатчика 332 и усилителя 334. Усилитель 334 может включать в себя любое подходящее устройство для усиления и нормирования выходного сигнала фотодатчика 332. Например, усилитель 334 может включать в себя один операционный усилитель или более сложную схему, содержащую один или несколько операционных усилителей. Фотодатчик 332 может представлять собой переключаемую матрицу фотодиодов, а усилитель 334 может представлять собой интегратор. Как было указано выше, фотодатчик 332 и усилитель 334 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 310. По меньшей мере, в одном варианте осуществления системный контроллер 310 предварительно запрограммирован или выполнен с возможностью распознавания различных последовательностей моргания, шаблонов моргания и/или закрытий века (частично или полностью) в различных условиях уровня интенсивности освещенности и предоставления соответствующего выходного сигнала на механизм 316 уведомления. По меньшей мере, в одном варианте осуществления системный контроллер 310 также включает в себя специальное запоминающее устройство.
В этом варианте осуществления АЦП 336 может применяться для преобразования непрерывного аналогового выходного сигнала от усилителя 334 в дискретизированный сигнал, подходящий для дополнительной обработки сигнала. Например, АЦП 336 может преобразовывать аналоговый выходной сигнал от усилителя 334 в цифровой сигнал, который может быть использован последующими или расположенными далее схемами, такими как система обработки цифровых сигналов или микропроцессор 338. Систему обработки цифровых сигналов или процессор 338 обработки цифровых сигналов можно использовать для обработки цифровых сигналов, включая одно или более из фильтрации, обработки, обнаружения и прочих способов управления/обработки измеренных данных для обеспечения обнаружения падающего света для применения далее по цепи. Процессор 338 обработки цифровых сигналов может быть предварительно запрограммирован с использованием последовательностей моргания и/или шаблонов моргания наряду с последовательностью моргания, указывающей на продолжительное закрытие века или движение века. Процессор 338 обработки цифровых сигналов также включает в себя соответствующую память, которая, по меньшей мере, в одном варианте осуществления хранит набор шаблонов и масок для обнаружения, например, шаблонов моргания для каждого рабочего состояния, которое выбирается системным контроллером 310. Процессор 338 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 336 вместе с соответствующим усилителем 334 и процессором 338 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 310 может управлять другими аспектами контактной линзы с электропитанием в зависимости от входного сигнала от процессора 338 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 310 будет определять рабочее состояние линзы на основании полученного шаблона моргания для установки рабочего состояния в качестве рабочего состояния сна или рабочего состояния бодрствования, хотя в альтернативном варианте осуществления возможны другие состояния. Дополнительно к этому варианту осуществления рабочее состояние будет определять набор шаблонов и масок, который подлежит использованию процессором 338 обработки цифровых сигналов в этом рабочем состоянии.
По меньшей мере, в одном варианте осуществления системный контроллер 310 использует сигнал от цепи фотодатчика, а именно фотодатчика 332, усилителя 334, АЦП 336 и системы 338 обработки цифровых сигналов для сравнения выборочных уровней освещенности с шаблоном активации моргания и/или определения уровня закрытия век. На ФИГ. 4 проиллюстрировано графическое представление образцов шаблонов 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, с учетом 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 шаблонов моргания для управления предпочтительно учитывается уровень внешнего света, 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 процентов видимого спектра. При больших длинах волн, приближающихся к инфракрасной части спектра, веко может блокировать лишь 30 (тридцать) процентов падающего света. Важно отметить, что несмотря на это свет с различной частотой, длинами волны и интенсивностями может проникать сквозь веки с различной 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. 4, образцы данных шаблонов 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 шаблонов моргания во время моделирования при различных уровнях интенсивности освещенности. Возможность предварительного программирования шаблонов 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.
Системный контроллер применяет способ обнаружения моргания для обнаружения характеристик моргания, например того, закрыто веко или открыто, длительности моргания, интервала между морганиями и количества морганий в заданный промежуток времени. По меньшей мере, в одном варианте осуществления способ обнаружения моргания основывается на осуществлении выборки света, падающего на глаз, с определенной частотой выборки. Предварительно заданные шаблоны моргания сохраняются и сравниваются с последними данными выборки падающего света. При выявлении соответствия шаблонам способ обнаружения моргания может предусматривать запуск действий системного контроллера, например, для установки и/или изменения времени предупреждения, и/или других операций линзы. Способ обнаружения моргания, по меньшей мере, в одном варианте осуществления дополнительно отличает предопределенные шаблоны моргания от движений века, связанных с сонливостью или наступлением сна.
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 шаблон, 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, шаблоны 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 период времени или закрываются на период времени, что указывает на то, что пользователь спит.
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 ей 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].
Дополнительный альтернативный шаблон может быть реализован в качестве указания на сон, в данном случае моргание (или закрытие глаз для сна) продолжительностью 2,4 сек с шаблоном из 24 образцов задается следующим образом:
blink_template=[0,0,0,0,0,0, 0,0,0,0,0,0, 0,0,0,0,0,0, 0,0,0,0,0,0].
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 следующее булево уравнение алгоритма, написанное 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. В результате выполнения операции логического «ИЛИ» (OR) с инвертированной маской последовательность matched принимает значение логической 1 в тех позициях, в которых маска имеет 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 шаблонов моргания может быть запрограммирован в устройство с одним или несколькими действиями за раз и, по меньшей мере, в одном варианте осуществления управлением использования конкретных шаблонов моргания, которые должны быть использованы в конкретном рабочем состоянии. Более конкретно, множество ожидаемых или предполагаемых шаблонов моргания может быть использовано для одной и той же цели или функциональной возможности или для реализации различных или альтернативных функциональных возможностей. Например, один шаблон моргания может быть использован для изменения линзой рабочего состояния, откладывания предупреждения, прерывания предупреждения и/или задания предупреждения. Обнаружение моргания, по меньшей мере, в одном варианте осуществления может также определить, когда веки остаются закрытыми, что будет обнаружено в качестве продолжительного моргания.
