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为眼用装置提供电和通信的系统

申请号 CN202180077635.X 申请日 2021-11-18 公开(公告)号 CN116615867A 公开(公告)日 2023-08-18
申请人 布林克能源公司; 发明人 纳达夫·科恩; 亚里夫·巴-盎; 罗尼·达芬;
摘要 一种系统,包括一用于部署在一眼球内或眼球上的眼用装置(10)以及一外部装置(12)。所述外部装置具有一电驱动的 能量 传输部件(16),用于安装在所述眼睛附近,且优选地安装在用户的眼睑的外表面上以便与所述眼睑一起移动。 驱动器 电路 (22)驱动所述能量传输部件,以将能量无线传输到所述眼用装置的一能量接收器。一些实施方案在所述外部装置(12)和所述眼用装置(10)之间采用近场谐振耦合,并可选地通过调制所述传输的电 力 支持两者之间的数据传输。
权利要求

1.一种用于一用户的一眼睛的系统,所述系统包括:
(a)一眼用装置,用于部署在一眼球内或一眼球上,所述眼用装置包括一能量接收器;
(b)一外部装置包括:
(i)一电驱动的能量传输部件,用于安装在一用户的一眼睑的外表面上以便与所述眼睑一起移动,以及
(ii)驱动器电路,所述驱动器电路电连接到所述能量传输部件,用于驱动所述能量传输部件以将能量无线传输到所述眼用装置的所述能量接收器。
2.根据权利要求1所述的系统,其中所述能量传输部件包括一天线。
3.根据权利要求1所述的系统,其中所述能量传输部件包括一导电线圈。
4.根据权利要求1所述的系统,其中所述驱动器电路的至少一部分是一单元的一部分,所述单元被配置为安装在所述用户的身体的一个不与所述眼睑一起移动的区域上。
5.根据权利要求1所述的系统,其中所述驱动器电路与所述能量传输部件集成以安装在所述用户的所述眼睑的所述外表面上。
6.根据权利要求1所述的系统,其中所述驱动器电路还被配置用于对数据进行编码以经由所述能量传输部件传输到所述眼用装置。
7.根据权利要求1所述的系统,其中所述外部装置还包括一无线通信接口,用于与一通信网络或一移动电子装置进行通信。
8.根据权利要求1所述的系统,其中所述能量接收器包括一接收器谐振电路,所述接收器谐振电路包括一近场接收器天线,且其中所述能量传输部件包括一近场发射器天线,所述近场发射器天线是作为一发射器谐振电路的一部分,所述发射器谐振电路频率与所述接收器谐振电路匹配并耦合到所述接收器谐振电路,从而形成一耦合谐振系统,所述驱动器电路被配置为驱动所述发射器谐振电路以驱动所述耦合谐振系统的谐振振荡,且其中所述眼用装置的所述电子电路从所述接收器谐振电路回收电
9.根据权利要求8所述的系统,其中所述驱动器电路被配置成通过对传输到所述眼用装置的电力的一振幅进行调制以传送数据,且其中所述眼用装置还包括与所述接收器谐振电路相关联并被配置成从所述调制得出所述数据的电子电路。
10.根据权利要求8所述的系统,其中所述眼用装置还包括与所述接收器谐振电路相关联并被配置为经由所述接收器谐振电路的负载调制以传送数据的电子电路,且其中所述驱动器电路被配置为从所述负载调制得出所述数据。
11.一种用于一用户的一眼睛的系统,所述系统包括:
(a)一眼用装置,用于部署在一眼球内或一眼球上,所述眼用装置包括一第一通信子系统;
(b)一外部装置包括:
(i)一天线,用于安装在一用户的一眼睑的一外表面上,以便与所述眼睑一起移动,以及
(ii)一第二通信子系统,采用所述天线以无线方式向和/或从所述第一通信子系统传输数据。
12.根据权利要求11所述的系统,其中所述天线包括一导电线圈。
13.根据权利要求11所述的系统,其中所述第二通信子系统的至少一部分是一单元的一部分,所述单元被配置为安装在所述用户的身体的一个不与所述眼睑一起移动的区域上。
14.根据权利要求11所述的系统,其中所述第二通信子系统与所述天线集成以安装在所述用户的所述眼睑的所述外表面上。
15.根据权利要求11所述的系统,其中所述外部装置还包括一无线通信接口,用于与一通信网络或一移动电子装置进行通信。
16.根据前述权利要求中任一项所述的系统,其中所述眼用装置是一隐形眼镜。
17.根据权利要求1‑15中任一项所述的系统,其中所述眼用装置是一眼用植入物
18.一种用于向部署在一眼球内或一眼球上的一眼用装置提供能量的一外部装置,所述外部装置包括:
(a)一电驱动的能量传输部件,用于安装在一用户的一眼睑的一外表面上,以便与所述眼睑一起移动,以及
(b)驱动器电路,所述驱动器电路电连接到所述能量传输部件,用于驱动所述能量传输部件以将能量无线传输到所述眼用装置的一能量接收器。
19.一种用于与部署在一眼球内或一眼球上的一眼用装置进行通信的一外部装置,所述眼用装置具有一第一通信子系统,所述外部装置包括:
(a)一天线,用于安装在一用户的一眼睑的一外表面上,以便与所述眼睑一起移动,以及
(b)一第二通信子系统,使用所述天线向和/或从所述第一通信子系统无线传输数据。
20.一种用于一用户的一眼睛的系统,所述系统包括:
(a)一眼用装置,用于部署在一眼球内或一眼球上,所述眼用装置包括电子电路,所述电子电路包括一能量接收器,所述能量接收器具有包括一近场接收器天线的一接收器谐振电路;
(b)一外部装置,配置为附接至靠近所述眼睛的一皮肤表面,所述外部装置包括电子电路,包括:
