具有眼睛注視傳感器的電子式眼科透鏡的制作方法
【專利摘要】本文描述了一種用于包含電子系統(tǒng)的眼科透鏡的注視方向跟蹤系統(tǒng)。所述注視方向跟蹤系統(tǒng)是被結(jié)合到眼科透鏡中的電子系統(tǒng)的一部分。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。所述注視方向跟蹤系統(tǒng)用于確定瞳孔位置并使用該信息來(lái)控制眼科透鏡的各個(gè)方面。
【專利說(shuō)明】具有眼睛注視傳感器的電子式眼科透鏡
【背景技術(shù)】
[0001]1.摶術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種動(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用于檢測(cè)眼睛注視方向的傳感器以及相關(guān)聯(lián)的硬件和軟件，并且更具體地涉及動(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包括用于檢測(cè)眼睛注視方向的傳感器以及相關(guān)聯(lián)的硬件和軟件以改變所述動(dòng)力式或電子式眼科透鏡的狀態(tài)。
[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(lái)越有可能產(chǎn)生用于多種用途的可佩戴的或可嵌入的微電子裝置。此類用途可包括監(jiān)視身體化學(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)由各種機(jī)構(gòu)(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。此類裝置的例子包括葡萄糖輸注泵、起搏器、去纖顫器、心室輔助裝置和神經(jīng)刺激器。一種新的尤其有用于應(yīng)用領(lǐng)域的是眼科可佩戴透鏡和接觸透鏡。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)式焦距，以增強(qiáng)或提高眼睛的性能。在另一個(gè)例子中，無(wú)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引起對(duì)如下的潛在需求: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]人眼睛具有辨別上百萬(wàn)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(guò)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(lái)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(lái)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(jué)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。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(gòu)買到改善視力的接觸透鏡。早期的接觸透鏡由硬性材料制成或加工成形，相對(duì)較為昂貴并且脆弱。此外，這些早期的接觸透鏡由如下材料制成，所述材料不允許足夠的氧氣透過(guò)接觸透鏡傳輸?shù)浇Y(jié)膜和角膜，這可潛在地引起許多不良臨床效應(yīng)。盡管仍使用這些接觸透鏡，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接觸透鏡，所述軟性接觸透鏡在當(dāng)今極為流行且被廣泛應(yīng)用。具體地，當(dāng)今可用的有機(jī)硅水凝膠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更高的透氧度并且通常具有更高的佩戴舒適度。
[0007]常規(guī)的接觸透鏡為具有特定形狀的聚合物結(jié)構(gòu)，以如上所簡(jiǎn)述的矯正各種視力問(wèn)題。為了獲得增強(qiáng)的功能，各種電路和組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)由定制內(nèi)置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(guò)改變透鏡的屈光力來(lái)提供提高的視力。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(yǔ)音實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)樽帜?、提供?dǎo)航系統(tǒng)的視覺(jué)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(méi)有可變焦光學(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，并且甚至提供喚醒警示。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，接觸透鏡可結(jié)合有用于非入侵地監(jiān)視佩戴者的生物標(biāo)記物的部件和健康指示器。例如，通過(guò)分析淚液膜的成分，內(nèi)置于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)構(gòu)造的透鏡可結(jié)合用于監(jiān)視膽固醇、鈉和鉀水平的傳感器、以及其它生物標(biāo)記物。這與無(wú)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(lái)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)組合可產(chǎn)生可能無(wú)限的功能；然而，存在與將額外組件結(jié)合到光度聚合物部件上相關(guān)聯(lián)的多種困難。通常，由于多種原因難以在透鏡上直接制造此類組件，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組件需要小型化且集成到僅1.5平方厘米的透明聚合物上，同時(shí)保護(hù)這些組件不受眼睛上液體環(huán)境的影響。由于附加組件的增加的厚度還難以制造對(duì)于佩戴者而言舒適且安全的接觸透鏡。
[0009]考慮到諸如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(wèn)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)包含光學(xué)塑料。因此，需要提供機(jī)械穩(wěn)固和電穩(wěn)固的電子式接觸透鏡。
[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電流消耗是一個(gè)關(guān)切的問(wèn)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多種操作參數(shù)條件下操作，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(例如在單次充電后至多十八(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水平的相互作用，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用于結(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，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、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)方面的方法。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(jiàn)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)人眨眼時(shí)所發(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(lái)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]還重要的是應(yīng)注意，可使用針對(duì)人眼睛的計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)(例如被數(shù)字化至計(jì)算機(jī)中的照相機(jī))來(lái)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(jué)模式，例如睜眼和閉眼。這些系統(tǒng)可被用于眼科臨床設(shè)置中以用于診斷目的和研究。不同于上述檢測(cè)器和系統(tǒng)，這些系統(tǒng)旨在于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(méi)有小到足以結(jié)合到接觸透鏡中，但所利用的軟件可與結(jié)合動(dòng)力式接觸透鏡工作的軟件相似。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(lái)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(lái)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構(gòu)造必須適合用于接觸透鏡中。
[0016]作為另外一種選擇，在某些情況下，瞳孔會(huì)聚而不是眨眼或者除了眨眼之外可用于控制接觸透鏡的功能。當(dāng)個(gè)體聚焦在近處物體上時(shí)(例如當(dāng)閱讀時(shí))，他/她的瞳孔會(huì)聚以使兩只眼睛的注視定位在相同位置處。該現(xiàn)象是根據(jù)系統(tǒng)(由兩只眼睛和聚焦區(qū)域所形成的三角形)的幾何形狀，并且注意力集中到特定的附近物體上。該效應(yīng)用于設(shè)計(jì)眼鏡、立體鏡、以及相關(guān)器械，以保證注視附近物體時(shí)清晰和舒適的視覺(jué)。也可例如通過(guò)用照相機(jī)觀察使用者瞳孔位置而記錄使用者瞳孔位置并且執(zhí)行模式識(shí)別功能來(lái)在臨床設(shè)置中監(jiān)視該效應(yīng)。也能夠通過(guò)在眼鏡透鏡中實(shí)現(xiàn)的類似照相機(jī)和檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)檢測(cè)瞳孔會(huì)聚。
[0017]由于瞳孔會(huì)聚與聚焦在近處物體上之間的相關(guān)性，因此瞳孔會(huì)聚可用于觸發(fā)電子式眼科透鏡中的動(dòng)作，例如改變可變倍率光學(xué)器件的倍率，以允許具有遠(yuǎn)視的個(gè)體聚焦在近處物體上。除了瞳孔會(huì)聚之外，也可跟蹤個(gè)體的注視方向并且該跟蹤信息可用于控制動(dòng)力式眼科透鏡。
