Электронные офтальмологические линзы с задним датчиком диаметра зрачка - RU2570287C2

Чертежи

Показать все 20 чертежа(ей)

Описание

Предпосылки создания изобретения

1. Область применения изобретения

Данное изобретение относится к электронной офтальмологической линзе или линзе с электропитанием с датчиком и соответствующими аппаратными средствами и программным обеспечением для определения и/или контроля диаметра зрачка и, в частности, к датчику и сопутствующему оборудованию и программному обеспечению для обнаружения изменений диаметра зрачка и изменения состояния электронной офтальмологической линзы.

2. Обсуждение смежной области

Поскольку электронные устройства продолжают уменьшаться в размерах, все более вероятным становится создание их, пригодных для ношения, или микроэлектронных устройств с возможностью встраивания для различных областей применения. Такие области применения могут включать в себя мониторинг биохимических процессов в организме, контроль приема доз лекарственных препаратов или лекарственных агентов за счет различных механизмов, включая автоматические, в ответ на измерения или в ответ на внешние сигналы управления и усиление обменных процессов в органах или тканях. Примеры таких устройств включают в себя инфузионные насосы для введения глюкозы, кардиостимуляторы, дефибрилляторы, вспомогательные желудочковые системы и нейростимуляторы. Новой особенно выгодной областью применения являются пригодные для ношения офтальмологические линзы и контактные линзы. Например, пригодные для ношения линзы могут включать в себя узел линз, имеющий фокус с возможностью электронного регулирования для увеличения или улучшения функции глаза. В другом примере, с фокусом с возможностью регулирования или без него, пригодная для ношения контактная линза может включать в себя электронные датчики для определения концентраций отдельных химических веществ в прекорнеальной (слезной) пленке. Использование встроенной электроники в узле линз представляет потенциальные возможности взаимодействия с электроникой, способа электропитания и/или возобновления подачи энергии к электронике, для взаимодействия электроники, внутренних и внешних датчиков и/или контроля, и для контроля электроники и общих функций линз.

Глаз человека обладает способностью различать миллионы цветов, легко приспосабливаться к изменению условий освещенности и передавать сигналы или информацию в мозг со скоростью, превышающей высокоскоростное подключение к Интернету. Линзы, такие как контактные линзы и интраокулярные линзы, в настоящее время используются для коррекции дефектов зрения, таких как миопия (близорукость), гиперметропия (дальнозоркость), астигматизм и пресбиопия. Тем не менее, правильно сконструированные линзы содержат дополнительные компоненты, которые могут использоваться как для усиления зрения, так и для коррекции дефектов зрения.

Контактные линзы могут быть использованы для коррекции близорукости, дальнозоркости, астигматизма, а также других визуальных дефектов зрения. Контактные линзы также могут быть использованы для улучшения естественного вида глаз владельца. Контактные линзы или «контакты» - это просто линзы, которые размещают на передней поверхности глаза. Контактные линзы относятся к медицинским устройствам и могут применяться для коррекции зрения и (или) по косметическим или иным терапевтическим причинам. Контактные линзы применяют в коммерческих масштабах для улучшения зрения с 1950-х гг.Первые образцы контактных линз изготавливали или вытачивали из твердых материалов. Такие линзы были относительно дорогими и хрупкими. Кроме того, такие первые контактные линзы изготавливали из материалов, которые не обеспечивали достаточной диффузии кислорода через контактную линзу в конъюнктиву и роговицу, что могло потенциально повлечь за собой ряд неблагоприятных клинических эффектов. Хотя такие контактные линзы используются и в настоящее время, они подходят не всем пациентам из-за низкого уровня первичного комфорта. Дальнейшие разработки в данной области привели к созданию мягких контактных линз на основе гидрогелей, которые сегодня чрезвычайно популярны и широко используются. В частности, силикон-гидрогелевые контактные линзы, доступные в настоящее время, сочетают преимущества силикона, отличающегося исключительно высокой кислородной проницаемостью, с признанным удобством при ношении и клиническими показателями гидрогелей. По существу, эти силикон-гидрогелевые контактные линзы имеют более высокую проницаемость для кислорода и, как правило, более комфортны в носке, чем ранние контактные линзы, сделанные из твердых материалов.

Стандартные контактные линзы являются полимерными структурами определенной формы для коррекции различных проблем со зрением, которые были кратко упомянуты выше. Для достижения повышенной функциональности в эти полимерные структуры встраиваются различные электросхемы и компоненты. Например, цепи управления, микропроцессоры, устройства связи, источники питания, датчики, исполнительные механизмы, светоизлучающие диоды, и миниатюрные антенны могут быть интегрированы в контактные линзы с помощью изготовленных на заказ оптикоэлектронных компонентов не только для коррекции зрения, но и для улучшения зрения, а также для обеспечения дополнительной функциональности, как объясняется здесь. Электронные контактные линзы и/или контактные линзы с электропитанием могут быть предназначены для обеспечения улучшения зрения с помощью уменьшающей и увеличивающей возможностей, или просто изменения преломляющих возможностей линзы. Электронные контактные линзы и/или контактные линзы с электропитанием могут быть сконфигурированы для усиления цвета и разрешения, для отображения текстурной информации, чтобы переводить речь в субтитры в реальном времени, чтобы принимать визуальные сигналы от навигационной системы, а также обеспечивать обработку изображений и доступ в Интернет. Линзы могут быть разработаны, чтобы позволить пользователю видеть в условиях низкой освещенности. Должным образом сконструированная электроника и/или расположение электроники на линзах может позволить проецирование изображения на сетчатку, например, без переменного фокуса оптической линзы, обеспечивает дисплеи новым изображением и даже обеспечивает предупреждение об опасности. С другой стороны, или в дополнение к любым из этих функций или схожим функциям, контактные линзы могут включать компоненты неинвазивного наблюдения за биомаркерами пользователя и его показателями здоровья. Например, встроенные в линзу датчики могут позволять пациенту с диабетом принимать таблетки в соответствии с уровнем сахара в крови за счет анализа компонентов слезной пленки без необходимости забора крови. Кроме того, соответствующим образом сконфигурированная линза может включать в себя датчики для контроля уровня холестерина, натрия и калия, а также других биологических маркеров. Это, в сочетании с беспроводным передатчиком данных, может позволить врачу, получить почти мгновенный доступ к биохимическому анализу крови пациента без необходимости для пациента, тратить время на поход в лабораторию и сдачу анализа крови. Кроме того, встроенные в линзы датчики могут быть использованы для обнаружения света, падающего на глаз, чтобы компенсировать условия освещения, или для использования при определении схем моргания.

Правильная комбинация устройств может обладать потенциально неограниченной функциональностью; тем не менее, существует ряд трудностей, связанных с включением дополнительных компонентов на участок полимера оптического качества. В целом, по многим причинам представляется затруднительным производство таких компонентов непосредственно с линзой, как и установка и соединение плоских устройств с неплоской поверхностью. Это также трудно изготовить в масштабе. Компоненты, которые должны помещаться на или в линзу, должны быть уменьшены в размере и встроены в 1,5 квадратных сантиметра прозрачного полимера, который защищает эти компоненты от жидкой среды глаза. Также затруднительно изготовление контактной линзы, которая была бы комфортна и безопасна для пользователя при ношении, с учетом дополнительной толщины, необходимой для размещения дополнительных компонентов.

Учитывая область применения и объем изобретения офтальмологического устройства, такого как контактная линза, и условия, в которых оно должно использоваться, для его технического осуществления необходимо преодолеть множество проблем, включая установку и соединение многих электронных компонентов на не плоской поверхности, большая часть которой состоит из оптического пластика. Таким образом, существует необходимость для создания электронных контактных линз с надежными механическими и электронными компонентами.

Поскольку эти линзы снабжаются электропитанием, энергия или, конкретнее, потребление электроэнергии, чтобы запустить электронику, вызывает озабоченность, учитывая технологии батареи в масштабе офтальмологической линзы. В дополнение к обычному потреблению тока, энергопотребляющие устройства или системы такого рода обычно требуют текущий запас в режиме ожидания, точный контроль напряжения и коммутационных возможностей для обеспечения работы над потенциально широким диапазоном рабочих параметров, а также всплеском потребления, например, свыше восемнадцати (18) часов от одного заряда, оставшегося после потенциального простоя в течение многих лет. Соответственно, существует потребность в системе, которая оптимизирована для недорогой, долгосрочной, надежной работы, безопасной и нужного размера, обеспечивая при этом необходимую мощность.

Кроме того, из-за сложности функции, связанной с питанием линзы и высоким уровнем взаимодействия между всеми элементами, составляющими электропитание линзы, есть необходимость координировать и контролировать всю работу электронной и оптической составляющих механической офтальмологической линзы. Соответственно, существует потребность в системе управления работой всех других компонентов, которая является безопасной, недорогой и надежной, имеет низкий уровень энергопотребления и является масштабируемой для включения в офтальмологические линзы.

Офтальмологические линзы с электропитанием или электронные офтальмологические линзы должны учитывать некоторые уникальные физиологические функции для индивидуального использования офтальмологических линз с электропитанием или электронных офтальмологических линз. Более конкретно, линзы с электропитанием должны учитывать моргание, в том числе количество морганий в данный период времени, продолжительность моргания, время между морганиями и любое количество возможных особенностей моргания, например, если человек дремлет. Распознавание моргания может быть также использовано для обеспечения определенных функций, например, моргание может быть использовано в качестве средства для управления одним или несколькими аспектами офтальмологической линзы с электропитанием. Кроме того, внешние факторы, такие как изменения в уровнях интенсивности освещения и количестве видимого света, которое блокирует человеческое веко, должны быть учтены при распознавании моргания. Например, если комната имеет уровень освещенности между пятьюдесятью четырьмя (54) и ста шестьюдесятью одним (161) лк, фотодатчик должен быть достаточно чувствительным, чтобы обнаружить изменения интенсивности света, которые происходят, когда человек моргает.

Датчики освещенности или фотодатчики используются во многих системах и оборудовании, например, в телевизорах для регулировки яркости в зависимости от комнатного света, фонарях, чтобы включить в сумерках, и на телефонах для регулировки яркости экрана. Тем не менее, в настоящее время использующиеся сенсорные системы недостаточно малы и/или имеют недостаточно низкое энергопотребление для включения в контактные линзы.