(i)一能量发射器,具有包括一近场发射器天线的一发射器谐振电路,所述发射器谐振电路频率与所述接收器谐振电路匹配并耦合到所述接收器谐振电路,从而形成一耦合谐振系统,以及
(ii)驱动器电路,所述驱动器电路电连接到所述发射器谐振电路并被配置成驱动所述发射器谐振电路以驱动所述耦合谐振系统的谐振振荡,且其中所述眼用装置的所述电子电路从所述接收器谐振电路回收电力。
21.根据权利要求20所述的系统,其中所述近场接收器天线和所述近场发射器天线是电感性天线。
22.根据权利要求20所述的系统,其中所述近场接收器天线和所述近场发射器天线是电容性天线。
23.根据权利要求20所述的系统,其中所述近场发射器天线被配置为附接到一上眼睑。
24.根据权利要求20所述的系统,其中所述近场发射器天线被配置用于附接到一下眼睑。
25.根据权利要求20所述的系统,其中所述近场发射器天线被配置为附接到邻近所述内侧或外侧眼的眼睑组织。
26.根据权利要求20所述的系统,其中所述近场发射器天线被配置为附接到至少部分覆盖所述眼眶边缘的皮肤。
27.根据权利要求20所述的系统,其中所述驱动器电路被配置成通过对传输到所述眼用装置的电力的一振幅进行调制以传送数据,且其中所述眼用装置的所述电子电路被配置成从所述调制得出所述数据。
28.根据权利要求20所述的系统,其中所述眼用装置的所述电子电路被配置为经由所述接收器谐振电路的负载调制传送数据,且其中所述驱动器电路被配置为从所述负载调制得出所述数据。
29.根据权利要求20所述的系统,其中所述眼用装置和所述外部装置还包括多个通信部件,用于以不同于所述耦合谐振系统的一谐振频率的一频率的传输在所述眼用装置和所述外部装置之间无线通信。

说明书全文

为眼用装置提供电和通信的系统

[0001] 技术领域及背景技术
[0002] 本发明涉及多种眼用装置,具体而言,涉及一系统,其中一眼用装置由一外部安装的装置提供电力。
[0003] 多种智能眼用装置(在所述眼睛附近的多种电子单元)都需要电源,其中许多需要将数据传输到一外部单元(集线器、手机、端)。在许多情况下,几乎没有空间来存储大量的能量,限制了所述能量的可用性(例如,智能隐形眼镜上的空间很小)。小电源的使用限制了通信的距离并缩短了运作时间,且可能由于电力不足而排除某些应用。
[0004] 一些常规装置采用一手持外部装置周期性地(通常无线地)供应额外电力,所述手持外部装置间歇性地靠近眼睛以便为所述眼用装置充电和/或通过某种类型的耦合从其下载数据。其中一个示例是一隐形眼镜,其向一外部单元传输/接收数据和电力,所述外部单元周期性地放置在所述隐形眼镜附近。

发明内容

[0005] 本发明是一种系统,其中一眼用装置由一外部安装的装置提供电力。
[0006] 根据本发明一实施例的教示,提供了一种用于一用户的一眼睛的系统,所述系统包括:(a)一眼用装置,用于部署在一眼球内或一眼球上,所述眼用装置包括一能量接收器;(b)一外部装置包括:(i)一电驱动的能量传输部件,用于安装在一用户的一眼睑的外表面上以便与所述眼睑一起移动,以及(ii)驱动器电路,所述驱动器电路电连接到所述能量传输部件,用于驱动所述能量传输部件以将能量无线传输到所述眼用装置的所述能量接收器。
[0007] 根据本发明一实施例的进一步特征,其中所述能量传输部件包括一天线。
[0008] 根据本发明一实施例的进一步特征,其中所述能量传输部件包括一导电线圈。
[0009] 根据本发明一实施例的进一步特征,其中所述驱动器电路的至少一部分是一单元的一部分,所述单元被配置为安装在所述用户的身体的一个不与所述眼睑一起移动的区域上。
[0010] 根据本发明一实施例的进一步特征,其中所述驱动器电路与所述能量传输部件集成以安装在所述用户的所述眼睑的所述外表面上。
[0011] 根据本发明一实施例的进一步特征,其中所述驱动器电路还被配置用于对数据进行编码以经由所述能量传输部件传输到所述眼用装置。
[0012] 根据本发明一实施例的进一步特征,其中所述外部装置还包括一无线通信接口,用于与一通信网络或一移动电子装置进行通信。
[0013] 根据本发明一实施例的进一步特征,其中所述能量接收器包括一接收器谐振电路,所述接收器谐振电路包括一近场接收器天线,且其中所述能量传输部件包括一近场发射器天线,所述近场发射器天线是作为一发射器谐振电路的一部分,所述发射器谐振电路频率与所述接收器谐振电路匹配并耦合到所述接收器谐振电路,从而形成一耦合谐振系统,所述驱动器电路被配置为驱动所述发射器谐振电路以驱动所述耦合谐振系统的谐振振荡,且其中所述眼用装置的所述电子电路从所述接收器谐振电路回收电力。
[0014] 根据本发明一实施例的进一步特征,其中所述驱动器电路被配置成通过对传输到所述眼用装置的电力的一振幅进行调制以传送数据,且其中所述眼用装置还包括与所述接收器谐振电路相关联并被配置成从所述调制得出所述数据的电子电路。
[0015] 根据本发明一实施例的进一步特征,其中所述眼用装置还包括与所述接收器谐振电路相关联并被配置为经由所述接收器谐振电路的负载调制以传送数据的电子电路,且其中所述驱动器电路被配置为从所述负载调制得出所述数据。
[0016] 根据本发明一实施例的教示,还提供了一种用于一用户的一眼睛的系统,所述系统包括:(a)一眼用装置,用于部署在一眼球内或一眼球上,所述眼用装置包括一第一通信子系统;(b)一外部装置包括:(i)一天线,用于安装在一用户的一眼睑的一外表面上,以便与所述眼睑一起移动,以及(ii)一第二通信子系统,采用所述天线以无线方式向和/或从所述第一通信子系统传输数据。