На Фиг. 5-18 приведены примеры систем датчиков положения века (или систем датчиков обнаружения моргания). По меньшей мере, в одном варианте осуществления системы датчиков положения века используют обнаружение моргания для того, чтобы определить, закрыто ли веко и остается ли оно закрытым в течение периода времени.
На ФИГ. 5 показана диаграмма 500 переключения состояний системы обнаружения моргания в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления. Система начинает работу с состояния IDLE 502, 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 504, 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 506. В состоянии СДВИГ 506 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 508, в котором значения в сдвиговом регистре истории выборок сравниваются с одним или более шаблонами и масками последовательности моргания, как описано выше. При выявлении совпадения может быть подтвержден один или несколько выходных сигналов, например, сигнал для переключения состояния линзы в рабочее состояние сна или рабочее состояние бодрствования или для оповещения о наступлении сна пользователя. Система или машина состояний затем переходит в состояние ГОТОВО 510 и подтверждает сигнал bl_done для указания того, что ее операции завершены.
.
см.
На ФИГ. 6 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 602, трансимпедансный усилитель 604, звено 606 автоматической регулировки усиления и низкочастотной фильтрации (AGC/LPF) и АЦП 608. Сигнал adc_vref передается на АЦП 608 от источника 620 питания (смисточник 110 питания на ФИГ. 1A или 1B), или в качестве альтернативы он может поступать от специальной схемы внутри аналогово-цифрового преобразователя 608. Выходной сигнал adc_data от АЦП 608 передается на блок 338/310 обработки цифровых сигналов и системного контроллера (ФИГ. 3). Несмотря на то что на ФИГ. 3 они проиллюстрированы в качестве отдельных блоков 338 и 310, для простоты объяснения процессор 338 обработки цифровых сигналов и системный контроллер 310 предпочтительно реализованы в одном блоке 610. Сигнал включения adc_en, сигнал пуска adc_start и сигнал сброса adc_rst_n принимаются от блока системы обработки цифровых сигналов и системного контроллера 610, а на него передается сигнал завершения adc_complete. Тактовый сигнал adc_clk может быть получен от источника тактовых сигналов за пределами тракта сигнала pd_rx_top или от блока 610 обработки цифровых сигналов и системного контроллера. 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 610 обработки цифровых сигналов и системного контроллера.
На ФИГ. 7 проиллюстрирована блок-схема цифровой логической схемы 700 нормирования, которая может быть использована для уменьшения полученного значения сигнала АЦП adc_data до значения одиночного бита pd_data. Цифровая логическая схема 700 нормирования может включать в себя цифровой регистр 702 для получения данных adc_data из тракта pd_rx_top сигнала фотодетектирования для формирования сохраненного значения сигнала adc_data_held. Цифровой регистр 702 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 704 генерирования порогового значения для получения одного или нескольких пороговых значений сигнала pd_th. Затем сохраненное значение данных может быть сравнено с использованием компаратора 706 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 708 регулировки усиления для установки усиления звена 606 автоматической регулировки усиления и низкочастотной фильтрации в тракте сигнала фотодетектирования посредством сигнала pd_gain, как проиллюстрировано на ФИГ. 6, 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. 7 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 708 регулировки усиления.
В одном варианте осуществления схема 704 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 704 генерирования порогового значения предоставляет пороговое значение pd_th на основании среднего показателя порогового значения pd_th_mid.
Схема 704 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 704 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. 11A-11G, как обсуждается далее.
На ФИГ. 8 проиллюстрирована блок-схема цифровой логической схемы 800 обнаружения, которая может быть использована для реализации алгоритма цифрового обнаружения моргания в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления. Цифровая логическая схема 800 обнаружения может включать сдвиговый регистр 802, выполненный с возможностью получения данных из тракта pd_rx_top сигнала фотодетектирования, как показано на ФИГ. 6, или от цифровой логической схемы нормирования, как показано на ФИГ. 7, как проиллюстрировано в данном случае в отношении сигнала pd_data, который имеет однобитовое значение. Сдвиговый регистр 802 сохраняет историю полученных значений выборки в данном случае в виде 24-битного регистра. Цифровая логическая схема 800 обнаружения дополнительно включает в себя блок 804 сравнения, выполненный с возможностью получения истории выборок и одного или более шаблонов bl_tpl и масок bl_mask на основании 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, который должен быть использован блоком 804 сравнения. По меньшей мере, в одном наборе шаблонов bl_tpl имеется, по меньшей мере, один шаблон сна, представляющий собой засыпание пользователя. В альтернативном варианте осуществления цифровая логическая схема 800 обнаружения дополнительно включает в себя блок сравнения, выполненный с возможностью включения одного или нескольких шаблонов сна 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. В данном альтернативном варианте осуществления линза не имеет рабочих состояний сна и бодрствования.
Выходной сигнал блока 804 сравнения фиксируется посредством D-триггера 806. Цифровая логическая схема 800 обнаружения может дополнительно включать в себя счетчик 808 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. Цифровая логическая схема 800 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 800 обнаружения. Данная машина управления состояниями может являться частью блока 410 обработки цифровых сигналов и системного контроллера (см. ФИГ. 4).