Важно также отметить, что различные типы детекторов моргания могут быть реализованы с компьютерными видеосистемами, управляющимися глазом (и), например, камерой преобразования в цифровую форму компьютера. Программное обеспечение, запускающееся на компьютере может распознавать зрительные образы, такие как открытые и закрытые глаза. Эти системы могут быть использованы в офтальмологических клинических условиях для диагностики и исследования. В отличие от описанных выше датчиков и систем, эти системы предназначены для использования с закрытым глазом, вместо того, чтобы посмотреть, чтобы отвести взгляд от глаза. Хотя эти системы являются недостаточно маленькими, чтобы быть включенными в контактные линзы, используемое программное обеспечение может быть похожим на программное обеспечение, которое работало бы в сочетании с контактными линзами с электропитанием. Любая система может включать в себя программную реализацию искусственных нейронных сетей, чтобы изучить ввод и настроить их вывод соответственно. С другой стороны, не биологически основанная программная реализация, включающая статистику, другие адаптивные алгоритмы, и/или обработки сигнала может быть использована для создания интеллектуальных систем.

Соответственно, существует потребность в средстве и методе обнаружения определенных физиологических функций, таких как моргание, и используя их для включения и/или управления электронными или механическими офтальмологическими линзами в зависимости от типа последовательности моргания определяемой с помощью датчика. Используемый датчик должен быть рассчитан и сконфигурирован для использования в контактных линзах.

С другой стороны, диаметр зрачка вместо или в дополнение к морганию может быть использован для контроля функциональности контактных линз при определенных условиях. Диаметр зрачка - это измеряемый параметр оболочки глаза, который может быть использован, чтобы управлять изменениями в офтальмологическом устройстве. Диаметр зрачка может быть измерен, например, камерой, смотрящей на глаз. Камера захватывает изображения глаза, определяет зрачок по изображению, примеру, или сравнивает опознание, и вычисляет диаметр зрачка. Диаметр зрачка, будь он расширен или сужен, коррелируется уровнем света, падающим на глаз, концентрирующимся вблизи, а не вдали, и некоторыми медицинскими условиями. Офтальмологические устройства могли бы изменять пропускание света или фокусировать расстояние, основываясь на диаметре зрачка, или вызвать другие события. С другой стороны, обнаруженные данные могут быть просто собраны и использованы для мониторинга заболевания.

Существующие методы и приборы для измерения диаметра зрачка не пригодны для использования в контактных линзах. Например, камеры и системы распознавания обычно находятся в клинических условиях или, скажем, на очковых линзах. Существующие системы не имеют ни малый размер, ни низкий ток, необходимый для интеграции в контактную линзу. Существующие системы также не предназначены для изменения состояния офтальмологического устройства в зависимости от изменений диаметра зрачка. Соответственно, существует потребность в средствах и методах определения диаметра зрачка и использования этой информации для управления электронными офтальмологическими линзами или офтальмологическими линзами с электропитанием.

ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Электронные офтальмологические линзы с задним датчиком расширения зрачка в соответствии с настоящим изобретением позволяют преодолеть ограничения, связанные с уровнем техники, как кратко описано выше.

В соответствии с одним аспектом настоящее изобретение направлено офтальмологическую линзу с электропитанием, содержащую: контактную линзу, включающую оптическую зону и периферическую зону; и систему датчика диаметра зрачка, встроенную в контактную линзу для измерения диаметра зрачка, система датчика диаметра зрачка содержит, по меньшей мере, один датчик, содержащий тонкую прозрачную полоску, установленную через оптическую зону таким образом, чтобы обеспечить распознавание полностью суженных и полностью расширенных зрачков, системный контроллер функционально связанный с, по меньшей мере, одним датчиком и сконфигурированный для определения диаметра зрачка и вывода сигнала управления, основанного на диаметре зрачка, источник электропитания, и, по меньшей мере, одно исполнительное средство, сконфигурированное для приема выходного сигнала управления и выполнения предварительно заданной функции.

При этом тонкая прозрачная полоска содержит группу фотодатчиков, установленных с обращением к радужной оболочке глаза.

Кроме того, группа фотодатчиков может содержать прозрачные фотодатчики или тонкие кремниевые фотодатчики.

При этом система датчика диаметра зрачка дополнительно содержит процессор обработки сигналов, сконфигурированный для приема сигналов от, по меньшей мере, одного датчика, для выполнения цифровой обработки сигнала и вывода одного или более сигналов на системный контроллер, а процессор обработки сигналов содержит ассоциативную память.

В офтальмологической линзе с электропитанием по меньшей мере, один датчик включает в себя датчик полного сопротивления или датчик нервно-мышечной деятельности.

Настоящее изобретение относится к контактным линзам с электропитанием, содержащим электронную систему, которая выполняет любое количество функций, в том числе приведение в движение переменного оптического фокуса, если она включена. Электронная система содержит одну или несколько батарей или других источников питания, схему регулятора мощности, один или несколько датчиков, схему генерации тактовых импульсов, алгоритмы и схему управления, схему запускающего устройства линз.

Управление офтальмологическими линзами с электропитанием может быть достигнуто путем внешнего ручного устройства, которое взаимодействует с линзами по беспроводной связи, такого как портативное дистанционное устройство. С другой стороны, управление офтальмологическими линзами с электропитанием может быть достигнуто путем обратной связи или управляющими сигналами непосредственно от владельца. Например, датчики, встроенные в линзы, могут уловить моргания и/или систему морганий. На основе системы или последовательности морганий, офтальмологические линзы с электропитанием могут изменять состояние, например, их преломляющую способность для того, чтобы сфокусироваться на близком или удаленном объекте. В другом альтернативном типовом варианте осуществления настоящего изобретения, контроль над офтальмологическими линзами с электропитанием может быть достигнут путем обратной связи или управляющего сигнала непосредственно от владельца; а именно, путем фиксирования изменений размера зрачков человека.

Датчик диаметра зрачка настоящего изобретения - небольшого соответствующего размера и с низким потреблением тока - должен быть интегрирован в контактные линзы. В одном варианте осуществления датчик изготовлен из силикона по технологии производства полупроводниковых приборов, истонченный до, примерно, ста (100) микрон или меньше, и нарезанный на кристаллы размером примерно 300×300 микрон или меньше. В альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения, датчик изготовлен в виде тонкого, гибкого устройства, которое соответствует сферической форме контактных линз. В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения, датчик изготовлен в виде группы меньших датчиков, установленных в различных местах контактных линз, чтобы подвергать дискретизации различные точки на радужной оболочке. Датчики могут распознать диаметр зрачка и его изменения путем фиксирования отражения света, сопротивления, электромагнитного поля, нейронной активности, мышечной активности и других параметров, известных в офтальмологической области.

Датчик диаметра зрачка рассчитан на потребление низкого тока, что позволяет эксплуатацию в контактных линзах от небольшого аккумулятора и/или устройства сбора энергии. В одном варианте осуществления настоящего изобретения датчик выполнен в виде несмещенного или с низким смещением фотодетектора обнаружения света, отраженного от радужной оболочки. Датчик в этом случае может быть дискретизирован с низким циклом и низкой частотой, так что общее потребление энергии сведено к минимуму. В другом варианте осуществления настоящего изобретения, датчик выполнен для выявления сопротивления по всей радужной оболочке или в различных точках на радужной оболочке. Опять же, датчик выполнен с помощью слаботочной техники, широко распространенной в области, например, высокое сопротивление и низкое напряжения. В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения, датчик выполнен для измерения нервно-мышечной деятельности, например, путем измерения электромагнитных излучений от мышц, которые контролируют радужную оболочку диафрагмы.

Датчик диаметра зрачка предназначен для работы в системе, которая запускает электронные офтальмологические устройства, основанные на изменениях диаметра зрачка. В одном варианте осуществления настоящего изобретения, датчик дискретизирован с периодичностью, которая достаточно часта, чтобы удобно и удачно обнаружить желание изменить фокусное расстояние, но достаточно медленна, чтобы свести к минимуму потребление тока для работы от батарейки и/или устройства сбора энергии. Датчик включен в систему определения диаметра зрачка наряду с другими вводными, например, падением окружающего освещения на глаз. В этом случае, система может обнаружить изменения в диаметре зрачка при отсутствии снижения освещенности, ситуация связана с желанием сфокусировать вблизи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР

Вышеизложенные и прочие характеристики и преимущества настоящего изобретения станут понятны после следующего более подробного описания предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, проиллюстрированных с помощью прилагаемых фигурах.

На фиг. 1 показана типовая контактная линза, включающая в себя систему распознавания моргания в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 2 иллюстрирует графическое представление света, падающего на поверхность глаза в зависимости от времени, иллюстрирующее возможные непроизвольные системы моргания, записанные при различных уровнях интенсивности света в зависимости от времени и использованного порогового уровня, основанного на какой-то точке между максимальным и минимальным уровнем интенсивности света в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 3 показан пример диаграммы переходов состояния системы распознавания моргания в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 4 представляет собой схематическое изображение путем фотодетектирования, используемого для обнаружения и получения схемы световых сигналов в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 5 представлена блок-схема цифрового логического условия в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 6 представлена блок-схема цифровой схемы обнаружения в соответствии с настоящим изобретением