[0017] 根据本发明一实施例的进一步特征,其中所述天线包括一导电线圈。
[0018] 根据本发明一实施例的进一步特征,其中所述第二通信子系统的至少一部分是一单元的一部份,所述单元被配置为安装在所述用户的身体的一个不与所述眼睑一起移动的区域上。
[0019] 根据本发明一实施例的进一步特征,其中所述第二通信子系统与所述天线集成以安装在所述用户的所述眼睑的所述外表面上。
[0020] 根据本发明一实施例的进一步特征,其中所述外部装置还包括一无线通信接口,用于与一通信网络或一移动电子装置进行通信。
[0021] 根据本发明一实施例的进一步特征,其中所述眼用装置是一隐形眼镜。
[0022] 根据本发明实施例的可选特征,其中所述眼用装置是一眼用植入物
[0023] 根据本发明一实施例的教示,还提供了一种用于向部署在一眼球内或一眼球上的一眼用装置提供能量的一外部装置,所述外部装置包括:(a)一电驱动的能量传输部件,用于安装在一用户的一眼睑的一外表面上,以便与所述眼睑一起移动,以及(b)驱动器电路,所述驱动器电路电连接到所述能量传输部件,用于驱动所述能量传输部件以将能量无线传输到所述眼用装置的一能量接收器。
[0024] 根据本发明一实施例的教示,还提供了一种用于与部署在一眼球内或一眼球上的一眼用装置进行通信的一外部装置,所述眼用装置具有一第一通信子系统,所述外部装置包括:(a)一天线,用于安装在一用户的一眼睑的一外表面上,以便与所述眼睑一起移动,以及(b)一第二通信子系统,使用所述天线向和/或从所述第一通信子系统无线传输数据。
[0025] 根据本发明一实施例的教示,还提供了一种用于一用户的一眼睛的系统,所述系统包括:(a)一眼用装置,用于部署在一眼球内或一眼球上,所述眼用装置包括电子电路,所述电子电路包括一能量接收器,所述能量接收器具有包括一近场接收器天线的一接收器谐振电路;(b)一外部装置,配置为附接至靠近所述眼睛的一皮肤表面,所述外部装置包括电子电路,包括:(i)一能量发射器,具有包括一近场发射器天线的一发射器谐振电路,所述发射器谐振电路频率与所述接收器谐振电路匹配并耦合到所述接收器谐振电路,从而形成一耦合谐振系统,以及(ii)驱动器电路,所述驱动器电路电连接到所述发射器谐振电路并被配置成驱动所述发射器谐振电路以驱动所述耦合谐振系统的谐振振荡,且其中所述眼用装置的所述电子电路从所述接收器谐振电路回收电力。
[0026] 根据本发明一实施例的进一步特征,所述近场接收器天线和所述近场发射器天线是电感性天线。
[0027] 根据本发明一实施例的进一步特征,所述近场接收器天线和所述近场发射器天线是电容性天线。
[0028] 根据本发明一实施例的进一步特征,所述近场发射器天线被配置为附接到一上眼睑。
[0029] 根据本发明一实施例的进一步特征,所述近场发射器天线被配置用于附接到一下眼睑。
[0030] 根据本发明一实施例的进一步特征,所述近场发射器天线被配置为附接到邻近所述内侧或外侧眼的眼睑组织。
[0031] 根据本发明一实施例的进一步特征,所述近场发射器天线被配置为附接到至少部分覆盖所述眼眶边缘的皮肤。
[0032] 根据本发明的实施例的进一步特征,所述驱动器电路被配置成通过对传输到所述眼用装置的电力的一振幅进行调制以传送数据,且其中所述眼用装置的所述电子电路被配置成从所述调制得出所述数据。
[0033] 根据本发明的实施例的进一步特征,所述眼用装置的所述电子电路被配置为经由所述接收器谐振电路的负载调制传送数据,且其中所述驱动器电路被配置为从所述负载调制得出所述数据。
[0034] 根据本发明的实施例的进一步特征,所述眼用装置和所述外部装置还包括多个通信部件,用于以不同于所述耦合谐振系统的一谐振频率的一频率的传输在所述眼用装置和所述外部装置之间无线通信。附图说明
[0035] 在此仅通过示例并参考多个附图描述本发明,其中:
[0036] 图1A是根据本发明实施例的多种教示所构造和操作的一外部装置的一示意性正视图,用于为眼用装置提供电力和/或通信,以实现为独立的眼睑安装单元;
[0037] 图1B是实现为智能隐形眼镜的一眼用装置的一示意性前视图,用于具有图1A的所述外部装置的一系统中;
[0038] 图2A至图2D是用于将图1A的装置部署在一用户的所述眼睛的附近的四个示例性选择的示意性正面图;
[0039] 图3A和图3B示出本发明的所述系统的一变体实施方案的部署的多个立体图,其中所述外部装置被细分为一眼睑安装单元和一附加单元;
[0040] 图4A和图4B是通过所述眼睛的多个矢状截面图,示出了本发明的所述系统的另一个实施变体,其中所述眼用装置是一义眼且所述外部装置安装在一上眼睑上,所述眼睛分别以一关闭状态和一打开状态显示;
[0041] 图5和图6是类似于图3A的多个立体图,分别说明了所述附加单元在所述用户太阳穴和一挂式单元中的多个替代部署位置
[0042] 图7A和图7B分别是示出在一眼睛眨眼运动期间眼睑角位移角速度随时间变化的曲线图;
[0043] 图8A是根据本发明一实施例的在所述外部装置和所述眼用装置之间采用非谐振感应耦合的一系统的一框图
[0044] 图8B是根据本发明的另一个实施例的在所述外部装置和所述眼用装置之间采用近场谐振耦合的一系统的一框图;
[0045] 图9A是根据本发明的另一个实施例的一系统的一框图,所述系统于所述外部装置和所述眼用装置之间采用近场谐振耦合进行电力传输和数据传输;
