1.技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力式或電子式眼科鏡片，更具體地講，涉及具有硬件和軟件的電力式或電子式眼科鏡片，該硬件和軟件用于調(diào)節(jié)和/或校正電子式眼科鏡片上的振蕩器的振蕩器頻率。

2.相關(guān)領(lǐng)域的討論

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，經(jīng)由多種機(jī)構(gòu)(包括自動(dòng)地)施用受控劑量的藥物或治療劑以響應(yīng)測量或響應(yīng)外部控制信號，以及增強(qiáng)器官或組織的性能。此類裝置的示例包括葡萄糖輸液泵、起搏器、去纖顫器、心室輔助裝置和神經(jīng)刺激器。一個(gè)尤其有用的新應(yīng)用領(lǐng)域是在眼科可佩戴鏡片和接觸鏡片中。例如，可佩戴鏡片可結(jié)合鏡片組件，該鏡片組件具有電子可調(diào)節(jié)焦距，以增強(qiáng)或提高眼睛的性能。在另一個(gè)示例中，無論具有還是不具有可調(diào)節(jié)焦距，可佩戴的接觸鏡片都可結(jié)合電子傳感器，以檢測角膜前(淚)膜中特定化學(xué)物質(zhì)的濃度。在鏡片組件中使用嵌入式電子器件引起對與電子器件通信、通電和/或重新激活電子器件的方法、將電子器件互連、內(nèi)部和外部感測和/或監(jiān)視、以及電子器件和鏡片總體功能的控制的潛在需求。

人眼具有辨別上百萬種顏色、易于調(diào)節(jié)以改變光狀況的能力、以及以超過高速互聯(lián)網(wǎng)連接的速率將信號或信息傳輸?shù)酱竽X的能力。當(dāng)前，諸如接觸鏡片和眼內(nèi)鏡片的鏡片用于矯正視力缺陷，例如近視(近視眼)、遠(yuǎn)視(遠(yuǎn)視眼)、老花和散光。然而，結(jié)合附加部件的適當(dāng)設(shè)計(jì)的鏡片可用來提高視力以及矯正視力缺陷。

接觸鏡片可用于矯正近視、遠(yuǎn)視、散光以及其它視敏度缺陷。接觸鏡片也可用于增強(qiáng)佩戴者眼睛的自然外觀。接觸鏡片或“觸體”僅僅是放置在眼睛前表面上的鏡片。接觸鏡片被視為醫(yī)療裝置并且可被佩戴用于矯正視力以及/或者用于美容或其它治療原因。自20世紀(jì)50年代起，商業(yè)上就已利用接觸鏡片來改善視力。早期的接觸鏡片由硬性材料構(gòu)成或制成，并且相對較為昂貴且脆弱。此外，這些早期的接觸鏡片由不允許足夠的氧氣通過接觸鏡片傳輸?shù)浇Y(jié)膜和角膜的材料制成，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鏡片，但它們因不良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鏡片，這種軟性接觸鏡片在當(dāng)今極其流行且被廣泛利用。具體地講，當(dāng)今可用的有機(jī)硅水凝膠接觸鏡片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。事實(shí)上，與由早期硬性材料制成的接觸鏡片相比，這些基于有機(jī)硅水凝膠的接觸鏡片具有更高的透氧度并且通常有更高的佩戴舒適度。

常規(guī)的接觸鏡片為具有特定形狀的聚合物結(jié)構(gòu)，以如上所簡述地矯正各種視力問題。為了實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的功能，必須將各種電路和部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、功率源、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)置的光電部件被集成到接觸鏡片中，以便不僅矯正視力，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/或電力式眼科鏡片可被設(shè)計(jì)成經(jīng)由放大和縮小能力或者只是簡單地修改鏡片的屈光能力來提供提高的視力?？蓪㈦娮邮胶?或電力式接觸鏡片設(shè)計(jì)成增強(qiáng)顏色和分辨率、顯示文本信息、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。鏡片可被設(shè)計(jì)成允許佩戴者在低光照條件下視物。鏡片上經(jīng)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光學(xué)鏡片的情況下將圖像投射到視網(wǎng)膜上，并提供新型圖像顯示器。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，接觸鏡片可結(jié)合用于非入侵地監(jiān)視佩戴者的生物標(biāo)記物的部件和健康指示器。例如，通過分析淚膜的組分，內(nèi)置于鏡片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，經(jīng)適當(dāng)配置的鏡片可結(jié)合用于監(jiān)視膽固醇、鈉和鉀水平以及其它生物標(biāo)記物的傳感器。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)置于鏡片中的傳感器來檢測入射到眼睛上的光，以補(bǔ)償環(huán)境光照條件或用于確定眨眼模式。

裝置的適當(dāng)組合可產(chǎn)生可能無限的功能；然而，存在與將額外部件結(jié)合到光學(xué)級聚合物件上相關(guān)聯(lián)的多種困難。通常，由于多種原因難以在鏡片上直接制造此類部件，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。待放置在鏡片上或鏡片中的部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，還難以制造對于佩戴者而言舒適且安全的接觸鏡片。

考慮到眼科裝置諸如接觸鏡片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)固的電子式接觸鏡片。

由于這些是電力式鏡片，因而考慮到在眼科鏡片尺度上的電池技術(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)切的問題。除了正常電流消耗之外，此類電力式裝置或系統(tǒng)通常需要待機(jī)電流儲備、精確電壓控制和轉(zhuǎn)換能力以確保在可能的寬泛的操作參數(shù)范圍內(nèi)的操作、以及應(yīng)對可能保持多年閑置后的突發(fā)消耗(例如，單次充電至多十八(18)小時(shí))。因此，需要如下的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)在提供所需功率的同時(shí)，對于低成本、長期可靠服務(wù)、安全性和尺寸是最優(yōu)化的。

此外，由于與電力式鏡片相關(guān)聯(lián)的功能復(fù)雜度以及包括電力式鏡片的所有部件之間的高相互作用水平，需要協(xié)調(diào)和控制包括電力式眼科鏡片的電子器件和光學(xué)器件的總體操作。因此，需要一種用于控制所有其它部件操作的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)安全、低成本且可靠，具有較低的功率消耗速率并且尺寸可縮小成能結(jié)合到眼科鏡片中。

電力式或電子式眼科鏡片可能必須考慮到使用所述電力式或電子式眼科鏡片的個(gè)體的某些獨(dú)特生理機(jī)能。更具體地講，電力式鏡片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。眨眼檢測也可用于提供某些功能，例如，可利用眨眼作為控制電力式眼科鏡片的一個(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，則光電傳感器應(yīng)足夠靈敏地檢測在人眨眼時(shí)發(fā)生的光強(qiáng)度變化。

環(huán)境光電傳感器或光電傳感器用于多個(gè)系統(tǒng)和產(chǎn)品中，例如用于電視機(jī)上以根據(jù)室內(nèi)光線調(diào)節(jié)亮度，用于燈上以在黃昏時(shí)分開啟，以及用于電話上以調(diào)節(jié)屏幕亮度。然而，這些目前使用的傳感器系統(tǒng)還不夠小和/或不具有足夠低的功率消耗以用于結(jié)合到接觸鏡片中。

另外也很重要的是應(yīng)注意，可使用針對人眼的計(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器。在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的軟件可識別各種視覺模式，例如睜眼和閉眼。這些系統(tǒng)可在眼科臨床環(huán)境中用于診斷目的和研究。不同于上述檢測器和系統(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)并沒有小到足以結(jié)合到接觸鏡片中，但所利用的軟件可能與結(jié)合電力式接觸鏡片應(yīng)當(dāng)工作的軟件相似。這些系統(tǒng)均可結(jié)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的軟件實(shí)現(xiàn)，所述人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)從輸入中獲得信息并相應(yīng)地調(diào)節(jié)它們的輸出?；蛘?，結(jié)合統(tǒng)計(jì)學(xué)、其它自適應(yīng)方法和/或信號處理的基于非生物學(xué)的軟件實(shí)現(xiàn)可用于創(chuàng)建智能系統(tǒng)。

為了減少鏡片上的功率消耗，鏡片通常將不會連續(xù)監(jiān)控傳感器，而是基于電路的時(shí)鐘頻率使用取樣率來監(jiān)控傳感器。與例如手表相比，根據(jù)眼科裝置的尺寸、功率消耗、重量等典型方面的限制構(gòu)建的定時(shí)電路可能具有更大漂移或固有不精確性。將鏡片用于記錄具有時(shí)間表示的數(shù)據(jù)或在特定未來時(shí)間執(zhí)行功能時(shí)，時(shí)鐘頻率的準(zhǔn)確性對于鏡片的工作變得更為重要。

因此，存在對用于調(diào)節(jié)電子式眼科鏡片上的時(shí)鐘的振蕩器頻率的裝置和方法的需求，更具體地講，存在對于將電子式眼科鏡片上的時(shí)鐘的振蕩器頻率調(diào)節(jié)至更為精確的時(shí)基以說明制造公差的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方案的具有頻率調(diào)節(jié)的電子式眼科鏡片克服了與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)聯(lián)的如上簡述的局限性。該時(shí)鐘頻率調(diào)節(jié)功能可結(jié)合到接觸鏡片中。時(shí)鐘頻率調(diào)節(jié)在至少一個(gè)實(shí)施方案中有利于更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)收集。

在至少一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及電力式眼科鏡片。該電力式眼科鏡片包括接觸鏡片、系統(tǒng)控制器(被配置成用于控制鏡片的操作并對存在于鏡片上的任何傳感器進(jìn)行取樣)、定時(shí)電路和通信電路。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，接觸鏡片包括光學(xué)區(qū)域和其中具有電子部件的周邊區(qū)域。在可供選擇的實(shí)施方案中，眼瞼位置傳感器系統(tǒng)包括帶狀傳感器，取代了多個(gè)單獨(dú)傳感器。

在至少一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及電力式眼科鏡片。該電力式眼科鏡片包括眼內(nèi)鏡片、系統(tǒng)控制器(被配置成用于控制鏡片的操作并對存在于鏡片上的任何傳感器進(jìn)行取樣)、定時(shí)電路和通信電路。

在至少一個(gè)實(shí)施方案中，提供用于更新駐留在接觸鏡片中的振蕩器的振蕩器頻率的方法，該方法包括：通過接觸鏡片上的系統(tǒng)控制器接收來自用于調(diào)節(jié)振蕩器的振蕩器頻率的外部源的至少一個(gè)信號；在接收到信號時(shí)，基于包含在該至少一個(gè)信號中的信息計(jì)算對振蕩器頻率的調(diào)節(jié)方式，根據(jù)計(jì)算出的調(diào)節(jié)方式來調(diào)節(jié)振蕩器頻率。在另一個(gè)實(shí)施方案中，計(jì)算和調(diào)節(jié)包括，在一段時(shí)間之后，計(jì)數(shù)在預(yù)先確定的時(shí)間段內(nèi)來自外部設(shè)備的至少一個(gè)信號中的多次轉(zhuǎn)變；計(jì)算在預(yù)先確定的時(shí)間段內(nèi)的轉(zhuǎn)變計(jì)數(shù)并將該轉(zhuǎn)變計(jì)數(shù)與預(yù)期計(jì)數(shù)進(jìn)行比較；當(dāng)轉(zhuǎn)變計(jì)數(shù)較低時(shí)調(diào)低時(shí)鐘頻率；當(dāng)轉(zhuǎn)變計(jì)數(shù)較高時(shí)調(diào)高時(shí)鐘頻率。在另一個(gè)實(shí)施方案中，至少一個(gè)信號包括兩個(gè)以預(yù)先確定的時(shí)間量彼此間隔的信號；至少一個(gè)信號包括有關(guān)當(dāng)前時(shí)間的信息；計(jì)算時(shí)鐘頻率的調(diào)節(jié)方式包括通過系統(tǒng)控制器基于本應(yīng)在兩個(gè)信號之間已經(jīng)發(fā)生的至少一個(gè)信號確定基準(zhǔn)轉(zhuǎn)變計(jì)數(shù)，通過系統(tǒng)控制器確定兩個(gè)信號之間發(fā)生振蕩器輸出中的多個(gè)轉(zhuǎn)變，并將轉(zhuǎn)變次數(shù)與基準(zhǔn)轉(zhuǎn)變計(jì)數(shù)進(jìn)行比較。