На ФИГ. 9 проиллюстрирована временная диаграмма сигналов управления, подаваемых подсистемой обнаружения на АЦП 608 (ФИГ. 6), 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 аналогово-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 аналогово-цифровым преобразователем сигнала adc_complete. Также на ФИГ. 9 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. 10 проиллюстрирован цифровой системный контроллер 1000, имеющий подсистему dig_blink 1002 обнаружения моргания. Цифровая подсистема dig_blink 1002 обнаружения моргания может управляться ведущей машиной dig_master 1004 состояний и может быть выполнена с возможностью получения тактовых сигналов от генератора clkgen 1006 тактовых сигналов за пределами цифрового системного контроллера 1000. Цифровая подсистема dig_blink 1002 обнаружения моргания может быть выполнена с возможностью подачи сигналов управления на подсистему фотодетектирования и получения сигналов от нее, как описано выше. Цифровая подсистема dig_blink 1002 обнаружения 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 алгоритме обнаружения моргания. Цифровая подсистема dig_blink 1002 обнаружения моргания может быть выполнена с возможностью получения сигнала включения от ведущей машины 1004 состояний и передачи указания о завершении или выполнении и обратного указания об обнаружении моргания на ведущую машину 1004 состояний.
В альтернативном варианте осуществления варианта осуществления, проиллюстрированного на ФИГ. 10, таймер соединен с генератором 1006 тактовых сигналов (на ФИГ. 10) для отслеживания времени с момента начала работы линзы и обеспечения сигнала отметки времени для устройства управления данными в варианте осуществления, в котором устройство управления данными выполнено с возможностью записи данных о начале и прекращении сна пользователя так, что при передаче (или отправке) данных от линзы во внешнее устройство с использованием, например, по меньшей мере, одного электронного компонента связи внешнее устройство может определять, в какие периоды времени пользователь спал во время ношения линзы, посредством обратного вычисления времени суток на основании отметки времени от линзы и текущего времени на внешнем устройстве при передаче данных в сравнении с зарегистрированными отметками времени.
На ФИГ. 11A-11G показаны формы сигнала для иллюстрации работы схемы генерирования порогового значения и автоматического управления усилением (ФИГ. 7). На ФИГ. 11A 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. 11B проиллюстрировано значение adc_data_held, которое захватывается в ответ на форму сигнала фототока, как показано на ФИГ. 11A. 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. 11В, 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. 11С проиллюстрированы значения pd_pk, pd_vl и pd_th_mid, рассчитанные схемой генерирования порогового значения в ответ на значение adc_data_held. На ФИГ. 11D 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. 11E 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. 11Е 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. 11F 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. 11G 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. 11E. 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. 11A-11E, 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. 12 проиллюстрированы светонепроницаемые и светопропускающие признаки на кристалле 1200 интегральной схемы. Кристалл 1200 интегральной схемы включает в себя светопропускающую область 1202, светоизолирующую область 1204, контактные площадки 1206, отверстия 1208 пассивации и отверстия 1210 в светоизолирующем слое. Светопропускающая область 1202 находится над фотодатчиками (не показаны), например матрицей фотодатчиков, реализованной по технологии производства полупроводниковых устройств. По меньшей мере, в одном варианте осуществления светопропускающая область 1202 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. Для оптимизации светового обнаружения светопропускающая область 1202 также может быть подвергнута другой специальной обработке, например нанесению противоотражающих, фильтрующих и/или светорассеивающих покрытий. Светонепроницаемая область 1204 может закрывать на кристалле прочие схемы, не требующие воздействия света. Фототоки могут отрицательно влиять на эффективность других схем, например, в результате изменения напряжения смещения и частот тактового генератора в цепях со сверхнизкими токами, которые необходимы, как было указано ранее, для встраивания в контактные линзы. Светонепроницаемая область 1204 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 1204, является металлом, его необходимо изолировать от ранее расположенных схем и контактных площадок 1206 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 1210 в светоизолирующем слое, так что проводящий светоизолирующий металл не перекрывает контактные площадки на кристалле. Светонепроницаемая область 1204 покрыта дополнительным диэлектриком или пассивацией для защиты кристалла и предотвращения коротких замыканий во время прикрепления кристалла. Данная заключительная пассивация имеет отверстия 1208 пассивации для обеспечения подключения к контактным площадкам 1206.
В альтернативном варианте осуществления, в соответствии с которым контактная линза обладает возможностями окрашивания, светопропускающая область 1202, по меньшей мере, частично перекрывает область контактной линзы, выполненную с возможностью окрашивания. Наличие фотодатчиков как в области окрашивания, так и в неокрашиваемых областях контактной линзы позволяет определять количество света, блокируемого окрашенным местом. В дополнительном варианте осуществления вся светопропускающая область 1202 находится в области окрашивания.
