具有多輸入投票方案的電子式眼科透鏡的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電子式或動(dòng)力式眼科透鏡，所述電子式或動(dòng)力式眼科透鏡包括一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)，所述一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)具有一個(gè)或多個(gè)電池或其它電源、電力管理電路、一個(gè)或多個(gè)傳感器、時(shí)鐘產(chǎn)生電路、控制算法和電路、以及透鏡驅(qū)動(dòng)器電路。這些系統(tǒng)可改變動(dòng)力式眼科透鏡的狀態(tài)。在具有一個(gè)或多個(gè)傳感器的系統(tǒng)中，需要決策過程以顯著降低根據(jù)由傳感器提供的不準(zhǔn)確、不完整或錯(cuò)誤的信息改變動(dòng)力式眼科透鏡的狀態(tài)的可能性、減少生理?xiàng)l件改變、以及減少來自內(nèi)部源和外部源的噪聲和/或干擾。
【專利說明】具有多輸入投票方案的電子式眼科透鏡
【背景技術(shù)】
[0001]1.摶術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及動(dòng)力式或電子式眼科透鏡，所述動(dòng)力式或電子式眼科透鏡具有多于一個(gè)的傳感器以及用于檢測(cè)眼睛狀態(tài)的有目的的改變的相關(guān)硬件和軟件，并且更具體地，涉及配置成實(shí)現(xiàn)用于檢測(cè)期望的焦距改變的多個(gè)傳感器以及相關(guān)硬件和軟件。
[0003]2.相關(guān)領(lǐng)域描述
[0004]隨著電子裝置持續(xù)小型化，變得越來越有可能產(chǎn)生用于多種用途的可佩戴的或可嵌入式微電子裝置。這樣的用途可包括監(jiān)測(cè)身體化學(xué)性質(zhì)的各方面、響應(yīng)于測(cè)量或者響應(yīng)于外部控制信號(hào)經(jīng)由多種機(jī)械裝置(包括自動(dòng)地)施用受控劑量的藥物或治療劑、以及增強(qiáng)器官或組織的性能。這樣的裝置的實(shí)例包括葡萄糖輸注泵、起搏器、去纖顫器、心室輔助裝置和神經(jīng)刺激器。一種新的特定可用領(lǐng)域的應(yīng)用在于眼科可佩戴透鏡和角膜接觸透鏡。例如，可佩戴透鏡可結(jié)合透鏡組件，該透鏡組件具有電子可調(diào)節(jié)焦點(diǎn)以增強(qiáng)或提高眼的性能。在另一個(gè)例子中，無論具有還是不具有可調(diào)式焦距，可佩戴的接觸透鏡都可包含電子傳感器以檢測(cè)角膜前(淚)膜中特定化學(xué)物質(zhì)的濃度。在透鏡組件中使用嵌入式電子器件會(huì)引入如下潛在的需求:需要與電子器件通信，需要一種對(duì)這些電子器件供電和/或重新供能的方法，需要將電子器件互連，需要內(nèi)部和外部傳感和/或監(jiān)視，以及需要控制電子器件和透鏡的總體功能。
[0005]人眼具有辨別上百萬種顏色的能力、易于調(diào)節(jié)以改變光照條件的能力、以及以超過高速互聯(lián)網(wǎng)連接的速率將信號(hào)或信息傳輸?shù)酱竽X的能力。當(dāng)前，透鏡諸如接觸透鏡和眼內(nèi)透鏡被用來矯正視力缺陷，諸如近視(近視眼)、遠(yuǎn)視(遠(yuǎn)視眼)、老花眼和散光。然而，結(jié)合附加部件的適當(dāng)設(shè)計(jì)的透鏡可用來提高視力以及矯正視力缺陷。
[0006]接觸透鏡可用于矯正近視、遠(yuǎn)視、散光以及其他視覺靈敏度缺陷。接觸透鏡也可用于增強(qiáng)佩戴者的眼睛的自然外觀。接觸透鏡或“觸體”只是放置在眼睛的前表面上的透鏡。角膜接觸透鏡被視為醫(yī)療裝置并且可被佩戴以矯正視力和/或用于美容或其他治療原因。自20世紀(jì)50年代起，市場(chǎng)上就可購買到改善視力的角膜接觸透鏡。早期的角膜接觸透鏡由硬性材料構(gòu)成或制成，相對(duì)較為昂貴并且易碎。此外，這些早期的角膜接觸透鏡由如下材料制成，所述材料不允許足夠的氧氣穿過角膜接觸透鏡傳輸?shù)浇Y(jié)膜和角膜，由此可潛在地引起許多不良臨床效應(yīng)。盡管仍使用這些角膜接觸透鏡，但它們因其不良的初始舒適度而并不適用于所有患者。該領(lǐng)域的后續(xù)發(fā)展產(chǎn)生了基于水凝膠的軟性角膜接觸透鏡，所述軟性角膜接觸透鏡在當(dāng)今為極其流行且被廣泛應(yīng)用。具體地講，當(dāng)今可用的有機(jī)硅水凝膠角膜接觸透鏡將具有極高透氧度的有機(jī)硅的有益效果與水凝膠的經(jīng)證實(shí)的舒適度和臨床性能結(jié)合在一起。本質(zhì)上，與由早期硬性材料制得的接觸透鏡相比，這些基于有機(jī)硅水凝膠的接觸透鏡具有較高的透氧度并且通常具有較高的佩戴舒適度。
[0007]常規(guī)的角膜接觸透鏡為聚合物結(jié)構(gòu)，具有特定的形狀，以便主要如上所述地矯正各種視力問題。為了獲得增強(qiáng)的功能，各種電路和部件必須集成到這些聚合物結(jié)構(gòu)中。例如，控制電路、微處理器、通信裝置、電源、傳感器、致動(dòng)器、發(fā)光二極管和微型天線可經(jīng)由定制的光電組件被集成到接觸透鏡中以不僅矯正視力，而且提高視力，以及提供如本文所解釋的附加的功能。電子式和/或動(dòng)力式接觸透鏡可被設(shè)計(jì)成經(jīng)由放大和縮小能力或者僅只是通過改變透鏡的屈光力來提供增強(qiáng)的視力。電子式和/或動(dòng)力式接觸透鏡可被設(shè)計(jì)成增強(qiáng)顏色和分辨率、顯示紋理信息、將語音實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)樽帜弧⑻峁?dǎo)航系統(tǒng)的視覺提示、以及提供圖像處理和互聯(lián)網(wǎng)接入。透鏡可被設(shè)計(jì)成允許佩戴者在低光照條件下視物。在透鏡上適當(dāng)設(shè)計(jì)的電子器件和/或電子器件布置可允許例如在沒有可變焦距光學(xué)透鏡的情況下將圖像投射到視網(wǎng)膜上，提供新型圖像顯示裝置，以及甚至提供喚醒警示。作為另一種選擇或者除了這些功能或類似功能中任一種之外，角膜接觸透鏡可結(jié)合有用于非入侵地監(jiān)測(cè)佩戴者的生物表征的部件和健康指示器。例如，通過分析淚液膜的成分，構(gòu)建到透鏡中的傳感器可允許糖尿病患者監(jiān)視血糖水平，而不需要抽血。此外，適當(dāng)配置的透鏡可結(jié)合用于監(jiān)測(cè)膽固醇、鈉和鉀水平的傳感器、以及其它生物標(biāo)記物。這與無線數(shù)據(jù)發(fā)送器聯(lián)接可允許醫(yī)師幾乎立即得到患者的血液化學(xué)性質(zhì)，而不需要患者浪費(fèi)時(shí)間去實(shí)驗(yàn)室并進(jìn)行抽血。此外，可利用內(nèi)置于透鏡中的傳感器來檢測(cè)入射于眼睛上的光以補(bǔ)償環(huán)境光照條件或者用于確定眨眼模式。
[0008]裝置的適當(dāng)組合能夠產(chǎn)生可能無限的功能；然而，存在與將額外組件結(jié)合到一件式光學(xué)等級(jí)的聚合物上相關(guān)的多種困難。通常，由于多種原因，使得難以在透鏡上直接制造這樣的部件，并且難以將平面裝置安裝和互連在非平面表面上。還難以按比例制造。待放置在透鏡上或透鏡中的部件需要小型化且集成到僅僅1.5平方厘米的透明聚合物上，同時(shí)保護(hù)這些部件不受眼上液體環(huán)境的影響。由于附加部件的增加的厚度，使得還難以制造對(duì)于佩戴者而言舒適且安全的角膜接觸透鏡。
[0009]考慮到諸如角膜接觸透鏡的眼科裝置的面積和體積限制以及其使用環(huán)境，裝置的物理實(shí)現(xiàn)必須克服多個(gè)問題，包括將多個(gè)電子部件安裝和互連在非平面表面上，這些電子部件的大多數(shù)包括光學(xué)塑料。因此，需要提供機(jī)械穩(wěn)固和電氣穩(wěn)固的電子角膜接觸透鏡。
[0010]由于這些是動(dòng)力式透鏡，因而考慮到在眼科透鏡規(guī)模上的電池技術(shù)，用于驅(qū)動(dòng)電子器件的能量或更具體地講電流消耗是一個(gè)關(guān)切的問題。除正常的電流消耗外，該性質(zhì)的動(dòng)力式裝置或系統(tǒng)一般需要待機(jī)電流儲(chǔ)備，需要具有精確的電壓控制和切換能力以確保在潛在的許多種工作參數(shù)條件下工作，并且需要在可能保持閑置多年之后進(jìn)行突然的電流消耗(例如在單次充電后長(zhǎng)達(dá)十八(18)個(gè)小時(shí)的消耗)。因此，需要一種在提供所需電力的同時(shí)在低成本、長(zhǎng)期可靠的服務(wù)、安全以及尺寸方面最優(yōu)化的系統(tǒng)。
[0011]此外，由于與動(dòng)力式透鏡相關(guān)聯(lián)的功能復(fù)雜度以及構(gòu)成動(dòng)力式透鏡的所有組件之間的高的相互作用水平，需要協(xié)調(diào)和控制構(gòu)成動(dòng)力式眼科透鏡的電子器件和光學(xué)器件的總體操作。因此，需要一種用于控制所有其他組件的操作的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)安全、低成本且可靠，具有低的能量消耗速率并且尺寸可被縮小成能被結(jié)合到眼科透鏡中。
[0012]動(dòng)力式或電子式眼科透鏡可能必須考慮到利用所述動(dòng)力式或電子式眼科透鏡的個(gè)體的某些獨(dú)特生理機(jī)能。更具體地講，動(dòng)力式透鏡可能必須考慮到眨眼，包括在給定時(shí)間周期中的眨眼次數(shù)、眨眼的持續(xù)時(shí)間、各次眨眼之間的時(shí)間以及任何數(shù)目的可能的眨眼模式，例如如果所述個(gè)體正在打瞌睡。眨眼檢測(cè)也可被用于提供某些功能，例如可利用眨眼作為控制動(dòng)力式眼科透鏡的一個(gè)或多個(gè)方面的手段。另外，在確定眨眼時(shí)，必須考慮到外部因素，例如光強(qiáng)度水平的變化、以及人的眼瞼所阻擋的可見光的量。例如，如果房間中的照明水平介于五十四(54)和一百六十一(161)勒之間，則光傳感器應(yīng)足夠靈敏地檢測(cè)在人眨眼時(shí)發(fā)生的光強(qiáng)度變化。
[0013]環(huán)境光傳感器或光傳感器被用于許多系統(tǒng)和產(chǎn)品中，例如用于電視中以根據(jù)房間光照來調(diào)節(jié)亮度、用于燈中以在黃昏時(shí)開啟、以及用于電話中以調(diào)節(jié)屏幕亮度。然而，這些當(dāng)前使用的傳感器系統(tǒng)對(duì)于被結(jié)合到接觸透鏡中而言不夠小和/或不具有足夠低的能量消耗。
[0014]還重要指出的是，可使用針對(duì)人眼的計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)(例如被數(shù)字化至計(jì)算機(jī)中的照相機(jī))來實(shí)現(xiàn)不同類型的眨眼檢測(cè)器。在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的軟件可識(shí)別各種視覺模式，例如睜眼和閉眼。這些系統(tǒng)可被用于出于診斷和研究目的的眼科臨床設(shè)置中。不同于上述檢測(cè)器和系統(tǒng)，這些系統(tǒng)旨在在眼睛外使用并且是用于向眼睛看去而非從眼睛向外看。盡管這些系統(tǒng)并沒有小到足以被結(jié)合到接觸透鏡中，但所利用的軟件可與與動(dòng)力式接觸透鏡結(jié)合工作的軟件相似。這兩種系統(tǒng)中的每一種均可包含人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的軟件實(shí)現(xiàn)，所述人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)從輸入學(xué)習(xí)并相應(yīng)地調(diào)節(jié)它們的輸出。作為另外一種選擇，可利用包含統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、其他自適應(yīng)性算法、和/或信號(hào)處理的基于非生物的軟件實(shí)現(xiàn)來形成智能系統(tǒng)。