[0018]因此，需要一種用于檢測(cè)某些生理機(jī)能(例如瞳孔會(huì)聚和注視方向)并根據(jù)傳感器所檢測(cè)到的瞳孔會(huì)聚利用這些生理機(jī)能來(lái)激活和/或控制電子式或動(dòng)力式眼科透鏡的裝置和方法。所用的傳感器的尺寸和構(gòu)型優(yōu)選設(shè)定成在動(dòng)力式或電子式接觸透鏡中使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]根據(jù)本發(fā)明的具有注視方向傳感器的電子式眼科透鏡克服了以上所簡(jiǎn)述的與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)聯(lián)的局限性。傳感器如同用于改變電子式眼科裝置的狀態(tài)的傳統(tǒng)方法一樣地檢測(cè)和跟蹤瞳孔位置，例如為遠(yuǎn)視眼使用者改變焦點(diǎn)。傳感器集成到接觸透鏡中，而不需要龐大的外部觀察設(shè)備或眼鏡透鏡。將接觸透鏡中實(shí)現(xiàn)的傳感器系統(tǒng)具有必要的低能量消耗和小尺寸。該系統(tǒng)具有必要的信號(hào)調(diào)節(jié)裝置和采樣速率以用于令人愉快、自然的使用。該系統(tǒng)具有必要的信號(hào)調(diào)節(jié)和通信方法，以避免誤報(bào)和漏報(bào)會(huì)聚檢測(cè)。[0020]根據(jù)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，所述接觸透鏡包括光學(xué)區(qū)和周邊區(qū)；以及眼睛注視跟蹤系統(tǒng)，所述眼睛注視跟蹤系統(tǒng)被結(jié)合到接觸透鏡的周邊區(qū)中，所述眼睛注視跟蹤系統(tǒng)包括傳感器、系統(tǒng)控制器、以及至少一個(gè)致動(dòng)器，所述傳感器用于確定并跟蹤眼睛位置；所述系統(tǒng)控制器與所述傳感器協(xié)同配合，所述系統(tǒng)控制器配置成根據(jù)來(lái)自所述傳感器的信息在空間坐標(biāo)中確定并跟蹤注視方向、輸出控制信號(hào)，所述至少一個(gè)致動(dòng)器配置成接收所述輸出控制信號(hào)并實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能。
[0021]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。該動(dòng)力式眼科透鏡包括接觸透鏡；以及眼睛注視跟蹤系統(tǒng)，所述眼睛注視跟蹤系統(tǒng)被結(jié)合到接觸透鏡中，所述眼睛注視跟蹤系統(tǒng)包括傳感器、系統(tǒng)控制器、以及至少一個(gè)致動(dòng)器，所述傳感器用于確定并跟蹤眼睛位置；所述系統(tǒng)控制器與所述傳感器協(xié)同配合，所述系統(tǒng)控制器配置成根據(jù)來(lái)自所述傳感器的信息在空間坐標(biāo)中確定并跟蹤注視方向、輸出控制信號(hào)，所述至少一個(gè)致動(dòng)器配置成接收所述輸出控制信號(hào)并實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能。
[0022]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。該動(dòng)力式眼科透鏡包括眼內(nèi)透鏡；以及眼睛注視跟蹤系統(tǒng)，所述眼睛注視跟蹤系統(tǒng)被結(jié)合到眼內(nèi)透鏡中，所述眼睛注視跟蹤系統(tǒng)包括傳感器、系統(tǒng)控制器、以及至少一個(gè)致動(dòng)器，所述傳感器用于確定并跟蹤眼睛位置；所述系統(tǒng)控制器與所述傳感器協(xié)同配合，所述系統(tǒng)控制器配置成根據(jù)來(lái)自所述傳感器的信息在空間坐標(biāo)中確定并跟蹤注視方向、輸出控制信號(hào)，所述至少一個(gè)致動(dòng)器配置成接收所述輸出控制信號(hào)并實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能。
[0023]眼睛跟蹤是確定個(gè)體看向何處、注視點(diǎn)中的一個(gè)或兩個(gè)、或者眼睛相對(duì)于頭部的運(yùn)動(dòng)的過(guò)程。個(gè)體的注視方向由頭部的方向和眼睛的方向確定。更具體地，個(gè)體頭部的方向確定注視的總體方向而個(gè)體眼睛的方向確定精確注視方向，精確注視方向轉(zhuǎn)而受到頭部方向的限制。個(gè)體注視何處的信息提供了確定個(gè)體注意力集中的能力并且該信息可用于任何數(shù)量的學(xué)科和應(yīng)用中，包括認(rèn)知科學(xué)、心理學(xué)、人機(jī)交互、市場(chǎng)調(diào)研和醫(yī)學(xué)研究。例如，眼睛注視方向可用作向控制器或計(jì)算機(jī)的直接輸入，以控制另一個(gè)動(dòng)作。換句話講，簡(jiǎn)單的眼睛運(yùn)動(dòng)可用于控制其它裝置的動(dòng)作，包括高度復(fù)雜的功能。可與已在觸摸屏和智能手機(jī)應(yīng)用中變得常見(jiàn)的“滑動(dòng)”類似的方式利用簡(jiǎn)單的眼睛運(yùn)動(dòng)，例如滑動(dòng)以解鎖裝置、改變應(yīng)用、改變頁(yè)、放大或縮小等。眼睛注視跟蹤系統(tǒng)目前用于為那些癱瘓(例如使用眼睛運(yùn)動(dòng)來(lái)操作計(jì)算機(jī))的人恢復(fù)通信和功能。眼睛跟蹤或注視跟蹤還可用于任何數(shù)量的商業(yè)應(yīng)用中，例如當(dāng)個(gè)體看電視、瀏覽網(wǎng)站等時(shí)他們所關(guān)注的是什么?？蓪?duì)通過(guò)該跟蹤所收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以提供特定視覺(jué)模式的證據(jù)。因此，通過(guò)檢測(cè)眼睛或瞳孔運(yùn)動(dòng)所獲得的信息的應(yīng)用范圍廣泛。
[0024]存在多種目前可獲得的用于跟蹤眼睛運(yùn)動(dòng)的裝置，包括基于視頻的眼睛跟蹤器、探察線圈以及用于產(chǎn)生眼電圖的裝置。探察線圈或電感式傳感器是測(cè)量周圍磁場(chǎng)變化的裝置。實(shí)質(zhì)上，多個(gè)線圈可嵌入到接觸透鏡式裝置中，并且線圈中所產(chǎn)生的電流的極性和幅值隨眼睛的方向和角位移而變化。眼電圖由如下裝置產(chǎn)生，該裝置用于根據(jù)被放置在眼睛的任一側(cè)上的電極之間的電位差值來(lái)檢測(cè)眼睛運(yùn)動(dòng)和眼睛位置。所有的這些裝置都不適于與可佩帶的、舒適的電子式眼科透鏡或動(dòng)力式接觸透鏡一起使用。因此，根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例，本發(fā)明涉及動(dòng)力式接觸透鏡，該動(dòng)力式接觸透鏡包括直接被結(jié)合到接觸透鏡中的注視傳感器。[0025]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。
[0026]對(duì)動(dòng)力式眼科透鏡的控制可通過(guò)以與透鏡無(wú)線通信的手動(dòng)操作式外部裝置(例如手持式遙控單元)來(lái)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(guò)直接來(lái)自于佩戴者的反饋信號(hào)或控制信號(hào)來(lái)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。根據(jù)眨眼模式或眨眼序列，為了聚焦于近處物體或遠(yuǎn)處物體上，動(dòng)力式眼科透鏡可改變狀態(tài)，例如改變其屈光力。作為另外一種選擇或者除此之外，瞳孔會(huì)聚和/或注視方向可用于改變動(dòng)力式應(yīng)用透鏡的狀態(tài)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027]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(shuō)明，通過(guò)這些說(shuō)明，本發(fā)明的上述及其他特征和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見(jiàn)。
[0028]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的包括眨眼檢測(cè)系統(tǒng)的示例性接觸透鏡。
[0029]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(wú)意眨眼模式與時(shí)間的關(guān)系以及根據(jù)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。
[0030]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)換圖。
[0031]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)和采樣的光檢測(cè)路徑的圖
/Jn ο
[0032]圖5是根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字調(diào)節(jié)邏輯的方框圖。
[0033]圖6是根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字檢測(cè)邏輯的方框圖。
[0034]圖7是根據(jù)本發(fā)明的示例性時(shí)序圖。
[0035]圖8是根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字系統(tǒng)控制器的圖示。
[0036]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。
[0037]圖10是根據(jù)本發(fā)明的示例性集成電路管芯上的光阻擋區(qū)域和光通過(guò)區(qū)域的圖
/Jn ο
[0038]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)的圖示。
[0039]圖12A是注視遠(yuǎn)處物體的個(gè)體的眼睛的前透視圖圖示。
[0040]圖12B是圖12A的眼睛的頂部透視圖圖示。
[0041]圖13A是注視近處物體的個(gè)體的眼睛的前透視圖圖示。
[0042]圖13B是圖13A的眼睛的頂部透視圖圖示。
[0043]圖14是根據(jù)本發(fā)明的兩個(gè)示例性瞳孔位置和會(huì)聚傳感器的圖示，所述示例性瞳孔位置和會(huì)聚傳感器具有用于使兩只眼睛之間的動(dòng)作同步的通信信道。
[0044]圖15A是根據(jù)本發(fā)明的被結(jié)合到接觸透鏡中的示例性瞳孔位置和會(huì)聚檢測(cè)系統(tǒng)的圖示。
[0045]圖15B是圖15A的示例性瞳孔位置和會(huì)聚檢測(cè)系統(tǒng)的放大視圖。[0046]圖16是瞳孔會(huì)聚與焦距之間相關(guān)性的示例性曲線圖的圖示。