На ФИГ. 13 проиллюстрирована контактная линза с электронной вставкой, имеющей систему обнаружения моргания. Контактная линза 1300 включает в себя мягкий пластиковый участок 1302, который обеспечивает электронную вставку 1304. Эта вставка 1304 включает в себя линзу 1306, активируемую электронными компонентами, например, фокусирующуюся при активации на близко расположенных или удаленных объектах. Интегральная цепь 1308 крепится к вставке 1304 и подключается к батареям 1310, линзе 1306 и другим компонентам, необходимым для системы. По меньшей мере, в одном варианте осуществления интегральная схема 1308 включает в себя фотодатчик 1312 и соответствующие схемы тракта сигнала фотодетектора. Фотодатчик 1312 направлен наружу через вставку 1304 линзы и в сторону от глаза и, следовательно, может принимать внешний свет. Фотодатчик 1312 может быть реализован на интегральной цепи 1308 (как показано), например, в виде одного фотодиода или группы фотодиодов. Фотодатчик 1312 также может быть реализован в виде отдельного устройства, установленного на вставке 1304 и подключенного с помощью проводящих дорожек 1314. Когда веко закрывается, вставка 1304 для линзы, включая фотодетектор 1312, перекрывается, таким образом снижая уровень света, падающего на фотодетектор 1312. Фотодетектор 1312 может измерять внешний свет для определения того, моргает пользователь или нет. На основании данного изобретения специалисту в данной области техники будет понятно, что фотодетектор 1312 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 обнаружение сна может быть реализовано в цифровой логической схеме или с использованием программного обеспечения, запускаемого на микропроцессоре. Логическая схема алгоритма 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 уведомления человека (или пользователя), носящего электронную офтальмологическую линзу, что предупреждающий сигнал активирован.
На ФИГ. 14A проиллюстрирована система датчиков положения века, установленная на глазу 1400. Система встроена в контактную линзу 1402. Показаны верхнее и нижнее веки, при этом верхнее веко может находиться в положениях 1401, 1403 и 1405 в порядке увеличения степени закрытия. Нижнее веко также проиллюстрировано с уровнями закрытия, соответствующими верхнему веку; а именно в положениях 1407, 1409 и 1405. Когда веки закрыты, они занимают одно положение; а именно положение 1405. Контактная линза 1402 в соответствии с вариантом осуществления включает в себя матрицу 1404 датчиков. Матрица 1404 датчиков включает в себя один или более фотодатчиков. В данном варианте осуществления матрица 1404 датчиков включает в себя 12 (двенадцать) фотодатчиков 1406a-1406l. Когда верхнее веко находится в положении 1401, а нижнее веко - в положении 1407, все фотодатчики 1406a-1406l 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 1403 и 1409, верхний и нижний фотодатчики 1406a и 1406b закрыты и принимают меньше света, чем другие фотодатчики 1406c-1406l, и выходной ток соответственно ниже, что можно обнаружить с помощью электронной схемы. Когда веки полностью закрыты и находятся в положении 1405, все датчики 1406a-1406l 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 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 1406aʹ-1406lʹ матрицы 1404ʹ датчиков образуют дугообразный узор вокруг зрачка, при этом они вертикально расположены на расстоянии друг от друга, как проиллюстрировано, например, на ФИГ. 14B. 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. 15A и 15B проиллюстрирована электронная система 1500, в которой фотодатчики положения века, как описано выше, используются для приведения в действие контактной линзы 1502 или, более конкретно, офтальмологической линзы с электропитанием или электронной офтальмологической линзы. На ФИГ. 15A показана электронная система 1500, расположенная на линзе 1502, а на ФИГ. 15B показан вид системы 1500 с пространственным разделением компонентов. Свет 1501 падает на один или несколько фотодатчиков 1504, как было описано ранее в отношении ФИГ. 14A и 14B. Такие фотодатчики 1504 могут быть выполнены с фотодиодами, датчиками на основе сульфида кадмия (CdS) или с помощью других технологий, применимых для преобразования света окружающей среды в ток. В зависимости от выбора фотодатчиков 1504 могут быть необходимы усилители 1506 или другие подходящие схемы для нормирования входных сигналов для использования последующими или расположенными далее схемами. Мультиплексор 1508 позволяет одному аналогово-цифровому преобразователю (или АЦП) 1510 принимать входные сигналы от множества фотодатчиков 1504. Мультиплексор 1508 может быть расположен непосредственно после фотодатчиков 1504, перед усилителями 1506 или может вовсе не использоваться в зависимости от соображений потребления тока, размера кристалла и сложности конструкции. Поскольку для обнаружения положения века в разных местах глаза требуется разместить множество фотодатчиков 1504, совместное использование этими датчиками одних и тех же расположенных ниже по схеме компонентов обработки (например, усилителей, аналогово-цифрового преобразователя и системных контроллеров обработки цифровых сигналов) позволит значительно уменьшить размеры электронной схемы. Усилители 1506 создают выходной сигнал, пропорциональный входному сигналу с коэффициентом усиления, и могут выполнять функцию трансимпедансных усилителей, преобразующих входной ток в выходное напряжение. Усилители 1506 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 1510. Например, усилители 1506 могут быть необходимы для управления последующими блоками, поскольку выходной сигнал фотодатчиков 1504 может быть достаточно низким, и могут быть использованы в условиях низкой освещенности. Усилители 1506 также могут быть реализованы в виде усилителей с переменным усилением, усиление которых может регулироваться системным контроллером 1512 для максимизации динамического диапазона системы 1500. Помимо усиления, усилители 1506 могут содержать другую схему нормирования аналогового сигнала, такую как схема фильтрации и иные схемы, подходящие для выходных сигналов фотодатчика 1504 и усилителя 1506. Усилители 1506 могут быть любым подходящим устройством для усиления и нормирования выходного сигнала фотодатчика 1504. Например, усилители 1504 могут быть одним операционным усилителем или более сложной схемой, содержащей один или несколько операционных усилителей.
