Устройство, система и способ отслеживания взгляда на основании фотодетектирования устройством, устанавливаемым на глаз - RU2653591C1
Код документа: RU2653591C1
Чертежи
Описание
Перекрестная ссылка на родственную заявку
[0001] По заявке испрашивается приоритет согласно 119 раздела 35 свода законов США предварительной заявки на патент США №62/012,005, поданной 13 июня 2014 г., полное содержание которой включено сюда путем ссылки.
Область техники, к которой относится изобретение
[0002] Настоящее раскрытие, в общем, относится к области оптики и, в частности, но не исключительно, к контактным линзам.
Уровень техники
[0003] Аккомодация - это процесс, с помощью которого глаз регулирует свое фокусное расстояние для наведения фокуса на объекты, расположенные на разном от человека расстоянии. Аккомодация представляет собой рефлекторное воздействие, но может также представлять собой сознательное регулирование. Управление аккомодацией осуществляется за счет сокращения ресничной мышцы. Ресничная мышца окружает эластичную линзу глаза и создает усилие, прикладываемое к эластичной линзе во время сокращений мышц, которые изменяют фокальную точку эластичной линзы.
[0004] Эффективность ресничной мышцы ухудшается с возрастом человека. Пресбиопия - это возрастное явление, обусловленное постепенным снижением аккомодативной или фокусирующей функции глаза, которое приводит к увеличению размытости изображения на близком расстоянии. Такое снижение аккомодативной функции с возрастом было хорошо изучено и является относительно стабильным и предсказуемым. В настоящее время пресбиопия затрагивает почти 1,7 миллиарда человек во всем мире (110 миллионов человек только в Соединенных Штатах), и это число, как ожидается, будет значительно увеличиваться в связи со старением населения мира.
[0005] Современные технологии позволили разработать различные устройства, которые применяются в или на глазе человека для того, чтобы помочь пользователю осуществлять визуальную фокусировку. Для некоторых типов этих устройств аккомодирующая линза включает в себя один или более элементов и схемных решений для подачи электрического сигнала с целью изменения фокусирующей силы одного или более элементов. Определение того, когда следует изменять такую фокусирующую силу, часто основывается на направлении взгляда пользователя оптического устройства. Так как возможности оптических устройств, способных к аккомодации, продолжают увеличиваться, ожидается, что для того, чтобы обеспечить точное отслеживание направления взгляда пользователя, спрос на такие оптические устройства будет увеличиваться.
Краткое описание чертежей
[0006] Различные варианты осуществления настоящего изобретения проиллюстрированы посредством примера, а не посредством ограничения, фигурами сопроводительных чертежей, на которых:
[0007] фиг.1 - функциональная блок-схема устройства, устанавливаемого на глаз, с отслеживанием взгляда для автоаккомодации совместно с внешним считывающим устройством в соответствии с вариантом осуществления раскрытия;
[0008] фиг.2А - вид сверху устройства, устанавливаемого на глаз, в соответствии с вариантом осуществления раскрытия;
[0009] фиг.2B - перспективный вид устройства, устанавливаемого на глаз, в соответствии с вариантом осуществления раскрытия;
[0010] фиг.3А и 3B - иллюстрируют общую работу механизма обнаружения взгляда в соответствии с вариантом осуществления раскрытия;
[0011] фиг.4 - блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая процесс отслеживания взгляда, основанный на фотодетектировании, в соответствии с вариантом осуществления раскрытия;
[0012] фиг.5А и 5B - функциональные блок-схемы соответствующих систем датчиков для устройства, устанавливаемого на глаз, каждая из которых соответствует соответствующему варианту осуществления раскрытия;
[0013] фиг.6А и 6B иллюстрируют различные размещения фотодетектора на устройстве, устанавливаемом на глаз, для системы отслеживания взгляда, каждое из которых соответствует соответствующему варианту осуществления раскрытия;
[0014] фиг.7А и 7B - принципиальные схемы, иллюстрирующие соответствующие схемы детектирования системы отслеживания взгляда, каждая из которых соответствует соответствующему варианту осуществления раскрытия;
[0015] фиг.7C - график, иллюстрирующий профиль световой чувствительности схемы детектирования для системы отслеживания взгляда согласно варианту осуществления раскрытия;
[0016] фиг.8А - принципиальная схема, иллюстрирующая детектор системы отслеживания взгляда согласно варианту осуществления раскрытия; и
[0017] фиг.8B - график, иллюстрирующий различные выходные сигналы схемой детектирования для системы отслеживания взгляда согласно варианту осуществления раскрытия.
Подробное описание изобретения
[0018] Ниже описаны варианты осуществления устройства, системы и способов работы контактной линзы с отслеживанием взгляда, основанным на фотодетектировании. В приведенном ниже описании многочисленные конкретные детали изложены для обеспечения полного понимания вариантов осуществления. Однако специалистам в данной области техники будет понятно, что технологии, описанные в данном документе, можно осуществить на практике без одной или более конкретных деталей или с помощью других способов, компонентов, материалов и т.д. В других случаях хорошо известные конструкции, материалы или операции не показаны или не описаны подробно во избежание излишнего усложнения некоторых аспектов.
[0019] Ссылка, используемая на всем протяжении данного описания, на "один вариант осуществления" или "вариант осуществления" означает, что конкретный признак, конструкция или характеристика, описанная в связи с вариантом осуществления, включена по меньшей мере в один вариант осуществления настоящего изобретения. Таким образом, появление фраз "в одном варианте осуществления" или "в варианте осуществления" в различных местах на всем протяжении данного описания не обязательно относится к одному и тому же варианту осуществления изобретения. Кроме того, конкретные признаки, конструкции или характеристики можно объединить любым подходящим образом в одном или нескольких вариантах осуществления.
[0020] В данном документе описана интеллектуальная контактная линза или другое устройство, устанавливаемое на глаз, которое включает в себя схему обнаружения взгляда и логическую схему для идентификации направления или фокусного расстояния взгляда пользователя и использования этой информации, например, для управления с обратной связью в реальном времени исполнительного механизма аккомодации. Варианты осуществления устройства, устанавливаемого на глаз, могут включать в себя схему источника питания, электронику управления, исполнительный механизм аккомодации, систему оптических датчиков и антенну, которые все вместе встроены в материал оболочки, сформированный с возможностью контактной установки на глаз. Управляющая электроника подключена для контроля системы оптических датчиков для идентификации направления взгляда/фокусного расстояния, управления исполнительным механизмом аккомодации с целью управления оптической силой устройства, устанавливаемого на глаз, и обеспечения беспроводной связи с внешним считывающим устройством. В некоторых вариантах осуществления источник питания может включать в себя схему зарядки для управления индуктивной беспроводной зарядкой встроенного аккумулятора.
[0021] Материал оболочки можно изготовить из разнообразных материалов, совместимых для прямого контакта с глазом человека, таких как полимерный материал, гидрогель, PMMA, полимеры на основе силикона (например, фтор-силикон-акрилат) или другие материалы. Материал оболочки может принимать форму круглой линзы с вогнутым искривлением, выполненным с возможностью установки на поверхность роговицы глаза. Электроника может располагаться на подложке, встроенной в материал оболочки вблизи ее периферии, во избежание интерференции падающего света, принимаемого ближе к центральной области роговицы. Система оптических датчиков может размещаться на подложке, обращенной наружу в направлении век для того, чтобы обнаружить направление взгляда/фокусного расстояния на основании величины и положения прикрытия век над системой оптических датчиков. Так как веки прикрывают различные участки системы оптических датчиков, изменяется воздействие на них окружающего света окружающей среды, которое можно измерить для того, чтобы определить направление взгляда и/или фокусного расстояния.
