首页 / 国际专利分类库 / 物理 / 测时学 / 具有闹钟的电子眼科镜片

具有闹钟的电子眼科镜片

申请号 CN201610921282.8 申请日 2016-10-21 公开(公告)号 CN106842623A 公开(公告)日 2017-06-13
申请人 庄臣及庄臣视力保护公司; 发明人 R.B.普格; A.托纳;
摘要 本 发明 题为:“具有闹钟的 电子 眼科镜片。”本发明公开了一种眼科镜片,该眼科镜片具有如本文描述的用于向眼科镜片的佩戴者提供报警的电子系统。在至少一个实施方案中,该系统包括镜片、计时 电路 、通信系统、警示机构以及系统 控制器 。在至少一个实施方案中,镜片向佩戴者提供报警的升级和/或对佩戴者关于报警的输入做出响应。
权利要求

1.一种用于在眼睛上向眼科镜片的佩戴者提供报警提示的系统,所述系统包括:
计时电路,所述计时电路被配置成跟踪时间的流逝;
通信系统,所述通信系统被配置用于促进用于接收数据的至少单向通信;
警示机构,所述警示机构被配置成提供警示;
系统控制器,所述系统控制器电连接到所述计时电路、所述通信系统以及所述警示机构,所述系统控制器被配置用于控制所述计时电路、所述通信系统以及所述警示机构;以及所述眼科镜片,所述眼科镜片能够封装所述计时电路、所述通信系统、所述警示机构和所述系统控制器的至少一部分。
2.根据权利要求1所述的系统,其中所述通信系统包括接收器,所述接收器被配置用于从外部装置无线接收所接收的数据并且将所接收的数据发送到所述系统控制器。
3.根据权利要求2所述的系统,其中
所述计时电路包括用于跟踪时间的累加器;
所述系统控制器还包括存储器,报警时间由所述系统控制器存储在所述存储器中,所述系统控制器被配置成响应于所接收的数据而在所述累加器上设置时间并且响应于所接收的数据而在所述存储器中设置报警时间。
4.根据权利要求3所述的系统,其中
所述系统控制器被配置成在所述累加器中的数据与存储于所述存储器中的数据匹配时向所述警示机构发送信号
所述报警机构被配置成响应于从所述系统控制器接收的所述信号而向所述眼科镜片的佩戴者提供警示。
5.根据权利要求2所述的系统,其中
所述计时电路包括用于跟踪时间的累加器;
所述系统控制器还包括存储器,报警时间由所述系统控制器存储在所述存储器中,所述系统控制器被配置成响应于所接收的数据而将所述累加器重置为零并且响应于所接收的数据而在所述存储器中重置报警时间。
6.根据权利要求5所述的系统,其中
所述系统控制器被配置成在所述累加器中的数据与存储于所述存储器中的数据匹配时向所述警示机构发送信号,
所述报警机构被配置成响应于从所述系统控制器接收的所述信号而向所述眼科镜片的佩戴者提供警示。
7.根据权利要求1所述的系统,其中
所述警示机构包括电子部件,并且
所述警示机构响应于来自所述系统控制器的报警信号而打开所述电子部件以警示所述佩戴者。
8.根据权利要求7所述的系统,其中所述电子部件包括与所述佩戴者的眼睛振动接触的LED和换能器当中的至少一者。
9.根据权利要求1所述的系统,其中所述警示机构包括下列中的至少一者:
光源,所述光源定位在所述镜片上以将光提供到所述镜片佩戴者的视网膜和所述镜片本身当中的至少一个上作为所述警示,
用于振动所述镜片的所述佩戴者的所述眼睛作为所述警示的换能器,
模拟器,所述电模拟器被配置成刺激膜表面、巩膜表面、角膜感觉神经和巩膜感觉神经当中的至少一者,以及
提供所述镜片的光学区域的光学区域改变的换能器。
10.根据权利要求9所述的系统,还包括结合到所述镜片中的眼睑位置传感器系统,所述眼睑位置传感器系统具有多个垂直点以检测眼睑位置,
其中所述系统控制器与所述眼睑位置传感器系统电通信以从所述眼睑位置传感器系统接收表示眼睑位置的信号,在所述眼睑保持闭合并且所述累加器值超过报警值时,所述系统控制器触发来自所述警示机构的警示的升级。
11.根据权利要求1所述的系统,还包括外部装置,所述外部装置被配置成向所述通信系统传输时间控制信号作为所接收的数据;并且
其中所述通信系统包括接收器,所述接收器被配置用于从所述外部装置无线接收所述时间控制信号并且将所述时间控制信号发送到所述系统控制器;
所述计时电路包括用于跟踪时间的累加器;并且
所述系统控制器还包括存储器,报警时间由所述系统控制器存储在所述存储器中,所述系统控制器被配置成响应于所述时间控制信号而在所述计时电路上设置时间并且响应于所述时间控制信号而在所述存储器中设置报警时间。
12.根据权利要求11所述的系统,其中
所述系统控制器被配置成在所述计时电路中的数据与存储于所述存储器中的数据匹配时向所述警示机构发送信号,
所述报警机构被配置成响应于从所述系统控制器接收的所述信号而向所述接触镜片的佩戴者提供警示。
13.一种用于在两个瞳孔上提供报警提示的系统,所述系统包括:
第一接触镜片,所述第一接触镜片包括
计时电路,所述计时电路被配置成跟踪时间的流逝,
通信系统,所述通信系统被配置用于促进与外部装置的至少单向通信,
警示机构,所述警示机构被配置成提供警示,
系统控制器,所述系统控制器电连接到所述计时电路、所述通信系统和所述警示机构,所述系统控制器被配置用于控制所述计时电路、所述通信系统和所述警示机构,以及插入件,所述插入件封装所述接触镜片的所述计时电路、所述通信系统、所述警示机构和所述系统控制器的至少一部分;
第二接触镜片,所述第二接触镜片包括
通信系统,所述通信系统被配置用于促进与所述第一接触镜片的所述通信系统的至少单向通信,所述通信系统包括报警信号,
警示机构,所述警示机构被配置成响应于从所述通信系统接收的所述报警信号来提供警示,以及
插入件,所述插入件封装所述通信系统和所述警示机构的至少一部分。
14.根据权利要求13所述的系统,其中所述第一接触镜片和所述第二接触镜片中的每一个包括具有多个垂直点以检测眼睑位置的眼睑位置传感器系统,并且
其中所述第一接触镜片的所述系统控制器与所述眼睑位置传感器系统电通信以从所述眼睑位置传感器系统中的每一个接收表示眼睑位置的信号,
在由来自所述计时电路的信号表示的值与报警值匹配时,所述系统控制器通过将信号发送到所述第一接触镜片的所述警示机构并通过所述通信系统到所述第二接触镜片上的所述警示机构来触发报警,其中所述信号致使所述警示机构的激活提供报警,并且在所述眼睑保持闭合并且所述累加器值超过大于所述报警值的报警升级值时,所述系统控制器触发来自所述警示机构的警示的升级。
15.根据权利要求14所述的系统,其中所述系统控制器被配置成以预先确定的速率取样,并且至少暂时保存所收集的样本,确定所述眼睑何时张开或闭合以便从所收集的样本确定眨眼的次数、时间周期和脉冲宽度,计算给定时间周期中的眨眼的次数和所述眨眼的持续时间,将所述给定时间周期中的眨眼的所述次数、所述眨眼的所述持续时间以及所述给定时间周期中的眨眼之间的时间与存储的样本组进行比较以确定眨眼模式,并且确定所述眨眼是否对应于一个或多个有意眨眼序列;并且
其中系统控制器的所述有意眨眼序列控制操作触发所述警示机构并且包括报警打盹、报警终止以及报警值设置中的至少一者。
16.根据权利要求13所述的系统,其中
每个警示机构包括电子部件,并且
每个警示机构响应于来自所述系统控制器的报警信号而打开所述电子部件来警示所述佩戴者。
17.根据权利要求16所述的系统,其中所述电子部件包括与所述佩戴者的眼睛振动接触的LED和换能器当中的至少一者。
18.根据权利要求13所述的系统,其中至少一个警示机构包括下列中的至少一者:
光源,所述光源定位在所述镜片中以将光提供到所述镜片佩戴者的视网膜和所述镜片本身当中的至少一个上作为所述警示,
振动所述镜片佩戴者的眼睛作为所述警示的换能器,
电模拟器,所述电模拟器被配置成刺激角膜表面、巩膜表面、角膜感觉神经和巩膜感觉神经当中的至少一者,以及
提供所述镜片的光学区域的光学区域变化的换能器。
19.根据权利要求13所述的系统,还包括外部装置,所述外部装置被配置成向所述第一接触镜片的所述通信系统传输时间控制信号;并且
其中所述第一接触镜片的所述通信系统包括接收器,所述接收器被配置用于从所述外部装置无线接收所述时间控制信号并且将所述时间控制信号发送到所述系统控制器;
所述计时电路包括用于跟踪时间的累加器;并且
所述系统控制器还包括存储器,报警时间由所述系统控制器存储在所述存储器中,所述系统控制器被配置成响应于所述时间控制信号而在所述计时电路上设置时间并且响应于所述时间控制信号而在所述存储器中设置报警时间。
20.一种用于向眼科镜片的佩戴者提供报警的方法,所述方法包括:
利用通信电路和系统控制器接收报警时间,
由所述系统控制器在存储器中基于所接收的报警时间设置报警值,
由所述系统控制器启动计时电路,
利用所述系统控制器将计时电路输出与存储器中的所述报警值进行比较;以及在所述计时电路输出超过所存储的报警值时,所述系统控制器向警示机构发送信号触发所述眼科镜片上的报警。
21.根据权利要求20所述的方法,还包括:
利用至少一个眼睑位置传感器检测至少一个眼睑是否保持闭合,
在至少一个眼睑保持闭合时,所述系统控制器使由所述警示机构提供的所述报警升级,
在至少一个眼睑张开时,所述系统控制器通过向所述警示机构发送终止信号来终止所述报警。
22.根据权利要求20所述的方法,还包括:
利用所述通信电路接收打盹指令,以及
由所述系统控制器响应于所述打盹指令而以预先确定的打盹值递增所述报警值。
23.根据权利要求22所述的方法,其中从由所述通信电路和所述系统控制器的眼睑位置传感器检测的眨眼模式接收所述打盹指令。
24.根据权利要求22所述的方法,其中由所述系统控制器通过所述通信电路从外部装置接收所述打盹指令。
25.根据权利要求20所述的方法,还包括响应于由所述通信电路和所述系统控制器的眼睑位置传感器检测的所接收的眨眼模式来终止所述报警。
26.根据权利要求20所述的方法,还包括响应于由所述系统控制器通过所述通信电路从外部装置接收的终止指令来终止所述报警。

说明书全文

具有闹钟的电子眼科镜片

背景技术

[0001] 1.技术领域
[0002] 本发明涉及动式或电子式眼科镜片,并且更具体地,涉及提供报警提示的动力式或电子式眼科镜片。
[0003] 2.相关领域的讨论
[0004] 随着电子装置持续小型化,变得越来越有可能产生用于多种用途的可佩戴的或可嵌入的微电子装置。此类用途可包括监视身体化学性质的各方面、响应于测量或者响应于外部控制信号通过多种机械装置(包括自动地)施用受控剂量的药物或治疗剂,以及增强器官或组织的性能。此类装置的示例包括葡萄糖输液、起搏器、去纤颤器、心室辅助装置和神经刺激器。一个新的尤其有用的应用领域是在眼科可佩戴镜片和接触镜片中。例如,可佩戴镜片可结合镜片组件,该镜片组件具有电子可调节焦距,以增强或提高眼睛的性能。在另一个示例中,无论具有还是不具有可调节焦距,可佩戴的接触镜片都可结合电子传感器,以检测膜前(泪)膜中特定化学物质的浓度。在镜片组件中使用嵌入式电子器件引起对与电子器件通信、通电和/或重新激活电子器件的方法、将电子器件互连、内部和外部感测和/或监视、以及电子器件和镜片总体功能的控制的潜在需求。
[0005] 人眼具有辨别上百万种颜色、易于调节以改变光状况的能力、以及以超过高速互联网连接的速率将信号或信息传输到大脑的能力。当前,镜片诸如接触镜片和眼内镜片被用来矫正视力缺陷,诸如近视(近视眼)、远视(远视眼)、老花眼和散光。然而,结合附加部件的适当地设计的镜片可用来提高视力以及矫正视力缺陷。