[0015]因此，需要一種用于檢測(cè)某些生理機(jī)能(例如眨眼)并根據(jù)傳感器所檢測(cè)到的眨眼序列的類型利用這些生理機(jī)能來激活和/或控制電子式或動(dòng)力式眼科透鏡的裝置和方法。所用傳感器的尺寸和配置必須適合用于接觸透鏡中。也可以利用其它的傳感器以及傳感器系統(tǒng)。例如，瞳孔位置和會(huì)聚檢測(cè)系統(tǒng)可以用于改變動(dòng)力式眼科透鏡的狀態(tài)。
[0016]包括多個(gè)傳感器的系統(tǒng)可能需要更高的復(fù)雜度但是也可以包括更多的功能性、方便性、以及對(duì)于使用者而言重要的參數(shù)。與依靠單個(gè)輸入來確定輸出相反，多個(gè)傳感器系統(tǒng)可以例如通過減少誤報(bào)和漏報(bào)確定來改進(jìn)可靠性、功能性、安全性、以及方便性。在確定對(duì)狀態(tài)改變的需要之前考慮多個(gè)傳感器輸入的系統(tǒng)在本領(lǐng)域內(nèi)是常見的，例如，在解鎖之前同時(shí)需要實(shí)體鑰匙和數(shù)字代碼的保險(xiǎn)箱。已經(jīng)提出了例如使用有目的的眨眼模式以使可變焦點(diǎn)透鏡的狀態(tài)在近焦距與遠(yuǎn)焦距之間改變來改變電子式或動(dòng)力式眼科裝置的狀態(tài)的系統(tǒng)。應(yīng)當(dāng)理解，安全性和可靠性對(duì)于動(dòng)力式眼科裝置而言是至關(guān)重要的，但是方便性和功能性也是系統(tǒng)或裝置的重要方面。因此，存在對(duì)電子式或動(dòng)力式眼科透鏡中考慮多個(gè)傳感器輸入以確定所需要或所期望的狀態(tài)改變同時(shí)使誤觸發(fā)最小化的系統(tǒng)的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]根據(jù)本發(fā)明的具有多輸入投票方案的電子式眼科透鏡克服了上面所簡(jiǎn)要說明的與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)聯(lián)的局限性。本發(fā)明包括投票方案，該投票方案考慮多個(gè)輸入并且可以被結(jié)合到眼科裝置中，其中對(duì)安全性、方便性、低功率消耗和小尺寸具有相關(guān)要求。
[0018]根據(jù)一個(gè)方面，本發(fā)明涉及用于控制動(dòng)力式眼科透鏡中的功能的方法。該方法包括以下步驟:對(duì)被結(jié)合到眼科透鏡中的多個(gè)傳感器取樣；傳感器測(cè)量生理變化、環(huán)境變化或其它改變；確定來自多個(gè)傳感器的結(jié)果，其包括與閾值進(jìn)行比較以及與預(yù)定模式進(jìn)行比較；匯集來自多個(gè)傳感器的結(jié)果以產(chǎn)生單個(gè)決策信號(hào)；以及根據(jù)該單個(gè)決策信號(hào)配置致動(dòng)器以實(shí)現(xiàn)動(dòng)力式眼科透鏡的功能改變或者保持動(dòng)力式眼科透鏡的功能。
[0019]根據(jù)另一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種動(dòng)力式眼科透鏡。動(dòng)力式眼科透鏡包括:接觸透鏡，接觸透鏡包括光學(xué)區(qū)和周邊區(qū)；以及至少一個(gè)電子系統(tǒng)，所述至少一個(gè)電子系統(tǒng)被結(jié)合到接觸透鏡的周邊區(qū)中，該電子系統(tǒng)包括多個(gè)傳感器、系統(tǒng)控制器以及至少一個(gè)致動(dòng)器，系統(tǒng)控制器配置成實(shí)現(xiàn)用于控制動(dòng)力式眼科透鏡的功能的過程，該過程包括以下步驟:對(duì)多個(gè)傳感器取樣；確定來自多個(gè)傳感器的結(jié)果，其包括與閾值進(jìn)行比較以及與預(yù)定模式進(jìn)行比較；匯集來自多個(gè)傳感器的結(jié)果以產(chǎn)生單個(gè)決策信號(hào)；以及根據(jù)該單個(gè)決策信號(hào)配置致動(dòng)器以實(shí)現(xiàn)動(dòng)力式眼科透鏡的功能改變或者保持動(dòng)力式眼科透鏡的功能。
[0020]根據(jù)又一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種動(dòng)力式眼科透鏡。該動(dòng)力式眼科透鏡包括接觸透鏡、以及至少一個(gè)電子系統(tǒng)，所述至少一個(gè)電子系統(tǒng)被結(jié)合到接觸透鏡中的，該電子系統(tǒng)包括多個(gè)傳感器、系統(tǒng)控制器以及至少一個(gè)致動(dòng)器，系統(tǒng)控制器配置成實(shí)現(xiàn)用于控制動(dòng)力式眼科透鏡的功能的過程，該過程包括以下步驟:對(duì)多個(gè)傳感器取樣；確定來自多個(gè)傳感器的結(jié)果，其包括與閾值進(jìn)行比較以及與預(yù)定模式進(jìn)行比較；匯集來自多個(gè)傳感器的結(jié)果以產(chǎn)生單個(gè)決策信號(hào)；以及根據(jù)該單個(gè)決策信號(hào)配置致動(dòng)器以實(shí)現(xiàn)動(dòng)力式眼科透鏡的功能改變或者保持動(dòng)力式眼科透鏡的功能。
[0021]根據(jù)再一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種動(dòng)力式眼科透鏡。該動(dòng)力式眼科透鏡包括眼內(nèi)接觸透鏡、以及至少一個(gè)電子系統(tǒng)，所述至少一個(gè)電子系統(tǒng)被結(jié)合到眼內(nèi)透鏡中，該電子系統(tǒng)包括多個(gè)傳感器、系統(tǒng)控制器、以及至少一個(gè)致動(dòng)器，系統(tǒng)控制器配置成實(shí)現(xiàn)控制動(dòng)力式眼科透鏡的功能的過程，該過程包括以下步驟:對(duì)多個(gè)傳感器取樣；確定來自多個(gè)傳感器的結(jié)果，其包括與閾值進(jìn)行比較以及與預(yù)定模式進(jìn)行比較；匯集來自多個(gè)傳感器的結(jié)果以產(chǎn)生單個(gè)決策信號(hào)；以及根據(jù)該單個(gè)決策信號(hào)配置致動(dòng)器以實(shí)現(xiàn)動(dòng)力式眼科透鏡的功能改變或者保持動(dòng)力式眼科透鏡的功能。
[0022]本發(fā)明更一般地涉及一種包括電子系統(tǒng)的動(dòng)力式接觸透鏡，所述電子系統(tǒng)執(zhí)行任何數(shù)量的功能，包括致動(dòng)可變焦點(diǎn)光學(xué)器件(如果包括的話)。所述電子系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)電池或其他電源、電力管理電路、一個(gè)或多個(gè)傳感器、時(shí)鐘產(chǎn)生電路、控制算法和電路、以及透鏡驅(qū)動(dòng)器電路。
[0023]對(duì)動(dòng)力式眼科透鏡的控制可通過以無線方式與透鏡通信的手動(dòng)操作式外部裝置(例如手持式遙控單元)來實(shí)現(xiàn)。作為另外一種選擇，對(duì)動(dòng)力式眼科透鏡的控制可通過直接來自于佩戴者的反饋信號(hào)或控制信號(hào)來實(shí)現(xiàn)。例如，內(nèi)置于透鏡中的傳感器可檢測(cè)眨眼和/或眨眼模式。基于眨眼模式或眨眼序列，為了聚焦于近處的物體或遠(yuǎn)處的物體上，動(dòng)力式眼科透鏡可改變狀態(tài)，例如改變其屈光力。
[0024]眨眼檢測(cè)算法是系統(tǒng)控制器的組件，其用于檢測(cè)眨眼的特性，例如眼瞼是張開的還是閉合的、眨眼張開或閉合的持續(xù)時(shí)間、兩次眨眼之間的持續(xù)時(shí)間、以及在給定時(shí)間周期中的眨眼次數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的示例性算法依賴于以某一取樣速率對(duì)入射于眼睛上的光取樣。存儲(chǔ)預(yù)確定的眨眼模式，并與入射光樣本的最近歷史進(jìn)行比較。當(dāng)模式相匹配時(shí)，眨眼檢測(cè)算法便觸發(fā)系統(tǒng)控制器中的活動(dòng)，例如以激活透鏡驅(qū)動(dòng)器以改變透鏡的屈光力。
[0025]本發(fā)明的眨眼檢測(cè)算法和相關(guān)聯(lián)的電路在相當(dāng)廣泛的光照條件下工作，并且優(yōu)選地能夠區(qū)分有意的眨眼序列與無意的眨眼。還優(yōu)選的是，只需要進(jìn)行很少的訓(xùn)練便能利用有意的眨眼來激活和/或控制動(dòng)力式眼科透鏡。本發(fā)明的眨眼檢測(cè)算法和相關(guān)聯(lián)的電路提供一種通過動(dòng)力式或電子式接觸透鏡來檢測(cè)眨眼的安全、低成本且可靠的裝置和方法以實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力式或電子式眼科透鏡的激活或控制中的至少之一，所述動(dòng)力式或電子式接觸透鏡還具有低能量消耗速率并可被縮小成能結(jié)合于眼科透鏡中。[0026]現(xiàn)有的多輸入系統(tǒng)(本文中稱為投票方案)未具體設(shè)計(jì)成考慮用于電子式眼科透鏡的必要輸入，也不考慮必要輸出。例如，用于電子式眼科透鏡的投票方案可能需要考慮多種因素，其中包括眼睛阻抗、瞳孔會(huì)聚、以及瞳孔擴(kuò)張而不是其它投票方案中常見的那些傳感器輸入。
[0027]在電子式眼科透鏡中，例如期望應(yīng)當(dāng)在不具有誤報(bào)或漏報(bào)的情況下在近距聚焦與遠(yuǎn)距聚焦之間改變的狀態(tài)改變。誤報(bào)例如能夠?qū)е戮哂锌勺児β使鈱W(xué)透鏡的電子式或動(dòng)力式透鏡在使用者在高速公路上駕駛并且需要遠(yuǎn)距視覺時(shí)使?fàn)顟B(tài)變?yōu)榻嗑劢?。同樣，誤消極檢測(cè)能夠?qū)е驴勺児β使鈱W(xué)透鏡在使用者想要近距閱讀時(shí)保持遠(yuǎn)焦距。應(yīng)當(dāng)理解，誤觸發(fā)器不排他地限于改變焦距并且可以影響其它的狀態(tài)改變，例如檢測(cè)昏昏欲睡的使用者或者類似于在圖形用戶界面中通過鼠標(biāo)“單擊”地選擇前部顯示器(heads-up display)上的項(xiàng)。
[0028]所提出的用于電子式眼科透鏡的傳感器系統(tǒng)考慮單個(gè)輸入，例如改變與睫狀肌活動(dòng)相關(guān)聯(lián)的跨過眼睛的阻抗并且因此期望改變焦距。這些傳感器中的每一個(gè)都可能經(jīng)受例如噪聲、動(dòng)態(tài)范圍、和干擾的限制，從而接著增加誤觸發(fā)的可能性。例如，考慮瞳孔直徑的系統(tǒng)可以記錄由于環(huán)境光的減少而造成的擴(kuò)張而不是期望焦距的改變。