在任何上述實(shí)施方案的另一個(gè)實(shí)施方案中，方法還包括：更新接觸鏡片中的時(shí)鐘以匹配至少一個(gè)信號中所包含的時(shí)間，其中信息為導(dǎo)頻信號；當(dāng)更新之前時(shí)鐘上的時(shí)間與所更新的時(shí)間相比較慢時(shí)調(diào)高振蕩器頻率；當(dāng)更新之前時(shí)鐘上的時(shí)間與所更新的時(shí)間相比較快時(shí)調(diào)低振蕩器頻率。在另一個(gè)實(shí)施方案中，方法還包括通過系統(tǒng)控制器在存儲器中記錄基本時(shí)間，其中基本時(shí)間為接觸鏡片初始操作時(shí)間和接觸鏡片最后更新時(shí)間中的至少一個(gè)，并且其中調(diào)節(jié)振蕩器頻率包括確定用于調(diào)節(jié)振蕩器的振蕩器頻率的時(shí)間之間的更新時(shí)間差，確定更新之前時(shí)鐘時(shí)間與基本時(shí)間之間的運(yùn)行時(shí)間差，基于更新時(shí)間差與運(yùn)行時(shí)間差之間的關(guān)系確定時(shí)間漂移，以及基于該關(guān)系來調(diào)節(jié)振蕩器的振蕩器頻率。

在針對第一實(shí)施方案的另一個(gè)實(shí)施方案中，接收至少一個(gè)信號包括利用至少一個(gè)光電傳感器檢測光；通過系統(tǒng)控制器計(jì)數(shù)在預(yù)先確定的時(shí)間段內(nèi)的光轉(zhuǎn)變次數(shù)；通過系統(tǒng)控制器計(jì)數(shù)在相同預(yù)先確定的時(shí)間段內(nèi)來自振蕩器輸出中的轉(zhuǎn)變次數(shù)；在比較轉(zhuǎn)變計(jì)數(shù)之前使轉(zhuǎn)變計(jì)數(shù)中的至少一個(gè)規(guī)格化，以匹配其它轉(zhuǎn)變計(jì)數(shù)的頻率，其中光的轉(zhuǎn)變計(jì)數(shù)為至少一個(gè)信號中所包含的信息，并且其中光轉(zhuǎn)變?yōu)楣獾拈W爍。

在針對第一實(shí)施方案的另一個(gè)實(shí)施方案中，外部源為具有已知頻率的室內(nèi)照明設(shè)備，接收至少一個(gè)信號包括利用至少一個(gè)光電傳感器檢測光，確定光的亮度是否匹配光閾值；當(dāng)亮度匹配光閾值時(shí)，該方法還包括在接收到信號之后，利用至少一個(gè)光電傳感器檢測光，通過系統(tǒng)控制器計(jì)數(shù)在預(yù)先確定的時(shí)間段內(nèi)的光轉(zhuǎn)變次數(shù)來確定光頻率，在將振蕩器頻率與信息進(jìn)行比較之前將光頻率規(guī)格化為振蕩器頻率，其中信息為光頻率。在針對第一實(shí)施方案的另一個(gè)實(shí)施方案中，外部源為具有已知頻率的室內(nèi)照明設(shè)備，接收至少一個(gè)信號包括利用至少一個(gè)光電傳感器檢測光，該方法還包括在接收到信號之后，通過系統(tǒng)控制器計(jì)數(shù)在預(yù)先確定的時(shí)間段內(nèi)的光轉(zhuǎn)變次數(shù)來確定光頻率，在將振蕩器頻率與信息進(jìn)行比較之前將頻率為規(guī)格化振蕩器頻率，其中信息為光頻率。在針對之前兩個(gè)實(shí)施方案中的任一個(gè)的另一個(gè)實(shí)施方案中，室內(nèi)照明設(shè)備為熒光照明設(shè)備和LED照明設(shè)備中的至少一個(gè)。在針對本段落其它實(shí)施方案的另一個(gè)實(shí)施方案中，該方法還包括通過接觸鏡片接收輸入，從而識別熒光照明設(shè)備的已知頻率。在另一個(gè)實(shí)施方案中，輸入為眨眼模式模板檢測和來自非熒光照明設(shè)備的另一個(gè)外部源的傳輸中的至少一個(gè)。

在針對第一實(shí)施方案的另一個(gè)實(shí)施方案中，外部源為具有已知頻率的室內(nèi)照明設(shè)備，接收至少一個(gè)信號包括利用至少一個(gè)光電傳感器檢測光，確定光的亮度是否匹配光閾值；當(dāng)亮度匹配光閾值時(shí)，該方法還包括在接收到信號之后，利用至少一個(gè)光電傳感器檢測光，通過系統(tǒng)控制器計(jì)數(shù)在預(yù)先確定的時(shí)間段內(nèi)的光轉(zhuǎn)變次數(shù)來確定光頻率，在將振蕩器頻率與其中信息為光循環(huán)次數(shù)的信息進(jìn)行比較之前，將振蕩器頻率規(guī)格化為光照頻率。

在針對任何之前實(shí)施方案的另一個(gè)實(shí)施方案中，方法還包括將同步信號傳輸?shù)降诙佑|鏡片，所述第二接觸鏡片具有編碼信號以及多個(gè)零和一中的至少一者；以及基于從第一接觸鏡片接收的同步信號調(diào)節(jié)第二接觸鏡片上的振蕩器頻率。在另一個(gè)實(shí)施方案中，方法還包括：將漂移電平從第二接觸鏡片傳輸?shù)降谝唤佑|鏡片，將第二同步信號從第一接觸鏡片傳輸?shù)降诙佑|鏡片，所述第二同步信號具有編碼信號以及多個(gè)零和一中的至少一者，基于從第一接觸鏡片接收的第二同步信號調(diào)節(jié)第二接觸鏡片上的振蕩器頻率，將更新的漂移電平從第二接觸鏡片傳輸?shù)降谝唤佑|鏡片，將漂移電平與第一接觸鏡片進(jìn)行比較，當(dāng)漂移電平之間的差值大于漂移閾值時(shí)，則重復(fù)傳輸?shù)诙叫盘枺憫?yīng)第二同步信號調(diào)節(jié)振蕩器頻率，并傳輸更新的漂移電平。在針對之前段落的任何實(shí)施方案的另一個(gè)實(shí)施方案中，方法還包括將同步ping從接觸鏡片發(fā)送到第二接觸鏡片；在第二接觸鏡片上將累加器設(shè)置為零；通過第二接觸鏡片上的累加器計(jì)數(shù)每個(gè)循環(huán)；將第二同步ping從接觸鏡片發(fā)送到第二接觸鏡片，通過第二接觸鏡片上的系統(tǒng)控制器將累加器的內(nèi)容與ping閾值比較；以及基于與第二接觸鏡片上系統(tǒng)控制器的比較調(diào)節(jié)第二接觸鏡片上的時(shí)鐘頻率。

在針對任何之前實(shí)施方案的另一個(gè)實(shí)施方案中，調(diào)節(jié)振蕩器頻率包括調(diào)節(jié)電連接到振蕩器的寄存器。在針對任何之前實(shí)施方案的另一個(gè)實(shí)施方案中，調(diào)節(jié)振蕩器頻率包括調(diào)節(jié)可變電阻器和可變電容器中的至少一個(gè)以更改振蕩器頻率。在針對任何實(shí)施方案的另一個(gè)實(shí)施方案中，外部源為蜂窩電話、蜂窩電話塔、空中廣播信號、WiFi基站、LiFi節(jié)點(diǎn)以及臨時(shí)無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中的至少一個(gè)。在針對任何上述實(shí)施方案的另一個(gè)實(shí)施方案中，方法還包括請求來自外部源的至少一個(gè)信號。

在至少一個(gè)實(shí)施方案中，提供用于更新駐留在接觸鏡片上的時(shí)鐘的方法，所述方法包括：通過接觸鏡片上的發(fā)射器將來自系統(tǒng)控制器的時(shí)間信號傳輸?shù)酵獠吭O(shè)備；在外部設(shè)備上接收時(shí)間信號；在外部設(shè)備上將收到的時(shí)間信號與外部設(shè)備上的時(shí)鐘的當(dāng)前時(shí)間進(jìn)行比較，以確定時(shí)間校正；當(dāng)時(shí)間校正大于閾值時(shí)：基于來自外部設(shè)備的時(shí)間校正將時(shí)間校正信號傳輸?shù)浇佑|鏡片，通過接觸鏡片上的系統(tǒng)控制器接收時(shí)間校正信號，并基于時(shí)間校正信號通過系統(tǒng)控制器更新接觸鏡片上的時(shí)間；當(dāng)時(shí)間校正小于或等于閾值時(shí)，將信號從外部設(shè)備傳輸?shù)綍r(shí)間正確的系統(tǒng)控制器。在另一個(gè)實(shí)施方案中，時(shí)間校正信號包括時(shí)間校正。在另選的實(shí)施方案中，時(shí)間校正信號包括頻率調(diào)節(jié)，該頻率調(diào)節(jié)基于當(dāng)時(shí)間校正顯示接觸鏡片上的時(shí)間晚于外部設(shè)備上的時(shí)間時(shí)，將接觸鏡片中的振蕩器的振蕩器頻率調(diào)高；當(dāng)時(shí)間校正顯示接觸鏡片上的時(shí)間早于外部設(shè)備上的時(shí)間時(shí)，將接觸鏡片中的振蕩器的振蕩器頻率調(diào)低。

在至少一個(gè)實(shí)施方案中，提供用于更新駐留在接觸鏡片上的時(shí)鐘的方法，所述方法包括：通過系統(tǒng)控制器記錄存儲器中的基本時(shí)間，其中基本時(shí)間為接觸鏡片初始操作時(shí)間和接觸鏡片最后更新時(shí)間中的至少一個(gè)；通過接觸鏡片上的系統(tǒng)控制器接收來自外部源外部當(dāng)前時(shí)間的至少一個(gè)信號；確定基本時(shí)間與時(shí)鐘上的當(dāng)前時(shí)間之間的運(yùn)行時(shí)間差；確定時(shí)鐘上的當(dāng)前時(shí)間與外部當(dāng)前時(shí)間之間的更新時(shí)間差；將時(shí)鐘更新為系統(tǒng)控制器收到的外部當(dāng)前時(shí)間；基于更新時(shí)間差與運(yùn)行時(shí)間差之間的關(guān)系確定時(shí)間漂移；以及基于該關(guān)系來調(diào)節(jié)振蕩器頻率。

在至少一個(gè)實(shí)施方案中，提供用于同步兩個(gè)鏡片之間頻率的方法，所述方法包括：將同步信號從第一接觸鏡片傳輸?shù)降诙佑|鏡片，所述第二接觸鏡片具有編碼信號以及多個(gè)零和一中的至少一者；基于從第一接觸鏡片接收的同步信號調(diào)節(jié)第二接觸鏡片上的振蕩器頻率；將漂移電平從第二接觸鏡片傳輸?shù)降谝唤佑|鏡片，將第二同步信號從第一接觸鏡片傳輸?shù)降诙佑|鏡片，所述第二同步信號具有編碼信號以及多個(gè)零和一中的至少一者，基于從第一接觸鏡片接收的第二同步信號調(diào)節(jié)第二接觸鏡片上的振蕩器頻率，將更新的漂移電平從第二接觸鏡片傳輸?shù)降谝唤佑|鏡片，將漂移電平與第一接觸鏡片進(jìn)行比較，當(dāng)漂移電平之間的差異大于漂移閾值時(shí)，重復(fù)傳輸?shù)诙叫盘?，響?yīng)第二同步信號調(diào)節(jié)振蕩器頻率，傳輸更新的漂移電平并比較漂移電平。

對電力式眼科鏡片的控制可通過以無線方式與鏡片通信的手動(dòng)操作式外部裝置諸如手持式遙控單元來實(shí)現(xiàn)。作為另外一種選擇，對電力式眼科鏡片的控制可通過直接來自佩戴者的反饋信號或控制信號來實(shí)現(xiàn)。例如，內(nèi)置于鏡片中的傳感器可檢測眨眼和/或眨眼模式?；谡Ｑ勰Ｊ交蝽樞?，電力式眼科鏡片可以改變工作狀態(tài)。作為另外一種選擇，傳感器可包括例如壓力傳感器、簧片開關(guān)、鹽度傳感器、生物傳感器和電容傳感器，以提供指示鏡片已被插入的信號。