[0022] В некоторых вариантах осуществления информацию о направлении взгляда/фокусном расстоянии можно затем использовать для определения величины аккомодации, которая будет использоваться прозрачным исполнительным механизмом аккомодации, расположенным в центральной части материала оболочки. Исполнительный механизм аккомодации соединен с контроллером, который будет осуществлять электрическое управление им. Например, исполнительный механизм аккомодации можно реализовать с помощью жидкокристаллической ячейки, которая изменяет свой коэффициент преломления в ответ на прикладываемый электрический сигнал смещения. В других вариантах осуществления исполнительный механизм аккомодации можно реализовать, используя другие типы электроактивных оптических материалов, таких как электрооптические материалы, которые изменяют свой коэффициент преломления в присутствии приложенного электрического поля, или электромеханические структуры, которые изменяют форму деформируемой линзы. Другие примерные конструкции, которые можно использовать для реализации исполнительного механизма аккомодации, включают в себя электросмачиваемую оптику, микроэлектромеханические системы или другие.
[0023] Некоторые варианты осуществления обеспечивают повышенную точность обнаружения взгляда во время любого из множества уровней окружающего освещения. Предполагается, что в течение обычного дня человек ощущает различные уровни восприятия окружающего света, которые изменяются по величине, например, на четыре или пять порядков. Согласно различным вариантам осуществления аккомодация к самым различным условиям освещения осуществляется с помощью одной фотодетекторной схемы EMD для настройки смещения, коэффициента усиления или другой рабочей характеристики другой фотодетекторной схемы EMD.
[0024] На фиг.1 показана функциональная блок-схема устройства 100, устанавливаемого на глаз, с отслеживанием взгляда для автоаккомодации совместно с внешним считывающим устройством 105 в соответствии с вариантом осуществления раскрытия. Открытый участок устройства 100, устанавливаемого на глаз, представляет собой материал 110 оболочки, сформированный с возможностью контактной установки на поверхность роговицы глаза. Подложка 115 встроена в или окружена материалом 110 оболочки для обеспечения монтажной поверхности для источника 120 питания, контроллера 125, исполнительного механизма 130 аккомодации, системы 135 датчиков, антенны 140 и различных межсоединений 145 и 150. Иллюстрированный вариант осуществления источника 120 питания включает в себя антенну 155, улавливающую энергию электромагнитных волн, схему 160 зарядки и аккумулятор 165. Иллюстрированный вариант осуществления контроллера 125 включает в себя логическую схему 170 управления, логическую схему 175 аккомодации и логическую схему 180 связи. Иллюстрированный вариант осуществления считывающего устройства 105 включает в себя процессор 182, антенну 184 и память 186. Иллюстрированный вариант осуществления памяти 186 включает в себя хранилище 188 данных и программные инструкции 190.
[0025] Контроллер 125 подсоединяется для приема сигналов управления с обратной связью из системы 135 датчиков и дополнительно подсоединяется для управления исполнительным механизмом 130 аккомодации. Источник 120 питания обеспечивает подачу питания рабочих напряжений в контроллер 125 и/или исполнительный механизм 130 аккомодации. Управление антенной 140 осуществляется с помощью контроллера 125 для передачи информации в и/или из устройства 100, устанавливаемого на глаз. В одном варианте осуществления антенна 140, контроллер 125, источник 120 питания и система 135 датчиков расположены все вместе на встроенной подложке 115. В одном варианте осуществления исполнительный механизм 130 аккомодации встроен в материал 110 оболочки, но не располагается на подложке 115. Так как устройство 100, устанавливаемое на глаз, включает в себя электронику и выполнено с возможностью контактной установки на глаз, в данном документе оно также упоминается как платформа для офтальмологической электроники, контактная линза или интеллектуальная контактная линза.
[0026] Для облегчения контактной установки материал 110 оболочки может иметь вогнутую поверхность, выполненную с возможностью прилипания ("установки") к увлажненной поверхности роговицы (например, за счет капиллярных сил, создаваемых слезной пленкой, покрывающей поверхность роговицы). Дополнительно или альтернативно, устройство 100, устанавливаемое на глаз, может прилипать за счет силы вакуумирования, действующей между поверхностью роговицы и материалом 110 оболочки, из-за вогнутого искривления. При установке вогнутой поверхностью к глазу поверхность, обращенная наружу, материала 110 оболочки может иметь выпуклое искривление, которое формируется для того, чтобы не мешать движению века при установке на глаз устройства 100, устанавливаемого на глаз. Например, материал 110 оболочки может представлять собой по существу прозрачный изогнутый диск с формой, аналогичной контактной линзе.
[0027] Материал 110 оболочки может включать в себя один или более биосовместимых материалов, например, которые применяются в контактных линзах или других офтальмологических приложениях, связанных с прямым контактом с поверхностью роговицы. Материал 110 оболочки можно опционально сформировать частично из таких биосовместимых материалов, или он может включать в себя наружное покрытие из таких биосовместимых материалов. Материал 110 оболочки может включать в себя материалы, выполненные с возможностью увлажнения поверхности роговицы, такие как гидрогель и т.п. В некоторых случаях материал 110 оболочки может представлять собой деформируемый ("нежесткий") материал для повышения удобства при ношении. В некоторых случаях материал 110 оболочки может иметь форму, обеспечивающую заданную оптическую силу для коррекции зрения, например, которую может обеспечить контактная линза. Материал оболочки можно изготовить из различных материалов, включая полимерный материал, гидрогель, PMMA, полимеры на основе силикона (например, фтор-силикон-акрилат) или другие материалы.
[0028] Подложка 115 включает в себя одну или несколько поверхностей, подходящих для монтажа системы 135 датчиков, контроллера 125, источника 120 питания и антенны 140. Подложку 115 можно одновременно использовать в качестве монтажной платформы для схемы на основе чипов (например, с помощью монтажа методом перевернутого кристалла) и/или в качестве платформы для нанесения рисунка из проводящих материалов (таких как золото, платина, палладий, титан, медь, алюминий, серебро, металлы, другие проводящие материалы, их комбинации и т.д.) для формирования электродов, межсоединений, антенн и т.д. В некоторых вариантах осуществления на подложку 115 можно нанести рисунок по существу из прозрачных проводящих материалов (таких как оксид индия и олова) для формирования цепей, электродов и т.д. Например, антенну 140 можно сформировать путем осаждения рисунка из золота или другого проводящего материала на подложку 115. Аналогичным образом, межсоединения 145 и 150 могут быть сформированы путем осаждения подходящих рисунков из проводящих материалов на подложку 115. Для нанесения рисунка из материалов на подложку 115 можно использовать комбинацию из резистов, масок и технологий осаждения. Подложку 115 можно выполнить из относительно жесткого материала, такого как полиэтилентерефталат ("PET"), или другого материала, обеспечивающего достаточно конструктивную опору для схемы и/или электроники в пределах материала 110 оболочки. Устройство 100, устанавливаемое на глаз, можно альтернативно разместить в виде группы несоединенных подложек, а не одной подложки. Например, контроллер 125 и источник 120 питания можно смонтировать на одной подложке, тогда как антенна 140 и система 135 датчиков монтируется на другой подложке, и эти две подложки могут быть электрически соединены через межсоединения.
[0029] В некоторых вариантах осуществления источник 120 питания и контроллер 125 (и подложку 115) можно расположить в стороне от центра устройства 100, устанавливаемого на глаз, и тем самым избежать интерференции при пропускании света в глаз через центр устройства 110, устанавливаемого на глаз. Для сравнения, исполнительный механизм 130 аккомодации можно расположить в центре, чтобы применить оптическую аккомодацию к свету, проходящему в глаз через центр устройства 110, устанавливаемого на глаз. Например, в том случае, когда устройство 100, устанавливаемое на глаз, имеет форму в виде вогнуто-изогнутого диска, подложку 115 можно встроить по периферии (например, вблизи внешней окружности) диска. В некоторых вариантах осуществления система 135 датчиков включает в себя два или более дискретных фотодетекторных датчиков, которые распределены для восприятия прикрытия века. Система 135 датчиков и/или подложка 115 может быть по существу прозрачной для падающего видимого света для того, чтобы уменьшить интерференцию при передаче света на глаз.