На фиг. 7 показана типовая временная диаграмма в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 8 представляет собой схематическое изображение цифрового контроллера системы в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 9 показана типовая временная диаграмма для автоматической регулировки усиления в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 10 представляет собой схематическое изображение световой блокировки и светопропускающих частей на типовом кристалле ИС в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 11 представляет собой схематическое изображение типовой электронной вставки, включая детектор моргания, для механической контактной линзы в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 12 представляет собой схематическое изображение офтальмологической линзы с электропитанием, имеющей первый типовой датчик диаметра зрачка, расположенный на глазе в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 13 представляет собой схематическое изображение механической офтальмологической линзы, имеющей второй типовой датчик диаметра зрачка, расположенный на глазе в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 14 представляет блок-схему электронной системы для определения и использования диаметра зрачка в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 15 приведен график окружающего освещения и диаметра зрачка в зависимости от времени в соответствии с настоящим изобретением.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Стандартные контактные линзы являются полимерными структурами определенной формы для коррекции различных проблем со зрением, которые были кратко упомянуты выше. Для достижения расширенной функциональности, в эти полимерные структуры могут быть интегрированы различные схемы и компоненты. Например, цепи управления, микропроцессоры, устройства связи, источники питания, датчики, исполнительные механизмы, светоизлучающие диоды, и миниатюрные антенны могут быть интегрированы в контактные линзы с помощью изготовленных на заказ оптикоэлектронных компонентов не только для коррекции зрения, но и для улучшения зрения, а также для обеспечения дополнительной функциональности, как объясняется здесь. Электронные контактные линзы и/или контактные линзы с электропитанием могут быть разработаны, чтобы обеспечить улучшенное зрение с помощью уменьшительных и увеличительных возможностей, или просто изменения преломляющих возможностей линз. Электронные контактные линзы и/или контактные линзы с электропитанием могут быть предназначены для усиления цвета и разрешения, для отображения текстурной информации, чтобы переводить речь в субтитры в реальном времени, чтобы принимать визуальные сигналы от навигационной системы, а также обеспечивать обработку изображений и доступ в Интернет. Линзы могут быть разработаны, чтобы позволить пользователю видеть в условиях низкой освещенности. Правильно сконструированная электроника и/или расположение электроники на линзе может позволить проецировать изображение на сетчатку, например, без оптических линз с переменным фокусом, что позволяет отображать новое изображение или даже выдавать предупреждающие сообщения. С другой стороны, или в дополнение к любым из этих функций или схожим функциям, контактные линзы могут включать компоненты неинвазивного наблюдения за биомаркерами пользователя и его показателями здоровья. Например, встроенные в линзу датчики могут позволять пациенту с диабетом принимать таблетки в соответствии с уровнем сахара в крови за счет анализа компонентов слезной пленки без необходимости забора крови. Кроме того, соответствующим образом сконфигурированная линза может включать в себя датчики для контроля уровня холестерина, натрия и калия, а также других биологических маркеров. Они соединены с беспроводным блоком передачи данных, что может позволить врачу иметь почти мгновенный доступ к результатам биохимического анализа крови пациента без траты времени пациента на посещение лаборатории и проведение забора крови. Кроме того, встроенные в линзы датчики могут быть использованы для обнаружения света, падающего на глаз, чтобы компенсировать условия освещения, или для использования при определении схем моргания.

Контактные линзы с электропитанием или электронные контактные линзы настоящего изобретения содержат элементы, которые необходимы для коррекции и/или усиления зрения пациентов с одним или более описанным выше дефектом зрения, или другим дефектом, и выполнения полезных офтальмологических функций. Кроме того, электронные контактные линзы могут быть использованы просто для улучшения нормального зрения или предоставления широкого спектра функциональных возможностей, как описано выше. Электронная контактная линза может содержать оптическую линзу с переменным фокусом, которая помещается в переднее оптическое устройство, встроенное в контактную линзу, или электроника встраивается напрямую без линзы для придания любой пригодной функциональности. Электронная линза настоящего изобретения может быть встроена во множество выше описанных контактных линз. Кроме того, интраокулярная линза может также содержать различные компоненты и функции, описанные здесь. Однако для простоты объяснения описание будет большей частью посвящено одноразовым электронным контактным линзам для коррекции дефектов зрения, которые предназначены для однодневного повседневного ношения.

Настоящее изобретение может быть использовано в офтальмологической линзе с электропитанием или контактной линзе с электропитанием, содержащей электронную систему, которая приводит в действие переменный фокус оптического или любого другого устройства или устройств, сконфигурированных для осуществления любого количества многочисленных функций, которые могут быть выполнены. Электронная система содержит одну или несколько батарей или других источников питания, схему регулятора мощности, один или несколько датчиков, схему генерации тактовых импульсов, алгоритмы и схему управления, схему запускающего устройства линз. Комплектация этих компонентов может изменяться в зависимости от необходимой или желательной функциональности линзы.

Управление электронными офтальмологическими линзами или офтальмологическими линзами с электропитанием может быть достигнуто путем ручного внешнего устройства, которое взаимодействует с линзой, такого как портативное ручное устройство. Например, брелок обеспечивает беспроводную связь с линзой с электропитанием, основанную на ручном вводе от пользователя. С другой стороны, управление офтальмологическими линзами с электропитанием может быть достигнуто путем обратной связи или управляющими сигналами непосредственно от владельца. Например, датчики, встроенные в линзы, могут уловить моргания и/или систему морганий. На основе системы или последовательности морганий, офтальмологические линзы с электропитанием могут изменять состояние, например, их преломляющую способность для того, чтобы сфокусироваться на близком или удаленном объекте.

С другой стороны, определение моргания в офтальмологической линзе с электропитанием или электронной офтальмологической линзе может быть использовано для других различных применений, где есть взаимодействие между пользователем и электронной контактной линзой, такое как активация другого электронного устройства, или отправка команды другому электронному устройству. Например, определение моргания в офтальмологической линзе может быть использовано в сочетании с камерой на компьютере, где камера отслеживает, путь перемещения глаз (а) по экрану компьютера, и когда пользователь выполняет фиксируемое последовательное моргание, это вызывает указатель мыши для выполнения команды, такой как двойной щелчок на элементе, выделение элемента, или выбор элемента меню.

Алгоритм определения моргания является компонентом системного контроллера, который определяет характеристики морганий, например, открыто или закрыто веко, продолжительность моргания, продолжительность между морганиями, и количество морганий в данный период времени. Алгоритм в соответствии с настоящим изобретением полагается на дискретизацию света, падающего на глаз при определенной частоте дискретизации. Предварительно определенные схемы морганий хранятся и сравнены с недавней историей дискретизаций падающего света. Когда схемы совпадают, алгоритм определения моргания может вызвать активность в системе управления, например, для активации управления линзы для изменения преломляющей силы линзы.

Моргание - это быстрое закрытие и открытие век и жизненно важная функция глаза. Моргание защищает глаз от посторонних предметов, например, человек моргает, когда неожиданно появляются объекты в непосредственной близости от глаз. Моргание обеспечивает смазку на передней поверхности глаза, распространяя слезы. Моргание также служит для удаления загрязнений и/или раздражающих веществ из глаза. Как правило, моргание происходит автоматически, но внешние раздражители могут способствовать морганию, как и в случае с раздражающими веществами. Тем не менее, моргание также может быть целенаправленным, например, люди, которые не в состоянии общаться устно или с помощью жестов могут моргнуть один раз "да" и два раза на "нет". Алгоритм определения моргания и система настоящего изобретения используют схемы морганий, которые не могут быть спутаны с нормальным ответным морганием. Другими словами, если моргание должно быть использовано в качестве средства управления действием, то определенная схема, выбранная для данного действия, не может произойти случайно; в противном случае могут произойти непреднамеренные действия. Скорость моргания может зависеть от ряда факторов, включая усталость, травму глаза, лекарства и болезни, схемам морганий с целью контроля желательно учитывать эти и любые другие переменные, которые влияют на моргание. Средняя продолжительность непроизвольного моргания находится в диапазоне от ста (100) до четырехсот (400) миллисекунд. В среднем взрослые мужчины и женщины моргают в диапазоне от десяти (10) непроизвольных морганий в минуту, а среднее время между непроизвольными морганиями примерно от 0,3 до семидесяти (70) секунд.

Типовой вариант осуществления настоящего изобретения определения моргания можно резюмировать в следующих шагах.

1. Распознать преднамеренную "последовательность моргания", которую пользователь будет выполнять для положительного определения моргания.

2. Дискретизация входящего уровня освещенности, в диапазоне соответствующем определению последовательности моргания и отклонению непроизвольных морганий.

3. Сравнить историю дискретизации уровней освещенности с ожидаемой "последовательностью моргания", как это определено в шаблонных значениях моргания.

4. При необходимости выполняют "маску" последовательности моргания, чтобы указать части шаблона игнорируемые при сравнении, например, ближние переходы. Это может позволить пользователю отклониться от желаемой "последовательности моргания", типа плюс или минус одно (1) окно об ошибке, в котором может произойти приведение в действие, контроль и изменение фокуса одной или нескольких линз. Кроме того, это может позволить изменения во времени последовательности моргания пользователя.

Типовая последовательность моргания может быть определена следующим образом:

1. моргание (закрыто) на 0,5 с

2. открыто на 0,5 с

3. моргание (закрыто) на 0,5 с

На сто (100) мс частоты дискретизации, двадцать (20) мс дискретизации шаблона моргания задается

шаблон_моргания=[1,1,1, 0,0,0,0,0, 1,1,1,1,1, 0,0,0,0,0, 1,1].

Маска моргания определяется по маскировке дискретизаций сразу после перехода (0, чтобы маскировать или игнорировать дискретизации), и дается

маска_моргания=[1,1,1, 0,1,1,1,1, 0,1,1,1,1, 0,1,1,1,1,0,1].

При необходимости более широкая область перехода может быть замаскирована, чтобы обеспечить большую неточность хронирования, и дана

маска_моргания=[1,1,0, 0,1,1,1,0, 0,1,1,1,0, 0,1,1,1,0,0,1].

Могут быть реализованы альтернативные схемы, например, одно длинное моргание, в данном случае 1,5 с моргание с 24 - шаблоном дискретизации, дан

шаблон_моргания=[1,1,1,1,0,0, 0,0,0,0,0,0, 0,0,0,0,0,0, 0,1,1,1,1,1].

Важно отметить, что приведенный выше пример предназначается для иллюстрации и не представляет определенного набора данных.

Определение может быть реализовано логическим сравнением истории дискретизаций по шаблону и маске. Логическая операция - исключающее ИЛИ (XOR), шаблон и дискретизацию истории последовательности, на побитовой основе, а затем убедиться, что вся немаскированная история битов соответствует шаблону. Например, как показано в дискретизации маски моргания выше, в каждом месте последовательности маски моргания, где значение логическая 1, моргание должно соответствовать шаблону маски моргания в этом месте последовательности. Тем не менее, в каждом месте последовательности маски моргания, где значение логический 0, не обязательно, что моргание совпадает с шаблоном маски моргания в этом месте последовательности. Например, следующий булев алгоритм решения уравнения, как закодированный в MATLAB, может быть использован.