眨眼檢測方法是檢測眨眼特性的系統(tǒng)控制器部件，所述眨眼特性例如眼瞼是打開還是閉合、眨眼打開或閉合的持續(xù)時(shí)間、眨眼間隔持續(xù)時(shí)間、以及給定時(shí)間周期中的眨眼次數(shù)。根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施方案的方法依賴于以某一取樣速率入射于眼睛上的取樣光。預(yù)定眨眼模式被存儲并與最近的入射光樣本歷史進(jìn)行比較。當(dāng)模式匹配時(shí)，眨眼檢測方法便觸發(fā)系統(tǒng)控制器中的活動(dòng)，例如切換至特定的操作狀態(tài)。

在至少一個(gè)實(shí)施方案中的眨眼檢測方法和相關(guān)聯(lián)的電路在相當(dāng)寬泛的光照條件范圍內(nèi)工作，并且能夠?qū)⒂幸獾恼Ｑ坌蛄谢蜓鄄€閉合與無意的眨眼區(qū)分開來。另外優(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/或控制電力式眼科鏡片。至少一個(gè)實(shí)施方案的眨眼檢測方法和相關(guān)聯(lián)的電路提供了一種用于經(jīng)由電力式或電子式接觸鏡片來檢測眨眼的安全、低成本且可靠的裝置和方法，以實(shí)現(xiàn)對電力式或電子式眼科鏡片的激活或控制中的至少一者，所述電力式或電子式接觸鏡片還具有低功率消耗速率并且可縮小成能結(jié)合到眼科鏡片中。

附圖說明

根據(jù)以下附圖所示的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的更為具體的說明，本發(fā)明上述及其它特征結(jié)構(gòu)和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見。

圖1A和圖1B示出了根據(jù)本發(fā)明至少兩個(gè)實(shí)施方案的接觸鏡片。

圖2A示出了根據(jù)本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施方案的兩個(gè)接觸鏡片的圖解示意圖，這兩個(gè)接觸鏡片具有使兩個(gè)接觸鏡片之間的操作同步的通信通道。

圖2B示出了根據(jù)本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施方案的接觸鏡片與外部設(shè)備之間通信通道的圖解示意圖。

圖3A-3C示出了根據(jù)本發(fā)明至少三個(gè)實(shí)施方案用于更新接觸鏡片時(shí)鐘振蕩器頻率的方法的流程圖。

圖4A示出了根據(jù)本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施方案用于更新接觸鏡片時(shí)鐘振蕩器頻率的另一種方法的流程圖。

圖4B-4D示出了將振蕩器循環(huán)覆蓋至基準(zhǔn)信號的示例。

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施方案用于更新鏡片時(shí)鐘的方法的流程圖。

圖6示出了根據(jù)本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施方案的眨眼檢測系統(tǒng)。

圖7示出了根據(jù)本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施方案的入射于眼睛表面上的光與時(shí)間的關(guān)系圖示，其示出在各種光強(qiáng)度水平下所記錄的可能無意的眨眼模式與時(shí)間的關(guān)系以及基于最大光強(qiáng)度水平與最小光強(qiáng)度水平之間某一點(diǎn)的可用閾值水平。

圖8示出了根據(jù)本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施方案的眨眼檢測系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)變圖。

圖9示出了根據(jù)本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施方案的用于對所接收的光信號進(jìn)行檢測和取樣的光電檢測路徑的圖解示意圖。

圖10示出了根據(jù)本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施方案的數(shù)字調(diào)節(jié)邏輯的框圖。

圖11示出了根據(jù)本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施方案的數(shù)字檢測邏輯的框圖。

圖12示出了根據(jù)本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施方案的時(shí)序圖。

圖13示出了根據(jù)本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施方案的數(shù)字系統(tǒng)控制器的圖解示意圖。

圖14A至圖14G示出了根據(jù)本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施方案的用于自動(dòng)增益控制的時(shí)序圖。

圖15示出了根據(jù)本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施方案的集成電路管芯上的光阻擋區(qū)域和光通過區(qū)域的示意圖。

圖16示出了根據(jù)本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施方案的用于電力式接觸鏡片的電子插件(包括眨眼檢測器)的示意圖。

圖17A和圖17B示出了根據(jù)本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施方案的眼瞼位置傳感器的圖解示意圖。

圖18A示出了根據(jù)本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施方案的用于檢測眼瞼位置的結(jié)合到接觸鏡片中的電子系統(tǒng)的圖解示意圖。

圖18B示出圖18A的電子系統(tǒng)的放大視圖。

具體實(shí)施方式

常規(guī)的接觸鏡片為具有特定形狀的聚合物結(jié)構(gòu)，以如上所簡述地矯正各種視力問題。為了獲得增強(qiáng)的功能，可將各種電路和部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、功率源、傳感器、警示機(jī)構(gòu)、發(fā)光二極管和微型天線可經(jīng)由定制內(nèi)置的光電部件集成到接觸鏡片中，以不僅矯正視力，而且提高視力，以及提供如本文所闡述的附加功能?？蓪㈦娮邮胶?或電力式接觸鏡片設(shè)計(jì)成經(jīng)由放大和縮小能力或者只是簡單地改變鏡片的屈光能力來提供增強(qiáng)的視力?？蓪㈦娮邮胶?或電力式接觸鏡片設(shè)計(jì)成增強(qiáng)顏色和分辨率、顯示文本信息、將語音實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)樽帜?、提供?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?？蓪㈢R片設(shè)計(jì)成允許佩戴者在低光照條件下視物。鏡片上經(jīng)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光學(xué)鏡片的情況下將圖像投射到視網(wǎng)膜上，提供新型圖像顯示器，并且甚至提供喚醒警示。此外，可利用內(nèi)置于鏡片中的傳感器來檢測入射到眼睛上的光，以補(bǔ)償環(huán)境光照條件或者用于確定眨眼模式以及佩戴者是睡著還是清醒的。

在至少一個(gè)實(shí)施方案中，電力式或電子式接觸鏡片包括的元件可矯正和/或提高具有上述視力缺陷中的一種或多種的患者的視力，或者以其它方式執(zhí)行可用的眼科功能。此外，電子式接觸鏡片可僅僅用來提高正常的視力，或者提供如本公開所述的寬泛的多種功能。電子式接觸鏡片可具有可變焦光學(xué)鏡片，嵌入到接觸鏡片中的已組裝前光學(xué)件，或者僅簡單地嵌入任何合適功能的電子器件而沒有鏡片。電子式鏡片可結(jié)合到任何數(shù)目的如上述接觸鏡片中。此外，眼內(nèi)鏡片也可結(jié)合本文所述的各種部件和功能。然而，為了容易解釋，本公開將集中于用于矯正視力缺陷的旨在用于單次使用日拋型的電子式接觸鏡片。

本發(fā)明可用于具有電子系統(tǒng)的電力式眼科鏡片或電力式接觸鏡片，該電子系統(tǒng)致動(dòng)可變焦光學(xué)器件或任何其它被配置成實(shí)現(xiàn)可執(zhí)行的任何數(shù)量諸多功能的一種或多種裝置。電子系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)電池或其它電源、功率管理電路、一個(gè)或多個(gè)傳感器、時(shí)鐘生成電路、控制方法和電路，以及鏡片驅(qū)動(dòng)器電路。這些部件的復(fù)雜性可能根據(jù)所需要或所期望的鏡片功能而有所不同。

對電子式或電力式眼科鏡片的控制可通過與鏡片通信的手動(dòng)操作式外部裝置諸如手持式遙控單元來實(shí)現(xiàn)。例如，表鏈可基于佩戴者的人工輸入與電力式鏡片進(jìn)行無線通信。作為另外一種選擇，對電力式眼科鏡片的控制可通過直接來自佩戴者的反饋信號或控制信號來實(shí)現(xiàn)。例如，內(nèi)置于鏡片中的傳感器可檢測眨眼、眨眼模式和/或眼瞼閉合?；谡Ｑ勰Ｊ交蝽樞?，電力式眼科鏡片可以改變工作狀態(tài)。另一種選擇是，佩戴者無法控制電力式眼科鏡片的操作。

圖1A示出了在至少一個(gè)實(shí)施方案中提供用于調(diào)節(jié)接觸鏡片上的定時(shí)電路的時(shí)鐘頻率的系統(tǒng)。示出的系統(tǒng)包括具有主體(或插件)的接觸鏡片100，該主體包封通信電路110、定時(shí)電路120以及與通信電路110和定時(shí)電路120電通信的系統(tǒng)控制器130的至少一部分。

通信電路110有利于在系統(tǒng)控制器130與定時(shí)信息的外部源之間的通信。外部源的示例包括接觸鏡片的佩帶者、表鏈、諸如熒光燈照明設(shè)備和發(fā)光二極管(LED)照明設(shè)備的室內(nèi)照明設(shè)備、蜂窩電話、智能手機(jī)、智能手表、計(jì)算機(jī)、包括平板電腦的移動(dòng)計(jì)算設(shè)備、蜂窩電話塔、空中廣播信號(例如電視、廣播或陸地移動(dòng)業(yè)務(wù))、全球定位系統(tǒng)(GPS)、WiFi基站、LiFi節(jié)點(diǎn)以及臨時(shí)無線網(wǎng)絡(luò)。另外的示例為能夠提供時(shí)間信號的任何源，在至少一個(gè)實(shí)施方案中時(shí)間信號為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號和/或可信時(shí)間信號。在至少一個(gè)實(shí)施方案中的通信電路110包括天線和接收器。在另一個(gè)另選實(shí)施方案中，除了接收器或收發(fā)器，通信電路110還可包括發(fā)射器。

定時(shí)電路120提供時(shí)鐘信號，用于操作需要時(shí)鐘信號的接觸鏡片上的部件。在至少一個(gè)實(shí)施方案中的定時(shí)電路120包括用于跟蹤經(jīng)過時(shí)間的累加器122。累加器的示例為用作計(jì)數(shù)器的寄存器。在另選的實(shí)施方案中，累加器122被設(shè)定為逼近未來時(shí)間的值，在該未來時(shí)間將向佩帶者提供警報(bào)并且警報(bào)將以從該值倒計(jì)數(shù)的方式工作，致使系統(tǒng)控制器130執(zhí)行讀數(shù)和零之間的比較，以確定何時(shí)發(fā)送警示信號。在另選的實(shí)施方案中，如圖1B中示出的定時(shí)電路120可包括具有例如石英的晶體、電阻器-電容器(RC)、電感器-電容器(LC)和/或馳豫電路的振蕩器124。在另一個(gè)實(shí)施方案中，振蕩器頻率至少部分地由包括可選的電容器、變?nèi)荻O管和/或可變電阻器的陣列的可變電容器確定。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，調(diào)節(jié)與振蕩器電連通的寄存器，然后將寄存器的內(nèi)容解碼，以提供致使振蕩器頻率調(diào)節(jié)的可變部件的調(diào)節(jié)。

系統(tǒng)控制器130提供存在于接觸鏡片100上的電子部件的操作，包括獲取來自傳感器的讀數(shù)，以及發(fā)送用于操作接觸鏡片100上除了通信電路110和定時(shí)電路120之外還可能存在的致動(dòng)器或警示機(jī)構(gòu)的控制信號。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，系統(tǒng)控制器130包括存儲器132。

在圖1A和圖1B中還示出了電源140，其為接觸鏡片100上的多個(gè)電子部件供電。電力可由電池、能量采集器或本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的其它合適裝置提供。實(shí)質(zhì)上，可利用任何類型的電源140來為系統(tǒng)的所有其它部件提供可靠的電力。在另選的實(shí)施方案中，省略了通信電路110并通過用作時(shí)間信號接收器的能量采集器提供通信功能，例如在另選的實(shí)施方案中，能量采集器為太陽能電池或用于接收功率和時(shí)基信號(或指示)兩者的無線電頻率(RF)接收器。在另一個(gè)另選的實(shí)施方案中，能量采集器為感應(yīng)充電器，其中除了諸如RFID的數(shù)據(jù)之外還傳輸功率。在這些另選實(shí)施方案中的一個(gè)或多個(gè)中，時(shí)間信號可為所采集的能量中所固有的，例如感應(yīng)充電或照明中的N*60Hz。