[0047]圖17A是注視右側(cè)的個(gè)體的眼睛的前透視圖圖示。
[0048]圖17B是圖17A的眼睛的頂部透視圖圖示。
[0049]圖18是根據(jù)本發(fā)明的與各個(gè)二維注視方向相關(guān)聯(lián)的幾何形狀的圖示。
【具體實(shí)施方式】
[0050]常規(guī)的接觸透鏡為具有特定形狀的聚合物結(jié)構(gòu)，以如上所簡(jiǎn)述的矯正各種視力問(wèn)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)由定制內(nèi)置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簡(jiǎn)單地通過(guò)改變透鏡的屈光力而提供提高的視力。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(yǔ)音實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)樽帜弧⑻峁?dǎo)航系統(tǒng)的視覺(jué)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)設(shè)計(jì)的電子器件和/或電子器件布置可允許例如在沒(méi)有可變焦光學(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，并且甚至提供喚醒警示。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，接觸透鏡可結(jié)合有用于非入侵地監(jiān)視佩戴者的生物標(biāo)記物的部件和健康指示器。例如，通過(guò)分析淚液膜的成分，內(nèi)置于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)構(gòu)造的透鏡可結(jié)合用于監(jiān)視膽固醇、鈉和鉀水平的傳感器、以及其它生物標(biāo)記物。這與無(wú)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(lái)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。
[0051]本發(fā)明的動(dòng)力式或電子式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)行有用的眼科功能。此外，電子式接觸透鏡可只是用來(lái)提高正常的視力，或者提供如上所述的種種功能。電子式接觸透鏡可包括可變焦光學(xué)透鏡，嵌入到接觸透鏡中的組裝前器件，或者僅簡(jiǎn)單地嵌入任何合適功能的電子器件而沒(méi)有透鏡。本發(fā)明的電子式透鏡可結(jié)合到任何數(shù)量的上述接觸透鏡中。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型電子式接觸透鏡。
[0052]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)量的諸多功能的一種或多種裝置。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變化。
[0053]對(duì)電子式或動(dòng)力式眼科透鏡的控制可通過(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，短表鏈可根據(jù)佩戴者的人工輸入來(lái)與動(dòng)力式透鏡進(jìn)行無(wú)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(guò)直接來(lái)自于佩戴者的反饋信號(hào)或控制信號(hào)來(lái)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?，為了聚焦于近處物體或遠(yuǎn)處物體上，動(dòng)力式眼科透鏡可改變狀態(tài)，例如改變其屈光力。
[0054]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)。
[0055]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采樣速率對(duì)入射于眼睛上的光采樣。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)，例如激活透鏡驅(qū)動(dòng)器以改變透鏡的屈光力。
[0056]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。眨眼通過(guò)眼淚的展布而在眼睛的前表面上提供潤(rùn)滑作用。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，例如在有刺激物的情況下。然而，眨眼也可能是有目的的，例如對(duì)于不能通過(guò)語(yǔ)言或通過(guò)手勢(shì)進(jìn)行交流的個(gè)體而言可通過(guò)眨眼一次來(lái)表示“是”、通過(guò)眨眼兩次來(lái)表示“否”。本發(fā)明的眨眼檢測(cè)算法和系統(tǒng)利用不與正常眨眼響應(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)作的方法，則為給定動(dòng)作所選擇的特定模式不能無(wú)規(guī)地出現(xiàn)；否則，可能發(fā)生無(wú)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(wú)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(wú)意眨眼的速率眨眼，并且兩次無(wú)意眨眼之間的平均時(shí)間是0.3秒至七十(70)秒。
[0057]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:
[0058]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)。
[0059]2.以與所述眨眼序列的檢測(cè)相符合的速率對(duì)入射光水平采樣并剔除無(wú)意的眨眼。
[0060]3.將采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(lái)定義。
[0061]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。
[0062]示例性的眨眼序列可定義如下:
[0063]1.眨眼(閉合)0.5s
[0064]2.睜開 0.5s
[0065]3.眨眼(閉合)0.5s
[0066]在一百(100)毫秒的采樣速率下，二十(20)個(gè)樣本的眨眼模板表示為:[0067]blink_template = [1,1,1,0,0,0,0,0,1,1,1,1,1,0,0,0,0,0,1,1]。
[0068]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:
[0069]blink_mask = [1，1，1，0，1，1，1，1，0，1，1，1，1，0，1，1，1，1，0，I]。
[0070]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:
[0071]blink_mask = [1，1，0，0，1，1，1，0，0，1，1，1，0，0，1，1，1，0，0，I]。
[0072]可實(shí)現(xiàn)替代的模式，例如單次長(zhǎng)時(shí)間眨眼，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:
[0073]blink_template = [I,I,I,I,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,I,I,I,I,I]。
[0074]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)。
[0075]可通過(guò)將樣本歷史與模板和遮罩進(jìn)行邏輯比較來(lái)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MATLABr'中編碼的以下布林(Boolean)算法方程。
[0076]matched = not(blink_mask) not(xor(blink_template, test_sample))，
[0077]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(yǔ)言和實(shí)現(xiàn)，并且是位于美國(guó)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)期的或希望的眨眼模式相匹配的誤報(bào)的可能性就越大。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每次具有一個(gè)多個(gè)動(dòng)作的裝置中。更具體地，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)遞送一劑治療劑。
[0078]圖1以方框圖形式示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(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112和系統(tǒng)控制器114。
[0079]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(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的眨眼檢測(cè)算法。光傳感器102以及其他電路被配置成檢測(cè)眨眼和/或由使用者的眼睛產(chǎn)生的各種眨眼模式。
[0080]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，光二極管被應(yīng)用于互補(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與入射光水平成比例，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)生與輸入成比例的放大的輸出，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)具有足夠的電壓和電力以被ADC106采集。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可以可變?cè)鲆娣糯笃鲗?shí)現(xiàn)，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。如上所述，光傳感器102和放 大器104被配置成根據(jù)通過(guò)眼睛所接收的入射光強(qiáng)度來(lái)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。