[0029]因此，存在對(duì)電子式眼科裝置中考慮多個(gè)傳感器輸入以確定所需要的狀態(tài)改變同時(shí)使誤觸發(fā)最小化的系統(tǒng)的需要。本文所述的發(fā)明考慮多個(gè)輸入并且可以被結(jié)合到眼科裝置中，其中對(duì)安全性、方便性、低功率消耗和小尺寸具有相關(guān)要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]下文是附圖所示的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的更為具體的說明，通過這些說明，本發(fā)明的上述及其他特征和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見。
[0031]圖1示出根據(jù)本發(fā)明某一實(shí)施例的包括眨眼檢測(cè)系統(tǒng)的示例性接觸透鏡。
[0032]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的入射于眼睛表面上的光與時(shí)間的關(guān)系的圖示，其示出在各種光強(qiáng)度水平下所記錄的可能的無意的眨眼模式與時(shí)間的關(guān)系以及基于最大和最小光強(qiáng)度水平之間的某一點(diǎn)的可用閾值水平。
[0033]圖3是根據(jù)本發(fā)明的眨眼檢測(cè)系統(tǒng)的示例性狀態(tài)轉(zhuǎn)變圖。
[0034]圖4是根據(jù)本發(fā)明的用于對(duì)所接收的光信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和取樣的光檢測(cè)路徑的示意圖。
[0035]圖5是根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字調(diào)節(jié)邏輯的方框圖。
[0036]圖6是根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字檢測(cè)邏輯的方框圖。
[0037]圖7是根據(jù)本發(fā)明的示例性時(shí)序圖。
[0038]圖8是根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字系統(tǒng)控制器的示意圖。
[0039]圖9是根據(jù)本發(fā)明的用于自動(dòng)增益控制的示例性時(shí)序圖。
[0040]圖10是根據(jù)本發(fā)明的示例性集成電路電路管芯上的光阻擋區(qū)域和光通過區(qū)域的示意圖。
[0041]圖11是根據(jù)本發(fā)明的用于動(dòng)力式接觸透鏡的示例性電子插件(包括眨眼檢測(cè)器)的示意圖。
[0042]圖12是根據(jù)本發(fā)明的具有多個(gè)傳感器、系統(tǒng)控制器和致動(dòng)器的通用系統(tǒng)的方框圖，其中根據(jù)兩個(gè)或多個(gè)傳感器的輸出做出激活決策。
[0043]圖13是根據(jù)本發(fā)明的示例性過程的流程圖，系統(tǒng)控制器通過該示例性過程確定致動(dòng)器的狀態(tài)是否將根據(jù)傳感器輸入發(fā)生改變。
[0044]圖14圖示了根據(jù)本發(fā)明的電子式眼科透鏡中的各種示例性傳感器輸入，所述各種示例性傳感器輸入被設(shè)計(jì)成確定對(duì)改變眼科透鏡的焦點(diǎn)狀態(tài)與時(shí)間的關(guān)系的需要。
【具體實(shí)施方式】
[0045]常規(guī)的角膜接觸透鏡為聚合物結(jié)構(gòu)，具有特定的形狀，以便主要如上所述地矯正各種視力問題。為了獲得增強(qiáng)的功能，可將各種電路和組件集成到這些聚合物結(jié)構(gòu)中。例如，控制電路、微處理器、通信裝置、電源、傳感器、致動(dòng)器、發(fā)光二極管和微型天線可經(jīng)由定制的光電組件被集成到接觸透鏡中以不僅矯正視力，而且提高視力，以及提供如本文所解釋的附加的功能。電子式和/或動(dòng)力式接觸透鏡可被設(shè)計(jì)成經(jīng)由放大和縮小能力或者僅僅只是通過改變透鏡的屈光力而提供增強(qiáng)的視力。電子式和/或動(dòng)力式接觸透鏡可被設(shè)計(jì)成增強(qiáng)顏色和分辨率、顯示紋理信息、將語音實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)樽帜弧⑻峁?dǎo)航系統(tǒng)的視覺提示、以及提供圖像處理和互聯(lián)網(wǎng)接入。透鏡可被設(shè)計(jì)成允許佩戴者在低光照條件下視物。透鏡上適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)的電子器件和/或電子器件布置可允許例如在沒有可變焦點(diǎn)光學(xué)透鏡的情況下將圖像投射到視網(wǎng)膜上，提供新型圖像顯示裝置，甚至提供喚醒警示。作為另一種選擇或者除了這些功能或類似功能中任一種之外，角膜接觸透鏡可結(jié)合有用于非入侵地監(jiān)測(cè)佩戴者的生物表征的部件和健康指示器。例如，通過分析淚液膜的成分，構(gòu)建到透鏡中的傳感器可允許糖尿病患者監(jiān)視血糖水平，而不需要抽血。此外，適當(dāng)配置的透鏡可結(jié)合用于監(jiān)測(cè)膽固醇、鈉和鉀水平的傳感器、以及其它生物標(biāo)記物。這與無線數(shù)據(jù)發(fā)送器結(jié)合可允許醫(yī)師能夠幾乎立即得到患者的血液化學(xué)性質(zhì)，而不需要患者浪費(fèi)時(shí)間去實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行抽血。此外，可利用內(nèi)置于透鏡中的傳感器來檢測(cè)入射到眼睛上的光以補(bǔ)償環(huán)境光照條件或者用于確定眨眼模式。
[0046]本發(fā)明的電力或電子角膜接觸透鏡包括必要元件以矯正和/或提高具有一種或多種上述視力缺陷的患者的視力，或者以其它方式執(zhí)行可用的眼科功能。此外，電子式接觸透鏡可只是用來增強(qiáng)正常的視力，或者提供如上所述的廣泛種類的功能。電子角膜接觸透鏡可包括可變焦點(diǎn)光學(xué)透鏡，嵌入到角膜接觸透鏡中的組裝前光學(xué)部件，或者僅僅簡(jiǎn)單地嵌入任何合適功能性的電子器件而沒有透鏡。本發(fā)明的電子透鏡可被結(jié)合到任何數(shù)量的上述角膜接觸透鏡。此外，眼內(nèi)透鏡也可結(jié)合本文所述的各種組件和功能。然而，為了容易解釋，本發(fā)明將集中于用于矯正視力缺陷的單次使用的日拋電子角膜接觸透鏡。
[0047]本發(fā)明可用于包括電子系統(tǒng)的動(dòng)力式眼科透鏡或動(dòng)力式接觸透鏡，所述電子系統(tǒng)用于致動(dòng)可變焦距光學(xué)器件或任何其他配置成實(shí)現(xiàn)可被執(zhí)行的任何數(shù)量的諸多功能的裝置。所述電子系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)電池或其他電源、電力管理電路、一個(gè)或多個(gè)傳感器、時(shí)鐘產(chǎn)生電路、控制算法和電路、以及透鏡驅(qū)動(dòng)器電路。這些組件的復(fù)雜度可根據(jù)透鏡所要求或所期望的功能而異。
[0048]對(duì)電子式或動(dòng)力式眼科透鏡的控制可通過與透鏡通信的手動(dòng)操作式外部裝置(例如手持式遙控單元)來實(shí)現(xiàn)。例如，短表鏈可根據(jù)佩戴者的人工輸入來與動(dòng)力式透鏡進(jìn)行無線通信。作為另外一種選擇，對(duì)動(dòng)力式眼科透鏡的控制可通過直接來自于佩戴者的反饋信號(hào)或控制信號(hào)來實(shí)現(xiàn)。例如，內(nèi)置于透鏡中的傳感器可檢測(cè)眨眼和/或眨眼模式?；谡Ｑ勰Ｊ交蛘Ｑ坌蛄校瑸榱司劢褂诮幍奈矬w或遠(yuǎn)處的物體上，動(dòng)力式眼科透鏡可改變狀態(tài)，例如改變其屈光力。
[0049]作為另外一種選擇，動(dòng)力式或電子式眼科透鏡中的眨眼檢測(cè)可用于其中在使用者與電子式接觸透鏡之間存在相互作用的各種其他用途，例如激活另一電子裝置或向另一電子裝置發(fā)送命令。例如，眼科透鏡中的眨眼檢測(cè)可與計(jì)算機(jī)上的照相機(jī)結(jié)合使用，其中照相機(jī)跟蹤眼睛在計(jì)算機(jī)屏幕上移動(dòng)的位置，并且當(dāng)使用者執(zhí)行眨眼序列且該眨眼序列被眨眼檢測(cè)檢測(cè)到時(shí)，引起鼠標(biāo)指針執(zhí)行命令，例如雙擊某一個(gè)項(xiàng)、高亮顯示某一個(gè)項(xiàng)或選擇菜單項(xiàng)。
[0050]眨眼檢測(cè)算法是系統(tǒng)控制器的組件，用于檢測(cè)眨眼的特性，例如檢測(cè)眼瞼是張開的還是閉合的、眨眼的持續(xù)時(shí)間、兩次眨眼之間的持續(xù)時(shí)間、以及在給定時(shí)間周期中的眨眼次數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的算法是依賴于以某一取樣速率對(duì)入射于眼睛上的光取樣。存儲(chǔ)預(yù)確定的眨眼模式，并與入射光樣本的最近歷史進(jìn)行比較。當(dāng)模式相匹配時(shí)，眨眼檢測(cè)算法可觸發(fā)系統(tǒng)控制器中的活動(dòng)，例如以激活透鏡驅(qū)動(dòng)器以改變透鏡的屈光力。
[0051]眨眼是指眼瞼的快速閉合和張開，并且是眼睛的基本功能。眨眼能保護(hù)眼睛免受異物損傷，例如當(dāng)有物體意外地出現(xiàn)在眼睛附近時(shí)，個(gè)體便會(huì)眨眼。眨眼能通過眼淚的展布而在眼睛的前表面上提供潤(rùn)滑。眨眼還能從眼睛移除的污染物和/或刺激物。正常情況下，眨眼是自動(dòng)進(jìn)行的，但外部刺激可能會(huì)導(dǎo)致眨眼，例如在存在刺激物的情況下。然而，眨眼也可能是有目的的，例如對(duì)于不能通過語言或通過手勢(shì)進(jìn)行交流的個(gè)體可通過眨眼一次來表示“是”、通過眨眼兩次來表示“否”。本發(fā)明的眨眼檢測(cè)算法和系統(tǒng)利用不會(huì)與正常眨眼響應(yīng)相混淆的眨眼模式。換句話講，如果要將眨眼作為用于控制動(dòng)作的手段，則為給定動(dòng)作所選擇的特定模式不能無規(guī)地出現(xiàn)；否則，可能發(fā)生無意的動(dòng)作。由于眨眼速度可受到若干因素(包括疲勞、眼睛受傷、用藥和疾病)的影響，用于控制目的的眨眼模式優(yōu)選地考慮到這些因素以及任何其他影響眨眼的變量。無意眨眼的平均長(zhǎng)度在約一百(100)至四百(400)毫秒的范圍內(nèi)。一般的成年男人和女人以每分鐘十(10)次無意眨眼的速率眨眼，并且兩次無意眨眼之間的平均時(shí)間是0.3秒至七十(70)秒。
[0052]可將眨眼檢測(cè)算法的示例性實(shí)施例歸納在以下步驟中:
[0053]1.定義使用者將執(zhí)行的有意的“眨眼序列”以用于積極的眨眼檢測(cè)。
[0054]2.以與所述眨眼序列的檢測(cè)相符合的速率對(duì)入射光水平取樣并剔除無意的眨眼。
[0055]3.將取樣的光水平的歷史與預(yù)期的“眨眼序列”進(jìn)行比較，所述“眨眼序列”由數(shù)值構(gòu)成的眨眼模板來定義。
[0056]4.任選地，實(shí)施眨眼“遮罩”序列以指示在比較期間所要忽略的模板的部分，例如近處的轉(zhuǎn)變。這可允許使用者偏離所期望的“眨眼序列”，例如加一或減一(I)錯(cuò)誤窗口，其中可能出現(xiàn)以下中的一者或多者:透鏡激活、控制以及焦距改變。另外，這可允許改變眨眼序列的使用者時(shí)序。
[0057]示例性的眨眼序列可定義如下:
[0058]1.眨眼(閉合)0.5s
[0059]2.睜開 0.5s
[0060]3.眨眼(閉合)0.5s[0061]在一百(lOO)ms的取樣速率下，二十(20)個(gè)樣本的眨眼模板表示為:
[0062]眨眼模板(blink_ template) = [1，1，1，0，0，0，0，0，1，1，1，1，1，0，0，0，0，0，1，I]。
[0063]眨眼遮罩被定義為將在躍遷之后立即出現(xiàn)的樣本遮去(O用于遮去或忽略樣本)，并且表示為:
[0064]眨眼遮罩(blink_mask)= [I, I, I,O, I, I, I, I,O, I, I, I, I,O, I, I, I, I,O, I]。
[0065]任選地，可遮去更寬的躍遷區(qū)域以允許更大的時(shí)序不確定性，并且表示為:
[0066]眨眼遮罩(blink_mask)= [1，1，0，0，1，1，1，0，0，1，1，1，0，0，1，1，1，0，0，I]。
[0067]可實(shí)施替代的模式，例如單次長(zhǎng)的眨眼，在這種情況下是具有24個(gè)樣本的模板的
1.5s眨眼，表示為:
[0068]眨眼模板(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]。
[0069]重要的是應(yīng)注意:上述例子只用于示例性目的，而并不代表具體的一組數(shù)據(jù)。
[0070]可通過將樣本歷史與模板和遮罩進(jìn)行邏輯比較來實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。邏輯運(yùn)算是逐位地對(duì)模板和樣本歷史序列進(jìn)行異或(XOR)運(yùn)算，然后驗(yàn)證所有未被遮罩的歷史位與模板相匹配。例如，如在以上眨眼遮罩樣本中所示，在眨眼遮罩的序列的值為邏輯I的每個(gè)位置上，眨眼必須與所述序列的該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為邏輯O的每個(gè)位置上，不需要眨眼與所述序列的該位置上的眨眼遮罩模板相匹配。例如，可利用如在MATL ABlgl 1中編碼的以下布林算法方程。
[0071]matched = not(blink_mask) not(xor(blink_template, test_sample))，
[0072]其中test_sample是樣本歷史。匹配值是與眨眼模板、樣本歷史以及blink_mask具有相同長(zhǎng)度的序列。如果匹配序列全部為邏輯1，則已出現(xiàn)了良好匹配。將其分解，not (xor (blink_template, test_sample))對(duì)每處失配均得出邏輯O,并且對(duì)每處匹配均得出邏輯I。與反相遮罩進(jìn)行邏輯或運(yùn)算迫使匹配序列中的每個(gè)位置在遮罩為邏輯O之處變成邏輯I。因此，在眨眼遮罩模板中，該處值被規(guī)定為邏輯O的越多，與人的眨眼相關(guān)聯(lián)的錯(cuò)誤容限就越大。MATLAB'是用于數(shù)值計(jì)算、可視化和編程的一種高級(jí)語言和具體實(shí)施形式，并且是位于美國馬薩諸塞州的Natick的MathWorks公司的產(chǎn)品。還重要的是應(yīng)注意:眨眼遮罩模板中邏輯O的數(shù)目越大，則與預(yù)期的或所希望的眨眼模式相匹配的誤報(bào)的可能性越大。應(yīng)當(dāng)理解，可將各種預(yù)期的或希望的眨眼模式編程到裝置中，其中每次有一個(gè)或多個(gè)眨眼模式是現(xiàn)用的。更具體地講，可將多個(gè)預(yù)期的或希望的眨眼模式用于同一目的或功能、或者用于實(shí)現(xiàn)不同的或替代的功能。例如，可利用一個(gè)眨眼模式使所希望的物體上的透鏡拉近或拉遠(yuǎn)，同時(shí)可利用另一眨眼模式使透鏡上的另一裝置(例如泵)來遞送一劑治療劑。
[0073]圖1以方框圖形式示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的接觸透鏡100，所述接觸透鏡包括電子眨眼檢測(cè)器系統(tǒng)。在該示例性實(shí)施例中，電子眨眼檢測(cè)器系統(tǒng)可包括光傳感器102、放大器104、模數(shù)轉(zhuǎn)換器或ADC106、數(shù)字信號(hào)處理器108、電源110、致動(dòng)器113和系統(tǒng)控制器114。
[0074]當(dāng)接觸透鏡100放置于使用者眼睛的前表面上時(shí)，可利用眨眼檢測(cè)器系統(tǒng)的電子電路來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的眨眼檢測(cè)算法。光傳感器102以及其他電路配置成檢測(cè)眨眼和/或由使用者的眼睛作出的各種眨眼模式。
[0075]在該示例性實(shí)施例中，光傳感器102可被嵌入接觸透鏡100中并接收環(huán)境光101，由此將入射光子轉(zhuǎn)換成電子并從而產(chǎn)生電流(由箭頭103指示)以流入放大器104中。光傳感器或光檢測(cè)器102可包括任何適合的裝置。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，光傳感器102包括光二極管。在優(yōu)選的示例性實(shí)施例中，光二極管被構(gòu)建于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS加工技術(shù))中以增大集成能力并減小光傳感器102和其他電路的總體尺寸。電流103與入射光水平成正比，并在光檢測(cè)器102被眼瞼覆蓋時(shí)顯著減小。放大器104產(chǎn)生與輸入成正比的放大的輸出，并可用作將輸入電流轉(zhuǎn)換成輸出電壓的轉(zhuǎn)阻抗放大器。放大器104可將信號(hào)放大到可供系統(tǒng)的其余部分使用的水平，例如使信號(hào)具有足夠的電壓和功率以被ADC106獲取。例如，放大器可能是驅(qū)動(dòng)后續(xù)區(qū)塊所需的，因?yàn)楣鈧鞲衅?02的輸出可能相當(dāng)小并可能在低光照環(huán)境中使用。放大器104可被實(shí)現(xiàn)為可變?cè)鲆娣糯笃?，其增益可由系統(tǒng)控制器114以反饋布置方式調(diào)整以使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍最大化。除提供增益外，放大器104還可包括其他模擬信號(hào)調(diào)節(jié)電路，例如適合于光傳感器102和放大器104的輸出的濾波電路和其他電路。放大器104可包括任何適用于放大和調(diào)節(jié)由光傳感器102輸出的信號(hào)的裝置。例如，放大器104可只是包括單個(gè)運(yùn)算放大器或者包括一個(gè)或多個(gè)運(yùn)算放大器的更復(fù)雜的電路。如上文所述，光傳感器102和放大器104配置成根據(jù)通過眼睛所接收的入射光強(qiáng)度來檢測(cè)和分離眨眼序列，并將輸入電流轉(zhuǎn)換成最終可由系統(tǒng)控制器114使用的數(shù)字信號(hào)。系統(tǒng)控制器114優(yōu)選地被預(yù)編程或預(yù)配置以在各種光強(qiáng)度水平條件下識(shí)別各種眨眼序列和/或眨眼模式，并向致動(dòng)器112提供適合的輸出信號(hào)。系統(tǒng)控制器114還包括相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器。
[0076]在該不例性實(shí)施例中,ADC106可用于將從放大器104輸出的連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合于進(jìn)一步信號(hào)處理的取樣的數(shù)字信號(hào)。例如，ADC106可將從放大器104輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成可供后續(xù)或下游電路(例如數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)或微處理器108)使用的數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)或數(shù)字信號(hào)處理器108可用于數(shù)字信號(hào)處理，包括以下中的一者或多者:濾波、處理、檢測(cè)、以及以其他方式操縱/處理取樣的數(shù)據(jù)以允許供下游使用的入射光檢測(cè)。數(shù)字信號(hào)處理器108可預(yù)編程有上述的眨眼序列和/或眨眼模式。數(shù)字信號(hào)處理器108還包括相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器。數(shù)字信號(hào)處理器108可利用模擬電路、數(shù)字電路、軟件、或它們的組合來實(shí)施。在所示示例性實(shí)施例中，數(shù)字信號(hào)處理器108被構(gòu)建于數(shù)字電路中。ADC106以及相關(guān)聯(lián)的放大器104和數(shù)字信號(hào)處理器108是以與前述取樣速率一致的適合的速率激活的，例如每一百(100)ms激活一次。
[0077]電源110為構(gòu)成眨眼檢測(cè)系統(tǒng)的諸多組件供電。電力可由電池、能量采集器、或本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員所知的其他適合的手段提供。實(shí)質(zhì)上，可利用任何類型的電源110來為系統(tǒng)的所有其他組件提供可靠的電力。可利用眨眼序列來改變系統(tǒng)和/或系統(tǒng)控制器的狀態(tài)。此外，系統(tǒng)控制器114可根據(jù)來自數(shù)字信號(hào)處理器108的輸入來控制動(dòng)力式接觸透鏡的其它方面，例如通過致動(dòng)器112來改變電子控制式透鏡的焦距或屈光力。
[0078]系統(tǒng)控制器114使用來自光傳感器鏈(即，光傳感器102、放大器104、ADC106和數(shù)字系統(tǒng)處理系統(tǒng)108)的信號(hào)來比較取樣的光水平與眨眼激活模式。參見圖2，其示出在各種光強(qiáng)度水平下所記錄的眨眼模式樣本與時(shí)間和可用閾值水平的示意圖。因此，通過考慮到各種因素，可減少和/或防止在對(duì)入射于眼睛上的光取樣時(shí)的眨眼檢測(cè)錯(cuò)誤，例如考慮到在不同位置和/或在執(zhí)行各種活動(dòng)時(shí)光強(qiáng)度水平的變化。另外，當(dāng)對(duì)入射于眼睛上的光取樣時(shí)，通過考慮到環(huán)境光強(qiáng)度的變化可能對(duì)眼睛和眼瞼造成的影響，也可減少和/或防止眨眼檢測(cè)錯(cuò)誤，例如在低強(qiáng)度光水平和高強(qiáng)度光水平下當(dāng)眼瞼閉合時(shí)眼瞼阻擋多少可見光。換句話講，為防止利用錯(cuò)誤的眨眼模式進(jìn)行控制，優(yōu)選地應(yīng)考慮環(huán)境光的水平，這將在下文進(jìn)行更詳細(xì)的解釋。