圖2A示出了這樣的系統(tǒng)，其中接觸鏡片200至少部分地覆蓋兩只眼睛280。傳感器陣列220存在于接觸鏡片200兩者中以確定眼瞼的位置，如針對圖17A-18B所述。在該實(shí)施方案中，接觸鏡片200各自包括電子通信部件210，該電子通信部件為圖1A中通信電路110的示例。每個(gè)接觸鏡片200中的電子通信部件210允許在接觸鏡片200之間進(jìn)行雙向通信。電子通信部件210可包括RF收發(fā)器、天線、光電傳感器222的接口電路、以及相關(guān)聯(lián)的或相似的電子部件。由線260所表示的通信信道可包括在適當(dāng)頻率和功率下具有適當(dāng)數(shù)據(jù)協(xié)議的RF傳輸，以允許接觸鏡片200之間的有效通信。兩個(gè)接觸鏡片200之間的數(shù)據(jù)傳輸可例如驗(yàn)證兩個(gè)眼瞼都已閉合，以檢測真實(shí)的、有目的眨眼，而不是合一下眼或不自主的眨眼。該傳輸還可允許系統(tǒng)確定兩個(gè)眼瞼的閉合度是否相似，例如，確定哪一種與近距離閱讀的用戶相關(guān)。數(shù)據(jù)傳輸272也可從外部設(shè)備270進(jìn)行傳輸和/或傳輸?shù)酵獠吭O(shè)備，外部設(shè)備例如眼鏡片或智能手機(jī)(或其它基于處理器的系統(tǒng))，如圖2B中所示。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，電子通信部件210例如允許將數(shù)據(jù)同步請求(或ping)傳輸至具有通信部件274的智能手機(jī)(或其它外部設(shè)備)270以及接收來自智能手機(jī)的響應(yīng)。這樣，在至少一個(gè)另選的實(shí)施方案中，電子通信部件210就可僅存在于一個(gè)鏡片上。

圖3A和圖3B示出了用于更新駐留在接觸鏡片中的振蕩器的振蕩器頻率或另選地或除此之外的時(shí)鐘保持的時(shí)間的方法。接觸鏡片上的系統(tǒng)控制器接收來自外部源的至少一個(gè)信號(步驟302)。信號提供允許用于調(diào)節(jié)振蕩器頻率的信息?？赡艽嬖谟谛盘栔械男畔㈩愋偷氖纠ó?dāng)前時(shí)間、時(shí)間ping、導(dǎo)頻信號、第一ping信號以及隨后的在第一ping信號之后的預(yù)先確定時(shí)間處的第二ping信號、具有可檢測頻率的周期性信號、頻率調(diào)節(jié)、來自在一段時(shí)間內(nèi)打開和關(guān)閉的光的一系列光信號、光閃爍、在至少一個(gè)實(shí)施方案中通過時(shí)鐘或節(jié)拍器定時(shí)的佩戴者的一系列眨眼，以及接觸鏡片具有落入閾值以內(nèi)的足夠準(zhǔn)確時(shí)間的確認(rèn)。

在接收信號(圖3A)之后或逼近或先于接收信號時(shí)(圖3B)，系統(tǒng)控制器通過零計(jì)數(shù)從零到一和/或從一到零進(jìn)行振蕩器轉(zhuǎn)變計(jì)數(shù)(分別為步驟304、304')。在另選的實(shí)施方案中，系統(tǒng)控制器通過解碼嵌入來自外部設(shè)備的通信內(nèi)的絕對時(shí)間或相對時(shí)間或頻率值來確定振蕩器頻率。

在接收至少一個(gè)信號之后，系統(tǒng)控制器基于包含在至少一個(gè)信號中的信息來計(jì)算對振蕩器頻率的調(diào)節(jié)(步驟306)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，系統(tǒng)控制器通過比較振蕩器頻率計(jì)數(shù)與來自至少一個(gè)信號的信息來計(jì)算振蕩器頻率調(diào)節(jié)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，系統(tǒng)控制器基于應(yīng)已在一對收到的信號之間發(fā)生的循環(huán)次數(shù)將振蕩器頻率調(diào)節(jié)計(jì)算為實(shí)際發(fā)生的循環(huán)次數(shù)。系統(tǒng)控制器使用計(jì)算得到的調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)振蕩器頻率(步驟308)。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，振蕩器頻率在振蕩器頻率計(jì)數(shù)小于信息時(shí)增大，并且振蕩器頻率在振蕩器頻率計(jì)數(shù)大于信息時(shí)減小?；蛘?，在比較來自外部源的時(shí)間時(shí)，基于接觸鏡片上的時(shí)間的比較來調(diào)節(jié)時(shí)鐘頻率。

在另選的實(shí)施方案中，諸如導(dǎo)頻信號的至少一個(gè)信號包括時(shí)間。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，接觸鏡片上的時(shí)間與至少一個(gè)信號中的時(shí)間之間的差異為時(shí)間漂移。當(dāng)時(shí)鐘上的時(shí)間在更新之前與所更新的時(shí)間相比較慢時(shí)調(diào)高振蕩器頻率，所更新的時(shí)間在至少一個(gè)實(shí)施方案中為至少一個(gè)信號中的時(shí)間。當(dāng)更新之前時(shí)鐘上的時(shí)間與所更新的時(shí)間相比較快時(shí)調(diào)低振蕩器頻率。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，基于與自最后更新以來的時(shí)間相比的差值(或時(shí)間偏移)來確定調(diào)節(jié)量，在至少一個(gè)實(shí)施方案中，調(diào)節(jié)量保留在諸如連接到系統(tǒng)控制器或存在于系統(tǒng)控制器中的寄存器的存儲器中。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，時(shí)間比較提供作為振蕩器頻率調(diào)節(jié)依據(jù)的關(guān)系。在至少一個(gè)另外的實(shí)施方案中，接觸鏡片上的時(shí)鐘上的時(shí)間被更新以匹配至少一個(gè)信號中的時(shí)間。

圖3C示出使用在時(shí)間上彼此間隔預(yù)先確定時(shí)間量的兩個(gè)信號的方法。接觸鏡片接收來自外部設(shè)備的信號，在至少一個(gè)實(shí)施方案中信號包括有關(guān)當(dāng)前時(shí)間的信息(步驟312)。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，該信號中的至少一個(gè)包括應(yīng)在兩個(gè)信號之間發(fā)生的基準(zhǔn)轉(zhuǎn)變計(jì)數(shù)，以允許系統(tǒng)控制器確定基準(zhǔn)轉(zhuǎn)變計(jì)數(shù)(步驟314)。系統(tǒng)控制器確定在兩個(gè)信號之間所發(fā)生振蕩器輸出中的轉(zhuǎn)變次數(shù)(步驟316)。確定轉(zhuǎn)變次數(shù)的方法的一個(gè)示例為例如結(jié)合圖3A和圖3B所述對轉(zhuǎn)變進(jìn)行計(jì)數(shù)。系統(tǒng)控制器將轉(zhuǎn)變次數(shù)與基準(zhǔn)轉(zhuǎn)變計(jì)數(shù)進(jìn)行比較(步驟318)，例如以提供用于振蕩器頻率的調(diào)節(jié)量。

基于本公開以及本公開中的稍后部分有關(guān)眨眼檢測的討論，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解到可將光電傳感器/光探測器實(shí)施方案用于檢測光水平和光水平變化。請參見例如圖6-18B。

在外部源為諸如熒光燈或具有已知頻率的LED燈的照明設(shè)備的實(shí)施方案中，接收至少一個(gè)信號包括通過光電傳感器(諸如用在稍后討論的眨眼檢測實(shí)施方案中的光電傳感器)檢測是否存在照明設(shè)備。系統(tǒng)控制器結(jié)合眨眼檢測部件一起確定光電傳感器檢測到的光亮度是否符合光閾值，該閾值在至少一個(gè)實(shí)施方案中存儲在屬于系統(tǒng)控制器一部分的存儲器中。當(dāng)入射亮度符合或超出光閾值時(shí)，方法包括額外的步驟來從光中提取頻率信息。在另選的實(shí)施方案中，系統(tǒng)控制器不依靠光閾值來檢查頻率，但相反如果光亮度不足，除非將發(fā)生頻率檢查，否則可能不會檢測到閃爍。

頻率信息提取方法的一個(gè)示例包括使用至少一個(gè)光電傳感器檢測光，通過系統(tǒng)控制器計(jì)數(shù)光在多個(gè)轉(zhuǎn)變中的轉(zhuǎn)變次數(shù)，然后將檢測到的光轉(zhuǎn)變次數(shù)與期望的光轉(zhuǎn)變的預(yù)先確定值進(jìn)行比較。方法的另一個(gè)示例包括使用至少一個(gè)光電傳感器檢測光，通過系統(tǒng)控制器計(jì)數(shù)光在預(yù)先確定的時(shí)間段內(nèi)從亮起到熄滅和/或從熄滅到亮起的轉(zhuǎn)變次數(shù)，檢索表示在預(yù)先確定的時(shí)間段內(nèi)的振蕩器轉(zhuǎn)變次數(shù)的值，并且在至少一個(gè)實(shí)施方案中將振蕩器值規(guī)格化為光轉(zhuǎn)變計(jì)數(shù)或反之亦然。規(guī)格化允許比較兩個(gè)源，這兩個(gè)源將可能使用不同的頻率來確定在一段時(shí)間內(nèi)接觸鏡片振蕩器頻率是否以正確的頻率工作，并且根據(jù)需要提供足夠的信息來進(jìn)行調(diào)節(jié)。在接觸鏡片振蕩器的頻率以及照明基本相同的另選實(shí)施方案中，可省略計(jì)數(shù)規(guī)格化。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，對光進(jìn)行檢測允許系統(tǒng)控制器確定燈工作時(shí)應(yīng)處于的頻率，和/或預(yù)期光循環(huán)的預(yù)先確定值。在另選的實(shí)施方案中，系統(tǒng)控制器接收信號，該信號通知系統(tǒng)控制器在給定全球不同電力線頻率的情況下有地理位置可用于進(jìn)一步從存儲器中選擇光頻率。

圖4A示出了從光源中提取頻率信息的上述示例的更一般方法。圖4B-4D示出了基于不同振蕩器頻率使用接觸鏡片來取樣的三個(gè)示例：頻率太快、頻率正確以及頻率太慢。接觸鏡片接收射到至少一個(gè)光電傳感器上的光(步驟402)。由至少一個(gè)光電傳感器生成的信號在振蕩器提供的頻率上被取樣(步驟404)。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，光電傳感器信號的取樣在預(yù)先確定的時(shí)間段內(nèi)完成，而在至少一個(gè)其它實(shí)施方案中取樣一直持續(xù)到在光電傳感器信號中檢測到預(yù)先確定的轉(zhuǎn)變。系統(tǒng)控制器計(jì)數(shù)光電傳感器信號輸出中的轉(zhuǎn)變次數(shù)(步驟406)。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，光的閃爍生成光轉(zhuǎn)變，其中閃爍是光亮度超出閃爍閾值的變化，在另一個(gè)實(shí)施方案中光從亮起狀態(tài)轉(zhuǎn)變到熄滅狀態(tài)和/或從熄滅狀態(tài)轉(zhuǎn)變到亮起狀態(tài)。通常在閃爍事件中，熒光燈的最小瞬時(shí)亮度將不會達(dá)到零，但瞬時(shí)亮度將有可檢測到的減小。在斷定取樣之后，系統(tǒng)控制器將光電傳感器信號轉(zhuǎn)變的次數(shù)與振蕩循環(huán)的次數(shù)進(jìn)行比較(步驟408)。當(dāng)這兩個(gè)值相差預(yù)先確定的閾值時(shí)(步驟410)，則調(diào)整振蕩器頻率(步驟412)。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，預(yù)先確定的閾值設(shè)定為零。在圖4B-4D中，豎直虛線表示系統(tǒng)控制器執(zhí)行的取樣事件，其頻率與振蕩器頻率相關(guān)。圖4B示出了其中振蕩器頻率應(yīng)當(dāng)變慢的情況。圖4C示出了其中振蕩器頻率不應(yīng)當(dāng)進(jìn)行調(diào)節(jié)的情況。圖4D示出了其中振蕩器頻率應(yīng)當(dāng)增大的情況。

系統(tǒng)控制器可以如何調(diào)節(jié)振蕩器頻率的示例包括調(diào)節(jié)電連接到定時(shí)電路中的振蕩器的寄存器，調(diào)節(jié)定時(shí)電路中的可變電阻器，調(diào)節(jié)定時(shí)電路中的可變電容器(諸如選擇陣列中的哪些電容器用作電路的一部分)，調(diào)節(jié)振蕩器的電流源，調(diào)節(jié)振蕩器的電壓源，推拉可變振蕩器，以及修改數(shù)字振蕩器的設(shè)置。