[0081]在該示例性實(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)處理的米樣的數(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可用于包括以下中的一者或多者的數(shù)字信號(hào)處理:濾波、處理、檢測(cè)、以及以其他方式操縱/處理采樣的數(shù)據(jù)，以允許入射光檢測(cè)以供下游使用。數(shù)字信號(hào)處理器108可預(yù)編程有上述眨眼序列和/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、或其組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。在示出的示例性實(shí)施例中，數(shù)字信號(hào)處理器在數(shù)字電路中實(shí)現(xiàn)。ADC106連同相關(guān)聯(lián)的放大器104和數(shù)字信號(hào)處理器108以與前述采樣速率一致的合適速率激活，例如每一百(100)毫秒激活一次。
[0082]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)域中普通技術(shù)人員所知的其他適合的方法提供。實(shí)質(zhì)上，可利用任何類型的電源110來(lái)為系統(tǒng)的所有其他組件提供可靠的電力?？衫谜Ｑ坌蛄衼?lái)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(lái)自數(shù)字信號(hào)處理器108的輸出來(lái)控制動(dòng)力式接觸透鏡的其他方面，例如通過(guò)致動(dòng)器112來(lái)改變電子控制式透鏡的焦距或屈光力。
[0083]系統(tǒng)控制器114使用來(lái)自光傳感器鏈(B卩，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(lái)比較采樣的光水平與眨眼激活模式。參見(jiàn)圖2，其示出了在各種光強(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關(guān)系的圖示。因此，通過(guò)考慮到各種因素，可減少和/或防止在對(duì)入射于眼睛上的光采樣時(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)入射于眼睛上的光采樣時(shí)，通過(guò)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(jiàn)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。[0084]例如在研究中，已發(fā)現(xiàn)眼瞼平均阻擋約百分之九十九(99)的可見(jiàn)光，但在較短的波長(zhǎng)處，透射過(guò)眼瞼的光趨于較少，從而阻擋約99.6%的可見(jiàn)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(guò)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?；趥€(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(guò)程中記錄透射過(guò)眼睛的可見(jiàn)光強(qiáng)度水平，并示出可用的閾值。閾值被設(shè)定為處于在模擬過(guò)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(jiàn)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。
[0085]現(xiàn)在再次參見(jiàn)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。一般來(lái)講，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員可能顯而易見(jiàn)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)處物體或者聚焦于近處物體上時(shí)。在一些示例性實(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(wú)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。
[0086]致動(dòng)器112可包括用于根據(jù)所接收的命令信號(hào)來(lái)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所述與采樣的光水平相比較是匹配的，則系統(tǒng)控制器114可使能致動(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、或其任何組合。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(lái)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)指示佩戴者正在試圖聚焦于近處物體上，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。如上所述，本發(fā)明的動(dòng)力式透鏡可提供多種功能；因此，可將一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器以不同方式配置以實(shí)現(xiàn)所述功能。
[0087]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的眨眼檢測(cè)算法的示例性眨眼檢測(cè)系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖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)使能bl_go信號(hào)被置位時(shí)，例如通過(guò)與眨眼采樣速率相當(dāng)?shù)囊砸话?100)毫秒速率施加脈沖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，使能ADC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。在一些示例性實(shí)施例中，為了使存儲(chǔ)要求最少化，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)。然后系統(tǒng)或狀態(tài)機(jī)轉(zhuǎn)變至COMPARE狀態(tài)308，在此狀態(tài)中，如上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_t0ggle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。
[0088]圖4示出了可用于對(duì)所接收的光水平進(jìn)行檢測(cè)和采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(jiàn)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(jiàn)圖1)。盡管為易于解釋起見(jiàn)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)選地在單個(gè)區(qū)塊410上實(shí)現(xiàn)。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，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可具有不同的接口和控制信號(hào)，但其執(zhí)行相似的功能:提供光傳感器信號(hào)路徑的模擬部分的輸出的采樣的數(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。
[0089]圖5示出了可用于將所接收的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被配置成在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(guò)數(shù)字邏輯中實(shí)現(xiàn)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(guò)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(guò)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。
[0090]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，可如下產(chǎn)生閾值和增益控制值。峰值檢測(cè)器和谷值檢測(cè)器被配置成接收信號(hào)adc_data_held上的保持值。峰值檢測(cè)器還被配置成提供輸出值pd_pk,輸出值pd_pk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。該操作類似于電【技術(shù)領(lǐng)域】中熟知的傳統(tǒng)二極管包絡(luò)線檢測(cè)器的操作。谷值檢測(cè)器還被配置成提供輸出值pd_vl,輸出值pd_vl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，其中將放電電阻器連接至正電源電壓。閾值計(jì)算電路被配置成接收pd_pl值和pd_vl值,并且還被配置成根據(jù)pd_pk值和pd_vl值的平均來(lái)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(lái)提供閾值pd_th。
[0091]閾值產(chǎn)生電路504可還適于響應(yīng)于pd_gain值的變化更新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。
[0092]在閾值產(chǎn)生電路504的另一示例性實(shí)施例中，閾值計(jì)算電路還可被配置成根據(jù)pd_pk值的比例或百分比來(lái)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(guò)簡(jiǎn)單的右移三位以及減法來(lái)實(shí)現(xiàn)，如在本領(lǐng)域中熟知的。閾值計(jì)算電路可將閾值pd_th選擇為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)間入射于光二極管上(這可能導(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)時(shí)間間歇之后檢測(cè)到眨眼。閾值產(chǎn)生電路的行為進(jìn)一步示于圖9中，如隨后所論述的。