[0079]例如在研究中，已發(fā)現(xiàn)眼瞼平均能阻擋約百分之九十九(99)的可見光，但在較短的波長(zhǎng)處，透射過眼瞼的光趨于越少，從而阻擋約99.6%的可見光。在朝向光譜的紅外線部分的較長(zhǎng)波長(zhǎng)處，眼瞼可阻擋僅百分之三十(30)的入射光。然而，重要的是應(yīng)注意，不同頻率、波長(zhǎng)和強(qiáng)度的光可能以不同的效率透射過眼瞼。例如，當(dāng)注視亮的光源時(shí)，個(gè)體可在他或她的眼瞼閉合時(shí)看到紅色光。基于個(gè)體(例如個(gè)體的皮膚色素沉著)，在眼瞼阻擋多少光上也可能存在變化。如圖2所示，在七十(70)秒的時(shí)間間歇中模擬眨眼模式在各種光照水平下的數(shù)據(jù)樣本，其中在模擬過程中記錄透射過眼睛的可見光強(qiáng)度水平，并示出可使用的閾值。閾值被設(shè)定為處于在模擬過程中在不同的光強(qiáng)度水平下針對(duì)樣本眨眼模式所記錄的可見光強(qiáng)度的峰峰值之間的值。在跟蹤光水平隨時(shí)間的平均值并調(diào)節(jié)閾值的同時(shí)具有對(duì)眨眼模式進(jìn)行預(yù)編程的能力對(duì)于能夠檢測(cè)某個(gè)個(gè)體何時(shí)眨眼而言可能非常重要，這與個(gè)體不眨眼時(shí)和/或僅在某一區(qū)域中存在光強(qiáng)度水平變化時(shí)不同。
[0080]現(xiàn)在再次參見圖1，在其他替代的示例性實(shí)施例中，系統(tǒng)控制器114可從包括以下中的一者或多者的源接收輸入:眨眼檢測(cè)器、眼睛肌肉傳感器、以及短表鏈控制裝置。一般而言，對(duì)于本領(lǐng)域中的技術(shù)人員可能顯而易見的是，激活和/或控制系統(tǒng)控制器114的方法可能需要使用一種或多種激活方法。例如，電子式或動(dòng)力式接觸透鏡可針對(duì)個(gè)體使用者編程，例如對(duì)透鏡編程以識(shí)別個(gè)體的眨眼模式和個(gè)體的睫狀肌兩者在執(zhí)行各種動(dòng)作時(shí)的睫狀肌信號(hào)，例如在聚焦于遠(yuǎn)處的物體或者聚焦于近處的物體上時(shí)。在某一示例性實(shí)施例中，使用多于一種方法激活電子式接觸透鏡(例如眨眼檢測(cè)和睫狀肌信號(hào)檢測(cè))可提供在激活接觸透鏡之前使每種方法相互交叉檢查的能力。交叉檢查的優(yōu)點(diǎn)可包括消除誤報(bào)，例如使無意間觸發(fā)透鏡而激活的機(jī)率最小化。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，交叉檢查可涉及投票方案，其中在進(jìn)行任何動(dòng)作之前滿足某一數(shù)量的條件。
[0081]致動(dòng)器112可包括用于根據(jù)所接收命令信號(hào)來實(shí)現(xiàn)特定動(dòng)作的任何適合的裝置。例如，如果眨眼激活模式如上文所述與取樣的光水平相比較是匹配的，則系統(tǒng)控制器114可啟用致動(dòng)器112，例如可變光學(xué)電子式或動(dòng)力式透鏡。致動(dòng)器112可包括電氣裝置、機(jī)械裝置、磁性裝置、或它們的任何組合。除從電源110接收電力外，致動(dòng)器112還從系統(tǒng)控制器114接收信號(hào)，并根據(jù)來自系統(tǒng)控制器114的信號(hào)產(chǎn)生某一動(dòng)作。例如，如果系統(tǒng)控制器114的信號(hào)表明佩戴者正在試圖聚焦于近處的物體上，則可利用致動(dòng)器112改變電子式眼科透鏡的屈光力，例如經(jīng)由動(dòng)態(tài)多液體光學(xué)區(qū)。在替代的示例性實(shí)施例中，系統(tǒng)控制器114可輸出指示應(yīng)向眼睛遞送治療劑的信號(hào)。在該示例性實(shí)施例中，致動(dòng)器112可包括泵和貯存器，例如微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)泵。如上文所闡述的，本發(fā)明的動(dòng)力式透鏡可以提供多種功能；因此，一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器可以被不同地配置以實(shí)現(xiàn)功能。
[0082]圖3示出根據(jù)本發(fā)明的眨眼檢測(cè)算法的用于示例性眨眼檢測(cè)系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)變圖300。系統(tǒng)在開始時(shí)處于IDLE狀態(tài)302，等待使能信號(hào)bl_go被置位。當(dāng)致能bl_go信號(hào)被置位時(shí)，例如通過與眨眼取樣速率相當(dāng)?shù)囊砸话?lOO)ms速率施加脈沖bl_go的振蕩器和控制電路，狀態(tài)機(jī)接著轉(zhuǎn)變至WAIT_ADC狀態(tài)304，在該狀態(tài)中，ADC被致能以將所接收的光水平轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。ADC將adC_done信號(hào)置位以指示其操作已完成，并且系統(tǒng)或狀態(tài)機(jī)轉(zhuǎn)變至SHIFT狀態(tài)306。在SHIFT狀態(tài)306中，系統(tǒng)將最新接收的ADC輸出值推至移位寄存器中以保存眨眼樣本的歷史。在某一示例性實(shí)施例中，為了使存儲(chǔ)要求最小化，首先將ADC輸出值與閾值進(jìn)行比較以向樣本值提供單個(gè)位(I或O)。系統(tǒng)或狀態(tài)機(jī)接著轉(zhuǎn)變至COMPARE狀態(tài)308，在此狀態(tài)中，如上文所述將樣本歷史移位寄存器中的值與一個(gè)或多個(gè)眨眼序列模板和遮罩進(jìn)行比較。如果檢測(cè)到匹配，則可將一個(gè)或多個(gè)輸出信號(hào)置位(例如置為I)以切換透鏡驅(qū)動(dòng)器的狀態(tài)bl_cp_toggle或待由動(dòng)力式眼科透鏡執(zhí)行的任何其他功能。系統(tǒng)或狀態(tài)機(jī)接著轉(zhuǎn)變至DONE狀態(tài)310，并將bl_done信號(hào)置位以指示其操作完成。
[0083]圖4示出了可用于對(duì)所接收光水平進(jìn)行檢測(cè)和取樣的示例性光傳感器或光檢測(cè)器信號(hào)路徑pd_rx_top。信號(hào)路徑pd_rx_top可包括光二極管402、轉(zhuǎn)阻抗放大器404、自動(dòng)增益和低通濾波級(jí)406(AGC/LPF)、以及ADC408。adc_vref信號(hào)從電源110(參見圖1)輸入到ADC408，或者作為另外一種選擇，其可由模數(shù)轉(zhuǎn)換器408內(nèi)的專用電路提供。ADC408的輸出adc_data被傳送到數(shù)字信號(hào)處理和系統(tǒng)控制器區(qū)塊108/114(參見圖1)。盡管為易于解釋起見在圖1中分別被示出為個(gè)體區(qū)塊108和114，然而數(shù)字信號(hào)處理和系統(tǒng)控制器優(yōu)選地被構(gòu)建于單個(gè)區(qū)塊410上。使能信號(hào)adc_en、起動(dòng)信號(hào)adc_start以及復(fù)位信號(hào)adc_rst_n是從數(shù)字信號(hào)處理和系統(tǒng)控制器410接收的，同時(shí)完成信號(hào)adc_complete被傳送到數(shù)字信號(hào)處理和系統(tǒng)控制器410。時(shí)鐘信號(hào)adc_clk可從位于信號(hào)路徑pd_rx_top外的時(shí)鐘源接收的，或者從數(shù)字信號(hào)處理和系統(tǒng)控制器410接收。重要的是應(yīng)注意，adc_clk信號(hào)和系統(tǒng)時(shí)鐘可以不同頻率運(yùn)行。還重要的是應(yīng)注意，根據(jù)本發(fā)明可使用任何數(shù)量的不同ADC，這些ADC可具有不同的界面和控制信號(hào)，但其執(zhí)行相似的功能:提供光傳感器信號(hào)路徑的模擬部分輸出的取樣數(shù)字表示。光檢測(cè)使能信號(hào)Pd_en以及光檢測(cè)增益pd_gain是從數(shù)字信號(hào)處理和系統(tǒng)控制器410接收的。
[0084]圖5示出可用于將所接收的ADC信號(hào)值adc_data減小至單個(gè)位的值pd_data的數(shù)字調(diào)節(jié)邏輯500的方框圖。數(shù)字調(diào)節(jié)邏輯500可包括數(shù)字寄存器502以從光檢測(cè)信號(hào)路徑pd_rx_top接收數(shù)據(jù)adc_data,從而在信號(hào)adc_data_held上提供保持值。數(shù)字寄存器502配置成在adc_complete信號(hào)被置位時(shí)在adc_data信號(hào)上接收新的值,并且在接收到adc_complete信號(hào)時(shí)保持最后接收的值。這樣，一旦所述數(shù)據(jù)被鎖存，系統(tǒng)便可禁用光檢測(cè)信號(hào)路徑以降低系統(tǒng)的電流消耗。接著，可在閾值產(chǎn)生電路504中通過實(shí)施于數(shù)字邏輯中的積分加清除平均或其他平均方法對(duì)所保持的數(shù)據(jù)值進(jìn)行平均以在信號(hào)pd_th上產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)閾值。接著，可通過比較器506對(duì)所保持的數(shù)據(jù)值與所述一個(gè)或多個(gè)閾值進(jìn)行比較以在信號(hào)pd_data上產(chǎn)生一位數(shù)據(jù)值。應(yīng)當(dāng)理解，所述比較運(yùn)算可利用滯后或與一個(gè)或多個(gè)閾值的比較以使輸出信號(hào)pd_data上的噪聲最小化。數(shù)字調(diào)節(jié)邏輯可還包括增益調(diào)節(jié)區(qū)塊pd_gain_adj508以根據(jù)所計(jì)算的閾值和/或根據(jù)所保持的數(shù)據(jù)值通過圖4所示的信號(hào)pd_gain在光檢測(cè)信號(hào)路徑中設(shè)定自動(dòng)增益和低通濾波級(jí)406的增益。重要的是應(yīng)注意，在該示例性實(shí)施例中，六位的字能在眨眼檢測(cè)的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)提供足夠的分辨率，同時(shí)使復(fù)雜度最小化。
[0085]在一個(gè)示例性實(shí)施例中，閾值產(chǎn)生電路504包括峰值檢測(cè)器、谷值檢測(cè)器和閾值計(jì)算電路。在該示例性實(shí)施例中，可如下文所述產(chǎn)生閾值和增益控制值。峰值檢測(cè)器和谷值檢測(cè)器配置成接收信號(hào)adc_data_held上的保持值。峰值檢測(cè)器還配置成提供輸出值pd_pk,輸出值pd_pk能快速地跟蹤adc_data_held值的增大并在adc_data_held值減小時(shí)緩慢衰減。該操作類似于在電氣【技術(shù)領(lǐng)域】中眾所周知的傳統(tǒng)二極管包絡(luò)線檢測(cè)器的操作。谷值檢測(cè)器還配置成提供輸出值pd_vl,輸出值pd_vl能快速地跟蹤adc_data_held值的減小并在adc_data_held值增大時(shí)緩慢地衰減至更高的值。谷值檢測(cè)器的操作也類似于二極管包絡(luò)線檢測(cè)器，其中放電電阻器被連接至正電源電壓。閾值計(jì)算電路配置成接收pd_pl值和pd_vl值,并且還配置成根據(jù)pd_pk值和pd_vl值的平均來計(jì)算中點(diǎn)閾值pd_th_mid。閾值產(chǎn)生電路504根據(jù)中點(diǎn)閾值pd_th_mid來提供閾值pd_th。