在另一個(gè)實(shí)施方案中，接觸鏡片傳輸同步信號至第二接觸鏡片，其中同步信號具有多個(gè)零和一。提供該頻率對齊的一種方式是使用Manchester解碼。

使用Manchester解碼的方法示例以接受被取樣的信號開始直至發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變或邊緣。在第二步中，必須確定輸入信號是可以與用于確定獲取樣本的時(shí)間的時(shí)鐘對準(zhǔn)還是可以與該時(shí)鐘同相。首先，檢查連續(xù)的樣本值，以發(fā)現(xiàn)或?qū)ふ覐?到0或從0到1的轉(zhuǎn)變。如果發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)變，則假定其可以是中間符號轉(zhuǎn)變。如果其實(shí)際上是中間符號轉(zhuǎn)變，那么在特定時(shí)期內(nèi)不采集額外的樣本。換句話講，一可從中間符號轉(zhuǎn)變向前跳轉(zhuǎn)到應(yīng)位于下一個(gè)“前半部分符號時(shí)間”的中間的樣本時(shí)間。這是以8x過取樣時(shí)隨后的3/4符號或隨后的六(6)個(gè)樣本。在第三步中，將前兩個(gè)步驟重復(fù)兩次，以確保檢測到數(shù)據(jù)符號。在第四步中，將取樣計(jì)數(shù)設(shè)置為零并執(zhí)行取樣，直至發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變或邊緣。如果取樣計(jì)數(shù)低于目標(biāo)轉(zhuǎn)變?nèi)佑?jì)數(shù)，那么接收器的取樣時(shí)鐘頻率被升高。如果取樣計(jì)數(shù)高于目標(biāo)轉(zhuǎn)變?nèi)佑?jì)數(shù)，那么接收器的取樣時(shí)鐘頻率被降低。在第五步中，重復(fù)第二步的方法。在第六步中，重復(fù)第四步和第五步，直至過去足夠長的時(shí)間，以確保接收器經(jīng)過了允許的連續(xù)1的最長運(yùn)行。在第七步中，將取樣計(jì)數(shù)設(shè)置為零并對信號進(jìn)行取樣，直至發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變或邊緣。任選地，如果取樣計(jì)數(shù)低于目標(biāo)轉(zhuǎn)變?nèi)佑?jì)數(shù)，那么接收器的樣本時(shí)鐘頻率可被升高，而如果取樣計(jì)數(shù)高于目標(biāo)轉(zhuǎn)變?nèi)佑?jì)數(shù)，那么接收器的樣本時(shí)鐘頻率可被降低。在第八步中，重復(fù)第二步的方法。在第九步即最后一步中，重復(fù)第七步和第八步，直至采集完所需數(shù)量的樣本。

在一對接觸鏡片之間通信的另一個(gè)實(shí)施方案中，第二接觸鏡片將漂移電平傳輸?shù)降谝唤佑|鏡片。第一接觸鏡片通過將具有多個(gè)零和一的第二同步信號傳輸?shù)降诙佑|鏡片進(jìn)行響應(yīng)。第二接觸鏡片解碼第二同步信號，以嘗試在將更新的漂移電平傳輸?shù)降谝唤佑|鏡片之前，將其時(shí)鐘頻率與第一接觸鏡片的時(shí)鐘頻率同步。如上所討論，解碼第二同步信號的一種方法是使用Manchester解碼。第一接觸鏡片比較漂移電平，漂移電平在至少一個(gè)實(shí)施方案中存儲在寄存器中或其它存儲器中。當(dāng)?shù)谝唤佑|鏡片發(fā)現(xiàn)漂移電平之間的差值大于漂移閾值時(shí)，則會重復(fù)該方法。

在另一個(gè)另選的實(shí)施方案中，第一接觸鏡片使第二接觸鏡片的振蕩器頻率與其振蕩器頻率同步。第一接觸鏡片將同步ping發(fā)送到第二接觸鏡片。第二接觸鏡片將累加器設(shè)置為零。第二接觸鏡片通過累加器計(jì)數(shù)每個(gè)循環(huán)。第一接觸鏡片將第二同步ping發(fā)送到第二接觸鏡片。第二接觸鏡片的系統(tǒng)控制器將累加器的內(nèi)容與ping閾值進(jìn)行比較。第二接觸鏡片上的系統(tǒng)控制器基于比較情況調(diào)節(jié)第二接觸鏡片上的振蕩器頻率。

在另選的實(shí)施方案中，接觸鏡片結(jié)合外部設(shè)備工作，外部設(shè)備在至少一個(gè)實(shí)施方案中選自具有處理器或其它計(jì)算功能的設(shè)備，可從之前確定的外部源進(jìn)行雙向通信。在圖5中示出了更新駐留在接觸鏡片中的振蕩器的振蕩器頻率和/或時(shí)鐘上的時(shí)間的方法。系統(tǒng)控制器通過接觸鏡片上的發(fā)射器將時(shí)間信號傳輸?shù)酵獠吭O(shè)備(步驟502)。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，時(shí)間信號為接觸鏡片上保留的當(dāng)前時(shí)間。外部設(shè)備接收時(shí)間信號(步驟504)，并將其與外部設(shè)備上的時(shí)鐘上的當(dāng)前時(shí)間進(jìn)行比較以確定時(shí)間校正(步驟506)。當(dāng)外部設(shè)備發(fā)現(xiàn)時(shí)間校正大于閾值時(shí)(步驟508)，外部設(shè)備將基于時(shí)間校正將時(shí)間校正信號傳輸?shù)浇佑|鏡片(步驟510)，接觸鏡片上的系統(tǒng)控制器接收時(shí)間校正(步驟512)并更新接觸鏡片上的時(shí)間(步驟514)。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，當(dāng)時(shí)間校正小于或等于閾值時(shí)，外部設(shè)備會將信號傳輸?shù)浇佑|鏡片上的時(shí)間正確的系統(tǒng)控制器(步驟516)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，時(shí)間校正信號包括時(shí)間校正。在另一個(gè)另選的實(shí)施方案中，時(shí)間校正信號包括頻率調(diào)節(jié)，該頻率調(diào)節(jié)的計(jì)算基于：當(dāng)時(shí)間校正顯示接觸鏡片上的時(shí)間晚于外部設(shè)備上的時(shí)間時(shí)，調(diào)高時(shí)鐘頻率；當(dāng)時(shí)間校正顯示接觸鏡片上的時(shí)間早于外部設(shè)備上的時(shí)間時(shí)，調(diào)低時(shí)鐘頻率。

在至少一個(gè)實(shí)施方案中，眨眼檢測方法是檢測眨眼特性的系統(tǒng)控制器的一個(gè)方面，所述眨眼特性例如眼瞼是打開還是閉合、眨眼的持續(xù)時(shí)間、眨眼之間的持續(xù)時(shí)間、給定時(shí)間周期中的眨眼次數(shù)、以及眼瞼閉合持續(xù)時(shí)間。如之前所提及，光檢測器眨眼檢測系統(tǒng)還可用于檢查光閃爍，并且在至少一個(gè)實(shí)施方案中使用光閃爍來檢測頻率。根據(jù)本發(fā)明的方法依賴于以某一取樣速率取樣入射于眼睛上的光。預(yù)定眨眼模式被存儲并與最近的入射光樣本歷史進(jìn)行比較。當(dāng)模式相匹配時(shí)，眨眼檢測方法可觸發(fā)系統(tǒng)控制器中的活動(dòng)，例如致動(dòng)鏡片驅(qū)動(dòng)器以改變鏡片的屈光力或改變鏡片的操作狀態(tài)。

眨眼是眼瞼的快速閉合和打開，并且是眼睛的基本功能。眨眼保護(hù)眼睛免受異物損傷，例如當(dāng)有物體意外出現(xiàn)在眼睛附近時(shí)，個(gè)體眨眼。眨眼通過鋪展淚液而在眼睛的前表面上提供潤滑。眨眼還起到從眼睛中移除污染物和/或刺激物的作用。正常情況下，眨眼是自動(dòng)完成的，但外部刺激可能有助于眨眼，例如在存在刺激物的情況下。然而，眨眼也可能是有目的的，例如對于不能通過語言或手勢進(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)明的眨眼檢測方法和系統(tǒng)采用不會與正常眨眼響應(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隨機(jī)出現(xiàn)；否則，可能發(fā)生無意的動(dòng)作。由于眨眼速度和/頻率可受到多種因素(包括疲勞、專注、無聊、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它影響眨眼的變量。無意眨眼的平均長度在約一百(100)毫秒至四百(400)毫秒的范圍內(nèi)。成年男性和女性的平均眨眼速率為每分鐘十(10)次無意眨眼，并且無意眨眼之間的平均時(shí)間為約0.3秒至七十(70)秒。眼瞼運(yùn)動(dòng)還可以指示其它情況，諸如當(dāng)眼瞼具有閉合一段時(shí)間的總趨勢時(shí)指示困倦，或者閉合一段時(shí)間指示佩戴者已睡著。

眨眼檢測方法的實(shí)施方案可概括為以下步驟。

1.定義使用者將執(zhí)行的有意“眨眼序列”以用于積極的眨眼檢測或者其代表睡眠開始。

2.以與檢測眨眼序列一致的速率對入射光水平取樣并剔除無意眨眼。

3.將所取樣光水平的歷史與如通過值的眨眼模板定義的預(yù)期“眨眼序列”進(jìn)行比較。

4.任選地，實(shí)現(xiàn)眨眼“遮罩”序列以指示在比較期間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(1)錯(cuò)誤窗口，其中可能出現(xiàn)鏡片激活、控制和焦距改變中的一者或多者。另外，這可允許眨眼序列的使用者時(shí)序發(fā)生變化。

眨眼序列可定義如下：

1.眨眼(閉合)0.5s

2.睜開0.5s

3.眨眼(閉合)0.5s

在一百(100)ms的取樣速率下，二十(20)個(gè)樣本的眨眼模板表示為：

blink_template＝[1,1,1,0,0,0,0,0,1,1,1,1,1,0,0,0,0,0,1,1]。

眨眼遮罩被定義為將在轉(zhuǎn)變之后立即出現(xiàn)的樣本遮去(0用于遮去或忽略樣本)，表示為：

blink_mask＝[1,1,1,0,1,1,1,1,0,1,1,1,1,0,1,1,1,1,0,1]。

任選地，可遮去更寬泛的轉(zhuǎn)變區(qū)域以允許更大的時(shí)序不確定性，表示為：

blink_mask＝[1,1,0,0,1,1,1,0,0,1,1,1,0,0,1,1,1,0,0,1]。

可實(shí)現(xiàn)替代的模式，例如單次長時(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：

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]。

在一個(gè)另選的實(shí)施方案中，在沒有blink_mask的情況下使用該blink_template。

重要的是應(yīng)注意，上述示例用于示例性目的，而并不代表具體的一組數(shù)據(jù)。

可通過將樣本歷史對照模板和遮罩進(jìn)行邏輯比較來實(shí)現(xiàn)檢測。邏輯運(yùn)算是逐位地對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，在眨眼遮罩序列的值為邏輯1的每個(gè)位置中，眨眼必須與序列該位置中的眨眼遮罩模板相匹配。然而，在眨眼遮罩序列的值為邏輯0的每個(gè)位置中，不需要眨眼與序列該位置中的眨眼遮罩模板相匹配。例如，可利用如用(MathWorks,Natick MA))編碼的以下布爾法方程。

matched＝not(blink_mask)|not(xor(blink_template,test_sample))，

其中test_sample是樣本歷史。匹配值是與眨眼模板、樣本歷史和blink_mask具有相同長度的序列。如果所有匹配序列為邏輯1，則實(shí)現(xiàn)了良好匹配。將其分解，not(xor(blink_template,test_sample))對每處失配均得出邏輯0，并且對于每處匹配均得出邏輯1。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0之處變成邏輯1。因此，在眨眼遮罩模板中值被指定為邏輯0的位置越多，與人眨眼有關(guān)的錯(cuò)誤容限就允許越大。另外也很重要的是應(yīng)注意，眨眼遮罩模板中邏輯0的數(shù)目越大，與預(yù)期的或希望的眨眼模式相匹配的誤報(bào)可能性就越大。應(yīng)當(dāng)理解，多種預(yù)期的或希望的眨眼模式可被編程到具有一個(gè)或多個(gè)同時(shí)工作的接口的設(shè)備，并在至少一個(gè)實(shí)施方案中控制特定眨眼模式在特定操作狀態(tài)下的使用。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)眨眼模式使鏡片在至少一個(gè)睡眠操作狀態(tài)和喚醒操作狀態(tài)之間改變操作狀態(tài)。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，眨眼檢測在眼瞼保持閉合時(shí)還可以進(jìn)行檢測，其檢測結(jié)果將是連續(xù)眨眼；眼瞼具有閉合入睡的運(yùn)動(dòng)軌跡，其檢測結(jié)果將是部分眨眼或一系列部分眨眼，諸如當(dāng)眨眼發(fā)生后傳感器的一部分被眼瞼覆蓋；以及眼瞼下垂，其檢測結(jié)果將是在上眼瞼和/或下眼瞼從其確認(rèn)或未確認(rèn)注視位置和/或頭部下垂的正常穩(wěn)態(tài)位置發(fā)生穩(wěn)態(tài)位置上的改變。