[0030] Подложка 115 может иметь форму в виде уплощенного кольца с радиальным размером по ширине, достаточным для оснащения монтажной платформы встроенными электронными компонентами. Подложка 115 может иметь достаточно маленькую толщину, которая позволяет встроить подложку в материал 110 оболочки без отрицательного влияния на профиль устройства 100, устанавливаемого на глаз. Подложка 115 может иметь достаточно большую толщину для того, чтобы обеспечить конструктивную стабильность, подходящую для поддержки электроники, смонтированной на ней. Например, подложка 115 может иметь форму в виде кольца с диаметром приблизительно 10 миллиметров, радиальной шириной приблизительно 1 миллиметр (например, с внешним радиусом, равным 1 миллиметру, который больше внутреннего радиуса) и толщиной приблизительно 50 микрометров. Если требуется, кривизна подложки 115 может совпадать с кривизной поверхности для установки на глаз устройства 100, устанавливаемого на глаз (например, подложка может иметь выпуклую поверхность). Например, подложка 115 может быть сформирована вдоль поверхности воображаемого конуса между двумя круговыми сегментами, которые ограничены внутренним радиусом и внешним радиусом. В таком примере поверхность подложки 115 вдоль поверхности воображаемого конуса образует наклоненную поверхность, кривизна которой приблизительно совпадает с кривизной поверхности для установки на глаз при таком радиусе.
[0031] В иллюстрированном варианте осуществления источник 120 питания включает в себя аккумулятор 165 для питания различной встроенной электроники, в том числе контроллера 125. Аккумулятор 165 может заряжаться индуктивным образом с помощью схемы 160 зарядки и антенны 155, улавливающей энергию электромагнитных волн. В одном варианте осуществления антенна 140 и антенна 155, улавливающая энергию электромагнитных волн, являются независимыми антеннами, которые выполняют свои соответствующие функции по аккумулированию энергии и поддержанию связи. В другом варианте осуществления антенна 155, улавливающая энергию электромагнитных волн, и антенна 140 являются одинаковыми физическими антеннами, которые обеспечивают соответствующие функции для одновременной или с разделением по времени индуктивной зарядки и поддержания беспроводной связи со считывающим устройством 105. Дополнительно или альтернативно, источник 120 питания может включать в себя солнечный элемент ("фотогальванический элемент") для захвата энергии из падающего ультрафиолетового, видимого и/или инфракрасного излучения. Кроме того, инерционная система извлечения энергии может быть включена в захват энергии из колебаний окружающей среды.
[0032] Схема 160 зарядки может включать в себя выпрямитель/регулятор для кондиционирования захваченной энергии для зарядки аккумулятора 165 или непосредственного питания контроллера 125 без аккумулятора 165. Схема 160 зарядки может также включать в себя одно или более устройств накопления энергии для того, чтобы уменьшить высокочастотные колебания, поступающие из антенны 155, улавливающей энергию электромагнитных волн. Например, одно или более устройств накопления энергии (например, конденсатор, катушку индуктивности и т.д.) можно соединить таким образом, чтобы они выполняли функцию фильтра низких частот.
[0033] Контроллер 125 содержит логическую схему для управления работой других встроенных компонентов. Логическая схема 170 управления управляет общей работой устройства 100, устанавливаемого на глаз, в том числе обеспечивая логический пользовательский интерфейс, функциональные возможности управления питанием и т.д. Логическая схема 175 аккомодации включает в себя логическую схему для контроля сигналов обратной связи, поступающих из системы 135 датчиков, определения текущего направления взгляда или фокусного расстояния пользователя и управления исполнительным механизмом 130 аккомодации в ответ на обеспечение соответствующей аккомодации. Используя обратную связь при отслеживании взгляда, можно осуществить в реальном времени автоаккомодацию, или под управлением пользователя можно осуществить выбор конкретных режимов аккомодации (например, аккомодации в ближней зоне для чтения, аккомодации в дальней зоне для обычной деятельности и т.д.). Логическая схема 180 связи предоставляет протоколы связи для беспроводной связи с помощью считывающего устройства 105 через антенну 140. В одном варианте осуществления логическая схема 180 связи обеспечивает связь за счет рассеяния назад излучения через антенну 140 при наличии электромагнитного поля 171, выходящего из считывающего устройства 105. В одном варианте осуществления логическая схема 180 связи действует как тег интеллектуальной беспроводной радиочастотной идентификации ("RFID"), который модулирует импеданс антенны 140 для беспроводной связи за счет рассеяния назад излучения. Различные логические модули контроллера 125 можно реализовать в виде программного обеспечения/программно-аппаратного обеспечения, исполняемого микропроцессором общего назначения, в виде аппаратных средств (например, в виде специализированной интегральной микросхемы) или их комбинации.
[0034] Устройство 100, устанавливаемое на глаз, может включать в себя различные другие встроенные электронные и логические модули. Например, в него можно включить источник света или пиксельную матрицу для предоставления визуальной обратной связи пользователю. Акселерометр или гироскоп можно включить для подачи информации об обратной связи по положению, вращению, направлению или ускорению в контроллер 125.
[0035] Следует отметить, что блок-схема, показанная на фиг.1, описана в связи с функциональными модулями для удобства описания, но не обязательно означает физическую организацию. Напротив, варианты осуществления устройства 100, устанавливаемого на глаз, можно выполнить с одним или более функциональными модулями ("подсистемами"), реализованными в виде одного чипа, многочисленных чипов, одной или более интегральных схем или в ином виде.
[0036] Внешнее считывающее устройство 105 включает в себя антенну 184 (или группу из более чем одной антенны) для передачи и приема беспроводных сигналов 171 в и из устройства 100, устанавливаемого на глаз. Внешнее считывающее устройство 105 также включает в себя вычислительную систему с процессором 182, обменивающимся данными с памятью 186. Память 186 представляет собой невременный машиночитаемый носитель, который может включать в себя, без ограничения, магнитные диски, оптические диски, органическую память и/или любые другие энергозависимые (например, RAM) или энергонезависимые (например, ROM) системы хранения, считываемые процессором 182. Память 186 может включать в себя хранилище 188 данных для хранения показаний данных, такие как журналы данных (например, журналы пользователей), настройки программы (например, для регулировки параметров устройства 100, устанавливаемого на глаз, и/или внешнего считывающего устройства 105) и т.д. Память 186 может включать в себя программные инструкции 190 для их исполнения процессором 182, которые предписывают внешнему считывающему устройству 105 выполнять процессы, заданные инструкциями 190. Например, программные инструкции 190 могут предписывать внешнему считывающему устройству 105 предоставлять пользовательский интерфейс, который позволяет извлекать информацию, переданную из устройства 100, устанавливаемого на глаз, или позволяет передавать информацию в устройство 100, устанавливаемое на глаз, для программирования или иного выбора режимов работы устройства 100, устанавливаемого на глаз. Внешнее считывающее устройство 105 может также включать в себя один или более компонентов аппаратных средств, обеспечивающих работу антенны 184 для передачи и приема беспроводных сигналов 171 в и из устройства 100, устанавливаемого на глаз.
[0037] Внешнее считывающее устройство 105 может быть смартфоном, цифровым помощником или другим портативным вычислительным устройством с беспроводным подключением, достаточным для обеспечения линии 171 беспроводной связи. Внешнее считывающее устройство 105 можно также реализовать в виде антенного модуля, который можно подключить к портативному вычислительному устройству, такому как в примере, где линия 171 связи работает на несущих частотах, обычно не используемых в портативных вычислительных устройствах. В некоторых случаях внешнее считывающее устройство 105 представляет собой устройство специального назначения, выполненное с возможностью ношения относительно близко к глазу человека, который его носит, для того, чтобы обеспечить работу линии 171 беспроводной связи с низким энергетическим потенциалом. Например, внешнее считывающее устройство 105 можно встроить в часть ювелирного украшения, такого ожерелье, сережка и т.д., или встроить в предмете одежды, который носят на голове, такой как шляпа, головная повязка и т.д.