[0006] 接触镜片可用于矫正近视、远视、散光以及其它视觉灵敏度缺陷。接触镜片也可用于增强佩戴者的眼睛的自然外观。接触镜片或“触体”仅仅是放置在眼睛的前表面上的镜片。接触镜片被视为医疗装置并且可被佩戴用于矫正视力和/或用于美容或其它治疗原因。自20世纪50年代起,商业上就已利用接触镜片来改善视力。早期的接触镜片由硬性材料构成或制成,并且相对较为昂贵且脆弱。此外,这些早期的接触镜片由如下材料制成,这些材料不允许足够的气穿过接触镜片传输到结膜和角膜,由此可潜在地引起许多不良临床效应。尽管这些接触镜片仍被使用,但它们因初始舒适度较差,并不适用于所有患者。该领域的后续发展产生了基于凝胶的软性接触镜片,该软性接触镜片在当今极其流行且被广泛利用。具体地讲,当今可用的有机水凝胶接触镜片将具有极高透氧度的有机硅的有益效果与水凝胶的经证实的舒适度和临床性能结合在一起。事实上,与由早期硬性材料制成的接触镜片相比,这些基于有机硅水凝胶的接触镜片具有更高的透氧度并且通常有更高的佩戴舒适度。
[0007] 常规的接触镜片为具有特定形状的聚合物结构,以便如上所简述的矫正各种视力问题。为了实现增强的功能,必须将各种电路和部件集成到这些聚合物结构中。例如,控制电路、微处理器、通信装置、电源、传感器、致动器、发光二极管和微型天线可通过定制内置的光电部件被集成到接触镜片中,以便不仅矫正视力,而且提高视力,以及提供如本文所解释的附加的功能。电子式和/或动力式眼科镜片可被设计成通过放大和缩小能力或者只是通过修改镜片的屈光能力来提供提高的视力。电子式和/或动力式接触镜片可被设计成增强颜色和分辨率、显示文本信息、将语音实时转变为字幕、提供导航系统的视觉提示、以及提供图像处理和互联网接入。镜片可被设计成允许佩戴者在低光照条件下视物。镜片上经适当设计的电子器件和/或电子器件布置可允许例如在没有可变焦光学镜片的情况下将图像投射到视网膜上,并提供新型图像显示器。作为另一种选择或者除了这些功能或类似功能中任一种之外,接触镜片可结合用于非入侵地监视佩戴者的生物标记物的部件和健康指示器。例如,通过分析泪膜的组分,内置于镜片中的传感器可允许糖尿病患者监视血糖水平,而不需要抽血。此外,适当地配置的镜片可结合用于监视胆固醇、钠和水平的传感器以及其它生物标记物。这与无线数据发送器联接可允许医师几乎立即得到患者的血液化学性质,而不需要患者浪费时间去实验室并进行抽血。此外,可利用内置于镜片中的传感器来检测入射到眼睛上的光,以补偿环境光照状况或者用于确定眨眼模式。
[0008] 装置的适当组合可产生可能无限的功能;然而,存在与将额外部件结合到光学级聚合物件上相关联的多种困难。通常,由于多种原因难以在镜片上直接制造此类部件,并且难以将平面装置安装和互连在非平面表面上。还难以按比例制造。待放置在镜片上或镜片中的部件需要小型化且集成到仅1.5平方厘米的透明聚合物上,同时保护这些部件不受眼上液体环境的影响。由于附加部件的增加的厚度,还难以制造对于佩戴者而言舒适且安全的接触镜片。
[0009] 考虑到眼科装置诸如接触镜片的面积和体积限制以及其使用环境,装置的物理实现必须克服多个问题,包括将多个电子部件安装和互连在非平面表面上,这些电子部件的大多数包含光学塑料。因此,需要提供机械稳固和电稳固的电子式接触镜片。
[0010] 由于这些是动力式镜片,因而考虑到在眼科镜片规模上的电池技术,用于驱动电子器件的能量或更具体地电流消耗是一个关切的问题。除了正常电流消耗之外,此类动力式装置或系统通常需要待机电流储备、确保在可能的各种操作参数下操作的精确的电压控制和转换能力、以及应对可能保持多年闲置后的突发消耗(例如,单次充电至多十八(18)小时)。因此,需要如下的系统,该系统在提供所需电力的同时,对于低成本、长期可靠服务、安全性和尺寸是最优化的。
[0011] 此外,由于与动力式镜片相关联的功能复杂度以及包括动力式镜片的所有部件之间的高相互作用水平,需要协调和控制包括动力式眼科镜片的电子器件和光学器件的总体操作。因此,需要一种用于控制所有其它组件的操作的系统,该系统安全、低成本且可靠,具有低的能量消耗速率并且尺寸可被缩小成能结合到眼科镜片中。
[0012] 动力式或电子式眼科镜片可能必须考虑到利用该动力式或电子式眼科镜片的个体的某些独特生理机能。更具体地,动力式镜片可能必须考虑到眨眼,包括在给定时间周期中的眨眼次数、眨眼的持续时间、眨眼之间的时间以及任何数目的可能的眨眼模式,例如如果个体正在打瞌睡。眨眼检测也可用于提供某些功能,例如,可利用眨眼作为控制动力式眼科镜片的一个或多个方面的手段。另外,在确定眨眼时,必须考虑到外部因素,例如光强度水平的变化、以及人的眼睑所阻挡的可见光的量。例如,如果室内具有介于五十四(54)和一百六十一(161)勒之间的照明度,则光电传感器的灵敏度应足以检测人眨眼时发生的光强度变化。
[0013] 环境光电传感器或光电传感器用于多个系统和产品中,例如用于电视机上以便根据室内光线调整亮度,用于灯上以便在黄昏时分开启,以及用于电话上以便调整屏幕亮度。然而,这些目前使用的传感器系统还不够小和/或不具有足够低的能量消耗以用于结合到接触镜片中。
[0014] 还重要的是应注意,可使用针对人眼的计算机视觉系统(例如被数字化至计算机中的照相机)来实现不同类型的眨眼检测器。在计算机上运行的软件可识别各种视觉模式,诸如睁眼和闭眼。这些系统可在眼科临床环境中用于诊断目的和研究。不同于上述检测器和系统,这些系统旨在在眼睛外使用并且是用于向眼睛看去而非从眼睛向外看。尽管这些系统并没有小到足以结合到接触镜片中,但所利用的软件可与结合动力式接触镜片工作的软件相似。这两种系统中的每一种均可包含人工神经网络的软件实现,该人工神经网络从输入学习并相应地调节它们的输出。或者,结合统计学、其它自适应算法和/或信号处理的基于非生物学的软件实现可用于创建智能系统。
[0015] 因此,需要一种用于检测某些生理机能(诸如闭眼时长或眨眼)并根据传感器所检测到的眨眼序列的类型利用这些生理机能来激活和/或控制电子式或动力式眼科镜片的装置和方法。所用的传感器的尺寸和配置必须适于在接触镜片中使用。此外,还需要检测用户眼睑的位置。眼睑位置传感器可用于检测用户的入睡,例如以便触发适当的警示,从而使用户保持清醒。现在有一些系统用于检测眼睑位置;然而它们仅限于诸如照相机成像仪、图像识别、以及依靠反射眼睛和眼睑的红外发射器/检测器对的装置。检测眼睑位置的现有系统还依靠于眼镜或临床环境的使用,并且不易于包含到接触镜片中。
[0016] 旅行闹钟、闹钟以及用于提供闹钟功能的其它外部装置体积大并且对于在闹钟的听力范围内越过预期被闹钟唤醒的个人的其他人是破坏性的。这种情况的示例是其中一个成员需要比夫妇中的另一成员醒得早的一对夫妇或者红眼飞行上希望在飞行期间调节他或她的昼夜节律的航空乘客。如果存在为特定个体提供报警而不打扰其他个体并因此不太入侵其他个体的方式将为有利的。

发明内容

[0017] 在至少一个实施方案中,一种用于向眼科镜片的佩戴者提供报警提示的系统,该系统包括:计时电路,该计时电路被配置成跟踪时间的流逝;通信系统,该通信系统被配置用于促进用于接收数据的至少单向通信;警示机构,该警示机构被配置成提供警示;系统控制器,该系统控制器电连接到计时电路、通信系统以及警示机构,该系统控制器被配置用于控制该计时电路、该通信系统以及该警示机构;以及眼科镜片,该眼科镜片能够封装该计时电路、该通信系统、该警示机构以及该系统控制器的至少一部分。
[0018] 在另一个实施方案中,通信系统包括接收器,该接收器被配置用于从外部装置无线接收所接收的数据并且将所接收的数据发送到系统控制器。在另一个实施方案中,计时电路包括用于跟踪时间的累加器;并且系统控制器还包括存储器,报警时间由该系统控制器存储在该存储器中,该系统控制器被配置成响应于所接收的数据而在累加器上设置时间并且响应于所接收的数据而在存储器中设置报警时间。在另一个实施方案中,系统控制器被配置成在累加器中的数据与存储于存储器中的数据匹配时向警示机构发送信号,报警机构被配置成响应于从该系统控制器接收的信号而向眼科镜片的佩戴者提供警示。在本段的第一实施方案的另一个实施方案中,计时电路包括用于跟踪时间的累加器;系统控制器还包括存储器,报警时间由该系统控制器存储在该存储器中,该系统控制器被配置成响应于所接收的数据而将累加器重置为零并且响应于所接收的数据而在存储器中设置报警时间。进一步讨论先前实施方案,系统控制器被配置成在累加器中的数据与存储于存储器中的数据匹配时向警示机构发送信号,报警机构被配置成响应于从该系统控制器接收的信号而向眼科镜片的佩戴者提供警示。
[0019] 进一步讨论以上实施方案中的任一个,警示机构包括电子部件,并且警示机构响应于来自系统控制器的报警信号而打开电子部件来警示佩戴者。在另一个实施方案中,电子部件包括与佩戴者的眼睛振动接触的LED和换能器当中的至少一者。
[0020] 进一步讨论以上实施方案中的任一个,警示机构包括下列至少一者:光源,该光源定位在镜片上以将光提供到镜片佩戴者的至少一个视网膜上,并且镜片本身作为警示;用于振动镜片佩戴者的眼睛作为警示的换能器;电模拟器,该电模拟器被配置成刺激角膜表面、巩膜表面、角膜感觉神经和巩膜感觉神经当中的至少一者;以及提供镜片的光学区域的光学区域变化的换能器。
[0021] 进一步讨论以上实施方案中的任一个,该系统还包括结合到镜片中的眼睑位置传感器系统,该眼睑位置传感器系统具有多个垂直点以检测眼睑位置,其中系统控制器与眼睑位置传感器系统电通信以便从眼睑位置传感器系统接收表示眼睑位置的信号,在眼睑保持闭合并且累加器值超过报警值时,系统控制器触发来自警示机构的警示的升级。
[0022] 进一步讨论以上实施方案中的任一个,该系统还包括外部装置,该外部装置被配置成向通信系统传输时间控制信号作为所接收的数据;并且其中通信系统包括接收器,该接收器被配置用于从外部装置无线接收时间控制信号并且将该时间控制信号发送到系统控制器;计时电路包括用于跟踪时间的累加器;并且系统控制器还包括存储器,报警时间由系统控制器存储在该存储器中,该系统控制器被配置成响应于时间控制信号而在计时电路上设置时间并且响应于时间控制信号在存储器中设置报警时间。在先前实施方案的另一个实施方案中,系统控制器被配置成在计时电路中的数据与存储于存储器中的数据匹配时向警示机构发送信号,报警机构被配置成响应于从该系统控制器接收的信号而向接触镜片的佩戴者提供警示。
[0023] 在至少一个实施方案中,一种用于在两个瞳孔上提供报警提示的系统,该系统具有第一接触镜片和第二接触镜片,该第一接触镜片包括:计时电路,该计时电路被配置成跟踪时间的流逝;通信系统,该通信系统被配置用于促进与外部装置的至少单向通信;警示机构,该警示机构被配置成提供警示;系统控制器,该系统控制器电连接到计时电路、通信系统以及警示机构,该系统控制器被配置用于控制该计时电路、该通信系统以及该警示机构;以及插入件,该插入件封装该接触镜片的该计时电路、该通信系统、该警示机构以及该系统控制器的至少一部分,该第二接触镜片包括:通信系统,该通信系统被配置用于促进与第一接触镜片的通信系统的至少单向通信、包括报警信号;警示机构,该警示机构被配置成响应于从通信系统接收的报警信号而提供警示;以及插入件,该插入件封装通信系统和警示机构中的至少一部分。