圖6以框圖形式示出接觸鏡片600，該接觸鏡片具有光電傳感器612、放大器614、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(或ADC)616、數(shù)字信號處理器618、定時(shí)電路620、系統(tǒng)控制器630和電源640。如上所述，部件612-618也可為通信電路的一部分，或者另選地通信電路分離且包括天線，在另一個(gè)實(shí)施方案中則包括收發(fā)器。在另一個(gè)另選的實(shí)施方案中，通信電路包括光電傳感器相關(guān)的部件和無線電信號通信部件兩者。

當(dāng)接觸鏡片600放置到使用者眼睛的前表面上時(shí)，可利用眨眼檢測器系統(tǒng)的電子電路來實(shí)現(xiàn)根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施方案的眨眼檢測方法。光電傳感器612以及其它電路被配置成檢測眨眼、由使用者眼睛產(chǎn)生的各種眨眼模式、眼瞼閉合水平和/或環(huán)境光水平。

在該實(shí)施方案中，光電傳感器612可嵌入到接觸鏡片600中并接收環(huán)境光681，將入射光子轉(zhuǎn)變成電子，從而產(chǎn)生流入放大器614中的電流(用箭頭613表示)。光電傳感器或光電探測器612可包括任何合適的裝置。在一個(gè)實(shí)施方案中，光電傳感器612包括至少一個(gè)光電二極管。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，光電二極管被應(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電傳感器612和其它電路的總體尺寸。電流613與入射光水平成比例，并在光電探測器612被眼瞼覆蓋時(shí)顯著減小。放大器614產(chǎn)生與輸入成比例的放大輸出，并可用作將輸入電流轉(zhuǎn)換成輸出電壓的互阻抗放大器。放大器614可將信號放大到可供系統(tǒng)的其余部分使用的水平，諸如使信號具有足夠的電壓和電力以被ADC 616采集。例如，可能需要放大器來驅(qū)動(dòng)后續(xù)功能塊，因?yàn)楣怆妭鞲衅?12的輸出可能相當(dāng)小并且可能在低光照環(huán)境中使用。放大器614可實(shí)現(xiàn)為可變增益放大器，其增益可由系統(tǒng)控制器630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。除提供增益之外，放大器614還可包括其它模擬信號調(diào)節(jié)電路，例如適合于光電傳感器612和放大器614輸出的濾波電路和其它電路。放大器614可包括用于放大和調(diào)節(jié)由光電傳感器612輸出的信號的任何適用的裝置。例如，放大器614可具有單個(gè)運(yùn)算放大器，或具有包括一個(gè)或多個(gè)運(yùn)算放大器的更復(fù)雜電路。如上所述，光電傳感器612和放大器614被配置成基于通過眼睛所接收的入射光強(qiáng)度來檢測和分離眨眼序列，并將輸入電流轉(zhuǎn)換成最終可由系統(tǒng)控制器630使用的數(shù)字信號。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，系統(tǒng)控制器630被預(yù)編程或預(yù)配置成在各種光強(qiáng)度水平條件下識別各種眨眼序列、眨眼模式和/或光水平變化，并向定時(shí)電路620提供適當(dāng)?shù)妮敵鲂盘?。在至少一個(gè)實(shí)施方案中的控制630還具有相關(guān)聯(lián)的存儲器。

在該實(shí)施方案中，ADC 616可用于將來自放大器614的連續(xù)模擬信號輸出轉(zhuǎn)換成適合于進(jìn)一步信號處理的取樣數(shù)字信號。例如，ADC 616可將來自放大器614的模擬信號輸出轉(zhuǎn)換成可供后續(xù)或下游電路(諸如數(shù)字信號處理系統(tǒng)或微處理器618)使用的數(shù)字信號。數(shù)字信號處理系統(tǒng)或數(shù)字信號處理器618可用于數(shù)字信號處理，包括對取樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾、處理、檢測以及以其它方式操縱/處理中的一種或多種，以允許入射光檢測供下游使用。數(shù)字信號處理器618可預(yù)編程有上述的眨眼序列和/或眨眼模式。數(shù)字信號處理器618還包括相關(guān)聯(lián)的存儲器，該相關(guān)聯(lián)的存儲器在至少一個(gè)實(shí)施方案中包括模板和遮罩組，以檢測例如系統(tǒng)控制器630選擇的每個(gè)操作狀態(tài)的眨眼模式。數(shù)字信號處理器618可利用模擬電路、數(shù)字電路、軟件或它們的組合來實(shí)現(xiàn)。在所示實(shí)施方案中，數(shù)字信號處理器在數(shù)字電路中實(shí)現(xiàn)。ADC 616連同相關(guān)聯(lián)的放大器614和數(shù)字信號處理器618以與前述取樣速率一致的合適速率激活，例如每一百(100)ms激活一次，在至少一個(gè)實(shí)施方案中該速率可以調(diào)節(jié)。

在至少一個(gè)實(shí)施方案中，可利用眨眼序列來改變系統(tǒng)和/或系統(tǒng)控制器的操作狀態(tài)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，系統(tǒng)控制器630可根據(jù)來自數(shù)字信號處理器618的輸入來控制電力式接觸鏡片的其它方面，例如通過致動(dòng)器來改變電子控制鏡片的焦距或屈光力。

在至少一個(gè)實(shí)施方案中，系統(tǒng)控制器630將基于接收到的眨眼模式來確定鏡片操作狀態(tài)，以設(shè)置操作狀態(tài)。針對本實(shí)施方案的另外實(shí)施方案，操作狀態(tài)將確定有待數(shù)字信號處理器618使用的一組模板和遮罩。

在至少一個(gè)實(shí)施方案中，系統(tǒng)控制器630使用來自光電傳感器鏈(即，光電傳感器612、放大器614、ADC 616和數(shù)字信號處理系統(tǒng)618)的信號來比較取樣的光水平與眨眼激活模式。

參見圖7，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/或防止在對入射于眼睛上的光取樣時(shí)的眨眼檢測錯(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)度的變化可能對眼睛和眼瞼造成的影響，也可減少和/或防止眨眼檢測錯(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，在至少一個(gè)實(shí)施方案中為防止利用錯(cuò)誤的眨眼模式進(jìn)行控制，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。

例如在研究中，已發(fā)現(xiàn)眼瞼平均阻擋大約百分之九十九(99％)的可見光，但在較短的波長處，透射過眼瞼的光趨于越少，從而阻擋大約99.6％的可見光。在朝向光譜的紅外線部分的較長波長處，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、波長和強(qiáng)度的光可能以不同的效率透射過眼瞼。例如，當(dāng)看著明亮光源時(shí)，個(gè)體可通過其閉合的眼瞼看到紅光?；趥€(gè)體差異，諸如個(gè)體的皮膚色素沉淀，眼瞼阻擋的可見光量也可能有變化。如圖7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)度水平下針對樣本眨眼模式所記錄的可見光強(qiáng)度的峰到峰值之間的值。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)能夠?qū)φＱ蹐D案進(jìn)行預(yù)編程對于能夠檢測個(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。

現(xiàn)在再次參見圖6，在其它另選的實(shí)施方案中，系統(tǒng)控制器630可從包括眨眼檢測器、壓力傳感器、加速度計(jì)、光電傳感器和表鏈控制裝置中的一者或多者的源接收輸入。例如，電子式或電力式接觸鏡片特定于單個(gè)用戶為可編程，諸如對鏡片編程以識別個(gè)人的兩個(gè)眨眼模式。

圖8-18B提供眼瞼位置傳感器系統(tǒng)的示例，在至少一個(gè)實(shí)施方案中使用該系統(tǒng)來檢測環(huán)境光水平。

圖8示出根據(jù)眨眼檢測方法用于眨眼檢測系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)變圖。系統(tǒng)在開始時(shí)處于IDLE狀態(tài)802，等待使能信號bl_go發(fā)出。當(dāng)使能信號bl_go發(fā)出時(shí)，例如通過與眨眼取樣速率相當(dāng)?shù)囊砸话?100)ms速率施加脈沖bl_go的振蕩器和控制電路發(fā)出，狀態(tài)機(jī)將轉(zhuǎn)變成WAIT_ADC狀態(tài)804，在此狀態(tài)下，啟用ADC以將收到的光水平轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。ADC發(fā)出adc_done信號以指示其操作完成，系統(tǒng)或狀態(tài)機(jī)轉(zhuǎn)變成SHIFT狀態(tài)806。在SHIFT狀態(tài)806下，系統(tǒng)將最新收到的ADC輸出值推送到移位寄存器上，以保存眨眼樣本的歷史。在一些實(shí)施方案中，首先將ADC輸出值與閾值比較，從而提供樣本值的一位(1或0)，以便最小化存儲要求。系統(tǒng)或狀態(tài)機(jī)隨后轉(zhuǎn)變至COMPARE狀態(tài)808，在此狀態(tài)下，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。如果檢測到匹配，可發(fā)出一個(gè)或多個(gè)輸出信號，例如切換鏡片狀態(tài)的信號。系統(tǒng)或狀態(tài)機(jī)隨后轉(zhuǎn)變至DONE狀態(tài)810，并發(fā)出bl_done信號以指示其操作完成。

圖9示出可用于對收到的光水平進(jìn)行檢測和取樣的光電傳感器或光電探測器信號路徑pd_rx_top。信號路徑pd_rx_top可包括光電二極管902、互阻抗放大器904、自動(dòng)增益和低通濾波級906(AGC/LPF)、以及ADC 908。adc_vref信號從功率源140(參見例如圖1A)輸入到ADC 908，或者作為另外一種選擇，可由模數(shù)轉(zhuǎn)換器908內(nèi)部的專用電路提供該信號。來自ADC 908的輸出adc_data被傳送到數(shù)字信號處理和系統(tǒng)控制器功能塊618/630(參見圖6)。雖然在圖6中示出為單獨(dú)的功能塊618和630，但為了便于解釋，數(shù)字信號處理和系統(tǒng)控制器優(yōu)選地在單個(gè)功能塊910上實(shí)現(xiàn)。使能信號adc_en、起始信號adc_start和復(fù)位信號adc_rst_n由數(shù)字信號處理和系統(tǒng)控制器910接收，而完成信號adc_complete傳送到該處。時(shí)鐘信號adc_clk可從位于信號路徑pd_rx-_top外的時(shí)鐘源接收，或者從數(shù)字信號處理和系統(tǒng)控制器910接收。重要的是應(yīng)注意，adc_clk信號和系統(tǒng)時(shí)鐘可以不同頻率運(yùn)行。另外也很重要的是應(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可具有不同的接口信號和控制信號，但其執(zhí)行提供光電傳感器信號路徑模擬部分輸出的取樣數(shù)字表示的相似功能。光電檢測使能pd_en以及光電檢測增益pd_gain接收自數(shù)字信號處理和系統(tǒng)控制器910。