[0046] 图9B是图9A系统中,用于从所述外部装置向所述眼用装置传输数据的射频振荡器的输出的一示意图;
[0047] 图9C是图9A系统中,在所述眼用装置上传递由负载调制的数据编码的传输谐振电路的多种电流变化的一示意图;
[0048] 图9D是一示意图,示出根据本发明进一步的一实施方案的与多个眨眼动作同步的系统传输的选择性操作。

具体实施方式

[0049] 本发明是一种通过一外部安装的装置为一眼用装置供电的一系统,以及相应的方法。
[0050] 参考附图和随附的描述可以更好地理解根据本发明的多个系统和多个方法的多个原理和操作。
[0051] 作为介绍,本发明提供了一种系统和相应的多个方法,其中部署在一眼球中或上的一眼用装置与安装在所述用户的身体的外部的装置相结合进行操作,其中所述外部装置向所述眼用装置提供电力和/或与进行数据通信。为了有效地实施此一系统,本发明的多个方面发表了涉及所述外部装置的部署位置和方式的各种优选选择,以实现充分接近所述眼用装置,且用于实现所述眼用装置与所述外部装置之间的高效能量传输和/或通信的各种耦合方案。
[0052] 在一眼用装置附近提供一外部安装在身体上的装置以提供与所述眼用装置的能量和/或高能效通信,从而开辟了一广泛的多种应用的范围。否则,对于一独立的眼用装置而言,关于电力的多种要求是无法满足的,或者至少是有限制的。
[0053] 现在参考多个附图,图1A至图6图示了根据本发明某些实施例的教示构造和操作的系统部件的各种不同的实施方案的选择。一般而言,所述系统包括用于部署在一眼球内或一眼球上的一眼用装置10(例如,图2),以及一外部装置12(例如,图1)。所述眼用装置通常是一眼用植入物(ocular implant)或一隐形眼镜(contact lens,CL)。
[0054] 出于本文的目的,除非另有说明或从上下文中不言而喻,与一装置定位相关的术语“眼部(ocular)”是指闭合时所述眼睑内部的任何位置,无论是否应用于所述眼睛的一外表面上(“眼上”,例如隐形眼镜)或是否植入所述眼睛的组织内(“眼内”)。相反地,术语“眼外”或简称“外部”是指从所述眼睑的一厚度的至少一部分向外的任何位置,或以其他方式位于所述眼睛外部的任何位置。
[0055] 多种植入物示例包括但不限于以下一种或多种装置或功能:眼内压(intra‑ocular pressure,IOP)传感器视网膜假体(retinal prostheses)、用于微创青光眼手术(minimally invasive glaucoma surgery,MIGS)的具有多个有源或传感部件的植入物、葡萄糖计量(glucose metering)、药物输送装置(drug delivery devices)、调节/折射镜片(accommodative/refractive lenses)、干眼症治疗(dry‑eye treatments)和组织修复(tissue restoration)。
[0056] 智能装置示例包括但不限于以下一种或多种装置或功能:眼内压隐形眼镜(intra‑ocular pressure contact lens)、药物输送隐形眼镜(drug delivery contact lens)、调节/折射隐形眼镜(accommodative/refractive contact lens)、增强现实隐形眼镜(augmented reality contact lens)、药物输送隐形眼镜(drug delivery contact lens)、药物眼管理隐形眼镜(drug eye management contact lens)、眨眼刺激隐形眼镜(blinking stimulation contact lens)、药物输送贴片(drug delivery patch)、药物眼管理贴片(drug eye management patch)、通讯贴片(communication patch)、眨眼刺激贴片(用于面瘫)(blinking stimulation patch(for facial paralysis))。
[0057] 在上述每种情况下,除了根据本发明的教示的能量传输和/或通信所需的那些部件外,所述眼用装置的多种部件一般都是标准的,并且将不在本文中描述,如下所述。
[0058] 外部装置的外形尺寸
[0059] 外部装置12的至少一部分被配置为安装在所述眼睛附近,意味着距离所述眼球的最近部分约50毫米以内,且更优选地在其约30毫米以内。在某些优选的情况下,所述外部装置与所述眼眶边缘(所述眼窝的边缘)重叠,且在某些特别优选的实施方案中,所述外部装置的靠近所述眼睛的所述至少一部分位于所述眼眶边缘向内,且最优选地在所述用户的一眼睑上。所述装置可以以一贴片的形式连接,或者可以部署为一植入物。
[0060] 本文使用的术语眼睑泛指所述上眼睑、所述下眼睑和眼睑组织与内侧或外侧眼角相邻的多个区域,例如:在眼睛的两侧。因此,图2A至2D示出了各种特别优选的选择,根据这些选择,外部装置12被安装在所述下眼睑(图2A)、所述上眼睑(图2B)、所述内眼角周围(图2C)和所述外眼角周围(图2D)。在外侧或内侧定位的情况下,所述装置可以足够灵活以适应眨眼期间所述眼睑组织的所述局部运动,或者可以稍微向外放置,在所述眼眶边缘,在眨眼期间不经历明显运动的区域中。