подходящий = нет (маска_моргания) | нет (xor (шаблон_моргания, тест_дикретизации)),

где тест_дискретизации это история дискретизации. Подходящее значение - это последовательность той же длины, что шаблон моргания, история дискретизации и маска_моргания. Если подходящая последовательность - это все логические 1, то высокая степень совпадения произошла. Разбивка, нет (XOR (шаблон_моргания, тест_дискретизации)) дает логический 0 для каждого несоответствия и логическую 1 на каждую подходящую Логическое ИЛИ с перевернутой маской формирует каждое место в подходящей последовательности логических 1, где маска логический 0. Соответственно, чем больше мест в шаблоне маски моргания, где значение определяется как логический 0, тем большая погрешность ошибки в отношении морганий человека позволена. MATLAB является языком высокого уровня и выполнения численных вычислений, визуализации и программирования и является продуктом MathWorks, Натик, Массачусетс. Важно также отметить, что чем большее количество логических 0 находится в шаблоне маски моргания, тем больше вероятность ложных положительных соответствий расчетных или заданных схемах морганий. Следует отметить, что целый ряд расчетных или заданных схем моргания может быть запрограммирован в устройства, одно или более, функционирующие одновременно. В частности, несколько расчетных или заданных схем моргания могут быть использованы в тех же целях или функциональностях или для выполнения иных или альтернативных функциональностей. Например, одна схема моргания может быть использована, чтобы заставить линзу увеличить или уменьшить предполагаемый объект, а другая схема моргания может быть использована для вызова другого устройства, например, насоса на линзе, чтобы доставить дозу лекарственного препарата.

На фиг. 1, в виде блок-схемы, изображены контактные линзы 100, включающие в себя электронную систему детектора моргания, в соответствии с типовым вариантом осуществления настоящего изобретения. В этом типовом варианте осуществления настоящего изобретения, электронная система детектора моргания может содержать фотодатчик 102, усилитель 104, аналого-цифровой преобразователь или АЦП 106, цифровой сигнальный процессор 108, источник питания 110, исполнительное средство 112 и системный контроллер 114.

Когда контактная линза 100 помещается на переднюю поверхность глаза пользователя, электронная схема системы детектора моргания может быть использована для выполнения алгоритма моргания настоящего изобретения. Фотодатчик 102, так же как и другие схемы, сконфигурирован на определение моргания и/или различных схем моргания осуществляемых глазом пользователя.

В этом типовом варианте осуществления настоящего изобретения, фотодатчик 102 может быть встроен в контактную линзу 100 и воспринимать окружающее освещение 101, преобразовывая падающие фотоны в электроны и тем самым заставляющий ток, указанный стрелкой 103, поступать в усилитель 104. Фотодатчик или фотодетектор 102 может содержать любое подходящее устройство. В одном типовом варианте осуществления настоящего изобретения, фотодатчик 102 содержит фотодиод. В предпочтительном типовом варианте осуществления настоящего изобретения, фотодиод включен в комплементарный металооксидный полупроводник (КМОП технология), чтобы увеличить способность интеграции и уменьшить общий размер фотодатчика 102 и других схем. Ток 103 является пропорциональным уровню падающего света и существенно уменьшается, когда фотодетектор 102 прикрыт веком. Усилитель 104 создает сигнал, пропорциональный входящему, с усилением и может функционировать как трансимпедансный усилитель, который преобразует входной ток в выходное напряжение. Усилитель 104 может усиливать сигнал до используемого уровня для остальной системы, такой как дающий сигнал достаточного напряжения и мощности, достигнутого АЦП 106. Например, усилитель может быть необходим, чтобы управлять блоками следующими от фотодатчика 102 достаточно малыми чтобы быть использованными в условиях низкой освещенности. Усилитель 104 может быть реализован с переменным коэффициентом усиления усилителя, коэффициент усиления которого можно регулировать с помощью системного контроллера 114, регулировкой обратной связи, чтобы максимизировать динамический диапазон системы. В дополнение к предоставленному усилению, усилитель 104 может включать в себя другие аналоговые схемы обработки сигнала, такие как фильтрация, и другие схемы, соответствующие выходам фотодатчика 102 и усилителя 104. Усилитель 104 может содержать любое подходящее устройство, усиливающее и формирующее исходящий сигнал от фотодатчика 102. Например, усилитель 104 может просто состоять из одного оперативного усилителя или более сложной схемы, состоящей из одного или нескольких оперативных усилителей. Как указано выше, фотодатчик 102 и усилитель 104 сконфигурированы на определение и изоляцию последовательности моргания основанной на интенсивности падающего света, поступающего через глаз, и преобразования входного тока в цифровой сигнал, используемый, в конечном счете, системным контроллером 114. Системный контроллер 114 желательно предварительно запрограммировать или предконфигурировать распознавать различные последовательности моргания и/или схем моргания при различных уровнях освещенности и обеспечить соответствующий исходящий сигнал к исполнительному средству 112. Системный контроллер 114 также содержит ассоциативную память.

В этом типовом варианте осуществления настоящего изобретения, АЦП 106 может быть использован для преобразования непрерывного, аналогового сигнала с усилителя 104 в соответствующий дискретизированный цифровой сигнал, для дальнейшей обработки сигнала. Например, АЦП 106 может преобразовать аналоговый сигнал с усилителя 104 в цифровой сигнал, который может быть использован последовательными или отходящими схемами, такими как цифровая система обработки сигнала или микропроцессор 108. Цифровая система обработки сигнала или цифровой сигнальный процессор 108 может быть использован для цифровой обработки сигналов, включая одну или несколько фильтраций, технологию определения, а в другом случае манипулирования/обработки дискретизированных данных, чтобы позволить определение падающего света для последующего использования. Цифровой сигнальный процессор 108 может быть запрограммирован последовательностями моргания и/или схемами моргания описанными выше. Цифровой сигнальный процессор 108 также содержит ассоциативную память. Цифровой сигнальный процессор 108 может быть реализован с использованием аналоговых схем, цифровых схем, программного обеспечения или их комбинации. В иллюстрируемом типовом варианте осуществления настоящего изобретения, он реализован цифровыми схемами. АЦП 106 вместе с соответствующим усилителем 104 и цифровым сигнальным процессором 108, активируется при подходящей скорости по согласованию с частотой ранее описанной дискретизации, например, каждые сто (100) мс.

Источник питания 110 подает питание для многочисленных компонентов, составляющих систему определения моргания. Питание может подаваться от батарей, устройства сбора энергии, или другими подходящими средствами, как известно специалисту в данной области. По сути, любой тип источника питания 110 может быть использован для обеспечения надежного энергоснабжения для всех других компонентов системы. Последовательность моргания может быть использована для изменения состояния системы и/или системного контроллера. Кроме того, системный контроллер 114 может управлять другими аспектами контактной линзы с электропитанием в зависимости от ввода с цифрового сигнального процессора 108, например, изменением фокуса или преломляющей сила линзы с электронным управлением посредством исполнительного средства 112.

Системный контроллер 114 использует сигнал от цепи фотодатчика; а именно, фотодатчик 102, усилитель 104, АЦП 106 и цифровая система обработки сигнала 108, для сравнения дискретизированных уровней освещенности для активации схем моргания. Ссылаясь на фиг. 2 - графическое представление дискретизаций схем моргания записанных при различных уровнях интенсивности освещенности в зависимости от времени и иллюстрируемого используемого порогового уровня. Соответственно учет различных факторов может смягчить и/или предотвратить ошибки в определении моргания при дискретизации падающего на глаз света, такие как учет изменений уровня интенсивности освещенности в разных местах и/или при выполнении различных видов деятельности. Кроме того, дискретизация падающего света на глаз, учитывающая эффект изменения в интенсивности окружающего освещения на глаза и веки, может также смягчить и/или предотвратить ошибки в определении моргания, например, сколько видимого света блокирует веко, когда оно закрыто при низком уровне интенсивности света и высоком уровне интенсивности света. Другими словами, для того, чтобы предотвратить ошибочные схемы моргания из используемых для контроля, уровень освещенности, предпочтительно учитывают, как поясняется ниже более подробно.

Например, в исследовании, было обнаружено, что веко в среднем блокирует примерно девяносто девять (99) процентов видимого света, но при меньших длинах волн меньше света передается через веко, блокирующее примерно 99,6 процента видимого света. При более длинных волнах, инфракрасной части спектра, веко может блокировать только 30 (тридцать) процентов падающего света. Что важно отметить; однако, то, что свет при разных частотах, длинах и интенсивности, волны могут быть переданы через веко с различной эффективностью. Например, при взгляде на яркий источник света, человек может видеть красный свет при его или ее закрытых веках. Также возможно, основанное на личности, изменение того, сколько видимого света блокирует веко, из-за пигментации кожи человека. Как показано на фиг. 2, данные дискретизации схемы моргания при различных уровнях освещенности дискретизированы в течение семидесяти (70) секундного интервала времени, когда видимый уровень интенсивности света, прошедшего через глаз, фиксируется в ходе моделирования, используемое пороговое значение иллюстрировано. Порог устанавливается на значение между удвоенным амплитудным значением видимой интенсивности света, записанной при дискретизации схемы моргания в течение моделирования при различных уровнях интенсивности света. Имеющаяся возможность запрограммировать схему моргания при отслеживании среднего уровня освещенности в течение долгого времени и регулировки порога может иметь решающее значение, чтобы быть в состоянии распознать, когда человек моргает, и когда человек не моргает и/или есть только изменение в уровне интенсивности освещения в определенной области.

Обратимся теперь снова к фиг. 1, в дальнейшем альтернативный типовой вариант осуществления настоящего изобретения, системный контроллер 114 может получать ввод от источников, включая один или несколько детекторов моргания, датчиков глазных мышц, а также управляющего брелока. В качестве обобщения, для специалистов в данной области может быть очевидно, что метод активации и/или контроля системного контроллера 114, может потребовать использования одного или нескольких способов активации. Например, электронные контактные линзы или контактные линзы с электропитанием могут быть программируемыми конкретно под отдельного пользователя, например, чтобы запрограммированная линзы распознавала и систему моргания человека и сигналы цилиарных мышц человека при выполнении различных действий, например, фокусировки на далеком объекте или фокусировка на объекте, который находится рядом. В некоторых типовых вариантах осуществления настоящего изобретения, используется более чем один метод, чтобы активировать электронную контактную линзу, например, определение моргания и определение сигнала цилиарной мышцы, может дать возможность перекрестного контроля одного метода другим, прежде чем происходит активация контактной линзы.