[0086]閾值產(chǎn)生電路504可還配置成響應(yīng)于pd_gain值的變化來更新pd_pk水平和pd_vl水平的值。如果pd_gain值增大一個(gè)步長(zhǎng),則pd_pk和pd_vl值增大一個(gè)因數(shù),所述因數(shù)等于光檢測(cè)信號(hào)路徑的預(yù)期增益增大值。如果pd_gain值減小一個(gè)步長(zhǎng)，則pd_pk值和pd_val值減小一個(gè)因數(shù)，所述因數(shù)等于光檢測(cè)信號(hào)路徑的預(yù)期增益減小值。這樣，分別在pd_Pk值和pd_vl值中所保持的峰值檢測(cè)器和谷值檢測(cè)器的狀態(tài)、以及根據(jù)pd_pk值和pd_vl值計(jì)算出的閾值Pd_th被更新以與信號(hào)路徑增益的變化相匹配，從而避免僅根據(jù)光檢測(cè)信號(hào)路徑增益的有意變化所得到的狀態(tài)或值的不連續(xù)性或其他變化。
[0087]在閾值產(chǎn)生電路504的另一示例性實(shí)施例中，閾值計(jì)算電路可還配置成根據(jù)pd_pk值的比例或百分比來計(jì)算閾值pd_th_pk。在優(yōu)選的示例性實(shí)施例中，pd_th_pk可有利地被配置成pd_pk值的八分之七，其計(jì)算可通過簡(jiǎn)單的右移三位和減法來實(shí)現(xiàn)，如在本領(lǐng)域中眾所熟知。閾值計(jì)算電路可將閾值pd_th選擇成pd_th_mid和pd_th_pk中的較小者。這樣，pd_th值將永遠(yuǎn)不等于pd_pk值，即使是在恒定的光長(zhǎng)時(shí)期入射于光二極管上(這可能會(huì)導(dǎo)致pd_pk值和pd_vl值相等)之后。應(yīng)當(dāng)理解，pd_th_pk值確保在長(zhǎng)的間歇之后能檢測(cè)到眨眼。閾值產(chǎn)生電路的行為進(jìn)一步示出于圖9中，這將在下文進(jìn)行論述。
[0088]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可用于實(shí)現(xiàn)示例性數(shù)字眨眼檢測(cè)算法的數(shù)字檢測(cè)邏輯600的方框圖。數(shù)字檢測(cè)邏輯600可包括移位寄存器602，移位寄存器602能夠從光檢測(cè)信號(hào)路徑pd_rX_top (圖4)接收數(shù)據(jù)，或者從數(shù)字調(diào)節(jié)邏輯(圖5)接收數(shù)據(jù)，如此處在具有一位值的信號(hào)pd_data上所示。移位寄存器602在此處將接收的樣本值的歷史保持于24位寄存器中。數(shù)字檢測(cè)邏輯600還包括比較區(qū)塊604，該比較區(qū)塊能夠接收樣本歷史以及一個(gè)或多個(gè)眨眼模板bl_tpl和眨眼遮罩bl_mask，并且數(shù)字檢測(cè)邏輯600配置成在一個(gè)或多個(gè)輸出信號(hào)上指示與所述一個(gè)或多個(gè)模板和遮罩的匹配，所述一個(gè)或多個(gè)輸出信號(hào)可被保持以供后用。比較區(qū)塊604的輸出通過D型觸發(fā)器606進(jìn)行鎖存。數(shù)字檢測(cè)邏輯600還可包括計(jì)數(shù)器608或其他邏輯以抑制由于遮罩操作引起的以小的移位對(duì)同一樣本歷史集合進(jìn)行的連續(xù)比較。在優(yōu)選的示例性實(shí)施例中，在發(fā)現(xiàn)確實(shí)匹配之后將樣本歷史清除或復(fù)位，因而需要取樣完整的、新的匹配眨眼序列才能再識(shí)別后續(xù)匹配。數(shù)字檢測(cè)邏輯600還可包括狀態(tài)機(jī)或相似控制電路以向光檢測(cè)信號(hào)路徑和ADC提供控制信號(hào)。在某一示例性實(shí)施例中，控制信號(hào)可由與數(shù)字檢測(cè)邏輯600分開的控制狀態(tài)機(jī)產(chǎn)生。該控制狀態(tài)機(jī)可為數(shù)字信號(hào)處理和系統(tǒng)控制器410的一部分。
[0089]圖7示出了從眨眼檢測(cè)子系統(tǒng)向在光檢測(cè)信號(hào)路徑中所用的ADC(圖4)提供的控制信號(hào)的時(shí)序圖。使能信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)adc_en、adc_rst_n和adc_clk是在樣本序列開始時(shí)被激活的，并持續(xù)至模數(shù)轉(zhuǎn)換過程完成為止。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，ADC轉(zhuǎn)換過程是當(dāng)在adc_start信號(hào)上提供脈沖時(shí)開始的。ADC輸出值被保持于adc_data信號(hào)中，并且過程的結(jié)束是由模數(shù)轉(zhuǎn)換器邏輯在adc_complete信號(hào)上指示的。在圖7中還示出了 pd_gain信號(hào)，所述信號(hào)用于設(shè)定ADC之前的放大器的增益。該信號(hào)被顯示為在暖機(jī)時(shí)間(warm-uptime)之前被設(shè)定以使模擬電路偏壓和信號(hào)水平在轉(zhuǎn)換之前達(dá)到穩(wěn)定。
[0090]圖8示出了包括數(shù)字眨眼檢測(cè)子系統(tǒng)dig_blink802的數(shù)字系統(tǒng)控制器800。數(shù)字眨眼檢測(cè)子系統(tǒng)dig_blink802可由主狀態(tài)機(jī)dig_master804控制并可能夠從位于數(shù)字系統(tǒng)控制器800外的時(shí)鐘產(chǎn)生器clkgen806接收時(shí)鐘信號(hào)。數(shù)字眨眼檢測(cè)子系統(tǒng)dig_blink802可能夠向如上文所述的光檢測(cè)子系統(tǒng)提供信號(hào)以及從光檢測(cè)子系統(tǒng)接收信號(hào)。除包括用于控制眨眼檢測(cè)算法中的運(yùn)算序列的狀態(tài)機(jī)之外，數(shù)字眨眼檢測(cè)子系統(tǒng)dig_blink802還可包括上文所述的數(shù)字調(diào)節(jié)邏輯和數(shù)字檢測(cè)邏輯。數(shù)字眨眼檢測(cè)子系統(tǒng)dig_blink802可能夠從主狀態(tài)機(jī)804接收使能信號(hào)，并向主狀態(tài)機(jī)804提供完成或結(jié)束指示以及眨眼檢測(cè)指示。
[0091]圖9提供了波形(圖9A-9G)以示出閾值產(chǎn)生電路和自動(dòng)增益控制(圖5)的操作。圖9A示出了由可響應(yīng)于不同光水平的光二極管提供的光電流與時(shí)間的關(guān)系的例子。在曲線圖的第一部分中，與在曲線圖的第二部分中相比，光水平和所得的光電流相對(duì)較低。在曲線圖的第一部分和第二部分兩者中，均看到有兩次眨眼以減小光和光電流。應(yīng)注意，由眼瞼造成的光的衰減可能不是百分之一百(100)，而是較低的值，該值取決于眼瞼對(duì)入射于眼睛上的光波長(zhǎng)的透射特性。圖9B示出了響應(yīng)于圖9A的光電流波形而捕獲的adc_data_held值。為簡(jiǎn)明起見，adc_data_held值被示出為連續(xù)的模擬信號(hào)而不是一系列離散的數(shù)字樣本。應(yīng)當(dāng)理解，數(shù)字樣本值將對(duì)應(yīng)于圖9B中在對(duì)應(yīng)樣本時(shí)刻所示的水平。在曲線圖頂部和底部處的虛線指示adc_data信號(hào)和adc_data_held信號(hào)的最大值和最小值。最小和最大值之間的范圍也稱為adc_data信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍。如下文所述，在曲線圖第二部分中的光檢測(cè)信號(hào)路徑增益是不同的(較低)。一般而言，adc_data_held值與光電流成正比，并且增益變化僅影響比例性的比率或常數(shù)。圖9C示出了由閾值產(chǎn)生電路響應(yīng)于adc_data_held值而計(jì)算的pd_pk、pd_vl和pd_th_mid值。圖9D示出了在閾值產(chǎn)生電路的某一示例性實(shí)施例中響應(yīng)于adc_data_held值而計(jì)算的pd_pk、pd_vl和pd_th_pk值。應(yīng)注意，pd_th_pk值始終是pd_pk值的某一比例。圖9E示出了 adc_data_held值以及pd_th_mid和pd_th_pk值。應(yīng)注意,在其中adc_data_held值相對(duì)恒定的長(zhǎng)時(shí)間周期中，隨著pd_vl值衰減至同一水平，pd_th_mid值變得等于adc_data_held值。pd_th_pk值始終保持低于adc_data_held值某一量。在圖9E中還示出了 pd_th的選擇,其中將pd_th值選擇為pd_th_pk和pd_th_mid中的較小者。這樣，閾值始終被設(shè)定為距pd_pk值某一距離,從而避免因光電流信號(hào)和adc_data held信號(hào)上的噪聲而導(dǎo)致pd_data上出現(xiàn)誤躍遷。圖9F示出了通過將adc_data_held值與pd_th值進(jìn)行比較而產(chǎn)生的pd_data值。應(yīng)注意，pd_data信號(hào)是雙值信號(hào)，其在發(fā)生眨眼時(shí)較低。圖9G示出了這些示例性波形的tia_gain值相對(duì)于時(shí)間的關(guān)系。tia_gain值被設(shè)定成當(dāng)pd_th開始超過在圖9E中被顯示為agc_pk_th的高閾值時(shí)更低。應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)pd_th開始下降至低于低閾值時(shí)，會(huì)發(fā)生相似的行為而使tia_gain升高。重新參見圖9A至圖9E中每一個(gè)的第二部分，tia_gain降低的效果很明顯。尤其應(yīng)注意,adc_data_held值保持于adc_data信號(hào)和adc_data_held信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍的中間附近。此外，重要的是應(yīng)注意，如上文所述根據(jù)增益變化來更新pd_pk值和pd_vl值，從而在峰值和谷值檢測(cè)器狀態(tài)中避免只因光檢測(cè)信號(hào)路徑增益引起的不連續(xù)性。
[0092]圖10示出了集成電路電路管芯1000上的示例性光阻擋部件和光通過部件。集成電路電路管芯1000包括光通過區(qū)域1002、光阻擋區(qū)域1004、焊盤1006、鈍化開孔1008、以及光阻擋層開孔1010。光通過區(qū)域1002位于光傳感器(未示出)上方，例如在半導(dǎo)體工藝中形成的光二極管陣列。在優(yōu)選的示例性實(shí)施例中，光通過區(qū)域1002使盡可能多的光到達(dá)光傳感器，從而使靈敏度最大化。這可通過除去感光器上方的多晶娃、金屬、氧化物、氮化物、聚酰亞胺和其他層來完成，這在用于加工或后處理的半導(dǎo)體工藝中是允許的。光通過區(qū)域1002也可接受其他特殊處理以使光檢測(cè)最大化，例如施加減反射涂層、濾光器、和/或漫射器。光阻擋區(qū)域1004可覆蓋電路管芯上不需要進(jìn)行曝光的其他電路。光電流可能會(huì)使其他電路的性能劣化，例如在如上文所述的被結(jié)合到接觸透鏡中所需的超低電流電路中使偏置電壓和振蕩器頻率偏移。光阻擋區(qū)域1004優(yōu)選地以薄的、不透明的反射材料形成，例如在半導(dǎo)體晶片處理和后處理中已經(jīng)使用的鋁或銅。如果與金屬形成，則形成光阻擋區(qū)域1004的材料必須與下面的電路和焊盤1006絕緣以防止短路狀況。此類絕緣可由已經(jīng)作為正常晶片鈍化物的一部分存在于電路管芯上的鈍化物(例如氧化物、氮化物和/或聚酰亞胺)來提供或者以在后處理期間所加入的其他電介質(zhì)來提供。遮蔽允許光阻擋層具有開孔1010，以便導(dǎo)電的光阻擋金屬不與電路管芯上的焊盤重疊。光阻擋區(qū)域1004被額外的電介質(zhì)或鈍化物覆蓋以保護(hù)電路管芯并避免在電路管芯附著期間短路。該最終鈍化物具有鈍化物開孔1008以允許連接至焊盤1006。