Как указано выше, фотодатчики 1504 и усилители 1506 выполнены с возможностью обнаружения падающего света 1501 в разных местах глаза и преобразования входного тока в цифровой сигнал, который в конечном итоге используется системным контроллером 1512. По меньшей мере, в одном варианте осуществления системный контроллер 1512 предварительно запрограммирован на получение данных от каждого фотодатчика 1504, расположенного на глазу, для обнаружения положения века и подачи соответствующего выходного сигнала на механизм 1514 уведомления. Системный контроллер 1512 также включает в себя соответствующую память. Системный контроллер 1512 может комбинировать данные последних измерений от датчиков 1504 с заранее запрограммированными шаблонами морганий, соответствующими открытому и прищуренному положениям век. Системе 1500 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 1510 может применяться для преобразования непрерывного аналогового выходного сигнала усилителей 1506, прошедшего через мультиплексор, в измеренный цифровой сигнал, подходящий для дополнительной обработки. Например, АЦП 1510 может преобразовывать аналоговый выходной сигнал от усилителей 1506 в цифровой сигнал, который может быть использован последующими или расположенными далее схемами, такими как система обработки цифровых сигналов или микропроцессор 1516. Система обработки цифровых сигналов или процессор 1516 обработки цифровых сигналов могут быть использованы для обработки цифровых сигналов, включая одно или несколько из следующего: фильтрацию, обработку, обнаружение и прочие способы управления/обработки выборочных данных для обеспечения обнаружения падающего света при последующих операциях. Процессор 1516 обработки цифровых сигналов может быть предварительно запрограммирован с использованием различных шаблонов положения и/или закрытия века. Процессор 1516 обработки цифровых сигналов также включает в себя соответствующую память, по меньшей мере, в одном варианте осуществления. Процессор 1516 обработки цифровых сигналов может быть реализован с использованием аналоговых схем, цифровых схем, программного обеспечения и/или предпочтительно их комбинации. АЦП 1510 вместе с соответствующими усилителями 1506 и процессором 1516 обработки цифровых сигналов активируются с подходящей скоростью в соответствии с ранее описанной частотой выборки, например, каждые 100 (сто) мс.
Источник 1518 питания подает питание на многочисленные компоненты, включенные в систему 1500 датчиков положения века. Источник 1518 питания может быть также использован для подачи питания на другие компоненты на контактной линзе. 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 1518 питания для обеспечения надежного питания для всех других компонентов системы. Данные о шаблоне моргания, полученные матрицей датчиков положения века и преобразованные из аналоговой в цифровую форму, могут активировать системный контроллер 1512 или часть системного контроллера 1512. Более того, системный контроллер 1512 может управлять другими аспектами контактной линзы с электропитанием в зависимости от входного сигнала от контроллера 1508 системы обработки цифровых сигналов, например, путем активации механизма 1514 уведомления.
На ФИГ. 16 представлен выходной сигнал трех фотодатчиков, расположенных по вертикали в трех различных местах на контактной линзе. Характеристики выходного сигнала могут отражать ток, пропорциональный падающему на каждый фотодатчик свету, или это может быть сигнал от расположенного ниже по схеме устройства, например, измеренные во времени цифровые значения на выходе АЦП (элемент 1510 на ФИГ. 15В). Общая величина падающего света 1602 увеличивается, удерживается на одном уровне, а затем уменьшается, например, при переходе из темной комнаты в светлый коридор, а затем обратно в темную комнату. Если веко остается открытым, выходной сигнал всех трех фотодатчиков 1604, 1606 и 1608 будет соответствовать внешнему свету, как проиллюстрировано пунктирными линиями 1601 и 1603 для фотодатчиков 1604 и 1608. Помимо изменения уровня 1602 внешнего падающего света, положением 1610 обозначено частичное закрытие век, которое отличается от открытых положений 1612 и 1614 век. Когда веко частично закрывается, верхний фотодатчик 1604 перекрывается верхним веком, и уровень выходных сигналов соответственно становится ниже вследствие того, что веко препятствует фотодатчику. Несмотря на то что внешний свет 1602 увеличивается, фотодатчик 1604 принимает меньше света и генерирует выходной сигнал более низкого уровня вследствие того, что веко частично закрыто. Аналогичное ответное действие наблюдается у фотодатчика 1608, который перекрывается. Средний датчик 1606 в процессе прищуривания не перекрывается и, следовательно, он продолжает воспринимать увеличение уровня освещенности, и выходной сигнал соответствующим образом увеличивается. Несмотря на то что данный пример иллюстрирует один конкретный случай, должно быть очевидным, как можно обнаружить различные конфигурации положения датчика и движения века.