[0038] На фиг.2А и 2B показаны два вида, иллюстрирующие устройство 200, устанавливаемое на глаз, в соответствии с вариантом осуществления раскрытия. На фиг.2А показан вид сверху устройства 200, устанавливаемого на глаз, тогда как на фиг.2B показан его перспективный вид. Устройство 200, устанавливаемое на глаз, представляет собой одну возможную реализацию устройства 100, устанавливаемого на глаз, иллюстрированного на фиг.1. Проиллюстрированный вариант осуществления устройства 200, устанавливаемого на глаз, включает в себя материал 210 оболочки, подложку 215, источник 220 питания, контроллер 225, исполнительный механизм 230 аккомодации, систему 235 датчиков и антенну 240. Следует иметь в виду, что фиг.2А и 2B не обязательно выполнены в масштабе, но проиллюстрированы в целях объяснения только при описании размещения примерного устройства 200, устанавливаемого на глаз.
[0039] Материал 210 оболочки устройства 200, устанавливаемого на глаз, имеет форму изогнутого диска. Материал 210 оболочки представляет собой по существу прозрачный материал, который позволяет падающему световому пучку проходить в глаз, в то время как устройство 200, устанавливаемое на глаз, устанавливается на глаз. Материал 210 оболочки является биосовместимым материалом, аналогично тому, который используется для формирования контактных линз для коррекции зрения и/или косметических контактных линз в оптометрии, таким как полимерный материал, полиэтилентерефталат ("PET"), полиметилметакрилат ("PMMA"), полигидроксиэтилметакрилат ("polyHEMA"), гидрогель, полимеры на основе кремния (например, фтор-силикон-акрилат), их комбинации или другой материал. Материал 210 оболочки можно сформировать с одной стороной, которая имеет вогнутую поверхность 211, подходящую для надевания на роговую поверхность глаза. Противоположная сторона диска может иметь выпуклую поверхность 212, которая не мешает движению века при установке устройства 200, устанавливаемого на глаз. В иллюстрированном варианте осуществления, круглая или овальная внешняя боковая кромка 213 соединяет вогнутую поверхность 211 и выпуклую поверхность 212.
[0040] Устройство 200, устанавливаемое на глаз, может иметь размеры, аналогичные размерам контактных линз для коррекции зрения и/или косметических контактных линз, например, диаметр, равный приблизительно 1 сантиметру, и толщину, равную от приблизительно 0,1 миллиметра до приблизительно 0,5 миллиметра. Однако значения диаметра и толщины представлены здесь исключительно в иллюстративных целях. В некоторых вариантах осуществления размеры устройства 200, устанавливаемого на глаз, можно выбрать в соответствии с размером и/или формой роговой поверхности глаза человека, который его носит. Материал 210 оболочки можно сформировать с изогнутой формой разнообразными способами. Например, для формирования материала 210 оболочки можно использовать технологии, аналогичные тем, которые используются для формирования контактных линз для коррекции зрения, например, термическую формовку, литье под давлением, центробежное литье и т.д.
[0041] Подложка 215 встроена в материал 210 оболочки. Подложку 215 можно встроить таким образом, чтобы она располагалась вдоль внешней периферии материала 210 оболочки в стороне от центральной области, где располагается исполнительный механизм 230 аккомодации. В иллюстрированном варианте осуществления подложка 215 окружает исполнительный механизм 230 аккомодации. Подложка 215 не мешает зрению, так как она находится слишком близко к глазу, чтобы находиться в фокусе и располагаться в стороне от центральной области, где падающий световой пучок передается на светочувствительные участки глаза. В некоторых вариантах осуществления подложку 215 можно при необходимости выполнить из прозрачного материала с целью, чтобы еще больше уменьшить эффекты, влияющие на зрительное восприятие. Подложка 215 может иметь форму в виде плоского, круглого кольца (например, диска с отверстием в центре). Плоская поверхность подложки 215 (например, вдоль радиальной ширины) представляет собой платформу для монтажа электроники или для нанесения рисунка из проводящих материалов с целью формирования электродов, антенны (антенн) и/или межсоединений.
[0042] Система 235 датчиков распределена по меньшей мере частично вокруг устройства 200, устанавливаемого на глаз, для измерения прикрытия века на основании фотодетектирования. Путем контроля величины и положения прикрытия века с помощью контроллера 225 можно измерить сигналы обратной связи, поступающие из системы 235 датчиков, для того, чтобы определить приблизительное направление взгляда и/или фокусное расстояние. Как показано на фиг.3А, устройство 200, устанавливаемое на глаз, расположено на роговице глаза, которая обращена прямо вперед. В этом положении веки 310 не прикрывают по меньшей мере два оптических датчика 305, которые оказываются под воздействием света. Контроллер 225 может определить, что роговая оболочка(роговица) глаза обращена прямо вперед, с помощью сигналов обратной связи от датчиков 305. В этом случае, контроллер 224 может определить, что глаза пользователя фокусируются в дальней зоне, и аккомодация регулируется соответствующим образом. Соответственно (смотри фиг.3B), если контроллер 225 определяет на основании величины и местоположений прикрытия веком 310 одного из датчиков 305, что роговица глаза обращена вниз и/или в сторону в направлении носа, то предполагается, что глаза пользователя фокусируются в ближней зоне (например, при чтении). В этом сценарии величина аккомодации, используемая исполнительным механизмом 230 аккомодации, должна соответствовать фокусному расстоянию в ближней зоне, связанному с процессом чтения.
[0043] Система 235 датчиков расположена в материале 210 оболочки на подложке 215. В иллюстрированном варианте осуществления система 235 датчиков распределена по периферии вокруг исполнительного механизма 230 аккомодации. В иллюстрированном варианте осуществления система 235 датчиков расположена вдоль внутренней кромки подложки 215 между антенной 240 и исполнительным механизмом 230 аккомодации. В других вариантах осуществления система 235 датчиков может быть частично или полностью распределена вдоль наружной кромки подложки 215 по периферии антенны 240. Система 235 датчиков может располагаться на задней стороне подложки 215, расположенной рядом с вогнутой поверхностью 211 или на передней стороне подложки 215, расположенной рядом с выпуклой поверхностью 212. Для реализации системы 235 датчиков можно использовать несколько ориентаций, группировок и распределений. В иллюстрированном варианте осуществления система 235 датчиков включает в себя множество дискретных фотодетекторных датчиков, распределенных на одном и том же расстоянии от центра материала 210 оболочки; однако различные реализации включают в себя фотодетекторы, расположенные на различных соответствующих расстояниях от такого центра. Некоторые реализации для механизма отслеживания взгляда, такого как механизм, включающий в себя систему 235 датчиков, подробно обсуждены ниже со ссылкой на фиг.6А, 6B.
[0044] Исполнительный механизм 230 аккомодации располагается по центру внутри материала 210 оболочки, чтобы оказывать воздействие на оптическую силу устройства 200, устанавливаемого на глаз, в центре зрения пользователя. В различных вариантах осуществления исполнительный механизм 230 аккомодации приводится в действие за счет изменения коэффициента преломления под управлением контроллера 225. При изменении собственного коэффициента преломления изменяется действительная оптическая сила изогнутых поверхностей устройства 200, устанавливаемого на глаз, тем самым осуществляя управляемую аккомодацию. Исполнительный механизм 230 аккомодации можно реализовать с использованием множества различных электроактивных оптических устройств. Например, исполнительный механизм 230 аккомодации можно реализовать, используя слой жидкого кристалла (например, жидкокристаллическую ячейку), расположенный в центре материала 210 оболочки. В других вариантах осуществления исполнительный механизм 230 аккомодации можно реализовать, используя другие типы электроактивных оптических материалов, таких как электрооптические материалы, которые изменяют коэффициент преломления в присутствии приложенного электрического поля. Исполнительный механизм 230 аккомодации может быть отдельным устройством, встроенным в материал 210 оболочки (например, жидкокристаллической ячейкой), или объемным материалом, имеющим регулируемый коэффициент преломления. В еще одном варианте осуществления исполнительный механизм 230 аккомодации можно реализовать, используя конструкцию деформируемой линзы, которая изменяет свою форму под действием электрического сигнала. Соответственно, управление оптической силой устройства 200, устанавливаемого на глаз, осуществляет контроллер 225 с использованием электрических сигналов, подаваемых через один или более электродов, продолжающихся от контроллера 225 до исполнительного механизма 230 аккомодации.