圖10示出可用于將所接收的ADC信號值adc_data減小至一位值pd_data的數(shù)字調(diào)節(jié)邏輯1000的框圖。數(shù)字調(diào)節(jié)邏輯1000可包括數(shù)字寄存器1002，以從光電檢測信號路徑pd_rx_top接收數(shù)據(jù)adc_data，從而在信號adc_data_held上提供保持值。數(shù)字寄存器1002被配置成當(dāng)adc_complete信號發(fā)出時(shí)接受adc_data信號上的新值，當(dāng)收到adc_complete信號時(shí)保持最后的接受值。這樣，一旦數(shù)據(jù)被鎖存，系統(tǒng)就可禁用光電檢測信號路徑，以降低系統(tǒng)的電流消耗。接著，可在閾值生成電路1004中通過數(shù)字邏輯中實(shí)現(xiàn)的積分-清除平均或其它平均方法對所保持的數(shù)據(jù)值求平均值，以在信號pd_th上生成一個(gè)或多個(gè)閾值。然后，可經(jīng)由比較器1006將所保持的數(shù)據(jù)值與一個(gè)或多個(gè)閾值進(jìn)行比較，以在信號pd_data上生成一位數(shù)據(jù)值。應(yīng)當(dāng)理解，比較運(yùn)算可利用滯后或與一個(gè)或多個(gè)閾值的比較，使輸出信號pd_data上的噪聲最小化。數(shù)字調(diào)節(jié)邏輯還可包括增益調(diào)節(jié)功能塊pd_gain_adj 1008，以根據(jù)計(jì)算得出的閾值和/或根據(jù)所保持的數(shù)據(jù)值經(jīng)由圖9所示的信號pd_gain在光電檢測信號路徑中設(shè)置自動(dòng)增益和低通濾波級906的增益。重要的是應(yīng)注意，在該實(shí)施方案中，六位的字在眨眼檢測的動(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。圖10示出另選的實(shí)施方案，其包括提供來自例如串行數(shù)據(jù)接口的pd_gain_sdi控制信號，該串行數(shù)據(jù)接口允許重寫由增益調(diào)節(jié)功能塊pd_gain_adj 1008確定的自動(dòng)增益控制。

在一個(gè)實(shí)施方案中，閾值生成電路1004包括峰值檢測器、谷值檢測器和閾值計(jì)算電路。在該實(shí)施方案中，可如下生成閾值和增益控制值。峰值檢測器和谷值檢測器被配置成接收信號adc_data_held上的保持值。峰值檢測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)域中眾所周知的傳統(tǒng)二極管包絡(luò)檢測器的操作。谷值檢測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。谷值檢測器的操作也類似于二極管包絡(luò)檢測器，其中放電電阻器被連接至正電源電壓。閾值計(jì)算電路被配置成接收pd_pl值和pd_vl值，并且還被配置成基于pd_pk值和pd_vl值的平均值來計(jì)算中點(diǎn)閾值pd_th_mid。閾值生成電路1004基于中點(diǎn)閾值pd_th_mid提供閾值pd_th。

閾值生成電路1004還可適于響應(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，則pd_pk和pd_vl值增大一個(gè)因數(shù)，所述因數(shù)等于光電檢測信號路徑的預(yù)期增益增大值。如果pd_gain值減小一個(gè)步長，則pd_pk值和pd_val值減小一個(gè)因數(shù)，所述因數(shù)等于光電檢測信號路徑的預(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器和谷值檢測器的狀態(tài)、以及根據(jù)pd_pk值和pd_vl值計(jì)算出的閾值pd_th被更新以與信號路徑增益的變化相匹配，從而避免僅根據(jù)光電檢測信號路徑增益的有意變化所得到的狀態(tài)或值的不連續(xù)性或其它變化。

在閾值生成電路1004的另一個(gè)實(shí)施方案中，閾值計(jì)算電路還可被配置成基于pd_pk值的比例或百分比來計(jì)算閾值pd_th_pk。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，pd_th_pk可有利地配置成pd_pk值的八分之七，其計(jì)算可通過簡單的右移三位和減法來實(shí)現(xiàn)，如本領(lǐng)域中所熟知。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時(shí)間入射于光電二極管上(這可能導(dǎo)致pd_pk值和pd_vl值相等)之后亦是如此。應(yīng)當(dāng)理解，pd_th_pk值確保在長的間歇之后檢測到眨眼。閾值生成電路的行為進(jìn)一步示于圖14中，如隨后所論述。

圖11示出可用于實(shí)現(xiàn)數(shù)字眨眼檢測方法的數(shù)字檢測邏輯1100的框圖。數(shù)字檢測邏輯1100可包括移位寄存器1102，該移位寄存器適于從光電檢測信號路徑pd_rx_top接收數(shù)據(jù)(圖9)，或者從數(shù)字調(diào)節(jié)邏輯接收數(shù)據(jù)(圖10)，如此處在具有一位值的信號pd_data上所示。移位寄存器1102在此處將收到的樣本值的歷史保持于24位寄存器中。數(shù)字檢測邏輯1100還包括適于基于操作狀態(tài)(如果需要)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的比較功能塊1104，并且被配置為在可被保持以供后續(xù)使用的一個(gè)或多個(gè)輸出信號上指示與該一個(gè)或多個(gè)模板和遮罩的匹配。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，操作狀態(tài)確定將由比較功能塊1104使用的一組模板bl_tpl和眨眼遮罩_bl_mask。

比較功能塊1104的輸出經(jīng)由D型觸發(fā)器1106鎖存。數(shù)字檢測邏輯1100還可包括計(jì)數(shù)器1108或其它邏輯，以抑制由于遮罩操作引起的以小的移位對同一樣本歷史集合進(jìn)行的連續(xù)比較。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，在發(fā)現(xiàn)陽性匹配之后樣本歷史將被清除或復(fù)位，因而需要取樣完整的、新的匹配眨眼序列才能再識別后續(xù)匹配。數(shù)字檢測邏輯1100還可包括狀態(tài)機(jī)或類似的控制電路，以向光電檢測信號路徑和ADC提供控制信號。在一些實(shí)施方案中，控制信號可由與數(shù)字檢測邏輯1100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)字信號處理和系統(tǒng)控制器910的一部分(參見圖9)。

圖12示出從眨眼檢測子系統(tǒng)向光電檢測信號路徑中所用的ADC 908(圖9)提供的控制信號的時(shí)序圖。使能信號和時(shí)鐘信號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)換過程完成為止。在一個(gè)實(shí)施方案中，ADC轉(zhuǎn)換過程是當(dāng)在adc_start信號上提供脈沖時(shí)開始的。ADC輸出值被保持于adc_data信號中，并且過程的完成是由模數(shù)轉(zhuǎn)換器邏輯在adc_complete信號上指示的。圖12中還示出用于在ADC之前設(shè)置放大器增益的pd_gain信號。該信號顯示為在預(yù)熱時(shí)間之前進(jìn)行設(shè)置，以使模擬電路偏壓和信號電平在轉(zhuǎn)換之前達(dá)到穩(wěn)定。

圖13示出具有數(shù)字眨眼檢測子系統(tǒng)dig_blink 1302的數(shù)字系統(tǒng)控制器1300。數(shù)字眨眼檢測子系統(tǒng)dig_blink 1302可由主狀態(tài)機(jī)dig_master 1304控制并且適于從位于數(shù)字系統(tǒng)控制器1300外的時(shí)鐘發(fā)生器clkgen 1306接收時(shí)鐘信號。數(shù)字眨眼檢測子系統(tǒng)dig_blink 1302可適于向如上所述的光電檢測子系統(tǒng)提供控制信號以及從光電檢測子系統(tǒng)接收信號。除用于控制眨眼檢測方法中運(yùn)算序列的狀態(tài)機(jī)之外，數(shù)字眨眼檢測子系統(tǒng)dig_blink 1302還可包括如上所述的數(shù)字調(diào)節(jié)邏輯和數(shù)字檢測邏輯。數(shù)字眨眼檢測子系統(tǒng)dig_blink 1302適于從主狀態(tài)機(jī)1304接收使能信號，并向主狀態(tài)機(jī)1304返回提供完成或結(jié)束指示以及眨眼檢測指示。

在圖13所示實(shí)施方案的另選實(shí)施方案中，時(shí)鐘連接至?xí)r鐘生成器1306以跟蹤鏡片自開始操作以來的時(shí)間，并向任何數(shù)據(jù)記錄部件提供時(shí)間戳信號。時(shí)鐘和時(shí)鐘生成器1306為定時(shí)電路的示例。

圖14A-14G提供了波形，用以示出閾值生成電路和自動(dòng)增益控制(圖10)的操作。圖14A示出由可響應(yīng)于不同光水平的光電二極管提供的光電流與時(shí)間的關(guān)系的示例。在曲線圖的第一部分中，光水平和所得光電流與曲線圖的第二部分相比相對較低。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，由眼瞼造成的光衰減可能不是百分之一百(100％)，而是較低的值，具體取決于眼瞼對入射于眼睛上的光波長的透射特性。圖14B示出響應(yīng)于圖14A的光電流波形捕獲的adc_data_held值。為簡明起見，adc_data_held值被示出為連續(xù)的模擬信號而不是一系列離散的數(shù)字樣本。應(yīng)當(dāng)理解，數(shù)字樣本值將對應(yīng)于圖14B中在對應(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信號和adc_data_held信號的最大值和最小值。最小值和最大值之間的值范圍也稱為adc_data信號的動(dòng)態(tài)范圍。如下文所述，在曲線圖第二部分中的光電檢測信號路徑增益是不同的(較低)。一般來講，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14C示出由閾值生成電路響應(yīng)于adc_data_held值計(jì)算得出的pd_pk、pd_vl和pd_th_mid值。圖14D示出在閾值生成電路的一些實(shí)施方案中響應(yīng)于adc_data_held值計(jì)算得出的pd_pk、pd_vl和pd_th_pk值。應(yīng)注意，pd_th_pk值始終與pd_pk值成一定比例。圖14E示出adc_data_held值以及pd_th_mid和pd_th_pk值。應(yīng)注意，在其中adc_data_held值相對恒定的很長一段時(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值一定量。在圖14E中還示出對pd_th的選擇，其中pd_th值被選擇為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和adc_data held信號上的噪聲引起的pd_data上的誤轉(zhuǎn)變。圖14F示出通過將adc_data_held值與pd_th值進(jìn)行比較而生成的pd_data值。應(yīng)注意，pd_data信號是雙值信號，其在發(fā)生眨眼時(shí)較低。圖14G示出這些示例性波形的tia_gain值與時(shí)間的關(guān)系。當(dāng)pd_th開始超過圖14E中以agc_pk_th示出的高閾值時(shí)，tia_gain的值被設(shè)置為較低。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。再次參見圖14A至圖14E中的每個(gè)的第二部分，較低tia_gain的效果是明顯的。尤其應(yīng)注意，adc_data_held值保持在adc_data信號和adc_data_held信號的動(dòng)態(tài)范圍的中值附近。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，由此使得在峰值檢測器和谷值檢測器的狀態(tài)和值中避免只因光電檢測信號路徑增益變化引起的不連續(xù)性。

圖15示出集成電路管芯1500上的光阻擋特征結(jié)構(gòu)和光通過特征結(jié)構(gòu)。集成電路管芯1500包括光通過區(qū)域1502、光阻擋區(qū)域1504、接合焊盤1506、鈍化物開孔1508和光阻擋層開孔1510。光通過區(qū)域1502位于光電傳感器(未示出)上方，例如在半導(dǎo)體工藝中實(shí)現(xiàn)的光電二極管陣列。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，光通過區(qū)域1502允許盡可能多的光到達(dá)光電傳感器，從而使靈敏度最大化。這可通過移除多晶硅、金屬、氧化物、氮化物、聚酰亞胺和光感受器上方的其它層完成，如在用于制造的半導(dǎo)體工藝中或在后處理中所允許。透光區(qū)域1502也可接受其它特殊處理以優(yōu)化光檢測，例如抗反射涂層、濾光片和/或擴(kuò)散片。光阻擋區(qū)域1504可覆蓋管芯上不需要進(jìn)行曝光的其它電路。光電流可能會使其它電路的性能劣化，例如在如此前所提及的結(jié)合到接觸鏡片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1504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。如果以金屬實(shí)現(xiàn)，則形成光阻擋區(qū)域1504的材料必須與下面的電路和接合焊盤1506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)來提供或者以在后處理期間所加入的其它電介質(zhì)來提供。遮蔽允許光阻擋層具有開孔1510，以便導(dǎo)電的光阻擋金屬不與管芯上的接合焊盤重疊。光阻擋區(qū)域1504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1508，以允許連接至接合焊盤1506。