[0093]圖11示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有電子插件的示例性接觸透鏡，所述電子插件包括眨眼檢測(cè)系統(tǒng)。接觸透鏡1100包括軟塑料部分1102，所述軟塑料部分包括電子插件1104。該插件1104包括由電子器件激活的透鏡1106，例如根據(jù)激活聚焦于近處或遠(yuǎn)處。集成電路1108安裝于插件1104上并連接至電池1110、透鏡1106、以及系統(tǒng)必需的其他組件。集成電路1108包括光傳感器1112和相關(guān)聯(lián)的光檢測(cè)器信號(hào)路徑電路。光傳感器112穿過透鏡插件面朝外并遠(yuǎn)離眼睛，因而能夠接收環(huán)境光。光傳感器1112可在集成電路1108上(如圖所示)被構(gòu)建成單個(gè)光二極管或光二極管的陣列。光傳感器1112也可被構(gòu)建成安裝于插件1104上的單獨(dú)裝置并與跡線1114連接。當(dāng)眼瞼閉合時(shí)，包括光檢測(cè)器1112的透鏡插件1104被覆蓋，從而使入射于光檢測(cè)器1112上的光水平減小。光檢測(cè)器1112能夠測(cè)量環(huán)境光以確定使用者是否在眨眼。
[0094]眨眼檢測(cè)算法的附加實(shí)施例可允許眨眼序列的持續(xù)時(shí)間和間隔的更大變化，例如通過基于第一次眨眼的所測(cè)量的結(jié)束時(shí)間來對(duì)第二次眨眼的開始計(jì)時(shí)，而非通過利用固定的模板或通過加寬遮罩的“不用計(jì)”間歇(O值)。
[0095]應(yīng)當(dāng)理解，眨眼檢測(cè)算法可構(gòu)建于數(shù)字邏輯中或者在微控制器上運(yùn)行的軟件中。算法邏輯或微控制器可與光檢測(cè)信號(hào)路徑電路和系統(tǒng)控制器一起構(gòu)建于單個(gè)應(yīng)用專用集成電路(ASIC)上，或者其可橫跨多于一個(gè)集成電路來劃分。
[0096]重要的是應(yīng)注意，本發(fā)明的眨眼檢測(cè)系統(tǒng)具有比視力診斷、視力矯正以及視力增強(qiáng)更廣的用途。這些更廣的用途包括利用眨眼檢測(cè)來為具有身體殘疾的個(gè)體控制各種各樣的功能。眨眼檢測(cè)可被設(shè)置成睜眼或閉眼。
[0097]在可能包括多個(gè)傳感器的復(fù)雜系統(tǒng)(例如包括多個(gè)電子組件的動(dòng)力式眼科透鏡)中，優(yōu)選地降低在做出動(dòng)作時(shí)引發(fā)誤動(dòng)作或誤報(bào)觸發(fā)的可能性。根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例，本發(fā)明涉及決策過程和/或投票方案，所述決策過程和/或投票方案利用來自多個(gè)傳感器的輸入來顯著降低根據(jù)不準(zhǔn)確、不完整或錯(cuò)誤的信息改變動(dòng)力式眼科透鏡狀態(tài)的可能性、減少生理?xiàng)l件改變、以及減少來自內(nèi)部源和外部源的噪聲和/或干擾。例如，在眨眼檢測(cè)中，控制系統(tǒng)不應(yīng)當(dāng)根據(jù)由于眼睛發(fā)炎等而造成的無規(guī)眨眼模式來改變結(jié)合在動(dòng)力式眼科透鏡中的可變功率的光學(xué)器件的狀態(tài)。在包括瞳孔會(huì)聚傳感器的動(dòng)力式眼科透鏡中，瞳孔會(huì)聚可以用于觸發(fā)動(dòng)作，例如改變可變功率光學(xué)器件的功率以允許具有遠(yuǎn)視的個(gè)體聚焦在近距物體上。然而，通過來自單個(gè)傳感器的輸入或者來自單個(gè)傳感器或其它傳感器的錯(cuò)誤信息，系統(tǒng)控制器可能做出不正確的決策。例如，在不知道兩個(gè)瞳孔的位置的情況下，只是向左下側(cè)注視就可能被檢測(cè)成右眼會(huì)聚，原因是對(duì)于兩個(gè)動(dòng)作而言瞳孔具有類似的運(yùn)動(dòng)。在包括眼瞼位置傳感器的動(dòng)力式眼科透鏡中，眼瞼運(yùn)動(dòng)也可以被用作做出某些動(dòng)作的觸發(fā)器。例如，當(dāng)個(gè)體向下注視以聚焦在近距物體上時(shí)，眼瞼趨于垂下并且因此可以用于改變眼科透鏡的狀態(tài)。再次，如果僅利用單個(gè)輸入，則可能由于某些人是瞌睡的并且其眼瞼垂下的實(shí)際情況而做出誤動(dòng)作。相同的推理適于用于檢測(cè)物體的出現(xiàn)和位置的傳感器，即，發(fā)射器-檢測(cè)器對(duì)、以及瞳孔擴(kuò)張傳感器。所有的這些傳感器都可以用作用于待通過被結(jié)合到電子式或動(dòng)力式眼科透鏡中的各個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作的觸發(fā)器，并且所有的這些傳感器都可能單獨(dú)地或者在有限組合中遇到錯(cuò)誤。除了已經(jīng)提到的旨在檢測(cè)與觸發(fā)電子式眼科裝置中的狀態(tài)改變直接相關(guān)聯(lián)的某些方面的傳感器，其它的傳感器可以用于通過監(jiān)測(cè)環(huán)境條件、噪聲、和干擾來改進(jìn)改變狀態(tài)傳感器。例如，可以監(jiān)測(cè)環(huán)境光以改進(jìn)眨眼檢測(cè)、眼瞼位置、和瞳孔直徑傳感器的準(zhǔn)確性。這種傳感器可以用于例如通過減少共模噪聲和干擾來增強(qiáng)其它傳感器。傳感器輸入可以用于記錄歷史讀數(shù)，復(fù)雜決策算法接著考慮所述歷史讀數(shù)，例如，其中的一個(gè)復(fù)雜決策算法同時(shí)考慮到加速度計(jì)輸入和眼肌會(huì)聚來確定瞳孔位置。利用根據(jù)本發(fā)明的投票方案可以降低確定狀態(tài)改變過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤的可能性并且可以允許更精確地測(cè)量。換句話講，對(duì)于待做出的任何給定動(dòng)作而言，都存在可以用于檢查確定證據(jù)或者增強(qiáng)用于由初級(jí)傳感器所確定的給定動(dòng)作的輸入的傳感器。還重要的是應(yīng)注意，除此之外或在替代用途中，所感測(cè)的數(shù)據(jù)可只是被用作收集過程的一部分而非作為觸發(fā)事件。例如，所感測(cè)的數(shù)據(jù)可被收集、記錄和用于治療疾病。換句話講，還應(yīng)當(dāng)理解，利用這種傳感器的裝置可能不會(huì)以對(duì)使用者可見的方式改變狀態(tài)，相反，該裝置可以只是記錄數(shù)據(jù)。例如，此類傳感器可用于判斷使用者是否在一整天中具有正確的虹膜響應(yīng)或者是否存在有問題的醫(yī)療病癥。
[0098]現(xiàn)在參見圖12，其中示出了示例性的通用系統(tǒng)，在該示例性通用系統(tǒng)中，傳感器1202、1204、1206和1208用于確定是否應(yīng)當(dāng)改變致動(dòng)器1212的狀態(tài)。傳感器1202、1204、1206和1208可以包括任何數(shù)量的可能輸入，其中包括眨眼動(dòng)作、眼瞼位置、瞳孔位置、睫狀肌動(dòng)作等。傳感器的數(shù)量和類型由應(yīng)用和使用者確定。每個(gè)傳感器1202、1204、1206和1208都可以具有容納在傳感器區(qū)塊、專用區(qū)塊內(nèi)或者系統(tǒng)控制器1210內(nèi)的其自身信號(hào)調(diào)節(jié)裝置。系統(tǒng)控制器1210接受來自每個(gè)傳感器1202、1204、1206和1208的輸入。系統(tǒng)控制器1210接著按常規(guī)處理和比較輸入數(shù)據(jù)。根據(jù)這些輸入，系統(tǒng)控制器1210確定是否應(yīng)當(dāng)改變致動(dòng)器1212的狀態(tài)。例如，瞳孔會(huì)聚、眼瞼垂下、和來自閉眼反射的發(fā)射器/檢測(cè)器對(duì)的指示的組合可以觸發(fā)系統(tǒng)控制器1210以將致動(dòng)器1212配置成使眼科透鏡中的可變功率光學(xué)器件變?yōu)樘幱诮嗑劢範(fàn)顟B(tài)。類似地，瞳孔發(fā)散、眼瞼張開、和來自無反射的發(fā)射器-檢測(cè)器對(duì)的指示的組合可以觸發(fā)系統(tǒng)控制器1210以將致動(dòng)器1212配置成使眼科透鏡中的可變功率光學(xué)器件變?yōu)樘幱谶h(yuǎn)距聚焦?fàn)顟B(tài)。來自各個(gè)傳感器的輸入也可以用于改變系統(tǒng)控制器的配置以改進(jìn)決策性能，例如如果環(huán)境光減少，則控制器可以可以使光傳感器的增益增加。系統(tǒng)控制器還可以打開和/或關(guān)閉傳感器、提高和/或降低取樣速率、并且使系統(tǒng)發(fā)生其它改變以優(yōu)化性能。
[0099]圖13示出了示例性過程，系統(tǒng)控制器(例如圖12中所示的系統(tǒng)控制器1210)通過該示例性過程操作以對(duì)傳感器取樣并且改變致動(dòng)器狀態(tài)且最終改變動(dòng)力式眼科透鏡的狀態(tài)。過程中的第一步驟(由區(qū)塊1302代表)是對(duì)傳感器取樣。這可能需要觸發(fā)其它元件以激活、暖機(jī)、校準(zhǔn)、接受讀數(shù)、調(diào)節(jié)和輸出數(shù)據(jù)。系統(tǒng)控制器還可以根據(jù)編程值和當(dāng)前數(shù)據(jù)(例如根據(jù)入射光歷史的光傳感器放大器的增益)向每個(gè)傳感器提供配置信息，或者這些設(shè)置可以由系統(tǒng)中的其它元件確定。過程中的下一個(gè)步驟(由區(qū)塊1304代表)包括濾波和額外調(diào)節(jié)例如與模擬濾波相對(duì)的數(shù)字調(diào)節(jié)、以及與基線或參考結(jié)果進(jìn)行比較。該步驟的目的是適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)用于下一個(gè)步驟的輸入數(shù)據(jù)，使得可以做出準(zhǔn)確、可重復(fù)的決策。過程中的下一個(gè)步驟(由區(qū)塊1306代表)包括確定來自每個(gè)傳感器的結(jié)果(例如眼瞼位置和發(fā)射器-檢測(cè)器響應(yīng))。該確定可以包括與預(yù)編程或可變閾值比較、與特定模式比較、或者任何其它的確定。過程中的下一個(gè)步驟(由區(qū)塊1308代表)包括匯集來自先前步驟的結(jié)果；對(duì)結(jié)果進(jìn)行加權(quán)以及做出決策。該步驟可以包括針對(duì)使用者的訓(xùn)練和優(yōu)選要求、保證在決策之前已對(duì)所有傳感器取樣、以及對(duì)每個(gè)傳感器的結(jié)果應(yīng)用各種權(quán)重。優(yōu)選地，該步驟做出了在現(xiàn)實(shí)世界的噪聲和干擾存在的情況下可預(yù)見并且可重復(fù)的決策。如果做出如上文所述的改變致動(dòng)器狀態(tài)的決策，則過程中的下一個(gè)步驟(由區(qū)塊1310代表)包括在致動(dòng)器處執(zhí)行該狀態(tài)改變。無論關(guān)于狀態(tài)改變的決策如何，過程中的最后步驟(由區(qū)塊1312代表)都包括使系統(tǒng)返回取樣，使得可以進(jìn)行另一組測(cè)量和確定。執(zhí)行圖13中的過程所需的總時(shí)間優(yōu)選地足夠短，使得系統(tǒng)對(duì)使用者輸入產(chǎn)生響應(yīng)，與個(gè)體如何與其所在環(huán)境自然地相互作用類似。例如，如果用于激活可變功率聚焦透鏡，那么類似于自然調(diào)節(jié)系統(tǒng)，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)在大約一(I)秒內(nèi)改變焦點(diǎn)狀態(tài)。