[0024] 进一步讨论先前实施方案,第一接触镜片和第二接触镜片中的每一个包括具有多个垂直点以检测眼睑位置的眼睑位置传感器系统,并且其中第一接触镜片的系统控制器与眼睑位置传感器系统电通信以便从眼睑位置传感器系统中的每一个接收表示眼睑位置的信号,在由来自计时电路的信号表示的值与报警值匹配时,系统控制器通过将信号发送到第一接触镜片的警示机构并通过通信系统到第二接触镜片上的警示机构来触发报警,其中信号致使警示机构的激活提供报警,并且在眼睑保持闭合并且累加器值超过大于报警值的报警升级值时,系统控制器触发来自警示机构的警示的升级。
[0025] 进一步讨论前两个实施方案中的任一个,系统控制器被配置成以预先确定的速率取样,并且至少暂时保存所收集样本,确定眼睑何时张开或闭合以便根据所收集样本确定眨眼的次数、时间周期以及脉冲宽度,计算给定时间周期中的眨眼的次数和眨眼的持续时间,将给定时间周期中的眨眼的次数、眨眼的持续时间以及给定时间周期中的眨眼之间的时间与存储的样本组进行比较以便确定眨眼模式,并且确定眨眼是否对应于一个或多个有意眨眼序列;并且其中系统控制器的有意眨眼序列控制操作触发警示机构并且包括报警打盹、报警终止以及报警值设置中的至少一者。
[0026] 进一步讨论前三个实施方案中的任一个,每个警示机构包括电子部件,并且每个警示机构响应于来自系统控制器的报警信号而打开电子部件来警示佩戴者。在另一个实施方案中,电子部件包括与佩戴者的眼睛振动接触的LED和换能器当中的至少一者。
[0027] 进一步讨论前五个实施方案中的任一个,至少一个警示机构包括下列至少一者:光源,该光源定位在镜片上以将光提供到镜片佩戴者的至少一个视网膜上,并且镜片本身作为警示;用于振动镜片佩戴者的眼睛作为警示的换能器;电模拟器,该电模拟器被配置成刺激角膜表面、巩膜表面、角膜感觉神经和巩膜感觉神经当中的至少一者;以及提供镜片的光学区域的光学区域变化的换能器。
[0028] 进一步讨论前六个实施方案中的任一个,该系统还包括外部装置,该外部装置被配置成向第一接触镜片的通信系统传输时间控制信号;并且其中第一接触镜片的通信系统包括接收器,该接收器被配置用于从外部装置无线接收时间控制信号并且将该时间控制信号发送到系统控制器;计时电路包括用于跟踪时间的累加器;并且系统控制器还包括存储器,报警时间由系统控制器存储在该存储器中,该系统控制器被配置成响应于时间控制信号而在计时电路上设置时间并且响应于时间控制信号在存储器中设置报警时间。
[0029] 在至少一个实施方案中,一种用于向眼科镜片的佩戴者提供报警的方法,该方法包括:利用通信电路和系统控制器接收报警时间;由系统控制器在存储器中基于所接收报警时间设置报警值;由系统控制器启动计时电路;利用系统控制器将计时电路输出与存储器中的报警值进行比较;以及在计时电路输出超过所存储报警值时,系统控制器向警示机构发送信号触发眼科镜片上的报警。
[0030] 进一步讨论前述实施方案,该方法还包括:利用至少一个眼睑位置传感器检测至少一个眼睑是否保持闭合;当至少一个眼睑保持闭合时,系统控制器使由警示机构提供的报警升级;当至少一个眼睑张开时,系统控制器通过向警示机构发送终止信号来终止报警。
[0031] 进一步讨论前述方法实施方案,该方法还包括:利用通信电路接收打盹指令,并且由系统控制器响应于打盹指令而以预先确定的打盹值递增报警值。在另一个实施方案中,从由通信电路和系统控制器的眼睑位置传感器检测的眨眼模式接收打盹指令。进一步讨论前两个实施方案中的任一个,由系统控制器通过通信电路从外部装置接收打盹指令。
[0032] 进一步讨论前述方法实施方案,该方法还包括响应于由通信电路和系统控制器的眼睑位置传感器检测的所接收的眨眼模式来终止报警。进一步讨论前述方法实施方案,该方法还包括响应于由系统控制器通过通信电路从外部装置接收的终止指令来终止报警。
[0033] 在至少一个实施方案中,本发明涉及一种动力式眼科镜片。动力式眼科镜片包括:眼内镜片;计时电路;系统控制器,该系统控制器被配置成确定是否已达到报警时间并且提供输出控制信号;以及至少一个警示机构,该警示机构被配置成接收输出控制信号并且实现警示佩戴者的预先确定的功能。
[0034] 在至少一个实施方案中,动力式眼科镜片包括:眼内镜片;以及结合到镜片中的眼睑位置传感器系统,该眼睑位置传感器系统包括具有多个单独传感器以检测眼睑位置的传感器阵列;系统控制器,该系统控制器被配置成对传感器阵列中的每个单独传感器取样以便确定眼睑是否撞开并提供输出控制信号;以及至少一个警示机构,该警示机构被配置成接收输出控制信号的。
[0035] 对动力式眼科镜片的控制可通过与镜片无线通信的手动操作式外部装置(例如手持式遥控单元)来实现。作为另外一种选择,对动力式眼科镜片的控制可通过直接来自佩戴者的反馈信号或控制信号来实现。例如,内置于镜片中的传感器可检测眨眼和/或眨眼模式。基于眨眼模式或眨眼序列,动力式眼科镜片可改变操作状态,例如在唤醒操作状态和睡眠操作状态之间改变。
[0036] 眨眼检测方法是检测眨眼特性的系统控制器的部件,眨眼特性例如眼睑是张开还是闭合、眨眼张开或闭合的持续时间、眨眼间隔持续时间以及给定时间周期中的眨眼次数。根据至少一个实施方案的方法依赖于以某一取样速率对入射于眼睛上的光取样。存储预先确定的眨眼模式,并将其与入射光样本的最近历史进行比较。当模式匹配时,眨眼检测方法触发系统控制器中的活动,例如以切换至特定的操作状态。
[0037] 本发明还涉及结合警示机构的动力式或电子式眼科镜片。附图说明
[0038] 通过下述内容,本发明的优选实施方案的更具体描述,如附图中所示,本发明的上述内容及其它特征和优点将显而易见。
[0039] 图1A和图1B示出根据本发明的至少一个实施方案的具有报警部件的接触镜片。
[0040] 图2A示出根据本发明的至少一个实施方案的两个眼睑位置传感器的示意图,这些眼睑位置传感器具有用于使两只眼睛之间的操作同步的通信信道。
[0041] 图2B示出根据本发明的至少一个实施方案的接触镜片的示意图,该接触镜片具有用于与外部装置通信的通信信道。
[0042] 图3示出根据本发明的至少一个实施方案的包括眨眼检测系统的接触镜片。
[0043] 图4示出根据本发明的至少一个实施方案的入射于眼睛表面上的光与时间的关系的图示,其示出在各种光强度水平下所记录的可能的无意的眨眼模式与时间的关系以及基于最大和最小光强度水平之间的某一点的可用阈值水平。
[0044] 图5是根据本发明的至少一个实施方案的眨眼检测系统的状态转变图。
[0045] 图6是根据本发明的至少一个实施方案的用于对所接收的光信号进行检测和取样的光电检测路径的示意图。
[0046] 图7示出根据本发明的至少一个实施方案的数字调节逻辑的框图
[0047] 图8示出根据本发明的至少一个实施方案的数字检测逻辑的框图。
[0048] 图9示出根据本发明的至少一个实施方案的时序图。
[0049] 图10示出根据本发明的至少一个实施方案的数字系统控制器的示意图。
[0050] 图11A至图11G示出根据本发明的至少一个实施方案的用于自动增益控制的时序图。
[0051] 图12示出根据本发明的至少一个实施方案的集成电路管芯上的光阻挡区域和光通过区域的示意图。
[0052] 图13示出根据本发明的至少一个实施方案的用于动力式接触镜片的电子插入件(包括眨眼检测器)的示意图。
[0053] 图14A和图14B示出根据本发明的至少一个实施方案的眼睑位置传感器的示意图。
[0054] 图15A示出根据本发明的至少一个实施方案的用于检测眼睑位置并结合到接触镜片中的电子系统的示意图。
[0055] 图15B示出图15A的电子系统的放大视图。
[0056] 图16示出根据本发明的至少一个实施方案的眼睑位置传感器的输出的示意图。
[0057] 图17A示出根据本发明的至少一个实施方案的用于检测眼睑位置并结合到接触镜片中的另一个电子系统的示意图。
[0058] 图17B示出图17A的电子系统的放大视图。
[0059] 图18A-图18C示出根据本发明的至少一个实施方案的眼睑位置检测系统的示意图。
[0060] 图18D示出图18A-图18C的电子系统的放大视图。
[0061] 图19A示出根据本发明的至少一个实施方案的结合到接触镜片中的瞳孔位置和会聚检测系统的示意图。
[0062] 图19B是图19A的瞳孔位置和会聚检测系统的放大视图。
[0063] 图19C示出眼睛上叠加的X、Y、Z轴。
[0064] 图20示出根据本发明的至少一个实施方案的存储箱的框图。

具体实施方式

[0065] 常规的接触镜片为具有特定形状的聚合物结构,以便如上所简述的矫正各种视力问题。为了实现增强的功能,可将各种电路和部件集成到这些聚合物结构中。例如,控制电路、微系统控制器、通信装置、电源、传感器、警示机构、发光二极管和微型天线可通过定制内置的光电部件被集成到接触镜片中,以便不仅矫正视力,而且提高视力,以及提供如本文所阐述的附加功能。电子式和/或动力式接触镜片可被设计成通过放大和缩小能力或者仅只是通过修改镜片的屈光能力来提供增强的视力。电子式和/或动力式接触镜片可被设计成增强颜色和分辨率、显示文本信息、将语音实时转变为字幕、提供导航系统的视觉提示、以及提供图像处理和互联网接入。镜片可被设计成允许佩戴者在低光照条件下视物。镜片上经适当设计的电子器件和/或电子器件布置可允许例如在没有可变焦光学镜片的情况下将图像投射到视网膜上,提供新型图像显示器,并且甚至提供唤醒警示。此外,可利用内置于镜片中的传感器来检测入射到眼睛上的光,以补偿环境光照条件或者用于确定眨眼模式以及佩戴者是睡着还是清醒的。
[0066] 在至少一个实施方案中,动力式或电子式接触镜片元件,用于矫正和/或提高具有一种或多种上述视力缺陷的患者的视力,或者以其它方式执行可用的眼科功能。此外,电子式接触镜片可仅仅用来提高正常的视力,或者提供如上所述的多种功能。电子式接触镜片可具有可变焦光学镜片,嵌入到接触镜片中的已组装前光学器件,或者仅简单地嵌入任何合适功能的电子器件而没有镜片。电子式镜片可结合到任何数目的上述接触镜片中。此外,眼内镜片也可结合本文所述的各种部件和功能。然而,为了容易解释,本公开将集中于用于矫正视力缺陷的单次使用的日抛型电子式接触镜片。
[0067] 本发明可用于具有电子系统的动力式眼科镜片或动力式接触镜片,该电子系统用于致动可变焦光学器件或任何其它被配置成实现可被执行的任何数量的诸多功能的一种或多种装置。电子系统包括一个或多个电池或其它电源、电力管理电路、一个或多个传感器、时钟生成电路、控制算法和电路以及镜片驱动电路。这些部件的复杂度可根据镜片所要求或所期望的功能而变化。另选地,接触镜片可仅为佩戴者提供报警。
[0068] 对电子式或动力式眼科镜片的控制可通过与镜片通信的手动操作式外部装置诸如手持式遥控单元来实现。例如,表链可基于佩戴者的人工输入与动力式镜片进行无线通信。另选地,对动力式眼科镜片的控制可通过直接来自于佩戴者的反馈信号或控制信号来实现。例如,内置于镜片中的传感器可检测眨眼、眨眼模式和/或眼睑闭合。基于眨眼模式或眨眼序列,动力式眼科镜片可改变操作状态,例如镜片操作状态或其检测佩戴者睡眠的操作状态。另一种另选实施方案是镜片从外部装置诸如计算机或智能电话接收来自佩戴者的输入的实施方案。另一种选择是,佩戴者无法控制动力式眼科镜片的操作。