[0045] Исполнительный механизм 230 аккомодации можно реализовать, используя множество различных жидкокристаллических структур, включающих в себя нематический жидкий кристалл, скрученный нематический жидкий кристалл, холеристический жидкий кристалл или голубую фазу жидкого кристалла. Так как для структуры чипа малой мощности желательно иметь низкое напряжение переключения, подходящими являются нематические жидкие кристаллы с напряжениями переключения менее 5 В. При использовании управляющего сигнала с напряжением 5 В достигается переключение коэффициента преломления в диапазоне от приблизительно 1,74 в выключенном режиме до 1,52 во включенном режиме. Сдвиг коэффициента преломления 0,2 должен быть достаточным для обеспечения аккомодации в ближней зоне для чтения.
[0046] Возвращаясь к фиг.2А, рамочная антенна 240 представляет собой слой проводящего материала, который наносится в виде рисунка вдоль плоской поверхности подложки для формирования плоского проводящего кольца. В некоторых примерах, чтобы обеспечить дополнительную гибкость вдоль искривления материала оболочки, рамочная антенна 240 может включать в себя многочисленные по существу концентрические секции, электрически соединенные вместе. Затем каждая секция может изгибаться независимым образом вдоль вогнутого/выпуклого искривления устройства 200, устанавливаемого на глаз. В некоторых примерах рамочную антенну 240 можно сформировать, не используя полный виток. Например, антенна 240 может иметь вырез, в котором могут размещаться контроллер 225 и источник 220 питания, как показано на фиг.2А. Однако рамочную антенну 240 можно также выполнить в виде непрерывной полоски проводящего материала, которая полностью обвивает плоскую поверхность подложки 215 один или более раз. Например, полоску проводящего материала с многочисленными витками можно нанести в виде рисунка на обратную сторону подложки 215, расположенной напротив контроллеров 225, источника 220 питания и системы 235 датчиков. Межсоединения между концами такой намотанной антенны (например, антенные вводы) можно затем пропустить через подложку 215 в контроллер 225.
[0047] Так как устройство 100, устанавливаемое на глаз, может использовать различные пользователи, имеющие многочисленные различные размеры глаз и форм век, процесс конфигурирования может быть полезным для обучения системы под конкретного пользователя. Соответственно, на начальном этапе использования (или даже на периодической основе) можно производить калибровку обнаружения взгляда для получения базовых показаний для различных направлений взгляда и фокусных расстояний.
[0048] Фиг.4 иллюстрирует элементы способа 400 для обнаружения взгляда пользователя EMD согласно варианту осуществления. Способ 400 можно выполнить, например, с помощью EMD 100, EMD 200 или с помощью любого из различных других устройств, устанавливаемых на глаз, обсужденных в данном документе. Для иллюстрации особенностей различных вариантов осуществления ниже приводится описание способа 400 по отношению к системе 500 датчиков, показанной на фиг.5А. Однако дополнительно или альтернативно, такое описание можно продолжить применительно к другой системе 550 датчиков, показанной на фиг.5B, или к любому множеству других таких систем датчиков согласно различным вариантам осуществления.
[0049] Как показано на фиг.5А, система 500 датчиков содержит схемы 510, 512 детектирования, включающие в себя соответствующие фотодиоды 512, 522, каждый из которых предназначен для выполнения обнаружения света, в том случае, когда система 500 датчиков располагается на роговой оболочке глаза пользователя. Например, схема 510 детектирования может приводиться в действие в ответ на один или более сигналов 532 управления, которые например, подаются с помощью иллюстрированной логической схемы 530 управления системы 500 датчиков (например, в том случае, когда логическая схема 530 управления включена в логическую схему 170 управления). Альтернативно или дополнительно, схема 520 детектирования может приводиться в действие в ответ на один или более сигналов 534 управления, которые, например, подаются с помощью логической схемы 530 управления (или другой схемы системы 500 датчиков). Такие сигналы 532, 534 управления позволяют различным образом определить соответствующие смещение, переключение и/или другие рабочие характеристики схем 510, 520 детектирования.
[0050] На этапе 410 способ 400 может содержать выработку первого сигнала на основании светового пучка, принятого в первом фотодиоде (PD) первой схемы EMD, например, где выработка на этапе 410 включает в себя выработку первого сигнала 514 на основании светового пучка, принятого в PD 512 схемы 700 детектирования. Например, схема 510 детектирования может дополнительно содержать первую емкостную нагрузку (не показана), которая подсоединена для сохранения различным образом различных уровней заряда в различные моменты времени. В заданный момент времени уровень сохраненного заряда может базироваться по меньшей мере частично на работе PD 512, например, где заряд и/или разряд первой емкостной нагрузки определяется по меньшей мере частично напряжением на PD 512 и/или током на выходе PD 512. В таком варианте осуществления схема 510 детектирования может дополнительно включать в себя схему дискретизации (не показана) для дискретизации напряжения на первой емкостной нагрузке и/или тока на выходе первой емкостной нагрузки. Схема 510 детектирования может вырабатывать первый сигнал 514 на основании такой дискретизации, например, где схема дискретизации включает в себя схему аналого-цифрового преобразователя (АЦП) для выработки информации в цифровой форме первого сигнала 514. Хотя некоторые варианты осуществления не ограничиваются этим, уровень сигнала (например, напряжения или тока), частоту сигнала, цифровое значение или другую характеристику первого сигнала 514 можно определить с помощью такой схемы АЦП. В других вариантах осуществления первый сигнал 514 является аналоговым выходным сигналом схемы 700 детектирования.
[0051] На этапе 420 способ 400 может дополнительно содержать выработку второго сигнала на основании светового пучка, принятого вторым PD второй схемы EMD. Первую схему (например, схему 510 детектирования) можно выполнить с возможностью обеспечения первого профиля световой чувствительности, где вторая схема (например, схема 520 детектирования) выполнена с возможностью обеспечения второго профиля световой чувствительности, который является более линейным, чем первый профиль чувствительности. Термин "профиль световой чувствительности", который используется в данном документе в контексте фотодиода (или схемы детектирования, включающей в себя такой фотодиод), относится к диапазону чувствительности фотодиода (схема детектирования) во всей области уровней света, который падает на фотодиод. Посредством иллюстрации, а не ограничения, такой диапазон чувствительности может включать в себя диапазон значений для напряжения на фотодиоде и/или диапазон значений для тока на выходе фотодиода. Хотя некоторые варианты осуществления не ограничиваются в этом отношении, по меньшей мере часть первого профиля чувствительности может иметь логарифмический или иной нелинейный характер. Нелинейность первого профиля чувствительности позволяет облегчить точное обнаружение взгляда, которое учитывает широкий диапазон возможных условий освещения окружающей среды. Посредством иллюстрации, а не ограничения, диапазон уровней интенсивности освещения, который изменяется на несколько порядков по величине, может соответствовать диапазону значений для напряжения, тока и/или других рабочих характеристик первой схемы, где диапазон значений находится в пределах меньших порядков по величине (например, в пределах одного порядка величины).
[0052] В примере системы 500 датчиков схема 520 детектирования дополнительно содержит вторую емкостную нагрузку (не показана), которая подсоединена для накопления различным образом различных уровней заряда в различные моменты времени. В заданный момент времени уровень сохраненного заряда может базироваться по меньшей мере частично на работе PD 522, например, где заряд и/или разряд второй емкостной нагрузки определяется по меньшей мере частично напряжением на PD 522 и/или током на выходе PD 522. Схема 520 детектирования дополнительно включает в себя схему дискретизации (не показана) для дискретизации напряжения на второй емкостной нагрузке и/или тока на выходе второй емкостной нагрузки. В таком варианте осуществления выработка на этапе 420 может включать в себя схему 520 детектирования, вырабатывающую второй сигнал 545 на основании такой дискретизации, например, где схема дискретизации включает в себя схему аналого-цифрового преобразователя (АЦП) для выработки информации о втором сигнале 545 в цифровой форме. Хотя некоторые варианты осуществления не ограничиваются в этом отношении, уровень напряжения, частоту, цифровое значение или другую характеристику второго сигнала 545 можно определить с помощью такой схемы АЦП. В других вариантах осуществления второй сигнал 545 является аналоговым выходным сигналом схемы 520 детектирования.