[0100]圖14示出了 Y軸上所繪制的多個(gè)傳感器輸入與X軸上的時(shí)間的關(guān)系。重要的是應(yīng)注意，根據(jù)應(yīng)用，可以利用任何傳感器數(shù)據(jù)。例如，存在的可以用于獨(dú)立判定另一個(gè)因數(shù)的因數(shù)的數(shù)目通常最少。在該示例性實(shí)施例中，該系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成確定用于眼科透鏡的期望焦距，如曲線圖1400中所示。期望的焦距從遠(yuǎn)處1402振蕩至近處1404，例如從使用者在距離視覺之間切換振蕩至通過密集和靠近的地圖讀物導(dǎo)航。
[0101]上文所述的附加曲線圖示出了用于與期望焦距相關(guān)聯(lián)的各種傳感器輸入的期望焦距1400。再次，重要的是應(yīng)注意，任何數(shù)量的傳感器輸入都可以用于做出決策。曲線圖1406示出了跨過眼睛所測(cè)量的阻抗，該阻抗從高阻抗1408變化到低阻抗1410，如相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)已知的。如圖所示，阻抗的曲線圖1406并不與期望的焦距曲線圖1400精確匹配。傳感器輸入可以包括噪聲、延遲、由于例如反應(yīng)時(shí)間、傳播延遲、以及來自附近肌肉噪聲的現(xiàn)象而造成的與期望焦距的其它差異。也繪制了瞳孔會(huì)聚與時(shí)間的關(guān)系1412。如本領(lǐng)域內(nèi)已知的，瞳孔的會(huì)聚與嘗試聚焦在附近物體上相關(guān)。當(dāng)期望焦距是遠(yuǎn)處1402時(shí)，會(huì)聚低1414，原因是瞳孔相對(duì)于與被觀察物體的距離靠在一起。當(dāng)焦距是近處1404時(shí)，會(huì)聚高1416，原因是眼睛必須朝向鼻子轉(zhuǎn)向向內(nèi)注視靠近眼睛的物體以保持對(duì)所關(guān)注的物體的注意力。也繪制了瞳孔直徑1418。如本領(lǐng)域內(nèi)已知的，當(dāng)聚焦在附近物體上時(shí)，個(gè)體的瞳孔典型地?cái)U(kuò)張。因此，當(dāng)期望焦距是遠(yuǎn)處1402時(shí)，擴(kuò)張示為低1402。當(dāng)期望焦距示為近處1404時(shí)，擴(kuò)張示為聞1422。
[0102]應(yīng)當(dāng)理解，每個(gè)傳感器輸入都可以由于除了期望焦距的改變之外的原因發(fā)生變化。例如，由于體水化、鹽攝入、水平發(fā)揮(level of exertion)、或者其它手段的改變，眼睛阻抗可能隨時(shí)間推移而發(fā)生變化。同樣，瞳孔直徑可能由于環(huán)境光水平的改變而發(fā)生變化。因此，應(yīng)當(dāng)顯而易見的是，組合多個(gè)傳感器輸入由于需要多于一個(gè)的輸入以與期望的焦距改變相關(guān)聯(lián)或者通過使用某些傳感器輸入以增強(qiáng)其它傳感器而減少了誤報(bào)觸發(fā)的機(jī)會(huì)。
[0103]還應(yīng)當(dāng)顯而易見的是，用于確定狀態(tài)改變的每個(gè)傳感器的閾值以及傳感器的組合取決于多種變量，例如安全性、響應(yīng)時(shí)間、以及使用者的優(yōu)選要求。投票方案的具體編程可以基于對(duì)多個(gè)受試者的臨床觀察以及為具體使用者定制的個(gè)體編程。投票方案中的參數(shù)可以取決于傳感器輸入，例如用于眨眼檢測(cè)的閾值和增益設(shè)置可以隨著環(huán)境光發(fā)生變化。
[0104]在一個(gè)示例性實(shí)施例中，在接觸透鏡的周邊區(qū)中而非在光學(xué)區(qū)中制作電子器件和電子互連線。根據(jù)替代的示例性實(shí)施例，重要的是應(yīng)注意，電子器件的位置不必僅限于接觸透鏡的周邊區(qū)。本文所述的所有電子組件均可利用薄膜技術(shù)和/或透明材料制成。如果利用這些技術(shù)，則電子組件可放置于任何適合的位置，只要它們與光學(xué)器件兼容即可。
[0105]眼內(nèi)透鏡或IOL是被植入眼睛中并替代晶狀透鏡的透鏡。它可用于患有白內(nèi)障的個(gè)體或者只是用于治療各種屈光缺陷。IOL通常包括小的塑料透鏡，所述塑料透鏡具有塑料側(cè)面支撐件(被稱為觸覺學(xué))以將透鏡在眼睛中的囊袋內(nèi)保持固定。本文所述的任何電子器件和/或組件均可被以與接觸透鏡相似的方式被結(jié)合到IOL中。
[0106]盡管所示出和描述的據(jù)信是最為實(shí)用和優(yōu)選的實(shí)施例，但顯而易見的是，本領(lǐng)域中的技術(shù)人員可以對(duì)所描述和所示出的具體設(shè)計(jì)和方法作出變更，并且可在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下使用這些變更形式。本發(fā)明并非局限于所述和所示的具體配置，而是應(yīng)該理解為與落入所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)的全部修改形式相符。
【權(quán)利要求】
1.一種用于控制動(dòng)力式眼科透鏡中的功能的方法，所述方法包括以下步驟: 對(duì)被結(jié)合到所述眼科透鏡中的多個(gè)傳感器取樣，所述傳感器測(cè)量生理變化或環(huán)境變化中的至少之一； 確定來自所述多個(gè)傳感器的結(jié)果，其包括與閾值進(jìn)行比較以及與預(yù)定模式進(jìn)行比較； 匯集來自所述多個(gè)傳感器的結(jié)果以產(chǎn)生單個(gè)決策信號(hào)；以及 根據(jù)所述單個(gè)決策信號(hào)配置致動(dòng)器以實(shí)現(xiàn)所述動(dòng)力式眼科透鏡的功能改變或者保持所述動(dòng)力式眼科透鏡的功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于控制動(dòng)力式眼科透鏡中的功能的方法，其中所述匯集結(jié)果的步驟還包括根據(jù)預(yù)定條件的組對(duì)所述輸入進(jìn)行加權(quán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于控制動(dòng)力式眼科透鏡中的功能的方法，還包括對(duì)從所述多個(gè)傳感器取樣的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)調(diào)節(jié)的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于控制動(dòng)力式眼科透鏡中的功能的方法，其中所述進(jìn)行信號(hào)調(diào)節(jié)的步驟包括以下中的一者或多者:將所取樣的信號(hào)濾波以及與基線結(jié)果或參考結(jié)果進(jìn)行比較。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于控制動(dòng)力式眼科透鏡中的功能的方法，其中所述對(duì)多個(gè)傳感器取樣的步驟 包括對(duì)以下傳感器取樣:其配置成對(duì)不與所述功能直接相關(guān)聯(lián)的外部條件和生理變化中的至少之一取樣以對(duì)增強(qiáng)所述決策信號(hào)的產(chǎn)生進(jìn)行控制。
6.一種動(dòng)力式眼科透鏡，所述動(dòng)力式眼科透鏡包括: 接觸透鏡，所述接觸透鏡包括光學(xué)區(qū)和周邊區(qū)；以及 至少一個(gè)電子系統(tǒng)，所述至少一個(gè)電子系統(tǒng)被結(jié)合到所述接觸透鏡的所述周邊區(qū)中，所述電子系統(tǒng)包括多個(gè)傳感器、系統(tǒng)控制器以及至少一個(gè)致動(dòng)器，所述系統(tǒng)控制器配置成實(shí)現(xiàn)用于控制所述動(dòng)力式眼科透鏡的功能的過程，所述過程包括以下步驟:對(duì)所述多個(gè)傳感器取樣；確定來自所述多個(gè)傳感器的結(jié)果，其包括與閾值進(jìn)行比較以及與預(yù)定模式進(jìn)行比較；匯集來自所述多個(gè)傳感器的結(jié)果以產(chǎn)生單個(gè)決策信號(hào)；以及根據(jù)所述單個(gè)決策信號(hào)配置所述致動(dòng)器以實(shí)現(xiàn)所述動(dòng)力式眼科透鏡的功能改變或者保持所述動(dòng)力式眼科透鏡的功能。
7.一種動(dòng)力式眼科透鏡，所述動(dòng)力式眼科透鏡包括: 接觸透鏡；以及 至少一個(gè)電子系統(tǒng)，所述至少一個(gè)電子系統(tǒng)被結(jié)合到所述接觸透鏡中，所述電子系統(tǒng)包括多個(gè)傳感器、系統(tǒng)控制器以及至少一個(gè)致動(dòng)器，所述系統(tǒng)控制器配置成實(shí)現(xiàn)用于控制所述動(dòng)力式眼科透鏡的功能的過程，所述過程包括以下步驟:對(duì)所述多個(gè)傳感器取樣；確定來自所述多個(gè)傳感器的結(jié)果，其包括與閾值進(jìn)行比較以及與預(yù)定模式進(jìn)行比較；匯集來自所述多個(gè)傳感器的結(jié)果以產(chǎn)生單個(gè)決策信號(hào)；以及根據(jù)所述單個(gè)決策信號(hào)配置所述致動(dòng)器以實(shí)現(xiàn)所述動(dòng)力式眼科透鏡的功能改變或者保持所述動(dòng)力式眼科透鏡的功能。
8.一種動(dòng)力式眼科透鏡，所述動(dòng)力式眼科透鏡包括: 眼內(nèi)接觸透鏡；以及 至少一個(gè)電子系統(tǒng)，所述至少一個(gè)電子系統(tǒng)被結(jié)合到所述眼內(nèi)透鏡中，所述電子系統(tǒng)包括多個(gè)傳感器、系統(tǒng)控制器以及至少一個(gè)致動(dòng)器，所述系統(tǒng)控制器配置成實(shí)現(xiàn)用于控制所述動(dòng)力式眼科透鏡的功能的過程，所述過程包括以下步驟:對(duì)所述多個(gè)傳感器取樣；確定來自所述多個(gè)傳感器的結(jié)果，其包括與閾值進(jìn)行比較以及與預(yù)定模式進(jìn)行比較；匯集來自所述多個(gè)傳感器的結(jié)果以產(chǎn)生單個(gè)決策信號(hào)；以及根據(jù)所述單個(gè)決策信號(hào)配置所述致動(dòng)器以實(shí)現(xiàn)所述動(dòng)力 式眼科透鏡的功能改變或者保持所述動(dòng)力式眼科透鏡的功能。
【文檔編號(hào)】A61B3/113GK104020581SQ201310114289
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2013年4月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月28日
【發(fā)明者】R.B.皮尤, A.托納, D.B.奧茨 申請(qǐng)人:莊臣及莊臣視力保護(hù)公司