[0093]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的實(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適于從光檢測(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在此處將所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)塊適于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適于在一個(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)可被保持以供以后用。比較區(qū)塊604的輸出通過(guò)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，因而需要采樣完整的、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)。在一些示例性實(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。
[0094]圖7示出了從眨眼檢測(cè)子系統(tǒng)向光檢測(cè)信號(hào)路徑中所用的ADC408(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在樣本序列開始時(shí)被激活，并持續(xù)至模數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程完成為止。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，ADC轉(zhuǎn)換過(guò)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(guò)程的完成是由模數(shù)轉(zhuǎn)換器邏輯在adc_c0mplete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-up time)之前被設(shè)定，以使模擬電路偏壓和信號(hào)電平在轉(zhuǎn)換之前達(dá)到穩(wěn)定。
[0095]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控制并可適于從位于數(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可適于向如上所述的光檢測(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還可包括如上文所述的數(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可適于從主狀態(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。
[0096]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，均看到兩次眨眼以減少光和光電流。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的光電流波形捕獲的adc_data_held值。為簡(jiǎn)明起見(jiàn)，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)間所示的水平。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。最小值和最大值之間的范圍也稱為adc_data信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍。如以下所論述的，在曲線圖的第二部分中的光檢測(cè)信號(hào)路徑增益是不同的(較低)。一般來(lái)講，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)生電路的一些示例性實(shí)施例中響應(yīng)于adc_data_held值計(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不出了 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)恒定的很長(zhǎng)一段時(shí)間中，隨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)上的噪聲引起pd_data上的誤躍遷。圖9F示出了通過(guò)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值與時(shí)間的關(guān)系。tia_gain值被設(shè)定成當(dāng)pd_th開始超過(guò)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)，發(fā)生相似的行為而使tia_gain升高。再次參見(jiàn)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_dara_held值保持于adc_dara信號(hào)和adc_dara_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，如上所述根據(jù)增益變化來(lái)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。
[0097]圖10示出了集成電路管芯1000上的示例性光阻擋結(jié)構(gòu)和光通過(guò)結(jié)構(gòu)。集成電路管芯1000包括光通過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)除去感光器上方的多晶硅、金屬、氧化物、氮化物、聚酰亞胺和其他層來(lái)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(guò)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，例如在如此前所提及的結(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管芯上的鈍化物(例如氧化物、氮化物和/或聚酰亞胺)來(lái)提供或者由后處理期間所加入的其他電介質(zhì)來(lái)提供。遮蔽允許光阻擋層具有開孔1010，使得導(dǎo)電的光阻擋金屬不與管芯上的焊盤重疊。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)管芯并避免在管芯附著期間短路。該最終鈍化物具有鈍化物開孔1008，以允許連接至焊盤 1006。
[0098]圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的實(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)所必需的其他組件。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1112穿過(guò)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)例如以單個(gè)光二極管或光二極管的陣列實(shí)現(xiàn)。光傳感器1112也以安裝于插件1104上的單獨(dú)裝置實(shí)現(xiàn)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。
[0099]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(guò)基于第一次眨眼的所測(cè)量的結(jié)束時(shí)間來(lái)對(duì)第二次眨眼的開始計(jì)時(shí)，而非通過(guò)利用固定的模板或通過(guò)加寬遮罩的“不用計(jì)”間歇(O值)。
[0100]應(yīng)當(dāng)理解，眨眼檢測(cè)算法可在數(shù)字邏輯中或者在微控制器上運(yùn)行的軟件中實(shí)現(xiàn)。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)控制器一起在單個(gè)應(yīng)用專用集成電路(ASIC)上實(shí)現(xiàn)，或者其可橫跨多于一個(gè)集成電路來(lái)劃分。
[0101]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(lái)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。
[0102]根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例，動(dòng)力式或電子式眼科透鏡可結(jié)合瞳孔位置和會(huì)聚檢測(cè)系統(tǒng)。在適應(yīng)過(guò)程中，晶狀體幾何形狀通過(guò)睫狀肌的動(dòng)作發(fā)生改變，以在個(gè)體試圖聚焦在近距物體上時(shí)增大其額外電力。同時(shí)，當(dāng)晶狀體適應(yīng)時(shí)，兩個(gè)其它的動(dòng)作發(fā)生，即，每一個(gè)眼睛(瞳孔)都朝向鼻子略微向內(nèi)運(yùn)動(dòng)、會(huì)聚、并且瞳孔變得略小(縮瞳)。晶狀體的改變、會(huì)聚和縮瞳通常被稱為適應(yīng)性反射。換句話講，當(dāng)個(gè)體聚焦在近處物體上時(shí)(例如當(dāng)閱讀時(shí))，他或她的瞳孔會(huì)聚以使兩只眼睛注視在相同位置上。該現(xiàn)象是根據(jù)系統(tǒng)(由兩只眼睛之間的距離和從每只眼睛到物體的距離所形成的三角形)的幾何形狀。隨后給出更詳細(xì)的描述。由于瞳孔會(huì)聚與聚焦在附近物體上之間的相關(guān)性，瞳孔會(huì)聚可用于觸發(fā)電子式眼科透鏡中的動(dòng)作，例如，改變可變倍率光學(xué)器件的倍率，以允許具有遠(yuǎn)視的個(gè)體聚焦在近距物體上。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(guò)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(jiàn)的方式改變狀態(tài)，相反，該裝置可只是記錄數(shù)據(jù)。例如，此類傳感器可用于確定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(wèn)題的醫(yī)療病癥。