[0053] На этапе 430 способ 400 дополнительно содержит обнаружение направления взгляда с помощью роговой оболочки глаза пользователя EMD. Обнаружение на этапе 430 базируется по меньшей мере частично на первом сигнале, выработанном на этапе 410, и втором сигнале, выработанном на этапе 420. В примере системы 500 датчиков, первый сигнал 514 предназначен для настройки или иного конфигурирования работы схемы 520 детектирования на основании уровня светового пучка, обнаруженного с помощью PD 512. Посредством иллюстрации, а не ограничения, конфигурирование схемы 520 детектирования с помощью первого сигнала 514 может включать в себя установку напряжения, заряда, продолжительности дискретизации, частоты дискретизации и/или любой из различных других рабочих характеристик на основании обнаружения с помощью PD 512 уровня тока окружающего света в окружающей среде. Такое конфигурирование схемы 520 детектирования с помощью первого сигнала 514 может быть основой для того, как вырабатывается второй сигнал 545 в ответ на измерение света с помощью PD 522.
[0054] В одном варианте осуществления, так как второй сигнал основывается на первом сигнале, то направление взгляда обнаруживается на этапе 430 на основании по меньшей мере частично первого сигнала. Например, обнаружение на этапе 430 может включать в себя отправку в логическую схему 540 оценки системы 500 датчиков второго сигнала 545, который основывается на первом сигнале 514 (например, на первом сигнале, выработанном на этапе 410) и дополнительно основывается на измерении света с помощью PD 522. Логическая схема 540 оценки позволяет оценивать второй сигнал 545 с точки зрения обнаружения одной или более характеристик взгляда пользователя EMD, включающего в себя систему 500 датчиков. Например, логическая схема 540 оценки позволяет сравнивать информацию, представленную с помощью второго сигнала 545 с заданным пороговым значением или другим контрольным значением. Такое значение можно представить в виде априорного параметра, например, где параметр определяется в соответствии с традиционными технологиями обнаружения взгляда, которые подробно не обсуждаются в данном документе и не ограничивают конкретные варианты осуществления. На основании оценки второго сигнала 545 логическая схема 540 оценки может обнаружить направление взгляда, например, относительно положения века пользователя. Например, логическая схема 540 оценки может обнаружить, прикрыто или нет в данный момент времени веко пользователя PD 522.
[0055] В другом варианте осуществления направление взгляда обнаруживается на этапе 430 на основании первого сигнала и дополнительно на основании второго сигнала, где первый сигнал не подается в схему детектирования, которая вырабатывает второй сигнал. Например, фиг.5B иллюстрирует систему 550 датчиков EMD согласно другому варианту осуществления. Система 550 датчиков включает в себя схему 560 детектирования, схему 570 детектирования, логическую схему 580 управления и логическую схему 590 оценки, которые, соответственно, функционально соответствует схеме 510 детектирования, схеме 520 детектирования, логической схеме 530 управления и логической схеме 540 оценки. Схемы 560, 570 детектирования включают в себя соответствующие PD 562, 572, которые соответствуют PD 512, 522, например, где профиль световой чувствительности схемы 570 детектирования является более линейным, чем соответствующий профиль световой чувствительности схемы 560 детектирования. Логическая схема 580 управления обеспечивает один или более сигналов 582 управления и один или более сигналов 584 управления для управления различным образом смещением, переключением и/или других рабочих характеристик схем 560, 570 детектирования. На основании такого управления измерение света схемой 560 детектирования приводит к выработке первого сигнала 564, и измерение света схемой 570 детектирования приводит к выработке второго сигнала 595.
[0056] В иллюстративном варианте осуществления системы 550 датчиков обнаружение на этапе 430 включает в себя логическую схему 590 оценки, обрабатывающую второй сигнал 595, который вырабатывается независимо от первого сигнала 564. Первый сигнал 564 подается в логическую схему 590 оценки в качестве показания текущего уровня света в окружающей среде. Логическая схема 590 оценки может регулировать пороговое значение или другой параметр, который используется в качестве контрольного значения для оценки второго сигнала 595. В одном варианте осуществления первый сигнал 564 и второй сигнал 595 вырабатываются независимо друг от друга. В другом варианте осуществления логическая схема 590 оценки предусматривает сигнал 592 обратной связи для изменения работы схемы 570 детектирования на основании первого сигнала 564, где логическая схема 580 управления регулирует один или более сигналов 570 управления в ответ на сигнал 592, таким образом изменяя или иным образом определяя то, как схема 570 детектирования вырабатывает второй сигнал 595.
[0057] Фиг.6А, 6B иллюстрируют различные конфигурации размещения датчиков для реализации системы датчиков устройства, устанавливаемого на глаз, в соответствии с различными вариантами осуществления. Эти системы датчиков представляют собой, например, возможные реализации систем 135, 235, 500 датчиков. Фиг.6А иллюстрирует систему 600 датчиков, расположенную в внутри устройства 620, устанавливаемого на глаз, которая включает в себя, например, функции одного из EMD 100, 200. Работа EMD 620 может включать в себя выполнение некоторых или всех этапов способа 400, например, где система 600 датчиков приводится в действие для содействия в определении оптической силы (такой как фокусное расстояние), которую будет создавать исполнительный механизм 615 аккомодации EMD 620.
[0058] В варианте осуществления система 600 датчиков включает в себя контроллер 610 (например, содержащий логическую схему контроллера 125) и по меньшей мере два фотодиода, подсоединенных к нему. Посредством иллюстрации, а не ограничения, контроллер 610 можно подсоединить различным образом через одну или более дорожек 630 к фотодиодам 640, 645. Одна или более дорожек 630 позволяют обеспечить соответствующую работу PD 640, 645 за счет обеспечения полностью или частично опорного потенциала (например, земли), напряжения питания одного или более сигналов управления и/или т.п. Одна или более дорожек 630 позволяет дополнительно передавать один или более сигналов в контроллер 610. В некоторых вариантах осуществления PD 640, 645 обмениваются одним или более сигналами друг с другом, например, через одну или более дорожек 630 (или другую такую дорожку). Такой обмен между PD 640, 645 может происходить по пути, который не зависит от контроллера 610.
[0059] Один из PD 640, 645 можно выполнить с возможностью обеспечения профиля световой чувствительности, который является более линейным, чем соответствующий профиль световой чувствительности, для которого выполнен другой из PD 640, 645. Например, PD 640, 645 может обеспечивать соответствующие функциональные возможности PD 522, 512, соответственно. В таком варианте осуществления фотодетектирование с помощью PD 645 может привести к первой схеме детектирования системы 600 датчиков, конфигурирующей (например, включающей в себя настройку, смещение или т.п.) другую схему детектирования, которая включает в себя PD 640. Такая схема детектирования может располагаться различным образом в PD 640, 645 или в другом варианте осуществления в контроллере 610.
[0060] Местоположение PD 645 в EMD 620 позволяет подвергать PD 645 большему воздействию, в зависимости от времени, окружающего света окружающей среды (например, по сравнению с величиной такого воздействия в зависимости от времени для EMD 640). В показанном иллюстративном варианте осуществления PD 645 находится ближе, чем PD 640, к центру EMD 620, в результате чего PD 640, по сравнению с PD 645, с большей вероятностью будет в различные моменты времени прикрываться веком пользователя. Когда роговая оболочка глаза пользователя перемещается, прикрытие века PD 640 может приводить к возникновению сигнала (например, сигнала 545), который будет вырабатываться схемой детектирования, которая включает в себя PD 640. Такую схему детектирования можно выполнить на основании параллельного или более раннего обнаружения света с помощью PD 645. Различные уровни сигналов, частоты, значения или другие характеристики такого сигнала могут ассоциироваться с различными направлениями взгляда и/или фокусными расстояниями и могут, таким образом, использоваться, например, контроллером 610, для определения направления взгляда пользователя и/или фокусного расстояния.