На ФИГ. 17A и 17B проиллюстрирована альтернативная система 1700 обнаружения, встроенная в контактную линзу 1702. На ФИГ. 17A проиллюстрирована система 1700, расположенная на линзе 1702, а на ФИГ. 17B проиллюстрирован вид системы 1700 с пространственным разделением компонентов. В данном варианте осуществления вместо фотодатчиков используются емкостные датчики 1704 касания. Емкостные датчики касания распространены в электронной промышленности, например в сенсорных экранах. Основной принцип заключается в том, что емкостный датчик касания (или переменный конденсатор) 1704 физически реализован таким образом, что его емкость изменяется при приближении или касании, например, это достигается путем создания сетки, покрытой диэлектриком. Формирователи 1706 сигнала датчика генерируют выходной сигнал, пропорциональный емкости, например, путем измерения изменения осциллятора, имеющего переменный конденсатор, или путем измерения соотношения емкостей переменного и фиксированного конденсаторов с помощью сигнала переменного тока фиксированной частоты. Выходной сигнал формирователей сигнала датчика 1706 может быть скомбинирован с мультиплексором 1708 для уменьшения количества последующих элементов в схеме. В данном варианте осуществления необходимая схема нормирования сигнала, описанная выше в отношении ФИГ. 15, опущена для простоты. Системный контроллер 1710 принимает входные сигналы от формирователя 1706 сигнала емкостного датчика через мультиплексор 1708, например, путем активации каждого датчика по очереди и записи значений. Затем может выполняться сравнение измеренных значений с предварительно запрограммированными шаблонами и сохраненными образцами для определения положения века. Затем контроллер может активировать механизм 1712 уведомления, например, заставляя линзу с переменным фокусом уменьшить фокусное расстояние. Емкостные датчики 1704 касания могут быть физически расположены по той же схеме, что и ранее описанные фотодетекторы, но с оптимизацией для обнаружения изменений емкости, обусловленных положением века. Датчики и фактически вся электронная система могут быть герметизированы и изолированы от солевой среды контактной линзы. Когда веко перекрывает датчик 1704, обнаруживается изменение емкости, а не ранее описанное изменение внешнего света. На ФИГ. 17B также проиллюстрировано включение источника 1714 питания, по меньшей мере, в один вариант осуществления.
Важно отметить, что АЦП и схема обработки цифровых сигналов при необходимости могут быть использованы в соответствии с емкостными датчиками касания, как проиллюстрировано в отношении фотодатчиков на ФИГ. 15B. В альтернативном варианте осуществления емкостные датчики касания представляют собой любой датчик давления. В дополнительном варианте осуществления на линзе может быть расположено сочетание фотодатчиков и датчиков давления.
В одном из вариантов осуществления электроника и электронные взаимные соединения выполнены в периферийной зоне контактной линзы, а не в оптической зоне. В соответствии с альтернативным вариантом осуществления, важно отметить, что расположение электроники не должно ограничиваться периферийной зоной контактной линзы. Все электронные компоненты, описанные в настоящем документе, могут быть изготовлены с применением технологии тонких пленок и/или из прозрачных материалов. С применением данных технологий электронные компоненты могут быть расположены в любом подходящем месте до тех пор, пока они совместимы с оптикой.
На ФИГ. 18A-18D проиллюстрирован альтернативный вариант осуществления, в котором система датчиков положения века является датчиком, имеющим полоску, которая перекрывает множество вертикальных точек вдоль контактной линзы 1802, которая работает совместно со схемой 1800. Одним примером датчика, который может иметь конфигурацию в виде полоски, является емкостный датчик. На ФИГ. 18A проиллюстрирован пример, в котором полоска 1808 по существу ровно расположена на контактной линзе 1802. Несмотря на то что проиллюстрированная полоска 1808 ориентирована параллельно линии, разделяющей контактную линзу 1802 пополам, она может иметь угловую ориентацию относительно разделяющей линии или иметь дугообразную форму. На ФИГ. 18B проиллюстрирован пример, в котором полоска 1808a извилисто проходит вдоль контактной линзы 1802. В варианте осуществления, проиллюстрированном на ФИГ. 18C, извилистая конфигурация полоски 1808b будет увеличивать изменение емкости, определяемой схемой 1800, по мере приближения век к закрытому состоянию. Уровень изменения емкости будет преобразовываться в величину закрытия века. Еще одним примером датчика, который может иметь конфигурацию в виде полоски, является пьезоэлектрический датчик давления с диафрагмой и основанием, имеющими конфигурацию в виде полоски. По мере закрытия век дополнительное давление будет прилагаться веками к пьезоэлектрическому датчику давления, таким образом, предоставляя возможность определения уровня закрытия век. Непрерывное измерение вдоль вертикальной оси обеспечивает улучшенную степень детализации по сравнению со множеством датчиков, таким образом обеспечивая улучшенное измерение положения века. На ФИГ. 18D проиллюстрирована электрическая схема, которая может быть использована совместно с датчиками 1808, 1808a, 1808b в виде полоски, которая содержит системный контроллер 1810, механизм 1812 уведомления и источник 1814 питания. В дополнительном альтернативном варианте осуществления представлено множество полосок. Преимуществом угловой и/или извилистой конфигурации полоски является то, что положение век все еще может быть обнаружено, даже если контактная линза неправильно ориентирована на глазу пользователя.
Действия блока обработки цифровых сигналов и системного контроллера (1516 и 1512 на ФИГ. 15B соответственно, системного контроллера 1710 на ФИГ. 17B и системного контроллера 1810 на ФИГ. 18D) зависят от поступающих от доступного датчика входных сигналов, среды и реакций пользователя. Входные сигналы, реакции и пороговые значения для принятия решений могут быть определены посредством одного или нескольких действий из следующих: офтальмологического исследования, предварительного программирования, обучения и адаптивного/обучающего алгоритмов. Например, общие характеристики движения века могут быть хорошо описаны в литературе применительно к широкой популяции пользователей и предварительно запрограммированы в системном контроллере. Однако индивидуальные отклонения от по существу ожидаемой реакции и/или изменения частоты моргания могут быть записаны во время сеанса обучения или являться частью адаптивного/обучающего алгоритма, который продолжает уточнять реакции во время работы электронного офтальмологического устройства. В одном варианте осуществления пользователь может обучать устройство путем активации ручного брелока, который взаимодействует с устройством, когда пользователю необходим ближний фокус. Алгоритм обучения в устройстве может затем ссылаться на входные сигналы от датчиков в запоминающем устройстве до и после сигнала брелока для уточнения внутренних алгоритмов принятия решения. Данный период обучения может длиться один день, после чего устройство будет работать автономно только с входными сигналами от датчиков, не требуя сигналов брелока.