[0061] 可选地,如图1所示,所述眼睑安装单元可包括所有必需的多个部件,并作为一独立的外部装置12运行。这通常是所需电力存储和其他设计考虑允许的多个应用的优选选择。为了让所述用户保持舒适,所述整体重量和多种尺寸应保持足够小,以避免妨碍所述用户的正常功能。因此,于一眼睑安装的外部装置,重量优选地限制在不超过2克,更优选地不超过1克,而厚度优选地限制为不超过2毫米,更优选地不超过1.5毫米。当闭合时,所述区域可能超过眼睑总面积的10%,在某些情况下可能是所述眼睑总面积的20‑50%,或更多。在数量上,用于某些优选实施方案的所述眼睑安装单元的所述面积在1至2平方厘米的范围内。
[0062] 在其他情况下,所述外部装置可以被细分为一眼睑安装单元12a和位于附近的一附加单元12b,优选地经由一有线连接14连接到所述眼睑安装单元。在图5的示例中,附加单元12b通过粘合剂安装到所述用户的所述太阳穴区域,而在图6的示例中,所述附加单元12b安装在一耳罩外壳中。也可以使用其他位置。所述提供与所述眼睑安装单元12a分开安装的一附加单元12b有助于提供比单独结合在一眼睑安装装置上大得多的能量存储,且还可以允许集成其他相对较大、较重和/或能量消耗某些应用程序可能需要的多种部件。在这些情况下,所述眼睑安装单元可以最小化以仅包括对眼睑定位有益的多种部件,例如发射器天线和加速度计(如果存在)。
[0063] 在一些情况下,可以通过将附加单元12b实现为一柔性单元来提高舒适度,例如,多种电子元件附接到一柔性基板并形成为具有柔性封装的一贴片。可选地,这种的一种结构可以是多种分叉的或以其他方式设置有多个槽或其他多个特征以增强单元的部件的灵活性和相对移动性,从而最小化对所述下层皮肤运动的干扰,例如在微笑期间。这样的例子示意性地示于图3A和图3B中。
[0064] 根据本发明的另一方面,所述外部装置12(或其单元12a)安装在所述用户的上眼睑的一外表面上,而不抑制所述眼睑的一正常眨眼运动。虽然传统的想法通常认为由于当所述眼睛睁开时所述外眼睑的体积会因折叠而大大缩小,所以所述外眼睑表面不能用于装置安装,但是发明人发现所述外眼睑表面实际上可以用来安装各种装置部件,且根据一特别优选但非限制性的示例,安装一导电环或一线圈。根据所述眼睑安装装置的灵活性及其尺寸、形状和位置,所述眼睑上的所述装置可能会略微改变所述眼睑打开时所述眼睑组织折叠的方式,且在某些情况下,当眼睑张开时,部份的部件可能会在所述眼球和所述眼睛上方的所述组织之间稍微向内延伸。图4A和4B示意性地示出了所述眼睑闭合时安装在眼睑上的外部装置12(图4A,例如,在眨眼或睡眠期间),以及眼睑打开时装置在正常清醒状态下的位置(图4B)。如图4B所示,当所述眼睑收缩时,装置12处于至少部分包围在所述上睑板上方形成的一袋中的一位置。
[0065] 顺带而言,虽然图中所示的大多数示例将一智能隐形眼镜显示为所述眼用装置的示例,但图4A和图4B图示了植入所述眼睛晶状体的袋内的一智能晶状体植入物10形式的一植入物。本发明教示的多种结构特征和多种操作原理对于所有类型的应用是完全等效的,无论是使用多种隐形眼镜还是多种植入物,除了所述隐形眼镜或所述植入物本身的多种特定应用特征,这些特征本身不属于本发明的一部分。在此以一隐形眼镜示例的上下文中描述的所有特征应被认为同样适用于多种植入物,反之亦然,除非另有明确说明。
[0066] 在包括连接到所述上眼睑的一单元12a和单独安装的一附加单元12b的一种两部分实施方案的情况下,有线连接14应足够灵活且足够长以适应所述眼睑在所述眼的闭合和打开期间的运动范围。例如,已经发现,从单元12a向所述外眼角或附近横向延伸的相对精细的有线连接不会以任何明显的方式影响眼睛的多种运动和眨眼的舒适度。在多种其他位置,例如所述眼睛的正上方,或任何其他相对靠近所述眼睛但在眨眼期间不会明显移位的位置。
[0067] 发射天线位于所述上眼睑的多种实施方案与其他安装位置相比通常发生较少运动,具有显着特征。一方面,在所述眼睛的所述闭合位置(图4A),对于特定的多种天线设计,在所述发射天线和所述接收天线之间实现一种最佳程度的重叠和接近,至少对于中心位置的多种隐形眼镜或多种植入物,为能量传输和/或数据通信提供了高效耦合的机会。另一方面,当所述受试者清醒时,这种最大重叠状态只会在眨眼期间短暂出现,且所述发射天线和所述接收天线之间的所述耦合程度可能会发生很大变化。耦合中的这些变化可以作为所述发射器电路的所述负载阻抗的一变化被所述发射器电路检测到,从而允许检测和分析一眨眼运动。此外,或替代地,可以通过将一加速度计((通常是一陀螺仪机电系统(Microelectromechanical Systems,MEMS)加速度计(accelerometer))集成到所述眼睑安装装置中或安装在其旁边以直接感测眨眼运动。
[0068] 在本发明的某些应用子集中,如下面进一步举例说明的,将所述装置与所述用户的所述眼睛的眨眼运动周期的至少一部分同步操作可能是有利的。一个这样的实时方式将在下面参考图9D进一步讨论。然而应当注意,本发明不限于这样的实施方案,且在一些应用中,所述装置的操作可以连续地或间歇地发生,而不会被任何特定的眼睑运动触发。
[0069] 在需要向所述眼用装置连续或间歇提供电力而不限于与所述眨眼同步的情况下,对耦合变化的感测可用于提供对所述电力传输效率的一估计,从而估计必须传输到所述发射器天线的所需电力,以便在所述眼用装置上产生足够的电力。通过将数据从所述眼用装置传输回所述外部装置(详见下文),可以进一步提高此反馈的所述准确性,所述外部装置传达所述眼用装置实际接收到的电力的平,从而允许闭环反馈来调整所述传输的电力水平。