[0061] Фиг.6B иллюстрирует другую систему 650 датчиков, расположенную внутри устройства 670, устанавливаемого на глаз, который, например, включает в себя функции EMD 100, 200. Работа EMD 670 может включать в себя выполнение некоторых или всех этапов способа 400, например, где система 650 датчиков приводится в действие для поддержки определения оптической силы, которую будет создавать исполнительный механизм 665 аккомодации. Система 650 датчиков может включать в себя функции, аналогичные функциям системы 600 датчиков. Например, система 650 датчиков может включать в себя контроллер 660, одну или более дорожек PD 690, 695, которые функционально соответствуют контроллеру 610, одной или более дорожкам 630 и PD 640, 645, соответственно.
[0062] Один из PD 690, 695 можно выполнить с возможностью обеспечения профиля световой чувствительности, который является более линейным, чем соответствующий профиль световой чувствительности, для которого сконфигурирован другой из PD 690, 695. Например, PD 690, 695 позволяют обеспечить соответствующие функциональные возможности PD 522, 512, соответственно. В таком варианте осуществления фотодетектирование с помощью PD 695 может привести к первой схеме детектирования системы 600 датчиков, конфигурирующей (например, включающей в себя настройку, смещение или т.п.) другую схему детектирования, которая включает в себя PD 690. Такая схема детектирования может располагаться различным образом в PD 690, 695 или, в другом варианте осуществления, в контроллере 660.
[0063] Местоположение PD 695 в EMD 670 позволяет подвергать PD PD 695 большему воздействию, в зависимости от времени, окружающего света окружающей среды (например, по сравнению с величиной такого воздействия в зависимости от времени для EMD 690). В показанном иллюстративном варианте осуществления PD 690, 695 смещены за счет поворота относительно друг друга, например, по меньшей мере на сорок пять (45) градусов, по отношению к центру EMD 670. В таком варианте осуществления EMD 670 может включать в себя конструкцию с присвоением весовых коэффициентов, торическую конструкцию или другие подобные механизмы для обеспечения автоматической ориентации и/или стабильности вращения на глазу пользователя. Такие механизмы позволяют увеличить вероятность того, что EMD 690 в зависимости от времени будет ближе, чем EMD 695 к веку пользователя. Когда роговая оболочка глаза пользователя перемещается, прикрытие века PD 690 может приводить к возникновению сигнала (например, сигнала 545), который будет вырабатываться схемой детектирования, которая включают в себя PD 690. Такую схему детектирования можно выполнить с возможностью выработки сигнала на основании параллельного или более раннего обнаружения света с помощью PD 695. Различные характеристики такого сигнала могут ассоциироваться с различными направлениями взгляда и/или фокусными расстояниями и могут, таким образом, использоваться, например, контроллером 610, для определения направления взгляда пользователя и/или фокусного расстояния.
[0064] На фиг.7А показаны функции схемы 700 детектирования для поддержки обнаружения взгляда устройством, устанавливаемым на глаз, согласно варианту осуществления. Схема 700 детектирования может включать в себя, например, некоторые или все функции схемы 700 детектирования. Схема 700 детектирования является всего лишь одним примером схемы, включающей в себя фотодиодную или другую схему для выполнения дискретизации напряжения, тока или другой характеристики, которая основывается на фотодетектировании фотодиодом.
[0065] В показанном иллюстративном варианте осуществления схема 700 детектирования включает в себя фотодиод 710, который является смещаемым вперед для PD 710, и/или в целом схему 700 детектирования для обеспечения некоторого нелинейного (например, логарифмического) профиля световой чувствительности. Пример такого профиля чувствительности концептуально показан на графике 780 на фиг.7C с помощью идеализированной зависимости 786 между дискретизированным напряжением 782, выработанным с помощью PD, и уровнем светового пучка 784, который падает на этот PD. Зависимость 786 может представлять собой профиль чувствительности для напряжения на PD 710, напряжения на конденсаторе 714 после заданного периода разряда с помощью PD 710 или любой из множества других рабочих характеристик, основанных на измерении света с помощью PD 710. Иллюстрированная зависимость 786 является по существу логарифмической по меньшей мере в области выше уровня l0 света, падающего на PD 710. Некоторые варианты осуществления не ограничиваются конкретными напряжениями или уровнями света зависимости 786, которые могут значительно изменяться в зависимости от конкретных деталей реализации.
[0066] В варианте осуществления схема 700 детектирования включает в себя емкостную нагрузку, которая представлена иллюстративным конденсатором 714, и схему для избирательной связи емкостной нагрузки с PD 710. Схема 700 детектирования может дополнительно содержать аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 718 для дискретизации заряда в конденсаторе 714 (например, включая дискретизацию напряжения на конденсаторе 714) и для выработки цифрового сигнала 730 на основании величины такого заряда. Работа схемы 700 детектирования может включать в себя замыкание переключателей 712, 716 (например, с помощью соответствующих сигналов 720, 722 управления) для установки/сброса схемы 700 детектирования в исходное состояние путем уменьшения любого напряжения на PD 710 и конденсаторе 714. Затем переключатель 712 может размыкаться (в то время как переключатель 716 остается замкнутым), чтобы разрешить PD 710 начать зарядку конденсатора 714. Скорость, с которой заряжается конденсатор 714, может зависеть от уровня тока света, падающего на PD 710. После некоторого априорного периода времени, определенного с помощью сигнала 722 управления, переключатель 716 может разомкнуться, чтобы остановить зарядку конденсатора 714, и затем АЦП 718 может дискретизировать величину такого заряда. Таким образом, конкретный уровень, частота, значение или другая характеристика выходного сигнала 730 может показывать уровень света, падающего на PD 710.
[0067] На фиг.7B показаны элементы схемы 740 детектирования для поддержки обнаружения взгляда устройством, устанавливаемым на глаз, согласно другому варианту осуществления. Схема 740 детектирования может включать в себя, например, некоторые или все элементы схемы 700 детектирования. Схема 740 детектирования является другим примером схемы, выполненной с возможностью обеспечения логарифмического или другого нелинейного профиля световой чувствительности, например, согласно зависимости 786.
[0068] Схема 740 детектирования может включать в себя PD 750, транзистор 752, соединенный между PD 750 и напряжением Vdd питания, конденсатором 754 и переключателем 756 для избирательного подключения конденсатора 754 к PD 750. Схема 740 детектирования может дополнительно содержать аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 758 для дискретизации заряда в конденсаторе 754 и выработке цифрового сигнала 770 на основании величины такого заряда. В варианте осуществления схема 740 детектирования может устанавливаться (или сбрасываться) в некоторое начальное состояние при подготовке к операции измерения света с помощью PD 750. Например, такая инициализация может включать в себя выключение транзистора 752 (например, временную установку напряжения Vb смещения на 0V) и разрешение PD 750 разряжать конденсатор 754 при замыкании переключателя 756.
[0069] Во время последующего измерения света схемой 740 детектирования при смещении транзистора 752, напряжение Vpd на PD 750 можно представить с помощью следующего уравнения:
где Ib - составляющая тока, протекающего через транзистор 752, который вызван напряжением Vb, iph - составляющая тока через транзистор 752, который вызван PD 750, Io - обратный ток насыщения для транзистора 752, и k - константа. В одном иллюстративном варианте осуществления транзистор 752 является n-канальным металло-оксидным полупроводниковым (NMOS) полевым транзистором, смещение которого осуществляется напряжением Vb, которое будет ниже его порогового состояния. Таким образом, схема 740 детектирования может обеспечить по существу логарифмический профиль световой чувствительности. Работа схемы 740 детектирования может включать в себя замыкание переключателя 756 (например, на основании сигнала 760 управления), чтобы разрешить PD 750 начать зарядку конденсатора 754. После некоторого априорного периода времени, определенного сигналом 760 управления, переключатель 756 можно разомкнуть для остановки зарядки конденсатора 754, и затем АЦП 758 может дискретизировать величину такого заряда и выработать цифровой сигнал 770 на основании такой дискретизации. В другом варианте осуществления переключитесь 760 остается замкнутым, и АЦП 758 непрерывно дискретизирует величину заряда конденсатора 754.