[0069] 图1A示出驻留于接触镜片100上的用于在至少一个瞳孔上提供报警的系统。所示出系统包括系统控制器110、计时电路112、通信模(或系统)114,以及在至少一个实施方案中至少部分地封装在接触镜片中的警示机构116。系统控制器110与计时电路112、通信模块114以及警示机构116电通信。
[0070] 计时电路112在至少一个实施方案中包括用于跟踪时间的流逝的累加器113。累加器的示例是充当计数器的寄存器。在一个另选的实施方案中,在报警将提供给佩戴者时,累加器113被设置为近似未来时间的值并且以从该值反向倒计时的方式工作,这导致执行读数与零的比较的系统控制器确定何时发送警示信号。在另选的实施方案中,计时电路112可包括振荡器,该振荡器包括晶体例如石英电阻器电容器(RC)、电感器电容器(LC)和/或松弛的电路。
[0071] 通信模块114在至少一个实施方案中包括部件以促进从外部源到镜片的通信。外部源的示例包括通过眨眼的接触镜片佩戴者、表链以及计算机或智能电话。促进此通信的部件的示例包括眨眼检测部件、光电检测部件、射频(RF)部件以及天线。在光电检测或眨眼检测实施方案中,数据结构包括来自视情况而定的外部源或佩戴者的初始同步指令之后的一小时和一分钟作为未来的绝对时间或相对时间。在至少一个实施方案中,眨眼检测部件和光电检测部件是相同部件,如本公开中稍后将讨论的。在至少一个实施方案中,通信模块114包括眨眼检测部件。
[0072] 在至少一个实施方案中,系统控制器110包括被配置成存储时间的表示的存储器111,该时间的表示将与计时电路112进行比较以便确定何时激活警示机构116来提供至少一个报警。系统控制器110在至少一个实施方案中操纵将存储在存储器111中的所接收报警时间以便促进与来自计时电路112的信号的比较或者以便设置累加器113。存储的时间表示是以下中的至少一个:表示未来报警将被触发的周期的数量,报警的时间设置,以及未来报警将被触发的时间量。在另选的实施方案中,时间是相对时间或绝对时间值。存储的时间表示将基于就接收的表示报警设置时间的数据的形式而言的计时电路配置和通信模块配置。
[0073] 在至少一个实施方案中,接触镜片100包括其它部件至少部分地封装在其中的电子插入件。接触镜片在至少一个实施方案中包括光学区域和周边区域,其中周边区域围绕光学区域的周边。
[0074] 在如图1A中示出的另一个实施方案中,系统包括电源120。电源120为多个部件包括警示机构116供应电力。电力可由电池、能量采集器或本领域普通技术人员已知的其它合适装置供应。实质上,可利用任何类型的电源120来为系统的所有其它部件提供可靠的电力。
[0075] 警示机构116可包括用于基于从系统控制器110接收的命令(或警示)信号来实现对佩戴者的特定警示的任何合适装置。例如,如果如上所述的报警激活系统控制器110,则系统控制器110可启用警示机构116诸如光(或光阵列),以对光施以脉冲或引起物理波脉动到佩戴者的视网膜或巩膜(或另选地到整个镜片上)。警示机构116的另外的示例包括电气装置;机械装置,该机械装置包括例如压电装置、换能器、振动装置,化学物释放装置(其例子包括释放化学物以引起发痒、刺激或烧灼感)和声学装置;提供接触镜片光学区域的光学区域变化的换能器,诸如改变焦点和/或通过镜片的光的透射百分比;磁性装置;电磁装置;热装置;光学着色机构,该光学着色机构具有或不具有液晶、发光二极管(LED)、棱镜、光纤和/或光管以例如提供光学变化和/或将光引导至视网膜或者将着色施用至光学区;用于显示包括例如当前时间的消息的液晶显示器(LCD)和/或LED;电气装置,诸如电刺激器,以提供轻微的视网膜刺激或刺激角膜或巩膜表面中的至少一处和角膜或巩膜的一种或多种感觉神经;或者它们的任意组合。在至少一个实施方案中,除从电源120接收电力外,警示机构
116还从系统控制器110接收信号,并基于来自系统控制器110的信号产生某一动作。在另选的实施方案中,来自系统控制器110的信号是警示机构116与电源120之间的电连接,使得电力的可用性激活警示机构116。
[0076] 图1B示出向图1A中示出的系统添加眼睑位置传感器系统130的另选的实施方案。系统控制器110与眼睑位置传感器系统130信号电通信。在至少一个实施方案中,系统控制器110对眼睑位置传感器系统130取样,近似确定警示信号将发送到警示机构116以确定眼睑是闭合还是张开。在至少一个实施方案中,当确定是眼睑张开时,则因为佩戴者假定清醒并且不需要报警,警示信号取消并且不发送。在另选的实施方案中,仅在警示信号发送以允许佩戴者接收警示后的预先确定的时间处进行取样。在另一个另选的实施方案中,当眼睑在预先确定的时间处被检测为闭合时,则系统控制器110向警示机构116发送第二警示信号以便向报警的佩戴者提供升级的警示。
[0077] 在这种示出的实施方案中,警示机构116从系统控制器110接收信号以便使给予佩戴者的警示升级,在这种实施方案中,例如当尽管有在至少一个实施方案中使用眼睑位置传感器系统130检测眼睑位置的初始警示佩戴者的眼睑仍保持闭合时,警示机构116将具有将给予佩戴者的至少两种水平和/类型的警示以提供警示的升级。在另一个实施方案中,存在多种可用升级水平。
[0078] 图2A示出一种系统,其中接触镜片200至少部分地覆盖两只眼睛280。传感器阵列230存在于两个接触镜片200中以确定眼睑的位置,如将稍后关于图14A和图14B所述。在该实施方案中,接触镜片200各自包括电子通信部件214。每个接触镜片200中的电子通信部件
214允许在接触镜片200之间进行双向通信。电子通信部件214可包括RF收发器、天线、光电传感器232的接口电路以及相关联的或相似的电子部件。由线215所表示的通信信道可包括适当频率和功率下的具有适当数据协议的RF传输,以允许接触镜片200之间的有效通信。两个接触镜片200之间的数据传输可例如验证两个眼睑都已闭合,以便检测佩戴者的真实、睡眠条件。传输还可允许从一个镜片向第二镜片发送报警信号以触发第二镜片中的警示机构。数据传输还可从外部装置270发生,该外部装置270例如用于设置报警时间的智能电话(或其它基于处理器的系统)(如例如图2B中示出的)、具有电子通信部件272。这样,在至少一个另选的实施方案中,电子通信部件214可仅存在于一个镜片上,并且在另一个另选的实施方案中,仅存在一个镜片。
[0079] 图3以框图形式示出根据至少一个实施方案的具有电子眼睑位置系统330的接触镜片300。在该实施方案中,电子眼睑位置系统330可包括光电传感器332、放大器334、模数转换器(或ADC)336、数字信号处理器338。接触镜片300包括电源320、系统控制器310以及警示机构316。
[0080] 当接触镜片300放置于使用者眼睛的前表面上时,可利用眼睑位置系统330的电子电路来检测眼睑是张开还是闭合。光电传感器332以及其它电路被配置成检测眨眼、由使用者的眼睛产生的各种眨眼模式和/或眼睑闭合水平。
[0081] 在该实施方案中,光电传感器332可嵌入到接触镜片330中并接收环境光331,将入射光子转变成电子,从而产生流入放大器334中的电流(用箭头333表示)。光电传感器或光电检测器332可包括任何适合的装置。在一个实施方案中,光电传感器332包括至少一个光电二极管。在至少一个实施方案中,光电二极管被应用于互补金属氧化物半导体(CMOS加工技术)中,以增大集成能力并减小光电传感器332和其它电路的总体尺寸。电流333与入射光水平成比例,并在光电检测器332被眼睑覆盖时显著减小。放大器334产生与输入成比例的放大输出,并可用作将输入电流转换成输出电压的互阻抗放大器。放大器334可将信号放大到可供系统的其余部分使用的水平,诸如使信号具有足够的电压和电力以被ADC 336采集。例如,可能需要放大器来驱动后续功能块,因为光电传感器332的输出可能相当小并且可能在低光照环境中使用。放大器334可以实现为可变增益放大器,其增益可由系统控制器310以反馈布置方式调整,以使系统的动态范围最大化。除提供增益之外,放大器334还可包括其它模拟信号调节电路,例如适合于光电传感器332和放大器334输出的滤波电路和其它电路。放大器334可包括任何适用于放大和调节由光电传感器332输出的信号的装置。例如,放大器334可包括单个运算放大器,或包括具有一个或多个运算放大器的更复杂电路。光电传感器332可为可切换光电二极管阵列,并且放大器334可为集成器。如上所述,光电传感器
332和放大器334被配置成基于通过眼睛所接收的入射光强度来检测和分离眨眼序列,并将输入电流转换成最终可由系统控制器310使用的数字信号。在至少一个实施方案中,系统控制器310被预编程或预配置以在各种光强度水平条件下识别各种眨眼序列、眨眼模式和/或眼睑闭合(部分或完全闭合),并向警示机构316提供适合的输出信号。在至少一个实施方案中,系统控制器310还包括相关联存储器。
[0082] 在该实施方案中,ADC 336可用于将来自放大器334的连续模拟信号输出转换成适合于进一步信号处理的取样数字信号。例如,ADC 336可将来自放大器334的模拟信号输出转换成可供后续或下游电路(诸如数字信号处理系统或微处理器338)使用的数字信号。数字信号处理系统或数字信号处理器338可用于数字信号处理,包括对取样的数据进行过滤、处理、检测以及以其它方式操纵/处理中的一种或多种,从而允许入射光电检测供下游使用。通过眨眼序列和/或眨眼模式以及指示延长的眼睑闭合或眼睑运动的眨眼序列,可对数字信号处理器338进行预编程。数字信号处理器338还包括相关联存储器,该存储器在至少一个实施方案中存储模板和遮罩以便检测例如由系统控制器310选择的每种操作状态的眨眼模式。数字信号处理器338可利用模拟电路、数字电路、软件或它们的组合来实现。在所示实施方案中,数字信号处理器在数字电路中实现。ADC 336连同相关联的放大器334和数字信号处理器338以与前述取样速率一致的合适速率激活,例如每一百(100)ms激活一次,这在至少一个实施方案中受到调节。
[0083] 在至少一个实施方案中,可利用眨眼序列来改变系统和/或系统控制器的操作状态。在另外的实施方案中,系统控制器310可根据来自数字信号处理器338的输入来控制动力式接触镜片的其它方面,例如通过致动器来改变电子控制的镜片的焦距或屈光力。
[0084] 在至少一个实施方案中,系统控制器310将基于接收到的眨眼模式来确定镜片的操作状态,以将操作状态设置为睡眠操作状态或唤醒操作状态,但在另选的实施方案中也可设置其它状态。进一步讨论该实施方案,操作状态将确定将由处于该操作状态的数字信号处理器338使用的一组模板和遮罩。
[0085] 在至少一个实施方案中,系统控制器310使用来自光电传感器链(即,光电传感器332、放大器334、ADC 336和数字信号处理系统338)的信号来将取样的光水平与眨眼激活模式进行比较和/或确定眼睑闭合。参见图4,其示出在各种光强度水平下所记录的眨眼模式样本与时间和可用阈值水平的示意图。因此,通过考虑到各种因素,可减少和/或防止在对入射于眼睛上的光取样时的眨眼检测错误,例如考虑到在不同位置和/或在执行各种活动时光强度水平的变化。另外,当对入射于眼睛上的光取样时,通过考虑到环境光强度的变化可能对眼睛和眼睑造成的影响,也可减少和/或防止眨眼检测错误,例如在低强度光水平和高强度光水平下当眼睑闭合时眼睑阻挡多少可见光。换句话讲,为防止利用错误的眨眼模式进行控制,优选地应考虑环境光的水平,这将在下文进行更详细的解释。