[0070] 从所述多种耦合变化和/或一加速度计得出的所述眨眼运动时间感测可以为眨眼分析提供有价值的数据,这些数据可以用于各种医学和非医学环境,例如干眼病(dry eye disease,DED)的诊断,以及提供用于识别睡意和其他可用于各种情况的多种眨眼模式行为相关变化的输入。
[0071] 能量耦合
[0072] 为了允许向眼用装置10提供能量,所述眼用装置用一能量接收器来实现,且外部装置12包括电驱动的能量传输部件,优选地安装在一用户的所述眼睑上。外部装置还包括驱动器电路,其电连接到所述能量传输部件,用于驱动能量传输部件以将能量无线传输到所述眼用装置的所述能量接收器。所述驱动器电路可以与安装在所述眼睑上的部件集成,或者可以部分或全部位于附加部件12b中(如果使用)。
[0073] 所述能量发射部件与所述能量接收器的接近允许使用一系列技术有效地传输能量,包括但不限于在广泛的频率范围内通过远场或近场激发传输能量,以及在所述近场通过电感耦合或电容耦合传输能量。最优选的是,对于近场耦合,为了避免由于辐射到远场的电力而造成的损失,优选所述射频范围内的多个频率,对应于明显大于所述天线尺寸的多个波段。在某些情况下,通过其他机制,如机械振动(声波)或光学传输的能量转移也是可行的。
[0074] 尽管所有这些选择都落在本发明某些实施例的广泛范围内,但已经发现通过近场谐振耦合执行从所述外部装置到所述眼用装置的能量转移特别有效。为此,眼用装置10的所述能量接收器优选包括包含一近场接收器天线的一接收器谐振电路,且外部装置12的所述能量传输部件优选包括作为一发射器谐振的一部分的一近场发射器天线电路。所述两个谐振电路被设计(调谐)在相同的谐振频率,且所述驱动器电路以所述耦合谐振系统的一调谐谐振频率驱动发射器谐振电路振荡,从而在所述发射器谐振电路和所述接收器谐振电路中引起谐振。然后可以通过所述眼用装置从所述发射器谐振电路有效地回收电力。
[0075] 在所述反应性近场中使用谐振耦合对于最大限度地提高能量传输效率是非常有利的。通过采用近场天线(通常是相对于所述波长的多个小尺寸),传输到所述环境中的能量损失被保持在一最低限度。在所述发射器和接收器中使用多种耦合谐振电路确保所述驱动电路的多种能量损失保持在一最低水平,即使在所述发射器和所述接收器谐振电路之间的耦合相对较低的情况下,也能实现相对较高的电力传输效率。
[0076] 负责两个谐振电路之间耦合的天线类型可以是多个谐振电路的所述电感部件,即一电感性天线,或者是所述谐振电路的所述电容部件,即一电容性天线。在某些特别优选的实施方案中,如图1A和图1B中,外部装置12的所述近场发射器天线是一线圈16形式的一感应天线,眼用装置10的所述近场接收器天线是一线圈18形式的一感应天线。术语“感应近场谐振耦合”在本文中与术语“磁谐振耦合”同义使用。
[0077] 如图1所示的外部装置12的其他部件,通常包括一电池20、专用集成电路(application‑specific  integrated circuit,ASIC)或其他微控制器单元(microcontroller unit,MCU)22,以及其他部件,例如低能量蓝牙(Bluetooth,BLE)通信部件、多个传感器(sensors)和/或其他外围电子部件(peripheral electronic components)24,所有优选地封装在一保护性封装26中。
[0078] 如图2所示,眼用装置10的其他部件通常包括一专用集成电路或其他微控制器单元28、多种传感器30和其他专用有效负载32,具体取决于所述装置的性质。在图2所示的非限制性示例中,这些元件被集成到一软性隐形眼镜中,用于部署与角膜接触。对于眼内装置而言,多种操作原理保持不变。
[0079] 下文将参照图8A、8B和9A,进一步描述用于眼用装置10和外部装置12的各种实施方案的多种典型部件和它们之间的多种功能关系的进一步细节。
[0080] 特别地但不排他地,对于安装在所述上眼睑上的多种外部装置,所述发射器天线和所述接收器天线的相对定位以及它们之间产生的耦合在操作期间将显着变化,例如,由于眨眼。所述系统优选地包括一谐振跟踪(自动调谐)电路,所述谐振跟踪电路可以检测和校正由于所述眼睛运动引起的所述两个线圈之间的相对运动引起的阻抗变化引起的谐振频移,以及诸如温度等的附加参数偏移。这降低了对对准和距离变化的所述敏感性,有助于保持高效率和恒定的能量供应,尽管位置和其他变化的参数发生变化。所述谐振跟踪电路本身在本领域中是已知的,且可以容易地由本领域的普通技术人员实施。
[0081] 可选地,在所述眼用装置和所述外部装置之间的数据传输可用的情况下(如下文将讨论的),所述眼用装置可以将指示实际接收到的电力的信息传输回所述外部装置,从而指示所述电力传输效率(power transfer efficiency,PTE)。这允许闭环操作,其中根据实际接收到的电力来传输所需的电力。
[0082] 多种高电力应用
[0083] 通过参考多种高电力应用的多个示例,可以理解从一外部装置提供电力的重要性的一个方面。多种高电力应用,例如一增强现实隐形眼镜或各种主动假肢,需要相对于隐形眼镜内的机载电池可以存储的能量的大量能量。在某些情况下,即使隐形眼镜内的所有可用区域都用于存储电力,所提供的所述电力也仅够操作几个小时或更短时间。