Преимущество перекрестного контроля состоит в уменьшении отрицательных последствий ложноположительных срабатываний, сведении к минимуму вероятности непреднамеренного запуска линзы для активации. В одном типовом варианте осуществления настоящего изобретения перекрестный контроль может включать в себя схему голосования, в которой сочетается определенное количество условий до любых имеющих место действий.

Исполнительное средство 112 может содержать любое подходящее устройство для осуществления конкретного действия, основанного на полученной команде. Например, если схема активации моргания соответствует сравненной с дискретизированным уровнем освещенности, как описано выше, системный контроллер 114 может включить исполнительное средство 112, такое как варьируемо-оптическая электронная линза или линза с электропитанием. Исполнительное средство 112 может включать электрические устройства, механические устройства, магнитные устройства, или любую их комбинацию. Исполнительное средство 112 в дополнение к мощности от источника питания 110, принимает сигнал от системного контроллера 114 и производит некоторые действия на основе сигнала от системного контроллера 114. Например, если сигнал системного контроллера 114 указывает, что владелец пытается сфокусироваться на близком объекте, исполнительное средство 112 может быть использовано для изменения преломляющей силы электронных офтальмологических линз, например, с помощью активной мульти-ликвидной оптической зоны. В альтернативном типовом варианте осуществления настоящего изобретения, системный контроллер 114 может выводить сигнал о том, что лекарственный препарат должен быть доставлен в глаз (а). В этом типовом варианте осуществления настоящего изобретения, исполнительное средство 112 может включать насос и резервуар, например, микроэлектромеханическую систему (МЭМС) насоса. Как указано выше, линза с электропитанием настоящего изобретения может обеспечить многофункциональность; соответственно, один или несколько исполнительных средств могут быть по-разному сконфигурированы для реализации функциональности.

На фиг. 3 показана диаграмма переходов 300 для типовой системы определения моргания в соответствии с алгоритмом моргания настоящего изобретения. Система начинает в состоянии Бездействия 302, ожидая утвержденного разрешающего сигнала bl_go. Когда разрешающий сигнал bl_go утвержден, например, осциллятором и схемами управления, которые посылают импульсы bl_go в сто (100) мс, скорость соизмерима с частотой дискретизации моргания, машина состояний переходит в состояние ОЖИДАНИЕ_АЦП 304, в котором АЦП включен, чтобы преобразовать полученный уровень освещенности в цифровое значение. АЦП утверждает, сигнал АЦП_выполнен, чтобы указать, что операции завершены и система или машина состояний переходит в состояние ПЕРЕХОД 306. В состоянии ПЕРЕХОД 306 система помещает недавно полученное выходное значение АЦП на регистр сдвига для хранения истории дискретизаций моргания. В некоторых типовых вариантах осуществления настоящего изобретения выходное значение АЦП сначала сравнивается с пороговым значением для обеспечения одиночного бита (1 или 0) для значения дискретизации, для того чтобы минимизировать потребности памяти. Система или машина состояний, затем переходит в состояние СРАВНЕНИЕ 308, в котором значения истории дискретизации в регистре сдвига сравниваются с одним или более шаблоном последовательности моргания и масками, как описано выше. Если совпадение не обнаружено, один или несколько выходных сигналов могут быть утверждены, например, один для переключения состояния управления линзой, bl_cp_toggle, или любых других функций, которые будет выполнять офтальмологическая линза с электропитанием. Система или машина состояний, затем переходит в состояние ГОТОВО 310 и утверждает, bl_done сигнал, указывающий, что операции завершены.

На фиг. 4 показан типовой путь сигнала фотодатчика или фотодетектора pd_rx_top, который может быть использован для обнаружения и дискретизации полученных уровней освещения. Путь сигнала pd_rx_top может включать в себя фотодиод 402, трансимпедансный усилитель 404, автоматическую регулировку усиления и фильтрацию нижних частот этап 406 (АРУ/ ФНЧ(фильтр низких частот)) и АЦП 408. Сигнал adc_vref подается на вход АЦП 408 от источника питания 110 (см. Фиг. 1) или, альтернативно, может быть предоставлен от специального замыкания внутри аналого-цифрового преобразователя 408. На выходе АЦП 408, adc_data, передается на обработку цифровых сигналов и системный контроллер 108/114 (см. Фиг. 1). Хотя, для простоты объяснения, на фиг. 1 они показаны в виде отдельных блоков 108 и 114, обработка цифрового сигнала и системный контроллер предпочтительно реализуются на одном блоке 410. Разрешающий сигнал, adc_en, стартовый сигнал, adc_start, и сигнал сброса, adc_rst_n приняты от обработки цифрового сигнала и системного контроллера 410, полный сигнал, adc_complete, передается к ним. Тактовый сигнал, adc_clk, может быть получен от внешнего источника тактовых сигналов к пути сигнала, pd_rx_top, или от цифрового обработчика сигнала и системного контроллера 410. Важно отметить, что сигнал adc_clk и системные тактовые сигналы могут быть запущены на разных частотах. Важно также отметить, что любое число различных АЦП может быть использовано в соответствии с настоящим изобретением, которое может иметь другой интерфейс и управляющие сигналы, но которое выполняет аналогичные функции по обеспечению дискретизации, цифрового представления пути выхода сигнала аналоговой части фотодатчика. Разрешение фотодетектирования, pd_en, и усиление фотодетектирования, pd_gain, получены от цифрового обработчика сигнала и системного контроллера 410.

На фиг. 5 показана блок-схема цифрового логического условия 500, которая может быть использована для уменьшения полученных значений сигнала АЦП, adc_data, к значению одиночного бита pd_data. Цифровое логическое условие 500 может включать цифровой регистр 502, чтобы получить данные, adc_data, с пути pd_rx_top сигнал фотодетектирования, чтобы обеспечить удержание значения сигналом adc_data_held. Цифровой регистр 502 сконфигурирован на принятие нового значения по сигналу adc_data, когда adc_complete сигнал утвержден, и в противном случае проведения последнего принятого значения, когда сигнал adc_complete получен. Таким образом, система может отключить путь сигнала фотодетектирования после фиксации данных, что позволяет системе уменьшить потребление тока. Удержанные значения данных могут быть затем усреднены, например, интеграция и сброс среднего или другие методы усреднения, осуществляемые в цифровой логике, в схеме порога генерации 504, чтобы производить один или более порогов на сигнал pd_th. Удержанные значения данных могут быть затем сравнены с помощью компаратора 506, чтобы один или более порогов получали значение одиночного бита данных сигнала pd_data. Следует иметь в виду, что операция сравнения может использовать гистерезис или сравнение с одним или более порогами, чтобы минимизировать шум выходного сигнала pd_data. Цифровое логическое условие может дополнительно содержать блок регулировки усиления pd_gain_adj 508, чтобы устанавливать коэффициент усиления, и автоматическую регулировку усиления низкочастотной фильтрации этап 4 06 в пути сигнала фотодетектирования с помощью сигнала pd_gain, показано на фиг. 4, в соответствии с рассчитанными значениями порога и/или в соответствии с удержанными значениями данных. Важно отметить, что в этом типовом варианте осуществления настоящего изобретения, шестиразрядная комбинация обеспечивает достаточное разрешение динамического диапазона для определения моргания при минимизации сложности.

В одном типовом варианте осуществления настоящего изобретения схема порога генерации 504 содержит пиковый детектор, детектор "долин" и схему расчета порога. В этом типовом варианте осуществления настоящего изобретения, пороговые значения и значения регулировки усиления могут быть получены следующим путем. Пиковый детектор и детектор "долин" предназначены для приема удержанного значения сигналом adc_data_held. Пиковый детектор дополнительно сконфигурирован для выходного значения, pd_pk, который быстро отслеживает увеличение значения adc_data_held и медленно спадает, если adc_data_held значение снижается. Эта операция аналогична классическому диодному амплитудному детектору, как известно, в электрической области. Детектор "долин" в дальнейшем сконфигурирован на предоставление pd_vl выходного значения, которое быстро отслеживает снижение adc_data_held значения и медленно спадает на более высокое значение, если adc_data_held значение увеличивается. Работа детектора "долин" также аналогична диодному амплитудному детектору, с разрядным резистором, связанным с положительным напряжением питания. Схема расчета порога сконфигурирована на получение pd_pl и pd_vl значений и дополнительно выполнена для расчета средней точки порогового значения pd_th_mid на основе среднего pd_pk и pd_vl значения. Схема порога генерации 504 обеспечивает pd_th пороговое значение, основанное на средней точке порогового значения pd_th_mid.

Схема порога генерации 504 может быть адаптирована к дальнейшему обновлению значений pd_pk и pd_vl уровней в ответ на изменения в значении pd_gain. Если pd_gain значение увеличивается на единицу, то pd_pk и pd_vl значения увеличены на коэффициент, равный ожидаемому увеличению усиления на пути прохождения сигнала фотодетектирования. Если значение pd_gain уменьшается на единицу, то pd_pk и pd_val значения снижены на коэффициент, равный ожидаемому снижению усиления на пути прохождения сигнала фотодетектирования. Таким образом, показание пикового детектора и детекторов "долин", удержанных в pd_pk и pd_vl значений, соответственно, и пороговое значение pd_th, вычисленное по pd_pk и pd_vl значениям, обновляются в соответствии с изменениями в пути усиления сигнала, что позволяет избежать разрывов или других изменений в показаниях или значении результатов только от преднамеренного изменения в пути усиления сигнала фотодетектирования.

Согласно еще одному типовому варианту осуществления порога генерации схемы 504, схема расчета порога может быть в дальнейшем сконфигурирована для расчета порогового значения pd_th_pk основанного на количественном или процентном соотношении значения pd_pk. В предпочтительном типовом варианте осуществления pd_th_pk может быть успешно сконфигурирован на семь восьмых значения pd_pk, расчет которого может быть реализован с простым сдвигом вправо на три бита и вычитание, как хорошо известно в данной области техники. Схема расчета порога может выбрать pd_th пороговое значение, -- меньшее из pd_th_mid и pd_th_pk. Таким образом, pd_th значение никогда не будет равно значению pd_pk, даже после продолжительного периода постоянного падения света на фотодиод, который может привести к равенству pd_pk и pd_vl значений. Следует иметь в виду, что значение pd_th_pk обеспечивает определение моргания после продолжительных интервалов. Характер изменения схемы порога генерации далее иллюстрирован на фиг. 9, как описано в дальнейшем.