[0086] 例如在研究中,已发现眼睑平均阻挡约百分之九十九(99)%的可见光,但在较短的波长处,透射过眼睑的光趋于减少,从而阻挡约99.6%的可见光。在朝向光谱的红外线部分的较长波长处,眼睑可阻挡仅百分之三十(30)%的入射光。然而,重要的是应注意,不同频率、波长和强度的光可能以不同的效率透射过眼睑。例如,当看着明亮光源时,个体可通过其闭合的眼睑看到红光。基于个体差异,诸如个体的皮肤色素沉淀,眼睑阻挡的可见光量也可能有变化。如图4所示,在七十(70)秒的时间间歇中模拟眨眼模式在各种光照水平下的数据样本,其中在模拟过程中记录透射过眼睛的可见光强度水平,并示出可使用的阈值。阈值被设定为处于在模拟过程中在不同的光强度水平下针对样本眨眼模式所记录的可见光强度的峰到峰值之间的值。在跟踪光水平随时间的平均值并调节阈值的同时具有对眨眼图案进行预编程的能力对于能够检测某个个体何时眨眼而言可能非常重要,这与个体不眨眼时和/或仅在某一区域中存在光强度水平变化时不同。
[0087] 系统控制器使用眨眼检测方法来检测眨眼的特性,例如检测眼睑是张开的还是闭合的、眨眼的持续时间、眨眼之间的持续时间以及在给定时间周期中的眨眼次数。在至少一个实施方案中,眨眼检测方法依赖于以某一取样速率对入射于眼睛上的光取样。存储预先确定的眨眼模式,并将其与入射光样本的最近历史进行比较。当模式相匹配时,眨眼检测方法可触发系统控制器中的活动,例如以设置和/或改变报警时间和/或镜片的其它操作。眨眼检测方法在至少一个实施方案中还对预先确定的眨眼模式和与困倦、睡眠开始或睡眠相关联的眼睑运动之间进行区分。
[0088] 眨眼是眼睑的快速闭合和张开,并且是眼睛的基本功能。眨眼保护眼睛免受异物损伤,例如当有物体意外地出现在眼睛附近时,个体便会眨眼。眨眼能通过眼泪的展布而在眼睛的前表面上提供润滑作用。眨眼还能从眼睛移除污染物和/或刺激物。正常情况下,眨眼是自动完成的,但外部刺激可能会导致眨眼,例如在存在刺激物的情况下。然而,眨眼也可能是有目的,例如对于不能通过语言或通过手势进行交流的个体可通过眨眼一次来表示“是”、通过眨眼两次来表示“否”。本发明的眨眼检测方法和系统利用不会与正常眨眼响应相混淆的眨眼模式。换句话讲,如果要将眨眼作为用于控制动作的方法,则为给定动作所选择的特定模式不能无规地出现;否则,可能发生无意的动作。由于眨眼速度和/频率可受到若干因素(包括疲劳、专注、无聊、眼睛受伤、用药和疾病)的影响,用于控制目的眨眼模式优选地考虑到这些因素以及任何其它影响眨眼的变量。无意眨眼的平均长度在约一百(100)毫秒至四百(400)毫秒的范围内。成年男性和女性的平均眨眼速率为每分钟十(10)次无意眨眼,并且无意眨眼之间的平均时间为约0.3秒至七十(70)秒。眼睑运动还可以指示其它情况,诸如当眼睑具有闭合一段时间的总趋势时指示困倦,或者闭合一段时间指示佩戴者已睡着。
[0089] 眨眼检测方法的实施方案可概括为以下步骤。
[0090] 1.定义使用者将执行的有意“眨眼序列”以用于积极的眨眼检测或者其表示睡眠开始。
[0091] 2.以与眨眼序列的检测一致的速率对入射光水平取样并剔除无意的眨眼。
[0092] 3.将取样的光水平的历史与预期的“眨眼序列”进行比较,该“眨眼序列”由数值构成的眨眼模板来定义。
[0093] 4.任选地,实现眨眼“遮罩”序列以指示在比较期间所要忽略的模板的部分,例如近处的转变。这可允许使用者偏离所期望的“眨眼序列”,诸如加一或减一(1)错误窗口,其中可能出现以下中的一者或多者:镜片激活、控制和焦距改变。另外,这可允许眨眼序列的使用者时序发生变化。
[0094] 眨眼序列可定义如下:
[0095] 1.眨眼(闭合)0.5s
[0096] 2.睁开0.5s
[0097] 3.眨眼(闭合)0.5s
[0098] 在一百(100)ms的取样速率下,二十(20)个样本的眨眼模板表示为:
[0099] blink_template=[1,1,1,0,0,0,0,0,1,1,1,1,1,0,0,0,0,0,1,1]。
[0100] 眨眼遮罩被定义为将在跃迁之后立即出现的样本遮去(0用于遮去或忽略样本),并且表示为:
[0101] blink_mask=[1,1,1,0,1,1,1,1,0,1,1,1,1,0,1,1,1,1,0,1]。
[0102] 任选地,可遮去更宽的跃迁区域以允许更大的时序不确定性,并且表示为:
[0103] blink_mask=[1,1,0,0,1,1,1,0,0,1,1,1,0,0,1,1,1,0,0,1]。
[0104] 可实现替代的模式,例如单次长时间眨眼,在这种情况下是具有24个样本的模板的1.5s眨眼,表示为:
[0105] blink_template=[1,1,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,1]。
[0106] 另一种另选的模式可被实现为指示睡眠,在这种情况下是具有24个样本的模板的2.4s眨眼(或眼睛已闭合入睡),表示为:
[0107] blink_template=[0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0]。
[0108] 在一个另选的实施方案中,在没有blink_mask的情况下使用该blink_template。
[0109] 重要的是应注意,上述例子只用于示例性目的,而并不表示具体的一组数据。
[0110] 可通过将样本历史与模板和遮罩进行逻辑比较来实现检测。逐位逻辑操作将对模板和样本历史顺序进行“异或”(XOR)运算,然后证实所有未掩蔽的历史位与模板匹配。例如,如在以上眨眼遮罩样本中所示,在眨眼遮罩的序列的值为逻辑1的每个位置上,眨眼必须与该序列的该位置上的眨眼遮罩模板相匹配。然而,在眨眼遮罩的序列的值为逻辑0的每个位置上,不需要眨眼与该序列的该位置上的眨眼遮罩模板相匹配。例如,可利用如在(MathWork、Natick、Massachusett)中编码的以下Boolean算法方程。
[0111] matched=not(blink_mask)|not(xor(blink_template,test_sample)),[0112] 其中test_sample是样本历史。匹配值是与眨眼模板、样本历史和blink_mask具有相同长度的序列。如果所有匹配序列为逻辑1,则实现了良好匹配。将其分解,not(xor(blink_template,test_sample))对每处失配均得出逻辑0,并且对于每处匹配均得出逻辑1。具有翻转遮罩的逻辑“或”迫使匹配顺序中的每个位置达到逻辑1,在此处遮罩为逻辑0。
因此,在眨眼遮罩模板中,该处值被规定为逻辑0的越多,与人的眨眼有关的错误容限就越大。还重要的是应注意:眨眼遮罩模板中逻辑0的数目越大,则与预期的或希望的眨眼模式相匹配的误报的可能性就越大。应当理解,多种预期的或希望的眨眼模式可被编程到具有一个或多个同时工作的接口的装置,并在至少一个实施方案中控制特定眨眼模式在特定操作状态下的使用。更具体地讲,可将多个预期的或希望的眨眼模式用于同一目的或功能、或者用于实现不同的或替代的功能。例如,可利用一个眨眼模式致使镜片改变操作状态、报警打盹、终止报警和/或设置报警。眨眼检测在至少一个实施方案中还可检测眼睑何时保持闭合,这将作为连续眨眼检测。
[0113] 图5-图18提供眼睑位置传感器系统(或眨眼检测传感器系统)的示例。在至少一个实施方案中,眼睑位置传感器系统使用眨眼检测来确定眼睑是否闭合并保持闭合一段时间。
[0114] 图5示出根据至少一个实施方案的眨眼检测系统的状态转变图500。系统在开始时处于IDLE状态502,等待使能信号bl_go发出。当使能bl_go信号被发出时,例如通过与眨眼取样速率相当的以一百(100)ms速率施加脉冲bl_go的振荡器和控制电路发出,状态机将转变成WAIT_ADC状态504,在该状态中,启用ADC以将所接收的光水平转换成数字值。ADC发出adc_done信号,以指示其操作完成,并且系统或状态机转变成SHIFT状态506。在SHIFT状态506中,系统将最新接收的ADC输出值推送到移位寄存器中,以保存眨眼样本的历史。在一些实施方案中,首先将ADC输出值与阈值比较,从而提供样本值的一位(1或0),以便最小化存储要求。然后系统或状态机转变至COMPARE状态508,在此状态中,如上所述将样本历史移位寄存器中的值与一个或多个眨眼序列模板和遮罩进行比较。如果检测到匹配,则可发出一个或多个输出信号,诸如将镜片状态切换至睡眠操作状态或唤醒操作状态的信号,或者发出佩戴者睡眠开始的信号。系统或状态机接着转变至DONE状态510,并发出bl_done信号,以指示其操作完成。
[0115] 图6示出可用于对所接收的光水平进行检测和取样的光电传感器或光电检测器信号路径pd_rx_top。信号路径pd_rx_top可包括光电二极管602、互阻抗放大器604、自动增益和低通滤波级606(AGC/LPF)、以及ADC608。adc_vref信号从电源620(参见图1A或1B中的电源110)输入到ADC 608,或者作为另外一种选择,其可由模数转换器608内的专用电路提供。来自ADC 608的输出adc_data被传送到数字信号处理和系统控制器区块338/310(参见图
3)。虽然在图3中示出为单独的区块338和310,但为了便于解释,数字信号处理器338和系统控制器310优选地以单个区块610实现。使能信号adc_en、起始信号adc_start和复位信号adc_rst_n由数字信号处理和系统控制器610接收,而完成信号adc_complete传送到该处。
时钟信号adc_clk可从位于信号路径pd_rx_top外的时钟源接收,或者从数字信号处理和系统控制器610接收。重要的是应注意,adc_clk信号和系统时钟可在不同的频率下运行。还重要的是应注意,根据本发明可使用任何数量的不同ADC,这些ADC可具有不同的界面和控制信号,但其执行提供光电传感器信号路径模拟部分输出的取样数字表示的相似功能。光电检测使能信号pd_en以及光电检测增益pd_gain是从数字信号处理和系统控制器610接收的。
[0116] 图7示出可用于将所接收的ADC信号值adc_data减小至一位值pd_data的数字调节逻辑700的框图。数字调节逻辑700可包括数字寄存器702,以从光电检测信号路径pd_rx_top接收数据adc_data,从而在信号adc_data_held上提供保持值。数字寄存器702被配置成当adc_complete信号发出时接受adc_data信号上的新值,并且当接收到adc_complete信号时保持最后的接受值。这样,一旦数据被存,系统便可禁用光电检测信号路径,以降低系统的电流消耗。接着,可在阈值生成电路704中通过数字逻辑中实现的积分-清除平均或其它平均方法对所保持的数据值进行平均,以在信号pd_th上生成一个或多个阈值。然后,可通过比较器706将所保持的数据值与一个或多个阈值进行比较,以在信号pd_data上产生一位数据值。应当理解,比较运算可利用滞后或与一个或多个阈值的比较,以使输出信号pd_data上的噪声最小化。数字调节逻辑还可包括增益调节区块pd_gain_adj 708,以根据所计算的阈值和/或根据所保持的数据值通过图6所示的信号pd_gain在光电检测信号路径中设置自动增益和低通滤波级606的增益。重要的是应注意,在该实施方案中,六位的字在眨眼检测的动态范围内提供足够的分辨率,同时使复杂度最小化。图7示出另选的实施方案,其包括提供来自例如串行数据接口的pd_gain_sdi控制信号,该串行数据接口允许重写由增益调节区块pd_gain_adj 708确定的自动增益控制。