[0084] 此外,将大容量电池存储装置整合进一软性隐形眼镜通常会导致其所述柔韧性的丧失,而且所述隐形眼镜的所述厚度会迅速增加,使其不舒适。在所述软性隐形眼镜中加入电池也通常与常规的软性隐形眼镜制造技术不兼容。
[0085] 通过将所述电力移至所述外部装置,甚至可以在一软性隐形眼镜中使用薄而舒适的解决方案来实现高电力应用,其能量是隐形眼镜中所能容纳的电力的数百倍。
[0086] 作为一数值示例,目前可以装入隐形眼镜的最大电力为P=0.5毫瓦小时(mWh)的数量级。这是基于假设能量密度为100瓦特/升(liter)。因此,需要大约0.5毫瓦(mW)的电力的应用,在一板载电源的基础上最多只能运行约1小时。
[0087] 相反,如果使用作为一独立眼睑安装单元的一外部装置,所述眼睑安装单元可以携带供应P=50毫瓦小时(mWh)的电池。即使我们假设能量传输效率为20%,这仍然可以提供P=10毫瓦小时(mWh),这足以在0.5毫瓦(mW)下运行20小时。对于具有附加单元12b的冬种实施例,可用电力可以增加数十倍,甚至超过这个数字。
[0088] 根据所述实施方案,从外部装置12提供的所述电力可以持续提供给眼用装置10,在那里它被连续整流和管理以为所述装置供电。或者,眼用装置10可包括一电力存储元件,例如一电力存储电容器,如果来自外部装置12的电力中断,则其允许所述眼用装置10连续运行。
[0089] 数据传输
[0090] 作为迄今为止所讨论的所述电力传输的替代或补充,根据本发明的另一方面,外部装置12被配置为向所述眼用装置传输数据和/或从所述眼用装置传输数据。在此,与从一眼用装置到一更远程装置的直接通信相比,在所述眼用装置附近存在安装在身体上的所述外部装置也大大降低了数据传输的电力要求。所述外部装置12优选地还包括一无线通信接口,用于与一通信网络或一移动电子装置通信,从而允许其与一外部装置交换数据。
[0091] 简而言之,本发明的这个方面采用了一第一通信子系统,它是所述眼用装置10的一部分,且所述外部装置12具有一第二通信子系统,优选地与天线16相关联,用于无线传输数据到和/或从所述第一通信子系统。
[0092] 在多个实施方案中的一特别优选的子集中,其中外部装置12还向眼用装置10提供电力,此数据通信是通过调制所述电力传输以传送编码数据来实施的。对于从所述外部装置到所述眼用装置的数据传输,所述外部装置的驱动器电路被配置为通过对传输到所述眼用装置的电力的振幅进行调制,或者以两个或更多振幅水平之间的切换,或者通过在所述传输电力中引入多个短暂中断以实现传送数据。所述眼用装置实现了与所述接收器谐振电路相关的相应电子电路,并被配置为从所述调制中得出所述数据。
[0093] 对于从所述眼用装置10到所述外部装置12的数据传输,所述眼用装置包括与所述接收器谐振电路相关联且被配置为经由所述接收器谐振电路的负载调制以传送数据的电子电路。此负载调制引起所述发射器谐振电路的所述电流的相应变化,此变化由所述外部装置12的电路检测和解码。
[0094] 从所述眼用装置向所述外部装置传输信息的能力也有利于优化向所述眼用装置传输电力的操作。所述眼用装置可以有利地向所述外部装置报告所述眼用装置收到的实际电力,允许所述外部装置调整所传输的电力,以达到所述眼用装置操作所需的特定电力传输目标。
[0095] 现在转向参考图8A,图8A图示了根据本发明的一实施例的一系统的包括眼用装置10的一典型实施方案,此处以用于药物输送的一眼部单元为例,以及一外部装置12,此处以一眼睑安装单元为例。此示例采用非谐振电感耦合。
[0096] 首先,关于所述眼睑单元,一微控制器单元由一微型板载电池充电,驱动所述射频驱动器驱动所述发射线圈(天线),从而产生一振荡电场磁场,在所述接收线圈(天线)中感应出振荡电流。所述电流通过一整流器(rectifier)到达一储能装置(energy storage device)(通常为一电容器),所述储能装置为控制装置有效负载的所述眼用装置的微控制器单元供电,在这种非限制性情况下为一药物输送机制。
[0097] 可选地,特别是在期望与眨眼同步地间歇地操作所述装置的情况下,可以在所述眼睑单元中提供一微机电系统加速度计以在检测到一眨眼运动时触发微控制器和射频传输的操作。
[0098] 可选地,一无线通信子系统,例如一低功耗蓝牙部件,可以结合到所述眼睑单元中以允许连接到一外部装置,例如用于报告所述电池的所述状态和/或接收调度数据,以了解何时,及应该激活所述眼部单元多长时间。
[0099] 图8B示出了与图8A的示例基本相似的另一示例。但这里采用近场谐振耦合(磁谐振耦合(magnetic resonance coupling))。在这种情况下,所述发射器天线(线圈)和所述接收器天线(线圈)各自实现为相应谐振电路的一部分,且所述发射器谐振电路和所述接收器谐振电路被设计为具有共同的谐振频率。优选地,至少所述发射器谐振电路,且更优选地,两个谐振电路都配备有一阻抗调谐(impedance tuning)部件,这里实现为一可切换或可变电容,以便保持两个电路的所述多个谐振频率匹配,且保持在各种操作条件和电路之间不同程度的耦合下,所述整个系统的一谐振频率在期望的目标范围内。这种阻抗调谐可以是对所述系统部署的一次性调整,或者可以有利地在所述系统操作期间重复执行。所述外部装置(眼睑单元)优选地还包括谐振跟踪(resonance tracking)(自动调谐(auto tuning))电路,它可以作为所述射频驱动器的一部分实现或集成为微控制器的功能,以将所述驱动器频率调整到耦合电路整体谐振系统的所述谐振频率上。