Фиг. 6 иллюстрирует блок-схему логики цифрового определения 600, которая может быть использована для выполнения примерного алгоритма цифрового определения моргания в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Логика цифрового определения 600 может содержать регистр сдвига 602, предназначенный для приема данных по пути сигнала фотодетектирования pd_rx_top, на фиг. 4, или логики цифрового преобразователя, фиг. 5, как показано здесь на pd_data сигнале, который имеет значение один бит.Регистр сдвига 602 удерживает историю полученных значений дискретизации в 24-разрядном регистре. Логика цифрового определения 600 дополнительно содержит блок сравнения 604, предназначенный для получения истории дискретизации, и одного или нескольких шаблонов моргания bl_tpl, и маски моргания bl_mask и сконфигурирован, чтобы указать совпадение в одном или нескольких шаблонах и масках на одном или нескольких выходных сигналах, которые могут быть удержаны для последующего использования. Выход сверки 604 фиксируется с помощью Д-триггера 606. Цифровое логическое определение 600 может дополнительно включать счетчик 608 или другую логику для подавления последовательных сравнений, которые могут быть установлены в той же истории дискретизации на небольшие сдвиги в связи с операциями маскирования. В предпочтительном типовом варианте осуществленная история дискретизации очищена или сброшена, после того как положительное совпадение найдено, что требует полного нового соответствия последовательности моргания для дискретизации, прежде чем сможет определить последующее соответствие. Цифровое логическое определение 600 может еще дополнительно содержать машину состояний или аналогичные схемы управления для обеспечения управляющих сигналов на пути сигнала фотодетектирования и АЦП. В некоторых типовых вариантах осуществления управляющие сигналы могут быть сгенерированы машиной состояний контроля, который отделен от логики цифрового определения 600. Эта машина состояний контроля может быть частью цифровой обработки сигналов и системного контроллера 410.

На фиг. 7 показана временная диаграмма сигналов управления, осуществляемых от подсистемы определения моргания, АЦП 408 (фиг. 4), используемых в пути сигнала фотодетектирования. Включение и тактовые сигналы adc_en, adc_rst_n и adc_clk активируется в начале последовательности дискретизации и продолжается до завершения процесса аналого-цифрового преобразования. В одном типовом варианте осуществления процесс преобразования АЦП начинается, когда импульс предоставляется на adc_start сигнал. Выходное значение АЦП удерживается в adc_data сигнале и завершение процесса указывается логическим аналого-цифровым преобразователем adc_complete сигнала. Также на фиг. 7 показан pd_gain сигнал, который используется для установки коэффициента регулировки усиления усилителей перед АЦП. Этот сигнал показан как поставленный перед временем готовности, чтобы позволить аналоговым схемам смещений и уровням сигнала стабилизироваться до преобразования.

На фиг. 8 показан цифровой контроллер системы 800, содержащий цифровые подсистемы моргания dig_blink 802. Цифровая подсистема моргания dig_blink 802 может быть под управлением ведущей машины состояний dig_master 804 и может быть приспособлена для приема тактовых сигналов от тактового генератора 806 clkgen внешнего по отношению к цифровому системному контроллеру 800. Цифровая подсистема моргания dig_blink 802 может быть адаптирована для обеспечения контрольных сигналов и приема сигналов от подсистемы фотодетектирования, как описано выше. Цифровая подсистема моргания dig_blink 802 может включать цифровое логическое условие и цифровое логическое определение, как описано выше, в дополнение к машине состояний для контроля последовательности операций в алгоритме обнаружения мигания. Цифровая подсистемы моргания dig_blink 802 может быть адаптирована для получения разрешающего сигнала от ведущей машины состояний 804 и обеспечить завершение или сделать индикацию и обратную индикацию определения моргания к ведущей машине состояний 804.

Фиг. 9 представляет временные диаграммы, фиг. 9A-9G, чтобы проиллюстрировать работу схемы порога генерации и автоматической регулировки усиления (фиг. 5). На фиг. 9а показан пример фототока от времени, которое может быть предоставлено фотодиодом в ответ на различные уровни освещения. В первой части графика, уровень освещенности и результат фототока являются относительно низкими по сравнению со второй частью графика. В первой и второй частях графика двойного моргания видно, уменьшение света и фототока. Обратите внимание, что ослабление света веком не может быть 100 (сто) процентным, но будет более низкого значения в зависимости от пропускающих способностей века, длин волн света, падающего на глаз. Фиг. 9 В иллюстрирует adc_data_held значение, полученное в ответ на временную диаграмму фототока на фиг. 9А. Для упрощения, значение adc_data_held показано как непрерывный аналоговый сигнал, а не ряд дискретных цифровых дискретизаций. Следует иметь в виду, что цифровые значения дискретизации будут соответствовать уровню, показанному на фиг. 9 В в соответствующий интервал дискретизации. Пунктирными линиями в верхней и нижней части графика указаны максимальные и минимальные значения сигналов adc_data и adc_data_held. Диапазон значений между минимумом и максимумом также известен как динамический диапазон сигнала adc_data. Как будет показано ниже, путь усиления сигнала фотодетектирования отличен (нижний) во второй части графика. В целом значение adc_data_held прямо пропорционально фототоку, а изменения усиления влияют только на отношение или коэффициент пропорциональности. Фиг. 9С иллюстрирует pd_pk, pd__vl и pd_th_mid значения, рассчитанные в ответ на adc_data_held значения на схеме порога генерации. Фиг. 9D иллюстрирует pd_pk, pd_vl и pd_th_pk значения, рассчитанные в ответ на adc_data_held значения в некоторых типовых вариантах осуществления схемы порога генерации. Заметим, что значение pd_th_pk всегда частично пропорционально значению pd_pk. Фиг. 9Е иллюстрирует значение adc_data_held с pd_th_mid и pd_th_pk значениями. Обратите внимание, что в течение длительных периодов времени, когда значение adc_data_held является относительной постоянной, значение pd_th_mid становится равным значению распада adc_data_held, как pd_vl на том же уровне. Значение pd_th_jpk всегда будет немного ниже значения adc_data_held. Также на фиг. 9Е показан выбор pd_th, где значение pd_th выбирается так, чтобы быть наименьшим из pd_th_pk и pd_th_mid. В этом случае порог всегда устанавливается в некотором интервале от значения pd_pk, во избежание ложных переходов из-за шума на pd_data на фототок и adc_data удержанные сигналы. Фиг. 9F иллюстрирует значение pd_data, созданное сравнением значения adc_data_held с pd_th значением. Обратите внимание, что сигнал pd_data является двузначным сигналом, который является низким, во время моргания. Фиг. 9G иллюстрирует значение tia_gain от времени для примера этих временных диаграмм. Значение tia_gain установлено ниже, когда pd_th начинает превышать показанный высокий порог, как agc_pk_th на фиг. 9Е. Следует отметить, что подобная ситуация возникает для повышения tia_gain, когда pd_th начинает падать ниже нижнего порога. Если вернуться ко второй части каждой из фигур 9А и 9Е, понятно влияние нижнего tia_gain. В частности, обратите внимание, что значение adc_data_held сохранено вблизи середины динамического диапазона adc_data и adc_data_held сигналов. Кроме того, важно отметить, что pd_pk и pd_vl значения обновляются в соответствии с изменениями коэффициента усиления, как описано выше, так чтобы избежать разрывов, в пиковом детекторе и детекторе "долин", состояния и значения связаны исключительно с изменениями в пути усиления сигнала фотодетектирования.

Фиг. 10 иллюстрирует типовые функции светоизоляции и прохождения света, на интегрированном кристалле ИС 1000. Интегрированный кристалл ИС 1000 содержит светопропускную область 1002, светоизолированную область 1004, контактные площадки 1006, пассивационные размыкания 1008, и светоизолирующие слои размыканий 1010. Светопропускная область 1002 расположена над фотодатчиками (не показано), например, участок фотодиодов реализован в полупроводниковых процессах. В предпочтительном типовом варианте осуществления, область светопропускания 1002 разрешает столько света, сколько возможно, чтобы достичь фотодатчиков и тем самым увеличить чувствительность. Это может быть сделано путем устранения полисиликона, металла, оксида, нитрида, полиимида, и других слоев выше фоторецепторов, как это допускает полупроводниковый процесс, используемый для изготовления или пост-обработки. Площадь светопропускания 1002 может также получить другую специальную обработку для оптимизации обнаружения света, например, антибликовое покрытие, фильтр и/или диффузор. Область светоизоляции 1004 может охватывать и другие схемы на кристалле, которые не требуют освещенности. Выполнение других схем может быть понижено фототоками путем, например, переключением напряжения смещений и генератора частот в ультранизкий ток, необходимый для включения в контактные линзы, как отмечалось ранее. Область светоизоляции 1004 формируется преимущественно из тонкого, непрозрачного, отражающего материала, например, алюминия или меди, уже используемых в основной и последующей обработке полупроводниковых пластин. Если осуществляемый вариант выполнен из металла, материал, образующий область светоизоляции 1004, должен быть изолирован от схем и контактных площадок 1006 для предотвращения короткого замыкания. Такая изоляция может быть предоставлена пассивацией, уже присутствующей, на кристалле как часть обычной пассивации пластины, например, оксида, нитрида и/или полиимида, или с другими диэлектрическими добавлениями во время пост-обработки. Маскировка разрешает светоизолированный слой отверстий 1010, так что проводящий светоизоляцию металл не перекрывает контактные площадки на кристалле. Светоизолирующая область 1004 покрыта дополнительным диэлектриком или пассивацией для защиты кристалла и во избежание короткого замыкания во время присоединения кристалла. Эта последняя пассивация имеет пассивационные отверстия 1008, чтобы позволить подключение к контактным площадкам 1006.