В альтернативном варианте осуществления система дополнительно содержит систему датчиков движения глаза, которая может обеспечивать указание на то, находится ли пользователь в фазе быстрого сна (REM) в момент, когда должно быть запущено предупреждение. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления, если система обнаружения положения века обнаруживает, что в момент, когда должно быть запущено предупреждение, веки закрыты, то систему датчиков движения глаза опрашивает системный контроллер. Если системный контроллер обнаруживает движение глаза, то тип предупреждения могут изменять для указания на то, что пользователь находится в фазе быстрого сна (REM). В дополнительном варианте осуществления, если системный контроллер получает данные от системы датчиков движения глаза о том, что пользователь находится в положении лежа, и от системы датчиков положения века, что веки пользователя закрыты, то тип предупреждения могут изменять для указания на то, что пользователь спит. В дополнительном варианте осуществления предупреждение запускают с низким уровнем интенсивности, который нарастает в течение некоего периода времени для обеспечения пользователю более спокойного предупреждения. В альтернативном варианте осуществления предупреждение обеспечивают в виде полномасштабного предупреждения.
На ФИГ. 19A и 19B проиллюстрирован пример системы 1900 датчиков движения глаза для обнаружения движения глаза, например, во время сна. Датчик 1902 обнаруживает движение и/или положение зрачка или, в более общем случае, глаза. Датчик 1902 может быть реализован в виде многоосевого акселерометра на контактной линзе 1901. Когда контактная линза 1901 фиксируется на глазу и в целом движется вместе с глазом, акселерометр на контактной линзе 1901 может отслеживать движение глаза. Важно отметить, что в качестве датчика 1902 можно использовать любое подходящее устройство, и может быть использовано более одного датчика 1902. Выходной сигнал датчика 1902 принимается, отбирается и нормируется процессором 1904 обработки сигналов. Процессор 1904 обработки сигналов может содержать любое количество устройств, в том числе усилитель, трансимпедансный усилитель, аналогово-цифровой преобразователь, фильтр, процессор обработки цифровых сигналов и соответствующие схемы для приема данных от датчика 1902 и генерирования выходного сигнала в формате, подходящем для остальных компонентов системы 1900. Процессор 1904 обработки сигналов может быть реализован с использованием аналоговых схем, цифровых схем, программного обеспечения и/или их сочетания. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления процессор 1904 обработки сигналов и датчик 1902 изготовлены на одном и том же кристалле интегральной схемы. Схема датчиков для получения и нормирования сигнала акселерометра отличается от схемы датчика мышечной активности или оптического устройства слежения за зрачком. Выходной сигнал процессора 1904 обработки сигналов, по меньшей мере, в одном варианте осуществления представляет собой поток дискретизированных цифровых значений и может содержать данные об абсолютном или относительном положении, движении, обнаруженном взгляде в соответствии с конвергенцией или другие данные. Системный контроллер 1906 принимает входной сигнал от процессора 1904 обработки сигналов и использует данную информацию вместе с другими входными сигналами для определения того, что пользователь спит. Системный контроллер 1906 может как приводить в действие датчик 1902 и процессор 1904 обработки сигналов, так и принимать от них выходной сигнал. Системный контроллер 1906 использует входные данные от процессора 1904 обработки сигналов и/или приемопередатчика 1910 для принятия решения относительно того, что пользователь ложится, исходя из ориентации датчика 1902 на основании ориентации осей X, Y и Z, когда движение глаз не обнаруживается. Если оси имеют проиллюстрированный на ФИГ. 19C вид, тогда обнаружение акселерометром постоянного ускорения по оси X в любом направлении или по оси Z в любом направлении означает, что голова пользователя имеет горизонтальную ориентацию. Если акселерометр обнаруживает постоянное ускорение по оси Y в отрицательном направлении, это означает, что голова пользователя имеет вертикальную ориентацию. Если акселерометр обнаруживает постоянное ускорение по осям Y и Z с или без постоянного ускорения по оси X, это означает, что голова пользователя наклонена вперед.
На ФИГ. 19B проиллюстрирован необязательный приемопередатчик 1910, выполненный с возможностью приема и/или передачи данных посредством антенны 1912. Сигнал связи может поступать от соседней контактной линзы, от линз очков или от других устройств. Приемопередатчик 1910 может быть выполнен с возможностью двусторонней связи с системным контроллером 1906. Приемопередатчик 1910 может содержать схемы фильтрации, усиления, обнаружения и обработки, которые часто применяются в приемопередатчиках. Конкретные детали приемопередатчика 1910 выполнены для электронной контактной линзы или контактной линзы с электропитанием, например, связь может осуществляться с использованием частоты, амплитуды и формата, подходящих для установления надежной связи между глазами, низкого энергопотребления и соответствия нормативным требованиям. Приемопередатчик 1910 и антенна 1912 могут работать в радиочастотном (РЧ) диапазоне, например 2,4 ГГц, или же для связи можно использовать свет. Информация, принятая от приемопередатчика 1910, используется как входной сигнал для системного контроллера 1906, например, поступившая от соседней линзы информация, указывающая на ориентацию. Системный контроллер 1906 также может передавать данные, например, от устройства 1908 управления данными, в приемопередатчик 1910, который затем передает данные по каналу связи посредством антенны 1912.