[0103]圖12A和12B示出了需要遠(yuǎn)焦(例如開車)而不是近焦(例如讀書)的注視遠(yuǎn)處物體的個(gè)體的兩只眼睛1200的不同視圖。圖12A示出了眼睛1200的前透視圖，而圖12B示出了眼睛1200的頂部透視圖。在注視遠(yuǎn)處物體(未示出)時(shí)，瞳孔1202位于中心并且一起跟蹤。瞳孔1202與所觀察的物體之間的直線1201是平行的，如由同為九十(90)度的角度1204所示。這是因?yàn)槿魏蝹€(gè)體的兩只眼睛1200之間的距離都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于從眼睛1200到所觀察的物體的距離。當(dāng)個(gè)體跟蹤遠(yuǎn)處物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，盡管眼睛1200運(yùn)動(dòng)，但是角度1204保持非常接近九十(90)度，同樣是由于兩只眼睛1200之間的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于從眼睛1200到所觀察的物體的距離。
[0104]圖13A和13B示出了與圖12A和12B中所示的那些基本類似的一雙眼睛1300，除了在該例子中之外，所觀察的物體(未示出)是位于附近或近處而不是遠(yuǎn)處。當(dāng)前由于眼睛1300之間的距離相對(duì)于從眼睛1300到所觀察的物體的距離是可評(píng)估的，因此眼睛1300會(huì)聚，以將所觀察的物體保持在視野內(nèi)。如圖所示，通過(guò)夸張，瞳孔1302會(huì)聚并且通過(guò)運(yùn)動(dòng)更靠近在一起。在瞳孔與所觀察的物體之間繪制的直線1301不再平行，并且角度1304小于九十(90)度。通過(guò)以下步驟可容易地觀察到該現(xiàn)象:首先使受檢者在完全伸展他或她的臂的情況下聚焦在距離大約兩(2)英尺遠(yuǎn)的他或她的手指上。隨著受檢者使其手指靠近，他或她的眼睛將朝向他或她的鼻子會(huì)聚，從而變成“斗雞眼”。
[0105]圖14不出了一種系統(tǒng)，可通過(guò)該系統(tǒng)感測(cè)參照?qǐng)D12A、12B、13A和13B所述的會(huì)聚并且在一對(duì)接觸透鏡1400之間通信該會(huì)聚。瞳孔1402示為會(huì)聚，以用于觀看近處物體。結(jié)合到定位在眼睛1406上的接觸透鏡1400內(nèi)的瞳孔位置和會(huì)聚檢測(cè)系統(tǒng)1404跟蹤瞳孔1402和/或接觸透鏡1400的位置，例如通過(guò)面向相反方向的光檢測(cè)器來(lái)觀察瞳孔1402或者通過(guò)加速度計(jì)來(lái)跟蹤眼睛1406的運(yùn)動(dòng)且因此跟蹤瞳孔1402的運(yùn)動(dòng)。瞳孔位置和會(huì)聚檢測(cè)器系統(tǒng)1404可包括若干組件從而形成更復(fù)雜的系統(tǒng)，例如三軸加速度計(jì)、信號(hào)調(diào)節(jié)電路、控制器、存儲(chǔ)器、電源、以及如隨后詳細(xì)描述的收發(fā)器。兩個(gè)接觸透鏡1400之間的通信信道1401允許瞳孔位置和會(huì)聚檢測(cè)系統(tǒng)1404在瞳孔位置上同步。也可通過(guò)外部裝置進(jìn)行通信，例如眼透鏡或智能電話。接觸透鏡1400之間的通信對(duì)于檢測(cè)會(huì)聚而言是重要的。例如，在不知道兩個(gè)瞳孔1402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1402具有類似的運(yùn)動(dòng)。然而，如果檢測(cè)到右側(cè)瞳孔向下運(yùn)動(dòng)至左側(cè)同時(shí)檢測(cè)到左眼的瞳孔向下運(yùn)動(dòng)至右側(cè)，則可被理解為會(huì)聚。兩個(gè)接觸透鏡1400之間的通信可成絕對(duì)位置或相對(duì)位置的形式，或者如果眼睛沿期望會(huì)聚方向運(yùn)動(dòng)，貝U可只是“疑似會(huì)聚”信號(hào)。在這種情況下，如果給定的接觸透鏡檢測(cè)自身會(huì)聚并且從相鄰接觸透鏡接收會(huì)聚指示，則可激活階段中的改變，例如將裝配有可變焦或可變倍率光學(xué)器件的接觸透鏡切換至近距狀態(tài)以支持閱讀。如果接觸透鏡如此裝配，則對(duì)于確定適應(yīng)期望(聚焦近處)而言有用的其它信息(例如，眼瞼位置和睫狀肌活動(dòng))也可通過(guò)通信信道1401傳輸。還應(yīng)當(dāng)理解，通過(guò)通道1401的通信能夠包括由每一個(gè)透鏡1406所感測(cè)、所檢測(cè)、或者所確定并且用于多種目的的其它信號(hào)，其中包括視力矯正、視力增強(qiáng)、娛樂(lè)、以及創(chuàng)新性。
[0106]根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，數(shù)字通信系統(tǒng)包括多個(gè)元件，當(dāng)實(shí)現(xiàn)時(shí)，所述多個(gè)元件可成任何數(shù)量的形式。該數(shù)字通信系統(tǒng)大體包括信息源、源編碼器、通道編碼器、數(shù)字調(diào)制器、通道、數(shù)字解調(diào)器、通道解碼器以及源解碼器。
[0107]信息源可包括產(chǎn)生另一個(gè)裝置或系統(tǒng)所需的信息和/或數(shù)據(jù)的任何裝置。該源可為模擬或數(shù)字的。如果該源是模擬的，則其輸出被轉(zhuǎn)換成包括二進(jìn)制串的數(shù)字信號(hào)。源編碼器實(shí)現(xiàn)將來(lái)自源的信號(hào)高效地轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)字序列的過(guò)程。來(lái)自源編碼器的信息接著進(jìn)入通道編碼器中，在通道編碼器處，冗余說(shuō)引入二進(jìn)制信息序列中。接收器可利用該冗余來(lái)克服在通道上所遇到的噪聲、干擾等的影響。該二進(jìn)制序列接著進(jìn)入數(shù)字調(diào)制器，數(shù)字調(diào)制器接著將該序列轉(zhuǎn)換成模擬電子信號(hào)，以用于通過(guò)通道傳輸?；旧希瑪?shù)字調(diào)制器將二進(jìn)制序列繪制成信號(hào)波形或符號(hào)。每一個(gè)符號(hào)都可代表一位或多位的值。數(shù)字調(diào)制器可對(duì)適于通過(guò)或經(jīng)由通道傳輸?shù)母哳l載波信號(hào)的相位、頻率或幅值進(jìn)行調(diào)制。該通道是波形行進(jìn)所通過(guò)的介質(zhì)，并且該通道可能引起對(duì)波形的干擾或其它破壞。在無(wú)線通信系統(tǒng)的情況下，通道是大氣。數(shù)字解調(diào)器接收被通道破壞的波形、對(duì)被通道破壞的波形進(jìn)行處理并且將波形降低至盡可能接近地代表所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)符號(hào)的數(shù)字序列。通道解碼器通過(guò)對(duì)通道編碼器所利用的代碼以及所接收的數(shù)據(jù)中的冗余的知悉來(lái)重建原始信息序列。源解碼器通過(guò)對(duì)編碼算法的知悉來(lái)對(duì)序列解碼，其中其輸出代表源信息信號(hào)。
[0108]重要的是應(yīng)注意，上述元件可在硬件、軟件、或者硬件和軟件的組合中實(shí)現(xiàn)。此外，通信信道可包括任何類型的通道，其中包括有線和無(wú)線。在無(wú)線中，通道可被配置成用于高頻電磁信號(hào)、低頻電磁信號(hào)、可見(jiàn)光信號(hào)和紅外光信號(hào)。
[0109]圖15A和B是用于控制動(dòng)力式眼科透鏡的一個(gè)或多個(gè)方面的示例性瞳孔位置和會(huì)聚檢測(cè)系統(tǒng)1500的圖示。傳感器1502檢測(cè)瞳孔，或者更一般地檢測(cè)眼睛的運(yùn)動(dòng)和/或位置。傳感器1502可以多軸加速度計(jì)在接觸透鏡1501上實(shí)現(xiàn)。通過(guò)接觸透鏡1501附連到眼睛并且大體與眼睛一起運(yùn)動(dòng)，接觸透鏡1501上的加速度計(jì)可跟蹤眼睛運(yùn)動(dòng)。傳感器1502也可以面向后照相機(jī)或者檢測(cè)圖像、模式、或?qū)Ρ榷鹊母淖円愿櫻劬\(yùn)動(dòng)的傳感器實(shí)現(xiàn)。作為另外一種選擇，傳感器1502可包括神經(jīng)肌肉傳感器，以檢測(cè)使眼睛在眼窩中運(yùn)動(dòng)的神經(jīng)和/或肌肉活動(dòng)。有六塊肌肉附接到每一個(gè)眼球從而向每一只眼睛提供完整的運(yùn)動(dòng)范圍并且每一塊肌肉都具有其獨(dú)特的動(dòng)作或多個(gè)動(dòng)作。這六塊肌肉由三條顱神經(jīng)中的一條支配。重要的是應(yīng)注意，任何適合的裝置都可用作傳感器1502，并且可利用多于一個(gè)的單個(gè)傳感器1502。通過(guò)信號(hào)處理器1504采集、采樣、和調(diào)節(jié)傳感器1502的輸出。信號(hào)處理器1504可包括任何數(shù)量的裝置，其中包括放大器、轉(zhuǎn)阻抗放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、濾波器、數(shù)字信號(hào)處理器、以及相關(guān)聯(lián)的電路，以從傳感器1502接收數(shù)據(jù)并且產(chǎn)生用于系統(tǒng)1500的剩余組件的具有適當(dāng)格式的輸出。信號(hào)處理器1504可利用以下來(lái)實(shí)現(xiàn):模擬電路、數(shù)字電路、軟件、和/或優(yōu)選地其組合。應(yīng)當(dāng)理解，信號(hào)處理器1504是利用相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)已知的方法與傳感器1502協(xié)同設(shè)計(jì)的，例如用于采集和調(diào)節(jié)加速度計(jì)的電路與用于肌肉活動(dòng)傳感器或光學(xué)瞳孔跟蹤器的電路不同。信號(hào)處理器1504的輸出優(yōu)選地為采樣的數(shù)字流并且可包括絕對(duì)位置或相對(duì)位置、運(yùn)動(dòng)、所檢測(cè)的與會(huì)聚一致的注視、或者其它數(shù)據(jù)。系統(tǒng)控制器1506從信號(hào)處理器1504接收輸入并且使用該信息結(jié)合其它輸入來(lái)控制電子式接觸透鏡1501。例如，系統(tǒng)控制器1506可向致動(dòng)器1508輸出控制接觸透鏡1501中的可變倍率光學(xué)器件的信號(hào)。例如，如果接觸透鏡1501當(dāng)前處于遠(yuǎn)焦?fàn)顟B(tài)并且傳感器1502檢測(cè)到會(huì)聚，則系統(tǒng)控制器1506可命令致動(dòng)器1508變成近焦?fàn)顟B(tài)。系統(tǒng)控制器1506可同時(shí)觸發(fā)傳感器1502和信號(hào)處理器1504的活動(dòng)，同時(shí)從傳感器1502和信號(hào)處理器1504接收輸出。收發(fā)器1510通過(guò)天線1502接收和/或傳輸通信。該通信可來(lái)自相鄰的接觸透鏡、眼鏡透鏡、或者其它裝置。收發(fā)器1510可被配置成與系統(tǒng)控制器1506雙向通信。如收發(fā)器中常見(jiàn)的，收發(fā)器1510可容納濾波、放大、檢測(cè)、和處理電路。收發(fā)器1510的具體細(xì)節(jié)為電子式或動(dòng)力式接觸透鏡定制，例如通信可具有適當(dāng)?shù)念l率、幅度、和格式，以用于眼睛之間的可靠通信、低功率消耗、以及滿足監(jiān)管要求。收發(fā)器1510和天線1512可在射頻(RF)帶(例如2.4GHz)下工作，或者可使用光來(lái)通信。從收發(fā)器1510所接收的信息輸入至系統(tǒng)控制器1506，例如指示會(huì)聚或發(fā)散的來(lái)自相鄰?fù)哥R的信息。系統(tǒng)控制器1506使用來(lái)自信號(hào)處理器1504和/或收發(fā)器1510的輸入數(shù)據(jù)來(lái)決定是否需要改變系統(tǒng)狀態(tài)。系統(tǒng)控制器1506也可將數(shù)據(jù)傳輸至收發(fā)器1510，收發(fā)器1510接著經(jīng)由天線1512通過(guò)通信鏈路傳輸數(shù)據(jù)。系統(tǒng)控制器1506可位于現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列上、微型控制器上、或者任何其它適合的裝置中的狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)。用于本文所描述的系統(tǒng)1500和組件的電力由電源1514供給，電源1514可包括電池、能量采集器、或本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所知的類似裝置。電源1514也可用于向接觸透鏡1501上的其它裝置供電。