Фиг. 11 иллюстрирует типовую контактную линзу с электронной вставкой, включающей в себя систему определения моргания в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Контактная линза 1100 содержит часть из мягкого пластика 1102, которая содержит электронные вставки 1104. Эта вставка 1104 содержит линзу 1106, которая активируется с помощью электроники, например, ближняя или дальняя фокусировка в зависимости от активации. Микросхема 1108 крепится на вставку 1104 и подключается к батарее 1110, линзе 1106, и другим компонентам, необходимым для системы. Интегральная схема 1108 содержит фотодатчик 1112 и связанную схему пути сигнала фотодетектора. Фотодатчик 1112 развернут наружу к вставке линзы и обратно от глаза, и, таким образом, может принимать окружающий свет. Фотодатчик 1112 может быть реализован на интегральных схемах 1108 (как показано), например, как один фотодиод или группа фотодиодов. Фотодатчик 1112 также может быть реализован в виде отдельного устройства, установленного на вставке 1104, и связан с электропроводкой 1114. Когда веко закрывается, вставка линзы 1104, включая фотодетектор 1112, покрыта, тем самым снижен уровень света, падающий на фотодетектор 1112. Фотодетектор 1112 может измерять окружающий свет, чтобы распознать, моргает пользователь или нет.

Дополнительные варианты осуществления алгоритма определения моргания могут позволить больше вариаций продолжительности и интервала последовательности моргания, например, временем начала второго моргания на основе измеренного времени окончания первого моргания, а не с помощью фиксированного шаблона или путем расширения маски "безразличное состояние" интервалов (0 значения).

Следует отметить, что алгоритм определения моргания может быть реализован цифровой логикой или программным обеспечением, работающим на микропроцессоре. Логика алгоритма или микропроцессора может быть реализована одной специализированной интегральной схемой, ASIC, схемой пути сигнала фотодетектирования и системным контроллером или он может быть разделен на более чем одну интегральную схему.

Важно отметить, что система моргания настоящего изобретения имеет более широкое применение, чем диагностика зрения, коррекция зрения и улучшение зрения. Эти широкие применения включают использование определения моргания, чтобы контролировать широкий спектр функциональных возможностей для лиц с ограниченными физическими возможностями. Определение моргания может быть установлено на включение глазом или выключение глазом.

В соответствии с другим вариантом осуществления, настоящее изобретение направлено на электрическую или электронную офтальмологическую линзу с задним датчиком диаметра зрачка. Размер зрачков и их изменения, а именно, расширение и сужение, могут быть использованы для управления одним или несколькими аспектами электронной контактной линзы или контактной линзы с электропитанием. Иными словами, выходные сигналы от датчика зрачка могут быть введены в систему контроллера, который в свою очередь принимает конкретные действия, основанные на входе и выходе сигнала на исполнительное средство для выполнения конкретных функций. Кроме того, определенная информация может быть использована для оценки медицинских состояний.

Радужная оболочка - перегородка между передней и задней полостями глаза. Радужная оболочка формируется из двух мышц, которые регулируют центральное отверстие, обычно называемое зрачок. Как и в затвор фотоаппарата, зрачок, через действия двух мышц, регулирует количество света, попадающего в глаз. Размер зрачка зависит от возраста, цвета радужной оболочки, и рефракционной аномалии, если такая есть; однако, ряд других факторов может повлиять на размер зрачков в любой момент времени.

Зрачки могут стать расширенными от использования определенных средств, например, циклоплегического средства, такого как атропин. Зрачки могут стать расширенными в результате паралича глазодвигательного нерва. Зрачок может быть расширен и зафиксирован, чтобы управлять световой стимуляцией и содружественной зрачковой стимуляцией после острой глаукомы. С другой стороны, зрачки могут стать суженными от использования препаратов от глаукомы, таких как пилокарпин. Другие препараты, например, морфин, вызывают сужение зрачков. Кроме того, определенные условия, например, ирит, прерывание симпатических проводящих путей глаза и раздражающие поражения роговицы также могут вызвать причину сужения зрачков. Гиппус нерегулярное расширение и сужение зрачков является спазотическим, ритмичным, но и может свидетельствовать о ряде состояний.

Внешние психические воздействия, включая удивление, страх и боль также вызывают расширение зрачков. Тусклый свет заставляет зрачки расширяться, в то время как яркий свет приводит к сужению. Кроме того, когда человек фокусируется на ближайшем объекте, например, чтении книги, зрачки немного сходятся и сужаются, что обычно называют адаптивным рефлексом. Соответственно, поскольку определенные факторы, как известно, вызывают конкретные реакции зрачка у здоровых глаз, определение реакции зрачков может быть использовано в качестве средств управления. Например, если сужение зрачка определено отдельно или в сочетании с конвергенцией, то система управления может посылать сигнал на исполнительное средство для изменения состояния переменной оптической мощности, включенной в контактную линзу с электропитанием.

Обратимся теперь к фиг. 12, иллюстрирующей контактную линзу с электропитанием и датчиком диаметра зрачка. Контактная линза 1200 позиционируется на человеческий глаз 1201. Радужная оболочка глаза 1201 показана в двух уровнях диаметра, суженная 1203 и расширенная 1205. Контактная линза 1200 охватывает часть глаза 1201, в том числе радужную оболочку. Контактная линза 1200 содержит первый типовой датчик диаметра зрачка 1202 и электронный компонент 1204. Контактная линза 1200 может включать другие устройства, не показаны.

Типовой датчик диаметра зрачка 1202 предпочтительно расположен в контактной линзе 1200 над радужной оболочкой. Как показано на фигуре, датчик диаметра зрачка 1202 представляет собой тонкую полоску, охватывающую все возможные диаметры зрачка, которая позволяет обнаружить все уровни диаметра зрачка. Если реализован в виде полосы, так как в этом типовом варианте осуществления, полоса предпочтительно тонкая и прозрачная, чтобы не нарушать свет, падающий на глаз 1201. В одном варианте, датчик диаметра зрачка 1202 содержит группу фотодетекторов обратных или внутренних к радужной оболочке. В зависимости от диаметра зрачка, датчики на различных расстояниях от центра радужной оболочки будут обнаруживать различно отраженный свет. Например, когда радужная оболочка расширена, большинство датчиков может обнаружить мало света из-за большого, темного зрачка. И наоборот, когда радужная оболочка сужена, большинство датчиков может обнаружить светлый участок из-за отражения от радужной оболочки. Следует иметь в виду, что для такого датчика, уровень окружающего освещения и цвет радужной оболочки должны быть рассмотрены в проектировании системы, например, пользовательским программированием и/или калибровкой. Такой датчик окружающего света должен быть реализован как фронтальный фотодатчик в дополнение к заднему датчику диаметра зрачка 1202. Чтобы свести к минимуму нарушение зрительной зоны в передней части глаза, в типовом варианте осуществления, датчик диаметра зрачка 1202 может быть реализован с использованием прозрачных проводников, таких как оксид индия-олова и маленьких, тонких силиконовых фотоэлементов.

В альтернативном типовом варианте осуществления, датчик диаметра зрачка 1202 может быть реализован как группа датчиков, расположенных вокруг радужной оболочки, чтобы максимизировать охват, а не только линейную полосу. Следует иметь в виду, что другие физические конфигурации возможны для достижения максимальной производительности, стоимости, комфорта, принятия, и других показателей.

Датчик диаметра зрачка 1202 может быть интегрирован с другой электроникой, может функционировать сам по себе, или может подключиться к другому устройству, такому как контроллер электронных компонентов 1204. В этом типовом варианте осуществления, системный контроллер дискретизаций датчика диаметра зрачка 1202, в зависимости от результата от датчика диаметра зрачка 1202, может активировать другой компонент в системе (не показано). Например, контроллер может активировать переменный фокус линзы. Источник питания (не показан) подает ток на датчик диаметра зрачка 1202, контроллер и другие компоненты электронной офтальмологической системы. Более подробное описание приведено ниже.

Такая система может потребовать не только детекторы, такие как проиллюстрированы и описаны, но и излучатели (не показано). Такие излучатели могут, например, включать светодиоды, соответствующие фотосенсорам датчика диаметра зрачка 1202. С другой стороны, эмиттеры могут содержать пьезоэлектрические ультразвуковые преобразователи, соединенные с ультразвуковыми приемниками в датчике диаметр зрачка 1202. В еще одном типовом варианте осуществления датчики и эмиттеры могут создавать сопротивление системы определения, например, путем передачи слаботочных сигналов через глаз и измерения изменений напряжения на глаза.

На фиг. 13 показана контактная линза с альтернативным типовым датчиком диаметра зрачка. Контактная линза 1300 позиционируется на глаз 1301 человека. Радужная оболочка глаза 1301 показана в двух уровнях диаметра, суженные 1303 и расширенные 1305. Контактная линза 1300 охватывает часть глаза 1301, в том числе радужную оболочку. Вместо полосы или группы детекторов частично покрывающих зрачок, как описано выше и показано на фиг. 12, система позиций датчика или датчиков диаметра зрачка 1302 на фиг. 13 за пределами максимального диаметра зрачка 1305, но все еще внутри контактной линзы 1300. Эта конфигурация выгодна, потому что не препятствует оптической зоне проходить через датчик диаметра зрачка 1302. Датчик или датчики диаметра зрачка 1302 могут, например, представлять собой одно- или многооборотную рамочную антенну. Такая антенна может принимать электромагнитное излучение от глаза, как мышцы, контролирующие сжатие и расслабление радужной оболочки. Как хорошо известно в данной области техники, мышечная и нервная деятельность глаза может быть определена путем внесения изменений в электромагнитное излучение, например, контактными электродами, емкостными датчиками и антеннами. Таким образом, датчик диаметра зрачка может быть реализован на основе мышечного датчика. Датчик диаметр зрачка 1302 также может быть реализован в виде одного или нескольких контактных или емкостных электродов, предназначенных для измерения сопротивления глаза. Как и в других предлагаемых системах, которые используют изменение сопротивления, чтобы распознать цилиарную активность мышц в глазу и, следовательно, желать изменить фокусное положение, сопротивление может быть использовано для обнаружения изменений в диаметре зрачка. Например, сопротивление, измеренное через радужную оболочку и зрачок, может существенно измениться в зависимости от диаметра зрачка. Датчик диаметра зрачка 1302, помещенный в соответствующее место на глаз и правильно подключенный к глазу, может обнаружить эти изменения сопротивления и, следовательно, диаметр зрачка. Контактная линза 1300 может также включать в себя электронные компоненты 1304, как описано выше.