圖16示出具有電子插件的接觸鏡片，其中電子插件具有眨眼檢測系統(tǒng)。接觸鏡片1600包括具有電子插件1604的軟塑料部分1602。此插件1604包括由電子器件激活的鏡片1606，例如，聚焦于近處或遠(yuǎn)處，取決于激活情況。集成電路1608安裝到插件1604上并連接至電池1610、鏡片1606以及系統(tǒng)必需的其它部件。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，集成電路1608包括光電傳感器1612和相關(guān)聯(lián)的光檢測器信號路徑電路。光電傳感器1612穿過鏡片插件面向外并遠(yuǎn)離眼睛，因而能夠接收環(huán)境光。光電傳感器1612 可在集成電路1608上(如圖所示)例如作為單個(gè)光電二極管或光電二極管陣列實(shí)現(xiàn)。光電傳感器1612也可作為安裝于插件1604上的單獨(dú)裝置實(shí)現(xiàn)并與跡線1614連接。當(dāng)眼瞼閉合時(shí)，包括光電探測器1612在內(nèi)的鏡片插件1604被覆蓋，從而減少入射在光電探測器1612上的光水平。光電探測器1612能夠測量環(huán)境光，以確定使用者是否正在眨眼?；诒竟_內(nèi)容，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，光電探測器1612可用本公開內(nèi)容中討論的其它傳感器取代或擴(kuò)充。

眨眼檢測的另外實(shí)施方案可允許眨眼序列的持續(xù)時(shí)間和間隔有更大變化，例如通過基于第一次眨眼的測得結(jié)束時(shí)間來對第二次眨眼的開始計(jì)時(shí)，而非通過利用固定模板或通過加寬遮罩的“不用計(jì)”間歇(0值)。

應(yīng)當(dāng)理解，眨眼檢測和/或時(shí)鐘頻率調(diào)節(jié)可在數(shù)字邏輯中或在微控制器上運(yùn)行的軟件中實(shí)現(xiàn)。方法邏輯或微控制器可與光電檢測信號路徑電路和系統(tǒng)控制器一起在單個(gè)應(yīng)用專用集成電路(ASIC)中實(shí)現(xiàn)，或者其可跨多于一個(gè)集成電路來劃分。

根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方案，電力式或電子式眼科鏡片可結(jié)合眼瞼或眼瞼位置傳感器。已知的是眼瞼以多種方式保護(hù)眼球，包括眨眼反射和眼淚展布的動(dòng)作。眼瞼的眨眼反射通過在感知到對眼睛的威脅時(shí)迅速閉合來防止對眼球造成創(chuàng)傷。眨眼還會使眼淚鋪展在眼球表面上，以使眼球保持濕潤并沖洗掉細(xì)菌和其它異物。但眼瞼的運(yùn)動(dòng)除了被用來接收佩戴電子式眼科鏡片的個(gè)體(或佩戴者)的指示，還可指示在起作用的其它動(dòng)作或功能。另外也很重要的是應(yīng)注意，除此之外或在替代用途中，所感測的數(shù)據(jù)可只是被用作收集過程的一部分而不是作為觸發(fā)事件。例如，所感測的數(shù)據(jù)可被收集、記錄和用于治療疾病或記錄睡眠量。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以對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，此類傳感器可被用來確定使用者在工作輪班期間是否已入睡。

現(xiàn)在參見圖17A，其中示出眼睛1700上的眼瞼位置傳感器系統(tǒng)。該系統(tǒng)被結(jié)合到接觸鏡片1702中。其中示出了上眼瞼和下眼瞼，按閉合程度增加的順序上眼瞼的可能位置為1701、1703和1705。下眼瞼也以對應(yīng)于上眼瞼的閉合水平示出；即，位置1707、1709和1705。當(dāng)眼瞼閉合時(shí)它們占據(jù)相同的位置；即，1705。根據(jù)該實(shí)施方案的接觸鏡片1702包括傳感器陣列1704。該傳感器陣列1704包括一個(gè)或多個(gè)光電傳感器。在該實(shí)施方案中，傳感器陣列1704包括十二(12)個(gè)光電傳感器1706a至1706l。在上眼瞼處于位置1701處而下眼瞼處于位置1707處的情況下，所有光電傳感器1706A至1706l被暴露并接收環(huán)境光，由此產(chǎn)生可被本文所述電子電路檢測的光電流。當(dāng)眼瞼在位置1703和1709處部分閉合時(shí)，頂部光電傳感器1706a和底部光電傳感器1706b被覆蓋，接收比其它光電傳感器1706c至1706l較少的光，并輸出可由電子電路檢測的相對較小電流。隨著在位置1705處眼瞼完全閉合，所有傳感器1706a至1706l都被覆蓋，電流也相應(yīng)地減小。該系統(tǒng)可被用于通過對傳感器陣列中的每個(gè)光電傳感器取樣，并利用光電流輸出與傳感器位置的關(guān)系來確定眼瞼位置，例如，如果眨眼之后上下眼瞼未完全打開，則指示例如斜視或者潛在睡眠或困倦的來襲。應(yīng)當(dāng)理解，光電傳感器應(yīng)放置在接觸鏡片上的合適位置，例如以便提供足夠的樣本位置以可靠地確定眼瞼位置，同時(shí)不阻擋清晰的光學(xué)區(qū)域(大致為由散瞳所占據(jù)的區(qū)域)。該系統(tǒng)也可被用于通過對傳感器進(jìn)行常規(guī)取樣并比較隨著時(shí)間所測得的值，從而檢測眨眼。在另選的實(shí)施方案中，傳感器陣列1704'的光電傳感器1706a'至1706l'形成圍繞瞳孔的弧形圖案，同時(shí)彼此間垂直間隔開，例如圖17B所示。在任一所示實(shí)施方案中，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在傳感器陣列中可使用除12以外的數(shù)。另外的示例包括3至15范圍內(nèi)的數(shù)(在至少一個(gè)實(shí)施方案中，包括端點(diǎn)在內(nèi))，更具體地講包括4至8范圍內(nèi)的數(shù)(在至少一個(gè)實(shí)施方案中，包括端點(diǎn)在內(nèi))。

圖18A和圖18B示出電子系統(tǒng)1800，其中如上所述的眼瞼位置光電傳感器被用來觸發(fā)接觸鏡片1802或更具體地講電力式或電子式眼科鏡片中的活動(dòng)。圖18A示出鏡片1802上的電子系統(tǒng)1800，圖18B是系統(tǒng)1800的分解圖。如先前結(jié)合圖17A和圖17B所述，光1801入射到一個(gè)或多個(gè)光電傳感器1804上。這些光電傳感器1804可使用光電二極管、硫化鎘(CdS)傳感器、或適用于將環(huán)境光轉(zhuǎn)換成電流的其它技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)光電傳感器1804的選擇，放大器1806或其它合適的電路可能需要調(diào)整輸入信號，以供隨后的或下游電路使用。復(fù)用器1808允許單個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(或ADC)1810接受來自多個(gè)光電傳感器1804的輸入。復(fù)用器1808可緊接在光電傳感器1804之后、放大器1806之前放置，或者取決于電流消耗、管芯尺寸和設(shè)計(jì)復(fù)雜度方面的考慮，也可以不使用。由于在眼睛上的不同位置處需要多個(gè)光電傳感器1804以檢測眼瞼位置，共享下游處理部件(例如，放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字信號處理器)可顯著減小電子電路所需的尺寸。放大器1806產(chǎn)生與輸入成比例的放大輸出，并可用作將輸入電流轉(zhuǎn)換成輸出電壓的互阻抗放大器。放大器1806可將信號放大到可供系統(tǒng)的其余部分使用的水平，例如使信號具有足夠的電壓和電力以被ADC 1810采集。例如，可能需要放大器1806來驅(qū)動(dòng)后續(xù)功能塊，因?yàn)楣怆妭鞲衅?804的輸出可能相當(dāng)小并且可能在低光照環(huán)境中使用。放大器1806還可以實(shí)現(xiàn)為可變增益放大器，其增益可由系統(tǒng)控制器1812調(diào)整，以使系統(tǒng)1800的動(dòng)態(tài)范圍最大化。除提供增益之外，放大器1806還可包括其它模擬信號調(diào)節(jié)電路，例如適合于光電傳感器1804和放大器1806輸出的濾波電路和其它電路。放大器1806可為用于放大和調(diào)節(jié)由光電傳感器1804輸出的信號的任何適用的裝置。例如，放大器1806可為單個(gè)運(yùn)算放大器，或?yàn)榘ň哂幸粋€(gè)或多個(gè)運(yùn)算放大器的更復(fù)雜電路。

如上所述，光電傳感器1804和放大器1806被配置成檢測在眼睛上的多個(gè)位置處的入射光1801，并將輸入電流轉(zhuǎn)換成最終可由系統(tǒng)控制器1812使用的數(shù)字信號。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，系統(tǒng)控制器1812被預(yù)編程為以基準(zhǔn)光的頻率對眼睛上的每個(gè)光電傳感器1804取樣，并向定時(shí)電路1814提供適當(dāng)?shù)妮敵鲂盘?。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，系統(tǒng)控制器1812還包括相關(guān)聯(lián)的存儲器。系統(tǒng)控制器1812可將光電傳感器1804的最近樣本結(jié)合到與眼瞼打開和瞇眼位置相關(guān)的預(yù)編程模式。在各種環(huán)境光和焦距情況下記錄使用者的眼瞼模式可能需要對系統(tǒng)控制器1812進(jìn)行編程，以進(jìn)行可靠的檢測。系統(tǒng)1800可能需要區(qū)分眼瞼位置之間的變化，在環(huán)境光、陰影及其它現(xiàn)象下的正常變化。這種區(qū)分可通過以下方法實(shí)現(xiàn)：適當(dāng)選擇取樣頻率、放大器增益和其它系統(tǒng)參數(shù)、優(yōu)化傳感器在接觸鏡片中的放置、確定眼瞼位置模式、記錄環(huán)境光、將每個(gè)光電傳感器與相鄰光電傳感器和所有光電傳感器進(jìn)行比較、以及獨(dú)特地辨別眼瞼位置的其它技術(shù)。

在至少一個(gè)實(shí)施方案中，ADC 1810可用于將來自放大器1806的連續(xù)模擬信號輸出通過復(fù)用器轉(zhuǎn)換成適當(dāng)用于進(jìn)一步信號處理的取樣數(shù)字信號。例如，ADC 1810可將來自放大器1806的模擬信號輸出轉(zhuǎn)換成可供后續(xù)或下游電路(例如數(shù)字信號處理系統(tǒng)或微處理器1816)使用的數(shù)字信號。數(shù)字信號處理系統(tǒng)或數(shù)字信號處理器1816可用于數(shù)字信號處理，包括對取樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾、處理、檢測以及以其它方式操縱/處理中的一種或多種，從而允許入射光檢測供下游使用。可使用各種眼瞼模式對數(shù)字信號處理器1816進(jìn)行預(yù)編程。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，數(shù)字信號處理器1816還包括相關(guān)聯(lián)的存儲器。數(shù)字信號處理器1816可利用模擬電路、數(shù)字電路、軟件、和/或優(yōu)選地它們的組合來實(shí)現(xiàn)。ADC 1810連同相關(guān)聯(lián)的放大器1806和數(shù)字信號處理器1816以與前述取樣速率一致的合適速率激活，例如每一百(100)ms激活一次。

功率源1818為包括眼瞼位置傳感器系統(tǒng)1800在內(nèi)的多個(gè)部件提供電力。功率源1818也可用于向接觸鏡片中的其它部件提供電力。眼瞼位置傳感器陣列模式經(jīng)過從模擬到數(shù)字的處理后，能夠致動(dòng)系統(tǒng)控制器1812或系統(tǒng)控制器1812的一部分。此外，系統(tǒng)控制器1812可根據(jù)來自數(shù)字信號處理器1808的輸入來控制電力式接觸鏡片的其它方面。

眼內(nèi)鏡片或IOL是被植入眼中并替代晶狀體的鏡片。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通常包括小的塑性鏡片，其具有被稱為觸覺體的塑性側(cè)支柱，以將鏡片保持在眼中囊袋內(nèi)的適當(dāng)位置。本文所述的電子器件和/或部件中的任一種可以類似于接觸鏡片的方式結(jié)合到IOL中。

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)施方案，但顯而易見的是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可對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)明并不局限于所描述和所示出的具體構(gòu)造，而是應(yīng)當(dāng)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。