[0117] 在一个实施方案中,阈值生成电路704包括峰值检测器、谷值检测器和阈值计算电路。在该实施方案中,可如下生成阈值和增益控制值。峰值检测器和谷值检测器被配置成接收信号adc_data_held上的保持值。峰值检测器还被配置成提供输出值pd_pk,输出值pd_pk快速地跟踪adc_data_held值的增大并在adc_data_held值减小时缓慢衰减。该操作类似于电技术领域中众所周知的传统二极管包络检测器的操作。谷值检测器还被配置成提供输出值pd_vl,输出值pd_vl快速地跟踪adc_data_held值的减小并在adc_data_held值增大时缓慢地衰减至更高的值。谷值检测器的操作也类似于二极管包络检测器,其中放电电阻器被连接至正电源电压。阈值计算电路被配置成接收pd_pl值和pd_vl值,并且还被配置成基于pd_pk值和pd_vl值的平均值来计算中点阈值pd_th_mid。阈值生成电路704基于中点阈值pd_th_mid提供阈值pd_th。
[0118] 阈值生成电路704还可适于响应于pd_gain值的变化更新pd_pk水平和pd_vl水平的值。如果pd_gain值增大一个步长,则pd_pk和pd_vl值增大一个因数,该因数等于光电检测信号路径的预期增益增大值。如果pd_gain值减小一个步长,则pd_pk值和pd_val值减小一个因数,该因数等于光电检测信号路径的预期增益减小值。这样,分别在pd_pk值和pd_vl值中所保持的峰值检测器和谷值检测器的状态、以及根据pd_pk值和pd_vl值计算出的阈值pd_th被更新以与信号路径增益的变化相匹配,从而避免仅根据光电检测信号路径增益的有意变化所得到的状态或值的不连续性或其它变化。
[0119] 在阈值生成电路704的另一个实施方案中,阈值计算电路还可被配置成基于pd_pk值的比例或百分比来计算阈值pd_th_pk。在至少一个实施方案中,pd_th_pk可有利地配置成pd_pk值的八分之七,其计算可通过简单的右移三位和减法来实现,如本领域中所熟知。阈值计算电路可将阈值pd_th选择成pd_th_mid和pd_th_pk中的较小者。这样,pd_th值将永远不等于pd_pk值,即使是在恒定的光长时间入射于光电二极管上(这可能导致pd_pk值和pd_vl值相等)之后。应当理解,pd_th_pk值确保在长的间歇之后检测到眨眼。阈值生成电路的行为进一步示于图11A-图11G中,如随后所论述。
[0120] 图8示出根据至少一个实施方案的可用于实现数字眨眼检测算法的数字检测逻辑800的框图。数字检测逻辑800可包括移位寄存器802,该移位寄存器802适于从光电检测信号路径pd_rx_top(图6)接收数据,或者从数字调节逻辑(图7)接收数据,如此处在具有一位值的信号pd_data上所示。移位寄存器802在此处将所接收的样本值的历史保持于24位寄存器中。数字检测逻辑800还包括比较区块804,该比较区块804适于基于操作状态(如果需要的话)接收样本历史以及一个或多个模板bl_tpl和遮罩bl_mask,并且数字检测逻辑800被配置成在一个或多个输出信号上指示与一个或多个模板和遮罩的匹配,一个或多个输出信号可被保持以供以后用。在至少一个实施方案中,操作状态确定将由比较区块804使用的一组模板bl_tpl和遮罩bl_mask。在至少一组模板bl_tpl中,存在表示佩戴者入睡的至少一个睡眠模板。在另选的实施方案中,数字检测逻辑800包括比较区块,该比较区块适于包含一个或多个睡眠模板,并且数字检测逻辑800被配置成在一个或多个输出信号上指示与一个或多个模板和遮罩的匹配,一个或多个输出信号可被保持以供以后用。在这样的另选实施方案中,镜片不具有睡眠和唤醒操作状态。
[0121] 比较区块804的输出通过D型触发器806进行锁存。数字检测逻辑800还可包括计数器808或其它逻辑,以抑制由于遮罩操作引起的以小的移位对同一样本历史集合进行的连续比较。在优选的实施方案中,在发现阳性匹配之后样本历史将被清除或复位,因而需要取样完整的、新的匹配序列才能再识别后续匹配。数字检测逻辑800还可包括状态机或类似的控制电路,以向光电检测信号路径和ADC提供控制信号。在一些实施方案中,控制信号可由与数字检测逻辑800分开的控制状态机产生。该控制状态机可为数字信号处理和系统控制器410(见图4)的一部分。
[0122] 图9示出从检测子系统向光电检测信号路径中所用的ADC 608(图6)提供的控制信号的时序图。使能信号和时钟信号adc_en、adc_rst_n和adc_clk在样本序列开始时被激活,并持续至模数转换过程完成为止。在一个实施方案中,ADC转换过程是当在adc_start信号上提供脉冲时开始的。ADC输出值被保持于adc_data信号中,并且过程的完成是由模数转换器逻辑在adc_complete信号上指示的。图9中还示出用于在ADC之前设置放大器增益的pd_gain信号。该信号显示为在预热时间之前进行设置,以使模拟电路偏压和信号电平在转换之前达到稳定。
[0123] 图10示出了具有数字眨眼检测子系统dig_blink 1002的数字系统控制器1000。数字眨眼检测子系统dig_blink 1002可由主状态机dig_master 1004控制并可适于从位于数字系统控制器1000外的时钟产生器clkgen 1006接收时钟信号。数字眨眼检测子系统dig_blink 1002可适于向如上所述的光电检测子系统提供控制信号以及从光电检测子系统接收信号。除包括用于控制眨眼检测算法中的运算序列的状态机之外,数字眨眼检测子系统dig_blink 1002还可包括如上所述的数字调节逻辑和数字检测逻辑。数字眨眼检测子系统dig_blink 1002可能够从主状态机1004接收使能信号,并向主状态机1004提供完成或结束指示以及眨眼检测指示。
[0124] 在图10中示出的实施方案的另选的实施方案中,时钟被连接到时钟发生器1006(图10中)以从镜片开始操作就跟踪时间,并在一个实施方案中向数据管理器提供时间戳信号,在该实施方案中数据管理器记录关于佩戴者睡眠的起始和终止的数据,使得当使用例如至少一个电子通信部件将数据从镜片传输(或发送)至外部装置,该外部装置能够基于来自镜片的时间戳和外部装置上传输数据的当前时间,与记录的时间戳相比较,通过反算一天的时间来确定佩戴者在佩戴镜片时在哪些时间周期里睡着。
[0125] 图11A-图11G描绘了波形,用以示出阈值生成电路和自动增益控制(图7)的操作。图11A示出由可响应于不同光水平的光电二极管提供的光电流与时间的关系的例子。在曲线图的第一部分中,光水平和所得的光电流与曲线图的第二部分相比相对低。在曲线图的第一部分和第二部分两者中,均看到两次眨眼以减少光和光电流。应注意,由眼睑造成的光衰减可能不是百分之一百(100),而是较低的值,该值取决于眼睑对入射于眼睛上的光波长的透射特性。图11B示出响应于图11A的光电流波形捕获的adc_data_held值。为简明起见,adc_data_held值被示出为连续的模拟信号而不是一系列离散的数字样本。应当理解,数字样本值将对应于图11B中在对应样本时间所示的水平。在曲线图顶部和底部处的虚线指示adc_data信号和adc_data_held信号的最大值和最小值。最小值和最大值之间的值范围也称为adc_data信号的动态范围。如下文所述,在曲线图第二部分中的光电检测信号路径增益是不同的(较低)。一般来讲,adc_data_held值与光电流成正比,并且增益变化仅影响比例性的比率或常数。图11C示出由阈值生成电路响应于adc_data_held值计算的pd_pk、pd_vl和pd_th_mid值。图11D示出在阈值生成电路的一些实施方案中响应于adc_data_held值计算的pd_pk、pd_vl和pd_th_pk值。应注意,pd_th_pk值始终与pd_pk值成一定比例。图11E示出adc_data_held值以及pd_th_mid和pd_th_pk值。应注意,在其中adc_data_held值相对恒定的很长一段时间中,随pd_vl值衰减至同一水平,pd_th_mid值变得等于adc_data_held值。pd_th_pk值始终保持低于adc_data_held值一定量。在图11E中还示出对pd_th的选择,其中pd_th值被选择为pd_th_pk和pd_th_mid中的较小者。这样,阈值始终被设定为距pd_pk值某一距离,从而避免因光电流信号和adc_data held信号上的噪声引起的pd_data上的误跃迁。图11F示出通过将adc_data_held值与pd_th值进行比较而产生的pd_data值。应注意,pd_data信号是双值信号,其在发生眨眼时较低。图11G示出这些示例性波形的tia_gain值与时间的关系。当pd_th开始超过图11E中以agc_pk_th示出的高阈值时,tia_gain的值被设置为较低。应当理解,当pd_th开始下降至低于低阈值时,发生相似的行为而使tia_gain升高。再次参见图11A至图11E的各图的第二部分,较低tia_gain的效果是明显的。尤其应注意,adc_data_held值保持于adc_data信号和adc_data_held信号的动态范围的中值附近。
此外,重要的是应注意,如上文所述根据增益变化来更新pd_pk值和pd_vl值,从而在峰值和谷值检测器状态和值中避免只因光电检测信号路径增益变化引起的不连续性。
[0126] 图12示出集成电路管芯1200上的光阻挡特征结构和光通过特征结构。集成电路管芯1200包括光通过区域1202、光阻挡区域1204、接合焊盘1206、钝化开孔1208以及光阻挡层开孔1210。光通过区域1202位于光电传感器(未示出)上方,例如在半导体工艺中实现的光电二极管阵列。在至少一个实施方案中,光通过区域1202允许尽可能多的光到达光电传感器,从而使灵敏度最大化。这可通过移除多晶硅、金属、氧化物、氮化物、聚酰亚胺和光感受器上的其它层完成,如在用于制造的半导体工艺中或在后处理中所允许。透光区域1202也可接受其它特殊处理以优化光电检测,例如减反射涂层、滤光片和/或扩散片。光阻挡区域1204可覆盖管芯上不需要进行曝光的其它电路。光电流可能会使其它电路的性能劣化,例如在如此前所提及的结合到接触镜片中所需的超低电流电路中使偏置电压和振荡器频率偏移。光阻挡区域1204以薄的、不透明的反射材料形成,例如在半导体晶片处理和后处理中已经使用的。如果以金属实现,则形成光阻挡区域1204的材料必须与下面的电路和接合焊盘1206绝缘,以防止短路状况。此类绝缘可由已经作为正常晶片钝化物的一部分存在于管芯上的钝化物(例如氧化物、氮化物和/或聚酰亚胺)来提供或者以在后处理期间所加入的其它电介质来提供。遮蔽允许光阻挡层具有开孔1210,使得导电的光阻挡金属不与管芯上的接合焊盘重叠。光阻挡区域1204被附加的电介质或钝化物覆盖,以保护管芯并避免在管芯附着期间短路。该最终钝化物具有钝化物开孔1208,以允许连接至接合焊盘1206。