Фиг. 14 иллюстрирует пример электронной системы 1400 для управления датчиками диаметра зрачка, как показано на фиг. 12 и 13, получая от них информацию, а также изменяя состояние исполнительного средства. Датчик диаметра зрачка 1402 содержит один или несколько датчиков диаметра зрачка, как описано ранее, например, фотодатчики, антенны, или датчики сопротивления. В этом иллюстрированном типовом варианте осуществления, любые излучатели, необходимые для осуществления или повышения эффективности датчиков, включены в элемент 14 02 для упрощения. Элемент 1402 может содержать группу датчиков, или группу блоков датчиков, таких как 1402, может быть реализован в различных технологиях и классификациях датчика. Элемент 1404 представляет собой интерфейс между датчиком 1402 и цифровым контроллером системы 1406. Показанная одним элементом 14 04 для упрощения, эта часть системы отвечает за активацию датчика 1402, получение информации от него, преобразование из аналогового в цифровой, усиление, фильтрацию, обработку и любые другие необходимые функции. Это может включать в себя один или несколько мультиплексоров, операционных усилителей, дифференциальных усилителей, трансимпедансных усилителей, аналого-цифровых преобразователей (АЦП), цифровых обработчиков сигналов (ЦОС), фильтров и других устройств, как известно, в области обработки сигналов. Выход элемента состояния сигнала 14 04 содержит датчик данных, которые вводятся в системный контроллер 1406. Системный контроллер 14 06 считает входы от датчиков диаметра зрачка 1402 и определяет, является ли изменение состояния необходимым для исполнительного средства 1408. Это исполнительное средство 1408 может служить любой из ряда функций, например, изменению состояния переменной фокусировки линзы или передачи фильтра в передней части глаза. Системный контроллер 1406 может учитывать входы от множества датчиков 1402 и может управлять множеством исполнительных средств 1408. Трансивер 1410 может быть включен в систему для передачи данных и/или получать данные с внешних устройств, например, второй контактной линзы, установленной на соседнем глазе, линз для очков, смартфона или другого устройства. Такое общение происходит через антенну 1412, возможно, электромагнитную антенну или светоизлучающий диод/фотодиод комбинацию датчика. Источник питания 1414, который может включать в себя батарею или устройство сбора энергии, питающий систему.

Важно отметить, что связь с устройством на другом глазу, а также внешними линзами и датчиками может быть предпочтительна, чтобы исключить определенные условия, которые могут выступать ложным триггером для действия. Например, если только один зрачок расширен, это может указывать на проблему, а не просто низкую освещенность.

В соответствии с одним типовым вариантом осуществления, цифровая система связи содержит ряд элементов, которые при осуществлении могут принимать любую форму. Цифровые системы связи, как правило, содержат источник данных, исходный кодер, канальный кодер, цифровой модулятор, канал, цифровой демодулятор, канальный декодер и исходный декодер.

Источник данных может включать в себя любое устройство, которое генерирует информацию и/или данные, которые необходимы для другого устройства или системы. Источник может быть аналоговым или цифровым. Если источник аналоговый, его выходной сигнал преобразуется в цифровой сигнал, содержащий двоичную строку. Исходный кодер реализует процесс эффективного преобразования сигнала от источника в последовательность двоичных символов. Информация от исходного кодера переходит в канальный кодер, где избыточность вводится в последовательность двоичных данных. Эта избыточность может быть использована приемником для преодоления последствий шумов, помех и т.п., встречающихся на канале. Двоичная последовательность затем передается в цифровой модулятор, который в свою очередь преобразует последовательность в аналоговые электрические сигналы для передачи по каналу. По сути, цифровой модулятор карт двоичных последовательностей в формы сигнала или символы. Каждый символ может представлять значение одного или более бит. Цифровой модулятор может модулировать фазу, частоту или амплитуду, несущую сигнал высокой частоты, подходящий для передачи по каналу или через канал. Канал является средством, с помощью которого сигналы распространяются, и канал может внести помехи или другие повреждения сигналов. В случае системы беспроводной связи, канал - это атмосфера. Цифровой демодулятор принимает канально-поврежденный сигнал, обрабатывает его и уменьшает сигнал до последовательности чисел, которые представляют, насколько это возможно, передаваемые символы данных. Декодер восстанавливает исходную последовательность информации, для знания кода используются канальный кодер и избыточности в полученных данных. Исходные данные декодера для декодирования - последовательность знания алгоритма кодирования, в котором их выход является представлением сигнала источника информации.

Важно отметить, что описанные выше элементы могут быть реализованы в аппаратных средствах, в программном обеспечении или в комбинации аппаратного и программного обеспечения. Кроме того, канал связи может содержать любой тип канала, включая проводной и беспроводной. Беспроводной канал может быть сконфигурирован для электромагнитных сигналов высокой частоты, электромагнитных сигналов низкой частоты, видимых световых сигналов и инфракрасных световых сигналов.

Фиг. 15 иллюстрирует окружающий свет 1502 и график диаметра зрачка 1504 в зависимости от времени на оси х, иллюстрирующей, как различия между этими двумя измеряемыми величинами могут быть использованы для активации электронного офтальмологического устройства, такого как контактная линза. В течение первого временного периода 1501, уровень внешней освещенности 1502 увеличивается, а диаметр зрачка 1504 уменьшается. Окружающий свет и диаметр зрачка может быть определен, как описано ранее, например, фронтальным фотодиодом и задним датчиком сопротивления, соответственно. Как это обычно бывает, когда окружающий свет увеличивается, в период времени 1501 диаметр зрачка уменьшается. Это обычная реакция, которая возникает для поддержания относительно постоянной интенсивности света на сетчатке за счет уменьшения апертуры радужной оболочки. В период времени 1503 уровень внешней освещенности 1502 продолжает увеличиваться, затем выравнивается. Тем не менее, диаметр зрачка 1504 сужается быстрее, чем в предыдущий период времени. Это не классическая корреляция между окружающим светом и диаметром зрачка. Эта реакция может быть вызвана малым углом ответа зрачка, возможно, что книга держится на близком расстоянии, по отношению к датчику окружающего освещения. Таким образом, изменение диаметра зрачка соответствует определенному и использованному для активации функции электронному офтальмологическому устройству. В период времени 1505, окружающее освещение 1502 продолжает становиться ровным, однако диаметр зрачка 1504 расширяется или увеличивается. Опять же, это может быть вызвано конкретным ответом в глазу, например, аккомодационным рефлексом. В период времени 1507 есть разница между уровнем освещенности 1502, начального уровня, которая затем уменьшается, а диаметр зрачка 1504, остается тем же. Опять же, это может быть использовано для обнаружения определенных ответов в глазу и вызвать изменения в работе электронного офтальмологического устройства. Наконец, в период времени 1509 классический ответ аналогичен показанному во временном периоде 1501. Когда уровень окружающего освещения 1502 уменьшается, диаметр зрачка 1504 расширяется, чтобы впустить больше света.

Активность блока преобразования сигнала и системного контроллера (1404 и 1406 на фиг. 14 соответственно) зависят от имеющихся входов датчика, окружающей среды, и реакций пользователя, например, уровня окружающего освещения и диаметра зрачка, как показано на фиг. 15. Входы, реакции и решения пороговых значений могут быть определены путем одного или более офтальмологических исследований, предварительным программированием, тренингом и адаптивными/обучающими алгоритмами. Например, общие характеристики расширения зрачков от окружающего света могут быть хорошо описаны в литературе, применимы к широкому контингенту пользователей, и запрограммированы в системном контроллере 1406. Тем не менее, индивидуальные отклонения от общей ожидаемой реакции, например, отклонения, показанные в периоды времени 1503, 1505 и 1507 фиг. 15, могут быть записаны в обучающем курсе или части адаптивного/обучающего алгоритма, который продолжает улучшение выходного сигнала в работе офтальмологического электронного устройства. В одном типовом варианте осуществления, пользователь может обучать устройство с помощью карманного брелока, который взаимодействует с устройством, когда пользователю необходим ближний фокус. Алгоритм обучения в устройстве может затем ссылаться на входные датчики в памяти до и после сигнала брелока для уточнения внутренних алгоритмов решения. Этот период обучения может длиться один день, после чего устройство будет работать автономно только с входными датчиками и не требовать брелок.

Следует иметь в виду, что диаметр зрачка сам по себе может быть использован, чтобы вызвать изменения в электронной офтальмологической линзе, например, увеличение или уменьшение передачи с регулируемого исполнительного средства линзы в передней части глаза, или диаметра зрачка, возможно, в сочетании с одним или более другими входами для изменения состояния электронного офтальмологического устройства.

Следует также отметить, что устройство, использующее такой датчик, не может изменить состояние в порядке, видимом для пользователя; а устройство может просто регистрировать данные. Например, такой датчик может быть использован для определения, имеет ли пользователь правильный выходной сигнал радужной оболочки в течение дня или существует ли проблемное медицинское состояние.

В типовом варианте осуществления, электроника и внутрисхемные соединения, сделаны в периферийной зоне контактной линзы, а не в оптической зоне. В соответствии с альтернативным примерным вариантом, важно отметить, что позиционирование электроники не должно быть ограничено периферийной зоной контактной линзы. Все электронные компоненты, описанные здесь, могут быть изготовлены с использованием тонкопленочной технологии и/или прозрачных материалов. Если использованы эти технологии, электронные компоненты могут быть размещены в любом удобном месте, пока они совместимы с оптикой.

Хотя показано и описано то, что считается наиболее практичным и предпочтительным вариантом осуществления, очевидно, что отклонения от конкретной конструкции и описанные и показанные методы будут предложены специалистом в данной области и могут быть использованы без отхода от сущности и объема изобретения. Настоящее изобретение не ограничивается отдельными конструкциями, описанными и показанными в настоящем документе, но все его конструкции должны быть согласованы со всеми модификациями, которые могут входить в объем приложенной формулы изобретения.

Реферат

Изобретение относится к медицине. Офтальмологическая линза с электропитанием содержит контактную линзу, включающую оптическую зону и периферическую зону; и систему датчика диаметра зрачка, встроенную в контактную линзу для измерения диаметра зрачка. Система датчика диаметра зрачка содержит датчик с тонкой прозрачной полоской, установленной через оптическую зону таким образом, чтобы обеспечить распознавание полностью суженных и полностью расширенных зрачков, системный контроллер, функционально связанный с датчиком и сконфигурированный для определения диаметра зрачка и вывода сигнала управления, основанного на диаметре зрачка, источник электропитания и исполнительное средство, сконфигурированное для приема выходного сигнала управления и выполнения предварительно заданной функции. Применение данного изобретения обеспечивает повышение точности измерения диаметра зрачка. 7 з.п. ф-лы, 15 ил.

Формула