[0110]本發(fā)明的示例性瞳孔位置和會(huì)聚檢測(cè)系統(tǒng)1500包封的和/或者換句話講封裝的并且與生理鹽水接觸透鏡1501環(huán)境隔離。
[0111]圖16示出了會(huì)聚1600與焦距狀態(tài)1602、1604和1606之間的示例性簡(jiǎn)化相關(guān)性，如眼科文獻(xiàn)中通常所記錄的。當(dāng)處于遠(yuǎn)焦?fàn)顟B(tài)1602和1606時(shí)，如參照?qǐng)D12A和12B所述的，會(huì)聚度低。當(dāng)處于近焦?fàn)顟B(tài)1604時(shí)，如參照?qǐng)D13A和13B所述的，會(huì)聚度高?？稍谙到y(tǒng)控制器(圖15的元件1506)中設(shè)定閾值1608，以改變電子式眼科透鏡的狀態(tài)，例如當(dāng)閾值正通過(guò)額外功率聚焦可變光學(xué)器件并且當(dāng)閾值趨于負(fù)時(shí)不通過(guò)額外功率聚焦光學(xué)器件。
[0112]眼睛跟蹤是確定個(gè)體看向何處、注視點(diǎn)中的一個(gè)或兩個(gè)、或者眼睛相對(duì)于頭部的運(yùn)動(dòng)的過(guò)程。個(gè)體的注視方向由頭部的方向和眼睛的方向確定。更具體地，個(gè)體頭部的方向確定注視的總體方向而個(gè)體眼睛的方向確定精確注視方向，精確注視方向轉(zhuǎn)而受到頭部方向的限制。個(gè)體注視何處的信息提供了確定個(gè)體注意力的集中的能力并且該信息可用于任何數(shù)量的學(xué)科和應(yīng)用中，其中包括認(rèn)知科學(xué)、心理學(xué)、人機(jī)交互、市場(chǎng)調(diào)研和醫(yī)學(xué)研究。例如，眼睛注視方向可用作向控制器或計(jì)算機(jī)的直接輸入，以控制另一個(gè)動(dòng)作。換句話講，簡(jiǎn)單的眼睛運(yùn)動(dòng)可用于控制其它裝置的動(dòng)作，其中包括高度復(fù)雜的功能?？梢耘c已在觸摸屏和智能手機(jī)應(yīng)用中變得常見(jiàn)的“滑動(dòng)”類似的方式利用簡(jiǎn)單的眼睛運(yùn)動(dòng)，例如滑動(dòng)以解鎖裝置、改變應(yīng)用、改變頁(yè)、放大或縮小等。眼睛注視跟蹤系統(tǒng)目前用于為那些癱瘓(例如使用眼睛運(yùn)動(dòng)來(lái)操作計(jì)算機(jī))的人恢復(fù)通信和功能。眼睛跟蹤或注視跟蹤還可用于任何數(shù)量的商業(yè)應(yīng)用中，例如當(dāng)個(gè)體看電視、瀏覽網(wǎng)站等時(shí)他們所關(guān)注的是什么?？蓪?duì)通過(guò)該跟蹤所收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以提供特定視覺(jué)模式的證據(jù)。因此，通過(guò)檢測(cè)眼睛或瞳孔運(yùn)動(dòng)所獲得的信息的應(yīng)用范圍廣泛。再次，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(guò)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(jiàn)的方式改變狀態(tài)，相反，該裝置可只是記錄數(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(wèn)題的醫(yī)療病癥。
[0113]重要的是應(yīng)注意，根據(jù)本發(fā)明的眼睛跟蹤可設(shè)置成用于總體或精確跟蹤監(jiān)視。
[0114]存在多種目前可獲得的用于跟蹤眼睛運(yùn)動(dòng)的裝置，其中包括基于視頻的眼睛跟蹤器、探察線圈以及用于產(chǎn)生眼電圖的布置。探察線圈或電感式傳感器是測(cè)量周圍磁場(chǎng)變化的裝置。實(shí)質(zhì)上，多個(gè)線圈可嵌入到接觸透鏡類型的裝置中，并且線圈中所產(chǎn)生的電流的極性和幅值隨眼睛的方向和角位移而變化。眼電圖由如下裝置產(chǎn)生，該裝置用于根據(jù)被放置在眼睛的任一側(cè)上的電極之間的電位差值來(lái)檢測(cè)眼睛運(yùn)動(dòng)和眼睛位置。所有的這些裝置都不適于與可佩帶的、舒適的電子式眼科透鏡或動(dòng)力式接觸透鏡一起使用。因此，根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例，本發(fā)明涉及一種動(dòng)力式接觸透鏡，該動(dòng)力式接觸透鏡包括直接結(jié)合到接觸透鏡中的注視傳感器。
[0115]圖17A和17B示出了與圖12A和12B中所示的那些基本上類似的一雙眼睛1701，除了在該例子中，所觀察的物體(未示出)位于使用者右側(cè)。圖17A示出了眼睛1701的前透視圖，而圖17B示出了眼睛1701的頂部透視圖。右側(cè)位置用于示例性目的，但是應(yīng)當(dāng)理解，所觀察的物體能夠隨著眼睛注視的相應(yīng)改變而處于三維空間的任何可見(jiàn)點(diǎn)處。如圖所示，通過(guò)夸張，瞳孔1703都面向右側(cè)。在瞳孔1703與所觀察的物體之間繪制的直線1705幾乎平行，原因是該物體與眼睛1701之間的距離被示為遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于眼睛1701之間的距離。角度1707小于九十(90度)，而角度1709大于九十(90)度。這些角度與當(dāng)注視正前方的遠(yuǎn)處物體時(shí)角度均為九十(90)度或者當(dāng)注視正前方的近處物體時(shí)角度同時(shí)小于九十度的前述視圖形成對(duì)比。如二維所示的，角度可用于確定注視位置，或者更一般地，眼睛運(yùn)動(dòng)的樣本可用于確定眼睛注視的絕對(duì)位置和相對(duì)位置以及運(yùn)動(dòng)。
[0116]圖18示出了與各種注視方向相關(guān)聯(lián)的幾何形系統(tǒng)。圖18是頂視圖。眼睛1801和1803示為注視標(biāo)記為A、B、C、D和E的各個(gè)目標(biāo)。直線將每只眼睛1801和1803連接到每個(gè)目標(biāo)。除了連接兩只眼睛1801和1803的直線外，由連接眼睛1801和1803與給定目標(biāo)的兩條直線中的每一條形成三角形。如可從圖示中看出，每只眼睛1801和1803中的注視方向之間的角度以及兩只眼睛1801和1803之間的直線針對(duì)每個(gè)目標(biāo)發(fā)生變化。這些角度可通過(guò)傳感器系統(tǒng)測(cè)量、由間接傳感器測(cè)量值確定，或者僅可為示例性目的而示出。盡管為簡(jiǎn)單舉例說(shuō)明起見(jiàn)在二維空間中示出，但是應(yīng)當(dāng)顯而易見(jiàn)的是，注視發(fā)生在相應(yīng)的添加附加軸線的三維空間中。目標(biāo)A和B示出為相對(duì)靠近眼睛1801和1803，例如，將通過(guò)近焦適應(yīng)來(lái)閱讀。目標(biāo)A位于兩只眼睛1801和1803的右側(cè)，因此兩只眼睛1801和1803都朝向右。測(cè)量在水平軸線(示出為與連接兩只眼睛1801和1803的直線共線)與注視方向之間逆時(shí)針形成的角度，對(duì)于目標(biāo)A而言兩個(gè)角度都是銳角?，F(xiàn)在參照目標(biāo)B，眼睛1801和1803會(huì)聚在位于兩只眼睛1801和1803前方和之間的目標(biāo)上。因此，此前被限定為相對(duì)于水平軸線和注視方向逆時(shí)針的角度對(duì)于右眼1803而言是鈍角并且對(duì)于左眼1801而言是銳角。適合的傳感器系統(tǒng)將通過(guò)針對(duì)所考慮的應(yīng)用的適合的準(zhǔn)確性來(lái)區(qū)分目標(biāo)A與B之間的位置差異。在右眼1803具有與目標(biāo)B相同的注視方向和角度的特定情況下，目標(biāo)C示為處于中間距離處。注視方向在目標(biāo)B與C之間發(fā)生變化，從而允許注視方向確定系統(tǒng)使用來(lái)自兩只眼睛1801和1803的輸入來(lái)確定注視方向。此外，能夠示出另一個(gè)目標(biāo)F在三維空間中處于目標(biāo)B上方的情況。在此類例子中，圖18中所示的投射到二維圖示中的相對(duì)于水平軸的角度將與針對(duì)目標(biāo)B所示的那些相同。然而，與在三維空間中延伸的頁(yè)面垂直的角度在目標(biāo)之間將不相等。最后，目標(biāo)D和E作為遠(yuǎn)處物體示出。這些例子示出了隨著所注視的物體變遠(yuǎn)，眼睛1801和1803在遠(yuǎn)處點(diǎn)之間的角度差異變小。用于檢測(cè)注視方向的合適系統(tǒng)將具有足夠的準(zhǔn)確性，以區(qū)分小的遠(yuǎn)處物體。
[0117]可通過(guò)任何數(shù)量的合適裝置來(lái)確定注視方向，例如通過(guò)面向相反方向的光檢測(cè)器來(lái)觀察瞳孔或者通過(guò)加速度計(jì)來(lái)跟蹤眼睛的運(yùn)動(dòng)。也可利用神經(jīng)肌肉傳感器。通過(guò)監(jiān)視控制眼睛運(yùn)動(dòng)的六塊肌肉，可確定精確的注視方向。除了考慮當(dāng)前和過(guò)去傳感器輸入的位置計(jì)算系統(tǒng)，可能需要存儲(chǔ)器元件以存儲(chǔ)在先位置和/或加速度。此外，圖15A和15B中所示的系統(tǒng)同樣適用于本發(fā)明的注視和跟蹤系統(tǒng)。該系統(tǒng)優(yōu)選地被編程為考慮三維空間中的注視幾何形狀。