[0070] На фиг.8А показаны элементы схемы 800 детектирования для поддержки обнаружения взгляда устройством, устанавливаемым на глаз, согласно варианту осуществления. Например, схема 800 детектирования может включать в себя некоторые или все элементы схемы 520 детектирования. Схема 800 детектирования является одним примером схемы, включающей в себя фотодиод и другую схему для выполнения дискретизации, которая основывается на фотодетектировании фотодиодом. В показанном иллюстративном варианте осуществления схема 800 детектирования включает в себя PD 810, переключатель 812, подсоединенный между PD 810 и напряжением Vdd питания, конденсатором 814 и переключателем 816 для избирательного подключения конденсатора 814 к PD 810. Схема 800 детектирования может дополнительно содержать аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 818 для дискретизации заряда на конденсаторе 814 и выработки цифрового сигнала 830 на основании величины такого заряда.
[0071] Схему 800 детектирования можно выполнить с возможностью поддержки схемы 800 детектирования в обеспечении относительно линейного профиля световой чувствительности. В варианте осуществления, иллюстрированном фиг.8А, на PD 810 подается обратное смещение для того, чтобы PD 810 (и/или в целом схема 800 детектирования) обеспечивал некоторый профиль световой чувствительности, который является относительно линейным по сравнению с профилем световой чувствительности другой схемы детектирования (такой как одна из схем 700, 740 детектирования). Сигнал из другой схемы детектирования может сконфигурировать схему 800 детектирования на обеспечение конкретного одного из многочисленных, сравнительных линейных профилей световой чувствительности. Посредством иллюстрации, а не ограничения, схема 800 детектирования может быть подсоединена к другой схеме детектирования (не показана), которая вырабатывает выходной сигнал на основании фотодетектирования с помощью этой другой схемы детектирования. Сигнал 822 управления (или другой сигнал для конфигурирования схемы 800 детектирования) может включать в себя или иным образом базироваться на таком выходном сигнале. Например, период дискретизации, частоту дискретизации или другую рабочую характеристику переключателя 816 можно определить на основании по меньшей мере частично обнаружения с помощью другой схемы детектирования уровня окружающего света в окружающей среде.
[0072] На фиг.8B показан график 850 различных переходных процессов 860, 862, 864 дискретизированного напряжения 852 (например, на конденсаторе 814) в зависимости от времени 854, причем каждый из переходных процессов 860, 862, 864 соответствует различному соответствующему уровню освещения, измеренного на PD 810. Зависимость между дискретизированным напряжением 852 и диапазоном таких уровней освещения может быть относительно линейной, например, по сравнению с профилем световой чувствительности одной из схем 700, 740. Хотя каждый из переходных процессов 860, 862, 864 показан, начиная с момента времени t0 для сравнения, следует принять во внимание, что PD 810 подвергается только такому уровню освещения в данный момент времени.
[0073] На графике 850 момент времени t0 совпадает с размыканием переключателя 812, когда конденсатор 814 был заряжен для обеспечения дискретизированного напряжения 852 на некотором начальном уровне (например, на уровне напряжения Vdd питания). После размыкания переключателя 812 (и замыкания переключателя 816), конденсатор 814 будет разряжаться, оставаясь подсоединенным к PD 810, где относительно более высокий уровень освещения на PD 810 приводит к относительно быстрой разрядке дискретизированного напряжения 852. В иллюстративном сценарии согласно одному варианту осуществления темное (например, ночью) освещение окружающей среды приводит к относительно низкому времени разряда, где схема 800 детектирования таким образом обеспечивает переходной процесс 860. Напротив, яркое (например, днем) освещение окружающей среды может привести к относительно быстрому времени разрядки, где схема 800 детектирования таким образом обеспечивает переходной процесс 864. Умеренное (например, в сумерках) освещение окружающей среды может привести к среднему времени разрядки, как это представлено, например, с помощью переходного процесса 862. Напряжение, дискретизированное в момент времени ts (например, одно из напряжений v1, v2, v3), может представлять собой или иным образом использоваться для определения разности между уровнем света, падающего на PD 810, и уровнем света, падающего на другой PD (например, PD 710 или PD 750).
[0074] Когда роговая оболочка глаза пользователя перемещается, прикрытие века PD 810 может приводить к уровню, частоте, значению или другой характеристике сигнала 830, которая основывается на световом пучке, обнаруженном на PD 810, и на конфигурации схемы 800 детектирования в ответ на параллельное или более раннее фотодетектирование с помощью другой схемы. Различные уровни сигнала, значения или другая информация, представленная таким сигналом, может ассоциироваться с различными направлениями взгляда и/или фокусными расстояниями и поэтому может использоваться, например, контроллером 125 для определения направления взгляда пользователя и/или фокусного расстояния. В одном варианте осуществления работа переключателя 812 и/или переключателя 816 основывается на сигнале от другой схемы (например, одной из схем 700, 740), показывающей уровень освещения окружающей среды, который обнаруживается с помощью этой другой схемы. Альтернативно или дополнительно, такой сигнал от другой схемы можно вместо этого подать наряду с сигналом 830 в другую логическую схему (не показана) для оценки обнаружения направления взгляда пользователя.
[0075] Процессы, объясненные выше, описаны в терминах программного обеспечения аппаратных средств компьютера. Описанные технологии могут представлять собой машиноисполняемые инструкции, воплощенные в виде материального или невременного машиночитаемого (например, компьютерно-читаемом) носителя, которые при их исполнении машиной будут предписывать машине выполнять описанные операции. Кроме того, процессы могут быть воплощены в аппаратных средствах, таких как специализированная интегральная микросхема ("ASIC") или другая.
[0076] Машиночитаемый носитель информации включает в себя любой механизм, который обеспечивает (то есть хранит) информацию в невременной форме, доступной машине (например, компьютеру, сетевому устройству, персональному цифровому помощнику, производственному инструменту, любому устройству с набором одного или более процессоров и т.д.). Например, машиночитаемый носитель информации включает в себя записываемые/незаписываемые носители (например, постоянное запоминающее устройство (ROM), оперативное запоминающее устройство (RAM), магнитные дисковые носители информации, оптические носители информации, устройства на основе флэш-памяти и т.д.).
[0077] Приведенное выше описание иллюстрированных вариантов осуществления изобретения, в том числе тех, которые описаны в реферате, не предназначены быть исчерпывающими или ограничивающими изобретение точно раскрытыми формами. Хотя конкретные варианты осуществления и примеры для изобретения описаны в данном документе в целях иллюстрации, различные модификации возможны в пределах объема настоящего изобретения так, как это будет понятно специалистам в данной области техники.
[0078] Эти модификации могут быть сделаны в изобретении в свете приведенного выше подробного описания. Термины, используемые в нижеследующей формуле изобретения, не следует рассматривать как ограничивающие изобретение конкретными вариантами осуществления, раскрытыми в данном описании. Скорее всего, объем настоящего изобретения должен определяться полностью нижеследующей формулой изобретения, которая должна быть истолкована в соответствии с установленными доктринами толкования формулы изобретения.
Реферат
Группа изобретений относится к контактным линзам. Устройство, устанавливаемое на глаз, система и способ для реализации устройства включает в себя первую схему и вторую схему, каждая из которых содержит соответствующий фотодиод. Вторая схема выполнена с возможностью обеспечения профиля световой чувствительности, который является более линейным, чем профиль световой чувствительности, обеспечиваемый первой схемой. Восприятие светового пучка первой схемой приводит к выработке первого сигнала, показывающего уровень окружающего света в окружающей среде. Другое измерение светового пучка второй схемой приводит к выработке второго сигнала. Далее производят обнаружение направления взгляда с помощью роговой оболочки глаза пользователя, осуществляется на основании по меньшей мере частично первого сигнала и второго сигнала. Технический результат – точное отслеживание взгляда пользователя. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 8 ил.