[0100] 此处还说明了所述眼用装置端能量管理的两个选择。在连续提供电力的情况下,仅提供“中间储能(intermediate energy storage)”可能就足够了,它对所述整流器的所述输出提供一平滑和调节功能,但与所述装置的所述额定电力相比没有显着的储能能力。或者,所述中间能量存储/调节部件可以为一能量存储装置储能,从而允许所述眼用装置连续运行,即使仅由所述外部使用间歇性供电(例如,在眨眼时‑见下文)。
[0101] 在某些情况下,所述眼用装置和所述外部装置之间需要进行数据通信,以促进向所述眼用装置传输多个指令、报告所述眼用装置感测到的信息和/或有助于两个装置之间的所述电力传输的高效运行。图8B图示了用于提供这种通信的一第一选择。在这种情况下,所述眼用装置和所述外部装置都配备有多个通信部件,此处显示为一收发器(transceiver)和射频天线,用于所述眼用装置和所述外部装置之间的无线通信,其传输频率通常但不一定不同于所述耦合谐振系统的所述谐振频率。此类通信部件的多个典型示例是配置为根据标准NFC或BLE协议传输和接收数据的多种收发器。所述通信部件可以为此通信通道使用专用天线。备选地,在一些情况下,可以经由用于谐振耦合的所述相同天线通过多个信号叠加来执行发送和接收。
[0102] 在一些情况下,用于与所述眼用装置进行数据传输的所述外部装置的所述通信部件也可用于与一网络或移动装置通信。在其他情况下,由于所需电力和天线设计的差异,最好提供单独的一通信部件来与一网络或移动装置通信,例如此处所示的所述BLE部件。
[0103] 在所有其他方面,图8B的系统的结构和操作等同于图8A。再次应理解,此处所示的所述药物输送应用仅是一示例,所述系统架构基本上适用于上面列出的所有潜在应用,包括隐形眼镜和多种植入物。
[0104] 现在转向参照图9A,其示出了与图8B的系统基本相似的系统的另一示例,但这里通过调制所述电力传输在所述外部装置(眼睑单元)和所述眼用装置(眼睛单元)之间,提供一个或两个方向上的数据通信。
[0105] 对于从所述外部装置到所述眼用装置的数据传输,所述外部装置的微控制器单元优选地切换所述射频驱动器以通过对传输到所述眼用装置的电力的一振幅进行调制来传送数据。在图9中示意性表示的一个特别简单的实施方案中,可以通过在所述射频驱动器输出中生成短暂的关闭/开启的多个脉冲来传送数据,其中不同的多种脉冲持续时间或周期时间表示“0”或“1”。显然,这个例子只是通过调制所述电力信号的振幅来传输数据的不限数量的多个方案之一。然后,所述眼用装置会检测到所述调制,通常是所述整流器输出电压的多种变化可被所述眼用装置的微控制器单元检测到,所述眼用装置的微控制器单元会从所述调制解码所述传输的数据。
[0106] 为了将数据从所述眼用装置传输到所述外部装置,所述眼用装置的微控制器单元优选地通过执行所述接收器谐振电路的负载调制来编码数据,这引起所述发射器谐振电路的所述电流的一相应变化,如图9C中所示。这些变化由包络检测电路检测。然后,所述外部装置的微控制器单元从感测到的所述发射机谐振电路电力的包络(envelope)变化中解码所述数据。
[0107] 在所有其他方面,图9A的所述系统的结构和操作是相同的。图9A等同于图8B。在这种情况下,所述图示将眼内压测量显示为一应用的一非限制性示例,连续或以期望的多个间隔进行数据传输的能力对于该应用具有特定价值。然而应当理解,该应用仅仅是示例,且所述系统架构对于上面列出的所有潜在应用基本上是通用的,用于隐形眼镜和多个植入物。
[0108] 如前所述,在某些情况下,当所述发射器天线和所述接收器天线接近最佳接近度和重叠时,可能期望在眨眼期间选择性地执行外部装置和眼用装置之间的电力传输和/或通信。图7A和图7B分别图示了在典型的一眨眼周期期间所述上眼睑的角位移和角速度。如果所述“高同心度区域”粗略地定义为最接近完全闭合的所述10度,此处对应于超过约30度的一偏转,则此示例中所述周期的持续时间约为100毫秒。如图7B所示,此周期的所述开始和结束大致对应于速度曲线中的所述最大值(分别为正和负),从而使这些点能够很容易地由一加速度计确定。或者,如前所述,所述发射器电路所承受的所述负载可用于确定所述发射器电路与所述接收器电路之间的当前耦合水平,并因此确定当前的重叠程度。(即使不需要能量或数据传输,所述振荡器也可以间歇性地启动以用于多种传感目的。)[0109] 图9D示意性地图示了感测到眨眼运动时选择性地进行电力和/或数据的传输,且与所述运动同步地执行的情况下,所述外部装置的所述射频驱动器的作为时间的函数的操作。所述较高的信号是所述触发信号,来自一加速度计或来自发射器和接收器天线之间的所述负载/耦合的感测。所述较低的信号表示由触发信号触发的射频传输。可选地,所述信号还可以包括由所述眼用装置中的负载切换引起的变化以将数据传送到所述外部单元,如所述信号的所述扩展视图中所示,均如上所述。
[0110] 应当理解,以上描述仅旨在用作示例,并且在所附的多个所述权利要求所限定的本发明的范围内可以有许多其他的实施例。
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