[0118]在驗(yàn)光領(lǐng)域中已知的是，當(dāng)注視固定物體時(shí)，眼睛并不保持完全穩(wěn)定。相反，眼睛快速地來(lái)回運(yùn)動(dòng)。用于檢測(cè)注視位置的合適系統(tǒng)將包括必要的濾波和/或補(bǔ)償裝置，以考慮視力生理學(xué)。例如，此類系統(tǒng)可包括低通濾波器或者特別調(diào)諧用于使用者天然眼睛行為的算法。
[0119]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)中制備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/或透明材料加工成形。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。
[0120]采樣信號(hào)處理區(qū)塊和系統(tǒng)控制器(分別為圖15B中的1504和1506)的活動(dòng)取決于可獲得的傳感器輸入、環(huán)境和使用者反應(yīng)。輸入、反應(yīng)、以及判定閾值可根據(jù)以下中的一者或多者來(lái)確定:眼科研究、預(yù)編程、訓(xùn)練、以及自適應(yīng)性/學(xué)習(xí)算法。例如，眼睛運(yùn)動(dòng)的一般特性可被充分記錄于文獻(xiàn)中、適用于廣泛的使用者人群、以及被預(yù)編程到系統(tǒng)控制器中。然而，個(gè)體與一般預(yù)期響應(yīng)的偏差可被記錄于自適應(yīng)性/學(xué)習(xí)算法的訓(xùn)練期間或部分中，所述算法在電子式眼科裝置的操作中繼續(xù)完善響應(yīng)。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，使用者可通過(guò)在使用者想要聚焦于近處時(shí)激活與裝置通信的手持式短表鏈來(lái)訓(xùn)練所述裝置。裝置中的學(xué)習(xí)算法可接著參考在短表鏈信號(hào)之前與之后所存儲(chǔ)的傳感器輸入，以完善內(nèi)部決策算法。該訓(xùn)練周期可持續(xù)一天，然后裝置將僅靠傳感器輸入來(lái)自主地操作，并且不需要短表鏈。
[0121]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不正。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(jué)學(xué))，以將透鏡在眼睛中的封裝袋內(nèi)保持固定。本文所述的任何電子器件和/或組件均可與接觸透鏡相似的方式結(jié)合到IOL中。
[0122]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(jiàn)的是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可對(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)明的實(shí)質(zhì)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構(gòu)造，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 眼睛注視跟蹤系統(tǒng)，所述眼睛注視跟蹤系統(tǒng)被結(jié)合到所述接觸透鏡的所述周邊區(qū)中，所述眼睛注視跟蹤系統(tǒng)包括傳感器、系統(tǒng)控制器、以及至少一個(gè)致動(dòng)器，所述傳感器用于確定并跟蹤眼睛位置，所述系統(tǒng)控制器與所述傳感器協(xié)同配合，所述系統(tǒng)控制器配置成根據(jù)來(lái)自所述傳感器的信息在空間坐標(biāo)中確定并跟蹤注視方向、輸出控制信號(hào)，所述至少一個(gè)致動(dòng)器配置成接收所述輸出控制信號(hào)并實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)力式眼科透鏡，其中所述傳感器包括至少一個(gè)光檢測(cè)器，所述至少一個(gè)光檢測(cè)器被定位以捕獲所述眼睛的圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的動(dòng)力式眼科透鏡，其中所述至少一個(gè)光檢測(cè)器包括面向后照相機(jī)，所述面向后照相機(jī)配置成檢測(cè)圖像、模式、或?qū)Ρ榷鹊母淖円愿櫻劬\(yùn)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)力式眼科透鏡，其中所述傳感器包括至少一個(gè)加速度計(jì)以跟蹤所述眼睛或所述接觸透鏡中的至少之一的運(yùn)動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)力式眼科透鏡，其中所述傳感器包括至少一個(gè)神經(jīng)肌肉傳感器，所述至少一個(gè)神經(jīng)肌肉傳感器配置成檢測(cè)與眼睛運(yùn)動(dòng)相關(guān)聯(lián)的神經(jīng)肌肉活動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)力式眼科透鏡，其中所述眼睛注視跟蹤系統(tǒng)還包括信號(hào)處理器，所述信號(hào)處理器配置成從所述傳感器接收信號(hào)、執(zhí)行數(shù)字信號(hào)處理、以及向所述系統(tǒng)控制器輸出一個(gè)或多個(gè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的動(dòng)力式眼科透鏡，其中信號(hào)處理器包括相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)力式眼科透鏡，其中所述眼睛注視跟蹤系統(tǒng)還包括電源。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)力式眼科透鏡，其中所述眼睛注視跟蹤系統(tǒng)還包括通信系統(tǒng)，所述通信系統(tǒng)用于與至少第二接觸透鏡通信。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)力式眼科透鏡，其中所述空間坐標(biāo)是二維的。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)力式眼科透鏡，其中所述空間坐標(biāo)是三維的。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)力式眼科透鏡，其中所述眼睛注視跟蹤系統(tǒng)與外部裝置無(wú)線接口。
13.一種動(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 眼睛注視跟蹤系統(tǒng)，所述眼睛注視跟蹤系統(tǒng)被結(jié)合到所述接觸透鏡中，所述眼睛注視跟蹤系統(tǒng)包括傳感器、系統(tǒng)控制器、以及至少一個(gè)致動(dòng)器，所述傳感器用于確定并跟蹤眼睛位置，所述系統(tǒng)控制器與所述傳感器協(xié)同配合，所述系統(tǒng)控制器配置成根據(jù)來(lái)自所述傳感器的信息在空間坐標(biāo)中確定并跟蹤注視方向、輸出控制信號(hào)，所述至少一個(gè)致動(dòng)器配置成接收所述輸出控制信號(hào)并實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的動(dòng)力式眼科透鏡，其中所述傳感器包括至少一個(gè)光檢測(cè)器，所述至少一個(gè)光檢測(cè)器被定位以捕獲所述眼睛的圖像。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的動(dòng)力式眼科透鏡，其中所述至少一個(gè)光檢測(cè)器包括面向后照相機(jī)，所述面向后照相機(jī)配置成檢測(cè)圖像、模式、或?qū)Ρ榷鹊母淖円愿櫻劬\(yùn)動(dòng)。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的動(dòng)力式眼科透鏡，其中所述傳感器包括至少一個(gè)加速度計(jì)以跟蹤所述眼睛或所述接觸透鏡中的至少之一的運(yùn)動(dòng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的動(dòng)力式眼科透鏡，其中所述傳感器包括至少一個(gè)神經(jīng)肌肉傳感器，所述至少一個(gè)神經(jīng)肌肉傳感器配置成檢測(cè)與眼睛運(yùn)動(dòng)相關(guān)聯(lián)的神經(jīng)肌肉活動(dòng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的動(dòng)力式眼科透鏡，其中所述眼睛注視跟蹤系統(tǒng)還包括信號(hào)處理器，所述信號(hào)處理器配置成從所述傳感器接收信號(hào)、執(zhí)行數(shù)字信號(hào)處理、以及向所述系統(tǒng)控制器輸出一個(gè)或多個(gè)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的動(dòng)力式眼科透鏡，其中所述信號(hào)處理器包括相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的動(dòng)力式眼科透鏡，其中所述眼睛注視跟蹤系統(tǒng)還包括電源。
21.根據(jù)權(quán)利要求13所述的動(dòng)力式眼科透鏡，其中所述眼睛注視跟蹤系統(tǒng)還包括通信系統(tǒng)，所述通信系統(tǒng)用于與至少第二接觸透鏡通信。
22.根據(jù)權(quán)利要求13所述的動(dòng)力式眼科透鏡，其中所述空間坐標(biāo)是二維的。
23.根據(jù)權(quán)利要求13所述的動(dòng)力式眼科透鏡，其中所述空間坐標(biāo)是三維的。
24.根據(jù)權(quán)利要求13所述的動(dòng)力式眼科透鏡，其中所述眼睛注視跟蹤系統(tǒng)與外部裝置無(wú)線接口。
25.一種動(dòng)力 式眼科透鏡，所述動(dòng)力式眼科透鏡包括: 眼內(nèi)透鏡；以及 眼睛注視跟蹤系統(tǒng)，所述眼睛注視跟蹤系統(tǒng)被結(jié)合到所述眼內(nèi)透鏡中，所述眼睛注視跟蹤系統(tǒng)包括傳感器、系統(tǒng)控制器、以及至少一個(gè)致動(dòng)器，所述傳感器用于確定并跟蹤眼睛位置，所述系統(tǒng)控制器與所述傳感器協(xié)同配合，所述系統(tǒng)控制器配置成根據(jù)來(lái)自所述傳感器的信息在空間坐標(biāo)中確定并跟蹤注視方向、輸出控制信號(hào)，所述至少一個(gè)致動(dòng)器配置成接收所述輸出控制信號(hào)并實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能。
【文檔編號(hào)】G02C7/04GK104020582SQ201310114334
【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