[0127] 在接触镜片包括着色能力的另选的实施方案中,光通过区域1202与接触镜片的能够被着色的区域至少部分地重叠。在光电传感器存在于接触镜片的着色区域和非着色区域两者中的情况下,其允许确定被着色阻挡的光的量。在另一个实施方案中,整个光通过区域1202存在于着色区域中。
[0128] 图13示出具有电子插入件的接触镜片,该电子插入件包括眨眼检测系统。接触镜片1300包括软塑料部分1302,该软塑料部分1302提供电子插入件1304。该插入件1304包括由电子器件激活的镜片1306,例如取决于激活聚焦于近处或远处。集成电路1308安装于插入件1304上并连接至电池1310、镜片1306以及系统必需的其它部件。在至少一个实施方案中,集成电路1308包括光电传感器1312和相关联的光电检测器信号路径电路。光电传感器1312穿过镜片插入件1304面朝外并远离眼睛,因而能够接收环境光。光电传感器1312可在集成电路1308上(如图所示)例如以单个光电二极管或光电二极管的阵列实现。光电传感器
1312也可以安装于插入件1304上的单独装置实现并与迹线1314连接。当眼睑闭合时,包括光电检测器1312在内的镜片插入件1304被覆盖,从而减少入射在光电检测器1312上的光水平。光电检测器1312能够测量环境光,以确定使用者是否正在眨眼。根据本公开内容,本领域的普通技术人员应当理解,光电检测器1312可用本公开内容中讨论的其它传感器取代或扩充。
[0129] 眨眼检测的附加实施方案可允许眨眼序列的持续时间和间隔的更大变化,例如通过基于第一次眨眼的所测量的结束时间来对第二次眨眼的开始计时,而非通过利用固定的模板或通过加宽遮罩的“不用计”间歇(0值)。
[0130] 应当理解,眨眼检测和/或睡眠检测可在数字逻辑中或者在微控制器上运行的软件中实现。算法逻辑或微控制器可与光电检测信号路径电路和系统控制器一起在单个应用专用集成电路(ASIC)上实现,或者其可横跨多于一个集成电路来划分。
[0131] 根据另一个实施方案,动力式或电子式眼科镜片可结合眼睑或眼睑位置传感器。已知的是眼睑以多种方式保护眼球,包括眨眼反射和眼泪展布的动作。眼睑的眨眼反射通过在感知到对眼睛的威胁后迅速闭合来防止对眼球造成创伤。眨眼还会使眼泪展布在眼球表面,以使眼球保持湿润并冲洗掉细菌和其它异物。但眼睑的运动除了在个体(或佩戴者)佩戴电子式眼科镜片时被用来警示报警已被激活,也可指示在起作用的其它动作或功能。
[0132] 现在参见图14A,其中示出眼睛1400上的眼睑位置传感器系统。该系统被结合到接触镜片1402中。其中示出了上眼睑和下眼睑,按闭合程度增加的顺序上眼睑的可能位置为1401、1403和1405。下眼睑也以对应于上眼睑的闭合水平示出;即,位置1407、1409和1405。
当眼睑闭合时它们占据相同的位置;即,1405。根据该实施方案的接触镜片1402包括传感器阵列1404。该传感器阵列1404包括一个或多个光电传感器。在该实施方案中,传感器阵列
1404包括十二(12)个光电传感器1406a至1406l。在上眼睑处于位置1401而下眼睑处于位置
1407的情况下,所有光电传感器1406a-1406l被暴露于并接收环境光,由此产生可被本文所述的电子电路检测的光电流。当眼睑在位置1403和1409处部分闭合时,顶部和底部的光电传感器1406a和1406b被覆盖,接收比其它光电传感器1406c–1406l较少的光,并输出可由电子电路检测的相对较小的电流。随着在位置1405眼睑完全闭合,所有传感器1406a–1406l都被覆盖,电流也相应地减少。该系统可被用于通过对传感器阵列中的每个光电传感器取样,并利用光电流输出与传感器位置的关系来确定眼睑位置,例如,在出现指示睡眠或困倦可能开始的眨眼之后上下眼睑是否未完全打开。应当理解,光电传感器应放置在接触镜片上的合适位置,例如以便提供足够的样本位置以可靠地确定眼睑位置,同时不阻挡清晰的光学区域(大致为由散瞳所占据的区域)。该系统也可被用于通过对传感器进行常规取样并比较随着时间所测得的值,从而检测眨眼。在一个另选的实施方案中,传感器阵列1404'的光电传感器1406a'-1406l'形成围绕瞳孔的弧形图案,同时彼此间垂直间隔开,例如图14B所示。在任一所示实施方案中,本领域的普通技术人员应当理解,在传感器阵列中可使用除12以外的数。另外的示例包括3至15范围内的数(在至少一个实施方案中,包括端点在内),更具体地讲包括4至8范围内的数(在至少一个实施方案中,包括端点在内)。
[0133] 图15A和图15B示出电子系统1500,其中如上所述的眼睑位置光电传感器被用来触发接触镜片1502或者更具体地讲动力式或电子式眼科镜片中的活动。图15A示出镜片1502上的电子系统1500,并且图15B是系统1500的分解图。如先前关于图14A和14B所述,光1501入射到一个或多个光电传感器1504上。这些光电传感器1504可使用光电二极管、硫化镉(CdS)传感器、或适于将环境光转换成电流的其它技术来实现。根据光电传感器1504的选择,放大器1506或其它合适的电路可能需要调整输入信号,以供随后的或下游电路使用。复用器1508允许单个模数转换器(或ADC)1510接收来自多个光电传感器1504的输入。复用器1508可紧接在光电传感器1504之后、放大器1506之前放置,或者取决于电流消耗、管芯尺寸和设计复杂度方面的考虑,也可以不使用。由于在眼睛上的各种位置需要多个光电传感器
1504以检测眼睑位置,共享下游处理部件(例如,放大器、模数转换器和数字签名系统控制器)可显著减小电子电路所需的尺寸。放大器1506产生与输入成比例的放大输出,并可用作将输入电流转换成输出电压的互阻抗放大器。放大器1506可将信号放大到可供系统的其余部分使用的水平,例如使信号具有足够的电压和电力以被ADC 1510采集。例如,可能需要放大器1506来驱动后续功能块,因为光电传感器1504的输出可能相当小并且可能在低光照环境中使用。放大器1506还可以实现为可变增益放大器,其增益可由系统控制器1512调整,以使系统1500的动态范围最大化。除提供增益之外,放大器1506还可包括其它模拟信号调节电路,例如适合于光电传感器1504和放大器1506输出的滤波电路和其它电路。放大器1506可为任何适用于放大和调节由光电传感器1504输出的信号的装置。例如,放大器1504可仅为单个运算放大器,或包括具有一个或多个运算放大器的更复杂的电路。
[0134] 如上所述,光电传感器1504和放大器1506被配置成检测眼睛上各种位置的入射光1501,并将输入电流转换成最终可由系统控制器1512使用的数字信号。在至少一个实施方案中,系统控制器1512被预编程以对眼睛上的每个光电传感器1504取样,以检测眼睑位置并向警示机构1514提供合适的输出信号。系统控制器1512还包括相关联的存储器。系统控制器1512可将光电传感器1504的最近样本结合到与眼睑打开和眯眼位置相关的预先制定模式。系统1500可能需要区分眼睑位置之间的变化,在环境光、阴影及其它现象下的正常变化。这种区分可通过适当选择取样频率、放大器增益和其它系统参数、优化传感器在接触镜片上的放置、确定眼睑位置模式、记录环境光、将各光电传感器与相邻光电传感器和所有光电传感器进行比较、以及通过其它技术独特地辨别眼睑位置来实现。
[0135] 在至少一个实施方案中,ADC 1510可用于将来自放大器1506的连续模拟信号输出通过复用器转换成适合于进一步信号处理的取样数字信号。例如,ADC 1510可将来自放大器1506的模拟信号输出转换成可供后续或下游电路(例如数字信号处理系统或微处理器1516)使用的数字信号。数字信号处理系统或数字信号处理器1516可用于数字信号处理,包括对取样的数据进行过滤、处理、检测以及以其它方式操纵/处理中的一种或多种,从而允许入射光电检测供下游使用。可使用各种眼睑位置和/或闭合模式对数字信号处理器1516进行预编程。在至少一个实施方案中,数字信号处理器1516还包括相关联的存储器。数字信号处理器1516可利用模拟电路、数字电路、软件、和/或优选地它们的组合来实现。ADC 1510连同相关联的放大器1506和数字信号处理器1516以与前述取样速率一致的合适速率激活,例如每一百(100)ms激活一次。
[0136] 电源1518为包括眼睑位置传感器系统1500的多个部件供应电力。电源1518也可用于向接触镜片中的其它部件供应电力。电力可由电池、能量采集器或本领域普通技术人员已知的其它合适装置供应。实质上,可利用任何类型的电源1518来为系统的所有其它部件提供可靠的电力。眼睑位置传感器阵列模式经过从模拟到数字的处理后,能够致动系统控制器1512或系统控制器1512的一部分。此外,系统控制器1512可根据来自数字信号系统控制器1508的输入来控制动力式接触镜片的其它方面,例如致动警示机构1514。
[0137] 现在参见图16,其中示出设置于接触镜片上的三个不同的垂直位置处的三个光电传感器的输出特性。输出特性可表示与每个光电传感器上的入射光成比例的电流,或者可表示下游信号,例如在ADC(图15B中的元件1510)的输出中的数字取样数据值与时间的关系。总入射光1602先增加、再保持稳定、然后下降,例如当从黑暗的房间走到明亮的走廊再回到黑暗的房间时。如果眼睑保持张开,则所有三个光电传感器1604、1606和1608都将输出与环境光相似的信号,由光电传感器1604和光电传感器1608的虚线1601和虚线1603示出。除了环境光水平1602改变,位置1610指示眼睑的部分闭合,其与眼睑打开位置1612和1614所指示的不同。当眼睑部分闭合时,上部的光电传感器1604被上眼睑覆盖,并由于眼睑对光电传感器的阻挡而输出相应较低的水平。尽管环境光1602在增加,但由于部分闭合的眼睑,光电传感器1604接收较少的光并输出较低的信号。使用被覆盖的光电传感器1608观察到相似的反应。眯眼期间中间传感器1606不被覆盖,从而继续看见光水平增加,并且输出水平也相应增加。虽然该示例仅示出一种具体情况,但传感器位置的各种配置和眼睑运动如何被检测到也是显而易见的。
[0138] 图17A和图17B示出结合到接触镜片1702中的另选的检测系统1700。图17A示出了镜片1702上的系统1700,并且图17B示出了系统1700的分解图。在该实施方案中,利用电容式触摸传感器1704来代替光电传感器。电容式触摸传感器在电子业中十分常见,例如用于触摸屏显示器中。其基本原理是,以物理方式实现电容触摸传感器(或可变电容器)1704,使得电容随着接近或触摸而变化,例如通过实现由电介质覆盖的网格。传感器调节器1706产生与电容成比例的输出信号,例如,通过测量具有可变电容器的振荡器的变化,或通过使用固定频率的AC信号感测可变电容器与固定电容器的比率。传感器调节器1706的输出可以与复用器1708相结合以减少下游电路。在该实施方案中,为简明起见,省略了上文关于图15所述的必要信号调节电路。系统控制器1710通过复用器1708接收来自电容式传感器调节器1706的输入,例如通过按顺序激活每个传感器并记录值。然后,其可将测量值与预先设定的模式和历史样本进行比较,以确定眼睑的位置。然后,系统控制器可以激活警示机构1712中的功能,例如使变焦镜片的焦距变得更近。电容式触摸传感器1704可以与前述光电传感器的模式相似的物理模式进行布局,但将使用眼睑位置对其进行优化以用于检测电容的变化。传感器并且就此而言整个电子系统,都将被封装并与接触镜片的盐水环境隔离。当眼睑覆盖传感器1704时,将检测到电容的变化而不是如前所述的环境光的变化。图17B还示出在至少一个实施方案中包括电源1714。