Системный контроллер 1906 может быть реализован в виде машины состояний, программируемой пользователем вентильной матрицы, микроконтроллера или любого другого применимого устройства. Питание на систему 1900 и компоненты, описанные в настоящем документе, подается от источника 1914 питания, который может содержать батарею, устройство сбора энергии или подобное устройство, известное специалисту в данной области техники. Источник 1914 питания может быть также использован для подачи питания на другие устройства на контактной линзе 1901.
Система 1900 датчиков движения глаза, по меньшей мере, в одном варианте осуществления включена и/или иным образом герметизирована и изолирована от солевой среды контактной линзы 1901.
По меньшей мере, в одном варианте осуществления электроника и электронные взаимные соединения выполнены в периферийной зоне контактной линзы, а не в оптической зоне. В соответствии с альтернативным вариантом осуществления, важно отметить, что расположение электронных компонентов не должно ограничиваться периферической зоной контактной линзы. Все электронные компоненты, описанные в настоящем документе, могут быть изготовлены с применением технологии тонких пленок и/или из прозрачных материалов. С применением данных технологий электронные компоненты могут быть расположены в любом подходящем месте до тех пор, пока они совместимы с оптикой.
По меньшей мере, в одном варианте осуществления система дополнительно содержит коробку для хранения. По меньшей мере, в одном варианте осуществления коробка для хранения содержит основание с корпусом и крышкой, которые соединены вдоль одной кромки для упрощения открытия крышки относительно основания для хранения контактной линзы внутри полости в корпусе. В альтернативных вариантах осуществления коробка для хранения может иметь функциональные возможности дезинфекции, отслеживания, перегруппирования и внешнего подключения. Функциональная возможность дезинфекции позволяет пользователю использовать линзы в течение продолжительного периода времени.
На ФИГ. 20 проиллюстрирован пример коробки для хранения, имеющей корпус 2000, систему связи, запоминающее устройство, часы, соединитель 2002 электросвязи и источник 2006 питания. В альтернативном варианте осуществления коробка для хранения содержит основной блок 2004 дезинфекции излучением, содержащийся внутри корпуса, такого как описанные ранее корпус и крышка. Соединитель 2002 электросвязи может включать в себя USB-разъем или другой тип соединителя. Соединитель может включать клемму для передачи данных и/или электропитания. В некоторых вариантах осуществления соединитель 2002 электросвязи подает питание для работы основного блока 2004 дезинфекции излучением. Некоторые варианты осуществления могут также включать одну или несколько батарей 2006 или другое устройство для накопления энергии. В некоторых вариантах осуществления батареи 2006 включают одну или несколько литий-ионных батарей или другое перезаряжаемое устройство. Устройства для накопления энергии могут заряжаться электрическим током через соединитель 2002 электросвязи. По меньшей мере, в одном варианте осуществления батареи основной блок 2004 дезинфекции излучением работает за счет энергии, накопленной в батареях 2006.
В, по меньшей мере, одном варианте осуществления система связи содержит антенну, такую как антенна радиочастотной идентификации (RFID), для взаимодействия со вставленными линзами и контроллером, находящимся в электрическом соединении с указанной антенной. По меньшей мере, в одном варианте осуществления контроллер электрически соединен с, по меньшей мере, одним запоминающим устройством, которое, по меньшей мере, в одном варианте осуществления является флэш-памятью, подобной той, что используется в карте памяти. Примеры взаимодействия охватывают беспроводную зарядку источника питания на одной или обеих линзах, передачу данных о текущем времени, передачу данных о времени предупреждения, передачу данных, сохраненных на линзе (-ах), в запоминающее устройство в коробке для хранения (или связанное с коробкой для хранения) и передачу шаблонов и масок на основании характеристик, относящихся к пользователю, от коробки для хранения в, по меньшей мере, одну линзу. В альтернативном варианте осуществления антенну используют для связи с внешним устройством, таким как компьютер или смартфон.
По меньшей мере, в одном варианте осуществления контроллер выполнен с возможностью преобразования и/или форматирования данных, принятых, по меньшей мере, от одной линзы, для изменения информации об отметке времени на актуальный момент времени на основании текущего показания батареи в момент передачи данных, сопоставимого с текущим временем на коробке для хранения. По меньшей мере, в одном варианте осуществления коробка для хранения выполнена с возможностью отправки сигнала в линзу для сброса накопителя в ноль, при этом процессор записывает в запоминающее устройство время, в которое накопитель был сброшен в ноль, или, альтернативно, обновляет состояние накопителя в соответствии с правильным временем. После повторной вставки линзы в коробку для хранения процессор учитывает текущее время и определяет количество циклов выборки. В вариантах осуществления, в которых циклы выборки имеют различную длину в зависимости от цели выборки и/или рабочего состояния линзы (линз), вследствие удаления линзы (линз) коробка для хранения нормирует периоды выборки в зависимости от разницы во времени между удалением линзы (линз) из коробки для хранения и возвращением линзы (линз) в коробку для хранения, которая измеряется коробкой для хранения. Альтернативно, когда циклы выборки отличаются по длине, коробка для хранения отправляет сигнал в контактную линзу для корректировки параметров генератора колебаний, количественно связанных с временным сдвигом, присущим контактной линзе, и в дополнительном варианте осуществления коробка для хранения выполнена с возможностью обновления времени в накопителе на контактной линзе.
В некоторых вариантах осуществления соединитель 2002 электросвязи может включать простой источник переменного или постоянного тока. В таких вариантах осуществления источник 2006 питания можно не применять, поскольку энергия подводится через соединитель 2002 электросвязи.
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 включает в себя 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 согласовываться со всеми модификациями в пределах объема, определенного прилагаемой формулой изобретения.