[0139] 重要的是应注意,如果需要,可根据电容式触摸传感器利用ADC和数字信号处理电路,如关于图15B的光电传感器所示。在一个另选的实施方案中,电容式触摸传感器为任何压力传感器。在另一个实施方案中,镜片上存在光电传感器和压力传感器的组合。
[0140] 在一个实施方案中,电子器件和电子互连形成在接触镜片的周边区域中而非光学区域中。根据一个另选的实施方案,重要的是应注意,电子器件的定位不必仅限于接触镜片的周边区域。本文所述的所有电子部件均可利用薄膜技术和/或透明材料制成。如果利用这些技术,则电子部件可置于任何适合的位置,只要它们与光学器件兼容即可。
[0141] 图18A-图18D示出了另选的实施方案,其中眼睑位置传感器系统是具有沿接触镜片1802覆盖多个垂直点的带的传感器,该接触镜片与电路1800结合运作。可具有带状构造的传感器的一个示例是电容式传感器。图18A示出一个示例,其中带1808在接触镜片1802上基本上是直的。虽然带1808被示出为与平分接触镜片1802的线平行取向,但其可具有相对于平分线成角度的取向或呈弧形。图18B示出一个示例,其中带1808a沿接触镜片1802采用螺线型路径。在图18C所示的实施方案中,当眼睑接近闭合状态时,带1808b的螺线型配置将增加由电路1800检测到的电容的变化。电容变化程度将转化为眼睑闭合量。可具有带状配置的传感器的另一个示例是具有隔膜和呈带状配置的基部的压电式压力换能器。当眼睑闭合时,眼睑将对压电式压力换能器施加附加的压力,从而允许确定眼睑闭合水平。沿垂直轴线的连续感测在多个传感器上提供改进的颗粒度,从而提供改进的眼睑位置测量。图18D示出可结合包括系统控制器1810、警示机构1812和电源1814的带状传感器1808、1808a、1808b使用的电路。在另一个另选的实施方案中,存在多个带。成角度的和/或螺线型带状配置的优点是即使接触镜片在佩戴者的眼睛上的取向不正确,但仍然可以检测到眼睑的位置。
[0142] 数字信号处理区块和系统控制器(图15B中的1516和1512,分别为图17B中的系统控制器1710和图18D中的系统控制器1810)的活动取决于可用的传感器输入、环境和用户反应。输入、反应和判定阈值可根据以下中的一者或多者来确定:眼科研究、预编程、训练、以及自适应性/学习算法。例如,眼睑运动的一般特性可被充分记录于文献中、适用于广泛的使用者人群、以及被预编程到系统控制器中。然而,个体与一般预期响应和/或眨眼频率变化的偏差可被记录于自适应性/学习算法的训练会话或部分中,该算法在电子式眼科装置的操作中继续完善响应。在一个实施方案中,使用者可通过在使用者想要聚焦于近处时激活与装置通信的手持式短表链来训练该装置。装置中的学习算法可接着参考在短表链信号之前与之后所存储的传感器输入,以完善内部决策算法。该训练周期可持续一天,然后装置将仅靠传感器输入来自主地操作,并且不需要短表链。
[0143] 在另选的实施方案中,系统还包括眼睛运动传感器系统,该眼睛运动传感器系统可提供佩戴者在报警将被触发时是否处于快速眼睛运动(REM)睡眠的指示。在至少一个实施方案中,如果眼睑位置系统检测到眼睑在报警触发时闭合,则眼睛运动传感器系统由系统控制器进行取样。如果系统控制器检测到眼睛运动,则报警的类型可被调节以反映佩戴者的REM睡眠。在另一个实施方案中,如果系统控制器从眼睛运动传感器系统接收佩戴者处于俯卧的读数并且从眼睑位置传感器系统接收眼睑闭合的读数,则报警的类型可被调节以反映佩戴者睡着了。在另一个实施方案中,报警以较低强度水平开始,该强度水平在一段时间内增长以向佩戴者提供温和的警示。在另选的实施方案中,提供的报警是升级的报警。
[0144] 图19A和图19B示出了用于在例如睡眠期间检测眼睛的运动的示例性眼睛运动传感器系统1900。传感器1902检测瞳孔或者更一般地检测眼睛的运动和/或位置。传感器1902可作为多轴加速度计在接触镜片1901上实现。通过接触镜片1901附连到眼睛并且大致与眼睛一起运动,接触镜片1901上的加速度计可跟踪眼睛运动。重要的是应注意,任何合适的装置都可用作传感器1902,并且可利用多于一个的单个传感器1902。通过信号处理器1904采集、取样和调节传感器1902的输出。信号处理器1904可包括任何数量的装置以接收来自传感器1902的数据并以合适的格式为系统1900的其余部件生成输出,该装置包括放大器、互阻抗放大器、模数转换器、过滤器、数字信号处理器和相关电路。数字信号处理器1904可利用模拟电路、数字电路、软件和/或它们的组合来实现。在至少一个实施方案中,信号处理器1904和传感器1902在同一集成电路管芯上制造。用于加速度计的获取和调节的传感器电路不同于用于肌肉活动传感器或光学瞳孔跟踪器的电路。在至少一个实施方案中,信号处理器1904的输出为经取样的数字流并且可包括绝对位置或相对位置、运动、所检测的与会聚一致的注视、或者其它数据。系统控制器1906从信号处理器1904接收输入,并使用该信息结合其它输入来确定佩戴者是否已入睡。系统控制器1906可触发传感器1902和信号处理器
1904两者的活动,同时接收它们的输出。在没有检测到眼运动时,系统控制器1906使用来自信号处理器1904和/或收发器1910的输入数据,基于传感器1902在X、Y、Z轴上的取向来确定佩戴者是否正在躺下。如果坐标轴如图19C所示,则当加速度计检测到任一方向上的X轴中或任一方向上的Z轴中的稳定加速度时,佩戴者的头部处于水平取向。当加速度计在负方向上的Y轴中检测到稳定加速度时,佩戴者的头部是竖直的。当加速度计检测到Y轴和Z轴中的稳定加速度,而在X轴上具有或不具有稳定加速度时,佩戴者的头部向前倾斜。
[0145] 图19B示出通过天线1912接收和/或传输通信的任选收发器1910。该通信可来自相邻的接触镜片、眼镜镜片或其它装置。收发器1910可被配置用于与系统控制器1906双向通信。如收发器中常见的,收发器1910可容纳滤波、放大、检测、和处理电路。针对电子式或动力式接触镜片对收发器1910的具体细节进行定制,例如,通信可以处于合适的频率、振幅和格式,以实现眼睛之间的可靠通信、低能耗并符合法规要求。收发器1910和天线1912可在射频(RF)带(例如2.4GHz)下工作,或者可使用光来通信。从收发器1910所接收的信息输入至系统控制器1906,例如指示取向的来自相邻镜片的信息。系统控制器1906也可将来自例如数字管理器1908的数据传输至收发器1910,该收发器接着通过天线1912通过通信链路传输数据。
[0146] 系统控制器1906可以位于现场可编程阵列上、微型控制器上、或者任何其它合适的装置中的状态机实现。本文所述的系统1900和部件的电力由电源1914供应,该电源可包括电池、能量采集器或本领域普通技术人员已知的类似装置。电源1914也可用于向接触镜片1901上的其它装置供应电力。
[0147] 在至少一个实施方案中,眼睛运动传感器系统1900被结合和/或换句话讲被封装并与接触镜片1901的盐水环境相隔离。
[0148] 在至少一个实施方案中,电子器件和电子互连形成在接触镜片的周边区域中而非光学区域中。根据一个另选的实施方案,重要的是应注意,电子器件的定位不必仅限于接触镜片的周边区域。本文所述的所有电子部件均可利用薄膜技术和/或透明材料制成。如果利用这些技术,则电子部件可置于任何适合的位置,只要它们与光学器件兼容即可。
[0149] 在至少一个实施方案中,该系统还包括存储箱。该存储箱在至少一个实施方案中包括具有基座的壳体和覆盖件,它们沿着一个边缘连接以便相对于壳体打开覆盖件,从而允许接触镜片放入壳体中的空腔内。在另选的实施方案中,存储箱可具有消毒、监控、重新排序和外部连接功能。消毒功能将允许佩戴者使用镜片较长时间。
[0150] 图20示出了示例性存储箱,该存储箱具有壳体2000、通信系统、存储器、时钟、电通信连接器2002以及电源2006。在一个另选的实施方案中,存储箱包括包含于壳体诸如先前描述的壳体和覆盖件内的辐射消毒基座单元2004。电通信连接器2002可包括通用串行总线(USB)连接器或其它类型的连接器。连接器可包括用于传输数据和电力中的一者或二者的端子。在一些实施方案中,电通信连接器2002提供电力以操作辐射消毒基座单元2004。一些实施方案还可包括一个或多个电池2006或其它电力存储装置。在一些实施方案中,电池2006包括一个或多个锂离子电池或其它可充电装置。电力存储装置可通过电通信连接器
2002接收充电电流。在至少一个实施方案中,辐射消毒基座单元2004通过存储在电池2006中的电力进行操作。
[0151] 在至少一个实施方案中,通信系统包括用于与插入镜片相互作用的天线诸如射频识别(RFID)天线以及与所述天线电通信的控制器。在至少一个实施方案中,控制器与至少一个存储器电通信,该存储器在至少一个实施方案中为闪存,如用于记忆棒中的闪存。相互作用的示例包括:对一个或两个镜片上的电源无线再充电,当前时间的传输,传输报警时间,将存储在镜片上的数据传输到存储箱中(或与其通信)的存储器,以及基于佩戴者特定特性将模板和掩膜从存储箱传输到至少一个镜片。在另选的实施方案中,天线用于与外部装置诸如计算机或智能电话通信。
[0152] 在至少一个实施方案中,控制器被配置成将从至少一个镜片接收的数据进行转换和/或格式化,以基于数据传输时与存储箱中的当前时间相关的当前累加器读数,来将时间戳信息改变成实际时间。在一个另选的实施方案中,存储箱向镜片发送信号以使累加器重置为零,并且处理器在存储器中记录累加器被重置为零的时间,或者另选地将累加器更新至正确时间。在镜片重新插入存储箱之后,处理器记录当前时间并确定取样循环数。在取样循环时长取决于当前进行的取样对象和/或自镜片移除后镜片的操作状态而有所不同的实施方案中,存储箱根据如由存储箱所测得的镜片从存储箱移除与镜片返回到存储箱之间的时间差,归一化取样周期。另选地,当取样循环具有不同时长时,存储箱向接触镜片发送信号以调节其振荡器(以与由接触镜片表现出的时间漂移相关的量),并且在另一个实施方案中存储箱更新接触镜片上的累加器上的时间。
[0153] 在一些实施方案中,电通信连接器2002可包括单个AC或DC电流源。在此列实施方案中,在通过电通信连接器2002提供电力时可省略电源2006。
[0154] 眼内镜片或IOL是被植入眼中并替代晶状体的镜片。它可用于患有白内障的个体或者只是用于治疗各种屈光缺陷。IOL通常包括小的塑料镜片,该塑料镜片具有塑料侧面支撑件(被称为触觉学),以将镜片在眼睛中的封装袋内保持固定。本文所述的任何电子器件和/或组件均可被以与接触镜片相似的方式结合到IOL中。
[0155] 尽管所示出和描述的据信是最为实用和优选的实施方案,但显而易见的是,本领域的技术人员可对所描述和所示出的具体设计和方法作出变更,并且可在不脱离本发明的实质和范围的情况下使用这些变更形式。本发明并不局限于所描述和所示出的具体构造,而是应当理解为与落入所附权利要求书的范围内的全部修改形式相符。
QQ群二维码
意见反馈